| 研究課題/領域番号 |
19K04975
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| 研究機関 | 熊本高等専門学校 |
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研究代表者 |
岩坪 要 熊本高等専門学校, 生産システム工学系ACグループ, 教授 (60290839)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 落橋防止ケーブル / 耐震設計 / 引張実験 / 破壊力学 / 2016年熊本地震 |
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| 研究実績の概要 |
橋梁の耐震設計における落橋を防ぐという考え方があるが，2016年熊本地震では山間部の橋梁で落橋防止ケーブルが破断するという被害が発生したため，この事実をふまえた既設橋・新設橋への対応を本研究の主テーマとして設定している。そこで本研究では，落橋防止ケーブルの目的機能を十分に発揮させる高性能ケーブルの要求性能の確定を研究の目標とし，3か年かけて①ケーブル破断条件と引張挙動の確認，②落橋防止ケーブルの地震時応答実験，③高性能ケーブルへの展開の3点について検討を行う。
2019年度は①ケーブル破断条件と引張挙動を確認する実験を行った。本実験の着眼点は，落橋防止ケーブルの破断が単純引張による破断ではないという仮設，細線を束ねたケーブルでの破断に至る細線毎の荷重分担の状況確認，及び破壊力学的な観点での検証である。これらを実験室レベルで確認するために，細線を丸鋼に置き換え，丸鋼1本だけの単純引張から始め，7本までを束ねた供試体を作成した。また，メーカーより提供を受けた落橋防止ケーブルの引張実験を行った。これらの実験の特徴として，ケーブル（丸鋼）が損傷を受けた状態を傷を導入して再現してみた点である。その結果，丸鋼の実験では，傷を導入したことにより塑性変形が発生する前に破断に至ることが確認でき，複数本の場合は傷が導入された丸鋼が先に破断し，直後に耐力が急激に低下，その後は健全な丸鋼はある程度の塑性変形を発生させることが確認できた。また，実ケーブルでも傷の有無による違いを調べる実験を行ったが，傷を与えたケーブルは急激な耐力低下が発生し，残っている細線で塑性変形を表しながら変形していくことが判明した。しかし，今年度の課題として，丸鋼束の実験では，複数本を束ねた供試体に使用する実験治具の問題，実ケーブルの実験については，傷の程度（幅と深さ）について検討する必要があることが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
概ね順調に進展していると評価した。当初の予定としては2019年度は引張実験を主体にする予定としていたが以下に示す問題が発生した。しかしながら，実施した実験の中で想定していた傾向を掴むことが出来た。実験方法などは2019年度の方法を適用することが出来ると判断できたため，2020年度以降も継続して実施する。また，次の振動実験を行う予定としているが，これも予定通り実施する予定としている。以下に2019年度に発覚した問題点について記す。特に2)の実験室の問題については，現在は問題なく使用できる状態となっている。
1)直線の丸鋼を7本束ねる供試体は，ケーブル断面を真似て配置することにしていた。しかしながら，試験機治具と丸鋼の間に空間が発生したり，締付け段階で束が崩壊したりすることがあり，専用の治具の開発が必要であることが分かった。2020年度に対応する予定である。
2)使用する実験室の改修工事が2019年度に実施された。申請時はまだ改修工事の予定が知らされていなかった。さらに工期が伸び，2019年末まで試験機が使用できない期間となったため実験の準備等が遅れた。そのため，2019年度の実験は熊本大学の施設で実施をさせてもらった。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究では，3か年かけて①ケーブル破断条件と引張挙動の確認（2019～2021年度），②落橋防止ケーブルの地震時応答実験（2020～2021年度），③高性能ケーブルへの展開（2020～2021年度）の3点について検討を行う予定としていた。今後については，当初の予定通りに研究を遂行する予定としている。それぞれについては，次のように考えている。
①の引張実験では，丸鋼については治具の設計，ケーブルのあて具を用いた曲げ引張実験を実施する予定としている。実験では安全面を考慮して，実ケーブルよりも強度を下げた撚り線ケーブルを用いる予定としている。この実験から，傷と曲がりが引張強度に与える影響を調べ，その荷重－変位曲線から数値解析モデルを検討する。
②については，実験供試体を設計し２軸振動台による振動実験を行う。実験では，端横桁との干渉などが再現できる実験模型を設計し，干渉の有無や破断後の模型挙動をモーションキャプチャで測定する。また，ケーブルに作用している軸力の変化の計測を行う方法も検討する。さらに，この実験を動的解析を用いて再現することを検討し，ケーブルの数値解析モデルの検討を行う。
以上の①と②の検討結果を踏まえ，③のケーブルの高性能化についての検討を行うが，ここでの高性能化とは，ケーブルの設置方法と設計方法，及びケーブルに替わる装置と考えている。最終目標として橋梁の落橋防止機能を満足させることを考えているため，ケーブルに替わる装置とは，従来のケーブル状の引張部材以外の方法も検討する予定としている。
以上が今後の研究の推進方策である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2019年度に実施した引張実験では，改修工事などの不可避な要因もあり，実験そのものが遅れてしまった。さらに実施した実験でも治具の問題が発覚し，新たな治具の設計・製作が間に合わなかった。また，実験計測で必要な装置の購入も必要になると想定している。従って本経費の使用については，実験に関する計測装置と治具の設計・制作費用，及び調査旅費として使用する予定としている。また，実験の状態を確認しながらとなるが，必要ならば試験機の点検も行うことも想定している。
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