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社会システム工学における大域的最適化モデルの研究:低ランク非凸型問題を中心に

本研究では、低ランク非凸型最適化問題の大域的最適解を求める効率的アルゴリズムの開発と、その応用に関する研究を行った。得られた具体的成果は次の7つである。1.いくつかの線形分数関数の和および積を凸多面体上で最小化する問題に対して、外部近似法を用いたアルゴリズムを開発し、これが中規模の問題が実用的時間で解けることを示した。2.3つの線形分数関数の和および積を、凸多面体上で最小化する問題に対して、パラメトリック単体法を用いた解法を提案し、1.で説明した方法(外部近似法)より高速に最適解が求まることを実証した。3.凹2次計画問題の最適解を効率的に求めるためのヒューリスティック解法を提案し、その実用性を検証した。4.変数分離可能な非凸型最適化問題を、局所下方線形近似を施して効率的に解くアルゴリズムを提案し、これを凹型取引コストポートフォリオ最適化問題と平均・絶対偏差・歪度モデルに適用して、実用性をもつことを提証した。5.線形計画問題に、アフィン関数の積として表される何本かの制約条件を追加した問題に対する分割-カット算法を提案し、その効率性を実証した。複数の蒸気タービン発電気の運転効率化に関する非凸型最適化問題の、効率的なヒューリスティック解法を開発した。本年度は、低ランク非凸型最適化問題の大域的最適解を求める効率的アルゴリズムの開発と、その応用に関する研究を行った。得られた具体的成果は次の5つである。1.いくつかの線形分数関数の和および積を凸多面体上で最小化する問題に対して、外部近似法を改良して中規模の問題が実用的時間で解けることを示した。2.変数分離可能な非凸型最適化問題を、局所下方線形近似を施し効率的に解くアルゴリズムを提案し、これを一般2次計画問題と3次関数最大化問題に適用して、実用性をもつことを提証した。3.線形計画問題にアフィン関数の積に関する何本かの制約条件を追加して得られる、逆凸計画問題に対する分割-カット算法を提案し、その効率性を実証した。4.凹2次計画問題の最適解を効率的に求めるためのヒューリスティック解法を提案し、その実用性を検証した。この方法は、TuyとRosenの切除平面をタブ・サーチ法と組合わせたもので、かなり大規模な問題について、ほとんどの場合大域的最適解が求まることを実証した。5.5年がかりで執筆を進めてきたモノグラフ:「Optimization on Low Rank Nonconvex Structures」の最終原稿を作成し、1997年初頭にKluwer Academic社より出版した。この本は、今野らが過去10年にわたって実施してきた、低ランク非凸型問題の理論・解法・応用に関する成果を集大成したものである。本年度は、低ランク非凸型最適化問題の大域的最適解を求めるための効果的アルゴリズムの開発と、その応用に関する研究を行った。得られた具体成果は次の5つである。1.3つの線形分数関数の和および積を、凸多面体上で最小化する問題に対して、パラメトリック単体法を用いた解法を提案し、従来の方法(外部近似法)より高速に最適解が求まることを実証した。2.変数分離可能な非凸型最適化問題を、局所下方線形近似を施して効率的に解くアルゴリズムを提案し、これを凹型取引コストポートフォリオ最適化問題と平均・絶対偏差・歪度モデルに適用して、実用性をもつことを提証した。3.線形計画問題にアフィン関数の積として表される何本かの制約条件を追加した。逆凸計画問題に対する分割-カット算法を提案し、その効率性を実証した。4.複数の蒸気タービン発電気の運転効率化に関する非凸型最適化問題の、効率的なヒューリステック解法を開発した。5.ファイナンスにおける非凸型最適化問題(取引コストモデル、歪度モデル、通貨ヘッジモデル)と、その効率的解法を統一的に扱った書物、「理財工学II」を執筆した。
金属ナノ粒子の精密修飾に基づく光触媒利用型ファインケミカル合成法の開発

金属ナノ粒子を半導体酸化物に担持した光触媒により、高効率かつ高選択的な有機合成プロセスを実現した。Pdナノ粒子によるアルコールとニトロ化合物からの二級アミン合成、Pt-Pd合金ナノ粒子によるハロゲン化合物の脱ハロゲン化、ならびにAu-Ag合金ナノ粒子による分子状酸素を原料とする過酸化水素生成を実現した。特に、AuまたはPtナノ粒子を二酸化チタンに担持すると、金属ナノ粒子の可視光吸収に基づく二酸化チタンへの電子移動により、アルコール類の高効率可視光酸素酸化が可能であった。金属ナノ粒子を半導体光触媒上へ修飾した新触媒により、光触媒反応と触媒反応からなる連続反応を進行させ、ファインケミカルを合成する有機合成プロセスを開発する。金属ナノ粒子の精密修飾により高度な連続反応を進行させるほか、異種金属を混合した合金サイトを形成させることにより高効率かつ高選択的な物質変換を達成する。これらの研究を通して、従来の触媒プロセスでは達成の困難な反応、例えば、アルコールとニトロ化合物からのイミン合成、アルコールを水素源とする脱ハロゲン化を、安価かつ安全な試薬を用いて、常温・常圧下、有害な廃棄物を出さずに進行させるクリーンプロセスを実現する。平成23年度は、以下の新触媒により物質変換を達成した。1)酸化チタン光触媒にPtナノ粒子を担持した光触媒をアルコールとアミンを含む溶液に懸濁させて光照射を行うと、これらの化合物の縮合したイミンが高収率で生成することを明らかにした。本反応では、光励起により生成した正孔によりアルコールが酸化されアルデヒドを生成する。アルデヒドは、触媒表面のルイス酸点における脱水素反応によりアミンと縮合し対応するイミンを生成する。これらの光触媒および触媒反応が連続的に進行することにより、これまで達成されたことのない室温下でのイミン合成が可能となった。2)シクロヘキサンの選択的部分酸化プロセスについて、酸化タングステンにPtナノ粒子を担持した光触媒を用いて検討した。本触媒は、可視光照射下でシクロヘキサノンおよびシクロヘキサノールを選択的かつ効率よく生成することを見出した。本触媒の高い選択性は、Pt上で励起電子が酸素分子の二電子還元により消費されることにより活性酸素ラジカルを生成しないことが要因であることを種々の分光分析により明らかにした。平成25年度は、合金ナノ粒子を基盤とした可視光応答型光触媒の開発による選択的な物質変換に取り組み、以下の課題を達成した。1) Au-Cu合金ナノ粒子を二酸化チタン(TiO2)に担持した触媒を開発した。可視光照射下、本触媒によるアルコール類の酸素酸化反応を行うと、表面Cu種の酸化を抑制することが可能であり、合金効果により酸素酸化を極めて効率よく進めることを明らかにした。この効果はAu種のプラズモン光吸収により、酸化された表面Cu種を連続的に還元できるためであることを突き止めた。また、2) Pt-Cu合金ナノ粒子を持したTiO2に対して可視光照射を行うと、酸素酸化反応が極めて効率よく進行することを明らかにした。本触媒では、合金の可視光吸収によりTiO2への電子移動が速やかに起こる。これにともない、TiO2上で分子状酸素が効率よく還元され、酸素酸化が進行することを種々の分光分析により明らかにした。平成24年度は、以下の新触媒による物質変換を達成した。1) Au-Ag合金ナノ粒子を二酸化チタン(TiO2)に担持した光触媒による、エタノールと分子状酸素からの過酸化水素生成、2) Auナノ粒子を担持したTiO2光触媒による、分子状酸素を酸化剤とする可視光照射下でのアルコール酸化反応、3) Ptナノ粒子を担持したTiO2光触媒による、可視光照射下での高効率アルコール酸化反応、4) Pdナノ粒子を担持したTiO2光触媒による、一級アルコールとアミンからの二級アミン合成、などを達成した。

特に、2)、3)の課題においては、金属ナノ粒子の光吸収にもとづくTiO2の伝導帯への電子注入により、電荷分離状態が形成され、金属ナノ粒子上での酸化反応、ならびに半導体上での分子状酸素の還元反応が効率よく進行させることが可能であり、可視光照射下での光触媒反応を進めることを初めて明らかにした。白金ナノ粒子を担持した酸化チタンならびに酸化タングステンがそれぞれ、アミンとアルコールを原料とするワンポットイミン合成、シクロヘキサンの部分酸素化によるシクロヘキサノンおよびシクロヘキサノール合成に対して高い活性を発現することが明らかにした。半導体酸化物上でのナノ粒子の機能に関する知見が蓄積されてきており、今後の研究課題を順調にクリアできる感触を得ている。それゆえ、区分(2)に該当すると判断できる。25年度が最終年度であるため、記入しない。平成24年度は、Pdナノ粒子を担持したTiO2によるアルコールと一級アミンを原料とする二級アミン合成、ならびにAuナノ粒子およびPtナノ粒子を担持したTiO2による可視光酸素酸化反応を効率よく進める反応系を開発した。半導体酸化物上でのナノ粒子の機能および光触媒反応に関する知見が順調に蓄積されてきており、今後の研究課題を計画通り順調にクリアできる感触を得ている。それゆえ、区分2に該当すると判断できる。白金ナノ粒子(Pt)に関する研究を中心にこれまで研究を進めてきたため、これらの知見は多く蓄積されてきている。そのため、今後はPdならびにAuナノ粒子の触媒機能の解明に努める。同時に、合金ナノ粒子の触媒機能の解明を進め始める。合金ナノ粒子の候補となるのは、仕事関数の大きく異なる二金属である。例えば、PtとCuあるいは、AuとCuなどの組み合わせが合金化によりそれぞれの金属の特性とは異なる新たな性質を発現する可能性が極めて高い。これらの合金ナノ粒子を半導体酸化物に担持した新規光触媒に関する基礎解析を行った上、物質変換反応への展開を図る。これまでの研究により、Pt、AuおよびPdナノ粒子の光触媒特性を明らかにしてきた。それゆえ、単一の金属ナノ粒子の光触媒特性と機能に関する知見は多く蓄積されてきたといえる。そのため、予定通り、今後は合金ナノ粒子の設計と触媒機能の解明に努める。例えば、PtとCuあるいは、AuとCuなどの組み合わせ、あるいはPdとAgなどの金属の合金化により、それぞれの金属の特性とは異なる新たな性質を発現する可能性が極めて高いと考えられる。なお、平成25年度は最終年度であり、金属ナノ粒子担持半導体酸化物の光触媒機能と物質変換に対する総括を行う。
樹木の葉におけるCO2固定に対するオゾンのリスク評価モデルの構築

オゾンは樹木の生育に悪影響を及ぼす大気汚染物質である。本研究では森林の主要構成種である樹木の二酸化炭素固定機能に対するオゾンの影響を推定するためのモデルの作成を目的として、葉の光合成機能に対するオゾンの影響評価を行った。その結果、オゾンによる光合成速度の低下は気孔が閉じるためではなく、主に葉緑体における生化学的なプロセスの低下によるものであることが明らかになった。さらに樹冠の上部と下部に位置する葉ではオゾン感受性が異なる樹種があることが明らかになった。本研究では現在最も深刻な大気汚染物質である対流圏オゾンが樹木のCO2固定に与える影響に関するプロセスベースのモデリングを目的としている。初年度の平成27年度は、東京農工大学フィールドミュージアム多摩丘陵(東京都八王子市)のオゾン暴露チャンバーを用いたオゾン暴露実験を行った。日本の代表的な落葉広葉樹であり、多くの研究実績があるブナの苗木をモデル植物として、ベースとなるモデルを構築するために、葉における光合成速度の測定を経時的に行った。さらに、樹冠内の着葉位置の違いに伴うオゾン感受性(オゾンの悪影響の受けやすさ)を明らかにするために、樹冠上部と下部の葉のそれぞれについて光合成速度の測定を行った。その結果、樹冠上部の葉においてオゾンによる光合成速度の低下が顕著であること、光合成速度の主な低下原因は気孔閉鎖ではなく、葉緑体における生化学的な光合成活性の低下であることが明らかになった。特に葉緑体ストロマにおいてCO2の固定反応を触媒する酵素であるRubiscoの活性を示す最大カルボキシレーション速度の低下は明確であり、モデリングにおけるキーファクターとなる事が考えられた。実験で得られたオゾンによる光合成速度の低下応答を取り扱うモデルとして、大気ー土壌ー植生1次元多層モデルSOLVEGの導入を行った。本モデルは群落生産だけでなく、複雑な大気ー陸面間の相互作用をシミュレートできるモデルであり、本研究課題のみならずより大きなスケールのモデリングに発展することが可能なモデルとして用いることとした。本年度の成果の一部は国内および国際学会で発表し高い評価を得た。今年度に行われたブナ苗に対するオゾン暴露実験自体は大きなトラブルもなく順調に進行した。そのため、葉の光合成速度に関するデータ採取は予定通り行われ、モデリングの基礎の構築に明確な進展が見られた。一方で、光合成に関わる酵素活性や物質含量の測定に関しては一部遅れが生じた。初年度に得られた研究成果のいくつかは国内外の学会において口頭・ポスター発表も行い、国際学術誌への論文投稿も行ったことから、全体としては、「研究はおおむね順調に進展している」と評価した。ブナ苗をモデル植物として行われた初年度のオゾン暴露実験が大きなトラブルもなく順調に進行した為、2年目にあたる平成28年度は当初の計画通り、オゾン感受性が異なると考えられる複数の樹種を対象としたオゾン暴露実験を、東京農工大学フィールドミュージアム多摩丘陵(東京都八王子市)のオゾン暴露チャンバーを用いて行った。供試樹木としてはブナに加えて、同じ落葉広葉樹のコナラと常緑広葉樹のシラカシ、スダジイおよびコジイを用いた。さらにブナに関しては遺伝的な違いが認められている日本海側と太平洋側の二つの産地の苗木を用いた。本実験は最終年度の10月まで継続予定で、光合成速度などの主な計測は最終年度に行う予定である。北海道大学の開放系オゾン暴露設備において得られた葉における光合成の生化学的活性と窒素含量の解析より、光合成における窒素利用効率の低下がオゾン影響の主要因であることが明らかになった。実験で得られたオゾンによる光合成速度の低下応答を取り扱うモデルとして、大気ー土壌ー植生1次元多層モデルSOLVEGの導入を昨年度に行った。今年度は過去に研究代表者が群落光合成に対するオゾンの影響を推定した研究(Watanabe et al. 2014, ENPOL)のデータセットをSOLVEGによって再解析した。その結果、過去の推定結果を十分に再現できることが確認された。今年度に行われたオゾン暴露実験に関しては、実験の開始時期に制御コンピューターが故障してしまい、修理に時間を要した。そのためオゾン暴露の開始が7月になってしまい、十分な期間のオゾン暴露ができなかった。そこで当初の予定を変更し、葉の光合成速度などのデータ採取は最終年度に行う事とした。一方で大気ー土壌ー植生1次元多層モデルSOLVEGによる解析は順調に進み、最終年度におけるデータの採取が終了した後に、速やかに得られた結果の解析が行える状況にまで到達することができた。初年度および今年度に得られた研究成果のいくつかは国内外の学会において口頭・ポスター発表も行い、国際学術誌への論文投稿も行った。オゾン暴露実験において遅れが生じているが、その他の部分が順調に進行したことから、全体としては、「研究はおおむね順調に進展している」と評価した。3年目である平成29年度は、前年度より継続して行っているオゾン暴露実験(対象樹種ブナ、コナラ、シラカシ、スダジイおよびコジイ)において、光合成速度などの葉におけるガス交換速度や個体乾物成長などの計測をおこなった。10月に行った葉面積および器官別の乾燥重量の測定より、ブナとスダジイにおいて乾物成長の低下が認められた。

オゾン感受性の樹種間差異を決定する要因を検討するために、葉の形態的特性とVcmax(最大カルボキシル化速度、葉緑体における生化学的な光合成活性を表すパラメーター)のオゾンによる低下率の関係を調査したところ、葉面積に対する葉肉細胞の面積(Smes)とVcmaxのオゾンによる低下率の間に高い正の相関が認められ、Smesの高い樹種において、光合成におけるオゾン感受性が高いことが明らかになった。さらに光合成におけるオゾン感受性が高かったブナにおいて、葉内のCO2拡散過程に対するオゾンの影響を調査したところ、細胞間隙から葉緑体までのCO2の移動のしやすさを表すパラメーターである葉肉コンダクタンスがオゾンによって低下することを発見した。本研究期間全体を通じて、葉におけるオゾン吸収、吸収したオゾンと葉内光合成活性の低下、葉群内の葉におけるオゾン感受性の違い、地上部と地下部の乾物分配と暴露したオゾンとの関係に関するモデル式を得ることができた。2年目にオゾン暴露設備の故障があり研究が滞った時期があったため、これらを用いたモデルシミュレーションを行うには至らなかったが、今後それらについても取り組む予定である。これらの成果の一部は国内および国際学会で発表するとともに、国際学術誌に原著論文として投稿した。オゾンは樹木の生育に悪影響を及ぼす大気汚染物質である。本研究では森林の主要構成種である樹木の二酸化炭素固定機能に対するオゾンの影響を推定するためのモデルの作成を目的として、葉の光合成機能に対するオゾンの影響評価を行った。その結果、オゾンによる光合成速度の低下は気孔が閉じるためではなく、主に葉緑体における生化学的なプロセスの低下によるものであることが明らかになった。さらに樹冠の上部と下部に位置する葉ではオゾン感受性が異なる樹種があることが明らかになった。初年度はおおむね計画通りに研究が進んだため、基本的に当初の計画通り、次のオゾン暴露実験を行う。供試樹木としてはブナに加えて、同じ落葉広葉樹のコナラと常緑広葉樹のシラカシ、スダジイおよびコジイを予定している。また、初年度に得られたオゾンに対する光合成応答を補完するために、過去の文献の再解析も行う予定である。初年度に得られた成果に関しては、さらなる学会発表を行うと共に論文投稿についても積極的に行っていきたいと考えている。最終年度は2年目に開始した5樹種のオゾン暴露実験において、光合成および呼吸に対するオゾンの影響を樹種によるオゾン感受性の違いも考慮して明らかにする。一般に樹木の生理生態学的特性は当年のオゾン暴露だけでなく前年度に暴露されたオゾンの影響も受ける。その為、前年のオゾンの影響が顕著と考えられる、出葉してから間もない時期についても測定を行う。測定にあたっては、特に光合成に関わる各項目のオゾン吸収量に対する量的応答を明らかにする。これらの結果に基づいて、植物生理学的プロセスを組み込んだ樹木のCO2固定能力に対するオゾンの影響推定モデルを構築する。さらに得られた推定モデルとそのパラメーターを大気ー土壌ー植生
造礁サンゴ類の代謝調整能力に対する変動環境影響の生理・生態学的研究

本研究では造礁サンゴ類における温度ストレス影響と個体群内での差異を検討した。「単口ポリプ=個体」として存在するトゲクサビライシを対象とした実験の結果、代謝への影響が顕著となる体サイズ期が、性成熟期と重なることが明らかとなり、生活史上でのトレードオフによると思われる一時的代謝調整能の低下が示唆された。また、コユビミドリイシを対象とした、浮遊幼生、初期ポリプ、成体期の各段階の温度ストレス応答を比較により、浮遊幼生・成体期に比べ、初期ポリプ期での骨格生長および出芽が顕著に抑制されることから、温帯域にかけて浮遊幼生として分散が起きた場合、初期の成長抑制が生存のためのボトルネックとなることが示唆された。本年度は、造礁サンゴ複数種を対象とした飼育実験を中心に研究を実施した。昨年度得られた基礎データ/手法を基に、本実験では、高水温ストレス下におけるストレス応答指標として、クロロフィル蛍光法によるサンゴ共生藻類へのダメージモニタリングと同時に、蛍光式酸素測定装置により宿主動物であるサンゴの呼吸量等における代謝異常を同時に測定する実験系を用いた。対象サンゴ種としては特に、個体としてポリプ体サイズを大きくしながら成長するタイプのクサビライシ科サンゴの一種トゲクサビライシ(Ctenactis echinata)に着目し、異なる体サイズを持つ個体についてサイズ群間での比較を実施した。具体的には、負荷条件下のダメージ等を共生藻の光合成能低下に加え、外部組織の様態変化、色素量の増減、宿主の呼吸障害を主軸としたパラメータによって評価した。実験により水温上昇に伴なう代謝異常の基礎データが得られ、ストレス条件下では、性転換・性成熟を行うとされる体サイズの個体群において、光合成活性の低下、共生藻密度の減少を伴う色素退色などの初期症状および、白化が顕著に観察されたことから、代謝維持管理と性成熟/転換にかけるエネルギー分配のバランスによっては、ストレス下での代謝異常の進行が早まるケースがあり得ることが示唆された。今後は、野外における対象種の分布と合わせて調査を実施しつつ、サンゴの体サイズと代謝異常のパターン間での相関性を明らかにしつつ、各分布域における環境変動の程度、野外環境でみられるサンゴ斃死状況との考察をおこなう予定である。本年度はサンゴ礁域における温度・光を軸とした微環境の調査を開始し、実際のサンゴが生育しうる微環境において、どの程度の温度変動が起きうるのかを場所・深度などの備環境変化ごとに明らかにすることが出来た。また、サンゴ礁生態系で近年注目をされつつある異常低水温状態でのサンゴ・共生藻の代謝異常や白化に至るプロセスを明らかにするための実験を進めた。具体的には、新規導入した蛍光式酸素濃度測定装置を用いた代謝速度測定用チェンバー作成および、Acropora digitifera(コユビミドリイシ)およびCtenactis echinata (クサビライシの一種)をモデルサンゴ種とした室内実験系における固定条件飼育による代謝ベースライン決定、環境ストレス応答実験などを実施した。特にストレス下でのパフォーマンス低下時には、酸素需要・供給のバランスに変化がみられることが予測されていたが、溶存酸素濃度変化を指標としたストレス検知については、集団間での差を生む原因の一つである、サンゴ体サイズに着目したところ、単一ポリプを持つクサビライシの一種でのストレス代謝応答がサイズ依存性を持つ可能性を明らかにする基礎的データを得ることが出来た。また、一連の実験系により、ストレスによるダメージ評価のため、非破壊または低侵襲での代謝測定が可能な“Fibox-3蛍光式酸素測定装置"による呼吸代謝測定と、“Diving-PAMクロロフィル蛍光測定装置"による光合成活性測定を組み合わせることで、より信頼性が高い結果を得ることが出来ることが示唆された。低温ストレス応答に関しては、実験室内での急性および慢性的なストレス条件下での比較実験が実施できたことで、今後の多種・多地域からの個体を用いた研究の基礎が確立した。近年,気候変動の影響によって,サンゴ礁域での成体サンゴ群体の減少だけでなく,サンゴの新規個体の加入量減少,定着・成長率低下などが引き起こされていると考えられている.昨年度はトゲクサビライシをモデル生物とした実験により,体サイズの違いによって環境ストレス影響が代謝の違いを引き起こす程度が異なること明らかにした.本年度は,定着直後の稚ポリプの成長に対して環境変化がどのような影響を及ぼすかに焦点をおきつつ,褐虫藻獲得の有無により,稚ポリプの初期成長がどのような影響を受けるかを明らかにするための実験を実施した.実験では,コユビミドリイシの配偶子から得られた,褐虫藻感染稚ポリプと褐虫藻非感染稚ポリプを,複数の温度条件や光条件下において飼育する実験系を用いた.褐虫藻を持つ稚ポリプでは,褐虫藻を持たない稚ポリプに比べて,いずれの温度条件下においても,高い成長量が示された.また,

異なる温度条件間では褐虫藻の有無に関わらず31°C条件区で最も高い骨格重量の増加が示された.これらの結果から,稚ポリプにおける定着直後の初期成長においては,比較的高い水温に対する耐性が示唆される一方で、浮遊幼生として高緯度域に流れて行った場合の定着場所で想定される低温条件下では,成長が阻害されうることが示唆された.併せて,放卵放精型の繁殖様式をもち幼生分散能が高いと考えられるコユビミドリイシにおいての,これら稚ポリプの初期成長における低水温感受性の存在は,高緯度地域における本種の分布制限要因となっているかもしれないことが示唆された.サンゴ礁生理生態学本年度の目的であった、特定種における代謝に関する基礎的測定データを取ることが出来たと評価する。さらに、実験系では野外での状況に合わせて、段階的なストレスを再現すべく温度コントロールが可能な実験系において野外から採取したサンゴ個体群を中心としたストレス暴露実験系が実施できた。本研究の特徴である非破壊的な測定方法を2つ組み合わせることで、同一サンプルに対しての繰り返し測定時に信頼性の高いデータ取得が可能になったと考えられる。また、今後の種間比較・個体群間比較を行う上でも重要な「体サイズ依存性」の温度ストレス応答について、対象種の生活環のなかでも特定の時期(サイズを持つ時期)に影響を受けやすい可能性を示唆することが出来た。これらの事から、個体群における体サイズグループ間での分布に特性を持ったサンゴ種にとって、あるサイズ(生活史段階)の個体の生息環境で特異的に起こる変動/応答に起因する個体群の齢構成におけるアンバランス状態も起こり得ることから、個体群維持機構の議論に重要な知見になると思われる。当初の目的であった、サンゴ礁における光・温度環境の変化については、kmスケールから数十mスケールでのデータが取れており、現実的な環境変化をとらえることが出来たと評価する。さらに、実験系ではそれらのデータを反映した慢性的ストレスや、急性ストレスを再現すべく温度コントロールが可能な実験系を作り上げ、実際に野外から採取したサンゴ2種を中心としたストレス暴露実験系での代謝応答の測定をおこなえる状態が確立した。これまでに行ってきた測定に加え、本研究では非破壊的な測定方法を2つ組み合わせることで、より信頼性の高いデータ取得が可能になったと考えられる。また、今後の種間比較・個体群間比較を行う上でも重要な「体サイズ依存性」の温度ストレス応答の一端をとらえることができたことは、個体群間での体サイズ分布特性差が、今後の地球環境及び地域環境変動に対しての地域間応答差を生む可能性など、生態学的にも重要な議論の礎になると思われる。今後は、これまでの知見を活かして、実験系における結果と野外個体群間での知見のギャップを埋めるべく、より詳細な分布調査を実施する。特にCtenactis echinataについては、生息環境の環境指標種として利用可能かどうかを検討しつつ、実験・調査結果の解析と議論を進める。初年度に確立した代謝異常の検知手法を用いて、造礁サンゴ複数種を対象として、完全人工環境下での比較実験をおこなう。温度変化速度を変えた海水槽での飼育実験を行い、クロロフィル蛍光法により植物体へのダメージをモニターすると同時に、蛍光式酸素測定装置により宿主動物であるサンゴの代謝異常を同時に測定する。
高品質半導体ナノ構造光デバイスの「ものづくり」と基礎物理研究

MBE成長装置のオープン・メンテナンス作業を行い、MBEチャンバー内の清掃、クライオポンプのメンテナンス、材料チャージ、リードスクリーン更新、n型とp型のドープ制御のための自家製のフィラメント型ドーパントセルの改良を前年度末に終えたので、H27年度にそれらを用いて、光励起短パルス発生用半導体レーザー、高効率太陽電池デバイスの結晶成長を行った。太陽電池については、表面反射率の制御のため、理論計算設計と電子ビーム蒸着法による誘電体減反射コーティング膜の作製、評価を行った。単一pn接合太陽電池を用いて太陽電池効率を決定的に支配する非輻射再接合速度の分離選択的な評価測定の実験を進めた。光励起キャリアの生成・分離・再結合を評価する、学外のテラへルツ分光、超高速分光の研究グループにも試料提供を行った。その際、実験の配置にあわせて、専用のpn接合構造や、テラヘルツ分光用バルク・量子井戸試料を設計・結晶成長し、電極構造の設計・プロセスを行った。半導体レーザーについては、端面への電子ビーム蒸着法による酸化シリコンと酸化チタンの多層膜高反射コートの設計と作製を行った。さらに顕微反射分光法用いて、絶対反射率スペクトルの空間分布評価を行った。これらの試料を研究室内の大学院生に提供し、半導体レーザーの短パルス発生限界の物理、低次元性効果の評価、低しきい値の限界を決める物理などの研究を進めた27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、短パルス発生半導体レーザー、高効率太陽電池などに代表される高品質半導体ナノ構造光デバイスを、低次元性とキャリア間多体クーロン相互作用などの基礎物理効果を踏まえて設計・作製・評価し、同時に新しいフィラメントセルを用いたドーピングやへき開再成長など半自家製のMBE装置の各部の改造や手法開発を進め活用することで、外国人特別研究員と代表者研究室メンバーが共同で、基礎物理に基づいた「ものづくり」を探究することを目的としている。H26年度には、光励起短パルス発生用半導体レーザー、太陽電池デバイス、テラヘルツ分光用バルク・量子井戸試料を設計し、MBE結晶成長を行った。半導体レーザー試料については、有限要素法を用いて縦励起用ダブルコアレーザー構造の計算コードを作製したうえで設計し、リッジ導波路構造作製プロセスを行い、低しきい値縦型光励起レーザーを発振させることができた。さらに、ストリークカメラを用いた時間分解計測が進んでいる。次に、電流注入用ドーピングを含めて設計・結晶成長した半導体レーザーウエハに対して、オーミック電極加工を行って、研究室で初めて低温連続波発振と室温パルス発振に成功した。太陽電池用減反射コーティングや、半導体レーザーの端面高反射コーティングを行うため、電子ビーム蒸着法による酸化シリコンと酸化チタンの多層膜形成を試した。平面基板試料のほか端面ファセットのエッジ近傍への蒸着についても、自家製の顕微反射計測装置を用いて評価を行い、ほぼ設計通りの性能の多層膜が得られていることが確認した。その他、機械研磨とウエットエッチングを用いて基板除去の試料プロセスを行い、透過型の光学実験用試料の作製を行い、国内の複数の共同研究グループへの試料提供も行った。これらの試料を研究室内の大学院生に提供し、半導体レーザーの短パルス発生限界の物理、低次元性効果の評価、低しきい値の限界を決める物理などの研究を進めた研究は計画に沿った形で順調に進んだ。外国人特別研究員と代表者研究室メンバーが共同で設計を行い、研究員本人がMBE結晶成長、電子ビーム蒸着、試料加工、評価計測を行い、代表者研究室メンバーが詳細な物理計測を行うという形で、共同研究も順調に進み、多くの論文や学会発表を行うことができた。H26年度末に、MBE成長装置のオープン・メンテナンス作業を行い、MBEチャンバー内の清掃、クライオポンプのメンテナンス、材料チャージ、リードスクリーン更新などに加え、n型とp型のドープ制御のための自家製のフィラメント型ドーパントセルの改良を試みた。H27年度に試用を行う予定である。学外のテラへルツ分光、超高速分光の研究グループからも、試料提供の依頼が来ているので、試料の設計・結晶成長・加工・基礎評価を順次進め供給を行いたい。
アラブ世界の活字文化とメディア革命

本研究は、アラビア語インターネットの急速な発展に代表される新メディアの普及により大きな影響を受けて変動するアラビア語使用地域の社会政治の実態分析に供するために、アラビア語をめぐる諸問題、とりわけその情報環境に焦点を絞って研究情報の蓄積と手法の開発を試みた。そのために辞書、メディア、小説・雑誌研究の研各究領域別のデータの収集と入力作業、分析を行い、成果の一部を「現代アラビア語基礎研究データベース」などとしてまとめた。本研究は、アラビア語インターネットの急速な発展などメディア革命の潮流と結びついて現在急激な政治変動を経験しつつあるアラブ世界の将来を、文化、とりわけ情報環境に焦点を絞って見通すことを目的とする。初年度である本年度は、まずプロジェクト開始当初において3年間の全体計画について打ち合わせ会を持つとともに、研究領域別に作業計画についての打ち合わせを行ない、データの収集とその入力作業を開始した。第一の辞書研究では、各種辞書・事典をサーベイし、語彙・文体の変化を研究するためのデータ収集と語彙・文体データの入力を開始した。この作業のために、現代アラビア語の語彙・文体を多く収録した辞書の試作原稿を複写製本し、今後の研究の参考資料とした。第二のメディア研究では、各種アラビア語メディアの最新の状況とともに歴史的発展の経緯を把握し、国別の特性や地域横断的なアラビア語公共圏、新しい政治文化や市民社会的活動との関係などを分析し、基本的なデータの選定を行なった。第三の小説・雑誌研究では、近代アラビア語改革をめぐるさまざまな実験的な試みの場であった文学作品についてアラブ語国の最近の文芸事情を考察するとともに、新メディアが影響を与えつつある語彙・文体に関するデータを選定し入力を開始した。また現在、アラブ諸国で刊行されている雑誌についてのサーベイも開始した。また上記のデータ入力作業と並行して、アラビア語の複雑な文法体系に対応した、アラビア文字の高度情報処理に関するプログラム開発についても検討を行なった。本研究は,アラビア語インターネットの急速な発展に代表される新メディアの普及によって急激な変動を遂げつつあるアラビア語使用地域の社会の将来を,文化,とりわけ情報環境に焦点を絞って見通すことを目的にしている。第2年度目である本年度は,初年度に作成した研究領域別の作業方針にしたがい各種データの収集とその入力作業を昨年度に継続して行うとともに,主題別の考察を進めた。第一の辞書研究では,各種辞書,事典をサーベイし,語彙,文体の変化を研究するためのデータ収集と語彙,文体データの入力を継続して実施した。この作業のために昨年度作成したアラビア語,日本語辞書の試作版の参考資料の図書館閲覧版を作成した。第二のメディア研究では,基本データ,語彙や文体に関するアラビア語入力作業を行うとともに,各種アラビア語メディアの近年の動向を分析し,イラク戦争後の国際政治やイスラーム運動との関係,国別の特性や新メディアによるアラビア語公共圏の変容,新しい政治文化や市民社会的活動との関係などの考察を行った。第三の小説,雑誌研究では,新メディアが影響を与えつつある語彙,文体に関するデータに関する研究を行うとともに,アラブ世界の最新の文芸事情についても調査した。これに関連して現在アラビア語使用地域で刊行されている雑誌のサーベイも昨年度に継続して実施した。また上記の各班のデータ入力作業と並行して,アラビア語の複雑な文法体系に対応した,アラビア文字の高度情報処理に関するプログラム開発についても昨年度に引き続き検討を行なった。本研究は、アラビア語インターネットの急速な発展に代表される新メディアの普及によって急激な変貌を遂げつつあるアラビア語使用地域の社会の将来を、文化、とりわけ情報環境に焦点を絞って見通すための研究情報の蓄積と手法の開発を目的にしている。最終年度である本年度は、1辞書研究、2メディア研究、3,小説・雑誌研究の研究領域別の作業方針にしたがい、各種データの収集とその入力作業を継続して行うとともに、主題別の考察を進めた。1.の辞書研究では、これまで行った各種辞書・事典のサーベイにもとづき、語彙・文体の変化を研究するためのデータ収集や、とくに翻訳語の問題や文語二口語関係の研究を行うとともに、そのために語彙・文体データの入力を実施した。2.のメディア研究では、各種アラビア語メディアの近年の動向を分析し、アラブ世界を取り巻くメディアをめぐる諸間題を整理するとともに、各種メディアに現れる語彙や文体に関するアラビア語入力作業を行い、その分析を行った。また、これまで3年間にわたり行ってきた上記の二っの研究領域の作業結果を入力し、分析するために、アラビア語の複雑な文法体系に対応した、アラビア文字の高度情報処理に関するプログラムを開発し、その試作版として「現代てラビア語基礎研究データベース」を構築した。3.の小説・雑誌研究では、2でも取り上げた文語=口語関係の変化など、新メディアが影響を与えつつある語彙・文体に関するデータに関する研究を行うとともに、アラブ世界の最新の文芸事情についても調査した。また、アラブ諸国で刊行されている雑誌のサーベイを「アラビア語定期刊行物データベース」としてまとめた。
連鎖的ATP増幅反応を利用した超微量ATP検出技術の開発と応用

現在、ATPの検出にはホタルルシフェラーゼによる生物発光を利用した検出が広く用いられている。ATPは微生物にも含まれているために、ATPの検出は目に見えない微量の微生物の衛生検査にも使われている。しかし10^<-12>M以下の濃度のATPに対しては発光量が小さく、検出が難しい。そこで、本研究ではポリリン酸キナーゼ(PPK)とアデニル酸キナーゼ(ADK)の融合酵素PPK-ADKを用いた連鎖的ATP増幅反応により、微量のATPを増幅させ、検出する実験をおこなった。最初にアデノシン-リン酸(AMP)とポリリン酸、PPK-ADKを混合しておく。その状態ではATPができないが、反応系に少量のATPが混入すると、即座にアデニル酸キナーゼによって、二分子のアデノシン二リン酸(ADP)が生じる。できたADPはポリリン酸とポリリン酸キナーゼによって、二分子のATPに変換される。この反応が繰り返されて、多量のATPが数分のうちに作られる。実験の工夫した点としては、試料由来のATP以外に反応系に混入するATPやADPを予め除いておくことである。その一つとして酵素に結合しているATPやADPをアピラーゼを用いて予め除いた。また、AMPに混入しているADPを高速液体クロマトグラフィーによって除いた。その結果、この連鎖的ATP増幅反応は微量のATPを増幅し、従来よりも非常に強い光として検出でき、生物発光の感度を1000倍以上上げることを可能にした。ATP(アデノシン三リン酸)は、全ての動物、植物、微生物などの生命体に存在する物質である。我々はポリリン酸による生命エネルギー再生系を使って、試験管の中で微量のATPを増幅させる反応を開発した。最初にアデノシン-リン酸(AMP)とアデニル酸キナーゼ、ポリリン酸キナーゼを混合しておく。ATPは生きた細胞に多く含まれることから、その測定は目に見えない微生物の検出法の一つとなっており、広く利用されている。ATPの測定方法としては、ホタル由来ルシフェラーゼとルシフェリンを用いて簡便に光として計測できる。すなわちルシフェラーゼはルシフェリンをATPのエネルギーを使って酸化し、光子を発生させる酵素であるので、十分なルシフェリンが存在する条件で発生する光量はATP量に依存する。しかし、測定するATP一分子に付き一個の光子の発生にしか寄与しないことから、かなり測定感度の高いルミノメータを必要とする。この連鎖的ATP増幅反応は微量のATPを増幅し、従来よりも非常に強い光として検出でき、生物発光の感度を1000倍以上上げることを可能にした。最初にアデノシン一リン酸(AMP)とポリリン酸、PPK-ADKを混合しておく。

実験の工夫した点としては、試料由来のATP以外に反応系に混入するATPやADPを予め除いておくことである。その一つとして酵素に結合しているATPやADPをアピラーゼを用いて予め除いた。また、AMPに混入しているADPを高速液体クロマトグラフィーによって除いた。その結果、この連鎖的ATP増幅反応は微量のATPを増幅し、従来よりも非常に強い光として検出でき、生物発光の感度を1000倍以上上げることを可能にした。
分化リプログラム技術を用いたマウス及びヒト貪食細胞の樹立とその応用

樹状細胞は、従来型樹状細胞(cDC)と形質細胞様樹状細胞(pDC)に大別される。本研究では、pDC分化に重要な転写因子E2-2を可視化するマウスを用いて、DC前駆細胞からE2-2high細胞を発見した。E2-2high細胞はリンパ組織においてpDCのみに分化したが、小腸ではpDCのみならずcDCへと分化した。この分化転換は小腸で産生されているβcサイトカインによって誘導された。E2-2high細胞由来のcDCは制御性T細胞の誘導能力を有していた。同T細胞は小腸における免疫寛容を維持していることが報告されており、E2-2high細胞由来のcDCは腸管組織恒常性維持に寄与していることが示唆された。単核性貪食細胞系統(mononuclear phagocyte system: MPS)は樹状細胞、単球、マクロファージから構成され、免疫反応、組織修復など生体の恒常性維持に重要な役割を果たしており、その特徴を生かした治療や創薬の標的といった臨床応用面で期待されている。本研究ではiPS細胞とリプログラム技術を用いて優れた増殖能を備えたiPS細胞由来のMPSサブセットを樹立することを目的としている。そこでiPS細胞に樹状細胞分化に必須な転写因子(PU.1、STAT3、Irf8あるいはBatf3)を組み込んだウイルスベクターを作成した。これらのウイルスベクターをウイルスパッケージング細胞に導入し、ウイルス上清を作成し、力価を測定した結果、リプログラムを誘導するために十分か力価を持つウイルス上清液が取れた。今後は、実際に細胞に導入し、樹状細胞への分化が誘導されるかどうか、検討する。また、樹状細胞へダイレクトリプログラムを評価するために作成したE2-2-Kursabiraorangeレポーターマウスを解析した結果、形質細胞様樹状細胞のみに分化する新規の前駆細胞を発見した。今後はこの前駆細胞の特徴を詳しく解析する予定である。当初の実験計画通り、概ね順調に進んでいるが、遺伝子導入効率や培養条件など、実験の細かい部分を補正し、遺伝子導入さらに分化リプログラムを誘導するために最適な条件を設定する必要がある。単核性貪食細胞系統(mononuclear phagocyte system: MPS)は樹状細胞、単球、マクロファージから構成され、生体防御、組織修復、発生、代謝など生体の恒常性維持に重要な役割を果たしており、その特徴を生かした治療や創薬の標的といった臨床応用面で期待されている。樹状細胞や単球へのダイレクトリプログラムを評価するために、樹状細胞や単球分化に必須な転写因子E2-2-Kusabiraorange(KuOr)及びIrf8-Venusのレポーターマウスを作製した。このマウスを用いて共通樹状細胞前駆細胞を解析したところ、E2-2を高度に発現する新規E2-2-KuOr+細胞を同定した。興味深いことに、この前駆細胞は移植したマウス内リンパ組織において形質細胞様樹状細胞(plasmacytoid dendritic cell: pDC)のみに分化した。この結果から新規のpDC前駆細胞であると示唆された。しかし、非リンパ組織、小腸ではpDCのみならず従来型DC(conventional DC: cDC)へと分化した。このpDCからcDCへの分化転換はβc-サイトカイン(IL-3、IL-5、GM-CSF)シグナル依存的であった。実際に、βc-サイトカイン受容体欠損マウスから新規E2-2-KuOr+細胞を純化して移植し、小腸における分化能を検討したところ、pDCからcDCへの分化転換が抑制されていた。また、小腸において分化転換したcDCはレチノイン酸を産生し、制御性T細胞T細胞分化誘導能力を備えていた。これらの結果は、E2-2-KuOr+前駆細胞由来のcDCが腸管免疫システムの恒常性維持に寄与していることが示唆された。これら2つのマウス系統において、各レポーター遺伝子が内因性E2-2とIrf8発現と相関していることを確認した。また、このE2-2-KuOrレポーターマウスを用いて骨髄から共通樹状細胞前駆細胞におけるE2-2-KuOrレポーター遺伝子の発現を検討し、分化能を検討したところ、新規pDC前駆細胞を同定した。また、同前駆細胞由来のpDCからcDCへの分化転換を見出し、そのメカニズムと生物学的意義を明らかにした。さらに、樹状細胞分化を制御するサイトカインFlt3リガンドの産生細胞を明らかにするために、同遺伝子発現制御領域の下流にレポーターmCherryを組み込んだマウス作製に成功している。同T細胞は小腸における免疫寛容を維持していることが報告されており、E2-2high細胞由来のcDCは腸管組織

恒常性維持に寄与していることが示唆された。我々が単核性貪食細胞へのリプリグラムが誘導されたかどうか評価するために作成したレポーターマウス由来の線維芽細胞を用いてiPS細胞を樹立する。このiPS細胞に樹状細胞分化に必須な転写因子を導入し、分化リプログラムを評価する。今後は、樹立したレポーターマウスから線維芽細胞を調整し、単核貪食細胞分化系譜決定転写因子群(Runx1、PU.1、Gfi1、Maf-B1、C/EBPa、Flt3、PU.1、STAT3、Irf8あるいはBatf3))を過剰発現させ、分化リプログラムを誘導し、in vitroにおいてFlt3リガンド、GM-CSFやM-CSFを加えて樹状細胞や単球/マクロファージへと分化するかどうか、E2-2-KuOrやIrf8-Venusの発現を指標に評価する。また、同様な実験を理研から入手したiPS細胞を用いて行い、単核貪食細胞や同細胞群の前駆細胞樹立を目指す。29年度が最終年度であるため、記入しない。免疫学29年度が最終年度であるため、記入しない。
要求・保有性能の不確定性を陽に考慮した鋼構造建物信頼性耐震設計法の構築

要求・保有性能の不確定性を陽に考慮した信頼性耐震設計法を、鋼構造建物に対して構築することを目的に,保有性能については、構造部材と骨組の構造実験を中心に、要求性能については、確率手法に基づいた数値解析を中心に、それぞれの定量化をはかり、両者の不確定性を考慮できる耐震性能評価法を提示する。主たる成果は下記の通りである。鋼構造梁と梁接合部が有する耐震保有性能:梁に十分な耐力を要求する変形量に応じて,それを確保するための横補剛間隔制限と幅厚比制限を,材料特性のばらつきや横ねじれ座屈と局部座屈の連成を考慮したうえで,設計式として提示した.また床スラブの存在が柱梁接合部に及ぼす影響を,鋼梁とRC床スラブからなる実寸部分骨組に対する繰り返し載荷実験と有限要素法によって検討した.鋼構造柱と柱脚が有する耐震保有性能:鋼柱が十分な耐力を保持することが要求される変形量に応じて,それを確保するための軸力比と幅厚比制限を,両者の相関を陽に考慮した設計式として提示した.また、要素間の接触を考慮できる有限要素法解析を実施し,局部座屈が極端に進行し座屈面同士の接触が生じる領域になると,その精度が不十分であることを明らかにした.地震動の不確定性を考慮した鋼構造骨組の安全性評価:サイトスペシフィックな地震動を複数選択し,それらを用いて時刻歴応答解析を実施し,そこから得られる最大層間変形や部材回転角を陽に求め,それを統計処理して要求変形量とし,部材の保有耐震性能と比べることから,鋼構造骨組の安全を評価する方法を提案した.鋼構造部材の破壊を考慮した鋼構造骨組の崩壊評価:各部材に耐力劣化を含む履歴特性を仕込んだ解析モデルを用いた入力地震動増分型時刻歴応答解析法によって,崩壊余裕度を定量化する方法を考案した.特に1層柱脚の復元力特性と耐力劣化が,骨組の崩壊に最も支配的な要因であることを突き止め,柱脚の耐力を上昇させるだけで,崩壊余裕度は相当向上することを明らかにした.要求・保有性能の不確定性を陽に考慮した信頼性耐震設計法を、鋼構造建物に対して構築することを目的に,保有性能については、構造部材と骨組の構造実験を中心に、要求性能については、確率手法に基づいた数値解析を中心に、それぞれの定量化をはかり、両者の不確定性を考慮できる耐震性能評価法を提示する。鋼構造梁と梁接合部が有する耐震保有性能:梁に十分な耐力を要求する変形量に応じて,それを確保するための横補剛間隔制限と幅厚比制限を,材料特性のばらつきや横ねじれ座屈と局部座屈の連成を考慮したうえで,設計式として提示した.また床スラブの存在が柱梁接合部に及ぼす影響を,鋼梁とRC床スラブからなる実寸部分骨組に対する繰り返し載荷実験と有限要素法によって検討した.鋼構造柱と柱脚が有する耐震保有性能:鋼柱が十分な耐力を保持することが要求される変形量に応じて,それを確保するための軸力比と幅厚比制限を,両者の相関を陽に考慮した設計式として提示した.また、要素間の接触を考慮できる有限要素法解析を実施し,局部座屈が極端に進行し座屈面同士の接触が生じる領域になると,その精度が不十分であることを明らかにした.地震動の不確定性を考慮した鋼構造骨組の安全性評価:サイトスペシフィックな地震動を複数選択し,それらを用いて時刻歴応答解析を実施し,そこから得られる最大層間変形や部材回転角を陽に求め,それを統計処理して要求変形量とし,部材の保有耐震性能と比べることから,鋼構造骨組の安全を評価する方法を提案した.鋼構造部材の破壊を考慮した鋼構造骨組の崩壊評価:各部材に耐力劣化を含む履歴特性を仕込んだ解析モデルを用いた入力地震動増分型時刻歴応答解析法によって,崩壊余裕度を定量化する方法を考案した.特に1層柱脚の復元力特性と耐力劣化が,骨組の崩壊に最も支配的な要因であることを突き止め,柱脚の耐力を上昇させるだけで,崩壊余裕度は相当向上することを明らかにした.鋼構造建物を対象に、骨組がもつ保有性能とそのばらつき、骨組や部材に要求される性能とその不確定性を定量化し、信頼性理論に立脚した耐震設計方法を提示することを目的とするもので、下記に示す四項目からなる小課題から構成される。(A)鋼構造梁・接合部が有する塑性変形能力の不確定性の定量化(B)鋼構造柱が有する塑性変形能力とその不確定性の定量化(C)地震動その不確定性を考慮した鋼構造骨組の安全確率の定量化とその評価手法の提案(D)鋼構造部材の破壊を考慮した鋼構造骨組崩壊確率の定量化平成14年度は上記研究小課題のうち下記を実施し以下の知見を得た。小課題(A)については、過去10年間に世界各国で実施された実験情報を収集し、それをデータベースとして整備することから、梁・接合部塑性変形能力とその不確定性を接合形式毎に定量化した。また典型的な梁接合部要素に対する動的実大実験を実施し、梁接合部要素がその抵抗力を完全に失うまで(完全破断)の挙動を忠実に記録し、課題(D)への基礎資料とした。

小課題(B)に対しては、柱に作用する軸圧縮力の大きさと柱脚形式を変数とした柱要素に対する準静的実大実験を実施し、柱が鉛直荷重保持能力を完全に喪失するまでの挙動を忠実に記録することから、小課題(D)へと展開する資料を得た。小課題(C)については、全世界(とりわけ米国と台湾)で記録された地震動群を収集し、それを地震規模、震源距離、表層地盤条件等に分類し、小課題(C)への布石とした。小課題(D)に関しては、部材破壊を考慮できる弾塑性骨組解析コードの開発に着手し、ボルト破断などによる接合部の耐力劣化特性を再現しうる段階にまで到達した。鋼構造建物を対象に、信頼性理論に立脚した耐震設計方法を提示することを目的とするもので、下記に示す四項目からなる小課題を進行させている。(A)鋼構造梁・接合部が有する塑性変形能力の不確定性の定量化(B)鋼構造柱が有する塑性変形能力とその不確定性の定量化(C)地震動その不確定性を考慮した鋼構造骨組の安全確率の定量化とその評価手法の提案(D)鋼構造部材の破壊を考慮した鋼構造骨組崩壊確率の定量化平成15年度は上記研究小課題のうち下記を実施し以下の知見を得た。小課題(A)については、昨年度整備した塑性変形能力に関するデータベースに、最近実施された米国の情報を組み込んで内容の充実をはかった。また梁の局部座屈、横ねじれ座屈、溶接梁端部の亀裂と破断、RC床スラブとの合成効果やその連成が、梁・接合部の塑性変形能力に及ぼす影響を総合的に評価するために、3層実大鋼構造骨組に対する準静的載荷実験を実施した。その結果、特にRC床スラブが梁の挙動に及ぼす影響は大きく、またその影響度は梁への回転角(骨組にとっての層間変形角)の関数であることを明らかにした。小課題(B)に対しては、昨年度の予備実験を参考にして、埋込み型角形鋼管柱に対する準静的実大実験を、柱軸力と鋼管の径厚比の関数として実施し、柱が鉛直支持能力を完全に失うまでの挙動を再現し、次年度以降の解析評価への布石とした。小課題(C)については、一般化骨組モデルを用いて、建物階数、柱梁耐力比、地震動タイプ、地震動強さを変数とした一連の数値解析を実施し、骨組に要求される最大層間変形角を中央値応答と84パーセンタイル応答として表示するとともに、これら応答を一次と二次の低次応答から予測する方法の原型を構築した。小課題(D)に関しては、昨年整備した、フランジ破断・ボルト破断を考慮できる梁復元力特性モデルを一般化骨組モデルに組込み、その数値安定性や適用性を検討した。本課題の3年目にあたる本年度では、上記研究小課題のうち下記を実施した。梁、接合部の塑性変形挙動追跡解析プログラムの改良と不確定性支配因子の同定:昨年度の継続として,解析プログラムに溶接部とその近傍の劣化特性を組み込むことから,溶接部特性と他の劣化特性との相関,さらにはこれら因子が塑性変形能力に及ぼす影響を検討した。柱要素に対する準静的実大実験の実施:昨年度実施した角形鋼管柱に対する準静的実大実験を継続した。特に1層柱脚に着目して、露出型柱脚、埋込み型柱脚を対象に、これら柱脚が有する塑性変形能力、不可避に存在する床スラブがこれら柱脚の復元力特性に及ぼす影響を考察するとともに、柱脚が鉛直支持能力を完全に失うまでの挙動を再現することから,骨組崩壊確率評価への基礎資料を充実した。柱の塑性変形挙動追跡プログラムの開発と不確定支配因子の同定:柱脚の塑性変形能力評価について、実験データを補完するために、昨年度構築した解析プログラムを上記の実験結果を追跡しうるものへと拡張した。鋼構造一般化骨組モデルを用いた弾塑性地震応答解析の実施:昨年度実施した解析を継続し,各変数と最大層間変形角の関係およびそのばらつきを評価した.