JP2744674B2 - き裂進展抑止方法 - Google Patents

き裂進展抑止方法

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JP2744674B2 JP12403290A JP12403290A JP2744674B2 JP 2744674 B2 JP2744674 B2 JP 2744674B2 JP 12403290 A JP12403290 A JP 12403290A JP 12403290 A JP12403290 A JP 12403290A JP 2744674 B2 JP2744674 B2 JP 2744674B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、繰り返し荷重を受けて疲労き裂が発生しや
すい橋梁、クレーン、建設機械等の機械、構造物寿命延
長対策として好適な、き裂進展抑止法に関する。
〔従来の技術〕
従来、橋梁、クレーン、建設機械等の機械、構造物の
構成部材に疲労き裂等のき裂が発見された場合の寿命延
長対策としては、下記方法がよく用いられている。
(1)溶接補修法;き裂部を除去して再溶接する方法。
(2)ストツプホール法;第12図の平面図に示すよう
に、構成部材1に発生したき裂2の両先端部に、部材表
裏に通ずる円形貫通孔すなわちストツプホール10を明け
て、き裂先端の高い応力集中を緩和する方法。
(3)高力ボルト摩擦接合法;第13図(A)平面図、
(B)側面図に示すように、き裂2を覆う添接板11を構
成部材1の表裏両面に当てて高力ボルト12で締め付け摩
擦接合する方法で、図示のように上記(2)項のストツ
プホール法を併用する場合が多い。
〔発明が解決しようとする課題〕
前述の従来技術には次のような問題点がある。
(1)溶接補修法は、溶接により高い引張残留応力が導
入されるため、比較的短寿命でき裂が再発、進展するこ
とがある。また大掛かりな工事内容となるため、供用下
では行い難い。
(2)ストツプホール法は、施工的には最も簡単である
が、ストツプホール部の応力集中により比較的短寿命で
ストツプホール端にき裂が再発、進展することがある。
(3)高力ボルト摩擦接合法は、き裂開口の拘束に加え
て添接板の応力分担により、安定した寿命延長効果が期
待できるが、平坦な構造部に発生した比較的大きなき裂
に限られる。また上記(1)項と同様に大掛かりな工事
内容となる。
本発明は、このような事情に鑑みて提案されたもの
で、ストツプホール法に準じた簡単な施工内容により機
械、構造物の構成部材に発生したき裂の進展を適確に抑
止することができ、高力ボルト摩擦接合法に準じた安定
した寿命延長効果を発揮することができるき裂進展抑止
方法を提案することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
機械、構造物の構成部材に発生したき裂の先端にドリ
ル加工等で穿孔し(ここまではストツプホール法と同
じ)、更にこの穴の中にテーパピンの挿入等で内圧を負
荷する。
〔作用〕
き裂先端部に明けた穴の内面にテーパピンの挿入等内
圧を負荷することで、 (1)くさび効果により外力の作用に対するき裂開口変
位を小さくすることができる。(このき裂開口変位の大
小が疲労き裂の発生に最も関係すると言われている) (2)穴の内面部をテーパピン等を挿入して降伏させる
ことで、穴の内表面が滑らかになり(表面仕上げ係数が
上がり)疲労強度が上昇する。
の効果が生まれ、従ってき裂進展は適確に抑止され、構
成部材はき裂が発生しているにも関わらず、長期使用に
耐えることができる。
〔実施例〕
本発明き裂進展抑止法の実施例を図面について説明す
ると、第1図,第2図は本発明方法の基本原理を示し、
第3図,第4図は第1実施例、第5図,第6図は第2実
施例、第7図,第8図は第3実施例を示す。第9図乃至
第11図は具体的実験例の説明図である。
まず第1図において、機械、構造物の構成部材1に作
用する荷重Sによって、き裂2が発生し、これから穿孔
しようとする穴縁部においてδ1の開口量を示してい
る。
そこで、本発明き裂進展抑止法においては、き裂2両
先端部に適宜形状、寸法の貫通穴3をドリル加工等によ
って穿孔する。
次いで、この貫通穴3に後述する圧力負荷治具(テー
パピン5)を挿入し、貫通穴3の内表面部が降伏するま
で圧力(p)4を負荷する。
これより、き裂2の開口量の絶対値は図中点線で示す
ようにδ2に増加するが、この開口量は、くさび効果で
構成部材1に作用する荷重Sが無くなってもほとんど変
化しなくなる。すなわち、第2図に示す如く、荷重Sの
繰り返し(変動荷重)に対するき裂先端部の開口変化量
Δδは皆無になる。疲労き裂の発生、進展は変動荷重Δ
Sに対するき裂先端部の開口部変化量Δδの大きさで決
まるためにこれを減じることで、その後のき裂進展が抑
止されることになる。さらに、穴の内表面部を降伏させ
ることで穴の内表面が滑らかになる(表面仕上げ係数が
上がり)ため、先の効果に重畳されて更に疲労強度は上
昇する。
次に第1実施例の第3図は、内圧負荷治具としてテー
パピン5aを使用した例で、これはテーパピン5aを貫通穴
3aに挿入して押し力Fを負荷し、2次的に穴3aの内表面
に圧力(p)4aを発生させるものである。テーパピン5a
の挿入限度は、第4図に示す如く、テーパピンの押し力
Fと挿入量xの関係を把握し、挿入量xに対し力Fが増
加しなくなった時(図中G点,挿入量xでみれば弾性限
度の1.5倍程度)とする。
また第2実施例の第5図は、内圧負荷治具として内部
にテーパピン5b、その外周に4分割のテーパ部を有する
円筒6bを配置した構造のものを使用した例で、これは先
ず4分割のテーパ部を有する円筒6bを貫通穴3bにセツト
し、テーパピン5bを円筒6bの中に挿入して押し力Fを負
荷し、2次的に穴3bの内表面に圧力(p)4bを発生させ
るものである。テーパピン5bの挿入限度は、第1実施例
の時と同様に、第6図に示す如く、テーパピンの押し力
Fと挿入量xの関係を把握し、挿入量xに対し押し力F
が増加しなくなった時(図中G点,挿入量xでみれば弾
性限度の1.5倍程度とする。
更に第3実施例の第7図は、内圧負荷治具として、貫
通穴3c内に薄肉円筒7cを有するの圧力容器を設置した例
である。第7図において、1は構成部材、2はき裂、3c
は貫通穴、7は薄肉円筒(圧力容器外筒、8は圧力容器
中子、9はOリング、10は圧力導入口、4cは半径方向に
発生した2次圧力である。1次圧力p1の負荷限度は、第
8図に示す如く、1次圧力p1と穴縁部の開口変位量δの
関係を把握し、開口変位量δに対し1次圧力p1が増加し
なくなった時(図中G点,開口変位量δでみれば弾性限
度の1.5倍程度)とする。
以下に、本発明方法の効果を調べるために片側切欠き
試験片による疲労試験を行った具体的実験例を、第9図
乃至第11図について説明する。
試験片は縦360mm,横90mm,厚さ9mmの鋼板で、この縦方
向中央部に片側のみ深さ10mmの放電ノツチを加工してお
り、この試験片を5本製作した。この5本の試験片にそ
れぞれ変調荷重4Tonを負荷して疲労試験を行った結果、
繰り返し数4〜5×10で、第9図(A)に示すように、
ノツチ先端より15mm長さの疲労き裂が発生、進展し、継
続して試験を行うと、図中の点線で示すように進展する
ことが予想された。
そこで、この時点で試験を中断し、先ず全ての試験片
に対し、第9図(B)に示す如く、き裂先端部にφ6mm
のドリル穴を開け、次にこのドリル穴に対し、第9図
(C)において、 1本目は、処理なしのもの(ストツプホール法の確
認)、 2本目は、上記第1実施例の方法で、ドリル穴の中
にテーパピンを4.5mm(板厚の半分)押し込んだもの
(穴の内表面部は降伏せず、第10図に示したF〜x線図
のb点)、 3本目は、上記第1実施例の方法で、ドリル穴の中
にテーパピンを9mm(板厚相当分)押し込んだもの(穴
の内表面部は一部降伏、第10図に示したF〜x線図のc
点)、 4本目は、上記第1実施例の方法で、ドリル穴の中
にテーパピンを13.5mm(板厚の1.5倍分)押し込んだも
の(穴の内表面部は全面降伏、第10図に示したF〜x線
図のd点)、 5本目は、上記第1実施例の方法で、ドリル穴の中
にテーパピンを18mm(板厚の2倍分)押し込んだもの
(穴の内表面部は全面降伏、第10図に示したF〜x線図
のe点)、 の処理を施し、中断前と同条件で疲労試験を再開した結
果、テーパピンを挿入しなかったの試験片は繰り返し
数5×105で穴端にき裂が再発したが、テーパピンを挿
入した〜の試験片はいずれも繰り返し数107まで疲
労き裂の発生は認められず、本発明の効果が確認され
た。
更にテーパピンの挿入量と疲労強度の関係を求めるた
めに、〜の試験片について、先ず変動荷重ΔSを5T
onに上げて繰り返し数107まで行い、これで疲労き裂の
発生が認められ無ければ、次に変動荷重ΔSを6Tonに上
げて繰り返し数107まで行うといった漸増法にて疲労試
験を再開した結果、テーパピンを4.5mm挿入したものは
ΔS=6Ton、テーパピンを9mm挿入したものはΔS=8To
n、更にテーパピンを13.5mm挿入したものはΔS=10Ton
でそれぞれ疲労き裂が発生した。なお、テーパピンを18
mm挿入したものの疲労き裂の発生は、13.5mm挿入したも
のと同様のΔS=10Tonであった。これらの事より、穴
の内表面に負荷する圧力は穴の内表面部が完全に降伏す
るまで行う必要があることが確認された。
これ等の疲労試験結果を線図で表示すると第11図の如
くなる。
〔発明の効果〕
本発明によるき裂進展抑止方法は、機械、構造物の構
成部材に発生したき裂の先端に部材表裏に通る適宜寸法
の貫通穴を穿設し、この穴にテーパピン等の圧力負荷治
具で半径方向の圧力を負荷することにより、次の効果を
有する。
ストツプホール法に準じた簡単な施工内容により、機
械、構造物の構成部材に発生したき裂の進展を適確に抑
止することができ、高力ボルト摩擦接合法に準じた安定
した寿命延長効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明き裂進展抑止方法の基本原理を説明する
平面図、第2図は同上の貫通穴に対する荷重と開口変位
量との関係を示す線図。第3図は本発明の第1実施例を
示し、(A)は平面図、(B)は(A)のX−X断面
図、第4図は同上のテーパピン押し力とテーパピン挿入
量との関係を示す線図。第5図は本発明の第2実施例を
示し、(A)は平面図、(B)は(A)のY−Y断面
図、第6図は同上のテーパピン押し力とテーパピン挿入
量との関係を示す線図。第7図は本発明の第3実施例を
示し、(A)は平面図、(B)は(A)のZ−Z断面
図、第8図は同上の1次圧力とき裂開口変位との関係を
示す線図。第9図は本発明の具体的実施例の作業順序の
説明図で、(A)はノツチを設けた試験片、(B)は試
験片に貫通穴を設けた状態、(C),,,,
は貫通穴に対するテーパピンの挿入状態を示す。 第10図は第9図(C),,,,の各状態にお
けるテーパピン押し量とテーパピン挿入量との関係を示
す線図、第11図は第9図に示した具体的実施例における
疲労試験結果を示す線図である。 第12図は従来のストツプホール法を示す平面図、第13図
(A)は従来の高力ボルト摩擦接合法を示す平面図、第
13図(B)は第13図(A)の側面図である。 1…構成部材、2…き裂 3…貫通穴、4…圧力 5…テーパピン

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】機械、構造物の構成部材に発生したき裂の
    先端にドリル加工等で穿孔し、更にこの穴にテーパピン
    等の圧力負荷治具により半径方向の圧力を負荷すること
    を特徴とするき裂進展抑止方法。
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