JP2002365202A - Method of predicting hydrogen embrittlement crack of bolt - Google Patents
Method of predicting hydrogen embrittlement crack of boltInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨・鉄筋による
建造物あるいは橋梁などの構造物を建造する際に使用す
るボルトに関するもので、より詳しくは該ボルトの水素
脆化割れを予測する方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bolt used for constructing a structure such as a bridge or a structure using a steel frame or a reinforcing bar, and more particularly to a method for predicting hydrogen embrittlement cracking of the bolt. Things.
【0002】[0002]
【従来の技術】鉄骨・鉄筋による建造物あるいは橋梁な
どの構造物を建造する際に使用する高力ボルト等のボル
ト(以下、単にボルトという)において、このボルトが
水素脆化割れを原因とする破壊を引き起こし、このボル
ト破壊を放置すれば、他の破壊を誘発し、構造物全体の
機能を損なう事態に発展するおそれがある。ここで、水
素脆化割れとは、水素発生を伴う環境下において、ボル
トの材質となる高強度鋼に静的荷重が継続的に負荷され
ることにより、ある時間経過後に突然破壊を生ずる現象
をいう。この水素脆化割れは、前記ボルトに架かる負荷
が高いほど破壊までの時間(以下、破壊時間という)が
短くなるという性質を有し、同じ負荷条件下においても
環境および材質の違いによって破壊時間が異なるので、
この水素脆化割れの時期を予測するのは非常に困難であ
る。したがって、通常は定期的に点検を実施し、その中
でボルトの破壊を発見した際に、速やかにボルト交換等
の破損対策を実施している。また、ボルトの使用条件下
における寿命よりも早期に交換している場合もあるた
め、必要以上にボルト交換を行っているのが現状であ
る。2. Description of the Related Art Bolts such as high-strength bolts (hereinafter simply referred to as "bolts") used in building structures such as steel structures and steel bars or structures such as bridges cause hydrogen embrittlement cracking. If a bolt is destroyed and left unattended, another failure may be induced and the function of the entire structure may be impaired. Here, hydrogen embrittlement cracking refers to a phenomenon in which a high-strength steel, which is the material of a bolt, is subjected to a static load continuously under an environment accompanied by hydrogen generation, and suddenly breaks after a certain period of time. Say. This hydrogen embrittlement cracking has the property that the higher the load applied to the bolt, the shorter the time to fracture (hereinafter, referred to as fracture time). Even under the same load condition, the fracture time is different depending on the environment and the material. So different
It is very difficult to predict the timing of the hydrogen embrittlement cracking. Therefore, inspections are normally performed periodically, and when a breakage of a bolt is found in the inspection, a measure for damage such as replacement of the bolt is promptly taken. Further, since the bolts may be replaced earlier than the service life under the use condition, the bolts are replaced more than necessary at present.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】この種の水素脆化割れ
によるボルトの破壊については、その破壊のメカニズム
が十分に解明されていなかったため、構造物等の実機設
計者がボルトの破損を正確に予測し得なかった。また、
予測の範囲を超えたボルト結合使用条件であったため
に、ボルトが水素脆化割れを引き起こしており、その破
壊を非破壊的に予測する技術は今までに開発されていな
かった。With respect to the breakdown of bolts due to hydrogen embrittlement cracking of this type, since the mechanism of the failure has not been sufficiently elucidated, the actual machine designer of a structure or the like accurately detects the damage of the bolts. I could not predict. Also,
Since the bolt use condition exceeds the range of prediction, the bolt causes hydrogen embrittlement cracking, and a technology for non-destructively predicting the fracture has not been developed.
【0004】また、前記構造物等の結合用ボルトが水素
脆化割れを生じる以前に、ボルト交換等の破損対策を実
施すべき時期を正確に予測することが困難であったた
め、前記ボルトの使用条件下における寿命よりも早期に
交換しているのが実情である。従って、必要以上のボル
ト交換等の破損対策費が費やされている現状にある。In addition, it is difficult to accurately predict the time at which a countermeasure for damage such as replacement of a bolt should be taken before the bolt for connecting the structure or the like causes hydrogen embrittlement cracking. The fact is that they are replaced earlier than their life under the conditions. Accordingly, the present situation is that excessive damage replacement costs such as bolt replacement are being spent.
【0005】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、ボルト結合を有する構造物等において、該ボ
ルトの水素脆化割れを原因とする破壊を予測する方法を
提供することを目的とする。[0005] The present invention has been proposed in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a method for predicting a fracture caused by hydrogen embrittlement cracking of a bolt in a structure having a bolt connection. And
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1では、
構造物等に使用されているボルト結合付近に、該ボルト
と同品質で、しかも該ボルトよりも高い締付け力で締結
したダミーボルトを結合している。そして、該ダミーボ
ルトの水素脆化割れを検知することにより、該ボルトの
水素脆化割れを予測することを特徴とするものである。
本発明によれば、該ボルトの水素脆化割れが今後起こり
得るか否かを精度よく予測でき、該ボルトの破壊前に対
策を講ずることが可能となる。According to claim 1 of the present invention,
A dummy bolt having the same quality as that of the bolt and having been tightened with a tightening force higher than that of the bolt is connected to the vicinity of the bolt connection used in the structure or the like. Then, by detecting the hydrogen embrittlement crack of the dummy bolt, the hydrogen embrittlement crack of the bolt is predicted.
According to the present invention, it is possible to accurately predict whether hydrogen embrittlement cracking of the bolt may occur in the future, and it is possible to take measures before the bolt is broken.
【0007】請求項2および3の発明は、請求項1にお
けるダミーボルトの破損を検知する具体的な方法を示し
たものである。本発明によれば、目視では検知できない
ボルト継手内部で発生した該ダミーボルト4の破損につ
いても検知できるので、該ボルトの水素脆化割れの予測
精度を高めることが可能となる。The inventions of claims 2 and 3 show a specific method for detecting breakage of the dummy bolt in claim 1. According to the present invention, it is also possible to detect breakage of the dummy bolt 4 generated inside the bolt joint which cannot be visually detected, so that it is possible to improve the prediction accuracy of hydrogen embrittlement cracking of the bolt.
【0008】請求項4の発明は、請求項1に示すダミー
ボルトの締付け力と検知されたダミーボルトの水素脆化
割れによる寿命を検知し、その結果から、ボルトの締付
け力よりボルトの破壊時期を予測することを特徴として
いる。本発明によればボルトの水素脆化割れの時期を高
い精度で定量的に予測することができる。The invention of claim 4 detects the tightening force of the dummy bolt according to claim 1 and the life of the detected dummy bolt due to hydrogen embrittlement cracking. Is predicted. According to the present invention, the timing of hydrogen embrittlement cracking of a bolt can be quantitatively predicted with high accuracy.
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面に基づいて詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0010】図1は負荷応力σと破壊時間Tとの関係を
示した両対数グラフである。図1に示すように、ダミー
ボルトの締付け力σ1をボルトの締付け力σ2よりも高
く設定し、ダミーボルトの破壊時間T1をボルトの破壊
時間T2よりも早期に水素脆化割れを生じさせるように
し、ダミーボルトの破損を検知することにより、ボルト
の水素脆化割れを予測するものである。FIG. 1 is a double logarithmic graph showing the relationship between the applied stress σ and the breaking time T. As shown in FIG. 1, the fastening force σ 1 of the dummy bolt is set higher than the fastening force σ 2 of the bolt, and the fracture time T 1 of the dummy bolt is set to be shorter than the fracture time T 2 of the bolt. This is intended to predict the hydrogen embrittlement cracking of the bolt by detecting breakage of the dummy bolt.
【0011】一般的に、ボルトの水素脆化割れは、環境
および材質同一条件下において、水素脆化割れにおける
負荷応力σと破壊時間Tの関係が、次式で表されるとい
う性質を有している。 σm・T=const. …(1) ここで、mとは、図1に示す水素脆化割れにおける負荷
応力と破壊時間との関係を示す線図における傾斜指数で
ある。In general, hydrogen embrittlement cracking of a bolt has the property that the relationship between the applied stress σ and the fracture time T in hydrogen embrittlement cracking under the same environment and material conditions is expressed by the following equation. ing. σ m · T = const. (1) Here, m is a slope index in a diagram showing the relationship between applied stress and fracture time in hydrogen embrittlement cracking shown in FIG.
【0012】前記の性質を利用し、事前の試験により、
環境および材質が同一条件下におけるボルトの負荷応力
と破壊時間との関係を示す傾斜指数mを把握しておき、
ダミーボルトの負荷応力σ1と検知された破壊時間
T1、およびボルトの負荷応力σ 2とから、ボルトの破
壊時間T2を下記の式(2)を用いて算出し、ボルトの
破壊時期を予測できることを知見した。 T2=(σ1/σ2)m・T1 …(2)Utilizing the above-mentioned properties, by a preliminary test,
Bolt load stress under the same environment and material conditions
And the slope index m indicating the relationship between
Load stress of dummy bolt σ1Destruction time detected as
T1, And bolt stress σ 2And from the bolt break
Breaking time T2Is calculated using the following equation (2), and
It was found that the failure time could be predicted. T2= (Σ1/ Σ2)m・ T1… (2)
【0013】図2は、本発明によるボルトの水素脆化割
れ予測方法を実施する為に橋梁等の鋼桁に適用した状態
を示す要部拡大正面図であり、図3は、橋梁等の図2に
おける鋼桁連結部分の断面図である。FIG. 2 is an enlarged front view showing a state where the present invention is applied to a steel girder of a bridge or the like in order to carry out the method for predicting hydrogen embrittlement cracking of a bolt according to the present invention, and FIG. It is sectional drawing of the steel girder connection part in 2.
【0014】図2〜3において、1は鋼桁で、該鋼桁1
を互いに突き合わせ、これらは連結板2により連結され
ている。これら鋼桁1と連結板2とは、同図に示すよう
に、多数のボルト3により締結されている。連結部ボル
ト継手構造には矢印方向に軸力が作用している。4はダ
ミーボルトで、該ダミーボルト4は、ボルト3に作用す
る応力と比べ、同等かあるいはそれ以上の応力が負荷さ
れる位置に配置されており、また該ダミーボルト4は、
ボルト3の締付け力よりも高い締付け力で締結する。In FIGS. 2 and 3, reference numeral 1 denotes a steel girder.
Are butted to each other, and they are connected by a connecting plate 2. The steel girder 1 and the connecting plate 2 are fastened by a number of bolts 3 as shown in FIG. Axial force acts on the connection bolt joint structure in the direction of the arrow. Reference numeral 4 denotes a dummy bolt. The dummy bolt 4 is disposed at a position where a stress equal to or greater than the stress acting on the bolt 3 is applied.
Fasten with a tightening force higher than the tightening force of the bolt 3.
【0015】前記のように、ボルト3の間にダミーボル
ト4を締結し、構造物等の定期点検時にダミーボルト4
の状態を目視観察して水素脆化割れ状況を確認する。図
1に示す負荷応力―破壊時間線図の傾斜指数mを事前に
把握しておき、ダミーボルト4の負荷応力およびダミー
ボルト4の水素脆化割れによる破壊時間、さらにボルト
3の負荷応力とから、ボルト3の破壊時間を算出し、ボ
ルト3の破壊時期を予測する。As described above, the dummy bolts 4 are fastened between the bolts 3 so that the dummy bolts 4 can be used for periodic inspection of a structure or the like.
Is visually observed to confirm the state of hydrogen embrittlement cracking. The gradient index m of the load stress-failure time diagram shown in FIG. 1 is grasped in advance, and the load stress of the dummy bolt 4, the fracture time of the dummy bolt 4 due to hydrogen embrittlement cracking, and the load stress of the bolt 3 are determined. , The destruction time of the bolt 3 is calculated, and the destruction time of the bolt 3 is predicted.
【0016】ボルト3の破壊時期を予測するために用い
る前記傾斜指数mは、事前の試験で把握しておく。また
は、ダミーボルト4を2本以上とし、それぞれ異なる締
付け力で締結しておき、複数の該ダミーボルトの負荷応
力と破壊時間から式(1)に基づいて、前記傾斜指数m
を把握する。The inclination index m used for estimating the time of failure of the bolt 3 is grasped by a preliminary test. Alternatively, two or more dummy bolts 4 may be fastened with different tightening forces, and the inclination index m may be determined from the load stress and the breaking time of the plurality of dummy bolts based on equation (1).
Figure out.
【0017】予測された破壊時期が、次回定期点検以前
の場合は、直ちにボルト3を同型新品ボルトに交換する
か、あるいはボルト形状やボルト等級の変更、ボルト本
数を増やす等の対策を講じる。If the predicted destruction time is before the next periodic inspection, immediately replace the bolt 3 with a new bolt of the same type, or take measures such as changing the bolt shape and the bolt class and increasing the number of bolts.
【0018】予測されたボルト3の破壊時期が次回定期
点検以降の場合は、ボルト3はそのままの状態とし、定
期点検毎に重点的に点検を実施し、破壊時期直前の定期
点検時に既述の対策を講じることとする。このように、
予測されたボルト3の破壊時期と構造物等の定期点検実
施時期とを勘案してボルト3の破壊対策実施時期を決定
することにより、破損が予測されているボルトを可能な
限り長期間使用することができ、ボルト3の交換等に必
要な破損対策費を最小限に抑えることが可能となる。If the predicted time of the breakdown of the bolt 3 is after the next periodic inspection, the bolt 3 is left as it is, and the inspection is carried out intensively at each periodic inspection. We will take measures. in this way,
By determining the time to implement the measures for the destruction of the bolt 3 in consideration of the predicted time of the failure of the bolt 3 and the time of the periodic inspection of the structure and the like, the bolt that is predicted to be damaged is used as long as possible. Therefore, it is possible to minimize the damage countermeasure cost required for replacing the bolt 3 and the like.
【0019】前記実施例において、前記ダミーボルト4
の状態観察は、目視だけでなく、該ダミーボルト4の電
気抵抗を測定し、該ダミーボルトの破損による抵抗変化
を検知することにより、該ダミーボルトの破損の有無を
把握することができる。また、ひずみゲージを埋設して
おき、該ダミーボルトのひずみを測定し、該ダミーボル
トの破損によるひずみの開放を検知することにより、該
ダミーボルトの破損を検知しても良い。In the above embodiment, the dummy bolt 4
In the state observation, not only the visual resistance but also the electric resistance of the dummy bolt 4 is measured, and the resistance change due to the damage of the dummy bolt is detected, so that the presence or absence of the damage of the dummy bolt can be grasped. Alternatively, the breakage of the dummy bolt may be detected by embedding a strain gauge, measuring the strain of the dummy bolt, and detecting the release of the strain due to the breakage of the dummy bolt.
【0020】[0020]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
鉄骨・鉄筋による建造物あるいは橋梁などの構造物を建
造する際に使用するボルトにおいて、ダミーボルトの破
損を検知することにより、ボルトの水素脆化割れを容易
に予測することができ、かつその破壊時期を予測するこ
とが可能となった。また、予測された破壊時期から、ボ
ルトの最適な破損対策実施時期を決定して対策を講ずる
ことにより、必要最小限の破損対策費で、ボルトの水素
脆化割れが原因となる破壊を未然に防止することがで
き、その破壊を発端として構造物全体の機能を損なう破
壊を予防することが可能となる。As described above, according to the present invention,
By detecting breakage of dummy bolts, it is possible to easily predict hydrogen embrittlement cracking of bolts used in building structures such as steel frames and steel bars or structures such as bridges. It became possible to predict the time. In addition, by determining the most appropriate time to take measures for bolt damage from the predicted failure time and taking measures, the failure due to hydrogen embrittlement cracking of the bolt can be prevented at the minimum necessary cost for damage measures. Thus, it is possible to prevent the destruction that impairs the function of the entire structure starting from the destruction.
【図1】水素脆化割れにおける負荷応力と破壊時間の関
係を示したグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between applied stress and fracture time in hydrogen embrittlement cracking.
【図2】本発明によるボルトの水素脆化割れ予測方法に
ついて、橋梁等の鋼桁への実施形態の一例を示す要部拡
大正面図である。FIG. 2 is an enlarged front view of a main part showing an example of an embodiment for a steel girder such as a bridge in the method for predicting hydrogen embrittlement cracking of a bolt according to the present invention.
【図3】図2における鋼桁連結部分の断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a steel girder connecting portion in FIG. 2;
L 負荷応力−破壊時間線図 σ 負荷応力 T 破壊時間 1 鋼桁 2 連結板 3 ボルト 4 ダミーボルト L Load stress-break time diagram σ Load stress T Break time 1 Steel girder 2 Connecting plate 3 Bolt 4 Dummy bolt
Claims (4)
近に、該ボルトと同品質かつ該ボルトよりも高い締付け
力でダミーボルトを結合し、該ダミーボルトの水素脆化
割れを検知することにより、該ボルトの水素脆化割れを
予測しようとするボルトの水素脆化割れ予測方法。1. A dummy bolt is joined to a bolt joint used in a structure or the like with the same quality as the bolt and with a tightening force higher than the bolt, and hydrogen embrittlement cracking of the dummy bolt is detected. A method for predicting hydrogen embrittlement cracking of a bolt by using the method.
ことにより、該ダミーボルトの水素脆化割れを検知する
ようにしたことを特徴とする請求項1記載のボルトの水
素脆化割れ予測方法。2. The method for predicting hydrogen embrittlement cracking of a bolt according to claim 1, wherein the hydrogen embrittlement cracking of the dummy bolt is detected by measuring the electric resistance of the dummy bolt.
水素脆化割れを検知するようにしたことを特徴とする請
求項1記載のボルトの水素脆化割れ予測方法。3. The method for predicting hydrogen embrittlement cracking of a bolt according to claim 1, wherein hydrogen embrittlement cracking of the dummy bolt is detected by a strain gauge.
素脆化割れを起こしたとき、ボルトの水素脆化割れによ
る破壊時間T2を、 式 T2=(σ1/σ2)m・T1 (式
中σ1はダミーボルトの負荷応力、σ2はボルトの負荷
応力、mは水素脆化割れにおける負荷応力と破壊時間と
の関係を示す傾斜指数。)に基づいて予測することを特
徴とする請求項1〜3記載のボルトの水素脆化割れ予測
方法。Wherein when said dummy bolt has caused the hydrogen embrittlement cracks at breaking time T 1, the breaking time T 2 by hydrogen embrittlement cracks of the bolt, the formula T 2 = (σ 1 / σ 2) m · T 1 (where σ 1 is the applied stress of the dummy bolt, σ 2 is the applied stress of the bolt, and m is the slope index indicating the relationship between the applied stress and the fracture time in hydrogen embrittlement cracking). 4. The method for predicting hydrogen embrittlement cracking of a bolt according to claim 1, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001171880A JP2002365202A (en) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | Method of predicting hydrogen embrittlement crack of bolt |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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Country Status (1)
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JP (1) | JP2002365202A (en) |
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2001
- 2001-06-07 JP JP2001171880A patent/JP2002365202A/en active Pending
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