原子力発電所屋外重要土木構造物の耐震性能照査技術の高度化にあたり, 鉄筋コンクリート製地中構造物への地震時上下動の影響についての検討を行った. 代表的な屋外重要土木構造物である海水管ダクトおよび取水ピットに対して, 地盤-構造物連成系モデルによる時刻歴非線形有限要素解析を実施し, (1) 動的上下動が構造物の応答に及ぼす影響, (2) 水平動と上下動の最大加速度の発生時刻差が構造物の応答に及ぼす影響などについて分析し, これらの構造物の耐震性能照査における上下動の取り扱いについて考察した.

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本研究では, 三次元中空構造ガラス織物を拘束体として用い, 膨張ペーストを充填してケミカルプレストレスを導入した厚さ10mmの薄型プレートの製作方法および埋設型枠として実構造物に適用することを想定し, その基本物性について実験検討を行った. また, 薄型プレートを埋設型枠として用いたRCはりの静的載荷試験を行い, その曲げせん断性状について検討を行った. その結果, 軽量で, ひび割れ強度15N/mm², 曲げ強度70N/mm²の高い強度と高耐久性を有する埋設型枠用薄型プレートの製作が可能であることがわかった. また, 埋設型枠用薄型プレートは, 後打ちコンクリートとの界面にケイ砂散布処理を施すことで, RCはりの耐力および変形性状を向上させるなどの補強効果も有することを明らかにした.

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ディープビームにスターラップを配置した場合, ある程度せん断補強効果があることが明らかにされているが, 定量的な評価や, そのメカニズムの解明は十分とは言えない状況にある. そこで, 本研究では, 載荷実験を行い種々のパラメータによるせん断補強効果への影響を明らかにするとともに, 解析的検討によりせん断補強効果の生じる機構について検討を行った. その結果, スターラップを配置することにより, コンクリートの破壊領域が拡大してせん断耐力が増加すると考えられる結果が得られ, せん断補強効果はせん断スパン比とせん断補強鉄筋比により変化することが明らかになった. そして, 以上の検討結果をもとに, スターラップを配置したディープビームのせん断耐力を精度よく算定する方法を提案した.

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工場製作のプレキャストセグメントを用いて建設されている桁橋では, 公道の運搬重量制限や狭隘な国土利用状況等, 我が国固有の国土事情により, 従来採用が困難であった橋梁に対しても合理的な主桁断面に分割することによって建設が可能となった. そこで要求されるのが, 分割した断面を一体化する方法である. 本研究では, 1室箱桁形状で製作されたプレキャストセグメント同士を著者らが開発したダブルループ継手を用いて橋軸直角方向に結合したRC床版の曲げ挙動に対し, 曲げ載荷試験によりその力学的特性を把握して, 従来の鉄筋継手と比較した曲げ挙動および安全性について評価し, 結果として, 実用に供するための資料を得ることができた.

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近年, アスファルト舗装では, はく離が原因とみられる破壊の割合が大きくなっている. 舗装の長寿命化をさらに進めるためには, アスファルト混合物の長期供用下におけるはく離現象のメカニズムや改善策を検討する必要がある. そこで, 本研究では, 水浸ホイールトラッキング試験を用いてアスファルト混合物がはく離によって破壊するまでの時間ではく離抵抗性を評価する方法を検討し, その結果から橋面舗装におけるポットホールの発生機構, アスファルト混合物の骨材, 舗装構造がはく離抵抗性に及ぼす要因と改善策を検討した. さらに, プラスチック粒を混入して耐流動性が高まった混合物のはく離抵抗性を調べた.

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鋼トラスウエブPC橋は, PC箱桁橋のコンクリートウエブを鋼トラス部材に置き換えた複合橋梁の一つである. この種の橋梁で重要な検討部位の一つが鋼斜材とコンクリート床版が接合される格点部である. 本研究では, 鋼管斜材とコンクリート床版の接合部に着目し, 引張斜材側にプレストレスを導入し, 圧縮斜材側には表面ひび割れの発生を遅らせることが期待できる格点構造を提案した. 本格点構造モデルに対して, まず圧縮斜材接合面のコンクリートのひび割れに着目した静的実験を行い, ついで圧縮斜材と引張斜材が会する供試体を用いた疲労実験および耐荷力実験により, その強度特性を調べた. また, 実験結果と有限要素法による数値解析結果の両面から強度性能を明らかにするとともに改善すべき点を指摘した.

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都市内高速道路において限られた敷地内に橋脚を建設する場合, 高強度鉄筋を使用して断面を縮小することが求められる. 名古屋高速道路の一路線の橋脚を試算した結果, 材質SD490の鉄筋と設計基準強度40N/mm²とを組み合わせて断面を縮小できるが, 従来の鉄筋に比べて破断伸びが小さく, 軸方向鉄筋の早期破断が懸念された. そこで, 材質SD490の鉄筋を軸方向鉄筋に用いた橋脚模型試験体の正負交番載荷実験を実施し, 現行の保有水平耐力法が適用できることを示した. また, 鉄筋単体に座屈を与えた低サイクル疲労試験を実施し, 材質SD490と材質SD345の鉄筋が同等の疲労寿命を有すことを示した. さらに, 正負交番載荷試験における軸方向鉄筋の破断をマイナー則を用いて算出できることを示した.

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塩害環境下の構造物において新設時の設計および維持管理を合理的に実施するためには, コンクリート中への塩化物イオンの拡散を精度良く予測する必要がある. 本研究では, 我が国で過去28年間に調査・報告された実構造物あるいは自然暴露供試体の塩化物イオン濃度調査データの整理・分析を行い, 海洋環境下におけるコンクリート中への塩化物イオン拡散に関するデータベースを構築した. さらに, 構築したデータベースを分析した結果, コンクリート中への塩化物イオン拡散性に関して, 海洋環境下のコンクリート構造物の予防保全までを含めた維持管理計画を立てる上で非常に有益な情報を得ることができた.

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構造物の内部に剥離による空隙が存在する場合, 日中において剥離部の表面温度は健全部に比べて高温になる. この構造物表面の温度分布を熱画像でとらえることで剥離箇所の抽出が可能となる.
一方で, 熱画像による診断は温度を指標とするため, 日照, 気温などの環境条件に大きく影響される. また, 1日の間にも観測に不適切な時間帯があり, その時間帯も環境条件により異なる, したがって, どのような条件であれば熱画像による剥離の判別が可能であるのかを検証する目的で, 現地試験観測および熱収支モデルを用いた数値解析を行い, この熱画像による診断手法の適用可能条件を定量化するための研究をおこなった.

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CCDカメラを搭載した画像計測処理装置を用いて, 鉄筋コンクリートはりのせん断ひび割れおよび曲げひび割れの詳細な計測を行った. 得られたひび割れデータからひび割れ幅と角度の分布, ひび割れの総延長, ひび割れ平均幅, ひび割れ面積等を求め, ひび割れデータと鉄筋コンクリートはりの損傷程度の検討を行った. その結果, ひび割れ幅とひび割れ長さを含めた総合的な評価が有効であることが明らかとなった.

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近年, コンクリートの中性化に関する研究が進められており, 土木学会コンクリート標準示方書に中性化に関する耐久性照査方法が示されている. しかしながら, 中性化速度は環境条件により大きく異なることが知られており, 実構造物に適用するには, その影響を定量的に把握しておく必要がある.
そこで, 本研究では, 建設後数十年経過した鉄道ラーメン高架橋の調査結果をもとに, 環境条件が中性化に及ぼす影響について検討を行った. その結果, 柱の上方と下方, 日照条件, 雨がかりによって中性化速度が異なることが明らかになった. また, 土木学会コンクリート標準示方書の中性化に関する照査を適用して, 概ね10mm程度の誤差で中性化深さを推定できることが明らかになった.

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コンクリート中の微細孔に蓄えられている水分の熱力学的状態と, 巨視的な収縮・クリープ変形との関連に着目し, 両者の関係を定量的に明確にすることを目的とした系統的実験を行った. コンクリートを形成する固体組織を極力保存した状態で細孔内の水を種々の液体と置き換え, 内部液体特性の違いがもたらす時間依存変形について検討を行った. 収縮・クリープのいずれも, 細孔内に水分が蓄えられている場合にのみ発生することが確認された. 水以外の液体はナノスケール以下の微細空隙に殆ど浸透しないことが飽和度の比較によって同定されたことから, 層間空隙及びゲル空隙中の水分の微視的挙動が, コンクリートの巨視的な時間依存性の支配要因であることを示した.

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従来, コンクリート中の鋼繊維の配向状態を調べるために, X線透過写真がしばしば用いられてきた. しかしながら, 非鋼材のプラスチック系繊維では, 同様の手段としてもその配向状態を評価できなかった. 本研究では, X線透過写真では適切に評価することのできないプラスチック系繊維を対象に, その配向状態を求める方法について検討した. その結果, ビニロン繊維の場合, ブラックライト照射と画像解析からコンクリート中の繊維の配置状況を識別できた. また, ビニロン繊維以外のプラスチック系繊維では, フェノールフタレインを用いてコンクリートに着色することで, 繊維とコンクリートの識別が可能となった.

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低熱ポルトランドセメント, 膨張材, 収縮低減剤を使用し, 載荷以前に生じる自己収縮を低減した高強度コンクリート, 膨張を付与した高強度コンクリートを用いてRCはりを作製し, その静的載荷試験を通じて若材齢時の長さ変化による曲げひび割れ・変形挙動への影響を把握するとともに, 載荷以前の長さ変化を考慮したRC曲げ部材のひび割れ幅・変形の評価法について検討した. その結果, 自己収縮の影響は, ひび割れ発生荷重, ひび割れ幅, たわみなど使用限界状態に現れることを確認した. さらに, 鉄筋位置のコンクリート応力度が0の状態からの鉄筋応力度の変化量に着目し, 載荷以前の長さ変化の影響を取り入れたRC曲げ部材のひび割れ幅. 変形の評価法を提示し, その妥当性を検証した.

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飽水度の高い若材齢コンクリートを対象として, 冬季の厳しい自然環境を模した1日1サイクルの緩速凍結融解を60サイクル与えた場合における劣化挙動と内部損傷を実験的に調べた.
本研究では, 圧縮強度が4.0N/mm²を超えるまで養生すれば, 最初の一冬に生じる内部損傷は長さ変化にほとんど影響しない程度のものであること, 封かん状態と同等あるいはこれ以下の含水条件で養生・供用する場合は, 水セメント比を60%以下とし, かつ, 圧縮強度が5.0N/mm²を超えるまで養生すれば内部損傷はほとんど生じないこと, コンクリートの凍害損傷を防止するためには, 水セメント比を小さくすることが極めて有効であることなどを示した. また, 寒中コンクリートの必要養生日数に関する提案も行った.

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本研究では, 打撃により生じるコンクリート部材の共振現象と, 打撃音として計測される波動現象の関係について検討を行った. 検討に際しては, 曲げ試験用供試体 (棒部材) と実構造物レベルのスラブ供試体 (板部材) を用いて, たわみ共振現象と縦波共振現象に着目した実験を行った. 打撃音とともに, 供試体表面の振動も同時に計測し, 打撃音と表面振動の関係を周波数特性を用いて詳細に検討した. これらの結果より, 棒部材では, 打撃音によってたわみ・縦波の両共振現象が評価できるが, 板部材ではたわみ共振現象が卓越して評価できることが示された. この違いは, 共振特性に関係しており, たわみ共振現象が縦波共振現象に比べて十分大きな振幅となるためであることがわかった.

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逆解析は測定データに含まれる誤差の影響を大きく受けることが知られており, 誤差の影響を低減するため静的逆解析では数回計測したたわみの平均値を用いて逆解析を行っている. 動的逆解析ではこの方法を用いることができないので, 個々の荷重とたわみの時系列データを用いた逆解析を行い, 結果の平均値を求めてきた. 計算時間はデータセットの数だけ多くなる. 本研究では, 複数回測定したすべての時系列データセットを用いて動的逆解析を行い, 個々のデータセットから推定した場合に含まれる測定誤差の影響を低減した弾性係数を直接求める方法を提案している. 複数のデータセットでも1セットのデータとほとんど変わらない計算時間で結果が得られることを確認した. 解析領域と節点数についても検討した.

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本研究においては, アスファルト混合物の粘弾性挙動をモデル化するために, レオロジーモデルの一種である一般化 Voigt モデルを適用した. モデルに必要なパラメータ値は, 動的載荷試験によって得られた動的弾性生係数および損失弾性係数の振動数特性を表すマスターカーブから, 逆解析によって推定した. Gauss-Newton 法を採用し, 必要な定式化を行った上で逆解析システムを開発した. モデルの要素数を変化させ, モデルの適用性を検討したところ, 広い振動数領域で有用な要素数は8要素であった. さらに, 温度-時間換算則を適用し, シフトしたマスターカーブから, 温度ごとのパラメータ値を同定した. その結果, 温度が高くなると, 弾性パラメータ値は変化しないが粘性パラメータ値は減少することが判明した.

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コンクリート中のナノ-マイクロメートルスケールの細孔構造と, その内部に保持される水分の熱力学的状態から, センチメートルスケールの基準体積上で規定される巨視的な構成則 (応力ひずみ関係) を, 水和による固体形成の過程を考慮して導出した. 細孔中の水分を毛細管凝縮水, ゲル水, 層間水, 吸着水に分類し, それぞれに対して変形に関わる熱力学モデルを適用し, それら総体としてのコンクリート複合モデルを規定した. 温度・湿度・持続応力の3条件を相互に組み合わせ, 若材齢から長期間にわたってコンクリートの変形を解析し, 既往の実験との比較から適用性の検証を行った.

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鉄筋コンクリート部材に発生する腐食ひび割れの発生機構の解明を AE 法と境界要素法 (BEM) 解析によって行った. 膨張材を用いた試験において, 腐食ひび割れを観察し, AE-SiGMA 解析を適用しクラックの機構同定を試みた. 一方, BEM 解析ではひび割れ軌跡を, 2領域 BEM 法により解析し, 軌跡の一致を確認した上で, ひび割れモードの同定を既報を参考に伝播方向を方向を考慮して実施した. その結果, 表面ひび割れ, 剥離ひび割れ, 内部ひび割れに応じてモードIとモードIIの寄与率は異なるが, 全般を通してひび割れ伝播過程は, モードIの開口モードが卓越することが明らかになった.

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This paper proposes a structural damage identification method using genetic algorithm. This method estimates the location and severity of damage by minimizing the difference between measured and estimated natural frequencies and by using some a priori information on damage such as test results and theoretical guesses. By giving a priori information which contains some correct information on the damage, the importance of a priori information and the influence of information quality on estimation accuracy are examined. As a result, it was shown that better a priori information produces better estimation accuracy and that the influence of errors in a priori information will be reduced in estimation.

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The structural damage identification method using genetic algorithm, which estimates the location and severity of inflicted damage by considering natural frequencies and inferred damage patterns has been proposed by the authors. In this paper, the validity of this method is tried by applying it to the estimation of the progress of damage due to cyclic uniaxial loading of a rectangular concrete specimen. At each loading stage, impact sounds and acoustic emissions are measured. By using these as a priori information, the decreased degree of elastic modulus is estimated. By implementing it successively, it is possible to estimate the progress of damage.

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