| 研究課題/領域番号 |
22K18848
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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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 | 鹿児島大学 |
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研究代表者 |
塩屋 晋一 鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80170851)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2022年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
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| キーワード | 自然循環型材料 / 木質構造 / カーボンニュートラル / ハイブリッド部材 / 長期性能 / 高温環境 / 高湿度環境 / 曲げ強度 / ハイブリット部材の特性 / 熱膨張係数 / 木の収縮と膨張 / 木の複合材材としての特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
建築分野では大量の二酸化炭素を排出してきた。今後は構造部材を、二酸化炭素の吸収を伴う自然循環により生み出される木質材料に転換させる必要がある。既存の木質構造では限界がある。木材(集成材)に、鋼材や繊維強化プラスティク材などの異素材を接着して、硬さと強さを増大させる木質ハイブリット軸材(梁,柱)が考えられる。申請者は、これまでの研究成果に加えて木の内部構造と、木の成長過程を考察して「木材はハイブリッド軸材の母材として、熱膨張率や木の含水に伴う収縮の影響を、柔軟に吸収する特性を備えていること」を発見した。本研究は、その発見を実証する。実証されると今後の木質ハイブリッド部材と、その構造の礎になる。
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| 研究実績の概要 |
科学的発見「木材はハイブリッド軸材の母材として、熱膨張率や木の含水に伴う収縮の影響を、柔軟に吸収する特性を備えていること」を実証するために縮尺1/3の梁の加力試験を実施した。下記の事項が明らかになった。
1)鉄筋を補強材料とするハイブリッド軸材の鉄筋集成材の梁を、常温環境と電気炉内の高温環境下において、曲げ剛性と降伏強度および曲げ耐力を明らかにして、両者を比較して上昇に伴う曲げ剛性と降伏強度および曲げ耐力の変化を明らかにして、それらの評価方法を明らかにした。温度は、常温と、日本国内の最高温度を想定した45℃、夏場の屋根裏の温度を想定した70度、二時間耐火構造の被覆で覆われた鉄筋集成材の梁の温度を想定した90℃の4種類の温度レベルを設定して実験を実施した。
2)曲げ剛性と曲げ耐力は、木と鉄筋の熱膨張係数の違いを考慮しなくても、温度上昇に伴う木の曲げヤング係数と曲げ強度の低下を考慮して評価できることを明らかにした。
3)比例限界に相当する降伏曲げモーメントは、その熱膨張係数の違いの影響を受けて、温度が上昇すると低下することを明らかにした。
4)その降伏曲げモーメント時の熱膨張係数の違いによる内部応力は、既に提案している推定式でおおむね推定できることも確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
温度の上昇による鉄筋集成材の曲げ剛性と降伏曲げモーメントおよび耐力の評価方法を整備する実験データを測定できた。それらの評価方法も目途が立った。今後は、木の温度変化に伴う曲げ剛性と強度の変化の既往のデータ収集と追加の検証試験を行い、設計で利用できる評価方法を整備するのみとなった。
令和5年度以降は、湿度の変化に伴う木の伸縮の影響を明らかにすることになる。当初の予定より順調に実験を遂行できて木と補強材の鉄筋の熱膨張係数の違いの影響を明らかにすることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
1)温度の上昇に伴う場合の梁の曲げ剛性と曲げ強度の評価方法を整備して、設計で用いる方法を提案する。
2)平成5年度以降は湿度の変化に伴う木の伸縮により変動しうる鉄筋集成材の梁の曲げ剛性と曲げ強度の変化を加力試験で明らかにして、それらの評価方法の開発を目指す。
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