鉄筋コンクリート部材の火災挙動に関する研究
建築物の解析的な耐火設計における構造挙動予測では、有限要素法などを用いた数値解析が主流をなしている。このような数値解析では構造材料の高温時における機械的性質が解析精度を支配する要因の一つとなる。本研究では応力履歴を考慮した既存のコンクリートモデルを改良し、温度および応力の履歴に依存する応力-ひずみ関係を詳細にモデル化した。また、柱の中心載荷加熱実験を実施して加熱中および加熱後の柱の荷重支持能力を検討し、改良したコンクリートモデルなどを適用した数値計算結果と実験結果を比較した。柱の中心載荷加熱実験の結果、柱の崩壊時間は柱の伸び変位に対する拘束の有無に関係なく載荷荷重レベルに支配され、伸び変位を拘束する最大荷重の大きさに対する載荷荷重レベルの影響は小さいことが分かった。また、改良後のコンクリートモデルを適用した数値計算結果は柱の中心載荷加熱実験の結果と比較的良く一致したが、より多くの実験結果との比較が望まれる。
A Study on Fire Behavior of Reinforced Concrete Elements
The estimation of structural fire behavior for the structural fire safety design of buildings is usually done by applying methods such as the Finite Element Method. The accuracy of the numerical analysis of structural fire behavior is strongly dominated by material models for high temperatures. Concrete models for numerical analysis, and fire tests on centrally loaded columns are discussed in this paper.
A concrete model for high temperatures, which can take into account stress history, was modified in order to take into account more rationally the transient creep strain and modulus of elasticity as functions of stress and temperature. Fire tests on centrally loaded columns were carried out in order to investigate load bearing capacity during heating and after cooling down. Furthermore, fire test results were numerically simulated by applying the modified concrete model, the original concrete model and the EUROCODE 4 model.
As a result of the fire tests, it can be said that the collapse time of columns depends on the load level and not on the restraint of thermal elongation, and that the load level is not an overriding factor for the magnitude of the maximum restraint load of thermal elongation. Though more comparisons with fire tests may be necessary in order to validate and confirm the modified concrete model, the results of the numerical simulations applying the modified concrete model show good agreement with the test results.