| 研究課題/領域番号 |
20H00255
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
運上 茂樹 東北大学, 工学研究科, 教授 (60355815)
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| 研究分担者 |
松崎 裕 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 (10506504)
内藤 英樹 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50361142)
藤倉 修一 宇都宮大学, 地域デザイン科学部, 教授 (90782558)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 次世代耐震構造 / ダメージフリー構造 / 自己検知構造 / 自己診断構造 |
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| 研究実績の概要 |
変形性能を従来に比較して格段に高めるとともに，損傷を分散・低減し，また復旧が容易に行うことを可能とするマルチ・アブゾーバ変形吸収機構とマルチ・ステップ変形吸収機構に関しては，その有効性と制御に必要な条件を実証的に明らかにするために模型載荷実験を行った．実験対象構造は，セグメント形式あるいは一体型の部材を貫通緊張材によって構築する柱構造とし，複数個所でのロッキング変形によって部材全体として大変形を吸収可能であるとともに，残留変位をほぼ０近くまで最小化可能なセルフセンタリング機構，さらには，塑性ヒンジ部のコアに鋼管を装備し，構造物の機能性を損なうことなく補修可能な機構を導入したものとした．実験により，概ね想定した変形吸収性能，セルフセンタリング性能，そして補修性能を発揮可能であることが明らかになった．なお，セルフセンタリング性能については，解析シミュレーションでは十分に明らかにできなかったところであり，今回の実験から，配置する貫通軸方向鉄筋の量やセグメント間に装備する応力集中緩衝層の力学特性の設定によって大きく影響を受け，構造改良を踏まえた再検証が必要であることが明らかになった．
状態把握オブザーバについては，大変形吸収機構を有する実構造物にビルトインし，得られた観測データに基づき，その力学特性の検知性能の検証を行った．計測データとカルマンフィルターを用いたパラメータ推定法の適用により，得られた大変形吸収機構の剛性や摩擦係数などの力学パラメータが異なる実験計測から得られた結果と非常に良く整合することが明らかになった．また，多点加速度センサによる振動モニタリングと機械学習による異常検知手法を構築し，軸力と正負交番荷重を受ける鉄筋コンクリート柱において，損傷のない健全領域と，塑性ヒンジ域での曲げひび割れおよびかぶりコンクリートの剥落を推定できる可能性のあることが明らかになった．
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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
マルチ・アブゾーバ変形吸収機構とマルチ・ステップ変形吸収機構に関しては，解析シミュレーション結果に基づき基本設計を行うとともに，その有効性を実験的に検証し，概ね想定していた目的性能を確保可能であることを明らかにした．なお，実験を通じて新たな改良課題も確認されたが，これについては，引き続き次年度に検討を行う．
状態把握オブザーバに関しては，大変形吸収機構を有する実構造物にビルトインし，その力学特性を精度よく検知できるパラメータ推定手法を検証するとともに，加速度センサによる異常検知手法についても損傷検知への適用可能性を明らかにした．
上記の研究成果については，国際ジャーナル誌２編，国内論文集１編の合計３編の査読論文の発表を含め，国際学会に1編，国内学会に３編の合計4編の学会発表を行った．本年令和４年度に実施した模型載荷実験結果等については，国際ジャーナル誌および国内論文集に投稿するための執筆作業を進めているところである．
以上から，本研究について，おおむね順調に進展していると評価している．
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| 今後の研究の推進方策 |
次年度は，本研究の最終年度であり，研究対象としたマルチ・アブゾーバ変形吸収機構，マルチ・ステップ機構については，多点分散方式でバランスさせながら制御する構造条件について，前年度実施した実験結果をもとに，構造改良を行った模型載荷実験を行うとともに，数値シミュレーションモデルの検証を行い，制御に必要な条件・設計法を提案する．
状態把握オブザーバに関しては，実験模型とともに実構造物において観測したデータを用いて，最小のセンサ数配置で，構造物の挙動応答特性，損傷特性を含む構造物の力学特性を推定する手法の検証を行う．
マルチ・アブゾーバ変形吸収機構およびマルチ・ステップ機構の解析・実験結果，状態把握オブザーバによる挙動・損傷検知特性に関して得られた結果について論文発表を行うとともに，本研究の最終とりまとめを行う．
共同研究者間で，実験・分析などを分担，連携・共有しながら研究のとりまとめを行う予定である．
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