JP2013002904A - Method of preventing cracks in concrete - Google Patents

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忠顯 田邉
Hiroaki Morimoto
博昭 森本
Yasuaki Ishikawa
靖晃 石川
Hideaki Nakamura
秀明 中村
Sadamu Ono
定 小野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of preventing a crack in concrete, which can take a countermeasure against tha crack in the concrete with high accuracy and using a generally applicable method, by taking into consideration an energy state in a hardening process of the concrete.SOLUTION: In a method of preventing a crack in concrete, a countermeasure against the crack is configured by using an analysis result based on that total energy consisting of heat generating energy discharged from the concrete to an external field, dynamic energy exerting constraint force by means of a chemical action, and internal energy functioning in the concrete itself, is constant in a concrete hardened body in a constraint state. Accordingly, the method of preventing the crack in the concrete can predict a shape of the crack in the concrete with high accuracy and can effectively take the appropriate countermeasure against the crack.

Description

本発明は、コンクリートの硬化過程におけるエネルギー状態を勘案することでコンクリートに対するひび割れ対策を高精度に講じるコンクリートのひび割れ抑制方法に関する。   The present invention relates to a method for suppressing cracks in concrete in which a countermeasure for cracks in concrete is taken with high accuracy by taking into consideration the energy state in the hardening process of concrete.

コンクリートは、セメントと水との反応によって生成される水和物として構成された硬化体であるが、セメントと水が反応する際に発生する水和熱は、コンクリート内部の温度を上昇させ外界の温度変化に追随しながらコンクリート硬化体に膨張ならびに収縮の挙動を呈させると共に、コンクリート内部に在っては水分の移動に伴った自己収縮と大気中に水分が逸散することによる乾燥収縮を発生させている。   Concrete is a hardened body formed as a hydrate formed by the reaction between cement and water, but the heat of hydration generated when the cement and water react increases the temperature inside the concrete and increases the external environment. In addition to causing the hardened concrete to expand and contract while following changes in temperature, self-shrinkage occurs due to the movement of moisture inside the concrete and drying shrinkage occurs due to the diffusion of moisture into the atmosphere. I am letting.

このようなコンクリート硬化体において呈される膨張ならびに収縮の挙動は、コンクリート内部での分布が一様でないためと外界からそれらの挙動が拘束されるためにコンクリート硬化体に対する応力として機能することになって、コンクリート硬化体に対する圧縮応力と引張応力として追加的に作用することになる。ところが、コンクリート硬化体は圧縮形態には強いものの引張に対する抵抗力は小さい特性を有しているために、引張応力がコンクリート硬化体の引張強度を超えた場合には結果的にコンクリート硬化体にひび割れを発生させることになる。   The expansion and contraction behavior exhibited in such hardened concrete functions as a stress on the hardened concrete because the distribution inside the concrete is not uniform and the behavior is constrained from the outside. Thus, it additionally acts as a compressive stress and a tensile stress on the hardened concrete. However, the hardened concrete has a characteristic that the resistance to tension is small although it is strong in the compression form, so if the tensile stress exceeds the tensile strength of the hardened concrete, it will eventually crack in the hardened concrete. Will be generated.

コンクリート硬化体に発生したひび割れは、コンクリートにおける安全性、水密性などの使用性、耐久性などを損なうために、コンクリート硬化体のひび割れを抑制することがコンクリート構造物の設計・施工を行う上で重要な問題になっていたので、コンクリート硬化体のひび割れを抑制する上からコンクリート構造物の施工前にシミュレーションを行ってコンクリート硬化体に発生するひび割れを予測して、有害なひび割れが予測される場合には、そのようなひび割れを抑制するための対策を立案する必要があった。   Cracks that occur in hardened concrete deteriorate the usability and durability of concrete, watertightness, etc. In order to design and construct a concrete structure, it is necessary to suppress cracks in the hardened concrete. Since it was an important issue, if cracks in the hardened concrete are predicted by suppressing the cracks in the hardened concrete and then performing a simulation before construction of the concrete structure, harmful cracks are predicted Therefore, it was necessary to devise measures for suppressing such cracks.

従来は、コンクリート構造物における膨張・収縮挙動によるひび割れを抑制するために、コンクリート硬化体における発生ひずみ、発生応力、発生ひび割れの位置および発生ひび割れの幅について、経験的な方法、あるいは数値解析の一般的手法である有限要素解析(FEM解析)においては、温度、湿度あるいは膨張材混入量などに基づいて自由膨張ひずみを直接初期ひずみとして入力して変形や応力解を算定する方法などによって施工されてきた。(非特許文献1)
しかし、膨張材を混入させたコンクリートにおいて、予め、実験などで測定しておいた自由膨張ひずみを直接、FEM解析の初期ひずみとして入力する方法による実験例では、角柱状のコンクリート試験体にあってその断面中央の位置に両側に配置した2枚の鋼板を拘束する鉄筋を配置して成り、コンクリート試験体としては、鉄筋の無いものから鉄筋径を6mm、13mm及び19mmにした4ケースにして鋼板の間を膨張コンクリートで充填する場合のケミカルプレストレス効果を定量的に評価していた。しかしながら、膨張コンクリートの打設後に測定された膨張量の経時変化では、図15に示した鉄筋径6mmでの計算値曲線20に対して、鉄筋の無いものの実測値21、鉄筋径6mmの実測値22、13mmの実測値23及び19mmの実測値24の各実測値が示すように何れの場合も計算値曲線と実測値とが大きく乖離しており、自由膨張ひずみを初期ひずみとして用いる「仕事量一定則」では企画したコンクリートにおける安全な目標形状の再現は不可能であることを明らかにしている。
Conventionally, in order to suppress cracking due to expansion / contraction behavior in concrete structures, the empirical method or numerical analysis of the generated strain, generated stress, position of generated crack and width of generated crack in a hardened concrete is generally used. In finite element analysis (FEM analysis), which is a typical technique, it has been implemented by a method of calculating deformation and stress solution by directly inputting free expansion strain as initial strain based on temperature, humidity or amount of inflated material mixed in. It was. (Non-Patent Document 1)
However, in the concrete example in which the expansion material is mixed, in the experimental example by the method of directly inputting the free expansion strain measured in advance as an initial strain of the FEM analysis in the concrete, the test piece is a prismatic concrete specimen. Reinforcing steel bars that restrain two steel plates arranged on both sides are arranged at the center of the cross section, and concrete test specimens are made from steel without reinforcing bars in 4 cases with rebar diameters of 6 mm, 13 mm, and 19 mm. The effect of chemical prestress when the space was filled with expanded concrete was quantitatively evaluated. However, in the time-dependent change of the expansion amount measured after placing the expansive concrete, the actual measurement value 21 without the reinforcing bar and the actual measurement value of the reinforcing bar diameter 6 mm with respect to the calculated value curve 20 with the reinforcing bar diameter 6 mm shown in FIG. As shown by the actual measurement values of 22 and 13 mm and the actual measurement value 24 of 19 mm, the calculated value curve and the actual measurement value are greatly deviated in any case, and the free work strain is used as the initial strain. The "Constant Law" clarifies that it is impossible to reproduce a safe target shape in the planned concrete.

このような現象は、部分拡大図で表現された図16の精度を比較している場合においても初期ひずみを用いる計算値曲線25と実測値26のいずれの場合においても膨張コンク
リートにおける計算値と実験値においてもその一致度が乖離状態にあることが確認されているものであり、上述した自由膨張ひずみを直接初期ひずみとして入力する膨張硬化解析の方法は懐疑的に成らざるを得ないものであった。
Such a phenomenon is the same as the calculated value and the experiment in the expansive concrete in both the calculated value curve 25 using the initial strain and the actually measured value 26 even when comparing the accuracy of FIG. In terms of the values, the degree of coincidence is confirmed to be in a dissociated state, and the above-mentioned method of expansion hardening analysis in which the free expansion strain is directly input as the initial strain must be skeptical. It was.

従って、自由膨張量を実験などで予め測定しておいたデータを構造解析において直接入力データとして与えることで、拘束が異なっていても自由膨張ひずみを一定にして変形や応力解を算定する考え方は、計算値と実測値とが大きく乖離することから膨張材混入量を特定にする場合においてのみ適用可能であって、膨張材を多く混入したい場合などにあっては採用不可能な方式であり、予測される結果に大きな変動が伴うために的確な対策の選定が困難な状況に立ち至るので実際に適用する上では躊躇されるという重大な問題点を提起していた。また、膨張効果を初期ひずみ法によらずに、いわゆる「仕事量一定則」に基づく解析もなされているが、その場合の解析方法は一般性に乏しく、有限要素の定式化も不可能であった。   Therefore, the idea of calculating the deformation and stress solution with the free expansion strain constant even if the constraint is different by giving the data that has been measured in advance through experiments and the like as the input data directly in the structural analysis. Since the calculated value and the actual measurement value greatly deviate, it can be applied only when the amount of the expanded material mixed is specified, and it is a method that cannot be used when a large amount of expanded material is mixed. Since the predicted results are accompanied by large fluctuations, it has been difficult to select an appropriate measure, and this has raised a serious problem that it is deceived in actual application. In addition, analysis based on the so-called `` constant work rate rule '' has been made for the expansion effect without relying on the initial strain method, but the analysis method in that case is poor in generality and it is impossible to formulate a finite element. It was.

辻幸和:ケミカルプレストレスおよび膨張分析の推定方法、コンクリート工学、Vol、19、No.6、pp99−105、1981.6Yukikazu Tsuji: Estimation method of chemical prestress and expansion analysis, concrete engineering, Vol. 6, pp99-105, 1981.6

本発明は、コンクリートの硬化過程におけるエネルギー状態を勘案することでコンクリートに対するひび割れ対策を高精度に、かつ一般的に適用しうる方法で講じられるコンクリートのひび割れ抑制方法の提供を目的にしている。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for suppressing cracks in concrete, which takes into account the energy state in the hardening process of concrete and can be taken with a method that can generally be applied to cracks with high accuracy.

本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法は、ひび割れ幅の予測方法なのであるが、各種工法におけるひび割れ幅の予測すなわちひび割れ抑制方法となるものであって、予測方法としては、拘束状態下にあるコンクリート硬化体において、コンクリートから外界に放出される発熱エネルギー、化学的作用で拘束力を発揮する力学エネルギー及びコンクリート自体に機能する内部エネルギーから成る総エネルギーが一定値とすることに基づく解析結果でひび割れ対策を構成することで、コンクリートのひび割れ形状を高精度に、かつ一般的に適用しうる方法で的確なひび割れ対策を効果的に講じることを可能にしている。   The method for suppressing cracking of concrete according to the present invention is a method for predicting crack width, but it is a method for predicting crack width in various construction methods, that is, a crack suppressing method. The cracking countermeasure is composed of the analysis results based on the constant value of the total energy consisting of the heat energy released from the concrete to the outside, the mechanical energy that exerts a binding force due to chemical action, and the internal energy that functions on the concrete itself. By doing so, it is possible to effectively take accurate crack countermeasures with a method that can generally apply the crack shape of concrete with high accuracy.

本発明による第2のコンクリートのひび割れ抑制方法は、上記のコンクリートのひび割れ抑制方法において、コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえで、コンクリートにおける温度解析、湿気移動解析及び応力解析をするために関係データを入力した後に、膨張材がなす力学的な総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出し、その結果に基づいてコンクリート応力を主体にしたひび割れ対策をより精密にして的確に構成している。   The second method for suppressing cracks in concrete according to the present invention is the above-described method for suppressing cracks in concrete, in which the hardened concrete is divided into meshes, and the relational data is used for temperature analysis, moisture transfer analysis and stress analysis in the concrete. After the input, the calculation is made based on the fact that the total mechanical energy made by the expansion material is a constant value, and based on the result, the countermeasures for cracks mainly based on concrete stress are made more precise and accurate.

本発明による第3のコンクリートのひび割れ抑制方法は、上記のコンクリートのひび割れ抑制方法において、コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえで、コンクリートにおける温度解析、湿気移動解析及びひび割れ形状解析をするために関係データを入力した後に総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出し、その結果に基づいてコンクリートのひび割れ形状を主体にしたひび割れ対策をより精密にして的確に構成している。   The third method for suppressing cracks in concrete according to the present invention is the above-described method for suppressing cracks in concrete, in which the hardened concrete is divided into meshes, and then the relationship data is used for temperature analysis, moisture transfer analysis, and crack shape analysis in the concrete. Is calculated based on the fact that the total energy is a constant value after input, and based on the result, the crack countermeasures based on the crack shape of concrete are more precisely and accurately configured.

本発明による第4のコンクリートのひび割れ抑制方法は、上記のコンクリートのひび割れ抑制方法において、コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえで、コンクリートにおける温度解析、湿気移動解析、応力解析及びひび割れ形状解析をするために関係データを
入力した後に、膨張材がなす力学的な総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出し、その結果に基づいて全面的なひび割れ対策をより精密にして的確に構成している。
The fourth concrete crack suppression method according to the present invention is the above-described concrete crack suppression method, in which the hardened concrete is divided into meshes, and then temperature analysis, moisture transfer analysis, stress analysis, and crack shape analysis are performed on the concrete. After inputting the related data, the calculation is based on the fact that the total mechanical energy made by the expansion material is a constant value, and based on the result, the entire crack countermeasure is more precisely and accurately configured. .

本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法は、コンクリート硬化体の内部温度、発生ひずみ、発生応力および発生ひび割れ形状をコンクリート硬化体中の膨張材がなす力学的な総エネルギーが一定値とすることに基づく解析結果で精密に分析することで、コンクリート構造物の膨張・収縮挙動によるひび割れ形状を的確にして高精度に抑制し得る対策を構成できる効果を奏している。   The method for suppressing cracking of concrete according to the present invention is an analysis based on the fact that the internal temperature, generated strain, generated stress, and generated crack shape of the hardened concrete are constant values of the total mechanical energy of the expansion material in the hardened concrete. By precisely analyzing the results, it is possible to construct a countermeasure that can accurately control the crack shape due to the expansion / contraction behavior of the concrete structure and suppress it with high accuracy.

本発明のコンクリートのひび割れ抑制方法による実験モデルExperimental model of concrete cracking suppression method of the present invention 本発明のコンクリートのひび割れ抑制方法による計算値と実測値を示す図表Chart showing calculated values and actual measured values according to the crack control method for concrete of the present invention 本発明のコンクリートのひび割れ抑制方法における体積変化図Volume change diagram in crack control method of concrete of the present invention 本発明のコンクリートのひび割れ抑制方法における実験の解析モデル図Analytical model diagram of experiment in crack control method of concrete of the present invention 本発明のコンクリートのひび割れ抑制方法における解析経過図Analysis progress chart in concrete crack control method of the present invention 解析経過における解析条件表Analysis condition table in analysis process 解析経過における外気温度図Outside temperature diagram in the analysis process 解析経過における温度解析Temperature analysis in the analysis process 解析経過における湿気移動解析Moisture transfer analysis in the analysis process 解析経過における最大主歪解析Maximum principal strain analysis in analysis process 解析経過における最大主応力解析Maximum principal stress analysis in the analysis process 解析経過におけるひび割れ幅解析Crack width analysis in the analysis process 解析経過におけるクラック相当ひずみ分布解析Analysis of crack equivalent strain distribution in analysis process 解析経過におけるひび割れ形状Crack shape in the analysis process 従来の「仕事量一定則」による計算値と実測値を示す図The figure which shows the calculated value and the actual measurement value with the conventional “working constant law” 従来の「仕事量一定則」による計算値と実測値の部分拡大図Partial enlargement of the calculated value and the actual measurement value based on the conventional "constant workload rule"

本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法は、拘束状態下にあるコンクリート硬化体において、コンクリートから外界に放出される発熱エネルギー、化学的作用で拘束力を発揮する力学エネルギー及びコンクリート自体に機能する内部エネルギーから成る総エネルギーが一定値とすることに基づく解析結果でひび割れ対策を構成することによって、コンクリートのひび割れ形態を高精度に、かつ一般的な方法で的確なひび割れ対策を効果的に講じることを可能にしている。   The method for suppressing cracking of concrete according to the present invention is based on heat generation energy released from the concrete to the outside, mechanical energy that exerts restraint force due to chemical action, and internal energy that functions on the concrete itself, in the concrete hardened body in a restrained state. By configuring the countermeasures against cracks based on the analysis results based on the total energy consisting of a constant value, it is possible to effectively take precise crack countermeasures with a general method with high accuracy in the cracking form of concrete. ing.

〔実施例1〕
本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法は、拘束状態下にあるコンクリート硬化体において、コンクリートから外界に放出される発熱エネルギー、化学的作用で拘束力を発揮する力学エネルギー及びコンクリート自体に機能する内部エネルギーから成る総エネルギーが一定値とすることに基づく解析結果でひび割れ対策を構成しているので、本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法で実施する際の実験例を示す図1と同実験例におけるコンクリートひび割れの計算値と実測値を示す図2に基づいて以下に説明する。
[Example 1]
The method for suppressing cracking of concrete according to the present invention is based on heat generation energy released from the concrete to the outside, mechanical energy that exerts restraint force due to chemical action, and internal energy that functions on the concrete itself, in the concrete hardened body in a restrained state. Since the analysis result based on the total energy consisting of a constant value constitutes a countermeasure against cracking, FIG. 1 showing an experimental example when the concrete cracking suppression method according to the present invention is implemented and the concrete cracking in the same experimental example This will be described below with reference to FIG.

コンクリート構造体は、任意の拘束鋼材を適宜に配置されながらセメントと水との反応によって生成される水和物として構成された硬化体であり、初期ひずみを発生させずに構造体の内部領域のみで体積膨張を生じさせながら拘束鋼材などの他の領域に一定の仕事量を発揮すると共に外界に熱放散しながらそこからの拘束力も受ける亜弾性体である。   A concrete structure is a hardened body that is configured as a hydrate formed by the reaction of cement and water while appropriately placing any restraining steel material, and only the internal region of the structure is generated without causing initial strain. This is a subelastic body that exhibits a certain amount of work in other regions such as constraining steel while causing volume expansion, and also receives a constraining force from it while dissipating heat to the outside.

これらのエネルギー関係を熱力学第一法則やニュートンの第三法則を適用して整理する
と、コンクリート硬化体において、内部から熱的に外界へ放出された熱量をΔH、化学作用によって力学的な外的環境に作用する力学的エネルギーをΔM及び内部で自ら貯えた内部エネルギーをΔQとして、コンクリート硬化体から外界へエネルギー移動する方向を正の符号として変化させた場合には、熱力学第一法則によって一般的に次式が成立する。
When these energy relationships are arranged by applying the first law of thermodynamics and the third law of Newton, the amount of heat released from the inside to the outside world is expressed as ΔH, and the mechanical external action is caused by chemical action. When the mechanical energy acting on the environment is changed to ΔM and the internal energy stored inside itself to ΔQ, and the direction of energy transfer from the hardened concrete to the outside is changed as a positive sign, Therefore, the following equation holds.

Figure 2013002904
次に、コンクリート硬化体において力学的な拘束度が異なるが、他の条件は全く同じである2つのケースを考えると、2つそれぞれのケース1、2については式(1)より次式が成立する。
Figure 2013002904
Next, considering the two cases where the degree of mechanical constraint is different in the hardened concrete body, but the other conditions are exactly the same, the following equation is established from Equation (1) for each of the two cases 1 and 2. To do.

Figure 2013002904
Figure 2013002904

Figure 2013002904
ここで、式(2)から式(3)を差し引くと、次式となる。
Figure 2013002904
Here, when the equation (3) is subtracted from the equation (2), the following equation is obtained.

Figure 2013002904
又、ケース1およびケース2の過程において、膨張あるいは収縮作用などの化学的な内部エネルギー変化ならびに発熱から放熱する過程が、現実的にはほぼ同じであると仮定できる場合には、
Figure 2013002904
In the process of Case 1 and Case 2, when it can be assumed that the chemical internal energy change such as expansion or contraction and the process of heat release from heat generation are practically the same,

Figure 2013002904
Figure 2013002904

Figure 2013002904
が成立する。
Figure 2013002904
Is established.

これらの関係は、コンクリート硬化過程における膨張材の膨張作用あるいは骨材のアルカリ骨材反応などの典型的な例と考えられるので、式(4)から、   Since these relationships are considered to be typical examples of the expansion action of the expansion material or the alkali-aggregate reaction of the aggregate in the concrete hardening process, from the equation (4),

Figure 2013002904
が成立する。
Figure 2013002904
Is established.

式(7)は、拘束の程度に依らず、化学作用によって力学的な外的環境へコンクリート硬化体が作用する力学的エネルギーが一定であることを示しており、結果的にコンクリート硬化体では「総エネルギー一定則」が成立することを証明している。   Equation (7) shows that the mechanical energy that the hardened concrete body acts on the mechanical external environment by chemical action is constant regardless of the degree of restraint. It proves that the "total energy constant law" holds.

一方、上述した力学的エネルギーΔMについて更に吟味すると、作用・反作用の法則である ニュートンの第三法則からΔMをエネルギーとして展開すると、一般的に応力テンソルと自由膨張ひずみを除いた全ひずみテンソルとの積に対する体積積分の形で表現されるところの膨張するコンクリート硬化体自身の内部になす仕事量ΔξAと膨張するコンク
リート硬化体を拘束する材料になす仕事量ΔξBとは、コンクリート硬化体における仕事
量の和として一般的に応力テンソルと化学作用による自由膨張あるいは収縮としてひずみテンソルの積に対する体積積分の形で表現される化学エネルギーΔξcheとなるので、結
局はコンクリート硬化体における仕事量の和として表現される力学的エネルギーΔMは、化学エネルギーΔξcheと等しくなって次式のように表現することが出来る。
On the other hand, when the above-mentioned mechanical energy ΔM is further examined, when ΔM is developed as energy from Newton's third law, which is the law of action and reaction, in general, the stress tensor and the total strain tensor excluding the free expansion strain are The amount of work Δξ A in the expanded concrete hardened body itself and the amount of work Δξ B in the material constraining the expanded concrete hardened body, expressed in the form of the volume integral with respect to the product, is the work in the hardened concrete body. Since the chemical energy Δξ che expressed in the form of volume integral with respect to the product of the stress tensor and the strain tensor as a free expansion or contraction due to chemical action as the sum of the quantities, in the end, as the sum of the work in the hardened concrete mechanical energy ΔM expressed, the following equation is equal to the chemical energy .DELTA..xi che It can be expressed as.

Figure 2013002904
式(7)で表わされた「総エネルギー一定則」と式(8)によって、いかなる拘束条件下においても、化学エネルギーΔξcheは一定になることが明らかである。この考え方は、
化学的に膨張あるいは収縮する物質で構成される構造体の膨張量あるいは収縮量を決定する上での根幹となる考えである。
Figure 2013002904
From the “total energy constant law” expressed by the equation (7) and the equation (8), it is clear that the chemical energy Δξ che is constant under any constraint condition. This idea is
This is a basic idea for determining the amount of expansion or contraction of a structure composed of a chemically expanding or contracting substance.

以上の見解から、コンクリートひび割れを抑制するためにもコンクリート硬化体に対して「総エネルギー一定則」の考えを適用することが可能であり、これによって、アルカリシリカ反応をする骨材の膨張によるひび割れや静的破砕剤によるひび割れを定量的に予測可能になって、総合的にコンクリート硬化体に化学的に圧縮力を導入する膨張材のひび割れ抑制効果を定量的に予測可能にしたものであるから、本発明はコンクリートのひび割れ抑制を広範囲にして確実に出来る対策を構成し得るものである。   From the above view, it is possible to apply the concept of “constant total energy” to hardened concrete to suppress cracking of concrete, and thereby cracking due to expansion of aggregates that react with alkali silica. And cracks caused by static crushing agent can be quantitatively predicted, and the crack suppression effect of the expansion material that introduces compressive force chemically into the hardened concrete body can be quantitatively predicted. The present invention can constitute a measure that can reliably prevent cracks in concrete over a wide range.

次に、「総エネルギー一定則」の考えに基づいて実施した本発明のコンクリートのひび割れ抑制方法の正当性を検証するための実験モデルを示す図1と同モデルの実験結果として立証された計算値と実測値との関連性を示す図2とで明らかにする。   Next, the calculated value proved as the experimental result of FIG. 1 showing an experimental model for verifying the validity of the concrete crack control method of the present invention carried out based on the idea of “constant total energy”. FIG. 2 shows the relationship between the measured values and the measured values.

実験に採用した試験体の形状ならびに検証に使用した実験モデルは、図1に示すように角柱状のコンクリート試験体1を形成するために試験対象であるコンクリート2の断面中央の位置に両側に配置した2枚の鋼板3、3を拘束するための鉄筋4を配置して鉄筋4と鋼板3とは溶接で一体化した形態で構成されている。コンクリート試験体1は、鉄筋の無いものを始めとして鉄筋径を6mm、13mm及び19mmにした4ケースを準備しており、コンクリート試験体1における夫々の鉄筋比は0.00%、0.22,0.88及び1.99に構成され、コンクリート試験体1の保存状態は濡らした布で湿布したビニール袋中に温度40℃、湿度100%の状態で維持されている。   The shape of the test specimen used in the experiment and the experimental model used for verification are arranged on both sides at the center of the cross section of the concrete 2 to be tested in order to form a prismatic concrete test specimen 1 as shown in FIG. The reinforcing bars 4 for restraining the two steel sheets 3 and 3 are arranged, and the reinforcing bars 4 and the steel sheet 3 are integrated by welding. The concrete test specimen 1 is prepared in four cases in which the diameter of the reinforcing bars is 6 mm, 13 mm, and 19 mm including those without a reinforcing bar, and the ratio of the reinforcing bars in the concrete test specimen 1 is 0.00%, 0.22, Constructed at 0.88 and 1.99, the storage state of the concrete specimen 1 is maintained in a plastic bag wetted with a wet cloth at a temperature of 40 ° C. and a humidity of 100%.

本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法の検証結果は、図2に示す計算値と実測値との比較を以って立証されている。   The verification result of the crack control method for concrete according to the present invention is proved by comparing the calculated value and the actually measured value shown in FIG.

本検証結果では、横軸に経過時間(日数)を採って縦軸にはコンクリート試験体の膨張量(%)を記録しており、実線にて計算値を示しながら各表示形態で実測値を示している。   In this verification result, the elapsed time (days) is taken on the horizontal axis, and the amount of expansion (%) of the concrete specimen is recorded on the vertical axis. Show.

鉄筋を採用せずに拘束力の無い試験体の場合には、計算値においても膨張量が一番大きく変化して初期の50日から100日までは大きく拡張しているがそれ以降はなだらかに経緯している。これに対して、実測値にあってもなだらかになる傾斜は異なっていても略同様の傾向を示している。又、採用した鉄筋径が6mmのケースでは計算値と実測値とが無鉄筋の場合より早期に傾斜を早めているが、鉄筋径13mmの場合には膨張量は少なくて100日では収束状態に入っており、このような傾向は鉄筋径19mmにおいて更に顕著になるが、計算値と実測値との一致度は高まっている。   In the case of a test specimen that does not employ reinforcing bars and has no binding force, the amount of expansion changes the largest in the calculated value and expands greatly from the initial 50 days to 100 days, but after that it gently increases. It is a background. On the other hand, even if it is in the actual measurement value, even if the inclination becomes gentle, the same tendency is shown. In addition, in the case where the rebar diameter is 6 mm, the calculated value and the actual measurement value are inclined earlier than in the case of the non-rebar, but in the case of the rebar diameter 13 mm, the expansion amount is small and converges at 100 days. Such a tendency becomes more remarkable at a reinforcing bar diameter of 19 mm, but the degree of coincidence between the calculated value and the actually measured value is increasing.

以上のように、本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法の検証結果は、従来から数多く実施されてきた初期ひずみ代入法で行われる計算値と実測値との乖離状態とは全く異なって、図示したように何れのケースにあっても計算値と実測値とは乖離することなく良く合致しており、構造解析に化学エネルギーを入力データとして与える「総エネルギー一定則」の考え方は適切であって、本発明のコンクリートのひび割れ抑制方法が適正なものであるとの確認ができている。   As described above, the verification results of the crack control method for concrete according to the present invention are completely different from the deviation state between the calculated value and the actual measurement value performed by the initial strain substitution method that has been practiced many times as shown in the figure. In any case, the calculated value and the measured value are in good agreement with each other, and the concept of the “constant total energy law” that gives chemical energy as input data for structural analysis is appropriate. It has been confirmed that the concrete crack control method of the invention is appropriate.

この検証内容は、膨張材料を含んだコンクリート構造物における劣化や補強効果に関する予測精度が格段に向上するもので、本発明によるコンクリートのひび割れ抑制方法によると膨張コンクリートによるケミカルプレストレスの効果あるいはアルカリ骨材反応によるコンクリート部材の変形劣化の予測を従前の手法よりも明らかに合理的かつ高精度に行なえることを立証している。   The contents of this verification are that the prediction accuracy regarding the deterioration and reinforcement effect in the concrete structure containing the expansion material is remarkably improved. According to the method for suppressing cracking of concrete according to the present invention, the effect of the chemical prestress by the expansion concrete or the alkali bone It is proved that the prediction of deformation and deterioration of concrete members due to the material reaction can be clearly and reasonably more accurately performed than the previous method.

本発明による他のコンクリートのひび割れ抑制方法は、上述したコンクリートのひび割れ抑制方法において、コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえで、コンクリートにおける温度解析、湿気の移動解析及び応力解析とひび割れの形状解析を夫々単独乃至は同時に実施するために関係データを入力した後に総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出する結果に基づいて、実際の配筋を考慮しながらひび割れ対策の効果を定量的に評価して適切な対策をより精密にして的確に構成している。   Another method for suppressing cracks in concrete according to the present invention is the above-described method for suppressing cracks in concrete, in which the hardened concrete is divided into meshes, and then temperature analysis, moisture movement analysis, stress analysis, and crack shape analysis in the concrete are performed. Based on the result calculated based on the total energy being constant after inputting related data for single or simultaneous implementation, the effect of crack countermeasures is quantitatively evaluated while taking into account actual bar arrangement. Appropriate measures are made more precise and precise.

〔実施例2〕
本発明による他のコンクリートのひび割れ抑制方法は、上述したコンクリートのひび割れ抑制方法において、コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえで、コンクリートにおける温度解析、湿気の移動解析及び応力解析とひび割れの形状解析を夫々単独乃至は同時に実施するために関係データを入力した後に、膨張材がなす力学的な総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出し、その結果に基づいてコンクリートのひび割れ抑制対策を的確に構成するために適切なソフトウエアを作成しているので、その内容を図3〜5に従って説明する。
[Example 2]
Another method for suppressing cracks in concrete according to the present invention is the above-described method for suppressing cracks in concrete, in which the hardened concrete is divided into meshes, and then temperature analysis, moisture movement analysis, stress analysis, and crack shape analysis in the concrete are performed. After inputting the relevant data to implement alone or simultaneously, calculate based on the constant value of the total mechanical energy of the expansion material, and based on the result, concrete countermeasures to prevent cracks in the concrete are constructed Since the appropriate software has been created, the contents will be described with reference to FIGS.

前述したように、コンクリートは、セメントと水との反応によって生成される水和物として構成された硬化体であって、セメントと水が反応する際に発生する水和熱は、コンクリート内部の温度を上昇させ外界の温度変化に追随しながらコンクリート硬化体に膨張ならびに収縮の挙動を呈させると共に、コンクリート内部に在っては水分の移動に伴った自己収縮と大気中に水分が逸散することによる乾燥収縮を発生させているので、これらの関係をコンクリートの体積変化およびひび割れに至る経過として表現すると図3のようにな
る。
As described above, concrete is a hardened body configured as a hydrate formed by the reaction between cement and water, and the heat of hydration generated when the cement and water react with each other depends on the temperature inside the concrete. The concrete hardened body exhibits expansion and contraction behavior while following the temperature change of the outside world by raising the temperature, and in the interior of the concrete, the self-shrinkage due to the movement of moisture and the moisture dissipating into the atmosphere. Since the drying shrinkage due to the above is generated, these relationships are expressed as a change in volume of concrete and a process leading to cracking as shown in FIG.

即ち、セメントと水とにおける水和反応では、その発熱によって温度を上昇させ、外界の温度変化に追随しながら上昇した後に降下することで従前と同様に温度ひずみを生成してクリープに至り、同様に自己乾燥によって自己収縮ひずみを生成すると共にセメントに混入される膨張材の作用によって膨張ひずみを喚起してクリープに至る。又、コンクリート中に於いて行われる水分移動は乾燥状態を経過してコンクリート硬化体に乾燥収縮ひずみを生じており、これらの各ひずみは総じてコンクリート硬化体にクリープを発生させるので、結果的にこれらの各クリープによる引張応力が自体の引張強度を上回る関係に至る場合にはコンクリート硬化体にひび割れ現象を生じるものである。   That is, in the hydration reaction between cement and water, the temperature is increased by the heat generation, and the temperature is increased while following the temperature change of the outside world. In addition, self-shrinking strain is generated by self-drying, and expansion strain is aroused by the action of the expanding material mixed in the cement, resulting in creep. In addition, moisture movement performed in concrete causes drying shrinkage strain in the hardened concrete after passing through the dry state, and each of these strains generally generates creep in the hardened concrete. When the tensile stress due to each of the above creeps exceeds its own tensile strength, a cracking phenomenon occurs in the hardened concrete.

本発明による他のコンクリートのひび割れ抑制方法では、以上のようなコンクリート構造物における建設時から供用までの硬化時にコンクリートに生じる初期の各ひずみによって発生する応力・変形状態を総合的に解析して、その解析結果を定量的に解明することで発生するかもしれないひび割れを巧妙に制御しながら確実に抑制できる対策を適用可能にしている。   In the concrete crack control method according to the present invention, the stress / deformation state generated by each initial strain generated in the concrete at the time of hardening from construction to service in the concrete structure as described above is comprehensively analyzed, Measures that can be reliably suppressed while skillfully controlling cracks that may occur by quantitatively elucidating the analysis results are made possible.

本発明による他のコンクリートのひび割れ抑制方法における解析手法を説明するために、図4に示す簡易な解析モデル5を採用して基本的な解析経過を図5に基づいて以下に説明する。   In order to explain an analysis method in another method for suppressing cracking of concrete according to the present invention, a basic analysis process will be described below based on FIG. 5 by adopting a simple analysis model 5 shown in FIG.

本解析モデル5は、図示のように基礎コンクリートの上に壁コンクリートが載置しているようなコンクリート硬化体の実相構造物27に対して、実相構造物全体を解析モデルとして採用することは解析に必要とする入力データの膨大な量やそれらの解析に要するコンピューターの稼働時間の増大等を考慮すると余り適切な選択ではなく、解析対象である実相構造物27を構造的に勘案してこれを対称的な1/4モデルにしても性能的に解析可能である場合には、解析モデルを全体モデルから実相構造物27の長さと幅が夫々半分に相当している長方形の基礎コンクリート6の一方側に同様に実相構造物27の長さと幅が夫々半分に相当する小幅の壁コンクリート7を配置して構成されている形態にしても何らの遜色が無いので、本実施例では解析モデル5をそのような形状にしている。本例ではコンクリートの内部に何らの鉄筋も配置しない場合を採用しているが、判断するコンクリート試験体が鉄筋を使用している場合には本解析モデル5にも予め鉄筋を採用した条件を入力することで解析が行われるものである。又、実相構造物27が異なる形状の場合には解析結果から全体値を推計できる形態に細分化した解析モデルを選択することも可能である。   This analysis model 5 is an analysis that adopts the entire real phase structure as an analysis model for a real phase structure 27 of a hardened concrete in which wall concrete is placed on the foundation concrete as shown in the figure. Considering the enormous amount of input data required for the analysis and the increase in the operating time of the computer required for the analysis, it is not an appropriate choice, and the actual structure 27 to be analyzed is structurally taken into consideration. If a symmetrical 1/4 model can be analyzed in terms of performance, one of the rectangular foundation concrete 6 corresponding to half the length and width of the real phase structure 27 from the overall model can be analyzed. In the present embodiment, there is no inferiority even in a form in which a small-sized wall concrete 7 corresponding to half the length and width of the real phase structure 27 is arranged on the side. It is the analysis model 5 in such a shape. In this example, the case where no reinforcing bars are arranged inside the concrete is adopted. However, if the concrete specimen to be judged uses reinforcing bars, the conditions for adopting reinforcing bars are also entered in this analysis model 5 in advance. By doing so, the analysis is performed. Further, when the actual phase structure 27 has a different shape, it is possible to select an analysis model that is subdivided into a form in which the overall value can be estimated from the analysis result.

本実施例に於ける解析経過の全体像としては、上述した解析モデル5の作成ゾーン8から開始されている。次いで、作成された解析モデル5に関する解析条件の入力データ9が温度解析ゾーン10、湿気移動解析ゾーン12、応力解析ゾーン14及びひび割れ幅解析ゾーン15に対して行われている。又、温度解析ゾーン10の解析出力である温度11は、湿気移動解析ゾーン12、応力解析ゾーン14及びひび割れ幅解析ゾーン15に対して供給され、同様に湿気移動解析ゾーン12の解析出力である相対湿度13が、応力解析ゾーン14とひび割れ幅解析ゾーン15に対して供給されている。更に、応力解析ゾーン14の解析出力群16とひび割れ幅解析ゾーン15からの解析出力群17は、先の温度解析ゾーン10の解析出力11、湿気移動解析ゾーン12の解析出力13と共に集積ゾーン18に集められている。そして、ひび割れ幅解析ゾーン15からの解析出力群17からはクラック相当ひずみという解析結果を活用することによってひび割れ幅19を本解析経過の出力にしている。   An overall image of the analysis process in this embodiment is started from the creation zone 8 of the analysis model 5 described above. Next, analysis condition input data 9 relating to the generated analysis model 5 is performed on the temperature analysis zone 10, the moisture movement analysis zone 12, the stress analysis zone 14, and the crack width analysis zone 15. Further, the temperature 11 that is the analysis output of the temperature analysis zone 10 is supplied to the moisture movement analysis zone 12, the stress analysis zone 14, and the crack width analysis zone 15, and similarly the relative output that is the analysis output of the moisture movement analysis zone 12. Humidity 13 is supplied to the stress analysis zone 14 and the crack width analysis zone 15. Further, the analysis output group 16 of the stress analysis zone 14 and the analysis output group 17 from the crack width analysis zone 15 are combined with the analysis output 11 of the temperature analysis zone 10 and the analysis output 13 of the moisture movement analysis zone 12 in the accumulation zone 18. Have been collected. Then, from the analysis output group 17 from the crack width analysis zone 15, the crack width 19 is made the output of this analysis process by utilizing the analysis result of crack equivalent strain.

以上の各種解析結果の出力は、個別に活用することも一括して活用することも可能であって、これらを以って解析経過の終結にしている。   The output of the various analysis results described above can be used individually or collectively, and these are used to terminate the analysis process.

解析条件の入力データ9は、図6の表に示すように解析モデル5に関して基礎コンクリート6及び壁コンクリート7に対する熱伝導率以下の物性値毎に必要な値を供給しており、解析モデル5が置かれている環境の外気温に関しても解析時間毎に図7のように条件の一つとしてその経緯を提供されている。   As shown in the table of FIG. 6, the analysis condition input data 9 supplies necessary values for each physical property value below the thermal conductivity of the basic concrete 6 and the wall concrete 7 with respect to the analytical model 5. Regarding the outside air temperature of the environment in which it is placed, the circumstances are provided as one of the conditions as shown in FIG. 7 for each analysis time.

個々の解析ゾーンにおいては、供給された解析の入力条件に基づいて必要な解析計算を実施しており、温度解析ゾーン10においては、コンクリートにおける熱伝導率、比熱及び発熱量等の熱特性値、密度、単位セメント量、打込み温度、発熱特性値等の入力によって非定常熱伝道解析を行っており、その結果として解析モデル5の各部位に関して図8のような温度履歴(a)と温度濃淡図(b)を出力している。この出力は、温度に関しては図示のように解析された計算値と実相構造物27に置いて実際に測定された実測値とが経過時間毎に対比できるように設定されており、温度濃淡に関しては適宜に視覚的対比が可能な出力形態になっている。   In each analysis zone, necessary analysis calculations are performed based on the input conditions of the supplied analysis. In the temperature analysis zone 10, thermal characteristic values such as thermal conductivity, specific heat and calorific value in concrete, Unsteady heat conduction analysis is performed by inputting the density, unit cement amount, implantation temperature, exothermic characteristic value, etc. As a result, the temperature history (a) and temperature density diagram as shown in FIG. (B) is output. This output is set so that the calculated value analyzed as shown in the figure and the actually measured value actually measured on the actual phase structure 27 can be compared for each elapsed time. The output form allows visual comparison as appropriate.

温度履歴における実線で提示した実測値は、細線で表示している計算値と経過時間の前半において温度上昇時には一致しており、高温から降下に転じる時点で若干の相違温度を示しているが、温度降下を続ける経過時間4時間以降の後半にあっては計算値と実測値は殆ど一致した温度勾配を示している。一方、この様な解析モデル5での温度推移は、図示のように温度の濃淡状態として基礎コンクリート6の20℃から壁コンクリート7に向かって30℃、35℃と壁コンクリート7の上端位置における温度と同様値まで温度上昇しており、壁コンクリートの中間位置にあって65℃という最高温度に至るまで視覚的な解析出力によっても確認が可能である。   The actual measurement value shown by the solid line in the temperature history is the same as the calculated value displayed by the thin line when the temperature rises in the first half of the elapsed time, and shows a slightly different temperature when turning from high temperature to falling, In the latter half of the elapsed time of 4 hours after continuing the temperature drop, the calculated value and the actually measured value show almost the same temperature gradient. On the other hand, the temperature transition in the analysis model 5 is as follows: the temperature at the upper end position of the wall concrete 7 is 30 ° C. and 35 ° C. from the 20 ° C. of the basic concrete 6 toward the wall concrete 7 in the shaded state of the temperature. The temperature rises to the same value as in Fig. 5, and it can be confirmed by visual analysis output until it reaches the maximum temperature of 65 ° C in the middle position of the wall concrete.

又、温度解析ゾーン10における解析出力の温度11は、以下の湿気移動解析ゾーン12、応力解析ゾーン14及びひび割れ幅解析ゾーン15における解析の入力条件として解析条件の入力データ9と共に加味されるものであって、夫々の解析において随時に活用されている。   The temperature 11 of the analysis output in the temperature analysis zone 10 is added together with the analysis condition input data 9 as an input condition for analysis in the following moisture movement analysis zone 12, stress analysis zone 14 and crack width analysis zone 15. Therefore, it is used at any time in each analysis.

湿気移動解析ゾーン12における解析は、解析条件の入力データ9からのコンクリートの透湿量、湿気容量及び湿気密度に関する入力条件と温度解析ゾーン10からの出力温度11に基づいて湿気移動の解析を実施しており、その出力値は図9に示す経過時間(日数)における基礎コンクリートの底版中、底版外と壁コンクリートの側壁外、側壁中、頂版外、頂版中等の各部位での相対湿度(%)を以って表示している。   The analysis in the moisture movement analysis zone 12 analyzes the moisture movement based on the input conditions regarding the moisture permeability, moisture capacity and moisture density of the concrete from the input data 9 of the analysis conditions and the output temperature 11 from the temperature analysis zone 10. The output value is the relative humidity in each part of the base concrete bottom slab, outside the bottom slab and outside the side wall of the wall concrete, in the side wall, outside the top slab, and inside the top slab for the elapsed time (days) shown in FIG. (%) Is displayed.

相対湿度の値は、基礎コンクリートの底版中と壁コンクリートの側壁中及び頂版中における相対湿度がなだらかに降下した後に95%近辺の値を示しているが、壁コンクリートの頂版外では急速に低下した後に63%程度の値で推移して頂版中の値と近似な値で定着している。   The relative humidity shows a value of around 95% after the relative humidity in the bottom slab of the foundation concrete, the side wall of the wall concrete, and the top slab has dropped gently, but rapidly outside the top of the wall concrete. After the decrease, the value transitions to about 63% and is fixed at a value approximate to the value in the top plate.

コンクリートの解析モデル5内の湿度分布を表示しているこの解析出力値は、乾燥収縮量の計算に役立つものであるから応力解析ゾーン14とひび割れ幅解析ゾーン15とに解析の入力条件として解析条件の入力データ9と共に加味されており、各解析ゾーンにおいてJCI−TC911の推定式やCEB式に対応した乾燥収縮ひずみの算定や土木学会コンクリート標準仕方書及びJCIひび割れ制御指針に準拠した自己収縮ひずみの算定を可能にするという具合に夫々の解析ゾーンにおいて有意義に活用されることになる。   The analysis output value indicating the humidity distribution in the analysis model 5 of the concrete is useful for calculating the drying shrinkage amount. Therefore, the analysis conditions are input to the stress analysis zone 14 and the crack width analysis zone 15 as analysis conditions. The calculation of dry shrinkage strain corresponding to the estimation formula of JCI-TC911 and the CEB formula in each analysis zone, and the self-shrinkage strain conforming to the Japan Society of Civil Engineers concrete standard manual and JCI crack control guidelines. It will be used meaningfully in each analysis zone, such as enabling calculation.

応力解析ゾーン14における解析は、解析条件の入力データ9からの熱膨張率、圧縮強度、引張強度、ヤング係数、ポアソン比に加えて、コンクリートにおける水和反応や水分移動に基づく温度ひずみ、自己収縮ひずみ、膨張ひずみと乾燥収縮ひずみから発生するク
リープを入力して、JCI−TC911の推定式とCEB式に対応した乾燥収縮ひずみの算定、土木学会コンクリート標準仕方書及びJCIひび割れ制御指針に準拠した自己収縮ひずみの算定を可能にする非定常の温度応力解析を実施している。
Analysis in the stress analysis zone 14 includes thermal expansion coefficient, compressive strength, tensile strength, Young's modulus, Poisson's ratio from the input data 9 of the analysis conditions, temperature strain based on hydration reaction and water movement in concrete, self-contraction Input the creep generated from the strain, expansion strain and drying shrinkage strain, calculate the drying shrinkage strain corresponding to the JCI-TC911 estimation formula and CEB formula, the Japan Society of Civil Engineers concrete standard manual and JCI crack control guidelines Unsteady temperature stress analysis that enables calculation of shrinkage strain is performed.

この際に採用される膨張材によって導入される膨張ひずみは、本発明におけるコンクリートのひび割れ抑制方法の特長である「総エネルギー一定則」の考えに従って解析されるものであって、その結果として解析モデル5における変位、ひずみ、応力及びひび割れ指数と共に最大主歪や最大主応力が出力されている。   The expansion strain introduced by the expansion material employed at this time is analyzed in accordance with the idea of the “constant total energy”, which is a feature of the concrete crack suppression method in the present invention, and as a result, an analysis model The maximum principal strain and maximum principal stress are output together with the displacement, strain, stress and crack index in FIG.

解析結果である図10に示されている最大主歪について検証してみると、膨張材導入の仕様に関してJCIひび割れ制御指針に準拠して初期ひずみ法の考えに従った場合と「総エネルギー一定則」の考えに沿った混入量20kgの場合とでは両者とも略同様の歪値を以って経過して品質管理上の問題は発生しないと考えられる。しかしながら、膨張材の導入に非考慮の場合とJCIひび割れ制御指針に準拠する初期ひずみ法の考えに沿って混入量40kgの場合とでは大いに乖離した経緯を示しており、これらの相違状況はコンクリート構造物の施工時に在っても品質管理の観点からは疑問を呈しかねない状態にある。   The maximum principal strain shown in FIG. 10, which is the analysis result, is examined. When the expansion strain introduction specification is in accordance with the idea of the initial strain method in accordance with the JCI crack control guidelines, the “constant total energy law” In the case of the mixing amount of 20 kg in line with the idea of “there is no problem in quality control as both pass with substantially the same strain value. However, when the introduction of expansion material is not considered and the initial strain method based on the JCI crack control guideline, the case where the mixing amount is 40 kg shows a great difference. Even if it is at the time of construction, it can be questionable from the viewpoint of quality control.

同様に、図11に示されている最大主応力についての結果においても、膨張材の導入に非考慮の場合には最大主応力が大きめに算出されており、逆に膨張材の混入量40kgの場合には経過日数18日までは最大主応力はマイナス表示になって21日からは最大主応力が大きめに算出されている。   Similarly, in the result of the maximum principal stress shown in FIG. 11, the maximum principal stress is calculated to be larger when the introduction of the expansion material is not taken into consideration, and conversely, the mixing amount of the expansion material is 40 kg. In this case, the maximum principal stress is negatively displayed until 18 days have elapsed, and the maximum principal stress is calculated to be larger from the 21st.

いずれにしても上述した傾向は類似であって、大きな応力を発生させる状況はコンクリート構造物の施工時においては大いに問題視されるところであり、本発明におけるコンクリートのひび割れ抑制方法の特長である「総エネルギー一定則」の考えの正当性は明確に成っても、従来からの初期ひずみ法の考えに則ったコンクリート構造物における施工管理は膨張材混入量20kgの場合という特定の範囲以外では適用困難であると言える。   In any case, the above-mentioned tendency is similar, and the situation in which large stress is generated is regarded as a serious problem in the construction of concrete structures. Even if the idea of the “constant energy law” is clear, the construction management of concrete structures in accordance with the conventional idea of the initial strain method is difficult to apply except for a specific range of 20 kg of expanded material mixed in. It can be said that there is.

ひび割れ幅解析ゾーン15における解析は、応力解析ゾーンでの解析と同様に熱膨張率、圧縮強度、引張強度、ヤング係数、ポアソン比を入力して、JCI−TC911の推定式やCEB式に対応した乾燥収縮ひずみの算定や土木学会コンクリート標準仕方書及びJCIひび割れ制御指針に準拠した分布ひび割れモデルによって実施しており、応力解析ゾーンでの結果と異なって解析モデル5における変位、クラック相当ひずみ、応力及びひび割れ指数の出力と、これらの出力とは別にクラック相当ひずみが発生している範囲での積分によってクラック相当ひずみから分離したひび割れ幅19を単独に算出している。   Analysis in the crack width analysis zone 15 is similar to the analysis in the stress analysis zone, and inputs thermal expansion coefficient, compressive strength, tensile strength, Young's modulus, Poisson's ratio, and corresponds to JCI-TC911 estimation formula and CEB formula. Unlike the results in the stress analysis zone, the displacement, crack equivalent strain, stress and stress in the analysis model 5 are carried out by the calculation of the drying shrinkage strain, the Japan Society of Civil Engineers concrete standard manual, and the distributed crack model in accordance with the JCI crack control guidelines. The crack width 19 separated from the crack equivalent strain is independently calculated by the output of the crack index and the integration in the range where the crack equivalent strain is generated separately from these outputs.

解析結果として示されるものは、視覚に訴えているコンクリートのひび割れに関連するクラック相当ひずみであり、その一つが図12に示すクラック相当ひずみ濃淡図と図13に開示するクラック相当ひずみ分布図である。   What is shown as an analysis result is crack equivalent strain related to cracks in concrete appealing visually, one of which is a crack equivalent strain density diagram shown in FIG. 12 and a crack equivalent strain distribution diagram disclosed in FIG. .

クラック相当ひずみ濃淡図12では、色の識別によってコンクリートのひび割れ度を認識可能な視覚に訴えることによって、色濃度の強弱によって想定されるひび割れの緊迫程度を提示するクラック相当ひずみとして出力されており、クラック相当ひずみの表示−5.00E−05から0.00E+00を経て1.00E―04から2.50E―04、4.50E―04へと変化してクラック相当ひずみの存在とその程度を視覚的に提示している。これによると実相構造物27の中央部位に相当する解析モデル5の位置に2箇所の大きなクラック相当ひずみが存在することを解析結果として算出している。同様の解析結果は、クラック相当ひずみ分布表である図13においても明確であり、解析モデル5に発生する強烈なクラック相当ひずみの程度とそれが存在する分布状態を明らかにしており、結果として解析モデル5の特定端部からの距離と併せることによってひび割れが現出する位
置を含めたコンクリートのひび割れの形態を感覚的に認識出来るようにしている。
In FIG. 12, the crack equivalent strain density is output as a crack equivalent strain presenting the degree of crack tension assumed by the strength of the color density by appealing to the visual recognition of the cracking degree of the concrete by identifying the color, Display of crack equivalent strain-Change from 5.00E-05 to 0.00E + 00 to 1.00E-04 to 2.50E-04, 4.50E-04 to visually indicate the existence and degree of crack equivalent strain Is presenting. According to this, it is calculated as an analysis result that two large crack equivalent strains exist at the position of the analysis model 5 corresponding to the central portion of the real phase structure 27. The similar analysis result is also clear in FIG. 13 which is a crack equivalent strain distribution table, and the degree of intense crack equivalent strain generated in the analysis model 5 and the distribution state in which it exists are clarified. By combining with the distance from the specific end of the model 5, it is possible to sensuously recognize the form of cracks in the concrete including the position where the cracks appear.

ひび割れ幅解析ゾーン15からの出力としては、上述したようにクラック相当ひずみの出力から分離させた形態で、鉄筋の効果を鉄筋比という形で考慮して非線形構成則をコンクリート及び鉄筋に導入することによって想定されるひび割れ幅やひび割れパターンの状態を図14に示す表において解析結果として算出している。この表では、図13において示した特定端部からの距離と併せて長手方向クラック相当ひずみの程度とひずみ長さ座標(mm)とから算出される積分値の和として最初のひび割れ幅0.18(mm)と更に実相構造物の中央部位に発生する大きなひび割れ幅0.29(mm)を特定することが解析可能になっている。   As the output from the crack width analysis zone 15, the nonlinear constitutive law is introduced into the concrete and the reinforcing bar in consideration of the effect of the reinforcing bar in the form of the reinforcing bar ratio in the form separated from the output of the crack equivalent strain as described above. 14 is calculated as an analysis result in the table shown in FIG. 14. In this table, the initial crack width 0.18 as the sum of integral values calculated from the degree of longitudinal crack equivalent strain and strain length coordinates (mm) together with the distance from the specific end shown in FIG. It is possible to analyze (mm) and further specify a large crack width of 0.29 (mm) generated at the central portion of the real phase structure.

本解析経過における出力は、解析結果ゾーン18において温度解析ゾーン10の解析出力(温度)11、湿気移動解析ゾーン12の解析出力(相対湿度)13及び応力解析ゾーン14からの「変位、ひずみ、応力及びひび割れ指数」の解析出力群16とひび割れ幅解析ゾーン15からの「変位、クラック相当ひずみ、応力及びひび割れ指数」の解析出力群17を夫々単独乃至は同時に集計する形態で解析の結果として提示され、これに加えて上述したようにひび割れ幅19も解析出力が提示可能になっている。   The output in this analysis process is the analysis output (temperature) 11 of the temperature analysis zone 10 in the analysis result zone 18, the analysis output (relative humidity) 13 of the moisture movement analysis zone 12, and the “displacement, strain, stress from the stress analysis zone 14. Analysis output group 16 of "and crack index" and analysis output group 17 of "displacement, crack equivalent strain, stress and crack index" from crack width analysis zone 15 are presented as the results of the analysis in the form of summing up individually or simultaneously. In addition to this, as described above, an analysis output can also be presented for the crack width 19.

以上の解析ゾーンで具体化されたように、上述した図3のクリープによるひずみの増加分は、従来のStep by Step法(重ね合せ法)において全ステップにおける情報を必須にする故に多くの記憶容量と計算時間とを必要としていた状況と異なっており、実相構造物から離れて論理的にして適正な解析モデルの採用による入力データの縮小化やコンピューターの稼働時間の短縮によってコストの低減及び解析時間の短縮を始めとして、これに加算したDirichlet級数によるRate type理論の導入によって直前のステップにおける情報のみで計算することが可能になったことから極めて適正にして迅速に計算されると共に、コンクリート硬化体内での膨張材の使用と骨材本来の膨張等によって発生する総合現象を定量的に解明できることで、コンクリート硬化体において発生するひび割れ形態を高精度に解明できると共にそのひび割れ形状を的確に制御する対策の効能を定量的に評価できることが可能になるという優れた効果を発揮している。   As embodied in the above analysis zone, the increase in strain due to creep in FIG. 3 described above requires a large amount of storage capacity because information in all steps is essential in the conventional Step by Step method (superposition method). It is different from the situation where the calculation time is required, and the cost is reduced and the analysis time is reduced by reducing the input data by shortening the operating time of the computer by reducing the input data by adopting the appropriate analysis model logically away from the real phase structure It is possible to calculate only with the information in the immediately preceding step by introducing the rate type theory by the Dirichlet series added to this, and so it is calculated extremely appropriately and quickly. Quantifies the total phenomena that occur due to the use of expansion material in the building and the inherent expansion of the aggregate It is possible to elucidate the crack shape generated in the hardened concrete with high accuracy and to demonstrate the excellent effect that it is possible to quantitatively evaluate the effectiveness of measures to accurately control the crack shape. .

本発明は、コンクリートの硬化過程におけるエネルギー状態を勘案することでコンクリートに対するひび割れ対策を高精度に、かつ一般的に適用しうる方法で講じられるコンクリート構造体の施工を安全、確実に達成できるコンクリートのひび割れ抑制方法に関するものである。   The present invention provides a concrete structure that can safely and reliably achieve the construction of concrete structures that can be taken in a highly accurate and generally applicable manner by taking into account the energy state in the hardening process of the concrete. The present invention relates to a crack suppression method.

1…コンクリート試験体、2…コンクリート、3…鋼板、4…鉄筋、5…解析モデル、6…基礎コンクリート、7…壁コンクリート、8…解析モデルの作成ゾーン、9…解析条件の入力データ、10…温度解析ゾーン、11…温度解析ゾーンの解析出力(温度)、12…湿気移動解析ゾーン、13…湿気移動解析ゾーンの解析出力(相対湿度)、14…応力解析ゾーン、15…ひび割れ幅解析ゾーン、16…応力解析ゾーンの解析出力群、17…ひび割れ幅解析ゾーンの解析出力群、18…解析出力の集積ゾーン、19…ひび割れ幅の解析出力(ひび割れ幅)、20…鉄筋径6mmの計算値曲線、21…鉄筋無拘束の実測値、22…鉄筋径6mmの実測値、23…鉄筋径13mmの実測値、24…鉄筋径19mmの実測値、25…「仕事量一定則」による計算値曲線、26…「仕事量一定則」の場合の実測値、27…実相構造物   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Concrete test body, 2 ... Concrete, 3 ... Steel plate, 4 ... Rebar, 5 ... Analysis model, 6 ... Foundation concrete, 7 ... Wall concrete, 8 ... Analysis model creation zone, 9 ... Analysis condition input data, 10 ... temperature analysis zone, 11 ... analysis output of temperature analysis zone (temperature), 12 ... moisture transfer analysis zone, 13 ... analysis output of humidity transfer analysis zone (relative humidity), 14 ... stress analysis zone, 15 ... crack width analysis zone 16 ... Analysis output group of stress analysis zone, 17 ... Analysis output group of crack width analysis zone, 18 ... Aggregation zone of analysis output, 19 ... Analysis output of crack width (crack width), 20 ... Calculated value of rebar diameter 6mm Curve: 21 ... Measured value of unrestricted reinforcing bar, 22 ... Measured value of reinforcing bar diameter 6 mm, 23 ... Measured value of reinforcing bar diameter 13 mm, 24 ... Measured value of reinforcing bar diameter 19 mm, 25 ... "Work load one Calculated curve by law ", 26 ... measured value in the case of" workload constant law ", 27 ... reality structure

Claims (4)

拘束状態下にあるコンクリート硬化体においてコンクリートから外界に放出される発熱エネルギー、化学的作用で拘束力を発揮する力学エネルギー及びコンクリート自体に機能する内部エネルギーから成る総エネルギーが一定値とすることに基づく解析結果でひび割れ対策を構成するコンクリートのひび割れ抑制方法。 It is based on the fact that the total energy consisting of heat generation energy released from the concrete to the outside, mechanical energy that exerts restraining force due to chemical action, and internal energy that functions on the concrete itself is set to a constant value in the hardened concrete body in a restrained state. A crack control method for concrete that constitutes a countermeasure against cracks in the analysis results. コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえでコンクリートにおける温度解析、湿気移動解析及び応力解析をするために関係データを入力した後に総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出しその結果に基づいてひび割れ対策を構成することを特徴とする請求項1に記載のコンクリートのひび割れ抑制方法。 After the hardened concrete is divided into meshes, the calculation is based on the total energy being constant after inputting the relational data for the temperature analysis, moisture transfer analysis and stress analysis in the concrete. The method for suppressing cracks in concrete according to claim 1, wherein: コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえでコンクリートにおける温度解析、湿気移動解析及びひび割れ形状解析をするために関係データを入力した後に総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出しその結果に基づいてひび割れ対策を構成することを特徴とする請求項1に記載のコンクリートのひび割れ抑制方法。 After the hardened concrete is divided into meshes, it is calculated based on the total energy being constant after inputting the relational data for temperature analysis, moisture transfer analysis and crack shape analysis in the concrete, and cracks based on the result The method for suppressing cracks in concrete according to claim 1, comprising a countermeasure. コンクリート硬化体をメッシュ分割したうえでコンクリートにおける温度解析、湿気移動解析、応力解析及びひび割れ形状解析をするために関係データを入力した後に総エネルギーが一定値とすることに基づいて算出しその結果に基づいてひび割れ対策を構成することを特徴とする請求項1に記載のコンクリートのひび割れ抑制方法。 After the hardened concrete is divided into meshes, the total energy is set to a constant value after inputting the relational data for temperature analysis, moisture transfer analysis, stress analysis and crack shape analysis in the concrete. The crack control method for concrete according to claim 1, wherein a crack countermeasure is configured based on the crack.
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