JP2009198296A - 疲労試験機および疲労強度評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】試験体の疲労を試験する疲労試験装置であって、試験体における被測定部位の残留応力を測定するX線残留応力測定装置と、試験体における被測定部位の応力振幅を測定する応力集中ゲージを備えることを特徴とする、疲労試験機が提供される。実構造物で測定された残留応力および応力振幅を再現させるように、試験体の被測定部位に所定の残留応力および応力振幅を加えて疲労試験を行うことにより、構造物の疲労強度を正確に評価できるようになる。
【選択図】図1
Description
Anami K.、Fatigue strength improvement ofwelded joints made of high strength steel、東京工業大学博士論文、2000 社団法人鋼構造協会「鋼構造物の疲労設計指針・同解説」P.5〜11 1993
(1)試験体aをチャック前にX線応力計測。
(2)試験体aをチャック後に荷重をゼロに調整し、X線応力計測。
(3)荷重をかけながら、ある荷重ステップごとにX線応力計測(計測中は荷重をホールドする)。
(4)目標となる応力振幅または荷重振幅に対し、3回繰り返して載荷をしながら、ある荷重ステップに対してX線応力計測。
(5)目標となる応力振幅または荷重振幅に対して、疲労載荷を動的に実施。破断もしくは所定の回数まで載荷。
図10に試験体の形状を示す。評価対象とする橋梁の構造に合わせて、主板は12mm厚、鉛直リブも12mm厚としている。実構造の鉛直リブの高さは140mmであったため、試験体のリブ高さは両面でトータル140mmになるように、高さ70mmとした。材料は調達性の観点からSM490とした。SM490Y材と比較して強度は低下するが、ピーニングなどの圧縮残留応力を付与する手法は鋼材強度が低下すると効果が低下するのが一般的のため、試験としては安全側を押さえることとなる。表1に用いている鋼材の材料強度(ミルシート値)を示す。
今回の疲労試験では、X線応力計測を行いながら試験可能な止端は全4箇所中1箇所だけである。そのため、なるべく計測している部位以外の箇所で疲労き裂を生じないように、他の3箇所についてはグラインダー処理を行った。グラインダーには歯の直径が約10mmのバー・グラインダーを用いた。溶接ままの試験体についてはその状態で試験を行い、ピーニング試験体については、3箇所にグラインダー処理後、全4箇所の止端にピーニング処理を施した。溶接ままの試験体のき裂を起こしたくない3箇所についてピーニング処理を行わなかったのは、ピーニングを処理すると、12mm程度の板厚であると板の裏側の残留応力状態にまで影響を及ぼしてしまうからである。
2007年2月に、実橋梁で現場計測を行った。現場計測は、応力振幅計測に関しては荷重車を用い、X線計測は今回の疲労試験に用いたのと同一の機器を用いた。現場計測は、ピーニングによる効果を把握するために、応力振幅計測および残留応力計測共にピーニング施工の前後に実施し、その差を確認している。なお、ピーニングにより導入された残留応力が、その後の交通荷重によって再配分される可能性を考慮して、ピーニング処理から処理後の残留応力計測までは24時間以上のインターバルを確保している。
溶接まま:50〜200MPa(残留応力200MPa、応力振幅150MPa)
ピーニング処理:-350〜-200MPa(残留応力-200MPa、応力振幅150MPa)
試験パラメータは試験荷重とする。残留応力を計測しながら、評価を行ったものを実施例、通常通りに、機械的に外力だけで試験を行ったものを比較例とする。同じ応力振幅でも、残留応力が低ければ疲労寿命が長くなる。その関係について本発明を用いれば、的確に得ることが出来ることを示す。
各試験にて計測された残留応力と、試験によって得られた繰り返し回数の一覧を表3に示す。
溶接まま:50〜200MPa(残留応力200MPa、応力振幅150MPa)
ピーニング処理:-350〜-200MPa(残留応力-200MPa、応力振幅150MPa)
a 試験体
15、17 チャック
19 駆動測定機構
20 応力集中ゲージ
21 X線残留応力測定装置の測定ヘッド
30 主板
31 鉛直リブ
32 溶接部
32’ トゥー部分(被測定部位)
Claims (4)
- 実構造物の一部分を再現する試験体の疲労を試験する疲労試験装置であって、
試験体における被測定部位の残留応力を測定するX線残留応力測定装置と、試験体における被測定部位の応力振幅を測定する応力集中ゲージを備えることを特徴とする、疲労試験機。 - 前記X線残留応力測定装置は、2mm以下の測定幅で測定が可能であることを特徴とする、請求項1に記載の疲労試験機。
- 現場の実構造物の疲労強度を評価する方法であって、
実構造物で測定された残留応力および応力振幅を再現させるように、試験体の被測定部位に所定の残留応力および応力振幅を加え、試験体における被測定部位の残留応力をX線で測定し、当該被測定部位の応力振幅をホットスポット法を用いて測定することによって疲労試験を行い、構造物の疲労強度を評価することを特徴とする、疲労強度測定方法。 - 前記X線の残留応力測定値において、測定幅を2mm以下とすることを特徴とする、請求項3に記載の疲労強度測定方法。
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