2023 Fiscal Year Research-status Report

Demonstration experiment of the scientific discovery "Wood has excellent properties as mother material of hybrid members by reinforcement such as steel rod, FRP rod, or FRP sheet."

Research Project

Project/Area Number	22K18848
Research Institution	Kagoshima University
Principal Investigator	塩屋晋一鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (80170851)
Project Period (FY)	2022-06-30 – 2025-03-31
Keywords	自然循環型材料 / 木質構造 / カーボンニュートラル / ハイブリッド部材 / 長期性能 / 高温環境 / 高湿度環境 / 曲げ強度
Outline of Annual Research Achievements	科学的発見「木材はハイブリッド軸材の母材として、熱膨張率や木の含水に伴う収縮の影響を、柔軟に吸収する特性を備えていること」を実証するために縮尺1/3のハイブリッド軸材の鉄筋集成材の梁の加力試験を実施している。2022年度は、電気炉内に梁を設置して加熱により、高温で湿度が低下した環境で、鉄筋集成材の梁の力学的特性を明らかにした。2023年度(昨年度)は、その曲げ剛性、曲げ降伏モーメント、曲げ耐力を推定する式を構築して、国際会議で発表して日本建築学会構造系論文報告集で発表した。さらに、実験室の成り行き温度で、湿度のみを強制的に低下させる環境での梁の力学的特性を明らかにした。この環境でも、梁の内部のひずみは想定とおりの挙動を示していることを確認でき、その曲げ剛性、曲げ降伏モーメント、曲げ耐力も、前述の開発した推定する式により、ほぼ推定できることを確認でき、現在、論文としてまとめている。下記に現時点で明らかになっている事項を記す。 1)鉄筋を補強材料とする鉄筋集成材の梁と一般の集成材の梁を、2023年6月から2024年2月の8か月間において、室温は実験室の成り行きの温度の環境として湿度のみを70%を20%に強制的に低下させる環境下において、曲げ剛性と降伏強度および曲げ耐力を明らかにして、両者を比較して湿度すなわち木の含水率を低下させた場合の曲げ剛性と降伏強度および曲げ耐力の変化を明らかにした。 2)曲げ剛性は木の含水率の変化の影響をほとんど受けない。 3)曲げ耐力は木の含水率の減少に伴い、低下する傾向があり、内部応力の影響を考慮する必要がある。 4)比例限界に相当する曲げ降伏モーメントは、その熱膨張係数の違いの影響を受けて、温度が上昇すると低下することを明らかにし、その降伏モーメントは既に提案している推定式でおおむね推定できることも確認した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 温度が上昇して湿度が低下する場合の鉄筋集成材の曲げ剛性と曲げ降伏モーメントおよび曲げ耐力の推定式を提案して、論文等で発表した。さらに、湿度が低下することにより木の含水率が低下する環境の鉄筋集成材の曲げ剛性と降伏曲げモーメントおよび耐力を明らかにした。本研究の主目的であった科学的発見「木材はハイブリッド軸材の母材として優れた特性を備えている」の問いに対する検証データは入手できたことになる。当初の予定より順調に実験を遂行できている。
Strategy for Future Research Activity	1)湿度と連動する木の含水率の低下に伴う場合の梁の曲げ剛性と曲げ強度の評価方法を整備して、設計で用いる方法を提案する。 2) 本研究の主目的である科学的発見「木材はハイブリッド軸材の母材として優れた特性を備えている」の問いに対する検証データは入手できたので、それらのデータに基づき、解析モデルを構築して、木のせん断剛性の特異な値が、その優れた特性を生み出すことを理論的に証明し、論文で発表する。