第 4 章 本防食被覆材の補強効果の検証
5.1 非線形有限要素解析による再現解析
5.1.3 解析概要
本解析は，第4章4.4で実施した無筋コンクリート製円形マンホールでの外圧強度試 験と同じケースを設定しており，解析ケースおよび解析断面は表5.1および図5.2に示 すとおりである。
表5.1 解析ケース 解析
ケース
既設マン ホール内径
（mm）
既設マン ホール厚
（mm）
防食被覆材 塗布厚
（mm）
仕上がり 内径
（mm）
Case1 900 200 0 900
Case2 1000 150 20 960
Case3 940 180 5 930
図5.2 解析断面
200 900
a) Case1
150 960
20
b) Case2
180 930
5
c) Case3 単位：mm
(2) 材料条件
第4章の表4.15のコンクリートおよび本防食被覆材の材料物性値を基に，本解析で の材料条件を設定した。材料条件を表5.2に示す。
なお，本防食被覆材の破壊エネルギーを除く物性値については強度試験(第4章4.4) の結果から得られている。本防食被覆材の破壊エネルギーについては，第4章に示した 物理特性より，コンクリートよりも高い変形性能と強度を有することから，土木学会式 によるコンクリートの破壊エネルギーの算出値の10倍と仮定した。
また，ひび割れに関する材料モデルは引張軟化を考慮し，コンクリート，防食被覆材 とも，図 5.3 に示す，土木学会コンクリート標準示方書に記載の引張軟化曲線(1/4 モ デル)を仮定した。
5.1.4 に示すように，最大荷重値及び変位について，解析結果と試験結果を比較し，
数値解析の再現性が検証できたことから，本防食被覆材の破壊エネルギー及び引張軟化 に関する仮定は妥当であると判断した。
表5.2 材料条件
材料 圧縮強度
（N/mm2）
引張強度
（N/mm2）
弾性係数
（kN/mm2）
ポアソン比
（-）
破壊 エネルギー※
（N/mm）
コンクリート 19.5 2.13 19.3 0.19 0.13 防食被覆材 62.4 11.2 6.66 0.22 1.16
※コンクリートの破壊エネルギー
JCI-S-001-2003「切欠きはりを用いたコンクリートの破壊エネルギー試験方法」に準拠して求
めた。
※本防食被覆材の破壊エネルギー
本防食被覆材は，コンクリートよりも高い変形性能と強度を有することから，破壊エネルギー は，コンクリートと比較して十分に大きい。ここでは，第4章4.1.1本防食被覆材の物理特性 及び，文献4)に基づきゴム強化アクリル樹脂（RT-PMMA）の破壊エネルギー5が4.22N/mm(コンク リートの30倍以上)であることなどを参考に，本防食被覆材の破壊エネルギーをコンクリート の10倍程度と仮定した。
・図4.2（3点曲げ試験における防食被覆層とモルタルの荷重-変位曲線）
最大荷重時の中央たわみ：防食被覆層0.84mm程度，モルタル0.25mm程度であり，防食被覆 層は，モルタルの3.4倍程度。最大荷重値：防食被覆層8000N 程度，モルタル3000N であ り，防食被覆層はモルタルの2.7倍程度
図5.3 材料モデル（引張軟化曲線）3)
(3) 荷重条件
荷重条件は，第4章での試験と同様に，下水道用鉄筋コンクリート製組立マンホール
（JSWAS A-11-2005）に準拠するものとした。
(4) 解析モデル
本解析では，対象構造物の形状の対称性を考慮して1/2モデルとした（図5.4参照）。 また，本解析で使用する複数離散ひび割れモデルは，モデル上であらかじめひび割れ経 路を設定しておく必要がある。試験結果から，本解析では曲げモーメントが大きくなる 上下左右の４箇所にひび割れ経路を設けた。
複数離散ひび割れモデルの解析では，ひび割れ経路上の節点毎に，クラック方程式か ら求めたひび割れ進展に必要な荷重をひび割れ面と載荷面に与え，この荷重から変位，
ひずみ，応力を求めた。また，ひび割れ進展に必要な荷重は，ひび割れ進展ステップ毎 に，力のつりあい，変位の適合条件，引張軟化特性から成るクラック方程式を解いて，
クラック先端が引張強度に達する荷重として求めた。
各ケースにおける解析モデルを図5.5～図5.7に示す。ひび割れ経路の要素に関して，
Case1はコンクリートの要素長を 10mmとし，他の Case2 および Case3 は5mmとしてい
る。Case2およびCase3の要素長は，本防食被覆材の影響によるコンクリートのひび割
れ抑制効果をより詳細に捉えることを目的として小さく設定した。
また，本防食被覆材の要素長は1mmとし，発生曲げモーメントに対して圧縮側に位置 する水平方向ひび割れ部分（Crack 2部分）については，破壊時のひび割れが防食被覆 材まで到達する可能性が低いと判断し，要素長を他に比べて大きく設定した。なお，上
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0 1 2 3 4 5
引張応力（σ／ft）
ひび割れ幅（ω×ft／GF）
（0.75,0.25）
下部のひび割れ経路（Crack 1,3）は，上下対称の構成としている。
また，コンクリートと本防食被覆材の境界面の状態については，第4章で実施した外 圧強度試験の結果等を踏まえて，破壊に至るまでに界面剥離がないと仮定し，両材料要 素間を共有節点とした。
図5.4 1/2モデル概要
M=PR(0.3183-0.5sinθ) M：曲げモーメント P ：荷重
R ：半径 荷重(P) CL
荷重(P/2)
Y X
ひび割れ経路 Crack 1
Crack 2
Crack 3
X軸方向の拘束は節 点に引張強度相当の 力が作用した時点で 拘束を解く
図5.5 解析モデル（Case1）
10mm×20＝200mm
10mm×20＝200mm
Y X Crack 1
Crack 2
Crack 3
Crack 1
Crack 2
5mm×30＝150mm
5mm×30＝150mm Y
X
1mm×20＝20mm
防食被覆材
コンクリート
防食被覆材 コンクリート
防食被覆材
コンクリート Crack 1
Crack 2
Crack 3
Crack 1
Crack 2 Crack 1
ひび割れ経路
図5.7 解析モデル（Case3）
5mm×36＝180mm
5mm×36＝180mm
1mm×5＝5mm
防食被覆材
コンクリート
防食被覆材
コンクリート
防食被覆材
コンクリート Crack 1
Crack 2
Crack 3
Crack 1
Crack 1
Crack 2
2.5mm×2＝5mm
ひび割れ経路 Y
X
5.1.4 解析結果