コンクリートのクリープ・収縮シミュレーター

プレストレストコンクリート (PSC) 橋梁・建築：PC 桁橋や PCa 床版では、プレストレス導入後のクリープと収縮で PC 鋼材の応力が時間とともに低下し、これが「プレストレスロス」となります。fib MC2010 の式で長期 φ と ε_sh を求めて、初期プレストレス×(1 − ロス率) で残存プレストレスを設計します。ロスの割合は通常 15〜25%、長大橋では 30% を超えることも。Eurocode 2 ではこれを陽に式で評価することが要求されています。

長大橋・カンチレバー張出し架設：京葉港大橋や明石海峡大橋のような長大橋、PCa セグメントの片持ち架設では、施工中のステージごとにクリープと収縮による中央部降下を予測しなければ橋面線形が合いません。施工管理ではプレキャストの「設計与え高」を、解析で算出した長期変形分だけ上方に与えて、最終的に設計線形に収束するよう調整します。本ツールのように時間 t を変えながらクリープ係数の発達を可視化できると、ステージ管理のキャンバー設計に直感的なヒントが得られます。

超高層ビルの軸縮 (column shortening)：200m を超える RC・SRC・コンポジット超高層ビルでは、低層階の柱が上層階の荷重とクリープ・収縮で数十 cm 〜 1 m 縮みます。ブルジュ・ハリファ (828m) では完成後の軸縮みが約 1 m、上海タワー (632m) でも 400 mm 程度と報告されています。対策として、施工中に柱の高さを設計値より大きめに作って後でクリープで縮むのを許容する「コンペンセーション」と、内外柱の縮み差を抑えるために材料を使い分ける「差動シュリンケージ対策」が必須となります。

マスコンクリート温度・収縮ひび割れ：ダム、橋脚、地下壁などの厚いマスコンクリート (h₀ > 500mm) では、水和発熱による温度応力と、その後の乾燥収縮で表層に温度収縮ひび割れが発生します。低熱セメント (S 種) を選んで α=−1 とし、クリープによる応力緩和を期待しながら設計するのが定石です。本ツールでセメント種別 S にして h₀ を 1000 mm 付近にすると、時間進展がゆっくりで、初期の高 φ で熱応力が緩和される効果が読み取れます。

まず最大の誤解が、「クリープと収縮は同じ現象」と混同すること。両者は物理メカニズムが完全に違います。クリープは「応力下でカルシウム-シリケート水和物 (C-S-H) ゲル中の水分が再配置」するのが主因で、応力を取り除くと一部回復します。収縮は「無応力でも水和反応と乾燥で C-S-H ゲルそのものが体積収縮」するもので、応力とは無関係。Eurocode 2 / fib MC2010 が両者を別々に式化しているのもこのためです。実務で「クリープ＝収縮」と勘違いすると、PSC のロス計算で 50% も誤差が出ることがあります。本ツールも 6 つの stat カードで弾性、クリープ、収縮を分離表示しているのはこの混同を防ぐためです。

次に、「載荷応力が高いほどクリープ係数 φ も大きくなる」という誤解。Eurocode 2 の線形クリープ理論では、応力レベル σ/f_cm < 0.4 の範囲では φ は応力に依存せず、上記の式で表される定数です。応力が 0.4·f_cm を超えると非線形クリープ域に入り、追加の係数 k_σ で増加させる必要があります。本ツールは σ < 0.4·f_cm を想定した線形クリープのみを計算しているため、デフォルトの 8 MPa < 14 MPa (0.4×35) の範囲では正確ですが、σ を 20 MPa などに上げると本来は非線形補正が必要です。verdict で「σ > 0.4·f_cm」の警告を出すのはこのため。

最後に、「t=∞ のクリープ係数だけ見れば十分」という考え方も危険です。実務では PSC の即時ロス（緊張直後）、早期ロス（数ヶ月）、長期ロス（数十年）でそれぞれ φ の値を使い分けます。例えば PCa 桁の架設後 30 日でジャッキアップする場合、t=30 日 での φ≈0.5〜1.0、その後 t=10年 で φ≈2.0、t=100年 で φ≈2.3 と段階的に進みます。各段階の φ で個別にロスを計算しないと、施工誤差や残存プレストレス管理を見誤ります。本ツールでは評価時齢 t をスライダーで自由に変えられるので、複数の時点を試して時間進展を体感してください。