土木FRP構造物の疲労損傷評価及び探傷方法の開発

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．

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．