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建設の施工企画’10. 12

CMI 報告公園遊具の破損事故原因調査

小野秀一

写真─ 1

遊具の概観

人が吊りカゴに載った時に生じるロープの張力は，ロープ両端の鋼鉄製の取付け金具を介し，遊具支持フレーム（横梁，支柱）へと伝達される。支柱に使用されている鋼材は，一般構造用角形鋼管 STKR400（□

1．はじめに125 × 125 × 3.2）であった。ロープ取付け部は，2 枚のプレート（厚さ 6 mm，幅 90 mm）が支柱の角形鋼施工技術総合研究所では，構内で実物大模型による管側面にすみ肉溶接で取付けられている。

載荷試験や繰り返し載荷等を行って耐荷性能や疲労耐

写真─ 2 には破断したロープ取付け部の状況を示

久性の検証などの調査研究を行うとともに，建設機械す。破断はロープ両端の取付け部のうち片側で生じた。

や橋梁部材など様々な実構造物の損傷状況の調査や原破断の状況から，取付け金具の横梁側溶接止端に沿っ因の解明，さらにそれらの対策方法の検討や追跡調査

てき裂が進展し，破断したと推定された。また，取付などを行っている。

け金具の側面側には，横梁の管軸方向（水平方向）に

本報告では，これまでに検討を行った各種損傷原因の調査研究業務等の中から，最近実施した公園遊具の進展するき裂も確認され，引きちぎられたような横梁のソリも確認された。

損傷原因に関する調査研究について紹介する。対象となお，未破壊側のロープ取付け金具の溶接部においした遊具は，水上アスレチックの吊りカゴ遊具（ローても，取付け金具の回し溶接止端部にき裂が生じていプウェイ型遊具）と呼ばれるもので，三人の子供が吊ることが確認された。

りカゴに乗って遊んでいた際に，ロープを支える鋼鉄製の金具が壊れ，吊りカゴとともに乗っていた子供が3．調査結果落下した，というものである。本業務は，破損した遊具を詳細に調査するとともに，遊具の使用状況を再現

遊具の破損原因を推定するため，破断面の破面観察，した現地試験を実施し，FEM 解析と合わせて遊具の部材の材質確認，現地における再現実験，FEM 解析

破壊メカニズムおよび破損原因を推定したものであを行った。以下にこれらの検討結果を示す。

る。
（1）破断面の破面観察

2．対象遊具と損傷状況

破断形態を調査するため，破断面のマクロ観察ならびに SEM（走査電子顕微鏡）観察を行った。

遊具の概観を写真─ 1 に示す。川を挟み，8.5 m 間

取付け金具上側の破面を写真─ 2 に示す。き裂の隔で立てられた 2 本の支柱間にはロープが張られ，起点付近と考えられる破面には，疲労破面の特徴であロープには人が乗ることができる吊りカゴが取付けらるラチェットマーク（階段状段差模様）が確認され，れている。この吊りカゴに乗った人が誘導ロープを操破面にはビーチマーク（貝殻状縞模様）も観察された。

作することで吊りカゴが動き，支柱間を移動できる。

よって，取付け金具の回し溶接部を起点とする疲労破吊りカゴは，子供一人が乗ることができる程度の大き面であると推定された。

さであるが，複数の子供や，大人も乗ることができる。

さらに，写真─ 3 の SEM 観察写真に示すように，

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一部にストライエーション（疲労破面に見られる特徴（2）部材の材質確認的な縞模様）が観察されたことから，疲労破面である遊具に使用されていた材料が仕様通りであったかどと判断された。また，ストライエーションの方向から，うかを確認するため，横梁材料の成分分析および引張

疲労き裂は金具が取付けられていた横梁の外面から内試験を行った。

面に向かって進行したと推定された。

その結果，使用されていた横梁は JIS の一般構造用角形鋼管 STKR400 であり，問題ないことが確認された。
（3）現地再現試験
破断した部材の破面観察等から，取付け金具は疲労によって破断したもので，疲労き裂の起点は取付け金具の上下端の溶接止端部であると推定された。そこで，遊具に人が乗ることによってロープ取付け金具部に疲労が生じるような応力が発生しているかどうかを確認するため，現地再現実験を行い，ロープ取付け金具周辺の応力測定を実施した。
現地再現実験は，破損した部材を取外し，破損した部材と同一規格の材料で同等形状の部材を新たに製作・取付けた上で実施した。
現地確認試験状況を写真─ 4 に示す。再現試験では，
㧔૞ᬺຬ A タ⩄㧕㧔૞ᬺຬ B タ⩄㧕

写真─ 2遊具の破損状況

写真─ 4

写真─ 3

破断面の観察結果

現地再現試験状況

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作業員Ａ（体重約 120 kg；小学 5 年生女児 3 人分），まても高い応力が生じていることがわかる。これらの部

たは作業員 B（体重約 60 kg）が実際の吊りカゴに乗り，位は，疲労き裂が確認された部位と一致している。

その際の取付け金具部近傍のひずみ測定を行った。
試験の結果，作業員Ａが乗載した際に取付け金具上（5）破損シナリオの推定部の溶接ビード近傍に，最大 130 MPa の高い応力が測上述した破断部の破面調査や現場再現実験，立体定された。このような測定結果から，溶接ビード上部FEM 解析等から，ロープウェイ型遊具（角型鋼管使用）には疲労き裂が生じやすい状態であったと考えられる。の破壊メカニズムおよび破断に至るシナリオは以下のように推定された。

（4）FEM 解析による検証
数値解析的に現地再現試験結果を検証するととも①ロープ張力の作用：遊具（吊りカゴ）に人が乗るたびにロープに張力が作用する。に，遊具全体の変形挙動を把握することを目的として，②ロープ取付け金具上側部に疲労き裂が発生：遊具に汎用有限要素プログラムを用いた遊具の立体ＦＥＭ解荷重が作用する（ロープ張力が作用する）と，金具析を実施した。

取付け部の角形鋼管に応力集中が生じる。ロープ張要素は，ロープ以外はシェル要素（平板要素）を用い，力は斜め下方向に作用しているため，取付け金具のロープはバー要素（棒要素）を使用した。ロープのた上側に高い応力が生じ，繰返される荷重によって上わみ形状については，無載荷時（カゴのみ）において側に疲労き裂が生じる。

支柱間の中央部でワイヤロープが 380 mm 撓んでいた③ロープ取付け金具下側部に疲労き裂が発生：ロー

ことから，ロープは直線で，ロープ中央で 380 mm のプ取付け金具の下側部にも応力集中が生じているた

たわみを初期状態として解析モデルを構築した。荷重

め，下側部に疲労き裂が生じる。

はロープの支間中央部に作業員Ａ相当を載荷した。
解析結果として，図─ 1 に取付け金具部の変形状態および応力分布を示す。取付け金具部の横梁面は，断面が凸状に変形しており，鋼管の角部との範囲で局④ロープ取付け金具の左右部に疲労き裂が進展：繰返して荷重を受けることにより，取付け金具の上下側に生じた疲労き裂が左右に進展する。
⑤破断：残った断面で過荷重状態となり，破壊する。

部的に変形していることがわかる。また，局部変形が見られるロープ取付け金具上端部および下端部におい4．おわりにこれまでに，同様な損傷事例がない公園遊具（ロープウェイ型遊具）の損傷について，損傷原因の調査を行った結果，遊具で人が遊ぶ（カゴに乗る）ことで，繰返し荷重が作用し，疲労が生じたものと推測された。
今回のケースでは特に，横梁に角形鋼管を使用していたことから，局部的な変形が生じ，溶接止端部に高い応力集中が生じていたことが原因の一つであったと考えられる。
今後，当研究所では，特に安心・安全が求められる公園遊具に損傷が生じたことを受け，この事例をもとに広く関係機関に注意を喚起するとともに，より安心・安全な公共施設を維持管理するための一助となるよう業務に邁進していく所存である。

［筆者紹介］
小野 秀一（おの しゅういち）㈳日本建設機械化協会
施工技術総合研究所 研究第二部
次長

図─ 1

FEM 解析による遊具に作用する応力の推定