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連続繊維補強ポリマ形材とその接合部の力学性状に関する研究

连续纤维增强聚合物型材及其接头力学性能研究

基本信息

批准号：
02J11049
负责人：
中澤博之
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Toyohashi University of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では,長寿命型FRP建設構造部材接合部の破壊性状や力学特性の解明および光ファイバセンシングによる損傷評価法の確立を目的とし,(1)帯板要素の引張載荷実験,(2)円孔母材の引張載荷実験,(3)継手接合部の引張載荷実験を行った。試験体には,ガラス繊維を用いた引抜成形FRP箱型断面形材(100×100×5.5mm)から部材軸方向に帯板に切り出したものを用いている。光ファイバセンサとしては,現状で最も精度が良好なFBG(fiber Bragg grating)センサを採用した。FBGセンサは,厚さ5.5mmのFRP材の表面に深さ約0.5mmのV字型の溝を設け,その溝にFRP母材のマトリクスと力学性状が類似の2液系エポキシ接着剤を充填し埋め込んでいる。計測システムには,従来の歪量を得るための波長測定に加え,材料内部の損傷をモニタリングするために波形測定も行った。帯板要素の引張載荷実験では,負荷・除荷を繰り返しながら25kNづつ増加させ破壊に至るまで載荷を行った。結果として,波長測定から,FRP材が破壊に到るまでの歪レベルまでは十分に測定可能であり,その出力値と従来の歪ゲージとの値の差は最大でも10%程度であり,非常に精度良く測定できることを明らかにした。波形測定より,光パワースペクトル形状を連続的に計測した結果,トランスバースクラックに関係した内部損傷によると考えられる歪の不均一性が顕著になることによって,単一ピークのスペクトル形状から,複数ピークのそれに大きく変化する現象があることを発見し,そうしたスペクトル形状の変化をモニタリングすることで内部損傷の進展を評価できることを明らかにした。継手接合部の終局強度の推定に必要となる円孔母材の引張載荷実験では,欠損断面積を一定とし円孔径の大きさをパラメータとした場合,円孔径が大きくなるに従って母材終局強度は低下する傾向にあることを示した。FRPボルト接合における摩擦の効果を明らかにするために,ボルト径及びボルトの締付けトルクを実験変数とし重ね継手接合部の引張載荷実験を行った。結果として,ボルト径と板厚の比d/tが1.1,1.8の場合には,ボルト張力の増加に伴い,最大耐力および接合部剛性は上昇するが,d/tが2.5では,接合部剛性は上昇するものの,最大耐力はボルト張力が増加してもほとんど上昇しないことを明らかとした。更に,母材に埋込んだFBGセンサの出力結果より,ボルト張力を導入することで,母材に摩擦力が働き,ボルト孔周りの極めて局所的な損傷を抑制することで,母材全体での損傷の蓄積によって破壊に至ることを明らかとした。

The purpose of this study is to determine the fracture behavior and mechanical properties of the joints of long-life FRP construction components,(1) the tensile load behavior of the plate elements,(2) the tensile load behavior of the base material of the hole, and (3) the tensile load behavior of the joints of the hand. The FRP box section material (100×100×5.5mm) is formed by cutting the plate in the axial direction of the component. The optical fiber grating system is currently used with the highest accuracy. FBG(fiber Bragg grating) system is used. FBG is 5.5mm thick and FRP material surface is about 0.5mm deep and V-shaped groove is set, the groove is FRP base material and mechanical properties are similar to 2 liquid system adhesive filling. The measurement of the wavelength of the material, the measurement of the internal damage of the material, The tension load of the plate element is reduced from 25 kN to 25 kN, and the load is reduced from 25kN to 25 kN. The results show that the wavelength measurement of FRP material is very accurate, and the maximum difference between the output value and the wavelength value is about 10%. Waveform measurement, light selection, shape, continuity, measurement results, the relationship between the internal damage, the investigation of the heterogeneity, the phenomenon of the large change in the shape of a single sample, the phenomenon of the large change in the number of samples, etc. Changes in the shape of the internal damage are evaluated. The tensile load of the base material of the hole is necessary for estimating the final strength of the joint, and the failure area is constant. When the hole diameter is large, the final strength of the base material tends to decrease. FRP joint friction effect is clear, the diameter of the joint is clear, and the tension load of the joint is heavy. The results show that when d/t is 1.1 or 1.8, the maximum endurance and joint stiffness increase with the increase of the tensile force, and d/t is 2.5, the joint stiffness increases with the increase of the tensile force. In addition, the base material is embedded in the FBG and the output results show that the friction force of the base material is reduced, and the damage of the electrode around the hole is suppressed. The damage accumulation of the base material is reduced.