JP2016205832A

JP2016205832A - 推定方法

Info

Publication number: JP2016205832A
Application number: JP2015083441A
Authority: JP
Inventors: 憲宏藤本; Norihiro Fujimoto; 陽祐竹内; Yosuke Takeuchi; 康弘東; Yasuhiro Azuma; 孝澤田; Takashi Sawada
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2015-04-15
Filing date: 2015-04-15
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-04-15
Also published as: JP6321574B2

Abstract

【課題】使用環境下のＰＣ製品内部の鉄筋の負荷応力をＰＣ製品を破壊することなく推定すること。【解決手段】ひずみ量を測定するひずみゲージが貼付された鉄筋を用いてＰＣ製品を作製し（ステップＳ１）、ひずみゲージの直上のコンクリート表面にひびを形成するとともに、該ひびの直上にひび幅を測定する変位計を取り付け（ステップＳ２）、ＰＣ製品に荷重を負荷したときのひび幅と鉄筋のひずみ量との測定値に基づいて、ひび幅と鉄筋に対する負荷応力との関係を導出し（ステップＳ３）、使用環境下のＰＣ製品のひび幅を測定し、導出された関係に基づいて、該ひび幅に対応する該ＰＣ製品内部の鉄筋に対する負荷応力を算出する（ステップＳ４）。【選択図】図１

Description

本発明は、推定方法に関する。

引張応力が負荷された鉄筋により圧縮力がかかった状態（プレストレスト）のコンクリート部材からなるプレストレストコンクリート（ＰＣ、Prestressed Concrete）製品を実環境下で使用中に、ごくまれにＰＣ製品内部の鉄筋が寿命より早い時期に破断する場合がある。この要因には、鉄筋が劣化して破壊応力が低下することや、ＰＣ製品内部の鉄筋に、元から負荷されるプレストレスに加え、ＰＣ製品に負荷される荷重により過剰な応力が追加されること等が考えられる。ＰＣ製品内部の鉄筋に大きな応力が負荷されると、鉄筋材料の耐荷重を超える恐れがあるだけでなく、鉄筋の劣化が促進される恐れがある。したがって、使用環境下のＰＣ製品内部の鉄筋に負荷される応力を評価することは、鉄筋の劣化状態を評価する上で重要である。

例えば、ＰＣ製品のコンクリート部にひび割れが生じると、内部の鉄筋が腐食して減肉するため単位面積当たりの鉄筋の負荷応力が増加する。加えて、コンクリートに負荷されていた荷重も内部の鉄筋に負荷されることになるため、鉄筋に対する負荷応力（以下、鉄筋の負荷応力とも記す。）が増加する。

これに対し、コンクリートに生じたひび幅が０．１ｍｍ未満であればひび内部に大気が入り込まないため、コンクリートの中性化が進行して劣化する可能性が低いことが経験的に知られている。そこで従来は、例えば、コンクリートに生じたひび幅を点検し、これが０．１ｍｍを超えているか否かを目安に鉄筋の劣化状態を評価していた。

また、ＰＣ製品内部の鉄筋の負荷応力は、主に、コンクリートを斫り鉄筋にひずみゲージを貼付して、鉄筋を切断して応力を解放したときのひずみの減少量を測定し、測定されたひずみに減少量と鉄筋のヤング率とを用いて算出されていた（非特許文献１参照）。

なお、ＪＩＳ規格では、ＰＣ製品の点検用にコンクリートにひびを導入するために行われる荷重負荷試験が規格化されている（非特許文献２参照）。

出水享，肥田研一，伊藤幸広，松田浩，「応力解放法によるＰＣ構造物の現有作用応力の推定方法の開発」，プレストレストコンクリート技術協会，２０１０年１０月，第１９回シンポジウム論文集，ｐ．２４１−２４６「ＪＩＳＡ５３７３：２０１０プレキャストプレストレストコンクリート製品」，推奨仕様Ａ−１プレストレストコンクリートポール

しかしながら、使用環境下のＰＣ製品内部の鉄筋の負荷応力は、ＰＣ製品を破壊しなければ算出することができず、外見から内部の鉄筋のひずみや負荷応力を推定することができなかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用環境下のＰＣ製品内部の鉄筋の負荷応力をＰＣ製品を破壊することなく推定することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る推定方法は、ひずみ量を測定するひずみゲージを貼付した鉄筋を用いてプレストレストコンクリート製品を作製する作製工程と、前記ひずみゲージの直上のコンクリート表面にひびを形成するとともに、該ひびの直上にひび幅を測定する変位計を取り付けるひび導入工程と、前記プレストレストコンクリート製品に荷重を負荷したときのひび幅と前記鉄筋のひずみ量との測定値に基づいて、前記ひび幅と前記鉄筋に対する負荷応力との関係を導出する関係導出工程と、使用環境下の前記プレストレストコンクリート製品のひび幅を測定し、前記関係に基づいて、該ひび幅に対応する該プレストレストコンクリート製品内部の鉄筋に対する負荷応力を算出する算出工程と、を含んだことを特徴とする。

本発明によれば、使用環境下のＰＣ製品内部の鉄筋の負荷応力をＰＣ製品を破壊することなく推定することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る推定処理手順を例示するフローチャートである。図２は、本実施形態に係るコンクリートポールの作製方法の概要を示す説明図である。図３は、本実施形態に係るＰＣ製品に荷重を負荷する方法の概要を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

まず、図１を参照して、本実施形態に係る推定方法の概要について説明する。本実施形態の推定方法には、作製工程と、ひび導入工程と、関係導出工程と、算出工程とが含まれる。作製工程では、ひずみ量を測定するひずみゲージが貼付された鉄筋を用いてＰＣ製品が作製される（ステップＳ１）。ひび導入工程では、ひずみゲージの直上のコンクリート表面にひびが形成されるとともに、該ひびの直上にひび幅を測定する変位計が取り付けられる（ステップＳ２）。関係導出工程では、ＰＣ製品に荷重を負荷したときのひび幅と鉄筋のひずみ量との測定値に基づいて、ひび幅と鉄筋に対する負荷応力との関係が導出される（ステップＳ３）。算出工程では、使用環境下のＰＣ製品のひび幅が測定され、導出された関係に基づいて該ひび幅に対応する該ＰＣ製品内部の鉄筋に対する負荷応力が算出される（ステップＳ４）。以下、各工程について詳細に説明する。

［作製工程］
ステップＳ１の作製工程では、ひずみゲージが貼付された鉄筋を用いて、ＰＣ製品が作製される。ここで、ひずみゲージとして、例えば金属ひずみゲージが例示される。金属ひずみゲージには、薄い絶縁体上にジグザグ形状にレイアウトされた金属の抵抗体が取り付けられている。この抵抗体が変形による電気抵抗の変化を検出することによりひずみ量が測定される。

図２は、ＰＣ製品の一例であるコンクリートポールの作製方法の概要を示す説明図である。まず、鉄筋１の表面にひずみゲージ２が貼付される（図２（ａ）参照）。次に、所定の本数の鉄筋１が配筋され（図２（ｂ）参照）、そのうちの数本について引張応力が負荷された状態で固定され、下型枠３に設置される。次に、コンクリート４が流し込まれる（図２（ｃ）参照）。その後、上型枠５がはめ込まれ、上下型枠３，５を回転させる遠心成形によりコンクリート４が締固められる（図２（ｄ）参照）。蒸気養生や自然養生により養生された後、上下型枠３，５が取り外されてコンクリートポール６が作製される（図２（ｅ）参照）。これにより、引張応力が解放されてコンクリートポール６にプレストレスによる圧縮応力が負荷される。

なお、ひずみゲージ２の貼付位置は限定されないが、使用環境下で相対的に最も負荷応力がかかることが想定される、例えば立てたコンクリートポール６の地際付近になる位置にすればよい。

［ひび導入工程］
ステップＳ２のひび導入工程では、ひずみゲージ２の直上のコンクリート表面にひびを形成するひび導入が実施され、形成されたひびの直上にひび幅を測定する変位計が取り付けられる。

ひび導入の方法は限定されないが、例えば、高さ８ｍのコンクリートポール６の下部の元口から１．６ｍの位置を固定し、コンクリートポール６の上部の末口から２５ｃｍの位置を、水平方向に荷重を負荷して引っ張る荷重負荷試験を行う。その際、引っ張りながら固定した位置の近傍を観察し、コンクリート４の表面にひびが入ったら引っ張るのを止める。

なお、本実施形態のコンクリートポール６には、ひびを形成したい位置、すなわちひずみゲージ２の直上に、予め傷を入れておく。これにより、一般に荷重負荷試験ではひび割れの位置と数との制御が困難であるところ、ひずみゲージ２の直上にひびが形成されやすくなる。傷の深さは、荷重負荷試験の際に、引張応力が集中することによりひずみゲージ２直上の他の位置よりひびが形成されやすい深さにすればよい。

また、傷を入れることによりコンクリート４表面の荒れを回避できず、目視によるひび幅の測定は困難であるが、変位計を傷をまたいで健全な位置に配置することにより、ひび幅を正確に測定することができる。なお、作製直後のコンクリートポール６では、外部から荷重が負荷されていない限りひびが閉じているため、このときのひび幅を初期値０とする。

［関係導出工程］
ステップＳ３の関係導出工程では、コンクリートポール６に荷重を負荷したときのひび幅とひずみ量とが測定され、測定値に基づいて、ひび幅と鉄筋に対する負荷応力との関係が導出される。なお、この関係導出工程において、ひび幅と鉄筋に対する負荷応力との関係の導出は、例えば、メモリに記憶された処理プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）等を用いて実現される演算装置が実行する。

図３は、ＰＣ製品に荷重を負荷する方法の概要を示す説明図である。図３に例示するように、高さ８ｍのコンクリートポール６の下部の元口から１．６ｍの位置を固定し、コンクリートポール６の上部の末口から２５ｃｍの位置を、水平方向に荷重を負荷して引っ張る。

例えば、変位計７が測定したコンクリート４の表面におけるひび８のひび幅が０．１０ｍｍ，０．１５ｍｍ，０．２５ｍｍ等の所定の値になるたびに、ひずみゲージ２が測定したひずみ量の測定値を読み取る。ひび幅の所定の値には、例えば、使用環境下のＰＣ製品の点検項目に規定されているひび幅の値を採用する。

次に、測定されたひずみ量と予め得られている鉄筋１のヤング率とを用いて、鉄筋１に対する負荷応力が算出される。すなわち、鉄筋１に対する負荷応力は、ひずみ量とヤング率とを用いて次式（１）のように表される。

鉄筋の負荷応力＝ひずみ量×ヤング率 …（１）

これにより、測定されたひび幅に対応する鉄筋１の負荷応力が得られる。ひび幅と鉄筋１の負荷応力との複数の組み合わせを用いて、ひび幅と鉄筋１に対する負荷応力との関係式を導出することができる。例えば、コンクリートポール６のひび幅とひずみ量との比が、コンクリートポール６の中心線からの鉄筋１表面までの長さとコンクリート４表面までの長さとの比に等しいと仮定すれば、ひび幅と鉄筋１に対する負荷応力との関係は、最小自乗法を用いて一次式で近似することができる。ここで導出された関係式を用いれば、ひび幅の測定値から鉄筋１に対する負荷応力が算出される。

［算出工程］
上記のとおり、関係導出工程で導出されたひび幅と鉄筋１に対する負荷応力との関係式を用いれば、ひび幅の測定値から鉄筋１に対する負荷応力が算出される。ステップＳ４の算出工程では、使用環境下のコンクリートポール６についてのひび幅を測定し、この測定値に対応する鉄筋１に対する負荷応力が算出され、これが鉄筋１の負荷応力の推定値とされる。

以上、説明したように、本実施形態の推定方法では、ひずみ量を測定するひずみゲージ２が貼付された鉄筋１を用いてコンクリートポール６が作製され、ひずみゲージ２の直上のコンクリート４表面にひび８が形成されるとともに、ひび８の直上にひび幅を測定する変位計７が取り付けられる。また、コンクリートポール６に荷重を負荷したときのひび幅と鉄筋１のひずみ量との測定値に基づいて、ひび幅と鉄筋１に対する負荷応力との関係が導出される。そして、使用環境下のコンクリートポール６のひび幅が測定され、導出された関係に基づいて該ひび幅に対応する該コンクリートポール６内部の鉄筋１に対する負荷応力が算出される。

これにより、微破壊的に形成されたひび８のひび幅と鉄筋１に対する負荷応力との関係を導出することができる。したがって、点検時等に使用環境下のコンクリートポール６内部の鉄筋１のひずみ量を測定することなく、コンクリート４表面のひび幅の測定値からコンクリートポール６内部の鉄筋１に対する負荷応力を算出することにより、コンクリートポール６を破壊することなく鉄筋１の負荷応力を推定することができる。さらに、推定された鉄筋１の負荷応力により、鉄筋１の劣化状態を推定することも可能となる。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１鉄筋
２ひずみゲージ
３下型枠
４コンクリート
５上型枠
６コンクリートポール
７変位計
８ひび

Claims

ひずみ量を測定するひずみゲージを貼付した鉄筋を用いてプレストレストコンクリート製品を作製する作製工程と、
前記ひずみゲージの直上のコンクリート表面にひびを形成するとともに、該ひびの直上にひび幅を測定する変位計を取り付けるひび導入工程と、
前記プレストレストコンクリート製品に荷重を負荷したときのひび幅と前記鉄筋のひずみ量との測定値に基づいて、前記ひび幅と前記鉄筋に対する負荷応力との関係を導出する関係導出工程と、
使用環境下の前記プレストレストコンクリート製品のひび幅を測定し、前記関係に基づいて、該ひび幅に対応する該プレストレストコンクリート製品内部の鉄筋に対する負荷応力を算出する算出工程と、
を含んだことを特徴とする推定方法。
前記関係導出工程において、前記ひび幅と前記鉄筋に対する負荷応力との関係を、最小自乗法を用いて一次式で近似して導出することを特徴とする請求項１に記載の推定方法。
前記ひずみゲージは、使用環境下で前記鉄筋に負荷される荷重が相対的に大きい位置に貼付されていることを特徴とする請求項１または２に記載の推定方法。
前記ひび導入工程において、ひずみゲージの直上のコンクリート表面に、ひびの形成に先立って傷を入れることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の推定方法。