孔食進展シミュレーションと表面不整性状
１０９０４０５石井翔大

高知工科大学工学部社会システム工学科

50×50mm，t=2.1mmの鋼板を想定して，線状の塗膜損傷からの孔食進展予測式を点状損傷から２次元的に進展する孔食予測に拡張し，孔食進展シミュレーションを行なった．シミュレーション結果を促進腐食試験結果と比較した．月毎の腐食発生数Ｎを適切に選べば，断面積減少率，板厚変動係数とも実験値とよく一致することが分かった．

Key Words :孔食、孔食進展予測式、断面積減少率、板厚変動係数

さや広がりは孔食中心から距離の関数で表されると考えた．さらに，式(1)を2次元の場合にそのまま拡張して，式(1)中の x を孔食中心からの距離で置き換えることとした．この時，任意の位置 x，y における腐食深さは次式で表されることになる．

１．はじめに現在，既設の橋梁の維持管理が大きな問題となってきている．鋼橋では防食のために再塗装などが必要であるが，現状では財政悪化による予算不足で十分なメンテナンスが行われていない橋梁が多く存在する．このような橋梁の安全性確保のためには，腐食構造物の残存耐荷力の推定とともに，腐食の進展予測法の確立が必要である．
腐食鋼板の降伏や強度は，板厚変動係数とある程度の相関がある．したがって，適切にメンテナンスできない鋼橋の将来の耐力を推定するためのひとつの方法として，板厚変動係数を予測することが考えられる．本研究では，孔食の進展予測式をベースにした腐食シミュレーションによって，平均断面積減少率や板厚変動係数を予測する方法を提案し，予測精度に検討を加えた．

−αeαe(2)３．孔食進展シミュレーション
促進腐食試験結果と比較するために，50×50mm，t=2.1mm 鋼板を想定して孔食シミュレーションを行なった．進展予測式の時間の単位が月であることから，毎月一定の数Ν個の孔食が新たに発生すると考え，既発生の孔食は時間とともに(2)式に従って進展するとした．新たに発生する孔食の位置は一様乱数で与えた．既にある程度孔食が進展している位置に新たな孔食が発生することもあるが，特にこれを防ぐようなことは考えていない．
シミュレーションに乱数を用いているので，同一初期条件を与えても結果がランダムに変動することが考えられる．ここでは，同一条件で５回試行し，その平均をもって結果を評価することとした．毎月発生させる孔食の数Νは，結果に大きな影響を及ぼすパラメータである．ここでは，Νを変化させて，平均断面積減少率や板厚変動係数の変化を調べた．
比較する対象としては，促進腐食試験データの中，点状塗膜損傷を与えた試験体の結果を用いた．文献
1)では，点状塗膜損傷を与えた試験体として太丸，および細丸の２種類を用いているので，これらの結果の平均を比較すべき実験値とした．

福岡は線状の塗膜損傷から進展する孔食の深さ，幅を予測する式として次式を提案している2)．
x2.5

ここに，x1，y1 は孔食中心の座標である．

２．孔食進展予測式−( x − x1 ) 2 + ( y − y1 ) 2β2.5β(1)ここにαは孔食の最大深さ，βは代表幅，x は孔食中心からの水平距離を表す．α，βは時間の関数であり，塩水噴霧による促進腐食試験のデータ 1) ，および既往の研究から

α = n × t 0.7 ， β = m × t 0.6としている．ここに，n，m は腐食環境を表すパラメータ，t は時間で単位は月である．
平面的に広がる孔食を予測するためには，線状の塗膜損傷ではなく，点状の塗膜損傷から進展する孔食を考える必要がある．ここでは，点状の塗膜損傷から進展する孔食は同心円状に広がると仮定し，深４．シミュレーション結果結果の評価は，基本的に板厚変動係数によった．
1すなわち，シミュレーションから求めた変動係数とていると言える．実際の現象においては，断面積減実験値との整合性をもってシミュレーションの精度少率と板厚変動係数にはかなり高い相関があることとした．
が知られている．従って，一方の結果が一致すれば，Νを一定としてシミュレーションを行った結果で他方も一致するのが当然という解釈もできないこと
は，経過月は3ヶ月のように短期間の場合の変動係もない．しかしながら，今回の結果は，あくまで腐数は実験値より小さく，12ヶ月，15ヶ月のように長食形状だけに着目した数値シミュレーションであっ期間になると，逆に実験値を大きく上回ることが分て，電気化学的な腐食現象そのもののシミュレーシかった．そこで，3ヶ月毎の結果と最も整合するよョンではないことを考えれば，自明の結果とは言えうなΝを求めた．結果を表1に示す．表から明らかなないのではないかとも思われる．
ように，経過月の増加とともに，最適なΝは急激にいずれにしても，比較的簡単な考え方に基づいて減少する．長期間の場合，早期に発生して時間ととシミュレーションが実現象をよく近似していることもに進展した孔食の影響が大きいためと考えられる． から，ここで提案する方法は，将来，実構造物の孔実際の腐食においても，腐食発生から時間が経過し食の進展予測に十分利用可能であると考えられる．
た孔食の影響が大きいと思われるので，本シミュレーションは単なる数値実験というだけではなく，あ0.250
る程度は実現象の特性を捉えているようにも思われ0.200る．
板
表1 最適な発生数Ν
厚 0.150
シミュレーション結果
変動
実測値
月N
係 0.100数
9030.050
3562490.00003691215181512ヶ月
1115
図－1 板厚変動係数
単一のアルゴリズムで全期間をシミュレートするとすれば，孔食の進展にともなって毎月の腐食発生数を減じることも考えられるが，Νの関数形を定めるのに十分なデータがないので，今回はΝは一定とした．
表1の最適Νを用いて３ヶ月毎の板厚変動係数，平均断面積減少率を求めた結果を表2，3，および図1，2に示す．

25.00

20.00
断面15.00
積減
少率 10.00

シミュレーション結果
実測値

%
5.00

0.00
03 ヶ月
6 ヶ月
9 ヶ月
12 ヶ月
15 ヶ月

369121518ヶ月

表2 平均板厚変動係数
実測値シミュレーション結果
0.026
0.026～0.027
0.042
0.039～0.044
0.082
0.085
0.102
0.088～0.116
0.163
0.137～0.226

図－2 断面積減少率

５．結論
線状の塗膜損傷からの孔食進展予測式を点状損
傷から２次元的に進展する孔食予測に拡張して，孔食進展シミュレーションを行なった．シミュレーションの結果，パラメータΝを適切に選べば，断面積減少率，板厚変動係数とも実験値とよく一致することが分かった．

表3 平均断面積減少率 （％）
実測値
シミュレーション結果
2.85
3 ヶ月
2.66～3.73
5.32
6 ヶ月
6.19～6.41
10.12
9 ヶ月
8.96～13.52
13.40
12 ヶ月 11.47～16.09
18.07
15 ヶ月 10.23～19.48

参照文献
１）谷口津美：鋼板の孔食による降伏荷重の低下とそのメカニズム，2006 年度高知工科大学修士
論文２）福岡弘次，藤澤伸光：鋼板の孔食進展予測，土木学会四国支部第 14 回技術研究発表会講演概要集，平成 20 年 5 月

表，および図から分かるように，板厚変動係数が実験値と整合するようにΝを定めた結果，断面積減少率のシミュレーション結果も実験値をよく一致し2