連続繊維複合材の破断，剥離損傷メカニズムの解明（テーマ1）
【背景と目的】
コンクリート構造物の耐震補強材として連続繊維複合材（FRP）が広く用いられており，巨大地震等，衝撃を伴い大きな外力を受ける場合に，繊維材や接着材の損傷や脆性的なFRPの破断，剥離の発生が懸念されている。また，現在の国内外のガイドラインでは，耐震補強においてはFRPの破断モードを想定して設計することになっているが，FRPが本来の引張強度を生かし切れず剥離した場合には，補強効果が想定より低くなる可能性がある。さらに，地震により生じる高速荷重や環境劣化を伴う場合には，FRPの剥離が早まる可能性があり，実用化が既に進められている現状から，FRPの剥離メカニズムを明らかにすることは，急務となっている。 本研究では，様々な形状のFRPを対象として，その剥離メカニズムを，荷重速度および環境劣化を考慮した研究により明らかにする。
【研究成果】
土木学会の指針に示されている，FRP−コンクリート界面の付着強さに関する評価実験（供試体の形状を図１に示す。）を高速荷重を考慮して実施した。なお，本研究では，材料コストの観点から，比較的低価格なバサルト繊維複合材（BFRP）シートを用いているため，静的な付着挙動を新たに検討することが必要となった。その結果，通常使用される炭素繊維複合材（CFRP）やアラミド繊維複合材（AFRP）シートを用いた場合と同様の付着強さ（図２に示すように界面剥離破壊エネルギーで表すことがある。）になることが，実験的に明確となった。図２に示すように，高速荷重を考慮した場合には，BFRPシートに負荷される引張応力が2倍以上程度に増加することが明確となった。これは，運動エネルギーが加算されることによるものと推測されるが，補強量をより増加させる必要性が生じる可能性がある。一方，過去の研究において，補強量（FRPのヤング率×厚み）と損傷モード（破断あるいは剥離）にはある一定の関係があり，その閾値より大きな補強量の場合には，早期剥離の可能性があることが示されているが，その閾値は明らかになっていない現状にもある。そこで，高速荷重が負荷されたケースを想定して,より大きな補強量を考慮するとともに，前記の閾値をより明確にすることで，効率的な補強量の明確化を進める。さらに，次年度以降は，環境条件を加え，複合劣化の影響に関する研究も進める。
図-1 両引き付着試験供試体の形状
図-2 界面剥離破壊エネルギーの一覧
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