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高齢化する防災構造物の安全性評価に関する高信頼性・超高速計算システムの構築

Research Project

Project/Area Number 23K26349
Project/Area Number (Other) 23H01655 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 25030:Disaster prevention engineering-related
Research InstitutionKanazawa University

Principal Investigator

栗橋 祐介  金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (30414189)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小林 俊一  金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (10243065)
玉井 宏樹  九州大学, 工学研究院, 准教授 (20509632)
別府 万寿博  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (90532797)
藤生 慎  金沢大学, 融合科学系, 准教授 (90708124)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2025: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000)
Keywords防災構造物 / 安全性評価 / 維持管理 / 高信頼性・超高速計算システム / 教師データ / 予測モデル / 衝撃実験 / 衝撃応答解析
Outline of Research at the Start

持続可能な開発目標 (SDGs) の達成に向け,我が国においても低炭素社会の実現などの取り組みが展開されている.インフラ管理の側面からは,高齢化する数多くの既設構造物の長寿命化を図り,建設副産物排出を大幅に削減することで目標達成に貢献できる.一方で自然災害が激甚化する現代においては,既設防災構造物の安全性評価が重要であり,衝撃応答解析が必須となる.ただし,数多くの既設防災構造物を衝撃応答解析により評価するには膨大な時間とコストを要する.その解決策として,本研究では機械学習や AI(人工知能)を活用した高信頼性・超高速計算システムの構築を目指す.

Outline of Annual Research Achievements

衝突作用を受ける RC はりを対象に,国内外の 200 ケース程度の実験結果を収集し,RC はりの諸元や載荷条件を一覧にした.また,コンクリート標準示方書に基づいて,曲げ耐力,せん断耐力,主鉄筋降伏時変位などを算定して一覧表に加えた.これらのデータセットを教師データとして,7つの予測モデルを用いて最大応答変位を求めた.また,8つの説明変数(重錘質量,衝突速度,断面高さ,断面幅,スパン,主鉄筋総断面積,コンクリート圧縮強度,鉄筋降伏強度)を用いる場合と,3つ説明変数(RC はりの曲げ耐力,降伏変位,重錘の入力エネルギー)に集約する場合についても検討した.その結果,3つの説明変数を用いる場合が8つの場合よりも全般的に推定精度が高いことが明らかになった.また,予測モデルとして「勾配ブースティング決定木 (GBDT)」を用いる場合が,説明変数の数によらず高い推定精度を示した.
実験による検討としては,曲げ破壊型 RC はりの重錘落下衝撃実験を実施し,重錘衝突部に発泡材を設置した場合における RC はりの衝撃応答メカニズムを解明するとともに,最大変位推定法を確立した.また,同様にせん断破壊型 RC はりの重錘落下衝撃実験も実施し,重錘衝突部に発泡材を設置した場合における RC はりのせん断破壊推定法を提案した.
数値解析による検討としては,曲げ破壊型 RC はりを対象にコンクリート構成則モデルが数値解析結果に及ぼす影響について検討した.前述の国内外の 200 ケース程度の実験結果を対象に検討した結果,連続表面キャップモデル (CSCM) が最も精度良く耐衝撃挙動を再現することを明らかにした.
これらの知見より,防災構造物の安全性評価に関する高信頼性・超高速計算システム構築のための教師データ作成・拡張を適切に推進できるものと考えられる.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

衝突作用を受ける RC はりを対象として,最大変位を適切に推定可能な予測モデルを明らかにするとともに,実験ならびに数値解析により,防災構造物の安全性評価に関する高信頼性・超高速計算システム構築のための教師データ作成・拡張を適切に推進可能な知見を得たため「おおむね順調に進展している」と評価した.

Strategy for Future Research Activity

2024 年度以降は,引き続き RC はりを対象とした教師データ作成・拡張を推進するとともに,同様の検討を RC 版や RC ボックスカルバート・シェッドを対象に実施する.文献調査ならびに実験・数値解析を進める.また,これらの構造物に関する高信頼性・超高速計算システムを構築するために,適切なデータセットと予測モデルについて検討する.なお,RC 版や RC ボックスカルバート・シェッドについても,エネルギー保存則がある程度成立する範囲を対象に検討する.

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] Impact behavior and energy absorption characteristics of shear-failure type RC beams with cushioning material subjected to impact load2024

    • Author(s)
      高橋 然、栗橋 祐介、及川 由喜、桝谷 浩
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 70A Issue: 0 Pages: 1062-1076

    • DOI

      10.11532/structcivil.70A.1062

    • ISSN
      1881-820X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Effect of concrete constitutive law on accuracy and applicability of numerical simulation of RC beams subjected to collision action2024

    • Author(s)
      ルン タイ アイン ズイ、グェン バ ナム タン、髙橋 然、栗橋 祐介、桝谷 浩
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 70A Issue: 0 Pages: 1077-1091

    • DOI

      10.11532/structcivil.70A.1077

    • ISSN
      1881-820X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Proposal for a maximum displacement estimation method for bending-failure type RC beams with cushioning material subjected to impact load2024

    • Author(s)
      高橋 然、栗橋 祐介、及川 由喜、桝谷 浩
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 70A Issue: 0 Pages: 1106-1119

    • DOI

      10.11532/structcivil.70A.1106

    • ISSN
      1881-820X
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 衝突荷重を受けるせん断破壊型 RC はりのエネルギー 吸収特性に関する研究2023

    • Author(s)
      高橋 然,栗橋 祐介
    • Journal Title

      コンクリート構造物の補修,補強,アップグレード論文報告集

      Volume: 23 Pages: 163-168

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] コンクリート構成則を変化させた 衝突作用を受ける RC はりの 数値シミュレーション2023

    • Author(s)
      ルン タイ アイン ズイ,グェン バ ナム タン, 髙橋然,栗橋祐介,桝谷浩
    • Organizer
      第14回 構造物の衝撃問題に関するシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 緩衝材を設置した曲げ破壊型 RC はりの最大変位推定法の提案2023

    • Author(s)
      及川由喜,栗橋祐介,高橋然,桝谷浩
    • Organizer
      第14回 構造物の衝撃問題に関するシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 緩衝材を設置したせん断破壊型 RC はりの耐衝撃挙動の分析2023

    • Author(s)
      高橋然,及川由喜,栗橋祐介,桝谷浩
    • Organizer
      第14回 構造物の衝撃問題に関するシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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