超縮小模型を用いた簡易振動実験手法の開発

 今まで不可能だった構造物の振動実験を可能にする超縮小模型を用いた振動実験手法を開発中です.

 構造物は人間が作るものですが,その地震時の挙動はまだわかっていないことだらけです.それは地震が滅多に発生せず,またいつどこに来るかわからないことが大きな要因の1つだと思います.実際の地震によって構造物が大きな被害を受けて壊れていく様子をモニターした例は未だにないのが現状です.

 地震時の構造物の挙動を把握する非常に有効な手段の1つとして振動実験があります.しかし振動実験はその実施に大きな経費と労力を要します.実際の構造物に近い大きな試験体を作製する場合はもちろんですが,小さな縮小模型を使う場合も鉄筋コンクリート(以下,RC)造の場合は横補強筋の間隔が非常に細かくなってしまい,施工が非常に困難になります.

 そこで,近年開発が進められてきた高靭性繊維補強セメント複合材料(以下,HPFRCC: High Performance Fiber Reinforced Cement Composite)に着目しました.HPFRCCとは,モルタルやセメントペーストにポリエチレン繊維やポリビニルアルコール繊維などの補強繊維を混入したもので,横補強筋によって拘束されたコンクリートと類似の材料特性を示すことが報告されています.横補強筋を配する代わりにHPFRCCを用いれば,配筋は主筋のみで施工が非常に容易になり,横補強筋を配する必要がないので縮小率を上げて数多くの試験体を容易かつ安価に製作することが可能になります.

 そこで,HPFRCCを用いた超縮小模型によってRC造を模擬し,その動的挙動の把握,検証を行う簡易振動実験手法の開発研究を進めています.まず第一段階として,曲げが卓越する柱(3cm角!)を対象として実際に超縮小模型を作成し,RC造のような剛性が徐々に低下し,履歴ループを描くような復元力特性が得られるかどうかを検証しました.下図は復元力特性の一例です.RC造特有の復元力特性が描けていることがわかります.

↑正負交番繰り返し載荷を行った場合

↑地震動を入力した場合

 今後は様々なRC部材の想定する様々な復元力特性「メニュー」を得るための「レシピ」の作成を行っていきたいと思います.

 平成17年には,実際に3層建物を作成して振動実験を行いました.

 以下のメンバーで共同研究を行っています.
  真田靖士(東京大学地震研究所)
  徳井紀子(東京大学大学院)
  福山洋(独立行政法人建築研究所)
  諏訪田晴彦(独立行政法人建築研究所)
  山内成人(東京大学生産技術研究所)
  中埜良昭(東京大学生産技術研究所)
  楠浩一(横浜国立大学)
  松森泰造(独立行政法人防災科学技術研究所)
  向井智久(独立行政法人建築研究所)

↑コンクリート打ちの様子.これで35体です(^^).

↑コンクリート打ちの様子.中央が端部スタブ,右下が端部プレート試験体)

↑加振の様子

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