木質複合材料実大材のクリープ破壊に及ぼす水分の影響の解明と予測

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25450254
• Research Institution: Building Research Institute
• Principal Investigator: 中島 史郎 独立行政法人建築研究所, その他部局等, その他 (00344010)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中川 貴文 国土技術政策総合研究所, その他部局等, その他 (60414968)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: クリープ破壊 / 湿度変動下 / 木質複合材料 / 曲げ強度 / 構造用単板積層材 / 水分分布

Outline of Annual Research Achievements

構造用単板積層材（寸法105×105×2200mm、日本農林規格に定めるB種、単板60E相当）を試験体として、標準状態（温度20℃，湿度65%）と乾湿繰り返し環境下（①20℃,RH65％［10時間］、②20℃,RH65％→20℃,RH90％［2時間］、③20℃,RH90％［10時間］、④20℃,RH90％→20℃,RH65％［2時間］の繰り返し）において長期継続荷重載荷試験を継続して実施し、試験体のクリープ変形量と試験体がクリープ破壊に至る時間を測定した。なお、長期継続荷重載荷試験において載荷した荷重は試験体の最大曲げ耐力の80%とした。
一連の試験の結果、構造用単板積層材について、乾湿繰り返し環境下における相対クリープ変形は、恒湿環境下における相対クリープ変形よりも大きくなることが確認された。また、乾湿繰り返し環境下における試験体の変形は、高湿環境から低湿環境に移行する過程において著しくなることが確認された。さらに、試験体がクリープ破壊に至る時間は、乾湿繰り返し環境下において試験を行った試験体の方が短くなることを確認した。実大材について行った実験によって得られた一連の知見は、無欠点小試験片について既に得ている知見と合致するものであり、実大材についても乾湿繰り返しにより、木質構造材料の相対クリープ変形が増大し、クリープ破壊に至る時間が短くなるという重要な知見を得た。
また、実験により得られた上記の知見を予測するためのモデルを検討し、検討したモデルを用いて、クリープ破壊に至る時間を求めた。なお、検討したモデルにおいては、試験体の水分状態を断面の部位ごとに異ならせ、対応するバネ要素と粘性要素の特性値を異ならせた。さらに、試験体の断面方向の水分状態については、別途実施した含水率の断面分布測定試験の結果を用いた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初の予定では標準状態及び湿度変動下における長期継続荷重載荷試験を平成25年8月頃より開始する予定であったが、クリープ破壊試験装置、及び、試験体（構造用単板積層材）の作製に予定以上に時間を要したため、平成26年3月から構造用単板積層材を試験体とする長期継続荷重載荷試験を開始した。また、試験体（構造用単板積層材）の作製に予定以上に時間を要したことにより、当初平成25年10月に計画していた湿度変動下における含水率の断面分布の変動を測定するための試験を平成26年10月から実施した。さらに、実大の製材（スギ材）を試験体とする長期継続荷重載荷試験については、構造用単板積層材の長期継続荷重載荷試験が終了してから実施することとし、平成27年度第２四半期から実施することとした。
構造用単板積層材については、クリープ破壊に至る時間に関するデータを着実に得ている状況にあり、目標を達成しつつある。また、実大材の断面方向の含水率分布に関する知見を得ており、目標を達成することができている。さらに、クリープ破壊に至る時間を予測するためのモデルを提案しており、目標を達成しつつある。

Strategy for Future Research Activity

構造用単板積層材の長期継続荷重載荷試験を継続して行う。また、平成27年7月から製材（スギ材）の長期継続荷重載荷試験を開始する。さらに、クリープ破壊に至る時間を予測するための妥当なモデルを作成し、クリープ破壊に至る時間を予測するための解析を行う。一連の研究成果をとりまとめ、学術誌等に投稿する論文を執筆する。

Causes of Carryover

当初、平成26年度に実施予定であった製材（スギ材）の長期継続荷重載荷試験を平成27年7月から開始することとしたため、試験を行うための必要な試験装置の改良及び試験体の設置に必要な費用に残額が生じた。以上の理由により当該助成金が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

助成金は、製材（スギ材）を対象とする長期継続荷重載荷試験を行うために必要な試験装置の改良、及び、試験体の設置を行うための費用として使用する。また、当初の予定通り、試験を行うのに必要な消耗品（データロガ専用プリンタ用紙）の購入費用と報告書の印刷費用として使用する。さらに、研究成果の学会等における公表のための旅費として使用する。