技術 引張試験機および点検方法

0001

本発明は、引張試験機およびこの引張試験機を用いた点検方法に関するものであり、特に地中に埋設された試験対象物を点検する引張試験機および点検方法に関するものである。

0002

現代社会において、各種情報の通信や電力供給などを実現するためのインフラ設備として、電柱、つり線、支線、金物などから構成される架空構造物は不可欠な存在である。この架空構造物は、倒壊してしまうと通信や電力供給が停止してしまうので、倒壊しないようにその状態を点検することが重要である。

0003

庄司正成、澤田孝、地中埋設の円柱形ロッドにおけるガイド波の減衰特性、第２０回 超音波による非破壊評価シンポジウム講演論文集、一般社団法人 日本非破壊検査協会 超音波部門、平成２５年１月２８日，２９日

0004

しかしながら、電柱を支える支線は、一端が電柱に固定され、他端が地面に埋設されているので、電柱に固定された一端側の部分については腐食、減肉、傷の有無などの状態を目視で点検できるが、地中に埋設された他端側の部分については目視で点検することが困難であった。このため、地中に埋設された部分については掘削して点検しなければならないので手間がかかっていた。

0005

近年では、地中に埋設された部分を点検するために、超音波による診断技術を用いることが提案されているが（例えば、非特許文献１参照。）、地中を伝播する超音波の減衰が大きいので、支線の状態を正確に診断することが困難であった。特に、腐食、減肉、傷の有無などに関して定量的な点検が必要となることがあるが、超音波の減衰の問題などもあり、定量的に状態を把握することが困難であった。

0006

そこで、本発明は、より容易に点検することができる引張試験機および点検方法を提供することを目的とする。

0007

上述したような課題を解決するために、本発明に係る引張試験機は、基台と、試験対象物の一部に取り付けられる取付部材と、この取付部材と基台とを接続する接続部材と、取付部材を基台から離間する方向に移動させる移動機構と、接続部材に設けられたひずみゲージとを備えることを特徴とするものである。

0008

上記引張試験機において、接続部材は、弾性変形可能な材料で構成されるようにしてもよい。

0009

また、本発明に係る点検方法は、基台と、試験対象物の一部に取り付けられる取付部材と、この取付部材と前記基台とを接続する接続部材と、前記取付部材を前記基台から離間する方向に移動させる移動機構と、前記接続部材に設けられたひずみゲージとを備えた引張試験機を用いた点検方法であって、一部が地中に埋設された前記試験対象物である支線のうち地上に露出した部分を前記取付部材に取り付ける取付ステップと、この取付ステップにより前記支線が取付られた前記取付機構を前記移動機構により移動させる移動ステップと、この移動ステップにより前記取付機構が移動させられたときの前記ひずみゲージの測定値を取得し、この測定値に基づいて前記支線の状態を評価する評価ステップとを有することを特徴とするものである。

0010

本発明によれば、試験対象物に取り付けられた取付部材を移動機構により基台から離間する方向に移動させ、このときに取付部材と基台とを接続する接続部材に設けられたひずみゲージによる測定値に基づいて試験対象物の状態を評価することにより、地中に埋設された試験対象物を掘削しなくてもその状態を点検することができるので、結果として、より容易に試験対象物を点検することができる。

0011

図１は、本発明の実施の形態に係る引張試験機の構成を模式的に示す正面図である。
図２は、図１の側面図である。
図３は、本発明の実施の形態にかかる点検方法を示すフローチャートである。
図４は、引張試験の測定結果である応力歪み曲線の一例を示す図である。
図５は、支線の状態の評価を説明するための図である。

0012

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

0013

＜引張試験機の構成＞
図１，図２に示すように、本実施の形態に係る引張試験機は、支線１００に対して引張試験を行う移動可能な引張試験機である。この引張試験機は、基台１と、支線１００に取り付けられたクランプ機構２と、クランプ機構２を基台１から離間する方向に移動させる移動機構３と、クランプ機構２と基台１とを接続する接続機構４と、この接続機構４に設けられるひずみゲージ５と、このひずみゲージ５の測定結果に基づいて支線１００の状態を検出する状態検出装置６を備えている。

0014

基台１は、直方体の筺状に形成されており、底面が地面の上に配設される。このような基台１は、一端が地面に埋設された支線１００近傍の地面の上に移動しないように配設される。このため、基台１は、杭などを用いて地面に固定するようにしてもよい。

0015

クランプ機構２は、支線１００に取り付けられる取付装置である。本実施の形態において、クランプ機構２は、軸線方向に支線１００の径と同等の溝が形成された棒状の棒部材２１と、この棒部材２１に向かって付勢した状態で取り付けられることにより、棒部材２１と協働して支線１００を挟持する帯部材２２とから構成されている。

0016

移動機構３は、基台１の上面に設けられた回動軸３１ａに一つの側部が軸支された板状の踏み板３１と、基台１内部に設けられた回動軸３２ａに板状または棒状の２つのリンク３２ｂ，３２ｃが所定の角度で固定されたリンク機構３２とから構成されている。ここで、踏み板３１の開放端は、リンク３２ｂの開放端と接続されている。また、リンク３２ｂの開放端は、クランプ機構２の棒部材２１に固定されている。また、回動軸３１ａ，３２ｂは水平方向に沿って延在している。
通常、踏み板３１およびリンク３２ｂは水平方向に沿った状態であるが、リンク３２ｃは斜めに、すなわち開放端が回動軸３２ａよりも上方に位置している。これにより、ユーザが踏み板３１上に載るなどして踏み板３１に下方への荷重がかけられると、踏み板３１が回動軸３１ａ回りに回動し、その踏み板３１の開放端が下方に移動する。すると、この踏み板３１の開放端に接続されているリンク３２ｂの開放端も下方に移動するので、このリンク３２ｂが固定された回動軸３２ａが回動し、この回動軸３２ａに固定されたリンク３２ｃが上方に移動する。これにより、このリンク３２ｃが固定されたクランプ機構２も上方、すなわち、基台１から離間する方向に移動することとなる。

0017

接続機構４は、基台１とクランプ機構２とを接続する機構である。本実施の形態において、接続機構４は、一端が基台１に固定され、他端が基台１の上面から突出した一対の棒状の支持部材４１と、一端が支持部材４１に固定され、他端がクランプ機構２に固定された棒状の接続部材４２とから構成されている。
２つの支持部材４１は、基台１の縁部近傍に所定間隔離間して固定されており、それぞれ上端近傍に対応する接続部材４２の一端が固定され、この接続部材４２の他端は他方の支持部材４１に向かって略水平方向に沿って延在している。
接続部材４２は、中央部に貫通孔４２ａが形成された棒状の部材であり、弾性変形可能な材料で構成されている。このような接続部材４２の一端は、支持部材４１の上端に固定され、他端は、クランプ機構２の棒部材２１の下端近傍に固定されている。これにより、クランプ機構２は、一対の接続部材４２および一対の支持部材４１を介して基台１に接続されることとなる。そして、接続部材４２は、クランプ機構２が移動機構３によって移動させられるとき、この移動を阻害せず、その移動に伴って弾性変形するように配設されている。

0018

ひずみゲージ５は、接続部材４２に取り付けられ、状態検出装置６と電気的に接続されている。

0019

状態検出装置６は、ひずみゲージ５による測定結果に基づいて支線１００の状態を検出するコントローラである。このような状態検出装置６は、ひずみゲージ５による測定値を取得する取得部６１と、予め測定された正常な状態の支線の測定値（基準値）を記憶する記憶部６２と、取得部６１が取得した測定値と記憶部６２に記憶された基準値とを比較する比較部６３と、この比較部６３による比較結果に基づいて支線１００の状態を評価する評価部６４とを備えている。

0020

＜点検方法＞
次に、上述した本実施の形態に係る引張試験機により支線の点検方法について図３を参照して説明する。

0021

まず、引張試験機を設置する地面を平らに整地する（ステップＳ１）。

0022

ここで、引張試験機を設置する地面は、土壌の貫入抵抗値が概ね１．９６×１０-4Ｎ／ｍｍ2以下の場所が望ましい。これは、土壌の貫入抵抗値が１．９６×１０-4Ｎ／ｍｍ2以下の場所で地表面下１００〜２００ｍｍ程度にある減肉等による有効断面積の減少であれば、支線（φ１３ｍｍ）の周囲にかかる摩擦力が、π×１３ｍｍ×１００〜２００ｍｍ（地表面下長さ）×１．９６×１０-4Ｎ／ｍｍ2（周面圧力）×０．２（摩擦係数）＝０．１６〜０．３２Ｎ程度となり、測定時に生じるひずみ量が１μｍ程度となるので、この程度のひずみ量の値であれば大きな誤差要因とはならないからである。

0023

また、引張試験機を設置する地盤面は、測定者等によって荷重が加えられても、変形が生じることがない状態に整地、転圧、鉄板の敷設等を行った上で、試験を行うことが望ましい。

0024

例えば、足底面積が約２００ｃｍ2（長さ２７ｃｍ、幅７．５ｃｍ）の測定者が約１００ｋｇの荷重をかけるとすると、足底によりかけられる荷重は４９００Ｎ／ｃｍ2となる。これは、地面耐圧４．９×１０4Ｎ／ｍ2に相当するので、地面が変形しないようにするには自動車が走行可能な程度に整地する必要がある。このように整地した場合、引張試験機の基台１の底面積を４５０ｍｍ×８００ｍｍ＝３６００００ｍｍ2（０．３６ｍ2）とすると、９８０Ｎの荷重で０．０３％のひずみ（ひずみの有効深さを０．５ｍとした場合、この０．０３％（１５０μｍ）沈む）が生じることとなる。なお、この演算では、１％の圧縮ひずみが生じるのに９．８×１０4Ｎ／ｍ2という数値例を使用している。
このとき、支線１００の材料をＳＳ４００とすると、図４に示すように降伏点応力が約２３５Ｎ／ｍｍ2であり、この値はφ１３ｍｍの丸棒では約３×１０4Ｎ／ｍｍ2に相当する。上降伏点ひずみは３．６３％である。測定者による荷重を上述したように約９８０Ｎとすると、引張試験の範囲は降伏点の約１／３０の荷重なのでひずみは約０．１％以下となるので、支線１００の引張試験の有効長さを０．５ｍとすると、０．５ｍｍのひずみを生じる範囲まで引張試験を実施することができる。
なお、上述したような整地では、９８０Ｎの荷重で１５０μｍ程度沈む可能性を指摘したが、これは大きな誤差要因になることが分かる。よって、整地した上で厚めの鉄板を敷くなどして、地面の沈み量を１μｍ程度にすることによって、高精度なひずみの測定が可能となる。

0025

地面を整地すると、この地面上に引張試験機を設置する（ステップＳ２）。このとき、引張試験機は、試験対象となる支線１００の近傍の地面に、基台１の上面または底面が水平となるように固定する。

0026

引張試験機を設置すると、支線１００をクランプ機構２に固定する｛ステップＳ３）。具体的には、支線１００の地表近傍に露出した部分を棒部材２１の溝に挿入した後、帯部材２２をその支線１００に向かって付勢した状態で棒部材２１に固定する。これにより、支線１００は、棒部材２１と帯部材２２とで挟持された状態でクランプ機構２に固定される。

0027

支線１００を固定すると、踏み板３１に荷重をかける（ステップＳ４）。例えばユーザが踏み板３１の上に載ることにより踏み板３１に荷重をかけると、リンク機構３２が駆動して、クランプ機構２が上方に移動させられる。すると、このクランプ機構２と基台１とを接続する接続機構４が引張方向の力を受けて、接続部材４２が弾性変形する。このとき、接続部材４２は、貫通孔４１ａが形成されることにより変形しやすくなっているので、かかる荷重に対応して応じて弾性変形することとなる。

0028

踏み板３１に荷重をかけると、ひずみを測定する（ステップＳ５）。上述したように踏み板３１に荷重をかけて接続部材４２を変形させると、この接続部材４２に貼付されたひずみゲージ５も変形するので、状態検出装置６の取得部６１は、このときのひずみゲージ５の抵抗値をブリッジ回路等を用いて測定することにより、接続部材４２のひずみ量（測定値）を取得する。

0029

ひずみ量を測定すると、状態検出部６は、その測定結果から支線１００の状態を評価する（ステップＳ６）。具体的には、まず、劣化していない支線（基準支線）に対して本実施の形態と同じ装置および同じ条件で引張試験を行い、このときのひずみ量（基準値）を予め取得し、記憶部６２に記憶させておく。そして、比較部６３は、その基準値とステップＳ５で測定した測定値とを比較する。例えば、比較部６３は、基準値と測定値との差を算出するようにしてもよい。

0030

支線１００が劣化していない場合、図５の符号ａに示すように、基準支線と同等の応力−歪み曲線に対応する測定値が得られる。一方、支線１００が劣化し、断面積が減少している場合には、ひずみが大きくなるので、図５の符号ｂに示すように、基準支線の応力−歪み曲線よりも傾きが小さな応力−ひずみ曲線に対応する測定値が得られることとなる。
そこで、評価部６４は、比較部６３による比較結果に基づき、測定値と基準値が近いか否かによって支線１００の状態を評価する。例えば、評価部６４は、比較部６３が比較値と基準値との差を算出した場合、評価部６４は、比較値と測定値の差が所定のしきい値の範囲内の場合には支線１００は劣化していないと評価する。一方、比較値と測定値との差が所定のしきい値の範囲内にない場合には、支線１００は劣化していると評価する。なお、この場合には、そのしきい値を予め記憶部６２に記憶させておくようにすればよい。

0031

以上説明したように、本実施の形態によれば、支線１００に取り付けられたクランプ機構２を移動機構３により基台１から離間する方向に移動させ、このときにクランプ機構２と基台１とを接続する接続部材４２に設けられたひずみゲージ５による測定値に基づいて支線１００の状態を評価することにより、地中に埋設された支線を掘削しなくても支線の状態を点検できるので、より容易に支線の状態を点検することができる。

0032

また、本実施の形態によれば、測定値および比較値が定量的な値なので、支線の状態をより正確に把握することができる。

0033

本発明は、地中に埋設された線状または棒状の部材の状態を点検する各種システムや方法に適用することができる。

0034

１…基台、２…クランプ機構、３…移動機構、４…接続機構、５…ひずみゲージ、６…状態検出装置、２１…棒部材、２２…帯部材、３１…踏み板、３２ａ…回動軸、３２ｂ，３２ｃ…リンク、４１…支持部材、４２…接続部材、４２ａ…貫通孔、６１…取得部、６２…記憶部、６３…比較部、６４…評価部、１００…支線。