腐食劣化した既設プレストレス構造物のデジタルツインによる性能評価

使用数字孪生对因腐蚀而恶化的现有预应力结构进行性能评估

基本信息

批准号：
22K20443
负责人：
栗原遼大
金额：
$ 1.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は、内部鋼材が腐食劣化した既設プレストレストコンクリート(PC)構造物の残存構造性能に対する数値解析手法を高度化すること，既設PC構造物のデジタルツインにより，現場での点検結果と数値解析の情報が相互に共有できる環境を構築することを目的とする．局所腐食や破断といった不均一な応力状態の追跡とフルスケール適用でための簡素化が主な課題である．本年度は部材内に腐食劣化の極端な状態である，鋼材破断時の挙動に着目した．現象を精緻に捉えるため，数値解析と実験の両面で研究を行うが，数値解析による検討と実験の准部を行った．有限要素法解析を用い，鋼材，グラウト，コンクリートを3次元ソリッド要素，シース管を積層シェル要素，鋼材とグラウト間，グラウトとシース管間の応力伝達を境界要素でモデル化することで破断時挙動の再現を試みた．既往の研究における破断時のひずみ分布をよく再現できると共に，破断部位周囲のすべりが発生するが，ある程度離れた位置でのグラウトモルタルが圧縮力をうけることで応力が伝達することで，健全なプレストレスが破断位置から離れるにしたがって回復し，鋼材破断時のメカニズムを明らかにした．部材の力学的性状についても数値解析を用いて評価を行った．鋼材破断位置やグラウトの物性，プレストレス力の多寡といったパラメータに着目し，上記の精密なモデルを用いて鋼材破断が曲げ性状に与える影響を評価した．鋼材破断位置からある程度離れればプレストレスが回復するが，この距離には緊張力が大きく影響を与え，鋼材破断位置によって健全なプレストレスが残存する範囲が変わるため，同じ程度の破断状況であっても曲げ性状が大きく異なることがわかった．

这项研究的目的是改善数值分析方法，用于在内部钢已经腐蚀和恶化的现有预应力混凝土（PC）结构的剩余结构性能，并创建一个环境，在该环境中，现有PC结构的数字双胞胎可以相互共享现场检查结果和数值分析信息的信息。主要的挑战是跟踪不平衡的应力条件，例如局部腐蚀和断裂，并通过全面应用简化它们。今年，我们专注于破裂时钢材材料的行为，这处于零件内的极端腐蚀和恶化。为了详细捕获现象，在数值分析和实验方面都进行了研究，但是研究是使用数值分析和实验分析的主题进行的。使用有限元分析，我们试图通过将钢，灌浆和混凝土建模为三维固体元件，将鞘管作为层压壳元素，钢和灌浆之间的层状壳元素以及灌浆和鞘管之间的边界元素来重现破裂的行为。除了在以前的研究中可以很好地再现破裂时的应变分布，还会在断裂部位周围发生滑动，但是应力是由灌浆砂浆在一定距离处传递的，并且声音预应力在脱离裂缝的位置时恢复，从而揭示了钢材料破裂机制的机理。还使用数值分析评估了组件的机械性能。我们专注于参数，例如钢断裂的位置，灌浆的物理特性以及预应力的程度，以及使用上述精度模型评估了钢断裂力对弯曲性能的影响。如果预应力在某种程度上与钢破裂位置分开，则恢复，但是张力会对这种距离产生重大影响，并且健康预应力的范围取决于钢破裂位置的不同，因此发现弯曲性能即使在相同的断裂状况水平上也有显着差异。