結 論

本 研 究 で は ， 鋼 床 版 に 数 多 く 発 生 し て い る 垂 直 ス テ ィ フ ナ 上 端 溶 接 部 の 疲 労 き 裂 の 補 修 方 法 を 検 討 す る た め に 不 可 欠 と 考 え ら れ る き 裂 の 発 生 ・ 進 展 性 状 に つ い て 検 討 し た う え で ， 効 率 的 か つ 効 果 的 な 補 修 方 法 に つ い て 検 討 し た ． き 裂 の 進 展 性 状 お よ び 従 来 の 調 査 手 順 や 補 修 方 法 等 を 考 慮 し ， 補 修 方 法 と し て は き 裂 の 先 端 が 溶 接 止 端 に 留 ま る 段 階 で は き 裂 に 超 音 波 ピ ー ニ ン グ（UIT），デ ッ キ 母 材 ま で 進 展 し た 段 階 で は ，従 来 か ら 適 用 さ れ て い る ス ト ッ プ ホ ー ル が 簡 易 か つ 効 率 的 と 考 え ， そ れ ら の 効 果 と 実 橋 に 適 用 す る 上 で の 手 順 や 配 慮 す べ き 事 項 を ま と め た ．

各 章 で 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の と お り で あ る ．

第 2 章 疲 労 き 裂 の 発 生 起 点 と 進 展 挙 動 の 検 討

第 2章 で は ， 実 橋 で 発 生 し て い る き 裂 の 再 現 と ， そ れ ら の き 裂 の 発 生 ・ 進 展 性 状 を 明 ら か に す る こ と を 目 的 に ， 小 型 試 験 体 を 対 象 に 溶 接 の 形 状 ・ 寸 法 と ル ー ト ギ ャ ッ プ を パ ラ メ ー タ と し た 疲 労 試 験 と FEM 解 析 を 行 っ た ．こ こ で 得 ら れ た 主 な 結 果 は 以 下 の と お り で あ る ．

(1) 小 型 試 験 体 の 疲 労 試 験 を 行 い ， 実 橋 で 報 告 さ れ て い る 疲 労 き 裂 を 再 現 し た ． た だ し ， 垂 直 ス テ ィ フ ナ 側 止 端 か ら 発 生 し て デ ッ キ に 進 展 す る タ イ プ の き 裂 は ， 溶 接 部 を 斜 め 上 方 に 2mm 程 度 進 展 し た 後 に 停 留 し た ．

(2) 溶 接 の ま ま の 試 験 体 で は ， 試 験 開 始 直 後 に デ ッ キ 側 と ス テ ィ フ ナ 側 止 端 に き 裂 が 生 じ る ． そ の 後 ， デ ッ キ 側 に 発 生 し た き 裂 は 深 さ 方 向 に 荷 重 繰 返 し 数 と ほ ぼ 比 例 し て 進 展 し ，深 さ が 8mm程 度 以 上 に な る と 停 留 す る 傾 向 が 認 め ら れ た ．ス テ ィ フ ナ 側 溶 接 止 端 の き 裂 も あ る 程 度 進 展 す る と 停 留 し た ．

(3) ス テ ィ フ ナ こ ば 面 の 溶 接 止 端 に は 高 い 応 力 集 中 が 生 じ る も の の ， こ ば 面 か ら 離 れ る に し た が っ て 応 力 は 急 激 に 低 下 し ， こ ば 面 か ら 橋 軸 直 角 方 向 へ 25mm 程 度 離 れ る と 応 力 は ほ ぼ 0 と な る ． ス テ ィ フ ナ 側 溶 接 止 端 の き 裂 が あ る 程 度 進 展 し た 後 に 停 留 し た 原 因 の 一 つ に ， こ の よ う な 応 力 分 布 が 考 え ら れ る ．

(4) デ ッ キ 側 止 端 の 曲 率 半 径 を 5mm以 上 で 仕 上 げ る こ と で ，溶 接 の ま ま に 比 べ て 応 力 は 半 減 し ，ス テ ィ フ ナ 側 止 端 も 5mm程 度 で 仕 上 げ る こ と で 約 75%程 度 ま で 低 減 す る ． こ の こ と か ら 止 端 を 仕 上 げ る こ と で 疲 労 耐 久 性 の 大 幅 な 向 上 が 期 待 で き る ． た だ し ， 溶 接 サ イ ズ が 極 端 に 小 さ い 場 合 に は 仕 上 げ の 効 果 は 小 さ く ， 特 に ス テ ィ フ ナ 側 で は 仕 上 げ た 止 端 の 応 力 が 溶 接 の ま ま の 状 態 よ り も 大 き く な る こ と が あ る ．

(5) 溶 接 ル ー ト 部 の 応 力 は の ど 厚 が 小 さ い ほ ど 高 く な り ， 溶 接 形 状 に よ ら ず そ の 応 力 は の ど 厚 で 整 理 で き る ．

(6) 溶 接 ル ー ト 部 が 疲 労 破 壊 の 起 点 と な る の は ， 溶 接 脚 長 が 小 さ く ， ル ー ト ギ ャ ッ プ が 大 き い ， す な わ ち 溶 接 の の ど 厚 が 極 端 に 小 さ い 場 合 で あ る 可 能 性 を 示 し た ． 通 常 の 溶 接 の 大 き さ お よ び ル ー ト ギ ャ ッ プ で あ れ ば ， 溶 接 止 端 が 疲 労 破 壊 起 点 と な る こ と を 有 効 切 欠 き 応 力 の 概 念 を 用 い て 示 し た ．

第 3 章 溶 接 止 端 に 留 ま る き 裂 に 対 す る UIT の 効 果

第 3 章 で は ， 先 端 が デ ッ キ 側 溶 接 止 端 に 留 ま る 段 階 の き 裂 を 対 象 に ，UIT を 施 工 す る 補 修 効 果 に つ い て ， 小 型 試 験 体 の 疲 労 試 験 を 行 う こ と に よ り 検 討 し た ． こ こ で 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の と お り で あ る ．

(1) 溶 接 の ま ま で UIT を 施 工 す る こ と で ， デ ッ キ 側 止 端 き 裂 の 発 生 が 防 止 で き た ． ル ー ト き 裂 が 発 生 ・ 進 展 し た が ， そ の 進 展 は 十 分 に 遅 く ，UIT の 施 工 に よ り 疲 労 耐 久 性 は 大 幅 に 向 上 し た ．

(2) 深 さ 4mm 程 度 以 下 の デ ッ キ 側 止 端 の き 裂 に 対 し て UIT を 施 工 す る こ と で ，12 個 所 中 11 個 所 の き 裂 が 停 留 し た ． そ の う ち 10 個 所 で ル ー ト き 裂 が 発 生 ・ 進 展 し た が ，そ の 進 展 は 遅 く ，UIT の 高 い 補 修 効 果 が 確 認 さ れ た ．UIT に よ る 高 い 補 修 効 果 を 確 実 と す る た め に は ，UIT に よ る 凹 み 深 さ の 管 理 が 重 要 で あ る こ と を 示 し た ．

(3) デ ッ キ 側 止 端 の き 裂 が 進 展 し た の は ，き 裂 深 さ が 4mmと 深 く ，UIT 施 工 後 の 打 撃 深 さ が 比 較 的 浅 い 1 個 所 の み で あ っ た ． そ の 進 展 速 度 は 溶 接 の ま ま に 比 べ て 遅 か っ た ．

(4) デ ッ キ 側 止 端 の き 裂 が 深 く な る こ と で ル ー ト 部 先 端 の 応 力 が 減 少 す る ．UIT を 施 工 し た 試 験 体 で は ， 止 端 き 裂 が 停 留 し た こ と で ル ー ト 部 先 端 の 応 力 が 高 い ま ま と な り ， き 裂 が 発 生 ・ 進 展 し た と 考 え ら れ る ．

第 4 章 デ ッ キ プ レ ー ト 母 材 に 進 展 し た き 裂 に 対 す る ス ト ッ プ ホ ー ル の 効 果

第 4章 で は ， 先 端 が デ ッ キ 母 材 ま で 進 展 し て い る き 裂 に 対 す る ス ト ッ プ ホ ー ル の 効 果 を 明 ら か に す る た め ， 小 型 試 験 体 の 疲 労 試 験 と 応 力 解 析 を 行 っ た ． ま た ， ス ト ッ プ ホ ー ル 法 で 補 修 し た 場 合 の 疲 労 耐 久 性 評 価 を 行 う た め の 疲 労 強 度 曲 線 に つ い て 検 討 し た ． こ こ で 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の と お り で あ る ．

(1) 疲 労 き 裂 を ス ト ッ プ ホ ー ル で 補 修 し た 小 型 試 験 体 の 疲 労 試 験 を 行 い ， デ ッ キ に 進 展 し た 疲 労 き 裂 に 対 し て ， ス ト ッ プ ホ ー ル 法 が 高 い 補 修 効 果 を 有 す る こ と を 確 か め た ．

(2) 鋼 床 版 垂 直 ス テ ィ フ ナ 溶 接 部 の 疲 労 き 裂 先 端 に 設 け た ス ト ッ プ ホ ー ル の 面 取 り を 施 し て も ， 応 力 集 中 係 数 の 低 減 効 果 は な い ． ま た ， ス ト ッ プ ホ ー ル の 径 を 大 き く す る こ と に よ る 応 力 低 減 効 果 の 改 善 も さ ほ ど 大 き な も の で は な い ．

(3) デ ッ キ プ レ ー ト 未 貫 通 き 裂 に 対 し て ス ト ッ プ ホ ー ル 補 修 を 行 う こ と で ， デ ッ キ 下 面 か ら 生 じ た 疲 労 き 裂 の 進 展 お よ び デ ッ キ 上 面 か ら の き 裂 の 発 生 は 早 ま る ．

(4) 既 往 の 疲 労 試 験 結 果 を 整 理 す る こ と で ， 孔 壁 仕 上 げ な し お よ び 孔 壁 を 仕 上 げ た ス ト ッ プ ホ ー ル で 補 修 し た 部 材 の 疲 労 耐 久 性 を 評 価 す る た め の 疲 労 強 度 曲 線 を 提 案 し た ． ま た ， 実 験 デ ー タ と 比 較 す る こ と で そ の 有 効 性 を 確 か め た ．

第 5 章 実 橋 へ の 適 用 性 の 検 討

第 5章 で は ， 垂 直 ス テ ィ フ ナ 上 端 溶 接 部 に 疲 労 き 裂 が 発 生 し て い る 橋 梁 を 対 象 と し た 実 橋 モ デ ル と ，第 2 章 ～ 第 4章 の 検 討 に 用 い た 試 験 体 モ デ ル の FEM 解 析 結 果 を 比 較 す る こ と で ， 小 型 試 験 体 の 疲 労 試 験 が 実 橋 の 載 荷 条 件 や そ れ に 伴 う 応 力 性 状 を ど の 程 度 再 現 で き て い る か を 検 討 し た ． さ ら に ， こ れ ま で に 得 ら れ た 結 果 を 基 に ， 垂 直 ス テ ィ フ ナ 上 端 溶 接 部 に 対 す る 効 率 的 か つ 効 果 的 な 補 修 方 法 を 提 案 し た ． こ こ で 得 ら れ た 結 果 は 以 下 の 通 り で あ る ．

(1) 実 橋 モ デ ル に お い て ， 春 ・ 秋 の 舗 装 剛 性 で 37.5ton， 夏 の 舗 装 剛 性 で 25ton 程 度 の 車 両 が 載 荷 さ れ た 際 に 生 じ る 最 大 応 力 が 試 験 体 の 疲 労 試 験 で 再 現 さ れ て お り ，第 2 章 ～ 第 4 章 の 検 討 が ， 実 橋 に 生 じ る 厳 し い 応 力 性 状 の も と で 行 わ れ て い た こ と を 確 か め た ．

(2) 垂 直 ス テ ィ フ ナ 上 端 溶 接 部 に 生 じ る き 裂 の 効 率 的 か つ 効 果 的 な 補 修 方 法 と し て ， き 裂 の 先 端 が 溶 接 止 端 に 留 ま る 段 階 で は UIT， デ ッ キ 母 材 ま で 進 展 し て い る 段 階 で は ス ト ッ プ ホ ー ル を 施 工 す る こ と を 提 案 し ， そ れ ら の 施 工 手 順 を 示 し た ．

(3) 輪 位 置 近 傍 に 複 数 存 在 す る 垂 直 ス テ ィ フ ナ 上 端 溶 接 部 に 疲 労 き 裂 が 生 じ 始 め た 段 階 で UIT を 予 防 保 全 的 に 適 用 す る こ と で ， 維 持 管 理 に 必 要 な コ ス ト や 時 間 の 縮 減 が 期 待 で き る ．

(4) UIT で は ，打 撃 深 さ と そ の バ ラ つ き を 適 切 に 管 理 す る こ と で 高 い 効 果 が 得 ら れ る と 考 え ら れ る ．

(5) ス ト ッ プ ホ ー ル で は ，孔 壁 に 対 し て バ リ 取 り 程 度 の 面 取 り と#80 以 上 の 仕 上 げ を 行 う こ と で 高 い 効 果 が 得 ら れ る と 考 え ら れ る ．

以 上 の よ う に ，鋼 床 版 垂 直 ス テ ィ フ ナ 溶 接 部 の 効 率 的 か つ 効 果 的 な 補 修 方 法 と し て ， き 裂 の 先 端 が 溶 接 止 端 に 留 ま る 段 階 で は UIT， デ ッ キ 母 材 ま で 進 展 し て い る 段 階 で は ス ト ッ プ ホ ー ル を 施 工 す る こ と が 有 効 で あ る こ と を 示 し た ． 今 後 は ， 実 橋 へ の 適 用 に 向 け た 課 題 の 整 理 ・ 検 討 を 行 う の と と も に ， 実 橋 を 想 定 し た 適 用 試 験 等 に よ り ， 維 持 管 理 に 要 す る コ ス ト や 時 間 を 縮 減 す る た め の ， よ り 適 切 な 工 程 や 施 工 時 の 留 意 点 等 を 整 理 し て い く 必 要 が あ る ．