(57)【要約】【課題】鋼材の水素脆化を抑制する。【解決手段】制御装置の測定部５ａは、ひずみゲージ４の抵抗値の変化からコンクリート柱１の振動数を測定する。次に、制御装置５の判定部５ｂは、測定したコンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上であるか否かを判定する。コンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上ではない場合、制御装置５の振動指示部５ｃは、コンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上となるように、コンクリート柱１を振動させる。これにより、コンクリート柱１は、所定の振動数以上の振動数で、振動し続けることとなる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材が埋設されたコンクリート構造物に対してこのコンクリート構造物の振動数が所定の振動数以上となる振動を与える振動ステップ
を有することを特徴とする水素脆化抑制方法。
【請求項２】
請求項１記載の水素脆化抑制方法において、
前記コンクリート構造物の振動数を測定する測定ステップと、
この測定ステップにより測定された振動数が前記所定の振動数以上であるか否かを判定する判定ステップと
をさらに有し、
前記振動ステップは、前記測定ステップで測定された振動数が前記所定の振動数以上ではないと判定された場合、前記コンクリート構造物の振動数が前記所定の振動数以上となる振動を与える
ことを特徴とする水素脆化抑制方法。
【請求項３】
鋼材が埋設されたコンクリート構造物の振動数を測定する測定部と、
この測定部により測定された振動数が所定の振動数以上であるか否かを判定する判定部と、
この判定部により前記測定部で測定された振動数が前記所定の振動数以上ではないと判定された場合、前記コンクリート構造物に対してこのコンクリート構造物の振動数が前記所定の振動数以上となる振動を与える振動部と
を備えることを特徴とする水素脆化抑制システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素脆化抑制方法および水素脆化抑制システムに関するものであり、特に、鋼材が埋設されたコンクリート構造物の水素脆化抑制方法および水素脆化抑制システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現代社会において、各種情報の通信や電力供給などを実現するためのインフラ設備として、電柱、つり線、支線、金物などから構成される架空構造物は不可欠な存在である（例えば、非特許文献１参照。）。このような架空構造物には、図８に示すように、風圧による荷重、つり線１０１や支線１０２による張力、電柱１０３に設けられた構造物１０４による重力などの様々な荷重がかかる。そこで、自身の強度やそれらの荷重が平衡状態となるように架空構造物を設けることで、架空構造物が倒壊することを防いでいる。
【０００３】
このような架空構造物の一つである電柱（コンクリート柱）は、テーパのある円筒状に形成され、コンクリート中にはコンクリートに圧縮の力を与える緊張材（ＰＣ（prestressed concrete）鋼材）と呼ばれる鋼材が埋め込まれている。この緊張材を埋め込むのは、コンクリートが圧縮には強いが引張には弱いという特徴を有するためであって、緊張材によって予め圧縮の力を加えることで荷重がかかったときにコンクリートに引張応力がかからないようにするためである。
このようなコンクリート柱には、上述したように様々な荷重がかかるので、この荷重に耐えるためにもより強度が高いものを選定することが重要である。そこで、コンクリート柱の強度を評価するために様々な手法が提案されている（例えば、非特許文献２，３参照。）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】電気通信主任技術者試験研究会編、電気通信主任技術者  線路設備及び設備管理、２００５年４月３０日  新版発行、ｐ．３６
【非特許文献２】社団法人  腐食防食協会、第１７０回腐食防食シンポジウム  プレストレスコンクリート用鋼材と水素脆化評価  FIP試験の精度向上について、２０１０年１０月６日、ｐ．１０
【非特許文献３】潮田浩作、後藤正治、小松芳成、星野明紀、竹林重人、Fe-Si合金における繰り返し平面曲げ疲労中の転位下部組織の発達と疲労破壊挙動、鉄と鋼、Vol.94、No.8、2008年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コンクリート柱内に埋め込まれる鋼材は、水素脆化割れが発生することがあった。この水素脆化割れとは、外部から鋼材内部に水素が侵入するような環境で、ある一定の引張応力が負荷され続けた場合に、鋼材に亀裂が発生して最終的に破断してしまうことである。このような鋼材の破断は、架空構造物同士の荷重の平衡状態の崩壊を引き起こして、電柱を倒壊させて電力供給や通信を遮断してしまうおそれがあるので望ましくない。
【０００６】
そこで、本発明は、鋼材の水素脆化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述したような課題を解決するために、本発明に係る水素脆化抑制方法は、鋼材が埋設されたコンクリート構造物に対してこのコンクリート構造物の振動数が所定の振動数以上となる振動を与える振動ステップを有することを特徴とするものである。
【０００８】
上記水素脆化抑制方法において、コンクリート構造物の振動数を測定する測定ステップと、この測定ステップにより測定された振動数が所定の振動数以上であるか否かを判定する判定ステップとをさらに有し、振動ステップは、測定ステップで測定された振動数が所定の振動数以上ではないと判定された場合、コンクリート構造物の振動数が所定の振動数以上となる振動を与えるようにしてもよい。
【０００９】
また、本発明に係るおよび水素脆化抑制システムは、鋼材が埋設されたコンクリート構造物の振動数を測定する測定部と、この測定部により測定された振動数が所定の振動数以上であるか否かを判定する判定部と、この判定部により測定部で測定された振動数が所定の振動数以上ではないと判定された場合、コンクリート構造物に対してこのコンクリート構造物の振動数が所定の振動数以上となる振動を与える振動部とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼材が埋設されたコンクリート構造物に所定の振動数以上の振動が与えられるので、鋼材の水素脆化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、コンクリート柱の構成を説明するための図である。
【図２】図２は、コンクリート柱にかける荷重の一例を示す図である。
【図３】図３は、コンクリート柱にかける荷重の一例を示す図である。
【図４】図４は、ＤＳ値を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る水素脆化抑制システムの構成を模式的に示す図である。
【図６】図６は、コンクリート柱に振動を与える一例を説明するための図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る水素脆化抑制方法を示すフローチャートである。
【図８】図８は、架空構造物の構成を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
［経緯］
まず、本発明に至った経緯について説明する。
【００１４】
従来より、耐水素脆化特性の高い鋼材（ＰＣ）を選定するために、コンクリート柱に対して様々な試験が実施されている。
例えば、鋼材（ＰＣ鋼材）の水素脆化を評価する試験としては、ＦＩＰ試験が知られている（例えば、非特許文献２参照。）。このＦＩＰ試験は、酸性の腐食溶液に鋼材を浸漬させ、常に水素が鋼材に吸収され続ける環境において一定の荷重をかけるものである。
【００１５】
このＦＩＰ試験は静的な荷重を負荷するものであるが、実環境では、風で支線やつり線が揺れることによってコンクリート柱には動的な荷重がかることがある。そこで、動的な荷重が印加された状態について評価する試験として、疲労試験がある（例えば、非特許文献３参照。）。ところが、疲労試験は、印加する負荷の周波数や速度が、風によってもたらされる荷重よりも桁違いに大きいので、実環境に即した評価方法とは言い難いものとなっている。また、水素脆化は、静的な荷重がかけられた上で、風などによる動的な荷重がかかったときに発生するので、単純な正弦波の負荷を印加する疲労試験では、耐水素脆化特性を正確に評価することが困難である。
【００１６】
そこで、水素脆化を正確に評価するために、実環境に即した荷重をコンクリート柱にかけるために、コンクリート柱の構造について検討した。図１に示すように、一般的な電柱（コンクリート柱）１０には、テーパのある円筒状に形成され、内部にコンクリートに圧縮の力を与える緊張材（ＰＣ鋼材）と、破壊荷重による曲げモーメントを満足させるための非緊張材と呼ばれる鋼材が埋め込まれている。これらの鋼材は、風などによって支線やつり線から動的な荷重が負荷されてコンクリート柱１０が静止した状態を保てなくなると、そのコンクリート柱１０内の埋設位置により引張や圧縮の負荷を受ける。
【００１７】
図１に示すように、水平方向に沿ったａ方向に荷重がかかると、コンクリート柱１０は、地表近傍の部分を固定端としてたわむため、Ｐ１，Ｐ２の位置に存在する鋼材は圧縮方向の力がかかり、Ｐ５，Ｐ６の位置に存在する鋼材は引張方向の力がかかる。逆に、そのａ方向に反対のｂ方向に荷重がかかれば、Ｐ１，Ｐ２の位置に存在する鋼材は引張方向の力がかかり、Ｐ５，Ｐ６の位置に存在する鋼材は引張方向の力がかかる。
【００１８】
このようにコンクリート柱１０の上部に接続された支線やつり線によって動的な荷重がかかって水平方向に荷重がかかると、Ｐ１，Ｐ２およびＰ５，Ｐ６の位置に存在する鋼材が圧縮と引張の力を交互に受ける。このような動的な荷重を静的な荷重を負荷する耐水素脆化性の試験でも再現するには、図２，図３に示すように、コンクリート柱に予め負荷している力Ａσｂを基準とした三角波または正弦波となる荷重をかければよい。このとき、負荷の周期、負荷の歪み速度、負荷の荷重については、コンクリート柱の設置状況や設置場所によって異なるので、実際の環境を反映した値とすることが望ましい。
【００１９】
このようにコンクリート柱内部に埋設された鋼材に荷重をかけて耐水素脆化性を評価することにより、より実環境に近い条件による試験が可能となる。なお、耐水素脆化性を評価する方法には幾つかあり、例えば、図４に示すようなＤＳ値（破断時の断面積を初期の断面積で除した値であり、小さいほど脆化感受性が高いことを意味する）、破面観察、破断までの時間などがある。
【００２０】
上述したように静的な荷重と動的な荷重を同時にかける試験方法を検討している過程において、鋼材に静的な荷重をかけた上で振動を与えたとき、この振動数と水素脆化との間に関連があること、すなわち振動数を上げるほど水素脆化を抑制できることを発明者らは見いだした。この原理は以下の通りである。
【００２１】
一般の工業材料としての鋼材内には、欠陥としての亀裂が無数に存在するが、静的な荷重をかけているときに外部から水素が侵入してくると、最も水素が侵入した部分で亀裂の成長が最大となり、鋼材の破断に至る。このときに、鋼材に静的な荷重をかけた上でさらに振動を与えると、この振動により最大の応力がかかる位置が時々刻々と変化するので、これに応じて水素の侵入位置もずれて、鋼材内の１箇所に水素が集中して侵入することを防ぐことができる。結果として、単純に静的な荷重をかける場合よりも鋼材に水素を多く吸収させることができる、言い換えると、水素脆化を抑制することができる。
ここで、鋼材を振動させる振動数は、最大の応力がかかる位置が変化する速度が速いほど鋼材内への水素の侵入箇所の分散させることができるので、高ければ高いほど望ましい。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、鋼材が埋設されたコンクリート柱の振動数が常にコンクリート柱の固有振動数を超える所定の値以上となるようにする。この所定の値は、上述したように高ければ高い方が望ましい。例えば、振動数と鋼材の水素脆化の度合いとを予め測定しておき、この測定結果に基づいて設定したり、鋼材への水素の侵入速度を演算し、この速度以上に鋼材が水平方向に移動するような値にしたりするようにしてもよい。
これにより、コンクリート柱に埋設された鋼材の水素脆化を抑制することができる。
【００２３】
［水素脆化抑制システムの構成］
次に、本実施の形態に係る水素脆化抑制システムの構成について説明する。
【００２４】
図５に示すように、本実施の形態に係る水素脆化抑制システムは、地面に立設されたコンクリート柱１と、このコンクリート柱１を支える支線となる複数のステイ２と、このステイ２に取り付けられた弾性体３と、コンクリート柱１に取り付けられたひずみゲージ４と、水素脆化抑制システムの全体の動作を制御する制御装置５とを備えている。
【００２５】
コンクリート柱１は、コンクリートからなる円柱状または円筒状の構造物である。このコンクリート柱１の内部には、緊張材となる鋼材１ａがコンクリート柱１の延在方向に沿って埋設されている。
なお、コンクリート柱１は、テーパを有するようにしてもよい。また、コンクリート柱１に埋設する鋼材１ａの数量は適宜自由に設定することができる。さらに、コンクリート柱１に埋設する鋼材１ａは緊張材に限定されず、非緊張材も埋設することができる。
【００２６】
ステイ２は、コンクリート柱１を地面に対して斜めに設置されたワイヤーである。本実施の形態において、ステイ２は、コンクリート柱１に対して対称に２本設けられており、一端が地面に埋設され、他端がバンド２ａによりコンクリート柱１の上端に機械的に固定されている。
ここで、ステイ２としては、例えば鋼や亜鉛めっき鋼など、支線として利用できるものであれば各種材料を用いることができる。同様に、バンド２ａは、例えば亜鉛めっき鋼で形成されている。
【００２７】
弾性体３は、コンクリート柱１に振動を与えるための構造体であり、例えば、ばね鋼や青銅からなるばねから構成され、ステイ２それぞれに固定されている。なお、本実施の形態においては、２本のステイ２のうち一方にはばねからなる弾性体３のみが設けられ、他方には同じ弾性体３およびステイ２に張力を負荷する装置（図示せず）を設ける場合を例に説明する。
【００２８】
ひずみゲージ４は、一方の弾性体３に取り付けられ、制御装置５と電気的に接続されている。
【００２９】
制御装置５は、水素脆化抑制システム全体の動作を制御するコントローラである。本実施の形態において、制御装置５には、測定部５ａ、判定部５ｂおよび振動指示部５ｃが設けられている。
【００３０】
測定部５ａは、ひずみゲージ４の電気抵抗の変化を測定して、この変化からコンクリート柱１の振動数を測定する。ここで、ひずみゲージ４は、弾性体３に固定されており、この弾性体３はステイ２に取り付けられており、このステイ２は一端がコンクリート柱１に接続されている。したがって、コンクリート柱１の振動はステイ２を介して弾性体３に伝達されるので、この弾性体３に取り付けれたひずみゲージ４の測定結果からコンクリート柱１の振動数を測定することができる。
【００３１】
判定部５ｂは、この測定部５ａにより測定されたコンクリート柱１の振動数と、予め記憶している所定の振動数とを比較して、コンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上であるか否かを判定する。
【００３２】
振動指示部５ｃは、判定部５ｂによりコンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上ではないと判定されると、コンクリート柱１を振動させたり、コンクリート柱１を振動させる旨の指示を出す。
コンクリート柱１を振動させる方法としては、コンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上となる方法であれば各種方法を用いることができる。例えば、図６に示すように、ハンマー６により弾性体３に打撃を加えるようにしてもよい。このとき、ハンマー６は、振動指示部５ｃの指示に基づいて自動的に駆動するようにしてもよいし、制御装置５のディスプレイやスピーカからユーザに対してハンマー６で弾性体３に打撃を加える旨の指示を出力させて、ユーザがハンマー６を扱うようにしてもよい。
【００３３】
［水素脆化抑制方法］
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態に係る水素脆化防止について説明する。
【００３４】
まず、制御装置５の測定部５ａは、ひずみゲージ４の抵抗値の変化からコンクリート柱１の振動数を測定する（ステップＳ１）。
【００３５】
次に、制御装置５の判定部５ｂは、ステップＳ１で測定したコンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００３６】
コンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上の場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、制御装置５は、ステップＳ１の処理に戻る。
【００３７】
一方、コンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上ではない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、制御装置５の振動指示部５ｃは、コンクリート柱１の振動数が所定の振動数以上となるように、コンクリート柱１を振動させる（ステップＳ３）。
コンクリート柱１を振動させると、制御装置５は、ステップＳ１の処理に戻る。これにより、コンクリート柱１は、所定の振動数以上の振動数で、振動し続けることとなる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、鋼材１ａが埋設されたコンクリート柱１に対して所定の振動数以上の振動を与えることにより、鋼材１ａの水素脆化を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、鋼材を埋設したコンクリート構造物に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
１，１０…コンクリート柱、１ａ…鋼材、２…ステイ、２ａ…バンド、３…弾性体、４…ひずみゲージ、５…制御装置、５ａ…測定部、５ｂ…判定部、５ｃ…振動指示部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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