(57)【要約】【課題】従来の非線形解析による算定方法に基づくものよりも、実務レベルで簡単でかつ同等以上の効果、即ち鉄塔を構成する各部材の変位応力を容易に得られる、鉄塔の部材に発生する変位応力の検出方法を提供する。【解決手段】鉄塔を構成する主柱材、腹材、水平材の各部材のボルト滑りの試験結果から、図１で示すように、ボルトの滑り始め点（Ｐｓ）及び滑り終わり点（Ｐｓｅ）を統計処理してグラフ化し、これらのグラフ及び諸係数を表す数式から応力（Ｎi）に対するボルト滑り量（δsi）を求め、応力（Ｎi）からフックの法則より部材の伸縮量（δｅi）を計算（線形解析）し、線形立体解析プログラムにより仮想弾性係数の計算を複数回行って変位応力を求める。【選択図】図１
2006177761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄塔を構成する主柱材、腹材、水平材の各部材のボルト滑りの試験結果から、以下の図で示すようにボルトの滑り始め点（Ｐｓ）及び滑り終わり点（Ｐｓｅ）を統計処理してグラフ化し、
図
2006177761.tif 000005
ここで、
Ｐｓ：ある部材ｊのボルトが大きく滑り始める荷重
Ｐｓｅ：ある部材ｊのボルトが滑り終わる荷重
δｓ：ある部材ｊの荷重Ｐｓ時のボルト滑り量
δｓｅ：ある部材ｊの滑り終わり時のボルトの総滑り量（Ｐｓｅ荷重）
Ｎi：ある部材ｊの解析次数i次応力
δsi:ある部材ｊのＮi時のボルト滑り量
を示し、
さらに、上記統計処理の結果次式を得、
Ｐｓ  ＝Ｔ／（ｋ×ｄ）×ｎ×α×β ： 数式（１）
Ｐｓｅ＝Ｐｓ×γ  :  数式（２）
δｓｅ＝（−０．０４７３×ｎ＋１．２１９）×Ｂｃ  :  数式（３）
ここで、
Ｔ：ボルトの締付けトルク
ｋ：ボルトの締付けトルク係数
ｄ：ボルトの呼び径
ｎ：ボルトの本数
α：摩擦係数（＝〈０．４８７７×ｌｏｇｅ（ｎ）＋０．９０２９〉×０．３）
β：ウイットボルト＝１．９３  その他のボルト＝１．００
γ：荷重倍率（＝０．１５２×ｌｏｇｅ（ｎ）＋１．２８６２）
Ｂｃ：ボルトクリアランス
を示し、
これらの図及び諸係数を表す数式（１）、（２）、（３）から応力（Ｎi）に対するボルト滑り量（δsi）を求め、応力（Ｎi）からフックの法則より部材の伸縮量（δｅi）を計算（線形解析）し、線形立体解析プログラムにより仮想弾性係数の計算を複数回行って変位応力を求めることを特徴とする、鉄塔の部材に発生する変位応力の検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、基礎地盤上に建設された鉄塔に、当該基礎地盤の異常により発生する変位に対して当該鉄塔の各部材に生じる応力を検出する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄塔を建設した基礎地盤の異常により当該鉄塔の基礎が変位した場合、鉄塔部材に当該変位による応力が発生する（以後「変位応力」という）。この応力は、鉄塔の設計時には考慮されていないものであり、発生すれば設計時の応力（以後「設計応力」という）に重畳されるため、各部材の許容応力を超える場合もあり、各部材の補強又は建て替え等の対策を講じる必要が発生する。それ故、変位応力は、精度の高いものでなければ実体に合った合理的な対策を講じることが出来ない。
【０００３】
この様な中、現在採用されている方法として、一般的な算定方法と非線形解析による算定方法がある。一般的な算定方法は、一般的に基礎が不同変位した場合、基礎不同変位量をδd、仮想仕事の原理から得られたボルトクリアランスによる変位吸収量δｂとし、下の数式（４）により解析用変位量δａを計算し、この変位量δａを変位している脚部に強制変位量として与え、線形立体解析し変位応力を算出している。
δａ＝δｄ−δｂ  :   数式（４） 
【０００４】
次に非線形解析による算定方法について述べる。図４は、ボルト滑り試験結果から、滑り始めた点Ｐｓ及び滑り点Ｐｓｅをモデル化し、応力・変位図（multi-linear型）として表したものである。理論的には、図４における変位応力が、当該鉄塔に使用されているボルトの材質（締付けトルク）、サイズ、本数全てについて発生すれば、変位吸収量δｂの配分を考慮せず精度の高い変位応力を算定出来る。非線形解析プログラムに、ボルト接合のある部材全てに図４を定義し、ボルト接合のない部材は、弾性材料（或いは理想弾塑性bi-linear型）を定義する。解析は、各脚の変位方向、変位量を入力することにより、精度の高い変位応力が算定出来る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記一般的な算定方法では、基礎変位脚が１脚１方向しかない場合は、変位応力の精度に問題はないが、基礎不同変位の実態は、この様な単純なケースはほとんど無く、複数脚でしかも変位方向も垂直変位±Ｚ、水平変位±Ｘ、Ｙがあり、また、夫々の変位量も異なり、その組み合わせは、非常に複雑である。従って、変位応力の精度を高めるための手段として、変位吸収量δｂを適正に配分することは不可能であり、実務では、変位量等から配分を推定しているのが実情である。
【０００６】
また非線形解析による算定方法では、増分法であるため、基礎変位を徐々に増やしていくことになり、塑性流れ（ひずみ硬化）が複数箇所で生じ、その結果、当該算定方法による解析が不安定となり、解析自体が中断してしまうことがある。この様な状況の対処方法としては、拘束条件の見直しなど、試行錯誤して目的の不同変位量まで解析することになり、高度な技術が求められ、その上試行錯誤するため高コストとなる恐れもあり、実務レベルの解析には適さない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、鉄塔を構成する主柱材、腹材、水平材の各部材のボルト滑りの試験結果から、以下の図で示すようにボルトの滑り始め点（Ｐｓ）及び滑り終わり点（Ｐｓｅ）を統計処理してグラフ化し、
図
2006177761.tif 000003
【０００８】
ここで、
Ｐｓ：ある部材ｊのボルトが大きく滑り始める荷重
Ｐｓｅ：ある部材ｊのボルトが滑り終わる荷重
δｓ：ある部材ｊの荷重Ｐｓ時のボルト滑り量
δｓｅ：ある部材ｊの滑り終わり時のボルトの総滑り量（Ｐｓｅ荷重）
Ｎi：ある部材ｊの解析次数i次応力
δsi:ある部材ｊのＮi時のボルト滑り量
を示し、
さらに、上記統計処理の結果次式を得、
Ｐｓ  ＝Ｔ／（ｋ×ｄ）×ｎ×α×β  :  数式（１）
Ｐｓｅ＝Ｐｓ×γ  :  数式（２） 
δｓｅ＝（−０．０４７３×ｎ＋１．２１９）×Ｂｃ  :  数式（３）
ここで、
Ｔ：ボルトの締付けトルク
ｋ：ボルトの締付けトルク係数
ｄ：ボルトの呼び径
ｎ：ボルトの本数
α：摩擦係数（＝〈０．４８７７×ｌｏｇｅ（ｎ）＋０．９０２９〉×０．３）
β：ウイットボルト＝１．９３  その他のボルト＝１．００
γ：荷重倍率（＝０．１５２×ｌｏｇｅ（ｎ）＋１．２８６２）
Ｂｃ：ボルトクリアランス
を示し、
これらの図及び諸係数を表す数式（１）、（２）、（３）から応力（Ｎi）に対するボルト滑り量（δsi）を求め、応力（Ｎi）からフックの法則より部材の伸縮量（δｅi）を計算（線形解析）し、線形立体解析プログラムにより仮想弾性係数の計算を複数回行って変位応力を求める鉄塔の部材に発生する変位応力の検出方法とした。
【発明の効果】
【０００９】
従来の非線形解析による算定方法に基づくものよりも、実務レベルで簡単でかつ同等以上の効果、即ち鉄塔を構成する各部材の変位応力を容易に得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
考え方の基本は、複雑な不同変位であっても、各部材には、その変位に見合う応力が発生し、部材に応力が生じれば、部材そのものの伸縮δｅとボルトの滑りδｓが同時に発生し、伸縮と滑りは同方向であるから、部材全体としての伸縮量δ０は、δｅ＋δｓとなる。一般にδｅ＜δｓであるところから、あたかも伸縮し易い材料（弾性係数が小さい）を使用したのと同じものと考えられ、応力と伸縮量の関係が分かれば、ボルトの滑りδｓの影響を弾性係数に考慮することにより、実体に近い変位応力が算定出来る。
【実施例１】
【００１１】
この発明の実施例を図に基づいて説明する。最初にこの発明の実施例の説明に当って、鉄塔を構成する主柱材、腹材、水平材などの各部材のボルト滑りの試験を行った。この試験方法の概略図として、鉄塔の腹材の場合を図２に示し、予め穿った貫通孔にボルト２を螺着した鋼材１を、１００ｔf万能試験機（株式会社島津製作所製）により、引っ張り試験を行ったものである。
【００１２】
使用した試験体は、鉄塔の部位により使用する鋼材が異なり、それに伴い使用するボルトも異なるので、複数の鋼材及びボルトを組み合わせて試験を行った。使用した鋼材及びボルトは、建設当時の電気設備技術基準（経済産業省認定）に基づくものである。
【００１３】
試験体としては、まずＳＳ４００材に、新ボルトのＭ１６（ボルトの呼び径１６ｍｍ、強度区分５．８《引張強さが５０ｋｇf／ｍｍ２その８０％の４０ｋｇf／ｍｍ２が降伏点を示す》）のものを１本又は３本螺着したもの、また試験体、ＳＭ４９０材に、新ボルトのＭ２０（ボルトの呼び径２０ｍｍ、強度区分６．８）のものを１本又は３本螺着したものを使用した。
【００１４】
また試験体として、ＳＳ４００材に、旧ボルトのＭ１６（ボルトの呼び径１６ｍｍ、材質区分ＳＳ４００材）のものを１本〜３本螺着したもの、また試験体、ＳＳ４００材又はＳＭ４９０材に、旧ボルトのＭ２０（ボルトの呼び径２０ｍｍ、材質区分ＳＳ４９０材）のものを１本〜４本、７本螺着したもの、試験体、ＳＭ４９０材又はＳＳ５４０材に、旧ボルトのＭ２２（ボルトの呼び径２２ｍｍ、材質区分ＳＳ４９０材）のものを２本〜４本、８本、１２本螺着したものを使用した。
【００１５】
さらに試験体、ＳＳ４００材に、ウィットボルトのＷ５／８（ボルトの呼び径１５．８８ｍｍ、材質区分ＳＳ４００材相応）のものを１本〜３本螺着したもの、試験体、ＳＭ４９０材に、ウィットボルトのＷ３／４（ボルトの呼び径１９．０５ｍｍ、材質区分ＳＳ４００材相応）のものを１本〜３本螺着したもの、試験体、ＳＭ４９０材に、ウィットボルトのＷ７／８（ボルトの呼び径２２．２３ｍｍ、材質区分Ｓｃｒ４４０材相応）のものを２本〜５本螺着したものを夫々使用した。
【００１６】
ここでボルトについて、３種類のものを使用したのは、実線路鉄塔においてはその建設時期によって使用されているボルトの種類が異なり、これらのことを考慮したためである。測定項目は、荷重と部材滑り量とし、荷重は、０から連続して載荷し、荷重の増加速度は緩やかに上昇させて一定とした。ただし腹材の場合、滑り終わり荷重よりもボルト降伏せん断強度の方が小さいため、載荷荷重はボルト降伏せん断荷重まで載荷することとした。測定装置は、ダイナミック測定装置を使用し、荷重と変位を瞬時に取り込むようにした。以下、その結果を表１に示す。
【００１７】
表１
2006177761.tif 000004
【００１８】
これらの得られた結果の表１をコンピュータにより統計処理して、荷重と部材滑り量曲線から、ボルト滑り始め、滑り終わりを境界点とする、各部材と螺着されたボルトの本数ごとの応力−ひずみ曲線を夫々求めた。求められた各応力−ひずみ曲線は、各部材と螺着されたボルトの本数によって、夫々描かれるグラフの傾斜角度や長さなどは異なるが、これらのグラフの一般的なモデルとして図１を示す。
【００１９】
ここで、
Ｐｓ：ある部材ｊのボルトが大きく滑り始める荷重
Ｐｓｅ:ある部材ｊのボルトが滑り終わる荷重
δｓ  :ある部材ｊの荷重Ｐｓ時のボルト滑り量
δｓｅ：ある部材ｊの滑り終わり時のボルトの総滑り量（Ｐｓｅ荷重）
Ｎi  ：ある部材ｊの解析次数i次応力
δｓi :ある部材ｊのＮi時のボルト滑り量
を示す。
【００２０】
またこれらのコンピュータ処理の結果、以下の諸係数を得た。
Ｐｓ  ＝Ｔ／（ｋ×ｄ）×ｎ×α×β  :  数式（１）
Ｐｓｅ＝Ｐｓ×γ  :   数式（２）
δｓｅ＝（−０．０４７３×ｎ＋１．２１９）×Ｂｃ  :   数式（３）
ここで、
Ｔ  ：ボルトの締付けトルク
ｋ  ：ボルトの締付けトルク係数
ｄ  ：ボルトの呼び径
ｎ  ：ボルトの本数
α  ：摩擦係数（＝〈０．４８７７×ｌｏｇｅ（ｎ）＋０．９０２９〉×０．３）
β  ：ウィットボルト＝１．９３  その他のボルト＝１．００
γ  ：荷重倍率（＝０．１５２×ｌｏｇｅ（ｎ）＋１．２８６２）
Ｂｃ  ：ボルトクリアランス
を示す。
【００２１】
上記部材の応力−ひずみ曲線及び上記諸係数を表す数式（１）、（２）、（３）から、応力Ｎiに対するボルト滑り量δｓiを求め、同様に応力Ｎiからフックの法則により部材の伸縮量δｅiを計算し、仮想弾性係数Ｅｖiを求めた。
この仮想弾性係数Ｅｖiの求め方は、全部材について、汎用の線形立体解析プログラムに１次解析用弾性係数Ｅ＝２１００ｔf／ｃｍ２を入力定義して、立体解析を行い応力Ｎｊiを出力した。
【００２２】
この出力結果（応力Ｎｊi）から部材ごとに以下の計算を行い、２次解析用弾性係数Ｅｖ２を算定した。
δｅｊi＝Ｎｊi×Ｌｊ／Ａｊ×Ｅ
δｅｊi＝Ｎｊiに対応する値を図１のグラフから算定した。
Ｅｖ２＝Ｅ〔δｅｊi／（δｅｊi＋δｓｊi）〕を算定し、この値を入力定義して、立体解析を行い応力Ｎｊ２を出力した。
【００２３】
この出力結果（応力Ｎｊ２）から部材ごとに以下の計算を行い、３次解析用弾性係数Ｅｖ３を算定した。
δｅｊ２＝Ｎｊ２×Ｌｊ／Ａｊ×Ｅｖ２
δｅｊ２＝Ｎｊ２に対応する値を図１のグラフから算定する。
Ｅｖ３＝Ｅ〔δｅｊ２／（δｅｊ２＋δｓｊ２）〕を算定し、入力定義して、立体解析を行い応力Ｎｊ３を出力した。
【００２４】
以下、この方法を繰り返し行うが、４次解析については、部材番号ｊごとにＥｖｊ４とＥｖｊ３を比較し、全部材Ｅｖｊ４＝Ｅｖｊ３であれば、４次解析の必要はない。しかし、数部材がＥｖｊ４≠Ｅｖｊ３であっても、その差が±１００ｔｆ／ｃｍ２の範囲であり、当該部材の応力が部材サイズ・ボルトに影響を及ぼさないことが工学的に判断できる場合は、４次解析を省略できる。この様に数次解析の値がほぼ一定の値に収束した時に、その値を変位応力とする。
【００２５】
次に上記図１の表集計プログラムでの計算方法を表す。
この実施例の仮想弾性係数の基本的な考え方は、滑り分δｓだけ伸び易い材料であることを仮定したものである。それ故、仮想弾性係数Ｅvは、
Ｅｖ＝〔δｅ／（δｅ＋δｓ）〕Ｅ
で示し、ここで
δｅ：応力による部材の伸び
δｓ：応力による部材の滑り
Ｅ  ：弾性係数（２１００ｔｆ／ｃｍ２）
Ｐｓ：大きな滑りが始まる荷重
Ｐｓｅ：大きな滑りが終わる荷重
を示す。
【００２６】
解析用に使用する仮想弾性係数の応力と滑りの関係を図１に示す。二次解析用の部材の滑り量δ２ｓは、この図１から以下の数式となる。
δ２ｓ＝（Ｎi−Ｐ０）／θ＞δｓｅのとき  δi＝δｓｅ
δ２ｓ＝（Ｎi−Ｐ０）／θ＜δｓｅのとき  δi＝（Ｎi−Ｐ０）／θ
ここで
Ｎi：一次解析応力
Ｐ０：（Ｐｓ−０．１×θ）    図１参照
θ  ：（Ｐｓｅ−Ｐｓ）／（δｓｅ−０．１）
δｓｅ：最大滑り量
表集計プログラムでは、以下の数式となる。
セル１＝ＩＦ（（ＡＢＳ（Ｎi）−Ｐ０）／θ＞δｓｅ，δｓｅ，（ＡＢＳ（Ｎi）−Ｐ０）／θ）
【００２７】
部材の伸びδ２ｅは、
δ２ｅ＝Ｎi×Ｌ×Ｋ  ／Ａ×Ｅ
ここで
Ｎi ：一次解析応力
Ｌ  ：部材の全長
Ｋ  ：伸び計算長さの採り方（１．０  ０．５等）
Ａ  ：部材の断面積
Ｅ  ：弾性係数（２１００ｔｆ／ｃｍ２）
表集計プログラムでは、以下の数式となる。
セル２＝Ｎi×Ｌ×Ｋ  ／Ａ×２１００
【００２８】
二次解析用仮想弾性係数ε２は、弾性係数は部材の伸びに反比例するので、
ε２＝〔δ２ｅ／（δ２ｅ＋δ２ｓ）〕Ｅ
表集計プログラムでは、以下の数式となる。
セル３＝δ２／（δ１＋δ２）×２１００
【００２９】
三次解析用は、一般に二次解析応力Ｎ２＜一次解析応力Ｎiとなる。この場合、二次解析応力Ｎ２がＰｓ以下になる場合もあるが、二次解析でＰｓを超えた結果であり、部材の滑りは、δ２ｓ＝δ３ｓとし、仮想弾性係数は、二次解析用と同値とした。一般に二次解析応力Ｎ２がＰｓ〜Ｐｓｅの場合は、部材の滑りがδｓｅになることもあり、δ２ｓ＝δ３ｓとした。
表集計プログラムでは、以下の数式となる。
セル４＝セル１
【００３０】
部材の伸びδ３ｅは、
δ３ｅ＝Ｎ２×Ｌ×Ｋ  ／Ａ×Ｅ
ここで
Ｎ２：二次解析応力
表集計プログラムでは、以下の数式となる。
セル５＝Ｎ２×Ｌ×Ｋ  ／Ａ×２１００
【００３１】
三次解析用仮想弾性係数ε３は、
Ｎ２＜Ｐｓｅのとき  ε３＝〔δ３ｅ／（δ３ｅ＋δ３ｓ）〕Ｅ
Ｎ２＞Ｐｓｅのとき  ε３＝〔δ３ｅ／（δ３ｅ×（δ２ｅ／δ３ｅ）＋δ３ｓ）〕Ｅ
【００３２】
この様にして鉄塔を構成する主柱材、腹材、水平材の各部材の仮想弾性係数を得た。これらの数値と、別途行った実規模試験の結果より得られた数値（以下「実験値」と言う）とを比較してその有効性を確認した。この実規模試験は、鉄塔を構成する主柱材、腹材、水平材などに夫々部材番号を付し、水平変位用ジャッキや垂直変位用ジャッキなどを使用して、一脚のみ不同変位させて行った。その結果を縦軸に上記実験値、横軸に上記仮想弾性係数による値を取り、図にして表した。それを図３（Ａ）乃至（Ｆ）に示す。これらの図において、右上がり４５度の線は、実験値：仮想弾性係数による値＝１：１、即ちイコールの場合を示す。
【００３３】
図３（Ａ）は、鉄塔を支持する４つの脚である主柱材の垂直変位（４つの脚のうちの一つの脚の垂直上方向１６ｍｍ、垂直変位については以下同じ）を示すものであり、図３（Ｂ）は、主柱材の水平変位（同脚塔芯外方向５５ｍｍ、水平変位については以下同じ）を示すものであり、上記右上がり４５度の線上にばらつきを見せながらも、これらの線上に仮想弾性係数の値を示す点がおおよそ示されていることが分かる。また図３（Ｃ）は、腹材の垂直変位を示すものであり、図３（Ｄ）は、腹材の水平変位を示すものであり、上記右上がり４５度の線上に部分的に固まりながらも、これらの線上に仮想弾性係数の値を示す点がおおよそ示されていることが分かる。さらに図３（Ｅ）は、水平材の垂直変位を示すものであり、図３（Ｆ）は、水平材の水平変位を示すものであり、上記右上がり４５度の線上にばらつきを見せながらも、これらの線上に仮想弾性係数の値を示す点がおおよそ示されていることが分かる。
【００３４】
これらの結果、この発明の実施例における仮想弾性係数による値が実規模試験により得られた値とおおむね一致しており、これらの仮想弾性係数による値が有効であることが確認できた。なおこの発明の実施例の仮想弾性係数による変位応力の検出方法は、アングル材により建設された鉄塔の場合に効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】この発明の実施例において、表１をモデル化して得られたグラフ図である。
【図２】この発明の実施例において、試験体である鋼材を万能試験機により試験している状態を示す説明図である。
【図３】この発明の実施例において、（Ａ）主柱材における垂直変位の実験値と仮想弾性係数の値を比較したグラフ図である。（Ｂ）主柱材における水平変位の実験値と仮想弾性係数の値を比較したグラフ図である。（Ｃ）腹材における垂直変位の実験値と仮想弾性係数の値を比較したグラフ図である。（Ｄ）腹材における水平変位の実験値と仮想弾性係数の値を比較したグラフ図である。（Ｅ）水平材における垂直変位の実験値と仮想弾性係数の値を比較したグラフ図である。（Ｆ）水平材における水平変位の実験値と仮想弾性係数の値を比較したグラフ図である。
【図４】従来のボルト滑り試験結果をモデル化して得られたグラフ図である。
【図１】
2006177761.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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