鋼コンクリート接合部に鋼材腐食が 生じた港湾・海岸及び空港施設の

鋼コンクリート接合部に鋼材腐食が
生じた港湾・海岸及び空港施設の
健全度評価手法の構築
東北大学
鈴木基行
○内藤英樹
研究の背景
港湾施設は厳しい塩害環境下にあり，
桟橋等の点検や健全性評価の高度化が望まれる．
(参照元：横浜市港湾局web)
局所振動試験
部材の局所的な共振を励起し，剛性
低下によって内部の損傷を調べる．
2
研究の背景
共振周波数比
これまで鋼コンクリート接合部の電食試験を実施し，
腐食ひび割れと共振周波数の関係を整理してきた．
1
供試体1
0.8
供試体2
0.6
0
10
20
腐食率 [%]
振動試験と超音波試験を実施し，適用条件を整理した．
3
研究の目的
はり供試体の上面から振動試験を実施し，損傷同定の
妥当性を検討する．
RCとSRCはり供試体の載荷試験
曲げひび割れ
鋼コンクリートの付着損失
供試体実験
4
振動試験のシステム
加振器
測定加速度
(電磁コイル)
センサ
高い
制御加速度
センサ
周波数
増幅
コントローラ
低い
パワーアンプ
ノートPC
加振力 50 N, 重さ 2 kg
5
提案技術のポイント
局所振動
加振器まわり
が揺れる
部分的な共振を励起し，
ローカルな剛性評価に
基づいて損傷を調べる
高い
周波数
全体振動
低い
たわみ振動
構造物や部材
全体が揺れる
縦振動
構造物や部材
全体が揺れる
共振周波数を測定し，部材全体の平均剛性を調べる
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実験概要
①供試体を作製
RC, SRC, CFTはり
②曲げ載荷試験
③非破壊試験
4点載荷試験を行う
段階的に載荷荷重を上げる
強制加振試験×2種類
超音波試験×2方向
結果を整理，有用性を考察
7
RCとSRCはり供試体の概略図
RC
3500
400
400
400
1200
SRC
軸鉄筋D13
腹鉄筋D10
3500
H形鋼
200×200×8×13
400
400
軸鉄筋D13
400
1200
腹鉄筋D10
8
載荷試験の概要
荷重変位関係(SRC)
載荷荷重[kN]
500
400
2 δy …
300
6 δy
1 δy
200
100
0
0
10
20
30
中央変位[mm]
40
降伏変位 δy の整数倍ごとに除荷し，振動試験を行う.
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ひび割れ図 (6δy 時)
RC供試体
SRC供試体
10
400mm
RCはりの損傷評価
共振周波数比
400mm
400mm
1δy
3δy
曲げひび割れの範囲において，共振
周波数が対称に低下した．
1
0.8
0.6
6δy
載荷位置
-1000 -500
0
ひび割れによる剛性低下を検知した．
500 1000
測定位置[mm]
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共振周波数を指標にした損傷度評価式
共振周波数比 f/f0
1
0.8
白丸：模擬空隙と切欠き
青丸：1 y 載荷のひび割れ
黒丸：2 y 載荷のひび割れ
0.6
0.4
f
f0
0.2
1
D
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
波長に対するひび割れ長さの割合D/
f
f0
1
D
f ：共振周波数
f0：健全時の共振周波数
D：ひび割れ長さ
λ ：波長
加振方向に投影したひび
割れ長さと共振周波数は
線形関係にある．
12
400mm
RCはりの損傷評価
50mm
共振周波数比
400mm
400mm
1δy
3δy
6δy
加振方向に投影したひび割れ長さ
と共振周波数は線形関係にある．
1
0.8
0.6
載荷位置
-1000 -500
0
500 1000
測定位置[mm]
共振周波数比0.7のとき，
投影ひび割れ長さ50mm
ひび割れ角度 83
主筋にほぼ直交するひび割れを捉えている.
13
SRCはりの損傷評価
H形鋼
200×200×8×13
3500
400
400
b=200
共振周波数比
400
加振方向の投影ひび割れ長さと
共振周波数は線形関係にある．
1
0.8
0.6
0.4
-1000 -500
0
500 1000
測定位置[mm]
共振周波数比0.5のとき，
空隙長さは200mmになる．
鉄骨フランジ幅と一致する.
付着切れが広い範囲に及んでいる.
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道路橋RC床版の現場試験
道路橋の現場試験
1953年に竣工された3径間単純鋼鈑桁橋
橋長77m，幅員8m，床版厚さ250mm (＋舗装厚さ50mm)
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床版下面は鋼板によって補強されている．
15
共振曲線の実測データ
加速度センサ
加振器
応答倍率の振幅 ( 10-3)
鋼板接着補強
0.6 劣化：3089Hz
健全：6686Hz
0.4
0.2
0
2000
4000
6000
8000
周波数(Hz)
車両走行による振動影響下でも測定できた．
鋼板の上からでも床版内部の点検・調査ができる．
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損傷マップ(剛性分布)
剛性分布
(損傷マップ)
0～0.5～ 0.7～ 0.85～1.2
劣化
健全
共振周波数比
1径間 (252点) を8時間で測定した．
床版の剛性分布と損傷箇所を示すことができ
た．
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まとめ
加振器によって構造物の上面から局所的な共振を
励起する試験方法を提示した．
RCはり供試体の検討では，降伏後の塑性変形にお
いて，下面から生じた曲げひび割れを検知できた．
SRCはり供試体の検討では，載荷に伴う鋼コンク
リート付着欠損を捉えることができた．
今年度は，塩害を受けた桟橋上から現場試験を行い，
点検および健全性評価の効率化を検討する．
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