JP5379270B2

JP5379270B2 - Reinforced concrete member design support apparatus, design support method and program

Info

Publication number: JP5379270B2
Application number: JP2012141867A
Authority: JP
Inventors: 健太郎栖原; 公伸芦田; 秀行宇田川; 哲也安藤; 幸和辻
Original assignee: Denki Kagaku Kogyo KK
Current assignee: Denka Co Ltd
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: JP2012216235A

Description

本発明は、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に関する。 The present invention relates to a design support device, a design support method, and a program for a reinforced concrete member.

従来、鉄筋コンクリート部材の設計は、許容応力度設計法が中心的な位置を占めてきた。近年、土木学会発刊の「コンクリート標準示方書」の改訂が行われ、鉄筋コンクリート部材の設計は、鉄筋コンクリート構造物の性能を照査することを原則とした設計形態に移行した。その一つの手段である限界状態設計法は、通常のコンクリートを対象とする。
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。 Conventionally, the design of reinforced concrete members has been centered on the allowable stress design method. In recent years, the “Concrete Standard Specification” published by the Japan Society of Civil Engineers has been revised, and the design of reinforced concrete members has shifted to a design form based on the principle of checking the performance of reinforced concrete structures. One of the means, the limit state design method, is intended for ordinary concrete.
On the other hand, in the field of construction, since the “Law on Promotion of Housing Quality Assurance” was enacted, interest in concrete crack control has increased, and expanded concrete aimed at suppressing cracks in concrete structures has attracted attention. ing.
Research on expansive material for concrete or expansive concrete has been conducted energetically. For example, Non-Patent Document 1 discloses a method for estimating expansion distribution in a member using expanded concrete.
In recent years, for example, reinforced concrete structures using expanded concrete, such as cast-in-place concrete, building foundations, slabs, dirt, bridge piers, wall rails, floor slabs, lining concrete, offshore structures, mass concrete, etc. Is mentioned. Further, for example, in concrete product applications, box culverts, fume pipes, working walls, U-shaped grooves and the like can be mentioned.

辻幸和、前山光宏、「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」、セメント技術年報、１９７７年、ＸＸＸＩ、ｐ．２３１−２３３Yukikazu Tsuji and Mitsuhiro Maeyama, “Method for Estimating Expansion Distribution in Members Using Expanded Concrete”, Cement Technology Annual Report, 1977, XXXI, p. 231-233

しかしながら、非特許文献１に開示された推定方法は、理論的なものであり、この推定方法を現実の断面設計に適用することは、計算が煩雑であることから困難であった。
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。 However, the estimation method disclosed in Non-Patent Document 1 is theoretical, and it has been difficult to apply this estimation method to an actual cross-sectional design because of complicated calculations.
An object of this invention is to provide the design support apparatus of the reinforced concrete member which can perform the limit state design of expansion concrete easily.

上記目的を達成するために、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の設計支援装置は、膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定であって、少なくとも膨張材の種類及び混和量に応じた膨張ひずみ値であって拘束体の長さ変化率を示す膨張ひずみ値を含む設定と鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定と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の膨張ひずみ値に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内のコンクリートの膨張力と拘束体の引張力との釣り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、前記解析手段の解析結果による、部材断面内のコンクリートの膨張力によるひずみ分布及び応力分布を受け付けて解析する積層モデルを用いて、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とを有する。
また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の設計支援装置は、膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定であって、少なくとも膨張材の種類及び混和量に応じた膨張ひずみ値であって拘束体の長さ変化率を示す膨張ひずみ値を含む設定と鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定と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の膨張ひずみ値に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内のコンクリートの膨張力と拘束体の引張力との釣り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、前記解析手段の解析結果による、部材断面内のコンクリートの膨張力によるひずみ分布及び応力分布を受け付けて解析する積層モデルを用いて、鉄筋コンクリート部材の断面応力度を算出する断面応力度算出手段とを有する。
また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の設計支援装置は、膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定であって、少なくとも膨張材の種類及び混和量に応じた膨張ひずみ値であって拘束体の長さ変化率を示す膨張ひずみ値を含む設定と鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定と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の膨張ひずみ値に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内のコンクリートの膨張力と拘束体の引張力との釣り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、前記解析手段の解析結果による、部材断面内のコンクリートの膨張力によるひずみ分布及び応力分布を受け付けて解析する積層モデルを用いて、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とを有する。 In order to achieve the above object, a design support device for a reinforced concrete member according to the present invention is a setting related to the characteristics of concrete mixed with an expansion material, and has an expansion strain value corresponding to at least the type and amount of the expansion material. Receiving means for receiving a setting including an expansion strain value indicating the rate of change in length of the restraint and a setting relating to a cross section of the reinforced concrete member, and a member cross section based on the set expansion strain value received by the receiving means. And analyzing means for analyzing at least one of strain distribution and stress distribution in the cross section from a balance condition between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint in the cross section, and analysis of the analysis means Using a laminate model that accepts and analyzes strain distribution and stress distribution due to expansion force of concrete in the member cross section And a flexural strength / axial strength calculating means for calculating at least one of the bending strength and axial strength of the reinforced concrete member.
The design support device for a reinforced concrete member according to the present invention is a setting related to the characteristics of concrete mixed with an expansion material, and is an expansion strain value corresponding to at least the type and amount of the expansion material, and the length of the restraint body. A receiving unit that receives a setting including an expansion strain value indicating a rate of change and a setting related to a cross section of the reinforced concrete member, and divides the member cross section in a predetermined direction based on the expansion strain value of the setting received by the receiving unit. Analysis means for analyzing at least one of strain distribution and stress distribution in the cross section from the balance condition between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint body, and the analysis result of the analysis means in the cross section of the member Reinforced concrete parts using a laminate model that accepts and analyzes strain distribution and stress distribution due to expansion force of concrete And a cross-sectional stress calculating means for calculating a cross-sectional stress intensity.
The design support device for a reinforced concrete member according to the present invention is a setting related to the characteristics of concrete mixed with an expansion material, and is an expansion strain value corresponding to at least the type and amount of the expansion material, and the length of the restraint body. A receiving unit that receives a setting including an expansion strain value indicating a rate of change and a setting related to a cross section of the reinforced concrete member, and divides the member cross section in a predetermined direction based on the expansion strain value of the setting received by the receiving unit. Analysis means for analyzing at least one of strain distribution and stress distribution in the cross section from the balance condition between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint body, and the analysis result of the analysis means in the cross section of the member Reinforced concrete parts using a laminate model that accepts and analyzes strain distribution and stress distribution due to expansion force of concrete And a crack width calculation means for calculating the crack width.

好適には、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。 Preferably, it further has a shear strength calculation means for calculating the shear strength of the reinforced concrete member.

また、本発明に係る鉄筋コンクリート部材の設計支援方法は、膨張材を混和したコンクリートの特性に関する設定であって、少なくとも膨張材の種類及び混和量に応じた膨張ひずみ値であって拘束体の長さ変化率を示す膨張ひずみ値を含む設定と鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定とを受け付け、前記受け付けられた設定の膨張ひずみ値に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内のコンクリートの膨張力と拘束体の引張力との釣り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し、前記解析の解析結果による、部材断面内のコンクリートの膨張力によるひずみ分布及び応力分布を受け付けて解析する積層モデルを用いて、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。
好適には、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。
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。 The design support method for a reinforced concrete member according to the present invention is a setting related to the characteristics of concrete mixed with an expansion material, and is an expansion strain value corresponding to at least the type and amount of the expansion material, and the length of the restraint body. The setting including the expansion strain value indicating the rate of change and the setting related to the cross section of the reinforced concrete member are accepted, and the member cross section is divided in a predetermined direction based on the accepted setting of the expansion strain value, and the concrete in the cross section is divided. Analyzing at least one of the strain distribution and stress distribution in the cross-section from the balance condition between the expansion force of the steel and the tensile force of the restraint, the strain distribution and stress due to the expansion force of the concrete in the member cross-section based on the analysis result of the analysis Using a laminate model that accepts and analyzes the distribution, at least one of the bending strength and axial strength of reinforced concrete members Or calculated.
Preferably, the length change rate of the test member is estimated based on the analysis result.
Preferably, the mixing amount of the expansion material is calculated based on the estimated length change rate.

さらに、本発明に係るプログラムは、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であって、少なくとも膨張材の種類及び混和量に応じた膨張ひずみ値であって拘束体の長さ変化率を示す膨張ひずみ値を含む設定と鉄筋コンクリート部材の断面に関する設定とを受け付ける受付ステップと、前記受け付けられた設定の膨張ひずみ値に基づいて、部材断面を所定の方向に対して分割し、断面内のコンクリートの膨張力と拘束体の引張力との釣り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、前記解析手段の解析結果による、部材断面内のコンクリートの膨張力によるひずみ分布及び応力分布を受け付けて解析する積層モデルを用いて、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／軸方向耐力算出ステップとを前記コンピュータに実行させる。 Furthermore, the program according to the present invention is a setting related to the characteristics of concrete mixed with an expansion material in a design support device for a reinforced concrete member including a computer, and has at least an expansion strain value corresponding to the type and amount of the expansion material. A receiving step for receiving a setting including an expansion strain value indicating the rate of change in the length of the restraint and a setting for a cross section of the reinforced concrete member, and the member cross section in a predetermined direction based on the expansion strain value of the received setting. The analysis step of analyzing the strain distribution and the stress distribution in the cross section from the balance condition between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint in the cross section, and the analysis result of the analysis means, Lamination which accepts and analyzes strain distribution and stress distribution due to expansion force of concrete in member cross section With Dell, to execute and to calculate at least one bending strength / axial strength calculation step of bending strength and axial strength of the reinforced concrete member to the computer.

本発明によれば、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。 According to the present invention, it is possible to easily design a limit state of expanded concrete.

本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート部材の設計支援装置１０のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of the design support apparatus 10 of the reinforced concrete member which concerns on embodiment of this invention. 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。4 is a diagram showing a main screen 100 displayed on the display device 20 of the design support apparatus 10. FIG. 断面設定処理において表示される断面入力画面１２０を示す図である。It is a figure which shows the cross-section input screen 120 displayed in a cross-section setting process. 膨張材タブが選択された場合における断面設定処理において表示される断面入力画面１２０を示す図である。It is a figure which shows the cross-section input screen 120 displayed in the cross-section setting process when an expansion material tab is selected. 照査設定処理において表示される照査条件の設定画面１３０を示す図である。It is a figure which shows the setting screen 130 of the verification conditions displayed in a verification setting process. 断面入力画面１２０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が入力され、解析されたひずみの分布表示画面１４０である。On the cross-section input screen 120, settings relating to the properties of the concrete mixed with the expansion material and settings relating to the cross-section of the reinforced concrete member are input, and the strain distribution display screen 140 is analyzed. 安全性の判定処理において表示される検討結果画面１５０を示す図である。It is a figure which shows the examination result screen 150 displayed in the determination process of safety. 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。It is a figure which shows the function structure of the cross-section design support program 200 which operate | moves on the design support apparatus 10 which concerns on embodiment of this invention. ＪＩＳＡ６２０２Ｂ法により測定された膨張材の単位量と長さ変化率との関係を例示する図である。It is a figure which illustrates the relationship between the unit amount of an expandable material measured by JISA6202B method, and length change rate. 仕事量一定則に基づいて、鉄筋が断面に対して高さ方向に非対称に配置される場合における鉄筋コンクリート部材に導入されたケミカルプレストレスの推定手法を説明する図であって、図１０（Ａ）は断面を示し、図１０（Ｂ）は、ケミカルプレストレインの分布を示し、図１０（Ｃ）は、ケミカルプレストレスの分布及び鋼材の応力分布を示す。It is a figure explaining the estimation method of the chemical prestress introduced into the reinforced concrete member in the case where the reinforcing bars are arranged asymmetrically in the height direction with respect to the cross section based on the constant work amount. Shows a cross section, FIG. 10 (B) shows the distribution of the chemical press train, and FIG. 10 (C) shows the distribution of the chemical prestress and the stress distribution of the steel material. 解析部２０８による内部ひずみの解析処理を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing internal strain analysis processing by an analysis unit 208; 本発明の実施形態に係る設計支援装置１０により用いられる積層モデルの概念を示す図である。It is a figure which shows the concept of the lamination | stacking model used by the design support apparatus 10 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態における積層モデルに適用される部材の応力ひずみモデルを示し、図１３（Ａ）はコンクリートの応力ひずみモデルを示し、図１３（Ｂ）は鉄筋の応力ひずみモデルを示す。FIG. 13A shows a stress strain model of a concrete applied to the lamination model in the embodiment of the present invention, FIG. 13B shows a stress strain model of concrete, and FIG. デコンプレッションモーメントを説明する図である。It is a figure explaining a decompression moment. 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。It is a flowchart which shows the whole operation | movement (S20) of the design support apparatus 10 which concerns on embodiment of this invention.

図１は、本発明の実施形態に係る鉄筋コンクリート部材の設計支援装置１０のハードウェア構成を示す図である。
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。 FIG. 1 is a diagram showing a hardware configuration of a design support device 10 for a reinforced concrete member according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a design support apparatus 10 includes a CPU 12, a memory 14, a storage device 16 such as a hard disk drive, a communication device 18 that performs data communication with an external computer (not shown) via a network, a liquid crystal display, and the like. A display device 20 such as a display and an input device 22 such as a keyboard and a mouse are included. These components are connected to each other via a bus 24.

次に、図２乃至図７を用いて、設計支援装置１０のＣＰＵ１２により表示装置２０に表示される操作画面を説明する。
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。 Next, an operation screen displayed on the display device 20 by the CPU 12 of the design support apparatus 10 will be described with reference to FIGS.
FIG. 2 is a diagram illustrating a main screen 100 displayed on the display device 20 of the design support apparatus 10.
As shown in FIG. 2, the main screen 100 includes a section setting button 102, a verification setting button 104, an analysis button 106, a safety review button 108, a usability review button 110, and a volume change distribution button 112. In the present embodiment, these components are realized as buttons, but any means for instructing a function to be executed may be used, and the present invention is not limited to buttons.

鉄筋コンクリート部材の設計支援は、プリ処理、解析及びポスト処理から構成される。プリ処理には、断面設定処理及び照査設定処理が含まれ、ポスト処理には、安全性の判定処理及び使用性の判定処理が含まれる。 Design support for reinforced concrete members consists of pre-processing, analysis and post-processing. Pre-processing includes cross-section setting processing and verification setting processing, and post-processing includes safety determination processing and usability determination processing.

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、断面設定処理が実行される。照査設定ボタン１０４が押下されると、照査設定処理が実行される。同様にして、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が押下されると、それぞれ解析処理、安全性の判定処理、使用性の判定処理が実行される。また、体積変化分布ボタン１１２が押下されると、コンクリートの膨張特性及び収縮特性の少なくともいずれかに起因する断面応力度の分布が表示される。 When the section setting button 102 is pressed on the main screen 100, a section setting process is executed. When the check setting button 104 is pressed, a check setting process is executed. Similarly, when the analysis button 106, the safety review button 108, and the usability review button 110 are pressed, an analysis process, a safety determination process, and a usability determination process are executed, respectively. When the volume change distribution button 112 is pressed, the distribution of the cross-sectional stress degree resulting from at least one of the expansion characteristic and contraction characteristic of the concrete is displayed.

図３は、断面設定処理において表示される断面入力画面１２０を示す図である。
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。 FIG. 3 is a diagram showing a cross-section input screen 120 displayed in the cross-section setting process.
As shown in FIG. 3, the cross-section input screen 120 includes a cross-section selection unit 122, a setting content selection unit 124, a set value input unit 126, and a preview unit 128. The section input screen 120 is displayed on the display device 20 when the section setting button 102 is pressed on the main screen 100.

断面選択部１２２は、設定する断面を選択するための選択手段であり、例えばボタンにより実現される。本実施形態では、断面選択部１２２により、断面１〜断面５から１の断面が選択される。したがって、本実施形態に係る設計支援装置１０は、設定された５断面を同時に判定することができる。 The section selection unit 122 is a selection unit for selecting a section to be set, and is realized by a button, for example. In this embodiment, the cross section selection unit 122 selects cross sections 1 to 5. Therefore, the design support apparatus 10 according to the present embodiment can simultaneously determine the set five cross sections.

設定内容選択部１２４は、断面形状、主筋、コンクリート、膨張材、せん断補強筋及び材料係数のいずれかを選択するための手段であり、例えばタブにより実現される。設定値入力部１２６は、設定内容選択部１２４において選択された項目に関する設定値を入力するための手段である。例えば、設定内容選択部１２４において「主筋」が選択されると、鉄筋１及び鉄筋２に関する設定値が入力可能となる。プレビュー部１２８には、設定値入力部１２６において入力された設定値を反映する断面が模式的に表示される。 The setting content selection unit 124 is a means for selecting any one of the cross-sectional shape, main bar, concrete, expansion material, shear reinforcement bar, and material coefficient, and is realized by a tab, for example. The setting value input unit 126 is a means for inputting a setting value related to the item selected by the setting content selection unit 124. For example, when “main bar” is selected in the setting content selection unit 124, setting values relating to the reinforcing bar 1 and the reinforcing bar 2 can be input. The preview unit 128 schematically displays a cross section reflecting the set value input in the set value input unit 126.

なお、選択可能な断面数、設定可能な鉄筋数及び設定項目は、本例に限定されない。また、画面構成も本例に限定されない。 Note that the number of selectable cross sections, the number of rebars that can be set, and setting items are not limited to this example. Further, the screen configuration is not limited to this example.

図４は、膨張材タブが選択された場合における断面設定処理において表示される断面入力画面１２０を示す図である。
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（ＪＩＳＡ６２０２Ａ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ε_s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。 FIG. 4 is a diagram showing a cross-section input screen 120 displayed in the cross-section setting process when the expansion material tab is selected.
As shown in FIG. 4, when the expansion material tab is selected in the setting content selection unit 124 of the cross-section input screen 120, settings related to the expansion material, more specifically, settings related to the properties of the concrete mixed with the expansion material are input. It becomes possible. In the present embodiment, a reference value of expansion strain (value of JIS A6202 A method or B method) is input. This value is the length change rate ε _s of the restraining steel material of the test member described later. Moreover, the value input is not limited to this example, For example, the value obtained based on JIS data may be sufficient.

図５は、照査設定処理において表示される照査条件の設定画面１３０を示す図である。
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。 FIG. 5 is a diagram showing a check condition setting screen 130 displayed in the check setting process.
As shown in FIG. 5, the check condition setting screen 130 includes an ultimate limit condition input unit 132 and a use limit condition input unit 134. The check condition setting screen 130 is displayed on the display device 20 when the check setting button 104 is pressed on the main screen 100.

終局限界条件入力部１３２は、終局限界の状態における設計曲げモーメント、設計軸力及び設計せん断力などの設計断面力を入力するための手段である。使用限界条件入力部１３４は、使用限界における設計断面力を入力するための手段である。このような入力手段を介して、照査条件が入力される。 The ultimate limit condition input unit 132 is a means for inputting a design cross-sectional force such as a design bending moment, a design axial force, and a design shear force in the ultimate limit state. The use limit condition input unit 134 is a means for inputting the design sectional force at the use limit. The checking condition is input through such an input means.

照査条件として、例えば５ケースが入力可能である。したがって、本実施形態に係る設計支援装置１０は、断面入力画面１２０において入力される５断面と組み合わせることにより、２５パターンの照査を同時に行うことができる。なお、照査条件で入力する各設計断面力は、各限界状態に限定されるものではない。 For example, 5 cases can be input as the checking condition. Therefore, the design support apparatus 10 according to the present embodiment can simultaneously check 25 patterns by combining with the five cross sections input on the cross section input screen 120. In addition, each design cross-sectional force input by the verification conditions is not limited to each limit state.

図６は、断面入力画面１２０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が入力され、解析されたひずみの分布表示画面１４０である。
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。 FIG. 6 is a strain distribution display screen 140 which is analyzed on the cross-section input screen 120 in which settings related to the properties of the concrete mixed with the expansion material and settings related to the cross-section of the reinforced concrete member are input.
The distribution display screen 140 is displayed on the display device 20 when the volume change distribution button 112 is pressed on the main screen 100 after the analysis process is executed. As shown in FIG. 6, on the distribution display screen 140, the examination cross section selection unit 142, the calculation result display unit 144, the stress distribution display unit 146 that displays the stress distribution based on the concrete characteristics, and the strain distribution based on the concrete characteristics are displayed. A strain distribution display unit 148 to be displayed is included.

コンクリートの特性には、例えば、膨張コンクリートによる膨張ひずみ、自己収縮ひずみなどがある。膨張ひずみは、例えば、膨張材の種類、混和量、コンクリート配合、養生などの条件により変動する。なお、当該条件は、これらに限定されず、例えば、ＪＩＳＡ６２０２に準じて計測される値が用いられてもよい。また、コンクリートの特性により導入された応力は、膨張コンクリートの場合には「ケミカルプレストレス」となり、コンクリートの特性により導入されたひずみは「ケミカルプレストレイン」となる。 Examples of the properties of concrete include expansion strain due to expanded concrete and self-shrinkage strain. The expansion strain varies depending on, for example, conditions such as the type of expansion material, the mixing amount, the concrete composition, and the curing. In addition, the said conditions are not limited to these, For example, the value measured according to JISA6202 may be used. In addition, the stress introduced by the properties of the concrete becomes “chemical prestress” in the case of expanded concrete, and the strain introduced by the properties of the concrete becomes “chemical press train”.

検討断面選択部１４２は、断面入力画面１２０において設定された断面のいずれかを選択するための選択手段である。検討断面選択部１４２において断面が選択されると、この断面に関する計算結果等が、計算結果表示部１４４、応力分布表示部１４６及びひずみ分布表示部１４８に表示される。なお、解析方法については、後で詳述する。 The examination section selection unit 142 is a selection unit for selecting one of the sections set on the section input screen 120. When a cross section is selected by the examination cross section selection unit 142, calculation results and the like regarding this cross section are displayed on the calculation result display unit 144, the stress distribution display unit 146 and the strain distribution display unit 148. The analysis method will be described later in detail.

図７は、安全性の判定処理において表示される検討結果画面１５０を示す図である。
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。 FIG. 7 is a diagram showing an examination result screen 150 displayed in the safety determination process.
As shown in FIG. 7, the examination result screen 150 includes a condition selection unit 152 and a result display unit 154. The examination result screen 150 is displayed on the display device 20 when the safety examination button 108 is pressed on the main screen 100 after the analysis processing is executed.

条件選択部１５２は、断面入力画面１２０において入力される断面及び照査条件の設定画面において設定されたケースを選択するための選択手段である。結果表示部１５４には、条件選択部１５２において選択された条件の下における計算結果及び安全性の判定結果が表示される。 The condition selection unit 152 is a selection unit for selecting a case set on the cross-section and verification condition setting screen input on the cross-section input screen 120. The result display unit 154 displays a calculation result and a safety determination result under the condition selected by the condition selection unit 152.

なお、図７に示される検討結果画面１５０には、曲げモーメントと軸方向力とを受ける場合に関する結果が表示されているが、せん断力に関する計算結果及び安全性の判定結果も同様にして表示される。また、使用性に関する計算結果及び判定結果（例えば、ひび割れ幅や変形量）は、メイン画面１００において使用性の検討ボタン１１０が押下されると表示される。 In addition, in the examination result screen 150 shown in FIG. 7, the result regarding the case of receiving the bending moment and the axial force is displayed, but the calculation result regarding the shearing force and the determination result of the safety are also displayed in the same manner. The In addition, calculation results and determination results (for example, crack width and deformation amount) related to usability are displayed when the usability review button 110 is pressed on the main screen 100.

次に、上述した鉄筋コンクリート部材の設計支援方法及び画面遷移を実現するプログラムを説明する。
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。 Next, a design support method for the reinforced concrete member and a program for realizing screen transition will be described.
FIG. 8 is a diagram showing a functional configuration of a cross-section design support program 200 that operates on the design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention. Hereinafter, the cross-section design support program 200 is also simply referred to as a design support program 200.
As shown in FIG. 8, the design support program 200 includes a control unit 202, a display unit 204, an input reception unit 206, an analysis unit 208, a result storage unit 210, a bending strength / axial strength calculation unit 212, and a shear strength calculation unit 214. And a crack width calculation unit 216. The design support program 200 is loaded into the memory 14 of the design support apparatus 10 and executed by the CPU 12.

設計支援プログラム２００において、制御部２０２は、他の構成要素を制御する。また、制御部２０２は、他の構成要素との間でデータの入出力を行う。表示部２０４は、制御部２０２から画面データを受け付けて表示装置２０に図２乃至図７に示される画面を表示する。 In the design support program 200, the control unit 202 controls other components. The control unit 202 inputs and outputs data with other components. The display unit 204 receives screen data from the control unit 202 and displays the screens shown in FIGS. 2 to 7 on the display device 20.

入力受付部２０６は、入力装置２２を介して入力される設定を受け付けて制御部２０２に対して出力する。より具体的には、入力受付部２０６は、断面入力画面１２０及び照査条件の設定画面１３０を介して、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。 The input receiving unit 206 receives settings input via the input device 22 and outputs them to the control unit 202. More specifically, the input receiving unit 206 receives settings related to the characteristics of the concrete mixed with the expansion material and settings related to the cross section of the reinforced concrete member via the cross section input screen 120 and the check condition setting screen 130.

解析部２０８は、入力受付部２０６により受け付けられた設定に基づいて、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。また、解析部２０８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。 Based on the setting received by the input receiving unit 206, the analysis unit 208 analyzes at least one of the strain distribution and the stress distribution in the cross section from the force balance condition in the cross section. The analysis unit 208 further analyzes the cross-sectional stress degree of the reinforced concrete member.

結果記憶部２１０は、後述する曲げ耐力／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による算出結果並びに解析部２０８による解析結果を記憶する。これらの解析結果等は、制御部２０２により書き込まれ、読み出される。結果記憶部２１０は、メモリ１４及び記憶装置１６の少なくともいずれかにより実現される。 The result storage unit 210 stores a calculation result by a bending strength / axial strength calculation unit 212, a shear strength calculation unit 214, and a crack width calculation unit 216, which will be described later, and an analysis result by the analysis unit 208. These analysis results and the like are written and read by the control unit 202. The result storage unit 210 is realized by at least one of the memory 14 and the storage device 16.

曲げ耐力／軸方向耐力算出部２１２は、解析部２０８による解析結果に基づいて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し、算出結果に基づいて安全性を判定する。せん断耐力算出部２１４は、解析部２０８による解析結果に基づいて部材のせん断耐力を算出し、算出結果に基づいて安全性を判定する。ひび割れ幅算出部２１６は、解析部２０８による解析結果に基づいてひび割れ幅を算出し、算出結果に基づいて使用性を判定する。 The bending strength / axial strength calculation unit 212 calculates at least one of the bending strength and axial strength of the member based on the analysis result by the analysis unit 208, and determines safety based on the calculation result. The shear strength calculation unit 214 calculates the shear strength of the member based on the analysis result by the analysis unit 208, and determines safety based on the calculation result. The crack width calculation unit 216 calculates a crack width based on the analysis result by the analysis unit 208 and determines usability based on the calculation result.

設計支援プログラム２００は、このような構成要素により、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。また、設計支援プログラム２００は、この解析結果に基づいて、断面耐力（曲げ耐力、軸方向耐力及びせん断耐力）、断面応力度、ひび割れ幅及び変形量を算出する。 The design support program 200 accepts the setting related to the characteristics of the concrete mixed with the expansion material and the setting related to the cross section of the reinforced concrete member by such components, and based on the received setting, the member cross section is set to a predetermined direction. And analyzing at least one of the strain distribution and stress distribution of the cross section from the balance condition of the force in the cross section. Further, the design support program 200 calculates the cross-sectional strength (bending strength, axial strength and shear strength), cross-sectional stress, crack width, and deformation amount based on the analysis result.

次に、設計支援プログラム２００の解析部２０８によるコンクリートの特性に起因する断面の応力分布及びひずみ分布の解析手法を詳細に説明する。なお、以下の説明では、簡略化のため膨張コンクリートを対象とする。また、コンクリートの特性は、膨張コンクリートの膨張に限定されるものではない。 Next, the analysis method of the stress distribution and strain distribution of the cross section resulting from the characteristics of the concrete by the analysis unit 208 of the design support program 200 will be described in detail. In the following description, expanded concrete is targeted for simplification. Moreover, the characteristics of concrete are not limited to the expansion of expanded concrete.

膨張コンクリートの膨張が、鉄筋などの拘束体により拘束されると、コンクリートには圧縮応力が、拘束体には引張応力が導入される。なお、自己収縮などでは、コンクリートには引張応力が、拘束体には圧縮応力が導入される。
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。 When the expansion of the expanded concrete is restrained by a restraint such as a reinforcing bar, compressive stress is introduced into the concrete and tensile stress is introduced into the restraint. In self-shrinking or the like, tensile stress is introduced into the concrete and compressive stress is introduced into the restraint.
In the case of expanded concrete, the chemical prestress introduced into the concrete is expressed by the following equation from the balance condition between the force of the concrete and the reinforcing bar.

ここで、σ_cはケミカルプレストレス（Ｎ／ｍｍ^２）、ｐは拘束鋼材比、Ｅ_sは拘束鋼材の弾性係数（Ｎ／ｍｍ^２）、ε_sは拘束鋼材の長さ変化率を示す。 Here, σ _c is a chemical prestress (N / mm ² ), p is a restrained steel ratio, E _s is an elastic coefficient (N / mm ² ) of the restrained steel, and ε _s is a length change rate of the restrained steel.

図９は、ＪＩＳＡ６２０２Ｂ法により測定された膨張材の単位量と長さ変化率との関係を例示する図である。なお、図９において、膨張材Ａは、石灰−エトリンガイト複合系膨張材であり、膨張材Ｂは、エトリンガイト系膨張材である。
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ε_s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。 FIG. 9 is a diagram illustrating the relationship between the unit amount of the expanded material and the length change rate measured by the JIS A 6202 B method. In FIG. 9, the expansion material A is a lime-ettringite composite expansion material, and the expansion material B is an ettringite expansion material.
As illustrated in FIG. 9, the length change rate increases as the unit amount of the expanding material increases. Such a rate of change in length ε _s is input as a setting relating to the expansion material on the cross-section input screen 120 shown in FIG. 4.

このため、解析結果に基づいて、入力された長さ変化率が適切であるか否かが、判定されることができる。したがって、ユーザは、解析結果に基づいて、例えばＪＩＳＡ６２０２Ｂ法などの管理用供試体（試験用部材）の長さ変化率を推定し、この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ことができる。 For this reason, it can be determined whether the input length change rate is appropriate based on the analysis result. Therefore, based on the analysis result, the user estimates the rate of change of the length of the test specimen (test member) such as JIS A 6202 B method, and expands based on the estimated rate of change of length. The amount of material mixed can be calculated.

解析部２０８は、仕事量一定則に基づいて内部ひずみの分布を推定する。仕事量一定則は、「膨張コンクリートが拘束に対してなす仕事量は拘束の程度によらず一定である」とするもので、次式で表される。 The analysis unit 208 estimates the internal strain distribution based on the constant work amount law. The constant work amount rule is that “the amount of work that the expanded concrete does to restraint is constant regardless of the degree of restraint”, and is expressed by the following equation.

ここで、Ｕは、膨張コンクリートが拘束鋼材に対してなす仕事量（Ｎ／ｍｍ^２）を示す。 Here, U shows the work amount (N / mm ² ) that the expanded concrete does with respect to the restrained steel material.

図１０は、仕事量一定則に基づいて、鉄筋が断面に対して高さ方向に非対称に配置される場合における鉄筋コンクリート部材に導入されたケミカルプレストレスの推定手法を説明する図であって、図１０（Ａ）は断面を示し、図１０（Ｂ）は、ケミカルプレストレインの分布を示し、図１０（Ｃ）は、ケミカルプレストレスの分布及び鋼材の応力分布を示す。
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。 FIG. 10 is a diagram for explaining a method for estimating chemical prestress introduced into a reinforced concrete member when the reinforcing bars are arranged asymmetrically in the height direction with respect to the cross section, based on the work constant law. 10 (A) shows a cross section, FIG. 10 (B) shows the distribution of the chemical press train, and FIG. 10 (C) shows the distribution of chemical prestress and the stress distribution of the steel material.
10 (A) and 10 (B), the expansion strain εx at the position of the distance x from the lower edge of the expanded concrete member is expressed by the following equation.

ここで、ｈは、断面の高さ（ｍ）、ε_bは、下縁の膨張ひずみ、ε_uは、上縁の膨張ひずみを示す。ケミカルプレストレインの分布を得る基礎式は、式（３）で得られた膨張ひずみを式（２）に代入することにより求められる。 Here, h is the height (m) of the cross section, ε _b is the expansion strain of the lower edge, and ε _u is the expansion strain of the upper edge. The basic equation for obtaining the distribution of the chemical press train is obtained by substituting the expansion strain obtained in Equation (3) into Equation (2).

また、図１０（Ｃ）に示すように、鉄筋の引張力と膨張コンクリートの圧縮力との力の釣合い条件より式（４）が、下縁のモーメントの釣合い条件より式（５）がそれぞれ成立する。 Further, as shown in FIG. 10C, equation (4) is established from the balance between the tensile force of the reinforcing bar and the compression force of the expanded concrete, and equation (5) is established from the balance of the moment of the lower edge. To do.

ここで、ｂは、部材断面の幅（ｍ）、Ａ_siは、鉄筋ｉの鉄筋量（ｍ^２）、Ｅ_sは、鉄筋の弾性係数（Ｎ／ｍ^２）を示す。ケミカルプレストレス及びケミカルプレストレインは、式（３）においてε_b及びε_uを仮定して式（４）及び式（５）を満足させるε_b及びε_uを求めることにより算出される。なお、矩形以外の断面では、式（４）及び式（５）の幅ｂを修正すればよい。 Here, b is the width (m), A _si member cross-section, rebar amount rebar i ^(m 2), E _s denotes an elastic coefficient of the rebar (N / ^{m 2).} The chemical prestress and the chemical press train are calculated by obtaining ε _b and ε _u that satisfy the equations (4) and (5) assuming ε _b and ε _u in the equation (3). In addition, in the cross section other than the rectangle, the width b of the expressions (4) and (5) may be corrected.

図１１は、解析部２０８による内部ひずみの解析処理を示すフローチャートである。
図１１に示すように、ステップ１００（Ｓ１００）において、解析部２０８は、ε_b及びε_u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。 FIG. 11 is a flowchart showing internal strain analysis processing by the analysis unit 208.
As shown in FIG. 11, in step 100 (S100), the analysis unit 208 assumes ε _b and ε _u .
In step 102 (S102), the analysis unit 208 calculates the distribution of expansion strain based on the equation (3).

ステップ１０４（Ｓ１０４）において、解析部２０８は、式（４）の左辺第１項に基づいてコンクリートの膨張力の合計（Ａ）を算出し、式（４）の左辺第２項に基づいて鉄筋の引張力の合計（Ｂ）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。 In step 104 (S104), the analysis unit 208 calculates the total expansion force (A) of the concrete based on the first term on the left side of Equation (4), and the reinforcing bar based on the second term on the left side of Equation (4). The total tensile force (B) is calculated.
In step 106 (S106), the analysis unit 208 calculates the moment (C) at the lower edge of (A) based on the first term on the left side of equation (5), and based on the second term on the left side of equation (5). (B) to calculate the moment (D) at the lower edge.

ステップ１０８（Ｓ１０８）において、解析部２０８は、（Ａ）−（Ｂ）が予め決められた許容誤差より小さいか否か及び（Ｃ）−（Ｄ）が同様の許容誤差より小さいか否かを判定する。解析部２０８は、（Ａ）−（Ｂ）が許容誤差より小さく、かつ、（Ｃ）−（Ｄ）が許容誤差より小さい場合にはＳ１１０の処理に進み、そうでない場合にはＳ１００に戻る。 In step 108 (S108), the analysis unit 208 determines whether (A)-(B) is smaller than a predetermined allowable error and whether (C)-(D) is smaller than a similar allowable error. judge. The analysis unit 208 proceeds to the process of S110 when (A)-(B) is smaller than the allowable error and (C)-(D) is smaller than the allowable error, and returns to S100 otherwise.

ステップ１１０（Ｓ１１０）において、解析部２０８は、Ｓ１００の処理で仮定されたε_b及びε_uを採用する。
このようにして、ε_b及びε_uが決定され、内部ひずみの分布が求められる。 In step 110 (S110), the analysis unit 208 employs ε _b and ε _u assumed in the processing of S100.
In this way, ε _b and ε _u are determined, and an internal strain distribution is obtained.

次に、本発明の実施形態に係る設計支援装置１０により用いられる積層モデルを説明する。
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。 Next, a stacked model used by the design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention will be described.
The design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention uses a laminated model divided into minute elements with respect to the height direction of the cross section of the target reinforced concrete member, and determines the cross sectional strength and One of the cross-sectional stresses is calculated.

図１２は、本発明の実施形態に係る設計支援装置１０により用いられる積層モデルの概念を示す図である。
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。 FIG. 12 is a diagram showing the concept of the stacked model used by the design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIGS. 12A to 12C, the lamination model is a model in which a member cross section is divided into finite microelements and a cross-sectional design is performed from the balance of the forces of the microelements.

積層モデルにおいて、曲げモーメントを考慮すると、断面に作用する力の釣合い条件から式（６）が、モーメントの釣合い条件から式（７）が成立する。 In the laminated model, when the bending moment is taken into consideration, the equation (6) is established from the balance condition of the force acting on the cross section, and the equation (7) is established from the balance condition of the moment.

ここで、Ｃ'_cは、コンクリートの圧縮力（Ｎ）、Ｃ'_sは圧縮鉄筋の圧縮力（Ｎ）、Ｔ_cは、コンクリートの引張力（Ｎ）、Ｔ_sは、引張鉄筋の引張力（Ｎ）、Ｍは、曲げモーメント（Ｎｍ）、ｄは、引張鉄筋の有効高さ（ｍ）、ｙ_cは、部材の圧縮縁からコンクリートの圧縮合力の作用位置までの距離（ｍ）、ｄ'は、圧縮鉄筋の有効高さ（ｍ）、ｙ_tは、部材の圧縮縁からコンクリートの引張合力の作用位置までの距離（ｍ）、ｘは、中立軸の位置（ｍ）を示す。 Here, C ′ _c is the compressive force (N) of concrete, C ′ _s is the compressive force (N) of the compressive rebar, T _c is the tensile force (N) of concrete, and T _s is the tensile force of the tensile rebar. (N), M is the bending moment (Nm), d is the effective height of the tensile reinforcement (m), y _c is the distance (m) from the compression edge of the member to the applied position of the compression force of the concrete, d 'is the effective height of the compression rebar (m), y _t is the distance from the compression edges of the member to the operative position of the concrete tensile force (m), x indicates the position of the neutral axis (m).

本発明の実施形態に係る設計支援装置１０は、式（６）及び式（７）に基づいてコンクリートの圧縮縁のひずみを設定することにより、断面耐力又は任意の応力状態における断面応力度を算出する。より具体的には、設計支援装置１０は、コンクリートの圧縮縁のひずみとしてコンクリートの終局ひずみが設定された場合、断面耐力を算出し、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、断面応力度を算出する。 The design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention calculates the cross-sectional strength or the cross-sectional stress degree in an arbitrary stress state by setting the strain of the concrete compression edge based on the formulas (6) and (7). To do. More specifically, the design support device 10 calculates the cross-sectional yield strength when the ultimate strain of concrete is set as the strain of the compression edge of the concrete, and the cross-section when the strain smaller than the ultimate strain of concrete is set. Calculate the degree of stress.

また、曲げモーメント及び軸方向力を同時に受ける場合、断面に作用する力の釣合い条件から式（８）が成立し、モーメントの釣合い条件から式（９）が成立する。 Further, when the bending moment and the axial force are simultaneously received, the equation (8) is established from the balance condition of the force acting on the cross section, and the equation (9) is established from the moment balance condition.

ここで、Ｎは、軸力（Ｎ）、ｅは、偏心量（ｍ）、ｙ_０は、断面の図心高さ（ｍ）を示す。 Here, N is the axial force (N), e is the amount of eccentricity (m), and y ₀ is the centroid height (m) of the cross section.

図１３は、本発明の実施形態における積層モデルに適用される部材の応力ひずみモデルを示し、図１３（Ａ）はコンクリートの応力ひずみモデルを示し、図１３（Ｂ）は鉄筋の応力ひずみモデルを示す。なお、本発明の実施形態における積層モデルに適用される部材の応力とひずみとの関係は、１つ以上の数式で表されていれば良く、図１３に示される応力ひずみモデルに限定されるものではない。 FIG. 13 shows a stress strain model of a member applied to the lamination model in the embodiment of the present invention, FIG. 13A shows a stress strain model of concrete, and FIG. 13B shows a stress strain model of rebar. Show. In addition, the relationship between the stress and strain of the member applied to the lamination model in the embodiment of the present invention may be expressed by one or more mathematical formulas, and is limited to the stress strain model shown in FIG. is not.

膨張コンクリートは、外力が作用する前には、コンクリートのケミカルプレストレスと鋼材のケミカルプレストレインに応じた応力とが釣り合った状態にある。したがって、図１３に示される応力ひずみモデルにおいては、膨張コンクリートは、普通コンクリートの応力ひずみモデルの原点を移動させた状態で釣り合っている。本発明の実施形態に係る設計支援装置１０は、このような釣合い条件を初期条件として与えられることにより、膨張コンクリートにおける断面耐力又は断面応力度を算出する。 In the expanded concrete, before the external force is applied, the chemical prestress of the concrete and the stress corresponding to the chemical press train of the steel material are in balance. Therefore, in the stress-strain model shown in FIG. 13, the expanded concrete is balanced with the origin of the stress-strain model of ordinary concrete being moved. The design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention calculates the cross-sectional yield strength or the cross-sectional stress degree in the expanded concrete by giving such a balance condition as an initial condition.

次に、設計支援プログラム２００の曲げ耐力／軸方向耐力算出部２１２による曲げ耐力算出手法、せん断耐力算出部２１４によるせん断耐力算出手法及びひび割れ幅算出部２１６によるひび割れ幅算出手法を説明する。
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。 Next, a bending strength calculation method by the bending strength / axial strength calculation unit 212 of the design support program 200, a shear strength calculation method by the shear strength calculation unit 214, and a crack width calculation method by the crack width calculation unit 216 will be described.
The bending strength / axial strength calculation section 212 of the design support program 200 calculates the cross-sectional strength with the concrete compression edge strain as the concrete ultimate strain. When a strain smaller than the ultimate strain of concrete is set, the bending strength / axial strength calculation unit 212 calculates the cross-sectional stress.

せん断耐力算出部２１４は、解析部２０８により解析された内部ひずみ又は内部応力により、後述するデコンプレッションモーメントを算出する。また、膨張コンクリートの場合も同様に、せん断耐力算出部２１４は、解析部２０８により算定されたケミカルプレストレスをデコンプレッションモーメントとして考慮することで算定する。せん断耐力算出部２１４は、例えば、土木学会コンクリート標準示方書に記載されている次式を用いて算出する。 The shear strength calculation unit 214 calculates a decompression moment, which will be described later, from the internal strain or internal stress analyzed by the analysis unit 208. Similarly, in the case of expanded concrete, the shear strength calculation unit 214 calculates the chemical prestress calculated by the analysis unit 208 by considering it as a decompression moment. The shear strength calculation unit 214 calculates, for example, using the following formula described in the Japan Society of Civil Engineers Concrete Standard Specification.

ここで、Ｖ_ydは、鉄筋コンクリート部材のせん断耐力、Ｖ_cdは、コンクリートが受け持つせん断耐力、Ｖ_sdは、せん断補強筋が受け持つせん断耐力、Ａ_sは、引張側鋼材の断面積（ｍｍ^２）、ｂ_wは、腹部の幅（ｍｍ）、Ａ_wは、せん断補強筋の配置間隔s_sにおけるせん断補強筋の断面積（ｍｍ^２）、Ｍ₀は、設計曲げモーメントＭ_dに対する引張縁において、軸方向力Ｎ_dによって発生する応力を打ち消すのに必要な曲げモーメント（デコンプレッションモーメント）、ｆ_wydは、せん断補強筋の設計降伏強度（Ｎ／ｍｍ^２）、α_sは、せん断補強筋が部材軸となす角度、ｚは、圧縮応力の合力の作用位置から引張鋼材図心までの距離（ｍｍ）を示す。 Here, V _yd is the shear strength of the reinforced concrete member, V _cd is the shear strength of the concrete takes charge, V _sd is the shear strength of shear reinforcement is responsible, A _s is the cross-sectional area of the tension-side steel (mm ^2), b _w is the width of the abdomen (mm), A _w is the cross-sectional area (mm ² ) of the shear reinforcement at the arrangement interval s _s of the shear reinforcement, M ₀ is the axis at the tensile edge with respect to the design bending moment M _d Bending moment (decompression moment) necessary to cancel the stress generated by the directional force N _d , f _wyd is the design yield strength (N / mm ² ) of the shear reinforcement, α _s is the axis of the shear reinforcement The angle Z, which is the fold angle, indicates the distance (mm) from the position where the resultant compressive stress acts to the centroid of the tensile steel material.

図１４は、デコンプレッションモーメントを説明する図である。
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。 FIG. 14 is a diagram for explaining the decompression moment.
As shown in FIG. 14, in the case of an expanded concrete member, chemical prestress is added to the compressive stress due to the design axial force, so the decompression moment M ₀ is larger than that of the reinforced concrete member. Therefore, by considering chemical prestress in the axial direction of the member, the decompression moment increases and the shear strength of the member increases.

ひび割れ幅算出部２１６は、次式を用いてひび割れ幅を算出する。 The crack width calculation unit 216 calculates the crack width using the following equation.

ここで、ｗは、ひび割れ幅（ｍｍ）、ｋ₁は、鋼材の表面形状がひび割れ幅に及ぼす影響を表す係数、ｋ₂は、コンクリートの品質がひび割れ幅に及ぼす影響を表す係数、ｋ₃は、引張鋼材の段数を表す係数、ｃは、かぶり（ｍｍ）、ｃ_sは、鋼材の中心間隔（ｍｍ）、φは、鋼材径（ｍｍ）、ε'_csdは、コンクリートの収縮及びクリープ等によるひび割れ幅の増加を考慮するための数値、σ_seは、鋼材位置のコンクリートの応力度が零の状態からの鉄筋応力度の増加量（Ｎ／ｍｍ^２）を示す。 Here, w is the crack width (mm), k ₁ is a coefficient representing the influence of the surface shape of the steel material on the crack width, k ₂ is a coefficient representing the influence of the quality of the concrete on the crack width, and k ₃ is , A coefficient representing the number of steps of the tensile steel material, c is a cover (mm), c _s is a center interval (mm) of the steel material, φ is a steel material diameter (mm), ε ′ _csd is due to shrinkage and creep of concrete, etc. The numerical value σ _se for taking into account the increase in crack width indicates the amount of increase in the reinforcing bar stress level (N / mm ² ) from the state where the stress level of the concrete at the steel material position is zero.

次に、本発明の実施形態に係る設計支援装置１０の全体動作を説明する。
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。 Next, the overall operation of the design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a flowchart showing the overall operation (S20) of the design support apparatus 10 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 15, in step 200 (S200), the design support apparatus 10 displays the main screen 100 on the display apparatus 20. When the user presses the cross-section setting button 102 using the input device 22, the design support apparatus 10 displays a cross-section input screen 120 and accepts settings related to the characteristics of the concrete mixed with the expansion material and settings related to the cross-section of the reinforced concrete. When the user presses the check setting button 104, the design support apparatus 10 displays the check condition setting screen 130 and accepts the check condition.

その後、ユーザによりメイン画面１００の解析ボタン１０６が押下されると、設計支援装置１０は、膨張コンクリートの内部ひずみの分布の解析処理（Ｓ１０）を実行する。 Thereafter, when the analysis button 106 on the main screen 100 is pressed by the user, the design support apparatus 10 executes an analysis process (S10) of the internal strain distribution of the expanded concrete.

解析処理後、ステップ２０２（Ｓ２０２）において、ユーザによりメイン画面１００の安全性の検討ボタン１０８が押下されると、設計支援装置１０は、曲げ耐力及び軸方向耐力を算出し、算出結果及び判定結果を含む検討結果画面１５０を表示する。 After the analysis processing, when the user presses the safety review button 108 on the main screen 100 in step 202 (S202), the design support apparatus 10 calculates the bending strength and the axial strength, and the calculation result and the determination result. The examination result screen 150 including is displayed.

また、ステップ２０４（Ｓ２０４）において、設計支援装置１０は、せん断耐力を算出し、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。
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。 In step 204 (S204), the design support apparatus 10 calculates the shear strength and displays an examination result screen (not shown) including the calculation result and the determination result on the display device 20.
Further, in step 206 (S206), when the user depresses the usability review button 110 on the main screen 100, the design support apparatus 10 calculates the crack width, and the study result screen (including the calculation result and the determination result) ( (Not shown) is displayed on the display device 20.
Note that the order of the processes of S202 to S206 is not limited to this example, and any order may be used. Further, the examination result screen regarding the shear strength and the crack width includes substantially the same content as the examination result screen regarding the bending strength and the axial strength.

１０設計支援装置
１２ＣＰＵ
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 10 Design support device 12 CPU
14 memory 16 storage device 18 communication device 20 display device 22 input device 200 cross-section design support program 202 control unit 204 display unit 206 input reception unit 208 analysis unit 210 result storage unit 212 bending strength calculation unit 214 shear strength calculation unit 216 crack width calculation Part

Claims

Settings related to the characteristics of concrete mixed with expansive material, including at least the expansive strain value corresponding to the type and admixture of the expansive material, including the expansive strain value indicating the rate of change in the length of the restraint, and the setting of the reinforced concrete member A receiving means for receiving settings relating to the cross section;
Based on the set expansion strain value received by the receiving means, the member cross section is divided in a predetermined direction, and the strain in the cross section is determined from the balance between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint. Analysis means for analyzing at least one of distribution and stress distribution;
Bending for calculating at least one of bending strength and axial strength of reinforced concrete members using a lamination model that accepts and analyzes strain distribution and stress distribution due to expansion force of concrete in the member cross section according to the analysis result of the analyzing means A design support device for a reinforced concrete member, having proof stress / axial proof strength calculation means.

Settings related to the characteristics of concrete mixed with expansive material, including at least the expansive strain value corresponding to the type and admixture of the expansive material, including the expansive strain value indicating the rate of change in the length of the restraint, and the setting of the reinforced concrete member A receiving means for receiving settings relating to the cross section;
Based on the set expansion strain value received by the receiving means, the member cross section is divided in a predetermined direction, and the strain in the cross section is determined from the balance between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint. Analysis means for analyzing at least one of distribution and stress distribution;
A cross-sectional stress degree calculating means for calculating a cross-sectional stress degree of a reinforced concrete member using a laminate model that receives and analyzes a strain distribution and a stress distribution due to an expansion force of concrete in the cross-section of the member according to an analysis result of the analyzing means. Design support device for reinforced concrete members.

Settings related to the characteristics of concrete mixed with expansive material, including at least the expansive strain value corresponding to the type and admixture of the expansive material, including the expansive strain value indicating the rate of change in the length of the restraint, and the setting of the reinforced concrete member A receiving means for receiving settings relating to the cross section;
Based on the set expansion strain value received by the receiving means, the member cross section is divided in a predetermined direction, and the strain in the cross section is determined from the balance between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint. Analysis means for analyzing at least one of distribution and stress distribution;
A reinforced concrete member having crack width calculating means for calculating a crack width of a reinforced concrete member using a laminate model that receives and analyzes the strain distribution and stress distribution due to the expansion force of the concrete in the member cross section according to the analysis result of the analysis means Design support equipment.

The design support device for a reinforced concrete member according to any one of claims 1 to 3, further comprising a shear strength calculation means for calculating a shear strength of the reinforced concrete member.

Settings related to the characteristics of concrete mixed with expansive material, including at least the expansive strain value corresponding to the type and admixture of the expansive material, including the expansive strain value indicating the rate of change in the length of the restraint, and the setting of the reinforced concrete member Accepts settings related to the section,
Based on the accepted set expansion strain value, the member cross section is divided in a predetermined direction, and the strain distribution and stress in the cross section are determined from the balance between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint. Analyze at least one of the distributions,
Calculate at least one of bending strength and axial strength of reinforced concrete members using a laminate model that accepts and analyzes strain distribution and stress distribution due to expansion force of concrete in the member cross section based on the analysis result of the above analysis Design support method.

The design support method for a reinforced concrete member according to claim 5, wherein the rate of change in length of the test member is estimated based on the analysis result.

The design support method for a reinforced concrete member according to claim 6, wherein the mixing amount of the expansion material is calculated based on the estimated length change rate.

In a design support device for a reinforced concrete member including a computer,
Settings related to the characteristics of concrete mixed with expansive material, including at least the expansive strain value corresponding to the type and admixture of the expansive material, including the expansive strain value indicating the rate of change in the length of the restraint, and the setting of the reinforced concrete member An accepting step for accepting settings relating to the cross section;
Based on the accepted set expansion strain value, the member cross section is divided in a predetermined direction, and the strain distribution and stress in the cross section are determined from the balance between the expansion force of the concrete in the cross section and the tensile force of the restraint. An analysis step for analyzing at least one of the distributions;
Bending for calculating at least one of bending strength and axial strength of reinforced concrete members using a lamination model that accepts and analyzes strain distribution and stress distribution due to expansion force of concrete in the member cross section according to the analysis result of the analyzing means A program for causing the computer to execute a proof stress / axial proof stress calculation step.