2016/10/19

スリット応力解放法とは・主に、PC桁等の一次応力場における現有応力を測定する技術。
・応力解放法は、岩盤内に作用している応力を測定する技術として実績が多数あり、多くは、コアリングにより実施。
これをPC構造物に適用。
コアリングをスリットに変更

スリット応力解放法の紹介㈱計測リサーチコンサルタント

高橋 洋一
1

１．背景および技術の概要
老朽化、損傷を受けた構造物の安全確保および維持管理費の縮減

2

２．スリット応力解放法の特徴

3

３．社会的意義および発展性

新規開発した光学的全視野ひずみ計測装置による解放ひずみの高精度測定
PC構造物の解放ひずみ測定のための合理的な切削方法の適用

PC構造物の現有応力を測定し、劣化・損傷状況を正確に把握する診断技術の開発

2点間距離変化率という解放ひずみの新しい評価法

スリット応力解放法

現有応力を推定するためのFEMモデルを用いた解析手法

PC 構造物の応力測定箇所にスリットを切削し、応力解放した際のひずみを光学的全視野ひずみ計測装置により測定し、現有応力を算出するという世界初の技術

４つの技術の結合により、従来法と比較して測定精度や作業性において優れた診断技術を実現した

国・自治体が進める橋梁を中心とした道路ネットワークの安全性の確保に貢献できる。正確な劣化・損傷データの蓄積により、予防保全に基づく構造物の維持修繕費用の縮減に寄与する。
新産業創出の市場や輸出品としてインフラの維持管理・点検技術に注目が集まっている。平成27 年11 月には、
FHWA（Federal Highway Administration：米国連邦道路庁）のワシントン本部において、スリット応力解放法の技術説明およびデモンストレーションを行った。

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コア応力解放法の問題点

PC橋の残存プレストレス量の測定方法

全視野ひずみ計測装置を用いたスリット応力解放法

ひずみゲージ計測の問題

ひずみゲージ計測の問題■問題点①
応力が卓越する方向がある場
合、コア切削では円周方向の解放ひずみの変化率が大きく解放
ひずの評価が難しい。
■問題点②
セメントと骨材は弾性係数が異なるため表面付近の粗骨材が存在すると計測されたひずみ値に誤差を多く含む。

橋梁のＰＣ鋼線の破断

コア応力解放法
コア削孔する前後のコア周辺部の解放ひずみをひずみゲージで計測し、計測した解放ひずみより現有応力を推定する方法

応力解放前後の画像を解析しスリットを中心とした距離変化率を求める
FEM解析によって得られた距離変化率と照合
現有応力を推定ラインセンサスキャナタイプ全視野ひずみ計測装置〔特徴〕
・撮影画像内の任意の位置でひずみの多点計測が可能
・ひずみ計測精度が高い
・削孔時には計測装置を取り外すことができ、配線の問題が無い

計測作業手順

対象点間距離変化率の概要

全視野ひずみ計測装置によって初期画像を取得

全視野ひずみ計測装置によって応力解放後の画像を取得

解決手段

■問題点③
ひずみゲージの計測値は１点1方向の平均ひずみであるため切削溝周辺部の変化する解放ひずみを正確に計測することができない。

現有応力推定フロー

コンクリートカッターでスリットを切削し応力を解放

・表面付近の粗骨材の影響
・配線や計測器設置の問題
・切削溝周辺部における大きな解放ひずみを正確に計測できない●スリット応力解放法

応力計測範囲スリット切削するスリットの周辺部を全視野ひずみ計測装置で計測し、取得した画像よりひずみ(対称点間距離変化率)求め、FEM解析によって現有応力を推定する方法。

(a)鉄筋探査解放ひずみ(c)固定金具設置

LL
対称点間距離変化率とは、スリットの両側に標点を設定し、スリット切削前後の標点間の距離の変化率(b)平滑化L₂
L₁(d)画像撮影（初期画像）(e)スリット切削(f)画像撮影（変形画像）

対称点間距離変化率（ε）
ε= (L₁- L₂)/L₁2

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解析条件
解析タイプ

曲げ載荷によりひび割れを発生させる

スリット中心からの距離(mm)
0

要素タイプ
荷重条件

２次元ＦＥＭ線形解析
各試験体のヤング係数
ヤング係数E (N/mm2)
ポアソン比 ν各試験体のポアソン比
8接点四角形平面応力要素（1mm×1mm)
両側面より等分布荷重q=10N/mm2をX方向に与える。

拘束条件

X=151，Y=0（中心位置） … Ｘ，Y方向固定Y=0 … Y方向固定

材料条件

ＰＣ梁試験体を用いた精度検証

ＦＥＭ解析値との照合

FEM解析

1015

下縁応力度 σ ce=9.54N/mm2200

試験体下面を上向きに変える

解析値（10N）

-8000

7000

現有作用応力を推定
640

解析値（作用応力）-10000下縁2900

現有応力の推定値：9.46N/mm2

下縁

試験体下面を上向きに変える

400-14000400

計測値（作用応力）-1200030 70

q=10N/mm230120

計測位置の概要1500

上縁400μ載荷位置

深さ約30mmのスリットを切削）単位(mm)
1502900

距-2000離変 -4000
化率 -6000（21505上縁700
Φ12.7ｍｍのPC鋼線を12本配置

7000
単位(mm)

解放ひずみ分布

実験風景

計測位置：No.1
ひび割れCL単位(mm)コンクリートカッターによって切削したスリット

2790

計測範囲

単位（pixel）

スリット単位（μ）

引張1250計測範囲

No.３ B

No.1

画像の取得

No.２
スリット圧
縮1740
スリットの影響で解析できない範囲

3

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ＦＥＭ解析値との照合

現有作用応力の推定結果

計測位置：No.1

項 目

スリット中心からの距離(mm)051015

ASRが生じたPCＴ桁橋での現有応力の推定No.12

下縁応力度設計値（N/mm ）

20

No.2
9.54

0

距離変化率（ ）μ

現有応力推定値（N/mm2）

-2000

9.24

9.59

6.13

誤差（N/mm ）-0.30

0.05-3.41

誤差（％）-30.5-36-4000

2-6000-8000

PCT桁橋概略

No.3

橋梁名：A橋
架橋位置：福岡県
橋長：22.200m
支間長：21.440m
竣工年：昭和47年(1972年)

単位(mm)

解析値（10N）-10000

解析値（作用応力）

計測位置No3.はひび割れによって応力が再配分され、減少したものと考えられる

計測値（作用応力）-1400012900
120-12000

平均誤差(No.3を含まない) -0.12N/mm2-16000

現有応力の推定値：9.24N/mm2

G5桁

現有応力の推定結果
主桁下面の橋軸直角方向に深さ約25mmのスリットを切削する

項 目
主桁下縁応力度（N/mm2）
現有応力推定値（N/mm2）
誤差（N/mm2）
設計プレストレス（N/mm2）
推定プレストレス（N/mm2）

橋軸方向の現有応力を推定する
主桁下面

G4桁

2300

橋軸方向応力

G5桁

スリット

G4桁

G3桁
10750

G2桁

G1桁

本方法による実施事例
Ｇ４桁

Ｇ５桁
4.11

3.49
-0.62

4.71
0.60
13.56

12.94

14.16

平均誤差（下縁応力度） -0.01N/mm2
ASRによりひび割れが生じている桁でも、プレストレスが十分に残存していることが確認された。

B橋：
国交省長崎河川国道事務所管理
撤去前
単純ポストテンション方式PCT 桁橋
下フランジ、ウェブ、上フランジにて作用している応力推定を行った

A橋：
ポストテンションPC単純合成T桁橋
G4、G5主桁の橋軸方向および橋軸直角方向に作用している応力推定を行った

計測範囲

2000mm支間中央4

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FHWAにてデモンストレーション
PCアーチ橋：大分県

配水PCタンク：
大分県

1989年の竣工当時は、日本最長のアーチ支間（235.0m）を有するコンクリートアーチ橋、応力解放法10箇所以上実施したPCタンクの補強設計のため，円周方向の作用応力を計測

米国連邦道路庁内の撤去桁:
米国国家機関の一つであるFederal Highway Administration(米国連邦道路庁)において、技術説明およびデモンストレーションを行った

中央ヒンジ橋：長野県
橋長180mのＰＣ3 径間連続有ヒンジラー
メン箱桁橋、中央ヒンジの異常たわみの原因究明のため応力解放法を実施した

現場実績 橋梁：25橋（応力測定24橋，緊張管理1橋）
PCタンク：1基
ロックシェッド：1施設
配水機場：1施設※計測点数：100箇所以上

解析方法

第18回国土技術開発賞 創意開発技術賞受賞
一般財団法人国土技術研究センターと一般財団法人沿岸技術研究センターが主催する第18回国土技術開発賞において，スリット応力解放法が創意開発技術賞を受賞した。スリット応力解放法は，国・自治体が進める橋梁を中心とした道路ネットワークの安全性の確保に貢献でき，予防保全に基づくインフラのライフサイクルコストの縮減に寄与することから社会的意義が高いとの評価を受けた。平成28年7月26日（火）東京国際フォーラムにおいて，石井国土交通大臣より表彰状並びに副賞が授与された。

デジタル画像相関法によるひずみ解析法の概要
デジタル画像相関法の説明

サブセット (N×N)
変位前位置

サブセット (N×N)
変位前位置
232 214 154 95 129
254 252 211 112 86
247 248 217 120 67

変位前位置

221 220 191 134 89
174 179 167 155 131ｽｷｬﾅ

ピクセル

階調値

変位後位置

変位後位置

変位後位置
撮影範囲

232 214 154 95 129
254 252 211 112 86
247 248 217 120 67
221 220 191 134 89
174 179 167 155 131

NETIS登録：スリット応力解放法CG-160009-A
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変位前の濃淡画
像のサブセット内の階調値を数値化

サブセット内の各数値の相関が最も高くなる
画素位置を比較画像から求め、移動画素量を求める

標点間の移動画素量（サブピクセル単位）からひずみを求める52016/10/19

面内変位を求める相関計算式
DICMは，測定対象物表面模様のランダム性を基にして，変形前後の計測対象物をCCDカメラやCMOSカメラなどのデジタルカメラで撮影したデジタル画像を用い，解析することで，計測範囲全体にわたって表面変位量と方向を計測する手法です。この手法の特徴としては，測定空間の揺らぎには比較的強いこと，測定に際しては，対象物の画像を撮影するのみという簡易な手法であること，測定対象物の亀裂を高精度・非接触に計測できることが挙げられます。また，計測システムは，ノートPCとカメラのみと軽量，簡易であるため実現場に持ち運びが容易となり，計測のセッティングが容易なこともその特徴の一つと言えます。

MMC  X  u,Y  v   | Id ( X  u  i,Y  v  j)  Iu ( X  i,Y  j) |i M j MyX方向のひず
みl‘lｘ
標点

変形前標点間距離ゲージ

変形後標点間距離ゲージ上の解析位置l  l00l0

x  xId：変形前階調値
Iu：変形後階調値
最大せん断ひずみ・精密探査（計測精度はサブピクセル単位）
Mx

主ひずみの計算式

・粗探査（計測精度はピクセル単位）

C  X  u,Y  v  1

最大主ひずみM I (X  u  i,Y  v  j)  I (X  i,Y  j)
dui M j M

2

 M M
  M M
I d ( X  u  i, Y  v  j)   Iu ( X  i,Y  j)  
 i M j M  iM j M2'

画素移動によるひずみ計算方法

最小主ひずみ主ひずみ方向 max 

2  x   xy    y   xy 22

1 x   y   max 1 2
1 x   y   max 2 21
 2  3   1   xy p tan  1 x y2

N=2M+1、Cは相関関数、1（X,Y）は画素の（X,Y）点での強度である。u、vはそれぞれx、y方向の移動画素量である。x、y方向に任意に1画素毎移動させながら、相関関数を計算する。Cの値の最も小さい位置が、最近接画素点となる。

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