| 研究課題/領域番号 |
20K21054
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| 研究機関 | 長岡技術科学大学 |
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研究代表者 |
中村 文則 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (70707786)
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| 研究分担者 |
下村 匠 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (40242002)
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| 研究期間 (年度) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| キーワード | 津波 / 高潮 / 塩害 / 飛来塩分 / 社会基盤構造物 / 維持管理 |
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| 研究実績の概要 |
2020(令和2)年度は、次世代のコンクリート構造物の危険度総合評価システムを開発するために、構造物に作用する自然環境条件とコンクリート内部の劣化促進物質の予測モデルの検証を行った。さらに、大規模な災害とそれに応じた外力作用を予測するために、過去に発生した大規模な津波と高潮の事例について整理し、津波・高潮の予測モデルの設定条件について検討を行った。
コンクリート構造物に作用する自然環境条件とそれに応じた劣化過程の予測モデルについては、構築済みのモデルの一部の改良を行い、模型実験の結果と比較することで妥当性の検証を行った。検証のための実験データは、橋桁の一部を模擬した実寸大の模型を対象に模型実験を実施し、その結果を使用した。実験での測定項目は、構造物表面に作用する自然環境(風、降雨、飛来塩分)である。その結果、予測モデルにより、構造物に作用する自然環境作用をおおむね予測できることが示された。これらの研究成果を査読付論文(コンクリート工学年次論文集、コンクリート構造物の補修、補強、アップグレード論文報告集)として投稿した。
沿岸部に設置されたコンクリート構造物に作用する大規模な津波または高潮による災害外力(流体力)を予測するために、既往調査よる津波と高潮に関するデータの整理を行い、その結果から津波や高潮の予測モデルに設定する解析条件について検討を行った。
高潮の予測解析に利用する波浪推算モデルは、コンクリート構造物の塩害劣化の要因となる飛来塩分の発生量の予測にも応用できるため、波浪推算モデルを利用した飛来塩分の予測解析も実施した。これは、外部から作用する自然環境条件(主に飛来塩分)の予測の高精度化につながる研究である。これらの成果を、査読付論文(土木学会論文集B2(海岸工学))として投稿した。
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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
2020～2023年度の期間に、社会基盤構造物の危険度総合評価システムの開発のために、自然環境作用と構造物に作用する劣化促進物質(主に水分と塩分)の予測、大規模な災害(津波・高潮)の予測、構造物に作用する外力の予測を行い、それらの統合とその検証を実施する予定である。
2020(令和2)年度前半は、自然環境作用と構造物に作用する劣化促進物質(主に水分と塩分)の予測モデルの妥当性の検証を行った。予測モデルの検証データは、橋桁の一部を模擬した実寸大の鉄筋コンクリート製の模型を利用した模型実験を実施して取得した。実験では、模型表面に到達する水分と塩分量、降雨水の流動過程、降雨水作用前後のコンクリート表面・表層部の飛来塩分量(塩化物イオン量)の測定を行った。実験結果から、コンクリート構造物表面に到達する降雨と飛来塩分量が、風・降雨・飛来塩分を統合した予測モデルでおおむね再現できることが示された。しかしながら、一部の過程で再現性が低い部分が確認された。
2020年度後半は、大規模な津波・高潮災害の事例の調査を行い、日本近海で発生した過去の津波と高潮について整理を行った。さらに、過去に発生した津波と高潮災害を予測解析するための数値シミュレーションの解析条件の検討を行った。津波については、津波浸水シミュレーションの解析条件となる断層パラメータと海域と陸域の両方を含めた平面地形データを収集し、その整理を行った。予測モデルの検証データは、過去に測定された津波の痕跡高とした。高潮については、過去の台風の経路と気圧、高潮による浸水被害範囲を検証データとした。
以上より、当初計画した通りに研究が進んでおり、現在までの研究の進捗状況はおおむね順調である。
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| 今後の研究の推進方策 |
2021(令和3)年度は、構造物の劣化現象の予測モデルの実構造物への適用を行う予定である。さらに、大規模な津波と高潮の予測解析を行い、構造物に作用する災害外力の推定を行う予定である。
2021年度前半には、構造物に作用する自然環境条件と劣化促進物質の予測モデルの再構築を行う予定である。昨年度の研究では、劣化促進物質の予測モデルの一部である表面境界において、水分と塩分量(塩化物イオン量)の予測結果の再現性が低下している部分があったため、その部分の実験結果を追加で収集し、詳細な検証を行う予定である。予測モデルの検証は、コンクリート構造物表面に作用する自然環境作用の模型実験の実験結果と予測結果を比較して行う予定である。さらに、沿岸部に設置された実橋梁を対象に、周辺地形を含めた構造物形状の3次元測量成果を収集し、3次元構造物モデルの構築を行う。そのモデルを利用して、コンクリート構造物の劣化予測解析を実施し、その結果を実構造物の点検データと比較することで妥当性の評価を行う予定である。
2021年後半には、日本近海で過去に発生した大規模な津波と高潮の予測解析を行い、その結果を既往の調査結果と比較することで、予測モデルと解析条件の妥当性の検証を行う。さらに、沿岸部に設置された構造物に津波または高潮による波浪を作用させ、構造物に作用している災害外力(流体力)について予測解析を行う予定である。津波の浸水想定解析は、地震断層を含めた津波の伝播および陸上部の浸水過程を予測できる平面2次元モデル、構造物に作用する圧力を計算できるVOF法の予測モデルの構築を行う。高潮の予測解析は、領域気象モデル・波浪推算モデル・潮位モデルを統合させた計算を実施する。
以上の予測解析を統合することで、構造物の劣化現象による耐力の低下を考慮した大規模災害による外力の影響を評価できるシステムの開発を行う予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
2020(令和2)年度は、大規模な数値解析を実施する環境の準備を実施する予定であったが、世界的に蔓延したコロナウィルスの関係で数値解析用PCの部品の一部が品薄となり、予定したパソコンの購入が困難となった。そのため、パソコンとそこに導入する予定であった解析ソフトの購入を次年度に変更することにした。当初予定していた数値解析の準備は、予備で設置していたパソコンを使用して進めており、研究計画全体への影響はほとんどない。
予定していた模型実験において、コンクリート表面の塩化物イオン量を当初予定より、詳細に分析する必要が新たに生じた。そのため、予定の一部を変更し、詳細な分析が可能な分析機器を購入することにした。その変更により、実験模型を構築するための費用とパソコンを購入する一部の費用が不足するが、これまでの研究で使用してきた模型を改良することで本研究に代用できることが確認でききため、それを代用して研究を進めることにした。以上のような予定の一部の変更により、次年度に使用額が生じることなった。これらが、研究計画全体に及ぼす影響はなく、当初の予定通りに研究の実施が可能である。
2021(令和3)年度には、2020年度に予定していた大規模な数値解析を実施するためのパソコンとそこに導入する解析ソフトの一式を購入し、当初の予定通りに研究を進めることを考えている。
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