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ホームコンクリート工学計算ツールとしての収縮ひび割れ制御法の開発
SDGsの分類
研究テーマ
建築
学科の分類
工学部建築学科

コンクリート工学計算ツールとしての収縮ひび割れ制御法の開発

工学部

建築学科

建築材料研究室

中村成春 准教授

コンクリート収縮ひび割れコンクリート工学計算ツール

近年の日本建築学会等の建築工事標準仕様書や関連指針では,仕様設計の規定とともに,性能設計の対応が明示されるようになったが,初・中級技術者は,コンピュータプログラム言語等に精通しているとは言い難く,結果的に,各種工学モデルの計算が必要な性能設計の対応が難しい。そこで,コンクリート工学計算ツールとして,表計算ソフトによるマクロ機能を使わないで初歩的な組込み関数によるセルのみの計算に従った計算の見える化に関した計算ツールを構築した。本件は,その一例として,コンクリートの収縮・膨張の体積変化やクリープの変形と,それら変形が拘束されて作用する応力やひび割れ発生やひび割れ幅等を解く手法の計算ツールを開発したものである。

★ひび割れ制御法の概要

建築材料自体の収縮または膨張の体積変化と,建築材料が設置されたときの拘束状態の釣り合いを考える。

★有害なひび割れを発生させないための制御法

構造材料としてのコンクリートを主体に,コンクリートの耐久性や耐用性を劣化させる有害ひび割れを発生させないよう制御するための,表計算ソフトExcelでの計算シート群を開発。

  ↓

Excel計算シート群は,便利・簡単をコンセプトにして,「Convenient and Easy Concrete Engineering Calculation Tool (便利で簡単なコンクリート工学計算ツール)」を略して,造語「Convy;コンビイ」と名付けている。

収縮ひび割れの事例

■コンビイで取り扱ったひび割れ関連の各種コンクリート工学モデル

★ コンビイでの物性の計算シート群

  1. 積算温度,材齢換算の積算温度,相当材齢,有効材齢の計算
  2. 未反応核モデルによる水和反応率(水和度)の計算
  3. ポルトランドセメントの化学成分に対する鉱物組成の計算
  4. 任意材齢の相組成容積, 圧縮強度, 引張強度, ヤング係数の計算

★ コンビイでの変形の計算シート群

  1. 収縮ひずみとクリープひずみとクリープ係数の計算
  2. 変動クリープでのクリープ変形の計算
  3. step by step法での拘束収縮応力とひび割れ発生確率の計算
  4. クリープ変形とリラクセーション(=応力緩和)の関係の計算
  5. 膨張材を考慮したstep by step法での拘束収縮応力の計算
  6. 修正ベース・マレー法による収縮ひび割れ幅の計算
  7. 大野法による収縮ひび割れ幅の計算
収縮ひび割れの概要
step by step法での拘束収縮応力とひび割れ発生確率の計算シート
step by step法での拘束収縮応力とひび割れ発生確率の計算結果
修正ベース・マレー法によるひび割れ幅の計算シート

論文

「講座 表計算ソフトで解いて学ぶコンクリート工学の基礎 ①コンクリートの熟成度合い ②コンクリートの各種物性発現 ③コンクリートの乾燥収縮における水分移動解析と収縮応力解析」(2012)中村成春『コンクリート工学』50(10)(11)(12)p.933-939, 1042-1048, 1123-1131.

「表計算ソフトで解いて学ぶコンクリートの耐久性」(2016)中村成春『コンクリート診断士研修テキスト’16』p.113-122.

「生コンクリートのポンプ圧送時の圧力脈動に対するすべり流動に基づく動的1次元粘弾塑性解析法に関する研究」(2019)中村成春『日本建築学会近畿支部研究報告集 構造系』59p.1-4.

研究者INFO: 工学部 建築学科 建築材料研究室 中村成春 准教授

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熱流体機械を対象として数値流体力学(CFD)による最適化フレームワークを適用します。設計パラメータの最適な組み合わせを迅速に見つけ出す手法を提案します。手法の検証には3Dプリンタを用いて熱流体機械を製作し、性能試験、各種物理量の計測や流れの可視化を行い、現象や勘所を平易に解説します。

高山 成

潜在有効発汗量を使った東京オリンピックマラソン競技における熱中症リスクの評価

一般的に熱中症危険度の指標として湿球黒球温度(WBGT)が使用されています.WBGTは携帯型の機器ですぐに測定できる簡便さがある一方,経験的な指標(めやす)で物理的な根拠に乏しいという欠点がありました.今回学生たちの実験を基に考案されたPESは,ヒトの熱の出入りの数理的な計算(人体熱収支モデル)が基になっており,脱水による体重減少率という定量的な指標で熱中症リスクを評価できます.さらに評価方法も,①気象台のデータから計算 ②WBGT計のような装置で現場で測定 ③WBGT値から推定 と3パターンのバリエーションで使え,物理的な根拠の明確さと実用性を兼ね備えたものになっている点が新しい手法です.

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