JPH03185323A - 架管部配管応力測定による埋設部配管応力推定法 - 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Ｐ５梁配管系の橋梁架管部は露出し、その橋台
背面部配管は地中に埋設されており、この橋台背面部が
地盤変形をうけた場合に、架管部配管の応力測定をした
結果を基に応力変形解析を行い、架設部配管に生ずる応
力値又は歪値を推定する架管部配管応力測定による埋設
部配管応力推定法に関するものである。

［従来の抜術］ 橋梁に管系（架管部及び橋台背面部を含む）は−股部に
比べて、地盤沈下、温度変化及び車輌荷重の繰り返し等
の悪影響を受けやすい。従ってこれらの影響による配管
系の応力値又は歪値を定量的に評価したいという要望が
従来より生じていた。

第７図は橋梁配管系の一例を示す図であり、図において
、バイブラインは橋台の左側の架管部では露出しており
、橋台の右側の橋台背面部では地中に埋設されている。

またパイプラインの二点鎖線は埋設時の変位前の状態を
示し、火線は地盤沈下により変位した状態を示している
。一般に地盤の沈下量ｄ１は不明であり、また沈下によ
る配管変位量ｄ２も不明である。従来第７図のような既
設橋梁配管系の応力値又は歪値をａｌ定するには、ます
橋台背面部の埋設部配管のかなり長い延長を掘削して露
出させ、橋梁配管系の架管部及び埋設部の多くの箇所に
ストレンゲージ等の歪センサを取付け、歪測定器の初期
値をゼロに３３！しておく。

次に配管の一部を切断し、応力を解放することによって
得られる切断前後における歪測定値の差分をｉ該配青系
が受けていた歪値として定量的評価を行っていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の橋梁配管系の応力値又は歪値の測定
方法では、まず橋台背面部の掘削及び配管の切断という
大規模な工事が必要であるという問題点があった。

またこの方状では、最大応力が発生している箇所が特定
しにくいのみならず、配管の切断前後における配管系の
応力状態の相対値は評価できるが、絶対値はＪ・ト価す
ることが困難である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
、橋台背面部の掘削及び配管の切断という工ＩＧを要さ
ずに、橋台背面部配管系の応力値又は歪値を指定できる
架管部に前厄力測定による埋設部配管応力推定法を得る
ことを目的とする。

［課題を角ｑ決するための手段］ この発明に係る架管部配管応力測定による埋設部配管応
力推定法は、橋梁配管系の橋梁架管部は露出し、その橋
台背面部配管は地中に埋設されている場合に、前記橋台
背面部が地盤変形をうけたときに、該橋台背面部配管が
うけた影響が架管部に波及する範囲内において架管部配
管の応力測定を行う応カフｍ＄３定手段と、前記応力測
定手段から得られた応力測定結果により橋梁配管モデル
の応力変形解析を行い、前記応力測定値と一致する応力
角ｔＩ折結果が得られる地ｆｆｉ変形量を算出し、該算
出された地盤変形量に基づき埋設部配管に生ずる応力値
又は歪値を推定する信号処理手段を備えたものである。

［作用］ 本発明においては、橋梁配管系の橋梁架管部は露出し、
その橋台背面部配管は地中に埋設されている場合に、前
記橋台背面部が地盤変形をうけたときに、応力測定手段
（例えばＸ＠、磁気歪法、音！１性法による非破壊方式
の応力測定装置）により、前記橋台背面部配管がうけた
影響が架管部に波及する範囲内において架管部配管の応
力測定を行い、信号処理手段（例えばデジタル計算機、
マイクロコンピュータ）により、前記応力測定手段から
得られた応力測定結果により橋梁配管モデルの応力変形
解析を行い、前記応力測定値と一致する応力Ｈ折結果が
得られる地盤変形量を算出し、該算出された地盤変形量
に基づき埋設部配管に生ずる応力値又は歪値を推定する
。

［実施例］ 本発明は橋梁配管系の橋梁架管部は露出し、その橋台背
向部配管は地中に埋設されており、この橋台背面部が地
盤変形をうけた場合に適用することができる。

最初に本発明による応力推定方法の骨子を以下に説明す
る。

（１）まず地盤性下等により橋台背面部配管が受けた影
響が架管部に波及する範囲内で、架管部配管の応力測定
を行う。

この応力ａｌｌ定は、既設管の現状の曲げ応力を非破壊
で測定できる応力測定装置により行う。例えばＸ線によ
る応力８−１定装置、磁気歪法による応力測定装置、音
弾性法による応力測定装置のいずれかの装置で行えばよ
い。この非破壊方式の応力測定により従来のストレンゲ
ージ測定器のように配管の切断は不要となる。

（２〉次に（１）項で行った架管部配管の応力測定結集
に基づき、埋設部配管の応力推定を、応力変形解析法に
より行う。この方法により従来の埋設部配管の掘削は不
要となる。

以下非破壊方式の応用測定装置の実施例と、この応力測
定結果に基づく応力変形解析法の実施例について詳細に
説明する。

この実施例においては、橋台架管部に作用してる管の■
げ応力゛を非破壊で測定する装置例として、磁歪応力測
定装置の場合について述べる。

鋼材又は鋼製構造物等の応力及び残留応力を非破壊で測
定する方法として、ＸｖＡ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８ｐ１定する方法とし
ては先に出願した特願昭６３−１５３６２２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、両透
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〜１ｏＯ
ｓｓｅｃですみ、取吸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
を披ＪＦＪ定面に接触させて行うものであるため、披１
１１１定而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測定面か
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夫施できる装置を
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桔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離
りのリフト・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″〜３８０＠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。

第２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Ｉ１１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ＳＩＮθ曲線に近似して分ａｉする。

第２図（１１）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５
ＩＮｏ曲線とはかなり近似していることが判る。

従ってこの５ＩＮｏ近似値と歪ゲージ等により実スか１
した応力値とを対応させた較正曲線をあらかじめ用意し
ておくことにより、曲げ応力の絶対値を磁歪応カフ１１
３定法により測定することができる。

以上により磁歪応力測定法の説明を終了し、次に磁歪応
力測定装置について説明する。

第３図は本発明に係る槁梁架管部における管の萌げ応力
を測定する装置例としての磁歪応力測定装置のブロック
図である。図においてｌＯ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１−蔵する。磁気異
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。１３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１
１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−タ・、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。１５はＡ／Ｄ変換
器、１Ｇは例えばＲ８２３２Ｃ等のインタフェース、１
７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ａｐ
ｌ定するには、例えば管材の中心軸に対する里心向上の
管（４外周而に、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１
７はインタフェース１６を介してモータ・ドライバ１４
に１四転の走行指令を与え、モータ・ドライバ目は前記
レール又は／及びギヤ上の走行装置ｌＯを前月に沿って
１回転走行させる。この走行中に、磁気異方性センサ１
１（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″〜３ＧＯ＠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３２
号は磁歪ＩＩ・１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磁歪
測定部１３からの測定値、又は／及びこの測定値をＳＩ
Ｎ近似曲線により近似した応力計測データを、図形もし
くは数値表示形式により、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。本測定装置のデータ表示部１８に表示され
た応力計測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、次の信号処理である埋設部配管
系の応力推定処理を行うことができる。

また上記実施例においては、橋梁架管部に働いている青
の曲げ応力を非破壊で測定する装置として磁歪応力１Ｉ
ｐ１定装置の例を示したが、本発明はこれに駆足される
ものではなく、Ｘ線による応力測定装置や音弾性法によ
る応力測定装置等の非破壊方式で応力を測定できる装置
であれば、いずれの装置によってもよい。

上記いずれかの応力測定装置を用いて、既配管の露出部
である橋梁架管部の所要数箇所について応力測定を行う
。例えば第７図の矢印で示される架着都心カフ１−１定
箇所について測定を行い、その応力／ｌＰＪ定値σ　９
−σ　、σ　・・・等を得る。

２３ 次に前記装管部配管の応力側結果に基づく埋設部配管系
の応力推定法につき説明する。

第４図は本発明に係る埋設部配管系の応力推定処理の流
れ図である。

第５図は第４図の配管応力変形解析に使用する解析モデ
ルの一例を示す図である。

第５図を参照し第４図の説明を行う。第４図の流れ図に
よる応力推定処理は、例えばデジタル計算機やマイクロ
コンピュータ等の信号処理手段を用いて実施する。同図
のステップＳ１においては、前記応カフ１−１定装置か
ら得られた橋梁架管部の所要位置についての応力測定デ
ータを信号処理手段に入力する。この応力測定データは
絶対値として計測されたものである。次にステップＳ２
において、配管角ｑ、折モモデル設定し、この設定デー
タを同様に信号処理手段に人力する。

第５図はこの配管解析モデルの一例を示す図であり、同
図においては、パイプラインは河川を横断し、その両岸
の橋台により保持され、両岸の橋台の１’？面部では橋
台直後の１０００關の深さから４５″工ルボ２個を介し
て１４００　ｓｅｍの深さに埋設されている。この管路
形状データ、管径×管厚データ（例えば３００Ａの管径
３１ｇ、５φ×管厚６．９　ｗｎ）　、地盤沈下量デー
タ（例えば両岸とも５．１０．１５．２０゜２５、３０
ｃ＋ｎ）　、材料変形特性データ及び地盤特性データ等
を信号処理手段に入力する。また同図のΔ印は配管支持
点であり、＄印は地盤で非線形バネとして演算処理を行
う箇所である。

第４図のステップＳ３において、前記埋設部地盤を非線
形バネとし、埋設部に基準沈下量（例えば前記両ＩＰ沈
下の５〜３０ｃｍ）を与えて配管応力変形解析を行う。

一般に配管解析モデルと地盤沈下量が与えられると、配
管系の応力変形を非線形有限要素解析プログラム等によ
り解析する技術は既に公知である。例えば土木学会第４
４回年次学術講演会講演概要集（第１部）、平成元年１
０月、“地盤の永久変位による埋設パイプラインの変形
挙動”舛田はか、ｐ、１１３８〜１１３９、同学会第４
３回年次学術講演会講演ＩＩＷ要（第１部）、昭和６３
年ｌＯ月、“埋設管路の非線形挙動の無次元表示°絵本
ほか、ｐ、１１３８〜１１３９の文献などにその技術内
容が開示されている。

第４図のステップＳ４においては、ステップＳ１にて応
力ｉ１Ｆ＋定データを人力した測定位置（以下節点とい
う）において、応力測定値とステップＳ３にて配管応力
変形解析により求めた応力値又は歪値が等しくなるよう
に信号処理手段を用いてコンピュータシミュレーション
を行ない、橋台貨市部の沈下量を算出する。即ちこのシ
ミュレーションにより得られる沈下量に基づき配管解析
モデルの節点において解析された応力解析値と、欠測さ
れた応力測定値とが一致するように地盤の変形量（入力
条件〉を逆に求めるわけである。ステップＳ５において
は、ステップＳ４にて応力の解析値と大ＪＦＩ値とが一
致するようにして求めた沈下量を人力条件として、この
沈下量に基づき埋設部の他の節点の応力値又は歪値を推
定値として算出する。

ステップＳ６においては、ステップＳ５にて推定した配
管系全体の外力と各節点の応力値又は歪値を信号処理手
段より記録器又は表示器を介して出力する。

第６図は第５図の角ｑ析モデルにより埋設部配管系の歪
値を推定した結果を示す図である。

同図は第５図の解析モデル及び解析条件に基づき両ｌ：
！地盤沈下を５〜３０ｃ＋ａとして与えた結果として得
られた図である。図の黒丸印は応力１１ｐ１定点Ｓ−１
部を、Δ印は左岸のエルボＥ−１部を、白丸印はイｉ岸
のエルボＥ−２部をそれぞれ示している。

また応力測定点Ｓ−１では、応力値σ−１７ｋｇ、／−
１（歪値ε−０，０８％）が測定で確認されており、こ
の場合の配管解析による沈下量は２０ｃｍとなる。ここ
で人力沈下１ｉｉｄ−２０ｃｍを与え、この解析モデル
により埋設部配管系の応力値又は歪値の推定を行った結
果、曲管部である左ｊ；！エルボＥ−１部の歪値ε−０
，２％、右Ｉ；二エルボＥ−２部の歪値ε−０，２５％
等が１１１られる。このようにしてその他の節点の応力
値又は歪値を推定値として算出することができる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、橋梁配管系のｌｆ５梁
架梁部管部出し、その橋台背面部配管は地中に埋設され
ており、前記橋台背面部が地盤変形をうけた場合に、露
出部である架管部配管の応力測定を行い、該応力測定結
果により橋梁配置７モデルの応力変形解析を行って算出
された地盤変形量に基づき、埋設部配管に生ずる応力値
又は歪値を推定するようにしたので、既設橋梁配管系の
応力状態を非破壊且つ非掘削で推定することができ、安
全対策の要否やその順位付は等の予防保全が簡易に行え
るようになったという効果が得られる。

【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測定法を
説明する図、第２図（ａ）及び（ｂ）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、第３図は本
発明に係る橋梁架管部における管の曲げ応力をａＦ１定
する装置例としての磁歪応力？ｌ−１定装置のブロック
図、第４図は本発明に係る埋設部配管系の応力推定処Ｐ
ｖの流れ図、第５図は第４図の配管応力変形解析に使用
する解析モデルの一例を示す図、第６図はＴＳ５図の解
析モデルにより埋設部配管系の歪値を推定した結果を示
す図、第７図は橋梁配管系の一例を示す図である。 図において、１は円柱材料、２は磁歪センサ、ｌＯは走
行装置部、１１は磁気異方性センサ、１２は走行台車、
１３は磁歪測定部、１４はモータ・ドライバ、１５はＡ
／Ｄ変換器、１０はインタフェース、１７はパソコン、
１Ｂはデータ表示部である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　橋梁配管系の橋梁架管部は露出し、その橋台背面部配
   管は地中に埋設されている場合に、前記橋台背面部が地
   盤変形をうけたときに、該橋台背面部配管がうけた影響
   が架管部に波及する範囲内において架管部配管の応力測
   定を行い、該応力測定結果により橋梁配管モデルの応力
   変形解析を行い、前記応力測定値と一致する応力解析結
   果が得られる地盤変形量を算出し、該算出された地盤変
   形量に基づき埋設部配管に生ずる応力値又は歪値を推定
   することを特徴とする架管部配管応力測定による埋設部
   配管応力測定法。