Development of Structural Reinforcement Method for Irregular Timber Frame Structure Using 3D Measurement and AM Technologies

利用 3D 测量和增材制造技术开发不规则木框架结构的结构加固方法

基本信息

批准号：
21K18762
负责人：
福島佳浩
金额：
$ 3.99万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

【現地調査】実証実験を行う実大木造建築物について、現況把握を目的とした調査を継続して実施した。三次元計測については、補強箇所として想定している構面について、多数の画像から三次元形状を復元するフォトグラメトリ技術を用いたスキャンを実施した。昨年度実施したレーザ型3Dスキャナと比べると、マーカ貼付を要しない分、簡便ではあるものの精度は劣る傾向にあるが、両モデルを重ねて比較したところ、構造補強目的としては十分な精度を有していることが確認できた。モニタリングについては、計測によって得られた加速度および温湿度のデータを分析したところ、建物の固有振動数の季節変化がみられた。固有振動数の変化は温湿度から算出される平衡含水率と線形関係にあり、既往研究と同様に、平衡含水率が小さくなるほど固有振動数が小さくなる傾向が確認された。今回の分析は夏季のデータがメインであったため、次年度は通年での季節変化の傾向および構造補強前後における振動特性の変化を検証する予定である。また、モニタリングの運用安定化を図るため、計測システムの更新を行った。【補強方法の検討】昨年度実施した実測調査に基づき、構造解析モデルを作成した。木造住宅倒壊解析ソフトウェアwallstatを用いて、構造補強候補部位の強度・剛性をパラメタとしたパラメトリックスタディを行い、構造補強効果に関する事前検討を実施した。検討の結果、昨年度実験を行ったジャイロイド構造を用いて垂れ壁部分を補強する案と、吹き抜け部分の水平剛性を引張材を用いて向上させる案が補強内容の候補として挙がり、次年度に実大木造建物にて実証実験を行う予定である。

【现场勘察】我们继续进行勘察，了解示范实验所在的全尺寸木结构建筑的现状。关于三维测量，我们使用摄影测量技术对假定为加固区域的结构表面进行扫描，该技术从大量图像中重建三维形状。与去年使用的激光式 3D 扫描仪相比，虽然由于不需要粘贴标记而更简单，但精度往往较低，但在比较两种模型后，发现对于结构加固目的来说它足够准确。被证实在监测方面，通过测量获得的加速度和温度/湿度数据的分析揭示了建筑物自然频率的季节性变化。固有频率的变化与根据温度和湿度计算出的平衡含水率呈线性关系，并且与之前的研究一样，已证实随着平衡含水率的降低，固有频率趋于降低。由于本次分析主要集中在夏季数据，明年我们计划研究全年季节变化趋势以及结构加固前后振动特性的变化。此外，还更新了测量系统以稳定监测操作。 [加固方法的研究] 根据去年的实测调查，建立了结构分析模型。利用木屋倒塌分析软件wallstat，以结构加固候选区域的强度和刚度为参数进行参数化研究，对结构加固效果进行初步研究。研究结果显示，有两种可能的加固方案，一种是使用去年测试过的螺旋结构加固上墙，另一种是使用抗拉材料提高中庭的水平刚度。计划在大型木结构建筑中进行示范实验。