JP3594717B2 - 構造部材の亀裂監視装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、橋梁等を支える構造部材に発生する亀裂疲労を目視により早期発見できるようにした構造部材の亀裂監視装置の改良（疲労亀裂モニタリングセンサ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鉄道が大量輸送に果たす役割は大きく、特に高度経済成長期に登場した新幹線が在来線の常識を覆す高速輸送時代の幕開けとなったことは記憶に新しい。こうした高速輸送がもたらす恩恵の陰には、鉄路の安全を維持管理する地道な努力があることは言うまでもないが、新幹線等の高速鉄道も開設以来数十年の時を経たことで、鉄路や橋梁といった基幹部分の構造部材の一部に、金属疲労が原因と見られる亀裂が目立ち始めており、老朽化した構造部材を補強するか或いは交換する必要に迫られているのも事実である。こうした構造部材に発生する金属疲労は、いち早く発見することが事故防止に不可欠であり、様々な角度から定期的或いは非定期の検査が実施されている。特に、河川に敷設したコンクリートの橋脚に、鉄路を支える鉄骨部材を複雑に組み合わせて構成され橋梁は、車両が通過するたびに繰り返し振動荷重が加わる上、風雪による錆が見えない部分に傷を作り、それが亀裂を大きく広げる原因となるなど、苛酷な環境にさらされるだけに損耗も激しく、重点的な点検作業が要求される。
【０００３】
一般に、保線区で鉄路の管理維持に当たる作業員は、列車走行の合間を縫うか、或いは列車が走行しない夜間等を利用して、橋脚の隅々までを目視によりチェックする必要がある。このため、例えば応力集中が予想される箇所の構造部材に、予め楔状の亀裂を形成した検査部材を張り付けておき、この検査部材の亀裂の深さを目視により観察し、一定限界を越えて亀裂が生じている場合は、その部分の構造部材に生じた金属疲労が危険レベルに達しているものと判断するなどの監視体制が採られてきた。
【０００４】
具体的には、図６，７に側面図と平面図の一部を概略示す橋梁１の場合、枕木２を並べてその上に敷設した鉄路３と直交し、橋脚４によって支えられる横桁となるＩ型鋼５や、これらのＩ型鋼５，５間に橋架される他のＩ型鋼（図示せず）のうち、応力集中が予想される箇所の構造部材を選んで検査部材６を張り合わせる。この検査部材６は、図８に示したように、Ｉ型鋼５のフランジ部５ａの一部に、楔状の切り欠き６の付いた金属板をボルト締め固定したものであり、疲労亀裂を監視するフランジ部５ａに作用する応力が検査部材６にも作用することを受け、金属疲労に比例して切り欠き６ａが成長するため、切り欠き６ａが危険レベルまで伸長した時点で構造部材の補強或いは交換の目安としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の亀裂監視装置７は、Ｉ型鋼５等の構造部材の応力集中が予想される箇所に切り欠き付６ａきの検査部材６を張り付ける構成であり、図示したように、Ｉ型鋼５のフランジ部５ａに比べ数分の一又は数十分の一の大きさの検査部材６を用いるため、Ｉ型鋼５に作用する応力と同じ応力が検査部材６に作用しているとは限らず、実際に荷重を支えるＩ型鋼５と検査部材６との応力環境のギャップから、実際よりもかなり早期に疲労限界に近づきつつあると判断してしまったり、或いはその逆にＩ型鋼５が疲労限界に達しているにもかかわらず、検査部材６からはＩ型鋼５が既に疲労限界に達したことを把握できず、金属疲労を看過したことで大事に至ることがある等の課題を抱えていた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、構造部材に直に切り欠きを形成し、かつ切り欠きを設けた部分の応力挙動を変化させないよう、構造部材の切り欠き部を補強する補強部材により、切り欠きが一定深さ以上進行する前に危険を報知できるようにするか、或いは構造部材に対しほぼ同一形状の検査部材を張り合わせ、構造部材と等価な応力環境に置かれた検査部材により、亀裂疲労を的確に検出することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、亀裂疲労の監視対象とされ、所定箇所に楔状の切り欠きが形成された構造部材と、該構造部材の前記切り欠きの近傍に組み付けられ、前記切り欠きの形成に伴う強度の低下を補償するとともに、疲労限界に対応する切り欠きの成長限界を指示する補強部材とを具備することを特徴とする構造部材の亀裂監視装置を提供することにより、前記目的を達成するものである。
【０００８】
また、本発明は、亀裂疲労の監視対象とされる構造部材と、該構造部材とほぼ同一形状を有し、所定箇所に楔状の切り欠きが形成され、該構造部材に組み付けられ、前記構造部材の疲労限界を示す切り欠きの成長限界を指示する検査部材とを具備することを特徴とする亀裂監視装置を提供することにより、前記目的を達成するものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし図５を参照して説明する。図１は、本発明の構造部材の亀裂監視装置の一実施形態を示す斜視図、図２は、図１に示した構造部材の一部拡大斜視図、図３は、図１に示した構造部材と補強部材の関係を示す平面図、図４は、本発明の構造部材の亀裂監視装置の他の実施形態を示す斜視図、図５は、図４に示した構造部材の一部拡大図である。
【００１０】
図１に示す構造部材の亀裂監視装置１１は、橋梁等の主要骨格部分の実際の構造部材として用いられるＩ型鋼の亀裂疲労を監視するものであり、構造部材であるＩ型鋼１２の端面に溶接されたフランジ部１２ａに例えば楔状の切り欠き１３を形成し、この切り欠き１３の最深部に端面を合わせ、図２に示したように、補強部材、例えば補強板１４を例えば、ボルト締め固定して構成してある。この場合、注目すべきは、補強板１４を構造部材に取付けても構造部材自体の応力分布は変らない、即ち、応力の流れは同じであり、この切り欠きが全て切れて構造部材が破断したときに補強板が補強の役目を果すことである。
【００１１】
補強板１４は、図３に示したように、Ｉ型鋼１２の切り欠き１３の近傍に締結ボルト１５を用いて組み付けられ、切り欠き１３の形成に伴う強度の低下を補償するとともに、疲労限界に対応する切り欠き１３の成長限界を指示する。具体的には、切り欠き１３の成長限界を示す位置に、補強板１４の前縁部を合わせ、その位置で締結ボルト１５を用いて補強板１４をＩ型鋼１２に組み付けてある。
【００１２】
フランジ部１２ａに形成した切り欠き１３は、金属疲労の進行とともにその深さを増すが、切り欠き１３の最深部が補強板１４の端面に達した時点で、疲労限界と判断することができる。従って、ここに示した疲労監視装置１１によれば、Ｉ型鋼５の近傍に配設した検査部６材に切り欠き６ａを形成して構造部材の亀裂疲労を検査する従来の装置７と異なり、構造部材であるＩ型鋼１２自体に切り欠き１３を形成したことで、Ｉ型鋼１２を取り囲む現実の応力環境のなかでＩ型鋼１２の疲労の程度を正確に把握することができる。従って、構造部材とは応力環境が異なる検査部材を通じた検査が原因で疲労限界に達した旨の判断が遅れたり、時期尚早であったりすることはなく、Ｉ型鋼１２の亀裂疲労を確実にしかも正確に検査することができる。
【００１３】
なお、上記実施例では、Ｉ型鋼１２に直接切り欠き１３を形成するようにしたが、図４，５に示す疲労監視装置２１のごとく、Ｉ型鋼２２には切り欠きを形成せず、検査対象となるＩ型鋼２２のフランジ部２２ａと同一形状の検査部材２３で、予め切り欠き２３ａが形成済みのものを用意し、これをＩ型鋼２２に締結ボルト等により張り合わせ、検査部材２３に形成した切り欠き２３ａの成長を監視する構成とすることもできる。すなわち、従来のように構造部材の数分の一或いは数十分の一の大きさしかない検査部材を単に切り欠きをもった部材として応力集中箇所に張り付けるのではなく、補強部材ともなる検査部材２３をもって、亀裂疲労を監視するのである。
【００１４】
この場合、検査部材２３が構造部材であるＩ型鋼２２の強度を補強し、同時にまたＩ型鋼２２が検査部材２３を補強するという相互の補強効果によって、検査部材２３がＩ型鋼２３単体の疲労を体現しにくくなるといった懸念もあるが、Ｉ型鋼５のフランジ部５ａの数分の一又は数十分の一の大きさの検査部材６を用いる従来の疲労監視装置１に比べ、以下の点で優れている。
【００１５】
（１） 構造部材（Ｉ型鋼２２のフランジ部２２ａ）と検査部材２３が同一形状であり、両者を張り合わせてあるため、応力の再現性が優れる。すなわち、構造部材に作用する応力が検査部材２３に作用する応力として正確に再現され、検査部材２３を監視することが構造部材を監視することと等価となる。
【００１６】
（２） 同一条件で使用される同種の構造部材が多数含まれる橋梁の亀裂検査方法として、すべての構造部材に補強部材を付加するのではなく、代表的な部材に対してだけ補強を兼ねて検査部材２３を付加するだけで済むため、非常に安価に監視体制を築くことができる。
【００１７】
（３） 仮に検査部材２３が破断するに至っても、構造部材は現存するため、精密検査により構造部材が疲労限界に達していないことが分かれば、検査部材２３の交換だけで監視体制を継続することができ、構造部材には傷を付けないことのメリットを最大限活かすことができる。
【００１８】
このように、上記の構造部材の亀裂監視装置２１によれば、構造部材であるＩ型鋼２２のフランジ部２２ａとほぼ同一の形状を有し、所定箇所に楔状の切り欠き２３ａが形成された検査部材２３をフランジ部２２ａに組み付け、フランジ部２２ａの疲労限界を示す切り欠き２３ａの成長限界を指示するようにしたから、検査部材２３に関する応力の再現性が優れており、また代表的な構造部材に対してだけ補強を兼ねて検査部材２３を付加するため、監視コストを抑えることができ、また仮に検査部材２３が破断するに至っても、検査部材２３の交換だけで監視体制を継続することができるため、監視体制の維持コストも少なくて済む。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、亀裂疲労の監視対象とされる実際の構造部材に切り欠きを設けると共に、この切り欠きの形成に伴う強度の低下を補償するとともに、疲労限界を示す切り欠きの成長限界を指示する補強部材を構造部材に取付けるようにしたから、構造部材の近傍に配設した検査部材に切り欠きを形成して構造部材の亀裂疲労を検査する従来の装置と異なり、構造部材自体に切り欠きを形成したことで、構造部材が受ける現実の応力環境のなかで構造部材の疲労の程度を実際に把握することができ、厳密には構造部材とは応力環境が異なる検査部材を通じた検査によって、疲労限界に達した旨の判断が遅れたり、時期尚早であったりすることはなく、構造部材の亀裂疲労を確実にしかも正確に検査することができる等の優れた効果を奏する。
【００２０】
また、本発明は、亀裂疲労の監視対象とされる構造部材と、該構造部材と同程度の大きさを有し、所定箇所に楔状の切り欠きが形成され、該構造部材に組み付けられ、前記構造部材の疲労限界を示す切り欠きの成長限界を指示する検査部材とを具備する構成としたから、構造部材とほぼ同一の形状を有し、所定箇所に楔状の切り欠きが形成された検査部材を、構造部材に組み付け、前記構造部材の疲労限界を示す切り欠きの成長限界を指示するようにしたから、検査部材に関する応力の再現性が優れており、また代表的な構造部材に対してだけ補強を兼ねて検査部材を付加するため、監視コストを抑えることができ、また仮に検査部材が破断するに至っても、検査部材の交換だけで監視体制を継続することができるため、監視体制の維持コストも少なくて済む等の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造部材の亀裂監視装置の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した構造部材の一部拡大斜視図である。
【図３】図１に示した構造部材と補強部材の関係を示す平面図である。
【図４】本発明の構造部材の亀裂監視装置の他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】図４に示した構造部材の一部拡大図である。
【図６】橋梁の側面図である。
【図７】図６に示した橋梁の平面図である。
【図８】図７に示した検査部材の取付け箇所を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
１１，２１ 構造部材の亀裂監視装置
１２，２２ Ｉ型鋼
１２ａ，２２ａ フランジ部
１３，２３ａ 切り欠き
１４ 補強板
１５ 締結ボルト
２３ 検査部材

Claims (1)

1. 疲労亀裂の監視対象とされる実際の構造部材に切り欠きを形成すると共に、該構成部材の前記切り欠きの形成に伴う強度の低下を補償し且つ疲労限界に対応する切り欠きの成長限界を指示する補強部材を前記構造部材に取り付け、前記補強部材は、金属疲労の進行と共にその切り欠きの深さを増す方向に設けられたことを特徴とする構造部材の亀裂監視装置。

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