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．

本研究的目的是评估 GFRP 构件由于疲劳损伤而导致的刚度下降，并设计一种新的无损检测方法并将其与刚度下降联系起来。 GFRP 被用作人行天桥和小型水闸的结构构件，但据报道材料刚度随着疲劳损伤的进展而降低，目前其应用于大活荷载结构的例子还很少．．如果我们能够阐明GFRP构件的疲劳损伤和刚度降低行为，并证明其作为土木工程结构构件的可用性能够得到保证，那么其作为结构材料的潜力有望扩大。在本研究中，我们将通过有限元分析和实验研究评估 GFRP 构件疲劳损伤的方法，同时开发一种可以评估刚度降低的无损检测方法。 2020财年，我们取得了以下成果。对 GFRP 材料进行面内剪切和压缩疲劳试验，研究每种材料的疲劳强度和刚度降低行为。通过实验，我们成功地阐明了 GFRP 的疲劳强度，并使用数学模型表达了刚度降低行为。利用实验获得的刚度折减模型，我们分析研究了疲劳加载期间厚层合板和 GFRP 梁构件的残余刚度。分析结果表明，刚度从构件内的应力主导部分开始降低。此外，在开发无损检测方法时，我们对GFRP进行了拉伸疲劳试验。在测试中，在测量残余刚度的同时，我们还研究了利用电容变化的疲劳损伤评估方法。实验中，将电极固定在GFRP试件的两侧，在疲劳测试过程中连续测量两个电极之间的电容。实验结果表明，当电极粘合到 GFRP 试件上时，可以通过电容的变化来检测由于重复加载而导致的疲劳损伤和剥落。

项目成果

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.