技術紹介

穿孔法による死荷重計測を用いたトラス橋の耐力評価
および FBG センサによる疲労き裂進展無線モニタリング
福本伸太郎 *1
Fukumoto Shintaro

鈴木優平 *2

Suzuki Yuhei

横山勇気

Yokoyama Yuki

寺岡毅 *3

Teraoka Takeshi*4

塩谷智基 *5

Shiotani Tomoki

建設から 50 年以上経過した橋梁の増加に伴い、検査に関する技術者不足と維持管理コスト増大が懸念されており、効率的な維持管理手法のニーズが高まっている。維持管理の効率化を図るため、国立大学法人
京都大学インフラ先端技術産学共同講座では、各種モニタリング技術の確立に向け、産官学が連携し、実橋梁を用いた検討を行うなど精力的に活動している。当社も本講座に参画しており、本稿ではその活動の一部を報告する。
キーワード：トラス橋、穿孔法、死荷重、FBG センサ、無線計測モニタリング

可能な車両重量の確認、およびき裂発生原因の究1. はじめに明を目的とした各種計測を実施した。

今回の対象橋梁は、表 1 に示す橋長 87.6m の2. 計測の概要

3 連の鋼溶接リベット単純トラス橋である。目視

2.1 活荷重時および死荷重時の応力計測点検および詳細調査の結果、各径間の横桁にき裂の発生が確認されており、通行できる車両の重量一般に、橋梁耐力は活荷重と死荷重により発生制限が設けられている。著者らは、本橋梁の交通する応力により評価される。活荷重は車両などに

表1より時間とともに変化する荷重、死荷重とは構造

橋梁の概要

物の自重のように時間経過により変化しない荷重

建設年（供用年） 1956年（供用65年）
3径間鋼溶接リベット単純トラス橋
上部工形式
重力式橋台（杭基礎、直接基礎）
下部工形式
ラーメン橋脚（直接基礎）
87.6 m
橋長5.18 m
全幅員
固定：ピン支承
支承構造
可動：ピンローラー支承
150 mm
床版厚919台/12h （大型車：34台/12h）
交通量とされている。活荷重時の応力はトラックによる載荷試験時に、ひずみゲージによる計測で直接的に求めることが可能である。一方、死荷重時の応力は通常、設計値や FEM（有限要素法）解析などから求めた値を用いているため現状の値が不明瞭で（1）ある。そこで現状の死荷重時の応力を穿孔法 に*1：研究開発センター 研究開発グループ*2：研究開発センター 研究開発グループ 博士（工学）*3：京都府 山城北土木事務所 道路計画課 第二係 主査*4：国立大学法人京都大学大学院 工学研究科 社会基盤工学専攻 インフラ先端技術産学共同講座 博士（工学）*5：国立大学法人京都大学大学院 工学研究科 社会基盤工学専攻 インフラ先端技術産学共同講座 博士（工学） 特定教授

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より計測した。穿孔法は、ドリルで穿孔したことも適した方法の一つである。本試験では深さ 1mmにより発生する解放ひずみをひずみゲージで計測まで計測し、そのデータの表面付近の応力値をそし、応力を求める方法である。穿孔は深さ方向にの位置における死荷重時の応力として取り扱って段階的に実施するため、深さ方向の応力分布を得いる。

ることができる。部材中に既に発生している応力穿孔法による計測箇所は、第一径間の中央部およを求める方法は複数存在するが、穿孔法は今回のび端部のトラス下弦材下面（図 1 の青丸）の 2 か所ような橋梁部材の表層の内在応力計測に対して最である。図 2 に穿孔装置、図 3 に穿孔法で用いた

第一径間

第三径間

第二径間

FBGセンサによる無線計測モニタリング

穿孔法による死荷重ひずみ計測
図1

図2

計測箇所

穿孔装置（左：装置単体、右：現地設置状況）

穿孔法用
ひ ずみ ゲ ー ジ

橋軸穿孔穴(直 径 2 m m )
図3

穿孔法で使用する 3 軸ひずみゲージ—28—

3 軸ひずみゲージを示す。なお、このひずみゲージがない FBG センサを使用し、電源不要で遠隔地かを流用することにより、ほぼ同じ位置において活ら無線計測できるモニタリングシステム（図 5）を荷重時の応力と死荷重時の応力を計測している。

使用した。なお、図 6 に示すように本システムは橋台内側に、太陽光パネルは橋脚に設置した。

2.2 FBG センサによる無線計測モニタリング
図 1 に示す支承位置（赤丸）の横桁に疲労き裂が

温度用
F B G センサ発生し、き裂の進展を防ぐためにストップホール（き裂の先端部分を除去するために設けられる円孔）を設けている。さらにき裂の進展を監視する

き裂ス ト ップ
ホール

ため、き裂が進展した際には、ストップホール周辺でひずみ変化が起こると想定し、FBG（Fiber

ひずみ用
F B G センサ ①

Bragg Grating）センサを図 4 のようにストップホール近傍に貼り付けた。温度用 FBG センサとひずみひずみ用
F B G センサ ②

用 FBG センサ①は道路の路面に対して垂直方向に、ひずみ用 FBG センサ②は水平方向に設置した。また長期間の計測であるため、センサの劣化

図4

図5FBG センサ設置状況

無線計測モニタリングシステム

太陽光パネル

図6システム設置状況—29—

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は 72MPa であったが、この差異の原因は、解析モ

3. 計測結果と考察

デルが単純梁であることなどの理由が考えられる（1）活荷重時および死荷重時の応力計測が、今後より詳細な検討を実施する。活荷重によ穿孔法によって計測される応力には、死荷重応る発生応力に関しては、径間中央部で 14MPa の引力の他に、溶接による残留応力、製作時の加工応張応力であり、端部はほぼ 0 となった。径間中央部力などが含まれている。そこで本評価では、①曲において死荷重による発生応力（109MPa）を加えるげモーメントが最大となる径間中央、②曲げモーと、123MPa となり、使用鋼材（SS400）の許容応力メントがほぼ 0 となる径間端部付近で計測した。

（240MPa）内に収まり、耐力上問題ないといえる。

橋梁部材が同様な方法で製作され、溶接部から十なお許容応力は、引張強さの 6 割（144MPa）とし分に離れていれば、①から②を引いた値が死荷重た。

による発生応力として取り扱うことが可能である（2）FBG センサによる疲労き裂進展無線モニタリングと考えられる。図 7 に死荷重と活荷重による発生応力を示す。その結果、径間中央部の死荷重によ

図 8 に 40 日間（2021/12/5 9:00 ～ 2022/1/13 15:00）

る発生応力は、109MPa となった。なお、解析でのひずみ計測結果を示す。なお、計測間隔は 1 時間に 1 回である。き裂が進展するとひずみの変化も生じ、ひずみ 0me から上または下に変化してい150
活荷重

くと考えられる。図 8 の結果では、温度の変化に100

よってひずみ変化が確認できるが、24 時間を 1 周期として、ひずみの平均値はほぼ 0me から変化し50ておらず、き裂はストップホールから進展してい0径間端部ないと判断した。

径間中央部
計測箇所

図7

死荷重と活荷重による発生応力

300200ひずみ (με)応力 (MPa)

死荷重

1000-100ひずみ①(垂直方向)-200

ひずみ②(水平方向)-3000510
図8152025
時間 (日)

40 日間のひずみ計測結果—30—3035404. まとめ

謝辞

橋梁耐力を活荷重と死荷重応力から評価した結本計測を実施するにあたり、京都府および京都

果、20t トラック 1 台載荷時では、主構および横桁大学インフラ先端技術産学共同講座の関係者各位は許容範囲内であり、当該部材は耐力上問題ないにご協力いただいた。ここに謝意を表する。

ことが確認された。また、死荷重による応力計測

参考文献

を穿孔法で行い、実荷重を反映した橋梁の耐力を（1） 三上隆男：穿孔法による残留応力測定につい評価することができた。て（ その 1 ）、IIC REVIEW、No.48、2012/10、橋梁は、山間部など、電源施設のない箇所が多くあるが、太陽光発電を備え、Wi-Fi による無線通pp.53-65

信を用いれば、国内橋梁を対象とした無線システ
ムによるひずみ測定は可能であり、効率的な維持管理手法となる。

研究開発センター
研究開発グループ研究開発センター
研究開発グループ
博士（工学）

福本伸太郎

鈴木 優平

TEL. 045-791-3522
FAX. 045-791-3547

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京都府 山城北土木事務所
道路計画課 第二係
主査

寺岡

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インフラ先端技術産学共同講座
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