平成 21 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】

４）－２

既存木造建築物中の木質部位の強度健全性診断に関する基礎的研究【基盤】

Study on Inspection Method of Wood Integrity on Existing Timber Constructions（研究期間材料研究グループ
Dept. of Building Materials and Components

平成 19～21 年度）

山口修由
Nobuyoshi Yamaguchi

Inspection method of wood integrity using distribution of resistance to withdrawal of wood-screw type probes is proposed. Theprobes have a 5mm length thread and are screwed into wood. Withdrawal resistance of the probes in several depths is measured.
Average withdrawal resistance provides integrity of wood. The distribution of withdrawal resistance of wood provides informationof degradation in wood. Withdrawal resistance of wood-screw type probes and bending strengths of the specimens are compared.
Based on allowable bending stress of wood, critical withdrawal resistance is proposed. Wood integrity is evaluated by comparing
measured withdrawal resistance and critical withdrawal resistance.
［研究目的及び経過］5mmとする「木ねじプローブ」を用いる。この木ねじ建築物のスクラップアンドビルドから脱却し、建築プローブを試験体に設けた先穴に「ネジ部長さ」だけね物を長期に有効利用するためには、既存建築物中の木質じ込み、この木ねじプローブを引き抜く際の抵抗（引抜部材の健全性を、適時に現場（建築物中）で簡易に診断抵抗）を測定する。次に、前回よりも「ネジ部長さ」だする技術が必要である。

け深くねじ込み、前回と同様に引抜抵抗を測定する。測本研究は、既存建築物中の木質部材の健全性を、適定する木材の上下面に対して、以上の作業を繰り返すこ時に現場（建築物中）で簡易に診断する技術を開発し、とにより、木材断面内の「引抜抵抗の分布」を測定する。

木造建築物の劣化部材を合理的に判定して、確実で無駄実験には、建築研究所内で15年間暴露された木製屋根試のない部材交換を実施できるようにすることを目的とし

験体の桟木と、桟木と同種で同サイズの新材（スギ）をている。

使用した。引抜抵抗の測定には、万能試験機を使用したが、現場における引抜抵抗の測定を可能にするために、本研究においては、木材内部の情報を入手できる「木ねじの引抜抵抗」を用いて、木材の健全性を診断す

図2に示す携行型引抜試験器も開発した。

る技術の開発を実施したので、その結果を報告する。

②

診断法［研究内容］(2)測定・診断法の開発①

木ねじプローブと測定法の開発②

引き抜き抵抗と曲げ強度実験③

曲げ強度予測法の開発

Length (32mm)(1)

国際機関との連携

Smooth

既存建築物中の木材の健全性診断技術については、

Thread (5mm)

建築材料試験研究機関の国際組織であるRILEMはTC

Tip (2.5mm)

215-AST: Insitu Assessment of Structural Timber, 2005-2009
を設置して、検討を進めている。本研究はTC 215-AST

図１：木ねじプローブ
図 1 木ねじプローブでの国際推奨試験法の検討作業と連携して作業を進めた。

木材の健全性は、構造計算において使用された木材の図2

携行型引抜試験器

許容曲げ強度を、診断対象となった木材が保有している［研究結果］(1)

測定・診断法かどうかで判定する方法を考案し、採用した。このため①

測定法に必要な、「木ねじプローブ」の引抜抵抗から、木材の測定法には、図１に示す木ねじの「ネジ部長さ」を曲げ強度を計算する診断法を開発した。

- 15 -平成 21 年度に終了した研究開発【運営費交付金による研究開発】

(2)

診断法

45①

標準法

40Pos itio n in Sect ion (m m)

木材の引抜抵抗（材料断面内の引抜抵抗分布の平均値）と木材の密度には、図 3 に示す相関性がある。同様に、木材の曲げ強度と密度の間にも図 4 に示す相関性がある。これらの２つの関係を示す２つの実験式から、木材の引抜抵抗から木材の曲げ強度を予測する式(1)を作35A30B
E25C20D15F10w Fc( Y)

5

成し、この方法を標準法とした。

50

Exposed Specimen

y = 127.9x - 7.754
2
R = 0.492

0. 60 .81.01. 2

図6

木材断面内の重み付き引抜抵抗の分布

crBst2Be nd i ng Str es s (N /m m )0.40
0.350.300.25
New Specimen

0.20

Exposed Specimen
y = 2.668x - 0.7387
2R = 0.8414

0.15

0.350.3740

Approximation (Exposed)に示すように実験値とおおむね整合し、中でも詳細法２20
y = 249.7x - 72.89
2R = 0.613が最も高い精度を示した。本診断法では、以上の方法で10crWR

0.39

0.41

0.43

00 .350.45

計算した木材の曲げ強度の予測値が、部材の設計用許容
0.3 70 .39

0.410.4 30 .45

3曲げ強度以下の場合は、劣化部材と判定する。

De ns ity (g/ cm )3引抜抵抗と密度

図４検証
以上３つの方法で計算した曲げ強度の予測値は、図 730Dens ity (g/cm )図3④Approximation (New)Approximation (New)0.10

曲げ強度と密度

詳細法１
健全な木材の断面内の引抜抵抗の分布を用いて、当該

P0

Bst = C A ⋅ WR + CB ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ( 1 )p1

Bst = S R ⋅ C A ⋅ WR + CB ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ( 2 )p2

Bst = w S R ⋅ C A ⋅ WR + CB ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ ( 3 )

木材の許容曲げ強度に対応した境界分布モデルを作成した。木材断面内で測定した引抜抵抗の分布と境界分布モ40デルの比（充足率）が 1 以下の部分が、木材断面内の劣化部分と判定する診断法を作成した。（図 5）この方法

35
Be nding Stre ss （ N/ mm 2 ）を用いた、木材の曲げ強度の予測式を式(2)に示す。
45
40

Posi tion in Se cti on (m m)

3530302520

1525m Bst

p0Bs tp1 Bstp2Bs tcr Bst

10A20AB

15BCECSpe cimen

DFD

10

図7E(3)F c(Y)00.00. 5

1 .0

1 .5

国際機関との連携本研究で得られた成果は、RILEM （TC215-AST）作

2 .0

Su ffi cie ncy Ra te

図5

曲げ強度の予測値と実験値の比較

F

5③0.4

Su ffic ien cy Ra te
New Specimen

y = 2.24x - 0.559
2R = 0.467

0.45②0 .2600.50

W i th dr awa l R es i sta nc e ( kN )00. 0

成中の国際推奨試験法 (Harmonized Test Recommendations)

木材断面内の引抜抵抗充足率の分布のうち、「木ねじを用いた木材の診断法」の一部に採用される予定である。

詳細法２
曲げ強度に対する、劣化部分の断面内位置の効果を考慮するために、引抜抵抗の測定位置に関する重みを付［参考文献］

けた引抜抵抗の分布を作成し、これを用いて曲げ強度を

1)「木ねじプローブの引き抜き抵抗を用いた木質部材の健全性診断」日本建築学会構造系論文報告集， 日本予測する式(3)を作成した。（図 6）

建築学会, pp. 607-616，2008 年 4 月- 16 -