JPH03176629A - 管の曲げ応力の較正・測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えばパイプラインのような構造物の磁歪応
力／ｌＤＩ定を現場で実施する場合に、磁歪感度の未知
な管材に対して現場で管に曲げ荷重を付加することによ
り、磁歪応力測定装置の較正を行ってから測定を実施す
る管の曲げ応力の較正・測定方法に関するものである。

［従来の技術］ パイプラインのような構造物では、橋台背面部のような
固定箇所がある場合、地盤の不等性下等により過大な応
力が働いている場合がある。このような場合、パイプラ
イン等の構造物にどの程度の応力が働いているかを定量
的に測定することは、その構造物の安全性を評価する上
で不可欠である。

従来鋼材又は鋼製構造物等の応力及び残留応力を測定す
る方法として、Ｘ線や超音波のほかに磁歪センサによる
方法がある。この磁歪センサを用いて磁化可能な丸棒、
パイプ等円柱材料の応力を７１１１１定する方法として
は先に出廓した特願昭１３３−１５３６２２号公報に示
された磁歪応力測定法がある。

磁歪応力測定法は、磁性材料に荷重が作用すると透磁率
に異方性が生じ、荷重方向の透磁率が大きくなり、反対
に荷重方向と直角方向の透磁率が小さくなるので、両道
磁率の差を励磁コイルと検出コイルを持つ磁歪センサ（
磁気異方性センサともいう）によって検出することによ
り、主応力の方向および大きさを測定する方法である。

この測定方法によると、−点の測定時間がｌＯ〜１００
ｆｆｌＳＯＣですみ、取扱いもきわめて便宜である。

ところが、従来の磁歪応力測定法は、一般に磁歪センサ
を被測定面に接触させて行うものであるため、被測定面
の状態によって接触面における磁気抵抗が大きく異なる
。そのため、測定誤差が大きくなるという欠点があった
。

そこで、非接触状態、すなわち磁歪センサを被７１１１
定面から一定の距離だけ離した状態で測定するという考
え方が出てくるわけであるが、この場合は磁歪感度が低
下するため、磁歪センサの設定にありきわめて微妙な調
整が必要であるという別の問題があった。

前記先願の発明においては、前記非接触計測における問
題点を解決し、磁化可能な丸棒、パイプ等の円柱材料に
対する磁歪応力測定法を非接触方式で実施できる装置を
開発し、その測定装置を使用して円柱材料の円周方向の
応力分布を従来よりも精度良く測定できる方法を提供し
た。

第１図は先の出願に係る磁歪応力測定法を説明する図で
あり、同図（ａ）は円柱材料１に曲げ荷重を加えて、円
柱材料１の上側に引張り応力十σ、下側に圧縮応力−σ
が働いている状態を示す。また同図（ｂ）は円柱材料１
の中心軸に対して垂直に、且つその外周面と一定の距Ｒ
ｈのリフト・オフ（ギャップのこと）を保ちながら、磁
歪センサ２を円柱材料１の最上点即ち０″の角度位置よ
り時計廻り方向に円周方向に沿って１回転させて、磁歪
センサ２がＯ＠〜３ＢＯ＠間のそれぞれの角度位置にお
いて検出する磁歪信号を連続的に測定する方法を示して
いる。

ｉ２図は第１図の磁歪応力測定法によるＳＩＮ近似法を
説明する図であり、同図（ａ）は磁歪センサ２が円柱材
料１の外周上の方位を示す角度とその応力分布を示し、
角度０＠　（即ち円柱材料１の真上）において最大引張
り応力が、角度１８０　”（即ち円柱材料１の真下）に
おいて最大圧縮応力が発生することから、応力分布はＳ
ＩＮθ曲線に近似して分布する。

第２図（ｂ）は−２０ｋｇ／−の荷重を円柱材料に加え
たときの、歪ゲージによる応力の実測値とＳＩＮθ近似
値とを示している。この図から実際の応力分布とＳＩＮ
θ曲線とはかなり近似していることが判る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記の特願昭６３−１５３８２２号公報に示された、円
筒材料の磁歪応力測定法によるＳＩＮθ近似法は、被ａ
？Ｉ定材に非接触で応力測定が可能であり、現場Ａｌ１
定に適している。しかし測定対象となる材料により磁歪
感度がそれぞれ異るので、定量的な測定を行うためには
被測定材の磁歪感度を知る必要がある。

従って現場の構造物の測定に際しては、被測定材の磁歪
感度が未知のため、現場にて較正する必要があるが、現
場で簡易に較正できる良い方法がなかったという問題点
があった。

本発明はかかる問題点を解決するためになされたもので
、測定現場における磁歪感度の未知の管材に対しても、
現場において磁歪応力測定装置の較正を行った上で、定
量的な応力測定を実施することができる管の曲げ応力の
較正・測定方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る管の曲げ応力の較正・測定方法は、磁歪
センサが管材の外周面上または内周面上を非接触状態で
相対移動する磁歪応力測定装置を用いて、前記管材の管
周方向の曲げ応力分布をＳＩＮ曲線で近似して測定する
方法において、磁歪感度の未知な管材の曲げ応力を測定
する場合に、前記測定を行う管材に曲げ荷重を付加し、
該曲げ荷重付加に基づく曲げ応力を基準応力測定装置に
より測定し、また該曲げ荷重付加前後における前起磁歪
応力測定装置のａＰ１定値より近似されたＳＩＮ曲線の
振幅偏差値を算出し、前記基準応力＃ｌｌ１１定装置に
よりｄｌ１１定された曲げ応力値と、これに対応して前
記磁歪応力δＰ３定装置より得られたＳＩＮ近似曲線の
振幅偏差値より磁歪応力ｌ１ｐ１定装置の曲げ応力較正
曲線を作成し、該作成された曲げ応力較正曲線を用いて
管の曲げ応力測定を行う管の曲げ応力の較正・測定手段
を備えたものである。

［作用］ この発明においては、磁歪センサ々（管材−の外周面上
または内周面上を非接触状態で相対移動する磁歪応力測
定装置を用いて、前記管材の管周方向の＋ＩＩＩげ応力
分布をＳＩＮ曲線で近似して測定する方法において、管
の曲げ応力の較正・δＩＩＪ定手段により、磁歪感度の
未知な管材の曲げ応力を測定する場合に、前記測定を行
う管材に曲げ荷重を付加し、該曲げ荷重付加に基づく曲
げ応力を基準応力測定装置により測定し、また該曲げ荷
重付加前後における前記磁歪芯カフ］１１１定装置の測
定値より近似されたＳＩＮ曲線の振幅偏差値を算出し、
前記基準応力測定装置により測定された曲げ応力値と、
これに対応して前記磁歪応力ｆｌｌｌ＋定装置より得ら
れたＳＩＮ近似曲線の振幅偏差値より磁歪応力８ｐ１定
装置の曲げ応力較正曲線を作成し、該作成された曲げ応
力較正曲線を用いて管の曲げ応力測定を行う。

［実施例］ 第３図は本発明の管の曲げ応力の較正・測定方法を適用
する管の磁歪応ツノ測定装置のブロック図である。図に
おいてＩＯは走行装置部であり、磁気異方性センサ１１
及び走行台車１２を内蔵する。磁気光方性センサ１１は
非接触により管材の円周方向の磁気異方性を検出するた
めのセンサであり、例えば直交する励磁コイルと検出コ
イルとを備え、励磁コイルに一定の励振電流を流して、
応力の作用によって生じる磁気異方性を検出コイルから
得られる電圧信号として検出するものである。走行台車
１２は例えば管外周上に設けられたレール又は／及びギ
ヤ上を走行し、磁気異方性センサ１１を管の円周方向に
移動させ計測を行わせるための走行機構である。Ｉ３は
磁歪測定部であり、磁気異方性センサ１１の励磁コイル
に定電流を供給し、同時に該センサ１１の検出コイルよ
り得られる検出信号を増幅し、磁気異方性に比例した電
圧信号として出力する磁歪測定部である。１４はモータ
・ドライバであり、走行台車１２に走行駆動信号を供給
し走行させ、その走行結果の位置情報としてエンコーダ
信号が帰還される。Ｌ５はＡ／Ｄ変換器、１６は例えば
Ｒ３２３２Ｃ等のインタフェース、１７はパーソナル・
コンピュータ（以下パソコンという）、１８はＣＲＴ又
は液晶等を用いたデータ表示部である。

第３図の動作を説明する。管材の円周方向の応力を測定
するには、例えば管材の中心軸に対する垂直面上の管材
外周面に、図示されないレール又は／及びギヤを取付け
、このレール又は／及びギヤ上にホルダを介して走行装
置部ｌＯを走行可能に取付ける。次にパソコン１７はイ
ンタフェース１６を介してモータ・ドライバＩ４に１回
転の走行指令を与え、モータ・ドライバ１４は前記レー
ル又は／及びギヤ上の走行装置１０を管周に沿って１回
転走行させる。この走行中に、磁気異方性センサＩｆ（
磁歪センサ２と同一のもの）が第１図（ｂ）に示される
管材外周面上のＯ°〜３６０°間の各角度位置において
、該センサＩＩからそれぞれ検出された各検出信号は磁
歪測定部１３により信号増幅後出力され、さらに該出力
はＡ／Ｄ変換器１５により量子化され、パソコン１７に
供給される。パソコン１７は磁気異方性センサ１１の管
材外周上の方位を示す各角度に対するセンサ測定値又は
このＳＩＮ曲線近似値をデータ表示部１８に表示させ、
必要の場合図示されないプリンタによりハードコピーを
出力する。本ａ１定装置のデータ表示部１８に表示され
たデータ又はプリンタにより出力されたハードコピーデ
ータに基づき、本発明に係る管の曲げ応力の較正・測定
処理を行うことができる。

また上記実施例においては、磁歪センサを管材の外周面
上を非接触で走行させる例を示したが、同様に磁歪セン
サを管材の内周面上を非接触で走行させるようにしても
よい。またこの場合に磁歪センサを走行させずに、管材
をその中心軸に対して回転させ、磁歪センサを固定する
ようにしてもよい。いずれの場合も磁歪センサと管材と
が相対移動をすればよく、一方を固定し他方を移動させ
ることにより同一効果を得ることができる。

第４図は橋台背面部に架管されたパイプラインの設置例
を示す図である。図において、パイプラインは橋台の左
側では地中に埋設され、橋台の右側では露出している。

またパイプラインは橋台貫通部と右側のサポートにより
位置が固定されている。いま左側の地盤沈下により、橋
台とサポートとの間のパイプラインに生じる曲げ応力を
較正し、δＩＩＩ定せんとする。

第４図に示されたパイプラインの設置例の場合について
、本発明に係る管の曲げ応力の較正・測定方法を次の手
順により説明する。

（１〉、最初に第３図に示された磁歪応力測定装置によ
り、橋梁架管部の各場所と曲げ応力の大きさの分布特性
を測定する。

第４図の例においては、橋台貫通部近傍のＡ点が曲げ応
力は最も大きく、Ｂ点は曲げ応力はやや小さくなり、０
点では曲げ応力は零に最も近い最小値になるような分布
特性が得られる。

（２）１次に（１）項で得られたパイプラインの応力分
布から、その曲げ応力レベルが十分に小さい（はぼ零に
近い）と考えられる場所（０点）に、歪ゲージを曲げを
かける軸の天と地（上と下の両側）に２ケ所取付ける。

またパイプラインの橋台貫通部近傍の応力が最も大きい
場所（Ａ点）と、貫通部から離れるにつれて曲げ応力が
小さくなり、応力の最も大きい場所と最も小さい場所の
中間の場所（Ｂ点）の天と地にも、それぞれ歪ゲージを
取付ける。第４図でこの歪ゲージ貼付位置をＸ印で示す
。

（３）、　（２）項での歪ゲージ取付は位置と（１〉項
の磁歪応力測定位置が異った場合は、再度歪ゲージの測
定位置と同一場所の磁歪応力測定を実施する。

このときＡＳＢＳＣの各点において測定され、近似され
たＳＩＮ近似曲線の信号振幅値Ｖ　　　Ｖ。

ＡＯ’　　ＢＯ ｖｏｏをそれぞれ記憶しておく。第４図でこの磁歪応力
測定位置を丸印で示している。

（４〉、　　その後、橋台の一部、平行する管もしくは
管のサポートから反力を取り、チェーンブロックもしく
は油圧ジヤツキにて管に荷重を加え、曲げ応力を付加す
る。第４図においては、Ｂ点と０点の中間部に油圧ジヤ
ツキを設置し、パイプラインを下側から上側に向って荷
重を加え、曲げ応力を付加する例を示す。

（５）、　（４）項の曲げ応力付加によりＡＳＢ、Ｃの
各点に生じた曲げ応力の大きさＭ　　、Ｍ　　、ＭＢＣ をそれぞれ歪ゲージにより測定する。また曲げ応力付加
後の応力状態を第３図の磁歪応力測定装置により測定し
、Ａ、Ｂ％Ｃの各点において測定され、近似されたＳＩ
Ｎ近似曲線の信号振幅値ｖＡＬ’Ｖ　　、Ｖ　　をそれ
ぞれ記憶する。

ＢＬ　　　ＣＬ （６）１曲げ応力付加前後において、Ａ、ＢＳＣの各点
において第３図の磁歪応力測定装置により測定され、近
似されたＳＩＮ近似曲線の信号振幅値の差 ΔＶ　　−Ｖ　　−Ｖ　　、　　Δ”Ｂ　−”ＢＬ　　
”ＢＯ’Ａ　　　ＡＬ　　　ＡＯ ΔＶ　　−Ｖ　　−Ｖ　　　をそれぞれ算出する。

ＣＣＬ　　　Ｃ０ （７〉９次に横軸に曲げ応力を、縦軸に前記ＳＩＮ近似
曲線の信号振幅値をとり、最初に最も曲げ応力の小さな
場所Ｃ点における付加曲げ応力に対する信号振幅変化Δ
Ｖ　　／Ｍｏを傾きとし、横軸と縦軸との原点を通る直
線を引く。

（８）、最初から最も曲げ応力の大きい場所Ａ点におけ
る付加曲げ応力に対する信号振幅変化ΔｖＡ／ＭＡを傾
きとする線分と、最初に曲げ応力の中間値の場所Ｂ点に
おける付加曲げ応力に対する信号振幅変化ΔＶ　Ｂ／　
Ｍ　ａを傾きとする線分が（７）項で求めた直線と緩や
かな曲線でつながるように曲線を引く。この曲線が、測
定すべき管についての曲げ応力と、磁歪応力測定装置に
より測定され、近似されたＳＩＮ近似曲線の信号振幅と
の較正曲線である。

第５図は本発明に係る管の曲げ応力の較正曲線の作り方
を説明する図である。同図においては、上記説明の手順
により較正曲線を作る場合に、第１の線分はＸ軸とＹ軸
の原点より０点における傾きΔＶ　ｃ　／　Ｍ　ｃの直
線によりＹ軸の値がＢ点の初期値ＶＩ３ｏに達するまで
の線分とし、ＴＳ２の線分は第１の線分の終端よりＢ点
における傾きΔＶ１３／Ｍ　の直線によりＹ軸の値がＡ
点の初期値ｖＡｏに達するまでの線分とし、第３の線分
は第２の線分の終端よりＡ点における傾きΔＶ　／ＭＡ
の直線による線分とし、それぞれの線分のつないだ折線
により近似した較正曲線を得る方性を示している。

第６図は本発明に係る管の曲げ応力の簡易較正直１１３
ｉ１の作り方を説明する図である。同図においては、較
正曲線の非直線性（曲げ応力の大きいところで飽和特性
を有する）を考慮せずに、単純に１つの場所（初期の曲
げ応力の小さな場所として本例ではＣ点とした）での傾
きΔＶ　／Ｍｃにより座１票原点を通る直線を簡易較正
直線としている例を示す。従って曲げ応力が余り大きく
ならない範囲においては、この簡易較正直線を使用する
ことができる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、磁歪センサが管周の外周
面上または内周面上を非接触状態で相対移動する磁歪応
力測定装置を用いて、前記管周の管周方向の曲げ応力分
布をＳＩＮ曲線で近似して推定する方法において、例え
ば現場の構造物のような磁歪感度の未知な管材に対して
磁歪応力Ｍｊ定を実施する場合に、現場で被測定管材に
曲げ荷重を付加して、該曲げ荷重付加による基準応カフ
１１１１定値と、曲げ荷重付加前後における磁歪応力１
（１１＋定装置から得られたＳＩＮ近似曲線の振幅偏差
値より磁歪応力ｉＰＪ定装置の計ａｌｌｌ値を較正して
定量的な１ｌＦＪ定ができるようにしたので、従来現場
においては定量的な測定が困難であったバイブラインの
ような構造物の曲げ応力測定が可能となり、磁歪応力ｉ
９Ｊ定装置の計測分野拡大の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は先願に係る磁歪応力１（１す
定法を説明する図、第２図（ａ）及び（ｂ）は第１図の
磁歪応力１（ｐ１定法によるＳＩＮ近似法を説明する図
、第３図は本発明の管の曲げ応力の較正・７１［１１定
方法を適用する管の磁歪応力測定装置のブロック図、第
４図は橋台背面部に架管されたバイブラインの設置例を
示す図、第５図は本発明に係る管の曲げ応力の較正曲線
の作り方を説明する図、第６図は本発明に係る管の曲げ
応力の簡易較正直線の作り方を説明する図である。 図において、１は円柱材料、２は磁歪センサ、ＩＯは走
行装置部、１１は磁気異方性センサ、１２は走行台ｊｆ
ｊ、１３は磁歪測定部、１４はモータ・ドライバ、１５
はＡ／Ｄ変換器、１６はインタフェース、１７はパソコ
ン、Ｉ８はデータ表示部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　磁歪センサが管材の外周面上または内周面上を非接触
   状態で相対移動する磁歪応力測定装置を用いて、前記管
   材の管周方向の曲げ応力分布をＳＩＮ曲線で近似して測
   定する方法において、 磁歪感度の未知な管材の曲げ応力を測定する場合に、前
   記測定を行う管材に曲げ荷重を付加し、該曲げ荷重付加
   に基づく曲げ応力を基準応力測定装置により測定し、ま
   た該曲げ荷重付加前後における前記磁歪応力測定装置の
   測定値より近似されたＳＩＮ曲線の振幅偏差値を算出し
   、前記基準応力測定装置により測定された曲げ応力値と
   、これに対応して前記磁歪応力測定装置より得られたＳ
   ＩＮ近似曲線の振幅偏差値より磁歪応力測定装置の曲げ
   応力較正曲線を作成し、該作成された曲げ応力較正曲線
   を用いて管の曲げ応力測定を行う方法を特徴とする管の
   曲げ応力の較正・測定方法。