報告書番号

SS22009

タイトル（和文）

腐食孔を有する鋼管部材の座屈強度評価ツールの開発

タイトル（英文）

Development of Estimation Tool of Buckling Strength for Perforated steel pipe member using Finite Element Analysis

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背景
我が国の送電用鉄塔は高度経済成長期に大量に建設されており，近い将来，部材の発錆・腐食などの経年事象に対する補修等の対策時期の集中が懸念されている．このため合理的な対応が求められており，腐食孔を有する部材の残存強度評価が有効な解決策の1つと考えられる．強度評価法に関しては，図表を用いた簡便法が提案されているが，強度への影響が大きい部材端部の拘束条件に制約がある．一方で，シェル要素等を用いた詳細な有限要素解析では，部材端部の実際の形状を模擬できるが，モデル作成や計算に掛かる労力の観点から実用的な方法ではない．

目的
腐食孔を有する鋼管部材を対象として，部材端部の様々な拘束条件に対応した座屈強度評価を実施するための，実用的な有限要素解析コードを開発する．

主な成果
(1)はり要素を用いた有限要素解析コードの開発
モデル作成の簡易性や計算負荷低減の観点から，はり要素を用いた有限要素解析コードを開発した．同コードは幾何学的非線形性と材料非線形性を同時に考慮でき，腐食孔のない健全な鋼管部材を対象とした座屈実験の再現解析により，健全な鋼管部材の座屈強度や座屈にともなう変形挙動が再現できることを確認した．

(2)腐食孔を有する鋼管部材に対する座屈強度評価への適用性確認
腐食孔を有する鋼管部材を対象とした座屈実験の再現解析を実施した結果，腐食孔周辺の応力集中にともなう早期塑性化が再現できず，危険側評価となることを確認した．そのため，腐食孔周辺の応力集中係数を用いた早期塑性化の再現方法を構築し，それを導入することで実験結果とほぼ同等，もしくはやや安全側評価となり，腐食孔を有する鋼管部材に対しても適用可能であることが示された．

(3)部材端部の拘束条件が異なる部材への適応
部材端部の拘束条件をピン接合とした場合と剛接合とした場合での座屈強度評価を実施した．その結果，拘束条件による強度の差が明確に示され，その影響は部材長や断面欠損率により異なることが明らかとなった．

今後の展開
任意の鋼管断面寸法や断面欠損率を有する部材への適用性を検証するとともに，複数の腐食孔を有する部材や減肉を有する部材も含めた座屈強度評価法の構築および評価ツールの開発を目指す．

概要 （英文）

Approximately half of the power transmission towers in Japan have reached the age of 50 years, and aging deterioration events such as rusting and corrosion of members and bolts have become apparent. It has been suggested that such aging deterioration events may occur intensively at one time soon. For this reason, it is important to systematically take measures such as member replacement. Therefore, a practical method for evaluating the strength of corroded members to determine the necessity of member replacement and select the member to be replaced reasonably is desired to be established.
In this report, a finite element analysis code using beam elements is developed and verified the applicability to evaluate the buckling strength of steel pipe members with perforations.
First, a reproduction analysis of a previous experiment in which the buckling strength of a sound member without perforations was evaluated was performed. As a result, it was showed that the buckling strength of a sound member could be evaluated by a developed analysis code. Next, a reproduction analysis of a previous experiment in which the buckling strength of a steel pipe member having perforations was evaluated was performed. Because the beam element could not be considered the effect of local deformation around the perforation, the strength obtained by the development code is evaluated more than the actual strength. In order to evaluate the effect of local deformation around the perforation, a correction coefficient based on the stress concentration factor around the perforation was introduced. As a result, it was shown that the previous experiment could be reproduced and the buckling strength with perforations could be evaluated by a developed code.

報告者

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