| Project/Area Number |
23K26252
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| Project/Area Number (Other) |
23H01558 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 23010:Building structures and materials-related
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| Research Institution | Institute of Science Tokyo |
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Principal Investigator |
山崎 義弘 東京科学大学, 総合研究院, 准教授 (70644425)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
秋山 信彦 国立研究開発法人建築研究所, 材料研究グループ, 主任研究員 (20806054)
松田 和浩 名城大学, 理工学部, 准教授 (80567397)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2024: ¥8,190,000 (Direct Cost: ¥6,300,000、Indirect Cost: ¥1,890,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
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| Keywords | 構造ヘルスモニタリング / 常時微動 / 固有振動数 / 減衰定数 / 非構造材 / 継続使用性 / モニタリング / 損傷劣化 / 耐震設計 / 振動特性 |
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| Outline of Research at the Start |
現在の耐震設計思想は、稀に発生する中地震に対して損傷させず、極稀に発生する大地震に対して倒壊させないという、二段構えとなっている。しかし、倒壊防止によって人命保護ができても、建築物の継続使用性が保持されず取り壊すこととなれば、所有者は財産を失うこととなり、影響は甚大である。そこで本研究では、木造住宅を対象に、損傷／倒壊の中間にある”継続使用性が維持される限界点”に対応する設計指標を提案し、地震後も継続使用可能な高い耐震性能をもつ住宅を志向できる環境を整備する。また、一度被災した住宅の継続使用可否を現場で判定する事後対応技術として、構造ヘルスモニタリングの評価手法の開発も行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在の耐震設計思想は、稀に発生する中地震に対して損傷させず、極稀に発生する大地震に対して倒壊させないという、二段構えとなっている。しかし、倒壊防止によって人命保護ができても、建築物の継続使用性が保持されず取り壊すこととなれば、所有者は財産を失うこととなり、影響は甚大である。そこで本研究では、木造住宅を対象に、損傷／倒壊の中間にある”継続使用性が維持される限界点”に対応する設計指標を提案し、地震後も継続使用可能な高い耐震性能をもつ住宅を志向できる環境を整備する。
2023年度は軸組工法の住宅を対象として、せっこうボード付き筋かい耐力壁と合板耐力壁の2種類の仕様で実験を行い、固有振動数の変位依存性の検討を行った。2024年度はこの知見をより広範な仕様に適用できるよう、非構造材であるせっこうボードの寄与を調べる目的で、筋かい耐力壁（2023年度の試験体からせっこうボードのみ除去）試験体と、引きボルト式ラーメン試験体の実験を行った。試験方法は、2023年度に確立した常時微動、人力加振、起振機加振、アクチュエータ載荷、のサイクル試験とした。また、試験体のアンカーボルトの締め付けを段階的に行って、固有振動数への影響を調べた。
実験の結果、せっこうボードが特に微小変形での剛性や減衰に大きく影響を及ぼしていること、引きボルト式試験体では損傷後のボルトの増締めで固有振動数が劇的に回復すること、ボルトの締め付けを段階的に行うと固有振動数に影響を及ぼすがある程度で頭打ちになること、を明らかにした。このことは、構造ヘルスモニタリング技術の実利用にあたって、非構造材の寄与を適切に推定すること、およびボルト張力の現況を把握することの重要性を示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、木造住宅を対象に、既存の耐震設計の枠組にとらわれない新たな損傷レベルとして”継続使用性が維持される限界点”を見出すことで、設計段階から継続使用性の高い住宅を志向できるようにするための手法を開発する。設計段階での事前対策だけでなく、一度被災した住宅の継続使用可否を現場で判定する事後対応技術の開発も目指している。
2023年度に実験を実施した軸組工法（せっこうボード付き筋かい、および合板）試験体に加え、2024年度はせっこうボード無しの筋かい、および引きボルト式集成材ラーメンのデータ収集を行うことで、多様な工法における固有振動数の変位依存性を把握することができた。また、静的加力試験により段階的に繰り返し変形を与えて損傷を生じさせながら、それぞれの段階において常時微動・人力加振・起振機加振により様々な振幅レベルでの振動計測を行うという試験方法を確立し、損傷状態（経験した最大層間変形角）と固有振動数の変化の関係を定式化する方法も提案することができた。
また、木質構造では温湿度変化や長期応力のリラクゼーションといった、木材特有の問題を解決しない限り、実用に供する手法とはならないが、これらの問題に対して、アンカーボルト軸力の変化が固有振動数に及ぼす影響の一端を明らかにし、ヘルスモニタリングにおける留意点として示すことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2025年度はこれまでに得られた知見を総括し、木造住宅に用いられる一般的な耐力壁およびラーメン構造を対象に、経験最大層間変形角と固有振動数の関係の整理、そして各種振動計測により損傷を推定する手法の提案を行う。各種工法による特性の差異は明確に見られるが、振幅と振動数の関係の数式表現は統一的なものを用いることができる見通しが立っている。
また、上記の知見をもとに、損傷と倒壊の中間にある”継続使用性が維持される限界点”に対応する設計指標を提案することを最終目標としているが、その限界点はボルト増締めなどの軽微な補修の可否により大きく変動し得るため、補修の容易性も考慮した上で、地震後の継続使用性を評価することが重要と考えられる。補修の効果については既に実験により検証済であるため、今後はよりパラメトリックに数値解析を実施して、設計指標の精査を行う。
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