清水建設、高流動コンクリートの充填状況を事前チェックできるシミュレーションシステムを開発

高流動コンクリートの充填状況をシミュレーションで事前チェック
～シミュレーション結果と実験結果が一致～

  清水建設（株）＜社長  宮本洋一＞はこのほど、型枠内への高流動コンクリートの充填状況を事前チェックできる３次元シミュレーションシステムを開発しました。このシステムを活用することで、高流動コンクリートの充填性を配慮した設計や最適な打設方法の提案が可能になります。

  高流動コンクリートは、主に配筋が高密度で複雑な型枠（部材）形状をした空間やバイブレータによる締固め作業ができない閉鎖・狭小空間、例えば地中連続壁等にコンクリートを打設する場合に採用されます。高流動コンクリートを確実に充填するためには、適切な流動性を確保し、部材形状や配筋状況に応じた打設方法を計画しなければなりません。従来は、流動性とコンクリートの投入箇所をはじめとする打設方法との最適な組み合わせを検討するために、試験練りに加えて実際に配筋した実寸大の型枠を作製し、複数回施工実験を実施していました。

  そこで当社は、高流動コンクリートの流動・流動停止の判定ロジックを独自に構築し、充填状況をシミュレーションできるシステムを開発しました。開発に当たっては、高流動コンクリートの流動性に関する実験を繰り返し、型枠の中でのコンクリートの流動状況をシミュレーションするだけではなく、流動が配筋密度や型枠形状によって阻害される程度を検証し、未充填個所の発生を予測する流動解析手法を構築しました。シミュレーションでは、高流動コンクリートを均一な粘性流体として捉え、鉄筋などの障害物によって粘性流体を構成する粒子間に生じる流速分布などから流動・流動停止を判断し、未充填箇所を予測します。こうした解析手法は、流体力学の分野で用いられる粒子法をベースに構築したものです。

  システムの使用手順は、最初に型枠形状や打設面積、鉄筋の径、配筋ピッチなどの設計条件を入力し、型枠と鉄筋の配筋状態を表す３次元モデルを構築します。続いて、打設する高流動コンクリートの流動性であるスランプフロー、直径５０ｃｍの円状にコンクリートが流動・拡大するまでのフロータイム、打設スピード、コンクリート投入箇所などの打設条件を入力します。システムは入力されたデータから、コンクリートの充填性を解析、仮に充填性が不十分で未充填箇所が出るという結果が出た場合、設計・施工担当者は部材形状や打設条件を変更しながらシミュレーションを繰り返すことで、最適な設計・打設方法を提案することができます。また、施工段階で行う打設実験も複数回繰り返す必要がなくなるので、経済性も向上します。シミュレーションの精度については、シミュレーション結果と実験結果が一致しており、すでにシステムは実用化レベルにあります。
以  上

    ・高密度の鉄筋が配置されたスラブ状型枠内への高流動コンクリートの充填挙動の実験模様（左）と解析結果

清水建設（株）

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