2020 Fiscal Year Annual Research Report
脆性破壊回避と連続繊維の高復元性能による既設防災構造物の高レジリエント化の実現
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19H02394
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
栗橋 祐介 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (30414189)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小室 雅人 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (10270183)
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)
玉井 宏樹 九州大学, 工学研究院, 助教 (20509632)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 衝突作用 / コンクリート構造物 / 高レジリエント化 / 超衝撃吸収積層緩衝構造 / 連続繊維シート / 脆性破壊回避 / 衝撃実験 / 衝撃応答解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020 年度の研究成果は，(1) 衝突作用を受ける RC はりのひび割れ進展過程や損傷過程の詳細な把握，(2) 超衝撃吸収型緩衝構造のエネルギー吸収性能の定量評価，および(3) 衝突作用を受ける緩衝材と RC はりの相互作用の解明である．
(1) については，高速度三次元デジタル画像相関法 (高速度 3D DIC) により RC はり側面の主ひずみ分布を可視化し，その時間的変化を分析した．この分析結果により，衝突作用を受ける RC はりのひび割れ進展過程や変形挙動が明らかになった．実験に結果に基づいて，衝突作用を受ける RC はりの耐衝撃挙動を適切に再現可能な数値シミュレーションのキャリブレーションを行い，適切な材料構成則やパラメータの設定値を確定した．
(2) については，土木用途における実績の多い発泡ポリスチレンの上に連続繊維シート補強した超高強度鋼繊維補強コンクリートを積層することにより，緩衝性能が 15 倍程度以上向上することを明らかにした．また，発泡ポリカーボネイトを中間層に配置することにより，超高強度鋼繊維補強コンクリートの脆性破壊を抑制できることを明らかにした．実験結果に基づいて，超高強度鋼繊維補強コンクリートの押抜きせん断耐力評価やエネルギー保存則に基づく超衝撃吸収型積層緩衝構造の設計法を提案した．
(3) については，緩衝材と RC はりの相互作用に及ぼす緩衝材の材料特性に影響について，重錘落下衝撃実験により検討した．衝突作用のレベルは，RC はりが塑性変形を呈する程度とした．実験結果に基づいて，緩衝材および RC はりの変形やエネルギー吸収量の時刻歴変化を明確にし，エネルギー分担率を明らかにした．また，緩衝材を有する RC はりの最大たわみの推定法を提案した．
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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
本研究プロジェクトの当初計画においても，緩衝材設置による RC 部材の耐衝撃性向上効果に関するメカニズムの解明や定量評価を目的としていたことから，概ね予定どおりに進捗しているといえる．ただし，RC はりを対象とした基礎的な検討による現象解明に重点をおいているため，今後は RC 版や門型構造を対象とした検討が必要である．また，超衝撃吸収型積層緩衝構造についても，概ね想定どおりの緩衝性能を発揮することが確認されている．ただし，スケールの小さい試験体による検討であることや，実験ケース数も限定的であることから，今後は得られた知見に基づき実用化を念頭においた検討を進めていく必要がある．研究成果の公表に関しては，国内査読付き論文１編，国際ジャーナル５編を投稿し掲載された．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，これまでの知見に基づいて，本研究プロジェクトの目標達成のため，超衝撃吸収型積層緩衝構造を設置した RC 防災構造物の耐衝撃挙動の解明に向けた検討を推進する．超衝撃吸収型積層緩衝構造については，より実現象に近い衝撃実験を計画し，提案した設計法の妥当性を検討する．また，緩衝構造と RC 構造物の相互作用の解明のため，2019 年度に実施した実験をベースに各種パラメータを追加した検討を行う．具体的には，衝突作用の規模が異なるケースや破壊モードの異なる RC はりを対象に実験を実施し，それらの耐衝撃挙動を再現可能な数値シミュレーション手法を開発する．精度の高い設計法の構築を目指して，得られた知見に応じて研究計画を精査しながら検討を進める．
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