2018 Fiscal Year Research-status Report
外力作用条件が実大鉄筋コンクリート部材のひび割れ進展メカニズムに与える影響評価
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18K04422
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 典之 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60401270)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶原 浩一 国立研究開発法人防災科学技術研究所, 地震減災実験研究部門, 総括主任研究員 (10450256)
長江 拓也 名古屋大学, 減災連携研究センター, 准教授 (90402932)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | ひび割れ進展 / 幾何学的部材変形 / ひび割れ間隔 / ひび割れ定常状態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，実地震を想定した外力作用条件における実大鉄筋コンクリート造建築構造部材の損傷量進展メカニズムを解明し，損傷量評価手法へと展開させることである。
平成30年度は，載荷実験に適用する損傷量計測システムの開発にあたり，その予備的検討として，RC造スラブを有するS造部分架構の実大動的載荷実験を実施した。その際，これまで培ってきた画像計測技術のノウハウを用いて，動的載荷時にも適用可能，かつ，A.I.を用いたひび割れ検出技術への展開も踏まえた画像計測システムの構築を検討した。計測環境が厳しい振動台上においても設置・運用が可能な汎用アクションカムを用いたステレオカメラの構築については，平成30年度中の開発には至らなかったが，固定具に関する課題解決に向けた方向性を明らかにすることができた。
また，上述の計測システム開発と同時並行して，鉄筋コンクリート造建築構造部材の損傷量進展メカニズムの解明にむけた解析的研究を進めた。これまでの研究において，柱部材および梁部材については，幾何学的部材変形法により簡易な（通常の耐震設計で用いるような）解析モデルでもひび割れ進展過程を大まかに推定できる可能性は明らかになっていたが，平成30年度はせん断ひび割れが卓越する壁部材についても，幾何学的部材変形法を簡易な解析モデル（修正圧縮場理論）に適用することで，大まかなひび割れ進展過程の推定が可能であることを示した。特に，柱部材，梁部材，壁部材とも，幾何学的部材変形法においては，平均ひび割れ間隔の設定が重要なパラメータとなっており，ひび割れ定常状態（それ以上新たなひび割れが発生せず，既発ひび割れが拡幅するだけの状態）に至るまでの，ひび割れ間隔の推移を適切にモデル化することが，ひび割れ量進展の推定精度に大きく影響することを明らかにした。
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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
これまで培ってきた画像計測技術のノウハウを用いて，動的載荷時にも適用可能な画像計測システムの構築を検討したが，汎用アクションカムを用いたステレオカメラの構築については，平成30年度中の開発には至らなかった。しかし，あくまで予備的実験の段階でありながら，目的を達成するための課題を明らかにできたことで，次年度以降の計測装置開発に向けた改善点・改良点を抽出することができ，研究進捗が滞る状態にまでは至らなかった。なお今年度も，RC造壁試験体の静的載荷実験における損傷量計測，および，RC造スラブ付き部分架構の動的載荷実験を予定しており，改良型計測システムを導入することで，さらなる損傷量進展過程の実験データ収集を進める予定である。
また，同時並行で進めた解析的検討においては，線材モデル化される柱部材，梁部材だけでなく，壁部材への幾何学的部材変形法の適用方法を示すことができ，架構全体の損傷量評価への展開に道筋がついた。このことは，本研究課題が概ね順調に進んでいるものと判断できる根拠のひとつと考えられる。
さらに，解析的検討により平均ひび割れ間隔の設定が重要なパラメータとなることが明らかとなったが，このメカニズム検討においては，コンクリート表面のひずみと内部鉄筋のひずみ差を計測すべく，DIC（画像相関法）を用いた実験データの取得が必要になる。これについても，その適用範囲や妥当性検証を平成30年度中に終えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度以降の実験的検討においては，RC造壁試験体の静的載荷実験における損傷量計測，および，RC造スラブ付き部分架構の動的載荷実験を計画しており，前年度までに課題を抽出した計測システムを改良し，改良型計測システムを導入することで，損傷量進展過程の実験データ収集を進める。なお，損傷量データの分析にあたっては，従来より検討されている画像処理手法（最終的には二値化した画像のピクセルカウント）による損傷量計測だけでなく，深層学習（A.I.）を用いたひび割れ領域抽出により，二値化の閾値設定問題による損傷量計測の難点を克服した画像解析技術についても検討を進める。
また，今年度以降の解析的検討においては，柱部材，梁部材，壁部材への幾何学的部材変形法の適用だけでなく，柱梁接合部の損傷量進展における幾何学的部材変形法の適用可否についても検討を進める。既に，過去に実施された柱梁接合部の損傷進展過程を撮影した写真データを入手しており，これをもとに画像解析を進め，簡易な損傷量進展モデルを構築する。
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Research Products
(12 results)
