| 研究課題/領域番号 |
17K06653
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| 研究機関 | 日本工業大学 |
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研究代表者 |
那須 秀行 日本工業大学, 工学部, 教授 (40611249)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 木質構造 / 木造住宅 / 耐力壁 / 制振壁 / 耐力劣化 / 振動台実験 / 静加力実験 / 3次元解析 |
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| 研究実績の概要 |
木造住宅の耐力壁における耐力劣化の抑制を最大の目的としている。普及性を重視し、市況で安定的に入手できる素材を制振材として活用、かつ施工現場で負担とならぬ制振耐力壁を開発中である。当研究テーマの事前段階として仕様を絞り込み、地震波の違いによる影響、温度依存性等を明らかにしてきた。
当研究課題として初年度であるH29年度は、・最終仕様での個体差によるバラツキ範囲の検証を実施した。・素材自体の劣化促進を進め、耐力壁として1体の振動台および静加力実験も実施した。また、最終年度であるH31年度に実施予定の建物全体での３次元挙動解析についても先行して進めた。
得られた研究成果として、まずこれまでに進めてきた実験結果を元に、かつ実用面（施工検証やコスト）を検証し、テープ系素材の最終仕様として「エチレン系未発砲素材(EPM4188)の片面接着」と決定した。この最終仕様にて同一仕様における性能のバラツキ度合を検証すべく、3体の振動台実験及び静加力実験を実施した。その結果として、・振動台実験での挙動ではほぼ差はなく、・静加力実験による残存耐力としては約2割の低下に抑えられ、・残存耐力どうしのバラツキ度合いは3割程である、という事を明らかにした。
また、制振材自体を劣化（約半年間の促進劣化）させた素材を用いた壁実験では、水平せん断力に対する剛性の向上と靭性の低下を定量的に検証できた。
更に、先行して実施した建物全体での３次元挙動解析については、単体での実験結果の扱いや解析に落とし込むためのモデル化、そして建物全体にて解析を回すまで一通り把握できた。解析は元々H31年度に実施予定であったが、引続きやや先行して進めていきたい。
これらの成果は、建築学会大会(投稿済)、WCTE2018(アブストラクト投稿、査読通過済)、京都大学生存圏研究所シンポジウム(発表済)、修士論文(優秀論文賞)となっている。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
当初の研究計画では、初年度であるH29年度は、制振素材の材質と密度・粘性・接着性・施工方法等の最終仕様の決定を中心に考えていた。しかし、最終仕様を早々に決定できたことで、同一仕様でのバラツキの検証まで進めることができた。また、当初の予定通り、摩擦系制振耐力壁についても、振動台実験と静加力実験が実施できた。
更に、制振素材自体の促進劣化も早い段階から準備を行い、熱応力による制振素材の劣化試験を継続中であるが、その供試体の中から一部まだやや短い期間(約半年間の劣化促進)ながら、劣化させた制振素材を用いた耐力壁にて振動台実験および静加力実験も先行的に実施できた。
当研究課題の最終年度であるH31年度に、壁および建物全体として３次元挙動解析によるシミュレーションも行う予定としていたが、実験結果を解析に乗せられるか早い段階で検証をすべく、H29年度に解析手法についても進めることができた。これに関しては、スウェーデンのルレオ工科大学(Lurea Tekniska Universtiet, Sweden)の博士課程に所属する建築物の3次元解析を研究テーマとする研究者を当研究課題予算にて招聘し、お互いの知見を持ち寄りディスカッションしながら解析を進められた成果である。
本課題の3年目にあたる最終年度には学術論文の執筆を予定しているが、既に幾つか学会の梗概やシンポジウム、海外でのカンファレンスへも投稿できた。
当初の計画以上に進展している主な理由として、研究代表者がその研究室のゼミ生達とそれまで4 年に渡り進めてきた研究テーマ(木造制振耐力壁の研究開発)による知見が、当研究課題の前段として合理的かつスムーズに機能したことが考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究課題で主として明らかにしようとしている点は以下の通りである。
・最終仕様の決定・同一仕様のバラツキ範囲、性能差の検証・構造設計に反映できるよう等価粘性減衰定数の同定・壁および建物全体の挙動解析により劣化抑制効果の定量的な明確化である。そして、・研究期間内に最終仕様とその効果のデータを提供することで、実用化への最終段階とするを目的としている。
H29年度は、テープ系制振素材の最終仕様を決定し、摩擦系素材(紙ヤスリ)による効果も検証したが、今後は、摩擦系制振耐力壁の別仕様でもその効果を検証したい。時期としてはH30年度に摩擦系制振耐力壁の振動台実験および静加力実験を実施したい。
また、当初から予定している通り、H30年度にはサイン波動による振動台実験により等価粘性減衰定数を特定したい。本来であれば同一仕様で3体ずつ複数試験体で個体差の程度も検証したいところであるが、試験体費用の関係上、まずは1体での実験とならざるを得ないかもしれない。1体での実験結果が不測の事態を包含した状態とならぬよう慎重に実験を行いたい。起振機を用いて交通通振動対策についても検証したい。
当研究課題の最終年度であるH31年度には、最終仕様にて振動台実験を実施し、技術評定等に供出できる挙動と効果のデータを取得したい。併せて、壁および建物全体として３次元挙動解析によるシミュレーションの精度も上げるべく、等価粘性減衰定数も反映させて検証できるよう準備を進めたい。
当初の予定では、学術論文の執筆は最終年度としているが、発表できる内容については適宜、積極的に先行発表していきたい。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
申請時の研究計画調書の段階では、H29年度分として試験体15体の実大木造面材耐力壁の購入を予定していた。その用途として、於京都大学：2回(計12 体)＋於宇都宮大：1回(計3体)の実験で、総計15体に対して40千円/1体で600千円を計上し、当研究課題の採択の段階では300千円となった。
一方、研究計画調書段階から、耐力壁は日本最大のプレカット工場を有するポラス社の在来木造、すなわち最も一般的な仕様で実験を行うこととしていた。将来的な一般普及を目指しているためである。
今回、H29年度の振動台実験および静加力実験において、ポラス社開発の筋かい型独自仕様もタイミングよく一緒に実験する日程となったため、該社の試験体と一緒に当研究課題の試験体も同梱にて搬入頂けた。その際に当研究課題用の試験体を無償提供頂けることとなった。
翌年度については、京大防災研の強震応答装置使用料(振動台及び計測機器含む444千円/日)の追加実験への対応、若しくは国際学会WCTE2018での発表渡航滞在費への充填としての活用を想定している。
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| 備考 |
当研究室のホームページにて、研究活動報告および研究成果(発表論文等)について報告している。
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