Investigation on the relationship between visual inspection results and remaining performance of existing civil FRP structures

• Project/Area Number: 21H01419
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 北根 安雄 京都大学, 工学研究科, 教授 (10444415)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 橋本 国太郎 神戸大学, 工学研究科, 准教授 (40467452)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000); Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: FRP / 劣化 / 残存性能 / 外観評価 / 非破壊試験 / 補修 / 維持管理

Outline of Research at the Start

現在，既設土木FRP構造物の経年が進んできているが，他の分野の構造物と比較して規模が大きく，また設計耐用年数も長い土木構造物のFRP部材の維持管理方法は未だ確立されておらず，その確立が求められている．本研究は，土木FRP構造物の維持管理において，点検時の外観および非破壊検査結果から構造性能を評価する方法を確立することを目指し，劣化したFRP部材に対して，外観調査，非破壊検査，強度実験を実施することにより，外観変状および非破壊検査結果と残存構造性能の関係を明らかにしようとするものである．

Outline of Annual Research Achievements

令和5年度は，約20年間暴露されたFRP角パイプを対象部材とし，それらの外観評価と材料試験結果を比較し，外観の変状レベルとの残存性能との対応関係を検討した．繊維の露出程度と力学性能との関係が深いことが確認された．また，暴露材の部材曲げ実験を行い，暴露なし部材に対する性能保持率を明らかにした．暴露部材の性能低下は，材料試験結果を用いて推定できる部材性能（剛性・強度）により，精度よく評価可能であることが明らかとなった．
また，上記の暴露されたFRP角パイプに対して，現場で性能回復が可能である補修方法を3種類検討した．それぞれの補修供試体を作成し，部材曲げ実験を行うことで，各補修方法の性能回復効果を確認した．補修方法によっては，補修設計計算通りに剛性および強度が回復できたもの，剛性が計算値より低く出たもの，強度が計算値より低く出たものが存在したが，今後，補修方法ごとにこの要因を究明して，補修設計が精度よく行えるようにする必要があることが明らかとなった．
約20年間暴露されたFRP床版材料については，表面の劣化が見られたが力学性能の低下は大きくなかったため，耐候性を確保するための表面補修を実施し，R4年12月から補修供試体の暴露試験を実施している．R5年12月には1年後の経過観察を行い，透水試験等の非破壊試験と表面保護層の付着力試験を実施した．暴露試験はR24年まで20年間実施し，表面補修後の耐候性について経過観察を行っていく予定である．
本研究の一部は，土木学会複合構造委員会FRP複合構造の設計・維持管理に関する調査研究小委員会と協働体制で実施し，本研究で実施した実験等の結果は，小委員会の報告書にその詳細を記載している．また，FRP構造物の点検時に参考にできる外観変状に基づく構造性能のグレーディング評価についても，その概要や事例を上記小委員会の報告書にまとめている．

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] EXPERIMENTAL EVALUATION ON RESIDUAL BENDING PERFORMANCE OF GFRP PULTRUDED BOX SECTION MEMBER EXPOSED FOR 20 YEARS (2023)
  • Author(s): 辰田翔太，北根安雄，日比英輝，佐藤顕彦，杉浦邦征，西﨑到
  • Journal Title: Japanese Journal of JSCE Volume: 79 Issue: 14 Pages: n/a
  • DOI: 10.2208/jscejj.22-14004
  • ISSN: 2436-6021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] STUDY ON MECHANICAL PERFORMANCE AND MICROSTRUCTURE OF HYBRID FRP PULTRUDED MATERIAL EXPOSED FOR 21 YEARS (2023)
  • Author(s): 佐藤顕彦，西崎 到，冨山禎仁，北根安雄，杉浦邦征
  • Journal Title: Japanese Journal of JSCE Volume: 79 Issue: 4 Pages: n/a
  • DOI: 10.2208/jscejj.22-00138
  • ISSN: 2436-6021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] FATIGUE STRENGTH AND STIFFNESS DEGRADATION OF HAND LAY-UP GFRP (2022)
  • Author(s): 佐藤 顕彦，北根 安雄，日比 英輝，五井 良直，杉浦 邦征
  • Journal Title: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A1 (Structural Engineering & Earthquake Engineering (SE/EE)) Volume: 78 Issue: 5 Pages: II_54-II_65
  • DOI: 10.2208/jscejseee.78.5_II_54
  • ISSN: 2185-4653
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 局部的に高熱損傷を受けたGFRP材料の引張挙動の変化特性に関する一検討 (2023)
  • Author(s): 橋本国太郎，日比英輝，北根安雄，西﨑到
  • Organizer: 第15回複合・合成構造の活用関するシンポジウム
• [Presentation] 約20年間暴露されたGFRP引抜成形角パイプの 曲げ耐荷力実験 (2022)
  • Author(s): 辰田 翔太，北根 安雄，日比 英輝，佐藤 顕彦，杉浦 邦征，西﨑 到
  • Organizer: 第９回ＦＲＰ複合構造・橋梁に関するシンポジウム
• [Presentation] ハンドレイアップ成形GFRPの疲労損傷が 構造部材の残存剛性に与える影響 (2022)
  • Author(s): 佐藤 顕彦，北根 安雄，杉浦 邦征，日比 英輝，五井 良直
  • Organizer: 第９回ＦＲＰ複合構造・橋梁に関するシンポジウム
• [Presentation] Study on Evaluation of Residual Performance of GFRP Pultrusion Molded Materials with Long-term Exposure by Ultrasonic Testing (2022)
  • Author(s): Shota Tatsuta, Yasuo Kitane, Hideki Hibi, Kunitomo Sugiura
  • Organizer: The 8th Asia-Pacific Conference on FRP in Structures
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 材料試験及び非破壊検査による約20年間暴露されたGFRP引抜成形材の残存性能評価 (2021)
  • Author(s): 辰田翔太，北根安雄，日比英輝，佐藤顕彦，五井良直，杉浦邦征，西崎到
  • Organizer: 第14回複合・合成構造の活用に関するシンポジウム
• [Book] FRP複合構造の設計・維持管理に関する最新の調査報告 第3部 (2023)
  • Author(s): 土木学会複合構造委員会FRP複合構造の設計・維持管理に関する調査研究小委員会（編） 西﨑到，橋本国太郎，北根安雄，竿代矢須子，日比英輝，三ツ木幸子，西墻弘美，細沼宏之，川島陽子，藤田直博，秀熊拓也
  • Total Pages: 149
  • Publisher: 土木学会
  • ISBN: 9784810611007