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ふさこつちかね
5 years ago
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白鳥大橋補剛桁内除湿実験について室蘭開発建設部室蘭道路事務所大島雅人浅利雅裕山田弘幸 1. はじめに白鳥大橋は, 橋長 1,3mで補剛桁に鋼床版箱桁を有する長大吊橋である ( 図 -1,2, 3).

本報告は, 補剛桁内を除湿機により乾燥させる実験結果を報じるものである. 図 -1 白鳥大橋全景 2.

図 -2 白鳥大橋全体一般図白鳥大橋中央径間に設置してある気象観測計データによると, 外気相対湿度は%~% と上記と同じく夏場に高い傾向がある ( 図 -4).

1 白鳥大橋補剛桁内除湿実験について室蘭開発建設部室蘭道路事務所大島雅人浅利雅裕山田弘幸 1. はじめに白鳥大橋は, 橋長 1,3mで補剛桁に鋼床版箱桁を有する長大吊橋である ( 図 -1,2, 3). 補剛桁は平成 8 年に架設し約 8 年が経過している. 桁内は飛来塩分を直接受けないなど環境的には外面に比べ良好であるが, 相対湿度が高く結露が生じる等, 錆の発生が認められる為, 適切な防錆対策が必要である. 本報告は, 補剛桁内を除湿機により乾燥させる実験結果を報じるものである. 図 -1 白鳥大橋全景 2. 白鳥大橋の環境 S 年からH14 年までの室蘭地方気象台データの月平均相対湿度は, 気温が上昇する夏場は高く, 気温が低下する冬場には低いものの,6 %~93% と高い値を示している. 図 -2 白鳥大橋全体一般図白鳥大橋中央径間に設置してある気象観測計データによると, 外気相対湿度は%~% と上記と同じく夏場に高い傾向がある ( 図 -4). 補剛桁内夏場湿度は,4%~8 % の状態である ( 図 -) 白鳥大橋外気湿度 (1 年 8.1~8.31) 9 図 -3 補剛桁断面図桁内湿度 ;1 年 8.1~8.31 湿度 (%) : 湿度 (%) 7 3 データ数 ( 分間隔 ) データ数 (1 分間隔 ) x1 3 図 -4 外気相対湿度図 - 補剛桁内湿度 Masato Ohshima, Masahiro Asari, Hiroyuki Yamada

3. 白鳥大橋の現状 3.1 ハンガーロープ定着部ハンガーロープは, 補剛桁の自重や自動車荷重を主ケーブルに伝達するための重要な構造部材である.

デッキ面より下は支圧プレートまでは防錆テープにて表面が覆われている ( 図 -6, 7,8). 一部の定着部において発錆が認められた.

ハンガーロープハンガーカラーデッキ上面桁内発錆確認箇所支圧プレートロックプレート調整プレートハンガーソケット図 -6 ハンガーロープ定着部図 -7 定着部外観図 -8

2 3. 白鳥大橋の現状 3.1 ハンガーロープ定着部ハンガーロープは, 補剛桁の自重や自動車荷重を主ケーブルに伝達するための重要な構造部材である. その防食は, デッキ面より上は溶融亜鉛メッキ+ 柔軟型エポキシ樹脂塗料に, 拠っており, ハンガーカラー部はコーキング材が充填され, デッキ面より下は支圧プレートまでは防錆テープにて表面が覆われている ( 図 -6, 7,8). 一部の定着部において発錆が認められた. 原因としては結露外部からの水の侵入などが考えられる. ハンガーロープハンガーカラーデッキ上面桁内発錆確認箇所支圧プレートロックプレート調整プレートハンガーソケット図 -6 ハンガーロープ定着部図 -7 定着部外観図 -8 ハンガーソケット上のロープ外観 3.2 フェアリング添接部フェアリング添接部材は, 耐風安定性を確保する上で重要な部材箇所である. 添接板は, 変性エポキシ樹脂塗装がなされておりフェアリング間にはバックアップ材 +コーキングが充填されているが, その添接部において発錆が認められた ( 図 -9,1 ). 原因としては, 結露外部からの水の侵入などが考えられる. バックアップ材スタッドボルトコーキング添接板 19 図 -9 フェアリング部図 -1 フェアリング添接部詳細図

3.3 フェアリングデッキ内面補剛桁本体とフェアリング部とを接続するフェアリング上面箇所で, アングル材と現場溶接にて行っている箇所があるが,

原因として漏水や結露による濡れなデッキ側 4 フェアリング側 4 どが考えられる図 -11 フェアリングデッキ内面図 -12 フェアリングデッキ詳細図 3.

3に示した部位やボルト継手部からの外部水の侵入や結露水が, 下フランジに達し, それによりフランジ面を経路として腐食が発生したものと考えられる ( 図 -13).

3 3.3 フェアリングデッキ内面補剛桁本体とフェアリング部とを接続するフェアリング上面箇所で, アングル材と現場溶接にて行っている箇所があるが, その内面部において発錆が認められた ( 図 -11, 12). 原因として漏水や結露による濡れなデッキ側 4 フェアリング側 4 どが考えられる図 -11 フェアリングデッキ内面図 -12 フェアリングデッキ詳細図 3.4 補剛桁内桁下フランジ桁下フランジには上記 3.1~3.3に示した部位やボルト継手部からの外部水の侵入や結露水が, 下フランジに達し, それによりフランジ面を経路として腐食が発生したものと考えられる ( 図 -13). 3. 補剛桁内結露状況侵入した雨水や湿った空気が桁内を高湿度化させている原因の一つであるが,H1 4の調査では腐食生成物の塩分濃度は著しく高くはなかった. 実際に桁下フランジ面に水滴の後があった事も確認されており, 桁内で生じている塗膜の劣化と腐食の原因は結露による濡れも大きく関与していると考えられる ( 図 -14). 図 -13 桁下フランジ面図 -14 桁内結露状況 (4 年 7 月 )

4. 桁内防錆対策手法の比較 4.1 対策手法 1 従来通り塗装塗替による手法 ( 部分補修塗装 ) 作業空間が狭隘であるために作業能率が低く, 密閉空間環境の為作業環境が著しく悪い. 仮設設備として足場換気などが不可欠である. 補剛桁内の塗装総面積が16 万 3 千 m2 と膨大である.

4 4. 桁内防錆対策手法の比較 4.1 対策手法 1 従来通り塗装塗替による手法 ( 部分補修塗装 ) 作業空間が狭隘であるために作業能率が低く, 密閉空間環境の為作業環境が著しく悪い. 仮設設備として足場換気などが不可欠である. 補剛桁内の塗装総面積が16 万 3 千 m2 と膨大である.( 桁外面積の4 倍 ) 錆の発生箇所はコーナー部等に多く, 十分な素地調整が極めて難しく補修後にも再劣化が発生する可能性が高い. 2 桁内除湿による手法 ( 除湿機システム ) 錆の発生を抑制させる為には水分の侵入を防ぐ事及び結露を生じさせない事が重要であり, 相対湿度を % 以下に保つ事により錆の発生を極端に抑制させる事が可能である ( 図 -1). 重量増加 (g/m 2 ) 相対湿度 (%) 4.2 維持管理費用図 -1 相対湿度と腐食の関係年サイクル試算を行った. 補修塗装は条件として実績より試算, 除湿機は実験をベースに初期投資機器交換費電気代として算出している. 1 部分補修塗装 9.6 億円 (1 年で1 回部分塗替として試算 ) 2 除湿機システム.3 億円 ( 機器は1 年で交換として試算 ) よって, ライフサイクルコストの低い桁内除湿について検討する.. 実験条件の設定.1 除湿設備能力除湿機は, 桁内搬入可能な機種を選定し, 乾燥空気を作りながら水分を自力で排出できる乾式除湿機の連続型とした. 又, 補剛桁内の空気だけで循環させる完全循環方式とした ( 図 -16). 能力条件として, 白鳥大橋交通管制データ及び補剛桁内温湿度データ及び室蘭地方気象台データから除湿能力条件を設定し,1 台で処理可能な除湿体積を計算した結果,72m 区間と算出され, 実験を行った..2 実験目的除湿機を含めたシステム設計の考え方の妥当性確認として, 補剛桁内部の相対湿度を~ % 程度迄低減可能か又, 補剛桁内一般部の湿度改善によって, コーナー部などの空気が淀み易い箇所やハンガーロープ口元部などの狭隘箇所の環境改善が可能か, 配管手法シーリングの工夫等, モニタリングなどにより確認する. 図 -16 乾式除湿機の原理除湿機 L=72m 図 -17 と除湿方法

5 6. 実験項目実験区間両端をシーリング施工し, 図 -17より1~3は除湿機側から反対側へ配管で乾燥空気を送風し, 配管の先端から桁内へ乾燥空気を放出する.4~は除湿機から反対側へ配管で乾燥空気を送風するが, 配管の途中に穴を開けておき配管の先端及び途中にて桁内へ乾燥空気を放出させる方式とした. モニタリングは, 及び非の温湿度センサーによる温湿度変化, 温度センサーによる結露の評価 ( 桁内空気の露点温度と鋼板温度の比較 ), 無塗装鋼板による腐食速度の算出, ポータブル温湿度計によるコナー部温湿度計測, 桁内空気の流れを調査した ( 図 -18). 湿り空気処理空気乾燥空気空気循環ファン除湿機 (a) 除湿機器配置状況 (b) マンホール電源ラックシーリング (c) 桁継手部シーリング (d) 温湿度センサー等 (e)1~3 配管タイプ (f)4~ 配管タイプ (g) 無塗装鋼板 (h) 桁内空気対流 (i) モニタリング位置温湿度センサー温度センサー ( 結露評価 ) 腐食クーポン図 -18 配管, シーリング, 及びモニタリング

6 7. 実験結果平成 16 年 1 月 ~11 月迄の2カ月分を暫定結果報告する. 7.1 桁内の温湿度変化 (1) 除湿効果について例として, 中央室における非温湿度変化を図 -19に示す. (a) には測定位置 (b) には温度変化 (c) には相対湿度変化を示した. その結果, 温度は,72m 区間でほぼ同じであった. 相対湿度は, 除湿開始後約 1 週間で湿度 % 以下に乾燥する事がわかった. ただし, 気温が低下し且つ雨天の時は, 一時的な湿度の上昇が認められた. 非では,%~% と高湿度であった. H21 H18 H13 H8 H (a) 温湿度センサー位置 ( 中央室 ) 温度 ( ) 中央室 - 1/ / 日時 (1 月 ) 月日 H3 H8 H13 H18 H21 (b) 温度変化 (H16.1.1~ 11.29) 1 相対湿度 (%RH) 1/ / 日時 (1 月 ) 月日 (c) 湿度変化 (H16.1.1~11.29) 図 -19 中央室における非の温湿度変化 H3 H8 H13 H18 H21

7 (2) 除湿空気の吹出方法について図 -17より,1~3では,72m 先のみで除湿空気を吹出し,4~は12m 毎に除湿空気を吹出している. 図 -19に中央室(3) 図 -に西フェアリングの相対湿度変化を示すが, いずれの吹出し方法でも区間全体を乾燥可能であった. 1 H23 H H1 H1 H 相対湿度 (%RH) 1/ / 日時 (1 月 ) (a) 温湿度センサー位置 ( 西フェアリング ) (b) 湿度変化 (H16.1.1~11.29) 図 - 西フェアリングにおける非の湿度変化 H H1 H1 H H23 (3) シーリングと除湿について図 -21には, 東フェアリングの相対湿度を示す. 東フェアリングでは, 一部 (H1の位置) でシーリング箇所からの水漏れが認められ, この近傍での湿度が高かった. この箇所を再度補修した所, 湿度が低下し, 十分に乾燥する事がわかった. この結果からも除湿において, シーリングによる外気との遮断が重要である. H16 H11 H6 H1 相対湿度 (%RH) 1 補修 H1 H6 H11 H / / 日時月日 (a) 温湿度センサー位置 ( 東フェアリング ) (b) 湿度変化 (H16.1.1~11.29) 図 -21 東フェアリングにおける除湿状況 7.2 温度センサーによる結露評価桁内の温湿度測定から露点温度を計算し, 鋼板温度と比較する事により, 結露の有無の評価を行った. 鋼板温度が露点温度より低い場合には結露が発生する事となる. 図 - 22に, 西側側室における露点温度と鋼板温度を比較した結果を示す. 非では, 何度か矢印の様に鋼板温度と露点温度が重なり結露しているが, では, 鋼板温度は露点温度よりも十分に高く, 結露しない事が明らかになった. 露点温度 ( ) H 3 H1 2 H1 H 1 H23 1 床 ( 除湿 ) 床 ( 非除湿 ) 日時 (H16.1.1~11.29) 図 -22 西側側室における露点温度と桁床温度との比較

8 7.3 温湿度マニュアル計による確認温湿度計は定点に設置し, 計測を行っているが, コーナー部やハンガーロープ口元部など隅々まで除湿されているか確認を行い, 除湿されている事を確認した. 7.4 無塗装鋼板による発錆比較補剛桁内及び非に無塗装鋼板を設置し, 腐食状況を観察した.2ケ月目の無塗装鋼板外観を図 -21 に示す. では錆の発生は認められなかった. 一方, 非では, 点状の鉄錆が数箇所 ~ 十数カ所発生していた. この結果からも除湿により腐食環境が改善されたことが明らかである. 非図 -23 無塗装鋼板 (2 ケ月 ) 7. 桁内空気対流の確認配管先端から放出される乾燥空気が確実に除湿機に戻ってきているかを確認するため, 桁内空気の対流を検討した. その結果, 線香の煙により空気の流れを捉える事ができ, この方法により空気の流れを観測した所, 除湿機からダクトを通って吹出した除湿空気は, 除湿機側へ戻り, 設計思想通り循環している事を確認した. 8. 考察当初の設計計算の通り, 処理風量 1m3の除湿機により72m 区間を湿度 % 以下に除湿可能である事を確認した. ただし, 除湿能力はシーリングによる外界との遮断レベルに大きく左右されるため, 長期的に安定なシーリング方法を検討することが必要である. 又, 今回の実験は一日の気温差の大きい秋季に実施しているが, 除湿機は低温ほど除湿性能が低下するため, 現在最も除湿条件の厳しい真冬のデータを継続調査中である. このように外からの水などの腐食因子の侵入を防止し, 且つ桁内を除湿し, 腐食の発生しにくい環境へ改善する事により, 桁内を長期的にわたり確実に防食することが可能である. 9. まとめ白鳥大橋の桁内は相対湿度が高く結露が生じるなど等により錆の発生が認められる為, 適切な防錆対策が必要であるライフサイクルコスト的にも有位である補剛桁内除湿乾燥方法に着目し, そのシステムの妥当性を桁内の72m 区間をシーリングし, 除湿性能を確認する調査を実施した. その結果, 処理風量 1m3の除湿機により,72m 区間を湿度 % 以下に除湿可能である事を確認した. 今回の除湿実験で得られた, 除湿システム構成及びシーリング方法などの知見は, 白鳥大橋の桁内をはじめ, 主塔側塔及び他のボックス箱桁橋梁の防食設計に大きく活用可能であると考えられる. 参考文献 1) 藤野陽三 : 防食技術 VOL.38 p46-p2 2) 金子正猪, 溝上義昭, 内藤真 : 橋梁と基礎 p31-p34

鋼道路橋防食便覧目次 A5 判 592 頁本体価格 7,500 円平成 26 年 3 月 31 日初版第 1 刷発行平成 29 年 5 月 30 日第 3 刷発行第 Ⅰ 編共通編第 1 章総則 Ⅰ 総論 Ⅰ 適用の範囲 Ⅰ 用語 Ⅰ-4 第 2 章鋼

鋼道路橋防食便覧目次 A5 判 592 頁本体価格 7,500 円平成 26 年 3 月 31 日初版第 1 刷発行平成 29 年 5 月 30 日第 3 刷発行第 Ⅰ 編共通編第 1 章総則 Ⅰ 総論 Ⅰ 適用の範囲 Ⅰ 用語 Ⅰ-4 第 2 章鋼鋼道路橋防食便覧目次 A5 判 592 頁本体価格 7,500 円平成 26 年 3 月 31 日初版第 1 刷発行平成 29 年 5 月 30 日第 3 刷発行第 Ⅰ 編共通編第 1 章総則 Ⅰ-1 1. 1 総論 Ⅰ-1 1. 2 適用の範囲 Ⅰ-2 1. 3 用語 Ⅰ-4 第 2 章鋼道路橋の腐食 Ⅰ-5 2. 1 鋼の腐食 Ⅰ-5 2. 2 腐食の分類と形態 Ⅰ-6 2. 3 環境と腐食