Research

南海トラフ地震では、東海から九州地方にかけて広域で強震動や巨大津波が発生し、太平洋沖岸部を中心に多数の構造物が被災することで、インフラシステムに甚大な被害が生じ、多くの死傷者や災害廃棄物が発生することが懸念されている。地震・津波などの複合災害（マルチハザード）に対しては、高強度構造物の開発に留まらず、構造物の安全性（信頼性）や地域インフラシステム・復旧活動への影響（リスク・レジリエンス）を定量化し、強化・低減する取り組みが不可欠である。本研究では、これを実現する解析技術を開発する。具体的には、地震・津波作用を受ける道路構造物の信頼性評価や、その被災が道路ネットワークの接続性や、津波死傷者数、災害廃棄物処理時間などに及ぼす影響を評価する技術を構築する。また、豪雨に起因する洪水や斜面崩壊なども含めたマルチハザード評価法の開発を進めることで、総合的な防災・減災策の構築を目指す。

橋梁は道路・鉄道ネットワークを支える主要構造物であり、地震後にも緊急車両が通行可能な状態を維持する即時供用性が求められる。本研究では、強震動を受けても供用性を確保できるダメージフリー構造や、緊急仮設橋として活用可能なプレキャスト構造の開発を進めている。これらの検討では、3Dプリンターを用いた部材製作、3次元振動台による振動実験、有限要素解析を組み合わせ、性能評価と構造最適化を行っている。ダメージフリー構造では摩擦振子型免震機構を採用し、ナイロン製振子の滑りにより慣性力を低減し、滑り面の傾斜によって残留変位を抑制する。プレキャスト構造では鉄筋コンクリート（RC）製ブロックを連結した仮設上部工の実現を目指し、特殊機材を用いず着脱可能な接続部を開発している。

地球温暖化は温室効果ガスの排出増加とともに進行しており、海面上昇による津波ハザード強度や異常降雨による橋梁への流体力・洗掘深の増加など、荷重や作用を激甚化させ、インフラ構造物の安全性やリスクに大きな影響を及ぼすことが懸念される。本研究はこの課題に対応するため、構造工学に基づくイノベーション創出を目指す。具体的には、地球温暖化を抑制する緩和策として、海水とCO₂を材料とした全く新しいカーボンニュートラル・脱炭素コンクリート（WMaCS®）を開発し、建設材料としての実用化を目指している。また、気候変動による被害を低減する適応策として、インフラ構造物に対する影響評価法や、気候変動を考慮した構造設計法の構築を行う。これにより、環境負荷の低減と構造物の安全性確保を両立する次世代インフラ構造物の構築を目指す。

我が国の社会基盤構造物は高度経済成長期に集中的に建設されたため、近年、多くの橋梁が一斉に高齢化し、維持管理の高度化が強く求められている。鉄筋コンクリート（RC）構造物では、塩害などの外的作用により鉄筋腐食が発生し、その後、腐食生成物の膨張圧により腐食ひび割れが表れる。腐食ひび割れを有するRC構造物は、耐荷力の深刻な低下が懸念され、現有性能を精緻に評価する必要がある。一方、腐食ひび割れ幅と鉄筋腐食量の関係には大きなばらつきが存在し、腐食ひび割れ幅から実験式に基づいて予測される鉄筋腐食量の精度は極めて低い。本研究では、機械学習・構造解析・画像解析・更新理論などを融合した新たな耐力評価技術を確立することで、ドローンにより撮影される腐食ひび割れ画像のみから劣化コンクリート橋梁の健全性（まだ使うことができるのか、補修すべきであるのか、など）を診断できるシステムを提案する。

鉄筋コンクリート（RC）構造およびプレストレスコンクリート（PC）構造は、圧縮力を負担するコンクリート中に、引張に強い鉄筋やPC鋼材を配した構造であり、橋梁の主要部材として世界的に広く利用されている。RCとPCでは鉄筋に作用する応力状態や鋼材構成が異なるため、腐食・劣化の進行過程や構造性能への影響にも差異が生じる。しかし、その腐食過程の違いがRC/PC構造物のライフサイクル全体に及ぼす影響は十分に解明されていない。本研究では、RCおよびPC構造における腐食メカニズムと構造性能低下の実態を解明することを目的として、腐食・構造実験と数値解析を組み合わせた総合的検討を行う。具体的には、X線計測やディジタル画像処理などの非破壊評価により鉄筋・PC鋼材の腐食進展や内部損傷を定量化し、得られたデータを基に構造解析モデルを構築する。これにより、鉄筋腐食が部材の耐荷力、靭性、破壊挙動、耐震性能に及ぼす影響を評価し、RC・PC橋梁の長寿命化や合理的な保全計画策定に資する知見を提供する。

少子高齢化の進展に伴い、建設産業における人手不足が懸念される。この解決策の一つとして、本研究は、プレキャスト杭部材の製作工程の省力化とその品質管理体制の自動化に貢献することを目的とする。具体的には、遠心成形工法の活用により、せん断補強鉄筋の配筋作業を不要にした鋼繊維補強コンクリート（SFRC）杭を製造する。SFRCは、引張に対する抵抗力が小さいコンクリートの弱点を補うため、鋼繊維をコンクリートに混入した材料である。型枠に遠心力を与え、型枠内面から周面摩擦を介してコンクリートに与えられる周方向の流れにより、鋼繊維を杭軸直角方向に強制的に配向させ、せん断力に確実に抵抗させることにより、せん断補強鉄筋の配筋を不要にし、省力化を実現する。さらに、X線とディジタル画像処理により、その部材耐荷力の品質を自動で管理する一連のシステムの構築を目指す。