JP6098862B2 - Material design method for impact resistant structure and impact resistant structure - Google Patents
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Description
本発明は、コンクリートを使用してなる耐衝撃構造の材料設計方法及び耐衝撃構造に関する。 The present invention relates to a material design method for an impact resistant structure using concrete and an impact resistant structure.
例えば、航空機、自動車、列車、あるいは爆発事故や竜巻などによる飛来物がコンクリート構造物（コンクリート構造部材）に衝突することにより、コンクリート構造物には、曲げ破壊あるいはせん断破壊といった全体的な破壊や、表面破壊、裏面剥離、貫通などの局部的な破壊が生じる。また、局部破壊のうち、裏面剥離や貫通が生じると、構造物内部に存在する人や設備、物品等にも被害が及ぶことになる。このため、裏面剥離や貫通を抑制し、構造物内部に存在する人や設備、物品等への被害を防止できるようにすることが求められる。 For example, when a flying object such as an aircraft, an automobile, a train, or an explosion or a tornado collides with a concrete structure (concrete structural member), the concrete structure has an overall destruction such as a bending failure or a shear failure, Local destruction such as surface destruction, backside peeling, and penetration occurs. In addition, if backside peeling or penetration occurs in the local destruction, people, equipment, articles, etc. existing inside the structure will be damaged. For this reason, it is required to suppress backside peeling and penetration and prevent damage to people, equipment, articles, etc. existing inside the structure.
これに対し、裏面剥離や貫通を抑制する方法としては、部材厚さを厚くする方法、裏面を鋼板やシート状の材料で補強する方法、繊維補強コンクリートを使用してコンクリート構造物を形成する方法などが提案、実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。 On the other hand, as a method for suppressing back surface peeling and penetration, a method of increasing the thickness of a member, a method of reinforcing the back surface with a steel plate or sheet-like material, and a method of forming a concrete structure using fiber reinforced concrete Have been proposed and put to practical use (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
一方、上記の裏面剥離や貫通を抑制する方法のうち、特に繊維補強コンクリートを使用して裏面剥離、貫通を抑制する対策においては、未だ、系統的な設計が可能なほど、データや知見が蓄積されていないのが現状であり、確実に裏面剥離や貫通を抑制できるように、材料設計手法を確立することが強く求められている。 On the other hand, among the above methods for suppressing back surface peeling and penetration, data and knowledge have been accumulated so that systematic design is still possible, especially in measures to suppress back surface peeling and penetration using fiber reinforced concrete. The current situation is not, and there is a strong demand to establish a material design method so that backside peeling and penetration can be reliably suppressed.
本発明は、上記事情に鑑み、確実に裏面剥離、貫通を抑制できるように、コンクリートを使用してなる耐衝撃構造の材料設計を行なう方法及び耐衝撃構造を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for designing a material for an impact resistant structure using concrete and an impact resistant structure so that back surface peeling and penetration can be reliably suppressed.
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
本発明の耐衝撃構造の材料設計方法は、コンクリートを使用してなる耐衝撃構造の材料設計方法であって、前記コンクリートの引張軟化特性における引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量とをパラメータとし、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷が小さくなるように前記二つのパラメータの組み合わせを導出して前記二つのパラメータを選定し、該二つのパラメータの組み合わせとなる前記コンクリートを使用し、前記二つのパラメータの最適な組み合わせを導出する際は、プレーンコンクリート板の面積に対する、コンクリート部材を格子状に配列した複数の要素に区画し、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷を下式で定義した損傷面積の比となる損傷面積比に基づいて評価し、前記引張軟化開始点応力度ごとに前記損傷面積比が頭打ちとなる前記終局引張ひずみ又は前記引張軟化域ひずみ量を目標として前記二つのパラメータを選定するようにしたことを特徴とする。
（損傷面積）＝Σ｛（ひび割れの入った要素数）×（要素面積）｝
The material design method for an impact resistant structure of the present invention is a material design method for an impact resistant structure using concrete, wherein the tensile softening starting point stress and the ultimate tensile strain or the tensile softening region in the tensile softening characteristics of the concrete. a strain amount as parameters, damage of the concrete member due to the impact load is derived a combination of the two parameters so as to decrease selects the two parameters, using said concrete comprising a combination of the two parameters When deriving the optimal combination of the above two parameters, the concrete member was divided into a plurality of elements arranged in a grid for the area of the plain concrete plate, and the damage of the concrete member due to impact load was defined by the following equation: Evaluated based on the damage area ratio, which is the ratio of the damage area, the tensile softening starting point stress The damage area ratio is characterized in that so as to select the two parameters as the ultimate tensile strain or target the tension softening zone strain amount levels off every.
(Damage area) = Σ {(number of cracked elements) × (element area)}
本発明の耐衝撃構造は、コンクリートの引張軟化特性における引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量とをパラメータとし、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷が小さくなるように前記二つのパラメータの組み合わせを導出して前記二つのパラメータを選定し、該二つのパラメータの組み合わせとなる前記コンクリートを使用する耐衝撃構造の材料設計方法を用いて構築される耐衝撃構造であって、前記二つのパラメータと損傷面積の関係から、引張軟化開始点応力度を引張強度の２５％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの３．０倍以上、引張軟化開始点応力度を引張強度の５０％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの２．０倍以上、引張軟化開始点応力度を引張強度の７５％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの１．５倍以上、引張軟化開始点応力度を引張強度の１００％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの１．０倍以上の条件を満たす前記コンクリートを使用して構築されることを特徴とする。
なお、本発明におけるプレーンコンクリートとは、改質前のベースとなるコンクリートを意味する。
The impact resistant structure of the present invention uses the tensile softening starting point stress degree and the ultimate tensile strain or the tensile softening region strain amount in the tensile softening characteristics of concrete as parameters, and the above-mentioned two so as to reduce the damage to the concrete member due to the impact load. An impact resistant structure constructed using a material design method for an impact resistant structure that uses the concrete that derives a combination of parameters and selects the two parameters and uses the concrete that is the combination of the two parameters. Based on the relationship between the two parameters and the damaged area, when the tensile softening starting point stress level is 25% of the tensile strength, the tensile softening region strain is 3.0 times or more that of plain concrete, and the tensile softening starting point stress level is tensile. When the strength is 50%, the tensile softening region strain is 2.0 times or more that of plain concrete, and the tensile softening starting point stress degree. When the tensile strength is 75%, the tensile softening region strain is 1.5 times or more that of plain concrete, and when the tensile softening starting point stress is 100% of the tensile strength, the tensile softening region strain is It is constructed using the concrete that satisfies the condition of 1.0 times or more that of plain concrete.
In addition, the plain concrete in this invention means the concrete used as the base before a modification | reformation.
また、本発明の耐衝撃構造においては、前記コンクリートに繊維が混入されていることが望ましい。 In the impact resistant structure of the present invention, it is desirable that fibers are mixed in the concrete.
さらに、本発明の耐衝撃構造においては、前記繊維が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、鋼のいずれかで形成され、単独あるいは複数種の前記繊維が前記コンクリートに混入されていることがより望ましい。 Furthermore, in the impact-resistant structure of the present invention, the fibers are formed of any one of polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene, polyvinyl alcohol, and steel, and a single type or a plurality of types of the fibers are mixed in the concrete. More desirable.
本発明の耐衝撃構造の材料設計方法及び耐衝撃構造においては、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷が小さくなる引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量との二つのパラメータの組み合わせを導出し、この二つのパラメータの組み合わせとなるコンクリート材料を選定することで、確実且つ合理的に、裏面剥離や貫通といった局部破壊を抑制できるように耐衝撃構造を設計、実現することが可能になる。 In the material design method and impact resistant structure of the impact resistant structure of the present invention, a combination of two parameters of the tensile softening starting point stress degree and the ultimate tensile strain or the tensile softening region strain amount that reduces the damage of the concrete member due to the impact load. By selecting a concrete material that is a combination of these two parameters, it is possible to design and realize an impact-resistant structure so that local destruction such as backside peeling and penetration can be suppressed reliably and rationally. Become.
よって、本発明の耐衝撃構造の材料設計方法及び耐衝撃構造においては、裏面剥離や貫通を抑制し、構造物内部に存在する人や設備、物品等への被害を、確実に防止できる耐衝撃構造を実現することが可能になる。 Therefore, in the material design method and impact resistant structure of the impact resistant structure of the present invention, impact resistance that can prevent damage to people, equipment, articles, etc. existing inside the structure by suppressing backside peeling and penetration. The structure can be realized.
以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係る耐衝撃構造の材料設計方法及び耐衝撃構造について説明する。 Hereinafter, a material design method and an impact resistant structure of an impact resistant structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
はじめに、本実施形態の耐衝撃構造の材料設計方法においては、コンクリートを使用してなる耐衝撃構造の材料設計方法であり、コンクリートの引張軟化特性における引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量とをパラメータとし、衝撃荷重を受けるコンクリート部材に関する有限要素解析等の数値解析によって、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷が小さくなる前記二つのパラメータの組み合わせを導出し、これら二つのパラメータの組み合わせとなるコンクリートを使用して耐衝撃構造を構築する。 First, the material design method for an impact resistant structure according to the present embodiment is a material design method for an impact resistant structure using concrete, in which the tensile softening starting point stress and the ultimate tensile strain or tension in the tensile softening characteristics of concrete. The combination of the above two parameters, which reduces the damage of the concrete member due to the impact load, is derived by numerical analysis such as finite element analysis on the concrete member subjected to the impact load. Build an impact-resistant structure using the combined concrete.
また、コンクリートの引張軟化特性における引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量の二つのパラメータの最適な組み合わせを導出する際には、コンクリート部材をメッシュ状（格子状）に配列した複数の要素に区画し、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷を下式で定義した損傷面積に基づいて評価する。
（損傷面積）＝Σ{（ひび割れの入った要素数）×（要素面積）}
Moreover, when deriving the optimal combination of the two parameters of tensile softening starting point stress degree and ultimate tensile strain or tensile softening region strain amount in the tensile softening characteristics of concrete, the concrete members are arranged in a mesh shape (lattice shape). It is divided into a plurality of elements, and the damage of the concrete member due to the impact load is evaluated based on the damage area defined by the following equation.
(Damage area) = Σ {(number of cracked elements) x (element area)}
ここで、本実施形態の耐衝撃構造の材料設計方法の優位性を実証するために行なった解析検討について説明するとともに、本実施形態の耐衝撃構造の材料設計方法及び耐衝撃構造をより具体的に説明する。 Here, the analysis study performed to demonstrate the superiority of the material design method of the impact resistant structure of the present embodiment will be described, and the material design method and impact resistant structure of the impact resistant structure of the present embodiment will be more specifically described. Explained.
本解析検討において、コンクリート板（コンクリート、コンクリート部材）の破壊性状に関する数値解析では、剛体がコンクリート板に高速衝突する場合を想定し、コンクリートの局部破壊に関する解析を、非線形有限要素法プログラムを用いて行なった。また、高速衝突で発生する荷重は、衝突荷重−時間関係で与えるようにした。 In this analysis study, in the numerical analysis on the fracture properties of concrete plates (concrete, concrete members), assuming the case where a rigid body collides with the concrete plate at high speed, the analysis on the local fracture of concrete is performed using a nonlinear finite element method program. I did it. Moreover, the load generated by the high-speed collision is given by the collision load-time relationship.
また、高速衝突を受けるコンクリート板は、図１に示すように、２次元軸対称系でモデル化した。さらに、コンクリート板には、剛飛翔体の衝突によって表面破壊が生じるため、剛飛翔体の直径と貫入深さ分の要素を解析モデルから予め削除した。そして、理論計算によって得られた図２に示す荷重−時間関係を、図１に示す貫入深さｄ０の位置に作用させた。このときの計算方法は、中央差分法を用いた動的時刻歴応答計算とした。 Moreover, the concrete board which receives a high-speed collision was modeled by the two-dimensional axisymmetric system as shown in FIG. Furthermore, since the surface destruction of the concrete plate occurs due to the collision of the rigid flying object, the elements corresponding to the diameter and the penetration depth of the rigid flying object were deleted from the analysis model in advance. Then, the load-time relationship shown in FIG. 2 obtained by theoretical calculation was applied to the position of the penetration depth d 0 shown in FIG. The calculation method at this time was dynamic time history response calculation using the central difference method.
次に、コンクリートモデル（等価一軸応力−ひずみ関係）は図３に示した通りであり、このコンクリートモデルにおける設定条件を表１に示すようにした。また、解析におけるコンクリートの静的圧縮強度は４０Ｎ／ｍｍ２、静的引張強度は４Ｎ／ｍｍ２とした。 Next, the concrete model (equivalent uniaxial stress-strain relationship) is as shown in FIG. 3, and the setting conditions in this concrete model are as shown in Table 1. The static compressive strength of the concrete in the analysis was 40 N / mm 2 and the static tensile strength was 4 N / mm 2 .
ここで、コンクリートの圧縮強度と引張強度は、ひずみ速度が大きくなると増大する。既往の研究により飛翔体を衝突させた場合、衝突部には非常に高い圧力が生じることが知られている。また、既往のコンクリートの高速３軸圧縮試験により、側圧９４Ｎ／ｍｍ２に対する動的圧縮強度（ひずみ速度１００〜１０１（１／Ｓ））は静的圧縮強度の約５倍になるという報告がなされている。 Here, the compressive strength and tensile strength of concrete increase as the strain rate increases. It is known that when a flying object is made to collide by past research, a very high pressure is generated in the collision part. In addition, it is reported that the dynamic compressive strength (strain rate 10 0 to 10 1 (1 / S)) with respect to a side pressure of 94 N / mm 2 is about five times the static compressive strength by the high-speed triaxial compression test of the existing concrete. Has been made.
このため、本解析検討では、動的圧縮強度σｃには、静的圧縮強度４０Ｎ／ｍｍ２を５倍した２００Ｎ／ｍｍ２（最大圧縮応力時ひずみεｃ＝０．０４）を用い、また、コンクリートは、高圧時に圧縮軟化挙動を示さないため、最大応力以降は一定の応力となるように応力−ひずみ曲線をモデル化した。 Therefore, in this analysis study, 200 N / mm 2 (maximum strain at compressive stress εc = 0.04) obtained by multiplying the static compressive strength 40 N / mm 2 by 5 is used as the dynamic compressive strength σ c , Since concrete does not exhibit compression-softening behavior at high pressure, the stress-strain curve was modeled so that the stress was constant after the maximum stress.
プレーンコンクリートの引張強度σｔについては、既往の研究を参考にして静的引張強度を４倍した１６Ｎ／ｍｍ２を用いた。また、引張軟化域については、動的な引張強度の後に瞬時に１／４まで強度が低下して軟化するモデルとした。
ここで、本実施形態におけるプレーンコンクリートとは、改質前のベースとなるコンクリートを意味するものである。
As for the tensile strength σ t of plain concrete, 16 N / mm 2, which is four times the static tensile strength with reference to past studies, was used. Further, the tensile softening region was a model in which the strength was instantaneously reduced to 1/4 after dynamic tensile strength and softened.
Here, the plain concrete in this embodiment means the concrete used as the base before a modification | reformation.
なお、終局引張ひずみεｔｕは、プレーンコンクリートの引張破壊エネルギーを１００Ｎ／ｍと仮定し、解析のメッシュ寸法長３ｍｍを考慮して算定した塑性ひずみと弾性ひずみの和（１７，０００μｍ）とした。また、本解析検討では、基礎的な段階として、全ての要素に対して同じひずみ速度・圧力状態を仮定した。 The ultimate tensile strain ε tu was the sum of plastic strain and elastic strain (17,000 μm) calculated in consideration of the analysis mesh size length of 3 mm, assuming that the tensile fracture energy of plain concrete was 100 N / m. In this analysis study, the same strain rate and pressure conditions were assumed for all elements as a basic step.
そして、まず、図４は、解析で得られたプレーンコンクリート板に生じるひび割れの最終状態を示している。なお、この図４では、対称性を考慮して、プレーンコンクリート板の半断面を表示している。 First, FIG. 4 shows a final state of cracks generated in the plain concrete plate obtained by analysis. In addition, in this FIG. 4, the half cross section of the plain concrete board is displayed considering the symmetry.
次に、図３及び表１を参照し、引張軟化特性を変化させた解析及び解析結果について説明する。 Next, with reference to FIG. 3 and Table 1, the analysis and the analysis result in which the tensile softening characteristics are changed will be described.
この解析では、引張軟化曲線の軟化開始点応力度σｔｐと、引張応力がゼロになる終局引張ひずみεｔｕを変数とした。また、軟化開始点応力度σｔｐは、プレーンコンクリートで適用した０．２５σｔを基準にして、０．５０σｔ、０．７５σｔ、１．００σｔの４水準とした。さらに、終局引張ひずみεｔｕは、終局引張ひずみεｔｕと最大引張応力時ひずみεｔの差をひずみ量（引張軟化域ひずみ量）△εｔｓと定義し、プレーンコンクリートに関する△εｔｓ（△εｔｓｐとする）に対する倍率を０．２５〜４．００として与えた。
なお、軟化開始点応力度σｔｐを頂点とし、ひずみ差△εｔｓを底辺とする三角形の面積は、破壊エネルギーに相当するひずみエネルギーｇｆを表す。また、ここでは、プレーンコンクリートの解析におけるひずみエネルギーｇｆをｇｆｐと表記する。
In this analysis, the softening starting point stress degree σ tp of the tensile softening curve and the ultimate tensile strain ε tu at which the tensile stress becomes zero were used as variables. The initial softening point stresses sigma tp, based on the 0.25Shiguma t applied in plain concrete, 0.50σ t, 0.75σ t, was 4 levels 1.00σ t. Further, the ultimate tensile strain ε tu is defined as the strain amount (tensile softening region strain amount) Δε ts, which is the difference between the ultimate tensile strain ε tu and the strain ε t at the maximum tensile stress, and Δε ts (Δε (tsp ) was given as 0.25 to 4.00.
Note that the area of a triangle having the softening start point stress σ tp as the apex and the strain difference Δε ts as the base represents the strain energy gf corresponding to the fracture energy. Here, the strain energy gf in the analysis of plain concrete is expressed as gfp.
そして、一例として、図５は、プレーンコンクリートに対し、軟化開始点応力度σｔｐとひずみ差△εｔｓを２倍にした場合のひび割れの最終状態（σｔｐ＝０．５σｔ、△εｔｓ＝２△εｔｓｐ、ｇｆ＝４ｇｆｐ）を示している。この図５の結果を図４のプレーンコンクリート板の結果と比較すると、損傷範囲（ひび割れの生じた要素の数）が小さいことがわかる。 As an example, FIG. 5 shows the final state of cracks (σ tp = 0.5σ t , Δε ts ) when the softening starting point stress σ tp and the strain difference Δε ts are doubled for plain concrete. = 2Δε tsp , gf = 4 gfp). Comparing the result of FIG. 5 with the result of the plain concrete plate of FIG. 4, it can be seen that the damage range (number of cracked elements) is small.
次に、損傷評価と、軟化開始点応力度σｔｐ、ひずみ差△εｔｓの二つのパラメータの合理的な組み合わせについて説明する。 Next, a rational combination of the two parameters of damage evaluation and the softening start point stress degree σ tp and strain difference Δε ts will be described.
ここでは、プレーンコンクリート板の０．１７６０ｍｓにおけるひび割れ領域（図４に示した最終状態のひび割れ領域）の面積に対する各パラメータ解析に追いける０．１７６０ｍｓのひび割れ領域の面積の比（以下、損傷面積比という）を算定して損傷度を評価した。また、このとき、ひび割れ領域の面積は、ひび割れが生じた要素数をカウントし、その個数と要素面積（メッシュサイズ）の積により求めた。
すなわち、コンクリート部材を格子状（メッシュ状）に配列した複数の要素に区画し、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷（損傷度）を下式で定義した損傷面積に基づいて評価した。
（損傷面積）＝Σ{（ひび割れの入った要素数）×（要素面積）}
Here, the ratio of the area of the crack area of 0.1760 ms that can be followed by each parameter analysis to the area of the crack area of the plain concrete plate at 0.1760 ms (the crack area in the final state shown in FIG. 4) (hereinafter referred to as the damage area ratio). And the damage degree was evaluated. At this time, the area of the crack region was obtained by counting the number of elements in which cracks occurred and multiplying the number by the element area (mesh size).
That is, the concrete member was divided into a plurality of elements arranged in a lattice shape (mesh shape), and the damage (damage degree) of the concrete member due to the impact load was evaluated based on the damage area defined by the following equation.
(Damage area) = Σ {(number of cracked elements) x (element area)}
図６は、ひずみ差△εｔｓと損傷面積比の関係を軟化開始点応力度σｔｐ別に示した図である。また、この図中の点線は、ひずみエネルギーｇｆが等しいプロットを結んだものである。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the strain difference Δε ts and the damage area ratio for each softening starting point stress degree σ tp . Further, the dotted line in this figure connects plots having the same strain energy gf.
そして、この図６に示すように、各軟化開始点応力度σｔｐにおいて、ひずみ差△εｔｓが大きいほど、損傷面積比が小さくなることが確認された。しかし、ひずみエネルギーｇｆが３ｇｆｐ〜４ｇｆｐ以上では、ひずみ差△εｔｓが変化しても損傷面積比に大きな変化は認められなかった。また、ひずみ差△εｔｓを△εｔｓｐ〜４△εｔｓｐに変化させた場合の損傷面積比は、各軟化開始点応力度σｔｐ＝０．２５σｔでは１．００〜０．７５に低下した。この一方で、ひずみ差△εｔｓをプレーンコンクリートの４倍にしても、損傷が２５％程度の低下に留まっていた。 And as shown in this FIG. 6, in each softening start point stress degree (sigma) tp , it was confirmed that damage area ratio becomes small, so that the strain difference (DELTA) epsilon ts is large. However, when the strain energy gf is 3 gfp to 4 gfp or more, even if the strain difference Δε ts is changed, the damage area ratio is not greatly changed. Moreover, the damaged surface area ratio in the case of changing the strain difference △ epsilon ts in △ ε tsp ~4 △ ε tsp is lowered to the initial softening point stresses sigma tp = the 0.25σ t 1.00~0.75 did. On the other hand, even if the strain difference Δε ts was made four times that of plain concrete, the damage was only reduced by about 25%.
これらの結果から、軟化開始点応力度σｔｐごとに損傷面積比が頭打ちとなる△εｔｓを目標としてコンクリートを改質することによって、合理的な材料設計を行なうことが可能になる。 From these results, it is possible to perform a rational material design by modifying concrete with a target of Δε ts at which the damage area ratio reaches a peak at each softening start point stress degree σ tp .
したがって、本実施形態の耐衝撃構造の材料設計方法、及びこの材料設計方法を用いて構築される耐衝撃構造においては、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷が小さくなる引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量との二つのパラメータの組み合わせを導出し、この二つのパラメータの組み合わせとなるコンクリート材料を選定することで、確実且つ合理的に、裏面剥離や貫通といった局部破壊を抑制できるように耐衝撃構造を設計、実現することが可能になる。 Therefore, in the material design method of the impact resistant structure of the present embodiment and the impact resistant structure constructed by using this material design method, the tensile softening starting point stress degree and the ultimate tensile force that reduce the damage of the concrete member due to the impact load. By deriving a combination of two parameters, strain or tensile softening region strain, and selecting a concrete material that is a combination of these two parameters, local fractures such as backside peeling and penetration can be suppressed reliably and rationally. Thus, it becomes possible to design and realize an impact resistant structure.
よって、裏面剥離や貫通を抑制し、構造物内部に存在する人や設備、物品等への被害を、確実に防止できる耐衝撃構造を実現することが可能になる。 Therefore, it is possible to realize an impact resistant structure that can prevent back surface peeling and penetration and reliably prevent damage to people, equipment, articles, etc. existing inside the structure.
また、本実施形態の耐衝撃構造の材料設計方法及び耐衝撃構造においては、引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量の二つのパラメータの最適な組み合わせを導出する際に、（損傷面積）＝Σ{（ひび割れの入った要素数）×（要素面積）}を用いて損傷面積を求めるようにしたことで、正確且つ合理的にひび割れ損傷度を評価することが可能になる。 Further, in the material design method and impact resistant structure of the impact resistant structure of the present embodiment, when deriving the optimum combination of the two parameters of the tensile softening starting point stress degree and the ultimate tensile strain or the tensile softening region strain amount, (Damage area) = Σ {(Number of elements with cracks) × (Element area)} is used to determine the damage area, so that it is possible to evaluate the crack damage degree accurately and rationally. .
また、本実施形態の耐衝撃構造においては、前記二つのパラメータと損傷面積の関係から、引張軟化開始点応力度を引張強度の２５％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの３．０倍以上、引張軟化開始点応力度を引張強度の５０％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの２．０倍以上、引張軟化開始点応力度を引張強度の７５％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの１．５倍以上、引張軟化開始点応力度を引張強度の１００％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの１．０倍以上の条件を満たすコンクリートを使用して耐衝撃構造を構築すると、より確実且つ合理的に、裏面剥離や貫通といった局部破壊を抑制できるように耐衝撃構造を実現することが可能になる。 Further, in the impact resistant structure of the present embodiment, from the relationship between the two parameters and the damaged area, when the tensile softening starting point stress degree is 25% of the tensile strength, the strain amount of the tensile softening region is set to that of plain concrete. When the tensile softening starting point stress degree is 50% of the tensile strength at 3.0 times or more, the tensile softening region strain amount is 2.0 times or more that of plain concrete, and the tensile softening starting point stress degree is 75 times the tensile strength. When the tensile softening region strain amount is 1.5 times or more that of plain concrete, and when the tensile softening starting point stress degree is 100% of the tensile strength, the tensile softening region strain amount is 1% of that of plain concrete. If an impact-resistant structure is constructed using concrete that satisfies the condition of 0 times or more, the impact-resistant structure is implemented so that local destruction such as backside peeling and penetration can be suppressed more reliably and rationally. It becomes possible to.
さらに、本実施形態の耐衝撃構造においては、コンクリートに繊維を混入して構築すると、比較的容易に且つ確実に、繊維によってコンクリートを改質し、裏面剥離や貫通といった局部破壊を抑制できる耐衝撃性に優れた耐衝撃構造を構築することができる。 Furthermore, in the impact resistant structure of the present embodiment, when constructed by mixing fibers into the concrete, the impact resistance that can relatively easily and reliably modify the concrete with the fibers and suppress local destruction such as backside peeling and penetration. It is possible to construct an impact resistant structure with excellent properties.
また、このとき、繊維が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、鋼のいずれかで形成され、単独あるいは複数種の繊維をコンクリートに混入すると、さらに、容易に且つ確実に、繊維によってコンクリートを改質し、裏面剥離や貫通といった局部破壊を抑制できる耐衝撃性に優れた耐衝撃構造を構築することができる。 At this time, the fiber is formed of any one of polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene, polyvinyl alcohol, and steel. When single or plural kinds of fibers are mixed into the concrete, the concrete is more easily and reliably added to the fiber. It is possible to construct an impact resistant structure excellent in impact resistance that can be modified to suppress local destruction such as backside peeling and penetration.
以上、本発明に係る耐衝撃構造の材料設計方法及び耐衝撃構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 As mentioned above, although one embodiment of the material design method and the impact resistant structure of the impact resistant structure according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above embodiment, and may be appropriately changed without departing from the spirit thereof. Is possible.
Claims (4)
前記コンクリートの引張軟化特性における引張軟化開始点応力度と終局引張ひずみ又は引張軟化域ひずみ量とをパラメータとし、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷が小さくなるように前記二つのパラメータの組み合わせを導出して前記二つのパラメータを選定し、該二つのパラメータの組み合わせとなる前記コンクリートを使用し、
前記二つのパラメータの最適な組み合わせを導出する際は、プレーンコンクリート板の面積に対する、コンクリート部材を格子状に配列した複数の要素に区画し、衝撃荷重によるコンクリート部材の損傷を下式で定義した損傷面積の比となる損傷面積比に基づいて評価し、
前記引張軟化開始点応力度ごとに前記損傷面積比が頭打ちとなる前記終局引張ひずみ又は前記引張軟化域ひずみ量を目標として前記二つのパラメータを選定するようにしたことを特徴とする耐衝撃構造の材料設計方法。
（損傷面積）＝Σ｛（ひび割れの入った要素数）×（要素面積）｝ A material design method for an impact-resistant structure using concrete,
Using the tensile softening starting point stress degree and the ultimate tensile strain or tensile softening region strain amount in the tensile softening characteristics of the concrete as parameters, the combination of the two parameters is derived so that damage to the concrete member due to impact load is reduced. Select the two parameters, use the concrete that is a combination of the two parameters ,
When deriving the optimal combination of the above two parameters, the concrete member is divided into a plurality of elements arranged in a grid for the area of the plain concrete plate, and the damage defined by the following equation is the damage of the concrete member due to impact load Evaluate based on the damage area ratio, which is the area ratio,
The impact resistance structure according to claim 1, wherein the two parameters are selected with the ultimate tensile strain or the tensile softening region strain amount at which the damage area ratio reaches a peak at each tensile softening starting point stress degree. Material design method.
(Damage area) = Σ {(number of cracked elements) × (element area)}
前記二つのパラメータと損傷面積の関係から、
引張軟化開始点応力度を引張強度の２５％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの３．０倍以上、
引張軟化開始点応力度を引張強度の５０％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの２．０倍以上、
引張軟化開始点応力度を引張強度の７５％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの１．５倍以上、
引張軟化開始点応力度を引張強度の１００％とした場合には、引張軟化域ひずみ量をプレーンコンクリートの１．０倍以上の条件を満たす前記コンクリートを使用して構築されることを特徴とする耐衝撃構造。 Using the tensile softening starting point stress degree and the ultimate tensile strain or tensile softening region strain amount in the tensile softening properties of concrete as parameters, the combination of the two parameters is derived so as to reduce the damage to the concrete member due to impact load. An impact resistant structure constructed using a material design method of an impact resistant structure using the concrete that selects two parameters and is a combination of the two parameters,
From the relationship between the two parameters and the damaged area,
When the tensile softening starting point stress degree is 25% of the tensile strength, the tensile softening region strain amount is 3.0 times or more that of plain concrete,
In the case where the tensile softening starting point stress degree is 50% of the tensile strength, the tensile softening region strain amount is 2.0 times or more that of plain concrete,
When the tensile softening starting point stress degree is 75% of the tensile strength, the tensile softening region strain amount is 1.5 times or more of plain concrete,
When the tensile softening starting point stress degree is 100% of the tensile strength, the tensile softening region strain amount is constructed using the concrete that satisfies the condition of 1.0 times or more that of plain concrete. Impact resistant structure.
前記コンクリートに繊維が混入されていることを特徴とする耐衝撃構造。 The impact-resistant structure according to claim 2 ,
An impact-resistant structure, wherein fibers are mixed into the concrete.
前記繊維が、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、鋼のいずれかで形成され、単独あるいは複数種の前記繊維が前記コンクリートに混入されていることを特徴とする耐衝撃構造。 The impact-resistant structure according to claim 3 ,
The impact-resistant structure, wherein the fibers are formed of any one of polypropylene, polyethylene terephthalate, polyethylene, polyvinyl alcohol, and steel, and a single type or a plurality of types of the fibers are mixed in the concrete.
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