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内部爆発を受けるRC函体構造物の設計（1）

TNT等価爆薬量；W (kg)

室容積；V (m3)

放爆口 T (cm)

R (m)

開口率 Y (%) ＝放爆口の面積

壁一面の面積 ×100

・Y ＝ 100% ⇒ 完全放爆構造

・Y ＜ 100% ⇒ 部分放爆構造

① 開口率Y の決定過去の実験より Y と R, V, W との関係式は

・ K = 0.6 m/kg1/3 ⇒ Y = 23%

・ W/V = 0.65 kg/m3 ⇒ Y = 30.5%

∴ Y ≥ 30%以上が推奨される

2-3. 内部爆発に対する考え方

3/1008.83767.72

W

RY

546.10101.63 V

WY K

29

1.50

1.25

1.00

0.75

0.50

0.25

0 0 1.0 2.0 3.0

○ 軽微なひび割れ △ 一部剥落，貫通孔あり × 崩壊，貫通孔あり

K （

m/k

g1/3）

W/V （kg/m3）

0.65

0.6

内部爆発を受けるRC函体構造物の設計（2）

② 版厚 T の決定

3/113 WT 版厚算定式：


13113/1

～W

T

0.6 0.65

(cm/kg1/3)

損傷限界となる換算ｺﾝｸﾘｰﾄ厚さ

40

35

30

25

20

15

10

5

0

T/W

1/3

（cm

/kg

1/3）

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4

K （m/kg1/3）

40

35

30

25

20

15

10

5

0

T/W

1/3

（cm

/kg

1/3）

0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

W/V （kg/m3）

○ 軽微なひび割れ △ 一部剥落，貫通孔あり × 崩壊，貫通孔あり

3/1W

T換算コンクリート厚さ：・・・版厚の影響を考慮した損傷評価パラメータ

30

丌発弾等解撤工室の技術基準（1）：経済産業省告示第269号第5条

自衛隊による丌発弾回収

2007年4月以降，丌発弾の

海洋投棄処分が禁止に

⇒ 丌発弾解撤のための

施設が必要

一構造は，直方体又は立方体の鉄筋コンクリート造又は

鉄骨鉄筋コンクリート造とすること。

① RCまたはSRC ⇐ 重量大，経済的，データ豊富

② 直方体または立方体 ⇐ データ豊富

・放爆面の面積の1/3以上 ⇐ 先述（Y ≥ 30%）

二壁のうち一面を放爆面とし，放爆面には放爆口を設ける

こと。

三放爆口の面積は，放爆面の面積の三分の一以上とし，

かつ，できる限り大きなものとすること。

四構造部材の接合部は，溶接により接合すること。

・付着切れによる破壊防止

2-3. 内部爆発に対する考え方 31


七丌発弾などの中心から壁及び頂版までの距離（メートル）は，最大処理薬量（キログラ

ム）の三乗根に〇．六を乗じて得られる値以上とすること。

八丌発弾等解撤工室の容積（立方メートル）は，最大処理薬量（キログラム）を当該容積

で除した値が〇．六五以下となるようにすること。

九壁，頂版又は底版の構造は，次に定めるところによること。

イ壁及び頂版の厚さ（センチメートル）は，最大処理薬量（キログラム）の三乗根に十三

を乗じて得られる値以上とすること。ただし，得られた値が二十五未満となる場合は，

当該厚さを二十五センチメートルとすること。

・先述の設計方法を適用したもの。

九

ホ隅角部にはハンチを設け，・・・・

ヘ壁および頂版における内外の鉄筋には，トラス構造また

はラチス構造としたせん断補強筋を縦横に配すること。

2-3. 内部爆発に対する考え方 32


九

リ壁及び頂版の外面は，丌発弾の中心からの距離が最小となる壁又は頂版の外面上

の点を中心として当該壁又は頂版の厚さの六倍以上の長さの直径で描いた円周で

囲まれる範囲を，鋼板，ゴム板等により補強すること。

※ 実際のスポールの発生範囲は3D

⇒ 安全のため2倍に設定

※ 補強材の種類としては，

・鋼板

・ゴム板

・高強度繊維シート

・ポリウレア樹脂系耐爆

コーティング剤


補強箇所

スポール（裏面剥離）抑止が目的

6D1

3D2

D2 D1

6D2

6D1

爆薬中心

＜正面＞

＜平面＞

＜側面＞

33

接触・近接爆発による局部破壊

爆風圧による局部破壊

爆発

爆発クレータ

スポール

飛散物による2次的被害

・コンクリート片・金属片・ガラス片など

2-4. 接触・近接爆発に対する考え方 34

局部破壊が生じる理由

衝撃載荷では，応力が載荷点から支持点まで伝播するよりも短い間に

破壊が終了する ⇒ 応力波（stress wave）の概念

引張縁ひずみ（×10-4）

モルタルコンクリートコンクリート（落錘式）

最大荷重の50% 最大荷重の99%

モルタルコンクリート

（出典）佐治泰治ほか：中央集中衝撃荷重をうけるモルタルおよびコンクリートの二点支持

試験体の衝撃曲げひずみについて，セメント技術年報，Vol.35，pp.401-404，1981

2-4. 接触・近接爆発に対する考え方

衝撃載荷静的載荷コンクリート梁

35

スポール（裏面剥離）が生じる理由： Hopkinson効果

爆発

コンクリート棒

入射波

反射波 ①

入射波

反射波 ②

入射波

反射波 ③

反射波 ④

＝

＝

＝

＝

＜入射波・反射波＞＜合成波＞

引張破断＝スポール


＋：引張－：圧縮

36

局部破壊の予測方法

T (cm)

W (g) ■ スポール限界： 6.33/1

W

T

■ 貫通限界： 0.23/1

W

T

T (cm)

W (g) ■ スポール限界：

59.0

3/13/18.2

W

R

W

T

■ 貫通限界：

59.0

3/13/124.1

W

R

W

T

2）近接爆発： McVayの式（1988）

R (cm)

1）接触爆発：森下らの式（2000）換算コンクリート厚さ

換算距離

コンクリート強度と配筋は局部破壊にほとんど影響しない

（参考文献）森下政浩ほか：接触爆発を受ける鉄筋コンクリート版の損傷に及ぼすコンクリート強度及び鉄筋間隔の影響，コンクリート工学論文集，Vol.15，No.2，pp.89-98，2005


“飛翔体衝突”問題におけるスポール対策

スポール

（裏面剥離）

防止

引張応力に抵抗・版厚増加

・高強度化

・鉄筋量増加

・繊維補強

応力波を遮断複層・多層構造

応力を低減・減衰材料設置

・緩衝材設置

抑止裏面補強

接触・近接

爆発


繊維補強コンクリートの耐爆性能（W=100g (SEP)，T=10cm，接触爆発）

爆発面裏面

普通RC

PEFRC

(Vf=4.0%)

SFRC

(Vf=2.0%)

爆発面裏面

PVAFRC

(Vf=5.0%)

PPFRC

(Vf=1.5%)

■ 繊維補強によりクレータは低減されない

■ 耐爆性能を把握する上で，静的曲げ靱性の大小が目安となる


2層構造版の耐爆性能（W=200g (SEP)，T=10cm，接触爆発）

普通RC

15 5

0

50

上下版

ともに貫通 PEFRC

上版スポール部

が延性的に変形

下版スポールの

抑制

15 5

0

50

短繊維の架橋作用


弾性塑性破壊

T=0.02ms

T=0.04ms

T=0.06ms

T=0.08ms

T=0.10ms

T=0.15ms

T=0.20ms

普通RCを対象とした

数値シミュレーション

40

(a) 覆土なし (b) 覆土あり

爆発面

裏面


爆発面

裏面

覆土による耐爆性能向上

1） W=111g (ﾍﾟﾝﾄﾗｲﾄ)，R=5.0cm 2） W=435g (ﾍﾟﾝﾄﾗｲﾄ)，R=15.0cm

W

R

T=10cm

W

覆土


RC RC

R

T=10cm


緩衝材の設置（W=200g (SEP)，T=10cm，接触爆発）

50

100

15 5

0

全試験体で

貫通孔が発生

クロロプレンゴム

クロロプレンゴム

スポンジ

ポリスチレン

フォーム


連続繊維補強材による裏面補強（W=200g (SEP)，T=10cm，接触爆発）

無補強 PEFシート補強 HSCFシート補強 HMCFシート補強

断面

裏面

W=200g（SEP）

RC T=10cm

連続繊維

補強材

■ RC版内部の破壊は低減できない

■ 繊維破断 ⇒ 破壊程度が無補強の場合と大差なくなる

■ 連続繊維の破断エネルギーに着目した損傷予測（検討中）


ポリウレア樹脂による裏面補強（W=46g (C-4爆薬)，T=8cm，接触爆発）

無補強被覆厚2mm 被覆厚4mm

断面

裏面

30 25 20 15 10 5 0

0 100 200 300 400 500 伸び（%）

引張応力（M

Pa）


実験結果解析結果

爆発面

裏面

ANSYS AUTODYNによる破壊シミュレーション

補足1. 数値解析

弾性塑性破壊

接触爆発を受けるRC版の破壊シミュレーション

内部爆発を受けるトンネル構造物の破壊シミュレーション

45

補足2. 材料強度のひずみ速度依存性

2.0

1.8

1.6

1.4

1.2

1.0

0.8 2× 10-6

2× 10-5

2× 10-4

2× 10-3

2× 10-2

2× 10-1

ひずみ速度（1/s）

引張強度増加率

PE-ECC （σB = 55MPa）

普通コンクリート（σB = 30MPa）

普通コンクリート（σB = 55MPa）普通コンクリート（σB = 70MPa）

鋼材（σy = 290MPa）鋼材（σy = 710MPa）

繊維補強コンクリートや連続繊維補強材の「ひずみ速度依存性」について

静的力学特性動的力学特性

？

46

おわりに：この研究分野が抱える問題

■ 海外（アメリカ，イスラエル，シンガポールなど）

⇒ 防護技術センターや防護設計マニュアルが存在

■ 日本

⇒ 耐爆研究は，戦後ほとんど進められなかった

（日本建築学会，土木学会にて研究活動の必要性認識）

■ 爆発事敀や意図的攻撃による脅威の増大傾向

⇒ 積極的な研究活動の開始・継続が望まれている

47

参考文献（1） 48

1）大野友則編著：基礎からの爆発安全工学－構造物の耐爆設計の基礎－，森北出版，

2011

2）日本建築学会：重要構造物の耐衝突・耐爆性能評価と防止対策，2006年度日本建築

学会大会（関東）構造部門（応用力学）パネルディスカッション資料，2006

3）大久保一徳ほか：C4爆薬の接触・近接爆発に対するコンクリート板の損傷評価，構造工

学論文集，Vol.53A，pp.1273-1283，2007

4）日本建築学会：建築雑誌，昭和12年2月号，pp.1-12，1937

5）日本建築学会：建築雑誌，昭和16年2月号，pp.37-44，1941

6）五十嵐太郎：戦争と建築，晶文社，2003

7）武藤清：構造物の動的解析，耐震設計シリーズ4，丸善，1966

8）市野宏嘉ほか：室内地中爆発実験による爆土圧特性の検討，第8回構造物の衝撃問

題に関するシンポジウム講演論文集，pp.159-164，2006

9）安藤智啓：爆土圧を受ける鉄筋コンクリート構造物模型の三次元数値解析，コンクリート

工学年次論文集，Vol.30，No.3，pp.835-840，2008

10）佐治泰治ほか：中央集中衝撃荷重をうけるモルタルおよびコンクリートの二点支持試験

体の衝撃曲げひずみについて，セメント技術年報，Vol.35，pp.401-404，1981

11）林卓夫・田中吉之助編著：衝撃工学，日刊工業新聞社，1988


12）森下政浩ほか：接触爆発を受ける鉄筋コンクリート版の損傷，構造工学論文集，

Vol.46A，pp.1787-1791，2000

13）森下政浩ほか：接触爆発を受ける鉄筋コンクリート版の損傷に及ぼすコンクリート強度

及び鉄筋間隔の影響，コンクリート工学論文集，Vol.15，No.2，pp.89-98，2005

14）森下政浩ほか：近接爆発を受ける鉄筋コンクリート版の損傷と覆土の緩衝効果，土木

学会論文集A，Vol.62，No.4，pp.865-876，2006

15）大野友則：飛翔体の衝突に対するRC版の挙動に関する研究の現状，コンクリート工学，

Vol.41，No.4，pp.20-28，2003

16） M. Katayama et al.: Numerical analysis method for the RC and geological

structures subjected to extreme loading by energetic materials, International

Journal of Impact Engineering, Vol.34, Issue 9, pp.1546-1561, 2007

17）山口信ほか：ポリエチレン繊維補強コンクリートの接触爆発に対する耐爆性能，日本建

築学会構造系論文集，No.619，pp.187-194, 2007

18）山口信ほか：各種繊維補強コンクリートとの耐爆性能の比較検討（ポリエチレン繊維補

強コンクリートの接触爆発に対する耐爆性能），日本建築学会構造系論文集，Vol.73，

No.631，pp.1681-1690，2008


19）山口信ほか：プレキャスト薄板要素の積層による2層構造版の耐爆性能（ポリエチレン繊

維補強コンクリートの接触爆発に対する耐爆性能），日本建築学会論文集，Vol.75，No.

654，pp.1577-1586，2010

20）山口信ほか：連続繊維補強材を用いた鉄筋コンクリート版の耐爆補強に関する実験的研

究，日本建築学会構造系論文集，Vol.77，No.674，pp.637-646，2012

21）東京工業大学応用セラミックス研究所，伊藤忠テクノソリューションズ（株），（社）火薬

学会共催：衝撃解析のための衝撃・材料フォーラム2010 資料集，2010

22）石川信隆，大野友則，藤掛一典，別府万寿博共著：基礎からの衝撃工学－構造物の

衝撃設計の基礎－，森北出版，2008

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