2014 Fiscal Year Research-status Report
鉄筋コンクリート面部材を対象とした構造ヘルスモニタリング技術の開発
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25420602
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| Research Institution | Central Research Institute of Electric Power Industry |
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Principal Investigator |
金澤 健司 一般財団法人電力中央研究所, 地球工学研究所, 上席研究員 (00371435)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 建築構造・材料 / モニタリング / 保全技術 / 固有振動数 / 鉄筋コンクリート構造 / 構造ヘルスモニタリング / 合成梁 / 床スラブ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地震後における建築物の継続使用性を判断するための技術として，固有振動数や剛性を評価指標とする構造ヘルスモニタリング技術の早期実用化が望まれている。その実用化を阻む最大の課題として，「建築物の継続可能性の可否を判断するための評価指標の閾値をどのように設定するのか」という問題がある。本研究では，この課題を解決するため，建築物の剛性低下メカニズムにおいて従来は考慮されてこなかった鉄筋コンクリート製床スラブのひび割れ損傷に着目して，コンクリート面部材の荷重経験と剛性低下の関係を実験的に評価することを試みる。昨年度（平成25年度）は本研究の初年度として，2007年E-ディフェンス鉄骨建物の完全崩壊実験における実大試験体をモデルケースとして，その1/6スケールの鉄筋コンクリート床スラブ付き合成梁（以下、合成梁）の縮小模型ならびに、曲げ載荷試験の載荷冶具を設計・製作した。
平成26年度は，微小載荷荷重や微小変形の影響が考慮できる高精度な試験システムの構築を目指して，昨年度に構築した試験系に電動ジャッキとフィードバック制御系機器による自動制御機能を組み込んだ試験システムを新しく導入した。新しい試験システムの有効性を確認するため，合成梁試験体の材軸方向に一様な負曲げモーメント荷重を作用させた載荷試験を実施した。その結果，微小変形から大変形までを含む載荷経験に伴う合成梁試験体の剛性や固有振動数の変化を評価できることや，微小載荷荷重や微小変形の影響が考慮した曲げ載荷試験が実施できることを確認した。
また，載荷経験に伴う合成梁の曲げ剛性と固有振動数の変化の傾向として以下の知見を得た。(1)曲げ剛性および固有振動数の2種類の評価指標については、載荷経験に伴う変化の傾向が互いに異なる。(2)その主な要因として、曲げ剛性と固有振動数では、載荷繰り返し回数や残留変形に対する依存性が異なることが予想される。
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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
本研究では，全体の流れとして，鉄筋コンクリート床スラブ構造力学実験を通してコンクリートのひび割れ損傷と剛性の関係を把握した上で、その関係を有限要素解析による数値シミュレーション手法に適用することにより、地震経験に伴う建物の剛性や固有振動数の低下度合いを予測する手法の確立を目指している。本年度は、鉄筋コンクリート床スラブ構造力学実験の評価精度を高める試みを実施し、本研究の主な目的のひとつである「コンクリートのひび割れ損傷と剛性の関係の把握」に向けて必要な試験システムを構築することができた（研究成果1）。その試験システムを使用した結果、研究当初に予想した「合成梁の曲げ剛性と固有振動数の載荷経験依存性は互いに異なる現象」を実験的に再現することができた（研究成果2）。そのメカニズムの構築するための着想には至らなかったものの、そのメカニズムの解明に向けた2つの研究成果を得たことから、現在までの達成度としておおむね順調であると判断される。
なお、2011年東北地方太平洋沖地震による建物の地震応答を分析した最新の知見として、微小地震を経験した建物の固有振動数が低下する現象が報告されるようになってきている。これらの現象は、研究代表者らが実大鉄骨建物実験等で予想してきた現象ではあるが、耐震設計における地震荷重に係わる事象であり、そのメカニズムの解明が必要である。この現象を実験で再現するため、平成26年度は当初計画では予定しなかった微小変形の載荷再現性を高める試験システムの改良を実施した。この変更による研究計画全体の遅延は発生しない予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度には、鉄筋コンクリート床スラブ構造力学実験において荷重パターンをパラメータとした多数ケースの実験を実施して、合成梁の曲げ剛性と固有振動数の載荷経験依存性を定量的に把握するとともに、そのメカニズムの解明を試みる。さらに、それらの実験で評価されや曲げ剛性と固有振動数の関係を有限要素法に組み込む方法についても検討する。それらの研究を通して、地震経験に伴う建物の剛性や固有振動数の変化を予測するための数値シミュレーション手法と、構造ヘルスモニタリング技術における損傷度と評価指標の閾値設定法の確立を目指す。
なお、鉄筋コンクリート床スラブ構造力学実験において多数ケースのデータを効率的に実施するため、実験の自動化をさらに進める点に研究上の課題がある。この点については、平成27年度早々に新しい載荷装置を自作し、無人での実験実施が可能な試験システムの構築を図る予定である。
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| Causes of Carryover |
当初見込みでは，本研究で使用する試験体，鉄骨梁，鋼製金具および載荷用品などの実験用全数を平成25年度に導入する予定であった。しかし，それら全数の保管場所が確保されなかったため，実験用品の一部を平成27年度購入に振り分けることにした。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
実験に使用する試験体や試験用品等の購入費用とする。具体的には，模型材料，鋼製冶具の鋼材，センサなどの購入を予定している。
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