損傷した石造アーチ橋の崩壊機構の解明と文化財価値を考慮した補修・補強方法の提案

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04665
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 山尾 敏孝 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 名誉教授 (40109674)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 森山 仁志 熊本大学, 大学院先端科学研究部(工), 助教 (50825495) ; 岩坪 要 熊本高等専門学校, 生産システム工学系ACグループ, 教授 (60290839)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 構造工学・地震工学 / 石造アーチ橋・石積み構造 / 数値解析 / 文化財 / 補修・補強

Outline of Annual Research Achievements

R2度は，上流側と下流側の壁石の連結，隣接壁石間の連結に適用する接着アンカー工法の開発に先行して取り組んだ．基礎的検討として，純引張状態におけるアンカーの引抜実験を行い，アンカーの埋込長と孔径が補強後石材の終局耐力と破壊モードに及ぼす影響について検討した．その結果，最大荷重と埋込長の関係は，破壊モードに依らず比例関係になることが明らかとなった．しかしながら，石材のコーン状破壊モードで破壊面が浅く形成される場合には，比例関係にならなかった．すなわち，接着アンカーの補強効果は石材の機械的性質・物理的性質や組成の乱れに影響されるものと考えられる．2021年度では石材の種類をパラメータとして引抜実験を引き続き行い，補強後石材の終局耐力評価式の確立を目指す．
損傷劣化した石橋の崩壊機構の解明を目的とした石橋模型の静的・動的載荷実験については，振動台を有する共同研究者の機関へ移送し，載荷治具の手配などの準備を進めている．R3度早々に実験計画をとりまとめ，随時実験を行う．

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

令和2年7月豪雨の発災および新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の拡大を受けて，本年度の研究活動がほぼ休止し，当初計画より研究活動に遅れが生じている．また，個別要素法による数値解析は予算の制約上，R3年度以降に実施するものとした．
2020度は，現下の状況を鑑み，上流側と下流側の壁石の連結，隣接壁石間の連結に適用する接着アンカー工法の開発に先行して取り組むこととした．まずは純引張状態におけるアンカーの引抜実験から始めており，埋込長等の構造諸元が補強後石材の耐力と破壊モードに及ぼす影響を検討した．2021年度では石材の種類をパラメータとして引抜実験を引き続き行う．
損傷劣化した石橋の崩壊機構の解明を目的とした石橋模型の静的・動的載荷実験については2021度内に行う．

Strategy for Future Research Activity

本研究の目的は，損傷劣化した石造アーチ橋の耐荷力と崩壊機構の解明，崩壊機構を踏まえた補修・補強工法を，当時技術のみを用いる伝統的観点と現代工学を用いる近代的観点の両方から提案することである．本研究は，課題①損傷劣化した石造アーチ橋の崩壊機構の解明，課題②崩壊機構を踏まえた文化財的補修・補強工法の提案，の2つの課題を解決することで達成する．
課題①については，上載荷重と中詰め材をパラメータとした静的・動的載荷実験，載荷実験の再現解析，接触・摩擦バネのパラメータの同定，個別要素法を用いたパラメトリックスタディによる損傷程度・位置と耐荷力の関係の解明を行う．載荷実験は2021～2022年度で行い，再現解析・パラメトリックスタディは2022年度～2023年度で行う．
課題②については，近代的工法としてエポキシ樹脂と鋼棒による接着アンカー工法を考えており，2020年度は埋込長・孔径等の構造諸元をパラメータとした引抜実験を実施した．2021年度には石種をパラメータとした追加実験，2022年度には数値解析にそれぞれ取組み，得られた結果より補強後石材の終局耐力評価式を提案する．一方，伝統的工法にはダボによる連結を考えており，石橋に使用可能な各種石材の性能試験（せん断試験等）を行うことで，ダボによる設計方法を確立する．
最後に，研究の総括として，伝統的・近代的工法により補修・補強した石橋模型の静的・動的載荷実験を行い，提案工法の効果を検証する．

Causes of Carryover

本研究の遂行に必須となる個別要素法による数値解析を行うため，昨年度と本年度の助成金を組み合わせ，解析ソフトウェアと年間ライセンスを購入することとしている．