2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of maintenance method for steel bridges based on fatigue crack growth behavior
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18H01520
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
判治 剛 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (80452209)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 疲労き裂 / 維持管理手法 / 鋼橋 / き裂進展性 / 残留応力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
既設橋梁の長寿命化にむけて，合理的かつ戦略的に維持管理するためには，鋼部材に発生した疲労き裂に対して，その進展性を考慮した上で健全度を判定することが望ましい．その際に期待すべき寿命としては，例えば，たとえき裂が進展しても，少なくとも次回点検までには限界状態に達しないことを要求性能として考えると合理的である．これは「性能照査型のき裂管理」といえ，それに基づく簡易な疲労き裂診断法の確立が本研究の目的である．
鋼橋の疲労き裂のほとんどは溶接継手部から生じることから，まず，溶接残留応力場での精緻なき裂進展予測技術を構築する．そのために平成30年度は，疲労き裂の進展による残留応力の再配分挙動を疲労試験および熱弾塑性有限要素解析により検討した．得られた主な成果を以下にまとめる．
・鋼橋における代表的な継手であるT継手を対象とし，疲労試験によりき裂の進展に伴う残留応力の再配分に関する基礎的な検討を行った．その結果，引張残留応力場である溶接止端に生じたき裂が進展するにつれて，き裂の先端付近には引張の残留応力が常に作用するように残留応力が再配分されることを示した．
・有限要素解析プログラムに実装されている要素の削除機能を用いて，き裂の進展による残留応力の再配分挙動の再現を試みた．疲労試験に用いたT継手を対象とした解析を実施し，き裂の進展に伴い残留応力場が変化する様子を表現できることを示した．その一方で，実験を十分に再現できるまでの精度は得られなかった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
有限要素解析による残留応力再配分挙動の再現に想定以上の時間がかかり，進捗がやや遅れているのが現状である．しかしながら，解析により残留応力の再配分を表現できるところまでは到達できており，細かなキャリブレーションを行う必要があるが，平成31年度早々に解析手法を確立できることが見込まれることから，研究上の遅れは十分に取り戻せるものと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究は以下の流れで進める．
・有限要素解析によってき裂の進展による残留応力の再配分を再現する手法を確立する．これまでに対象としたT継手に加え，鋼橋における代表的な継手である面外ガセット継手も対象に加える．解析により残留応力の再配分を求め，平成30年度から引き続き実施している疲労試験により得られた結果と照らし合わせて解析条件の同定を行い，き裂進展に伴う残留応力の再配分を再現できる解析手法を確立する．
・求めた残留応力の再配分挙動を考慮して，溶接継手のき裂進展予測を行う．平成30年度より実施している溶接継手の疲労試験や，過去に行われた実験を対象とする．次年度の検討課題である実橋の複雑な挙動下でのき裂進展予測を可能にするために，ここではき裂進展シミュレーション技術を援用する．本手法は，き裂先端の応力拡大係数を求める部分とき裂を含むモデルの構築部分に大別されるが，両者ともに市販の構造解析プログラムに実装されていることから，それらを利用して進める．本手法による予測結果との疲労試験結果と比較し，進展予測の精度を検証する．
・上記の進捗にもよるが，次の課題である実橋におけるき裂進展シミュレーションにも着手する．現在，さまざまなタイプの疲労き裂が実際に報告されているが，そのうちで実例が多いものを抽出して行う．例えば，主桁に取り付けられた面外ガセット溶接部からのき裂や，垂直補剛材上端からのき裂，鋼床版溶接部からのき裂などが挙げられるが，まずは扱いやすいき裂を対象として検討を進める．
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Research Products
(1 results)
