JP7328780B2 - ケーブル強度低下判定方法及びその方法に使用する受熱温度履歴表示構造 - Google Patents

Description

本発明は、斜張橋等の吊りケーブルや橋梁を補強するケーブルなど、橋梁の本体構造の外側に配置されるケーブルが、車両事故等により発生した火災により高温に曝されたときの強度低下の有無を判定するケーブル強度低下判定方法及びその方法に使用する受熱温度履歴表示構造に関するものである。

斜張橋等の吊りケーブルや橋梁を補強するケーブルなど、橋梁の本体構造の外側に配置されるケーブルは、その表面に被覆材を施す防錆処理がなされている。例えば、特開２０００－３４５４８４号公報には、、ポリエチレン被覆管、鋼管、ＦＲＰ管などの外套管でケーブルが被覆され、その内側に、セメントミルク等のセメント系グラウト材にポリプロピレン短繊維等の合成樹脂短繊維を分散混入させたグラウト材が充填された防錆構造が開示されている。

橋梁の本体構造の外側に配置されるケーブルは、また、車両事故等により発生した火災の影響を受けやすく、特に斜張橋における吊りケーブルの損傷は、落橋に繋がる致命的なものとなる。そこで、ケーブルの耐火性及び耐熱性を向上させる提案もなされている。例えば、特開２０１１－６４０１０号公報には、ＰＣ鋼材（ケーブルに相当）と鋼製の外側管との隙間に、粒状又は粉状の熱発泡性耐火断熱材を充填された耐火被覆構造が提案されている。

更に、ケーブルの火災による影響を低減する措置がとられた例もある。本出願の時点で建設中となっている、新名神のエクストラドーズド橋の吊りケーブルには、セラミックウールとＳＵＳにより構成されているカバーが設けられている。そして、火災発生から消防車が到着すると想定される１５分間は、ケーブルを７０℃程度までの温度上昇に抑えることが出来る仕様とされている。

特開２０００－３４５４８４号公報 特開２０１１－６４０１０号公報

ケーブルの耐熱性や耐火性を高めるための従来の耐火被覆構造では、火災発生時にケーブル破断を防ぐことができるものであっても、ケーブルの温度上昇を完全に防ぐことはできなかった、そして、高温に曝されたケーブルの引張強度と降伏強度は低下することから、火災の影響を受けたケーブルは、破断を免れたものであっても強度が低下している可能性が高く、その後に破断するおそれがあった。

また、ケーブルの温度上昇を防ぐことができる保護管を使用した場合であっても、火災発生から所定時間内で消火活動が開始されない場合や、タンクローリー火災など火災の規模が大きい場合には、ケーブルの受熱温度を、強度低下が始まる温度以下に抑えられていないおそれがあった。

しかしながら、高温に曝された後、常温に戻った状態のケーブルは、その外観からでは、火災の影響により強度が低下したかどうかを判別することはできなかった。

そこで、本発明は、高温に曝された後、常温に戻った状態のケーブルの外観から、火災の影響により強度が低下したかどうかを判別することができるケーブル強度低下判定方法及びその方法に使用する受熱温度履歴表示構造を提供することを目的とする。

本発明に係るケーブル強度低下判定方法では、ケーブルの長さ方向に延在し、常温における第一の色彩が所定の受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される受熱履歴表示部を前記ケーブルに付け、前記ケーブルが火災の影響を受けた後、前記受熱履歴表示部の色彩により判定される前記ケーブルの受熱温度に基づき、前記ケーブルの強度低下の有無を判定する。

本発明に係る受熱温度履歴表示構造では、ケーブルの長さ方向に延在し、常温における第一の色彩が所定の受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される受熱履歴表示部が前記ケーブルに付けられている。

なお、本発明において、受熱履歴表示部がケーブルに付けられた状態は、受熱履歴表示部がケーブルの表面に直接接している状態に限定されず、ケーブル表面に施された被覆材などの部材に接している状態も含まれる。

本発明において、前記受熱履歴表示部は、前記ケーブルの長さ方向に連続するものであってもよい。更に、前記ケーブルの軸線と平行し、前記ケーブルの表面に設けられてもよく、或いは、螺旋を描き、前記ケーブルの被覆材の表面に設けられてもよい。

また、本発明において、前記受熱履履歴表示部が、前記受熱履歴表示部への紫外線の到達を防ぐ保護材で被覆されていてもよい。

また、本発明において、前記受熱履歴表示部は、前記第二の色彩に変化する受熱温度の異なる複数の部位を有してもよい。

本発明によれば、高温に曝された後、常温に戻った状態のケーブルにおいて、受熱履歴表示部が第一の色彩を維持していれば、受熱履歴表示部の受熱履歴が第二の色彩に変化する受熱温度以下であったことを特定できる。従って、受熱履歴表示部が第二の色彩に変化する受熱温度を、ケーブルの強度が低下する受熱温度、或いは、強度の低下する受熱温度がケーブルに与えられた場合の受熱履歴表示部における温度とした場合、受熱履歴表示部が第一の色彩を維持していれば、ケーブルの強度は低下していなものと判定できる。すなわち、高温に曝された後、常温に戻った状態のケーブルの外観から、火災の影響により強度が低下したかどうかを判別することができる。

なお、ケーブルは長尺であり、どこの部位が火災の影響を受けることになるかを想定することが難しい。そこで、受熱履歴表示部をケーブルの長さ方向に延在させることにより、ケーブルの、火災の影響を受けた部位に受熱履歴表示部が設けられていない事態となることを防止できる。

受熱履歴表示部は、ケーブルの長さ方向に延在するものであれば、その形状に制限はなく、ケーブルの長さ方向に連続するものであってもよく、複数の部位が間隔を空けて並べられたものであってもよい。ただし、複数の部位が間隔を挙げて並べられる場合、間隔が大きすぎると、火災の影響を受けた部位に受熱履歴表示部が設けられていない事態となるおそれがある。

受熱履歴表示部が、ケーブルの長さ方向に連続するものである場合、ケーブルの軸線と平行し、ケーブルの表面に設けられものであれば、新設されるケーブルを製造する段階で容易に設けることができる。また、螺旋を描き、前記ケーブルの被覆材の表面に設けられるものであれば、既設のケーブルに、使用状態を維持したまま容易に設けることができる。なお、被覆材が、受熱履歴表示部の第二の色彩に変化する受熱温度よりも低い温度で溶融するものであれば、被覆材の溶融の有無も、受熱温度の判定に用いることが可能となる。

また、受熱履履歴表示部が、受熱履歴表示部への紫外線の到達を防ぐ保護材で被覆されていれば、受熱履歴表示部の紫外線による変質を防ぎ受熱温度の高い判定精度を維持できる。

更に、受熱履歴表示部が、第二の色彩に変化する受熱温度の異なる複数の部位を有するものであれば、これら複数の部位の変色の有無に基づき、ケーブルの温度上昇に関し、より多くの情報を得ることが可能となり、より正確な強度低下判定を行うことができる。

本発明に係る受熱温度履歴表示構造の実施形態を示し斜視図である。 本発明に係る受熱温度履歴表示構造の他の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る受熱温度履歴表示構造の更に他の実施形態を示す斜視図である。

図１を参照しながら、本発明に係るケーブル強度低下判定方法及び受熱温度履歴表示構造の実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る受熱温度履歴表示構造が施されたケーブルの一部を、該ケーブルに取り付けられた部材が破断された状態で示すものである。この実施形態では、ケーブル１として、表面にポリエチレンの被覆材２が施された既設のケーブルが想定されている。そして、被覆材２の表面に受熱温度履歴表示部３が設けられている。また、被覆材２及び受熱温度履歴表部３を覆う耐熱カバー４が取り付けられている。

受熱履歴表示部３は、所定の温度で変色する塗料が塗布された金属製の線材を、使用状態にあるケーブル１の被覆材２に、螺旋を描きながら巻き回して固定することにより設けられている。

なお、受熱履歴表示部３の常温における第一の色彩が第二の色彩に変化する受熱温度の設定に制限はなく、判定すべき状態やケーブルの性質等に応じて適切な設定とすればよい。ただし、斜張橋の吊りケーブルとして用いられるケーブルの引張強度と降伏強度は、共に１００℃で低下が始まり、３００℃で著しく低下するとされているため、斜張橋の吊りケーブルに用いる場合は、ケーブル１の内部の鋼線が３００℃に達する際に受熱履歴表示部３が達する温度に設定することが好ましい。なお、ケーブル１の内部の鋼線が３００℃に達する際に受熱履歴表示部３が達する温度は、実験結果や物性の相関関係などから求めることとしてもよい。

受熱履歴表示部３の常温における第一の色彩が第二の色彩に変化する受熱温度の設定は、受熱履歴表示部３を設けるために用いられる、所定の温度で変色する塗料の配合により調整すればよい。所定の温度で変色する塗料として、公知の製品、例えば、日油技研社のサーモペイント（登録商標）を使用することができる。

耐熱カバー４は、本発明の保護材に相当するもので、セラミックウールとＳＵＳにより構成されている。火炎により高温に曝された状況においてケーブル１の温度上昇を抑制できるものが好ましいが、常態において受熱履歴表部３への紫外線の到達を防ぐことができるものであればよい。例えば、耐熱カバー４に替えて、被覆材２を施すこととしてもよい。

この実施形態によれば、ケーブル１が火災で高温に曝された場合、その受熱温度が被覆材２の溶融温度（１３０℃程度）に達すると被覆材２が溶融する。更に、３００℃に達すると受熱履歴表示部３が変色する。従って、常温に戻った状態において、被覆材２が溶融していないか、また溶融した場合であっても受熱履歴表示部が第一の色彩を維持していれば、ケーブル１の強度が著しく低下するには至っていないと判定できる。

また、金属製の線材を被覆材２に螺旋を描きながら巻き回して固定して形成した受熱履歴表示部３は、被覆材２が溶融した場合にも、ケーブル１から脱落することなく外周に固定された状態で残るため、ケーブル１の受熱履歴を表示ずる機能が損なわれることもない。

受熱履歴表示部３は、第二の色彩に変化する受熱温度の異なる２つの部位を有するものであってもよい。受熱履歴表示部に、第二の色彩に変化する受熱温度の異なる２つの部位を設けた実施形態を、図２に示す。なお、図２において、図１に示す実施形態と実質的に同じ部位には同符号を付し、その説明を簡略化又は省略する。

図２に示す実施形態の受熱履歴表示部３は、第二の色彩に変化する受熱温度の異なる２つの部位３ａ、３ｂを有している。この実施形態では、受熱履歴表示部３の第一の部位３ａが変色する温度はケーブル１の内部の鋼線が３００℃に達する際に受熱履歴表示部３が達する温度に設定され、受熱履歴表部３の第二の部位３ｂが変色する温度は７０℃に設定されている。

この実施形態によれば、第二の部位３ｂが示す受熱履歴により、ポリエチレンの被覆材２の健全性、及び、耐熱カバー４の有効性を確認することができる。

だだし、受熱履歴表示部３の第一の部位３ａと第二の部位３ｂの設定温度に制限はなく、判定すべき状態やケーブルの性質等に応じて適切な設定とすればよい。例えば、受熱履歴表示部３の第二の部位３ｂの設定温度を、被覆材２の溶融温度と、第一の部位の設定温度の間に設定してもよい。

図１及び図２に示す実施形態では、受熱履歴表示部３を形成するための金属製の線材が被覆材２に巻き回されているが、被覆材２に振動対策用のワイヤーが巻き付けられている場合は、所定の温度で変色する塗料をそのワイヤーに塗布することで受熱履歴表示部３を形成してもよい。なお、その場合、受熱履歴表示部３の表面はポリエチレンなどの被覆材で被覆することが好ましい。

更に、図１及び図２に示す実施形態では、既設のケーブルが想定されているが、新設されるケーブルであれば、ケーブルを製造する際にケーブルの表面に設けることとしてもよい。図３に、受熱履歴表示部をケーブルの表面に設けた実施形態を示す。なお、図３において、図１及び図２に示す実施形態と実質的に同じ部位には同符号を付し、その説明を簡略化又は省略する。

図３に示す受熱履歴表示部５は、所定の温度で変色する塗料が塗布された金属製の線材を、ケーブル１を構成する鋼線と平行に配置することにより設けられている。なお、所定の温度で変色する塗料を、ケーブル１を構成する鋼線に直接塗布することにより設けても良い。その場合、受熱履歴表示部５の幅方向の寸法に制限はなく、鋼線の太さや材質に応じて適切な寸法とすればよい。

１ ケーブル
２ 被覆材
３、５ 受熱履歴表示部
４ 耐熱カバー

Claims (12)

1. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が塗布された金属製の線材を、前記ケーブルの被覆材に螺旋を描きながら巻き回して固定し、前記ケーブルが火災の影響を受けた後、前記被覆材が溶融していないか、また溶融した場合であっても前記線材が第一の色彩を維持していれば、前記ケーブルの強度が著しく低下するには至っていないと判定することを特徴とするケーブル強度低下判定方法。
2. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料を前記ケーブルの被覆材に巻き付けられている振動対策用のワイヤーに塗布し、前記ケーブルが火災の影響を受けた後、前記被覆材が溶融していないか、また溶融した場合であっても前記ワイヤーが第一の色彩を維持していれば、前記ケーブルの強度が著しく低下するには至っていないと判定することを特徴とするケーブル強度低下判定方法。
3. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が塗布された金属製の線材を、前記ケーブルの被覆材の内側に、前記ケーブルを構成する鋼線と平行に配置し、前記ケーブルが火災の影響を受けた後、前記被覆材が溶融していないか、また溶融した場合であっても前記線材が第一の色彩を維持していれば、前記ケーブルの強度が著しく低下するには至っていないと判定することを特徴とするケーブル強度低下判定方法。
4. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料を、前記ケーブルの被覆材の内側に配置され前記ケーブルを構成する鋼線に塗布し、前記ケーブルが火災の影響を受けた後、前記被覆材が溶融していないか、また溶融した場合であっても前記鋼線が第一の色彩を維持していれば、前記ケーブルの強度が著しく低下するには至っていないと判定することを特徴とするケーブル強度低下判定方法。
5. 常温における第一の色彩が、前記ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度より低い受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記低い受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が塗布された金属製の線材が併用される請求項１又は３に記載のケーブル強度低下判定方法。
6. 常温における第一の色彩が、前記ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度より低い受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記低い受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が併用される請求項２又は４に記載のケーブル強度低下判定方法。
7. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が塗布された金属製の線材を、前記ケーブルの被覆材に螺旋を描きながら巻き回して固定することを特徴とする受熱温度履歴表示構造。
8. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料を前記ケーブルの被覆材に巻き付けられている振動対策用のワイヤーに塗布することを特徴とする受熱温度履歴表示構造。
9. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が塗布された金属製の線材を、前記ケーブルの被覆材の内側に、前記ケーブルを構成する鋼線と平行に配置することを特徴とする受熱温度履歴表示構造。
10. 常温における第一の色彩が、ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料を、前記ケーブルの被覆材の内側に配置され前記ケーブルを構成する鋼線に塗布することを特徴とする受熱温度履歴表示構造。
11. 常温における第一の色彩が、前記ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度より低い受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記低い受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が塗布された金属製の線材が併用される請求項７又は９に記載の受熱温度履歴表示構造。
12. 常温における第一の色彩が、前記ケーブルの内部の鋼線が３００℃に達する受熱温度より低い受熱温度で第二の色彩に変化した後、前記低い受熱温度の変化によらず前記第二の色彩が維持される塗料が併用される請求項８又は１０に記載の受熱温度履歴表示構造。