Title
3084 拘束条件を考慮した爆裂評価に関する実験的および解
析的研究 : その1 実験結果(鉄筋コンクリート系構造・材料
(1),防火,2012年度大会(東海)学術講演会・建築デザイン発表
会)( 本文(Fulltext) )
Author(s)
谷辺, 徹; 鎌田, 亮太; 小澤, 満津雄; 六郷, 恵哲
Citation
[学術講演梗概集] vol.[2012] p.[195]-[196]
Issue Date
2012-09-12
Rights
The Architectural Institute of Japan (一般社団法人日本建築学
会)
Version
出版社版 (publisher version) postprint
URL
http://hdl.handle.net/20.500.12099/53057
Experimental and analytical study on explosive spalling under restrained condition – Part1. Experimental result
TANIBE Toru, KAMATA Ryouta OZAWA Mitsuo, ROKUGO Keitetsu
タイプ 1 2 3 2段リング 5段リング 供試体温度 拘束リングひずみ 鋼材25mm位置 外径変化量 鋼材25mm位置 爆裂深さ 鋼材10，20，30mm位置 鋼材20，30mm位置 加熱面 拘束条件 全拘束 無拘束 コンクリート10，20，30，40mm位置 15 284 284 284 10 10 15 50 8 100 8 50 50 ひずみゲージ 熱電対 変位計 (a)供試体タイプ1 （全拘束2段） (b)供試体タイプ2 （全拘束5段） (c)供試体タイプ3 （無拘束） 拘束リング コンクリート 拘束条件を考慮した爆裂評価に関する実験的および解析的研究 －その 1 実験結果 正会員 同 ○谷辺 徹*1 鎌田 亮太*1 同 小澤 満津雄*2 同 六郷 恵哲*2 コンクリート 爆裂 熱応力 拘束 RABT 加熱曲線 熱応力解析 1 はじめに 火災時におけるコンクリートの爆裂発生原因に関して は，コンクリート中の水分により生じる水蒸気圧と熱膨 張の拘束や温度分布に起因する熱応力が影響していると 報告されている1)が，熱応力測定結果から爆裂を評価した 例は少ない。 これまで，筆者らは拘束リングを用いて熱応力を測定 するコンクリートの爆裂評価方法を提案した。その結果， 実験的に熱応力と爆裂の関係を評価できる可能性を見出 すことができた2),3）。 そこで，本報告では，拘束条件の異なるコンクリート における加熱時の爆裂現象の差を検証することとした。 2 実験概要 2.1 供試体 図-１に供試体の仕様を示す。異なる分割数の拘束リン グに水セメント比 0.3 の高強度コンクリート（Fc：80MPa 程度）を充填した 2 タイプの拘束供試体（2 段リングおよ び 5 段リング）と拘束リングを用いないコンクリート単 体の無拘束タイプの計 3 水準とした。 2.2 加熱条件 加熱条件は，急速加熱条件での性状を評価するため， トンネル構造物の耐火性評価に適用されている RABT 加 熱曲線（5 分間で 1200℃まで昇温-30 分保持）を採用した。 2.2 測定項目 測定項目は表 1 に示す内容とし，詳細を以下に示す。 （1）供試体温度 供試体の各部温度は，K 型熱電対をコンクリート内部 に設置して計測した。なお，測定位置は加熱面から 10， 20，30，40mm 位置とした。 （2）拘束応力（熱応力） コンクリートの熱応力を算出するため，拘束リングに ひずみゲージを設置し，拘束リングのひずみを測定した。 測定位置は供試体タイプ 1 においては，加熱面から 25mm 位置，供試体タイプ 2 および 3 においては，加熱面から 10，20，30mm 位置にそれぞれ設置した。 （3）外径変化量（⊿Ｒ） 加熱試験中の供試体の外形寸法の変化を測定するため， 供試体水平変位を変位計（感度:1000μ／mm）にて測定し た。測定位置は供試体タイプ 1 においては，加熱面から 25mm 位置，供試体タイプ 2 および 3 においては，加熱面 から 20，30mm 位置の拘束リングにそれぞれ設置した。 （4）爆裂深さ 加熱冷却後に爆裂深さを厚みゲージにて 20mm ピッチ で測定した。 表-1 測定項目 図－1 供試体概要図 日本建築学会大会学術講演梗概集 （東海） 2012 年 9 月
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Architectural Institute of Japan
*1 太平洋マテリアル(株) 開発研究所 *2 岐阜大学 工学部 社会基盤工学科
*1 Research & Development Laboratory, Taiheiyo Materials Corporation *2 Gifu University, Department of Civil Engineering
0 50 100 150 200 250 300 0 1 2 3 4 5 6 加熱時間(min) 温度 上昇量⊿ T( ℃) 10mm 20mm 30mm 40mm (a)供試体タイプ1 (b)供試体タイプ2 (c)供試体タイプ3 測定不能 0 50 100 150 200 250 300 0 1 2 3 4 5 6 加熱時間(min) 温度上昇量⊿ T( ℃ ) 10mm 20mm 30mm 40mm 0 50 100 150 200 250 300 0 1 2 3 4 5 6 加熱時間(min) 温度上昇量 ⊿T( ℃) 10mm 20mm 30mm 40mm 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 1 2 3 4 5 6 加熱時間(min) ⊿ R(m m ) タイプ1-25mm タイプ2-20mm タイプ2-30mm タイプ3-20mm タイプ3-30mm -1 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4 5 6 加熱時間(min) 拘束 応力 (M P a ) タイプ1-25mm タイプ2-10mm タイプ2-20mm タイプ2-30mm 拘束 リ ン グ の差 3.3MPa 1.4MPa 0 60 120 180 240 300 0 60 120 180 240 300 (a)供試体タイプ1 (b)供試体タイプ2 (c)試験体タイプ3 0 60 120 180 240 300 0 60 120 180 240 300 0 60 120 180 240 300 0 60 120 180 240 300 爆裂深さ （mm） -5-0 -10--5 -15--10 -20--15 -25--20 -30--25 -35--30 -40--35 -45--40 -50--45 -55--50 -60--55 -65--60 3 試験結果 3.1 爆裂現象観察 加熱時の供試体爆裂現象を目視にて観察した結果，供 試体タイプ 1～3 ともに，加熱開始後 4，5 分程度から爆 裂が開始した。そこで本報では，加熱開始後 5 分までの 現象を議論することとした。 3.2 コンクリート温度上昇量および爆裂規模 各供試体のコンクリートにおける初期温度に対する温 度上昇量を図-2 に示す。深さ 10mm 位置において，タイ プ 1 は爆裂の影響により，加熱開始後 5 分時で測定不能 となったが，深さ方向ごとの温度上昇量は各供試体にお いて概ね同様の推移を示した。しかし，図-3 に示す爆裂 深さ測定結果ならびに爆裂後の加熱面写真より，拘束条 件により爆裂性状に差が生じており，供試体タイプ 1 に おいて，最も爆裂が深く，最大深さは 61mm であった。 3.3 外径変化量（⊿Ｒ） 供試体の外径変化量測定結果を図-4 に示す。これより， 無拘束である供試体タイプ 3 と比較して，拘束リングに て拘束してある供試体タイプ 1 および 2 の水平方向の外 径変化量は 0.3mm 程度低い値を示した。これより，タイ プ 1 および 2 はコンクリートの熱膨張を拘束リングが拘 束し，コンクリートに拘束応力（熱応力）が生じている ことが確認された。 3.4 拘束応力（熱応力） 供試体タイプ 1 および 2 の拘束応力算出結果を図-5 に 示す。なお，拘束応力は式（1）を用いて算出した。これ より，供試体タイプ 1 の 25mm 位置で 3MPa の拘束応力が 発生しているのに対し，タイプ 2 においては，より加熱 面に近い 20mm で 1.5MPa の拘束応力となり，タイプ 1 の 方が，高い拘束応力が確認され，爆裂規模と同様の傾向 を示した。 σrestrain ＝ εt × t × E ／ R ・・・式（1） 4 まとめ 拘束条件の異なるコンクリートの加熱試験を実施した 結果，拘束条件により爆裂規模が大きく異なることが確 認された。また，拘束リングを用いた 2 タイプの供試体 において 2 段の方が高い拘束応力を示し，爆裂規模と同 様の傾向を示した。次報にて解析的検討結果を報告する。 謝辞 本研究は，平成 23 年度前田記念工学振興財団の補助を 受けた。ここに謝意を表する。 参考文献 1) 森田武：コンクリートの爆裂とその防止対策，コンク リート工学，vol.45，No.9，pp.87-91，2007.9 2) 鎌田ら：熱応力測定によるコンクリート爆裂メカニズ ムに関する研究 その 1 熱応力を考慮した爆裂評価方 法の検討，日本建築学会大会学術講演梗概集 A-2， pp.1-2，2011.8 3) 谷辺ら：熱応力測定によるコンクリート爆裂メカニズ ムに関する研究 その 1 熱応力を考慮した爆裂評価結 果，日本建築学会大会学術講演梗概集 A-2，pp.3-4， 2011.8 σrestrain：拘束応力，εt：リングひずみ t：リング肉厚，E：リング材ヤング係数，R：リング内半径 図－2 コンクリート温度上昇量 図-4 供試体外径変化量 図-5 拘束応力算出結果 図-3 爆裂深さ分布
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