社会インフラを支える情報システム
無人運転等の自動化技術の変革期にあって、交通、電力、金融、農業、メディア、治安などの社会インフラは大きな転換を迎えつつあります。身近な問題を取り上げて、今後の社会インフラを支える情報システムを計画，開発，運用する技術について研究しています。動画はミニチュアの街を列車視点で眺める実験の映像例です。
新設＆既設橋梁の性能評価に関する研究 八幡工学実験場 構造実験センターの活用
工学部都市デザイン工学科・コンクリート構造学研究室，コンクリート工学研究室ならびに橋梁工学研究室は，八幡工学実験場・構造実験センターにて，1) 新設橋梁，2) 維持管理，3) 想定外(火災)，4) 長期挙動の4テーマに関して，自主研究，企業との委託，共同研究を行っています． ここでは，その研究成果の一部について紹介します．
【新設橋梁の開発研究】
二重合成構造の耐荷力に関する基礎的研究
- コンパクト断面：断面の最大曲げモーメントが，全塑性モーメント以上に達する断面
- ノンコンパクト断面：鋼桁の一部は降伏するが，断面の最大曲げモーメントは，局部座屈によって全塑性モーメントまで達することの出来ない断面
- スレンダー断面：局部座屈によって，断面の最大曲げモーメントが降伏モーメントに達することが出来ない断面
連続桁橋の負曲げ域の鋼桁圧縮部にコンクリート床版を配置した二重合成Ⅰ桁橋を考案した．しかし，圧縮フランジの自由突出部がノンコンパクトやスレンダー断面に分類される断面であってもコンクリートで補剛されることで全塑性状態(コンパクト断面)に達すれば，さらなる合理化を図ることが出来ると考えられる．そこで，本研究では，コンクリートの合成効果による圧縮フランジ自由突出部の局部座屈発生の有無を確認することを目的として，フランジ片側にコンクリートを打込み，二重合成Ⅰ桁橋の自由突出部を再現したスレンダー断面を対象に，静的曲げ試験を実施した．
載荷試験の結果，スレンダー断面として分類される断面が，鋼桁の片側にコンクリートを打込むことで鋼の座屈が抑制され，全塑性状態に達する，つまり，コンパクト断面として評価できることが確認された．
プレキャストPC橋脚の載荷試験
コンクリート製橋脚の新たな形式として注目されているプレキャストPC橋脚の耐震特性を高さ：6m，幅：11m，厚さ：1.5mの反力壁を用いて載荷試験を実施しています．
結果，プレキャストPC橋脚は変形の回復性に優れ，地震時の損傷を制御することができる構造として有効であることが確認されました．
角鋼ジベルを用いた鋼コンクリート合成床版橋の連続桁化のための負曲げ部ひび割れ制御
鋼とコンクリートとのずれ止め構造として角鋼ジベルと孔あき鋼板ジベルを併用した合成床版橋は，現場施工が短期で，支間長L に対する構造高 H の割合 H/L を 1/40 まで低くできる特長を有している．この合成床版橋を連続桁化した際に，中間橋脚上負曲げ領域における床版部材への引張に対して適切にひび割れを制御するための配筋や支点部の構造を確立させるために，負曲げ静的載荷試験を行いました．
試験結果から鉄筋応力度を算出し，適切にひび割れ幅を制御する構造が実現可能であることが明らかになりました．
【維持管理に関する研究】
ASR劣化を生じたはり部材の構造性能評価
アルカリシリカ反応(ASR)により劣化を生じたはり部材の構造性能評価手法を構築するために実験と解析の両面から検討しています．特に，構造物中のせん断補強筋の破断が報告されていることから，せん断補強筋の破断を模擬しASRによる劣化やせん断補強筋の破断がせん断耐荷特性に及ぼす影響について研究しています．
その結果，ASR劣化を生じたはり部材において，せん断補強筋の破断が生じていても鉄筋の定着長さが確保されていれば，せん断補強筋として機能し，せん断耐力に寄与することが確認されました．
ASR損傷RC梁の載荷試験
ASRによる損傷を生じたコンクリート構造物の残存耐荷力を確認する目的で，十数年屋外暴露した試験体を10000kN繰返し載荷試験装置を用いて載荷試験を実施し内部コンクリートの損傷状況を観察しました．
結果として残存耐荷力は初期の設計耐力を上回るとともに，ASRによるひび割れはその大部分がかぶり部にとどまっていることが確認されました．また，内部コンクリートの残存強度には膨張の異方性の影響が確認されました．
ASR劣化を生じたコンクリートの内部損傷評価(大宮キャンパス 3号館実験室との連携)
ASR劣化を生じたコンクリート構造物においては材料劣化が一様に生じるわけでなく，同一部材であってもばらつきが生じ，ひび割れ性状，圧縮強度，ヤング係数が異なることが懸念されています．
そこで，ASR劣化を生じた構造物からコアを採取し，X線CT装置によりコンクリート内部のひび割れ等の内部損傷を評価しています．X線CT装置はコンクリートであれば直径100mmまでＣＴ画像を採取することができ，ひび割れ幅0.1mmのひび割れが検出可能です．
その結果，コアコンクリートはかぶりコンクリートと比較して，ひび割れの進展状況は軽微であることが確認されました．
鉄筋コンクリート(RC)床版の輪荷重走行試験
劣化した鉄筋コンクリート(RC)床版を補修するための薄層補修材の疲労耐久性を輪荷重載荷試験により確認しました．
結果，乾燥した状態では，選定した補修材はいずれも十分な疲労耐久性を有していましたが，その材料や施工法により，湿潤状態での疲労耐久性に違いが生じることが確認されました．
【想定外の事象(火災)に対して】
火災後における合成桁の鋼桁と床版との合成挙動に関する一検討
本研究は，熱履歴が鋼桁と床版との合成挙動に及ぼす影響を明らかにすることを目的として，鋼・コンクリート合成桁橋を対象に，橋梁において頻度が高い規模の火災を想定し，340℃および680℃で加熱試験を実施し，その前後で静的載荷試験を行いました．
その結果，以下の知見が得られました．
- 加熱後に載荷試験を行った結果，340℃の場合は加熱時に主な損傷が確認されなかったことから，常温時と概ね同じひずみ分布を呈した．一方で，680℃の場合は加熱時に貫通ひび割れが生じたことに起因する鋼桁と床版との合成度の低下が確認された．
- 熱履歴を受けた構造材料の力学特性の変化および床版のひび割れに起因する合成度の低下を包括した鋼桁と床版との合成挙動の評価を行った．その結果，本加熱試験温度である340℃および680℃それぞれの熱履歴に対応するフレキシビリティ定数を示し，合成度の低下を定量的に示すことができた．
高温時における鋼の力学特性
本研究は，900℃以上における強度と温度の関係を把握することを目的として，SM400およびSM490Yを対象に鋼材の高温引張試験を行いました．その結果，常温時と比較すると，500℃以上で1%耐力，2%耐力ならびに引張強度は，温度が高くなるにつれて大きく低下することが確認できました．また，伸び量は800℃で最も大きいことが確認されました．
【長期挙動に関する研究】
ASR劣化によるPRC部材の経過観察
アルカリシリカ反応による材料劣化を生じたコンクリートは膨張挙動を生じ，ひび割れが発生します．特に，外気温が高い夏場にアルカリシリカ反応が進展することから，気温の変化によるアルカリシリカ反応挙動を本実験センターの暴露試験ヤードにて定期的に把握しました．
論文
「Residual load carrying capacity of ASR damaged reinforced concrete beam after 12 years exposure」(2021)『Portuguese Journal of Structural Engineering』Series III, Vol.15p.45-53.
「火災時における合成桁の鋼桁と床版との合成挙動に関する一検討」(2020)『鋼構造年次論文報告集』p.591-601.
「ASR劣化が生じたPRCはり部材のせん断耐荷特性」(2020)『コンクリート工学年次論文報告集』Vol.42
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