2021 Fiscal Year Annual Research Report
Structural safety risk assessment of urban areas for unexpected large-scale explosion
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21H01601
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| Research Institution | 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) |
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Principal Investigator |
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)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松崎 裕 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, 准教授 (10506504)
甲賀 誠 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), 応用科学群, 教授 (30545976)
市野 宏嘉 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, 准教授 (70760982)
岩切 宗利 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), 電気情報学群, 准教授 (00535362)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 爆発作用 / 構造安全性 / リスク評価 / RC部材 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、爆破テロや都市での大規模爆発を受ける構造物の破壊挙動を解明し、耐爆リスク評価法を確立することである。このため、都市での大規模爆発における複雑な爆風圧伝播挙動を解明する。また、近接爆発を受けるRC部材の破壊を評価する方法を提案する。さらに、爆破テロや都市での大規模爆発に対する構造物や都市のリスク評価法を構築する。
今年度は、特に、都市モデルの設計・作成および都市モデルに対する爆風圧実験を行った。実験結果に基づいて、構造物がない場合、建物1個だけの場合および建物3個の場合における爆風圧の特徴を調べた。爆薬にはComposition C-4を用い、構造物との離隔距離を変化させた実験を行った。特に、構造物3個の場合には、最大爆風圧が増幅する特定の位置があることがわかった。爆風圧の伝播に関する感度解析を行うため、空気と爆薬をモデル化した数値解析を行った。爆発実験の数値解析から、爆風圧の増幅には入射圧、マッハ反射、入射角度が影響することを明らかにした。
RC部材の耐爆性を明らかにするために、軸力を考慮したRCはりの設計および作製を行った。試験体の作製が遅れたため、先行して数値解析を行った。数値解析では、爆薬と空気をオイラー座標系でモデル化し、RCはりはラグランジェ座標系でモデル化した。コンクリートおよび鉄筋はいずれも非線形の弾塑性型構成則を用い、コンクリートには破壊を考慮した。解析結果から、適切な材料モデルを設定することで、近接爆発による不均一な爆風圧分布を受けるRCはりの破壊を再現できることがわかった。
都市の脆弱性評価については、各種の構造物分布を有する仮想都市を作成した。次年度以降は、都市内の構造物が受ける爆風圧やフラジリティを評価する予定である。
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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
本研究の内容は、都市モデルを伝播する爆風圧特性の評価、近接爆発を受けるRC部材の耐爆性の評価、大規模爆発を受ける都市の脆弱性評価、に区分される。RC部材の爆発実験がやや遅れているが、試験体の作製は終えており、今年度は速やかに実験を行える状態にある。また、実験の代わりに数値解析を先行させており、今後の進捗には大きな影響はないため、おおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、都市モデルを伝播する爆風圧特性の評価として、入射爆風圧の大きさ（爆薬量や離隔距離の組合せ）、爆発位置および構造物の配置や大きさが都市モデルを通過する爆風圧に与える影響について、実験および数値解析により検討を進める。
近接爆発を受けるRC部材の耐爆性の評価については、昨年度作製を行った軸力を考慮したRCはりに対する近接爆発実験を行う。軸力の大きさおよびせん断補強筋間隔がRCはりの耐爆性に与える影響を実験的に確認するとともに、数値解析によってそのメカニズムを考察する。
大規模爆発を受ける都市の脆弱性評価については、爆発作用を受ける都市および構造物のフラジリティを算定し、都市を構成する構造物の強度や分布に応じて脆弱性を評価するシステムの概念を構築する。
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