セミナーレポート～鉄筋コンクリート解析体験～

特集記事

～鉄筋コンクリート解析体験～

2008年3月12日に開催した「鉄筋コンクリート解析体験セミナー」（主催：大塚商会）。
ソフトの概要の説明はJIPテクノサイエンス株式会社の山川さま、体験セミナーの講師としてJIPテクノサイエンス株式会社の深津さまよりご説明いただきました。これまで一部のハイエンド解析ソフトでのみ搭載されていた「埋め込み鉄筋要素」を使用できるmidasFEAの、使いやすさを体験していただく内容のセミナーとなりました。

【導入記事】　どうして、鉄筋コンクリートは解析が難しいの？

そもそも、どうして鉄筋コンクリートの解析は難しいのでしょうか？鉄筋コンクリートは複合材料だからです。鉄筋コンクリートが構造物によく用いられる理由は、お互いの材料を複合することで強度を増している点と、この2つの材料の熱膨張率がほぼ等しい点にあります。コンクリートは引張りの力に弱く、鉄筋は圧縮の力に弱いです。一体としたときにお互いを補完しあうことで強い材料となります（同様な複合材料ではFRPなどがあります）。

本来は鉄筋もコンクリートもそれぞれをモデル化する必要があります。しかし折角モデル化しても壊れる現象まで計算できる解析ソフトは少ないです。あっても大変高額で、条件設定にも計算にも時間がかかります。そのため、解析者は、一般的には解析内容ごとにモデル化の方法も計算内容も使い分けています。

鉄筋がコンクリートと完全付着しているモデルと、摩擦を考慮して剥離していくモデルとでは計算時間とモデルの設定は大きく違います。コンクリートがひび割れた際の躯体の材料強度はひび割れる前より弱くなるはずですが、再現するためには強度が弱まる設定を考慮した計算を行う必要があります。時間経過による現象の変化を考慮して計算できるツールで無ければなりません。また、ひび割れた後は、鉄筋と付着していたコンクリートは剥がれていきます。この現象まで考慮するのはこれまで、実験で行う以外は、一部の研究者が試行錯誤しながら、ハイエンドの解析ソフトで計算していました。

このような非線形現象も得意としながら、使い易く、安価なツールとして昨年1月に登場したのが、midasFEA（開発元：midas IT社（韓国）、一次代理店：JIPテクノサイエンス株式会社）となります。

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【セミナーレポート1】midas ＦＥＡのご紹介
講師：JIPテクノサイエンス株式会社事業推進プロジェクト MIDASチーム山川創氏

最初のプログラムはJIPテクノサイエンス株式会社の山川創さまによるmidasFEAの紹介でした。midasFEAは、土木・建築設計者向けのFEM解析ソフトウェアで、コンクリート構造物については、埋め込み鉄筋要素などの鉄筋部についても詳細にモデル化が可能なソフトです。ハイエンド解析ソフトのDIANA （開発元：TNO DIANA社）の技術ノウハウを元に、DIANAのプリポスト開発をしていたmidas IT社（韓国）がソルバーを開発し、使いやすく、またコンクリート固有の解析ノウハウを搭載して開発されたのがmidasFEAです。

現在線形静解析、段階施工解析、固有値解析、線形座屈解析、熱伝導/熱応力解析の機能についてはリリース済みで、今後、疲労解析、時刻暦/スペクトル応答解析、材料/幾何非線形解析、衝撃解析のモジュールのリリースを予定しています。

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【セミナーレポート2】例題演習
講師：JIPテクノサイエンス株式会社事業推進プロジェクト MIDASチーム深津真之氏

2つ目のプログラムはJIPテクノサイエンス株式会社の深津真之さまによるmidasFEAの例題演習でした。1人1台のノートPCでmidasFEAを体験、モデルは埋め込み鉄筋要素を利用したボックスカルバートの応力解析の例題を行いました。埋め込み鉄筋要素の作成方法はDXFファイルであらかじめ描画した鉄筋に対し、モデル作成を行う方法です。コンクリートのカルバートモデルとの節点の共有の必要は無いため、モデルはそれぞれ別々に作成していきます。

荷重を設定して解析実行、結果表示では、コンクリートの一部分を非表示とし、鉄筋部の応力コンターを合わせて表示することも出来、コンクリートと鉄筋の相互の力の影響についても確認できます。

これまでコンクリート二次製品の性能については実験による検証がメインだったと思いますが、シミュレーションによる確認が可能になることで、実験工数の削減が可能となり、生産性向上や経済設計に役立つようになっていくことと思います。