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連 続 鉄 筋 コ ン ク リー ト舗 装 横 ひ び 割 れ の 荷 重 伝 達 機 能

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Academic year: 2022

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(1)【第1回 舗 装 工 学講 演 会 講 演 論 文 集1996年12月. 】. 連 続 鉄 筋 コ ン ク リー ト舗 装 横 ひ び 割 れ の 荷 重伝 達機 能 西 澤 辰 男1・ 1. 七 五 三 野 茂2・. 小 松 原 昭 則3・. 小 梁 川 雅4. 工博 石 川 工業 高 等専 門学 校 助教 授 環境 都 市工 学科(〒929‑03河 北郡 津 幡 町北 中条) 2 工修 日本 道路 公 団試験 研 究所 舗装 研 究室 長(〒194東 京都 町 田市 忠生1‑44) 3. 4. 工博. 日本道路公団試験研究所 舗装研究室主任研究員. 東京 農業 大 学講 師 農 学 部農 業工 学科(〒156東. 京都 世 田谷 区桜 丘1‑1‑1). 連続 鉄 筋 コ ンク リー ト舗 装(CRCP)の 構 造 設計 にお いて は横 ひ び割 れ の荷 重伝 達 機能 を適 切 に考 慮 す る こ とが 必要 で あ る.CRCPの よ うに不 連 続性 を有 す る コ ンク リー ト舗 装版 の 応力解 析 に は,平 板 理論 に基 づ いた FEMが 有 効 で あ る.そ の 際 ひ び割れ 部 は3つ の線 形 ばね で モ デル化 され るが,CRCPの 横 ひび 割れ の よ う な微 細 な ひび 割れ にお ける ばね 定数 は 明 らか にな って いな い.そ こで 試験 舖 装 にお け る載 荷 実験 に よって,ひ び割 れ 部 の コ ンク リー ト版 の応 力状 態 を調 べ,そ れ に基 づ いて モ デル のパ ラメ ータ を同定 した.そ の結 果 ひび 割れ の ばね 定数 の 値 は,コ ンク リー ト版 の 平均 温度 に よ って変 わ る ことが 明 らか に な った. Key. 1.は. Words. : continuously sis. reinforced. concrete pavement,. transverse. crack, load transfer,. こ と が 可 能 で あ る.そ. じめ に. FEM analy-. の 際 に 問 題 とな る の は,横. 割 れ に お け る荷 重 伝 達 モ デ ル で あ る.FEM解 連 続 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト舗 装(以. 下CRCP)は,縦. 方. て は これ ら の不 連 続 性 を3つ. ひび. 析 にお い. の線形 ばね モ デル に基 づ. 向 の 鉄 筋 に よ って コ ン ク リー トの体 積 変 化 を 拘 束 し,微. い た 目地 ・ひ び 割 れ 要 素 で 対 応 す るが,横. 細 な 横 ひ び割 れ を 分 散 させ て 発 生 させ る こ と に よ り,横. 重 伝 達 能 力 を 表 す ば ね 定 数 の 具 体 的 な 値 に つ い て は不. 目地 を 省 略 した コ ン ク リ ー ト舗 装 の 一 種 で あ る.横. 明 で あ る.著. 地 が な い の で,乗. り心 地 の 改 善,維. い くつ か の 利 点 を 有 して い る.ま. 目. 細 な ひび割 れ で はせ ん 断伝 達. だ け で な く,曲 げ モ ー メ ン トの 伝 達 も あ る こ と を 初 め. 持 管理 の軽 減 な ど た,温. 者 ら は,微. ひび割れ の荷. 度 変化 に よる. て 明 らか に した6).そ. れ 以 降,曲. げ モ ー メ ン トの 伝 達. ひ び 割 れ 部 で の 変 位 が 小 さ く,レ フ レク シ ョン ク ラ ック. 効 果 は 広 く認 め られ た もの の7)β),ば. の 防 止 効 果 が 期 待 で き る こ と か ら,ア. い て の 明確 な 指 針 は 与 え られ て い な い の が 現 状 で あ る.. ス フ ァル ト表 層. を 持 つ コ ン ポ ジ ッ ト舗 装 の ベ ー ス と して の 利 用 も検 討. 本 研 究 の 目的 は,CRCPの. されて い る. CRCPの. ね 係数 の値 につ. 合 理 的な版 厚 設計 法 に必. 要 な力 学 モ デ ル を 確 立 す る た め に,CRCPの. 設 計 は,横. れ の 荷 重 伝 達 機 能 を 正 確 に 反 映 した パ ラ メ ー タ の 値 を. ひ び割れ を制 御す るため の鉄筋. 量 の 決 定 と,供 用 後 の 交 通 荷 重 に抵 抗 す る た め の 版 厚. 決 定 す る こ と に あ る.そ. の 決 定 と か ら成 る.こ. に お い て 載 荷 実 験 を 実 施 し,そ. て い な け れ ば,両. れ らの 理 論 的 な 背 景 が 確 立 さ れ. の た め に,CRCPの. 試 験舗 装. こ で 得 られ た 結 果 に 基. づ い て 横 ひ び 割 れ の パ ラ メ ー タ の 値 を 同 定 した.さ. 者 のバ ラ ンスの取 れ た 合理 的 な設計. を 行 な う こ とは で き な い.前. 横 ひび割. に,そ. 者 に つ い て は 佐 藤 ら1),2). ら. れ らの 値 と コ ン ク リ ー ト版 の 温 度 と の 関 係 に つ. い て 考 察 した .. の 研 究 が あ り,我 が 国 の コ ン ク リー ト標 準 示 方 書 舗 装 編3)に もそ の 考 え 方 が 踏 襲 され て い る.後 者 は,CRCP の 力 学 的 挙 動 の 正 確 な 予 測 が 必 要 で あ るが,CRCPが. 2.FEM解. 析. 横 ひび割 れ の存 在 に よ って不連 続 な構 造 とな るため 力 学 的 な 取 り扱 い は 難 し く,実 用 的 な 解 析 法 が 確 立 さ れ て い な い.こ. の よ う な こ とか ら,CRCPの. (1)FEM解. 版厚 設計 は. 弾 性 平 板 理 論 に 基 づ い たFEMに. か な り経 験 的 な 要 素 が 強 い.. ル を 図‑1に 示 す.コ. コ ン ク リ ー ト舗 装 に お い て は横 目地 や そ り変 形 を 考 慮 したFEMに. るWinkler基. よ るCRCPの. ン ク リー ト版 は4節. の 平 板 要 素 に 分 割 し,路 盤 は1次. よ って 構 造 解 析 を 行 う手 法 が 開 発 さ れ て. お り4),5),こ の 手 法 をCRCPの. 析 の定式 化. 礎 とす る.横. 点 の12自. モデ 由度. 元 の ばね モ デル で あ. ひ び 割 れ は,そ. の荷 重伝 達. 機 能 を 線 形 ば ね で モ デ ル 化 した ひ び 割 れ 要 素 に 置 き 換. 構 造 解 析 に も適 用 す る. ―73―.

(2) 図‑2ひ. び 割れ の荷重 伝達 モデル. は 平 板 の た わ み の 関 数 とな り,剛 性 方 程 式(1)が に な る.そ こで,式(1)を 法 を 採 用 した.す 式(2)の. 非線 形. 解 くた め にNewton‑Raphson. な わ ち,平 板 の た わ み を 計 算 した 後. 条 件 に 従 って 路 盤 の 剛 性 マ トリ ック スHを. 成 しな お す.そ の 後,改. 構. め て 平 板 の た わ み を計 算 し,式. (1)が 十 分 な 精 度 で 成 り立 つ ま で この よ う な 計 算 を 繰 り 返 す . 通 常3〜4回 図‑1CRCPのFEMに. よるモ デル化. (3)ひ え る.こ. で 収 束 して 解 が 得 られ る.. の よ う な モ デ ル 化 に 基 づ い た コ ン ク リー ト舗. び割 れ の荷 重伝達 モデル. CRCPの. 横 ひ び 割 れ に お け る荷 重 伝 達 は,図‑2に. す よ う に,せ. 装 の 剛 性 方 程 式 は 次 式 の よ う に な る5).. ん断. 曲 げ お よ び ね じ り の3種. 示. 類 の線 形. ばね で モ デ ル 化 され る6).. (1). す な わ ち,次 式 の よ う に 表 現 さ れ る .. (3). こ こ に, こ こ に,. K:コ. ン ク リー ト版 の 剛 性 マ ト リ ッ ク ス. J:目. 地 あ る い は ひ び 割 れ 部 の 剛 性 マ ト リ ッ クス. de:荷. fl,fu:載. 荷 側 お よ び非 載 荷 側 の 節 点 力 ベ ク トル. 重 お よ び 自重 に よ る節 点 変 位 ベ ク トル. dt:そ. り に よ る 節 点 変 位 ベ ク トル. fs:荷. 重 ベ ク トル. fu:自. 重 ベ ク トル. H:路. 盤 の 剛 性 マ トリ ック ス. dl,du:載. 荷 側 お よび非 載荷 側 の節 点変 位ベ ク トル. で あ る. κω,κt,κn:そ (2)路. 盤 との接 合条件. れ ぞ れ,せ. ン ク リ ー ト版 は変 位 に. CRCPの. 比 例 す る路 盤 反 力 を 受 け る.た. だ し,温 度 勾 配 に よ り. ン トの 伝 達 が あ るが,ね. コ ン ク リー ト版 が 路 盤 の 上 方 に そ り上 が り,路 盤 の 接 こで 以 下 の よ うな 路 盤 と の 接 合. 条 件 を 設 定 した.. じ りに. 微 細 な ひ び 割 れ に お い て は若 干 の 曲 げ モ ー メ. に. じ りの 効 果,す. と ん ど 無 視 で き る と され て い る6).し. な わ ち κnは ほ か しな が ら,そ. の 結 果 は ベ ン ケ ル マ ンベ ー ム試 験 の た わ み か ら導 き 出 され た もの で あ り,コ. (2) ここ. 曲 げ,ね. 対 す る単 位 長 さ た りの ば ね 定 数. Winkleri基 礎 に お い て は,コ. 合 条 件 が 変 化 す る.そ. ん断. ン ク リ ー ト版 内 の ひ ず み 分 布 に. 対 す る検 証 は な さ れ て い な い.そ は,κw,κtの. こで 本 研 究 に お い て. 値 に つ い て は そ の 結 果 を 尊 重 しつ つ,κn. も含 め て 新 た に 検 討 す る こ と と した. q:路 ω:た ω0:平 k:路. 盤 反力 わみ. (4)ひ. 板 と路 盤 と の 隙 間. び割れ モ デル の特性. ば ね 係 数 が ひ び 割 れ 部 に お け る 荷 重 伝 達 特 性 に及 ぼ. 盤k値. す 影 響 につ い て,FEMに. よ る数 値 計 算 に よ って 検 討 す. ω0は 温 度 勾 配 に よ る そ り変 形 に よ って 生 ず る部 分 的 な. る.後. 路 盤 と平 板 との 隙 間 を 考 慮 す るた め に 導 入 した.こ の よ. 表‑1に 示 す よ うな 入 力 デ ー タ を 用 い た.ま. た計算 に用. う な 路 盤 条 件 を 仮 定 した場 合,路 盤 の 剛 性 マ トリ ック ス. い た 要 素 分 割 を 図‑3に 示 す.20tf(196kN)の. 荷 重を ひび. ―74―. 述 す る舗 装 区 間 のCRCPを. 計 算 の 対 象 と して,.

(3) 表‑1計. 図‑3計. 算 に用 いた諸 数値. させ,荷. ね係 数 がσyに及 ぼ す影 響. 図‑5ば. ね係 数が σxに及 ぼす 影 響. 算 に用 い た要 素分 割. 割 れ 縁 部 に,300mm×300mmの と して 作 用 さ せ た.ば. 図‑4ば. 正方 形 等分 布碓. ね 係 数 の 値 を 表‑2の よ う に変 化. 重 直近 の ひび割 れ方 向お よ びその 直角 方 向の. 曲 げ 応 力(そ れ ぞ れ σy,σxと す る)を,載. 荷 側,非. 表‑2コ. ンク リー ト版 応力 に及ぼす ば ね係 数 の影 響. 載荷. 側 に つ い て 計 算 した.σyは 縦 ひ び 割 れ の 発 生 原 因 と な る の で,CRCPの. 設 計 上 の ク リテ ィカ ル な 応 力 と考 え. る こ とが で き る. %に. 対 して は κωが 最 も大 き な 影 響 を 及 ぼ す こ とが 明. らか と な った.そ. こで,κt,κnを パ ラ メ ー タ と して,%. とκωの 関 係 を 図‑4に 示 した .κωが 小 さ い と荷 重 の 伝 達. 著 で あ り,最 終 的 に は ひ び 割 れ の な い 場 合 に 近 い 応 力. が 十 分 に 行 わ れ な い た め,載. 値 に 収 束 して い く.σxが ひ び 割 れ 直 角 方 向 の 応 力 で あ. 荷 側 の 応 力 は 非 常 に大 き. い.κ ωが 大 き くな る に従 って,載 は ほ ぼ 等 し くな り,ひ. 荷 側 と非 載 荷 側 の σy. び割 れ の な い 場 合 の 応 力 に 収 束. して い く. κωの 値 が1×105MPa以. り,κtが ひ び 割 れ 直 角 方 向 の 曲 げ モ ー メ ン トの 伝 達 を つ か さ ど る こ とか ら,こ れ は 自然 な 結 果 と い え る.κ ω. 下 の範 囲に おいて. の 影 響 は 図 中 に 狭 い 帯 と な っ て 現 れ て お り,κ ωが 増 加. そ の 影 響 が 顕 著 で あ る . κtの影 響 は 図 の 中 で 狭 い 帯 と. す る と載 荷 側 の σxは減 少 し,非 載 荷 側 の そ れ は 増 加 し. な って 現 れ て お り,κtが 増 加 す る とσ9は そ の 帯 の 中 で. て い く傾 向 に あ る.ま た,κnの. 減 少 す る.ま た,κnが1×107kN/m以. あ って,そ. が 現 れ,そ. 上 に な る と影 響. の 値 が 増 加 す る と載 荷 側 のσyは減 少 し,非. 影響 は非常 にわず か で. の 値 を 変 化 させ て もσxの値 は ま った く変 化. しな か った.. 載 荷 側 の そ れ は 増 加 して い く. 以 上 の 結 果 を 表 一2に ま と め た.ま. σxに対 して は κtが最 も大 き な 影 響 を 及 ぼ し,κ ω,κn. た,κ ω≧1×108. の 影 響 は わ ず か で あ る こ と が わ か った.そ こで,κ ω,κn. MPa,κt〓1×10gkN/m,κ. を パ ラ メ ー タ と して,σxと κtの関 係 を 図‑5に 示 した.κt. 割 れ の な い 中 央 載 荷 の 応 力 値 と ほ と ん ど等 し くな る の. の 値 が1×105kN/m以. で,そ. 上の範 囲 にお いてそ の影響 が顕. ― 75―. π〓1×107kN/mで,ひ. れ ぞ れ の 上 限値 と考 え る こ とが で き る.. び.

(4) 図‑6荷. 重 と埋 め込 み ひず みゲ ー ジの位 置. こ の 区 間 は1995年11月. に施 工 さ れ,3か. の 載 荷 試 験 を 実 施 した 時 点 に お い て,横 生 して い た.ひ. ひび割 れ が発. び 割 れ ス ケ ー ル を 用 い た 目測 に よれ ば,. ひ び 割 れ の 開 き は0.05mmか た.試. 月 後 最初. ら0.1mmと. 微細 で あ っ. 験 区 間 に お け る コ ン ク リー トの 材 料 試 験 お よ び. 路 盤 に お け る 平 板 載 荷 試 験 を 実 施 し,解 析 に 必 要 な コ ン ク リー トの 弾 性 係 数. ボ ア ソ ン比,路. 盤K値. を 得 た.. そ の 結 果 は 表‑3に 示 す 通 りで あ る.. (2)載. 荷 実 験 の概要. 試 験 区 間 に お い て,比 較 的 気 温 の 低 い2月. 3.試. 月 上 旬 に か け て1回. 験 舗 装 に お け る載 荷 実 験. の 高 い4月. (1)試 CRCPの. 下 旬 か ら5月. 験 を 実 施 した.図‑6は. 験舗 装 の概 要 試験 舗 装 区間 は,山 陽 自動 車道 吹田 山 口線. の兵 庫 県三 木市 の約1.8kmの. 目 の 載 荷 試 験 を,そ. 上下 区間で あ る.そ の 一. 中旬 か ら3. れ よ り も気 温. 中 旬 に か け て2回. 目の載 荷 実. ひず み ゲ ー ジ の 位 置 と 荷 重 作 用. 位 置 を 示 して い る. 自然 な ひ び 割 れ を 発 生 さ せ る た め に,特. 別 な ひび割. 部 に載 荷 試験 お よび温 度応 力 測定 用 の ひず みゲ ー ジを. れ 誘 導 措 置 は と らな か っ た.し. 設 置 した試 験 区 間を設 けた.舗 装 断面 は裏‑3に 示す よ. ジを埋 め込 む 段 階 にお いて は ひび 割れ 発 生位 置 が 予測. うな2種 類 で あ る.上 りの 調査 区間 は版厚22cmで. で き な か った の で,ひ. あ. り,作 業 の 都合 上,登 坂 車線 に設定 され たた め版 幅 は 3mと 狭 い.下 りの調 査 区間 は版厚25cmで,走 に設 定 されて お り,版 幅は通 常の4.5mあ. 行 車線. る.以 降. こ. て お い た.ひ ト版 上 面,中 み 分 布,温. 所 に つ き,コ. 面 に 埋 め 込 み,断. ン ク リー. 面 方 向 の ひず. 度 分 布 を 計 測 で き る よ う に した.載. れ ら上 下 方 向の試験 区 間を それ ぞれA区 間お よびB区. 時 に は 試 験 区 間 に お い て も,CRCP特. 間 と呼ぶ こ とにす る.. 割 れ が 発 生 して い た.こ ―76―. ずみゲー. ず み ゲ ー ジを 広 い 範 囲 に設 置 し. ず み ゲ ー ジ は1個 央 面,下. た が って,ひ. 荷 試験. 有 の微細 な ひび. れ らの ひ び 割 れ の 発 生 状 況 も.

(5) 表‑4実. 験 時 の コ ン ク リー ト版 内 温 度(℃). 図 に 示 して あ るが,そ. の 発 生 位 置 は ひず み ゲ ー ジ を 埋. め 込 ん だ 場 所 に近 く,ひ び 割 れ 縁 部,隅 能 と な った.2回. 角部 載 荷 が可. の載荷 実験 時にお いて ひび割れ発 生状. 況 に 変 化 は な か っ た. 荷 重 作 用 位 置 は,A,B区 で1,以. 下 同 様),自. 間 と も,中 央 部(図 中 の 番 号. 由 縁 部(2),ひ. び ひ び 割 れ 隅 角 部(4)の4個 車(441kN級)を mmの. び 割 れ 縁 部(3)お. よ. 所 で あ る.載 荷 は レ ッカ ー. 反 力 と して,ジ ャッキ に よ って 直 径300. 円 形 載 荷 板 を 介 して 行 っ た.荷. 重 を1tf(9.8kN). き ざ み で 作 用 させ,各 荷 重段 階 に お け る ひず み 量 を 計 測 し,荷 重 直 下 の ひ ず み が10‑4に 1サ イ ク ル と した.同. 達 す る段 階 で 除 荷 して. 時 に 各 ひ ず み 計 の 温 度 も計 測 し,. 版 内 の 温 度 勾 配 を モ ニ タ ー した.各. 図‑7実. 載 荷 位 置 に お い て,. 験 に よ っ て 得 られ た荷 重 ,ひ ず み 曲 線(上:A区 央 部 載 荷,下:A区. 間,自. 間,中. 由縁 部 載 荷). 3サ イ ク ル 繰 り返 して 再 現 性 につ い て チ ェッ ク した. 載 荷 実 験 時 の コ ン ク リー ト版 平 均 温 度 お よ び 上 下 面 の 温 度 差 を 表‑4に 示 す.コ は,上. 面,中. 央 面,下. ン ク リー ト版 の 平 均 温 度 と. 面 の 温 度 の 平 均 で あ る.荷 重 作. 用 位 置 は,2回. と も正 確 に 同 一 で あ る.コ. の 平 均 温 度,温. 度 差 と もに,2回. 実 験 した 時 期 に よ って 比 較 した もの で あ る.先. 目よ り も. 高 い こ とが 分 か る.. 20tf(196kN)の. 値 に換 算 した . さ ら に,埋 め 込 み位 置 を. 考 慮 して 版 下 面 で の 値 に変 換 した 値 を 図 に 示 して い る . 中 央 部 載 荷 や 自 由 縁 部 載 荷 の 場 合1回 大 き な 差 は な い が.ひ (3)載. の結 果. か ら荷 重 と ひ ず み は 比 例 関 係 に あ る と考 え て よ い の で,. ン ク リー ト版. 目の 方 が1回. 図‑8は そ れ ぞ れ の 載 荷 位 置 に お け る 最 大 ひ ず み を,. 荷 実 験 の結 果. 部 載 荷 の 場 合 に は,2回. 載 荷 実 験 に よ って 得 られ た 荷 重 直 下 の 荷 重 ひず み 曲. 目 と2回. 目で は. び割 れ縁 部載 荷 や ひ び割れ 隅 角 目(初 夏)よ. の ひ ず み の 方 が 大 き い.こ. り1回. 目(初 春). れ は 明 らか に ひ び 割 れ の 影. 線 を 図‑7に 示 した . ほ ぼ 荷 重 と ひず み は 比 例 して お り,. 響 で あ って,2回. 荷 重 レベ ル が 弾 性 範 囲 内 で あ る こ と が わ か る.こ. 伝 達 能 力 が 低 い た め で あ ろ う.横 ひ び 割 れ の 荷 重 伝 達. に お い て は3サ る が,そ. の図. イ ク ル の 値 を そ の ま ま プ ロ ッ ト して あ. 能 力 は,主 る.1回. れ らの 結 果 は ほ ぼ 同 一 で あ り,実 験 の 再 現 性. 目よ り1回 目の 方 が ひ び 割 れ 部 の 荷 重. に ひ び 割 れ の 開 き依 存 す る と 考 え られ て い. 目 の実 験 時 の コ ン ク リー ト版 内 の 平 均 温 度 は 約. は 良 好 で あ る .荷 重 直 下 に お いて は,版 上 面 が 圧 縮,底. 6℃ か ら9℃,2回. 面 が 引 張 で,両. あ り,そ の 差 は10℃. 者 の ひ ず み 量 が 等 し くか つ 中 央 面 が ほ. 目の 版 内 温 度 は14℃. か ら23℃. で. 程 度 で あ っ た.実 験 は 施 工 後3か. ぼ ゼ ロ と い う 曲 げ 理 論 に 従 っ た 挙 動 が 見 られ た.た. だ. 月 を 過 ぎて か ら行 わ れ て お り,そ の 時 の 天 候 も良 好 で. し,一 部 の 結 果 に お い て は 下 の 図 に 示 す よ う に,中. 央. あ っ た こ とか ら,乾 燥 収 縮 ひ ず み の 影 響 は 少 な い と考. 面 が ほ ぼ ゼ ロで あ る に も 関 わ らず,版 量 に 差 が 現 れ る も の が あ った.結. 上 下 面 の ひず み. 果 の 整 理 に あ た って,. え られ る.そ. う で あ れ ば,ひ. な 温 度 差 に よ って 変 化 す る こ と が 予 想 さ れ る1).た. こ の よ う に 上 下 面 の ひ ず み 量 が 異 な った 場 合 に は,大. し,最 小 目盛 り0.05mmの. き い 方 の 値 を 採 用 した.設. 場 で の 目測 で は,1回. た た め で あ る.. 計 上,安. 全 側 に な る と考 え. び 割れ 幅 は主 に この よ う. こ と は で き な か った. ― 77―. だ. ひ び 割 れ ス ケ ー ル に よ る現. 目 と2回. 目の開 きの差 を確認す る.

(6) 図‑8実. 図‑9計. 験 時期 に よる ひず み の相違. 算 に用 いた要 素分 割. ず み との 誤差 を以 下の 式 に よ って評 価す る. 以 上 の 結 果 よ り,CRCPの. コ ン ク リー ト版 は 基 本 的. に,線. 形 弾 性 理 論 に 従 った 挙 動 を す る こ と が 確 認 さ れ. た.そ. の 一 方 で,横. (4). ひ び 割 れ の 存 在 に よ ってCRCPの. 力 学 的 挙 動 が 大 き く影 響 さ れ る こ と,ま. こ こ に,. た コ ンク リー. es:誤. ト版 の 平 均 温 度 に よ って も そ の 挙 動 が 異 な る こ とが 明. n:比. らか と な っ た.. εm.実 ξC:計. 4.実. 験 結果 のFEM解. 析. 較 す る計 測 点 の 数 測 ひず み 算 ひずみ. 図‑10に 示 した 中央 部 お よ び 自由 縁 部 載 荷 の 場 合,esの 値 は13.2で. (1)中. 差. FEMモ. 央 部 お よび 自由縁部 載荷. あ っ た.以. 上 よ り,ひ び 割 れ の な い 場 合,. デ ル による解析 は実用 上十 分な精 度 を持 ってい. る こ と が 確 認 さ れ た. FEM解. 析 の 有 効 性 を 検 証 す るた め に,ひ. び割れ の影. 響 の な い 中 央 部 お よ び 自由 縁 部 載 荷 に つ い てFEMに よ る計 算 を 行 った.計. の 値 を 用 い た 。 な お,路 盤K値 で 除 した 値 を 用 い た.計 示 す.載. (2)ひ. 算 に 使 用 した 入 力 デ ー タ は 表‑3. 載 荷 実 験 の 結 果 に 基 づ い て,横. に つ い て は,K30を2.2. ひ び 割 れ 部 の パ ラ メ ー タ の 値 を 同 定 す る た め に,そ 荷 位 置 や ひ ず み を 計 算 す る 節 点 は 実 験 に対 応. れ ら の す べ て の 組 み 合 わ せ につ い てFEM計. 5×103か. び 割 れ の 影 響 が な い こ とか ら,実 験 実 施 日,載. kN/mの. 間 の 区 別 を せ ず に一 括 して プ ロ ッ トして い. か ら 明 らか な よ う に,実. ら5×104MPaお. よ び5×104か. れぞれ. ら5×105. 範 囲 に あ る こ とが 見 出 さ れ て い る の で,そ. れ. らを 少 し広 げ た 範 囲 を 設 定 した.κnの 影 響 は わ ず か で. 測 値 と計 算 値 は 良 好 な. 対 応 を 見 せ て い る と い っ て よ い.実. 算 を 実行. した.κ ωとκtの値 は著 者 ら の研 究 に お い て,そ 図‑10は 実 測 ひず み と計 算 ひず み を 比 較 した もの で あ. る.図. れ. らの パ ラ メ ー タ 値 を 表‑5に 示 す よ う に変 化 さ せ て,こ. び 割 れ 隅 角 部 の 載 荷 位 置 も示 して い る.. 荷 位 置,区. ひび割 れ モ デル のパ. ラ メ ー タ で あ る ば ね 定 数 の 値 を 具 体 的 に 同 定 して い く.. 算 に 用 い た 要 素 分 割 を 図‑9に. させ て お り,図 に は 次 項 で 扱 う ひ び 割 れ 縁 部 お よ び ひ. る.ひ. び割れ 縁部 お よび 隅角部. あ る こ と され て い る が,そ. 測 ひず み と計 算 ひ. の 確 認 の た め に か な り広 い. ―78―. 範 囲 の 値 を 設 定 した . そ れ ぞ れ の 計 算 結 果 に 式(4)を. 適.

(7) 図‑10中. 図‑11ひ. 央 お よび 自由縁 部 載荷 にお け る実 測 値 と計算 値 の 比較. 表‑5ひ. び 割れ 部 のば ね係数 の 設定. 用 して 誤 差 を 求 め,そ. の 値が 最小 にな るパ ラメー タ値. を 同 定 結 果 と した . ま た,中 es=13.2を,同. び 割れ縁 部 載荷 に お ける実測 値 と計算 値 の比 較. 央 部 お よ び 自由 縁 部 で の. 定 され たパ ラメ ータ値 の 信頼 性 を 測 る. 基 準 と した. 表‑6に. 同定 結 果 と して,esが. 最 小 とな る パ ラ メ ー タ. 値 の 組 み 合 わ せ を ま とめ た .A,Bの. 図‑12ば. 両 区 間 に お い て,. ね係 数 に及 ぼす コ ンク リー ト版 温 度 の影響. ひ び 割 れ 縁 部 載 荷 の 場 合 に はesは 小 さ く 同定 の 結 果 は 良 好 で あ った が,偶. 角 部 載 荷 で はesの 値 は ほ とん どが. い て コ ン ク リー ト版 平 均 温 度 と ひ び 割 れ 縁 部 載 荷 か ら. 基 準 値 を 上 回 っ て お り,ま た 同 定 結 果 も広 い 範 囲 に わ. 同定 され た κω,κtの関 係 を み る.B区. た って い る.隅 角 部 載 荷 に お け るesが 大 き い 原 因 は不. コ ン ク リー ト版 平 均 温 度 が 高 い ほ ど,κ ω,κtの 値 は 大. 明 で あ る が,設. き くな る.図‑4の. 計 上 ク リテ ィ カ ル に な る の は ひ び 割 れ. 間 の κtを除 い て,. 結 果 か ら考 え て,κtの 変 動 は 設 計 上. 縁 部 載 荷 で あ る こ と か ら,以 降 ひ び 割 れ 縁 部 の 結 果 に. ク リテ ィ カ ル な ひ び 割 れ 方 向 の 応 力,σYに. 基 づ い て 議 論 して い く.κ ωの 値 は 先 の 研 究 で 提 案 され. 影 響 は及 ぼ さ な い が,κ ωの 変 動 は49kN輪. て い る値 を 含 む 範 囲 に 同 定 され て い る が,κtは 全 般 に. σyを0.25MPa程. か な り高 い値 と な った.κ πの 値 は広 い範 囲 で 同 定 さ れ. 響 度 はκωの 方 が 大 き い と い え る.. て い るが,こ. 度 変 化 さ せ る た め,設. さ ほ どの 荷 重 によ る. 計 に お け る影. れ は そ の 影 響 が か な り小 さ い た め で あ る.. ひ び 割 れ 縁 部 につ い て,同 定 さ れ た 値 を 採 用 した 場 合 の 計 算 値 と 実 測 値 の 比 較 を 行 っ た結 果 を 図‑11に 計 算 を 行 う際. あ り,. 化 し,そ のパ ラ メ ー タ を 試 験 舗 装 に お サ る載 荷 実 験 結. 目の載 荷 実験 か ら同定 され た値 には大 れ は コ ン ク リ ー ト版 平 均 温. 度 の 影 響 で は な い か と予 想 さ れ る .そ こで,図‑12に. 横 ひ び 割 れ に お け る荷 重 伝 達 機 構 を モ デ ル. 果 か ら 同定 した.本. 計 算 値 と実 測 値 の 対 応 は 良 好 で あ る こ とが 分 か る.. き な 差 が 認 め られ る が,こ. とめ. CRCPの. 同 定 され た 値 が 範 囲 を 持 つ 場 合 に は そ. の 下 限 値 を 採 用 した.こ の 場 合 の 誤 差esは12.9で. 1回 目 と2回. 5.ま. 示 す.. お ― 79―. 研 究 に よ って 得 られ た 成 果 を ま と. め る と以 下 の よ う に な る. 1)ひ び 割 れ モ デ ル の ば ね 係 数 が コ ン ク リー ト版 の 応 力 に影 響 を 及 ぼ す 範 囲 は,κ ωで1×105MPa以. 下,.

(8) 表‑6ひ. び割れ 部 のば ね係 数 の同 定結果. κ君は1×105〜1×109kN/m,κnは1×107kN/m. ment of new design method for control of cracking in continuously reinforced concrete pavement, Proc. of 4th Int. Conf. on Concrete Pavement Design and Rehabilitation, pp.431-443 1989.. 以 上 で あ る. 2)コ. ン ク リー ト版 内 の 平 均 温 度 が 高 い ほ ど,ひ. び割. れ 縁 部 に お け る 実 測 ひず み は 小 さ い. 3)ひ. て は,実 測 値 とFEMに. よ る 計 算 値 は よ く一 致 し,. ロ キ ウ ム 論 文 集, PP.61‑70, 3) 土 木 学 会: 4). 験 結 果 か ら同 定 さ れ た ばね 係 数 の 値 は,κ ωに つ. 5). 来 か らい わ れ て い る. 謝 辞:載. PP.185‑193,. 西 澤 辰 男 ・蛭 川 明 ・福 田正: FEM解 532号/V‑30,. の 温 度 に よる 係 数 値 の 変 化. 荷 重 に よ る ひ び 割 れ 縁 部 応 力 に0.25. 荷 実 験 を行 う に あ た り,日 本 道 路 公 団 大 阪. 建 設 局 神 戸 工 事 事 務 所 長 田 中裕 治 氏,舗. 装 工 事長 仲 道. 義 馬 氏 を は じめ と す る 関 係 各 位 の 多 大 な 協 力 を 頂 い た. こ こ に 記 して 感 謝 の 意 を 表 す る.. PP.89‑96,. 参考文献 1) Sato, R., Hachiya, Y. and Kawakami, A.: DevelopTRANSFER. NISHIZAWA,. 析 に基づ くコ ンク. Shigeru. CRACKS. CONCRETE SHIMENO,. 1996.. (1996.10.14受. AT TRANSVERSE. REINFORCED Tatsuo. 第. 6) Nishizawa, T., Matsuno, S. and Fukuda, T.: A mechanical model for the rational design of CRCP, Proc. of 3rd Int. Conf. on Concrete Pavement Design and Rehabilitation, 1985. 7) Jackson, P.A.: Continuously reinforced concrete pavement: A literature review, Contractor Report 127, Transport and Road Research Laboratory, 1988. 8) Marchionna, A. and Molinaro, E.: Use of the FWD evaluation of rigid pavements, Proc. of 3rd Workshop of Theoretical Design of Concrete Pavements, 1994.. 度 の 差 を も た らす.. LOAD. 土 木 学 会 論 文 集,. 1987.. リー ト舗 装 版 横 目地 の そ り応 力 式, 土 木 学 会 論 文 集, 第. 5)κ ωの 値 は コ ン ク リー ト版 の 平 均 温 度 が 高 くな る に. は,49kN輪. 1996.. 西 澤 辰 男 ・福 田 正 ・松 野 三 朗: コ ン ク リー ト舗 装 版 の 横 378号/V‑6,. よ うに,κ πの 影 響 は 小 さ い ・. MPa程. 1990.. コ ン ク リ ー ト標 準 示 方 書 舗 装 編,. 目地 に お け る 力 学 的 挙 動 の 解 析,. い て は 従 来 と 同 程 度,κtに つ い て は 従 来 の 値 よ り. 従 っ て 大 き くな る.こ. コ ン ク リー. ト構 造 物 の 体 積 変 化 に よ る ひ び 割 れ 幅 制 御 に 関 す る コ. デ ル の 妥 当 性 が 検 証 され た.. も か な り高 い 値 と な った.従. 阿 部 洋 一・川 上 淳 仁 ・亀 田昭 一 ・佐 藤 良 一: 連 続 鉄 筋 コ ン ク リ ー ト舗 装 の ひ び 割 れ に 関 す る研 究,. び割 れの 影 響 の小 さ い中央部 や 自由縁 部 にお い. FEMモ 4)実. 2). Akinori. IN CONTINUOUSLY. PAVEMENT KOMATSUBARA. and Masashi. KOYANAGAWA. In the structural design of continuously reinforced concrete pavement (CRCP), load transfer across transverse cracks should be properly taken into account. Plate FEM based on the elastic plate theory can be a good tool for stress analysis of concrete pavement slab with cracks and joints . Though load transfer at crack could be modeled by three elastic springs, coefficients of the springs have never been exactly specified. In this study, the coefficients were identified from the results of loading experiments conducted on test pavements. It was found that the coefficients depend on the average temperature in the concrete slab.. ― 80―. 付).

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参照

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