vol.19
 Academy Users Report
 学生用户介绍/第19回
東京都市大学
工学部 都市工学科 减轻灾害(栗原)
研究室×吉川名誉教授

将结构物的安全保障为起点,研究开发水泥相关的新技术和各种评估方法
使用UC-win/Section进行独特的设计练习
「都市设计制图」,成为人气科目

東京都市大学 工学部
都市工学科 减轻灾害研究所
URL http://c-pc8.civil.tcu.ac.jp/conkuri/
所在地 東京都世田谷区

「可以看到课程中并没有太多提问。因为学生们互相学习。只有真的得不到答案时才会请教TA或教授。」

东京都市大学工学部都市工学科第三年的学科共同科目「都市设计制图」课程。在世田谷校区一号馆2楼明亮且功能齐全的教室中,栗原哲彦副教授作为指导教官想学生们解释问题的流程和新任务的要点。最后随着「请大家开始练习」的声音,所有人开始组队后解决每组分配的不同难题。回顾课程的所有过程,教授提到了课程中独特的教育方法。说道「通过以软件为中心的课程,教授和学生可以互相加深设计工作的理解」。

大约从10年前开始这种教学模式。当时吉川弘道名誉教授(当时是该校教授)和栗原副教授开始摸索有效的学习钢筋混凝土(RC)桥墩的抗震设计计算方法。由于吉川教授从很早开始使用我司的UC-win/RRAME(3D),通过与我司合作,开始考虑RC·SRC断面的计算软件「UC-win/Section」应用在课程中。此后,该课程成了热门课程。吉川先生退休后,栗原副教授继承了他的教学方法沿用至今。

演習で学生にアドバイスを行う東京都市大学
吉川弘道 名誉教授


 减少灾害损失,关注作为建筑材料的混凝土

「减灾实验室」目的是为了减少灾害损失,分析道路,桥梁,铁路等的抗震性和风险。「栗原实验室」是三大「减灾实验室」之一(还有「吉田实验室」「关屋实验室」)。

其中,栗原实验室专注于材料的混凝土。尽管耐久性和经济性很突出,但在「强化,长久化,安全使用」的理念下,进行各种各样的研究。

东京都市大学 工学部 都市工学科
、减轻活在研究室) 栗原哲彦 副教授
栗原副教授最近关注的研究对象是
  • 1)混凝土回收利用
  • 2)混凝土连接和粘合
  • 3)RC内钢筋的腐蚀判定
  • 4)用氨基甲酸乙酯加固RC
例如,在混凝土回收利用中研究利用废弃的硫酸融化处理废弃的混凝土,使其可以再利用。此外,关注混凝土增强材料的氨基甲酸乙酯的可能性。通过与企业合作,用实践来研究增强效果。

同研究室的人员构成有1名硕士一年级生,8名四年级学部生。学部生里包括2名女学生。 


 在创校90周年之际,通过预测社会需求改革自己

东京都市大学成立于1929年,创建当初有电力,土木,建筑三个工学科,校名为武藏高等工科学校。从那时起,经过该校名和规模扩大,1949年受到学制改革的影响成立了拥有机械,电力,建设三个工学部的武藏工业大学。在那以后,不断增设学科以及再编制,设立了大学院工学研究科以及环境信息学部(1997年)和知识工学部(2007年)等专工学部。在创立80周年之际,将学校名改为东京都市大学的同时,增设了都市生活学部以及人类科学部。此外,2013年将环境信息学部分为环境学部和信息学部。而2019年大学迎来了创校90周年。

目前,该大学拥有工学部,知识工学部,环境学部,媒体信息学部,都市生活学部以及人类科学部。而大学院有综合理工学,工学,环境信息学。包括大学和研究生在内约有7500名学生,268名全职教师(2018年5月的数据)。以世田谷,横滨,等等力三个校区为教育·研究基地。

其中,工学部分为机械工学科,机械系统工学科,医用工学科,能源化学科,原子力安全工学科,建筑学科,都市工学科,电力电子工学科,位于世田谷区校园内。

现在有超过400多名学生就读于都市工学科,其目的是改善城市质量,超越传统土木工学科的范畴,以满足社会对城市的广泛需求。



 考虑「都市设计制图」的框架和课程流程

「做了29年的教师,我敢很自信的说这是目前为止最好的课程。」

为了让学生学到实用的设计,实际操作时不可或缺的。那时,所有学生的作业内容不相同也是重要的一点。但如果难度太大,不利于课程的普及,因此有必要遵循专业人士进行设计的步骤。从这个意义上说,吉川名誉教授考虑所有要素后能作为解决方案的就是「都市设计制图」手法。

从10年前开始,以吉川教授和栗原准教授为中心,探索用商用软件对应难以处理的算法,提高RC桥墩的抗震设计计算效率的学习方法。由于之前有导入富朗巴公司软件的经历,将UC-win/Section作为教学软件导入。包括学习实物计算的设计课程每周200分钟,共有14周。还建立了辅助担任教员的TA体制。

使用UC-win/Section的实际场景

現在、このフレームワークをほぼ踏襲した都市工学科の3年次・後期向け設計演習「都市設計製図/RC橋脚の耐震設計」は、同学科3年生(90名弱)のほぼ半数に当たる50名弱が受講。学生はそこで、
  • 課題1:橋脚基部の断面解析
    課題2:RC橋脚の耐震設計(その1)
    課題3:RC橋脚の耐震設計(その2)
と段階的に3つの課題が与えられ、それぞれについてレポート(計算書)を提出。一連の演習課題をこなす中で、学生は単柱式RC橋脚を対象に、道路橋示方書に準じた耐震設計を行うことになります。

具体的にはその都度、事前に60~70セットの異なる設計条件を準備。課題1では学生が各自設定された条件を基に橋脚基部の耐震性を確認すべく、UC-win/Sectionを利用して断面解析し、M-φ関係や曲げ耐力を算定。その際、学生一人ひとりにそれぞれ異なる数値や寸法、設計条件などを付与。それらは次段階以降の課題に影響することもあり、学生が他学生に頼ることなく自らの課題に自力で取り組み、計算せざるを得ない仕組みが働いています。

また課題2では、学生は課題1で自身が決定した断面をベースに、許容応力度法に独自に作成した簡易エクセルシートを、地震時保有水平耐力法にはUC-win/Sectionをそれぞれ利用しながら耐震設計計算を行います。

「実は、課題2で耐震性の判定が『OUT』と出るように最初に与えられた条件は設定されています」

つまり、そこでは学生はそれぞれの計算に基づく判定とともに、照査結果がなぜ「OUT」になるのかも自身で判定。例えば、そうした過程での試行錯誤を通じ、講義の説明だけではなかなか身に付かない、主鉄筋や横拘束筋の重要性あるいは効き具合などに気づくことにも繋がる。さらに、続く課題3では設計基準を満たす(「OK」となる)ように配筋を変更し、再度耐震設計計算を行った上で、最後のリポートを作成することになる、と栗原准教授は流れを語ります。

都市設計製図/RC橋脚の耐震設計:
パッケージソフトの活用

■基部断面
断面:複鉄筋+側方鉄筋
荷重:軸力+曲げモーメント(手計算では到底無理)
UC-win/Sectionによる断面解析(9セット購入)
■M-φ関係, Mu, φy, φuの算定:UC-win/Section
■Mu、φuの算出:手計算
断面を単鉄筋構造に見立て算出、UC-win/Sectionと比較
■許容応力度法(レベルⅠ地震動)
コンクリートおよび鉄筋の応力度を計算できるエクセルシートを準備
■地震時保有水平耐力法(レベルⅡ地震動)
画像をクリックすると大きな画像が表示されます。 画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
都市設計製図/RC橋脚の耐震設計:成果・感想・課題
  1. 学生60名全員の設計条件を変えている.⇒ 他学生に頼ることはできず、自力で計算書作成
  2. 手計算で苦労することも大変重要ですが、実務計算用の商用ツールを活用/習熟することも得るもの大なり.
    学生は、パソコンソフトにすぐに慣れ、嬉々として画面に向っていた.
  3. パソコンソフトを実際に使う.
    横拘束筋、せん断補強筋、曲率など、初めて知る専門用語を自然と使う.工学的な意味合いも身についていった.
  4. 習熟の早い学生が、遅れている学生に説明している.一端のエンジニアのようでもあり、頼もしくもあった.
  5. 断面特性や応力計算など、手計算では困難な計算もパッケージソフトウェアの活用により、次のステップに進むことができる.
  6. 初期条件にて、照査結果がOUTになる設計条件を与えた.
    設計変更あるいは補強計算を行う.耐震設計計算の核心を理解させることができた.
  7. わざと、照査結果がOUTになる設計条件を与えた.
    試行錯誤により,主鉄筋/横拘束筋の重要性と効き具合に気付く.逆に、講義にて何回説明しても結局は身に付かない.
      演習の試行錯誤を通して、耐震設計を理解することできる.


 教育と研究の両面で広がるソフト利用の可能性

「良いソフトウェアはエンジニアリング教育にも使えるのです」

吉川名誉教授は、10年間に及び同設計演習を経験。市販ソフトや実際の設計計算書などの適格な利用を通じ、学生が実践的な設計作業を身に付け、習熟の早い学生が他学生をサポートする様子に触れる中で、そうした試みの効果を実感してきたと言います。

一方、今年度後期の「都市設計製図」では、いずれも栗原研究室に所属する橋本啓佑さん(同大大学院総合理工学研究科建築都市専攻修士1年)と吉田拓矢さん(同大工学部都市工学科4年)がTAを担当。栗原准教授をサポートし、必要に応じてUC-win/Sectionや数式の使い方などを学生に直接指導。そうした観点からは、同ソフトの構造解析のし易さや見易さへの印象が述べられました。

従来、コンクリートの材料分野に関する研究のウェートが高かったという栗原准教授は近年、その構造分野にも研究の裾野を広げつつあると語ります。

「(今後の研究では)RCの構造体になった時の、材料である時とは少し違う(コンクリートの)性能がどうか、といった部分も取り入れながらやっていきたい。そこではこうしたソフトを使った検証が必要で、いろいろ準備をしていきたいと思っています」

吉川弘道名誉教授は、この演習授業の一環として力学模型「振動応答習得機」を制作し活用している。また、最近では、社会インフラの意義を正しく認知し次世代に継承することを目的として、土木施設を紹介する投稿公開型アーカイブを主宰し、SNSによって継続的な情報発信を進めている。最終的には「100年前のインフラ施設の画像を100年後まで公開する」ことを目指している。
画像をクリックすると大きな画像が表示されます。

●土木ウォッチング
  -日本の土木再発見-
http://www.doboku-
watching.com/

投稿公開型アーカイブ。現時点で
800施設を掲載している。

●Discover Doboku
  -インフラ大図鑑-

https://www.facebook.com/
DiscoverDoboku/

6500人のフォロワーに対して、
毎週数回、情報発信している。

画像をクリックすると大きな画像が表示されます。
東京都市大学 吉川 弘道 名誉教授
執筆:池野隆
(Up&Coming '19 新年号掲載)



前ページ
  
インデックス


FORUM8