JP6449754B2 - Estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、推定方法に関する。 The present invention relates to an estimation method.
鋼管柱、支持アンカや配管等のインフラ設備に代表される金属構造物は、全体またはその一部が地中に埋設された状態で利用される。このような地中金属構造物は、腐食により構成する部材の減肉が生じる場合がある。一般に、減肉が皆無または減肉の程度が軽微であって地中金属構造物が本来の機能を果たしている状態を健全状態という。一方、減肉の程度が高じて地中金属構造物が本来の機能を喪失しかねない状態を劣化状態という。 Metal structures represented by infrastructure equipment such as steel pipe columns, supporting anchors and piping are used in a state where the whole or a part thereof is buried in the ground. Such an underground metal structure may cause a reduction in the thickness of members formed by corrosion. In general, a state in which there is no thinning or a small degree of thinning and the underground metal structure performs its original function is called a healthy state. On the other hand, a state where the degree of thinning is high and the underground metal structure may lose its original function is called a deteriorated state.
地中に埋設されている部分の劣化状態は、人または機械による直接的な観察や評価が困難である場合が多い。そこで、地中金属構造物のうち、配管に対しては、管中を流れる流体の漏洩を検知することで、本来の機能を喪失した状態を知り、その部分を特定して交換する事後保全方法がとられる場合がある。しかしながら、構造的な強度を担保する地中金属構造物では、本来の機能を喪失した状態は、破損、破壊、または倒壊等の事故につながるおそれがあることから、事後保全ではなく、予防保全が求められる。 In many cases, it is difficult to directly observe or evaluate the deterioration state of a portion buried in the ground by a person or a machine. Therefore, for underground pipes among underground metal structures, it is possible to know the state of loss of the original function by detecting the leakage of fluid flowing in the pipe, and to identify and replace that part. May be taken. However, in underground metal structures that guarantee structural strength, the loss of the original function can lead to accidents such as breakage, destruction, or collapse. Desired.
予防保全の方法としては、一律に使用年限を決めて、その使用年限に達する前に交換する方法がある。使用年限は、例えば、地中金属構造物を構成する部材の地中における減肉の速度、すなわち、腐食速度と、地下金属構造物が本来の機能を維持できない状態となる限界の部材厚との関係で決まる。もっとも単純には、限界の部材厚に達する減肉量を、腐食速度で除した年数で使用年限を規定できる。 As a method of preventive maintenance, there is a method in which the service life is uniformly determined and replaced before reaching the service life. The service life is, for example, the rate of thinning of the material constituting the underground metal structure in the ground, that is, the corrosion rate, and the limit member thickness at which the underground metal structure cannot maintain its original function. It depends on the relationship. In the simplest case, the service life can be defined by the number of years obtained by dividing the thinning amount reaching the limit member thickness by the corrosion rate.
なお、金属材料の環境因子に応じた腐食減肉量の経年変化のデータが開示されている（非特許文献１参照）。 In addition, the data of the secular change of the corrosion thinning amount according to the environmental factor of a metal material are disclosed (refer nonpatent literature 1).
しかしながら、実際の腐食速度は一律ではない。一般に、金属構造物の表面に腐食生成物が生じると、腐食生成物によって水分や酸素の供給が妨げられることにより、腐食速度は年数を経るごとに減少し、腐食減肉量の経年変化は非線形性を示すことが知られている。また、腐食速度は環境因子によっても異なる。地中の金属構造物に対しては、環境因子として最も重要な因子は土壌に関わる土壌因子であり、土壌因子のひとつである土壌中の水分量は例えば、降雨量、日射量、気温、湿度等の気象に関わる気象因子によっても変化する。 However, the actual corrosion rate is not uniform. In general, when corrosion products are generated on the surface of metal structures, the corrosion rate decreases with the passage of years because the supply of moisture and oxygen is hindered by the corrosion products. It is known to show sex. Also, the corrosion rate varies depending on environmental factors. For metal structures in the ground, the most important environmental factor is the soil factor related to the soil, and the amount of water in the soil, which is one of the soil factors, is, for example, rainfall, solar radiation, temperature, humidity. It also changes depending on the weather factors related to the weather.
そこで、一律な腐食速度を採用して使用年限を定めて予防保全を行おうとすれば、当該地中金属構造物が本来の機能を喪失した状態に達する年限よりもずっと前に、あるいは逆に当該地中金属構造物が本来の機能を喪失した後に、保全措置を講じることになりかねない。地中金属構造物に対する保全は、当該地中金属構造物が有する機能を他の構造体で担保した上で、土壌を掘削して行われる。そのため、該地中金属構造物が本来の機能を喪失した状態に達する年限よりもずっと前に保全措置を講ずると、多大なコストが無駄になる。一方、当該地中金属構造物が本来の機能を喪失した後に保全措置を講ずることは、構造的な強度を担保するような地中金属構造物においては、非常に高いリスクを伴うため許容しがたい。 Therefore, if a uniform corrosion rate is adopted to determine the service life and preventive maintenance is carried out, it will be long before the time when the underground metal structure has lost its original function, or vice versa. After underground metal structures have lost their original function, conservation measures may be taken. The maintenance of the underground metal structure is performed by excavating the soil after securing the function of the underground metal structure with another structure. Therefore, if maintenance measures are taken long before the age when the underground metal structure has lost its original function, a great deal of cost is wasted. On the other hand, it is not permissible to take conservation measures after the underground metal structure has lost its original function because underground metal structures that guarantee structural strength involve a very high risk. I want.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、地中金属構造物の腐食による劣化度を精度高く推定することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the above, Comprising: It aims at estimating the deterioration degree by the corrosion of an underground metal structure with high precision.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る推定方法は、全部または一部が地中に埋設される金属構造物が設置される環境を示す環境因子に基づいて、腐食量の経年変化を示す経年変化曲線を取得する経年変化曲線取得工程と、前記経年変化曲線を用いて、前記金属構造物の各部位の経年時の形状を推定することにより、該金属構造物の経年時の全体形状を示す腐食モデルを推定する腐食モデル推定工程と、前記腐食モデルを用いて、前記金属構造物に負荷される所定の外力により前記各部位に負荷される応力の値を算出する応力算出工程と、前記所定の外力により前記各部位に負荷される応力の値と、前記各部位が耐えうる応力を示す所定の応力の値とを比較することにより、前記金属構造物の前記各部位の劣化度を推定する劣化度推定工程と、を含んだことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the estimation method according to the present invention is based on an environmental factor indicating an environment in which a metal structure that is entirely or partially embedded in the ground is installed. A secular change curve acquisition step for acquiring a secular change curve indicating the secular change of the amount, and by using the secular change curve to estimate the shape of each part of the metal structure over time, A corrosion model estimation step for estimating a corrosion model indicating an overall shape over time, and using the corrosion model, a value of stress applied to each part is calculated by a predetermined external force applied to the metal structure. By comparing the stress calculation step, the value of the stress applied to each part by the predetermined external force, and the value of the predetermined stress indicating the stress that can be endured by each part, the each of the metal structures Estimate the degree of degradation of the part Characterized in that it includes a deterioration degree estimation step that, a.
本発明によれば、地中金属構造物の腐食による劣化度を精度高く推定することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately estimate the degree of deterioration due to corrosion of underground metal structures.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. Moreover, in description of drawing, the same code | symbol is attached | subjected and shown to the same part.
図１は、本実施形態に係る推定処理手順を示すフローチャートである。本実施形態の推定処理は、経年変化曲線取得工程と、腐食モデル推定工程と、応力算出工程と、劣化度推定工程とを含む。 FIG. 1 is a flowchart showing an estimation processing procedure according to this embodiment. The estimation process of the present embodiment includes an aging curve acquisition process, a corrosion model estimation process, a stress calculation process, and a deterioration degree estimation process.
［経年変化曲線取得工程］
経年変化曲線取得工程では、全部または一部が地中に埋設される地中金属構造物が設置される環境を示す環境因子に基づいて、腐食量の経年変化を示す経年変化曲線が取得される。
[Aging curve acquisition process]
In the secular change curve acquisition process, a secular change curve indicating the secular change of the corrosion amount is acquired based on an environmental factor indicating an environment in which the underground metal structure that is entirely or partially embedded in the ground is installed. .
具体的に、まず、地中金属構造物が設置されている環境を表す因子である環境因子が規定される（ステップＳ１０１）。そして、規定された環境因子に基づいて、腐食速度の経年変化曲線が取得される（ステップＳ１０２）。 Specifically, first, an environmental factor that is a factor representing the environment in which the underground metal structure is installed is defined (step S101). Then, a corrosion rate aging curve is acquired based on the specified environmental factors (step S102).
ここで、環境因子としては、例えば、関東ロームや通気性等の土質、水分量の代表値、土の温度の代表値等が挙げられる。ただし、環境因子は、腐食速度の経年変化曲線を取得できれば足り、これらに類する情報でもよい。 Here, examples of environmental factors include soil quality such as Kanto loam and air permeability, representative values of water content, representative values of soil temperature, and the like. However, the environmental factor only needs to be able to acquire an aging curve of the corrosion rate, and may be information similar to these.
腐食速度の経年変化曲線の取得は、非特許文献１に例示されるような文献データに基づいてもよいし、同様の土質等を用いて環境因子が再現された実験による実験データに基づいてもよい。文献データや実験データがばらつきを有する場合、腐食速度の経年変化曲線は、ばらつきを有するデータから得られる回帰曲線とし、該回帰曲線に不確からしさの値が附記されてもよい。 The acquisition of the secular change curve of the corrosion rate may be based on literature data as exemplified in Non-Patent Document 1, or based on experimental data obtained by an experiment in which environmental factors are reproduced using the same soil quality or the like. Good. When literature data and experimental data have variations, the corrosion rate aging curve may be a regression curve obtained from the variation data, and an uncertainty value may be added to the regression curve.
なお、腐食量としては、腐食速度に限らず、腐食減肉量でもよい。すなわち、腐食速度の経年変化曲線の代わりに、腐食減肉量の経年変化曲線が取得されてもよい。腐食減肉量の経年変化曲線から、腐食減肉量の経年変化曲線の時間微分である腐食速度の経年変化曲線が得られ、逆に、腐食速度の経年変化曲線から、腐食速度の経年変化曲線の時間積分である腐食減肉量の経年変化曲線が得られる。したがって、腐食速度の経年変化曲線と腐食減肉量の経年変化曲線とは同等である。 The corrosion amount is not limited to the corrosion rate, and may be a corrosion thinning amount. That is, instead of the corrosion rate aging curve, the corrosion thinning amount aging curve may be acquired. The corrosion rate aging curve, which is the time derivative of the corrosion thinning rate aging curve, is obtained from the erosion curve of the corrosion rate, and conversely, the aging curve of the corrosion rate is obtained from the aging curve of the corrosion rate. A time-dependent curve of the corrosion thinning amount that is the time integral of is obtained. Therefore, the aging curve of the corrosion rate and the aging curve of the corrosion thinning amount are equivalent.
さらに、腐食減肉量は、対象とする地中金属構造物を構成する金属の密度が既知の場合には、該地中金属構造物の単位表面積当たりの重量で表わされてもよいし、腐食減肉厚で表わされてもよい。 Furthermore, when the density of the metal constituting the target underground metal structure is known, the corrosion thinning amount may be expressed by the weight per unit surface area of the underground metal structure, It may be expressed by corrosion thickness reduction.
図２は、本実施形態における腐食減肉量の経年変化曲線を例示する図である。また、図３は腐食速度の経年変化曲線を例示する図である。例えば、非特許文献１には、一般的な鋼材の一つである平炉鋼（Ｏｐｅｎ ｈｅａｒｔｈ ｓｔｅｅｌ）で構成された部材に対して、Ｃｈｉｎｏ Ｓｉｌｔ Ｌｏａｍという土壌、かつ通気性良好という環境因子で表される環境下での腐食減肉量の経年変化のデータが開示されている。この文献データから得られる回帰曲線を経年変化曲線とすることができる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an aging curve of the corrosion thinning amount in the present embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating an aging curve of the corrosion rate. For example, in Non-Patent Document 1, a member made of open hearth steel, which is one of general steel materials, is expressed by soil called Chino Silt Loam and an environmental factor of good air permeability. Data on corrosion deterioration over time in a certain environment are disclosed. A regression curve obtained from this literature data can be used as an aging curve.
具体的に、平炉鋼に対する腐食減肉量の経年変化曲線は、次式（１）で表わされる。ここで、Ｗは単位面積当たりの腐食減肉重量（単位ｏｚ／ｆｔ２）、ｋ´は初年度の単位面積当たりの腐食減肉重量を表す定数、Ｔは経過年数（単位：年）、ｕは１以下の定数である。 Specifically, the secular change curve of the corrosion thinning amount for the open hearth steel is expressed by the following equation (1). Here, W is the corrosion thinning weight per unit area (unit oz / ft 2 ), k ′ is a constant representing the corrosion thinning weight per unit area in the first year, T is the number of years elapsed (unit: year), u Is a constant of 1 or less.
また、上記式（１）から、既存文献から得られた対象とする地中金属構造物を構成する金属の密度を用い、腐食減肉量を腐食減肉厚Ｄで表すことにより、次式（２）が得られる。ここで、Ｄは腐食減肉量（単位：ｍｍ）、ｋは初年度の腐食減肉量を表す定数である。 Further, from the above equation (1), by using the density of the metal constituting the target underground metal structure obtained from the existing literature, the corrosion thinning amount is expressed by the corrosion thinning thickness D. 2) is obtained. Here, D is a corrosion thinning amount (unit: mm), and k is a constant representing the corrosion thinning amount in the first year.
図２は、上記式（２）で表される腐食減肉量の経年変化曲線を示す。また、図３は、上記式（２）を時間微分して得られる次式（３）で表される腐食速度の経年変化曲線を示す。ここで、ｄＤ／ｄＴは腐食速度（単位：ｍｍ／年）を表す。 FIG. 2 shows an aging curve of the corrosion thinning amount represented by the above formula (2). Moreover, FIG. 3 shows the secular change curve of the corrosion rate represented by following Formula (3) obtained by time-differentiating said Formula (2). Here, dD / dT represents a corrosion rate (unit: mm / year).
［腐食モデル推定工程］
腐食モデル推定工程では、腐食量の経年変化曲線を用いて、地中金属構造物の各部位の経年時の形状を推定することにより、該地中金属構造物の経年時の全体形状を示す腐食モデルが推定される。
[Corrosion model estimation process]
In the corrosion model estimation process, by using the aging curve of the corrosion amount, the aging shape of each part of the underground metal structure is estimated to show the overall shape of the underground metal structure over time. A model is estimated.
具体的に、まず、地中金属構造物を構成する部材の初期の形状すなわち元来の部材形状の設定が行われる（ステップＳ１０３）。その際、部材をさらに細かく分割し、部材を構成する部位ごとに形状が設定されてもよい。 Specifically, first, the initial shape of members constituting the underground metal structure, that is, the original member shape is set (step S103). In that case, a member may be further divided | segmented and a shape may be set for every site | part which comprises a member.
次に、経過年数が設定される（ステップＳ１０４）。ここで、経過年数には、目的とする年数、劣化度を推定しようとする地中金属構造物の現在の設置年数、あるいは、将来における設置年数等が設定される。また、新設時の経過年数には０年を設定してもよい。 Next, the elapsed years are set (step S104). Here, in the elapsed years, the target years, the current installation years of the underground metal structure to be estimated for deterioration, the future installation years, and the like are set. Moreover, you may set 0 years for the elapsed years at the time of new establishment.
次に、ステップＳ１０２の処理で取得された腐食速度の経年変化曲線と、ステップＳ１０４の処理で設定された経過年数とにより、該経過年数における腐食減肉量が得られる。そして、ステップＳ１０３の処理で設定された地中金属構造物の元来の部材形状のサイズから腐食減肉量を減じることにより、経年時の部材形状が推定される（ステップＳ１０５）。 Next, the corrosion thinning amount in the elapsed years is obtained from the aging curve of the corrosion rate acquired in the process of step S102 and the elapsed years set in the process of step S104. Then, the member shape over time is estimated by subtracting the corrosion thinning amount from the size of the original member shape of the underground metal structure set in the process of step S103 (step S105).
なお、ステップＳ１０３の処理において、部材をさらに細かく分割して部材を構成する部位ごとに形状が設定されていない場合には、目的に応じて、ステップＳ１０５の処理において、部材をさらに細かく分割し、部材を構成する部位ごとに経年時の形状を推定してもよい。あるいは、目的に応じて、部材を分割せず、部位と部材とを同等としてもよい。 In addition, in the process of step S103, when the shape is not set for each part constituting the member by further finely dividing the member, according to the purpose, the member is further finely divided in the process of step S105, You may estimate the shape of aged for every site | part which comprises a member. Or according to the objective, it is good also as a site | part and a member equivalent without dividing | segmenting a member.
次に、推定された経年時の部材形状を組み合わせることにより、該地中金属構造物の経年時の全体形状を示す腐食モデルが推定される（ステップＳ１０６）。 Next, a corrosion model indicating the overall shape of the underground metal structure over time is estimated by combining the estimated member shapes over time (step S106).
なお、本実施形態では、ステップＳ１０３の処理対象の１以上の部材は、同一の金属材料で構成され、腐食量は同一の経年変化曲線に従うものとする。また、腐食モデルは、地中金属構造物の全体形状に限定されない。例えば、構造上の注視すべき一部の同一金属材料からなる部材を腐食モデル推定工程での処理対象としてもよい。 In the present embodiment, one or more members to be processed in step S103 are made of the same metal material, and the corrosion amount follows the same secular change curve. Further, the corrosion model is not limited to the overall shape of the underground metal structure. For example, some members made of the same metal material to be closely watched in the structure may be processed in the corrosion model estimation step.
［応力算出工程］
応力算出工程では、腐食モデルを用いて、地中金属構造物に負荷される所定の外力により各部位に負荷される応力Ａの値が算出される。
[Stress calculation process]
In the stress calculation step, the value of the stress A applied to each part is calculated by a predetermined external force applied to the underground metal structure using the corrosion model.
具体的に、まず、地中金属構造物に負荷される所定の外力としての一定の力が設定される（ステップＳ１０７）。一定の力には、例えば、該地中金属構造物にかかる土の重量に重力加速度を乗じた値、該地中金属構造物が管状である場合の内部の流体による内壁への圧力に部材の内壁の表面積を乗じた値、内壁の単位表面積当たりの圧力値等が設定される。あるいは、該地中金属構造物が構造的役割を持って担保する一定の力、または、該地中金属構造物に最大限許容される一定の力等が設定されてもよい。なお、一定の力とはベクトル値であって、力の大きさ及び方向が設定される。 Specifically, first, a certain force as a predetermined external force applied to the underground metal structure is set (step S107). The constant force includes, for example, a value obtained by multiplying the weight of the soil applied to the underground metal structure by a gravitational acceleration, and the pressure on the inner wall caused by the internal fluid when the underground metal structure is tubular. A value obtained by multiplying the surface area of the inner wall, a pressure value per unit surface area of the inner wall, and the like are set. Alternatively, a certain force that the underground metal structure secures with a structural role, a certain force that is maximally allowed for the underground metal structure, or the like may be set. The constant force is a vector value, and the magnitude and direction of the force are set.
次に、ステップＳ１０７の処理で設定された一定の力が地中金属構造物に負荷された場合に、腐食モデルの各部位にかかる応力Ａの値が算出される（ステップＳ１０８）。応力Ａの値を算出する際には、構造力学シミュレーションで一般に用いられる有限要素法等の周知の方法が適用されればよい。応力Ａの値として、目的に応じて、例えば、各部位にかかる様々な応力のうちの最大値、またはミーゼス応力値等が採用される。 Next, when a certain force set in the process of step S107 is applied to the underground metal structure, the value of the stress A applied to each part of the corrosion model is calculated (step S108). In calculating the value of the stress A, a known method such as a finite element method generally used in structural dynamics simulation may be applied. As the value of the stress A, for example, the maximum value of various stresses applied to each part, the Mises stress value, or the like is adopted depending on the purpose.
［劣化度推定工程］
劣化度推定工程では、応力Ａの値と、各部位が耐えうる応力を示す所定の応力Ｂの値とを比較することにより、地中金属構造物の劣化度が推定される。
[Deterioration degree estimation process]
In the degradation level estimation step, the degradation level of the underground metal structure is estimated by comparing the value of the stress A with the value of the predetermined stress B indicating the stress that can be withstood by each part.
具体的に、まず、部位が耐えうる応力を示す一定の応力Ｂの値が設定される（ステップＳ１０９）。この応力Ｂの値としては、部材を構成する金属材料の降伏応力、あるいはこの降伏応力に一定割合を乗じて算出される降伏に達する前の一定の応力値等が設定される。 Specifically, first, a value of a constant stress B indicating the stress that the part can withstand is set (step S109). As the value of the stress B, a yield stress of the metal material constituting the member, or a constant stress value before reaching the yield calculated by multiplying the yield stress by a certain ratio is set.
次に、腐食モデルの各部位にかかる応力Ａの代表値と、応力Ｂの値とが比較される（ステップＳ１１０）。ここで、各部位にかかる応力Ａは、部位ごとに値を有する。そこで、各部位にかかる応力Ａの代表値には、各部位にかかる応力Ａのうちの最大値、この最大値に一定割合を乗じた値、各部位にかかる応力Ａの平均値、あるいはこの平均値に一定割合を乗じた値等が採用される。 Next, the representative value of the stress A applied to each part of the corrosion model is compared with the value of the stress B (step S110). Here, the stress A applied to each part has a value for each part. Therefore, the representative value of the stress A applied to each part includes the maximum value of the stress A applied to each part, a value obtained by multiplying the maximum value by a certain ratio, the average value of the stress A applied to each part, or the average A value obtained by multiplying the value by a certain ratio is adopted.
そして、腐食モデルの各部位にかかる応力Ａの代表値と応力Ｂの値との比較の結果を用いて劣化度が推定される（ステップＳ１１１）。 Then, the degree of deterioration is estimated using the result of comparison between the representative value of stress A and the value of stress B applied to each part of the corrosion model (step S111).
ここで、劣化度は、利用者により任意に定義されればよい。例えば、地中金属構造物の部材の破壊がいつ起きてもおかしくない状態を劣化度４と定義する。この場合に、例えば、ある環境因子について、１年後に劣化度４となる状態を劣化度３と定義し、５年後に劣化度４となる状態を劣化度２と定義し、１０年後に劣化度４となる状態を劣化度１と定義することができる。 Here, the degree of deterioration may be arbitrarily defined by the user. For example, a state in which the destruction of the member of the underground metal structure is not strange at any time is defined as the degree of deterioration 4. In this case, for example, for a certain environmental factor, a state in which the degree of deterioration is 4 after one year is defined as a degree of deterioration 3, a state in which the degree of deterioration is 4 after 5 years is defined as a degree of deterioration 2, and the degree of deterioration after 10 years. A state of 4 can be defined as a degradation level of 1.
そして、実環境がある環境因子に該当する場合には、劣化度３の場合には１年、劣化度２の場合には５年、劣化度１の場合には１０年までは、地中金属構造物を利用することが可能である。したがって、劣化度に応じて、地中金属構造物の部材に対する措置を講じることが可能となる。例えば、劣化度４の場合には、地中金属構造物の部材を直ちに更改、劣化度３の場合には、１年以内に地中金属構造物の部材を更改、劣化度２の場合には、５年以下の周期で点検を行い、劣化度１の場合には点検を１回省く等の措置を講じることが可能となる。 If the actual environment falls under an environmental factor, the degradation metal level is 1 year, the degradation level 2 is 5 years, and the degradation level 1 is 10 years. It is possible to use a structure. Therefore, it is possible to take measures for the members of the underground metal structure according to the degree of deterioration. For example, in the case of the degradation level 4, the members of the underground metal structure are immediately updated. In the case of the degradation level 3, the members of the underground metal structure are updated within one year. It is possible to carry out inspections at intervals of 5 years or less, and to take measures such as omitting the inspection once when the degree of deterioration is 1.
具体的に、例えば、応力Ａの代表値が、各部位にかかる応力Ａの平均値とされた場合に、応力Ａの代表値が応力Ｂの値に比して大きく、部材の破壊がいつ起きてもおかしくない状態が、劣化度４と定義される。すなわち、ステップＳ１１０の処理において応力Ａの代表値が応力Ｂの値を上回れば、ステップＳ１１１の処理において、劣化度４と推定される。 Specifically, for example, when the representative value of the stress A is the average value of the stress A applied to each part, the representative value of the stress A is larger than the value of the stress B, and when the member breaks down A state that is not strange is defined as a degree of deterioration of 4. That is, if the representative value of stress A exceeds the value of stress B in the process of step S110, it is estimated that the degree of deterioration is 4 in the process of step S111.
また、応力Ａの代表値が、各部位にかかる応力Ａの平均値とされた場合に、応力Ａの代表値を応力Ｂの値で除した値を用いて、劣化度が定義される。すなわち、例えば、応力Ａの代表値を応力Ｂの値で除した値が、０．８を上回り、０．９を下回る状態を、劣化度３と定義してもよい。すなわち、ステップＳ１１０の処理において、応力Ａの平均値を応力Ｂで除した値が、０．８を上回り、０．９を下回れば、ステップＳ１１１の処理において、劣化度３と推定される。 In addition, when the representative value of the stress A is the average value of the stress A applied to each part, the degree of deterioration is defined using a value obtained by dividing the representative value of the stress A by the value of the stress B. That is, for example, a state where the value obtained by dividing the representative value of the stress A by the value of the stress B is more than 0.8 and less than 0.9 may be defined as the degree of deterioration 3. That is, in the process of step S110, if the value obtained by dividing the average value of the stress A by the stress B is greater than 0.8 and less than 0.9, it is estimated that the degree of deterioration is 3 in the process of step S111.
図４は、地中金属構造物の一例として、支持アンカのうちの鋼を材料とする支線アンカについて、各部位に負荷される応力Ａの大きさを例示した図である。ここで、腐食モデルでは、安全率を第一に考慮し、平均板厚が健全状態である新品の平均板厚の半分となっている。この腐食モデルについて、以下に示す解析ソルバを用いて解析を行って、ミーゼス応力を算出した。 FIG. 4 is a diagram illustrating the magnitude of the stress A applied to each part of a branch anchor made of steel among the support anchors as an example of the underground metal structure. Here, in the corrosion model, the safety factor is considered first, and the average plate thickness is half of the average plate thickness of a new product in a healthy state. About this corrosion model, it analyzed using the analysis solver shown below, and calculated Mises stress.
解析ソルバ：汎用非線形解析コードAbaqus standard version 6.13
解法：静的陰解法による弾塑性接触解析
入力条件：自重を負荷した後、支線アンカロッド部先端に、１４．１ｋＮの張力負荷
Analysis solver: Abaqus standard version 6.13
Solution: Elasto-plastic contact analysis by static implicit method Input condition: After loading the own weight, a tension load of 14.1 kN is applied to the tip of the branch anchor rod
この支線アンカについて、すべての部位が同一鋼種の部材で構成されている場合に、この鋼種の降伏応力を応力Ｂとすれば、応力Ａの値が応力Ｂの値に近い部位、あるいは応力Ｂの値を上回る部位ほど、破壊される可能性が高くなる。また、応力Ａの最大値あるいは平均値に基づいて決定される代表値を応力Ｂの値と比較することにより、劣化度を推定できる。 When all the parts of the branch anchor are composed of members of the same steel type, if the yield stress of this steel type is the stress B, the value of the stress A is close to the value of the stress B or the stress B The higher the value, the higher the possibility of destruction. Further, by comparing a representative value determined based on the maximum value or average value of the stress A with the value of the stress B, the degree of deterioration can be estimated.
以上、説明したように、本実施形態の推定処理では、地中金属構造物が設置される環境を示す環境因子に基づいて、腐食量の経年変化を示す経年変化曲線が取得される。また、経年変化曲線を用いて、地中金属構造物の各部位の経年時の形状を推定することにより、該地中金属構造物の経年時の全体形状を示す腐食モデルが推定される。また、腐食モデルを用いて、地中金属構造物に負荷される所定の外力により各部位に負荷される応力Ａの値が算出され、算出された応力Ａの値と、各部位が耐えうる応力を示す所定の応力Ｂの値とを比較することにより、地中金属構造物の各部位の劣化度が推定される。これにより、地中金属構造物の腐食による劣化度を精度高く推定することができる。 As described above, in the estimation process of the present embodiment, a secular change curve indicating a secular change of the corrosion amount is acquired based on an environmental factor indicating an environment in which the underground metal structure is installed. Further, by using the secular change curve to estimate the shape of each part of the underground metal structure over time, a corrosion model indicating the overall shape of the underground metal structure over time is estimated. In addition, using the corrosion model, the value of the stress A applied to each part by a predetermined external force applied to the underground metal structure is calculated, and the calculated stress A value and the stress that each part can withstand The degree of deterioration of each part of the underground metal structure is estimated by comparing with a value of a predetermined stress B indicating Thereby, the deterioration degree by the corrosion of the underground metal structure can be estimated with high accuracy.
［他の実施形態］
上記実施形態の経年変化曲線取得工程において、経年変化曲線は、環境因子に基づいて取得されるが、本発明はこれに限定されない。以下に説明するように、経年変化曲線取得工程において、経年変化曲線は、全部または一部が地中に埋設される金属構造物のサンプルに基づいて求められる経年値と腐食量との組み合わせに基づいて取得されてもよい。
[Other Embodiments]
In the aging curve acquisition step of the above embodiment, the aging curve is acquired based on environmental factors, but the present invention is not limited to this. As explained below, in the aging curve acquisition process, the aging curve is based on the combination of the aging value and the amount of corrosion obtained based on the sample of the metal structure that is entirely or partially embedded in the ground. May be obtained.
図５は、本実施形態の推定処理手順を示すフローチャートである。図５に示すように、上記の実施形態の推定処理とは、ステップＳ２０１およびステップＳ２０２の処理のみが異なる。具体的に、ステップＳ２０１の処理では、全部または一部が地中に埋設される地中金属構造物のサンプルに基づいて、経年値と腐食量との組み合わせが取得される。 FIG. 5 is a flowchart showing the estimation processing procedure of this embodiment. As shown in FIG. 5, only the processes of step S201 and step S202 are different from the estimation process of the above embodiment. Specifically, in the process of step S201, a combination of an aging value and a corrosion amount is acquired based on a sample of an underground metal structure that is entirely or partially embedded in the ground.
具体的に、まず、地中金属構造物のサンプルに基づいた経年値と腐食量との組み合わせが取得される。ここで、地中金属構造物のサンプルとは、全部または一部が地中に埋設される推定対象の地中金属構造物を構成する金属材料と同一または同等とみなせる金属材料で構成され、地中に埋設された履歴を有する金属構造物からサンプリングされた部材を意味する。地中金属構造物のサンプルが地中に埋設されてから取り出されるまでの期間が経年値として得られる。また、地中金属構造物のサンプルの初期の形状すなわち元来の部材形状と、地中から取り出されたときの部材形状との差分から、腐食による地中金属構造物のサンプルの減肉量すなわち腐食量が得られる。このようにして、地中金属構造物のサンプルに基づいた経年値と腐食量との組み合わせが取得される。 Specifically, first, a combination of an aging value and a corrosion amount based on a sample of an underground metal structure is acquired. Here, the sample of the underground metal structure is composed of a metal material that can be regarded as the same or equivalent to the metal material that constitutes the estimated underground metal structure, all or part of which is buried in the ground. It means a member sampled from a metal structure having a history embedded therein. The period from when the underground metal structure sample is buried in the ground to when it is taken out is obtained as an aging value. In addition, from the difference between the initial shape of the underground metal structure sample, that is, the original member shape, and the member shape when taken out of the ground, the amount of thinning of the underground metal structure sample due to corrosion, that is, Corrosion amount is obtained. In this way, a combination of the aging value and the corrosion amount based on the underground metal structure sample is obtained.
なお、経年値と腐食量との組み合わせは、１以上取得されればよいが、２以上の複数の組み合わせが取得されることが望ましい。また、目的に応じて、地中金属構造物のサンプルの部材をさらに細かく分割し、部材を構成する部位ごとに経年値と腐食量との組み合わせが取得されてもよい。あるいは、目的に応じて、部材を分割せず、部位と部材とを同等としてもよい。 In addition, what is necessary is just to acquire one or more combinations of an aging value and corrosion amount, but it is desirable to acquire two or more combinations. Moreover, according to the objective, the member of the sample of an underground metal structure may be divided | segmented further finely, and the combination of aged value and corrosion amount may be acquired for every site | part which comprises a member. Or according to the objective, it is good also as a site | part and a member equivalent without dividing | segmenting a member.
また、地中金属構造物のサンプルは、推定対象の地中金属構造物と同種の地中金属構造物の全部または一部でもよい。 The sample of the underground metal structure may be all or a part of the same type of underground metal structure as that of the estimation target underground metal structure.
次に、ステップＳ２０２の処理では、ステップＳ２０１の処理で取得された経年値と腐食量との組み合わせに基づいて、腐食速度の経年変化曲線が取得される。具体的に、まず、腐食速度の経年変化のマスター曲線が取得される。腐食速度の経年変化曲線は、非特許文献１に例示されるような文献データに基づいてもよいし、実験データに基づいてもよい。 Next, in the process of step S202, the aging curve of the corrosion rate is acquired based on the combination of the aging value and the corrosion amount acquired in the process of step S201. Specifically, first, a master curve of the aging of the corrosion rate is acquired. The aging curve of the corrosion rate may be based on literature data as exemplified in Non-Patent Document 1, or may be based on experimental data.
次に、経年値と腐食量との組み合わせに基づいて、腐食速度の経年変化のマスター曲線のパラメータが決定され、腐食速度の経年変化曲線が取得される。具体的に、経年値と腐食量との組み合わせが複数ある場合には、これらの複数の組み合わせで表される複数の点にマスター曲線をフィッティングさせて回帰曲線が得られる。該回帰曲線には、不確からしさの値が付記されてもよい。得られた回帰曲線が腐食速度の経年変化曲線とされる。 Next, the master curve parameter of the corrosion rate aging is determined based on the combination of the aging value and the corrosion amount, and the corrosion rate aging curve is obtained. Specifically, when there are a plurality of combinations of aging values and corrosion amounts, a regression curve is obtained by fitting a master curve to a plurality of points represented by these combinations. An uncertainty value may be added to the regression curve. The obtained regression curve is taken as the aging curve of the corrosion rate.
また、経年値と腐食量との組み合わせが１つである場合には、経年値と腐食量との組み合わせで表される点を通り、かつ、非特許文献１に例示されるような文献に記載されているパラメータの範囲において不確からしさを有する曲線が、腐食速度の経年変化曲線とされる。 Further, when there is only one combination of the aging value and the corrosion amount, it is described in a document that passes through the point represented by the combination of the aging value and the corrosion amount and is exemplified in Non-Patent Document 1. A curve having uncertainty in the range of the set parameters is an aging curve of the corrosion rate.
なお、上述したように、腐食量は、腐食速度でも腐食減肉量でもよい。また、腐食速度の経年変化曲線と腐食減肉量の経年変化曲線とは同等である。さらに、腐食減肉量は、密度が既知の金属で構成された地中金属構造物の単位表面積当たりの重量で表されてもよいし、腐食減肉厚で表されてもよい。 As described above, the corrosion amount may be a corrosion rate or a corrosion thinning amount. Further, the corrosion rate aging curve and the corrosion thinning amount aging curve are equivalent. Furthermore, the corrosion thinning amount may be expressed by the weight per unit surface area of the underground metal structure made of a metal having a known density, or may be expressed by the corrosion thinning thickness.
図６は、本実施形態における腐食減肉量の経年変化曲線を例示する図である。また、図７は腐食速度の経年変化曲線を例示する図である。例えば、非特許文献１には、一般的な鋼材の一つである平炉鋼（Ｏｐｅｎ ｈｅａｒｔｈ ｓｔｅｅｌ）で構成された部材に対しての腐食減肉量の経年変化曲線が開示されている。この文献に開示された腐食減肉量の経年変化曲線もしくは同様の腐食減肉量の経年変化曲線を腐食減肉量のマスター曲線とし、経年値と腐食量との組み合わせで表される点にマスター曲線をフィッティングさせて得られる回帰曲線を腐食減肉量の経年変化曲線とすることができる。 FIG. 6 is a diagram illustrating an aging curve of the corrosion thinning amount in the present embodiment. FIG. 7 is a diagram illustrating an aging curve of the corrosion rate. For example, Non-Patent Document 1 discloses a secular change curve of a corrosion thinning amount for a member made of open heart steel, which is one of general steel materials. The aging curve of the corrosion thinning amount disclosed in this document or a similar aging curve of the corrosion thinning amount is used as the master curve of the corrosion thinning amount, and the master is the point expressed by the combination of the aging value and the corrosion amount. A regression curve obtained by fitting the curve can be used as a secular change curve of the corrosion thinning amount.
具体的に、平炉鋼に対する腐食減肉量の経年変化曲線は、上記実施形態の式（１）と同様に、次式（４）で表わされる。ここで、Ｗは単位面積当たりの腐食減肉重量（単位ｏｚ／ｆｔ２）、ｋ´は初年度の単位面積当たりの腐食減肉重量を表す定数、Ｔは経過年数（単位：年）、ｕは１以下の定数である。 Specifically, the secular change curve of the corrosion thinning amount for the open hearth steel is expressed by the following equation (4), similarly to the equation (1) of the above embodiment. Here, W is the corrosion thinning weight per unit area (unit oz / ft 2 ), k ′ is a constant representing the corrosion thinning weight per unit area in the first year, T is the number of years elapsed (unit: year), u Is a constant of 1 or less.
また、上記式（４）から、既存文献から得られた対象とする地中金属構造物を構成する金属の密度を用い、腐食減肉量を腐食減肉厚Ｄで表すことにより、上記式（２）と同様に、次式（５）が得られる。ここで、Ｄは腐食減肉量（単位：ｍｍ）、ｋは初年度の腐食減肉量を表す定数である。 Further, from the above formula (4), by using the density of the metal constituting the target underground metal structure obtained from the existing literature, and expressing the corrosion thinning amount by the corrosion thinning thickness D, the above formula ( Similar to 2), the following equation (5) is obtained. Here, D is a corrosion thinning amount (unit: mm), and k is a constant representing the corrosion thinning amount in the first year.
図６は、上記式（５）で表されるマスター曲線を、ｋおよびｕをパラメータとして、図６に白抜き丸で示した経年値と腐食量との組み合わせで表される点にフィッティングさせて得られた回帰曲線を示す。すなわち、経年値と腐食量との組み合わせに基づいて、上記式（５）で表されるマスター曲線のパラメータｋおよびｕが決定される。 FIG. 6 is a graph obtained by fitting the master curve represented by the above formula (5) to a point represented by a combination of the aged value and the corrosion amount indicated by white circles in FIG. 6 using k and u as parameters. The obtained regression curve is shown. That is, the master curve parameters k and u represented by the above equation (5) are determined based on the combination of the aging value and the corrosion amount.
また、図７は、上記式（５）を時間微分して得られる次式（６）で表される腐食速度の経年変化曲線を示す。ここで、ｄＤ／ｄＴは腐食速度（単位：ｍｍ／年）を表す。なお、決定されたパラメータｋおよびｕは、次式（６）にも用いられる。 Moreover, FIG. 7 shows the secular change curve of the corrosion rate represented by following Formula (6) obtained by time-differentiating said Formula (5). Here, dD / dT represents a corrosion rate (unit: mm / year). The determined parameters k and u are also used in the following equation (6).
以降の処理は、上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。以上、説明したように、本実施形態の推定処理では、地中金属構造物のサンプルに基づいて求められる経年値と腐食量との組み合わせに基づいて、腐食量の経年変化を示す経年変化曲線を取得される。この経年変化曲線を用いて、上記実施形態と同様に、地中金属構造物の各部位の経年時の形状を推定することにより、該地中金属構造物の経年時の全体形状を示す腐食モデルが推定される。また、腐食モデルを用いて、地中金属構造物に負荷される所定の外力により各部位に負荷される応力Ａの値が算出され、算出された応力Ａの値と、各部位が耐えうる応力を示す所定の応力Ｂの値とを比較することにより、地中金属構造物の各部位の劣化度が推定される。これにより、地中金属構造物の腐食による劣化度を精度高く推定することができる。 Subsequent processing is the same as that in the above embodiment, and thus description thereof is omitted. As described above, in the estimation process of the present embodiment, a secular change curve indicating the secular change of the corrosion amount is obtained based on the combination of the aged value obtained based on the sample of the underground metal structure and the corrosion amount. To be acquired. Using this secular change curve, in the same manner as in the above embodiment, by estimating the shape of each part of the underground metal structure over time, the corrosion model showing the overall shape of the underground metal structure over time. Is estimated. In addition, using the corrosion model, the value of the stress A applied to each part by a predetermined external force applied to the underground metal structure is calculated, and the calculated stress A value and the stress that each part can withstand The degree of deterioration of each part of the underground metal structure is estimated by comparing with a value of a predetermined stress B indicating Thereby, the deterioration degree by the corrosion of the underground metal structure can be estimated with high accuracy.
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 As mentioned above, although embodiment which applied the invention made | formed by this inventor was described, this invention is not limited with the description and drawing which make a part of indication of this invention by this embodiment. That is, other embodiments, examples, operational techniques, and the like made by those skilled in the art based on this embodiment are all included in the scope of the present invention.
Claims (4)
前記経年変化曲線を用いて、前記金属構造物の各部位の経年時の形状を推定することにより、該金属構造物の経年時の全体形状を示す腐食モデルを推定する腐食モデル推定工程と、
前記腐食モデルを用いて、前記金属構造物に負荷される所定の外力により前記各部位に負荷される応力の値を算出する応力算出工程と、
前記所定の外力により前記各部位に負荷される応力の値と、前記各部位が耐えうる応力を示す所定の応力の値とを比較することにより、前記金属構造物の前記各部位の劣化度を推定する劣化度推定工程と、
を含んだことを特徴とする推定方法。 A secular change curve acquisition step for acquiring a secular change curve indicating a secular change of the corrosion amount based on an environmental factor indicating an environment in which a metal structure that is entirely or partially embedded in the ground is installed;
Corrosion model estimation step of estimating a corrosion model showing the overall shape of the metal structure over time by estimating the shape of each part of the metal structure over time using the aging curve,
Using the corrosion model, a stress calculation step of calculating a value of stress applied to each part by a predetermined external force applied to the metal structure;
By comparing the value of stress applied to each part by the predetermined external force with the value of a predetermined stress indicating the stress that each part can withstand, the degree of deterioration of each part of the metal structure can be determined. Degradation level estimation process to be estimated,
The estimation method characterized by including.
前記経年変化曲線を用いて、前記金属構造物の各部位の経年時の形状を推定することにより、該金属構造物の経年時の全体形状を示す腐食モデルを推定する腐食モデル推定工程と、
前記腐食モデルを用いて、前記金属構造物に負荷される所定の外力により前記各部位に負荷される応力の値を算出する応力算出工程と、
前記所定の外力により前記各部位に負荷される応力の値と、前記各部位が耐えうる応力を示す所定の応力の値とを比較することにより、前記金属構造物の前記各部位の劣化度を推定する劣化度推定工程と、
を含んだことを特徴とする推定方法。 Acquire aging curve to show aging curve showing aging of corrosion amount based on combination of aging value and corrosion amount obtained based on sample of metal structure wholly or partly buried in the ground Process,
Corrosion model estimation step of estimating a corrosion model showing the overall shape of the metal structure over time by estimating the shape of each part of the metal structure over time using the aging curve,
Using the corrosion model, a stress calculation step of calculating a value of stress applied to each part by a predetermined external force applied to the metal structure;
By comparing the value of stress applied to each part by the predetermined external force with the value of a predetermined stress indicating the stress that each part can withstand, the degree of deterioration of each part of the metal structure can be determined. Degradation level estimation process to be estimated,
The estimation method characterized by including.
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