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路 盤 の 経 年 変 形 が コ ン ク リ ート舗 装 の 疲 労 破 壊 に 及 ぼ す 影 響

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Academic year: 2022

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(1)【土 木 学 会 舗 装 工 学 論 文 集. 第3巻1998年12月. 】. 路 盤 の 経 年 変 形 が コ ン ク リ ート舗 装 の 疲 労 破 壊 に及 ぼす 影響 竹 内 康1・ 小 梁 川 雅2・ 西 澤 辰 男3・ 木 村 1 2. 3. 正 会 員 農 修 東 京 農 業 大学 講 師 生 産環 境 工学 科(〒156‑8502東. 慎4. 京 都 世 田谷 区 桜 丘1‑1‑1). 正 会 員 工 博 東京 農 業 大 学 助 教授 生 産 環 境 工 学 科(〒156‑8502東. 京 都 世 田 谷区 桜 丘1‑1‑1). 正 会 員 工 博 石 川工 業 高 等 専 門 学校 助 教授 環 境都 市 工学 科(〒929‑0392河 北 郡 津 幡 町 北 中条) 4 正 会員 建 設 省 土 木研 究 所 道 路 部 舗 装研 究 室 研 究員(〒305茨 城 県 つ くば 市 旭1番 地). コ ン ク リー ト版 と路 盤 の 力 学 特 性 を検 討 す る た め に,1997年8月. に 建 設 省 土 木 研 究 所 で実 物 大 コ ン ク. リー ト舗 装 を用 い た載 荷 実 験 が 実 施 され た.本 研 究 で は,こ の 実 験 結 果 か ら繰 返 し載 荷 に伴 う路 盤K値 の 低 下 が コ ン ク リー ト舗 装 の疲 労 抵 抗 に 及 ぼ す影 響 に つ い て 検 討 した,力 学 解 析 に は平 板FEMを 用 い,疲 労 解 析 に あ た って は 舗 装 要 綱 お よび 破 壊 確 率 に 基 づ く疲 労 曲 線 を用 いた.そ の 結 果,路 盤K値 の 低 下 に よ っ て コ ン ク リー トの疲 労 が 進行 す る こ と,舗 装要 綱 の疲 労 曲線 は破 壊 状 況 の 実 状 を あ らわ して い な い こ とが わ か った.. Key Words : concrete pavement, granular base course, fatigue failure, K-value. 1.緒. 言. 疲 労 破 壊 を 早 め る 原 因 と な る と 考 え られ る.こ. れ ら. の こ と よ り,何 れ の 設 計 法 に お い て も 路 盤 面 で の 経 コ ン ク リー ト舗 装 の 設 計 指 針 に は,大 ン ト コ ン ク リー ト舗 装 要 綱1)(以 す)と. コ ン ク リー ト標 準 示 方 書2)(以. 書 と略 す)の も,応. 下,舗. 二 つ が あ る.何. 力 解 析 はWinkler地. い わ ゆ るWestergaardモ. 別 して セ メ 装 要 綱 と略. 下,標. 準示方. れ の設 計 指 針 に お い て. 盤 上 の 弾 性 平 板 モ デ ル,. の と き,応. 力 度 の 算 定 は 岩 間(1964)3)に. よ っ て 実 験 的 に 修 正 され たWestergaard公 い る.一. 方,標. 準 示 方 書 で は,あ. わ み 量 の 範 囲 で 疲 労 解 析,IRIに. 式を用いて. る 限界 値以 下 の た よ る 乗 り心 地 解 析.. 度 の 算 定 はWestergaard公 よ っ て 行 わ れ る.標. の と き,た. わ み 量,応. 力. 式 も しくは有 限 要素 法 に. 準 示 方 書 に お い て 設 け られ る た. わ み 量 の 限 界 値 は,設. 計 耐 用期 間 中 に路 盤 面 に過 度. な 変 形 が 生 じ な い よ う考 慮 し た も の で あ る が,こ. れ. は 経 年 変 形 の影 響 を推 定 が で き な い こ とに よ る簡 便 法 で あ ろ.ま. た.路. 盤 の 経 年 変 形 に よ ろ コ ン ク リー. ト版 の 支 持 力 低 下 は,版. 1997年8月. 路 盤K値. に 建設 省 土 木 研 究所 で 行 わ れ た 実 物 大. に 発 生 す る応 力 を 増 大 させ,. ― 93―. の 実 験 結 果 を用 い て 路 盤 の 経 年 変 形 と. の 変 動 に つ い て 検 討 を 行 っ だ4).そ の 結 果,. 繰 返 し載 荷 に よ っ て 路 盤 面 に 残 留 変 形 が 生 じて い る こ と が 測 定 結 果 か ら確 認 さ れ た.ま. た,測. らWestergaard理. を算 出 した と こ. ろ,載. 論 を 用 い て 路 盤K値. 定結果か. 荷 に伴 っ て 低 下 す る傾 向 に あ る こ とは わ か っ. た も の の,版. エ ロ ー ジ ョ ン に よ っ て 生 じ る 目地 部 段 差 解 析 か ら 総 合 的 に 版 厚 を 決 定 す る.こ. 装 の長 期 的 な 挙 動 を 予 測 す. る 上 で 重 要 で あ る と言 え る.. 筆 者 ら は,こ. ン ク リー ト版 厚 の 決 定 を 主 と し. て 自由縁 部 にお け る疲 労 解 析 に よっ て の み行 って い る.こ. 性 を 検 討 す る こ と は,舗. コ ン ク リー ト舗 装 で の 静 ・動 載 荷 試 験 が 実 施 さ れ た.. デ ル を 用 い て 行 っ て い る.. 舗 装 要 綱 で は,コ. 年 変 形 と そ れ に 伴 う コ ン ク リー ト舗 装 の 荷 重 応 答 特. 内 温 度 差 の 影 響 が あ っ た た め 路 盤K値. の 経 時 変 化 を 正 確 に 把 握 す る こ とが で き な か っ た. そ こ で,本. 研 究 で は 載 荷 実 験 で 測 定 され た コ ン ク. リー ト版 の ひ ず み と 路 盤K値. の 計 算 結 果 に基 づ く 力. 学 解 析 結 果 と を 比 較 し,計. 算 され た 路 盤K値. を 行 う と と も に,路. の 経 時 変 化 が コ ン ク リー. 盤K値. の検証. ト版 の 曲 げ応 力 と コ ン ク リー トの 疲 労 度 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 す る こ と を 目的 と して い る.な 力 学 解 析 に あ た っ て は,西 板FEM解. お,. 澤 に よ って 開 発 され た 平. 析 プ ロ グ ラ ム5,6)を利 用 し,路. 盤K値. の経 時.

(2) 変 化 の 検 討 で は,設. 計 耐 用 期 間 内 で はK値. が変化 し. た だ し,静. 載 荷 実 験 結 果 か ら,Westergaardモ. な い とす る 従 来 の 設 計 法 に 基 づ い た 解 析 結 果 を 比 較. を 用 い て 路 盤 面 圧 力 を 検 討 す る 場 合,(2)式. 対 象 と した.. Vesicら の 指 摘 事 項 に 基 づ い てK75を. デル に示す. 求 め る必 要 が あ. る こ と が わ か っ た.. (2) 2.路. 盤K値. の 経 時 変 化4,7,8) 図‑1は,動. 筆 者 ら は,同. 実 験 に お い て 測 定 され た 路 盤 面 圧 力. と載 荷 重 か らWestergaardの. た わ み 公 式 とWinklerの. 公 式 か ら導 か れ る(1)式 を 用 い てK値(Kprs)の. 載 荷 実 験 結 果 か ら計 算 さ れ たK75と. 内 温 度 差 と の 関 係 を 示 し て い る.図 を 示 し て い る が,こ. 低 下状. 況 を 求 め た.. 版. 中 の 実 線 がK75. れ は(1)お よ び(2)式 を 用 い て 計. 算 され た 値 で あ る.こ. の 図 か らわ か る よ う に,K75. は 温 度 差 が 上 昇 し た と き に 低 下 し,最. 終 的 に は 初期. 値 の1/3〜1/4ま で 低 下 して い た.. (1). 路 盤 面 圧 力 は 土 圧 計 と コ ン ク リー ト版 と の 接 触 に よ り検 出 され る た め,路. こ こ で,. 盤 面 圧 力 の低 下 は 路 盤 面 一. コ ン ク リー ト版 間 の 空 隙 の 進 行 を 意 味 し て い る と 考. F:荷. 重(kgf). a:載. 荷 半 径(cm). え られ る.な. p:路. 盤 面 圧 力(kgf/cm2). は,図‑1に. Ec:コ. ン ク リ ー トの 弾 性 係 数(kgf/cm2). vc:コ. ン ク リ ー トの ポ ア ソ ン 比(‑). h:コ. ン ク リ ー ト版 厚(cm). お,以. 示 すK値. 3‑実. 験方法. (1)実. 験 の概 要. 降 の動 載 荷 実験 の解 析 に お い て を 用 い た.. 載 荷 実 験 は,1997年8月8日〜13日. ま で,茨. 城 県つ. く ば 市 の 建 設 省 土 木 研 究 所 内 に 図‑2に 示 す 実 物 大 コ ン ク リー ト舗 装 の 試 験 区 を 作 製 し,屋 置 を 用 い て 行 わ れ た.な. お,載. 外載荷実験装. 荷 位 置 は 図‑1に 示 す. 横 目地 自 由 縁 部 で あ る. コ ン ク リー ト版 と 上 層 路 盤 は,同 設 し た も の で あ る が,下 も の を 利 用 し た.ま. 年3月 に 新 規 打. 層 路盤 お よび 路 床 は 既 設 の. た,各. 々の 版 は ダ ウエ ル バ ー で. 連 結 され て い る. 載 荷 実 験 装 置 は,油. 圧 制 御 に よ るア クチ ュエ ー タ. と こ れ を 支 持 す る 剛 性 梁 と か ら成 る.ア タ は,静 図‑1路. 盤K値 の 経 時 変 化. 的 で は10000kgfま. で,動. 5Hzま で の 載 荷 能 力 を 有 す る.ま. 図‑2試 験 区 の概 要. ― 94―. クチ ュエ ー. 的 で は5000kgfで た,載. 荷 装 置 は,.

(3) 試 験 区 を挟 む 側 壁 上 に 設 け られ た レ ー ル に よ っ て 移. 版 内 の ひ ず み 及 び 温 度 分 布 測 定 は,図‑3に. 動 す る こ と が で き る.. に 温 度 セ ン サ を 内 蔵 した 円 筒 状 の 埋 め 込 み ゲ ー ジ を 版 内 に 設 置 し て 行 わ れ た.ま. (2)使. 用材 料. て は,埋. 表‑1は 載 荷 実 験 の た め に 新 設 し た 路 盤 と コ ン ク リー トの 材 料 特 性 を 示 し て い る.路. 盤 材 料 は,上. め 込 み ゲ ー ジ の 他 に版 表 面 に 箔 型 ひ ず み. 層. 温 度 は デ ー タ ロ ガ ー で,載 動 ひ ず み 計 か らA/D変. (M‑30)を. 時 間 お き に 計 測 され た.ま. 用 い た.表‑1中. のK75は,図‑1に. した 値 の 平 均 値 で あ る.ま 特 性 は,試. た,コ. ずみ測定 に関 し. ゲ ー ジ を 貼 り 付 け て 行 わ れ た.. 路 盤 材 と して 最 も 多 く 用 い られ て い る 粒 度 調 整 砕 石 示 した 位. 置 で の 平 板 載 荷 試 験 に よ っ て 得 られ たK30を2.2で. た,ひ. 示すよう. 荷 重 お よ び ひ ず み は,. 換 機 を 介 し て コ ン ピ ュ ー タ で1 た,動. 載荷実験の解析 に. 除. あ た っ て は,波. 形 解 析 プ ロ グ ラム を用 い て 除 荷 状 態. ン ク リー トの 力 学. (最 小 荷 重)か. ら始 ま る1周 期 分 の デ ー タ を 対 象 と. 験 開 始 直 前 ま で テ ス トピ ッ ト敷 地 内 で コ. した.こ. の デ ー タ は ル ー プ を描 く が,本. 研究で は図. ン ク リー ト版 と 同 じ条 件 で 養 生 した 供 試 体 を 用 い て. ‑5に 示 す よ う に 荷 重 の ピ ー ク に あ わ せ て ひ ず み を 抽. 測 定 さ れ た も の で あ る.. 出 し た.な. お,版. 上 下 面 の 温 度 差 は,測. 定デー タを. 2次 曲 線 で 近 似 し て 推 定 し た. (3)実. 験条件. 静 載 荷 実 験 は,0‑7000kgfの 行 わ れ た.ま 行 わ れ,載 100kgf,載. た,動. 範 囲 で1000kgfお. きに. 載 荷 実 験 は 静 載 荷 実 験 終 了後 に. 荷 条 件 は 最 大 荷 重5000kgf,最 荷 周 期2Hzで. あ っ た.ま. た,載. 4.解. 析方法. 小荷重 荷 に伴 う. (1)FEM解 FEM解. 表‑1使 用 材 料 の 特 性. 析5,6) 析 領 域 は 図‑2に 示 す 試 験 区 の セ ン タ ー ラ イ. ン で 線 対 称 に な る よ う 区 切 っ た.解. 析に用いた要素. 分 割 の 一 部 を 図‑4に 示 す. 平 板FEMプ. ロ グ ラ ム で は,WinklerとVlasovの2種. 類 の 路 盤 モ デ ル に つ い て 解 析 す る こ と が で き る が, 本 研 究 で は,K値. 図‑3埋. 図‑5測. め込 み ゲ ー ジ 埋設 位 置. 図‑4FEM要. 素分割図. ― 95―. の経 時変化 の検 討 にお い て. 定 され た動 載 荷 デ ー タ例.

(4) Westergaard理 てWinklerモ. 論 を 用 い た こ とか ら,路 デ ル を 用 い た.ま. た,解. 盤 モデ ル と し. 値 は 実 測 値 を 示 して い る が,埋. 析 を 行 うの に. は.実. め込 み ゲー ジ で の値. 測 値 を版 底 面 お よび表 面 ま で直 線 で 外挿 して. 必 要 な コ ン ク リー トに 関 す る入 力 パ ラ メ ー タ は 表‑1. 求 め た.ま. の 値 を 用 い た.入. 載 荷解 析 時. 避 け て 行 っ た た め,載. 荷 時 の 版 内 温 度 差 は0.25℃ と. し,動. 小 さ い 値 を 示 した.し. た が っ て,測. 力 した 路 盤K値. は,静. に は 表‑1に 示 す よ う にK75=8.5kgf/cm3と. 載荷. た,静. 載 荷 実 験 は,日. 差 しの 強 い 日中 を. 定 され る ひ ず み. 解 析 で は 図‑1に 示 し た よ う にK値 が 変 化 し た 場 合 と. は コ ン ク リー ト版 の そ り変 形 に よ る影 響 を 殆 ど受 け. 表‑1の 値 か ら 変 化 し な い 場 合 の2種 類 と した.ま. て い な い と言 え る.ま. た,. 版 内 の上 下 面 温度 差 は 実測 値 か らの推 定 値 を 入 力 し. た,実. 験 結 果 で は,表. 面 ゲー. ジ に よ る ひ ず み と底 面 ひ ず み は ほ ぼ 対 称 的 で あ っ た.. た. (3)疲. 労解析. 疲 労 解 析 方 法 は 舗 装 要 綱 お よ び 標 準 示 方 書 に 従 い, (3)式 の マ イ ナ ー 則 に よ っ て 定 義 され る 疲 労 度 を 計 算 し,こ. れ が1.0を 超 え た と き に ひ び 割 れ が 生 じ ろ と. し た.1,2). (3) こ こで, Fd:曲. げ疲 労度. ni:荷. 重iの. 繰 返 し数. Ni:荷. 重iに. 対 す る 許 容 繰 返 し数. m:荷. 重 分 割数. ま た,疲. 図‑7静. 労 度 の 算 出 に あ た っ て は,舗. 載 荷FEM解. 析 結 果(表. 面 ゲ ー ジ). 装要綱 に示. さ れ て い る 疲 労 曲 線 と小 梁 川9)ら に よ っ て 示 さ れ た 疲 労 曲 線 を 使 用 し た.た 曲 線 は,コ. だ し,小. 梁 川 らに よる疲 労. ン ク リー トの 破 壊 確 率 に よ っ て 異 な る た. め,幾. つ か の 破 壊 確 率 に つ い て 検 討 した.. 5.静. 載荷実験解析. (1)実. 験結果. 静 載 荷 実 験 に よ っ て 得 られ た 荷 重 直 下 で の 荷 重. ひ ず み 直 線 を 図‑6に 示 す.版. 表 面 の貼 付 けゲ ー ジ の. 図‑8静. 図‑6静 載 荷 実験 結 果. 載 荷FEM解. 図‑9静 載荷FEM解. ―96―. 析 結 果(外. 挿 表 面 ひ ず み). 析 結果(外 挿 底 面 ひ ず み).

(5) さ い の は,版 (2)FEM解. 析結果. FEM解. た だ し,版. 析 結 果 と測 定 結 果 を 比 較 し た も の が 図‑7〜. 9で あ る.当. 然 の こ と な が ら,表. 厚 が16cmと. 内 温 度 差 の 推 定 に は 中 央 部,横. 面 貼付 け ゲー ジ と. あ る た め,負. が な か っ た た め で あ る.. お,図. 中 に 示 した 直 線. 析 結 果 と測 定 結 果 が 同 じ値 で あ る と き の. 荷 部 で の 温 度 差 の み が0℃ を 下 回 る こ と. ひ ず み に 関 し て は,埋 の み を 示 した.こ. 関 係 を 示 して い る. 図‑7.8は 表 面 ひ ず み の 比 較 で あ る が,埋 ゲ ー ジ か ら外 挿 し た 圧 縮 側 の 結 果 は,FEM解 と乖 離 して い た が,表. め込 み ゲ ー ジ で の測 定 結 果. れ は,表. 面 貼 付 けゲ ー ジ が 載 荷 初. め込 み. 期 に 剥 離 し,測. 析結果. 図 中 に 示 した 埋 め 込 み ゲ ー ジ で の 値 は,静. 面 貼 付 け ゲ ー ジ で の 値 はFEM. 定 不 可 能 で あ っ た た め で あ る.な. し て 求 め た も の で あ る.ま 置 時のゲー ジ. よ っ て 変 動 す る と考 え られ る.仮. に載 荷 時 に ひ び 割 示 した 中 立 軸 付 近. と 引 張 側 で の 値 は ば らつ く は ず で あ る.し. 載荷結果. た,写. 真‑1は,約430000. 回 載 荷 の と き に 載 荷 部 直 下 で 確 認 され た ク ラ ッ ク を. の僅 か な移 動 も し く は載 荷 時 の ひ び割 れ の進 行 に. れ が 進 行 し て い た な らば,図‑6に. 撮 影 し た も の で あ る.こ. の ク ラ ッ ク は,自. 由縁 部 か. か し,何. れ の デ ー タ も あ る程 度 高 い 再 現 性 を有 してい る こ と か ら,外. 挿 し た 圧 縮 側 の 結 果 がFEM解. した の は,埋. 析 結 果 と乖 離. め込 み ゲー ジ が 所 定 の埋 め込 み 位 置 よ. りも僅 か に 引 張 側 に設 置 され た ことが 原 因で あ る と 考 え られ る.ま. た,中. 立 軸 付 近 で のひ ず み が ゼ ロ に. な ら ず に 載 荷 に 伴 っ て 変 化 した の も,圧 込 み ゲ ー ジ と 同 様 に,所. 縮 側 の埋 め. 定 の 埋 め 込 み 位 置 よ り も僅. か に 引 張 側 に 設 置 され た こ と が 原 因 で あ る と 考 え ら れ る. 外 挿 した 引 張 側 の 値 は,表 果 と 同 様 に,FEM解. 面貼 り付 け ゲ ー ジ の 結 図‑10動. 析 結 果 と 良 く 一 致 して い る こ と. が 図‑9よ り 認 め ら れ る.ま. た,引. 載荷実験結果. 張側 の値 は表 面. ゲ ー ジ の 値 と は 符 号 が 反 対 で あ る こ と か ら,コ. ンク. リー ト版 は 載 荷 に 伴 い 純 曲 げ 状 態 に あ る こ と が わ か る.ま. た,FEMで. し た こ と か ら,載. は 表‑1に 示 したK値. を 用 い て解 析. 荷 初 期 段 階 の 路 盤K値. は平 板 載 荷. 試 験 よ り求 め た 値 に ほ ぼ 等 しい こ と が わ か っ た. 6.動 載 荷 実 験 解 析. (1)実. 験結 果. 動 載荷 実 験 期 間 中 に お け る 降 雨 は な く,日 装 表 面 温 度 は40〜46℃ 載 荷 の と き に.載 認 し た.そ. で あ っ た.ま. 中の舗. た,約430000回. 荷 部 直 下 で縦 方 向 の ク ラ ッ ク を確. の た め.約430000回. 象 と し た.動. 載 荷 まで を解 析 の 対. 載 荷 に よ る ひ ず み と版 内 温 度 差 の 経 時. 変 化 を 図‑10に 示 す. 動 載 荷 実 験 期 間 中 に お け る 版 内 温 度 差 は,‑1‑+8℃ の 間 で 変 化 し て い た.日. 中 の 舗 装 表 面 温 度 が40〜. 46℃ と 高 い に もか か わ らず,版. お,. と同 様 に 実測 値 を 版 底 面 お よび表 面 ま で 直線 で外 挿. と 良 く 一致 して い た. 埋 め 込 み ゲ ー ジ に よ る 推 定 値 は,設. れ は,. ア ク チ ュ エ ー タ と コ ン ク リー ト版 間 の 局 所 的 な 発 熱 に よ り,載. の 値 を 示 す.な. 目地 部 で. の 測 定 結 果 を 利 用 して 推 定 し た も の で あ る.こ. 表 面 ま で 外 挿 した 埋 め 込 み ゲ ー ジ で の 値 は 圧 縮 側 で. は,FEM解. 薄 か っ た た め と 考 え られ る.. 写 真‑1載 荷 点 で の ひ び割 れ 発 生 状 況. 内温 度 差 が比 較 的 小. ― 97―.

(6) ら載 荷 板 中 央 ま で 延 び て お り,か ま で 通 っ て い た.ま. た,こ. の で あ る.ま た,何 れ の疲 労 解 析 も埋 め込 み ゲ ー ジ. つ 版 底 面 か ら表 面. の ク ラ ッ ク は,埋. で の 測 定 結 果 か ら求 めた ひ ず み に コ ン ク リー トの 弾. め込 み. ゲ ー ジ の 埋 設 位 置 を 横 切 っ て 発 生 し て い た た め,. 性 係 数 を乗 じて算 出 した応 力 お よびFEM解 析 結 果 を. ゲ ー ジ で の 測 定 結 果 に 影 響 を 及 ぼ す と考 え ら れ る.. 用 い て行 っ た.特 にFEMの 結 果 を用 い た疲 労解 析 は,. こ れ に 関 して,ひ. ず み は何 れ の埋 め込 み ゲ ー ジ にお. 路盤K値 の低 下 の 影 響 を 把 握 す るた め に,K値. い て も 約280000回. 載 荷 以 降 に大 き な変 動 を 示 して い. 化 した 場 合 と一 定 の場 合 につ い て行 っ た.ま た,表 ‑2は 各 疲 労 曲線 を 用 い た 解 析 結 果 に お い て ,疲 労度. た.こ. の こ と は,約430000回. ひ び 割 れ は,実. 載 荷 の とき に確 認 した. 際 に は 約280000回. が変. Fdが1に 達 した 載 荷 回 数 と埋 め込 み ゲ ー ジ で の 測 定. の載 荷 で 生 じた こ. と を 示 唆 し て い る とい え る.. (2)FEM解. 析結果. 動 載 荷 実 験 のFEM解 路 盤K値. 析 に お い て は,図‑1に. 示 した. を入 力 し て 行 い 実 験 結 果 と 比 較 した.ま. 通 常 の コ ン ク リー ト舗 装 の 設 計 で は,路. 盤K値. た, は設. 計 耐 用 期 間 内 で は 変 化 し な い と す る た め,K値 K75=8.5kgf/cm3か し,K値. が. ら変 化 し ない 場 合 につ い て も解 析. が 低 下 し た 場 合 と の 比 較 を 行 っ た.た. だ し,. ひ び 割 れ が 生 じた と考 え られ る 約280000回. 載 荷 まで. を 比 較 の 対 象 と し た.こ. 示 す.. れ ら を 図‑11〜13に. 図‑11よ り,底 面 ひ ず み は,FEM解 一 致 を 示 し て い る こ と が わ か る .本. 析 結 果 と良 い 研 究 で解 析 の 対. 象 と し て い る コ ン ク リ ー ト版 は,横. 目地 で 隣接 す る. 図‑11動. 載 荷FEM解. 析 結 果(外. 挿 底 面 ひ ず み). 版 と ダ ウ エ ル バ ー で 連 結 され て い る の み で あ る た め, 検 出 され る 温 度 応 力 は そ り応 力 が 支 配 的 で あ る と 考 え られ る.こ 解 析 は,十. れ に 関 して,平. 板FEMに. よ る そ り応 力. 分 な 精 度 を 有 して い る こ と が 西 澤 ら に. よ っ て 明 ら か に な っ て い る6).こ の こ と よ り,図‑11 は 路 盤 面 圧 力 と載 荷 荷 重 か ら算 出 し たK値 の 低 下 は, 実 状 を よ く あ らわ して お り,繰. 返 し載 荷 に よ る 路 盤. K値 の 低 下 が 確 認 で き た と い え る.こ 12の 表 面 ひ ず み はFEM解 なかった. 渚 れ は,圧. れ に 対 し,図‑. 析 結 果 と は 全 く一 致 して い 縮 側 の 埋 め 込 み ゲ ー ジ が,何. ら か の 原 因 に よ り載 荷 お よ び 温 度 差 に 伴 う変 形 に 追 従 で き な か っ た た め と 考 え られ る. 図‑13は,図‑1に. 示 し たK値. 図‑12動 載 荷FEM解 析 結果(外 挿 表 面 ひ ず み). の低 下 状 況 を入 力 して. 解 析 した 結 果 とK値 が 表‑1内 に 示 し た 値 か ら 変 化 し な い と し た 場 合 の 解 析 結 果 と の 関 係 を 示 して い る. こ の 図 よ り,K値. が 低 下 した 場 合 の ひ ず み は,K値. が 一 定 で あ る 場 合 に 比 べ て 大 き い こ と が わ か る.こ れ は,路 は,応 (3)疲. 盤K値. が 変 化 し な い とす る 従 来 の 設 計 法 で. 力 が 小 さ く見 積 も られ る こ と を 示 し て い る. 労解 析 結 果. 疲 労 解 析 結 果 を 図‑14,15お よ び 表‑2に 示 す.図‑14 お よ び 図‑15は,そ. れ ぞ れ 舗 装 要 綱 の疲 労 曲線 お よ. び 小 梁 川 に よ る コ ン ク リー トの 破 壊 確 率 に 基 づ く疲 労 曲 線 を 用 い た 解 析 結 果 を 示 して い る.た. だ し,小. 梁 川 に よ る疲 労 曲 線 は,破. ときの も. 壊 確 率 が10%の. 図‑13K値 の 変化 に よる解 析 ひず み の差. ―98―.

(7) 結 果 か ら ひ び 割 れ が 発 生 した と 認 め られ る約280000 回 載 荷 で の 疲 労 度 を 示 し て い る.た. だ し,小. よ る 疲 労 曲 線 を 用 い た 解 析 結 果 の う ち,K値 の 場 合 で は,疲. が一 定. 労 度 が1に 達 し た と き の 載 荷 回 数 は. 記 入 さ れ て い な い.こ に,解. 梁川 に. れ は,図‑15か. らわ か る よ う. 析 の 範 囲 内 で は 疲 労 度 が1に 達 し な か っ た た. め で あ る. 図‑14,15よ. り疲 労 度 の 経 時 変 化 に 注 目す る と,何. れ の 図 に お い て も版 内 温 度 差 の 上 昇 に 伴 っ て 疲 労 度 は 急 激 に 上 昇 して い る の が わ か る.ま. た,図‑1に. し た よ うに 版 内 温 度 差 の 上 昇 に よ っ てK値 て い た こ と か ら,FEM解. 示. が低 下 し. 析 結 果 に 注 目す る と,何. の 図 に お い て もK値 が 低 下 し た あ と にFEMに 労 度 に 差 が 生 じて い た.西. れ. よる疲. 図‑14舗 装 要 綱 の疲 労 曲線 に よる疲 労 解 析 結 果. 澤 ら10)に よ る と 路 盤K値. が コ ン ク リー ト版 の そ り応 力 に 及 ぼ す 影 響 は 小 さい こ とか ら,そ. れ ぞれ の 図 に お い て 生 じた疲 労 度 の差. はK値 の 低 下 に よ る 影 響 で あ る と い え る.こ こ とか ら,コ 増 加 と 路 盤K値. ン ク リー ト版 の 疲 労 度 は,温. れ らの 度応 力の. の 低 下 に よっ て 上 昇 した もの と考 え. られ る. 表‑2よ り,舗. 装 要 綱 の 疲 労 曲 線 を 用 い た 解 析 で は,. 全 て の 解 析 結 果 に お い て 約120000回. 載 荷 の と き に疲. 労 度 が1に 達 し て い る こ と が わ か る.こ. れ は,約. 120000回 載 荷 の と き に ひ び 割 れ が 生 じ る こ と を 示 し て い る が,実. 際 に は 約280000回. の 載荷 で 疲 労破 壊 が. 生 じて い た こ とが わ か っ て い る.し. た が っ て,舗. 要 綱 の 疲 労 曲 線 は 実 状 を 示 し て お ら ず,こ て 設 計 した 場 合 に は,過 ま た,小. 装. れ を用 い. 図‑15小 梁 川 の疲 労 曲線 に よ る疲 労解 析 結 果. 大 設 計 に な る と 考 え ら れ る.. 表‑2疲 労解 析 結 果. 梁 川 に よ る 疲 労 曲 線 を 用 い た 解 析 で は,実. 験 か ら求 め た 応 力 と 路 盤K値. が 変 化 した 場 合 のFEM. で の 結 果 か ら算 出 し た 疲 労 度 は 約270000‑280000回 載 荷 で1に 達 し て い た,こ 合 の 疲 労 解 析 結 果 で は,載. れ に 対 し,K値. が一 定 の場. 荷 回 数 が400000回. た 場 合 で も疲 労 度 が1に な ら な い.こ. に達 し. の こ と よ り,K. 値 の 低 下 が コ ン ク リ ー ト舗 装 の 疲 労 破 壊 に 及 ぼ す 影 響 は 大 き い と い え る. 面 の 経 年 変 形 に よ る 低 下 状 況 を よ く表 現 して お り,. 6.ま. 繰 返 し載 荷 に よ る 路 盤K値. とめ. 2)路 盤K値. る こ とで 検討 した.得. ン ク リー ト版 内 に 発. 析 結 果 か ら 明 らか に な っ た.. は設 計 耐 用. 期 間 内 で は 変 化 しな い とす る従 来 の設 計 法 と比 較 す. の 低 下 に よ っ て,コ. 生 す る応 力 が 大 き く な る こ とが 実 験 結 果 とFEM解. 本 研 究 で は,路 盤K値 の 低 下 が コ ン ク リー ト舗 装 の疲 労 破 壊 に 及 ぼ す 影 響 に つ い て,K値. の 低 下 が 確 認 され た.. 3)舗 装 要 綱 に よ る 疲 労 曲 線 を 用 い て 疲 労 解 析 を 行 っ た 場 合,算. られ た主 な結 果 を ま と め る と. 出 され る 疲 労 度 は 実 際 よ り も 大 き く な. る こ と が わ か っ た.. 以 下 の通 りで あ る.. 4)コ ン ク リー トの 疲 労 度 は,温. 度 応 力 の増 加 と路盤. K値 の 低 下 に よ っ て 上 昇 し て い た こ とが わ か っ た.. 1)路 盤 面 圧 力 と載 荷 重 か ら求 めた 路 盤K値 は,路 盤. 5)K値. ―99―. の 低 下 が コ ン ク リー ト舗 装 の 疲 労 破 壊 に 及 ぼ.

(8) 6) 西 澤 辰 男, 野 田 悦 郎, 福 田 正: フ レ キ ャ ス ト コ ン ク リ ー. す 影 響 は 大 き い こ と が 明 ら か に な っ た.. 舗 装 の 温 度 応 力 に 関 す る 基 礎 的 検 討, No. 508/V‑26,. 謝 辞:デ. ー タ 解 析 に あ た っ て は,東. 工 学 科4年. 京 農 業大 学 農 業. 生 高 橋 香 澄 君 の 御 協 力 を 得 た.記. 7) Huang,. して感. Y. H.:. 8) Vesic,. A.. Pavement. S., S. K.. of AASHO. Analysis. and. Design,. Prentice‑Hall,. road. Saxena, "Analysis. test rigid. of structural. behavior. pavements. "NCHRP. Report. 97. (1970). 参 考 文 献 1) コ ン ク リー ト標 準 示 方 書 「舗 装 編 」, 土 木 学 会, 2) セ メ ン ト コ ン ク リ ー ト舗 装 要 綱,. 3) 岩 間 滋:. 1995.. Inc. 1993. 謝 の 意 を 表 す る も の で あ る.. pp. 12‑13,. pp. 101‑107,. ト. 土 木 学 会 論 文 集,. 9) Koyanagawa,. 1996.. curve. 日 本 道 路 協 会,. M.,. for concrete. probabilistic. 1984.. pp. 131‑144,. コ ン ク リー ト舗 装 の 構 造 設 計 に 関 す る 実 験 的. 10). 研 究, 土 木 研 究 所 報 告, 建 設 省, No. 117(1964). 西 澤 辰 男,. H.. Yoneya,. pavement. properties,. Fukuda:. Concrete. Flexural. fatigue. in consideration. library. of. JSCE,. of. No. 19,. 1992. 田 村 三 知 行,. 結 され た プ レキ ャス. 4) Takeuchi, Y., M. Koyanagawa, T. Nishizawa, E. Noda, K. Kubo : An experimental study on the properties of granular base course deformation in concrete pavement under cyclic loads, 4th International Workshop on Designtheories and their verification of concrete slabs for pavement and. T.. slab design. 道 路 へ の 適 用 性,. 熊 坂 光 史: ダ ウ エ ル バ ー で 連. トコ ン ク リー ト舗 装 の ト ン ネ ル 内. 舗 装 工 学 論 文 集,. Vol. 2,. pp. 63‑71,. 1997.. railroads, 1998(印 刷 中) 5) 西 澤 辰 男:. コ ン ク リ ー ト舗 装 版 の 荷 重 伝 達 機 構 と そ の. 解 析 法 に 関 す る 研 究, 東 北 大 学 博 士 論 文, 1990. INFLUENCE. OF GRANULAR. FAILURE Yasushi. OF CONCRETE. TAKEUCHI,. BASE. COURSE. PAVEMENT. DEFORMATION. TO FATIGUE. UNDER. LOADS. Masashi KOYANAGAWA, and Makoto KIMURA. CYCLIC Tatsuo. NISHIZAWA. The static and dynamic loading tests were conducted on a test concrete pavement with actual size at the Public Works Research Institute in August, 1997. In this paper, the influence of base course deterioration due to cyclic loads on fatigue damage of the concrete pavement was examined. In the mechanical analysis of the concrete pavement, the plate FEM was utilized. And two types of fatigue curves were utilized in the fatigue analysis of the concrete pavement. One is taken from the manual for design and construction of concrete pavement and the other is one which had been developed by one of the authors based on failure probability. As a result of the examination, it was found that the accumulation of the fatigue damage of the concrete pavement was accelerated along with the deterioration of the base course, and that the result of fatigue analysis by the fatigue curve of the manual is not able to explain the real condition which was observed in the test pavements.. ―100―.

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