CFRPで補強された鋼管コンクリート部材の圧縮せん断履歴性能
Compression–Shear Hysteretic Performance of Circular Section Members Strengthened with CFRP-Wrapped Steel Tube Confined Concrete
本研究では、炭素繊維強化ポリマー(CFRP)で被覆されたコンクリート充填鋼管(CFRP-CFST)部材の圧縮せん断履歴性能を、実験、有限要素(FE)シミュレーション、およびパラメトリック解析を統合した多角的な研究フレームワークを用いて調査した。軸圧縮比と横方向CFRP拘束係数を主要変数として9つの円形試験体を設計し、材料性能試験を実施した。変位制御の周期的荷重印加により履歴曲線を取得し、破壊過程を観察し、剛性低下と強度低下を算出した。実験データと比較して信頼性を検証したFEモデルを構築し、荷重印加中のコンクリート、鋼管、CFRPの応力分布と進化法則を明らかにするための応力解析を行った。さらに、材料強度、横方向CFRP層数、軸圧縮比が履歴性能に与える影響を調査するためのパラメトリック解析を実施した。結果として、試験体は安定した4段階の機械的応答と、鋼管せん断破壊、CFRP引張破壊、コンクリートせん断破壊といった典型的な破壊モードを示した。FEモデルは履歴特性と破壊機構を確実に予測できる。材料強度、CFRP層数、軸圧縮比はピーク耐荷力を大幅に向上させるが、初期弾性剛性や骨格曲線の全体的な傾向への影響は小さい。また、鋼管とCFRPは効果的な相乗効果を維持し、部材の延性とエネルギー散逸能力を向上させた。
- CFRPで被覆したコンクリート充填鋼管(CFRP-CFST)部材の圧縮せん断履歴性能を、実験・有限要素(FE)シミュレーション・パラメトリック解析を統合して調査した研究。
- 軸圧縮比と横方向CFRP拘束係数を主要変数として9つの円形試験体を設計し、材料性能試験と変位制御の周期的荷重印加を実施した。
- 材料強度、横方向CFRP層数、軸圧縮比はピーク耐荷力を大幅に向上させる一方、初期弾性剛性や骨格曲線の全体的な傾向への影響は小さいとの結果を得た。
- 鋼管とCFRPが効果的な相乗効果を維持し、部材の延性とエネルギー散逸能力を向上させた。
CFRP被覆コンクリート充填鋼管(CFRP-CFST)の圧縮せん断履歴性能を実験・FE解析・パラメトリック解析で評価した学術研究で、企業名や製品化・調達の発表は含まれない。ただしCFRP層数や材料強度がピーク耐荷力を大幅に高めつつ初期剛性への影響が小さいという知見は、炭素繊維・建設資材・耐震補強分野の素材需要や設計指針に波及し得る。投資判断としては、こうした学術段階の材料研究が実用規格や量産採用に進むかを見極める材料技術トラッキングの材料として扱うのが妥当。