分野紹介

人々が安心して社会生活を送ることが
できるように！

道路や橋、鉄道や空港は、人や物だけでなく情報をスムーズに伝達するための施設でもある。社会を支えるこのような「縁の下の力持ち」のことを、社会基盤構造（Infrastructure）と呼ぶ。社会基盤デザインコースでは、こうした施設や構造物を建設して安全に永く利用し続けるための研究・開発を行っている。

具体的な例をあげよう。橋などの構造物をしっかりと支えるための地盤をどのように評価するか、断層がありそうな山にどのようにしてトンネルを造るかといった、地盤や岩盤の挙動予測と利用法を考えている。広い谷を渡る橋をコンクリートで造る場合に、長い年月にわたって性能を維持できるような新しい材料を開発することもあるし、どのようなメンテナンスをすれば長寿命化できるかを考えることもある。地震が起こったとき、大きな被害を受けずに済む構造の設計法や材料の開発に関する研究もある。また、これまでに無い新しい材料で、人々を幸せにするような橋が造れないかといったことまで考えている。世界にたった一つの重要な構造物を造るために必要な知識を習得し、それをもとにして新しい土木技術の創造に挑戦するのがこの分野だ。

教育紹介

想像力と創造力を併せ持つ
技術者になるために

地震、津波、大雨や強風、塩害など、社会基盤構造物が外から受ける力の作用や化学作用は不確定なものばかりだ。技術者は、そのような外的作用を想定し、それが構造物に与える影響を予測評価し、あらゆる可能性を探った上で、それらの外的作用に対処できるような構造物を設計しなければならない。技術者には、学んだ知識を応用して解決策を探ることはもちろん、新しい「知」を創ることが求められている。

社会基盤デザインコースのカリキュラムは、材料（コンクリート・土・鋼など）の力学、構造（アーチや吊橋など）の力学、変形できる物体（連続体）の力学を基礎としている。それらの力学に基づいたシミュレーション解析をコンピュータで行う方法を学び、解析結果を正しく判断して応用できるようになるための科目が提供されている。また、模型実験で構造物の挙動や強さの特性を観察する授業や、わが国では重要な外的作用である地震に耐える構造物を造るための耐震設計法を学ぶ科目もある。いずれも、目の前で起こる現象の物理をモデル化して数学で記述した上で、コンピュータを使ったシミュレーションを行ったり、実験で模擬的な挙動を観察したりするプロセスを経て、さまざまな問題に対処するための方法論を身に付ける。近年は作用の多様化によって、建設や設計の現場で解決しなければならない問題が複雑化している。そうした問題に対処するためには、大学院の修士課程で学ぶ高度な知識が有用になってきている。

研究紹介

10⁸のスケールレンジ

土木構造物は多様な材料からなる複雑なシステムである。例えば、数100mの鉄筋コンクリート橋を想像して欲しい。100mのスケールでみれば、鉄筋コンクリートの長い梁が橋脚に支えられ、岩盤・地盤の上に建っているようにみえる。10mのスケールでは、橋桁は分割されていることがわかり、1mのスケールでは、コンクリートの内部に鉄筋が配置されて両者の長所・短所を補い合うようにして橋桁の強度と耐久性を高めていることに気づくだろう。さらに、1mmのスケールでみるとコンクリートはいろんな素材が混じった複合材料であることがわかり、1μm以下のスケールでは、セメント硬化体の微細構造や鉄筋の材料である金属の結晶構造もみえてくる。つまり、構造物は微視的には多様な物質から成る材料を用い、その材料を成形した構造部材を組み合わせた複雑なシステムとなっている。こう考えると、構造物の性質を正確に把握することがいかに困難であるか、理解できるであろう。

社会基盤デザインコースでは、構造物の創造に関わる普遍的知識の蓄積のために、ミクロからマクロに至る10⁸の幅広いスケールレンジを見渡しながら、構造解析手法や材料の力学特性について研究を行っている。これらの内容は、基礎理論から応用的なものまで多岐にわたる。また、その手法も、材料や構造の室内実験や現場実験から、理論解析、コンピュータを用いた数値解析まで多様である。