Microsoft PowerPoint エルガード協会講習会.pptx

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あかりつまがみ
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1 材の初期値性能社会基盤施設 ( 構造物 ) のライフサイクルコンクリート構造物のライフサイクルマネジメントについて日本エルガード協会技術講習会 5< 札幌 > 5 年月日北海道大学大学院工学研究院うまくつながっていますか? 計画設計施工維持更新設計上の想定施工上の想定前提条件劣化しない前提条件廃棄の判断横田弘ライフサイクルマネジメントシナリオ Performance (Safety, Servceablty, etc.) 計画 Intal value 設計基本設計 / 構造計画供用設計 ( 耐久性設計 ) 性能照査シナリオ施工初期のレベル? Mnmum value 戦略 Tme Desgn servce lfe Performance (Safety, Servceablty, etc.) 性能確保のシナリオ? 機能的陳腐化将来の利用計画, 供用年数廃棄更新再利用維持管理性能評価予測シナリオ修正補修補強記録 Intal value Mnmum value Tme Desgn servce lfe 4 港湾の施設の維持管理を考慮した設計 ( 維持管理レベル ) 部LM の基本コンセプトは機能性能の確保 5 初期値部材の維持管理上の限界値要求性能上の限界値供用期間性能初期値部材の維持管理上の限界値要求性能上の限界値供用期間性能要求性能上の限界値 = 維持管理の限界値維持管理レベル Ⅰ 維持管理レベル Ⅱ 維持管理レベル Ⅲ 分類維持管理レベルⅠ ( 事前対策型 ) 維持管理レベルⅡ ( 予防保全型 ) 維持管理レベルⅢ ( 事後保全型 ) 損傷劣化に対する考え方高い水準の損傷劣化対策をあらかじめ行うことにより設計供用期間に要求性能が満たされなくなる状態に至らない範囲に損傷劣化を留める損傷劣化が軽微な段階で比較的小規模な対策を繰り返し行うことにより設計供用期間に要求性能が満たされなくなる状態に至らないように性能の低下を予防する要求性能が満たされる範囲内である程度の損傷劣化を許容し設計供用期間に ~ 回程度の大規模な対策を行うことにより損傷劣化に事後的に対処する供用期間設計と維持管理計画の両方で設計供用期間中にわたって要求性能を満足させる港湾の施設の技術上の基準同解説より目的機能要求性能性能規定性能照査機能 = 構造物の設置目的 ( 何のために整備するのか ) 要求性能 = 機能を実現するために必要な構造物の性質性能規定 = 性能を数値指標等で表したもの照査 = 性能保有の有無を計算行為等で客観的に証明する行為

2 ) 設計時における耐久性の照査 6 確率モデル法 7 基本方針構造物の形式, 諸元, 材料確率モデル確率モデル部分安全係数設計用の値みなし性能環境区分劣化防止方策環境区分抵抗性荷重 / 環境作用寸法等限界状態特性値部分安全係数設計マクロ式限界状態限界状態その他設計条件経験, 仕様設計限界状態その他設計条件防食システム維持段階維持管理計画 LMシナリオ構造物の施工耐久性の照査をパスすると, 設計供用期間中の劣化による性能の低下は生じない. 本当に大丈夫か? ISO 64: 破壊確率耐力 (KN) 5 4 平均肉厚最大肉厚最少 4 5 供用年数 S S S S4 4 5 供用年数 ( 年 ) L 破壊確率 S S S S4 4 5 供用年数 ( 年 ) L 部分安全係数法 8 塩化物イオン濃度の算定 (Fck の拡散則 ) 9 S d / S r. : 構造物係数 ( 余裕度 ) S d : 作用の設計用値 ( 作用係数, 構造解析係数 ) R d : 性能の設計用値 ( 材料係数, 部材係数 ) 標準的な部分安全係数を設計基準等で規定. 安全係数が確率的に定まっていないものもある. cl : 鋼材位置における塩化物イオン濃度の設計値 d のばらつきを考慮した安全係数 =. c. d d cl erf Dd t w D D d c k D l c : コンクリートの材料係数 =.~. 鉄筋腐食発生時期のばらつきと設計劣化防止方策塩化物イオン量供用年数塩化物イオンの拡散鉄筋腐食の発生と進行平均腐食発生年腐食発生限界濃度鉄筋位置での塩化物イオン量時間腐食発生時期の分布現行の耐久設計で得られる年数の目安塩化物イオン濃度を指標に予測可能設計での考え方と実際の乖離適切な劣化防止のための対策を付与することにより, 構造物の性能を低下させない. 劣化防止システムの耐用年数と信頼性施工の容易性と全数検査の可否実験室と現場とのギャップ信頼性に応じて耐用年数を設定することで方策の有効性を担保

3 塩害を抑制防止するためには劣化度の評価方法 ( 港湾構造物 ) 低 W/コンクリート ( 過去のみなし規定 ) 混和材混和剤混和剤かぶり高性能コンクリート (UF) 表面保護塗覆装含浸材耐食性鉄筋エポキシ樹脂塗装鉄筋ステンレス鉄筋電気防食 ( エルガード ) など対象施設直杭式横桟橋点検診断項目の分類上部工 ( 下面部 ) (Pの場合) Ⅰ 類劣化度 a b c d Ⅱ 類 Ⅱ 類上部工 ( 下面部 ) (Rの場合) 上部工 ( 上側面部 ) 点検診断の項目点検方法劣化度の判定基準点検診断における劣化度判定基準ひび割れがある ( 部材ごと ) 目視ひび割れの発生状況錆汁の発生状況 a 錆汁がある b --- c --- d 変状なしスラブ : 網目状のひび割れが部材表面の5% 以上あるかぶりの剥落がある錆汁が広範囲に発生している a はりハンチ : 幅 mm 以上の鉄筋軸方向のひび割れがあるかぶりの剥落がある劣化度の判定の基準 : 部材の状態部材の性能が著しく低下している状態部材の性能が低下している状態変状はあるが部材の性能の低下がほとんど認められない状態変状が認められない状態コンクリートの劣化損傷コンクリートの劣化損傷コンクリートの劣化損傷目視ひび割れの発生方向ひび割れの本数長さと幅かぶりの剥落状況錆汁の発生状況鉄筋の腐食状況目視ひび割れ剥離損傷鉄筋腐食劣化の兆候等錆汁が広範囲に発生しているスラブ : 網目状のひび割れが部材表面の5% 未満である錆汁が部分的に発生している b はりハンチ : 幅 mm 未満の鉄筋軸方向のひび割れがある錆汁が部分的に発生しているスラブ : 一方向のひび割れ若しくは帯状又は線状のゲル吐出析出物がある錆汁が点状に発生している c はりハンチ : 軸と直角な方向のひび割れのみがある錆汁が点状に発生している d 変状なし a 係船岸の性能を損なうような損傷がある幅 mm 以上のひび割れがある b 広範囲に亘り鉄筋が露出している幅 mm 未満のひび割れがある c 局所的に鉄筋が露出している d 変状なし性能低下度の評価方法 ( 港湾構造物 ) 4 海岸構造物の性能評価フロー 5 性能低下度 A B D 点検診断の項目の分類 Ⅰ 類 Ⅱ 類性能低下度の評価基準施設の性能が相当低下している状態施設の性能が低下している状態変状は認められるが施設の性能がほとんど低下していない状態変状は認められず施設の性能が十分に保持されている状態点検診断の項目ごとの性能低下度 A B D a が個から数 a または b が個の点検診断の個から数個の点 A B 項目があり施設検診断の項目があ D 以外の性能が相当低下り施設の性能が施設の性能低下度すべてd 各点検診断の項している状態低下している状態目の性能低下度 aが多数または aが数個またはのうち最も厳 a+bがほとん a+bが多数のしい評価結果をどの点検診断の点検診断の項目が A B すべて d 採用することを項目があり施設あり施設の性能 D 以外原則とするの性能が相当低下が低下している状している状態態 Ⅲ 類 - - D 以外すべて d ここで多数は概ね 8 割ほとんどは概ね 5 割と考えてよい国交省他 : 海岸保全施設維持管理マニュアル,4 性能の直接的な評価 6 変状限界は性能と結び付いているか 7 劣化進行対策実施期間変状進進行変状限界健全度 D B A 使用期間性能能低下余裕維持管理限界要求性能性能能低下潜伏期の終了性能限界性能低下耐荷力の低下防護性能の低下

4 高度で効率的な維持管理のために 8 劣化度と保有性能 ( 耐荷力 ) の関係 9 損傷劣化診断 ( コンクリート等の材料主体の診断 ).5 保有性能診断 ( 構造物の診断 ) 客観的な指標に基づく診断部位の診断から構造物全体の評価へリスク (Rsk) 影響度 (onsequence) 予測耐荷力力比..5. 大きなばらつき <. d c b a 劣化度加藤絵万他 : 土木学会論文集 E,67(), 性能にばらつきが生じる原因鉄筋腐食が耐力に与える影響 ) 劣化度判定基準が不十分性能に関係するすべての変状が対象となっていない ( マニュアルの限界 ) 鉄筋の腐食が常に表面の変状として現れるわけでない ) 変状が性能に与える影響の程度断面力の大きな個所と変状の発生個所が一致した場合とそうでない場合一様な変状と局所的な変状鉄筋の定着, 付着に与える影響 ) 点検者の技量主観的評価ぶれ終局局荷重比一様腐食局所的腐食鉄筋の平均質量減少率 (%) 極値統計解析による耐荷力の評価性能評価のレベルに応じたフロー umu ulatve 確率密度 probabl 度関数 lty F(x) den sty % ワイブル分布 9% 8% ( ( 極値統計 ) Fexp x ) N 7% m x 6% F Ⅲ( x) exp 5% 4% % Grade a % Grade b % Grade c % Load carryng 耐荷力比 capacty x rato 構造物の性能構造物の変状 ( 劣化 ) 調査点検目視詳細調査簡易調査劣化機構の推定損傷状態の把握ひび割れ幅などグレード ( 変状のランク ) 性能とグレードとの関連付けみなし性能規定材料力学特性値の取得材料特性, 劣化損傷状況付着特性など解析手法, 解析モデル, 材料構成則など数値解析評価変状 ( 劣化 ) の特定材料の特性値材料特性値の時間依存性作用, 材料特性応答値, 限界値, 安全係数設計式, 構造細目性能規定加藤絵万他 : 土木学会論文集 E,67(),

5 ( ) 海岸堤防に生じたひび割れ 4 海岸堤防に生じたひび割れ幅の確率密度関数 5 ひび割れ深さ (mm m) 相関係数 :.679 ひび割れ深さ (m mm) 相関係数 :.86 確率率密度 f(x) Gumbel 9.4 Gumbel Frechet e 8 Frechet. Webull. 7 Webull ひび割れ幅 (mm) ひび割れ幅 (mm) 頻度確率率密度 f(x) 頻度ひび割れ幅 (mm) ひび割れ幅胸壁厚さ (mm ) ひび割れの性能に与える影響評価 6 ひび割れのある場合の荷重 - 変形関係 7 rack element rack ひび割れ要素 elements ひび割れ本ひび割れ本 ss (mm ) Shear stre Dsplacement (mm) 単位 :mm (Unt n mm) m ) oad (N/mm (N/m ) 布荷重 strbuted lo ( nformly 等分布 ds Un rack depth mm 4mm 8mm mm 6mm mm y rack depth mm mm 4mm 6mm 8mm mm 変位 (mm) 予測 8 劣化事象のばらつき 9 点検調査劣化の進行予測変状のモデル化 ( 現有および将来 ) 性能評価 ( 現有および将来 ) s Ag/Agl) E (mv vs f. (cm /y) dffuson coe Apparent d mm Surface chlorde on content (kg/m ) コア (.4mm 径 ) 本からのデータ E=- I corr = R² =.46 R² =.. R² = (kg/m ) (kg/m ) (kg/m ) μa/cm ) I corr (μ (g/cm) R corr

6 ばらつきの寿命予測への影響マルコフモデルによる予測確率密度累積確率 4 6 腐食発生時期 ( 年 ) 累積密度劣化変状の進行の相違をばらつきとして評価してみる変状ランク遷移確率 P,+ P d,c P c,b P b,a d c b a -P d,c -P c,b -P b,a 変状ランクは前の状態に依存しないで独立に進行劣化や変状は,d c b a と徐々に進行最初は d, 最後は a 構造形式ごとの遷移率の分布対策推奨年の予測誤差度数重力式桟橋式矢板式 AVE=.8 AVE=.94 AVE=.8 母数 : 母数 :56 母数 :66 度数度数度数 5 年設定 DP=.5 設定 DP=. 8 年年累積 (%) 度数累積 ( %) 遷移率 P x 遷移率 P x 遷移率 P x 分布形状は, 正規分布に従わず小さい遷移率の度数が多い. 桟橋式の場合に劣化速度が速く, 重力式, 矢板式の場合はほぼ同等 ~5 年対策推奨年 ~7 年対策推奨年古谷宏一他 : 土木学会論文集 F4,67(4), サステナビリティを評価するつの視点 4 Lと NPV 5 L NPV r B r 環境側面 : 気候変動, 自然資源の消費, 環境汚染, 4 生物学多様性とエコシステム機能の喪失社会側面 : 健康と安全性, 満足度, 文化財,4 人口とコミュニティにおける影響経済側面 : 経済価値, 生産性 B : 時刻における便益 : 時刻におけるコスト r: 割引率

7 ライフサイクルコストから NPVへ 6 補修優先度の設定に関して 7 多くの制約条件と仮定の下で, 構造物の価値を評価するもの.L が低いほど望ましい選択肢である可能性が高い. 割引率を考慮した場合, 費用が遅く発生すればするほど,L は低下する. また, 割引率の値によって L の最適解が異なる. コストとして考慮する範囲が明確ではない. 施設の便益を直接考慮する NPV(Net Net Present Value; 純現在価値 ) の適用. NPV が高いほど望ましい選択である可能性が高い. ( 億円 ) NPV W W W W4 W5 9,9 竣工年構造形式桟橋桟橋桟橋桟橋桟橋水深 (m) 4 4 延長 (m),6部材数グループ 4 グループ 66 グループ d グループ 6.75 グループ.88 劣化度 c 部材比 b..5..,.5 a 遷移率.7 年間予算.7 (. 億円 ).5 便益 ( 億円 / 年 ) 谷拓歩他 : 土木学会論文集 F4,7(4),4 構造物の性能低下と要求性能 ( イメージ図 ) 8 海面水位上昇シナリオ 9 設計供用期間 Average from 8- 経過時間余寿命構造物物の性能要求性能の向上要求性能地球温暖化等による見直し劣化等による性能低下供用開始評価時点時間 SPM - IP Report lmate hange The Physcal Scence Bass 温度上昇による台風の強大化 4 維持管理における課題に対して 4 海水温度の上昇による影響 7 hpa Average of samples お金がない. 人材がいない. 人材を割けない. 点検はできるが, 合理的は判断ができない. 適切な補修方法がわからない. ( 工法は少ないが材料は沢山 ) 補修の効果がわからない. 効果が持続しない. J. Tsutsu, RIEPI Research Report V86, 9 制度はすぐには変わらないので選択と集中合理的な点検診断, 対策維持管理できないなら設計で対処技術者のレベルアップ

Microsoft PowerPoint - 01_内田先生.pptx

Microsoft PowerPoint - 01_内田先生.pptx 平成 24 年度 SCOPE 研究開発助成成果報告会 ( 平成 22 年度採択 ) 塩害劣化した RC スラブの一例非破壊評価を援用した港湾コンクリート構造物の塩害劣化予測手法の開発かぶりコンクリートのはく落大阪大学大学院鎌田敏郎佐賀大学大学院内田慎哉の腐食によりコンクリート表面に発生したひび割れ ( 腐食ひび割れ ) コンクリート構造物の合理的な維持管理 ( 理想 ) 開発した手法点検