| 研究課題/領域番号 |
16H03148
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| 研究機関 | 山梨県富士山科学研究所 |
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研究代表者 |
藤井 敏嗣 山梨県富士山科学研究所, その他部局等, 所長 (00092320)
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| 研究分担者 |
吉本 充宏 山梨県富士山科学研究所, その他部局等, 研究員 (20334287)
石峯 康浩 鹿児島大学, 学内共同利用施設等, 特任助教 (40450259)
山田 浩之 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, 准教授 (80582907)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | 火山噴火 / 噴石 / 山小屋 / シェルター / 衝突実験 / 水蒸気噴火 |
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| 研究実績の概要 |
山小屋の屋根構造の落石や噴石などの岩石の衝突に対する強度を明らかにするために、富士山の山小屋で使用されている杉の野地板を用いた屋根構造に噴石を模した飛翔体を衝突させる実験をH28年度に引き続き実施した。屋根構造の簡易的な強化策を検討することを目的に、杉板2層を重ね合わせた構造を検討することとした。衝突実験は、H28年度と同様に防衛大学校所有の圧縮空気によって飛翔体を噴射させる高速投射型衝撃破壊試験装置を使用した。飛翔体は昨年度と同様にビトリファイド砥石（2421 ㎏/m2）、直径90mm、質量2.66kgを使用した。本実験では、飛翔体の質量を固定したため、速度を変化させることで運動エネルギーを変化させた。飛翔体速度は20m/s~50m/s（衝突エネルギーは約1000J~3600J）の範囲で行った。基本構造は、杉板2層を重ね合わせた表面に、防水シート（厚さ約1mm）とガルバリウム鋼板（厚さ約0.4mm）を取り付けたものに垂木を組み合わせた。杉板の重ね合わせ方は、1枚目と2枚目を直交させるように重ね合わせるクロス型と平行に重ね合わせるスタッカード型の2種類を作成した。
実験結果より杉板の貫通限界エネルギーは、板厚15mmのクロス構造において2100~2700J、板厚15mmのスタッガード構造において1200~1900J、板厚18mmのクロス構造において2500~3000J、板厚18mmのスタッガード構造に1300~2400J付近と求めることができた。すなわち、板厚に関わらず、クロス構造はスタッガード構造に比べて高い衝突エネルギーにおいて貫通の境界が現れた。そのため、杉板を2枚重ねて木造建築物屋根を作製する場合、クロス構造の方が噴石衝突に対する木造建築物の安全性が高いといえる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度、山小屋の屋根構造の落石や噴石などの岩石の衝突に対する強度と簡易的な強化方法を検討するために、富士山における山小屋の構造調査、富士山の山小屋で使用されている杉の野地板を用いた屋根構造に噴石を模した飛翔体を衝突させる実験を実施した。衝突実験では厚さ15mmの杉板を使用した屋根の場合、こぶし大ぐらいの岩石が時速100kmで衝突しても貫通しない結果が得られている。また、杉板を2重に重ねた実験を実施した結果、重ね方を平行にするか直角にするかで強度が違うことが得られ、杉板の厚さが15mmの場合と18mmの場合について貫通境界のエネルギーを求めた。さらに、草津白根山の2018年1月23日の噴火では、建物やゴンドラへの噴石による被害が出たため、その被害調査を実施し、噴石の挙動を解析中である。一方、昨年度、縦型空気圧式衝突試験装置の開発し完成したが、設置場所の安全管理の問題から設置許可が下りず、実験が不実施となった。今年度は設置許可を取得し、実施計画を立案している。総合するとやや遅れていると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2018年1月23日草津白根山本白根山が噴火し、噴石による被害が出た。木材以外の耐衝突強度を得る重要な機会であるため、噴火の噴石で被災したゴンドラの調査を実施する。ゴンドラと同じ素材を用いて、噴石の衝突実験を実施し、飛翔体重量と衝突速度，試験体の貫通の有無の相関を明らかにし，噴石の衝突エネルギーを推定し、データを増やす。
H29年度に開発した無隔膜縦型ガス圧式衝突試験装置を使用して，敷砂の材質（発泡度の異なる岩石）とそれらの粒径を変化させ，衝撃緩衝・吸収効果の検討を行う。ハイスピードカメラの撮影により，敷砂の飛散挙動を詳細に観察し，効率的な砂の配置方法を検討する。また，角度を変えた条件での実験も行い，より現実的な衝突特性も明らかにする。
御嶽山の被災状況の検討から，屋根と天井を貫通したケース，屋根だけを貫通し天井裏で止まったケース等の詳細を明らかにし，推定した衝突速度から，噴石衝突に強い屋根構造の強化策や複合化を検討する。それを基に，噴石の衝突を防ぐ効率の良い山小屋の組み立て方を検討する。
山小屋を模擬した試験体を数パターンモデル化し，有限要素解析による衝突実験の簡易的な再現を実施する。実験と解析の合わせこみにより，簡易的に解析の有用性を評価する。その際，噴石および木材の材料構成式を利用して，解析精度を高めるようにする。これらを基に耐噴石強度を有する建築基準の検討を実施する。上記で得られた結果を取りまとめ順次，学会等で発表を行う。
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