(57)【要約】【課題】破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の損傷を推定することができるコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置を提供する。【解決手段】鋼管２と、鋼管２の内部に充填されたコンクリート部３と、を有するコンクリート充填鋼管柱１の損傷状態を推定するコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法において、コンクリート充填鋼管柱１の下端部から上方へ鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を順次測定する剥離測定工程と、剥離測定工程において順次測定された鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無から鋼管２がコンクリート部３から剥離している剥離範囲を推定し、剥離範囲からコンクリート充填鋼管柱１の損傷状態を推定する損傷状態推定工程と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管と、該鋼管の内部に充填されたコンクリート部と、を有するコンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定するコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法において、
前記コンクリート充填鋼管柱の下端部から上方へ前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を順次測定する剥離測定工程と、
該剥離測定工程において順次測定された前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無から前記鋼管が前記コンクリート部から剥離している剥離範囲を推定し、該剥離範囲から前記コンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定する損傷状態推定工程と、を有することを特徴とするコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法。
【請求項２】
前記剥離測定工程では、前記鋼管の表面の打音によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法。
【請求項３】
前記剥離測定工程では、前記鋼管の表面に下端部から上方に所定間隔毎に配置された複数の振動センサの測定値によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法。
【請求項４】
前記剥離測定工程では、前記鋼管の表面に下端部から上方に所定間隔毎に配置された複数の歪センサの測定値によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法。
【請求項５】
前記剥離測定工程では、コイルで発生させた磁力により前記鋼管を振動させ、発生した振動を分析した結果によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法。
【請求項６】
前記剥離測定工程では、前記コンクリート充填鋼管柱を加熱し、赤外線サーモグラフィが測定した前記コンクリート充填鋼管柱の温度分布によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定することを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法。
【請求項７】
鋼管と、該鋼管の内部に充填されたコンクリート部と、を有するコンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定するコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置において、
前記鋼管の表面に下端部から上方に所定間隔毎に前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定する剥離測定手段と、
該剥離測定手段によって測定された所定間隔毎の前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無から前記鋼管が前記コンクリート部から剥離している剥離範囲を推定し、該剥離範囲から前記コンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定する損傷状態推定手段と、を有することを特徴とするコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼管の内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）部材の研究や、構造物への適用が行われている。このようなコンクリート充填鋼管部材では、施工時に赤外線サーモグラフィを用いた非破壊試験を行うことで、設計上問題となる空隙が発生しているかどうかを確認することができる（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「ＣＦＴ部材を使用した桁橋の施工技術報告−ＣＦＴガーダー橋の施工−」、平成１８年、技術委員会、架設小委員会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、大規模地震などの後に、既設のコンクリート充填鋼管柱の損傷を推定することができる非破壊試験が望まれている。しかしながら、非特許文献１に開示された赤外線サーモグラフィを用いた非破壊試験は、コンクリート打設時の硬化熱を利用しているため、既設のコンクリート充填鋼管柱に対して採用することができない。
【０００５】
そこで、本発明は、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の損傷を推定することができるコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法は、鋼管と、該鋼管の内部に充填されたコンクリート部と、を有するコンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定するコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法において、前記コンクリート充填鋼管柱の下端部から上方へ前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を順次測定する剥離測定工程と、該剥離測定工程において順次測定された前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無から前記鋼管が前記コンクリート部から剥離している剥離範囲を推定し、該剥離範囲から前記コンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定する損傷状態推定工程と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置は、鋼管と、該鋼管の内部に充填されたコンクリート部と、を有するコンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定するコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置において、前記鋼管の表面に下端部から上方に所定間隔毎に前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定する剥離測定手段と、該剥離測定手段によって測定された所定間隔毎の前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無から前記鋼管が前記コンクリート部から剥離している剥離範囲を推定し、該剥離範囲から前記コンクリート充填鋼管柱の損傷状態を推定する損傷状態推定手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
コンクリート充填鋼管柱では、大規模地震などによる鋼管の損傷過程は、コンクリート部からの剥離、局部座屈、破断という順番で進んでいる。また、鋼管のコンクリート部からの剥離は、コンクリート充填鋼管柱の下端部（柱基部）から上側に向かって順次生じている。
このため、本発明では、鋼管がコンクリート充填鋼管柱の下端部からどのくらいの範囲においてコンクリート部から剥離しているかを測定し、剥離範囲を確認することで、鋼管の損傷状態を推定することができる。
これにより、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の損傷を推定することができる。
【０００９】
また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法は、前記剥離測定工程では、前記鋼管の表面の打音によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定する構成としてもよい。
このような構成とすることにより、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の剥離範囲を容易に測定することができる。
【００１０】
また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法は、前記剥離測定工程では、前記鋼管の表面に下端部から上方に所定間隔毎に配置された複数の振動センサの測定値によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定する構成としてもよい。
このような構成とすることにより、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の剥離範囲を容易に測定することができる。
【００１１】
また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法は、前記剥離測定工程では、前記鋼管の表面に下端部から上方に所定間隔毎に配置された複数の歪センサの測定値によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定する構成としてもよい。
このような構成とすることにより、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の剥離範囲を容易に測定することができる。
【００１２】
また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法は、前記剥離測定工程では、コイルで発生させた磁力により前記鋼管を振動させ、発生した振動を分析した結果によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定する構成としてもよい。
このような構成とすることにより、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の剥離範囲を容易に測定することができる。また、コンクリート充填鋼管柱に接触せずに鋼管の剥離範囲を測定することができるため、コンクリート充填鋼管柱に検査による跡が残ることがない。
【００１３】
また、本発明に係るコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法は、前記剥離測定工程では、前記コンクリート充填鋼管柱を加熱し、赤外線サーモグラフィが測定した前記コンクリート充填鋼管柱の温度分布によって前記鋼管の前記コンクリート部からの剥離の有無を測定する構成としてもよい。
このような構成とすることにより、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の剥離範囲を容易に測定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱の内部の損傷を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置の一例を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である
【図３】破断した鋼管を説明する斜視図である。
【図４】剥離レベル（剥離範囲）とコンクリート充填鋼管柱が負担する荷重との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態によるコンクリート充填鋼管柱１は、鋼管２の断面形状が略正方形となるように形成されている。
鋼管２の内部のコンクリートをコンクリート部３とする。コンクリート部３には、鉄筋（不図示）が配筋されていてもよいし、配筋されていなくてもよいし、部分的に配筋されていてもよい。
【００１７】
このようなコンクリート充填鋼管柱１では、施工後の鋼管２の損傷過程は、（１）コンクリート部３からの剥離、（２）局部座屈、（３）破断（図３参照）という順番で進んでいる。また、鋼管２のコンクリート部３からの剥離は、コンクリート充填鋼管柱１の下端部（柱基部）１ａ（図１参照）から上方に向かって順次生じている。
【００１８】
本実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置１０は、鋼管２の表面に下端部から上方に所定間隔毎に鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定する剥離測定手段１１と、剥離測定手段１１によって測定された所定間隔毎の鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無から鋼管２がコンクリート部３から剥離している剥離範囲を推定し、剥離範囲からコンクリート充填鋼管柱１の損傷状態を推定する損傷状態推定手段１２と、剥離測定手段１１および損傷状態推定手段１２を制御する制御部１３と、を有している。
【００１９】
本実施形態は、打音法によって鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定するように構成されている。打音法は、ハンマーでコンクリート充填鋼管柱１の測定位置を打撃し、打撃音をマイクロフォンで収録分析し、鋼管２がコンクリート部３から剥離しているかどうかを測定する。
【００２０】
剥離測定手段１１は、鋼管２の表面に下端部から上方に所定間隔毎に設けられた複数のセンサ１１１，１１１…と、センサ１１１，１１１…が検出した値から鋼管２がコンクリート部３から剥離しているかどうかを判定する判定部１１２と、を有している。
センサ１１１，１１１…は、ハンマーでコンクリート充填鋼管柱１の測定位置を打撃した際の打撃音の周波数振幅を検出可能に構成されている。
判定部１１２は、剥離測定手段１１のセンサ１１１，１１１…が検出した測定位置における打撃音の周波数振幅から測定位置において鋼管２がコンクリート部から剥離しているかどうかを判定するように構成されている。
【００２１】
損傷状態推定手段１２は、剥離測定手段１１によって測定された測定位置毎の鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無から、鋼管２がコンクリート部３から剥離している範囲を推定する剥離範囲推定部１２１と、剥離範囲推定部１２１に推定された剥離範囲からコンクリート充填鋼管柱１の損傷状態を推定する損傷状態推定部１２２と、を有している。
【００２２】
コンクリート充填鋼管柱１では、大規模地震などによって損傷する部位は、損傷事例などから下端部１ａから塑性ヒンジ長（０．５×鋼管２の幅寸法Ｂ）程度であるとされている。そして、鋼管２のコンクリート部３からの剥離範囲がコンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから鋼管２の幅寸法Ｂの０．５倍の高さ（０．５Ｂ）以上であれば、そのコンクリート充填鋼管柱１は、最大荷重を支持できない状態であると判定される。
【００２３】
本実施形態では、鋼管２のコンクリート部３からの剥離範囲が、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから鋼管２の幅寸法Ｂの０．２５倍の高さ（０．２５Ｂ）以下（剥離レベル１）であれば、コンクリート部３が圧潰しておらず健全な状態であると推定する。このため、損傷状態推定部１２２は、剥離レベル１の場合にはコンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持できる状態の内部損傷レベル１と判定する。
また、鋼管２のコンクリート部３からの剥離範囲が、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから鋼管２の幅寸法Ｂの０．２５倍から０．５倍の高さ（０．２５Ｂ〜０．５Ｂ）範囲（剥離レベル２）であれば、最大荷重に近い状態であるが、コンクリート部３は圧潰に至っていないため、コンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持することができると推定する。しかしながら、剥離レベル２の場合は、余震などによって損傷が進展する可能性があるため、損傷状態推定部１２２は、剥離レベル２の場合にはコンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持できない可能性がある状態の内部損傷レベル２と判定する。
また、鋼管２のコンクリート部３からの剥離範囲が、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから鋼管２の幅寸法Ｂの０．５倍の高さ（０．５Ｂ）以上（剥離レベル３）であれば、コンクリート部３が圧潰していると推定する。このため、損傷状態推定部１２２は、剥離レベル３の場合にはコンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持できない状態の内部損傷レベル３と判定する。
【００２４】
本実施形態によるコンクリート充填鋼管柱１では、まず、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから上方へ鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を順次測定する剥離測定工程を行う。
そして、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから上側のどの程度の範囲において鋼管２のコンクリート部３からの剥離が生じているかによって剥離レベルを判定する。
【００２５】
続いて、剥離測定工程において判定された剥離レベルからコンクリート充填鋼管柱１の損傷状態を推定する損傷状態推定工程を行う。図４に剥離レベルとコンクリート充填鋼管柱が負担する荷重との関係を示している。
上述したように、剥離レベル１の場合は、コンクリート部３が圧潰しておらず健全な状態であると推定されるため、コンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持できる状態の内部損傷レベル１と判定する。
剥離レベル２の場合は、最大荷重に近い状態であるが、コンクリート部３は圧潰に至っていないため、コンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持することができる。しかしながら、剥離レベル２の場合は、余震などによって損傷が進展する可能性があるため、コンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持できない可能性がある状態の内部損傷レベル２と判定する。
剥離レベル３の場合は、コンクリート部３が圧潰しているため、コンクリート充填鋼管柱１が最大荷重を支持できない状態の内部損傷レベル３と判定する。
【００２６】
次に、上述した本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置の作用・効果について図面を用いて説明する。
上述した本発明の実施形態によるコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置１０では、鋼管２がコンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから上方のどのくらいの範囲においてコンクリート部３から剥離しているかを測定し、鋼管２の剥離レベルを確認することにより、コンクリート充填鋼管柱１の損傷状態を推定する構成である。これにより、大規模地震などの後に既設のコンクリート充填鋼管柱１の内部の損傷状態を破壊せずに推定することができる。
また、剥離測定工程では、打音法によって鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定するため、コンクリート充填鋼管柱１の剥離範囲を容易に測定することができる。
【００２７】
以上、本発明によるコンクリート充填鋼管柱の損傷推定方法およびコンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、鋼管２の断面形状は、略正方形状であるが、略正方形状に限定されず略長方形状や円形などであってもよい。鋼管２の断面形状が円形の場合は、鋼管径を基に剥離レベルを設定してもよい。
【００２８】
また、上記の実施形態では、打音法によって鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定しているが、打音法以外によって鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定してもよい。
例えば、剥離測定手段１１は、鋼管２の表面に下端部から上方に所定間隔毎に配置された複数の振動センサを有し、剥離測定工程においてこれらの複数の振動センサの測定値によって各高さにおける鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定してもよい。
また、剥離測定手段１１は、鋼管２の表面に下端部から上方に所定間隔毎に配置された複数の歪センサを有し、剥離測定工程においてこれらの複数の歪センサの測定値によって各高さにおける鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定してもよい。
また、剥離測定工程においてコイルで発生させた磁力により鋼管２を振動させ、発生した振動を分析した結果によって各高さにおける鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定してもよい。
【００２９】
また、鋼管２がコンクリート部３から剥離して空隙が生じると、この空隙とその他の部分とでは熱伝導率が異なり温度差が生じることから、剥離測定工程において、コンクリート充填鋼管柱１を加熱し、赤外線サーモグラフィが測定したコンクリート充填鋼管柱１の温度分布によって鋼管２のコンクリート部３からの剥離の有無を測定してもよい。このようにすると、破壊せずにコンクリート充填鋼管柱１の内部の剥離範囲を容易に測定することができる。また、赤外線サーモグラフィが測定したコンクリート充填鋼管柱１の温度分布を確認することで、鋼管２のコンクリート部３からの剥離の状況を詳細に推定することができる。
【００３０】
また、上記の実施形態では、鋼管２のコンクリート部３からの剥離範囲が、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから鋼管２の幅寸法Ｂの０．２５倍の高さ（０．２５Ｂ）以下であれば、剥離レベル１とし、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから鋼管２の幅寸法Ｂの０．２５倍から０．５倍の高さ（０．２５Ｂ〜０．５Ｂ）範囲であれば、剥離レベル２とし、コンクリート充填鋼管柱１の下端部１ａから鋼管２の幅寸法Ｂの０．５倍の高さ（０．５Ｂ）以上であれば、剥離レベル３としているが、剥離範囲による剥離レベルの設定や、剥離レベルによる内部損傷レベルの設定は適宜行われてよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  コンクリート充填鋼管柱
１ａ  下端部
２  鋼管
３  コンクリート部
１０  コンクリート充填鋼管柱の損傷推定装置
１１  剥離測定手段
１２  損傷状態推定手段
１３  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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