JPS63158437A - 腐食鋼管部材の圧縮耐荷力診断方法 - 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〕 この発明は、桟橋用鋼管杭、石油掘削用海洋構造物等に
使用される比較的重量物を支持しながら腐食環境下で使
用されている腐食鋼管部材の圧縮耐荷力を診断する腐食
鋼管部材の圧縮耐荷力診断方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、海中等の腐食環境に設置された桟橋用鋼管杭、
石油掘削用海洋構造物等においては、海水による腐食を
避けることができず、この腐食によって鋼管の肉厚が減
少して重量物を支持するに十分な座屈耐荷力が減少し、
これが座屈限界値を越えると軸方向圧縮座屈を生じて重
量物を支持不能な状態となる。

このため、腐食環境下に置かれた鋼管で支持された構造
物の安全性を確保するためには、腐食鋼管の座屈耐荷力
を診断する必要がある。

従来の腐食鋼管部材の圧縮耐荷力診断方法としては、例
えば、腐食鋼管部材の外表面に付着した海生植物を除去
した後、超音波板厚計等の検査機器を用いて腐食鋼管部
材の残存肉厚を軸方向の単位長さく例えば２メートル）
当たり４点程度測定し、その肉厚分布に基づき座屈荷重
等の推定を行うことにより、腐食鋼管部材の圧縮耐荷力
を診断するようにしていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来の腐食鋼管部材の圧縮耐荷力診
断方法にあっては、単位長さ当たり数点の肉厚測定を行
うことにより、その板厚測定値の分布状態から圧縮耐荷
力を診断するようにしていたため、圧縮耐荷力を正確に
診断することができないという問題点があった。

すなわち、腐食鋼管の腐食状態が軸方向に均一である場
合には、肉厚の平均値を使用して圧縮耐荷力を診断する
ことが可能であるが、実際には、腐食鋼管部材の腐食は
局部的に生じるのが一般的であり、測定肉厚の平均値を
使用して圧縮耐荷力を診断すると、実際の残存圧縮耐荷
力より高い圧縮耐荷力となり、診断が不正確となり、ま
た測定肉厚の最小値を使用して圧縮耐荷力を診断すると
、肉厚測定点に腐食ビットが生じていた場合には肉厚が
零となり、実際の残存圧縮耐荷力より低い圧縮耐荷力と
なる。したがって、肉厚を測定してこれに基づき圧縮耐
荷力を正確に診断するためには、腐食鋼管部材の軸方向
の１メ一トル当たり数千点の肉厚を測定し、その平均値
と標準偏差とを算出して、両者の差を２倍した肉厚測定
値を使用して圧縮耐荷力を診断することによって、その
精度が８０％程度に向上する。

このように従来例にあっては、正確な圧縮耐荷力を診断
するためには、多くの測定点の肉厚を測定する必要があ
ると共に、その測定肉厚を統計処理する必要があり、実
際に腐食鋼管部材が使用されている現場での肉厚測定に
手間が掛かると共に、測定データの解析に多大の時間と
費用が掛り、圧２縮耐荷力の診断を容易且つ正確に行う
ことができないという問題点があった。

そこで、この発明は、上記従来例の問題点に着目してな
されたものであり、腐食鋼管部材の肉厚を測定すること
なく、腐食鋼管部材の外表面を所定押圧荷重で押圧し、
そのときの腐食鋼管部材の変形量を測定するだけで、正
確な圧縮耐荷力を診断することができる腐食鋼管部材の
圧縮耐荷力診断方法を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、この発明は、被支持物を支
持して腐食環境下で使用されている腐食鋼管部材の圧縮
耐荷力を診断する腐食鋼管部材の圧縮耐荷力診断方法に
おいて、前記腐食鋼管部材の外表面の一部又は管周を半
径方向に押圧して当該押圧時の押圧荷重及び変形量を測
定し、これらに基づき測定位置の面外変形抵抗を算出し
、該面外変形抵抗に基づき圧縮耐荷力を診断するように
したことを特徴としている。

〔作用〕

この発明においては、腐食鋼管部材の座屈抵抗力が軸方
向圧縮歪と面外変形に伴う曲げ歪による全ポテンシャル
エネルギを極小とする応力として求められることに着目
して、腐食鋼管部材の外表面の一部又は管周を半径方向
に所定荷重で押圧したときの押圧荷重と腐食鋼管部材の
変形量とに基づき面外変形抵抗を算出し、この面外変形
抵抗に基づき演算するか又はテーブルを参照して座屈耐
荷力を推定し、この座屈耐荷力によって圧縮耐荷力を診
断する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

先ず、この発明の原理について説明する。一般に、鋼管
の座屈荷重は、第６図（ａ）に示すような軸方向荷重に
よる軸方向圧縮歪エネルギと第６図（ｂ）に示すような
鋼管の面外変形曲げ歪エネルギと一致した荷重として与
えられるこ六を利用するものである。

すなわち、座屈抵抗力は、軸方向圧縮歪エネルギと面外
変形（Ｗ　−、Ｗ　ｙ　ｙ　）に伴う曲げ歪エネルギと
による次式で表される全ポテンシャルエネ・ルギＷを極
小とする応力として求められる。

を −（１＋ν）（σ８σｙ　　Ｌａｙ”））　ｄｘ’ｙ２
（１−Ｊ／　）”（ＬＪｙｙ　　Ｌｙ”）　）　ｄｘｄ
ｙ−ｔ　Ｊ　ｐｄｙ　Ｊ　Ｕｘｄｘ　　　　　　　　・
・・・”・”・（１）ここで、ｔは鋼管の肉厚、Ｅは縦
弾性係数、νはポアソン比、ｐは外力による荷重である
。

そして、上記（１）式の右辺第１項が軸方向圧縮歪エネ
ルギを、第２項が面外変形歪エネルギを、第３項が外力
によるエネルギをそれぞれ表している。

したがって、座屈部近傍の管壁の面外剛性Ｄ（＝Ｅｔ”
　／１２　（１−ν：））を測定することにより、座屈
耐荷力を診断することができる。

ここで、管壁の面外剛性りの測定は、第７図に示すよう
に、管壁に直角な方向即ち法線方向から所定荷重Ｐの押
圧力を作用させ、そのときの押圧点の面外変形量Δを測
定することにより、次式に基づいて算出することができ
る。

Δ Ｄ＝ｋ・−・・・・・・・・・・・・（２）但し、ｋは
通常の座屈時の外側に変形する面外変形と鋼管の外表面
を押圧して内側に変形する面外変形との相違を修正する
ための修正係数であり、Δ／Ｐを面外変形抵抗と定義す
る。

そして、座屈応力σ、は、弾性及び塑性領域において、
面外剛性又は修正係数ｋに比例するので、次式で表すこ
とができる。

Δ σｃｋ；η・−・・・・・・・・・・・・（３１この（
３）式におけるηを解析的或いは実験的に予め較正値と
して求め、これを第３図に示すように、較正曲線図とし
ておくことにより、面外変形抵抗Δ／Ｐを求めることの
みで、腐食鋼管の残存座屈耐荷力の推定を行うことがで
きる。

次に、上記原理に基づくこの発明による腐食支持鋼管の
座屈耐荷力診断方法を第１図乃至第３図について説明す
る。

すなわち、先ず、第１図に示す測定装置１０を用意する
。この測定装置１０は、測定対象となる腐食支持鋼管１
１の外径より十分に大きな内径を有し且つ鋼管１１の剛
性に比較して大きな剛性を有する枠体１２と、この枠体
１２の中心を挟む対称位置に配設された一対の押圧機構
１３ａ、１３ｂとから構成されている。

枠体１２は、平面からみて半円弧状を有し、その両端に
外方に突出するフランジ１４を有する半体１５ａ、１５
ｂをポルｌ−１５ｃで締結することにより一体化され、
各半体１５ａ、１５ｂにそれぞれ押圧機構１３ａ、１３
ｂが配設されていると共に、押圧機構１３ａ、１３ｂと
略直交する位置にそれぞれゴム等の弾性体で形成された
半径方向に進退自在のガイドローラ１６ａ、１６ｂが配
設され、且つワイヤロープ１７によって懸吊されている
。また、各半体１５ａ、１５ｂには、その下端に略等角
間隔を保って例えば計８本のファイバースコープ１８の
先端が取付けられ、各ファイバースコープ１８が束ねら
れて遠隔地に設けられた撮像装置１９の撮像面に接続さ
れ、この描像面位置でフラットケーブル状に並設され、
従って撮像装置１９からの映像信号をモニタ２０に供給
することにより、鋼管ｔｉの外表面を展開した状態で視
認することができる。

一方、押圧機構１３ａ、１３ｂのそれぞれは、半体１５
ａ、１５ｂに、ピストンロッド２１ａを内方に鋼管１１
の軸心に向かって進退自在に取付けられた単動画ロンド
形の油圧シリンダ２１を有し、そのピストンロッド２１
ａの先端に押圧コーン２１ｂが取付けられている。そし
て、鋼管１１を挟んで対向する油圧シリンダ２１は、油
圧源２２に接続された圧力マツチ油圧回路２３によって
両者が同圧力となるように制御される。

また、油圧シリンダ２１のピストンロッド２１ａには、
その移動量を検出する移動量検出器２４が取付けられて
いる。この移動量検出器２４は、マグネスケール等の磁
気的移動量検出器、ポテンショメータ等を通用し得、ピ
ストンロッド２１ａの移動量に応じた検出信号を出力す
る。この移動量検出器２４の検出信号は、測定回路２５
に供給される。この測定回路２５は、対向する油圧シリ
ンダ２１の圧力が一定値となったとき°即ち圧力マツチ
油圧回路２３で制御される両油圧シリンダ２１のピスト
ンロッド２１ａに取付けられた押圧コーン２１ｂが共に
鋼管１１の外表面に当接した時点での移動量検出器２４
の検出信号を読み込んで記憶すると共に、両油圧シリン
ダ２１の圧力が所定圧力Ｐとなったときにそのときの移
動量検出器２４の検出信号を読込み、両者の差値を演算
して鋼管１１に所定荷重Ｐを付加したときの変形量Δを
算出し、この変形量Δを所定荷重Ｐで除して面外変形抵
抗Δ／Ｐを算出し、その算出結果を表示器２６に出力し
て表示する。ここで、所定荷重Ｐは測定対象となる鋼管
１１の肉厚ｔに基づいて適宜選定される。

以上の測定装置ｌＯを用いて腐食環境例えば桟橋用鋼管
杭のように海中に植立された鋼管１１の圧縮耐荷力を診
断するには、まず鋼管１１の外表面に付着した海生植物
等を除去する。

次いで、前記枠体１１の各半体１５ａ、１５ｂをそれぞ
れ測定対象となる鋼管１１を挟むように対向させて両者
をポル）　１’　５　ｃによって強固に一体化させ、且
つワイヤローブ１７を水面上の固定部に配設したウィン
チ等の適当な巻上機（図示せず）に接続し、この巻上機
によって測定装置１゜を測定点に移動させる。

測定装置ｌＯが測定点に到達すると、巻上機を停止させ
、先ず、ファイバースコープ１８にょって投影される鋼
管１１の外表面の映像を例えばビデオテープレコーダ等
に記録し、次いで押圧機構１３ａ、１３ｂの油圧シリン
ダ２１に油圧源２２から圧力マツチ回路２３を介して作
動油を供給し、押圧コーン２１ｂによって鋼管１１の外
表面を対称位置から同時に押圧する。この場合、圧力マ
ツチ回路２３を介して両油圧シリンダ２１に作動油を供
給するので、まず、一方の油圧シリンダ２１に取付けた
押圧コーン２１ｂが鋼管１１の外表面に当接すると、こ
れにより負荷が増大するので、他方の油圧シリンダ２１
の油圧が高められて、それに取付けた押圧コーン２１ｂ
が鋼管１１の外表面に当接する。この時点になると両油
圧シリンダ２１の圧力が等しくなるので、これを測定回
路２５で検出して、そのときの移動ＩＬ１を移動量検出
器２４から読込み、次いで両油圧シリンダ２１の圧力が
所定圧力Ｐまで上昇される。

したがって、両油圧シリンダ２１の圧力上昇に伴い、第
２図に示すように鋼管１１の外表面が窪んでくる。この
とき、鋼管１１の押圧機構１３ａ。

１３ｂの押圧コーン２１ｂが当接している部分における
腐食が等しくて肉厚が等しい場合には、両押圧コーン２
１ｂの移動量が等しくなるが、両者の腐食程度が異なっ
て一方の押圧コーン２１ｂの当接部の肉厚が他方の押圧
コーン２１ｂの当接部の肉厚に比較して薄い場合には、
この薄い肉厚部に当接している押圧コーン２１ｂの移動
量が大きくなる。

そして、両油圧シリンダ２１に供給する油圧が所定圧力
Ｐに達するとそのときの所定圧力を維持し、この状態で
の各押圧コーン２１ｂの移動量を測定回路２５で読取り
、この移動１ｔＬｔと前記押圧コーン２１ｂが鋼管１１
の外表面当接時の移動ｔ　Ｌ＋　との差値を演算するこ
とにより、鋼管１１の内側への変形量Δ１．Δ、を算出
し、この変形量Δ１．Δｂを所定圧力Ｐで除して面外変
形抵抗Δ。

／Ｐ、Δｂ／ｐを算出し、その演算結果を表示器２６に
出力して表示する。

このようにして算出された面外変形抵抗Δ、／Ｐ及びΔ
ｂ／ｐに基づいて予め実験的に求めた第３図に示す較正
曲線図を参照することにより、座屈応力σ。を降伏応力
σ、で割算することにより、降伏応力σ、の影響を受け
ない無次元化した座屈応力σ□／σ、を算出することが
できる。

そして、無次元化した座屈応力σＣｋ／σ、の値によっ
て、測定対象となる鋼管１１の残存座屈耐荷力を診断す
ることができる。

以上の測定を鋼管１１の押圧コーン２１ｂによる変形範
囲に相当するピッチ！毎に繰り返すことにより、各測定
点での残存座屈耐荷力を診断することができ、これらの
残存座屈耐荷力の最小値を測定対象となる鋼管の残存座
屈耐荷力とする。

第４図は、実際に機械切削によって人工的に肉厚を初期
値６．９鰭から４．ＯＨの範囲で削減した直径３１８．
５鰭の鋼管について荷重Ｐを５００　ｋｇとした場合の
面外変形量と座屈応力との関係即ち腐食鋼管の圧縮耐荷
力を評価するために必要な面外変形抵抗Δ／Ｐと無次元
化した座屈耐力応力σ６．。

／σ、との関係を実験的に求めた較正曲線であり、この
較正曲線を使用して、実際に腐食鋼管（直径３１８、５
　ａｓ、初期板厚６．９　ｔｍ　）に対して上記圧縮試
験を行って求めた面外変形抵抗Δ／Ｐの実測値により推
定した推定圧縮耐荷力ｖｕと実際の圧縮耐荷力Ｐ、との
関係を第５図に示す。この第５図から明らかなように、
本発明による推定圧縮耐荷力ｖｕは、約１０〜２０％以
内の精度で且つ安全側の推定値として得ることができた
。しかも、推定に必要なデータが板厚測定による従来方
法に比較して極めて少なくて済む。

また、上記実施例のように、枠体１２にファイバースコ
ープ１８を取付け、その映像をモニタ２０で鋼管１１の
周囲を展開状態で視認できるようにすると、−々測定点
の測定開始前の状態を水中に潜水したダイパーによって
逼影する必要がないと共に、測定装置１０の遠隔掻作を
容易に行うことができる利点がある。

なお、測定対象となる鋼管１１の測定点は、上記ように
、所定ピンチｌ毎に選定する場合に限らず、予め測定対
象となる鋼管１１の腐食部をファイバースコープ１８に
よる画像を見ながら判断し、その腐食部のみを細かく測
定することもできる。

また、上記実施例においては、枠体１２に２つの押圧機
構１３ａ、１３ｂを設けた場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、押圧機構を互いに鋼管１
１を挟んで対向するように等角間隔を保って４以上、の
偶数個配設するようにしてもよく、このようにすると残
存座屈耐荷力の診断をより正確に行うことができる。

さらに、上記実施例においては、押圧機構１３ａ、１３
ｂが油圧シリンダ２１で構成されている場合について説
明したが、これに限らず固定部、に固着されたナツトと
これに螺合するねじ軸を回転駆動機構で回転駆動する押
圧機構等の他の押圧機構を適用し得、この場合には荷重
Ｐを直接検出ことができないので、ねじ軸にストレイン
ゲージ等を取付け、その検出値で間接的に押圧荷重を検
出する。

またさらに、上記実施例においては、一対の油圧シリン
ダ２１を共に所定圧力Ｐまで昇圧するようにした場合に
ついて説明したが、これに限定されるものではなく、個
々の油圧シリンダ２１の圧力を独立に制御ｎシて、それ
らの圧力Ｐ−，Ｐｂを検出し、これらと移動量Δ８．Δ
ｂとに基づき面外変形抵抗Δ、／Ｐ、、Δｂ　／　Ｐ　
ｂを算出するようにしてもよい。

また、上記実施例においては、測定回路２５で面外変形
抵抗Δ／Ｐのみを算出する場合について説明したが、こ
れに限定されるものではなく、測定回路２５に第３図の
較正曲線を記憶テーブル又は方程式として記憶させ、こ
れを参照して面外変形抵抗Δ／Ｐに対応する無次元化し
た座屈応力σ０を算出するようにしてもよい。

さらに、測定回路２５及び移動量検出器２４を省略して
目視によって押圧コーンの移動量を検出するようにして
もよい。

またさらに、上記実施例では半球状の押圧コーン２１ｂ
によって鋼管１１を押圧する場合について説明したが、
これに限らず、鋼管の円周方向に延長する押圧部を適用
してもよい。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、腐食鋼管の外表面を所
定荷重で押圧し、そのときの鋼管外表面の変形量を測定
し、この変形量と荷重とに基づき面外変形抵抗を算出し
、これに基づき鋼管の残存座屈耐荷力を診断するように
しているので、従来の診断方法のように鋼管の肉厚を測
定して、その測定値を複雑な統計処理を行う必要が全く
なく、腐食鋼管の診断を行う現場で直ちに残存座屈耐荷
力を診断することができ、しかも押圧力の作用により鋼
管が変形する範囲が点ではなく面であるので、実際の座
屈部分に近い広がりをもった測定が可能であり、その診
断精度を向上させることができる等の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に適用し得る測定装置の一例を示す構
成図、第２図は第１図の縦断面図、第３図は面外変形抵
抗（Δ／Ｐ）と座屈応力σゎ、との関係を示す較正曲線
図、第４図は実験的に求めた面外変形抵抗と座屈耐力応
力との関係を示す較正曲線図、第５図は本発明による推
定圧縮耐荷力と実際の圧縮耐荷力との関係を示す特性線
図、第６図（ａ）及び（ｂ）及び第７図はそれぞれこの
発明の詳細な説明に供する説明図でる。 図中、１０は測定装置、１１は腐食鋼管、１２は枠体、
１３ａ、１３ｂは押圧機構、１８はファイバスコープ、
２１は油圧シリンダ、２１ｂは押圧コーン、２４は移動
量検出器、２゛５は測定回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被支持物を支持して腐食環境下で使用されている腐食鋼
   管部材の圧縮耐荷力を診断する腐食鋼管部材の圧縮耐荷
   力診断方法において、前記腐食鋼管部材の外表面の一部
   又は管周を半径方向に押圧して当該押圧時の押圧荷重及
   び変形量を測定し、これらに基づき測定位置の面外変形
   抵抗を算出し、該面外変形抵抗に基づき圧縮耐荷力を診
   断するようにしたことを特徴とする腐食鋼管部材の圧縮
   耐荷力診断方法。