JP5519268B2 - 鋼管柱地中部の欠陥評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、下部が地中に埋設された鋼管柱地中部の腐食欠陥を、超音波探傷により評価するようにした鋼管柱地中部の欠陥評価方法に関し、さらに詳しくは、測定が容易で、簡単に即時に評価できる信頼性の高い評価方法に関する。

山間部や狭所で電柱等に使用される肉厚２〜４ｍｍ程度の薄肉軽量組立鋼管柱は、内外面に亜鉛メッキが施されているが、埋設された鋼管柱地中部が、長期間の使用により腐食して劣化し、肉厚が薄くなって欠陥となり、最悪の場合倒壊する危険性がある。

そのため、鋼管柱地中部の欠陥を検出して評価し、鋼管柱地中部の補強及び建て替えの要否を判定する必要がある。
そこで、本出願人は、平成１９年に鋼管柱地際部の欠陥評価方法を特許出願している。

それは、下部が地中に埋設された鋼管柱の地上部に超音波探傷器の探触子を取り付け、探触子により超音波を地中部に向け発信してエコーを受信し、探触子が受信したエコーから、
第１評価手段において、鋼管柱地際部からのエコー高さ総和と、鋼管柱端面部からのエコー高さ総和との比を複数段に評価し、
第２評価手段において、鋼管柱地際部からのエコー高さ総和と、鋼管柱地中部全体からのエコー高さ総和との比を複数段に評価し、
第３評価手段において、第１評価手段の複数段の評価と第２評価手段の複数段の評価から、鋼管柱地際部の欠陥を複数段に評価する鋼管柱地際部の欠陥評価方法である。

特開２００９−０３６５３１号公報

前記特許文献１に記載された鋼管柱地際部の欠陥評価方法は、鋼管柱地際部からのエコーの解析に高度の技術知識が必要であり、そのため専門家でないと欠陥を評価できなく、検査ができない。さらに、欠陥を評価するプログラムも複雑であり、現地で使用する超音波探傷器に組み込むことができず、現地で簡単に即時に評価し結果を得ることができないという問題点がある。

本発明は、前記の問題点に留意し、高度の技術知識を要さず、専門家でなくても検査でき、現地で簡単に即時に鋼管柱地中部の腐食欠陥の健全、不健全を評価でき、かつ、欠陥を評価するプログラムも簡単で、現地で使用する超音波探傷器に容易に組み込むことができる鋼管柱地中部の欠陥評価方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の鋼管柱地中部の欠陥評価方法は、
下部が地中に埋設された鋼管柱の地上部に超音波探傷器の探触子を取り付け、前記探触子により超音波を地中部に向け発信してエコーを受信し、
前記探触子が受信したエコーから、
前記鋼管柱地中端面部からのエコー高さ総和の、前記鋼管柱地中部全体からのエコー高さ総和に対する比を求め、
前記比が設定閾値以上の場合、前記鋼管柱地中部に腐食欠陥なしと評価し、
前記比が前記設定閾値未満の場合、前記鋼管柱地中部に腐食欠陥ありと評価する（請求項１）。

そして、鋼管柱地中端面部が、超音波探傷器の表示画面上での距離で、鋼管柱地中端面から上５０ｍｍと下１００ｍｍの間の範囲を含むことが望ましい（請求項２）。

また、鋼管柱地中部全体が、超音波探傷器の表示画面上での距離で、鋼管柱地際から鋼管柱地中端面の下１００ｍｍの間の範囲を含むことが好ましい（請求項３）。

さらに、設定閾値が、３５％と４５％の間の値であることが有効である（請求項４）。

本発明の鋼管柱地中部の欠陥評価方法は、鋼管柱地中端面部からのエコー高さ総和の、鋼管柱地中部全体からのエコー高さ総和に対する比を求め、その比が設定閾値以上の場合、鋼管柱地中部に腐食欠陥なしと評価し、前記比が前記設定閾値未満の場合、鋼管柱地中部に腐食欠陥ありと評価するため、高度の技術知識を要さず、専門家でなくても検査でき、現地で簡単に即時に鋼管柱地中部の健全、不健全を評価でき、かつ、欠陥を評価するプログラムも簡単で、現地で使用する超音波探傷器に容易に組み込むことができる。

そして、鋼管柱地中端面部が、超音波探傷器の表示画面上での距離で、鋼管柱地中端面から上５０ｍｍと下１００ｍｍの間の範囲を含み、また、鋼管柱地中部全体が、超音波探傷器の表示画面上での距離で、鋼管柱地際から鋼管柱地中端面の下１００ｍｍの間の範囲を含み、さらに、設定閾値が、３５％と４５％の間の値であることにより、有効に鋼管柱地中部の欠陥を評価することができる。

本発明の実施の形態の模式図である。 （Ａ）は鋼管柱の一部断面図と探触子を示し、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、超音波探傷器のエコーの表示図である。

本発明の鋼管柱地中部の欠陥評価方法を実施するための実施例を、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、肉厚２〜４ｍｍ程度の薄肉鋼管柱を複数本接続し、下端の鋼管柱は全体が地中に埋設され、下から２番目の鋼管柱１は下部が地中に埋設されて建柱されたものであり、その下から２番目の鋼管柱１の地中部の腐食欠陥を超音波探傷器により超音波探傷を行う。

同図において、２は鋼管柱１の地上部に取り付けられた超音波探傷器の探触子であり、その取付位置は、探触子２の近距離限界以上の距離を確保するため、地際３の上３００ｍｍ程度が望ましく、本実施の形態では、地際３の上３００ｍｍに取り付けている。

超音波探傷に際し、前記探触子２から地中部に向けてＳＨ波を発信し、そのエコーを受信し、鋼管柱１の地中端面４付近の端面部Ｔからのエコー高さ総和Ｔ′（エコー面積）及び鋼管柱１の地中部全体Ｕからのエコー高さ総和Ｕ′（エコー面積）を得る。

前記端面部Ｔは、超音波探傷器の表示画面上での距離で、鋼管柱１の地中端面４の上１００ｍｍ前後と、下１００ｍｍないし３００ｍｍとの間の範囲であり、望ましくは、地中端面４の上１００ｍｍと下２００ｍｍとの間の範囲であり、少なくとも、地中端面４の上５０ｍｍと下１００ｍｍの間の範囲を含む。

そして、端面部Ｔの範囲として、地中端面４の上１００ｍｍと下３００ｍｍとの間の前記範囲を越えて拡大し、或いは地中端面４の上５０ｍｍと下１００ｍｍとの間の範囲に満たずに縮小すると、資料として不適切或いは不充分なものとなる。

本実施の例では、端面部Ｔは、地中端面４の上１００ｍｍと下２００ｍｍとの間の範囲としている。

鋼管柱１の地中部全体Ｕは、地際３と端面部Ｔの間の範囲であり、地際３と地中端面４の下２００ｍｍとの間の範囲であり、地際３から上５０ｍｍの範囲を含んでもよいが、地中部全体Ｕとしては、少なくとも、地際３と端面４の下１００ｍｍの間の範囲を含み、本実施例では、地中部全体Ｕは、地際３と地中端面４の下２００ｍｍの間の範囲としている。

図２（Ａ）は、鋼管柱の一部の断面図であり、鋼管柱１の地際３から鋼管柱１の地中端面４までの距離は５００ｍｍ、地際３から探触子２までの距離は３００ｍｍである。

同図（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、超音波探傷器のエコーの表示画面の例を示し、（Ｂ）は鋼管柱１の埋設部分即ち地中部が健全な場合、（Ｃ）は地際３の付近に腐食がある場合、（Ｄ）は地際付近が軽度腐食に近い場合である。

同図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の探触子からの距離の目盛において、０が探触子２の位置、３００ｍｍが鋼管柱１の地際３の位置、８００ｍｍが鋼管柱１の地中端面４の位置であり、同図（Ｄ）に示すように、端面部Ｔは、地中端面４；８００ｍｍの上１００ｍｍの７００ｍｍと、地中端面４；８００ｍｍの下２００ｍｍの１０００ｍｍとの間の範囲、地中部全体Ｕは地際３；３００ｍｍと、地中端面４；８００ｍｍの下２００ｍｍの１０００ｍｍとの間の範囲である。

そして、前記探触子２により超音波を鋼管柱１の地中部Ｓに向け発信してエコーを受信し、探触子２が受信したエコーから、鋼管柱１地中部Ｓ（鋼管柱１の地際３と地中端面４との間）に腐食欠陥がなければ、鋼管柱１地中端面４付近の前記端面部Ｔからのエコーが主として検出され、鋼管柱１地中部Ｓに腐食欠陥があると、鋼管柱１地中部Ｓからの腐食欠陥のエコーと鋼管柱１地中端面４付近の端面部Ｔからのエコーが検出される。

ここで、鋼管柱１地中部Ｓの腐食欠陥が大きくなるにつれ、端面部Ｔからのエコーが小さくなる傾向があることに着目し、鋼管柱１地中部Ｓに腐食欠陥があるか否か、不健全か健全かを評価する。

具体的には、まず、鋼管柱１の地際３の上３００ｍｍの位置にマークを入れ、そのマークの位置に超音波探傷器の探触子２を上向きに設置し、鋼管柱１の地上端面５に向かって超音波を発信し、その反射波により地上端面５と探触子２間の距離Ｘｍｍを測定し、既知の鋼管柱１の長さＹｍｍからＸｍｍを減算し、探触子２と地中端面４間の距離Ｚｍｍ（Ｚｍｍ＝Ｙｍｍ−Ｘｍｍ）を算出する。

つぎに、前記マークの位置に探触子２を下向きに設置し、探触子２から鋼管柱１の地中部Ｓに向かって超音波を発信し、前記地中部Ｕからのエコーを得る。

そして、前記超音波探傷器の表示画面上の距離で、前記端面部Ｔ、即ち地中端面路程Ｚｍｍから１００ｍｍ減算した位置（Ｚｍｍ−１００ｍｍ）と、地中端面路程Ｚｍｍに２００ｍｍを加算した位置（Ｚｍｍ＋２００ｍｍ）との間の範囲からのエコー高さ総和Ｔ′（エコー面積）と、前記地中部Ｕ全体、即ち地際３路程３００ｍｍと、地中端面路程Ｚｍｍに２００ｍｍを加算した位置（Ｚｍｍ＋２００ｍｍ）との間の範囲からのエコー高さ総和Ｕ′（エコー面積）とを求める。

つぎに、前記端面部Ｔからのエコー高さ総和Ｔ′の、前記地中部Ｕ全体からのエコー高さ総和Ｕ′に対する比Ｗを算出する。

算出した前記比Ｗを設定した設定閾値Ｖと比較し、前記比Ｗが前記設定閾値Ｖ以上の場合、前記鋼管柱１の地中部Ｓに腐食欠陥なく健全と評価し、前記比Ｗが前記設定閾値Ｖ未満の場合、前記鋼管柱１の地中部Ｓに腐食欠陥があって不健全と評価する。

本実施例では、超音波探傷器によるデータと、掘削して確認したデータとより、前記設定閾値Ｖを４０％と設定した。

前記健全、不健全の評価を建柱状態で、鋼管柱１の周面の等間隔の複数個所の位置において行う。前記周面の等間隔の位置の個数は、多い方がよいが、８個ないし１６個が望ましい。

つぎに、建柱状態にある甲地区（９本）、乙地区（９本）及び丙地区（８本）のそれぞれの鋼管柱につき超音波探傷を行い、その前記比Ｗ、前記評価及び掘削して実測し確認した掘削結果の実例について説明する。

各鋼管柱に対し、周面の等間隔の１６個所について、前記端面部Ｔからのエコー高さ総和Ｔ′の、前記地中部Ｕ全体からのエコー高さ総和Ｕ′に対する比Ｗを求め、その比Ｗが、低い連続した３個所について、前記比Ｗ（％）と、それぞれ深さ２０ｃｍ程度掘削して腐食状態を確認した掘削状況とを、甲地区は表１、乙地区は表２及び丙地区は表３にそれぞれ示す。

各表において、鋼管柱の減肉が、殆どないのを健全、２５％未満を微小腐食とし、２５％から５０％未満を軽度腐食、５０％以上を重度腐食として表示している。

例えば甲地区の柱符合Ｈの場合、位置符合Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の３個所については、比Ｗが７．１％、８．２％、５．９％と、それぞれ掘削状況が軽度腐食を示す。

つぎに、表４は、前記比Ｗ（％）を１０等分に区分するとともに、掘削確認による前記健全及び微小腐食を健全（腐食無し）と、前記軽度腐食及び重度腐食を不健全（腐食有り）とに区分し、前記比Ｗ（％）の１０等分の区分及び掘削確認の区分に、各鋼管柱の位置符合を対応して表示したものである。

つぎに、表５は、本実施例では、設定閾値Ｖを４０％として評価し、前記比Ｗが設定閾値Ｖ４０％以上を健全（腐食無し）、４０％未満を不健全（腐食有り）とし、その区分と、掘削確認による健全、不健全の区分に対応して表示したものである。

同表５に示すように、前記評価による不健全の位置符合のもののうち４５件は、前記掘削確認による不健全の位置符合のものと全く一致し、前記評価による健全の区分に、掘削確認による不健全の位置符合のものは１件もない。

一方、前記評価による不健全の区分のうち、４件が掘削確認による健全の区分に区分されているが、前記評価による方が、掘削確認によるよりも重い方に評価しており、軽い方に評価するよりは良く、現実的には問題がない。

また、前記評価による健全の区分のもの２９件は、前記掘削確認による健全の区分に合致している。

なお、前記設定閾値Ｖは、４０％に限定されるものではなく、若干増減しても差し支えなく、前記設定閾値Ｖは、少なくとも３５％と４５％の間の値であることが有効であり、前記設定閾値Ｖが３５％より小さいと、前記評価による健全の区分に、掘削確認では不健全に区分されるものが含まれる可能性が高く、適切でなく、また、設定閾値Ｖが４５％より大きいと、掘削確認では健全の区分のものが、前記評価では不健全の区分に含まれるものがあり、厳しすぎて現実的でなく不適切である。
また、前記設定閾値Ｖは、調査対象の鋼管柱の表面処理状態によっては増減することがある。

１ 鋼管柱
２ 探触子
３ 地際
４ 地中端面
Ｓ 鋼管柱地中部
Ｔ 地中端面部
Ｕ 地中部全体

Claims (5)

1. 下部が地中に埋設された鋼管柱の地上部に超音波探傷器の探触子を上向きに設置し、前記鋼管柱の地上端面に向かって超音波を発信し、その反射波により前記地上端面と前記探触子間の距離Ｘｍｍを測定し、既知の前記鋼管柱の長さＹｍｍから前記距離Ｘｍｍを減算し、前記探触子と鋼管柱地中端面間の距離Ｚｍｍを算出するとともに、
   前記鋼管柱の地上部に前記探触子を下向きに設置し、前記探触子により超音波を地中部に向け発信してエコーを受信し、
   前記探触子が受信したエコーから、
   前記鋼管柱地中端面部からのエコー高さ総和の、前記鋼管柱地中部全体からのエコー高さ総和に対する比を求め、
   前記比が設定閾値以上の場合、前記鋼管柱地中部に腐食欠陥なしと評価し、
   前記比が前記設定閾値未満の場合、前記鋼管柱地中部に腐食欠陥ありと評価し、
   前記鋼管柱地中端面部からのエコー高さ総和は、前記探触子と前記鋼管柱地中端面間の前記距離Ｚｍｍから１００ｍｍ減算した位置（Ｚｍｍ−１００ｍｍ）と、前記探触子と前記鋼管柱地中端面間の前記距離Ｚｍｍに２００ｍｍを加算した位置（Ｚｍｍ＋２００ｍｍ）との間の範囲のエコー面積として求められる
   ことを特徴とする鋼管柱地中部の欠陥評価方法。
2. 鋼管柱地中端面部が、超音波探傷器の表示画面上での距離で、鋼管柱地中端面から上５０ｍｍと下１００ｍｍの間の範囲を含むことを特徴とする請求項１記載の鋼管柱地中部の欠陥評価方法。
3. 鋼管柱地中部全体が、超音波探傷器の表示画面上での距離で、鋼管柱地際から鋼管柱地中端面の下１００ｍｍの間の範囲を含むことを特徴とする請求項１または請求項２記載の鋼管柱地中部の欠陥評価方法。
4. 設定閾値が、３５％と４５％の間の値であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の鋼管柱地中部の欠陥評価方法。
5. 前記鋼管柱地中部全体のエコー高さ総和が、地際と、前記探触子と鋼管柱地中端面間の前記距離Ｚｍｍに２００ｍｍを加算した位置（Ｚｍｍ＋２００ｍｍ）との間の範囲のエコー面積として求められることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の鋼管柱地中部の欠陥評価方法。

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