プレストレスト・コンクリートの応力損失シミュレーター

PC橋梁の桁設計：プレストレスト・コンクリートが最も多用されるのが橋梁の主桁です。ポストテンション方式のPC箱桁橋やプレテンション方式のT桁では、桁が長く曲げモーメントが大きいため、有効プレストレスを正確に押さえないと供用後にひび割れやたわみ過大が生じます。設計では緊張直後の即時損失と、数十年スパンの経時損失を別々に評価し、長期の有効プレストレスで応力照査を行います。

PCスラブ・PC床版：建築の大スパン無梁スラブや、立体駐車場のPC床版では、自重によるたわみを抑えるためにプレストレスを導入します。床は薄く断面積が小さいぶんコンクリート応力 σ_c が高くなりやすく、クリープ損失が大きく出ます。損失を見誤ると、長期にわたってスラブが垂れ下がり、間仕切りや設備に支障が出ます。

PCタンク・LNG貯槽・原子炉格納容器：液体や気体を貯める円筒構造物には、円周方向にプレストレスを与えて内圧による引張をキャンセルします。これらは漏えいが許されない重要構造物のため、リラクセーションの小さい低リラクセーション鋼材を使い、長期の有効プレストレスがゼロを下回らないよう余裕をもって設計します。

緊張管理とCAE照査：現場ではジャッキ圧力（緊張力）と鋼材の伸び量を両方測り、設計の初期緊張力どおりに導入できたかを確認します。さらに詳細な時間依存解析（クリープ・収縮の段階施工解析）をFEMで行う前に、本ツールのような簡易計算で「総損失率がだいたい何%か」を当たりづけしておくと、FEM結果が桁違いになったときのサニティチェックに使えます。

まず最大の誤解が、「ジャッキでかけた力がそのまま部材に残る」という思い込みです。初期緊張力 P0 と有効プレストレス力 Pe は別物で、その差が損失です。設計のたわみ・ひび割れ照査に使うのは必ず有効プレストレス Pe のほうで、P0 を使うとプレストレスを過大評価し、実際には不足した設計になってしまいます。本ツールの即時損失（弾性収縮）と経時損失（クリープ・収縮・リラクセーション）を合わせた総損失を、必ず差し引いてから照査してください。

次に、「即時損失と経時損失をひとまとめにしてよい」という誤解です。両者は発生する時期が違います。即時損失は緊張・定着の瞬間に終わるため、施工時の応力照査では即時損失だけを引いた状態を使います。一方、経時損失は数年〜数十年かけて進むため、長期の供用状態では即時＋経時の全損失を引きます。同じ部材でも「緊張直後」と「長期」で有効プレストレスが違うことを忘れると、施工時に上縁がひび割れる、あるいは長期でたわみが想定を超える、といったトラブルになります。

最後に、「コンクリート断面を小さくすれば軽くて経済的」という誤解です。断面積 A_c を小さくすると、同じ P0 でもコンクリート応力 σ_c = P0/A_c が上がります。すると弾性収縮損失 n·σ_c が増え、さらに応力が高いほどクリープも進みやすくなり、結果として総損失率が跳ね上がります。本ツールで A_c を最小付近まで下げると、総損失率が急増して注意表示に変わるのが分かります。断面を絞りすぎるとプレストレスの「目減り」が大きく、かえって多くのPC鋼材が必要になることがあるのです。