研究課題　1　構造物の耐震性能向上に関する研究

1.1 研究成果概要

(1) 研究成果A　鋼構造の耐震性向上に関して(福本，上野谷，中村，中山)

これまでの研究により，普通構造用鋼と極低降伏点鋼によるハイブリッド型箱形せん断塑性リンクは地震エネルギー吸収と変形性能において優れており，デバイスとしての有効性を検証した．
鋼製ラーメン橋脚の横ばりにおいて，ハイブリッド型せん断塑性リンクがデバイスとして有効に作用するためには橋脚基部の大きな変形性能が必要である．そのために，板厚の変化するテーパーフランジ板を用いた箱形断面の一本足橋脚を対象として，一定軸方向圧縮力のもとで柱頭に繰り返し水平力を作用させる実験的研究を行った．

その結果，鋼製橋脚の基部にテーパー部材を用いると、塑性域は広範囲に広がり，一断面への塑性変形集中を防ぐことが可能となり，鋼製橋脚の局部ダクティリティー向上に効果的である．また，テーパー部材は鋼材量を少なくできる点において有利であることなどが明らかになった．
芸予地震でブレース材が被害を受けた三原市営駐車場の被害調査を行い耐震診断を行った結果，この建物は耐力が不足していることが被害の原因だと判明した．そのため，座屈が生じたブレース材をワンサイズ大きなものに取り替え，新たに数ヶ所ブレースを新設する耐震補強を行った．また，ブレース材の破壊実験を多数繰り返し，ブレース材の安全性の検討を行った．
研究課題１のハイブリッド型せん断塑性リンクの研究で得られた知見を研究課題３高延性材料の開発とその評価の研究に忠実に反映させるため，研究課題１と３のスタッフの綿密な連携のもとに，デバイスに適した耐震用新鋼材の開発を行い，材料の適正成分系の見通しをたてている．
(2) 研究成果B　コンクリート構造の耐震性向上に関して(南，寺井)

本研究グループではコンクリート構造をコンクリート系構造としてとらえて，通常の鉄筋コンクリート構造から鋼とコンクリートによる合成構造・混合構造をも研究対象にして研究活動を推進している．本年度の研究課題は，課題１として，コンクリート系構造物における寸法効果に関する研究．課題２として，鉄筋コンクリート構造の耐震性能向上に対して芯コンクリートおよび芯鉄骨の活用の有効性，課題３として，高延性材料を主筋に用いた塑性ヒンジデバイスの力学的機能の基礎的検討，課題４として，2000年鳥取県西部地震および2001年芸予地震における建築構造物の被害調査および被害分析さらに被害予測に関する研究である．さらに，課題５として，中四国地域における既存建築構造物の耐震性能分析を継続的に行っている．
(3) 研究成果C　木質構造の耐震性向上に関して(鎌田)
木質構造で耐震性に大きな問題を有するのは，在来型軸組構法で作られた木造住宅であり，この耐震性能を向上させることが，建築防災および都市防災上，緊急の課題となっている．木造住宅の耐震性能は，壁面の水平耐力によって左右されるので，柱，はり，土台によって構成される軸組と筋違い材あるいは壁材を組み合わせた構面の水平耐力を向上させるには，如何にして適切な構法，部材，補強金物を選択すべきかを，実大サイズの木造軸組試験体を用いた静的加力実験によって明らかにしつつある．

研究課題　2　地盤の耐震性向上と建設発生土のリサイクルに関する研究

2.1研究成果概要

(1)研究成果A　地盤の耐震性に関して(柴田、西原)

地震時に地盤が液状化したとき、大規模な側方流動による被害を生じることがある。その現象を的確に把握するためには、液状化砂の諸物性を明らかにする必要がある。本研究では、液状化した砂の体積膨張と粘性挙動を実験的に調べることを当面の課題とした。
円筒容器に充填した飽和材料（3種類の砂、および4種類のガラスビーズ）に対して、下方から上方に向かって浸透水流を発生させ、流速を種々に変えたときの体積変化と間隙水圧を測定した。また同じ条件下で、Viscometerにより粘性係数を測定した。

・浸透水流速を徐々に増加すると、Darcy則の成立範囲を越えた点（すなわち限界動水勾配）から体積膨張がはじまり、その際に体積膨張率と浸透水流速の間には比例関係が成立することを見いだした。このような比例関係は、固体の融解現象にみられる体積膨張と絶対温度との関係に酷似しており、[流速]は[温度]の、[限界流速]は固体の[融点]に相当する。

・液状化砂の見かけの粘性係数ηは、ひずみ速度の増加とともに減少する特徴を示し、ビンガム塑性流動の範ちゅうに分類できる。上向き浸透水流速vを与えたときのηは、AとBを定数としてη=Aexp(B/v)の関係が得られた。この式はvを絶対温度に置き換えるとAndradeの粘度式と同形であるから、この場合も[浸透流速]は[温度]の役目を果たしていると解釈できる。分子の熱振動は絶対温度に関係しているから、粉体粒子は流速に関して熱振動しているかのように見える。

(2)研究成果B　建設発生土に関して(冨田、西原、田辺)

・セメント処理土の力学特性　3種類の粘土(大阪海底、福山、カオリン)に対して、それぞれポルトランドセメント添加量を50、100、200kg/m3、材令を7、15、28日として、圧密、強度（静的と動的）および動的剛性率を調べた。動的剛性率(Gmax)はベンダーエレメント法を用いて、極微少ひずみ（10-6〜10-5%）レベルにおける測定精度の向上を図った。またセメントの硬化反応は土中に含まれる水量の影響を強く受けるので、土中水の割合を含めた指標としての配合質量比を用いた。
結果としてGmax〜圧縮強度、Gmax〜圧密降伏応力の対応関係が見出せたので、これらを利用すれば通常の圧縮/圧密試験から、地盤の耐震設計に必要なGmaxを求めることが可能になった。
・セメント処理土と六価クロム　セメント改良地盤中から六価クロムが溶出すると、その周辺地盤は地下水により汚染されるおそれがあるため、種々のセメントを地盤改良材として用いた場合の六価クロムの溶出特性を調べた。その結果、�@フライアッシュと普通ポルトランドセメントでは、六価クロムの溶出が認められたが、高炉セメントにはそれが認められなかった。�A六価クロムの溶出量と圧縮強度の間には相対関係があるとされてきたが、それを裏づけるデータは得られなかった。
・風化マサ土の有効利用　コンクリート用骨材は現在全国的に不足しているとの背景から、建設
発生土の一種である風化マサ土が細骨材に有効利用できる可能性を検討した。
結果としてマサ土の産地の違いによって、粒度調整などの二次作業が必要な場合もあるが、おおむね風化マサ土は細骨材として利用できることが分かった。なおマサ土の風化度を定量的に表現するための蛍光X線分析による手法は、かなり有望であることが示された。

3.1 研究成果概要（吉村，中東）(1) 研究成果A　耐震用高延性鉄系材料の基本成分系の探索研究

本研究は、自動車の衝突時あるいは土木建築構造物での地震時のような急激な衝撃を吸収しうる耐震性能を有する新鋼材の開発を目的に行なわれているものである。この内、今回は、土木建築用の適用を考えて研究したものである。その内容は、開発目標特性を、耐力については即存の低降伏点の極低炭素鋼並とし、引張強さを極低炭素鋼と通常の構造用鋼SS400との間を３区分し、そして、高延性を有すること、そして、これらに見合った鉄鋼材料の基本成分系を探索したものである。その結果の概要は次の通りである．

(1) 開発目標特性の設定

0.2％耐力(σ0.2) ：100MPa程度(即存の低降伏点の極低炭素鋼並)
　　　引張強さ(σB) ：320、360、400MPaの３レベル。(極低炭素鋼とSS400との間を３区分)
　　　伸び(El) ：30％以上(SS400の値以上)
(2) 上記特性を満たす適度の強度と延性をうるためには、まずどのような結晶構造を有する金属材料が有利か、既存の各種材料(純ニッケル、極低炭素鋼、SS400およびステンレスSUS304)について事前に調べた。その結果、低耐力には極低炭素にすることおよび面心立方格子(FCC：γ相)から体心正方格子(BCT：α’相)への変態を利用することが強度、延性の両面から有利であるとの結論を得た。
(3) 上記結果をもとに、γ→α’変態型を基本として新たに試作した材料の中から強度別に適正な新成分系を次のように３種類抽出した。
σB：320MPa級：Fe-23Ni-5Cr系合金
σB：360MPa級：Fe-22Ni-6Cr系合金
σB：400MPa級：Fe-15Ni-15Cr系合金
今後、この成分系を中心に耐震性能評価を中心に研究を進める。なお、本研究との関連研究についても列記する。

(2) 研究成果B　プロチウム処理によるチタン系材料の結晶粒超細粒化と超塑性に関する研究
　稠密六方格子(α相)＋体心立方格子(β相)２相型Ti-6Al-4V合金にプロチウム(水素原子)処理を適用することによって結晶粒が超細粒化(結晶粒径0.3~0.5μm)し，高強度，高延性を示すことがわかり，しかも超塑性伸び9000%以上という，これまでの金属材料では前例のない，極めて大きな値を示すことがわかった．この巨大伸びを示す機構は，耐震材料開発の考え方の一つにもなっている．