2019 Fiscal Year Annual Research Report
実空間・サイバー空間連携システムによるコンクリート構造物の環境劣化予測技術の開発
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19H02212
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| Research Institution | Nagaoka University of Technology |
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Principal Investigator |
中村 文則 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (70707786)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
下村 匠 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40242002)
神田 佳一 明石工業高等専門学校, 都市システム工学科, 教授 (60214722)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 塩害 / 飛来塩分 / 降雨 / 自然環境 / 模型実験 / 数値解析 / サイバー空間 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年度(令和元年度)には、沿岸部の自然環境を再現できる実験施設の構築を行い、それを利用して風・降雨・飛来塩分を作用させた実験を実施した。さらに、その予測モデルを構築し、模型実験を再現した予測計算を実施した。実験施設は、長岡技術科学大学の敷地内に構築した。この施設は、風と同時に、降雨、飛来塩分、日射が作用できるものである。設置した実験模型は、鉄筋コンクリート製の橋桁形状の一部を再現したものであり、寸法が幅1.6m、奥行き1.8m、高さ2.2m(地表面からの高さ2.5m)である。
実験の方法は、風を作用させた状況で、降雨と飛来塩分をそれぞれ作用させ、構造物表面に到達する物質量の測定を行った。測定項目は、1)模型周辺の風速の分布、2)模型表面の降雨による水分の到達量、3)模型表面の飛来塩分粒子(微小な飛沫)の到達量、4)表面・表層部の水分損失量と塩分濃度である。模型表面の降雨水の到達量は、給水スポンジを用いて測定を行った。飛来塩分の到達量は、感水試験紙と画像解析で測定を行った。実験結果では、模型表面に作用する降雨水の到達量が、模型表面の各位置で変化しており、張り出し部の下部などで降雨が作用していない部分があることがわかった。風と飛来塩分粒子を同時に作用させた結果では、飛来塩分粒子の到達量は、模型表面に一様に作用するのではなく、各位置で差があることが定量的に示された。
さらに、数値解析では、3次元の風のモデル、大気中の降雨粒子の移動・到達過程のモデル、表面・表層部の水分損失量と塩分濃度のモデルを構築した。その結果、構築した計算モデルは、降雨水と飛来塩分粒子が到達する範囲をおおむね再現できることが示された。これらの研究成果を査読付論文(コンクリート工学年次論文集2020年度(掲載決定)等)として整理した。
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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
2019年度は、沿岸部の自然環境条件を再現できる実験施設および模型を構築し、自然環境作用を再現した模型実験を実施する研究計画である。実験施設は、風、降雨、飛来塩分、日射が同時に作用できる施設を構築した。実験模型は、橋桁側面部の一部を模擬した鉄筋コンクリート製の実物大(縮尺1/1)のものを製作した。実験は、模型に風を作用させ、同時に降雨または飛来塩分を作用させる方法で実施し、模型周辺の風の分布、模型表面に到達する降雨水と飛来塩分の到達量、模型表面を流れる降雨水と塩分濃度を予定通りに測定した。実験施設を屋外に構築したため、自然風の影響を受けることで、実験ケースの一部で測定が予定通り進まないといった問題が生じたが、主要な実験ケースはほぼ実施することができた。実験結果は、模型表面における降雨と飛来塩分の到達量までは、当初の想定通りの結果を得ることができた。模型表面を流れる降雨水と塩分濃度は、測定結果の一部で再度測定を行う必要があると判断されたため、2020度に再度測定を行う予定である。
予測モデルの開発では、構造物表面の降雨と飛来塩分の接触(到達)、表面の降雨水の流れ、水分の蒸発・塩分濃縮、表層への浸透過程の各モデルを予定通りに構築を行った。ただし、模型表面の降雨水の流れと水分の蒸発・塩分濃縮の予測モデルについては、模型実験を再度実施するため、その結果を参考にモデルの一部を変更する可能性がある。
以上より、コンクリート構造物の表面境界における自然環境作用を詳細に再現できる実験施設の構築し、模型実験をおおむね計画通りに実施できている。さらに、表面境界における自然環境作用の各予測モデルが構築できており、研究がおおむね順調に進展している状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
2020年(令和2年度)は、昨年度と同様に、構築した実験施設を利用して実験を行う。昨年度の実験では、実験施設を屋外に構築したため、周辺の自然風の影響を受けることで、実験ケースの一部の測定で予定通りに進めることが困難であった。そのため、実験施設の送風方法と側壁の一部を改良する予定である。
予測モデルの開発は、2019年度に構築した構造物表面への降雨・塩分の接触(到達)、表面上の水分(降雨水)の移動・塩分の再配分、水分の蒸発とそれに伴う塩分濃度の濃縮、表層への物質浸透の各モデルの統合を行う。その後、開発した予測モデルの妥当性の検証のために、実験結果と沿岸部に設置されている実橋梁の測定結果を整理し、それらと計算結果との比較を行う。検証項目は、構造物の各部位の飛来塩分粒子および降雨の到達量、降雨作用による塩分の再配分と損失量について詳細に検証する予定である。さらに、開発した表面境界の予測モデルは、開発済みの構造物の外部の自然環境作用モデル、コンクリート内部の物質移動・鉄筋の腐食モデルと統合を行う。これらのモデルを統合することで、コンクリート構造物の外部から内部までの各物理現象を一連で評価できる環境劣化予測技術の開発を行う予定である。
それと並行に、実空間と連携(同期)したサイバー空間システムの構築を行う。コンクリート構造物を対象とした実空間と連携(同期)した3次元のサイバー空間システムを構築する。実空間の構造物周辺で自然環境作用の測定を行い、その結果からサイバー空間においてリアルタイムで実空間を再現することで、実空間とサイバー空間を連携(同期)させる予定である。最終的には、構築したシステムを実橋梁に適用させる予定であるが、本年度はシステムの検証のために実験模型に適用させる予定である。
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