コンクリート工学年次論文集 Vol.31

コンクリート工学年次論文集,Vol.31,No.2,2009
論文
鉄筋腐食の不均一性が RC 梁部材の残存曲げ耐荷性能に及ぼす影響
村上 祐貴*1・董 衛*2 鈴木 修一*3・大下 英吉*4
要旨:本研究では,荷重作用により発生した曲げひび割れに起因して梁軸方向に腐食が不均一に発生した RC
梁部材の曲げ耐荷性能を明らかにすることを目的として,曲げひび割れの間隔やひび割れ幅の異なる RC 梁
部材に対して促進腐食試験を実施し,曲げひび割れ性状が軸方向鉄筋の腐食性状に及ぼす影響評価を行った。
また,載荷実験により,主鉄筋軸方向の腐食の不均一性が曲げ耐荷性能に及ぼす影響に関して検討した。そ
の結果,曲げひび割れ性状によって鉄筋腐食の不均一性の程度は異なるとともに,不均一性の程度が著しい
場合,局所的な鉄筋の腐食性状が曲げ耐荷性能に支配的な影響を及ぼすことが明らかとなった。
キーワード:鉄筋腐食,腐食の不均一性,曲げ耐荷性能,変形の局所化
性能を著しく低下させる恐れがある 4),5)。
1. はじめに
既存の鉄筋コンクリート構造物において,鉄筋腐食は
このような曲げひび割れの発生による鉄筋腐食の不
構造体として機能する鉄筋量を減少させるとともに,腐
均一性が曲げ耐荷性能に及ぼす影響について検討した
食膨張によってかぶりコンクリートに腐食ひび割れが
研究はほとんどないことに加えて,曲げひび割れの幅や,
発生し、鉄筋コンクリートの付着応力性能を低下させる
間隔といった曲げひび割れ性状が腐食鉄筋の腐食性状
等,耐荷性能に様々な影響を及ぼすことが知られている。
に及ぼす影響力についても明らかにされておらず,実環
そのため,鉄筋腐食に起因した種々の劣化性状と鉄筋コ
境化における RC 構造物の残存耐荷性能評価を行う上で
ンクリート部材の構造性能との関係を明らかにするこ
この種の検討は重要な位置づけにあると考えられる。
とは既存の RC 構造物の維持管理活動を行う上で非常に
そこで,本研究では,曲げひび割れの幅や間隔といっ
重要となる。特にわが国においては高度成長期に建設さ
た曲げひび割れ性状が鉄筋腐食性状に及ぼす影響評価
れた大量の社会資本ストックが,近い将来,建設から 50
を行うとともに,曲げひび割れに起因した鉄筋腐食の不
年経過することとなり,その解明は急務の課題である。
均一性が RC 梁部材の曲げ耐荷性能に及ぼす影響につい
このような背景から,近年では鉄筋腐食を生じた RC
て検討した。
部材の構造性能に関して,各方面で精力的に研究がなさ
れており,組織的な活動も行われている 1)。既往の研究
2. 実験概要
において,鉄筋腐食を生じた RC 部材の構造性能評価に
2.1 試験体
試験体の形状および寸法を図-1 に示す。
試験体は 200
関する知見や評価手法の多くは,梁全長にわたり鉄筋腐
食が均一に発生した状態において検討がなされている。
× 240 × 2100mm の RC 梁 部 材 で あ る 。 主 鉄 筋 に は
この場合,曲げ耐荷力に関しては,梁全長あるいは等曲
D16(SD295A)を使用し,主鉄筋比は 1.55%である。せん
げ区間における主鉄筋の平均的な断面減少を考慮した
断補強筋には D6(SD295A)を使用し,せん断補強筋間隔
曲げ理論により,曲げ耐力をある程度評価可能であるこ
は示方書の規定に基づき,有効高さの 1/2 間隔(80mm)と
とが報告されている
2), 3)
。しかしながら,実構造物にお
した 6)。
いては,外部環境が一様ではないため,鉄筋腐食は場所
コンクリートの配合は表-1,鉄筋の材料試験結果は
ごとに異なる。また,外部環境が仮に一様であったとし
表-2 に示す通りである。なお,コンクリートの練り混
ても,乾燥収縮や温度応力による初期ひび割れ,自重や
ぜ水は腐食を促進させるため 5%NaCl 水溶液とした。
外力作用に起因して曲げひび割れが発生した箇所では,
塩化物イオンが鉄筋まで容易に供給されるためひび割
725
350
200
LMR
れ箇所では鉄筋腐食が局所的に進行する。特に,海洋環
境下のような過酷な環境下におかれた RC 構造物ではひ
150
び割れ部における鉄筋の局所的な腐食は,構造物全体の
*1 中央大学 理工学部土木工学科助教 工博 (正会員)
*2 中央大学大学院 理工学研究科 土木工学専攻 工修 (正会員)
*3 東電設計株式会社 土木本部 (正会員)
*4 中央大学 理工学部土木工学科教授 工博 (正会員)
-709-
1800
150
2100
図-1 試験体概要
40
120 200
40
[email protected]
単位[mm]
表-1 試験体配合
Gmax
W/C
Sl
Air
(mm)
(%)
(cm)
(%)
20
60
10
表-3 実験パラメータ
単位量(kg/m3)
W
5.0
C
S
G
168 280 826 996
シリーズ 試験体名
L1
2.80
SD295A
D6
(N/mm2)
(N/mm2)
-
-
-
-
L1-0.50-5
0.50
L1-0.25-5
0.20
5
L5
1.98×10
369
523
2.00×10
3.17×10
2
438
557
2.00×105
29.6
24.9
29.0
1728
0.15
L3-0.25-5
0.25
L3-0.15-5
0.15
L5-0.15-5
0.15
27.0
中心
28.5
28.7
175
23.4
87.5
23.2
4mm
(N/mm2)
2
-
ひずみゲージ
5
2mm
(mm2)
D16
L3
公称断面積 降伏応力 引張強度 弾性係数
規格
-
L0-0.00-5
L1-0.15-5
表-2 鉄筋の材料試験結果
鉄筋径
L0-0.00-0
L01)
混和剤
設定腐食率 導入ひび割 ひび割れ間隔 積算電流量 圧縮強度
(%)
れ幅(mm)
幅(mm)
(N/mm2)
(hr・A)
軸方向への切断
貼り合せ
断面
図-3 貼合せ鉄筋概要
表-4 各試験体の曲げひび割れ幅
シリーズ
L1
図-2 曲げひび割れ発生状況
2.2 腐食試験方法
L3
試験体は,材齢 28 日の時点で載荷により曲げひび割
れを発生させた。載荷は図-2 に示すように H 鋼と試験
体を PC 鋼棒で締め付けることにより行った。その後,
曲げひび割れを開いた状態で,電食により腐食を促進し
L5
ととした。主鉄筋の腐食率は主鉄筋を 50mm 間隔に切断
し,一本あたり 42 ヶ所を計測した。なお,配筋した 3
本の主鉄筋を識別するため,両外側鉄筋を L,R 鉄筋,
中央鉄筋を M 鉄筋と称することとする(図-1 参照) 。
2.3 実験パラメータ
設定腐食 導入ひび割
率 (%)
れ幅(mm)
ひび割れ本数
L側
R側
ひび割れ幅
L側
R側
平均 最大 平均 最大
0.19 0.40 0.23 0.45
L1-0.50-5
0.50
4
4
L1-0.25-5
0.20
3
4
0.20
0.25
0.16
0.25
L1-0.15-5
0.15
3
4
0.11
0.15
0.11
0.15
0.25
5
4
0.19
0.25
0.16
0.25
L3-0.15-5
0.15
3
3
0.12
0.15
0.15
0.15
L5-0.15-5
0.15
3
2
0.10
0.10
0.10
0.10
L3-0.25-5
5
御は鉄筋に貼付けたひずみゲージによって行った。主鉄
筋の目標腐食率は梁全長の平均で 5%とした。
2.4 載荷試験および測定項目
た。本研究においては,鉄筋腐食の評価指標として,腐
食率,すなわち試験前後の鉄筋の質量減少率を用いるこ
試験体名
載荷は変位制御(0.5mm/min)で行い、図-1 に示した
ように載荷点間隔 350mm,支点間距離 1800mm の静的 4
点曲げ載荷試験である。せん断スパン比は 4.53 である。
測定項目は,鉄筋の腐食率,腐食ひび割れ幅,スパン
中央部のたわみおよび鉄筋の軸方向ひずみである。スパ
ン中央部のたわみは,1/100mm 変位計を載荷点直下に 2
点,試験体中央に 1 点設置して測定した。
鉄筋ひずみは,
実験パラメータは表-3 に示すように,等曲げ区間に
発生する曲げひび割れの間隔とそのひび割れ幅である。
ひび割れ間隔の制御は,梁下縁にスリットを設け,所定
既往の研究と同様に,図-3 に示す貼合せ鉄筋を中央鉄
筋に用いて計測した。なお,測定点数は 3D 間隔(3×
16mm=48mm)の計 45 箇所である。
の位置において曲げひび割れを誘発させることで行っ
た(図-2 参照)。ひび割れ間隔の水準は 3 水準であり,そ
れぞれ,0mm(スパン中央),175mm(スパン中央と載荷点
直下)および,87.5mm 間隔(スパン中央と載荷点直下およ
3. 腐食劣化状況
3.1 鉄筋の腐食状況
(1) 曲げひび割れ発生状況
びその中間)である。試験体名称は,初めの数字がひび割
れ間隔を表し,1 が 0mm,3 が 175mm,5 が 87.5mm に
対応する。その次の数字は曲げひび割れ幅の目標値,末
尾の数値は主鉄筋の目標腐食率である。なお,試験体
L0-0.00-0 および試験体 L0-0.00-5 は曲げひび割れを導入
しない試験体である。両試験体は既往の研究において既
表-4 に各試験体の等曲げ区間におけるひび割れ幅を
示す。ひび割れ本数は,L 鉄筋および R 鉄筋側の側面に
おいて等曲げ区間に発生したひび割れ発生本数を示し
ている。曲げひび割れは,スリットを設けていない位置か
らもひび割れが発生したものの,いずれの試験体もスリ
ットを設けた位置にひび割れ幅は最大値を示した。
に報告した試験体であるが,比較のため実験パラメータ
(2) 曲げひび割れ性状と鉄筋腐食の不均一性
として記載した 3)。
表-5 に各試験体の主鉄筋の平均腐食率を示す。ここ
ひび割れ幅の目標値は 0.1mm~0.5mm の間で設定し,
PC 鋼棒の締め付け力を調整して制御した。ただし,PC
鋼棒の締め付け力の上限は鉄筋降伏前までとし,その制
で,平均腐食率とは 50mm 間隔に鉄筋を切断する前に計
測した鉄筋全長の質量から算出した 3 本の主鉄筋の腐食
率の平均値である。
-710-
る平均腐食率に比べて著しく大きくなっている。また,
図-4 には各腐食試験体の等曲げ区間における主鉄筋の
腐食率分布の一例を示したものであるが,曲げひび割れ
40
35
30
25
20
15
10
5
0
が最大値を示した領域近傍の腐食率が非常に大きくな
-200 -100
0
100 200
梁中央からの距離(mm)
っている。また主鉄筋の腐食率を著しく進行させるひび
(e) 試験体 L3-0.25-5
割れ幅は 0.15mm 以上であり,ひび割れ幅が 0.1mm の箇
する許容ひび割れ幅は過酷な腐食性環境下において
0.0035Cmm(C:かぶり厚)と規定されている。この場合,
本試験体における許容ひび割れ幅は 0.1mm となり,現行
腐食率(%)
所では腐食の著しい進行は確認されなかった。
現行のコンクリート標準示方書においては,腐食に関
L
M
R
腐食率(%)
曲げ区間における主鉄筋の平均腐食率は梁全長にわた
腐食率(%)
曲げひび割れを事前に導入した試験体シリーズは等
40
35
30
25
20
15
10
5
0
の規定が妥当であることが示された。
L
M
R
40
35
30
25
20
15
10
5
0
L
M
R
-200 -100
0
100 200
梁中央からの距離(mm)
(f) 試験体 L3-0.15-5
スリット
最大腐食率位置
-200 -100
0
100 200
梁中央からの距離(mm)
3.2 腐食ひび割れ状況
図-5 に各腐食試験体の腐食ひび割れ性状を示す。ま
(g) 試験体 L5-0.15-5
図-4 等曲げ区間の腐食率分布
ず,底面に関してはいずれの試験体も主鉄筋軸に沿って
腐食ひび割れが梁全長にわたり発生した。試験体側面に
L 側側面
関しては,曲げひび割れを導入していない試験体
底面
L0-0.00-5 は梁上縁から下縁に向かってせん断補強筋に
R 側側面
z
(a) 試験体 L0-0.00-53)
沿った腐食ひび割れが発生したことに対して,曲げひび
割れを導入した試験体においては,そのようなひび割れ
L 側側面
は定着領域近傍において若干生じているのみである。こ
底面
れは曲げモーメントを作用した状態で電食試験を行っ
R 側側面
z
(b) 試験体 L1-0.50-5
表-5 各試験体の平均腐食率
シリーズ
設定腐
試験体名
食率(%)
主鉄筋全体(%)
L 側側面
等曲げ区間(%)
最大腐食率
L
M
R
平均
L
M
R
平均
(%)
L0-0.00-5
3.7
3.5
4.0
3.6
5.8
5.4
6.3
5.8
8.3
L1-0.50-5
3.7
1.8
3.2
2.9
12.2
8.2
9.4
9.9
26.7
底面
z
L1
L1-0.25-5
2.5
1.7
3.4
2.5
10.1
7.5
14.3
10.6
26.9
0.9
0.2
0.0
0.4
6.7
3.7
5.3
5.2
13.0
L3-0.25-5
0.0
1.7
3.1
1.6
4.6
7.7
8.4
6.9
15.6
L3-0.15-5
1.3
2.4
2.0
1.9
10.0
11.0
13.9
11.6
16.9
L5-0.15-5
2.8
1.1
3.0
2.3
6.9
4.9
7.0
6.3
6.5
L1-0.15-5
L3
腐食率(%)
L5
40
35
30
25
20
15
10
5
0
5.0
L
M
R
腐食率(%)
L0
40
35
30
25
20
15
10
5
0
-200 -100
0
100 200
梁中央からの距離(mm)
(c) 試験体 L1-0.25-5
L 側側面
底面
z
L
M
R
R 側側面
(d) 試験体 L1-0.15-5
L 側側面
底面
z
R 側側面
(b) 試験体 L1-0.50-5
腐食率(%)
腐食率(%)
(a) 試験体 L0-0.00-5
L
M
R
(c) 試験体 L1-0.25-5
(e)
-200 -100
0
100 200
梁中央からの距離(mm)
-200 -100
0
100
200
梁中央からの距離(mm)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
R 側側面
40
35
30
25
20
15
10
5
0
試験体 L3-0.25-5
L 側側面
底面
z
L
M
R
R 側側面
(f) 試験体 L3-0.15-5
L 側側面
底面
z
事前
R 側側面
-200 -100
0
100 200
梁中央からの距離(mm)
(d) 試験体 L1-0.15-5
-711-
(g) 試験体 L5-0.15-5
図-5 ひび割れ性状
腐食
載荷
2000
90
1800
80
1600
50kN
70
1400
56kN
鉄筋ひずみ(μ)
荷重(kN)
100
60
50
40
30
L1-0.15-5
L1-0.50-5
L3-0.25-5
L0-0.00-0
20
10
10kN
30kN
10kN
1200
30kN
50kN
1000
60kN
800
600
L1-0.25-5
L3-0.15-5
L5-0.15-5
L0-0.00-5
400
200
0
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0
350
700
1050
1400
1750
2100
位置(mm)
中央変位(mm)
(a) 試験体 L1-0.50-5
図-6 荷重と中央変位
2000
1800
過程において,梁上縁は圧縮応力状態であり,せん断補
1600
強筋の腐食膨張圧に対して拘束力として作用したもの
1400
鉄筋ひずみ(μ)
たことが要因として考えられる。すなわち,腐食促進の
と考えられる。
10kN
30kN
50kN
70kN
73kN
10kN
30kN
50kN
70kN
77kN
1200
1000
800
破損
600
4. 載荷試験結果
400
4.1 破壊性状
200
前掲図-5 に載荷試験終了時における各試験体の破壊
0
0
ひび割れ性状を示す。同図に示すように,いずれの試験
350
700
1050
1400
1750
2100
位置(mm)
(b) 試験体 L3-0.25-5
体においても新たに発生した曲げひび割れはほとんど
2000
無く,事前に導入した曲げひび割れが進展するのみであ
10kN
1800
30kN
1600
4.2 変形性状
1400
鉄筋ひずみ(μ)
った。
図-6 に各腐食試験体の荷重と中央変位の関係を示す。
まず,L1 シリーズに関しては,曲げひび割れを導入して
50kN
70kN
破損
1200
10kN
30kN
1000
50kN
800
70kN
600
いない試験体 L0-0.00-5 と比較すると,曲げ耐力が大幅
400
に低下するとともに,全ての主鉄筋が破断し,脆性的な
200
破壊性状を示した。L3 シリーズ試験体に関しては,最終
0
0
的に鉄筋破断を生じたものの,L1 シリーズに比べて破壊
350
700
1050
1400
1750
2100
位置(mm)
(c) 試験体 L3-0.15-5
は延性的であった。L5 シリーズ試験体に関しては,鉄筋
2000
破断は生じず,圧壊により破壊に至った。
1800
図-7 に各試験体の各荷重レベルにおける主鉄筋のひず
1600
50kN
1400
70kN
10kN
鉄筋ひずみ(μ)
み分布性状を示す。なお,試験体 L1-0.25-5,および試験
体 L1-0.15-5 は,電食に伴いひずみゲージが破損したた
め,鉄筋ひずみのデータがない。また,各図には比較の
ため曲げひび割れを導入していない試験体 L0-0.00-5 の
それを実線で示した。
30kN
84kN
1200
10kN
1000
30kN
800
50kN
600
70kN
400
77kN
200
まず,L1 シリーズ試験体のひずみ分布に着目すると,
0
0
荷重の載荷に伴って等曲げ区間の一部の領域において
350
700
1050
1400
1750
2100
位置(mm)
(d) 試験体 L5-0.15-5
ひずみが局所的に増加しており,等曲げ区間の限られた
図-7 鉄筋ひずみ分布
領域において変形が集中して発生していることが確認
される。一方,L5 シリーズに関しては,L1 シリーズと
した試験体のひずみ分布性状は,いずれも同一荷重にお
は異なり,等曲げ区間のひずみはほぼ一様であり,発生
ける試験体 L0-0.00-5 に比べて全体的に小さい値を示し
した曲げひび割れ幅や間隔によって変形の集中の有無
ている。このことから判断すると,曲げひび割れを事前
やその程度は異なることが明らかとなった。L3 シリーズ
に導入した試験体は,曲げひび割れの発生により載荷当
に関しては等曲げ区間のひずみデータが少なく,局所化
初から,中立軸が圧縮縁に近い位置にあると考えられる。
の有無は判断出来なかった。また,曲げひび割れを導入
したがって,曲げひび割れ導入した試験体は試験体
-712-
1.0
L0-0.00-5 に比べてモーメントアーム長が長く,同一荷重
レベル時におけるひずみが全体的に小さくなったもの
0.8
L1
L3
L5
S80
S160
S240
S110H
曲げ理論
L1近似曲線
L3近似曲線
耐力比
と考えられる。また,腐食試験体の鉄筋のひずみ分布を
鑑みれば,腐食試験体の剛性が非腐食試験体よりも大き
いことも裏付けられる。
0.6
0.4
4.3 耐荷力
0.2
図-8 は,等曲げ区間内の平均腐食率を用いて耐力比
の関係を整理したものである。同図には既報の結果を合
わせて示している
0.0
0
2),7)
。また,鉄筋の断面減少と降伏応
10
20
30
等曲げ区間の平均腐食率 (%)
40
50
図-8 耐力比と主鉄筋の平均腐食率(等曲げ)
力の低下を考慮し,曲げ理論に基づいて算出した耐力比
3)
を実線で示した 。理論値を算出する際の応力中心間距
1.0
離は腐食率によって異なるが,非腐食時においては
0.8
146mm である。ここで耐力比とは,鉄筋が非腐食時にお
耐力比
ける曲げ耐力を1として正規化した値である。同図に示
すように,ひび割れ間隔が大きくなるに従い,耐力比が
理論値に比べて著しく低下しており,梁中央にひび割れ
を集中的に発生させた L1 シリーズ試験体においては,
L1
L3
L5
S80
S160
S240
S110H
曲げ理論
0.6
0.4
0.2
曲げ理論に比べて単位腐食率あたりの低下量は著しい。
0.0
このことは,図-7 に示したひずみ分布性状からも分か
0
るように,局所的に腐食の進行した領域において主鉄筋
10
20
30
等曲げ区間の最大腐食率 (%)
40
50
図-9 耐力比と主鉄筋の最大腐食率
の変形が集中し,この領域における主鉄筋の腐食率が曲
1.2
げ耐力に支配的になるためであると考えられる。これに
1.0
おいては,主鉄筋の腐食の不均一性は比較的軽微である
0.8
耐力比
対して,ひび割れを分散して発生させた L5 シリーズに
ことから,図-7 に示したように等曲げ区間にわたり,
主鉄筋が降伏した。そのため,等曲げ区間の平均腐食率
L1
L3
L5
S80
S160
S240
S110H
0.6
0.4
を用いて算出した曲げ理論と実測値は比較的良好な一
致を示したものと考えられる。
0.2
図-9 は等曲げ区間における主鉄筋の最大腐食率と耐
0.0
0.00
力比の関係を示したものである。ここで,最大腐食率と
は,検長 50mm あたりの平均腐食率であり,厳密に破断
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
最大偏差率
1.50
1.75
2.00
図-10 耐力比~最大偏差率
或いは局所的に著しく主鉄筋が変形した箇所の腐食率
ではない。同図に示すように最大腐食率で整理した場合,
4.4 鉄筋腐食の不均一性が曲げ耐荷性能に及ぼす影響
上述したように,局所的に腐食が進行した RC 梁部材
いずれの試験体シリーズにおいても理論値と曲げ耐力
は比較的良好な一致を示していることが分かる。
においては,その領域において部材の変形が集中的に発
すなわち,主鉄筋の腐食率を 50mm 程度の間隔毎に計
生し,曲げ耐力は著しく腐食した領域の腐食率によって
測し,その最大腐食率を示した位置において,主鉄筋の
決定されることとなる。実構造物においても詳細な主鉄
材料劣化を加味した曲げ理論から,耐力はある程度評価
筋の腐食率を調査することが可能であれば,現有の曲げ
可能であると言える。しかしながら,このことは主鉄筋
耐力をある程度評価可能であると思われるが,詳細検査
の定着が十分に確保された状態で言えることであり,定
には様々な制約が課せられ,その実施は通常困難となる。
着不良が生じた場合には,主鉄筋の抜出しにより,破壊
したがって,ある程度広い領域における平均的な腐食率
モードが曲げからせん断或いは付着割裂破壊へ遷移す
から,曲げひび割れの幅や間隔といった腐食率よりも,
3)
る場合もある 。また,実構造物において主鉄筋の腐食
取得が容易であるこれらの情報を用いて、局所的な腐食
率を本実験のように詳細に計測することは物理的,経済
率を予測し,曲げ耐力を評価することが現実的であり,
的に困難であり,曲げひび割れ幅やその発生間隔から,
その評価を試みることとする。
腐食の不均一性の程度を予測し,曲げ耐荷性能を評価す
る必要があると考えられる。
本研究においては腐食の不均一性を,式(1)に示す偏差
率を指標とした。
-713-
2.5
5. 結論
2
R = 0.5885
最大偏差率
2.0
本研究では,曲げひび割れの幅やその間隔といった曲
げひび割れ性状が鉄筋腐食性状に及ぼす影響評価を行
1.5
うとともに,曲げひび割れによって鉄筋軸方向に腐食の
1.0
0.5
L3-0.25-5(除外)
0.0
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
不均一性を有する RC 梁部材の曲げ耐荷性能について検
L1
L3
L5
0.25
討を行った。以下に本研究で得られた知見を示す。
(1) 曲げひび割れが発生した RC 梁部材の鉄筋腐食の不
均一性の程度は,発生した曲げひび割れの間隔およ
0.30
ひび割れ劣化指標
びその幅によって大きく異なり,ひび割れ幅および
図-11 ひび割れ劣化指標~最大偏差率
k
(
a vg
)/
ひび割れ間隔が大きいほど,腐食の不均一性は著し
(1)
a vg
ここで,k:偏差率, :主鉄筋の局所的な腐食率,
avg:
く生じる。
(2) 等曲げ区間のように作用モーメントの大きい領域に
等曲げ区間における主鉄筋の平均腐食率である。
おいて,局所的に主鉄筋の腐食が著しく進行した箇
図-10 は各試験体の最大偏差率と耐力比の関係を示し
所があるような状態では,等曲げ区間の平均的な腐
たものである。同図には既往の研究において報告した,
食を用いて算出した曲げ耐力は危険側の評価となる。
試験体の結果も併せて示している
3),7)
。同図より,最大
(3) 腐食の不均一性が著しく生じた RC 梁部材の曲げ耐
偏差
力は局所的に腐食が進行した領域の腐食率を用いて
率が 0.75 以下では,等曲げ区間における平均的な主鉄筋
曲げ耐力をある程度評価可能である。
の腐食率を用いて算出した曲げ耐力と実測の曲げ耐力
(4) 曲げ耐力に及ぼす腐食の不均一性の程度は,等曲げ
に差異はほとんどない。最大偏差率が 0.75 以上の場合で
区間における偏差率によってある程度評価可能であ
は,理論値に比べて実測値の耐力は小さくなる傾向を示
る。本実験の範囲内では,等曲げ区間の最大偏差率
しており,このことから本実験の範囲内では腐食の不均
が約 0.75 以上の場合,局所的に腐食が進行した領域
一性が曲げ耐力に影響を及ぼす最大偏差率の閾値は約
の腐食率が曲げ耐力に支配的な影響となった。
0.75 であることが分かる。また,理論値と実測値の差異
(5) 腐食の不均一性の程度を曲げひび割れ幅や曲げひび
は,最大偏差率の増加に従い,ほぼ線形的に低下してお
割れ間隔との関連付けを行い,本実験の範囲内では
り,等曲げ区間の最大偏差率を評価することによって,
あるが,曲げひび割れ性状から,腐食の不均一性の
現有の曲げ耐力を予測できる可能性がある。
影響をある程度評価可能とした。
図-11 は式(2)に示すひび割れ劣化指標と各試験体の
参考文献
等曲げ区間の最大偏差率との関係を示したものである。
(2)
D l
k
w
1)
l rto
2)
rto
rto
(l m / n ) / l m
能,コンクリート技術シリーズ 71,2006
max
k rto
( wmax / wavg )
ここで,lrto:等曲げ区間に対する平均ひび割れ間隔比,
村上祐貴,大下英吉ら:鉄筋腐食した RC 部材の残存曲げ
耐力に及ぼすせん断補強筋の影響評価,コンクリート工学
krto: 等曲げ区間の最大ひび割れ幅と平均ひび割れ幅の
比,wmax:等曲げ区間の最大ひび割れ幅,lm:等曲げ区間,
土木学会:材料劣化が生じたコンクリート構造物の構造性
年次論文集,Vol.28,No.2,pp.727-732,2006
3)
n:等曲げ区間のひび割れ本数である。
村上祐貴,大下英吉ら:鉄筋腐食した RC 部材の残存耐力
性状に及ぼすせん断補強筋ならびに定着性能の影響に関
なお,腐食ひび割れ幅が 0.1mm 以下のひび割れは除外
する研究,土木学会論文集 E,Vol.64,No.4,pp.631-649,
した。また,図-11 において,劣化指標 D がゼロ,すな
わち,0.1mm 以上のひび割れが生じていない場合におい
2008.12
4)
ては,最大偏差率を閾値の 0.75 とした。
濱田洋志ら:局所的生じた鉄筋腐食が RC はりの構造性能
に及ぼす影響,コンクリート工学年次論文集,Vol.29,No.3,
同図に示すように試験体 L3-0.25-5 を除き,腐食劣化
指標と最大偏差率は比較的良好な相関関係を有するこ
pp.1729-1734,2007
5)
花岡大伸ら:鉄筋コンクリート梁の腐食形態と腐食量が曲
とが分かる。このように,本実験の範囲内ではあるが,
げ性状に及ぼす影響,土木学会論文集,vol.63,No.2,
曲げひび割れに起因した鉄筋腐食の不均一性が曲げ耐
pp300-312
力に及ぼす影響は,曲げひび割れ幅や間隔を指標とした
6)
土木学会:コンクリート標準示方書,2002
ひび割れ劣化指標によりある程度評価可能あり,部材外
7)
若林泰光,大下英吉ら:鉄筋腐食を生じた RC 梁部材の残
観に生じるひび割れ性状から,現有の曲げ耐荷性能を評
存耐力性状に及ぼすせん断スパン比の影響,コンクリート
価することが可能であるものと考えられる。
工学年次論文集,Vol.30,No.3,pp.727-732,2008
-714-