JP2009087137A - 鉄筋コンクリート部材の設計支援装置、設計支援方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の実施形態に係る設計支援装置10上では、設計支援プログラム200が動作する。設計支援プログラム200は、膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定及び鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定を受け付ける入力受付部206と、この入力受付部206により受け付けられた設定に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内の力の釣合い条件から断面内のひずみ分布及び応力分布の少なくともいずれかを解析する解析部208とを有する。
【選択図】図8
Description
一方、建築分野では「住宅の品質確保の促進などに関する法律」が制定されたことなどから、コンクリートのひび割れ制御に対する関心が高まっており、コンクリート構造物のひび割れ抑制を目的とした膨張コンクリートが注目されている。
コンクリート用膨張材又は膨張コンクリートに関する研究は、精力的に行われている。例えば、非特許文献1では、膨張コンクリートを用いた部材における膨張分布の推定方法が開示されている。
近年では、例えば、膨張コンクリートを用いた鉄筋コンクリート構造物の適用用途として、場所打ちコンクリートでは、建築の基礎、スラブ、土間、橋脚、壁高欄、床版、覆工コンクリート、海洋構造物、マスコンクリートなどが挙げられる。また、例えば、コンクリート製品用途では、ボックスカルバート、ヒューム管、よう壁、U字溝などが挙げられる。
本発明は、膨張コンクリートの限界状態設計を容易に行うことができる鉄筋コンクリート部材の設計支援装置を提供することを目的とする。
好適には、前記解析手段による解析結果に基づいて、鉄筋コンクリート部材の曲げ耐力及び軸方向耐力の少なくともいずれかを算出する曲げ耐力/軸方向耐力算出手段をさらに有する。
好適には、前記解析手段は、鉄筋コンクリート部材の断面応力度をさらに解析する。
好適には、前記解析手段による解析結果に基づいて、鉄筋コンクリート部材のひび割れ幅を算出するひび割れ幅算出手段をさらに有する。
好適には、前記推定された長さ変化率に基づいて、膨張材の混和量を算出する。
図1に示すように、設計支援装置10は、CPU12、メモリ14、ハードディスク駆動装置等の記憶装置16、ネットワークを介して外部のコンピュータ等(不図示)とデータの通信を行う通信装置18、液晶ディスプレイ等の表示装置20、及びキーボードやマウス等の入力装置22を有する。これらの構成要素は、バス24を介して互いに接続されている。
図2は、設計支援装置10の表示装置20に表示されるメイン画面100を示す図である。
図2に示すように、メイン画面100には、断面設定ボタン102、照査設定ボタン104、解析ボタン106、安全性の検討ボタン108、使用性の検討ボタン110及び体積変化分布ボタン112が含まれる。なお、本実施形態では、これらの構成要素はボタンとして実現されているが、実行される機能を指示する手段であればよく、ボタンに限定されない。
図3に示すように、断面入力画面120には、断面選択部122、設定内容選択部124、設定値入力部126及びプレビュー部128が含まれる。断面入力画面120は、メイン画面100において断面設定ボタン102が押下されると表示装置20に表示される。
図4に示すように、断面入力画面120の設定内容選択部124において膨張材タブが選択された場合、膨張材に関する設定、より具体的には、膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定が入力可能となる。本実施形態では、基準となる膨張ひずみの値(JIS A6202 A法又はB法の値)が入力される。なお、この値は、後述する試験用部材の拘束鋼材の長さ変化率εsである。また、入力される値は、本例に限定されず、例えばJISデータに準拠して得られた値であってもよい。
図5に示すように、照査条件の設定画面130には、終局限界条件入力部132及び使用限界条件入力部134が含まれる。照査条件の設定画面130は、メイン画面100において照査設定ボタン104が押下されると表示装置20に表示される。
分布表示画面140は、解析処理が実行された後、メイン画面100において体積変化分布ボタン112が押下されると表示装置20に表示される。図6に示すように、分布表示画面140には、検討断面選択部142、計算結果表示部144、コンクリートの特性に基づく応力分布を表示する応力分布表示部146及びコンクリートの特性に基づくひずみ分布を表示するひずみ分布表示部148が含まれる。
図7に示すように、検討結果画面150には、条件選択部152及び結果表示部154が含まれる。検討結果画面150は、解析処理が実行された後、メイン画面100において安全性の検討ボタン108が押下されると表示装置20に表示される。
図8は、本発明の実施形態に係る設計支援装置10上で動作する断面設計支援プログラム200の機能構成を示す図である。なお、以降、断面設計支援プログラム200を単に設計支援プログラム200ともいう。
図8に示すように、設計支援プログラム200は、制御部202、表示部204、入力受付部206、解析部208、結果記憶部210、曲げ耐力/軸方向耐力算出部212、せん断耐力算出部214及びひび割れ幅算出部216を有する。設計支援プログラム200は、設計支援装置10のメモリ14にロードされ、CPU12により実行される。
膨張コンクリートの場合、コンクリートに導入されたケミカルプレストレスは、コンクリートと鉄筋との力の釣合い条件から、次式で表される。
図9に例示するように、膨張材の単位量が増加するほど、長さ変化率は増加する。このような長さ変化率εsは、図4に示される断面入力画面120において、膨張材に関する設定として入力される。
図10(A)及び図10(B)より、膨張コンクリート部材の下縁からの距離xの位置における膨張ひずみεxは、次式で表される。
図11に示すように、ステップ100(S100)において、解析部208は、εb及びεuを仮定する。
ステップ102(S102)において、解析部208は、式(3)に基づいて、膨張ひずみの分布を算出する。
ステップ106(S106)において、解析部208は、式(5)の左辺第1項に基づいて(A)の下縁におけるモーメント(C)を算出し、式(5)の左辺第2項に基づいて(B)の下縁におけるモーメント(D)を算出する。
このようにして、εb及びεuが決定され、内部ひずみの分布が求められる。
本発明の実施形態に係る設計支援装置10は、対象とする鉄筋コンクリート部材の断面の高さ方向に対して微小要素に分割した積層モデルを用いて、断面内の力の釣り合い条件から、断面耐力及び断面応力度のいずれかを算出する。
図12(A)〜図12(C)に示すように、積層モデルは、部材断面を有限の微小要素に分割し、微小要素の力の釣合いから断面設計を行うモデルである。
設計支援プログラム200の曲げ耐力/軸方向耐力算出部212は、コンクリートの圧縮縁のひずみをコンクリートの終局ひずみとして、断面耐力を算出する。また、コンクリートの終局ひずみよりも小さいひずみが設定された場合、曲げ耐力/軸方向耐力算出部212は、断面応力度を算出する。
図14に示すように、膨張コンクリート部材の場合、設計軸方向力による圧縮応力にケミカルプレストレスが加わるため、デコンプレッションモーメントM0は、鉄筋コンクリート部材に比べて大きくなる。したがって、部材の軸方向にケミカルプレストレスを考慮することにより、デコンプレッションモーメントが増加し、部材のせん断耐力が大きくなる。
図15は、本発明の実施形態に係る設計支援装置10の全体動作(S20)を示すフローチャートである。
図15に示すように、ステップ200(S200)において、設計支援装置10は、メイン画面100を表示装置20に表示する。ユーザが、入力装置22を用いて断面設定ボタン102を押下すると、設計支援装置10は、断面入力画面120を表示し、膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定及び鉄筋コンクリートの断面に関する設定を受け付ける。また、ユーザが、照査設定ボタン104を押下すると、設計支援装置10は、照査条件の設定画面130を表示し、照査条件を受け付ける。
さらに、ステップ206(S206)において、ユーザによりメイン画面100の使用性の検討ボタン110が押下されると、設計支援装置10は、ひび割れ幅を算出し、算出結果及び判定結果を含む検討結果画面(不図示)を表示装置20に表示する。
なお、S202〜S206の処理の順序は、本例に限定されず、いかなる順序であってもよい。また、せん断耐力及びひび割れ幅に関する検討結果画面には、曲げ耐力及び軸方向耐力に関する検討結果画面と実質的に同様の内容が含まれている。
12 CPU
14 メモリ
16 記憶装置
18 通信装置
20 表示装置
22 入力装置
200 断面設計支援プログラム
202 制御部
204 表示部
206 入力受付部
208 解析部
210 結果記憶部
212 曲げ耐力算出部
214 せん断耐力算出部
216 ひび割れ幅算出部
Claims (9)
- 膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定及び鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定を受け付ける受付手段と、
前記受付手段により受け付けられた設定に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内の力の釣合い条件から断面内のひずみ分布及び応力分布の少なくともいずれかを解析する解析手段と
を有する鉄筋コンクリート部材の設計支援装置。 - 前記解析手段による解析結果に基づいて、鉄筋コンクリート部材のせん断耐力を算出するせん断耐力算出手段をさらに有する
請求項1に記載の鉄筋コンクリート部材の設計支援装置。 - 前記解析手段による解析結果に基づいて、鉄筋コンクリート部材の曲げ耐力及び軸方向耐力の少なくともいずれかを算出する曲げ耐力/軸方向耐力算出手段をさらに有する
請求項1又は2に記載の鉄筋コンクリート部材の設計支援装置。 - 前記解析手段は、鉄筋コンクリート部材の断面応力度をさらに解析する
請求項1乃至3のいずれかに記載の鉄筋コンクリート部材の設計支援装置。 - 前記解析手段による解析結果に基づいて、鉄筋コンクリート部材のひび割れ幅を算出するひび割れ幅算出手段をさらに有する
請求項4に記載の鉄筋コンクリート部材の設計支援装置。 - 膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定及び鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定を受け付け、
前記受け付けられた設定に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内の力の釣合い条件から断面内のひずみ分布及び応力分布の少なくともいずれかを解析する
鉄筋コンクリート部材の設計支援方法。 - 前記解析結果に基づいて、試験用部材の長さ変化率を推定する
請求項6に記載の鉄筋コンクリート部材の設計支援方法。 - 前記推定された長さ変化率に基づいて、膨張材の混和量を算出する
請求項7に記載の鉄筋コンクリート部材の設計支援方法。 - コンピュータを含む鉄筋コンクリート部材の設計支援装置において、
膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定及び鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定を受け付ける受付ステップと、
前記受け付けられた設定に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内の力の釣合い条件から断面内のひずみ分布及び応力分布の少なくともいずれかを解析する解析ステップと
を前記コンピュータに実行させるプログラム。
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