技術資料

非破壊試験による落石防護柵用ワイヤロープの腐食調査手法の基礎的検討
山澤文雄

中村拓郎

畠山乃

１．はじめに落石防護施設の一つである従来型落石防護柵（写真－1）はワイヤロープ、H形鋼の支柱、金網等の比較的入手しやすい材料から構成される構造物であることから、古くから同施設の設置を要する箇所の多くで採用、設置されてきており、今後は維持管理がより重要な課題となるものと想定される。今野らは、既設の同落石防護柵から採取したワイヤロープを対象とした各種載荷試験を実施し、腐食したワイヤロープは破断荷重や破断伸びが低下する場合があることを報告してい写真－1

従来型落石防護柵

る 。腐食によって健全な状態に比べて耐荷性能が低1)下することが確認されたことから、現地の既設部材の劣化状況から期待される耐荷性能を保持しているかを維①磁化器

持管理において適切に判断する調査手法が必要となる。

二分割式ボビン

一方、吊橋の主索や太径ケーブルの維持管理ではワイヤロープ非破壊検査の全磁束測定が用いられている実績 があ2)る。全磁束測定とはワイヤロープの中を通る磁束を測定し、磁束と断面積の比例関係からロープの磁性体部の断面積およびその変化を評価する方法3)である。図③磁界センサ②磁束検出器⑤極性切替スイッチ⑥フラックス
メータ

⑦磁界測定
装置

－1に測定機器の構成を、図－2に全磁束測定の検出原理を示す。腐食によって発生した赤錆は非磁性体のため、断面欠損とみなすことができ、磁性体部の断面積によりワイヤロープの健全性を評価できる。具体的には、強く磁化したワイヤロープ内に流れる磁束により、磁化器中央部の磁束検出器のサーチコイルに生じた誘導起電力をフラックスメータにより時間積分して磁束④定電流供給装置⑧磁界・磁束記録装置①磁化器：ロープを磁化する装置②磁束検出器：サーチコイルで磁束を測定するセンサ③磁界センサ：ホール素子で磁界を測定するセンサ④定電流供給装置：磁化器に0A～60Aの電流を供給する電源装置⑤極性切替スイッチ：磁化方向を切り替えるスイッチ⑥フラックスメータ：磁束検出器(②)のサーチコイルで発生した電圧から磁束量を測定する装置⑦磁界測定装置：磁界センサ(③)のホール素子で発生した電圧から磁界強さを測定する装置⑧磁界・磁束記録装置：磁界強さ、磁束量を記録する装置を測定するとともに、磁束検出器に内蔵されたホール図－1

素子により磁界強さを求め、磁束と磁界強さを記録装測定器機器の構成置に記録するものである。
本研究は、落石防護施設の維持管理手法の提案に向けて、従来型落石防護柵の構成部材の一つであるワイN極 【健全部】ヤロープに対して、全磁束測定による腐食程度の調査

断面積S
磁 束Φ

手法の適用性を検討したものである。本稿では、更新

S極【腐食部】
断面積S’
磁 束Φ’に伴い撤去された落石防護柵のワイヤロープおよび廃道区間のケーブル型防護柵のワイヤロープに対して全磁束測定および静的引張試験を実施した既報4)にX線CTの断面の測定結果を加え、再構成して紹介する。
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磁力線図－2

全磁束測定による断面欠損の検出原理

26

没しており腐食の進行が甚だしい。図－3には、写真

２．試験概要－3の画像から算定したワイヤロープ断面の重心から２．１

素線重心までの距離と素線の断面積の関係を示してい

試験体概要

試験に使用した材料は、北海道内に設置されていたる。図から、劣化の程度が大きくなるとともに、素線更新に伴い撤去された落石防護柵のワイヤロープ（以の断面積は減少していることが分かる。また、現地の下、試験体1）、廃道区間にあるケーブル型防護柵のワ

試験体は、ワイヤロープ重心からの距離が離れるほどイヤロープ（以下、試験体2）および新品材（以下、素線の断面積は小さくなる傾向にあることが分かる。

試験体3）である。現地に設置してあったワイヤロー

ワイヤロープの断面欠損状態と破断強度の関係を確

プは、いずれの箇所も海岸近傍に位置しており厳しい認するため全磁束の測定と静的引張試験を行ってい腐食環境下にあった。なお、ワイヤロープが設置される。これらの測定、試験には同じ試験体を用いた。まてからの経過年数は不明である。

ず、全磁束は、現地より採取したワイヤロープおよびワイヤロープの断面状態を把握するため、X線CT撮影を行っている。試験体の外観を写真－2に、断面8.0の画像の一例を写真－3に示す。試験体1は、採取部位

7.5

しX線CT撮影を行った。なお、赤錆以外の表面の状態は亜鉛メッキが白錆となっている。試験体2は、全面に赤錆が発生し、ストランドの溝が腐食生成物で埋素線面積 (mm2)により劣化状態が異なっており、目視により赤色の腐食生成物（以下、赤錆）の範囲が異なる2箇所を選定

試験体1（赤錆多い）
試験体1（赤錆少ない）
試験体2
試験体3

7.06.56.05.55.0046810

重心からの距離(mm)(a)試験体 1（赤錆多い） (b)試験体 1（赤錆少ない）
図－3(c)試験体 22素線面積と重心からの距離の関係(d)試験体 3

写真－2ワイヤロープ外観(a)試験体 1-1～1-5(a)試験体 1（赤錆多い） (b)試験体 1（赤錆少ない）(b)試験体 2-1～2-3(c)試験体 2
写真－327(d)試験体 3断面画像の一例（X線CT）(c)試験体 3
写真－4 静的引張試験用の試験体の外観
写真－4 静的引張試験用の試験体の外観
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新品材のワイヤロープを長さ約2 mに切断して測定を行った。次に静的引張試験を行うため、全磁束測定した試験体を中心から所定の長さに切断し、両端に円錐台の亜鉛合金端末を取付けた。端末間のワイヤロープ長は1 m としている。写真－4には静的引張試験用に加工した試験体の外観を示している。試験体1のワイ
ヤロープは、目視により赤錆の範囲が異なる5本を選定している。なお、断面画像の試験体と、全磁束、静的引張試験の試験体は、同じ現場箇所で採取した中から腐食状態を対比できるように外観目視により抽出し

写真－5

全磁束測定の状況

写真－6

静的引張試験の状況たものであるが、同一の試験体ではない。
２．２

試験方法

試験体数は、試験体1が5本、試験体2は3本、新品材は1本であり、それぞれに対して全磁束測定および静的引張試験の両方を実施している。
全磁束の測定においては、ソレノイド式全磁束法を用いて定点測定と連続測定を行った。写真－5には全磁束測定の状況を示す。定点測定は、引張試験の端末間のワイヤロープ1mの端末口元にあたる2箇所と中央部の1箇所、合計3箇所（表－1①～③）で行った。連続測定はワイヤロープを一定速度で動かしながら行っ
表－1た。なお、端末を取付けた状態では、末端部の全磁束測定が正確にできないため、全磁束を測定した後、ワ破断荷重と破断状況の一覧

試験体名

破断荷重(kN)

破断箇所:×1-1

181.9①②

徐々に引っ張り、破断に至る最大引張力を測定・記録

1-2192.3①した。写真－6に静的引張試験の状況を示す。試験は，

1-3192.6①素線もしくはストランドが破断し荷重が増加しなくな

1-4190.4①1-5194.6

①②2-1

151.1

①②2-2153.9①②

イヤロープを切り取り静的引張試験用の試験体を製作している。
静的引張試験においては、試験体を破断するまでった時点で終了としている。
３．実験結果および考察
３．１

静的引張試験

表－1には破断荷重と破断状況の一覧を示している。
使用したφ18のワイヤロープの降伏張力および破断2-33荷重の設計値として、落石対策便覧 に降伏張力Ty =5)115.0①207.8①×１118 kN、破断荷重Tb = 157 kNが参考値として示され③76

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本②×③60

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本②×③65

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本②③22

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本③78

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本③56

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本90

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本

××××①から破断箇所までの 破断状況
距離(cm)③×②③②③ワイヤロープ
ｽﾄﾗﾝﾄﾞ1本
28＋素線5本×88

２３

ｽﾄﾗﾝﾄﾞ2本

500mm
1,000mmている（以下、便覧参考値）。試験体2においては、破断荷重の便覧参考値に至る前に破断している。試験体1の破断荷重は破断荷重の便覧参考値を上回ってはいるが、新品材の破断荷重よりも小さかった。なお、破断位置は試験体によって異なっており、外観の状態からは破断位置を指定することは困難であった。
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３．２

全磁束測定

図－4には、全磁束測定の連続測定結果（引張試験の試験体1 m部分）および定点測定の結果を併せて示28

0.20.40.6
距離(m)0.811000.230
201000.20.40.6
距離(m)

0.8

100.2

0.4

0.6

距離(m)

0.8

1磁束(kMx)

磁束(kMx)200.2

0.40.6
距離(m)

0.8

1

1000.2200(g)試験体 2-2

0.2

0.4

0.6

0.4
0.6
距離(m)

0.8

10.8

10.8

130
20
10

00.2

0.40.6距離(m)(f)試験体 2-130

10〇 定点測定(c)試験体 1-3

20
10連続測定20(e)試験体 1-530

0130(d)試験体 1-4

100.830(b)試験体 1-2
磁束(kMx)磁束(kMx)（a）試験体 1-1

0.40.6距離(m)磁束(kMx)020磁束(kMx)

1030磁束(kMx)

20磁束(kMx)

磁束(kMx)

300.8

13020
1000.20.40.6

距離(m)

距離(m)

(h)試験体 2-3(i)試験体 3

図－4 全磁束測定の連続測定結果および定点測定結果
図－4 全磁束測定の連続測定結果および定点測定結果している。なお、ここでの磁束値は全磁束の測定結果

表－2から磁化曲線 を解析し算出した値である。

定点測定箇所の磁束低下率3)

測定①
測定②
測定③
試験体
磁束磁束
磁束
名 磁束値 低下率 磁束値 低下率 磁束値 低下率(kM x)(kM x)(kM x)(%)(%)(%)

今回の試験においては、測定位置によって磁束値にバラつきがあるものの、試験体1では定点測定の磁束値は約23.1 ～ 23.7 kMxの範囲に、試験体2では約21.9

1-123.25

1.5%

23.32

1.2%

23.46

0.6%

～ 23.4 kMxの範囲となっており、試験体2が試験体1

1-223.66-0.3%

23.57

0.1%

23.66

-0.3%に比べ小さな値となっている。連続測定と定点測定を

1-3

23.56

0.2%

23.58

0.1%

23.55

0.2%

実施した箇所では磁束値はほぼ同じ値となっている。

1-423.58

0.1%

23.07

2.2%

23.67

-0.3%

また、連続測定のグラフ形状より、劣化の著しい試験

1-5

23.68

-0.3%

23.62

-0.1%

23.66

-0.3%

体2の磁束のバラつきが大きいことが分かる。

2-122.76

3.6%

22.59

4.3%

23.03

2.4%

2-222.94

2.8%

23.420.8%

23.17

1.8%

2-3

22.21

5.9%

22.09

6.4%

21.86

7.4%

3(基準)

23.6

試験体3（新品材）の定点測定の平均磁束値

全磁束測定によりワイヤロープの腐食程度を判断する場合には、健全なワイヤロープと比較しキャリブレーションを行う必要がある。ここでは、試験体3（新１品材）を健全な状態のワイヤロープとし、定点測定の平均磁束を基準値とした。表－2には、健全部の測定

２３500mm
1,000mm

磁束を基準値として各定点測定箇所の磁束低下率を示している。磁束低下率は試験体1では、-0.3 ～ 2.2 %の範囲に、試験体2では、0.8 ～ 7.4 % の範囲となって表－3いる。また、試験体1の中でも赤錆の範囲が広い1-1、1-4が他よりも磁束低下率が大きい値を示す傾向にあ項目

試験結果とりまとめ一覧
試験体1

試験体2

試験体3（新品材）-0.3～2.2 %0.8～7.4 %

-る。
外観

３．３考察

磁束低下率

表－3には、試験結果のとりまとめ一覧を示す。試験体1では、新品材に比べて磁束低下率の最大値は2.2

断面状況（一例）%であり、断面積は1～5 %程度減少しており、破断荷新品材に対する断面減少率

重は6～13 %程度低下していることが分かる。また、破断荷重

同じく試験体2では、磁束低下率の最大値は7.4 %であ29

新品材に対する破断荷重の低下率

1～5 %

7%

-

182～195 kN

115～154 kN

208kN

6～13 %

26～45%-

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り、断面積は7 %程度減少、破断荷重は26～45 %程度

ズのワイヤロープの耐力低下を評価できる可能性が示低下しており、便覧参考値（Tb = 157 kN）を下回っされた。また、今後の課題としては、現地に設置してていることが分かる。

いる落石防護柵で簡易的な測定が可能となる全磁束測本試験では、腐食により新品材に比べ断面が小さく定の機器や測定方法等を検討する必要があると考えなったワイヤロープでは、磁束低下率が高く、破断強る。また、腐食したワイヤロープの交換の目安として度も低下する傾向にあることが分かった。このことか用いることができる実用的な劣化区分を設定するにら、本研究が対象とするサイズのワイヤロープの耐力は、本試験で用いたワイヤロープとは異なる劣化程度低下の評価に対する、全磁束測定による磁束低下率のの試料による更なる検討が必要である。

適用性について、可能性が示された。一方、今回の試験で用いた測定機器が大きいこともあり、今後は現地参考文献に設置している落石防護柵の簡易的な測定が可能となる全磁束測定の機器や測定方法等を検討が必要と考え

1)る。

今野久志、葛西聡、橋口寛史、堀謙吾、松嶋秀士：
腐食劣化した従来型落石防護柵構成部材の各種載荷試験結果について、第12回構造物の衝撃問題に関するシンポジウム論文集、2019.12４．おわりに2)

金澤高宏、貴志友基、長尾幸雄：腐食したハン本研究では、更新に伴い撤去された落石防護柵のワガーロープの架替えと精密調査による維持管理

イヤロープおよび廃道区間のケーブル型防護柵のワイ方法の一考察、土木学会第70回年次学術講演会、ヤロープに対して全磁束測定と静的引張試験を実施しpp.601-602、2015.9た。その結果、腐食により新品材に比べ断面が小さく

3)

東京製綱：ワイヤロープ

No.21、2018.10

なった落石防護柵のワイヤロープでは、全磁束測定に

4)

山澤文雄、中村拓郎、畠山乃：全磁束測定によるよる磁束低下率が高く、破断強度も低下する傾向にあ

防護柵用ワイヤロープの腐食調査、土木学会第78ることが分かった。このことから、全磁束測定による回年次学術講演会、I-20、2023.9

磁束低下率を用いることで、本研究が対象とするサイ

5)

日本道路協会：落石対策便覧、2017.12

山澤 文雄
YAMASAWA Fumio

中村 拓郎
NAKAMURA Takuro畠山 乃
HATAKEYAMA Osamu

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
研究員
博士（工学）

寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
主任研究員
博士（工学）
技術士（建設）寒地土木研究所
寒地基礎技術研究グループ
寒地構造チーム
上席研究員

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