A study on the development for measuring system of bolt axial force using image measurement

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K06532
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 鈴木 康夫 富山大学, 学術研究部都市デザイン学系, 准教授 (50431698)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 高力ボルト / 残存軸力 / 画像計測 / 非破壊検査

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，まず，複数本のボルトに対して引張力載荷実験およびボルト形状を詳細にモデル化した3次元有限要素解析により，ボルト形状，ボルト位置（ボルト軸心とボルト孔との位置関係）がボルト軸力とひずみとの関係に与える影響を検討し，ボルトの各部位のひずみに基づく軸力評価精度について明らかにするとともに，画像計測を実施する際に最も精度良く軸力を評価できるターゲット位置・ゲージ長を検討した．その結果，ボルトヘッドに生じるひずみとボルト軸力との関係は線形関係にあり，ボルトヘッドのひずみを画像解析することで軸力を評価できる可能性があることを確認するとともに，ボルトヘッドの寸法のばらつき，高力ボルト締結時のボルト位置（ボルト軸心とボルト孔との位置関係）などの諸条件のばらつきがボルト頭部ひずみ－荷重関係に与える影響は，4%未満と比較的小さく，個々のボルトに対してキャリブレーション試験を実施しなくても軸力評価ができる可能性があることを明らかにした．
また，供用後30年～50年が経過した橋梁からボルトの抜取り調査を行い，ボルトの残存軸力の実態調査を行った．その結果，供用後数十年が経過した橋梁では，ボルトの残存軸力に大きなばらつきが見られ，残存軸力が設計軸力の30%未満のボルトも存在していることなども確認した．
さらに，デジタルカメラを用いた画像計測によるひずみ計測精度についても検討し，実験室内での光量が十分な理想環境下においては，500μ程度の実発生ひずみに対して10%程度の誤差で計測可能であるものの，現場等での実環境下では，光量，振動などの影響により，画像計測による測定結果のばらつきが大きいことなどがわかった．