土木FRP構造物の疲労損傷評価及び探傷方法の開発

土木工程FRP结构疲劳损伤评价及探伤方法的开发

• 批准号: 22KJ1878
• 负责人: 佐藤 顕彦
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ1878/
• 关键词: GFRP; 疲労; 剛性低下; FEM解析; モニタリング

本研究はGFRP部材の疲労損傷に伴う剛性低下を評価するとともに，新たな非破壊検査手法を考案し剛性低下と関連づけることを目標とする．GFRPは歩道橋や小型水門の構造部材として採用されているが，疲労損傷の進展と共に材料剛性が低下することが報告されており，活荷重の大きな構造物への適用事例は少ないのが現状である．GFRP部材の疲労損傷や剛性低下挙動を明らかにし，土木構造部材としての使用性が担保可能であることを示せば，構造材料としての可能性が広がると期待される．本研究では，FEM解析および実験を通してGFRP部材の疲労損傷の評価手法を検討し，同時に剛性低下を評価可能な非破壊検査手法の開発を行う．令和４年度は以下の成果を得た．GFRP材料の面内せん断・圧縮疲労試験を行い，それぞれの疲労強度と剛性低下挙動を調べた．実験を通して，GFRPの疲労強度を明らかにし，剛性低下挙動を数式モデルで表現することに成功した．実験から得た剛性低下モデルを用いて，厚肉積層板やGFRP桁部材の疲労載荷時の残存剛性を解析的に検討した．解析の結果，部材内の応力卓越部から剛性の低下が進行することを明らかにした．さらに，非破壊検査手法の開発では，GFRPの引張疲労試験を実施した．試験では残存剛性を計測する一方で，静電容量の変化を用いた疲労損傷評価手法の検討を実施した．実験ではGFRP試験体両面に電極を接着し，疲労試験中に2電極間の静電容量を測定し続けた．実験の結果，電極をGFRP試験体に接着した場合は，繰り返し載荷に伴う疲労損傷・剥離を静電容量の変化により探知する可能性が示された．

In this study, the fatigue damage of GFRP components was evaluated and a new method was developed to investigate the relationship between stiffness reduction and fatigue damage of GFRP components. The application of large live loads to structures is rare. The fatigue damage of GFRP components and the decrease in rigidity are obvious. The serviceability of civil structural components is guaranteed. The possibility of structural materials is expected. In this study, the FEM analysis and the evaluation method of fatigue damage of GFRP components are discussed, and the evaluation method of stiffness reduction and possible non-fatigue damage are developed. The following results have been obtained in the past four years. The in-plane fracture and compression fatigue test of GFRP materials has been carried out, and the fatigue strength and stiffness of GFRP materials have been adjusted. The strength of GFRP fatigue is clearly lower than that of GFRP stiffness, and the performance of GFRP fatigue is lower than that of GFRP stiffness. The analysis of residual stiffness of thick laminate and GFRP truss under fatigue load is discussed. As a result of the analysis, the excellent part of the internal strength of the component is reduced, and the rigidity is reduced. In addition, the development of non-destructive testing methods and the implementation of GFRP stress testing. As part of the residual stiffness measurement, the electrostatic capacitance variation is discussed in the fatigue damage evaluation method. In fact, the GFRP test body surface electrode is connected, and the electrostatic capacitance between the two electrodes in the fatigue test is measured. As a result, the possibility of detecting the change of electrostatic capacitance due to fatigue damage and stripping of GFRP sample under different load conditions is shown.

项目成果

ハンドレイアップ成形GFRPの疲労損傷が 構造部材の残存剛性に与える影響

手糊成型GFRP疲劳损伤对结构构件残余刚度的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: 村上勝久;山田洋一;根尾陽一郎;鷹尾祥典;佐々木正洋;三村秀典;長尾昌善;佐藤 顕彦，北根 安雄，杉浦 邦征，日比 英輝，五井 良直
• 通讯作者: 佐藤 顕彦，北根 安雄，杉浦 邦征，日比 英輝，五井 良直

Fatigue damage in thick GFRP laminate through the vibration-based bending fatigue experiment

通过基于振动的弯曲疲劳实验研究厚 GFRP 层压板的疲劳损伤

• DOI: 10.1201/9781003348443-99
• 发表时间: 2022
• 期刊: Proc. The Eighth International Conference on Structural Engineering, Mechanics and Computation
• 作者: Sato A.;Kitane Y.;Goi Y.;Sugiura K.
• 通讯作者: Sugiura K.