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Investigation into frost damage mechanisms of masonry buildings using coupled hygrothermal and mechanical simulations

Research Project

Project/Area Number 21K20462
Research Category

Grant-in-Aid for Research Activity Start-up

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section 0304:Architecture, building engineering, and related fields
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

Fukui Kazuma  神戸大学, 工学研究科, 助教 (00908767)

Project Period (FY) 2021-08-30 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords凍害 / 組積造建築 / 数値解析 / 熱水分移動 / ひずみ / Poromechanics / 異方性 / 実環境 / 熱水分同時移動 / 組積造
Outline of Research at the Start

建築材料の凍害は、材料内の水分が凍結と融解を繰り返すことで表面の剥離や亀裂、壁体の剥落などを引き起こす現象である。本研究では近年国際的に関心が高まっている組積造建築の凍害に着目し、壁体を構成するれんがの物性値の異方性や不均一性を精緻に把握したうえで、れんがとモルタルからなる壁体内の熱水分移動や応力・ひずみ変化のシミュレーションを行い、外気の温度変動に晒された際に壁体が劣化するメカニズムを明らかにすることを目指す。

Outline of Final Research Achievements

This study investigated the deterioration mechanisms of masonry walls due to freezing and thawing using coupled hygrothemal and mechanical simulations. First, we investigated modeling methods for the freeze-thaw processes of fired clay materials which compose masonry walls, considering the anisotropies of the material properties. Next, calculation models of a masonry wall were developed, and numerical simulations considering solar radiation and temperature changes in a cold region were conducted to clarify the season and position in a material in which the ice content and liquid water and ice pressure became high and the frost damage risks increased.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

欧州では断熱改修に伴う組積造壁体の劣化リスクの変化への関心が高く、文化財建築の保存は国内外問わず急務の課題である。このような課題の解決策となりうる数値解析に用いる適切なモデルの検討を行ったことや、実験室実験では再現が難しい実際の壁体構成や環境条件を想定した劣化メカニズムを示したことは意義が大きいと考えている。今後本研究で行ったモデル化や検討手法をもとに、より広い環境条件や様々な壁体構成を考慮した凍害リスクの評価が期待できる。

Report

(3 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Journal Article] Coupled hygrothermal and mechanical simulations of highly anisotropic building material during freezing and thawing2023

    • Author(s)
      Kazuma Fukui, Chiemi Iba, Daisuke Ogura
    • Journal Title

      Journal of Building Physics

      Volume: - Issue: 6 Pages: 659-685

    • DOI

      10.1177/17442591231165992

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Water Uptake of Porous Building Materials with Extremely Small Air Entrapment Effects2023

    • Author(s)
      Kazuma Fukui
    • Organizer
      13th Nordic Symposium on Building Physics
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 凍結融解が高含水率状態の多孔質建築材料内の水分の分布におよぼす影響2023

    • Author(s)
      福井一真
    • Organizer
      日本建築学会近畿支部研究発表会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 凍結融解が高含水率状態の多孔質建築材料内の水分の分布におよぼす影響2023

    • Author(s)
      福井一真
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 静電容量を利用した建築材料の含水率の経時変化の測定と凍結した材料への適用可能性2022

    • Author(s)
      福井一真
    • Organizer
      日本建築学会近畿支部研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 凍結融解過程における組積造壁体内の熱水分移動に及ぼすモルタル層の影響に関する基礎的検討2022

    • Author(s)
      山中克
    • Organizer
      日本建築学会近畿支部研究発表会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 静電容量を利用した建築材料の含水率の経時変化の測定と凍結した材料への適用可能性2022

    • Author(s)
      福井一真
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 凍結融解過程における組積造壁体内の熱水分移動に及ぼすモルタル層の影響に関する基礎的検討2022

    • Author(s)
      山中克
    • Organizer
      日本建築学会大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

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Published: 2021-10-22   Modified: 2024-01-30  

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