氏名　竹内　康
学位の種類　博士（工学）
学位記番号　博乙第145号
学位授与の日付　平成12年3月24日
学位論文題目　路盤の支持力変化を考慮したコンクリート舗装設計法に関する研究
論文審査委員
　主査　教授　丸山　暉彦
　副査　教授　丸山　久一
　副査　助教授　宮本　康幸
　副査　助教授　下村　匠
　副査　石川工業高等専門学校助教授　西澤　辰男

• 論文目次
• 論文要旨

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1　序論　p.1
1.1　本研究の背景　p.1
1.2　本研究の目的　p.2
1.3　本研究の概要と論文構成　p.4

2　道路舗装用土質材料の残留変形特性　p.6
2.1　緒言　p.6
2.2　コンクリート舗装設計に路盤面の残留変形を導入する際の問題点　p.6
2.3　既往の研究成果の適用性に関する検討　p.10
2.4　結論　p.12

3　繰返し荷重による路盤面での残留変形と路盤K値の関係　p.14
3.1　緒言　p.14
3.2　実物大コンクリート舗装載荷実験　p.14
3.2.1　実験の概要　p.14
3.2.2　使用材料　p.16
3.2.3　測定方法　p.16
3.3　静載荷実験解析　p.18
3.3.1　解析用データの作成　p.18
3.3.2　解析方法　p.19
3.3.3　静載荷実験解析結果　p.20
3.4　動載荷実験解析　p.22
3.4.1　解析用データの作成　p.23
3.4.2　解析方法　p.23
3.4.3　動載荷実験解析結果　p.25
3.4.3.1　実験結果　p.25
3.4.3.2　解析結果　p.28
3.6　結論　p.29

4　路盤K値とコンクリート舗装の疲労破壊の関係　p.31
4.1　緒言　p.31
4.2　動載荷実験結果　p.31
4.3　FEM解析　p.34
4.3.1　FEM解析方法　p.34
4.3.2　FEM解析結果　p.36
4.4　疲労解析　p.38
4.4.1　疲労解析方法　p.38
4.4.2　疲労解析結果　p.40
4.5　結論　p.42

5　コンクリート舗装における路盤面の残留変形解析　p.43
5.1　緒言　p.43
5.2　繰返し三軸試験による残留変形推定式の提案　p.43
5.2.1　使用材料および試験条件　p.44
5.2.2　復元変形特性　p.45
5.2.3　残留変形特性　p.49
5.2.4　累積残留変形量の推定　p.52
5.3　FEMによる残留変形解析　p.58
5.3.1　層弾性係数の推定　p.58
5.3.1.1　路盤K値から算出したEfの検討　p.62
5.3.1.2　Boussinesq路盤のEfの適用　p.64
5.3.2　FEM解析方法　p.65
5.3.3　解析結果　p.68
5.4　結論　p.71

6　路盤面での残留変形を考慮したコンクリート舗装設計法　p.73
6.1　緒言　p.73
6.2　設計期間中の荷重条件　p.74
6.3　残留変形量と路盤K値の関係　p.76
6.4　多層構造での層弾性係数の推定方法　p.79
6.4.1　3層構造の解析　p.81
6.4.2　4層構造の解析　p.83
6.5　残留変形の解析条件　p.85
6.5.1　路盤面圧力に影響を及ぼす因子　p.86
6.5.2　解析方法の簡略化に関する検討　p.91
6.6　路盤面の残留変形を考慮したコンクリート舗装設計法　p.98
6.7　設計法の検証　p.100
6.7.1　解析条件の設定　p.101
6.7.2　残留変形解析結果　p.102
6.8　設計例　p.104
6.8.1　従来法による設計結果　p.106
6.8.2　路盤面の残留変形を考慮した設計結果　p.108
6.8.2.1　偏差ひずみエネルギー分布の算出　p.108
6.8.2.2　残留変形解析結果　p.110
6.8.2.3　疲労解析結果　p.114
6.9　結論　p.120

7　結論　p.122

参考文献　p.128

謝辞　p.135

　コンクリート舗装は，コンクリート版が路盤によって支えられた構造になっているおり，版の剛性は路盤以下の土質材料よりも遥かに大きく，輪荷重の分散を主にコンクリート版が担っている。したがって，アスファルト舗装に比べ，輪荷重などの外力が路盤以下の構造に与えるダメージは小さいため，現行のコンクリート舗装設計法では，設計耐用期間中の路盤支持力係数は変化しないとしている．ところが，輪荷重によって路盤面に残留変形が生じたり，エロージョンによって路盤が損傷するためにコンクリート版に対する路盤の支持能力が低下もしくは損失し，耐用期間中にコンクリート版が破損してしまう例が見受けられるのが実情である．
　現在，コンクリート舗装の設計指針には，大別して日本道路協会によるセメントコンクリート舗装要綱（以下舗装要綱と略す）と土木学会によるコンクリート標準示方書舗装編（以下標準示方書と略す）の二つがある．舗装要綱では，コンクリート版厚の決定を主として自由縁部における疲労解析によってのみ行っている．一方，標準示方書では，ある限界値以下のたわみ量の範囲で疲労解析，IRIによる乗り心地解析，エロージョンによって生じる目地部段差解析から総合的に版厚を決定している．標準示方書において設けられるたわみ量の限界値は，設計耐用期間中に路盤面に過度な変形が生じないで要求されるサービス性能を保持させるよう考慮したものであるが，これは経年変形の影響を推定ができないことによる簡便法である．したがって，路盤面の残留変形がコンクリート版の破壊に及ぼす影響については殆ど検討されていない．
　これらのことより，本研究では実物大コンクリート舗装を用いた静・動載荷実験結果および室内実験結果より，路盤の支持力特性の低下を検証するとともに，これを考慮したコンクリート舗装設計法を提案した．なお，本論文は第1章から第7章までの章立てで構成されており，各章の概要は以下のとおりである．
　第1章では，本研究の位置付けおよび目的，本論文によって得られる成果およびその意義について述べた．
　第2章では，コンクリート舗装設計および道路舗装用土質材料の残留変形特性に関する既往の研究成果から，コンクリート舗装設計に路盤面の残留変形を取り入れる場合には，路盤面の残留変形と路盤支持力係数の関係，層弾性係数の決定方法，使用する疲労曲線が疲労解析結果に及ぼす影響，路盤・路床材料の残留変形推定方法を明らかにする必要があることを述べた．
　第3章では，建設省土木研究所で行われた実物大コンクリート舗装の静・動載荷試験結果から，Westergaardモデルを用いてコンクリート舗装の解析を行う場合の路盤K値と路盤面圧力およびたわみとの関係，路盤面の残留変形に伴う路盤K値の変化とその影響因子について検討した．その結果，Vcsicらの指摘に基づいて路盤K値を変化させ，Westergaardモデルからたわみと路盤面圧力を求めることができることがわかった．また，路盤面の残留変形は，載荷荷重およびコンクリート版のそり変形による路盤面圧力の変化によって進行し，それに伴って路盤K値が低下することを確認した．
　第4章では，第3章で確認された路盤K値の低下がコンクリート舗装の疲労破壊に及ぼす影響について検討した．その結果，路盤K値の低下はコンクリート版内に発生する応力を増大させ，疲労破壊を促進させることを確認した．また，コンクリート舗装要綱による疲労曲線を用いて設計を行った場合，過大設計になる可能性があることを示した．
　第5章では，2層系での層弾性係数推定方法，路盤および路床材料の残留変形推定法を提案し，実物大コンクリート舗装載荷実験結果からその実用性に関する検証を行った．層弾性係数の推定に関しては載荷に伴う解析たわみと実測たわみを，残留変形推定法に関しては路盤面での解析残留変形量と実測残留変形量とを比較した．その結果，何れの推定方法も実測結果と良く一致していたことから，本章で提案した層弾性係数および残留変形の推定方法は妥当であることが確認された．
　第6章では，第3章から第5章までで得られた知見に基づき，多層系での層弾性係数推定方法，単純化した残留変形推定方法から路盤面での残留変形を考慮したコンクリート舗装設計法を提案し，その妥当性を証明した．また，耐用年数を20年とした現行設計法によるB，C，D 交通に対応した舗装の設計結果について残留変形によるK値の低下を考慮した疲労解析を行い，早期に疲労ひび割れが生じる可能性があることを示した．更に，K値の低下を考慮した上で設計寿命を20年とした場合には，現行設計法の結果よりも版厚を 10mm 厚くすることで設計条件を満足することがわかった．ただし，この設計結果は，土質材料の残留変形特性とコンクリートの疲労特性によって変化する．
　第7章では，以上で得られた知見を取りまとめ，さらに今後の課題について述べて結論とした．