目次 1. 事業の目的 背景 1 2. 事業内容 3 3. 体制 4 4. 評価試験の概要 5 5. 試験日時 場所 6 6. 試験手順 6 7. 試験結果 ( 計測結果 ) 9 8. 試験結果の耐震性評価 試験結果のまとめ 考察 50

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1 経済産業省商務流通保安グループガス安全室御中 平成 26 年度ガス工作物設置基準調査委託事業 ( 異種管継手の技術基準適合試験調査 ) 事業報告書 平成 27 年 2 月 25 日 一般社団法人日本ガス協会

2 目次 1. 事業の目的 背景 1 2. 事業内容 3 3. 体制 4 4. 評価試験の概要 5 5. 試験日時 場所 6 6. 試験手順 6 7. 試験結果 ( 計測結果 ) 9 8. 試験結果の耐震性評価 試験結果のまとめ 考察 50

3 1. 事業の目的 背景ガス事業法に基づくガス工作物の技術基準等については これまで技術の進歩や事故等に起因する保安上の重要課題に対して 見直しを図ってきた 本事業は 新たに導入されるガス工作物の技術基準等について 適切な安全性評価や見直しを図るための評価 検討を行うものである 日本は地震多発国であり 先般の東北地方太平洋沖地震をはじめ これまでも幾多の大地震によりガス導管等に被害が発生したものの 関係者の連携によりガスの早期復旧を図ってきたところである しかしながら ガス導管の復旧 ( 接合 ) に当たっては 導管の管種 ( 材質 ) 及び口径に応じた専用の継手が必要となること 導管修理に使用する継手の種類や修理パターンが非常に多くその特定に時間がかかること また 掘削による管種確認 継手の在庫確認 急な増産対応及び接合作業などの各行程で多大な時間がかかること等から ガスの早期復旧の障害の1つとなっていた 一方 海外のガス事業者においては 同一呼び径であれば様々な管種 外径や地盤変位により位置ずれしたガス導管を接合できる継手 ( 以下 異種管継手 という ) を使用している例があることが判明し これを国内でも活用できれば早期復旧に寄与することが期待できるため 平成 23 年度のガス工作物設置基準調査委託事業において国内での適用に向け調査を実施し 平成 25 年度の同委託事業では異種管継手が耐震性の技術基準を満足するレベルかどうか評価試験を行った その結果 地盤変異吸収能力について 曲げ試験については 良好な結果が得られたものの引っ張り試験に関しては口径や継手の種別により結果が異なったことから 更なる検討評価が必要との結論が得られた これを受けて 今年度は 接合する直管の材質を変えて試験を行い 鋼管以外と接合した場合の地盤変異吸収能力を算定し 耐震性に関する技術基準への適合性を確認することとなった ( 参考 1) 地震時の一都市ガスの復旧状況 過去に発生した大規模地震において 都市ガスの復旧には下表の日数を要しており 各地震における 検討会 ( 昭和 54 年 ガス事業大都市対策調査会 平成 5 年 ガス地震対策調査会 平成 7 年 ガス地震 対策検討会 平成 16 年 新潟県中越地震ガス地震対策調査検討会 平成 19 年 新潟県中越沖地震に おける都市ガス事業 施設に関する検討会 ) において 早急復旧に対する検討 ( 技術開発 資機材調達 ) について提言がなされている また 平成 23 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震における 災害対策ワーキンググループ の検討においても 更なる早期復旧に関して言及されている 発生年月 地 震 供給停止件数 復旧日数 昭和 53 年 6 月 宮城県沖地震 約 151,000 戸 28 日間 平成 5 年 1 月 釧路沖地震 約 9,300 戸 23 日間 平成 5 年 7 月 北海道南西沖地震 約 1,400 戸 8 日間 平成 7 年 1 月 兵庫県南部地震 約 857,000 戸 94 日間 平成 16 年 10 月 新潟県中越地震 約 56,800 戸 39 日間 平成 19 年 7 月 新潟県中越沖地震 約 34,000 戸 42 日間 平成 23 年 3 月 東北地方太平洋沖地震 約 460,000 戸 54 日間 - 1 -

4 ( 参考 2) 過去の地震における低圧ガス導管 ( 本支管 供内管 ) の被害箇所数 発生年月 地 震 被害箇所数 平成 7 年 1 月 兵庫県南部地震 約 27,000 平成 16 年 10 月 新潟県中越地震 約 3,000 平成 19 年 7 月 新潟県中越沖地震 約 3,000 平成 23 年 3 月 東北地方太平洋沖地震 約 8,000 ( 参考 3) 現在日本で適用されている主な材料 管種 口径 被覆 接合方法 1 鋼 白 黒 ねじ 2 溶接 3 ASJ ねじ 4 VC( 塩化ビニル被覆 ) ねじ 5 SE メカニカル 6 キーロン ( 硬質塩化ビニル被覆 ) ねじ 7 1 層 PL ねじ 8 溶接 9 2 層 PL ねじ 10 溶接 11 その他 その他 12 ねずみ鋳鉄 ミリ管 印籠型 13 ガス型 14 インチ管 印籠型 15 ガス型 16 ダクタイル鋳鉄 ミリ管 ガス型 17 GM 18 TM 19 その他 20 ポリエチレン 1 号管 MMS 方式 21 1 号 U 管 IG 方式 22 2 号管 HM 方式 23 塩化ビニル (PVC) 低圧ガス導管に関しては 上記のように管種が多岐に渡るため ガス導管の接合には 基本的にそ れぞれに適応した継手が必要となる - 2 -

5 2. 事業内容 (1) 異種管継手の評価試験計画の策定技術基準として 具体的にはガス工作物技術基準の解釈例で引用されている中低圧ガス導管耐震設計指針 JGA 指 の耐震基準を満たすことを確認するための評価試験計画を下表の条件をもとに策定する 項目内容試験項目引っ張り試験及び曲げ試験ガス用ポリエチレン管 (50A) ガス用ポリエチレン管(150A) 接合する直管の種類ダクタイル鋳鉄管 (150A)(3 種類 ) George Fischer WAGA 社製オールフィッツジョイント異種管継手の種類 (1 種類 ) 評価試験回数適切に評価可能な回数 ( 条件別に 3 回以上 ) 評価試験計画の詳細については 評価対象の継手の種類 口径及び試験回数などの評価項目や評価条件を 学識経験者などの専門家 1 名程度を交えて検討し ガス安全室に協議のうえ決定する (2) 評価試験の実施 ガス安全室との協議により決定した評価試験計画に従って 評価試験を実施する (3) 評価結果総括及び技術基準適合に向けた考察 評価試験結果を取りまとめ 総括したうえで 技術基準の適合に向けた今後の課題抽出等の考察を 行う - 3 -

6 3. 体制 (1) 事業実施体制本事業の実施にあたっては 一般社団法人日本ガス協会が自ら評価試験実施の主体となり 効率的かつ円滑に実施した また 地震防災等にも精通し ガス事業に関する知識 知見のある専門家を交えた体制とすることで より磐石な体制とした 事業実施体制を図で示したものは以下のとおり 経済産業省商務流通保安グループガス安全室 支援体制 理事会供給委員会供給小委員会供給企画 WG 地震対策 WG 実施体制 専門家 ( リーダー ) 清野純史 ( 京都大学大学院工学研究科教授 ) 全体計画立案 総括日本ガス協会技術部供給 幹線技術グループ評価試験作業 ( 再委託 ) コベルコ科研 (2) 役割分担 1 日本ガス協会 所属役職氏名担当 役割 日本ガス協会技術部供給 幹線技術グループマネジャー堀内俊宏 同上係長鈴木一真 事業全体の統括及び事業遂行のマネジメント 評価試験計画の策定 評価試験遂行全体事務局 2コベルコ科研評価試験作業 ( 事前準備を含む ) 及び試験結果の取りまとめ 補足 本事業は 評価試験を行うための試験設備が必要となることから 評価試験の作業を評価試験会社へ再委託する 評価試験会社については ガス導管材料の性能評価試験の実績が多く 過去に国の事業の中で試験を実施した経験もあり 昨年度の異種管継手の評価試験の再委託先である コベルコ科研 にて作業を実施した - 4 -

7 4. 評価試験の概要 (1) 継手の種類 国から指定のあった George Fischer WAGA 社製オールフィッツジョイント (1 種類 ) (2) 口径と直管の管種 国から指定のあった ガス用ポリエチレン管 (50A) ガス用ポリエチレン管 (150A) ダク タイル鋳鉄管 (150A) の 3 種類 (3) 試験回数及び試験体国の仕様書の中では 適切に評価可能な回数 ( 条件別に 3 回以上 ) とあるが 評価試験項目別の試験回数については 昨年度の評価試験にて 引っ張り試験が口径や継手の種類により異なる結果となったことをふまえ 今回の評価試験では十分な検証結果を得るため 5 回実施することとする 一方 曲げ試験については 昨年度の評価試験にて口径や継手の種類によらず結果が良好であったことをふまえ 最低限の評価回数である 3 回実施することとする ( 提案書に記載のとおり ) 試験項目管種口径試験回数 引っ張り試験 曲げ試験 ダクタイル鋳鉄管 150A 5 50A 5 ポリエチレン管 150A 5 ダクタイル鋳鉄管 150A 3 ポリエチレン管 50A 3 150A 3 (4) 試験体の組立試験体は直管 - 異種管継手 - 直管の順に接合した下図のような配管とし 接合作業 ( 組み立て ) に関しては継手メーカーの代理店から受領した組み立てマニュアルに従い 指定されたトルク管理による締め付け作業により実施した また 直管の端部にはガス封入加工及び載荷用の加工を行った ポリエチレン管 50A ポリエチレン管 150A ダクタイル鋳鉄管 150A 試験体概要及び寸法 ( 引っ張り試験 ) - 5 -

8 ポリエチレン管 50A ポリエチレン管 150A ダクタイル鋳鉄管 150A 試験体概要及び寸法 ( 曲げ試験 ) 5. 試験日時 場所 試験期間 :2014 年 12 月 8 日 ~2014 年 12 月 12 日 試験場所 : コベルコ科研尼崎事業所第 1 実験棟 6. 試験手順 (1) 引っ張り試験試験は最大 3MN まで載荷が可能な構造物試験機を用いて行った 載荷は 試験体の両端に試験機にチャックした治具とボルト締結し 約 5mm/min の速度で一方向引っ張りを行った なお 引っ張り試験中の漏えい確認として 試験体内部にはあらかじめ 50kPa の内圧 ( 圧力媒体 : 空気 ) を負荷した 試験手順及び計測項目 使用計測機器 試験状況及び計測位置を以下に示す 引っ張り試験手順 1 試験体の両端部に載荷するための治具 ( フランジ付き鋼棒 ) をボルトにて締結する 2 試験体を試験機に取り入れる 3 試験体に空気を封入する配管 空気抜き配管 圧力計を取り付ける 4 試験体内に空気圧を封入し 50kPa まで昇圧する 5 圧力を一定時間 (1 分程度 ) 保ち 気密性の確認を行う 6 引っ張り一方向に約 5mm/min の速度で載荷を開始する - 6 -

9 7 破壊が発生 ( 荷重低下 著しい変形等 ) 漏えいとみられる著しい圧力低下 もしくは 治具の許容荷重 (500kN) に達した時点で 載荷は中止する 8 破壊箇所の確認及び写真撮影を実施する 9 荷重をゼロにし 試験を終了する 計測項目及び使用計測機器 ( 引っ張り試験 ) 計測項目計測箇所型番メーカー試験機荷重 REH-300 島津製作所荷重ロードセル RCT-50kN 昭和測器全体変位フランジ間変位量 SDP-300 変位 ( 上 ) 継手 -フランジ間変位量( 上部 ) SDP-100 東京測器研究所変位 ( 下 ) 継手 -フランジ間変位量( 下部 ) SDP-100 内圧試験体内空気圧 PW-100kPA ポリエチレン管 50A ポリエチレン管 150A ダクタイル鋳鉄管 150A 試験状況及び計測位置 ( 引っ張り試験 ) - 7 -

10 (2) 曲げ試験試験は最大 3MN まで載荷が可能な構造物試験機を用いて行った 4 点曲げ試験 ( 支持点 2 点 加力点 2 点 ) とし 試験体を支持点上に置き 上部から載荷した 載荷は一方向に約 20mm/min で実施した なお 曲げ試験中の漏えい確認として 試験体内部にはあらかじめ 50kPa の内圧 ( 圧力媒体 : 空気 ) を負荷した 試験手順及び計測項目 使用計測機器 試験状況及び計測位置を以下に示す 曲げ試験手順 1 試験体を支持点上に継手の軸方向中心が試験治具の中心になるように設置する 2 試験体に空気を封入する配管 空気抜き配管 圧力計を取り付ける 3 試験体内に空気圧を封入し 50kPa まで昇圧する 4 圧力を一定時間 (1 分程度 ) 保持することで 気密の確認を行う 5 載荷を一方向に約 20mm/min で開始する 6 破壊が発生 ( 荷重低下 著しい変形等 ) 漏えいとみられる著しい圧力低下 もしくは 治具に接した時点で 載荷を中止する 7 破壊箇所の確認及び写真撮影を実施する 8 荷重をゼロにし 試験を終了する 計測項目及び使用計測機器 ( 曲げ試験 ) 計測項目計測箇所型番メーカー SH-10kN 荷重ロードセル昭和測器 SH-20kN 曲げ変位載荷治具押し込み量 DP-500E 東京測器研究所角度計 1 直管部曲げ角度 ( 北 ) RSOC30 Jewel 角度計 2 直管部曲げ角度 ( 南 ) 内圧試験体内空気圧 PW-100kPA 東京測器研究所 試験状況及び計測位置 ( 曲げ試験 ) - 8 -

11 7. 試験結果 ( 計測結果 ) (1) 引っ張り試験 管種 口径ポリエチレン管 50A ポリエチレン管 150A 最大荷重時 漏えい時 試験体名 荷重 全体変位変位全体変位変位荷重変位 ( 上 ) ( 下 ) 変位 ( 上 ) ( 下 ) 備考 (kn) (mm) (mm) (mm) (kn) (mm) (mm) (mm) PEH 直管 ( ポリエチレン 管 ) が変形 ( 伸び ) し PEH 所定の変位量 (100 mm ) PEH-50-3 PEH-50-4 PEH にて漏えいが発生しなかったため 終了とした 異種管継手部分に目視で確認できる変形等はなし PEH 管の抜け出しにより PEH 漏えい フィクサー ( 抜け止め金具 SUS PEH 製 ) とフレックスコア PEH ( フィクサーを固定している部品 合成樹 PEH 脂製 ) の割れあり CH 管の抜け出しにより ダクタイル鋳鉄管 150A CH CH CH CH 漏えい フィクサー ( 抜け止め金具 SUS 製 ) とフレックスコア ( フィクサーを固定している部品 合成樹脂製 ) の割れあり - 9 -

12 PEH-50-1 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

13 PEH-50-2 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

14 PEH-50-3 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

15 PEH-50-4 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

16 PEH-50-5 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

17 PEH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

18 PEH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

19 PEH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

20 PEH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

21 PEH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

22 CH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

23 CH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

24 CH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

25 CH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

26 CH 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

27 (2) 曲げ試験 最大モーメント時 漏えい時 管種 口径 試験体名 モーメント曲げ変位曲げ角度モーメント曲げ変位曲げ角度 備考 (kn m) (mm) ( ) (kn m) (mm) ( ) ポリエチレン管 50A PEM PEM PEM 漏えいなし ポリエチレン管 150A PEM 漏えいなし PEM 継手部 ( 引っ張り側 ) から漏えい PEM 漏えいなし ダクタイル鋳鉄管 150A CM CM CM 継手部 ( 圧縮側と 中立の中間点 ) か ら漏えい

28 PEM-50-1 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

29 PEM-50-2 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

30 PEM-50-3 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

31 PEM 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

32 PEM 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

33 PEM 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

34 CM 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

35 CM 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

36 CM 荷重 - 変位量線図 試験後試験体状況

37 8. 試験結果の耐震性評価 (1) 耐震性評価方法中低圧ガス導管耐震設計指針では 理想化された特定の形の地盤変位入力に対して 配管系の地盤変位吸収能力を求め それが埋設条件等によって定められた地盤変位の基準値 ( 設計地盤変位 ) を上回る場合に その配管系は所要の耐震性を有するものとしている 今回の試験結果の耐震性評価については 設計地盤変位として 地域別補正係数を考慮せず ごく一般的な埋設条件下の低圧本支管における値 ( 水平方向 U=5cm 鉛直方向 V=2.5cm) を基準値とし 今回試験により求めた地盤変位吸収能力がこの設計地盤変位を上回るかどうかで判断することとした 中低圧ガス導管耐震設計指針において これらの基本的な考え方を示す関連箇所を以下に抜粋する 中低圧ガス導管耐震設計指針(JGA 指 ) 第 1 章基本編 P9より 2.2 耐震性評価の要件と方法 解説 6) 耐震性の評価について 1 本指針が規定する方法で求めた地盤変位吸収能力が, 設計地盤変位を上回るような配管系であれば, 地震時に被害を受ける可能性は十分に小さくなる という考え方にもとづき, 地盤変位吸収能力によってたわみ性を評価することを耐震設計の基本とした 2 水平方向 ( 管軸方向 ), 鉛直方向 ( 管軸直角方向 ) の配管系の地盤変位吸収能力をそれぞれΔ u,δvとし, 水平方向, 鉛直方向の設計地盤変位をそれぞれU,Vとして, 配管系に所要の耐震性は次の条件を満たす場合に得られることとした 水平方向 Δu>U 鉛直方向 Δv>V 3 耐震性評価の要件と耐震設計の手順を要約して図 2.2 解 -1に示す ( 次頁へ続く )

38 ( 注 ) 等は基本編の対応する章 節 項を意味する 図 2.2 解 -1 耐震性評価の要件と耐震設計の手順

39 (2) 引っ張り試験試験結果の評価に入る前に まず中低圧ガス導管耐震設計指針における考え方を示すべく 同指針の中から 真直な配管系の管軸方向地盤変位吸収能力 の評価事例として 今回の評価に関連する部分を以下に抜粋する 中低圧ガス導管耐震設計指針(JGA 指 ) 第 3 章事例編 P71より (3) 継手により接合されたもの ( 溶接接合 ねじ接合を除く ) メカニカル継手による接合部を有する配管系の場合 入力された地盤変位をすべて接合部の継手の変位 ( 抜出 ) で吸収すると考えて 地盤変位吸収能力を評価することにした この場合能力の基準は 一つの継手の変位 ( 抜出 ) が限界に達することである <メカニカル接合鋼管 > 安全側の評価を行うため 継手が次図に示すように 地盤変位入力の境界部にあるとして 埋設条件 Ⅰ Ⅱ Ⅲaの場合の管軸方向地盤変位吸収能力の計算式を与える 上記のように 地盤変位の位置にある継手を0 番目とし その左右にある継手を近い順に 1 番 2 番 とする 図 3.2.9のように ソケット片側における荷重変位特性が与えられているものとすると 配管を軸方向に引張る力の最大値は F 0 ( 継手の基準荷重 ) で制限される 左右の1 番目の継手に伝わる力は それぞれ 長さ の直管表面に作用する地盤拘束力 f S 及び継手部の張出しに作用する地盤拘束力 ffによって減じられ F 1 =F 0 -(f 図 継手ソケット片側の S+f F ) となる 図 3.2.9からF 1 に対する継手の変位 ( 抜荷重変位特性出 ) は片側でδ 1 /2 両側でδ 1 となる 以降 継手に伝わる力が0になるまで 2 番目 3 番目と荷重が伝わっていく そして 全部の継手の変位の合計が 地盤変位吸収能力となる なお (f S +f F ) は 等価地盤拘束力 τに総括的に考慮できるため (π D τ ) で表される ( 次頁へ続く )

40 F n =F 0 -n(π D τ ) 0 という範囲内 (n 番目まで ) のすべての継手の変位を加 える 従って 地盤変位入力別に管軸方向地盤変位吸収能力を示すと 式 (3.2.17) 及び式 (3.2.18) のようになる ⅰ) 埋設条件 Ⅰ Ⅱ Ⅲaの場合 Δu=δ * 0 +2δ 1 +2δ δ n cm (3.2.17) δ * 0 は 地盤変位入力位置での継手のソケット両側の変位 δ 1 は荷重 F 1 における継手のソケット片側の変位の2 倍 ( 図 参照 ) δ 2 F 2 ( ) δ n F n ( ) また F 1 =F 0 - (π D τ ) F 2 =F 0-2(π D τ ) F n =F 0 -n(π D τ ) ただし n は で F n 0 を満たす最大の整数 π D τ F 0 : 継手の基準荷重 N : 継手間長 cm τ : 等価地盤拘束力 N/ cm 2 同指針にあるとおり メカニカル継手の場合 管体の伸びは無視し 地盤変位を接合部の継手の変位 ( 抜出量 ) で吸収すると考え さらに隣り合う継手も含めた配管系全体での耐震性の評価を行うのが妥 当であることから 今回この考え方に基づき 計算により求められる管軸方向の地盤変位吸収能力が 設計地盤変位の基準値である 5cm を上回るかどうかで 耐震性を評価することとした

41 1 ポリエチレン管 50A 5 回実施した引っ張り試験による荷重変位特性は上図のとおり ここで 今回の 5 つの試験体では いずれも異種管継手に接合した直管 ( ポリエチレン管 ) 自体が大きく伸びたことが確認されており ガス漏えいに至らなかった ( 変位量が 100mm 以上となった ) のはこの直管の伸びによる影響が支配的であったためと推察される よって 隣り合う継手における変位吸収能力は考慮しないものとし 地盤変位吸収能力 Δuは今回の試験条件で確認できた変位量以上と判断されることから Δu=100[mm] 以上

42 荷重 (kn) 2 ポリエチレン管 150A PEH PEH PEH PEH PEH PEH 漏洩 PEH 漏洩 PEH 漏洩 PEH 漏洩 PEH 漏洩 変位量 ( mm ) 91.9[mm] 5 回実施した引っ張り試験による荷重変位特性は上図のとおり 中低圧ガス導管耐震設計指針にある実験結果のモデル化手法より 安全側に解釈 ( 判定が厳しい側の結果を採用 ) し 一本の特性曲線を求めたものが 上図の水色の長鎖線 ( - - ) となる この特性曲線より 地盤変位吸収能力を求めるのに必要な値は以下のとおり 項目値 F 0 : 継手の基準荷重 65.4[kN] (= 漏えいが発生しえる最小荷重 本ケースでは PEH の値が該当 ) δ 0* : 地盤変位入力位置での継手の変位 91.9[mm] (= 漏えいが発生しえる最小変位量 本ケースでは PEH の値が該当 ) ここでまず 同指針より 継手にかかる荷重を算出するが 評価の前提条件を以下のとおりとした : 継手間長 [cm] 同指針の中の事例で標準的に採用されている l=500cm とする τ: 等価地盤拘束力 [N/cm 2 ] 同指針にある標準値の中から厳しい側の条件である 管表面が滑らかでないものの値 τ=2.94 N/cm 2 とする D: 外径 [cm] ポリエチレン管のため 150A の場合 外径 D=16.5cm

43 次に 隣り合う継手にかかる荷重 Fn の算出方法は中低圧ガス導管耐震設計指針より以下のとおり F 1 =F 0 - (π D τ ) F 2 =F 0-2(π D τ ) F n =F 0 -n(π D τ ) ただし n は 0,1,2, で F n 0 を満たす最大の整数 π D τ F 0 : 継手の基準荷重 N : 継手間長 cm τ : 等価地盤拘束力 N/ cm 2 F n 0 π D τ = π ,400 = 76, 199 =0.86 n=0 となるため 隣り合う継手には荷重が伝わらず 地盤変位入力位置の継手単体での地盤変位 吸収能力のみが有効となる 従って 中低圧ガス導管耐震設計指針より Δu=δ * 0 +2δ 1 +2δ δ n cm (3.2.17) δ * 0 は, 地盤変位入力位置での継手のソケット両側の変位 δ 1 は荷重 F 1 における継手のソケット片側の変位の2 倍 ( 図 参照 ) δ 2 F 2 ( ) δ n F n ( ) であることから 求める地盤変位吸収能力 Δuは * Δu=δ 0 =91.9[mm]

44 3 ダクタイル鋳鉄管 150A 75.4[mm] 5 回実施した引っ張り試験による荷重変位特性は上図のとおり 中低圧ガス導管耐震設計指針にある実験結果のモデル化手法より 安全側に解釈 ( 判定が厳しい側の結果を採用 ) し 一本の特性曲線を求めたものが 上図の水色の長鎖線 ( - - ) となる この特性曲線より 地盤変位吸収能力を求めるのに必要な値は以下のとおり 項目値 F 0 : 継手の基準荷重 147.1[kN] (= 漏えいが発生しえる最小荷重 本ケースでは CH の値が該当 ) δ * 0 : 地盤変位入力位置での継手の変位 75.4[mm] (= 漏えいが発生しえる最小変位量 本ケースでは CH の値が該当 ) 最大荷重が特異な値を示した CH の試験体はモデル化手法の対象外とした 評価の前提条件については 以下のとおり : 継手間長 cm =500cm τ: 等価地盤拘束力 N/ cm 2 =2.94 N/ cm 2 D: 外径 [cm]=17.36cm

45 次に 隣り合う継手にかかる荷重 Fn の算出方法は中低圧ガス導管耐震設計指針より以下のとおり F 1 =F 0 - (π D τ ) F 2 =F 0-2(π D τ ) F n =F 0 -n(π D τ ) ただし n は 0,1,2, で F n 0 を満たす最大の整数 π D τ F 0 : 継手の基準荷重 N : 継手間長 cm τ : 等価地盤拘束力 N/ cm 2 F n 0 π D τ = π ,100 = 80, 171 =1.83 n=1 となるため 1つ隣りの ( 両側の ) 継手まで荷重が伝わることとなり 地盤変位吸収の対象に含まれる よって この隣り合う1つ目の継手の基準荷重は F 1 =F 0 -(π D τ ) = (π )=147,100-80,171 =66,929[N] となる ここで この 1 つ隣りの継手にて期待できる地盤範囲吸収能力を求めるため 先ほどの特性曲線を参照すると 当該荷重が加わる時の変位量は δ 1 = 約 1[mm] 従って 中低圧ガス導管耐震設計指針より Δu=δ 0* +2δ 1 +2δ δ n cm (3.2.17) δ * 0 は, 地盤変位入力位置での継手のソケット両側の変位 δ 1 は荷重 F 1 における継手のソケット片側の変位の2 倍 ( 図 参照 ) δ 2 F 2 ( ) δ n F n ( ) であることから 求める地盤変位吸収能力 Δuは Δu=δ * 0 +2δ 1 = =77.4[mm]

46 (3) 曲げ試験真直な配管系の管軸直角 ( 鉛直 ) 方向地盤変位吸収能力に関して 継手により接合されたものについては 中低圧ガス導管耐震設計指針の事例編において メカニカル接合鋼管 メカニカル接合鋳鉄管のように 比較的たわみ性のある継手で接合されている配管系は その継手間隔と地盤変位入力位置の関係で 継手が有利に働くこともあるが 簡易な計算式で その場合の地盤変位吸収能力を与えるのは著しく困難である 従って 本編では 安全側に簡略化を図り 継手を無視し 管軸方向に一様な曲げ剛性を有する配管系として 管軸直角方向の地盤変位吸収能力の評価を行うこととした とある 継手の管軸直角 ( 鉛直 ) 方向の耐震性能を示す指標としては 角度変化が考えられるものの 中低圧ガス導管耐震設計指針は 配管系全体でのたわみ性評価の体系をとっており 純粋に継手単体での評価は困難である そこで今回の評価試験においては 継手の管軸直角方向の変位量による評価を行うため 標準的な継手間長である500cmよりも短いスパンにおいて曲げ試験を実施し 判定基準となる2.5cm 以上の変位が可能かどうかを確認する なお 曲げ試験の加力点と支持点の間の載荷スパンの条件次第で継手の管軸直角方向の変位量は異なるため 標準的な継手間長における変位量に換算する

47 1 ポリエチレン管 50A の場合 評価試験結果においては 漏れが発生することなく試験設備の限界を超えたため 管軸直角 ( 鉛直 ) 方向の地盤変位吸収能力は 300 mm以上となる ただし 評価試験後の状況からも明らかなように 直管部 ( ポリエチレン管 ) が湾曲したことによる影響も含む値であることから 継手単体での能力ではなく 直管も含めた能力となる

48 2 ポリエチレン管 150A の場合 265.2[mm] 評価試験結果より 3 つの試験体のうち 1 体のみ漏えいが発生した ( 本ケースでは PEM-150-2) ことから 管軸直角 ( 鉛直 ) 方向の地盤変位吸収能力は 最小変位量 265.2[mm] となる ただし 評価試験後の状況からも明らかなように 直管 ( ポリエチレン管 ) 部が湾曲したことによる影響も含む値であることから 継手単体での能力ではなく 直管も含めた能力となる

49 3 ダクタイル鋳鉄管 (150A) の場合 16.4[mm] 評価試験結果より 漏えいが発生した最小変位量 ( 本ケースでは CM-150-1) は 16.4[mm] である ここで 標準的な継手間長における変位量に換算すると以下のとおりとなる 継手間長 665[mm]: 変位量 16.4[mm]= 標準継手間長 5000[mm]: 標準的な変位量 x[mm] 標準的な変位量 x=123[mm] よって これが管軸直角 ( 鉛直 ) 方向の地盤変位吸収能力となる

50 荷重 (kn) 9. 試験結果のまとめ (1) 引っ張り試験 直管種別試験結果地盤変位吸収能力 判定 結果 ポリエチレン管 50A 100mm 以上 (>50mm) ポリエチレン管 150A PEH PEH PEH PEH PEH PEH 漏洩 PEH 漏洩 PEH 漏洩 PEH 漏洩 PEH 漏洩 91.9mm(>50mm) 変位量 ( mm ) ダクタイル鋳鉄管 150A 77.4mm(>50mm) 補足 中低圧ガス導管耐震設計指針は 配管系が耐震的であるか否かの判別をするための ふるい の役割をなすものであり 地盤変位吸収能力の値を用いて継手や配管系の性能の優劣を直接比較することは 同指針の目的からみて 適当でない とされている 今回の評価試験結果においては この点について配慮されるべきである

51 (2) 曲げ試験 直管種別試験結果地盤変位吸収能力 判定 結果 ポリエチレン管 50A 300mm(>25mm) ポリエチレン管 150A 265.2mm(>25mm) ダクタイル鋳鉄管 150A 123mm(>25mm) 補足 中低圧ガス導管耐震設計指針は 配管系が耐震的であるか否かの判別をするための ふるい の役割をなすものであり 地盤変位吸収能力の値を用いて継手や配管系の性能の優劣を直接比較することは 同指針の目的からみて 適当でない とされている 今回の評価試験結果においては この点について配慮されるべきである

52 10. 考察 (1) 全体総括今回の評価試験結果より 管軸方向及び鉛直方向共に地盤変位吸収能力は 中低圧ガス導管耐震設計指針で規定されている基準を満足することが分かった 昨年度実施した内容も含め 実験では異種管継手に接合した直管の管種は両側とも同一種のもの同士を用いて評価し それぞれ耐震性があると評価された 一方 本継手は異種管 ( 例えばポリエチレン管とダクタイル鋳鉄管等 ) の接合も想定している このようなケースで引っ張りまたは曲げの力が継手及び直管に加わった場合 相対的に引っ張りに対して伸びやすい または曲げに対して曲がりやすい方が大きな変位となる この変位に関し 昨年度及び今回実験した全ての管種が 中低圧ガス導管耐震設計指針に照らして耐震性があると評価されたことから 異種管を接合した場合も耐震性があると評価できる (2) 引っ張り試験の評価結果今回試験を実施した 管種 ( ポリエチレン管 ダクタイル鋳鉄管 ) と口径 (50A 150A) の違いにより 各々 破壊形態に違いがあった まず ポリエチレン管 50A( 試験体名 :PEH-50) は異種管継手の強度が ポリエチレン管の引っ張り ( 降伏 ) 強度を上回っていた このため 変形がポリエチレン管の直管部分にて発生し 異種管継手では目視による変形は確認されなかった ポリエチレン管 50A 引っ張り試験後ポリエチレン管 150A( 試験体名 :PEH-150) 及びダクタイル鋳鉄管 150A( 試験体名 :CH-150) は載荷を開始すると最大荷重に至り荷重が低下する 最大荷重到達近傍よりフィクサー ( 抜け止め金具 材質 :SUS) を固定しているフレックスコア ( 材質 : 合成樹脂 ) が割れる音が発生した 最大荷重発生後変位量が大きくなると 破壊 ( 割れ ) によりフィクサーとフレックスコアの破片が飛散

53 した ポリエチレン管 150A( 試験体名 :PEH-150) においては 破壊時にフィクサーが管部分にとどまるものが多かった フィクサーとフレックスコアの破壊により荷重は低下したが バリオシール ( パッキン ) 部の気密性能は保たれるため この時点での漏えいは発生しなかった 次に 管が抜けだし バリオシール ( パッキン ) 部と接触がなくなった時点で気密性能が失われ 漏えいが発生した 管種の違い ( ポリエチレン管 ダクタイル鋳鉄管 ) による 最大荷重値及び最大荷重時の変位量への影響はあるものの 漏えい発生までの経緯と漏えい時変位量への影響はなかった ポリエチレン管 150A 引っ張り試験後 ダクタイル鋳鉄管 150A 引っ張り試験後 (3) 曲げ試験の評価結果今回試験を実施した管種 ( ポリエチレン管 ダクタイル鋳鉄管 ) と口径 (50A 150A) の違いにより 破壊形態に違いがあった ポリエチレン管 50A( 試験体名 :PEM-50) 及び ポリエチレン管 150A( 試験体名 :PEM-150) は載荷を開始すると ポリエチレン管 ( 直管 ) 部分で変形が進み 最大荷重に至った後も大幅な荷重低下を伴うことなく 試験装置の最大許容変位量に至り 試験を終了した ポリエチレン管 150A の 2 体目 ( 試験体名 :PEM-150-2) のみ 変位量 mmにて引っ張り側 ( 装置の下側 ) から漏えいが発生したが 試験後に継手を解体したところ バリオシール ( パッキン ) 部によじれが確認された 恐らく 締結時もしくは試験時にバリオシール ( パッキン ) 部に僅かなよじれが発生し この部分より漏えいが発生したものと考えられる ポリエチレン管 50A 曲げ試験後

54 ポリエチレン管 150A 曲げ試験後 1( 試験体名 :PEM-150-1) ポリエチレン管 150A 曲げ試験後 2( 試験体名 :PEM-150-2) ダクタイル鋳鉄管 150A( 試験体名 :CM-150) は 載荷を開始すると載荷途中にフィクサー ( 抜け止め金具 材質 :SUS) を固定しているフレックスコア ( 材質 : 合成樹脂 ) が割れる音が発生し 最大モーメント近傍にて漏えいが生じた 漏えい箇所の周方向位置は いずれも試験体の上部 ( 圧縮側 ) から中立付近であった 圧縮側の漏えいであったことから フィクサー ( 抜け止め金具 ) を支点にし 直管が回転し バリオシール ( パッキン ) とダクタイル鋳鉄管の間に僅かな隙間が生じることにより 漏えいが発生したものと考えられる ダクタイル鋳鉄管 150A 曲げ試験後

55 フィクサーバリオシール ( パッキン ) 直管 直管 曲げ荷重負荷 隙間発生 直管 直管 漏えい発生経緯想定 ( 試験体名 :CM-150) (4) 現場適用にあたっての提言 ( 案 ) 今回の評価では 復旧作業の際に使用頻度が高いと考えられる管種 口径に関して確認を行い 評価結果がいずれも良好であったことから 基本的に耐震基準を満たすものと判断できる 一方で 現場適用にあたって留意すべき点として 今回実施した試験は 異種管継手のうち現在ラインナップとして存在する全てのサイズに対して確認したものではないことや 昨年度の評価結果より メーカーによっては基準を満足しない異種管継手が存在すること等も勘案する必要がある ( 異種管継手はメーカーによって構造が異なる他 直管との接合方法についても 例えば被覆鋼管を接合する際 被覆を剥がしてから接合が必要な継手と そうでない継手がある等 メーカーにより仕様の違いが存在する ) また 異種管継手はメーカーによっても異なるが 圧力帯の適用範囲について中圧程度 ( 今回評価したオールフィツジョイントの場合は 0.8MPa) まで適用可能な仕様としているが 今回の評価試験の目的として 主に低圧ガス導管の復旧を想定していることから 内圧 50kPa での確認しか行っていないことについても留意が必要である さらに 異種管継手は現状海外製のものが大半であり 海外メーカーもしくは海外ガス事業者主導で各種仕様変更が発生する可能性もあることから 海外では基本的に確認を行っていない耐震性能について 日本の技術基準に照らして担保され続けることを確認する必要がある 以上