2023 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation and evaluation of nonlinear behavior of 3D-printed fiber-reinforced concrete structures
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21K18173
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
白井 和貴 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20610968)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長沼 一洋 日本大学, 理工学部, 特任教授 (50755048)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2026-03-31
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| Keywords | 積層造形 / 三次元プリンティング / 3DP / 繊維強化コンクリート / 繊維補強コンクリート |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度には、三次元プリンティング（3DP）システムの構築を実施した。3DPシステムは、ポンプ、ホース、ロボットアーム、ノズル等から構成される。ロボットアームを予めプログラミングした経路と速度で制御することにより3DPモルタル構造体を積層施工した。3DPシステムを用いて、3DPモルタル単独の試験体を作製した。さらに、3DPモルタルと後打ちコンクリートの複合試験体を作製した。試験体には、3DP積層施工の方向が異なる試験体も用意した。これらの試験体に対して、各種の力学実験（圧縮強度試験、割裂引張強度試験、曲げ強度試験、せん断試験）を実施した。せん断試験は、スリットを設置することでせん断破壊の弱点部分を設けた要素試験体を用いて1面せん断の圧縮載荷を実施した。これらの実験の結果、単独の3DPモルタル試験体では、積層方向の違いによってせん断強度に差異が生じた。3DPモルタルの積層面は横ずれ方向に関して他の直交方向と比べてせん断強度が低くなった。3DPモルタルと後打ちコンクリートの複合試験体では、単独の試験体と比べてせん断強度が明確に低下した。また、2022年度から引き続いて、幾何学的非線形を考慮した有限要素法（FEM）解析により、未硬化の3DPモルタルが変形して倒壊に至る挙動の検討を行った。さらに、幾何学的非線形を考慮したFEM解析に基づく未硬化3DPモルタルの変形挙動に関する数値シミュレーションの検討から得られた研究成果について、国内学会（1件）および国際会議（1件）にて発表を行った。
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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
実験の進捗については当初計画と比べて遅れが生じているものの、有限要素法（FEM）解析などは順調に進捗しており、全体としては概ね順調に推移していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究の推進方策に関しては、2023年度に引き続いて、3DP積層施工されたモルタル供試体の各種力学試験と非線形有限要素法（FEM）解析などを行うとともに、3DPで製作された部材試験体の載荷実験の準備・実施を行う計画である。
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| Causes of Carryover |
過年度に、世界的な半導体不足の影響を受けてモルタル圧送ポンプの導入に大幅な遅れが生じたこと等の理由から、実験関係のスケジュールが全般的に後ろ倒しとなり、その結果として、次年度使用額が生じた。今後の使用計画については、試験体の製作費、実験治具類の製作費、計測機器類の導入費、実験遂行のために必要な費用などに使用する計画である。
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