曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置
【課題】 他の埋設物などが近接して曲管部を直接測定することができない場合であっても、曲管に接続された直管の断面扁平量から、精度よく曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を評価することが可能な、曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置を提供する。
【解決手段】 制御部７は、あらかじめ入力された管路情報に基づき、露出した直管３５ａに、管路に応じた適切な扁平量測定部４１を設定する。扁平量測定部４１は、曲管３７と直管３５ａとの接続部である管接続部４３から、直管３５ａの方向に、管径４５の０．５〜１．５倍の測定部距離４７離れた位置に設定される。次に、扁平量測定部４１における直管３５ａの扁平量から直管の扁平量を算出する。次に、扁平量測定部４１の位置における扁平比と、測定された直管の扁平量とから曲管の扁平量を算出し、曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を算出する。
【解決手段】 制御部７は、あらかじめ入力された管路情報に基づき、露出した直管３５ａに、管路に応じた適切な扁平量測定部４１を設定する。扁平量測定部４１は、曲管３７と直管３５ａとの接続部である管接続部４３から、直管３５ａの方向に、管径４５の０．５〜１．５倍の測定部距離４７離れた位置に設定される。次に、扁平量測定部４１における直管３５ａの扁平量から直管の扁平量を算出する。次に、扁平量測定部４１の位置における扁平比と、測定された直管の扁平量とから曲管の扁平量を算出し、曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直管と曲管とが接続された管路において、曲管に生じる応力を評価することが可能な曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、埋設管が地盤沈下などの影響を受け、埋設管に応力が発生すると、この応力が一定値を超えないように、適宜管路上の土砂を取り除き、管路の沈下分を持ち上げて、応力を低減する応力解放工事が行われる。したがって、管路の応力評価は重要である。
【０００３】
一方、管路は、障害物を避けたり埋設工事の施工条件等のため、直管と曲管とが組み合わされて形成される。前述の通り、埋設管が地盤沈下の影響を受けると、通常、管路に生じる応力は、曲管の中央部に最大応力が発生することが多い。したがって、曲管の中央部における応力評価は特に重要である。
【０００４】
図８は、地面７１に埋設された管路における曲管７５の応力評価方法を示す図である。直管７３ａと直管７３ｂとの間に曲管７５が接続される。前述の通り、管路が地盤沈下等の影響を受けると、曲管７５の特に中央部（図中矢印Ｘ部近傍）に最大応力が発生することが多い。
【０００５】
曲管７５の応力を知るためには、図８に示すように地面７１を掘削し、曲管７５を露出させる。その後、露出した曲管７５の応力を直接測定することで、精度よく曲管７５の応力を知ることができる。
【０００６】
このような、曲管の応力評価方法としては、例えば、曲管の周方向に磁気異方性センサを移動させながら主応力差の分布を測定し、その値をカルマンの式に回帰させることで曲管に発生する応力を推定する方法がある（特許文献１）。
【０００７】
また、曲管部の中央断面における扁平量を測定し、扁平量から応力計算によって曲管部に生じる応力を算出する方法がある（特許文献２）。
【０００８】
また、隠蔽部分に曲管部が設けられ、曲管部に接続された直管部が露出しており、直管部の応力を磁歪装置で測定し、曲管部の応力またはひずみを推定する方法がある（特許文献３）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７７０６６号公報
【特許文献２】特開平２００３−３４４１８４号公報
【特許文献３】特開平５−２８１０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載された手法では、曲管に生じる応力を極めて精度よく測定することが可能ではあるが、曲管の周囲に他の埋設物がある場合や、曲管が構造物の壁内などに設けられる場合などのように、曲管へアクセスすることが困難な場合には、曲管の応力を直接測定することができないという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に記載の手法では、曲管建設当時における初期の段階の曲管の扁平量が把握されていることが原則であるが、通常、初期の曲管断面の扁平量が不明な場合が多いため、曲管の応力を正確に知ることができないという問題がある。また、特許文献１と同様に、曲管の扁平量を直接測定する必要があることから、曲管の周囲に他の埋設物がある場合や、曲管が構造物の壁内などに設けられる場合などのように、曲管へアクセスすることが困難な場合には、曲管の応力を直接測定することができないという問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に記載された手法は、あらかじめ実験によって直管部に発生する周方向応力・ひずみと、診断したい曲管に発生する応力との関係を求めておき、現場で磁歪装置によって直管部の周方向応力を求め、実験値と照らし合わせることで曲管部の応力を診断するものである。
【００１３】
しかし、曲管部の応力は直管部の変形の影響を受ける旨の記載はあるが、磁歪装置の出力とｓｉｎθ近似値との各角度における偏差に近似するｓｉｎ２θによって、変形による影響を近似させて応力を得るものであり、このようにみなした場合に、実際の応力との乖離の程度は明確ではないという問題がある。すなわち、曲管の断面扁平の影響がある直管部における軸方向の応力を高い精度で求めることができないため、その結果として曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を高い精度で推定することはできないという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、他の埋設物などが近接して曲管部を直接測定することができない場合であっても、曲管に接続された直管の断面扁平量から、精度よく曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を評価することが可能な、曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価方法であって、前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する工程（ａ）と、前記扁平量測定部で直管の扁平量を測定する工程（ｂ）と、前記直管の扁平量に基づいて前記曲管の扁平量を算出する工程（ｃ）と、前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する工程（ｄ）と、を具備することを特徴とする曲管の応力評価方法である。
【００１６】
前記管体のパイプ係数に応じて、前記曲管の中央断面における扁平量と、扁平量測定部における前記直管の扁平量との扁平比を予め算出し、前記工程（ｃ）では、前記扁平比から前記曲管の扁平量が算出されてもよい。
【００１７】
第１の発明によれば、曲管との接続部から直管側に直管の径の０．５〜１．５倍の位置で直管の扁平量を測定し、直管の扁平量から曲管の扁平量およびこれによる応力を算出するため、建設時の曲管の扁平量が不明な場合であっても精度よく曲管の応力を評価することができる。特にパイプ係数毎に、各測定位置における、直管の扁平量と曲管中央の扁平量との比を求めておくことで、直管の扁平量から容易かつ正確に曲管の応力を算出することができる。
【００１８】
第２の発明は、直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価装置であって、前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する手段と、前記扁平量測定部における前記直管の扁平量を測定する手段と、前記直管の扁平量に基づいて、前記曲管の扁平量を算出する手段と、前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する手段と、を具備することを特徴とする曲管の応力評価装置である。
【００１９】
第２の発明によれば、曲管との接続部から直管側に直管の径の０．５〜１．５倍の位置に直管の扁平量測定部を設定し、直管の扁平量から曲管の扁平量およびこれによる応力を算出するため、建設時の曲管の扁平量が不明な場合であっても精度よく曲管の応力を評価することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、他の埋設物などが近接して曲管部を直接測定することができない場合であっても、曲管に接続された直管の断面扁平量から、精度よく曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を評価することが可能な、曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る曲管の応力評価装置１を実現するハードウェア構成図である。曲管の応力評価装置１は、主に解析装置３と扁平量測定器５等から構成される。解析装置３はコンピュータであり、扁平量測定器５は、管体の外形を測定できればよく、例えばデジタルノギス等が使用できる。
【００２２】
解析装置３は、制御部７、記憶部９、メディア入出力部１１、通信制御部１３、入力部１５、表示部１７、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９等から構成され、それらがバス２１を介して接続される。
【００２３】
制御部７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
ＣＰＵは、記憶部９、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス２１を介して接続された各装置を駆動制御し、曲管の応力評価装置１が行う処理を実現する。
【００２４】
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部９、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部７が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００２５】
記憶部９は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部７が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述の処理に相当するアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部７により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００２６】
メディア入出力部１１（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。
【００２７】
通信制御部１３は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワークを介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。
【００２８】
入力部１５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
【００２９】
表示部１７は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００３０】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１９は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１９は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。
【００３１】
周辺機器Ｉ／Ｆ部１９には、扁平量測定器５が接続される。扁平量測定器５からの測定データは、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９から解析装置３へ入力され、記憶部９等へ保存される。なお、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９と扁平量測定器５との接続形態は有線、無線を問わない。
【００３２】
バス２１は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００３３】
次に、曲管の応力評価装置１の動作について説明する。図２は、曲管の応力評価装置１による曲管の応力を評価する工程を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、制御部７は、あらかじめ記憶部９に保存されている測定対象である管径の情報に基づいて、直管の扁平量を測定する直管扁平量測定部を設定する（ステップ１０１）。
【００３５】
扁平量測定部の設定に当たっては、まず、地面を掘削して管路を露出させる。図３、図４は、直管３５ａ、３５ｂ、曲管３７がそれぞれ接続された管路を示す図である。図３に示すように、曲管３７は直管３５ａ、３５ｂと接続され、地面３４に埋設される。曲管３７近傍には、他の埋設管３９が埋設されている。前述の通り、曲管３７の中央部（図中矢印Ａ）近傍を直接応力測定が可能であれば、従来の方法で正確に曲管の軸方向および円周方向の応力を知ることができる。しかし、曲管３７近傍に埋設管３９が存在するため、曲管３７の応力を直接測定することができない。
【００３６】
図４は、直管３５ａ、３５ｂが露出するように、地面３４を掘削した状態を示す図である。埋設管３９がなければ、曲管３７が露出するように地面３４を掘削すれば良いが、曲管３７の応力測定が不可能である場合には、直管３５ａの扁平量から曲管の軸方向および円周方向の応力を評価する。
【００３７】
制御部７は、あらかじめ入力され、記憶部９に保持された管路情報に基づき、露出した直管３５ａに、管路に応じた適切な扁平量測定部４１を設定する。扁平量測定部４１は、曲管３７と直管３５ａとの接続部である管接続部４３から、直管３５ａの方向に、管径４５の０．５〜１．５倍の測定部距離４７離れた位置に設定される。
【００３８】
ここで、測定部距離４７を０．５よりも小さくし、扁平量測定部４１を曲管３７側に設定すると、測定値は曲管３７と直管３５ａとの溶接等に伴う外径変化の影響や、接合部が厚肉になることによる扁平量の変化の影響を受けるため、曲管３７に作用する応力に伴う扁平量が正確に測定することが困難となる。したがって、曲管３７の軸方向および円周方向の応力を正確に評価することができない。
【００３９】
一方、測定部距離４７を１．５よりも大きくし、扁平量測定部４１を、管接続部４３から曲管３７から遠い位置に設定すると、曲管３７へ生じる応力に伴う直管３５ａの扁平量が小さくなりすぎるため、曲管３７における応力を正確に評価することができない。したがって、測定部距離４７は、曲管３７と直管３５ａとの管接続部４３から直管３５ａ側へ、管径４５の０．５倍〜１．５倍の間に設定することが望ましく、曲管３７と直管３５ａとの接合影響を受けない範囲内で、できるだけ管接続部４３に近い方が、精度が高く望ましい。
【００４０】
次に、制御部７は、扁平量測定器５により、扁平量測定部４１における直管３５ａの扁平量を測定する（ステップ１０２）。扁平量の測定は、例えばデジタルノギスによるものである。扁平量の測定は、例えば直管の互いに垂直な２方向の外径を測定し、各測定方向における建設初期からの扁平量から算出する。
【００４１】
図５は、扁平量の測定方法を示す図である。管体４９の扁平量を測定する場合には、図５（ａ）に示すように、管体４９の測定部位における断面５０における管頂５１と管底５２を結ぶ方向（図中矢印Ｃ方向）とこれに垂直な方向（図中矢印Ｂ方向）の外径を測定する。管頂５１は、曲管部における曲げの最外周の延長線であり、管底５２は、曲管部における曲げの最内周の延長線をいう。したがって、図５（ａ）の矢印Ｃ方向は直管に接続された曲管の曲げ方向であり、矢印Ｂは、矢印Ｃと直行する方向である。
【００４２】
図５（ｂ）は、断面５０の扁平状態を示す図である。断面５０ａは、設置初期の状態での管体の断面５０である、断面５０ａの各方向（図中矢印Ｂ方向およびＣ方向）の外径は、それぞれｄ０１、ｄ０２である。すなわち、管体が設置時に真円であればｄ０１とｄ０２は一致する。
【００４３】
なお、直管であっても、製造時に若干扁平する場合がある。しかし、直管の扁平量は記録が残っていることが多いため、設置時の扁平量のデータから、正確にｄ０１、ｄ０２を得ることができる。また、仮に直管の初期の扁平量が不明であっても、曲管と比較して、直管の製造時における扁平量は極めて小さいため、直管の初期の扁平量を０としても高い信頼性を確保できる。
【００４４】
断面５０ｂは、曲管に応力が生じることにより曲管が扁平し、曲管の扁平変形に伴い、曲管に接続された直管が扁平した状態の断面５０である。管体が扁平した状態の断面５０ｂは、図中矢印Ｂ方向およびＣ方向の外形が、それぞれｄ１、ｄ２となる。この際、図５（ｂ）に示すように、ｄ０１の外形がｄ１へ変形する際の、管体両側の変位量をそれぞれｅｉ１とする。同様に、ｄ０２の外形がｄ２へ変形する際の、管体両側の変位量をそれぞれｅｉ２とする。すると、面内曲げ扁平量ｅ１は、式（１）で算出される。
ｅ１＝２（ｅｉ１＋ｅｉ２） ・・・（１）
【００４５】
次に、制御部７は、ステップ１０２で測定された直管３５ａの外径を解析装置３に入力する（ステップ１０３）。たとえば、測定された外径データを解析装置３に取り込み、記憶部９へデータを保存する。データの入力は、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９によって、扁平量測定器５からのデータを記憶部９へ保存してもよく、また、入力部１５を介して行っても良い。また、メディア入出力部１１を用いても良い。また、ネットワークを介して、他のコンピュータからデータを送信しても良い。制御部７は、入力された直管３５ａの外径データから式（１）を用いて扁平量ｅ１を算出し、扁平量データを記憶部９へ保存する。
【００４６】
次に、制御部７は、ステップ１０３により取り込まれた直管３５ａ扁平量データに基づき、あらかじめ記憶部９に保持されている、直管３５ａの扁平量と曲管３７の扁平量との比のデータから、曲管３７の扁平量を算出する（ステップ１０４）。
【００４７】
ここで、曲管と直管とが接続された状態においては、曲管に応力が生じている場合に、曲管に接続される直管の断面は、曲管の断面扁平の影響を受け、曲管に比べると小さいものの大きく扁平する。直管の扁平量と曲管の扁平量との比である扁平比の大きさは、曲管からの距離により定まるほぼ一定の比となる。これは、荷重点からの距離に比例するモーメントが作用した場合（モデル）であっても、距離に無関係に一定のモーメントが作用した場合（モデル）であっても同様に略同一の比率である。
【００４８】
したがって、あらかじめ実験や計算で、曲管と直管とを接続した状態において、直管の一端に荷重を付与し、この場合での荷重に伴う曲管部の扁平量と、直管と曲管との接続部から直管方向へ所定の距離（例えば管径の０．５倍の位置）における直管の扁平量との比を求めておくことで、直管部の扁平量から容易に曲管部の扁平量を知ることができる。なお、扁平比はパイプ係数（管の半径をｒ、曲管の曲率半径をＲ、肉厚をｔとした時にｔＲ／ｒ２によりあらわされる係数）により異なるため、測定対象となるパイプ係数毎に、扁平比を求めておく必要がある。
【００４９】
次に、制御部７は、ステップ１０４により算出された曲管３７扁平量に基づいて、曲管３７に生じる軸方向応力を算出する（ステップ１０５）。曲管３７の応力の算出に当たっては、曲管３７に生じる扁平量からモーメントを求め、モーメントから曲管３７に生じる軸方向および円周方向の応力を算出することができる。このような曲管３７の扁平量から軸方向および円周方向の応力を算出する方法としては、たとえば、特開２００３−３４４１８４号公報に記載の方法を用いることができる。
【００５０】
次に、制御部７は、ステップ１０５により算出された曲管３７の軸方向および円周方向の応力を所定の方法で出力する。なお、算出データの出力は、表示部１７を介してディスプレイ装置に表示しても良い。また、適当なファイル形式によるファイルに出力しても良い。また、ネットワークを介して、他のコンピュータにデータの送信を行っても良い。以上により、曲管３７の軸方向および円周方向の応力を知ることができる。
【実施例】
【００５１】
本発明にかかる曲管の応力評価装置１によって算出された曲管の軸方向および円周方向の応力についてその妥当性を検証した。図６は、実験に用いた管路モデルを示す模式図である。
【００５２】
直管５３ａと直管５３ｂとの間に、９０°の開き角度でまがった曲管５５を接続して実験に供した。直管５３ａ、５３ｂは外径が３１８．５ｍｍで肉厚が９．９ｍｍの鋼管を用いた。曲管５５は、外径３１８．５ｍｍで肉厚が１１．８ｍｍ、曲率半径が４５７．２ｍｍの鋼管を用いた。管接続部５７は、直管５３ａと曲管５５との接合部である。直管５３ａ、５３ｂと曲管５５とはそれぞれ溶接によって接合した。
【００５３】
直管５３ａ、５３ｂのそれぞれの、曲管５５との接合部である管接続部５７と反対側の端部にはフランジ６３ａ、６３ｂが設けられ、フランジ６３ｂによって、直管５３ｂを床６５に対して垂直に固定した。
【００５４】
直管５３ａの端部（フランジ６３ａ）に対して、図示を省略したジャッキによって、矢印Ｗの方向に荷重を加え、直管５３ａ、曲管５５それぞれの扁平量を測定した。なお、矢印Ｗは、直管５３ａに垂直かつ曲管５５の曲がりの方向である。
【００５５】
直管５３ａの扁平量測定部６７は、管接続部５７から直管５３ａの側に測定部距離６１（＝Ｌ）だけ離れた位置に設定した。なお、測定部距離６１は、管径５９（＝Ｄ）の０．５倍〜１．５倍の位置で設定した（Ｌ＝０．５Ｄ〜１．５Ｄ）。なお、直管５３ａの外径の測定に当たっては、デジタルノギスを用い、図５のＢ方向、Ｃ方向に対応する、曲管５５の曲げ方向およびこれに垂直な方向の２方向の外形を測定した。測定された外径データから（１）式を用い、直管の扁平量を求めた。また、曲管５５の扁平量も同様の方法で測定した。
【００５６】
図７は、それぞれの扁平量測定部６７（測定部距離６１）における、扁平量測定結果を示す。なお、解析結果６９は、曲管の扁平量の実測値（Ｅ点）から、有限要素法による解析で直管における各点での扁平量を求めた解析結果である。図７から明らかなように、解析結果と各実測値（Ｆ、Ｇ、Ｈ点）はよく一致している。なお、Ｅ点は曲管５５の曲げの中央部における扁平量、Ｆ点はＬ＝０．５Ｄ、Ｇ点はＬ＝１．０Ｄ、Ｈ点はＬ＝１．５Ｄにおける扁平量を示す。
【００５７】
表１は、直管の扁平量を曲管の扁平量で除した扁平比について、実測値と有限要素法による解析値との比較結果を示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１において、Ｌは測定部距離６１、Ｄは管径５９を示す。また、解析結果１は、荷重点からの距離に比例するモーメントが作用したモデルでの解析結果を示し、解析結果２は、距離に無関係に一定のモーメントが作用したモデルでの解析結果を示す。
【００６０】
表１からも明らかなように、直管部と曲管部の扁平比は、解析モデルによらず、測定位置によって定められる。したがって、パイプ係数が同一であれば、たとえばＬ＝０．５Ｄにおける直管の扁平量を測定することで、曲管の扁平量は直管の扁平量の略２倍程度であることが容易に算出できる。
【００６１】
なお、図７では割愛したが、Ｌ＜０．５Ｄの位置における扁平量の測定結果は、直管と曲管との溶接の影響等を受け、また、接続部近傍が厚肉となることからも、正確な外径を測定することができず、正確な扁平量を得ることができなかった。また、図７から明らかなように、Ｌ＞１．５Ｄでは、曲管の扁平量に対して、直管の扁平量が極めて小さくなる（すなわち扁平比が極めて小さくなる）ため、直管の扁平量から直管の扁平量を求めることが困難である。
【００６２】
したがって、接続部における悪影響を受けずに、できる限り高い精度で測定を行うためには、Ｌは０．５Ｄ〜１．５Ｄ程度が望ましく、特に望ましくは、Ｌ＝０．５Ｄ程度である。なお、前述の通り、望ましい測定部距離４７はパイプ係数に依存するため、特に望ましい測定部距離については、あらかじめパイプ係数毎の扁平比を求め、扁平量の測定に影響を与えない範囲でできるだけ大きな扁平比となる測定部距離を求めればよい。
【００６３】
以上本発明の実施の形態によれば、直管に接続された曲管の応力が直接測定できない場合であっても、精度よく曲管の応力を測定することができる。
【００６４】
直管の扁平量は直管の外径から容易に測定することができる。また、あらかじめ求められた扁平比を用いることで、直管の扁平量から容易に曲管の扁平量を算出することができる。さらに、直管の扁平量測定位置を、直管と曲管の接続部から直管側に直管径の０．５〜１．５倍の位置に設定することで、接合部の影響を受けることなく正確に曲管の扁平量を算出することができる。
【００６５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
例えば、曲管の扁平量から曲管の応力を算出するためには、特開２００３−３４４１８４号公報に記載のように、モーメントを求め、モーメントから応力を算出するとしたが、有限要素法等によって算出することもできる。また、扁平比を用いずに、直管の扁平量から、図６に示すモデルでの有限要素法等による解析で直接曲管に生じる扁平量および応力を算出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】曲管の応力評価装置１を実現するハードウェア構成図。
【図２】曲管の応力評価装置１による応力の評価工程を示すフローチャート。
【図３】直管３５ａの扁平量測定方法を示す図。
【図４】直管３５ａの扁平量測定方法を示す図。
【図５】扁平量の測定方法を示す図。
【図６】直管５３ａの扁平量測定位置と曲管の扁平量との関係を調べるための試験体を示す図。
【図７】曲管端部からの距離による、直管および曲管の扁平量と解析結果との関係を示す図。
【図８】従来の曲管の応力測定方法を示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１………曲管の応力評価装置
３………解析装置
５………扁平量測定器
７………制御部
９………記憶部
１１………メディア出力部
１３………通信制御部
１５………入力部
１７………表示部
１９………周辺機器Ｉ／Ｆ部
２１………バス
３４………地面
３５ａ、３５ｂ………直管
３７………曲管
３９………埋設管
４１………扁平量測定部
４３………管接続部
４５………管径
４７………測定部距離
４９………管体
５０、５０ａ、５０ｂ………断面
５１………管頂
５２………管底
５３ａ、５３ｂ………直管
５５………曲管
５７………管接続部
５９………管径
６１………測定部距離
６３ａ、６３ｂ………フランジ
６５………床
６７………応力測定部
６９………解析結果
７１………地面
７３ａ、７３ｂ………直管
７５………曲管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直管と曲管とが接続された管路において、曲管に生じる応力を評価することが可能な曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、埋設管が地盤沈下などの影響を受け、埋設管に応力が発生すると、この応力が一定値を超えないように、適宜管路上の土砂を取り除き、管路の沈下分を持ち上げて、応力を低減する応力解放工事が行われる。したがって、管路の応力評価は重要である。
【０００３】
一方、管路は、障害物を避けたり埋設工事の施工条件等のため、直管と曲管とが組み合わされて形成される。前述の通り、埋設管が地盤沈下の影響を受けると、通常、管路に生じる応力は、曲管の中央部に最大応力が発生することが多い。したがって、曲管の中央部における応力評価は特に重要である。
【０００４】
図８は、地面７１に埋設された管路における曲管７５の応力評価方法を示す図である。直管７３ａと直管７３ｂとの間に曲管７５が接続される。前述の通り、管路が地盤沈下等の影響を受けると、曲管７５の特に中央部（図中矢印Ｘ部近傍）に最大応力が発生することが多い。
【０００５】
曲管７５の応力を知るためには、図８に示すように地面７１を掘削し、曲管７５を露出させる。その後、露出した曲管７５の応力を直接測定することで、精度よく曲管７５の応力を知ることができる。
【０００６】
このような、曲管の応力評価方法としては、例えば、曲管の周方向に磁気異方性センサを移動させながら主応力差の分布を測定し、その値をカルマンの式に回帰させることで曲管に発生する応力を推定する方法がある（特許文献１）。
【０００７】
また、曲管部の中央断面における扁平量を測定し、扁平量から応力計算によって曲管部に生じる応力を算出する方法がある（特許文献２）。
【０００８】
また、隠蔽部分に曲管部が設けられ、曲管部に接続された直管部が露出しており、直管部の応力を磁歪装置で測定し、曲管部の応力またはひずみを推定する方法がある（特許文献３）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−１７７０６６号公報
【特許文献２】特開平２００３−３４４１８４号公報
【特許文献３】特開平５−２８１０６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載された手法では、曲管に生じる応力を極めて精度よく測定することが可能ではあるが、曲管の周囲に他の埋設物がある場合や、曲管が構造物の壁内などに設けられる場合などのように、曲管へアクセスすることが困難な場合には、曲管の応力を直接測定することができないという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に記載の手法では、曲管建設当時における初期の段階の曲管の扁平量が把握されていることが原則であるが、通常、初期の曲管断面の扁平量が不明な場合が多いため、曲管の応力を正確に知ることができないという問題がある。また、特許文献１と同様に、曲管の扁平量を直接測定する必要があることから、曲管の周囲に他の埋設物がある場合や、曲管が構造物の壁内などに設けられる場合などのように、曲管へアクセスすることが困難な場合には、曲管の応力を直接測定することができないという問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に記載された手法は、あらかじめ実験によって直管部に発生する周方向応力・ひずみと、診断したい曲管に発生する応力との関係を求めておき、現場で磁歪装置によって直管部の周方向応力を求め、実験値と照らし合わせることで曲管部の応力を診断するものである。
【００１３】
しかし、曲管部の応力は直管部の変形の影響を受ける旨の記載はあるが、磁歪装置の出力とｓｉｎθ近似値との各角度における偏差に近似するｓｉｎ２θによって、変形による影響を近似させて応力を得るものであり、このようにみなした場合に、実際の応力との乖離の程度は明確ではないという問題がある。すなわち、曲管の断面扁平の影響がある直管部における軸方向の応力を高い精度で求めることができないため、その結果として曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を高い精度で推定することはできないという問題がある。
【００１４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、他の埋設物などが近接して曲管部を直接測定することができない場合であっても、曲管に接続された直管の断面扁平量から、精度よく曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を評価することが可能な、曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価方法であって、前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する工程（ａ）と、前記扁平量測定部で直管の扁平量を測定する工程（ｂ）と、前記直管の扁平量に基づいて前記曲管の扁平量を算出する工程（ｃ）と、前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する工程（ｄ）と、を具備することを特徴とする曲管の応力評価方法である。
【００１６】
前記管体のパイプ係数に応じて、前記曲管の中央断面における扁平量と、扁平量測定部における前記直管の扁平量との扁平比を予め算出し、前記工程（ｃ）では、前記扁平比から前記曲管の扁平量が算出されてもよい。
【００１７】
第１の発明によれば、曲管との接続部から直管側に直管の径の０．５〜１．５倍の位置で直管の扁平量を測定し、直管の扁平量から曲管の扁平量およびこれによる応力を算出するため、建設時の曲管の扁平量が不明な場合であっても精度よく曲管の応力を評価することができる。特にパイプ係数毎に、各測定位置における、直管の扁平量と曲管中央の扁平量との比を求めておくことで、直管の扁平量から容易かつ正確に曲管の応力を算出することができる。
【００１８】
第２の発明は、直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価装置であって、前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する手段と、前記扁平量測定部における前記直管の扁平量を測定する手段と、前記直管の扁平量に基づいて、前記曲管の扁平量を算出する手段と、前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する手段と、を具備することを特徴とする曲管の応力評価装置である。
【００１９】
第２の発明によれば、曲管との接続部から直管側に直管の径の０．５〜１．５倍の位置に直管の扁平量測定部を設定し、直管の扁平量から曲管の扁平量およびこれによる応力を算出するため、建設時の曲管の扁平量が不明な場合であっても精度よく曲管の応力を評価することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、他の埋設物などが近接して曲管部を直接測定することができない場合であっても、曲管に接続された直管の断面扁平量から、精度よく曲管に生じる軸方向および円周方向の応力を評価することが可能な、曲管の応力評価方法および曲管の応力評価装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る曲管の応力評価装置１を実現するハードウェア構成図である。曲管の応力評価装置１は、主に解析装置３と扁平量測定器５等から構成される。解析装置３はコンピュータであり、扁平量測定器５は、管体の外形を測定できればよく、例えばデジタルノギス等が使用できる。
【００２２】
解析装置３は、制御部７、記憶部９、メディア入出力部１１、通信制御部１３、入力部１５、表示部１７、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９等から構成され、それらがバス２１を介して接続される。
【００２３】
制御部７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等で構成される。
ＣＰＵは、記憶部９、ＲＯＭ、記録媒体等に格納されるプログラムをＲＡＭ上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス２１を介して接続された各装置を駆動制御し、曲管の応力評価装置１が行う処理を実現する。
【００２４】
ＲＯＭは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやＢＩＯＳ等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。
ＲＡＭは、揮発性メモリであり、記憶部９、ＲＯＭ、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部７が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。
【００２５】
記憶部９は、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）であり、制御部７が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、ＯＳ（オペレーティングシステム）等が格納される。プログラムに関しては、ＯＳ（オペレーティングシステム）に相当する制御プログラムや、後述の処理に相当するアプリケーションプログラムが格納されている。
これらの各プログラムコードは、制御部７により必要に応じて読み出されてＲＡＭに移され、ＣＰＵに読み出されて各種の手段として実行される。
【００２６】
メディア入出力部１１（ドライブ装置）は、データの入出力を行い、例えば、フロッピー（登録商標）ディスクドライブ、ＣＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、ＲＷ等）、ＤＶＤドライブ（−ＲＯＭ、−Ｒ、−ＲＷ等）、ＭＯドライブ等のメディア入出力装置を有する。
【００２７】
通信制御部１３は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワークを介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。
【００２８】
入力部１５は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。
入力部１５を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。
【００２９】
表示部１７は、ＣＲＴモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等（ビデオアダプタ等）を有する。
【００３０】
周辺機器Ｉ／Ｆ（インタフェース）部１９は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器Ｉ／Ｆ部１９は、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４やＲＳ−２３２Ｃ等で構成されており、通常複数の周辺機器Ｉ／Ｆを有する。
【００３１】
周辺機器Ｉ／Ｆ部１９には、扁平量測定器５が接続される。扁平量測定器５からの測定データは、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９から解析装置３へ入力され、記憶部９等へ保存される。なお、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９と扁平量測定器５との接続形態は有線、無線を問わない。
【００３２】
バス２１は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。
【００３３】
次に、曲管の応力評価装置１の動作について説明する。図２は、曲管の応力評価装置１による曲管の応力を評価する工程を示すフローチャートである。
【００３４】
まず、制御部７は、あらかじめ記憶部９に保存されている測定対象である管径の情報に基づいて、直管の扁平量を測定する直管扁平量測定部を設定する（ステップ１０１）。
【００３５】
扁平量測定部の設定に当たっては、まず、地面を掘削して管路を露出させる。図３、図４は、直管３５ａ、３５ｂ、曲管３７がそれぞれ接続された管路を示す図である。図３に示すように、曲管３７は直管３５ａ、３５ｂと接続され、地面３４に埋設される。曲管３７近傍には、他の埋設管３９が埋設されている。前述の通り、曲管３７の中央部（図中矢印Ａ）近傍を直接応力測定が可能であれば、従来の方法で正確に曲管の軸方向および円周方向の応力を知ることができる。しかし、曲管３７近傍に埋設管３９が存在するため、曲管３７の応力を直接測定することができない。
【００３６】
図４は、直管３５ａ、３５ｂが露出するように、地面３４を掘削した状態を示す図である。埋設管３９がなければ、曲管３７が露出するように地面３４を掘削すれば良いが、曲管３７の応力測定が不可能である場合には、直管３５ａの扁平量から曲管の軸方向および円周方向の応力を評価する。
【００３７】
制御部７は、あらかじめ入力され、記憶部９に保持された管路情報に基づき、露出した直管３５ａに、管路に応じた適切な扁平量測定部４１を設定する。扁平量測定部４１は、曲管３７と直管３５ａとの接続部である管接続部４３から、直管３５ａの方向に、管径４５の０．５〜１．５倍の測定部距離４７離れた位置に設定される。
【００３８】
ここで、測定部距離４７を０．５よりも小さくし、扁平量測定部４１を曲管３７側に設定すると、測定値は曲管３７と直管３５ａとの溶接等に伴う外径変化の影響や、接合部が厚肉になることによる扁平量の変化の影響を受けるため、曲管３７に作用する応力に伴う扁平量が正確に測定することが困難となる。したがって、曲管３７の軸方向および円周方向の応力を正確に評価することができない。
【００３９】
一方、測定部距離４７を１．５よりも大きくし、扁平量測定部４１を、管接続部４３から曲管３７から遠い位置に設定すると、曲管３７へ生じる応力に伴う直管３５ａの扁平量が小さくなりすぎるため、曲管３７における応力を正確に評価することができない。したがって、測定部距離４７は、曲管３７と直管３５ａとの管接続部４３から直管３５ａ側へ、管径４５の０．５倍〜１．５倍の間に設定することが望ましく、曲管３７と直管３５ａとの接合影響を受けない範囲内で、できるだけ管接続部４３に近い方が、精度が高く望ましい。
【００４０】
次に、制御部７は、扁平量測定器５により、扁平量測定部４１における直管３５ａの扁平量を測定する（ステップ１０２）。扁平量の測定は、例えばデジタルノギスによるものである。扁平量の測定は、例えば直管の互いに垂直な２方向の外径を測定し、各測定方向における建設初期からの扁平量から算出する。
【００４１】
図５は、扁平量の測定方法を示す図である。管体４９の扁平量を測定する場合には、図５（ａ）に示すように、管体４９の測定部位における断面５０における管頂５１と管底５２を結ぶ方向（図中矢印Ｃ方向）とこれに垂直な方向（図中矢印Ｂ方向）の外径を測定する。管頂５１は、曲管部における曲げの最外周の延長線であり、管底５２は、曲管部における曲げの最内周の延長線をいう。したがって、図５（ａ）の矢印Ｃ方向は直管に接続された曲管の曲げ方向であり、矢印Ｂは、矢印Ｃと直行する方向である。
【００４２】
図５（ｂ）は、断面５０の扁平状態を示す図である。断面５０ａは、設置初期の状態での管体の断面５０である、断面５０ａの各方向（図中矢印Ｂ方向およびＣ方向）の外径は、それぞれｄ０１、ｄ０２である。すなわち、管体が設置時に真円であればｄ０１とｄ０２は一致する。
【００４３】
なお、直管であっても、製造時に若干扁平する場合がある。しかし、直管の扁平量は記録が残っていることが多いため、設置時の扁平量のデータから、正確にｄ０１、ｄ０２を得ることができる。また、仮に直管の初期の扁平量が不明であっても、曲管と比較して、直管の製造時における扁平量は極めて小さいため、直管の初期の扁平量を０としても高い信頼性を確保できる。
【００４４】
断面５０ｂは、曲管に応力が生じることにより曲管が扁平し、曲管の扁平変形に伴い、曲管に接続された直管が扁平した状態の断面５０である。管体が扁平した状態の断面５０ｂは、図中矢印Ｂ方向およびＣ方向の外形が、それぞれｄ１、ｄ２となる。この際、図５（ｂ）に示すように、ｄ０１の外形がｄ１へ変形する際の、管体両側の変位量をそれぞれｅｉ１とする。同様に、ｄ０２の外形がｄ２へ変形する際の、管体両側の変位量をそれぞれｅｉ２とする。すると、面内曲げ扁平量ｅ１は、式（１）で算出される。
ｅ１＝２（ｅｉ１＋ｅｉ２） ・・・（１）
【００４５】
次に、制御部７は、ステップ１０２で測定された直管３５ａの外径を解析装置３に入力する（ステップ１０３）。たとえば、測定された外径データを解析装置３に取り込み、記憶部９へデータを保存する。データの入力は、周辺機器Ｉ／Ｆ部１９によって、扁平量測定器５からのデータを記憶部９へ保存してもよく、また、入力部１５を介して行っても良い。また、メディア入出力部１１を用いても良い。また、ネットワークを介して、他のコンピュータからデータを送信しても良い。制御部７は、入力された直管３５ａの外径データから式（１）を用いて扁平量ｅ１を算出し、扁平量データを記憶部９へ保存する。
【００４６】
次に、制御部７は、ステップ１０３により取り込まれた直管３５ａ扁平量データに基づき、あらかじめ記憶部９に保持されている、直管３５ａの扁平量と曲管３７の扁平量との比のデータから、曲管３７の扁平量を算出する（ステップ１０４）。
【００４７】
ここで、曲管と直管とが接続された状態においては、曲管に応力が生じている場合に、曲管に接続される直管の断面は、曲管の断面扁平の影響を受け、曲管に比べると小さいものの大きく扁平する。直管の扁平量と曲管の扁平量との比である扁平比の大きさは、曲管からの距離により定まるほぼ一定の比となる。これは、荷重点からの距離に比例するモーメントが作用した場合（モデル）であっても、距離に無関係に一定のモーメントが作用した場合（モデル）であっても同様に略同一の比率である。
【００４８】
したがって、あらかじめ実験や計算で、曲管と直管とを接続した状態において、直管の一端に荷重を付与し、この場合での荷重に伴う曲管部の扁平量と、直管と曲管との接続部から直管方向へ所定の距離（例えば管径の０．５倍の位置）における直管の扁平量との比を求めておくことで、直管部の扁平量から容易に曲管部の扁平量を知ることができる。なお、扁平比はパイプ係数（管の半径をｒ、曲管の曲率半径をＲ、肉厚をｔとした時にｔＲ／ｒ２によりあらわされる係数）により異なるため、測定対象となるパイプ係数毎に、扁平比を求めておく必要がある。
【００４９】
次に、制御部７は、ステップ１０４により算出された曲管３７扁平量に基づいて、曲管３７に生じる軸方向応力を算出する（ステップ１０５）。曲管３７の応力の算出に当たっては、曲管３７に生じる扁平量からモーメントを求め、モーメントから曲管３７に生じる軸方向および円周方向の応力を算出することができる。このような曲管３７の扁平量から軸方向および円周方向の応力を算出する方法としては、たとえば、特開２００３−３４４１８４号公報に記載の方法を用いることができる。
【００５０】
次に、制御部７は、ステップ１０５により算出された曲管３７の軸方向および円周方向の応力を所定の方法で出力する。なお、算出データの出力は、表示部１７を介してディスプレイ装置に表示しても良い。また、適当なファイル形式によるファイルに出力しても良い。また、ネットワークを介して、他のコンピュータにデータの送信を行っても良い。以上により、曲管３７の軸方向および円周方向の応力を知ることができる。
【実施例】
【００５１】
本発明にかかる曲管の応力評価装置１によって算出された曲管の軸方向および円周方向の応力についてその妥当性を検証した。図６は、実験に用いた管路モデルを示す模式図である。
【００５２】
直管５３ａと直管５３ｂとの間に、９０°の開き角度でまがった曲管５５を接続して実験に供した。直管５３ａ、５３ｂは外径が３１８．５ｍｍで肉厚が９．９ｍｍの鋼管を用いた。曲管５５は、外径３１８．５ｍｍで肉厚が１１．８ｍｍ、曲率半径が４５７．２ｍｍの鋼管を用いた。管接続部５７は、直管５３ａと曲管５５との接合部である。直管５３ａ、５３ｂと曲管５５とはそれぞれ溶接によって接合した。
【００５３】
直管５３ａ、５３ｂのそれぞれの、曲管５５との接合部である管接続部５７と反対側の端部にはフランジ６３ａ、６３ｂが設けられ、フランジ６３ｂによって、直管５３ｂを床６５に対して垂直に固定した。
【００５４】
直管５３ａの端部（フランジ６３ａ）に対して、図示を省略したジャッキによって、矢印Ｗの方向に荷重を加え、直管５３ａ、曲管５５それぞれの扁平量を測定した。なお、矢印Ｗは、直管５３ａに垂直かつ曲管５５の曲がりの方向である。
【００５５】
直管５３ａの扁平量測定部６７は、管接続部５７から直管５３ａの側に測定部距離６１（＝Ｌ）だけ離れた位置に設定した。なお、測定部距離６１は、管径５９（＝Ｄ）の０．５倍〜１．５倍の位置で設定した（Ｌ＝０．５Ｄ〜１．５Ｄ）。なお、直管５３ａの外径の測定に当たっては、デジタルノギスを用い、図５のＢ方向、Ｃ方向に対応する、曲管５５の曲げ方向およびこれに垂直な方向の２方向の外形を測定した。測定された外径データから（１）式を用い、直管の扁平量を求めた。また、曲管５５の扁平量も同様の方法で測定した。
【００５６】
図７は、それぞれの扁平量測定部６７（測定部距離６１）における、扁平量測定結果を示す。なお、解析結果６９は、曲管の扁平量の実測値（Ｅ点）から、有限要素法による解析で直管における各点での扁平量を求めた解析結果である。図７から明らかなように、解析結果と各実測値（Ｆ、Ｇ、Ｈ点）はよく一致している。なお、Ｅ点は曲管５５の曲げの中央部における扁平量、Ｆ点はＬ＝０．５Ｄ、Ｇ点はＬ＝１．０Ｄ、Ｈ点はＬ＝１．５Ｄにおける扁平量を示す。
【００５７】
表１は、直管の扁平量を曲管の扁平量で除した扁平比について、実測値と有限要素法による解析値との比較結果を示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
表１において、Ｌは測定部距離６１、Ｄは管径５９を示す。また、解析結果１は、荷重点からの距離に比例するモーメントが作用したモデルでの解析結果を示し、解析結果２は、距離に無関係に一定のモーメントが作用したモデルでの解析結果を示す。
【００６０】
表１からも明らかなように、直管部と曲管部の扁平比は、解析モデルによらず、測定位置によって定められる。したがって、パイプ係数が同一であれば、たとえばＬ＝０．５Ｄにおける直管の扁平量を測定することで、曲管の扁平量は直管の扁平量の略２倍程度であることが容易に算出できる。
【００６１】
なお、図７では割愛したが、Ｌ＜０．５Ｄの位置における扁平量の測定結果は、直管と曲管との溶接の影響等を受け、また、接続部近傍が厚肉となることからも、正確な外径を測定することができず、正確な扁平量を得ることができなかった。また、図７から明らかなように、Ｌ＞１．５Ｄでは、曲管の扁平量に対して、直管の扁平量が極めて小さくなる（すなわち扁平比が極めて小さくなる）ため、直管の扁平量から直管の扁平量を求めることが困難である。
【００６２】
したがって、接続部における悪影響を受けずに、できる限り高い精度で測定を行うためには、Ｌは０．５Ｄ〜１．５Ｄ程度が望ましく、特に望ましくは、Ｌ＝０．５Ｄ程度である。なお、前述の通り、望ましい測定部距離４７はパイプ係数に依存するため、特に望ましい測定部距離については、あらかじめパイプ係数毎の扁平比を求め、扁平量の測定に影響を与えない範囲でできるだけ大きな扁平比となる測定部距離を求めればよい。
【００６３】
以上本発明の実施の形態によれば、直管に接続された曲管の応力が直接測定できない場合であっても、精度よく曲管の応力を測定することができる。
【００６４】
直管の扁平量は直管の外径から容易に測定することができる。また、あらかじめ求められた扁平比を用いることで、直管の扁平量から容易に曲管の扁平量を算出することができる。さらに、直管の扁平量測定位置を、直管と曲管の接続部から直管側に直管径の０．５〜１．５倍の位置に設定することで、接合部の影響を受けることなく正確に曲管の扁平量を算出することができる。
【００６５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６６】
例えば、曲管の扁平量から曲管の応力を算出するためには、特開２００３−３４４１８４号公報に記載のように、モーメントを求め、モーメントから応力を算出するとしたが、有限要素法等によって算出することもできる。また、扁平比を用いずに、直管の扁平量から、図６に示すモデルでの有限要素法等による解析で直接曲管に生じる扁平量および応力を算出することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】曲管の応力評価装置１を実現するハードウェア構成図。
【図２】曲管の応力評価装置１による応力の評価工程を示すフローチャート。
【図３】直管３５ａの扁平量測定方法を示す図。
【図４】直管３５ａの扁平量測定方法を示す図。
【図５】扁平量の測定方法を示す図。
【図６】直管５３ａの扁平量測定位置と曲管の扁平量との関係を調べるための試験体を示す図。
【図７】曲管端部からの距離による、直管および曲管の扁平量と解析結果との関係を示す図。
【図８】従来の曲管の応力測定方法を示す図。
【符号の説明】
【００６８】
１………曲管の応力評価装置
３………解析装置
５………扁平量測定器
７………制御部
９………記憶部
１１………メディア出力部
１３………通信制御部
１５………入力部
１７………表示部
１９………周辺機器Ｉ／Ｆ部
２１………バス
３４………地面
３５ａ、３５ｂ………直管
３７………曲管
３９………埋設管
４１………扁平量測定部
４３………管接続部
４５………管径
４７………測定部距離
４９………管体
５０、５０ａ、５０ｂ………断面
５１………管頂
５２………管底
５３ａ、５３ｂ………直管
５５………曲管
５７………管接続部
５９………管径
６１………測定部距離
６３ａ、６３ｂ………フランジ
６５………床
６７………応力測定部
６９………解析結果
７１………地面
７３ａ、７３ｂ………直管
７５………曲管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価方法であって、
前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する工程（ａ）と、
前記扁平量測定部で直管の扁平量を測定する工程（ｂ）と、
前記直管の扁平量に基づいて前記曲管の扁平量を算出する工程（ｃ）と、
前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とする曲管の応力評価方法。
【請求項２】
前記管体のパイプ係数に応じて、前記曲管の中央断面における扁平量と、扁平量測定部における前記直管の扁平量との扁平比を予め算出し、
前記工程（ｃ）では、前記扁平比から前記曲管の扁平量を算出することを特徴とする請求項１記載の曲管の応力評価方法。
【請求項３】
直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価装置であって、
前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する手段と、
前記扁平量測定部における前記直管の扁平量を測定する手段と、
前記直管の扁平量に基づいて、前記曲管の扁平量を算出する手段と、
前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する手段と、
を具備することを特徴とする曲管の応力評価装置。
【請求項１】
直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価方法であって、
前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する工程（ａ）と、
前記扁平量測定部で直管の扁平量を測定する工程（ｂ）と、
前記直管の扁平量に基づいて前記曲管の扁平量を算出する工程（ｃ）と、
前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する工程（ｄ）と、
を具備することを特徴とする曲管の応力評価方法。
【請求項２】
前記管体のパイプ係数に応じて、前記曲管の中央断面における扁平量と、扁平量測定部における前記直管の扁平量との扁平比を予め算出し、
前記工程（ｃ）では、前記扁平比から前記曲管の扁平量を算出することを特徴とする請求項１記載の曲管の応力評価方法。
【請求項３】
直管と曲管とが接続された管体における曲管の応力評価装置であって、
前記直管と前記曲管との接続部から前記直管側に前記直管の径の０．５〜１．５倍の位置に扁平量測定部を設定する手段と、
前記扁平量測定部における前記直管の扁平量を測定する手段と、
前記直管の扁平量に基づいて、前記曲管の扁平量を算出する手段と、
前記曲管の扁平量に基づいて前記曲管の応力を算出する手段と、
を具備することを特徴とする曲管の応力評価装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２５６０６（Ｐ２０１０−２５６０６Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８４４７４（Ｐ２００８−１８４４７４）
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（５０６１３６１９５）株式会社キャプティ (6)
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１６日（２００８．７．１６）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（５０６１３６１９５）株式会社キャプティ (6)
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