| 研究課題/領域番号 |
21K18173
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| 研究種目 |
挑戦的研究(開拓)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分23:建築学およびその関連分野
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
白井 和貴 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20610968)
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| 研究分担者 |
長沼 一洋 日本大学, 理工学部, 特任教授 (50755048)
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| 研究期間 (年度) |
2021-07-09 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
26,000千円 (直接経費: 20,000千円、間接経費: 6,000千円)
2025年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2024年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2021年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円)
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| キーワード | 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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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、コンクリート材料の三次元プリンティング（3DP）技術が急速に進展している。本研究の目的は、3DPで積層造形された繊維強化コンクリート構造を対象とし、破壊に至るまでの非線形挙動を解明するとともに、保有性能を精度よく評価できる解析手法を構築することである。実施項目は、(1)3DP装置製作と材料試験による材料特性データ取得、(2)載荷実験による部材の非線形力学挙動把握、(3)有限要素法解析による非線形性能の予測手法構築、である。
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| 研究実績の概要 |
2024年度には、これまでに構築した三次元プリンティング（3DP）システムを用いた部材実験の計画と準備を行った。この3DPシステムは、モルタルミキサー、ポンプ、ホース、ロボットアーム、ノズル等から構成されるものであり、ロボットアームを事前にプログラミングした経路および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することが可能である。また、2023年度に引き続いて、幾何学的非線形を考慮した有限要素法（FEM）解析により、未硬化時の3DPモルタルが自重と水平荷重により変形して倒壊に至る挙動の検討を、さまざまな平面形状（L字型など）や立面形状（傾斜ありなど）の構造体モデルを対象として行った。この結果、平面形状や立面傾斜が3DPモルタルの施工時安定性に大きな影響を及ぼすことを数値解析的に明らかにした。さらに、3DP技術で型枠を構築した鉄筋コンクリート（RC）梁の複合部材を対象として、その力学挙動を非線形FEM解析により検討した。FEM解析に基づく未硬化3DPモルタルの施工時安定性や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。また、3DP技術で型枠を構築したRC梁について非線形力学挙動を検討した研究成果について、国内学会（1件）で発表した。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対象とした力学実験（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）から得られた研究成果について、国内学会（1件）で発表した。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
3DPコンクリート技術でつくられた部材の有限要素法（FEM）解析、および未硬化3DPモルタル構造体のFEM解析などは順調に進捗している。一方、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。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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| 今後の研究の推進方策 |
研究の今後の推進方策については、2024年度に引き続き、3DP積層施工されたモルタル供試体の各種力学試験と有限要素法（FEM）解析などを行うとともに、3DPコンクリート技術でつくられた部材の非線形FEM解析を行い、さらに3DPで製作された部材試験体の載荷実験の準備と実施を行う計画である。
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