点検対象部材の決定方法
【課題】重点的に点検を行うべき点検対象部材を客観的に把握することが可能な点検対象部材の決定方法を提供すること。
【解決手段】橋梁を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、着目部材に断面欠損が発生したと仮定して感度解析用モデルを作成し、終局状態に至るまで弾塑性有限変位解析を行い、その結果に基づいて、着目部材が橋梁の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する。次に、要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して経年解析用モデルを作成し、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う。要注意部材の断面欠損率を変更して擬似経年解析を複数回行い、或る断面欠損率を超えると経年解析用モデルが終局状態に至ると判定された場合に、要注意部材を点検対象部材として決定する。
【解決手段】橋梁を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、着目部材に断面欠損が発生したと仮定して感度解析用モデルを作成し、終局状態に至るまで弾塑性有限変位解析を行い、その結果に基づいて、着目部材が橋梁の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する。次に、要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して経年解析用モデルを作成し、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う。要注意部材の断面欠損率を変更して擬似経年解析を複数回行い、或る断面欠損率を超えると経年解析用モデルが終局状態に至ると判定された場合に、要注意部材を点検対象部材として決定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部材で構成される構造物において重点的に点検を行うべき部材を決定する点検対象部材の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁やトンネルをはじめとする各種構造物に対する維持管理業務においては、近接目視による点検を行い、点検結果に基づいて補修計画等を立案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７７６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
腐食等による損傷箇所や損傷部位に対する点検業務において、点検対象が小規模な橋梁等であれば、比較的容易に隅々まで目視点検を行うことができるが、大規模な橋梁や特殊構造の橋梁が点検対象である場合には、点検箇所が膨大になってしまい、目視点検だけでも多大な費用と時間を要してしまう。また、現在の損傷状態だけでなく、今後の損傷の進展を予測する定量的に予測するのは困難である。重点的に点検を行うべき部材を客観的に把握できれば、効率よく点検を行うことが可能になるが、このような解析手法は未だ確立されていない。なお、「重点的に点検を行うべき部材」とは、構造物の終局状態に対して影響が大きい部材であること、かつその部材の損傷の進展が速いこと意味し、現時点の腐食し易い部材や劣化し易い部材であっても、構造物の終局状態に対して影響が小さく損傷があまり進展しない部材は、「重点的に点検を行うべき部材」には含まれない。
【０００５】
このような観点から、本発明は、重点的に点検を行うべき部材を客観的に決定することが可能な点検対象部材の決定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決する本発明に係る点検対象部材の決定方法は、複数の部材で構成される構造物を材料の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する点検対象部材の決定方法であって、前記構造物を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、前記着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成し、当該感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、前記感度解析用モデルにおける終局荷重を得る感度解析ステップと、前記感度解析ステップで得られた終局荷重と断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重とを対比することで、前記着目部材が前記構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する判定ステップと、前記要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成し、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う擬似経年解析ステップと、を含むものであり、第一の発明では、前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行い、或る断面欠損率において前記経年解析用モデルが終局状態に至った場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定することを特徴とし、第二の発明では、前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行うことで、設計荷重作用時に前記経年解析用モデルにおいて発生する変位量と前記要注意部材の断面欠損率との関係を取得し、或る断面欠損率を超えたときに前記変位量が急増する場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定することを特徴とする。
【０００７】
要するに本発明は、腐食等により生じる断面欠損を反映した構造解析用のモデルを使用して、構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材（すなわち、構造物の安全率を大きく低下させる虞のある部材）を把握するための感度解析を行うとともに、通常の使用状態（設計荷重が作用した状態）で要注意部材の断面欠損が徐々に進行していく様子を模擬した擬似経年解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する、というものである。なお、擬似経年解析は、断面欠損の進展状況を考慮し、要注意部材の断面欠損率を変更して複数回行う。二段階の解析（感度解析と擬似経年解析）を行う本発明によれば、重点的に点検を行うべき点検対象部材を客観的に決定することが可能となる。
【０００８】
本発明においては、ファイバー要素の集合体（ファイバーモデル）またはシェル要素の集合体（シェルモデル）にて着目部材をモデル化することが好ましい。
【０００９】
なお、ファイバー要素およびシェル要素では、部材断面を複数の断面に分割し、各々の分割要素（セル）に応力−ひずみ関係と分担面積を与えることで材料の非線形性を表現する。ファイバーモデルまたはシェルモデルによれば、部材に生じる断面欠損を容易に評価することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、重点的に点検を行うべき点検対象部材を客観的に把握することが可能になるので、効率のよい点検計画を立案することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る点検対象部材の決定方法を実施する際に使用する解析用コンピュータを示す機能ブロック図である。
【図２】（ａ）は構造物の一例を示す側面図、（ｂ）はファイバーモデルを説明するための模式図、（ｃ）はシェルモデルを説明するための模式図である。
【図３】（ａ）はファイバー要素を説明するための模式図、（ｂ）はシェル要素を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る点検対象部材の決定方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】感度解析ステップで得られるデータの内容を説明するためのグラフである。
【図６】断面欠損の進行パターンを示すグラフである。
【図７】擬似経年解析ステップで得られるデータの内容を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る点検対象部材の決定方法は、複数の部材で構成される橋梁を対象とするものであり、材料の非線形性を考慮可能な要素で橋梁をモデル化して構造解析（数値解析）用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する、というものである。なお、本実施形態では、鋼製トラスと鋼製床版とを具備する鋼構造の橋梁を例示するが、構造物の種類や使用材料等を限定する趣旨ではない。
【００１３】
モデルの作成および弾塑性有限変位解析は、図１に示す解析用コンピュータＣを利用して実行する。
【００１４】
解析用コンピュータＣは、記憶手段１と、演算処理手段２と、入力手段３と、表示手段４と、これらを互いに接続するバス線５とを少なくとも備えて構成されている。
【００１５】
記憶手段１は、各種プログラムやデータを記憶するものであり、主記憶装置（例えば、ＤＲＡＭなど）と、補助記憶装置（例えば、書き込み可能な不揮発性の半導体メモリ（フラッシュメモリ）、磁気ディスクドライブ、光学ディスクドライブなど）とを含んで構成されている。記憶手段１には、構造解析用のモデルを作成する際に起動されるエディタプログラム１１や弾塑性有限変位解析を行う際に起動される解析プログラム１２のほか、基本モデルファイル１３、感度解析用モデルファイル１４、経年解析用モデルファイル１５、欠損パターン規定ファイル１６、結果ファイル１７などが記憶される。
【００１６】
演算処理手段２は、演算処理を行うＭＰＵ（マイクロプロセッサ）などを含んで構成されていて、記憶手段１からエディタプログラム１１を読み出して実行すると、解析モデル作成手段２１として機能し、記憶手段１から解析プログラム１２を読み出して実行すると、構造解析手段２２として機能する。
【００１７】
解析モデル作成手段２１は、構造解析用のモデルを作成する際に使用される。作成されたモデルに関するデータは、基本モデルファイル１３、感度解析用モデルファイル１４または経年解析用モデルファイル１５に格納される。なお、基本モデルファイル１３に格納されるモデルは、部材に断面欠損が発生していない状態の橋梁をモデル化して得たものであり、感度解析用モデルファイル１４および経年解析用モデルファイル１５に格納されるモデルは、一の部材に断面欠損が発生した状態の橋梁をモデル化して得たものである。
【００１８】
構造解析手段２２は、モデルファイル１３〜１５の中からモデルに関するデータを読み出し、読み出したモデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、得られた解析結果（例えば、モデルに作用させた載荷荷重と各要素に発生した応力・変位量との関係など）を結果ファイル１７に書き込む。
【００１９】
入力手段３は、モデルの作成や弾塑性有限変位解析に必要なデータ（例えば、部材の諸元、断面欠損率、載荷荷重、荷重増分量、境界条件など）を演算処理手段２に入力するためのものであり、キーボードやマウス等から構成されている。入力手段３を利用して解析用コンピュータＣに入力されたデータは、記憶手段１に一旦記憶された後、演算処理手段２に出力される。
【００２０】
表示手段４は、入力手段３によるデータ入力を補助するための入力フォーム、記憶手段１に記憶された各種ファイル１３〜１７の内容、演算結果を表す図表などを表示するものであり、ディスプレイ装置からなる。
【００２１】
ここで、本実施形態において使用する構造解析用のモデルを説明する。
本実施形態においては、図２の（ｂ）に示すように、長手方向（部材軸方向）に連設された複数のファイバー要素７，７，…の集合体（以下、「ファイバーモデル」という場合がある。）にて鋼製トラスを構成する上弦材６１をモデル化し、図２の（ｃ）に示すように、縦横に連設された複数の積層型シェル要素８，８，…の集合体（以下、「シェルモデル」という場合がある。）にて鋼製床版６５をモデル化する。なお、図示は省略するが、鋼製トラスを構成する下弦材６２、斜材６３および鉛直材６４もファイバーモデルにてモデル化する。
【００２２】
ファイバー要素７は、「平面保持の仮定」および「平面不変の仮定」に基づいて形成された梁要素（一次元要素）の一種であり、材料の非線形性を考慮することができる。図３の（ａ）に示すように、例えば断面箱型の上弦材６１の長手方向（部材軸方向）の一部をファイバー要素７でモデル化する場合には、ファイバー要素７に対応する領域（上限材６１の一部）を複数の棒状領域（セル）ｆ，ｆ，…に分割し、各セルｆの適所に設けた積分点に「応力−ひずみ関係」と「分担面積」とを与えればよい。ちなみに、上弦材６１に発生した「断面欠損」を評価する場合には、ファイバー要素７において、欠損位置に対応するセルｆ’を消去すればよい。すなわち、部材厚を小さくした解析モデルを作成すればよい。なお、部材厚を小さくせずに、セルｆ’の分担面積を「ゼロ」に設定するか、あるいは、セルｆ’の剛性を「ゼロ」に設定することで、断面欠損を評価してもよい。
【００２３】
また、シェル要素８は、「変形の間、板厚が変化しない」、「中立面に垂直な応力はゼロとし、面内は平面応力状態である」、「時刻０で中立面に垂直であった法線は、時間とともに変化し直線を保つが、必ずしも中立面に垂直である必要はない（すなわち、面外せん断変形を許す）」との仮定に基づいて形成された板要素（二次元要素）の一種であり、材料の非線形性を考慮することができる。図３の（ｂ）に示すように、例えば鋼製床版６５をシェル要素８でモデル化する場合には、シェル要素８に対応する領域（鋼製床版６５の一部）を複数の板状領域（セル）ｓ，ｓ，…に分割し、各セルｓの適所に設けた積分点に「応力−ひずみ関係」と「分担面積」とを与えればよい。ちなみに、鋼製床版６５に発生した「断面欠損」を評価する場合には、シェル要素８において、欠損位置に対応するセルｓ’を消去すればよい。なお、セルｓ’の分担面積を「ゼロ」に設定するか、セルｓ’の剛性を「ゼロ」に設定することで、断面欠損を評価してもよい。
【００２４】
次に、本実施形態に係る点検対象部材の決定方法の具体的な手順を詳細に説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る点検対象部材の決定方法は、準備ステップと、感度解析ステップと、判定ステップと、擬似経年解析ステップと、点検対象部材決定ステップとを含むものである。
【００２５】
準備ステップは、竣工時点または現時点における橋梁の終局耐力等を調査するために行われる。準備ステップでは、まず、橋梁を構成する部材に断面欠損が無いと仮定して、構造解析用のモデル（以下、「基本モデル」という。）を作成する（ステップＳ１）。基本モデルを作成する際には、図１に示すエディタプログラム１１を起動する。エディタプログラム１１を起動すると、解析用コンピュータＣが解析モデル作成手段２１として機能し、表示手段４にエディタ画面等が表示されるようになる。オペレータの操作により入力手段３を介して橋梁に関するデータ（部材の形状、座標、要素の種類、要素の分割数、要素に割り当てる応力−ひずみ関数など）を解析用コンピュータＣに入力すると、解析モデル作成手段２１によって、弾塑性有限変位解析に適した形式のデータが作成される。作成した基本モデルに関するデータは、基本モデルファイル１３に格納される。
【００２６】
基本モデルが作成されたならば、基本モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、基本モデルの終局荷重（すなわち、各部材に断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重）を演算する（ステップＳ２）。解析を行う際には、解析プログラム１２を起動し、解析用コンピュータＣを構造解析手段２２として機能させればよい。解析プログラム１２の起動後、オペレータの操作により基本モデルファイル１３を指定すると、構造解析手段２２によって、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータが読み出され、基本モデルに対して荷重増分法による弾塑性有限変位解析が実行される。構造解析手段２２は、基本モデルが不安定構造になったときに、「基本モデルが終局状態に至った」と判定し、そのときの載荷荷重を終局荷重として結果ファイル１７に書き込む。なお、或る部材に破断や座屈が発生したとしても、不安定構造に至らない場合があるので、本実施形態では、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央や支承部分など）に対応するファイバー要素またはシェル要素の変位量（節点の変位量）が収束しない状態を、「基本モデルの終局状態」とする。
【００２７】
感度解析ステップは、一の部材の断面欠損が橋梁の終局状態（終局耐力）に与える影響を調査するために行われる。感度解析ステップでは、橋梁を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材として選定したうえで（ステップＳ３）、当該着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成する（ステップＳ４）。
【００２８】
着目部材は、一つでもよいが、点検対象部材の「一次候補」であるから、多くの部材を着目部材として選定することが望ましい。二以上の部材を着目部材として選定した場合には、着目部材ごとに感度解析ステップを実行する。なお、本実施形態では、五つの部材（図２の（ａ）に示す上弦材６１、下弦材６２、斜材６３、鉛直材６４、鋼製床版６５）を着目部材α１〜α５として選定する。着目部材α１〜α５を区別しない場合には、添え字を省略する。
【００２９】
着目部材αの断面欠損率の大きさは、適宜設定すればよいが、着目部材に関わらず同じ値（本実施形態では５０％）に設定している。なお、感度解析用モデルを作成する際には、基本モデルを利用するとよい。この場合には、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータを読み出し、着目部材αの断面欠損率が所定の大きさ（本実施形態では５０％）になるように、着目部材αを表現しているファイバー要素７またはシェル要素８において、複数のセルｆまたはセルｓのうちの幾つかを消去すればよい。
【００３０】
感度解析用モデルが作成されたならば、感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、感度解析用モデルの終局荷重（すなわち、着目部材αに断面欠損が有ると仮定した場合の終局荷重）を取得する（ステップＳ５）。解析を行う際には、解析プログラム１２を起動し、解析用コンピュータＣを構造解析手段２２として機能させればよい。解析プログラム１２の起動後、オペレータの操作により感度解析用モデルファイル１４を指定すると、構造解析手段２２によって、感度解析用モデルファイル１４の中から感度解析用モデルに関するデータが読み出され、感度解析用モデルに対して荷重増分法による弾塑性有限変位解析が実行される。構造解析手段２２は、感度解析用モデルが不安定構造になったときに、「感度解析用モデルが終局状態に至った」と判定し、そのときの載荷荷重を終局荷重として結果ファイル１７に書き込む。本実施形態では、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央や支承部分など）に対応するファイバー要素またはシェル要素の変位量（節点の変位量）が収束しない状態を、「感度解析用モデルの終局状態」とする。
【００３１】
なお、橋梁の終局耐力に大きな影響を与える部材が着目部材αとして選択された場合には、着目部材αに対応するファイバー要素またはシェル要素を中心に変形が進み、破断や座屈によって当該要素が不安定になると同時に感度解析用モデルも不安定構造になるので、それ以降の解析は行われない。一方、橋梁の終局耐力にさほど影響を与えない部材が着目部材αとして選択された場合には、着目部材αに対応するファイバー要素またはシェル要素が不安定になったとしても、感度解析用モデルが不安定構造にならない場合がある。この場合には、感度解析用モデルの重要箇所が終局状態に至るまで引き続き解析が行われる。
【００３２】
ステップＳ３で選定した着目部材αについて感度解析ステップを実行したならば、感度解析ステップを行っていない他の着目部材αの有無を判定し（ステップＳ６）、他の着目部材αが存在している場合には、感度解析ステップ（ステップＳ３〜Ｓ５）を実行する。すなわち、点検対象部材の候補である着目部材αがｎ個存在している場合には、断面欠損させるべき着目部材αを順次変更して、感度解析ステップをｎ回行えばよい。
【００３３】
判定ステップでは、感度解析ステップで得られた終局荷重（感度解析用モデルの終局荷重）Ｐｎと、準備ステップで得られた終局荷重（基本モデルの終局荷重）Ｐ０とを対比することで、着目部材αが橋梁の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材βであるか否かを判定する（ステップＳ７）。要注意部材βであるか否かの判断は、オペレータが行う。
【００３４】
判定方法に制限はないが、影響度の高い着目部材αに断面欠損が生じた場合ほど、終局荷重Ｐｎが低下する傾向にあるので、例えば、終局荷重の減少率ΔＰ（＝（１−Ｐｎ／Ｐ０）×１００）を算出し、減少率ΔＰが予め規定した基準減少率ΔＰ０以上である場合に、着目部材αを要注意部材βとして抽出するとよい。なお、図５に示すグラフは、準備ステップおよび感度解析ステップで得られた解析結果を示すグラフであって、「載荷荷重」を縦軸とし、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央など）に対応する要素における「変位」を横軸としたものである。白丸は降伏状態に至ったときの載荷荷重と変位との関係をプロットしたものであり、黒丸は終局状態に至ったときの載荷荷重（＝終局荷重）と変位との関係をプロットしたものである。図５中の曲線Ｌ０は、基本モデルに対する弾塑性有限変位解析により得られたものであり、曲線Ｌｎ（ｎ＝１〜５）は、感度解析用モデルに対する弾塑性有限変位解析により得られたものである。ちなみに、曲線Ｌ１〜Ｌ５は、着目部材α１〜α５に対応している。
【００３５】
本実施形態では、曲線Ｌ１〜Ｌ４に対応する着目部材α１〜α４を要注意部材β１〜β４として選定する。要注意部材β１〜β４は、点検対象部材の「二次候補」である。
【００３６】
なお、判定ステップを、解析用コンピュータＣに実行させてもよい。すなわち、演算処理手段２を、前記した判定手順を実行する判定手段として機能させてもよい。この場合、演算処理手段２は、感度解析ステップで得られた終局荷重Ｐｎおよび準備ステップで得られた終局荷重Ｐ０を結果ファイル１７の中から抽出する処理、終局荷重Ｐ０，Ｐｎに基づいて終局荷重の減少率ΔＰを演算する処理、減少率ΔＰが基準減少率ΔＰ０以上であるか否か判定する処理などを実行し、減少率ΔＰが基準減少率ΔＰ０以上であると判定した場合には、着目部材αに関するデータに「要注意部材である」旨の情報を付加し、結果ファイル１７に書き込む。
【００３７】
要注意部材βを選定したならば、ステップＳ８に進み、擬似経年解析ステップにおいて要注意部材βに適用すべき断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを設定する。すなわち、各要注意部材βに適用すべき断面欠損の進行パターンを設定する。本実施形態では、複数の進行パターンが欠損パターン規定ファイル１６に格納されていて、オペレータが進行パターンを指定すると、欠損パターン規定ファイル１６の中から当該進行パターンに対応する断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍが抽出される。なお、図６に示すように、断面欠損の進行パターンは、時間の経過ととともに断面欠損が進行していく（断面欠損率が大きくなる）様子を模擬したものである。進行パターンＡは、断面欠損率が時間経過と比例関係にある場合を規定したものであり、進行パターンＢは、時間経過とともに断面欠損率の増加率が増大する場合を規定したものである。なお、図６では、二つの進行パターンＡ，Ｂを例示しているが、進行パターンを限定する趣旨ではない。断面欠損の進行パターンは、環境や使用材質によって異なるので、状況に応じて適宜設定すればよい。
【００３８】
擬似経年解析ステップは、通常の使用状態（設計荷重が作用した状態）で要注意部材βの断面欠損が徐々に進行していく様子を模擬するために行われるステップであり、断面欠損の進展状況を考慮できるように、要注意部材βの断面欠損率を変更して複数回繰り返される（ステップＳ９〜Ｓ１２）。なお、本実施形態では、橋梁の自重と橋梁を通行する車両の重量との合計値を設計荷重としている。
【００３９】
擬似経年解析ステップでは、まず、判定ステップで選定された要注意部材βに断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成する（ステップＳ９）。経年解析用モデルを作成する際には、基本モデルを利用するとよい。この場合には、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータを読み出し、要注意部材βの断面欠損率が所定の大きさ（一回目の擬似経年解析ステップでは、Ｋ１）になるように、要注意部材βを表現しているファイバー要素７において、複数のセルｆのうちの幾つかを消去すればよい。なお、感度解析用モデルを利用して経年解析モデルを作成しても勿論差し支えない。
【００４０】
入力手段３を介してオペレータの指示を入力することにより、経年解析用モデルを作成してもよいが、解析用コンピュータＣに作成させてもよい。この場合、解析モデル作成手段２１は、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータを読み出す処理、結果ファイル１７の中から要注意部材βに関するデータ（要注意部材βを構成しているファイバー要素等の要素番号など）と要注意部材βに適用すべき断面欠損率Ｋ１を読み出す処理、要注意部材βの断面欠損率が「Ｋ１」になるように要注意部材βを表現している複数のファイバー要素のうちの幾つかを消去する処理、修正された基本モデル（すなわち、経年解析用モデル）を経年解析用モデルファイル１５に書き込む処理などを実行する。
【００４１】
要注意部材βの断面欠損率を「Ｋ１」とした経年解析用モデルが作成されたならば、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、設計荷重作用時に経年解析用モデルにおいて発生する変位量を取得する（ステップＳ１０）。解析を行う際には、解析プログラム１２を起動し、解析用コンピュータＣを構造解析手段２２として機能させればよい。解析プログラム１２の起動後、オペレータが経年解析用モデルファイル１５を指定すると、構造解析手段２２によって、経年解析用モデルファイル１５の中から経年解析用モデルに関するデータが読み出され、経年解析用モデルに対して荷重増分法による弾塑性有限変位解析が実行される。なお、構造解析手段２２は、設計荷重に至る前に経年解析用モデルが不安定構造になったとき（すなわち、経年解析用モデルが終局状態に至ったとき）には、解析を終了するとともに、終了時点において経年解析用モデルに発生した変位量を結果ファイル１７に書き込む。
【００４２】
擬似経年解析ステップが終了したならば、ステップＳ１１に進み、擬似経年解析ステップの実行回数がｍ回に達したか否かを判定する。すなわち、ｍ種類の断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍにそれぞれついて弾塑性有限変位解析を行ったか否かを判定する。一回目の擬似経年解析ステップが終了した後は、「Ｎｏ」となるので、ステップＳ１２に進み、一回目で適用した断面欠損率Ｋ１を「Ｋ２」に変更したうえで、ステップＳ９，Ｓ１０を行う。なお、ステップＳ１１の処理を解析用コンピュータＣが行うように構成してもよい。
【００４３】
一の要注意部材β１に対してｍ種類の断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを適用して擬似経年解析ステップを実行したならば、ステップＳ１３に進み、擬似経年解析を行っていない他の要注意部材β２〜β４の有無を判定し、他の要注意部材β２〜β４が存在している場合には、要注意部材β２に断面欠損が発生したと仮定して、ステップＳ８〜Ｓ１１を実行し、その後、要注意部材β３，β４について、ステップＳ８〜Ｓ１１を実行する。なお、ステップＳ１３の処理を解析用コンピュータＣが行うように構成してもよい。
【００４４】
総ての要注意部材β１〜β４について、擬似経年解析ステップが終了したならば、点検対象部材決定ステップ（ステップＳ１４）に進み、点検対象部材を決定する。
【００４５】
例えば、要注意部材βに対してｍ種類の断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを適用して擬似経年解析ステップを実行した結果、或る断面欠損率において経年解析用モデルが終局状態に至った場合には、当該要注意部材βを点検対象部材として決定する。すなわち、「或る断面欠損率において経年解析用モデルが終局状態に至った」ということは、「通常の使用状態（設計荷重が作用した状態）であっても、要注意部材βの断面欠損率が或る大きさに達すると、橋梁が終局状態に至る虞がある」ことを意味するので、この要注意部材βを点検対象部材とする必要がある。
【００４６】
また、設計荷重作用時に経年解析用モデルにおいて発生する変位量と要注意部材βの断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍとの関係を取得し、或る断面欠損率を超えたときに変位量が急増すると判定された場合には、当該要注意部材βを、重点的に点検を行うべき点検対象部材として決定する。すなわち、「或る断面欠損率を超えたときに変位量が急増した」ということは、「要注意部材βの断面欠損率が或る大きさに達すると、橋梁の安全率が急に小さくなる」ことを意味するので、この要注意部材βを点検対象部材とする必要がある。
【００４７】
図７に示すグラフを参照して点検対象部材決定ステップをより具体的に説明する。図７に示すグラフは、要注意部材βに適用した「断面欠損率」を横軸とし、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央など）における設計荷重作用時の「変位」を縦軸としたグラフである。白丸は降伏状態、黒丸は終局状態に至ったことを示している。図７中の曲線Ｄ１〜Ｄ４は、それぞれ要注意部材β１〜β４に対応している。
【００４８】
例えば、曲線Ｄ１から明らかなように、要注意部材β１を断面欠損させた経年解析モデルにおいて要注意部材β１に断面欠損率Ｋｍ−１またはＫｍを設定すると、設計荷重に至る以前に、経年解析用モデルが終局状態に至るので、要注意部材β１は点検対象部材となる。
【００４９】
なお、或る断面欠損率において経年解析用モデルが終局状態に至った否かの判断を解析用コンピュータＣに実行させてもよい。
【００５０】
また、曲線Ｄ２から明らかなように、要注意部材β２を断面欠損させた経年解析モデルにおいて要注意部材β２に設定した断面欠損率が「Ｋｉ」を超えると、経年解析用モデルの変位量Ｙが急増するので、要注意部材β２は点検対象部材となる。
【００５１】
なお、変位量が急増しているか否かの判断を解析用コンピュータＣに実行させてもよい。この場合には、演算処理手段２に、或る断面欠損率を超える前における変位量の増加率Δｙａと或る断面欠損率を超えた後における変位量の増加率Δｙｂとを演算する処理、増加率Δｙｂを増加率Δｙａで除した値が閾値以上であるか否かを判定する処理を実行させればよい。閾値の大きさは適宜設定すればよい。
【００５２】
以上の手順により、本実施形態では、要注意部材β１，β２（すなわち、上弦材６１および下弦材６２）が点検対象部材として決定される。そして、点検対象部材が重点的かつ頻繁に点検されるように点検計画を立案すれば、多数の部材から構成される橋梁を効率的かつ的確に点検することが可能になる。
【００５３】
このように、二段階の解析（感度解析と擬似経年解析）を行う本実施形態に係る点検対象部材の決定方法によれば、橋梁を構成する複数の部材の中から、重点的に点検を行うべき点検対象部材を客観的に決定することが可能となり、ひいては、効率のよい点検計画を立案することが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｃ 解析用コンピュータ
１ 記憶手段
２ 演算処理手段
３ 入力手段
４ 表示手段
７ ファイバー要素
８ シェル要素
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の部材で構成される構造物において重点的に点検を行うべき部材を決定する点検対象部材の決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
橋梁やトンネルをはじめとする各種構造物に対する維持管理業務においては、近接目視による点検を行い、点検結果に基づいて補修計画等を立案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７７６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
腐食等による損傷箇所や損傷部位に対する点検業務において、点検対象が小規模な橋梁等であれば、比較的容易に隅々まで目視点検を行うことができるが、大規模な橋梁や特殊構造の橋梁が点検対象である場合には、点検箇所が膨大になってしまい、目視点検だけでも多大な費用と時間を要してしまう。また、現在の損傷状態だけでなく、今後の損傷の進展を予測する定量的に予測するのは困難である。重点的に点検を行うべき部材を客観的に把握できれば、効率よく点検を行うことが可能になるが、このような解析手法は未だ確立されていない。なお、「重点的に点検を行うべき部材」とは、構造物の終局状態に対して影響が大きい部材であること、かつその部材の損傷の進展が速いこと意味し、現時点の腐食し易い部材や劣化し易い部材であっても、構造物の終局状態に対して影響が小さく損傷があまり進展しない部材は、「重点的に点検を行うべき部材」には含まれない。
【０００５】
このような観点から、本発明は、重点的に点検を行うべき部材を客観的に決定することが可能な点検対象部材の決定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決する本発明に係る点検対象部材の決定方法は、複数の部材で構成される構造物を材料の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する点検対象部材の決定方法であって、前記構造物を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、前記着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成し、当該感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、前記感度解析用モデルにおける終局荷重を得る感度解析ステップと、前記感度解析ステップで得られた終局荷重と断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重とを対比することで、前記着目部材が前記構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する判定ステップと、前記要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成し、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う擬似経年解析ステップと、を含むものであり、第一の発明では、前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行い、或る断面欠損率において前記経年解析用モデルが終局状態に至った場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定することを特徴とし、第二の発明では、前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行うことで、設計荷重作用時に前記経年解析用モデルにおいて発生する変位量と前記要注意部材の断面欠損率との関係を取得し、或る断面欠損率を超えたときに前記変位量が急増する場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定することを特徴とする。
【０００７】
要するに本発明は、腐食等により生じる断面欠損を反映した構造解析用のモデルを使用して、構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材（すなわち、構造物の安全率を大きく低下させる虞のある部材）を把握するための感度解析を行うとともに、通常の使用状態（設計荷重が作用した状態）で要注意部材の断面欠損が徐々に進行していく様子を模擬した擬似経年解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する、というものである。なお、擬似経年解析は、断面欠損の進展状況を考慮し、要注意部材の断面欠損率を変更して複数回行う。二段階の解析（感度解析と擬似経年解析）を行う本発明によれば、重点的に点検を行うべき点検対象部材を客観的に決定することが可能となる。
【０００８】
本発明においては、ファイバー要素の集合体（ファイバーモデル）またはシェル要素の集合体（シェルモデル）にて着目部材をモデル化することが好ましい。
【０００９】
なお、ファイバー要素およびシェル要素では、部材断面を複数の断面に分割し、各々の分割要素（セル）に応力−ひずみ関係と分担面積を与えることで材料の非線形性を表現する。ファイバーモデルまたはシェルモデルによれば、部材に生じる断面欠損を容易に評価することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、重点的に点検を行うべき点検対象部材を客観的に把握することが可能になるので、効率のよい点検計画を立案することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る点検対象部材の決定方法を実施する際に使用する解析用コンピュータを示す機能ブロック図である。
【図２】（ａ）は構造物の一例を示す側面図、（ｂ）はファイバーモデルを説明するための模式図、（ｃ）はシェルモデルを説明するための模式図である。
【図３】（ａ）はファイバー要素を説明するための模式図、（ｂ）はシェル要素を説明するための模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係る点検対象部材の決定方法の手順を示すフローチャートである。
【図５】感度解析ステップで得られるデータの内容を説明するためのグラフである。
【図６】断面欠損の進行パターンを示すグラフである。
【図７】擬似経年解析ステップで得られるデータの内容を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態に係る点検対象部材の決定方法は、複数の部材で構成される橋梁を対象とするものであり、材料の非線形性を考慮可能な要素で橋梁をモデル化して構造解析（数値解析）用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する、というものである。なお、本実施形態では、鋼製トラスと鋼製床版とを具備する鋼構造の橋梁を例示するが、構造物の種類や使用材料等を限定する趣旨ではない。
【００１３】
モデルの作成および弾塑性有限変位解析は、図１に示す解析用コンピュータＣを利用して実行する。
【００１４】
解析用コンピュータＣは、記憶手段１と、演算処理手段２と、入力手段３と、表示手段４と、これらを互いに接続するバス線５とを少なくとも備えて構成されている。
【００１５】
記憶手段１は、各種プログラムやデータを記憶するものであり、主記憶装置（例えば、ＤＲＡＭなど）と、補助記憶装置（例えば、書き込み可能な不揮発性の半導体メモリ（フラッシュメモリ）、磁気ディスクドライブ、光学ディスクドライブなど）とを含んで構成されている。記憶手段１には、構造解析用のモデルを作成する際に起動されるエディタプログラム１１や弾塑性有限変位解析を行う際に起動される解析プログラム１２のほか、基本モデルファイル１３、感度解析用モデルファイル１４、経年解析用モデルファイル１５、欠損パターン規定ファイル１６、結果ファイル１７などが記憶される。
【００１６】
演算処理手段２は、演算処理を行うＭＰＵ（マイクロプロセッサ）などを含んで構成されていて、記憶手段１からエディタプログラム１１を読み出して実行すると、解析モデル作成手段２１として機能し、記憶手段１から解析プログラム１２を読み出して実行すると、構造解析手段２２として機能する。
【００１７】
解析モデル作成手段２１は、構造解析用のモデルを作成する際に使用される。作成されたモデルに関するデータは、基本モデルファイル１３、感度解析用モデルファイル１４または経年解析用モデルファイル１５に格納される。なお、基本モデルファイル１３に格納されるモデルは、部材に断面欠損が発生していない状態の橋梁をモデル化して得たものであり、感度解析用モデルファイル１４および経年解析用モデルファイル１５に格納されるモデルは、一の部材に断面欠損が発生した状態の橋梁をモデル化して得たものである。
【００１８】
構造解析手段２２は、モデルファイル１３〜１５の中からモデルに関するデータを読み出し、読み出したモデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、得られた解析結果（例えば、モデルに作用させた載荷荷重と各要素に発生した応力・変位量との関係など）を結果ファイル１７に書き込む。
【００１９】
入力手段３は、モデルの作成や弾塑性有限変位解析に必要なデータ（例えば、部材の諸元、断面欠損率、載荷荷重、荷重増分量、境界条件など）を演算処理手段２に入力するためのものであり、キーボードやマウス等から構成されている。入力手段３を利用して解析用コンピュータＣに入力されたデータは、記憶手段１に一旦記憶された後、演算処理手段２に出力される。
【００２０】
表示手段４は、入力手段３によるデータ入力を補助するための入力フォーム、記憶手段１に記憶された各種ファイル１３〜１７の内容、演算結果を表す図表などを表示するものであり、ディスプレイ装置からなる。
【００２１】
ここで、本実施形態において使用する構造解析用のモデルを説明する。
本実施形態においては、図２の（ｂ）に示すように、長手方向（部材軸方向）に連設された複数のファイバー要素７，７，…の集合体（以下、「ファイバーモデル」という場合がある。）にて鋼製トラスを構成する上弦材６１をモデル化し、図２の（ｃ）に示すように、縦横に連設された複数の積層型シェル要素８，８，…の集合体（以下、「シェルモデル」という場合がある。）にて鋼製床版６５をモデル化する。なお、図示は省略するが、鋼製トラスを構成する下弦材６２、斜材６３および鉛直材６４もファイバーモデルにてモデル化する。
【００２２】
ファイバー要素７は、「平面保持の仮定」および「平面不変の仮定」に基づいて形成された梁要素（一次元要素）の一種であり、材料の非線形性を考慮することができる。図３の（ａ）に示すように、例えば断面箱型の上弦材６１の長手方向（部材軸方向）の一部をファイバー要素７でモデル化する場合には、ファイバー要素７に対応する領域（上限材６１の一部）を複数の棒状領域（セル）ｆ，ｆ，…に分割し、各セルｆの適所に設けた積分点に「応力−ひずみ関係」と「分担面積」とを与えればよい。ちなみに、上弦材６１に発生した「断面欠損」を評価する場合には、ファイバー要素７において、欠損位置に対応するセルｆ’を消去すればよい。すなわち、部材厚を小さくした解析モデルを作成すればよい。なお、部材厚を小さくせずに、セルｆ’の分担面積を「ゼロ」に設定するか、あるいは、セルｆ’の剛性を「ゼロ」に設定することで、断面欠損を評価してもよい。
【００２３】
また、シェル要素８は、「変形の間、板厚が変化しない」、「中立面に垂直な応力はゼロとし、面内は平面応力状態である」、「時刻０で中立面に垂直であった法線は、時間とともに変化し直線を保つが、必ずしも中立面に垂直である必要はない（すなわち、面外せん断変形を許す）」との仮定に基づいて形成された板要素（二次元要素）の一種であり、材料の非線形性を考慮することができる。図３の（ｂ）に示すように、例えば鋼製床版６５をシェル要素８でモデル化する場合には、シェル要素８に対応する領域（鋼製床版６５の一部）を複数の板状領域（セル）ｓ，ｓ，…に分割し、各セルｓの適所に設けた積分点に「応力−ひずみ関係」と「分担面積」とを与えればよい。ちなみに、鋼製床版６５に発生した「断面欠損」を評価する場合には、シェル要素８において、欠損位置に対応するセルｓ’を消去すればよい。なお、セルｓ’の分担面積を「ゼロ」に設定するか、セルｓ’の剛性を「ゼロ」に設定することで、断面欠損を評価してもよい。
【００２４】
次に、本実施形態に係る点検対象部材の決定方法の具体的な手順を詳細に説明する。
図４に示すように、本実施形態に係る点検対象部材の決定方法は、準備ステップと、感度解析ステップと、判定ステップと、擬似経年解析ステップと、点検対象部材決定ステップとを含むものである。
【００２５】
準備ステップは、竣工時点または現時点における橋梁の終局耐力等を調査するために行われる。準備ステップでは、まず、橋梁を構成する部材に断面欠損が無いと仮定して、構造解析用のモデル（以下、「基本モデル」という。）を作成する（ステップＳ１）。基本モデルを作成する際には、図１に示すエディタプログラム１１を起動する。エディタプログラム１１を起動すると、解析用コンピュータＣが解析モデル作成手段２１として機能し、表示手段４にエディタ画面等が表示されるようになる。オペレータの操作により入力手段３を介して橋梁に関するデータ（部材の形状、座標、要素の種類、要素の分割数、要素に割り当てる応力−ひずみ関数など）を解析用コンピュータＣに入力すると、解析モデル作成手段２１によって、弾塑性有限変位解析に適した形式のデータが作成される。作成した基本モデルに関するデータは、基本モデルファイル１３に格納される。
【００２６】
基本モデルが作成されたならば、基本モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、基本モデルの終局荷重（すなわち、各部材に断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重）を演算する（ステップＳ２）。解析を行う際には、解析プログラム１２を起動し、解析用コンピュータＣを構造解析手段２２として機能させればよい。解析プログラム１２の起動後、オペレータの操作により基本モデルファイル１３を指定すると、構造解析手段２２によって、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータが読み出され、基本モデルに対して荷重増分法による弾塑性有限変位解析が実行される。構造解析手段２２は、基本モデルが不安定構造になったときに、「基本モデルが終局状態に至った」と判定し、そのときの載荷荷重を終局荷重として結果ファイル１７に書き込む。なお、或る部材に破断や座屈が発生したとしても、不安定構造に至らない場合があるので、本実施形態では、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央や支承部分など）に対応するファイバー要素またはシェル要素の変位量（節点の変位量）が収束しない状態を、「基本モデルの終局状態」とする。
【００２７】
感度解析ステップは、一の部材の断面欠損が橋梁の終局状態（終局耐力）に与える影響を調査するために行われる。感度解析ステップでは、橋梁を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材として選定したうえで（ステップＳ３）、当該着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成する（ステップＳ４）。
【００２８】
着目部材は、一つでもよいが、点検対象部材の「一次候補」であるから、多くの部材を着目部材として選定することが望ましい。二以上の部材を着目部材として選定した場合には、着目部材ごとに感度解析ステップを実行する。なお、本実施形態では、五つの部材（図２の（ａ）に示す上弦材６１、下弦材６２、斜材６３、鉛直材６４、鋼製床版６５）を着目部材α１〜α５として選定する。着目部材α１〜α５を区別しない場合には、添え字を省略する。
【００２９】
着目部材αの断面欠損率の大きさは、適宜設定すればよいが、着目部材に関わらず同じ値（本実施形態では５０％）に設定している。なお、感度解析用モデルを作成する際には、基本モデルを利用するとよい。この場合には、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータを読み出し、着目部材αの断面欠損率が所定の大きさ（本実施形態では５０％）になるように、着目部材αを表現しているファイバー要素７またはシェル要素８において、複数のセルｆまたはセルｓのうちの幾つかを消去すればよい。
【００３０】
感度解析用モデルが作成されたならば、感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、感度解析用モデルの終局荷重（すなわち、着目部材αに断面欠損が有ると仮定した場合の終局荷重）を取得する（ステップＳ５）。解析を行う際には、解析プログラム１２を起動し、解析用コンピュータＣを構造解析手段２２として機能させればよい。解析プログラム１２の起動後、オペレータの操作により感度解析用モデルファイル１４を指定すると、構造解析手段２２によって、感度解析用モデルファイル１４の中から感度解析用モデルに関するデータが読み出され、感度解析用モデルに対して荷重増分法による弾塑性有限変位解析が実行される。構造解析手段２２は、感度解析用モデルが不安定構造になったときに、「感度解析用モデルが終局状態に至った」と判定し、そのときの載荷荷重を終局荷重として結果ファイル１７に書き込む。本実施形態では、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央や支承部分など）に対応するファイバー要素またはシェル要素の変位量（節点の変位量）が収束しない状態を、「感度解析用モデルの終局状態」とする。
【００３１】
なお、橋梁の終局耐力に大きな影響を与える部材が着目部材αとして選択された場合には、着目部材αに対応するファイバー要素またはシェル要素を中心に変形が進み、破断や座屈によって当該要素が不安定になると同時に感度解析用モデルも不安定構造になるので、それ以降の解析は行われない。一方、橋梁の終局耐力にさほど影響を与えない部材が着目部材αとして選択された場合には、着目部材αに対応するファイバー要素またはシェル要素が不安定になったとしても、感度解析用モデルが不安定構造にならない場合がある。この場合には、感度解析用モデルの重要箇所が終局状態に至るまで引き続き解析が行われる。
【００３２】
ステップＳ３で選定した着目部材αについて感度解析ステップを実行したならば、感度解析ステップを行っていない他の着目部材αの有無を判定し（ステップＳ６）、他の着目部材αが存在している場合には、感度解析ステップ（ステップＳ３〜Ｓ５）を実行する。すなわち、点検対象部材の候補である着目部材αがｎ個存在している場合には、断面欠損させるべき着目部材αを順次変更して、感度解析ステップをｎ回行えばよい。
【００３３】
判定ステップでは、感度解析ステップで得られた終局荷重（感度解析用モデルの終局荷重）Ｐｎと、準備ステップで得られた終局荷重（基本モデルの終局荷重）Ｐ０とを対比することで、着目部材αが橋梁の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材βであるか否かを判定する（ステップＳ７）。要注意部材βであるか否かの判断は、オペレータが行う。
【００３４】
判定方法に制限はないが、影響度の高い着目部材αに断面欠損が生じた場合ほど、終局荷重Ｐｎが低下する傾向にあるので、例えば、終局荷重の減少率ΔＰ（＝（１−Ｐｎ／Ｐ０）×１００）を算出し、減少率ΔＰが予め規定した基準減少率ΔＰ０以上である場合に、着目部材αを要注意部材βとして抽出するとよい。なお、図５に示すグラフは、準備ステップおよび感度解析ステップで得られた解析結果を示すグラフであって、「載荷荷重」を縦軸とし、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央など）に対応する要素における「変位」を横軸としたものである。白丸は降伏状態に至ったときの載荷荷重と変位との関係をプロットしたものであり、黒丸は終局状態に至ったときの載荷荷重（＝終局荷重）と変位との関係をプロットしたものである。図５中の曲線Ｌ０は、基本モデルに対する弾塑性有限変位解析により得られたものであり、曲線Ｌｎ（ｎ＝１〜５）は、感度解析用モデルに対する弾塑性有限変位解析により得られたものである。ちなみに、曲線Ｌ１〜Ｌ５は、着目部材α１〜α５に対応している。
【００３５】
本実施形態では、曲線Ｌ１〜Ｌ４に対応する着目部材α１〜α４を要注意部材β１〜β４として選定する。要注意部材β１〜β４は、点検対象部材の「二次候補」である。
【００３６】
なお、判定ステップを、解析用コンピュータＣに実行させてもよい。すなわち、演算処理手段２を、前記した判定手順を実行する判定手段として機能させてもよい。この場合、演算処理手段２は、感度解析ステップで得られた終局荷重Ｐｎおよび準備ステップで得られた終局荷重Ｐ０を結果ファイル１７の中から抽出する処理、終局荷重Ｐ０，Ｐｎに基づいて終局荷重の減少率ΔＰを演算する処理、減少率ΔＰが基準減少率ΔＰ０以上であるか否か判定する処理などを実行し、減少率ΔＰが基準減少率ΔＰ０以上であると判定した場合には、着目部材αに関するデータに「要注意部材である」旨の情報を付加し、結果ファイル１７に書き込む。
【００３７】
要注意部材βを選定したならば、ステップＳ８に進み、擬似経年解析ステップにおいて要注意部材βに適用すべき断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを設定する。すなわち、各要注意部材βに適用すべき断面欠損の進行パターンを設定する。本実施形態では、複数の進行パターンが欠損パターン規定ファイル１６に格納されていて、オペレータが進行パターンを指定すると、欠損パターン規定ファイル１６の中から当該進行パターンに対応する断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍが抽出される。なお、図６に示すように、断面欠損の進行パターンは、時間の経過ととともに断面欠損が進行していく（断面欠損率が大きくなる）様子を模擬したものである。進行パターンＡは、断面欠損率が時間経過と比例関係にある場合を規定したものであり、進行パターンＢは、時間経過とともに断面欠損率の増加率が増大する場合を規定したものである。なお、図６では、二つの進行パターンＡ，Ｂを例示しているが、進行パターンを限定する趣旨ではない。断面欠損の進行パターンは、環境や使用材質によって異なるので、状況に応じて適宜設定すればよい。
【００３８】
擬似経年解析ステップは、通常の使用状態（設計荷重が作用した状態）で要注意部材βの断面欠損が徐々に進行していく様子を模擬するために行われるステップであり、断面欠損の進展状況を考慮できるように、要注意部材βの断面欠損率を変更して複数回繰り返される（ステップＳ９〜Ｓ１２）。なお、本実施形態では、橋梁の自重と橋梁を通行する車両の重量との合計値を設計荷重としている。
【００３９】
擬似経年解析ステップでは、まず、判定ステップで選定された要注意部材βに断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成する（ステップＳ９）。経年解析用モデルを作成する際には、基本モデルを利用するとよい。この場合には、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータを読み出し、要注意部材βの断面欠損率が所定の大きさ（一回目の擬似経年解析ステップでは、Ｋ１）になるように、要注意部材βを表現しているファイバー要素７において、複数のセルｆのうちの幾つかを消去すればよい。なお、感度解析用モデルを利用して経年解析モデルを作成しても勿論差し支えない。
【００４０】
入力手段３を介してオペレータの指示を入力することにより、経年解析用モデルを作成してもよいが、解析用コンピュータＣに作成させてもよい。この場合、解析モデル作成手段２１は、基本モデルファイル１３の中から基本モデルに関するデータを読み出す処理、結果ファイル１７の中から要注意部材βに関するデータ（要注意部材βを構成しているファイバー要素等の要素番号など）と要注意部材βに適用すべき断面欠損率Ｋ１を読み出す処理、要注意部材βの断面欠損率が「Ｋ１」になるように要注意部材βを表現している複数のファイバー要素のうちの幾つかを消去する処理、修正された基本モデル（すなわち、経年解析用モデル）を経年解析用モデルファイル１５に書き込む処理などを実行する。
【００４１】
要注意部材βの断面欠損率を「Ｋ１」とした経年解析用モデルが作成されたならば、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行い、設計荷重作用時に経年解析用モデルにおいて発生する変位量を取得する（ステップＳ１０）。解析を行う際には、解析プログラム１２を起動し、解析用コンピュータＣを構造解析手段２２として機能させればよい。解析プログラム１２の起動後、オペレータが経年解析用モデルファイル１５を指定すると、構造解析手段２２によって、経年解析用モデルファイル１５の中から経年解析用モデルに関するデータが読み出され、経年解析用モデルに対して荷重増分法による弾塑性有限変位解析が実行される。なお、構造解析手段２２は、設計荷重に至る前に経年解析用モデルが不安定構造になったとき（すなわち、経年解析用モデルが終局状態に至ったとき）には、解析を終了するとともに、終了時点において経年解析用モデルに発生した変位量を結果ファイル１７に書き込む。
【００４２】
擬似経年解析ステップが終了したならば、ステップＳ１１に進み、擬似経年解析ステップの実行回数がｍ回に達したか否かを判定する。すなわち、ｍ種類の断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍにそれぞれついて弾塑性有限変位解析を行ったか否かを判定する。一回目の擬似経年解析ステップが終了した後は、「Ｎｏ」となるので、ステップＳ１２に進み、一回目で適用した断面欠損率Ｋ１を「Ｋ２」に変更したうえで、ステップＳ９，Ｓ１０を行う。なお、ステップＳ１１の処理を解析用コンピュータＣが行うように構成してもよい。
【００４３】
一の要注意部材β１に対してｍ種類の断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを適用して擬似経年解析ステップを実行したならば、ステップＳ１３に進み、擬似経年解析を行っていない他の要注意部材β２〜β４の有無を判定し、他の要注意部材β２〜β４が存在している場合には、要注意部材β２に断面欠損が発生したと仮定して、ステップＳ８〜Ｓ１１を実行し、その後、要注意部材β３，β４について、ステップＳ８〜Ｓ１１を実行する。なお、ステップＳ１３の処理を解析用コンピュータＣが行うように構成してもよい。
【００４４】
総ての要注意部材β１〜β４について、擬似経年解析ステップが終了したならば、点検対象部材決定ステップ（ステップＳ１４）に進み、点検対象部材を決定する。
【００４５】
例えば、要注意部材βに対してｍ種類の断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍを適用して擬似経年解析ステップを実行した結果、或る断面欠損率において経年解析用モデルが終局状態に至った場合には、当該要注意部材βを点検対象部材として決定する。すなわち、「或る断面欠損率において経年解析用モデルが終局状態に至った」ということは、「通常の使用状態（設計荷重が作用した状態）であっても、要注意部材βの断面欠損率が或る大きさに達すると、橋梁が終局状態に至る虞がある」ことを意味するので、この要注意部材βを点検対象部材とする必要がある。
【００４６】
また、設計荷重作用時に経年解析用モデルにおいて発生する変位量と要注意部材βの断面欠損率Ｋ１，Ｋ２，…，Ｋｍとの関係を取得し、或る断面欠損率を超えたときに変位量が急増すると判定された場合には、当該要注意部材βを、重点的に点検を行うべき点検対象部材として決定する。すなわち、「或る断面欠損率を超えたときに変位量が急増した」ということは、「要注意部材βの断面欠損率が或る大きさに達すると、橋梁の安全率が急に小さくなる」ことを意味するので、この要注意部材βを点検対象部材とする必要がある。
【００４７】
図７に示すグラフを参照して点検対象部材決定ステップをより具体的に説明する。図７に示すグラフは、要注意部材βに適用した「断面欠損率」を横軸とし、橋梁の重要箇所（例えば、スパン中央など）における設計荷重作用時の「変位」を縦軸としたグラフである。白丸は降伏状態、黒丸は終局状態に至ったことを示している。図７中の曲線Ｄ１〜Ｄ４は、それぞれ要注意部材β１〜β４に対応している。
【００４８】
例えば、曲線Ｄ１から明らかなように、要注意部材β１を断面欠損させた経年解析モデルにおいて要注意部材β１に断面欠損率Ｋｍ−１またはＫｍを設定すると、設計荷重に至る以前に、経年解析用モデルが終局状態に至るので、要注意部材β１は点検対象部材となる。
【００４９】
なお、或る断面欠損率において経年解析用モデルが終局状態に至った否かの判断を解析用コンピュータＣに実行させてもよい。
【００５０】
また、曲線Ｄ２から明らかなように、要注意部材β２を断面欠損させた経年解析モデルにおいて要注意部材β２に設定した断面欠損率が「Ｋｉ」を超えると、経年解析用モデルの変位量Ｙが急増するので、要注意部材β２は点検対象部材となる。
【００５１】
なお、変位量が急増しているか否かの判断を解析用コンピュータＣに実行させてもよい。この場合には、演算処理手段２に、或る断面欠損率を超える前における変位量の増加率Δｙａと或る断面欠損率を超えた後における変位量の増加率Δｙｂとを演算する処理、増加率Δｙｂを増加率Δｙａで除した値が閾値以上であるか否かを判定する処理を実行させればよい。閾値の大きさは適宜設定すればよい。
【００５２】
以上の手順により、本実施形態では、要注意部材β１，β２（すなわち、上弦材６１および下弦材６２）が点検対象部材として決定される。そして、点検対象部材が重点的かつ頻繁に点検されるように点検計画を立案すれば、多数の部材から構成される橋梁を効率的かつ的確に点検することが可能になる。
【００５３】
このように、二段階の解析（感度解析と擬似経年解析）を行う本実施形態に係る点検対象部材の決定方法によれば、橋梁を構成する複数の部材の中から、重点的に点検を行うべき点検対象部材を客観的に決定することが可能となり、ひいては、効率のよい点検計画を立案することが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｃ 解析用コンピュータ
１ 記憶手段
２ 演算処理手段
３ 入力手段
４ 表示手段
７ ファイバー要素
８ シェル要素
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の部材で構成される構造物を材料の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する点検対象部材の決定方法であって、
前記構造物を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、前記着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成し、当該感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、前記感度解析用モデルにおける終局荷重を得る感度解析ステップと、
前記感度解析ステップで得られた終局荷重と断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重とを対比することで、前記着目部材が前記構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する判定ステップと、
前記要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成し、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う擬似経年解析ステップと、を含み、
前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行い、或る断面欠損率において前記経年解析用モデルが終局状態に至った場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定する、ことを特徴とする点検対象部材の決定方法。
【請求項２】
複数の部材で構成される構造物を材料の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する点検対象部材の決定方法であって、
前記構造物を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、前記着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成し、当該感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、前記感度解析用モデルにおける終局荷重を得る感度解析ステップと、
前記感度解析ステップで得られた終局荷重と断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重とを対比することで、前記着目部材が前記構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する判定ステップと、
前記要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成し、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う擬似経年解析ステップと、を含み、
前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行うことで、設計荷重作用時に前記経年解析用モデルにおいて発生する変位量と前記要注意部材の断面欠損率との関係を取得し、或る断面欠損率を超えたときに前記変位量が急増する場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定する、ことを特徴とする点検対象部材の決定方法。
【請求項３】
前記着目部材を、ファイバー要素の集合体またはシェル要素の集合体にてモデル化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点検対象部材の決定方法。
【請求項１】
複数の部材で構成される構造物を材料の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する点検対象部材の決定方法であって、
前記構造物を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、前記着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成し、当該感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、前記感度解析用モデルにおける終局荷重を得る感度解析ステップと、
前記感度解析ステップで得られた終局荷重と断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重とを対比することで、前記着目部材が前記構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する判定ステップと、
前記要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成し、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う擬似経年解析ステップと、を含み、
前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行い、或る断面欠損率において前記経年解析用モデルが終局状態に至った場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定する、ことを特徴とする点検対象部材の決定方法。
【請求項２】
複数の部材で構成される構造物を材料の非線形性を考慮可能な要素でモデル化して構造解析用のモデルを作成し、当該モデルを使用して荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、重点的に点検を行うべき点検対象部材を決定する点検対象部材の決定方法であって、
前記構造物を構成する複数の部材のうちの一つを着目部材とし、前記着目部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した感度解析用モデルを作成し、当該感度解析用モデルが終局状態に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行うことで、前記感度解析用モデルにおける終局荷重を得る感度解析ステップと、
前記感度解析ステップで得られた終局荷重と断面欠損が無いと仮定した場合の終局荷重とを対比することで、前記着目部材が前記構造物の終局耐力に大きな影響を及ぼす虞のある要注意部材であるか否かを判定する判定ステップと、
前記要注意部材に断面欠損が発生したと仮定して、当該断面欠損を反映した経年解析用モデルを作成し、当該経年解析用モデルを使用して、設計荷重に至るまで荷重増分法による弾塑性有限変位解析を行う擬似経年解析ステップと、を含み、
前記要注意部材の断面欠損率を変更して前記擬似経年解析ステップを複数回行うことで、設計荷重作用時に前記経年解析用モデルにおいて発生する変位量と前記要注意部材の断面欠損率との関係を取得し、或る断面欠損率を超えたときに前記変位量が急増する場合に、前記要注意部材を点検対象部材として決定する、ことを特徴とする点検対象部材の決定方法。
【請求項３】
前記着目部材を、ファイバー要素の集合体またはシェル要素の集合体にてモデル化することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の点検対象部材の決定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−８０２１１（Ｐ２０１１−８０２１１Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３１７３６（Ｐ２００９−２３１７３６）
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（５９４０９４１２４）財団法人阪神高速道路管理技術センター (7)
【出願人】（５０９２７７６３７）株式会社耐震解析研究所 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（５９４０９４１２４）財団法人阪神高速道路管理技術センター (7)
【出願人】（５０９２７７６３７）株式会社耐震解析研究所 (2)
【Ｆターム（参考）】
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