JP5691576B2

JP5691576B2 - 飛来塩分量の推定方法

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Publication number: JP5691576B2
Application number: JP2011022146A
Authority: JP
Inventors: 勇鹿毛; 進一三浦; 村瀬　正次; 正次村瀬; 星野　俊幸; 俊幸星野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-02-03
Filing date: 2011-02-03
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2031-02-03
Also published as: JP2012163374A

Description

本発明は、海岸域から飛来する塩分量を推定する方法に関し、特に、無塗装の耐候性鋼の橋梁等への使用可否を判定するのに好適な、飛来塩分量を推定する方法に関するものである。

土木建築の分野において、例えば橋梁などの建築構造物に対する鋼材の適否判断には、鋼材等の金属の腐食に及ぼす環境因子を考慮することが肝要である。この環境因子としては、気温、濡れ時間、飛来塩分量が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。このうち、飛来塩分量は、金属腐食にとって最も影響の大きい環境因子であるため、腐食の進行状況の予測や鋼種等の金属種の適用可否の判定を行うためには、飛来塩分量を精度良く求めることが必要になる。

上記の環境因子のうち、気温については、長年に亘って継続的に観測されており、例えば気象庁のデータベースを参照することができる。これに対して、飛来塩分量については、現時点では継続的に測定されたデータベースが存在しないため、ＪＩＳＺ２３８２に示されているガーゼ法などにより実測するか、あるいは推定することとなる。

ここで、飛来塩分量を実測する場合には、例えば構造物の建設が予定されている場所において、１年もしくは複数年に及ぶ期間の測定が必要となるが、それでは構造物の設計時に、鋼材の選定や、めっきの種類、あるいは防食方法等を速やかに判断することができない。そこで、こうした判断を正確かつ速やかに行えるように、飛来塩分量を簡便かつ高精度に推定する方法の確立が希求されている。

このような推定方法について、特許文献１には、海岸から所定の位置における構造物までの離岸距離に基づいて、所定の位置における飛来塩分量を推定する方法が提案されている。
また、特許文献２には、海岸から構造物までの地形を考慮した飛来塩分の地形低減係数を用いた推定方法について記載されている。

特開２００６−２０８３４６号公報特開２００５−２６４７１６号公報

しかし、特許文献１に記載の方法は、海岸から推定対象である所定の位置までの地形を考慮しておらず、推定される飛来塩分量は平均的な環境の値であり、より汎用性の高い手法が求められていた。
この点、特許文献２に記載の方法は、塩分の飛来に対して地形の影響を考慮しているため汎用性は向上しているが、精度については改善の余地を有している。

即ち、飛来塩分量の推定値が実測値よりも小さい場合には、想定よりも早く鋼材等の腐食が進行することになるため、リスクを伴うことになる。一方、推定値が実測値よりも大きい場合には、本来無塗装の耐候性鋼等を使用できたにも関わらず、塗装された鋼を使用することになるため、結果としてコストの上昇に繋がることになる。

そこで、本発明の目的は、例えば構造物の設計を行う際に鋼材の選択や塗装の有無などの選定を速やかに行えるように、飛来塩分量の推定対象位置に対し、飛来塩分量を高精度かつ簡便に推定する方法を提供することにある。

発明者らは、上記課題を解決するための方法について鋭意究明したところ、飛来塩分量の推定には、海岸における飛来塩分の発生を考慮することが肝要であることを知見した。そこで、該飛来塩分の発生機構について検討したところ、海岸での波の高さが飛来塩分量と密接に関係していることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明の飛来塩分量の推定方法は、対象となる地点における飛来塩分量を推定するに当たり、前記対象地点から該対象地点に最近接する海岸までの離岸距離と、当該海岸での波高強度から前記飛来塩分量を推定し、前記離岸距離：Ｄ、前記波高強度：Ｈ、定数：Ｃαとして、前記飛来塩分量：Ｃを下記式に従って求めるとを特徴とするものである。

本発明の飛来塩分量の推定方法において、前記波高強度を、波の高さが２ｍ以上となった年間日数とすることを特徴とする。

本発明により、推定対象位置に対するばらつきが少なく、所定の位置における飛来塩分量を高精度かつ簡便に推定することができる。

従来の推定方法を模式的に示す図である。無塗装耐候性鋼橋梁の適用地域区分を示す図である。本発明の推定方法を模式的に示す図である。本発明の推定方法による飛来塩分量の推定値と実測値の関係を示す図である。特許文献１の推定方法による飛来塩分量の推定値と実測値の関係を示す図である。

ここで、図面を参照して、本発明の飛来塩分量の推定方法について詳しく説明する。
本発明の飛来塩分量の推定方法は、対象となる地点における飛来塩分量を推定するに当たり、前記対象地点から該対象地点に最近接する海岸までの離岸距離と、当該海岸での波高強度とから、飛来塩分量を推定することを特徴とするものである。これにより、海岸における波が塩分の発生に与える影響を考慮に入れて飛来塩分量を推定することができる。その際、飛来条件（移送）を考慮せずとも精度良く予測できることが、本願の特徴である。

具体的には、以下の式（１）を使用する。

ここで、Ｃは推定飛来塩分量、Ｄは離岸距離、Ｈは波高強度、Ｃ_αは定数である。
上式における各々のパラメータの定義については後に詳述するが、いずれのパラメータも、気象庁等により公開された観測データから容易に決定することができるため、式（１）を用いることにより、所定の位置における飛来塩分量を簡便かつ高精度に推定することができる。
以下に、式（１）を用いた本発明の推定方法を、前記した特許文献１の方法と比較して説明する。そこで、まず特許文献１に記載の推定方法について説明する。

特許文献１に記載の飛来塩分量の推定方法は、海岸から推定対象である所定の位置までの離岸距離に基づいて推定する方法であり、以下の式（２）を使用する。

ここで、Ｃは推定飛来塩分量、Ｃ_０は地域係数、Ｄは離岸距離である。
この式（２）は、全国の約３００地点での飛来塩分量の実測データから導き出されたものである。離岸距離Ｄは、海岸線から、例えば構造物を建設する等の所定の位置までの距離である。例えば、島における特定の場所のように、周囲が海で囲まれているような場所については、推定対象位置から最近接である海岸までの離岸距離を選択する。

Ｃ_０は地域係数と呼ばれる係数であり、図２に示すように日本列島を大きく幾つかに分割し、各地域の地形等を考慮して求められた係数である。図２中に示された各地域における数値は、飛来塩分量を評価する必要なしに無塗装の耐候性鋼を使用できる離岸距離である。この数値は、５０年の推定片側板厚減少量が０．３ｍｍ以下、という金属の腐食寿命を判断する１つの基準に基づくものである。図２から、日本海沿岸部Ｉにおいては他の地域に比べて飛来塩分量が多いことが分かる。また、沖縄については、周囲が海で囲まれているため上記の基準を満足する場所が存在せず、耐候性鋼を使用できないことを意味している。

このように、特許文献１の方法においては、地域係数Ｃ_０および離岸距離Ｄのみから所定の位置における飛来塩分量Ｃを推定する。しかし、式（２）は、陸上で測定された飛来塩分量の値に基づいて単純回帰によって導出されたものであるため、実施例に示すように、推定対象位置に対するばらつきが大きい。特許文献２においては、海岸からの地形因子に基づく飛来塩分の地形低減係数を考慮しているが、それでもばらつきについては依然として改善の余地を有している。本発明はこうした推定対象位置に対するばらつきを大きく低減するものである。ここで本発明による飛来塩分量の推定方法について説明する。

発明者らは、上述の背景の下で、飛来塩分量の推定の精度を向上させるためには、海岸における飛来塩分の発生を考慮することが肝要であること、即ち、図３に模式的に示すように、該飛来塩分の発生には、海岸での波の高さが密接に関係していること、を見出した。また、このような飛来塩分の発生機構について検討したところ、海水に含まれる塩分が地上の所定の位置までに飛来するのは、海岸付近で発生した波が崩れ、その際に生じた水しぶきが海風に混じって地上まで移送されるからである。従って、飛来塩分の発生を考慮するためには、波の高さをパラメータとして取り込むことが必要であることを新たに知見したのである。

本発明においては、パラメータを設定する際の簡便性を考慮して、海岸での波の高さが２ｍ以上となった年間日数を波高強度として定義し、海岸での塩分発生の効果を取り込む。ここで、波の高さの下限を２ｍとしたのは、高波浪の定義の１つの基準とされているためである（例えば、小田幸伸、他４名、「波浪による海底砂質地盤の液状化に関する実海域観測」、土木学会、土木学会第８回年次学術講演会、ＩＩ−３１９、平成１５年９月参照）。

波の高さの観測データとしては、例えば、国土交通省港湾局の全国港湾海洋波浪情報網（ＮＯＷＰＨＡＳ、ナウファス）に公開されており、全国の数十箇所における観測データをリアルタイムに得ることができる。こうした公開データを利用して、所定の位置から最も近い観測点において、例えば直近の１年において波の高さが２ｍ以上となった年間日数を求めて波高強度とする。

また、式（１）における定数Ｃ_αは、上述のように定義した波高強度を基にして、離岸距離から

を算出し、その地点で実測した飛来塩分量Ｃとの相関から決定する。

このようなパラメータを含む式（１）を用いて、所定の位置における海岸からの飛来塩分量を簡便かつ高精度に推定することができる。以下に飛来塩分量を推定する手順を説明する。
まず、海岸から飛来塩分量を推定する所定の位置までの離岸距離を求める。次に、海岸から最も近い観測点での波高データから波高強度を求める。得られた離岸距離および波高強度を式（１）に代入することにより、所定の位置における飛来塩分量を簡便かつ高精度に推定することができる。

尚、本発明においては、簡便性の観点から、所定の位置から最も近い１つの観測点での波高データのみを使用して飛来塩分量を推定しているが、所定の位置から所定の半径領域に存在する複数の観測点にて測定されたデータから飛来塩分量をそれぞれ推定し、それらの合計を推定値とすることもできる。これにより、複数の観測点で測定されたデータを使用できるため、飛来塩分量の推定精度を更に向上させることができる。

以下に、本発明の実施例を詳しく説明する。
（発明例）
平成５年３月に出版された建設省土木研究所による「耐候性鋼材の橋梁への適用に関する共同研究報告書（ＸＶＩＩ）」において全国の４１箇所にて暴露試験が実施されている。まず、このうち海岸から影響を受けていると考えられる１４箇所について離岸距離を測定した。次いで、ナウファスのデータベースにおける波高データを参照して波高強度を求めた。続いて、求めた離岸距離および波高強度を式（１）に代入し、上記の１４箇所の各々における飛来塩分量を推定した。表１に、その１４箇所について得られた結果を、単位：ｍｇ／ｄｍ^２／ｄａｙ（以下、ｍｄｄと表記する）にて特許文献１の方法による飛来塩分量の推定値と共に示す。また、図４に、本発明による推定値と実測値との関係を示す。

（従来例）
特許文献１に記載の方法、即ち式（２）により、発明例の推定の際に使用した離岸距離の値を用いて、上記の１４箇所について飛来塩分量を推定した。発明例に対応する推定結果を表１に示す。また、得られた推定値と実測値との関係を図５に示す。なお、推定飛来塩分量の単位は、発明例と同様にｍｄｄとした。

（推定値のばらつきの評価）
図４および５は、本発明の方法および従来例の方法により求めた飛来塩分量の推定値と実測値の関係を示している。図中のプロットについて、直線の傾きをパラメータとして原点を通る直線からの自乗誤差が最小となるようにフィッティングし、得られた傾きと決定係数Ｒ^２で、実測値に対する推定値のばらつきを評価した。ここで、決定係数Ｒ^２は、以下の式（４）で定義され、Ｒ^２の値が１に近いほどプロットのばらつき、即ち推定値のばらつきが小さいことを示している。ここでｙ_ｉは実測値、ｆ_ｉは推定値、ｙは実測値の平均値である。

図５から、特許文献１による推定方法（従来例）では、傾きは１に近いもののばらつきが大きいことが分かる。しかし、図４に示すように、波高強度を考慮した本発明による推定方法（発明例）では、傾き、ばらつきともに大きく改善され、即ち推定値のばらつきが大きく低減されていることが分かる。

このように、飛来塩分量の推定には海岸での塩分の発生を考慮することが極めて重要であり、こうした飛来塩分の発生には、波の高さが密接に関連していることが示された。これらを考慮した本発明の方法により、所定の位置における飛来塩分量を簡便かつ高精度に推定できることが分かる。また、表１にて波高３．０ｍ以上の場合と波高２．０ｍ以上の場合とを比較すると、波高２．０ｍ以上の場合の方が、より実測値に近い推定値が得られていることが分かる。

本発明によれば、所定の位置における飛来塩分量を簡便かつ高精度に推定することができるので、構造物の設計や塩害等の影響の調査に有用である。

Claims

対象となる地点における飛来塩分量を推定するに当たり、前記対象地点から該対象地点に最近接する海岸までの離岸距離と、当該海岸での波高強度とから前記飛来塩分量を推定し、前記離岸距離：Ｄ、前記波高強度：Ｈ、定数：Ｃαとして、前記飛来塩分量：Ｃを下記式に従って求めることを特徴とする飛来塩分量の推定方法。
前記波高強度を、波の高さが２ｍ以上となった年間日数とすることを特徴とする、請求項１に記載の推定方法。