Q：土木工学や建築には建材の革新を促すどのような傾向がありますか。
Rick Bearden 氏: 地震地帯にあるビルや橋などの土木構造物の耐震性を高めることは、世界的で引き続き注目を集めています。土木技術者や設計者は、構造物の安全性を高めて人命を守るための方法を常に模索しており、常に革新的な取り組みが求められています。注目すべき傾向は、RC (鉄筋コンクリート) 構造に超高強度鉄筋 (鉄筋) を使用する研究です。具体的には、研究者は鉄筋コンクリート構造物の非弾性挙動を強化して、地震時に構造物が壊滅的なダメージを受けないようにする方法を探求しています。そのためには鉄筋強度を飛躍的に高めることが必要だと考えています。その好例が日本です。日本には現在 1,275 MPa (メガパスカル) の降伏応力に耐えられる鉄筋があり、これは従来の鉄筋の 275〜520 MPa の範囲と比べると天文学的な値です。
Q： 鉄筋コンクリート (RC) の部材が構造物の耐震性を高めるための役割について説明します。
Bearden 氏: 鉄筋コンクリートの梁や柱には、延性 (引張応力を受けて変形する能力) があります。本来、コンクリートは圧縮荷重には強いのですが、曲げや座屈などの張力には脆くて耐えられません。鉄筋で補強することで弾性特性が加わり、RC 部材はある程度の曲げ荷重に耐えられるようになり、荷重がなくなると元の状態に戻ります。RC 部材に要求される弾性特性は、世界中の現行の建築および土木工学の規格で十分に定義されています。ただし地震が発生すると構造物は巨大な横力を受けて、伸縮や降伏によって元の応力状態に戻らない非弾性状態に陥ります。これが構造破損を引き起こす原因です。超高強度鉄筋は、構造物の非弾性域での性能を高め、大きな損傷を受けても完全に破損しないようにする役割を果たします。
Q： 鉄筋の強度および RC 部材の延性を高めるために行われている研究について説明します。
Bearden 氏： 鉄筋コンクリートの設計は確立された工学専門分野ですが、新しい超高強度鉄筋に注目が集まっていることから、高強度合金の化学的形成、鉄筋の製造プロセス、鉄筋を RC 部材内に配置する方法などの基礎的な研究が新たに行われています。以下の研究のすべての面で、機械試験は重要な役割を果たしています。鉄筋を構成する材料と鉄筋の長さを結合する機械的接続の特性を明らかにし、組み立てられた鉄筋/機械的接続部材の強度と疲労をテストし、RC 部材自体を試験して、鉄筋の強度、コンクリートの強度、RC 部材内の鉄筋の配置がどのように耐震性を高めるかを理解する必要があります。当然のことながら、この研究は、日本、ロシア、ウクライナ、米国、韓国、インド、中国など、地震多発地域で注目されています。ただし、地震多発地域に限らず、世界中の大学もこの分野の基礎研究に貢献しています。NEES (Network for Earthquake Engineering Simulation) 共同体に参加しているミネソタ大学がその好例です。
Q： 高降伏強度鉄筋の開発は機械的試験の要件にどのような影響を与えますか？
Bearden 氏： 明らかに、降伏強度が増加している場合は引張応力が増加するため、機械的試験では鉄筋、接合材、組立部品を試験するために、はるかに高い応力の負荷フレームが必要となります。そのため、ここ数年の間に、100 万ポンド、さらには 200 万ポンドの鉄筋試験用の負荷フレームの問い合わせがありました。これは初めてのことです。これまで鉄筋試験システムの需要は常に 50 万ポンド以下の範囲内にありました。そしてもちろん、試験システムに付属するアクセサリー (グリップ、治具、センサー) も、より高い応力の要求から影響を受けています。また、非弾性挙動に関する新たな研究によって試験の目的や焦点が変化するため、組み立てられた RC ビーム用の構造試験リグの使用方法も進化していくでしょう。もう一つの影響は、研究者たちが静的な張力のみの挙動を調査するだけでなく、動的なゼロ点を超える引張-圧縮疲労試験も行いたいと考えていることです。
Q： このような高応力の要求に応えるために、MTS はどのような機械試験ソリューションを提供できますか？
Bearden 氏： 鉄筋、機械的接続、鉄筋/接続部品など、より大きな応力による材料や構成部材の試験要求に応えるために、制御装置、アプリケーションソフトウェア、グリップ、治具、アクセサリ、および油圧電源と分配を含む、すぐに使える負荷フレームソリューションの多様な選択肢を提供しています。動的な引張-引張または引張-圧縮サイクルでは、1.0～30.0 MN の非常に幅広い応力容量を持つ、疲労評価用、4 コラム油圧サーボ式ロードフレームの完全なラインナップが用意されています。
高強度鉄筋が組み込まれた梁や柱などのフルスケールの構造物を試験するため、疲労定格土木試験用アクチュエータ、高応力自在軸受け、大型門形フレームまたは反応構造、制御装置、アプリケーションソフトウェア、アクセサリ、および必要に応じて油圧電源と配電を含む、すぐに使えるシステムを提供しています。一般的に、これらのシステムは 3 点または 4 点曲げ試験を行うために使用され、高強度 RC 被験物質を十二分に破壊する能力を持っています。
Q： 将来的には、これらのニーズを満たすために新しい技術が必要になるのでしょうか？
Bearden 氏： MTS の製品ラインに、お客様が求めるものを継続的に含めていく必要があります。私たちの油圧くさび状グリップ技術には、さらなるイノベーションの機会があります。高強度鉄筋試験で必要とする力により、比較的短時間で簡単に試料を設置できる、当社の評判の高いサイドローディンググリップの限界が広がりました。ただし 100 万ポンドの範囲に近づくとグリップハウジングにかかる圧力が非常に大きくなるため、その設計は簡単にスケールアップできません。当社のクローズドハウジング 641 スタイルのグリップはこの範囲の試験で有効な代替ですが、同じように簡単に取り付けることはできません。そこで、サイドローディングくさび状グリップの改良を検討しています。さらに、光学式やレーザー式伸び計など、さまざまなタイプの測定技術の利点の活用も探っています。とはいえ、現在の MTS の製品は高強度鉄筋や RC 構造物の試験に非常に適しています。私たちの目指しているすぐに使えるソリューション、このアプリケーション分野における私たちの経験の深さと広さ、そして研究者が正に必要としているものを提供する能力は、他の追随を許しません。
