(57)【要約】  ウインドタワーとしての、その耐用年数にわたって関連する繰返し荷重を受けるコンクリート構造物の設計及び製造の方法、並びに疲労試験機。  本方法は、主要設計パラメータのうちの１つとしてプロジェクトによって指定された疲労強度値を考慮して繰返し荷重によって条件付けされたコンクリート構造物の設計に存し、主要設計パラメータは、前記製造段階で生産されたコンクリート構造要素を代表するコンクリート試料に対して疲労強度試験を行うことによって、品質保証計画の制御パラメータのうちの１つとして製造段階において検証される。  本方法は、コンクリート疲労強度を材料の圧縮強度から切り離すことを可能にし、これが、新規に開発された手順による生産の品質保証計画の一部として疲労強度の検証を含む理由である。
2019518893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート構造要素（１２２）の設計及び製造（１００）の方法であって、
ａ．設計段階（１１０）は：
ａ．１）プロジェクトの設計パラメータのうちの１つとしての少なくとも１つの疲労強度値（１１５）を含む、コンクリート（１１１）の機械的特性の指定のステップ；及び
ａ．２）前記疲労強度値（１１５）を含む、ステップａ．１）で指定された前記設計パラメータと組み合わさって、コンクリート要素（１２２）の耐用年数（１１３）にわたって予期される応力に耐えることを可能にする製造されるべき前記コンクリート構造要素の寸法（１１２）の定義のステップ；を含み、
ｂ．製造及び制御段階（１２０）は：
ｂ．１）コンクリート（１２１）を使用し、ステップａ．２）で定義された要素寸法（１１２）に従って前記コンクリート構造要素（１２２）を製造するステップ；及び
ｂ．２）試験結果（３２９）がプロジェクト（１１１）のステップａ．１）で指定された疲労強度値（１１５）と一致していることを検証（３３１）するために、コンクリート生産段階（１２１）におけるコンクリート試料（３２６）の抽出、及び前記コンクリート試料（３２６）に対する疲労強度試験（３２８）の実行を含む品質管理（１２３及び１２４）を実施するステップ
を含む、方法。
【請求項２】
前記コンクリート構造要素（１２２）の製造で使用されるコンクリートが、コンクリート配合を行い、前記プロジェクト（１１１）のステップａ．１）で指定されたコンクリートの機械的特性に従ってコンクリート（１２１）を生産して得られる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロジェクト（１１１）のステップａ．１）で指定されるコンクリートの前記機械的特性が、前記疲労強度値（１１５）から完全に切り離された設計パラメータとしての圧縮強度値（１１４）をさらに含み、両方のパラメータが前記プロジェクトによって、相互に独立して指定される、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記段階ｂ．２）が、
ｂ．２．１）そのサイズによりコンクリートの疲労現象の適切な特徴付けが可能になる、生産管理ロットに関連付けられた、母集団を代表するコンクリート試料（３２６）の取得を可能にする、構造的コンクリート要素（１２２）の生産量及び生産速度に適合された試料採取計画（３２４）の設計のステップ；
ｂ．２．２）異なる応力レベルでのコンクリート疲労挙動を特徴付けるために各試料片に対する異なる試験シリーズの成果を考慮した、前記構造的コンクリート要素（１２２）の予期される応力履歴（１１３）及びその臨界振動数に従った試験計画（３２５）の設計のステップ；
ｂ．２．３）ステップｂ．２．１）で定義された前記試料採取計画（３２４）とステップｂ．２．２）で定義された前記試験計画（３２５）が必要とする前記試験片とに従ってコンクリート試料（３２６）を取得するステップ；
ｂ．２．４）ステップｂ．２．２）で定義された前記試験計画（３２５）に従ってステップｂ．２．３）で取得された前記コンクリート試料（３２６）を用いてコンクリート試験片（３２７）を製造するステップ；
ｂ．２．５）ステップｂ．２．２）で定義された前記試験計画（３２５）の仕様に従ってステップｂ．２．４）で製造されたコンクリート試験片（３２７）に対する疲労強度試験（３２８）の実行のステップ；
ｂ．２．６）終局限界疲労状態に関連付けられた強度の設計値を決定するために適切な分布関数を調整し、次いで特徴パラメータを取得することに存する統計手順の適用による、ステップｂ．２．５）で取得された試験結果（３２９）の評価（３３０）のステップ；
ｂ．２．７）ステップｂ．２．６）での前記試験結果（３２９）の前記評価（３３０）の後に得られたコンクリート疲労強度の値が、ステップａ．１）でプロジェクト（１１１）によって指定された前記疲労強度値（１１５）以上であることを確かめることによる、ステップｂ．１）で製造された前記コンクリート構造要素（１２２）の受入れの検証（３３１）のステップ
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ステップｂ．２）の前記品質管理（１２３及び１２４）の疲労試験（３２８）が、少なくとも１台の疲労試験機（４００）によって同時に独立して複数のコンクリート試験片（３２７）に対して行われる、請求項１〜４のいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも１台の疲労試験機（４００）が、その大きさが制御される既定の圧縮力と、前記コンクリート試験片（３２７）に加わる前記圧縮力の後の解除とを、制御された周波数で、繰返し発生させる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
複数の前記コンクリート試験片（３２７）が、前記疲労試験機（４００）の長手方向軸に沿って配置され、制御された大きさの前記既定の圧縮力が前記軸に沿って伝達され、すべての前記コンクリート試験片（３２７）に同時に影響を及ぼす、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記コンクリート試験片（３２７）が、前記疲労試験機（４００）の前記長手方向軸に沿って位置する一列（４０１）のカプセルとして配置されたカプセル（４０２）に、前記カプセル（４０２）の配置により前記一列（４０１）に沿った荷重伝達が可能になるように挿入される、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
各コンクリート試験片（３２７）に発生するひずみが、各試験片（３２７）の前記ひずみを前記試験片（３２７）のコンクリート疲労寿命（５００）と関連付ける（５００）ために、前記疲労強度試験（３２８）全体の間にセンサによって登録される、請求項１〜８のいずれか一項記載の方法。
【請求項１０】
疲労強度試験（３２８）の期間が、前記疲労強度試験（３２８）のすべての繰返しを実際にやり尽くさなくても、耐繰返し数Ｎと、同じか又は類似した材料を用いて製造されたコンクリート試験片（３２７）に対して実行された他の疲労強度試験（５００）から以前に得られた二次ひずみ速度（６００）との関係から前記コンクリート疲労寿命を予測することによって短縮される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ステップｂ．１）で生産されるコンクリート要素（１２２）が、鉄筋、緊張材、プレテンションバー、プレテンション緊張材、ポストテンションバー及び／又はポストテンション緊張材を含み、前記バー及び／又は緊張材が、コンクリート構造要素（１２２）の寸法の定義のステップａ．２）で考察される、請求項１〜１０のいずれか一項記載の方法。
【請求項１２】
ステップｂ．１）で生産されるコンクリート要素（１２２）が、補強用繊維を含み、前記繊維が、コンクリート構造要素（１２２）の寸法の定義のステップａ．２）で考察され、疲労強度試験が、補強用繊維を含むコンクリート試料（３２６）及び／又はコンクリート試験片（３２７）に対して行われる、請求項１〜１１のいずれか一項記載の方法。
【請求項１３】
プレキャストされ、又は現場で製造された、前記コンクリート構造要素（１２２）が、
風力タービンタワー及び基礎、超高層ビル、大架橋、工業施設の中から選択される、風荷重を受ける構造物；
構造物基礎、ウインドタワー基礎、及びプラットホーム基礎を含む防波堤及び沖合構造物の中から選択される、波浪荷重を受ける構造物；
鉄道橋デッキ、無道床軌道システム及びコンクリート製鉄道枕木を含む鉄道下部構造の中から選択される、特定の輸送システムに起因する高繰返し荷重を受ける構造物；並びに
機械基礎及び期間支持体の中から選択される工業機械による励起振動を受ける構造物
で使用される、請求項１〜１２のいずれか一項記載の方法。
【請求項１４】
端部が連結され、プレキャストされた又は現場で製造された、いくつかのコンクリート構造要素（１２２）を含む風力タービンタワーであって、
前記風力タービンタワーのタワー高さと前記構造要素の壁の平均厚さとの関係から得られる、前記風力タービンタワーの細長さが、９６５より大きいことを特徴とする、風力タービンタワー。
【請求項１５】
前記風力タービンタワーの前記細長さが１８００未満である、請求項１４に記載の風力タービンタワー。
【請求項１６】
端部が連結され、プレキャストされた又は現場で製造された、いくつかのコンクリート構造要素（１２２）を含む風力タービンタワーであって、
前記コンクリート構造要素の高さと前記構造要素の壁の平均厚さとの関係から得られる、前記コンクリート構造要素のうちの少なくとも１つの細長さが、１８０より大きいことを特徴とする、風力タービンタワー。
【請求項１７】
前記コンクリート構造要素のうちの少なくとも１つの前記細長さが５００未満である、請求項１６に記載の風力タービンタワー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、プレキャストコンクリート生産チェーンの品質保証計画の主要制御パラメータとしての、試験によるコンクリート疲労強度の検証に基づく構造設計方法に関する。
【０００２】
本発明は、材料科学及び土木工学に関し、特に、その耐用年数中に繰返し荷重に曝されるコンクリート構造物の設計に関する。
【背景技術】
【０００３】
動的荷重を受ける構造物及び機械部品には、それらの要素が疲労荷重とも呼ばれるそれらの荷重に耐えている時間に従って亀裂を形成し、亀裂の成長させる傾向がある。
【０００４】
亀裂の形成及びその伝播は、もはやそれが設計された目的では機能できない構造要素又は機械部品の強度減少が進行していることを意味し、疲労の影響をある一定の時間受けた後、構造要素の残留強度は低下して、破損に達するほどになる。よって、残留強度の減衰率及び構造要素の残存寿命を正確にリアルタイムで予測できることが不可欠である。
【０００５】
破壊力学は、材料における亀裂の伝播の研究に関係した科学の一分野である。この分野では、解析的な固体力学の方法を使用して亀裂に対する駆動力を得、実験的な固体力学の方法を使用して破壊に対する材料耐性を特徴付ける。この分野の力学は、構造物及び機械部品の耐用年数を予測するのに役立つ。応用力学は、亀裂先端の応力場の解析と、亀裂近傍の材料の弾性変形及び塑性変形を対象とする。材料科学は、原子規模の破壊プロセス並びに不純物及び粒の形態での転位に関係する。
【０００６】
工学的用途において破壊力学をうまく利用するためには、技術分野全体に関する知識が不可欠である。
【０００７】
疲労は、繰返し荷重がかかることによって生じる材料の弱化である。疲労は、材料が繰返し荷重を受ける場合に生じる進行性の局所的な構造的損傷である。
【０００８】
かかった荷重により材料の点又は区画の応力の増加が生じた場合には疲労破損が発生する可能性があり、常に、微小亀裂、微小空洞、局部降伏などの存在の結果として局所値が弾性限度を超える。応力が静的である場合、局部降伏及び周囲の材料への応力の再分配は、いかなる重大な状態も生じず、材料は、相当に高い荷重の下でのみ破損に達する。反対に、動的な繰返し荷重の場合には、応力の反復印加が亀裂伝播につながって、最終的には、破損の状態に達し、構造要素が破壊される。
【０００９】
このような損傷を引き起こす公称最大応力値は、終局応力限界として通常引用される材料の強度よりもずっと低い場合がある。
【００１０】
金属構造物や機械部品とは異なり、コンクリート構造物は従来、その幾何学形状及び寸法を条件付ける、その耐用年数にわたる荷重繰返しに起因する疲労応力を受けるように設計されてこなかった。これらのシナリオでは、鉄骨構造が通常選択されたか、又は疲労に耐えうる別の材料から作られた構造物が選択された。
【００１１】
一般的に、コンクリートは、たとえ荷重繰返しにきちんと耐えることができても、疲労よりもその設計及び寸法にとってはるかに決定的な他の静的作用を受ける構造物に使用された。
【００１２】
材料科学により、以前よりも高い強度レベルに達するコンクリート配合の開発が可能になり、したがって、土木工学により、材料の応用分野を拡大するために、疲労の点でより要求の厳しい構造物の設計にコンクリートを使用することが可能になった。
【００１３】
とはいえ、コンクリート構造物の設計を規定する現在の法令及び国際規格は、疲労解析に関しては依然として曖昧であり、その寸法がコンクリート疲労強度によって条件付けられる、繰返し荷重を受ける構造物の設計を最適化するために必要な詳細なレベルの評価に達することを可能にするものではない。
【００１４】
標準配合は、材料の圧縮強度の値からコンクリート疲労強度を導出することに限定されており、コンクリート疲労強度に大きな影響を及ぼす多くの現象を無視している。これらの影響に関する知識の欠如に関連付けられる不確実性は、法令及び規格においては、常に安全を期していくつかの強い低減係数を適用することによってカバーされる。
【００１５】
構造物の設計及びその寸法が、その耐用年数にわたって構造物に影響を与える繰返し荷重によって条件付けられない大部分の通常の事例では、構造物が疲労破損を被らないことを検証するのに十分な標準的な手順が考慮される。
【００１６】
とはいえ、構造物が、その設計及び寸法がコンクリートの疲労強度によって条件付けられるような量として繰返し荷重を受ける特殊な事例では、標準配合を適用することは、構造物のサイズを過大にし、そのコストを増加させることを意味する。
【発明の概要】
【００１７】
本発明の目的は、耐用年数にわたって繰返し荷重を受け、それによって条件付けられるコンクリート構造物の設計を改善するための方法を提供することである。この目的で本発明は、コンクリート構造要素の生産段階において実行される品質保証計画（ＱＡＰ）の主要制御パラメータとして後で検証されるコンクリート疲労強度値の指定に基づくコンクリート構造要素の設計及び製造の方法に存する。本方法は、コンクリート疲労強度を材料の圧縮強度から完全に切り離すという点で標準的な手法とは異なる。
【００１８】
本発明は、任意のプロジェクトの品質保証計画（ＱＡＰ）に制御疲労試験を含める完全な手順を含む。この手順は、試料採取及び試験計画、試験手順及び試験装置の仕様、試験結果を解析するための手順、制御された材料で製造されたコンクリート構造要素の有効性を確認するための適合基準、及び不適合管理のための計画の定義からなる。
【００１９】
さらに、本発明は、定義された方法の性能と、各試験片に発生する二次ひずみ速度に従ったコンクリート疲労寿命の予測に基づく短期間試験手順の開発とを保証する同時試験のための疲労機械の設計を含む。
【００２０】
具体的には、本発明は、以下のステップを含むコンクリート構造要素の設計及び製造の方法を提案する：
ａ．設計段階は：
ａ．１）プロジェクトの設計パラメータのうちの１つとしての少なくとも１つの疲労強度値を含む、コンクリートの機械的特性の指定のステップ；及び
ａ．２）前記疲労強度値を含む、ステップａ．１）で指定された設計パラメータと組み合わさって、前記コンクリート構造要素の耐用年数にわたって予期される応力に耐えることを可能にする製造されるべきコンクリート構造要素の寸法の定義のステップ；を含み、
ｂ．製造及び制御段階は：
ｂ．１）コンクリートを使用し、ステップａ．２）で定義された要素寸法に従って前記コンクリート構造要素を製造するステップ；及び
ｂ．２）試験結果がプロジェクトのステップａ．１）で指定された疲労強度値と一致していることを検証するために、コンクリート生産段階におけるコンクリート試料の抽出、及び前記コンクリート試料に対する疲労強度試験の実行を含む品質管理を実施するステップを含む。
【００２１】
コンクリート構造要素の製造で使用されるコンクリートは、コンクリート配合を行い、プロジェクトのステップａ．１）で指定されたコンクリートの機械的特性に従ってコンクリートを生産することによって得られる。
【００２２】
ステップａ．２）において、コンクリート構造要素は、ステップａ．１）で指定されたコンクリートの機械的特性を考慮して、計算によって寸法を決められる。このプロセスでは、コンクリート仕様のための追加的な関連情報、例えば、構造物の重量に関連した情報を提供することができ、したがって、設計段階の最適な結果に達するように、ステップａ．１）及びステップａ．２）に戻って、コンクリートの機械的特性を再定義することが必要となる場合もある。
【００２３】
ステップａ．１）では、いくつかのパラメータの中で、圧縮強度値も設計パラメータとして使用されるが、圧縮強度値は、疲労強度の値が、コンクリート圧縮強度の理論的低減に従って推定可能な従属的な疲労強度値とは異なるように、前記疲労強度値から完全に切り離され、独立している。したがって、定義された圧縮強度値を有し、計算された構造物に最も好都合なコンクリートを得るために、設計段階のステップａ．１）において、異なる疲労強度値を指定し、評価することができる。また明らかに、定義された疲労強度値も有し、異なる圧縮強度値を評価することもでき、又は両方のパラメータを相互に独立して変更し、評価することもできる。
【００２４】
指定された圧縮強度及び疲労強度は、技術的に達成可能な強度値の１つの等級になる。最新技術によれば、指定される圧縮強度は１０〜２００MPaに含めることができ、指定される疲労強度は１０〜２００MPaに含めることができるが、本発明の保護範囲から逸脱することなく、コンクリート分野におけるさらなる技術的改善を使用してこれらの等級を上げることができる。
【００２５】
一実施形態では、ステップｂ．１）で生産されるコンクリート要素は、鉄筋、緊張材、プレテンション緊張材、ポストテンションバー及び／又はポストテンション緊張材を含み、これらのバー及び／又は緊張材は、前記コンクリート構造要素の寸法の定義のステップａ．２）で考察される。
【００２６】
別の実施形態では、ステップｂ．１）で生産されるコンクリート要素は、補強用繊維を含み、これらの繊維は、前記コンクリート構造要素の寸法の定義のステップａ．２）で考察される。それらの場合には、疲労強度試験は、補強用繊維を含むコンクリート試料及び／又はコンクリート試験片に対して行われる。
【００２７】
ステップｂ．１）で生産されるすべてのコンクリート要素の受入れは、前記コンクリート構造要素の製造に使用されるバッチから得られるコンクリートで製造された硬化コンクリート試料に対して行われる、少なくとも圧縮強度試験と疲労強度試験とを含む、ステップｂ．２）で実行される品質管理の間に得られる結果に従って評価される。
【００２８】
以上から、提案の方法は、疲労強度を圧縮強度から切り離し、第１の特性を、プロジェクトによって指定され、品質保証計画（ＱＡＰ）で提供される品質管理によって直接制御される特性として扱うことに存する、と要約することができる。よって、疲労強度を圧縮強度試験の結果から推定することはできない。したがって、圧縮強度試験から独立して特定の疲労強度試験が行われる必要がある。
【００２９】
本発明によれば、前記品質管理を行うことに関連した段階ｂ．２）の実施は、好ましい実施形態では、以下のステップを含む：
ｂ．２．１）そのサイズによりコンクリートの疲労現象の適切な特徴付けが可能になる、生産管理ロットに関連付けられた、母集団を代表するコンクリート試料の取得を可能にする、構造的コンクリート要素の生産量及び生産速度に適合された試料採取計画の設計のステップ；
ｂ．２．２）異なる応力レベルでのコンクリート疲労挙動を特徴付けるために各試料片に対する異なる試験シリーズの成果を考慮した、前記構造的コンクリート要素の予期される応力履歴及びその臨界振動数に従った試験計画の設計のステップ；
ｂ．２．３）ステップｂ．２．１）で定義された試料採取計画とステップｂ．２．２）で定義された試験計画が必要とする試験片とに従ってコンクリート試料を取得するステップ；
ｂ．２．４）ステップｂ．２．２）で定義された試験計画に従ってステップｂ．２．３）で取得されたコンクリート試料を用いてコンクリート試験片を製造するステップ；
ｂ．２．５）ステップｂ．２．２）で定義された試験計画の仕様に従ってステップｂ．２．４）で製造されたコンクリート試験片に対する疲労強度試験の実行のステップ；
ｂ．２．６）終局限界疲労状態に関連付けられた強度の設計値を決定するために適切な分布関数を調整し、次いで特徴パラメータを取得することに存する統計手順の適用による、ステップｂ．２．５）で取得された試験結果の評価のステップ；
ｂ．２．７）ステップｂ．２．６）での試験結果の評価の後に得られたコンクリート疲労強度の値が、ステップａ．１）でプロジェクトによって指定された疲労強度値以上であることを確かめることによる、ステップｂ．１）で製造された構造的コンクリート要素の受入れの検証のステップ。
【００３０】
また、本発明の特徴的な方法では、ステップｂ．２）の前記品質管理の記載された疲労強度試験は、その大きさが制御される既定の圧縮力と、後の前記コンクリート試験片に加わる前記圧縮力の解除とを、制御された周波数で繰り返し生じさせる少なくとも１台の疲労試験機によって、同時に独立して複数のコンクリート試験片に対して行われる。これを実施するために、複数のコンクリート試験片は、前記疲労試験機の長手方向軸に沿った配置され、制御された大きさの既定の圧縮力が前記軸に沿って伝達され、すべてのコンクリート試験片に同時に影響を及ぼす。好ましい実施形態では、コンクリート試験片は、疲労試験機の前記長手方向軸に沿って位置する一列のカプセルとして配置されたカプセルに、カプセルの配置により列に沿った荷重伝達が可能になるように挿入される。
【００３１】
各コンクリート試験片に発生するひずみは、各コンクリート試験片のひずみを前記試験片のコンクリート疲労寿命と関連付けるために、疲労強度試験全体の間にセンサによって登録される。
【００３２】
本発明の別の特徴によれば、疲労強度試験の期間は、前記疲労強度試験のすべての繰返しを実際にやり尽くさなくても、耐繰返し数Ｎと、同じか又は類似した材料を用いて製造されたコンクリート試験片に対して実行された他の疲労強度試験から以前に得られたはずの二次ひずみ速度との関係からコンクリート疲労寿命を予測することによって短縮されうる。
【００３３】
本発明で提案される方法は、以下で使用できる（現場又はプレキャストの）コンクリート構造要素の設計及び製造において適用されうる：風力タービンタワー及び基礎、超高層ビル、大架橋、工業施設の中から選択される、風荷重を受ける構造物；
構造物基礎、ウインドタワー基礎、及びプラットホーム基礎を含む防波堤及び沖合構造物の中から選択される、波浪荷重を受ける構造物；
鉄道橋デッキ、無道床軌道システム及びコンクリート製鉄道枕木を含む鉄道下部構造の中から選択される、特定の輸送システムに起因する高繰返し荷重を受ける構造物；並びに
機械基礎及び期間支持体の中から選択される工業機械による励起振動を受ける構造物。
【００３４】
別の好ましい実施形態では、その端部が連結された、プレキャストされ、又は現場で製造された、いくつかのコンクリート構造要素を含む風力タービンタワーの新しい概念が提供され、コンクリート構造要素は、開示の設計及び製造の方法に従って生産され、前記コンクリート構造要素は、疲労強度値が単にコンクリート圧縮強度だけに依存する標準的な手法によって確立された範囲よりも広い疲労応力範囲で働く。
【００３５】
新しい方法の適用により、この新しい風力タービンタワーは、タワー高さと構造要素の壁の平均厚さとの比から得られる細長さが、現在市販されている、標準的な手法に従って設計された風力タービンのコンクリートタワーの細長さよりも大きいことを特徴とする。
【００３６】
これは、必ずしも前記タワーの細長さではなく、前記タワーが含むコンクリート構造要素の細長さと言い換えることもできる。よって、別の実施形態では、タワーはいくつかのコンクリート構造要素を含み、それらのコンクリート構造要素は、そのうちの少なくとも１つの、コンクリート構造要素の高さと前記構造要素の壁の平均厚さとの比から得られる細長さが、現在市販されているタービンのコンクリートタワーに含まれるコンクリートリングの細長さよりも大きいことを特徴とする。
【００３７】
本発明の他の特徴は、以下の例示的な実施形態の詳細な説明で開示される。
【００３８】
本発明及び本発明の利点は、以下の詳細な説明を添付の図面と併せて読めばより容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図０．１】設計段階における疲労損傷の評価と、コンクリート圧縮強度に基づく従来の管理以外に、コンクリートの疲労挙動に基づく品質保証計画（ＱＡＰ）を含む製造段階における製品受入れの検証とを含む提案の発明の一実施形態を併せて示す２つの流れ図である。
【図０．２】設計段階における構造物疲労損傷の評価と、コンクリート圧縮強度の評価に基づくものである品質保証計画の結果としての製造段階における製品受入れの検証との従来の手順の一実施形態を併せて示す２つの流れ図である。
【図０．３】コンクリート疲労強度の評価に基づく品質保証計画と、従うべきプロセスに含まれるステップとを示す、提案の品質管理手順の流れ図である。
【図０．４】同時に３０個の試験片を試験するための疲労試験機の一例を示す概略的上面図である。
【図０．５】試験にわたるひずみに関するコンクリートの挙動傾向が理解され、曲線の異なるブランチ、第２のブランチとその傾きが疲労試験結果の評価にとって最も有意義であることを確認できる、疲労試験における繰返し数に対するひずみの発達の典型的な曲線を示す説明図である。
【図０．６】いくつかのコンクリート試験片にそれらの疲労試験にわたって発生する二次ひずみ速度と、各試験片が耐えた繰返し数との関係を例示する説明図である。
【図０．７】典型的なＳＮ曲線を例示する図である。
【図０．８】本発明の教示に従って図３に示すコンクリート疲労強度の評価に基づく品質保証計画の説明を完了するための可能な試験計画の試験構成のマトリックスを例示する図である。
【図０．９】コンクリート仕様に関するコンクリート試験片セットの適合性を検証するための、プロジェクトによって定義されたコンクリート疲労強度に関連付けられた、ＳＮｄ曲線に関連した疲労試験結果を例示するグラフである。
【００４０】
［発明の詳細な説明］
提案の設計方法は、生産中に実行される品質保証計画（ＱＡＰ）の一部としての試験によるコンクリート疲労強度の検証に基づくものである。
【００４１】
コンクリート疲労強度ｆｃｄ，ｆａｔの設計値は、材料の疲労強度を特徴付けるパラメータである。その値はプロジェクトによって指定され、後で、コンクリート圧縮強度から独立して検証される。
【００４２】
標準的な手法は、圧縮強度ｆｃｋの特性値を品質保証計画で管理すべき唯一のパラメータとして指定し、コンクリート挙動を記述する残りの特性は圧縮強度から導出されることに存する。標準的な手法とは異なり、本発明で提案される方法は、疲労強度を圧縮強度から切り離し、第１の特性をプロジェクトによって指定され、品質保証計画において直接管理される特性として扱うことに存する。
【００４３】
コンクリート疲労強度ｆｃｄ，ｆａｔの設計値は、意図される構造物の実際の使用条件を表し、現在の規格においてまだ考慮に入れられていない一連のパラメータに関連して設定される必要がある。これらのパラメータは、以下であってよい：
疲労強度の基準材齢ｔＲｅｆ。構造物評価において疲労損傷の計算が開始される材齢。
疲労強度の基準相対湿度ＲＨＲｅｆ。その疲労強度の設計値が定義される、プロジェクトによって指定される、最小相対湿度。
疲労強度の基準頻度ｆＲｅｆ。その疲労強度の設計値が定義される、プロジェクトによって指定される主要負荷周波数。
【００４４】
これらのパラメータはまた、構造物の設計中に設定されるべきであり、プロジェクト文書（図面、生産の品質保証文書など）に表示されるべきである。
【００４５】
以下の各項では、定義された方法をコンクリート構造物の設計に適用するステップ、及び品質評価の主要部分として生産段階において実行される試験によってコンクリート疲労強度の設計値を検証するために作成された方法について説明する。
【００４６】
１．設計の適用
コンクリート構造物が受ける疲労損傷の評価は、マイナー則に基づく式に従って実行される：
【数１】
2019518893.tif 000003
【００４７】
全損傷Ｄは、その寿命の間にセクションに作用する各荷重繰返しｉによって生じる損傷の和として計算される。
【００４８】
式１によれば、Ｎ（γＳｋ）は耐繰返し数Ｎｄの設計値を表す。評価手順で使用すべき安全係数γは、荷重、材料及び破損の結果の３つの一般的な部分安全係数のすべての積であり、すなわち、
【数２】
2019518893.tif 000004
【００４９】
ｆｄ＝ｆｋ／γｍはＳｄ＝Ｓｋ・γｍを意味するので、設計値に関して、マイナー則は以下のように書かれうる：
【数３】
2019518893.tif 000005
【００５０】
式中、Ｓｃｄ，ｍｉｎ及びＳｃｄ，ｍａｘは繰返しｉの最小応力レベル及び最大応力レベルであり、以下のように定義される：
【数４】
2019518893.tif 000006
以下を使用する：
σｃ，ｉ，ｍａｘは、繰返しｉごとのピーク応力である。
σｃ，ｉ，ｍｉｎは、繰返しｉごとの谷応力である。
ｆｃｄ，ｆａｔは、設計疲労強度であり、γｍ及びγｎの部分安全係数を暗黙的に含む。これは、材料の疲労強度を特徴付けるパラメータである。その値は静的圧縮強度と同様にプロジェクトで指定される。
γｆは、荷重の安全係数である。
γｍは、材料の安全係数である。この場合、その値は設計疲労強度によって暗黙的に説明される。
γｎは、破損の結果の安全係数である。その値は設計疲労強度値に含まれる。
【００５１】
応力レベルが定義されると、耐繰返し数Ｎで表されるコンクリートの疲労寿命と、関連付けられる応力レベルとを関連付けるために、曲線Ｓ−Ｎが得られる。その曲線Ｓ−Ｎを、図０．７に示すように、任意の適切な式に従って定義することができる。
【００５２】
応力繰返しごとの耐繰返し数を評価した後、各応力繰返しの損傷は次式に対応する：
【数５】
2019518893.tif 000007
【００５３】
最後に、以下であることを確かめるために、すべての損傷が加算される：
【数６】
2019518893.tif 000008
【００５４】
この確認が検証される場合、検査対象領域は終局限界疲労状態を満たす。
【００５５】
２．試験及び品質保証
２．１．用語、定義、記号及び略語
試験により疲労強度を検証する実験手順を適切に開発し、この手順を生産の品質保証計画の一部として含めるためには、以下の各項全体で使用される一連の用語及びパラメータ、並びにそれらを指す略語及び記号を定義する必要がある。
【００５６】
２．１．１．一般概念
バッチ
バッチミキサの１動作サイクルで混合されるか、連続ミキサから１分間に排出されるか、又は荷重が１サイクルを超えるバッチミキサ又は１分を超える連続ミキサの動作を必要とするときにトラックミキサで調合済みで運搬される新鮮なコンクリートの量。
【００５７】
積荷
１つ以上のバッチを含むビークル内で輸送されるコンクリートの量。
【００５８】
増分
シャベル又は同様の試料採取装置の１回の操作で採取されるコンクリートの量
【００５９】
試料
コンクリートのバッチ又は塊の一部から採取されるコンクリートの量
【００６０】
試験片
材料品質を代表するコンクリート片。その形状、寸法及び公差、製造、硬化並びに保存は一般に標準化されている。試験片は、特定の材料特性を特徴付けるための試験に使用される。試験片は、成形又は機械加工されうる。
【００６１】
２．１．２．試験パラメータ
実験手順を導入するには、いくつかのパラメータを定義することも必要である。
［ｍ］試験構成の数
試験で実行するために定義された応力レベルの異なる組み合わせの総数。
【００６２】
［Ｃｉ］試験構成（ｉ＝１...ｍ）
試験片のサイズ及び形状と、最小応力レベル及び最大応力レベルと、負荷周波数の組み合わせ。
【００６３】
使用される命名法の理解を容易にするために、特定の試験構成を定義する文字Ｃに付随する数値サブインデックスが文字によって変更される。よって以下である：Ｃｉ∈｛ＣＡ，ＣＢ，ＣＣ，...，Ｃｍ｝
【００６４】
［ｎｉ］構成Ｃｉの下で試験された試料の数
同じ試験構成Ｃｉの下で試験された試料の数。各試料は、各試験構成においてただ１つの試験片Ｐｉｊによって表される。つまり、ｎｉは、各試験構成の下で試験された試験片の数である。
【００６５】
［Ｓｊ］試料（ｊ＝１...ｎｉ）
（複数の試料で構成された）ロットの管理生産単位とみなされるコンクリート体積。試料からの材料は、試験片のセットを製造するために使用される。
【００６６】
試料サイズは、試験されることになる試験片の数によって定義され、試験構成ｍの数と符合する。
【００６７】
［Ｐｉｊ］試験片（ｉ＝１... ｍ、ｊ＝１...ｎｉ）。
管理試料から得られる単一の成形又は機械加工されたコンクリート片。試験試料Ｓｊの各試験片Ｐｉｊは、異なる試験構成の下で試験されることになる。
【００６８】
［Ｌｍ×ｎ］試験ロット
試験ロットは、同じバッチから得られた材料を用いて均一な生産条件の下で製造されるために、完成品の集合を（それらのできたての状態での挙動及びそれらの機械的特性に関して）代表するとみなされる試料又は試験片のセットである。
【００６９】
［ｔＴｅｓｔ］試験時のコンクリートの材齢
日数単位の、疲労試験開始時の各コンクリート試験片の材齢。
【００７０】
［ｆＴｅｓｔ］疲労試験の負荷周波数
疲労試験の負荷周波数（Ｈｚ）。
【００７１】
［ＲＨＴｅｓｔ］試験時のコンクリートの相対湿度
パーセンテージ（％）単位の、疲労試験前のコンクリート試料の貯蔵環境の相対湿度。
【００７２】
２．２．試料採取計画
本発明は、各特定のプロジェクトに関連付けられた生産量及び工場の生産速度に従うことになる試料採取計画の定義を意味する。これは、必要な生産量及び構造物の特定の設計に従ったプロジェクトごとの具体的な情報になる。
【００７３】
適合性評価のためのコンクリート試料は、例えば、ＥＮ１２３５０−１［１］やＡＳＴＭ Ｃ１７２［２］に従って無作為に選択され、採取されるべきである。
【００７４】
試料採取頻度は、試料採取計画の一部として定義されなければならない。ＥＮ２０６［３］、８．２節の表１７に従い、適宜、初期の又は連続した生産での最大数の試料を与える速度で行うこともでき、又はＳＴＰ１６９Ｄ［４］、第３項及び第４項に記載されているように、得られるデータからの正しい統計解析を可能にする任意の他の速度及び頻度で行うこともできる。
【００７５】
各試料は、試験計画（）の要件に従って試験片を製造するために使用される。
【００７６】
２．３．試験計画
疲労試験は、異なる試験構成Ｃｉに従って行われる。試験構成ごとに、代表的な試料Ｓｊのセットが試験されるものとする。
【００７７】
代表的な試料のセットは管理ロットに関連付けられる。図０．８に、これらのすべての態様の一般概念を示す。
【００７８】
試験計画では、試験構成Ｃｉの数ｍ、各試験構成Ｃｉの下で試験される試料の数ｎｉ、１試料当たりの試験片の数、及びＳ−Ｎ曲線の両方のブランチを良好にカバーできるようにするための、平面Ｓ−Ｎにおける試験構成の分布を指定する必要がある。
【００７９】
２．４．試験仕様
本項では、コンクリートの疲労強度を検証するために硬化コンクリート試験片を試験する手順を指定する。手順の各段階は一例として定義されている。
【００８０】
２．４．１．原則
試験片が、例えば、ＥＮ１２３９０−４［５］、ＡＳＴＭ  Ｃ３９［６］、又はＡＡＳＨＴＯ  Ｔ２２［７］に適合する圧縮機の仕様に可能な限り従って設計されうる試験機において疲労破損を与える荷重繰返しを受ける。
【００８１】
２．４．２．手順
試験手順は、以下の段階を意味しうる：
応力レベルの選択
まず、試験されるべき試験構成に従って、試験構成ごとに確立される耐繰返し数Ｎをもたらす、１対の応力、すなわち、荷重繰返しの最大値と最小値、σｍａｘとσｍｉｎ（それぞれピークと谷）が選択される。
【００８２】
応力値の対、最大値と最小値、σｍａｘとσｍｉｎは、平均値σｍｅａｎに進む。対のどちらかと平均値との差から、（応力としての）繰返しの振幅σａｍｐが得られる。
【数７】
2019518893.tif 000009
【００８３】
応力繰返しの負荷周波数ｆＴｅｓｔも定義される。
【００８４】
試験片の調製及び位置決め
試験機に配置する前に、試験片の表面から余分な水分を拭き取る必要がある。また、すべての試験機の座面を拭き、プラテンと接触する試験片の表面からばらばらの砂埃その他の異物を清掃して除去することも必要である。
【００８５】
試験片と試験機とプラテンとの間に補助プラテン又は間隔ブロック以外のパッキングが使用されるべきではない。最後に、試験を開始する前に、試験片がプラテンの１つに対して中心に配置されているようにする必要がある。
【００８６】
予荷重
試験片が配置されたら、荷重軸の正しいアライネーションを保証するために、試験片をプラテンに合わせるように予荷重が適用される必要がある。予荷重は、コンクリートの終局圧縮荷重の３．０〜４．０％としうる。
【００８７】
次いで、その応力点から、試験構成に従って、試験に定義された平均荷重Ｐｍｅａｎが適用される。
【数８】
2019518893.tif 000010
【００８８】
荷重
試験は、予荷重段階が実行された後に開始する。試験は、荷重制御で実行されうる。
【００８９】
耐繰返し数Ｎは、試験の結果として得られ、試験中に試験片に発生したひずみ履歴も得られる。
【００９０】
２．５．試験装置
試験機の性能の要件は、コンクリート圧縮強度を決定するのに使用される機械の性能についての、ＥＮ１２３９０−４［５］、ＡＳＴＭ  Ｃ３９［６］又はＡＡＳＨＴＯ  Ｔ２２［７］で指定されている要件と同じであってよく、以下の追加要件を伴う：
プログラムされた荷重繰返しを（異なる周波数で）実行する能力。
一定速度で（±０．２MPa/sの最大変動で）荷重を増減する能力。
選択可能な公称値で（±５％の最大変動で）一定の荷重を維持する能力。
【００９１】
とはいえ、疲労試験の評価実験期間を短縮して、構造要素の製造プロセス中に行われる品質保証計画への組み込みをより簡単かつ安価にする特定の試験機が設計されている。
【００９２】
２．６．換算係数
開発された方法は、試験中の条件と意図される構造物によって実際の環境で試みられる条件との差異を考慮に入れるために、換算係数ηの導入を含む。いくつかの部分的換算係数ηｋを定義することによってすべての差異が説明される必要がある。
【００９３】
換算係数ηは、関与する条件又は差異ごとに較正された部分係数ηｋの積として以下のように評価されうる：
【数９】
2019518893.tif 000011
【００９４】
一例として一連の部分換算係数を以下に記載する。とはいえ、そのリストには必要なすべての訂正を導入するために必要なだけの数の係数を追加することができる。
【００９５】
［ηｓ］サイズ効果、形状効果、及び境界条件の係数
疲労試験は、そのサイズが必ずしも意図される構造物の厚さと一致せず、その形状が試験中に応力の分布に影響を及ぼす試験片に対して行われる。さらに、試験が行われている間、試験片は、材料の機械的挙動に影響を及ぼしうる境界条件を受ける。これら３つの現象は本質的に関連しており、これらを分離することはできない。よって、ηｓ係数は、コンクリート疲労強度におけるこれらの３つの硬化の影響を考慮に入れるように較正されうる。
【００９６】
［ηｆ］負荷周波数係数
疲労試験は、意図される構造物がすべての周波数を含む負荷の連続スペクトル下で機能する間に、特定の頻度で実施される。試験周波数と負荷周波数との差異を考慮に入れるために、係数ηｆの値を推定することが必要となりうる。
【００９７】
［ηｔ］材齢係数
疲労試験が本質的に長期間にわたるために、異なる材齢の試料に対して試験を行うことが不可避である。したがって、（そのｆｃｄ，ｆａｔが定義される）基準材齢と試験材齢との差異を考慮に入れるために材齢換算係数ηｔが必要となりうる。
【００９８】
［ηＲＨ］相対湿度係数
疲労試験は、特定の相対湿度の決定された環境で製造されたときから貯蔵されている試料に対して行われる。この条件は、疲労試験結果を著しく変化させる可能性がある。したがって、現実と試験湿度条件の差異を考慮に入れるためにηＲＨの較正が必要となりうる。
【００９９】
［ηｗ］製作係数
仕上り条件、例えば、実際の条件ではなく実験室条件による生産は、構造特性に相当な影響を及ぼしうる（例えば、組み立て構造物における接合部の特性、繊維補強コンクリートを使用する場合の繊維配向など）。これらの影響が不可欠と考えられる場合、現実と試験条件の差異を考慮に入れるために換算係数ηｗの値を推定することが必要となりうる。
【０１００】
２．６．１．性能評価
ηｋ係数の較正は、各特定のプロジェクトの生産品質管理に関連付けられた評価実験から独立して行われる。
【０１０１】
コンクリート疲労強度の設計値を定義するためにプロジェクトによって確立された基準パラメータと、実際の評価実験に影響を及ぼすパラメータとが考慮に入れられうる。
【０１０２】
較正試料サイズηｃｓηは、いくつかの特定の条件の下での母集団挙動の良好な代表を得るのに十分な大きさでなければならない。
【０１０３】
評価実験は、上記の試験パラメータとプロジェクトによる基準パラメータとのすべての差異を評価するのに必要なだけの数の較正シリーズ対で構成されなければならない。
【０１０４】
２．７．評価結果
疲労試験結果を用いて実行される評価は、統計解析に基づくものである。設計された手順のステップを、適用順に以下に示す。
【０１０５】
２．７．１．応力レベルの評価
試験構成Ｃｉごとの応力レベルＳｃｄ，ｍｉｎ（Ｃｉ）及びＳｃｄ，ｍａｘ（Ｃｉ）は、それぞれ、以下のように、谷応力又はピーク応力と疲労強度の設計値との比として定義されうる。
【数１０】
2019518893.tif 000012
【０１０６】
２．７．２．Ｓｃｄ，ｍｉｎＳＮ曲線
応力レベルが定義されると、最小応力レベルＳｃｄ，ｍｉｎごとの曲線ＳＮが取得されうる。
【０１０７】
２．７．３．統計解析
試験から得られたデータをより良く調整する分布関数に従って統計解析を実行することができる。次いで、選択の方法に依存するいくつかの係数に従って、異なる信頼度及び安全係数を追加することによって解析が完了する。以下で、古典的手法とベイズ法の２つの可能な方法について説明する。
【０１０８】
ｉ．古典的手法
古典的手法は、実験モデルに基づいて構造設計を扱うためにＩＳＯ２３９４［８］によって提案された方法の１つである。この方法は、ＩＳＯ１２４９１［９］及びＩＳＯ１６２６９［１０］でも文書化されている。
【０１０９】
この方法は、次の式に従って、試験結果から、特定の信頼度で９５％生存価（下の特性値）まで駆動することを可能にする。
【数１１】
2019518893.tif 000013
式中：
Ｒｋ，ｅｓｔは、下の特性値であり、
ｍＲは、試料平均値であり、
ｓＲは、試料標準偏差であり、
ｋｓは、非心スチューデントのｔ分布に基づく係数である。これは、試料サイズｎと、（生存確率に関連した）所望のフラクタイルに対応する確率ｐと、選択された信頼度とに依存する。
【０１１０】
得られた特性値は、換算係数ηによって、試験条件と意図される構造条件との差異をカバーするように後で補正される。
【０１１１】
次いで、各試験構成Ｃｉに関連付けられる最大応力レベルＳｃｄ，ｍａｘは、次のように得られる安全係数γによってさらに低減される。
【数１２】
2019518893.tif 000014
【数１３】
2019518893.tif 000015
【０１１２】
したがって、これにより、前に計算されたＳＮｉ曲線を上回るはずの平面ｌｏｇ１０Ｎ−Ｓｃｄ，ｍａｘ内の点が得られる。
【０１１３】
ＩＩ．ベイズ法
ベイズ法は、特に試験結果の直接評価が求められる場合に、実験モデルに基づいて構造設計を扱うためにＩＳＯ２３９４［８］によって提案された別の方法である。この方法は、ＩＳＯ１２４９１［９］でも文書化されている。
【０１１４】
この方法は、次の式に従って試験データから設計値を直接推定することを可能にする。
【数１４】
2019518893.tif 000016
式中：
Ｒｄは、試験結果の設計値であり、
ｍＲは、試料平均値であり、
ｓＲは、試料標準偏差であり、
ｎｉは、同じ試験構成Ｃｉの下で行われた試験の数であり、
ｔｖｄは、スチューデントの分布の係数である。この方法は、考慮される自由度の数（ｖ＝ｎｉ−１）とβＲ係数とに依存する。βＲ＝αｄ・βであり、式中、βは、目標信頼性指数であり、αｄは、一次信頼性理論（Ｆｉｒｓｔ  Ｏｒｄｅｒ  Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ  Ｍｅｔｈｏｄ（ＦＯＲＭ））の影響係数の設計値である。
【０１１５】
得られた設計値は、後で、換算係数ηによって、試験条件と意図される構造条件との差異をカバーするように補正される。
【０１１６】
したがって、これにより、前に計算されたＳＮｉ曲線を上回るはずの平面ｌｏｇ１０Ｎ−Ｓｃｄ，ｍａｘ内の点が得られる。
【０１１７】
２．８．適合基準
構成試験Ｃｉごとに、耐繰返し数の対数の設計値が統計的手順に従って評価される。開示の例では、この解析は、以下の２つの異なる方法に基づくものである。
古典的手法による直接評価、
ベイズ法による直接評価。
【０１１８】
統計解析を適用して得られた値が、疲労強度ｆｃｄ，ｆａｔの指定された値から得られた計算されたＳＮｄ曲線上で、安全な側にある場合、ロットは受け入れられる。
【０１１９】
２．９．不適合管理
不適合の場合、影響を受けるロットを管理する手順を考慮に入れる必要がある。以下の措置を、不適合の場合に取られるべき、前述の手順の一部とすることができる。
試験結果を確認し、評価が間違っていた場合、間違いを除去し、訂正する措置を取る。
実際にいくつかの試験構成に不適合があるかどうか、又はすべての試験構成が不適合であるかどうかを検証する。
【０１２０】
不適合がただ１つの試験構成の結果に関連する場合は、同じ材料で製造された、したがって、同じロットを代表する追加の試料に対して試験（同じ構成）を繰り返す。
【０１２１】
不適合が確認された場合、又は適合しない試験構成が複数ある場合は、関連する生産管理手順の管理レビューを含めて、以下の是正措置を表示の順に講じることができよう。
重大な損傷を回避するために、（１人以上の）指定者及び（１人以上の）ユーザに通知する。
試験機を確認し、間違いが試験装置ではなくコンクリートによるものであることを確かめるために、監視対象のパトロン試料を用いて試験機を再度較正する。
ユニットの拒絶を管理するために、現地基準の公差を確認する。
指定された値に関して（試験から得られる）疲労強度が低下するとしても、構造物の正しい挙動を検証するために、構造物評価を確認し、繰り返す。
構造設計者と協調して設計に使用される荷重を確認する。
構造物を強化し、又は構造物を修復する可能なオプションを評価する。
新しい試験片の要件に適合していないユニットを破壊／交換する。
【０１２２】
上記の項目に対する措置を記録する。
【０１２３】
適合性試験の結果が要件を満たさない場合、試験片を破壊又は交換する前に、構造物又は部品から採取されたコアに対して補足試験を実施することができる。また、コアの試験と構造物又は部品の非破壊試験の組み合わせが実行されてもよい。
【０１２４】
３．加速試験手順
疲労試験が本質的に長期間にわたり、結果の適切な統計解析に必要とされる回数の疲労試験を実行することが高コストを意味するため、本発明の適切な適用は、多くのプロジェクトにとって困難であり、不可能でさえありうる。定義された方法の適用と、各プロジェクトの生産段階に関連付けられたる品質保証計画にこの方法を含めることを容易にするために、以下の２つの戦略を開発した。
その第１の戦略は、結果を得る速度を上げるために、いくつかのコンクリート試験片に対して同時に疲労試験を実行することに存する。これは、複数の試験機を使用して、又は本発明の製品であって、複数の試験片を同時に試験することを可能にする１台だけの疲労試験機を使用して実行することもできよう。
第２の提案戦略は、試験に沿った各試験片のひずみ履歴に基づく短期間の試験手順を指す。
【０１２５】
これらの戦略は、スケジュールの制約に従って、相互に独立して、又は一緒に適用されうる。両戦略について以下で詳述する。
【０１２６】
３．１．疲労試験機
前述したように、データ取得のスピードアップする戦略は、同時に複数の疲労試験を行うことに基づくものである。この計画を実行する最適な方法は、多くの疲労試験を同時に行うことを可能にする試験機を使用することに存する。この機械の一例が図０．４に示されている。
【０１２７】
設計された試験機は、一列の試験片の定義に基づくものである。縦軸の一端には駆動シリンダがあり、他端には反応キャップがある。
【０１２８】
疲労機械の主要な特徴は、複数の試験片を、それらすべてが破壊点に達するまで同時に試験することを可能にすることである。これが可能なのは、試料の状態から独立して、列に沿って正しく荷重を伝達することを可能にする、試験片が配置されるカプセルの設計によるものである。
【０１２９】
設計された機械は、荷重繰返しの最大及び最小の荷重及び応力を決定することができ、また試験中に各試験片に発生するひずみを測定することを可能にする。これは、得られたデータを比較し、必要な補正を行うために、２つの測定システムによって実行される。
【０１３０】
３．２．短期間の試験手順
第２の提案戦略は、疲労試験からのデータ取得をスピードアップするために、各コンクリート試験片のひずみ履歴に従った疲労寿命の外挿に存する短期間の試験手順の定義に基づくものである。
【０１３１】
コンクリート試験片は、疲労試験中に、登録することができる変形を被る。ひずみは、応力繰返し数が増加するにつれて徐々に増加する。変形が耐繰返し数の関数としてプロットされる場合、得られる曲線は図０．５に示されるものと同様である。
【０１３２】
曲線ε−Ｎは、ひずみ進展の異なる段階に関連した３つのブランチとして分割することによって解析される。一般的に、この曲線は、最初に、０から全寿命の１０％に達するまで急速に増加し、１０から約８０％まで一様に増加し（第２のブランチ）、次いで破損するまで急速に増加する。
【０１３３】
この手順では、ひずみεの増加が一定である第２のブランチにおけるひずみの進展が特に重要である。このブランチの勾配は二次ひずみ速度、
【数１５】
2019518893.tif 000017
と呼ばれる。
【０１３４】
図０．６に示されるように、二次ひずみ速度
【数１６】
2019518893.tif 000018
と破損までの繰返し数Ｎ又は疲労寿命との間には強い関係がある。
【０１３５】
短期間の試験手順は、Ｎと同じ材料で製造されたコンクリート試験片に対して実行された他の疲労試験から事前に得られる
【数１７】
2019518893.tif 000019
との関係からの、破損までの耐繰返し数、又は、同じものである、試験片の疲労寿命の予測に存する。予測は、すべての繰返しを実際にやり尽くさなくても、第２のブランチの開始時に実行されてよく、これは、試験実行に費やされる時間が短縮されることを意味する。
【０１３６】
複数の試験を同時に行うことができる前に定義された疲労機械を用いた試験を実行することと、本項で説明した短期間の試験手順に従うこととによって、標準的な手順の適用と比較して、評価実験の期間を最大数百回分まで短縮することができる。
【０１３７】
４．新しい方法と標準的な手法との比較
提案の方法１００と標準的な方法２００との違いを強調するために、図０．１に、設計段階１１０と製造段階１２０とを含む、提案の方法１００の流れ図を示し、図０．２に、標準的な設計段階２１０と標準的なの製造段階２２０とを含む、最新技術による、標準的な方法２００の流れ図を示す。
【０１３８】
最新技術によれば、図０．２に示されるように、標準的な設計段階２１０は、主要設計パラメータとして圧縮強度値２１４を含むコンクリートの機械的特性２１１の指定を含む。疲労強度値２１５は、疲労強度値２１５が、プロジェクト２１１によって指定された圧縮強度値２１４に完全に依存するように、国際コード又は規格２３０によって確立され、承認された式を適用することによって、前記圧縮強度値２１４から導出される。応力レベルが定義されると、前記疲労強度値２１５に応じて、耐繰返し数Ｎで表されるコンクリートの疲労寿命と、関連付けられる応力レベルとを関連付けるために、それ以後Ｓ−Ｎ曲線と呼ばれる、応力繰返し曲線２１６が得られる。曲線２１６は、プロジェクトを規定する法令又は規格によって提案された式に従って定義される。
【０１３９】
標準的な方法２００の標準的な設計段階２１０はまた、コンクリート構造要素の寸法２１２の定義も含む。
【０１４０】
前記疲労強度値２１５が得られると、コンクリート構造要素の寸法の定義の後、同様の構造物の応力履歴２１３と組み合わせて、疲労損傷評価２１７を行うことができる。前記評価の結果が構造的破損の予測である場合、設計段階２１０を調整しなければならず、そうでない場合、標準的な設計段階２１０は完了したとみなされる２１９。
【０１４１】
標準的な製造段階２２０は、標準的な設計段階２１０で指定された機械的特性２１１に従ったコンクリート２２１の配合及び製造を含む。設計されたコンクリート構造要素２２２は、配合され、生産された２２１前記コンクリートを使用して生産され、また、前記生産されたコンクリート２２１を用いて製造された試験片の圧縮強度試験に主に基づくものである品質管理２２４を実行するためにコンクリート試料も得られ、これは一般的に、コンクリートの指定された機械的特性２１１を満たすかどうかを評価し、製造されたコンクリート構造要素２２２の受入れ２２８、又は前記製造されたコンクリート構造要素２２２の拒絶２２７を生成する品質管理試験を構成する。上記の説明は、標準的な方法２００に対応する。
【０１４２】
上記とは対照的に、図０．１には提案の方法１００が示されており、設計段階１１０は、コンクリート１２１の機械的特性の指定を含み、プロジェクト１１１の設計パラメータのうちの１つとして圧縮強度１１４を含むが、コンクリートの疲労強度１１５は、独立した、相互に関連していないパラメータであり、したがって、独立して指定されるパラメータである。これが、コンクリート構造要素の標準的な設計方法２００と提案の方法１００との最初の主要な違いである。
【０１４３】
応力レベルが定義されると、指定された疲労強度１１５に応じて、耐繰返し数Ｎで表されるコンクリートの疲労寿命と、関連付けられる応力レベルとを関連付けるために、それ以後ＳＮ曲線１１６と呼ばれる、応力繰返し曲線が得られる（一例として図０．７参照）。曲線７００を任意の適切な式に従って定義することができる。
【０１４４】
コンクリート構造要素の寸法１１２の定義も前記設計段階１１０の一部として実行される。
【０１４５】
コンクリート１２１の指定された機械的特性、Ｓ−Ｎ曲線１１６、コンクリート構造要素の寸法１１２、及び過去の同様の構造物から得られた応力履歴１１３も組み合わせて、疲労損傷評価１１７が行われる。前記疲労損傷評価１１７の結果として、構造物破損１１８を予測して、設計段階１１０で決定された設計パラメータ又は設計を修正させて、設計の受入れ１１９を生成する評価を克服することができる。
【０１４６】
提案の製造段階１２０は、標準的な設計段階１１０で指定されたコンクリートの機械的特性に従いうるコンクリート１２１の配合及び製造を含む。この生産されたコンクリート１２１は、コンクリート構造要素１２２の製造に使用され、また疲労品質管理１２３及び圧縮品質管理１２４で使用されるコンクリート試料の取得にも使用される。複数の試験片が前記コンクリート試料から得られ、前記生産されたコンクリート１２１が提案の設計段階１１０の指定を満たし、製造されたコンクリート構造要素１２２の受入れ１２８を生成するか、そうではなく、前記製造されたコンクリート構造要素１２２の拒絶１２７を生成するかを判断するために、圧縮強度試験及び疲労強度試験３２８が前記試験片３２７に対して実施される。
【０１４７】
コンクリート疲労強度１２３と圧縮強度１２４との評価に焦点を当てた品質管理は、図０．２に示される標準的な方法と、品質管理手順に疲労強度試験３２８を含む、図０．１に示される提案の方法との本質的な違いを構成する。これが必要なのは、提案の方法１００では、指定される圧縮強度１１４と指定される疲労強度１１５とが相互に関連しておらず、したがって、圧縮強度試験の結果は、製造されるコンクリート構造要素１２２の疲労強度に関する情報を提供せず、前述の疲労強度試験３２８の実行が必要だからである。
【０１４８】
上述の疲労品質保証計画（ＱＡＰ）を実施するために提案されるステップの詳細な説明が、図０．３に示されている。
【０１４９】
疲労品質保証計画（ＱＡＰ）は、生産要件及びコンクリート耐用年数規定に従った試料採取計画３２４及び試験計画３２５の設計を含み、コンクリート母集団全体に関連付けられる疲労現象の特徴付けを可能にする情報を提供する。
【０１５０】
試料採取計画３２４が定義されると、コンクリート生産１２１中に生産されたコンクリートからコンクリート試料３２６が得られ、前記コンクリート試料３２６から試験片３２７が製造される。
【０１５１】
コンクリート試料３２６の数は、試料採取計画３２４によって定義され、各コンクリート試料３２６から生産される試験片３２７の数は、試験計画３２５で定義された、各コンクリート試料３２６に対して行われるべき異なる試験の数によって定義され、よって、各コンクリート試料３２６は異なる試験条件、例えば異なる周波数や応力レベルを受け、試験条件ごとにコンクリート試料からの単一の試験片３２７が必要となる。
【０１５２】
次いで試験片３２７は疲労試験３２８にかけられ、次いで、製品受入れ３３１を検証するために結果３２９が評価される３３０。
【０１５３】
疲労試験３２８は、疲労試験３２８にわたる試験片３２７の弱化を判断するために各試験片３２７が何千回もの圧縮繰返しを受けなければならず、前記異なる試験条件における各コンクリート試料３２６の疲労強度を判断するために大量の試験片３２７が試験されなければならないので時間がかかる。
【０１５４】
前記疲労試験３２８の時間コスト削減を達成するために、単一の試験機４００を使用して複数の試験片３２７の同時かつ独立した試験を可能にする、特殊な疲労試験機４００が開発されており、これが図０．４に概略的に示されている。
【０１５５】
前記試験機４００には、複数のコンクリート試験片３２７が、駆動シリンダ４０４と反応キャップ４０５との間に配置された試験列４０１に適合する疲労試験機４００の軸に沿って配置され、カプセル４０２に挿入される。前記カプセル４０２は、試験片３２７を通る圧縮力の伝達を可能にする。
【０１５６】
制御された速度、加速度及び力で駆動シリンダが軸方向に変位すると、すべての試験片３２７の同時圧縮が生じ、単一の機械４００による複数の試験片の同時試験が可能になる。
【０１５７】
各試験片３２７は、センサによって独立して監視され、各単一の試験片３２７に発生するひずみが検出される。
【０１５８】
好ましくは、前記カプセル４０２は、前記試験片３２７が繰返し圧縮力に耐える間、前記試験片３２７に圧縮力伝達することができる。明らかに、コンクリートの異種性のため、疲労試験機４００で同時に試験されるすべての試験片３２７が同時に破損に達するとは限らない。前記カプセル４０２は、崩壊した試験片３２７のいかなる断片も保持し、崩壊試験片３２７の代わりに圧縮力を前の試験片から次の試験片３２７に伝達する。この機構により、提案の試験機４００は、たとえその一部がその他の試験片より前に崩壊しても、すべてのコンクリート試験片３２７が破損に達するまで疲労試験３２８を続行することができる。
【０１５９】
以下の各項では、試験によって得られた改善された疲労強度に基づいて開発された設計方法と、一般的な設計手順（標準的な手法）との関係を、いくつかの例によって紹介する。
【０１６０】
４．１．技術的設計パラメータでの比較
第１のレベルの比較は、コンクリート疲労強度を決定するために従来使用されてきた技術的設計パラメータに関連したものである。
【０１６１】
開発された方法は、現在の規格によって無視されている、特に、周囲の相対湿度、負荷周波数又はコンクリートの材齢のような多くの側面を考慮に入れることを可能にする。このすべてが、特定の事例ごとのコンクリート疲労強度の現実的な値の取得につながり、材料の許容応力が高まる。
【０１６２】
一方では、所与の繰返し数にわたって特定の材料が耐える最大応力が、標準的な手法に従って、また開発された方法（試験による疲労検証）を使用して分析されることになる。
【０１６３】
他方では、解析は、関連付けられる同じ値の最大応力について同じ回数の応力繰返しを耐えるために各方法に従って必要とされる（特徴圧縮強度としての）コンクリートの品質に焦点を当てることになる。
【０１６４】
４．１．１．最大許容応力
解析される材料は、１０６応力繰返しで疲労破損に達する７０MPaの特徴圧縮強度を有するコンクリート（Ｃ７０）である。
【０１６５】
試験を簡略化するためにここには含まれていない関連する計算を行った後、このＣ７０コンクリートでできた構造物が１００万回（１０６繰返し）耐える、
最大応力σｃ，ｍａｘに関連する結論は以下のとおりである。
モデルコード（１９９０）［１１］の式によれば：
σｃ，ｍａｘ＝１２．９８MPa、すなわちｆｃｋの１９％を意味する
ＥｕｒｏＣｏｄｅ２、［１２］及び［１３］の式によれば：
σｃ，ｍａｘ＝１３．８４MPa、すなわちｆｃｋの２０％を意味する
開発された設計方法によれば：
σｃ，ｍａｘ＝２２．６１MPa、すなわちｆｃｋの３２％を意味する
【０１６６】
この例は、７０MPaの特徴圧縮強度の従来のコンクリートについて開発されたが、任意の他の強度値についても解析することができよう。
【０１６７】
開発された方法によれば、コンクリート構造物は、常に安全を期して、現在の規制に従っておそらくは耐えると考えられる疲労応力よりも高い疲労応力を受けて機能することができる。
【０１６８】
４．１．２．コンクリートの品質等級
前述のように、両方の方法の違いを見る別の方法は、標準的な手法と新しい方法とに従ってσｃ，ｍａｘの下でＮ回の繰返しを耐えるために、特徴圧縮強度に関して、構造物に必要とされるコンクリートの品質等級を比較することである。
【０１６９】
よって、考察される最大応力σｃ，ｍａｘ＝１３．０MPaであり、関連付けられる耐繰返しの値Ｎ＝１０６である場合には：
モデルコード（１９９０）［１１］によれば、ｆｃｋ＝７０MPaのコンクリートが必要になる。
ＥｕｒｏＣｏｄｅ２、［１２］及び［１３］によれば、ｆｃｋ＝６５MPaのコンクリートが必要になる。
設計方法によれば、ｆｃｋ＝４０MPaのコンクリートが必要になる。
【０１７０】
４．２．得られた構造的類型での比較
上述した方法は、耐用年数の間に繰返し荷重を受けるコンクリート構造物の設計に主な用途がある。同様に、その応用から風力タービンタワーの新しい概念が導出される。
【０１７１】
よって、第２のレベルの比較は、現在の法令及び規格（ＩＥＣ６１４００［１４］及びモデルコード１９９０［１１］）によって確立された一般的な手順ではなく、この新しい方法を、コンクリート構造物の設計において適用することによって得ることができる結果、さらにはその適用から導出される風力タービンタワーの新しい概念に関連したものである。
【０１７２】
コンクリート疲労強度の正確な決定は、主として構造形状のパラメータにおいて反映される。そのため、風力タービンタワーの例では、影響を受ける幾何学的パラメータは壁厚、したがってコンクリート体積になるであろう。
【０１７３】
この例は、高さ１００ｍで、各々が高さ２０ｍの５つのリングを含むプレストレスト・コンクリート・タワーに個別化されている。意図される風力タービンは、２．０MWの風力タービンである。
【０１７４】
この解析をコンクリートの品質等級に関して行われる場合、壁厚を１６．０cm、１タワー当たりのコンクリート体積を３００ｍ３と考え、新しい方法を適用すると、現在の規制によって要求される、８０MPaのコンクリートではなく、４５MPaの特徴圧縮強度が必要になるはずである。
【０１７５】
幾何学的パラメータに関して解析が行われる場合、Ｃ８０コンクリート（ｆｃｋ＝８０MPa）を考えると、開発された方法によって得られる正確な疲労強度が適用される場合、タワーシェルが必要とする最小壁厚は１０．０cmであってよいが、標準的な手法に従う場合、必要な厚さは、少なくとも１６．０cmである。
【０１７６】
コンクリート体積に関しては、新しい方法の適用では、プレストレストタワーは１９０ｍ３のコンクリートを必要とし、一般的な式によれば、必要とされるコンクリート体積は３００ｍ３になると言えるであろう。これは、コンクリート生産コスト及びタワー重量における、少なくとも３５％の削減、並びに輸送コストの削減を意味する。
【０１７７】
上述した新しいタワーの概念は、別の可能性を考慮する。コンクリート体積を減少させる代わりにこれを一定（３００ｍ３）に保ち、新しい方法が許容するＣ８０コンクリートに従って壁厚を減少させた場合（１０．０cm）、同じクレーン類型を使用して、タワー高さを大幅に増加させることが可能である。よって、この例では、タワー高さは（１００ｍの代わりに）１３５ｍになり、タワー高さとタワーシェルが必要とする壁厚との比から得られるタワーの細長さは１３５０になるが、標準的な手法に従い、同じタワー高さが考慮される場合（これはそのコンクリートの品質等級では不可能なはずである）、細長さは８４４になる。
【０１７８】
現在、タワーセクタの高さは、多くの場合、大きなコンクリート片に関連付けられる重量を必要な高さまで通常は持ち上げることができないクレーンの容量が原因で制限されていることに留意されたい。
【０１７９】
そのため、この新しいタワーは、標準的な手法に従って設計され、計算されるリングより、少なくとも、３５％高くすることができるが、市販のクレーンを使用して持ち上げられるリングからなることになる。その結果、より高い高さに達することができる新しいタワーが生成されることになる。
【０１８０】
この例を、１００ｍの高さに達するために構造物が必要とするコンクリートセクタの数に関して上述したタワーについて個別化した場合、新しい方法によれば、５リングから３リングに減らし、コンクリート構造要素（又はリング）の細長さを（２０ｍの長さと１６cmの厚さとの比から）１２５から（３３ｍの長さと１０cmの厚さとの比から）３３３に増やすことが可能になるであろう。
【０１８１】
参考文献
【表１】
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【図０．１】
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【図０．２】
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【図０．３】
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【図０．４】
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【図０．５】
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【図０．６】
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【図０．７】
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【図０．８】
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【図０．９】
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【国際調査報告】
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