マスコンクリ−トのひび割れ現象は各種の要因が複雑に絡み合って生じ、また、ひび割れ解析に用いられるコンクリ−トの特性値もばらつきを有する。温度応力の解析結果を正確に判断するには、各特性値のばらつきが解析結果にどの程度影響を及ぼすのかを把握しておく必要がある。本研究は、材料特性値等に不確かさを有するマスコンクリ−ト構造物を対象として、各要因のばらつきが温度解析結果や応力解析結果に及ぼす影響について検討を行った。さらに、感度解析により得られた感度とテイラ−展開による近似理論を用いて、個々の材料特性値がばらつく時の発生する応力のばらつきを求める手法を示すとともに、得られたばらつきからひび割れ発生確率の算定を行った。さらに、温度ひび割れ予測の精度向上を目的に水和発熱過程および強度発現の温度依存性を考慮した温度応力解析を行い、従来の解析結果との比較も行った。
　第１章では、本研究の背景を述べるとともに、マスコンクリ−トの温度ひび割れについて簡単に言及した。さらに、温度ひび割れ予測に関する既往の研究や不確定系の解析手法に関する既往の研究について概説した。最後に本研究の目的を述べるとともに、その構成および内容について簡単に紹介した。
　第２章では、有限要素法による非定常熱伝導解析に感度解析手法を適用して、各熱特性値や環境条件が温度解析に及ぼす影響を定量的に求めた。さらに、テイラ−展開による近似理論を用いて、熱特性値や環境条件にばらつきがあるときの節点温度のばらつきを求める手法を示した。その結果、節点温度には断熱温度上昇特性 が大きく影響を及ぼしていることが分かった。また、モンテカルロ法で求めた節点温度のばらつきと本手法で求めた節点温度のばらつきは非常に良く一致しており、各特性値が30％の変動係数でばらついても良い結果を与え、熱特性値間に相関がある場合でも良く一致しており、本手法の妥当性が確認された。
　第３章では、有限要素法およびＣＰ法（ＣＬ法）による応力解析に感度解析手法を適用し、材料特性値等の各要因が応力解析に及ぼす影響を明らかにするとともに、感度解析法により得られた感度とテイラ−展開による近似理論を用いて、個々の材料特性値がばらつくときの発生する応力のばらつきを求める手法を示した。具体的な解析例として、スラブ状構造物、壁状構造物、矩形状スラブの解析を行ったが、その結果、各材料特性値が10％程度で変動した場合には、発生する応力は20％程度で変動していることや、応力の解析法（ＣＰ法、ＣＬ法、ＦＥＭ）によらず、コンクリ−トのヤング係数、熱膨張係数が応力の算定結果に影響を及ぼしていることが分かった。
　第４章では、Ｓ−Ｒモデル(Stress-Resistance Model)を用いて、３章で得られたコンクリ−トに発生する応力のばらつきとコンクリ−トの引張応力のばらつきから、ひび割れ発生確率の算定方法を示した。さらに、温度ひび割れ指数とひび割れ発生確率の関係を求め、従来の関係との比較を行った。解析の結果、現行の示方書に示されている温度ひび割れ指数とひび割れ発生確率の関係は、各特性値が15％程度変動した場合に相当し、現場における圧縮強度のばらつきから考えるとほぼ妥当な値である。また、本研究で用いた温度ひび割れの代表的な構造物であるスラブ状構造物と壁状構造物の温度ひび割れ指数とひび割れ発生確率の関係はほぼ同じであり、構造物や応力の解析法による差はあまりみられなかった。ただし、別の解析例や適用範囲によってはこの結果が変わることも考えられる。
　第５章では、温度ひび割れ予測の精度向上を目的に水和発熱過程および強度発現の温度依存性を考慮した解析を行った。従来からおこなわれてきたコンクリ−トの温度解析では、断熱温度上昇試験の結果を基に、断熱状態と同一の水和反応が進行するとの仮定で行われてきた。また、応力解析においても、コンクリ−トの強度や変形能力を断面内で便宜上一定とみなし、解析されることが多かった。しかしながら、実際には水和反応の速度は系の温度によって異なっており、単位時間あたりの水和熱である水和発熱速度や強度発現も系の温度に大きく影響される。すなわち、系の温度が高い程、水和は促進され、水和発熱速度は大きくなり、強度発現も早くなる。そこで、第５章では、温度依存性を考慮した非線形温度解析を行うとともに、応力解析においても、本研究で提案したブロックＣＰ法を用いて強度発現の温度依存性を考慮した解析を行った。解析例として、壁状構造物、パイプク−リングが行われているスラブ状構造物および地盤上の矩形状スラブを取り上げ従来の解析法との比較を行った。解析の結果、水和発熱過程の温度依存性を考慮した非線形温度解析の結果は、従来から行われている断熱温度上昇近似式を用いる線形解析の結果に比べ、温度上昇量が小さく見積もられることが分かった。また、ブロックＣＰ法と有効材齢により、強度発現の温度依存性を考慮した応力解析の結果は、従来の材齢を用いて行った応力解析の結果を上回っており、その結果温度ひび割れ指数が従来の方法で算定したものよりも小さくなることがあることが明らかになった。
　第６章は結論で、本論文を総括し、その成果と今後の問題点について述べている。

▲ 修士論文(Master's thesis) ▼

　西ドイツで開発された下水道の汚泥処理施設の一つであるＰＣ卵形タンクは、消化機能、機械設備、維持管理などの面で優れた特徴を有している。わが国への導入は緒についたばかりであるが、今後都市部の人口増大や下水道普及率の上昇に伴い、今後わが国においても数多く、しかも大型のタンクが建設されることが予想される。しかしながら、地震多発国であるわが国においては、耐震生に対する十分な配慮を払わなければならず、しかも経済性を損なわない合理的な設計が要求される。そのためには、ＰＣ卵形タンクの地震時挙動および応力を詳細に解明し、それに対して有効な配筋あるいはプレストレス量を決定しなければならない。
　本研究は、ＰＣ卵形タンクの耐震設計に対する基礎資料を提供する目的で、種々の条件に対する数値計算を実施した。まず水〜タンク〜地盤系を非軸対称荷重を受ける軸対称有限要素法でモデル化する。この際、タンクの振動に起因する逸散波による波動エネルギ−を吸収するために、２次元問題の外部加振問題に対して提案されている粘性境界を用いた境界処理法を３次元非軸対称外部加振問題へと拡張した。次に強震記録を入力してタンクの動的挙動およびタンク壁内に生じる応力の算定を行った。その際、タンクの応答は、基礎形式の影響を受けることが考えられる。従って、本研究では、直接基礎、リング基礎、ケ−ソン基礎、杭基礎の４通りのモデルを想定し、それぞれのモデルに対して最大加速度、変位および動的応力を求め、これらについて考察を行った。