JP6944902B2

JP6944902B2 - 桟橋の残存耐力算出方法

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Publication number: JP6944902B2
Application number: JP2018065790A
Authority: JP
Inventors: 州彦宇野; 陽一森屋
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2021-10-06
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019173505A

Description

本発明は桟橋の残存耐力を算出する技術に関する。

桟橋は経年劣化していくため、定期的な点検と補修が必要である。例えば非特許文献１には、桟橋の詳細定期点検診断と、詳細定期点検診断より簡易に実施できる一般定期点検診断の各々に関し、点検項目及び判断基準が示されている。

港湾空港技術研究所編著、「港湾の施設の維持管理技術マニュアル」沿岸技術研究センター、２００７年１０月、ｐ．１８２、ｐ．１９６

従来、桟橋の維持管理は、例えば非特許文献１に記載の判断基準に従い、桟橋の各部位の劣化、損傷の程度を目視や測定装置を用いて点検し、補修補強が必要、と判断された場合は、桟橋全体を原形復旧するための全面的な補修を行う形で行われている。

上述した方法による場合、多大なコストがかかるため、十分な頻度で点検が行われない場合がある。また、点検が行われても、その結果に応じた必要な補修が行われない場合もある。

上記の背景に鑑み、本発明は、桟橋の上部工に注目し、桟橋の上部工の点検及び必要な補修を低コストで実施可能とする手段を提供する。

上述した課題を解決するために、本発明は、桟橋を仮想的に表すモデルを作成する工程と、前記桟橋の上部工の梁の劣化度に応じた荷重と変位の関係を特定する工程と、前記上部工の複数の梁の各々に関し、当該梁の劣化度を外観に基づき判定した結果を取得する工程と、前記モデルにおいて、前記劣化度の判定の結果に応じた荷重と変位の関係を用いて、前記桟橋に所定の外力が加えられた後の前記上部工の残存耐力を領域毎に算出する工程とを備える桟橋の残存耐力算出方法を第１の態様として提案する。

第１の態様の桟橋の残存耐力算出方法によれば、点検者の目視点検や画像認識機能を備えた装置による光学的な点検によって、補修を要する桟橋の上部工の領域が特定される。従って、桟橋の上部工の点検及び必要な補修が低コストで実施可能となる。

第１の態様の桟橋の残存耐力算出方法において、前記モデルが仮想的に表す対象物は前記桟橋に積載荷重を与える物を含む、という構成が第２の態様として採用されてもよい。

第２の態様の桟橋の残存耐力算出方法によれば、桟橋の上部工の上に、例えばクレーン等の重機が配置され、重機から積載荷重を受けている状態で外力が加えられた場合における桟橋の残存耐力を領域毎に知ることができる。

第１又は第２の態様の桟橋の残存耐力算出方法において、前記算出する工程において算出した前記上部工の領域毎の残存耐力に基づき、前記桟橋の所定種別の利用の可否を判定する工程を備える、という構成が第３の態様として採用されてもよい。

第３の態様の桟橋の残存耐力算出方法によれば、例えば地震等により桟橋に所定の外力が加えられた場合に、例えば荷役作業のような桟橋の所定種別の利用が可能か否かを知ることができる。

第１乃至第３のいずれかの態様の桟橋の残存耐力算出方法において、前記複数の梁の各々に関し、前記取得する工程において取得した劣化度の判定の結果を用いて確率モデルに従い将来の時点における劣化度を推定する工程を備え、前記残存耐力を領域毎に算出する工程において、前記推定する工程において推定した前記複数の梁の各々の劣化度を用いて、前記将来の時点における前記上部工の残存耐力を領域毎に算出する、という構成が第４の態様として採用されてもよい。

第４の態様の桟橋の残存耐力算出方法によれば、将来の時点における桟橋の残存耐力を領域毎に知ることができる。

一実施形態に係る方法が備える工程の流れを示した図。一実施形態に係る方法において作成される桟橋のモデルのイメージを示した図。一実施形態に係る方法において用いられる判定基準を例示した図。一実施形態に係る方法において用いられる各梁の劣化度を例示した図。一実施形態に係る方法において用いられる梁の劣化度に応じた荷重と変位の関係を例示したグラフ。一実施形態に係る方法において算出される桟橋の上部工の残存耐力を示す画像。一変形例に係る方法が備える工程の流れを示した図。

［実施形態］
以下に、一実施形態に係る桟橋の残存耐力算出方法（以下、「方法Ａ」という）を説明する。方法Ａは、桟橋が地震や船舶の接岸等に伴い所定の外力（一時的に加えられる荷重）を受けた後に、桟橋の上部工のいずれの領域がどの程度の残存耐力を有しているかを算出する方法である。方法Ａは、例えばオペレータにより入力されたデータを用いたコンピュータによる演算により実行される。

図１は方法Ａが備える工程の流れを示した図である。まず、オペレータは対象の桟橋（以下、「桟橋Ｐ」という）の設計図等を参照し、既知の構造解析ソフトを実行するコンピュータにデータを入力して、桟橋Ｐを仮想的に表すモデル（以下、「モデルＭ」という）を作成する（ステップＳ１０１）。

方法Ａにおいて利用可能な既知の構造解析ソフトとしては、例えば「Engineer's Studio」（株式会社フォーラムエイト）があるが、これに限られない。図２は、ステップＳ１０１において作成されるモデルＭのイメージを示した図である。モデルＭは、桟橋Ｐを構成する複数の部材の各々の形状、位置、連結関係、強度等を示すデータの集まりである。

また、オペレータは桟橋Ｐ（実物）の上部工を構成する複数の梁の各々の劣化度を所定の判定基準に従い外観に基づき判定した結果を示す劣化度データを取得する（ステップＳ２０１）。以下、ステップＳ２０１において取得される劣化度データが示す劣化度の判定が行われた時点を時点ｔ１とする。

図３は、ステップＳ２０１において取得される劣化度データが示す劣化度の判定に用いられる判定基準（以下、「判定基準Ｃ」という）を例示した図である。判定基準Ｃは劣化度ａ〜劣化度ｄ（劣化度ａが最も劣化の程度が高く、劣化度ｄが最も劣化の程度が低い）の各々に応じた判定基準で構成される。

図４は、ステップＳ２０１において取得された各梁の劣化度を例示した図である。

また、オペレータは桟橋Ｐの上部工を構成する梁の劣化度に応じた荷重と変位の関係を示す関係データを準備する（ステップＳ２０２）。

図５は、ステップＳ２０２において準備される関係データが表す荷重と変位の関係を例示したグラフである。図５（ａ）は劣化度ａに応じた荷重と変位の関係を、図５（ｂ）は劣化度ｂに応じた荷重と変位の関係を、図５（ｃ）は劣化度ｃに応じた荷重と変位の関係を、図５（ｄ）は劣化度ｄに応じた荷重と変位の関係を、各々示している。

各劣化度に応じた荷重と変位の関係は、図５のグラフにおいて実線で示される弾性範囲と、破線で示される塑性範囲に区分される。弾性範囲と塑性範囲の境界点は降伏点と呼ばれる。

弾性範囲では、荷重を受けて梁に生じた変位は、荷重の解放に伴い解消する。すなわち、弾性範囲内の外力を受けた場合、梁は変形した後、元の形状に戻る。この場合、梁は外力を受けた後も外力を受ける前の耐力を維持する。一方、塑性範囲では、外力を受けて梁に生じた変位は、その後も残る。すなわち、弾性範囲外の荷重を一時的に受けた場合、梁は変形した後、元の形状に戻らず、荷重を受けた後の耐力は荷重を受ける前の耐力より低い値となる。

図５に示すように、梁の劣化度が高い程、降伏点が下がる。すなわち、梁の劣化度が高い程、弱い荷重を受けただけで弾性範囲を超えてしまい、荷重から解放された後の耐力（残存耐力）が低下する。

オペレータは、桟橋Ｐの複数の梁の各々に関し、ステップＳ２０２において準備した関係データのうち、ステップＳ２０１において取得した劣化度データが示す劣化度に応じた関係データを、モデルＭにパラメータとして入力する（ステップＳ２０３）。

また、オペレータは桟橋Ｐに対し加えられる外力の方向、強さ、継続時間を示す外力データを、モデルＭにパラメータとして入力する（ステップＳ３０１）。外力データが示す外力は、例えば将来発生が想定される地震や既に発生した地震に伴い桟橋Ｐに対し加えられる外力、桟橋Ｐに接岸する船舶から桟橋Ｐが受ける外力等が挙げられる。

オペレータがモデルＭに関係データ、外力データを入力した後、所定の操作を行うと、コンピュータはモデルＭにおいて、複数の梁の各々に応じた関係データが示す荷重と変位の関係を用いて、外力データが示す外力が桟橋Ｐに加えられた後の上部工の残存耐力を領域毎に算出し（ステップＳ４０１）、算出した結果を表す数値、画像等をディスプレイに出力する（ステップＳ４０２）。

図６はステップＳ４０２においてコンピュータから出力され、ディスプレイに表示される画像を例示した図である。図６において、領域Ｘは外力を受けた際、塑性変形が生じて残存耐力が低下している領域である。オペレータは、図６に示される画像を見て、桟橋Ｐの上部工の補修を要する領域を知ることができる。

［変形例］
上述の実施形態は様々に変形され得る。以下に、それらの変形の例を示す。なお、以下に示す２以上の変形例が適宜組み合わされてもよい。

（１）方法Ａが、図１に示される工程に加えて、ステップＳ４０１において算出した桟橋Ｐの上部工の領域毎の残存耐力に基づき、所定種別の桟橋Ｐの利用（荷役作業、船舶の係留、資機材の仮置き等）の可否を判定する工程を備えてもよい。例えば、桟橋Ｐに地震等による所定の外力が加えられた後、桟橋Ｐの残存耐力の分布が図６に示される状態である場合、領域Ｘ以外のどの領域においても所定種別の桟橋Ｐの利用が可能であるとは限らない。

以下、所定の外力を受けた後の桟橋Ｐを利用して荷役作業を行いたい場合を例に説明する。オペレータは、桟橋Ｐの上部工の上の特定の領域において荷役作業が行われた場合に桟橋Ｐに加えられる外力を示す外力データをコンピュータに入力する。コンピュータは、モデルＭにおいて、既に残存耐力が低下している桟橋Ｐに対し、新たに入力された外力データが示す外力が加えられた場合の残存耐力を特定する。コンピュータにより特定された残存耐力を示す画像はディスプレイに表示される。

荷役作業に伴う外力が加えられた後の残存耐力を示す画像が、荷役作業に伴う外力が加えられる前の残存耐力を示す画像から変化していなければ、オペレータが指定した領域において荷役作業が行われても桟橋Ｐの梁に新たな塑性変形は生じず、荷役作業の継続が可能であると分かる。一方、それらの画像が変化していれば、荷役作業に伴い桟橋Ｐの梁に新たな塑性変形が生じるため、荷役作業を継続して行うことはできないことが分かる。

（２）図１のステップＳ１０１において、桟橋Ｐに加え、桟橋Ｐに積載荷重を与える物を対象物として含むようにモデルＭが作成されてもよい。桟橋Ｐに積載荷重を与える物の例としては、上部工の上に配置されるクレーン等の重機、上部工の上に仮置きされる資機材、上部工の上に設置される建屋等が挙げられる。この場合、地震等の外力が加えられた後の桟橋Ｐの残存耐力の算出において、桟橋Ｐに与えられる積載荷重が考慮される。

（３）方法Ａが、経年劣化を考慮した将来の時点における桟橋Ｐに対し外力が加えられた後の残存耐力の特定に適用されてもよい。

図７はこの変形例に係る方法Ａが備える工程の流れを示した図である。この変形例においては、時点ｔ１において判定された各梁の劣化度を示す劣化度データの取得に加え、時点ｔ１より過去の時点ｔ０において判定された各梁の劣化度を示す劣化度データの取得が行われる（ステップＳ５０１）。

なお、時点ｔ０は例えば桟橋Ｐの建設時点としてもよい。時点ｔ０を桟橋Ｐの建設時点とする場合、時点ｔ０における梁の劣化度は全てｄであることが自明のため、仮に時点ｔ１より過去に梁の目視点検等が１度も行われていなくても、本変形例は実施可能である。

続いて、オペレータによって、取得された時点ｔ０及び時点ｔ１の各々に関する劣化度データと、時点ｔ０から時点ｔ１までの時間及び時点ｔ１から時点ｔ２までの時間を示すデータが、コンピュータ内に予め準備された確率モデルに入力される（ステップＳ５０２）。

なお、ステップS５０２において用いられる確率モデルは、過去の状態推移に基づく確率により将来の状態推移を推定するモデルであれば、いずれのモデルであってもよい。そのようなモデルの一例として、マルコフ連鎖モデルが挙げられる。

コンピュータは、ステップＳ５０２において入力されたデータを用いて、確率モデルにより各梁の時点ｔ２における劣化度を推定する（ステップＳ５０３）。

コンピュータは、上記のように推定した時点ｔ２における劣化度を用いて、図１のステップＳ２０３〜Ｓ４０２の処理を行う。その結果、将来の時点ｔ２において地震等の外力が桟橋Ｐに加えられた後の桟橋Ｐの残存耐力を示す画像がディスプレイに表示される。

（４）方法Ａが備える工程の順序は、図１に例示したものに限られない。例えば、ステップＳ１０１におけるモデルの作成が、ステップＳ２０１における梁の劣化度の取得や、ステップＳ２０２における荷重と変位の関係の準備より後に行われてもよい。

（５）方法Ａの工程のうち、上述した実施形態においてはオペレータが行うものとした工程の少なくとも一部を、装置が行ってもよい。例えば、ステップＳ２０１における梁の劣化度の取得が、ドローンやボート等に搭載されたカメラによって撮影された画像を認識する装置によって行われてもよい。

（６）梁の劣化度の判定に用いられる判定基準は図３に示した判定基準Ｃに限られず、他の様々な判定基準が採用され得る。また、劣化度の区分数は４つに限られず、例えば５以上の区分で劣化度が判定されてもよい。

Claims

桟橋を仮想的に表すモデルを作成する工程と、
前記桟橋の上部工の梁の劣化度に応じた荷重と変位の関係を特定する工程と、
前記上部工の複数の梁の各々に関し、当該梁の劣化度を外観に基づき判定した結果を取得する工程と、
前記モデルにおいて、前記劣化度の判定の結果に応じた荷重と変位の関係を用いて、前記桟橋に所定の外力が加えられた後の前記上部工の残存耐力を領域毎に算出する工程と
を備える桟橋の残存耐力算出方法。
前記モデルが仮想的に表す対象物は前記桟橋に積載荷重を与える物を含む
請求項１に記載の桟橋の残存耐力算出方法。
前記算出する工程において算出した前記上部工の領域毎の残存耐力に基づき、前記桟橋の所定種別の利用の可否を判定する工程を備える
請求項１又は２に記載の桟橋の残存耐力算出方法。
前記複数の梁の各々に関し、前記取得する工程において取得した劣化度の判定の結果を用いて確率モデルに従い将来の時点における劣化度を推定する工程を備え、
前記残存耐力を領域毎に算出する工程において、前記推定する工程において推定した前記複数の梁の各々の劣化度を用いて、前記将来の時点における前記上部工の残存耐力を領域毎に算出する
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の桟橋の残存耐力算出方法。