| 研究課題/領域番号 |
23K26349
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| 補助金の研究課題番号 |
23H01655 (2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分25030:防災工学関連
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
栗橋 祐介 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (30414189)
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| 研究分担者 |
小林 俊一 金沢大学, 地球社会基盤学系, 准教授 (10243065)
玉井 宏樹 九州大学, 工学研究院, 准教授 (20509632)
別府 万寿博 防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 教授 (90532797)
藤生 慎 金沢大学, 融合科学系, 准教授 (90708124)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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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 |
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2026年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
2025年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2024年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
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| キーワード | 防災構造物 / 安全性評価 / 維持管理 / 高信頼性・超高速計算システム / 教師データ / 予測モデル / 衝撃実験 / 衝撃応答解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
持続可能な開発目標 (SDGs) の達成に向け，我が国においても低炭素社会の実現などの取り組みが展開されている．インフラ管理の側面からは，高齢化する数多くの既設構造物の長寿命化を図り，建設副産物排出を大幅に削減することで目標達成に貢献できる．一方で自然災害が激甚化する現代においては，既設防災構造物の安全性評価が重要であり，衝撃応答解析が必須となる．ただし，数多くの既設防災構造物を衝撃応答解析により評価するには膨大な時間とコストを要する．その解決策として，本研究では機械学習や AI（人工知能）を活用した高信頼性・超高速計算システムの構築を目指す．
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| 研究実績の概要 |
衝突作用を受ける RC はりを対象に，国内外の 200 ケース程度の実験結果を収集し，RC はりの諸元や載荷条件を一覧にした．また，コンクリート標準示方書に基づいて，曲げ耐力，せん断耐力，主鉄筋降伏時変位などを算定して一覧表に加えた．これらのデータセットを教師データとして，７つの予測モデルを用いて最大応答変位を求めた．また，８つの説明変数（重錘質量，衝突速度，断面高さ，断面幅，スパン，主鉄筋総断面積，コンクリート圧縮強度，鉄筋降伏強度）を用いる場合と，３つ説明変数（RC はりの曲げ耐力，降伏変位，重錘の入力エネルギー）に集約する場合についても検討した．その結果，３つの説明変数を用いる場合が８つの場合よりも全般的に推定精度が高いことが明らかになった．また，予測モデルとして「勾配ブースティング決定木 (GBDT)」を用いる場合が，説明変数の数によらず高い推定精度を示した．
実験による検討としては，曲げ破壊型 RC はりの重錘落下衝撃実験を実施し，重錘衝突部に発泡材を設置した場合における RC はりの衝撃応答メカニズムを解明するとともに，最大変位推定法を確立した．また，同様にせん断破壊型 RC はりの重錘落下衝撃実験も実施し，重錘衝突部に発泡材を設置した場合における RC はりのせん断破壊推定法を提案した．
数値解析による検討としては，曲げ破壊型 RC はりを対象にコンクリート構成則モデルが数値解析結果に及ぼす影響について検討した．前述の国内外の 200 ケース程度の実験結果を対象に検討した結果，連続表面キャップモデル (CSCM) が最も精度良く耐衝撃挙動を再現することを明らかにした．
これらの知見より，防災構造物の安全性評価に関する高信頼性・超高速計算システム構築のための教師データ作成・拡張を適切に推進できるものと考えられる．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
衝突作用を受ける RC はりを対象として，最大変位を適切に推定可能な予測モデルを明らかにするとともに，実験ならびに数値解析により，防災構造物の安全性評価に関する高信頼性・超高速計算システム構築のための教師データ作成・拡張を適切に推進可能な知見を得たため「おおむね順調に進展している」と評価した．
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| 今後の研究の推進方策 |
2024 年度以降は，引き続き RC はりを対象とした教師データ作成・拡張を推進するとともに，同様の検討を RC 版や RC ボックスカルバート・シェッドを対象に実施する．文献調査ならびに実験・数値解析を進める．また，これらの構造物に関する高信頼性・超高速計算システムを構築するために，適切なデータセットと予測モデルについて検討する．なお，RC 版や RC ボックスカルバート・シェッドについても，エネルギー保存則がある程度成立する範囲を対象に検討する．
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