(57)【要約】 【課題】鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物において、最大ひび割れ幅を精度よく予測することのできる最大ひび割れ幅の予測方法を提供すること。【解決手段】最大ひび割れ幅Wを以下の式で算定し、  W=Lmax×εs.ave、Lmax=α×L1＋(1−α)×L2、L1=4c1＋0.7e1、L2=4c2＋0.7e2、ここで、Wは最大ひび割れ幅(mm)、Lmaxは最大ひび割れ間隔(mm)、εs.aveは平均鉄筋ひずみ、αは分配係数、L1はひび割れ分散材の4c1＋0.7e1、L2は鉄筋の4c2＋0.7e2、c1はひび割れ分散材の純かぶり(mm)、e1はひび割れ分散材のあき(mm)、c2は鉄筋の純かぶり(mm)、e2は鉄筋のあき(mm)であり、算定結果に基づいて最大ひび割れ幅Wを予測する最大ひび割れ幅の予測方法である。【選択図】図１
2015117954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物における最大ひび割れ幅を予測する最大ひび割れ幅の予測方法であって、
最大ひび割れ幅Wを以下の式で算定することを特徴とする最大ひび割れ幅の予測方法。
W=Lmax×εs.ave
Lmax=α×L1＋(1−α)×L2
L1=4c1＋0.7e1
L2=4c2＋0.7e2
ここで、Wは最大ひび割れ幅(mm)、Lmaxは最大ひび割れ間隔(mm)、εs.aveは平均鉄筋ひずみ、αは分配係数、L1はひび割れ分散材の4c1＋0.7e1、L2は鉄筋の4c2＋0.7e2、c1はひび割れ分散材の純かぶり(mm)、e1はひび割れ分散材のあき(mm)、c2は鉄筋の純かぶり(mm)、e2は鉄筋のあき(mm)。 
【請求項２】
ひび割れ分散材が、炭素繊維強化プラスチックもしくはガラス繊維強化プラスチックから形成されているケーブル材、ネット材、もしくはシート材のいずれか一種である、請求項１に記載の最大ひび割れ幅の予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物における最大ひび割れ幅を予測する最大ひび割れ幅の予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボックスカルバートなどの地下の鉄筋コンクリート構造物においては、使用時荷重として常時土水圧が作用することから、使用限界状態の照査項目の一つである曲げひび割れ幅の制限によってその断面寸法や鉄筋量が決定される部材（壁、スラブ等）が存在し得る。
【０００３】
一方、鉄筋コンクリート製の橋脚などにおいては、地震時の照査によってその仕様が決定されることが多く、SD490等の高強度鉄筋を使用することによって部材断面を可及的に小さくしたり、鉄筋量の低減を図ることができる。
【０００４】
そこで、上記するように曲げひび割れ幅の制限によってその断面寸法や鉄筋量が決定される部材に対し、上記する高強度鉄筋を使用することによって同様の効果を期待しようとする方策が考えられる。しかしながら、高強度鉄筋を使用してもヤング係数は変化しないことから、実際には曲げひび割れ幅の低減効果は期待できない。
【０００５】
ところで、鉄筋コンクリート部材の曲げひび割れ幅に影響を与える第一因子はコンクリート表面から鉄筋までのかぶりであることが知られており、たとえばかぶりの浅い位置に鉄筋を配置することでひび割れを分散させることができ、曲げひび割れ幅の低減に繋がる。
【０００６】
しかしながら、耐久性の観点から、腐食材である鉄筋をかぶりの浅い位置に配置するのは実用的でない。
【０００７】
そこで、一般的なかぶりを確保しながら、このかぶりの途中位置に繊維強化プラスチック製のシート等を配置することでひび割れ幅の低減を図る技術が開発されている。
【０００８】
また、公開技術に目を転じれば、特許文献１には、鉄筋コンクリート構造物のかぶりの途中位置においてガラス繊維強化プラスチック(GFRP)等からなる耐腐食棒を配設する技術が開示されている。
【０００９】
このように、ひび割れ幅の低減を図る技術の開発や技術の公開がある一方で、鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物における最大ひび割れ幅を予測する技術に関する知見は存在していない。最大ひび割れ幅を精度よく予測することができれば、ひび割れ分散材を適用した際の鉄筋コンクリート部材の最適な設計が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特表平９−５１２５９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物において、最大ひび割れ幅を精度よく予測することのできる最大ひび割れ幅の予測方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明による最大ひび割れ幅の予測方法は、鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物における最大ひび割れ幅を予測する最大ひび割れ幅の予測方法であって、最大ひび割れ幅Wを以下の式で算定し、
W=Lmax×εs.ave
Lmax=α×L1＋(1−α)×L2
L1=4c1＋0.7e1
L2=4c2＋0.7e2
ここで、Wは最大ひび割れ幅(mm)、Lmaxは最大ひび割れ間隔(mm)、εs.aveは平均鉄筋ひずみ、αは分配係数、L1はひび割れ分散材の4c1＋0.7e1、L2は鉄筋の4c2＋0.7e2、c1はひび割れ分散材の純かぶり(mm)、e1はひび割れ分散材のあき(mm)、c2は鉄筋の純かぶり(mm)、e2は鉄筋のあき(mm)であり、算定結果に基づいて最大ひび割れ幅Wを予測するものである。
【００１３】
本発明の最大ひび割れ幅の予測方法は、本発明者等によって見い出されたW=Lmax×εs.aveなる算定式により、かぶりの途中位置にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物における最大ひび割れ幅を精度よく特定できるものである。なお、「ひび割れ分散材のあき」とは、隣り合う分散材と分散材の間隔のことである。
【００１４】
通常の鉄筋コンクリート構造物（ひび割れ分散材が配設されていないＲＣ構造物）の最大ひび割れ幅の予測には、土木学会のコンクリート標準示方書（土木学会：2012年制定コンクリート標準示方書［設計編］、2013）に記載の以下の予測式が適用される。
【００１５】
w max=1.1k1k2k3(4c＋0.7e)(εs＋ε’csd)
ここで、wmaxは最大ひび割れ幅、k1は異形鉄筋の場合で1.0、k2は15/(fc'＋20)＋0.7、k3は1段配筋の場合で1.0（2段配筋の場合で0.91）、fc'はコンクリートの圧縮強度、cは鉄筋の純かぶり、eは鉄筋のあき、εsは鉄筋ひずみ，ε'csdはコンクリートの収縮およびクリープによるひび割れ幅の増加を考慮するためのひずみである。
【００１６】
この式をたとえば炭素繊維強化プラスチック(CFRP)製のひび割れ分散材が適用された鉄筋コンクリート部材のひび割れ幅の予測に適用した場合、実験値のひび割れ幅に対して予測値のひび割れ幅が小さくになる傾向（予測値が実験値を過大に評価する傾向）を示すことが本発明者等によって実証されている。
【００１７】
一方、最外縁補強筋をCFRPグリッド、2段目を鉄筋とした混合配筋とした梁の曲げひび割れ幅についての研究もおこなわれており、このような部材に対しては以下の式でひび割れ幅が評価できるとされている（趙唯堅、丸山久一：格子状連続繊維補強コンクリートはりの曲げひび割れ幅とたわみ評価、土木学会論文集、No.585／V-38、pp.49-61、1998．）。
【００１８】
w max= Lmax (0.9εr＋ε’csd)
Lmax=1.5K1K2(3.1c＋0.54e)
K1=1＋0.175(τs.max/τ1.max−1)
K2=1/[0.2(uv/ u1) (c1/ cv) ＋1]
ここで、εrは再外縁補強筋のひずみ、τs.maxは異形鉄筋の付着強度、τ1.maxは1段目補強筋の付着強度、u1は1段目補強筋の有効周長の和、uvは2段目以上の補強筋の換算有効周長の和（換算の意味：付着強度比を乗ずる）、c1は1段目補強筋の付着重心からけた底面までの距離、cvは2段目以上の補強筋の付着重心から桁底面までの距離である。
【００１９】
この式を適用してひび割れ分散材が配設されたＲＣ構造物の最大ひび割れ幅の予測をおこなうと、今度は、実験値のひび割れ幅に対して予測値のひび割れ幅が大きくなる傾向（予測値が実験値を過小に評価する傾向）を示すことが本発明者等によって実証されている。
【００２０】
これらの算定式に対し、上記する本発明の予測方法で適用される最大ひび割れ幅の算定式によれば、実験結果と予測結果が精度よく対応することが本発明者等によって実証されており、本算定式の妥当性が確認されている。
【００２１】
なお、ひび割れ分散材としては、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)もしくはガラス繊維強化プラスチック(GFRP)から形成されている、ケーブル材、ネット材、もしくはシート材のいずれか一種の適用が好適である。
【発明の効果】
【００２２】
以上の説明から理解できるように、本発明の最大ひび割れ幅の予測方法によれば、最大ひび割れ幅Wを以下の式、すなわち、
W=Lmax×εs.ave
Lmax=α×L1＋(1−α)×L2
L1=4c1＋0.7e1
L2=4c2＋0.7e2
にて算定することより、かぶりの途中位置にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物における最大ひび割れ幅を精度よく予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は本発明の予測方法が対象とする鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物において曲げモーメントが作用した際にコンクリート表面からその内部にひび割れが生じている状況を模擬した図であり、（ｂ）は従来一般の鉄筋コンクリート構造物において曲げモーメントが作用した際にコンクリート表面からその内部にひび割れが生じている状況を模擬した図である。
【図２】実験で使用した供試体の上からの透視図、側方からの透視図、および正面からの透視図をまとめて示した図である。
【図３】（ａ）は実施例１の供試体のひび割れ分散材の設置状況の写真図であり、（ｂ）は実施例２の供試体のひび割れ分散材の設置状況の写真図であり、（ｃ）は実施例３の供試体のひび割れ分散材の設置状況の写真図であり、（ｄ）は実施例４の供試体のひび割れ分散材の設置状況の写真図である。
【図４】土木学会のコンクリート標準示方書に記載の予測式による予測値と実験値の関係を示した図である。
【図５】既往式（土木学会論文集、No.585／V-38、pp.49-61、1998．記載）による予測値と実験値の関係を示した図である。
【図６】本発明の予測式による予測値と実験値の関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照して、本発明の最大ひび割れ幅の予測方法の実施の形態を説明する。
【００２５】
（最大ひび割れ幅の予測方法の実施の形態）
図１ａは本発明の予測方法が対象とする鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物において曲げモーメントが作用した際にコンクリート表面からその内部にひび割れが生じている状況を模擬した図であり、図１ｂは従来一般の鉄筋コンクリート構造物において曲げモーメントが作用した際にコンクリート表面からその内部にひび割れが生じている状況を模擬した図である。
【００２６】
本発明の最大ひび割れ幅の予測方法が対象とする鉄筋コンクリート構造物は、図１ａで示すように、鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されたものである。このようにひび割れ分散材が配設されていることにより、部材に曲げモーメントＭが作用した際に、図１ｂで示す従来一般のひび割れ分散材を具備しない鉄筋コンクリート構造物に比して、ひび割れの間隔が狭くなるとともに、この間隔が狭くなることに呼応して各ひび割れの幅も小さくなる。
【００２７】
このように、ひび割れ分散材を配設することで文字通りひび割れを効果的に分散させ、このことによってひび割れ幅を小さくすることができる。そのため、たとえば使用限界状態の照査項目の一つである曲げひび割れ幅の制限によってその断面寸法や鉄筋量が決定される部材にとっては有効な対策技術となり得る。
【００２８】
ここで、ひび割れ分散材としては、炭素繊維強化プラスチックもしくはガラス繊維強化プラスチックから形成されているケーブル材、ネット材、もしくはシート材などを適用するのがよい。なお、市販製品として、太平洋マテリアル株式会社製の耐アルカリ性ガラス繊維ネット「ハイパーネット６０」などをひび割れ分散材として適用することもできる。
【００２９】
本発明による最大ひび割れ幅の予測方法は、最大ひび割れ幅Wを以下の式で算定し、
W=Lmax×εs.ave
Lmax=α×L1＋(1−α)×L2
L1=4c1＋0.7e1
L2=4c2＋0.7e2
ここで、Wは最大ひび割れ幅(mm)、Lmaxは最大ひび割れ間隔(mm)、εs.aveは平均鉄筋ひずみ、αは分配係数、L1はひび割れ分散材の4c1＋0.7e1、L2は鉄筋の4c2＋0.7e2、c1はひび割れ分散材の純かぶり(mm)、e1はひび割れ分散材のあき(mm)、c2は鉄筋の純かぶり(mm)、e2は鉄筋のあき(mm)であり、算定結果に基づいて最大ひび割れ幅Wを予測するものである。
【００３０】
本発明の予測方法で使用する上記算定式によれば、後述する予測値と実験値を比較する検証結果で示すように、予測値の精度が従来の予測式による予測値に比して格段に向上することが実証されている。
【００３１】
ここで、従来のＲＣ構造物における最大ひび割れ幅を予測する予測式として以下２つの予測式をその代表的なものとして挙げることができる。
【００３２】
その一つは土木学会のコンクリート標準示方書（土木学会：2012年制定コンクリート標準示方書［設計編］、2013）に記載の予測式であり、以下の式となる。
w max=1.1k1k2k3(4c＋0.7e)(εs＋ε’csd)
ここで、wmaxは最大ひび割れ幅、k1は異形鉄筋の場合で1.0、k2は15/(fc'＋20)＋0.7、k3は1段配筋の場合で1.0（2段配筋の場合で0.91）、fc'はコンクリートの圧縮強度、cは鉄筋の純かぶり、eは鉄筋のあき、εsは鉄筋ひずみ，ε'csdはコンクリートの収縮およびクリープによるひび割れ幅の増加を考慮するためのひずみである。
【００３３】
一方、他の予測式は、趙唯堅、丸山久一：格子状連続繊維補強コンクリートはりの曲げひび割れ幅とたわみ評価、土木学会論文集、No.585／V-38、pp.49-61、1998．に記載の予測式であり、以下の式となる。
w max= Lmax (0.9εr＋ε’csd)
Lmax=1.5K1K2(3.1c＋0.54e)
K1=1＋0.175(τs.max/τ1.max−1)
K2=1/[0.2(uv/ u1) (c1/ cv) ＋1]
ここで、εrは再外縁補強筋のひずみ、τs.maxは異形鉄筋の付着強度、τ1.maxは1段目補強筋の付着強度、u1は1段目補強筋の有効周長の和、uvは2段目以上の補強筋の換算有効周長の和（換算の意味：付着強度比を乗ずる）、c1は1段目補強筋の付着重心からけた底面までの距離、cvは2段目以上の補強筋の付着重心から桁底面までの距離である。
【００３４】
ここで、以下、上記３つの予測式を使用した最大ひび割れ幅の予測値と、供試体に曲げモーメントを付与した際に生じた最大ひび割れ幅の実験値の比較をおこなった検証実験とその結果を示す。
【００３５】
[予測式による最大ひび割れ幅の予測値と実験値を比較した検証試験とその結果]
本発明者等は、図２で示す供試体（鉄筋コンクリート梁）を製作し、２点支持の下、２点集中荷重を供試体に付与して曲げモーメントを生じさせ、供試体の下面にひび割れを生じさせる実験をおこない、最大ひび割れ幅の実験値を得た。
【００３６】
なお、供試体は、以下の表１〜３で示す５種の供試体を製作した。なお、表１は各供試体で使用したCFRPの種類を示しており、表２は各供試体で使用したCFRPの材料特性を示しており、表３は各供試体で使用したコンクリート強度を示している。
【００３７】
【表１】
2015117954.tif 000003
【００３８】
【表２】
2015117954.tif 000004
【００３９】
【表３】
2015117954.tif 000005
【００４０】
供試体は、図２で示すように、幅370mm×高さ900mm×長さ5800mmのＲＣ梁であり、載荷スパンを5200mm、せん断スパンを1800mm、等曲げモーメント区間を2000mmとした。また、主鉄筋の芯かぶりは100mm、有効高さは800mmとした。主鉄筋はD32 SD490を3本配置し、引張鉄筋比は0.80%とした。供試体のかぶり部分には純かぶり30mmの位置にCFRP素材のひび割れ分散材を配設した。また、表１〜３にあるように、供試体は、無補強材(N)、CFRPケーブルを適用したもの(C1、C2)、CFRPグリッドを適用したもの(G1、G2)の計5体を使用した。
【００４１】
実施例1〜4にかかる供試体のひび割れ分散材の設置状況をそれぞれ、図３ａ〜図３ｄに示す。ここで、実施例3、実施例4では、部材軸方向に4本の素線が配置されるようにし、コンクリートの打設面は載荷時の側面とした。また、主鉄筋の総断面積に対するCFRPの軸方向の総断面積の比率は、実施例1、実施例2、実施例3、実施例4の順に、3.9%、12.1％、2.2%、5.9%とした。
【００４２】
載荷概要としては、加力は静的単純載荷とし、352kN、480kN、608kN、735kN、862kNの荷重に達した段階で変位をホールドし、供試体に生じる最大ひび割れ幅を測定した。なお、鉄筋ひずみは図２の5箇所で実施した。
【００４３】
３つの予測式による最大ひび割れ幅の予測値と実験値を比較した検証試験結果を図４〜６に示す。ここで、図４は土木学会のコンクリート標準示方書に記載の予測式による予測値と実験値の関係を示した図であり、図５は既往式（土木学会論文集、No.585／V-38、pp.49-61、1998．記載）による予測値と実験値の関係を示した図であり、図６は本発明の予測式による予測値と実験値の関係を示した図である。
【００４４】
図４より、土木学会のコンクリート標準示方書に記載の予測式を適用した場合は、実験値のひび割れ幅に対して予測値のひび割れ幅が小さくなる傾向、すなわち、予測値が実験値を過大に評価する傾向を示すことが分かる。
【００４５】
一方、図５より、既往式を適用した場合は、今度は、実験値のひび割れ幅に対して予測値のひび割れ幅が大きくなる傾向、すなわち、予測値が実験値を過小に評価する傾向を示すことが分かる。
【００４６】
これらに対し、図６より、本発明の予測方法で適用される最大ひび割れ幅の予測式（算定式）によれば、実験結果と予測結果が精度よく対応することが分かる。
【００４７】
本実験結果より、本発明の予測方法で適用される最大ひび割れ幅の予測式の精度（妥当性）が確認された。したがって、本発明者等によって見出された予測式を用いておこなわれる本発明の最大ひび割れ幅の予測方法は、鉄筋とコンクリート表面の間にひび割れ分散材が配設されてなる鉄筋コンクリート構造物における最大ひび割れ幅の予測に多いに適用されることが期待される。
【００４８】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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