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さいぞうこやぎ
5 years ago
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1 コンクリート構造物の設計の基本と最近の話題テキスト : 設計編 1 章コンクリート構造物の設計と性能照査 2011 年 8 月 2 日大阪工業大学井上晋構造物の設計とは? p.1 対象構造物の用途や機能から定められる要求性能とそのレベルを, 施工中および設計耐用期間のすべてを通じて満たすことができるように, その構造形式, 部材, 断面, 配筋等の諸元を定める行為対象は耐荷力のみにとどまらない設計を含む作業の流れ p.1 わが国のコンクリート構造の設計法情報情報情報計画設計施工維持管理土木学会コンクリート標準示方書 1 許容応力度設計法再検討再検討上流側の情報は必ず下流側へ下流側の条件により上流側の設定の変更が必要となる場合はその前段階へ戻って再検討 2 限界状態設計法 3 性能照査型設計法照査の手法は限界状態設計法がベース 1

2 許容応力度設計法 K σ i σ a= i1 σ* γ i : 設計荷重による応力度 a : 材料の許容応力度 * : 材料の設計基準強度 : 材料安全率特徴簡便実用的ひび割れ幅間接的制御線形挙動仮定破壊安全度不明確設計施工の不確実性を一つの安全率 γ で処理不合理限界状態設計法 1 複数の部分安全係数技術の進歩を随時取り込み可能 2 安全性使用性一つの設計体系で取扱い可能 3 終局使用疲労限界複数観点から総合的照査 4 対象構造物の着目点が明瞭構造物を管理しやすい性能照査型設計法背景安全性, 耐久性, 環境調和要求の多様化, 高水準化 [ 重要課題 ] 性能の設定照査目的 1 所要性能を明確にする 2 新しい材料, 構造, 解析法, 工法の開発導入を促進する 3 性能を確保し, コスト縮減を図る設計の合理化設計方法の比較目標性能達成方法使用材料計算方法性能確認特徴仕様規定型概念的 ( 明示なし ) 明示された仕様に従う間接的 ( 仕様満足 ) 手順は比較的簡便設計自由度は小さい性能照査型明確化 ( 明示する ) 自由選択, 性能適合とみなせる仕様 ( みなし仕様 ) による直接的 ( 性能照査 ) 新知見技術の反映個別条件へ対応容易自由に最適設計追求 2

3 性能照査型設計法と限界状態設計法の関係設計の要件 p.2 限界状態設計法性能照査に有効 1 限界状態照査として直接的に性能照査所要性能に応じた最適な設計を行い易い 2 各設計過程の不確実性を部分安全係数で考慮固有条件に細かく対応し易い最新知見を随時反映し易い構造物の目的用途建設段階から全供用期間要求される性能を要求されるレベルで満足する最適の方策を策定設計の目的目的は, 対象構造物が所要の性能を有するように諸元を定めること具体的には? p.2 1 構造上要求される空間と機能を有すること 2 建設期間中および供用中にわたって想定されるすべての作用に対して安全であり, かつ, その使用性が確保されること 3 施工性が確保され, 建設費維持補修費を含めたライフサイクルコストが低廉であることバランス整合性要求性能耐久性構造物中の材料の劣化により生じる性能の経時的な低下に対して構造物が有する抵抗性一般には, 設計耐用期間中に, 環境作用による構造物中の各種材料劣化により不具合が生じないことを耐久性の要求性能として設定この前提条件のもとでその他の要求性能に関する照査を行う安全性 pp.2~3 想定されるすべての作用のもとで, 構造物が使用者や周辺の人の生命や財産を脅かさないための性能構造体としての安全性, 機能上の安全性の両者について設定 3

4 pp.2~3 pp.2~3 要求性能 ( 続き ) 要求性能 ( 続き ) 使用性環境および景観想定される作用のもとで, 構造物の使用者や周辺の人が快適に構造物を使用するための性能, および構造物に要求される諸機能に対する性能使用上の快適性 : 乗り心地, 外観, 振動, 騒音など諸機能 : 水密性, 防音性などの物質遮蔽性透過性復旧性地震等の偶発荷重によって低下した構造物の性能を回復させ, 継続的な使用を可能にする性能示方書では修復性に対する力学的な要求性能のみを設定構造物の建設が景観を含む周辺環境のみならず, 地球環境に及ぼす影響を考慮安全性, 使用性, 復旧性と同様のレベルでの照査は現時点では困難要求性能として規定する場合は, 適切な照査行為を実施できるかどうかを検討の上, 要求性能として設定設計の流れ構造物の用途機能構造物の計画 ( 予備設計 ) 要求性能の設定構造計画設計計画書 ( 構造形式, 使用材料, 主要寸法, 施工方法等 ) No 構造物の設計 ( 詳細設計 ) 構造詳細の設定構造詳細 ( 断面形状, 材料, 配筋等 ) 構造物の性能照査 pp.3~4 Yes 設計図書等 ( 構造, 材料, 施工方法, 維持管理計画等 ) 構造物の施工, 維持管理構造物の計画要求性能の設定構造物の用途機能を保証するために要求される性能を設定する構造計画要求性能を最も合理的に満足できるように, 構造形式, 主要寸法, 使用材料などを設定する施工方法, 維持管理手法, 環境および景観に与える影響, 経済性を総合的に評価設計計画書 pp.3~4 決定された最終案を設計計画書としてまとめ, 次の段階へ引き渡す 4

5 構造物の設計構造詳細の設定計画段階で決定された構造形式に基づき, 部材断面の形状, 寸法, 配筋, 使用材料等を設定する構造物の性能照査適切な解析モデルを作成した上で構造解析を行い, 応答値を算定する所定の設計基準に従って要求性能に対応する限界値を設定する要求性能の照査を実施し, 最適な断面形状を決定するとともに, 構造細目が守られているかを照査する設計図書等 p.4 決定された最終案を設計図書としてとりまとめ, 次の段階 ( 施工, 維持管理 ) へ引き渡す p.4 構造物の設計における留意点構造解析に際しては, 解析理論とモデルの妥当性を吟味するまた, 施工法を事前に十分吟味する断面形状の決定に際しては, 経済性, 耐久性, 施工性, 維持管理の容易さに加え, 環境に配慮した材料や施工方法, 解体再利用しやすい材料構造形式等を考える構造物と周辺環境との調和に配慮する構造細目は重要な意味 ( 照査の前提条件, 照査できない仕様規定の2つ ) を持っており, その趣旨を十分理解するコンクリート構造物の性能照査性能照査の原則 p.6 1 要求性能に応じた限界状態を施工中および設計耐用期間中の構造物あるいは構成部材ごとに設定し, それらが限界状態に至らないことを確認する 2 限界状態は, 一般に耐久性, 安全性, 使用性および耐震性に対して設定する耐震性は構造物の地震時の安全性と地震後の使用性や復旧性を総合的に考慮して限界状態を設定する 3 構造物の性能照査は, コンクリート標準示方書 8 章耐久性に関する照査および 12 章初期ひび割れに対する照査を満足する場合には, 構造物の性能に及ぼす環境による経時変化の影響を無視してよい 4 構造物の性能照査は適切な照査指標を定め, その限界値と応答値との比較により行うことを原則とするコンクリート構造物の性能照査要求性能に対する限界状態, 照査指標および荷重の関係の例要求性能安全性使用性限界状態断面破壊疲労破壊変位変形メカニズム外観振動車両走行の快適性等水密性変状 ( 機能維持 ) 照査指標力応力度力変形基礎構造による変形ひび割れ幅, 応力度騒音振動レベル変位変形構造体の透水量ひび割れ幅力変形等 p.6~7 考慮する設計荷重全ての荷重 ( 最大値 ) 繰返し荷重全ての荷重 ( 最大値 ) 偶発荷重一般的な使用状態における荷重変動荷重, 環境作用等 5

6 コンクリート構造物の性能照査性能照査の方法照査式 γ i S d /R d 1.0 S d : 設計応答値,R d : 設計限界値, γ : i 構造物係数 p.7 コンクリート構造物の性能照査性能照査と安全係数 ( 線形解析の例 ) コンクリート構造物中でのが本来有して施工コンクリート施工構造物の性照査いる性能 ( 標準の性能の設計能の設計値養生供試体 ) 値製造材料の特性値設計基準強度割増し係数配合強度 ( 期待値 ) 図性能照査 ( 線形解析 ) の流れと安全係数 1) 荷重作用による応答の程度条件の設定荷重作用の種類規模設計断面照査設計設計強度設計断面力耐力荷重 γ m γ b γ i γ a γ f 材料係数部材係数構造物係数 p.8 構造解析係数荷重の特性値荷重係数コンクリート構造物の性能照査断面破壊の限界状態に対する検討手順 ( 線形解析の例 ) 耐力材料強度の特性値材料係数 m 荷重係数 f 材料の設計強度 f d =f k / m 設計荷重 F d = f F k 断面耐力 R(f d ) f k p.9 断面力荷重の特性値断面力 S(F d ) F k 最近の話題 ( コンクリートの収縮について ) 部材係数 b 構造解析係数 a 設計断面耐力 R d =R(f d )/ b 設計断面力 S d = a S(F d ) 照査 i S d /R d 1.0 : i 構造物係数 6

7 収縮ひび割れ収縮ひずみの現状近年, 供用後間もないコンクリート橋に多数のひび割れが発生しているのが確認されている原因の一つとしてコンクリートの過度の収縮が挙げられているひび割れ骨材事情の変化従来に比べて著しく大きな値を示す事例が多い JIS 試験法に基づく収縮ひずみ 1000μ を超える場合もある地域よって, 半数以上が 800μ を超える頻度乾燥収縮ひずみ (μ) 収縮ひずみの測定例平均 729μ N=123 コンクリート標準示方書の記述原則論 ( 示方書の本文 ) コンクリートの収縮ひずみは, 使用するコンクリートの収縮ひずみの試験値や既往の資料, 実績に基づくことを原則原則論に基づけない場合データが設計時に入手できない場合, 構造物の照査に用いる収縮ひずみは, 示方書の予測式によって算定した値の1.5 倍を特性値として使用 1.5 倍の設定根拠 1 2 JISA1129 試験では収縮ひずみ 1000μ を超えるコンクリートはほとんどない ( 前出図 ) 材齢 7 日以前の自己収縮と材齢 6 ヶ月以降の収縮ひずみ 200μ を見込んで, 収縮ひずみの最終値として 1200μ 程度を想定 3 現示方書式の最大値 800μ と,1200μ の比をとり,1.5 倍として設定 7

8 初期ひび割れの照査収縮に伴うひび割れの照査初期ひび割れが, 構造物の所要の性能に影響しないことを照査乾燥収縮等のコンクリートの収縮に伴うひび割れが, 構造物の所要の性能に影響しないことを確認沈下ひび割れ, プラスティック収縮ひび割れについては一般に照査を省略可乾燥収縮によるひび割れは, 構造物の性能への影響は比較的軽微と考えられてきたセメントの水和に起因するひび割れ照査収縮に伴うひび割れの照査過大な収縮ひび割れが部材の剛性やたわみに影響所要の性能に影響しないことを設計段階で確認しておくことが望ましいよい設計とは? 安全側の設計に安易に満足しない 1 対象物の固有条件を把握 2 必要最小限の性能を明確化 3 最善技術で性能を満足する最小限の構造諸元を設定ご清聴ありがとうございました汎用的な基準や前例にこだわらず, 対象物を一製品として最適化 8

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05設計編-標準_目次.indd 2012 年制定コンクリート標準示方書 [ 設計編 : 本編 ] 目次 1 章総則 1 1.1 適用の範囲 1 1.2 設計の基本 2 1.3 用語の定義 4 1.4 記号 7 2 章要求性能 13 2.1 一般 13 2.2 耐久性 13 2.3 安全性 14 2.4 使用性 14 2.5 復旧性 14 2.6 環境性 15 3 章構造計画 16 3.1 一般 16 3.2 要求性能に関する検討