竜巻および竜巻飛来物に起因した都市部の重要構造物に対する被害評価法に関する研究

本研究では，竜巻による飛来物が構造物に衝突した際の損傷評価を目的として，ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）の板，ならびに合わせガラスに物体が高速で衝突した際の力学的挙動について，実験的かつ解析的に考察を行った．本研究では，京都大学防災研究所の衝撃試験装置を利用し，GFRP板および合わせガラスに，鋼球を衝突させて応答挙動を計測する実験を行った．エアキャノンにより圧縮空気を利用して，３種類の鋼球（255g，535g，1115g）を19m/s～91m/sで打ち出し，試験板に衝突させ，板表面のひずみを計測した．このように衝撃時の板表面の瞬間的なひずみを計測した事例は数少なく，極めて貴重なデータである．例えば，GFRP板のひずみ履歴から，衝突直後は表面も裏面も伸びていることがわかった．これは鋼球が板に対して凹状に食い込んでいることを意味している．その後，曲げ振動に移行していることが明らかとなった．本結果は，GFRP板の衝撃応答を実験的に明らかにしており極めて重要な知見である．また，鋼球のサイズと速度を変化させて，GFRP板の損傷範囲やひずみの大きさを調査したところ，板の損傷度合は衝突時のエネルギーだけでは説明できず，物体の質量およびサイズにも影響していることが明らかとなり，耐衝撃性能に関する新しい知見が得られた．また，合わせガラスにおいても同様の実験を行っており，放射状の割れから円周状の割れに進行していく様子が，従来の高速度カメラの映像からだけではなく，ひずみからも捉えられており，破壊メカニズムをより詳細に説明することが可能となった．さらに，GFRP板，合わせガラスの両方について，３次元の有限要素法を用いて，この衝撃試験を解析的に再現することも試みている．その結果，試験結果がある程度再現できることが明らかとなっており，今後は耐衝撃性能を数値解析的に示すことが可能となると思われる．

本研究では，竜巻による飛来物が構造物に衝突した際の損傷評価を目的として，ガラス繊維強化プラスチック（GFRP）の板，ならびに合わせガラスに物体が高速で衝突した際の力学的挙動について，実験的かつ解析的に考察を行った．本研究では，京都大学防災研究所の衝撃試験装置を利用し，GFRP板および合わせガラスに，鋼球を衝突させて応答挙動を計測する実験を行った．エアキャノンにより圧縮空気を利用して，３種類の鋼球（255g，535g，1115g）を19m/s～91m/sで打ち出し，試験板に衝突させ，板表面のひずみを計測した．このように衝撃時の板表面の瞬間的なひずみを計測した事例は数少なく，極めて貴重なデータである．例えば，GFRP板のひずみ履歴から，衝突直後は表面も裏面も伸びていることがわかった．これは鋼球が板に対して凹状に食い込んでいることを意味している．その後，曲げ振動に移行していることが明らかとなった．本結果は，GFRP板の衝撃応答を実験的に明らかにしており極めて重要な知見である．また，鋼球のサイズと速度を変化させて，GFRP板の損傷範囲やひずみの大きさを調査したところ，板の損傷度合は衝突時のエネルギーだけでは説明できず，物体の質量およびサイズにも影響していることが明らかとなり，耐衝撃性能に関する新しい知見が得られた．また，合わせガラスにおいても同様の実験を行っており，放射状の割れから円周状の割れに進行していく様子が，従来の高速度カメラの映像からだけではなく，ひずみからも捉えられており，破壊メカニズムをより詳細に説明することが可能となった．さらに，GFRP板，合わせガラスの両方について，３次元の有限要素法を用いて，この衝撃試験を解析的に再現することも試みている．その結果，試験結果がある程度再現できることが明らかとなっており，今後は耐衝撃性能を数値解析的に示すことが可能となると思われる．