(57)【要約】【課題】構造物の部材を取り出すことなく、構造物の部材の地震による損傷度を容易に調べることのできる方法を提供する。【解決手段】建造物１０の鉄骨梁２１に板片から成る損傷検知片３１を取付けておき、地震経験後には、上記検知片３１を取り出して繰り返し応力を作用させて破壊してそのときの累積塑性歪エネルギーを測定し、この累積塑性歪エネルギーと、予め実験により求めた鉄骨梁の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーと、損傷検知片の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーと、鉄骨梁の疲労破壊時の上記検知片の累積塑性歪エネルギーとから、鉄骨梁２１の残りの累積塑性歪エネルギーを算出して、上記鉄骨梁２１の損傷度を推定するようにした。【選択図】　　　　図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の部材に板片から成る損傷検知片を予め取付けておき、構造物に繰り返し応力が作用した場合には、上記部材から上記検知片を取り外してその損傷度を調べ、予め実験により求めた繰り返し応力付加時における上記検知片の損傷度と当該部材の損傷度との関係から、上記部材の損傷度を推定するようにしたことを特徴とする構造物の部材の損傷度推定方法。
【請求項２】
上記部材を、構造物の構造部材を補強するエネルギー吸収部材としたことを特徴とする請求項１に記載の構造物の部材の損傷度推定方法。
【請求項３】
上記部材及び検知片にそれぞれ繰り返し応力を作用させるとともに、上記部材及び検知片が破壊したときのそれぞれの累積塑性歪エネルギーを予め求めておき、上記部材から取り外した検知片に繰り返し応力を作用させ、上記検知片が破壊したときの累積塑性歪エネルギーから、上記部材の吸収可能な塑性歪エネルギーを算出して上記部材の損傷度を推定するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の部材の損傷度推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建造物や橋梁などの構造物に地震などが作用したときの、梁や柱あるいは橋脚等の、構造物の部材の損傷度を推定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震の発生により、建造物の梁や柱、あるいは、橋脚等の構造物の部材がどの程度損傷したかを調べる方法としては、上記部材の外観を調べて、亀裂や歪みが見られるなど損傷度が大きいと思われる部材を実際に取り出して試験する方法がある。しかし、この方法では、試験に大きな費用がかかるだけでなく、当該部材を試験するために、構造物を補強する作業が必要なため、通常は、大きな損傷が起こった場合のみしか行われていない。
そこで、構造物の部材を取り出すことなく地震による損傷を調べる方法として、例えば、構造物が建造物である場合には、建造物内に地震計を設置して、得られた地震波形を用いて建造物の部材の損傷度を解析的に類推する方法がある。また、構造物の部材に直接変位計等の計器を取付けて常時モニタリングし、地震時の時刻履歴等から地震時における当該部材の変形の大きさを計測して上記部材の損傷度を類推する方法なども行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記方法では、常時モニタリングしている計器、地震を感知してそれを記録する機器等が必要であり、また、データを取り出す手間も大きいといった問題点があった。
【０００４】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造物の部材を取り出すことなく、構造物の部材の地震による損傷度を容易に調べることのできる方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の発明は、梁や柱、あるいは、橋脚などのような、構造物の部材の損傷度を推定する方法であって、上記部材に板片から成る損傷検知片を予め取付けておき、構造物に繰り返し応力が作用した場合には、上記部材から上記検知片を取り外してその損傷度を調べ、予め実験により求めた繰り返し応力付加時における上記検知片の損傷度と当該構造物の部材の損傷度との関係から、上記部材の損傷度を推定するようにしたことを特徴とする。これにより、上記検知片のみを取り出して試験するだけで当該部材の地震による損傷度を容易に推定することが可能となる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構造物の部材の損傷度推定方法において、上記部材を、梁などの連結部材やブレース（筋違い）等の構造物の構造部材を補強するためのエネルギー吸収部材としたものである。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の構造物の部材の損傷度推定方法において、上記部材及び検知片にそれぞれ繰り返し応力を作用させるとともに、上記部材及び検知片が破壊したときのそれぞれの累積塑性歪エネルギーを予め求めておき、上記部材から取り外した検知片に繰り返し応力を作用させ、上記検知片が破壊したときの累積塑性歪エネルギーから、上記部材の吸収可能な塑性歪エネルギーを算出して上記部材の損傷度を推定するようにしたことを特徴とするもので、これにより、構造部材の損傷度を数値的評価することができ、当該部材の地震による損傷度を正確に推定することが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す図で、本例では、建造物の壁１，１間にわたされたＨ鋼から成る鉄骨梁２の上フランジ２ａ側と下面フランジ２ｂ側のそれぞれの端部（壁１，１側）に、金属製の板片からなる損傷検知片３を、上記損傷検知片３の両端部をそれぞれ支持する支持部材４を用いて予め取付けておき、上記鉄骨梁２が繰り返し応力を受けて変形する際に、上記損傷検知片３を上記鉄骨梁２と同時に変形させ、上記繰り返し応力の作用後に、上記損傷検知片３を上記鉄骨梁２から取り外してその損傷度を調べることにより、上記鉄骨梁２の損傷度を類推する。このとき、損傷度を調べる鉄骨梁２には、鉄骨梁２の損傷が想定した部分に集中するように、上，下のフランジ２ａ，２ｂの端部（壁１，１側）に切り欠き部２ｋを設け、この切り欠き部２ｋの近傍に損傷検知片３を取付けるようにすると、鉄骨梁２にかかる最大の塑性歪を確実に上記損傷検知片３に反映させることができる。また、切り欠き部２ｋを設けることにより、損傷検知片３の取付け位置の選定が容易となる。なお、同図において、２ｃは鉄骨梁２のウェブ部である。
上記鉄骨梁２に、例えば、地震時のような繰り返し応力が作用すると、上記損傷検知片３は、図２に示すように、上記鉄骨梁２の変形に追従して変形するので、繰り返し応力を受けた鉄骨梁２の損傷度が大きいほど、上記損傷検知片３の損傷度も大きくなる。したがって、損傷検知片３の損傷度と、それを取付ける鉄骨梁２の損傷度との関係を予め実験により求めておけば、損傷検知片３の損傷度を調べることで、上記損傷検知片３を取付けた鉄骨梁２の損傷度を推定することができる。
【０００７】
本例では、上記損傷度の評価として、繰り返し応力が作用したときの当該部材の累積塑性歪エネルギーの大きさを用いた。具体的には、図３（ａ），（ｂ）に示すように、鉄骨梁２または、損傷検知片３を取付けた鉄骨梁２に繰り返し応力を作用させて、鉄骨梁２の疲労特性を測定する。上記鉄骨梁２の歪量εは、はじめは外力である繰り返し応力に追従して変化するが、鉄骨梁２は徐々に疲労していくため、ついには上記応力に追従しきれず疲労破壊する。そこで、繰り返し応力の作用時から鉄骨梁２の疲労破壊時までの上記鉄骨梁２の累積塑性歪エネルギーＥｂｅａｍを測定するとともに、疲労破壊時までの上記応力の繰り返し回数ｎをチェックしておく。
一方、図４（ａ），（ｂ）に示すように、損傷検知片３のみでも同様の実験を行い、繰り返し応力の作用時から損傷検知片３の疲労破壊時までの上記損傷検知片３の累積塑性歪エネルギーｐＥｍｏｎｉｔｏｒを測定するとともに、疲労破壊時までの上記応力の繰り返し回数ｐをチェックする。このとき、上記損傷検知片３としては、損傷度を推定する鉄骨梁２よりも疲労破壊時の繰り返し回数の多い（累積塑性歪エネルギーが大きい）ものを用いる必要がある。なお、図４（ｃ）に示すように、損傷度を推定する鉄骨梁２及び取付ける損傷検知片３よりも疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーが大きい鉄骨梁２Ｔに、上記損傷検知片３を取付けて上記累積塑性歪エネルギーｐＥｍｏｎｉｔｏｒと繰り返し回数ｐを測定するようにしてもよい。
【０００８】
図５は、建造物１０の鉄骨梁２１に損傷検知片３１を取付けた図で、地震経験後には、上記鉄骨梁２１から損傷検知片３１を取り外し、その損傷度を調べる。なお、上記鉄骨梁２１及び損傷検知片３１は、上記実験で使用した鉄骨梁２及び損傷検知片３と同一特性のものである。
詳細には、図６（ａ），（ｂ）に示すように、取り外した損傷検知片３１に、上記実験と同様に、繰り返し応力を作用させて上記損傷検知片３１を疲労破壊し、上記損傷検知片３１の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーｍＥｍｏｎｉｔｏｒを測定する。なお、この場合も、図６（ｃ）に示すように、上記損傷検知片３１を、上記鉄骨梁２１及び取付ける損傷検知片３１よりも疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーが大きい鉄骨梁２１Ｔに取付けて累積塑性歪エネルギーｍＥｍｏｎｉｔｏｒを測定するようにしてもよい。
上記損傷検知片３１は地震により既に損傷しているので、疲労破壊時の繰り返し回数ｍは上記実験での疲労破壊時の繰り返し回数ｐよりも少ない。また、鉄骨梁２１は疲労破壊していないので、鉄骨梁２１の受けた累積塑性歪エネルギーをＥ’とすると、鉄骨梁２１の残りの累積塑性歪エネルギーＥは、以下の式で表わせる。
Ｅ＝Ｅｂｅａｍ−Ｅ’＝｛１−（Ｅ’／Ｅｂｅａｍ）｝Ｅｂｅａｍ
上記式において、鉄骨梁２１の受けた累積塑性歪エネルギーＥ’と疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーＥｂｅａｍとの比（Ｅ’／Ｅｂｅａｍ）は、上記損傷検知片３１の受けた累積塑性歪エネルギーと疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーとの比に等しいので、鉄骨梁２１の残りの累積塑性歪エネルギーＥは、鉄骨梁２の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーＥｂｅａｍと、損傷検知片３の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーｐＥｍｏｎｉｔｏｒと、上記測定した損傷検知片３１の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーｍＥｍｏｎｉｔｏｒ、及び、鉄骨梁２が疲労破壊した時点での損傷検知片３の累積塑性歪エネルギーｎＥｍｏｎｉｔｏｒを用いて、以下の式から求めることができる。
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したがって、上記鉄骨梁２１の残りの累積塑性歪エネルギーＥを用いて、地震による鉄骨梁２１の損傷度を類推することができる。
繰り返し応力を受けた鉄骨梁２１は、累積塑性歪エネルギーＥが小さいほど損傷度は大きく、累積塑性歪エネルギーＥの値がＥｂｅａｍに近づくほど損傷度が小さいので、鉄骨梁２１の損傷度Ｐとしては、例えば、以下のような式を用いて評価することができる。
損傷度Ｐ（％）＝｛１−（Ｅ／Ｅｂｅａｍ）｝×１００
【０００９】
このように、本実施の形態では、建造物１０の鉄骨梁２１に板片から成る損傷検知片３１を取付けておき、地震経験後には、上記検知片３１を取り出して繰り返し応力を作用させて疲労破壊してそのときの累積塑性歪エネルギーｍＥｍｏｎｉｔｏｒを測定し、予め実験により求めた鉄骨梁２の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーＥｂｅａｍと、予め測定しておいた損傷検知片３の疲労破壊時の累積塑性歪エネルギーｐＥｍｏｎｉｔｏｒ、鉄骨梁２の疲労破壊時の上記検知片３の累積塑性歪エネルギーｎＥｍｏｎｉｔｏｒとから、鉄骨梁２１の残りの累積塑性歪エネルギーＥを算出して、上記鉄骨梁２１の損傷度を推定するようにしたので、鉄骨梁２１を取り出すことなく、上記検知片３１のみを取り出して試験するだけで建造物１０の鉄骨梁２１の地震による損傷度を容易に調べることができる。
【００１０】
なお、上記実施の形態では、Ｈ鋼から成る鉄骨梁２１の上フランジ側と下フランジ側とに損傷検知片３１を取付けた場合について説明したが、取付け箇所としては上フランジ側のみ、または、下フランジ側のみでもよい。あるいは、鉄骨梁２１のウェブ部の面に取付けてもよい。
また、上記例では、鉄骨梁２１の残りの累積塑性歪エネルギーＥから上記鉄骨梁２１の損傷度を推定するようにしたが、累積塑性歪エネルギーＥに代えて、累積塑性変形を用いてもよい。また、鉄骨梁２及び損傷検知片３にそれぞれ繰り返し応力を作用させ、所定回数繰り返し応力を作用させたときの鉄骨梁２及び損傷検知片３をそれぞれ観察して繰り返し回数毎の亀裂の発生状態を記録しておき、地震経験後に損傷検知片３１を取り出してその状態を観察し、鉄骨梁２１の損傷度を推定するようにしてもよい。
また、損傷検知片３１を取付ける部材としては、上記建造物１０の鉄骨梁２１に限るものではなく、柱、間柱、壁のような構造部材であればよい。特に、図７（ａ），（ｂ）に示すような、損傷度が測定し易い連層耐震壁５０の連結部材５１や、ブレース（筋違い）５２等の構造物の構造部材を補強するエネルギー吸収部材や、図７（ｃ）に示すような、柱５３と梁５４との接合部Ｓに上記損傷検知片３１を取付けて上記部材５１，５２、あるいは、上記接合部Ｓの損傷度を推定するようにすれば、繰り返し応力が構造物に及ぼした損傷度を正確に推定することが可能となる。
また、本発明は、建造物１０の部材だけでなく、橋梁の脚部などのような建造物以外の構造物の部材の損傷度の調査にも適応可能である。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、構造物の部材に板片から成る損傷検知片を取付けておき、構造物に繰り返し応力が作用した場合には、上記部材から上記検知片を取り外してその損傷度を調べ、予め実験により求めた繰り返し応力付加時における上記検知片の損傷度と当該構造物の部材の損傷度との関係から、上記部材の損傷度を推定するようにしたので、構造部材を取り出すことなく、構造部材の地震等による損傷度を容易に、かつ、簡便に調べることができる。
また、本発明の繰り返し応力付加時における上記検知片の損傷度と構造物の部材の損傷度との関係を求める実験は、構造物の部材の性能実験も兼ねるので、構造物の部材の評価を同時に行うことができるという利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す図である。
【図２】鉄骨梁の変形状態を示す模式図である。
【図３】鉄骨梁の疲労特性を示す図である。
【図４】損傷検知片の疲労特性を示す図である。
【図５】損傷検知片の設置状態を説明するための図である。
【図６】損傷検知片の疲労破壊試験を説明するための図である。
【図７】本発明の損傷検知片の他の取付け箇所を示す図である。
【符号の説明】
１　壁、２，２１　鉄骨梁、３，３１　損傷検知片、４　支持部材、
１０　建造物。
【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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