技報第 25 号

2010

Ｕトラフ鋼床版に発生するデッキ貫通亀裂発見を可能とする複合的検査方法の開発
阪神高速技術(株)技術部技術開発課
阪神高速技術(株)技術部技術開発課
阪神高速道路(株)建設事業本部建設技術課

塚本山上田畑成昭
哲示晶子………………………………………………………………………………
要旨

近年，鋼床版橋梁において疲労損傷が多数報告されている．その中で，鋼床版デッキと U リブの溶接部に発生する亀裂のうち，ル-ト部を起点として，デッキの板厚方向に進展し，デッキを貫通する亀裂が問題視されている．この亀裂は大きく進展した場合，路面陥没の原因となり，第３者災害を引起すことがあるため，道路管理者にとって，早期発見，早期処置が求められている．しかし，この亀裂は舗装を撤去する以外に目視できないため，超音波探傷法を始めとする各種非破壊検査が実施されているが，検査効率が悪いことが課題であった．そこで，
著者らは，赤外線，渦流探傷法，フェイズドアレイ超音波探傷法を組合せ，徐々に絞り込んで亀裂を発見する複合的検査方法を開発し，新浜寺大橋において発見されたデッキ貫通亀裂において適用性を確認した．
キ-ワ-ド: 鋼床版，疲労損傷，亀裂，赤外線，渦流探傷，フェイズドアレイ

ト部を基点とする亀裂で，図-2 に示す通り，３はじめにつに分類される．

道路橋における鋼床版橋梁は，軽量，工期の短縮が可能であることから，湾岸線において多用されてきた．
その湾岸線鋼床版において近年，重交通や過積載車両を背景として，疲労損傷が報告されている．

図-1 鋼床版疲労損傷一般図

鋼床版の疲労損傷は図-1 に示す通り，大きく４つに分類される．
①

デッキとＵリブの溶接線に発生する亀裂②

Ｕリブと横リブの溶接部に発生する亀裂③

Ｕリブの突合せ溶接部に発生する亀裂④

デッキと垂直補剛の溶接部に発生する亀裂

特に，①についてはＵリブとデッキの溶接ル-

デッキ貫通亀裂

溶接ビード
貫通亀裂

ビード貫通亀裂

図-2 Ｕリブに発生する疲労損傷

①-１

ビ-ド亀裂

①-２

ビ-ドよりＵリブ母材へ進展した亀裂①-３

デッキの上に進展した亀裂

このなかで，①-３についてはデッキ上面へ亀裂

 点検費用と比較して仮設備費の割合が大きく，予算上の制約を受けること．
 点検の頻度が確立されていないが，このような点検を周期的に実施する必要があること．

が貫通し大きく進展した場合，舗装に影響を及ぼすだけでなく，局所的なデッキの耐荷力の低下を

このようなことから，デッキ貫通亀裂発見のた

招き，路面の陥没による第３者災害の危険性を含め合理的かつ経済的な効率の良い，点検手法が求んでいる．

められていた．

そのため，鋼床版の疲労亀裂，特に①-３のデそこで，著者らは合理的かつ経済的な効率の良ッキへ進展する亀裂（以下，デッキ貫通亀裂）をい点検手法として，①赤外線検査手法，②渦流探早期に発見し補修することが求められている．

傷法，③フェイズドアレイ超音波探傷法を組み合

このようなことから，阪神高速では鋼床版の疲わせた，複合検査手法を開発したので報告する．

労亀裂に着目した点検を実施してきた．この点検は，主に点検員による鋼床版下面からの目視によ１．赤外線検査手法るものである．目視点検の結果異常が発見された
場合，渦流探傷，磁粉探傷，超音波探傷等の非破壊検査により，詳細な確認作業を実施している．
しかし，①～④の鋼床版の亀裂のなかで，①-今まで報告されているデッキ貫通亀裂の多くは，下記のような特徴を持つ．
 亀裂部の舗装が局部的に損傷する．

３のデッキ貫通亀裂は溶接ル-トからデッキ上面

 舗装損傷部から鋼床版上面へ到達した雨水が，へと進展するため，図-3 に示す通り鋼床版下面デッキ上面から亀裂を通過し，Ｕリブ内部へからは目視不可能であるだけでなく，鋼床版上面侵入する．

からも舗装を撤去しない限り，目視不可能である．
このため，鋼床版下面からの超音波探傷による Ｕリブ内部は密閉されており，侵入した雨水がＵリブ内部に滞水する．

接触点検が唯一の点検方法であった．しかし，このような超音波探傷は下記の欠点を持つ．
 鋼床版に接触する必要があるため，高所作業

また，より特徴的なものとして，図-4 に示す
通り，Ｕリブ内部が満水になり亀裂よりあふれ出車または足場などの仮設備を必要とすること． している事例も報告されている．
 非常に高い高架部や，海上部においては全面足場を必要とするため，仮設備が大掛かりになること．
 上記のような仮設備を必要とすることから，点検全体としての効率が悪いこと．

図-3 デッキ貫通亀裂（左：下面より 右：上面より）

図-4 デッキ上面オーバーフロー状況

No.10No.9No.8

断面１

このように，大きなデッキ貫通亀裂の特徴とし20.9℃て「Ｕリブ内の滞水」が挙げられる．そこで今回，20事前にデッキ貫通亀裂が確認されている箇所において，この「Ｕリブ内の滞水」に着目した鋼床版下面からの赤外線撮影による調査を実施した．

15
断面２健全リブ

健全リブ
亀裂リブ

11.3℃

損傷が確認されたＵリブは下記の通りである．
Ｕ-320mm×260mm×6mm



Ｕリブの滞水１箇所あたり延長 12ｍ



Ｕリブの滞水１箇所当たり容量 １m3

今回，著者らは赤外線検査に従来使用されていたカメラから，より高性能なカメラに換えて調査を実施した．

2018No.8No.9（滞水）No.10
断面１断面２161412 調査日時：2009 年 3 月 5 日
 調査時天候および気温：晴れ 最高 14.6℃
 使用カメラ：インジウムアンチモン型赤外線カメラ
撮影の結果図-5 に示すように，デッキ貫通亀10151

101 151 201 251 301 351 401 451

図-5 デッキ下面赤外線計測結果

裂部は健全部と比較して約 4℃～5℃低いことを確認した．
次に，Ｕリブ内を抜水した結果，約 40ℓ の滞水を確認した．その後，Ｕリブ内の滞水を再現して路面から赤外線調査するため，このＵリブ容量の約半分である 600ℓ を注水して調査を実施した．
ここで図-6 のように，赤外線カメラを点検車両に取り付け，通常の速度（約 80km/h）で走行しながら，路面上を撮影した．
撮影は，動画により連続的に撮影した．図-7に，デッキ貫通亀裂部の映像を示す．全体的に鋼床版下面のＵリブや横リブ等の骨組みが把握でき

図-6 赤外線計測車両ることがわかる．また，赤く囲む範囲は，Ｕリブ内の滞水のためＵリブが冷却され，溶接線の温度が低いことを示している．つまり，舗装の上から，Ｕリブの滞水が確認できることが明らかになった．
これにより第１ステップ検査として効率よいデッキ貫通亀裂の１次スクリ-ニングが可能になる．

２ ．渦流探傷法
目視できないデッキ貫通亀裂を，非破壊検査で
図-7 デッキ上面赤外線計測結果発見しようとした場合，鋼床版上面，鋼床版下面からの検査が考えられる．

［非破壊検査機器概要］

前述の通り，鋼床版下面からの調査は仮設備の方式
渦流探傷関係上，効率が悪い．一方で舗装上面から，鋼床フェーズドアレイ版に非接触でデッキ貫通亀裂を検出することが可連続磁気飽和能となれば，高い効率化が図られることから，舗表面亀裂
非接触
リフト大接触画像処理
非接触リフト小裏面亀裂
ＮＧ

ＯＫＯＫＯＫＯＫＯＫＯＫＯＫ

図-8 非破壊検査手法比較図

装上面からの検査手法を検討した．
検討した非破壊検査の特徴を図-8 に示す．
舗装の上からの検査は舗装厚分だけが非接触となることから，非接触量（以下，リフト）が大きくても検査可能な渦流探傷に着目した．

図-9 渦流探傷法一般図

渦流探傷法は，非接触検査法として発電所やプラント等の熱交換器の細管の検査に実績がある．
図-9 に示す通り，細管の中を 2m/s 以上の速度で，非接触により亀裂や腐食の検査をしている．
この渦流探傷の技術を応用した検査手法の開発を実施した．開発に当たり下記の問題点があった．
図-10 渦流探傷法一般図

従来の渦流探傷対象は軸対称構造である一方，鋼床版は平面構造であること．

リフト量が舗装厚の最大 80mm 程度と，従来の渦流探傷と比較して非常に大きいこと．

舗装が渦流探傷の磁場の形成に与える影響が不明であること．

図-11 渦流探傷室内試験状況

図-12 室内空間リフトオフ試験結果

貫通亀裂

ＯＫ欠陥部厚 さ２５㎜（2.0V/div）
アス フ ァ ル ト
無(ア クリル 板 )リフト量：５㎜

厚さ４５㎜(0.5V/div)

欠陥部ﾘｻｰｼﾞｭ波形
欠陥指示

Ｌ４８ ×ｄ １ １5.0V/div

スリ ット

5.0V/div
欠陥部

リフト量：３０㎜

信号振幅：5Vp-p 以上
欠陥部ﾘｻｰｼﾞｭ波形

欠陥指示

アスファルト有1.0V/div
1.0V/div
欠陥部

リフト量：５５㎜

図-13 室内舗装リフトオフ試験結果

信号振幅：2.5Vp-p
欠陥部ﾘｻｰｼﾞｭ波形

欠陥指示

0.2V/div
1.0V/div
欠陥部

リフト量：８５㎜

信号振幅：0.6Vp-p
欠陥部ﾘｻｰｼﾞｭ波形欠陥指示

0.1V/div
0.5V/div

図-14 現地空間リフトオフ試験状況
これらの問題を解決するため，次のステップで開発を実施した．

信号振幅：0.1Vp-p

図-15 現地空間リフトオフ試験結果
2-2 室内試験（舗装リフトオフ試験）
実際の橋梁での亀裂検出時の舗装の影響を把握

SETP 1 室内試験（空間リフトオフ試験）するために，前項の実験で作成した亀裂供試体にSETP 2 室内試験（舗装リフトオフ試験）

厚み 20mm，40mm の舗装ブロックを置き，リフトSETP 3 現地試験（空間リフトオフ試験）量 25mm，45mm の検出実験を実施し，舗装の影響SETP 4 現地試験（実舗装上からの試験）を比較検証した．
検出結果の波形デ-タを図-13 に示す．舗装の2-1 室内試験（空間リフトオフ試験）

影響を比較した結果，影響なしと判断できた．

鋼床版と同様の t=12mm の鋼板に幅 0.5mm，長さ 10cm の人工亀裂を入れた供試体を作成し，亀2-3 現地試験（空間リフトオフ試験）

裂の検出実験を実施した．図-10 に示すように，図-14 に示す通り，阪神高速で舗装補修時に発渦流探傷機はセンサ-コイルを横に並べた DIF タ

見されたデッキ貫通亀裂において，渦流探傷法にイプと上下に並べた ABS タイプを作成し，比較検よる検出実験を実施した．発見された亀裂は全長証を行なった．

245mm であった．

亀裂の検出実験は図-11 に示す通りリフト量を5mm から開始し，70mm までで実施した．

検出実験は，リフト量を 5mm，30mm，55mm，85mm で実施した．結果を図-15 に示す．

検出結果の波形デ-タを図-12 に示す．リフト

舗装相当分のリフト量があっても，亀裂検出が量が大きくなるにつれ，DIF タイプは検出感度が可能であることを確認した．しかし，リフト量が低下する傾向となり，70mm では検出できなかっ85mm になると，検出感度が低下するため，センた．ABS タイプは 70mm のリフト量でも検出できサ-の改良を図ることとした．

る結果となった．このことから，適用するセンサ-は ABS タイプとした．

2-4 現地試験（実舗装上からの試験）
前項の検出実験を実施，その後の舗装工事終了

改良コ イル波形
擬似指示

欠陥指示

0.5V/div

図-16 現地試験状況

図-17 検出波形の後，改良したセンサーを使用した実舗装上より検出実験を実施した．この橋梁は舗装厚が 65mm

図-21 フェイズドアレイ出力例のため，アクリル板を含め 70mm のリフト量での（左：S スキャン図 右：B,C スキャン図）

図-16 に示す検出実験を行なった．その結果，図さらに，従来の超音波探傷法の課題として下記-17 に示す亀裂の波形を得ることができた．の点が知られている．

このことから，赤外線による１次スクリーニン

 塗膜の影響が大きいため，塗膜除去を要する．

グ調査を受けて第２ステップとして，渦流探傷を

 探傷結果が複雑な波形デ-タで，判定に相当使用して，舗装上よりデッキ貫通亀裂を検出できの熟練した技術を要すること．そのため，一ることを確認した．これにより，舗装上からのデ般の橋梁技術者が理解困難なこと．

ッキ貫通亀裂の有無を効率よく調査できる．
なお，改良したセンサ-の検出限界は亀裂長100mm，最大リフト量 85mm である．

 記録性が低く，定量的な検出結果の記録および再現性が困難なこと．
このようなことを解決するため，近年原子力分野やプラント分野において活用されている，図-３．フェイズドアレイ超音波探傷法

19 に示すフェイズドアレイ超音波探傷（以下，フェイズドアレイ）に着目した．

第１，第２ステップにより発見された鋼床版デッキ貫通亀裂の，亀裂長や亀裂深さなど，正確に計測するためには，第３ステップの超音波探傷法

フェイズドアレイの特徴を下記に示す．
 １つの探触機（プロ-ブ）に複数の探触子（エレメント）が並べられている．

による非破壊検査が必要である．この検査は図- この探触子は，自在に超音波の焦点を制御で18 に示すように鋼床版下面からの接触検査であきる．特に，プロ-ブを動かすことなく，高るが，下記の問題点がある．

速に連続的に放射状の探傷（セクタースキャ

 探傷部から亀裂に対して，角度を持つこと．

ン）が可能になること（図-20）．

 亀裂高さが小さい（概ね板厚の 1/2）場合， 塗膜を除去することなく，高精度な検査が期

表面波の影響で精度よく検出できない．

待でき，効率化が期待できること．特に，現探触子
先 端（ +）（ -）超 音 波の伝 搬 方向出限界の向上が期待できること．
 得られた探傷結果が，図-21 に示す断面図（Ｓスキャン）や平面図（Ｂ，Ｃスキャン）として出力することができる．

図-18 デッキ下面からの超音波検査図

 機種により，エンコ-ダ-を取り付けることができ，探傷結果に座標を付加することが可能となり，記録できること．
 Ａスキャンと比較して，可視化され判定が容易なこと．また，一般の橋梁技術者にも理解

図-19 フェイズドアレ
イ探傷器

図-20 セクタースキャ
ン図

容易なこと．
このようなことから，デッキ貫通亀裂の超音波

探傷法としてフェイズドアレイを適用検討した．

れたデッキ貫通亀裂を対象として，デッキの上面および下面から亀裂を詳細に計測した.

3-1 プロ-ブの選定

このデッキ貫通亀裂の補修時に，亀裂の詳細調適用にあたり事前に，10MHz と 5MHz プロ-ブに査およびフェイズドアレイの精度検証を目的とし，ついて亀裂供試体を作成し塗膜の影響，亀裂高さ亀裂のサンプリングを実施した（図-22）．このサの検出限界を検討した．その結果，塗膜除去するンプリングした亀裂の破壊検査結果とフェイズドことなく，亀裂高さ 4mm（板厚の 1/3）を検出でアレイの結果を比較検証した．その結果，大きなきた，5MHz プロ-ブを選定した．

誤差なく，実用上問題なしと判断することができた．

3-2 疲労試験供試体での検証
次に鋼床版の疲労試験供試体に発生したデッキ４．まとめと今後の課題

未貫通の亀裂に対して，フェイズドアレイ検査を実施した．その後サンプリングした亀裂の破壊断

今回開発し検証した第１ステップ～第３ステッ

面から，各断面の亀裂高さを計測し，比較検証しプの３つの検査方法により次のような検査が可能た．となる．
表-1 亀裂高さ比較表

その結果，表-1 に示す通り，大きな誤差なく，実用上問題なしと判断することができた．

計測断面①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫⑬

ﾌｪｲｽﾞﾄ
ﾞｱﾚｲ

なし

3.1

3.5

2.9

3.0

2.3

3.0

3.1

3.1

2.3

2.8

2.9

2.6

なし

3.5

3.3

3.4

3.8

3.9

3.4

4.0

4.4

3.7

3.3

3.6

2.8

00.4

-0.2

0.5

0.8

1.6

0.4

0.9

1.3

1.4

0.5

0.7

0.2

推定亀裂高さ

断面試験
亀裂高さ
（止端）

3-3 実デッキ貫通亀裂での検証

差第２章の渦流探傷で述べた，阪神高速で発見さ推定 値－実測値

き 裂 深 さ (m m )15貫通亀裂10
フェイズドアレイによる推定値

5

破面の実測値

0-150-100-50050100
横リブ中央からの距離(mm)

150

200

き 裂 深 さ (m m )

15250

300

未貫通亀裂

10
フェイズドアレイによる推定値

5

破面の実測値

0-200-150-100-50050

100

150

200

横リブ中央からの距離(mm)図-22 サンプリングした亀裂の破壊検査によるフェイズドアレイとの比較図

250

① 第１ステップとして，車両に搭載した赤外線カメラを使用した，舗装上からの高速走行での赤外線調査（スクリ-ニング）．
② 第２ステップとして，スクリ-ニングの結果抽出された箇所の渦流探傷による簡易判定．
③ 第３ステップとして，簡易判定によりデッ
キ貫通亀裂と判定された箇所の鋼床版下面からのフェイズドアレイによる詳細調査．
このように，広く浅い検査から，徐々に狭く深く絞り込むことにより，合理的かつ経済的な検査ができる．
今後重交通や累積交通量の増大により，疲労亀裂の多発が予測される．それに対し，今回開発した手法は，経済的かつ効率的な点検手法として有効であると考える．
今後，点検デ-タの蓄積を進め，検出限界および検出精度の向上を図りたい．

参考文献
１）山上，塚本，田畑：渦流探傷法による舗装上からの鋼床版貫通亀裂の検出，第 41 回技術研究発表会，
pp.379-384，平成 21 年 5 月
２）塚本，山上，深川：新浜寺大橋における赤外線画像
データとデッキ貫通亀裂との関連性，第 41 回技術研究発表会，pp.385-390，平成 21 年 5 月
３）塚本，山上，林田，田畑：鋼床版デッキ貫通亀裂発見を目的とする複合的検査手法の開発，（社）土木学会，第 64 回年次学術講演会講演概要集，6-346，
pp.691-692，平成 21 年 9 月
４）杉山，崎谷，小林，田畑，山上，塚本，高村：フェイズドアレイ超音波探傷を用いた鋼床版デッキプレト貫通亀裂調査，（社）日本道路協会，日本道路会議，第 28 回，40011，平成 21 年 10 月
５）田畑，山上，塚本，奥野，河野：渦流探傷試験による鋼床版き裂検出に関する報告，(社)日本鋼構造協会，
鋼構造年次論文報告集，第 17 巻，報告，pp.315322，平成 21 年 11 月
６）杉山，崎谷，小林，高村，塚本：鋼床版デッキプレト貫通亀裂の詳細調査および補修設計，(社)日本鋼構造協会，鋼構造年次論文報告集，第 17 巻，報告，
pp.345-350，平成 21 年 11 月
７）H.Sugiyama,A.Tabata,,S.Tsukamoto:Developmentof a Compound Inspection Method to Detect
Fatigue
Damageson
Orthotropic
Steel
Deck,pp.2022-2029,IABMAS2010,2010.7

DEVELOPMENT OF A COMBINED INSPECTION METHOD TO DETECT THROUGHFATIGUE CRACKS IN AN ORTHOTROPIC STEEL DECK WITH U-SHAPED RIBS
Shigeaki TSUKAMOTO, Tetsuji YAMAGAMI and Akiko TABATA
Fatigue damage in steel orthotropic deck bridges has been frequently reported in recent years, including
cracks in welds between a deck plate and U-shaped ribs. Cracks initiating at the weld roots, developing in
the thickness direction and eventually penetrating the deck plate are serious problems to roadadministrators because they may cause road surface settlement and consequently harm to the third parties
once grown to a considerable extent. Although early detection and treatment are extremely important,these cracks are not visible without removing surface pavement. Ultrasonic and other non-destructive tests
have been used for their detection, but only inefficiently. The Hanshin Expressway Group developed a
combined method using infrared, eddy current and ultrasonic phased array techniques and verified its
applicability on the Shin-Hamadera Bridge by detecting actual through cracks previously found in thebridge.

塚本 成昭

山上 哲示

阪神高速技術株式会社
技術部 技術開発課
Shigeaki Tsukamoto

阪神高速技術株式会社
技術部 技術開発課
Tetsuji Yamagami

田畑 晶子

阪神高速道路株式会社
建設技術本部 建設技術課
Akiko Tabata