 トップページ > 北山研ヒストリー> 北山研での研究：1997年この年、卒論生だった二人が揃って大学院に進学（横尾君は推薦で合格）し、新たな卒論生として高塚君と深海君が入室したので、卒論生から大学院M2まで各二名という今までにない充実した陣容になった。 助手 小山 明男（こやま あきお） 1997年には、文部省・科学研究費補助金の重点領域研究（領域名：都市直下地震）に応募した研究課題「軸力変動が鉄筋コンクリート柱・梁接合部のせん断性状に与える影響」が採択された。この研究期間は１年であり、予算額は200万円であった。前年度に採択された基盤研究(C)でのRC柱の研究とあわせて、変動軸力がRC柱および柱梁接合部パネルのせん断挙動に与える影響を、実験および解析によって検討する一連の研究が本格的に軌道に乗ることになった。 1997年は、北山研究室での研究にとって大きな転機となった年である。中塚 佶先生（当時大阪大学助教授、現在は大阪工業大学教授）のお誘いによって、プレストレスト・コンクリート（PC）構造の研究へ足を踏み入れたのである。中塚先生が主査をされていたAIJのPC部材力学挙動小委員会に入れていただいて、PC構造の研究に取り組むことになった。しかし正直なところその当時は、RC柱梁接合部の挙動を理解する上で、PC構造を知っておくことが有益であろう、という程度の認識で始めたことであった。まさかそれが十年以上たった今日、PC柱梁部分架構試験体を50体近く実験し、『PC部材の構造性能評価指針（案）・同解説』の作成（2009年現在進行中）に携わるほどの大テーマになろうとは、想像もしていなかったのである。新しい研究の“種”を授けて下さった中塚先生には本当に感謝している。もっとも関西の悪友・岸本一蔵さん（大阪大学准教授）からは、中塚先生の“ひとたらし”の術（失礼しまーす）にはまりましたね、などとも言われているが。PC構造を研究しているひとは、その発展の経緯から関西の方が多く（もっと具体的に言えば大阪大学閥と京都大学閥）、同年輩の優秀な研究者や設計者（上述の岸本一蔵さん、竹中技研の菅田昌宏さん、日建設計の阿波野昌幸さん、京都大学の河野進さんなど）と知り合うことができたのは大いなる収穫であった。 1. 昭和高分子のTYFO工法に関する共同研究 昭和高分子（昭和電工の子会社）という化学部門を専門とする会社が、エポキシ樹脂を含浸したガラス繊維シート（GFRP）をRC柱に巻き付けて耐震補強するという工法を世に出したいということで、青山博之先生（東大名誉教授）をヘッドとする耐震補強工法検討会が組織された。東大の武藤研究室では昭和電工と付き合いがあったそうで、そういった経緯から青山先生がチーフを依頼されたものと思われる。検討会のその他のメンバーは、細川洋治先生（当時前田建設工業）、太田勤さん（堀江建築工学研究所）、前田匡樹さん（当時横浜国立大学）と私であった。 記憶が定かでなく記録もあまり残っていないが、1996年の暮れ頃からこの検討会は活動を開始したようだ。Priestley らの筆になるJacketingによる耐震補強設計法を解説した英文書籍（M.J.N.Priestley, F.Seible and G.M.Calvi: Seismic Design and Retrofit of Bridges, John Wiley & Sons, Inc., 1996）を皆で輪読して理解する、ということからはじめた。輪読とは言うものの、実質は私と前田さんとの二人が交替で英文和訳していった。師匠の青山先生が目の前においでになるので、ヘタな解説をする訳にも行かず、毎回の資料の準備は大変だったし、大いに緊張したことを憶えている。GFRPをRC柱に巻き立てる具体的な補強設計法を開発する前に、なぜこの本を丁寧に読み込んだかというと、なるべく既往の知見を用いて理論的に補強設計法を構築して、検証用の実験をなるべく少なくしたい、というお考えを青山先生がお持ちであったためである。 こうして理論武装してから、いよいよ実験するということになった。RC柱にGFRPを巻き立て補強して逆対称曲げ載荷する実験を前田さんのところで、GFRPを巻き立て補強したRC角柱および円柱に中心圧縮載荷する実験を北山研で担当した。学問的には、せん断抵抗機構やせん断強度を解明するための逆対称曲げ実験のほうが楽しいとは思った。しかし、幸いにも高剛性の500tonf圧縮試験機（東京衡機製）が本学の建築実験棟に配備され、まだ一度もちゃんとした研究のために使ったことが無かったので、これを用いてかなり大きなサイズの試験体に対して圧縮載荷実験するのもまた面白いかな、と考えた。またコンクリート材料を専門とする助手の小山さんが実験を先導してくれたことも大きかった。学生の主担当はM2の豊田浩一君にお願いした。 エポキシ樹脂を含浸させたガラス繊維シートをRC角柱や円柱に巻き立てる作業は本学の実験棟で実施したが、ガラス繊維がチクチクと肌を刺すのには参った。試験体は無筋のコンクリート柱20体で、直径250mm、高さ500mmの円柱６体、断面250mm×250mm、高さ500mmの角柱10体および断面400mm×400mm、高さ800mmの角柱４体である。角柱試験体ではすべて半径25mmの面取りを施した。 実験では、試験体の軸方向変位を測定するために取り付けた変位計を高剛性圧縮試験機の加力制御に用いることとして、その変位計からの電気出力をExternal端子を介して試験機に入力してコンピュータ制御した。GFRPで巻き立て補強した試験体は、シリンダー試験のように最大強度を迎えたあと、ガラス繊維シートがぴょこんと面外に膨らみ始めて圧縮耐力が急激に低下し、その後、シートが鉛直に裂けたり、水平に裂けたりして実験が終了した。 さて、北山研および前田研での実験が無事終了して、いよいよGFRP巻き立てによる耐震補強設計法を策定することになった。具体的には、(1)曲げ変形性能向上のための設計と、(2)せん断強度増大のための設計、の二本立てとした。そして出来上がった設計法に対してお上のお墨付きを得るために、日本建築防災協会の建築物等防災技術評価委員会に審査をお願いすることになった。この当時の委員長は小谷俊介先生で、そのほか京大の渡辺史夫先生や、東大地震研の壁谷澤寿海先生、名工大の市之瀬敏勝先生などが委員を勤めておいでであった。私も前田さんもまだこの委員会の委員には就任しておらず、どんなものなのか全く知らなかった。しかしその審査の場に、まさか青山先生や私たち青研の弟子たちが雁首揃えてしゃしゃり出る訳にもゆかず、結局、堀江建築工学研究所にその業務を依頼することになった。しかしその背後には青山先生がいて設計法を統括していたので、小谷先生をはじめとして委員の方々は相当にやりにくかったということを、もれ承った。部会担当は確か渡辺史夫先生で、部会の場でいただいた質問は部会終了後に私や前田さんのところに回されて、青山先生のご指導のもと回答案を作成してファックスでやり取りする（この頃、電子メールはかなりよく使われるようになったが、図面等はまだファックスのほうが一般的だった気がする）、ということが続いた。 こうして青山先生指揮する昭和高分子のTYFO工法に対して、建防協の評価書（岡田恒男先生が会長だったので、その判子が押されたもの）がめでたく交付された。お上のお墨付きが得られたので、GFRPを用いた既存RC建物の耐震補強が具体的に使われるようになることを期待したのだが、文教施設協会や東京都防災街づくりセンター等の耐震診断・補強判定委員会にはそのような案件はさっぱり現れて来なかった。 その後、私も前田さんも建防協の建築物等防災技術評価委員会の委員になった。そして昭和高分子が得たようなお墨付きの有効期限は５年間であることを知った。すなわち交付から５年後には再度有効期間の延長の申請をして、一応は再審査を受けることになっていた。ところが我々が苦労して作り上げたTYFO工法に対して、昭和高分子はなんと交付５年後の有効期間延長を申請しなかったのである。すなわちGFRPを用いた耐震補強事業から、事実上撤退してしまったのだ。ああ、何ということか！ しかし裏を返せば、それ程儲からなかった、ということだったのだろう。炭素繊維シートを用いた耐震補強はそれなりに行われ続けているが、ガラス繊維シートという二匹目のドジョウはやはりダメだったのである。 2. ト形柱梁部分架構の実験 前年より準備を進めていた、柱梁接合部を含むRC部分架構の静的載荷実験にいよいよ取り組むことになった。担当はM2・溝部くんと卒論生・深海くんである。実験は大型構造物実験棟で行うことにした。載荷方法は東大・青山研と同じく、柱脚をピン支持として、柱頭に水平力および軸力を加える形式とした。水平力によって柱が傾くほうが実験をやっていてリアリティを感じるためである。そこで梁端を支持するローラー機構として、姜柱さんのサ形骨組実験で作った治具を使うことにした。東大と同様に、梁端と反力床とに取り付けたクレビスをロードセル付きの剛棒で連結してローラー機能を実現する、という形式である。梁端せん断力の容量は300kNとして、これらの治具を自分で設計して図面を引いた。 試験体は柱梁接合部パネルのせん断破壊が先行するように設計し、コンクリート圧縮強度は30MPa程度であった。実験では圧縮一定軸力、引張り一定軸力および変動軸力を載荷して、柱軸力がト形柱梁接合部パネルのせん断強度に与える影響を調査することを目的とした。 試験体の作製は本学の実験ヤードにて行い、型枠作りやコンクリート打設は吉村工業に依頼した。 さて実験を始めると、接合部横補強筋量が0.18%と少なく引張り一定軸力を受ける試験体こそ接合部パネルがせん断破壊したが、その他の試験体では梁主筋降伏が先行して、そのあとに接合部パネルがせん断破壊するという結果になってしまった。また梁主筋にはひずみゲージを片面にしか貼付しなかったのが徒となって、特に危険断面位置の出力は局所曲げの影響をモロに受けてとても困ったことになった。これが教訓となって以降の部分架構の実験では、梁主筋の測定点一カ所につきかならず２枚のひずみゲージを表裏に貼ることになった。 3. 兵庫県立御影高校特別教室棟の耐震性能評価 1995年の兵庫県南部地震で被災した兵庫県立御影高校特別教室棟（RC４階建て）を調査したところ１階の被害は軽微だったのに対して、２階では多くの柱がせん断破壊しており、損傷が２階に集中したことがわかった（北山研ヒストリー「1994年」参照）。現地調査の際に、１階に較べて２階には壁が少ないことには気づいたが、２階に損傷が集中した原因を明確につかめた訳ではなかった。さらに、県教育委員会から詳細な図面をいただいたところ、１階は当初は壁のないピロティとして竣工したが、その後間仕切りなどとしてコンクリート・ブロック壁が増設されたことが判明し、１階の被害が軽微であった理由も何だかよく分からなくなった。 そこで、この建物の２階が大破した原因を解析によって究明したい、と考えるようになった。その手始めとして耐震二次診断を実施することにして、高塚慶則くんの卒論研究とした。耐震診断はエクセルを用いた手計算で行ったが、建防協の耐震診断基準を勉強することから始めた高塚君は積極的に分かり易い図面を作るなど、私が想像した以上に頑張って成果を出してくれた。軸組のアクソメ図をCADで作ってくれたお陰で、建物北側に耐震壁が偏在している様子がいっそう明瞭になった。このアクソメ図はよく出来ていたので、その後、学部２年の設計製図の際の構造レクチュアで学生に紹介したりして活用しているが、そのデジタル・データは研究室の学生用Macintoshがクラッシュした際に惜しくも消失した。 以下に本学のアニュアルレポートに掲載した報告を転載する。 「兵庫県南部地震(1995)で大破に近い被害を受けた兵庫県立御影高校特別教室棟を対象として、被害状況と耐震診断および地震応答解析との比較を行なった。特別教室棟は桁行・張り間方向ともに耐震壁付きフレーム構造で、RC造4階建て5×4スパン（3階以降はセットバックし5×3スパンとなる）である。竣工は1970年、基礎はすべて直接基礎であり、コア抜きによるコンクリート圧縮強度は233kgf/cm2(2階)であった。被害は2階が最も激しく短柱および長柱のせん断破壊が発生した。耐震2次診断の結果、2階では耐震壁の偏在によりねじれ振動が生じて耐震性能が低下する（Is値:0.26）と判定された。1階では雑壁やコンクリート・ブロック壁のために耐震性能が上昇（Is値:0.62）し、被害が少なかった。建物を質点系に置換し、耐震診断でグルーピングした最大３種類の部材群をそれぞれ弾塑性バネとして各階に配置して地震応答解析を行なった。その結果、２階Ｘ方向で３つのバネが全て降伏し層崩壊となり、現実の被害状況と対応した。これに対してＹ方向では１階で層崩壊が生じ現実の被害とは異なったが、２階のせん断バネもせん断強度に到達していた。このことから１階Ｙ方向では雑壁やコンクリート・ブロック壁が予想以上に耐力上昇に寄与したと考えられる。」 以上のような高塚君の仕事は論文にはならなかったが、翌1998年度に横尾君が修士論文として引き継ぎ、立体骨組解析を実施することになる。 4. 東京都立大学の特定研究に応募する この年、学内の特定研究に応募するため、私がチーフとなって建築・土木合同の研究チームを作った。そのときの合同チーム結成を呼びかける文書の一部を以下に載せておく。 ////////// 以下、当時の文書 ////////// 1997年11月11日 建築および土木のコンクリート関係の研究者が集まって、来年度の東京都立大学特定研究に応募してはどうでしょうか。研究課題として、次世代ＲＣ構造のための材料開発とそれを用いた部材の力学特性の把握、といった基礎的研究（大風呂敷！）を挙げてみました。ご参加いただけるか、各自の研究テーマとしてリンクすることが可能かどうか、具体的にどのような研究を行えそうか、予算はどのくらい必要かなどのご意見をお願いします。それらを持ち寄って一度、ご相談したいと思います。11月18日（火曜日）なんかはどうでしょうか？ ご都合をお知らせください。なお、私が勝手に考えている研究計画案を以下に載せておきます。 ［研究計画案］ 建築構造分野での具体的な研究項目 ////////// 当時の文書 おわり ////////// このように主として繊維混入コンクリートをRC部材に利用して次世代のRC構造を開発するための端緒としよう、というアイデァ（特に先端的と言う訳ではなかった）であったが、申請予算額が945万円余と巨額だったためか、この研究はあえなく落選の憂き目を見た。ただ、このとき作成した研究目的や研究計画の書類は無駄にはならず、その後、コンクリート工学の橘高義典先生を研究代表者とする科研費獲得に活かされることになる。 5. 学会等での活動 日本建築学会で「阪神・淡路大震災と今後のRC構造設計−特徴的被害の原因と設計への提案−」という書籍を出版することになり、そのなかの柱梁接合部の地震被害と性能評価について、広沢雅也先生（当時工学院大学教授）を主査とするWGが組織されて私も一員として仕事をした。このとき、柱梁接合部パネルのせん断余裕度が相当に大きくて梁降伏が先行すると判断されたSRC柱梁接合部パネルが、兵庫県南部地震ではせん断破壊した例が相当に見られた、ということを広沢先生のチームが被害調査結果に基づいて主張されたことをよく憶えている。広沢チームでは、接合部パネルのコンクリートのコア抜きまでして、コア・コンクリートがぐざぐざに圧壊している証拠として説明したが、私は正直なところ本当だろうか、と半信半疑であった。ただこのときの、広沢先生が主張する「コンクリート系骨組の柱梁接合部が危ない」という情熱的な取り組みには感心したものである。 もうひとつ、翌1998年に開催される第10回日本地震工学シンポジウム（このシンポジウムは４年に一度開催されることになっていた）の実行委員として活動した。どんな仕事をしたのか全く憶えていないが、名古屋工業大学教授（当時）で青研の先輩である久保哲夫先生のお声掛かりで、委員にしていただいた記憶だけがある。その後、久保先生からは、消防庁の仕事、日本地震工学会の論文集編集委員会の仕事、原子力発電所建屋関連の仕事など、多くのプロジェクトに誘っていただき、自分自身の知識だけでなく研究の幅自体も広がったと思う。久保先生には、いつもとっても感謝しています。なお久保先生は、21世紀になって小谷俊介先生のあとを襲って東大教授に就任され、11号館７階の新しい主となった。 1997年度の研究成果は以下の論文や書籍として結実することになった。 (1) 変動軸力が鉄筋コンクリート柱のせん断性状に与える影響 (2) 鉄筋コンクリート開断面耐震壁のねじれ性状に関する研究 (3) ガラス繊維シートで巻き補強したコンクリート柱の圧縮特性 (4,5) エポキシ含浸ガラス繊維シートで巻き補強したコンクリート柱の圧縮性状(その1、2) (6) 変動軸力を受ける鉄筋コンクリート柱のせん断強度に関する研究（その４） (7) 変動軸力を受ける鉄筋コンクリート外柱・梁接合部のせん断強度に関する研究 (8) 十勝沖地震および三陸はるか沖地震で被災した鉄筋コンクリート校舎の耐震性能 (9) 阪神・淡路大震災と今後のRC構造設計−特徴的被害の原因と設計への提案−
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ヤードでのコンクリート打設
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