| Project/Area Number |
22K18819
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 22:Civil engineering and related fields
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| Research Institution | Utsunomiya University |
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Principal Investigator |
藤倉 修一 宇都宮大学, 地域デザイン科学部, 教授 (90782558)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大森 俊洋 東北大学, 工学研究科, 教授 (60451530)
荒木 慶一 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (50324653)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | プレストレス / 形状記憶合金 / マルテンサイト変態 / ヒステリシス / コンクリート部材 / プレストレス導入 / 耐久性向上 / コンクリート構造物 |
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| Outline of Research at the Start |
近年，構造物の老朽化が大きな社会問題となり，既設構造物の補修・補強が急務である．このような背景から，RC構造物を複数に分割し，工場製作されたプレキャスト部材を現場で接合する工法が注目を集めているが，接合部は現場で施工されるため，弱点となり耐久性が懸念されている．接合部にプレストレスを導入し耐久性を向上する例もあるが，施工上やコストの問題があり，耐久性を向上する有効な手段が存在しない．そこで，本研究では，異分野である金属材料工学と構造工学を融合することにより，構造物の耐久性向上を目指し，新しい形状記憶合金を開発するとともに，低価格で新たなプレストレス導入方法の開発を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
土木構造物におけるプレストレス導入を可能にする形状記憶合金の開発研究を行った．変態温度ヒステリシスが広い形状記憶合金としてCu-Al-Mn系合金に着目した．200℃付近の温度域で時効処理を施すことでベイナイト変態が生じることがわかっているため，これを利用することで，変態温度ヒステリシスを拡大することが可能と考えられる．また，焼鈍したTi-Niに予ひずみを与えると，形状回復応力が生じ始める温度が上昇することにより，温度ヒステリシスが拡大し，それによって構造物へのプレストレスの適用範囲が拡大する可能性があることもわかっている．
昨年度に引き続き，ベイナイト変態させたCu-Al-Mn合金単結晶を作製し，様々な応力下での変態挙動を調査した．Cu-Al-Mn合金において適切な時効時間で生成するベイナイト変態を利用することで，プレストレス導入に有効な，ヒステリシスの広い形状記憶合金が開発できる可能性を見出すことができた．さらに，形状記憶合金としてTi-Ni合金焼鈍材が形状記憶合金を有することが，金属加熱実験から明らかになった．
昨年度行った，形状記憶合金をコンクリート部材中に用いて，プレストレス導入効果を検証するための実験方法に関する検討結果から，太径の形状記憶合金を想定していたが，まずは，形状記憶合金であるTi-Ni合金焼鈍材の細径を用いた．Ti-Ni形状記憶合金のコンクリート中におけるプレストレス導入効果を検証することを目的とし，形状記憶合金を加熱することにより形状記憶合金そのものの形状回復ひずみを確認する実験と，形状記憶合金をモルタルに埋め込み，形状記憶合金の加熱によりモルタル部材に生じる圧縮力を計測する実験を行った．これにより，形状記憶合金によるある程度のモルタル部材へのプレストレス導入効果を確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本年度は，Cu-Al-Mn合金およびTi-Ni合金において，適切な条件で材料を作製することでヒステリシスを広げることができた．実験により適切な時効条件を見出すことができたことは大きな成果である．また，コンクリート部材中の合金によるプレストレス導入効果を検証するための構造特性評価については，試験体を作成し，評価実験を実際に行った．２年の予定の課題であったが，１年延長し，作成した全ての試験体に対して実験を行っていないので，今後，実験を行い評価する予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は，コンクリート部材中の合金によるプレストレス導入効果が確認されたが，合金の予歪量や合金への加熱温度のプレストレス効果への影響を明らかにする．コンクリートに合金を埋め込んだ要素試験体の合金に熱を加え，プレストレス応力を評価するための追加実験を行う．
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