高力ボルト(F11)の遅れ破壊への対応

昭和40年代後半~50年代初頭に架設された橋梁では、高力ボルトとしてF11Tが使用されているものがあります。F11Tの高力ボルトは、高張力鋼特有の遅れ破壊の可能性があり、点検や取替えなどの対策が必要です。

遅れ破壊とは

遅れ破壊した高力ボルト(F11T)遅れ破壊とは、一定の引張荷重が加えられている状態で、ある時間が経過したのち、外見上はほとんど塑性変形を伴わずに突然脆性的に破壊する現象です。
遅れ破壊は、引張強度が120kgf/mm2程度を超える高張力鋼特有の現象で、現在使用されているF10Tの高力ボルト(引張強度110kgf/mm2程度)では、発生していません。
遅れ破壊による損傷は、腐食ピットやねじ部など応力集中部に発生したクラックが徐々に進展して、最後は急速破壊にいたります。

遅れ破壊が発生の事例には

遅れ破壊の発生を定性的、定量的に予測することは困難ですが、これまでの損傷事例や調査結果から次のような傾向が見られます。

  • F11T高力ボルトのうち、昭和46年~52年頃のものに多く見られる
  • 腐食環境の厳しい箇所に発生しやすい
  • 同一連結部で複数の破損が見られる場合、その連結部では継続して遅れ破壊が発生する可能性がある

これらに該当する橋梁については、今後、遅れ破壊が発生する可能性があり、ボルト脱落による第三者への被害を防止するためにも、点検や補修、落下防止対策などを検討する必要があります。

点検・調査の方法には

1.たたき点検

点検用ハンマーによるたたき点検ボルトを点検用ハンマーでたたいて、感触や音、振動などに異常がないかを確認します。この点検は非常に簡便ですが、損傷を直接調査する方法ではないことから、ゆるみと割れの区別が困難であり、結果が点検者の技量に左右されるため、経験者が行う必要があります。

2.超音波による調査

超音波による調査は、超音波探傷器を用いてボルトの先端または頭から探傷し、反射エコーの高さによって損傷の有無を判定します。作業効率は低くなりますが、精度および信頼性が高い方法です。

高力ボルトを取替える場合には

1. 取替え時における設計照査

点検の結果、取替える必要が生じた場合には、新しいボルトとして、F11T高力ボルトと強度的に最も近く、かつ遅れ破壊に対する感受性がほとんどみられないF10T高力ボルトを使用します。
取替え範囲については、事前に調査を実施したうえで、

  • 損傷した高力ボルトと同一ロットで製造された全ボルト
  • 損傷した高力ボルトと同一継手(連結板)部の全ボルト
  • 損傷した高力ボルトのみ

のうちから、適切な範囲を決定します。
なお、F11T高力ボルトをF10T高力ボルトに取替える場合には、ボルトの許容力が約5%低下するため、継手部の設計照査を行い、許容応力度を満足していることを確認します。

F11TとF10Tの比較

2. フランジ、腹板のボルト取替え方法

高力ボルトの取替えは、1本ずつ行うことが原則ですが、継手部の応力照査の結果、応力に余裕がある場合は1列ずつ取替えることも可能です。
取替え作業は、下記の手順で行います。

  • フランジの場合(軸力を受ける継手)
    ⅰ)連結板の片側の中央ボルト列を取替える
    ⅱ)中央のボルト列から左右の列へ交互に取替える
  • 腹板の場合(曲げを受ける継手)
    ⅰ)連結板の中央のボルト列を取替える
    ⅱ)中央のボルト列から上下の列へ交互に取替える

取替え手順図

3. コンクリート部分に接触した損傷ボルトの取替え方法

上フランジなどでコンクリート部分に接触している高力ボルトの取替えは、ボルトの損傷状況や交通規制の可否などの条件を十分調査した上で、取替え方法を決定します。
下表に取替え方法の一例を紹介します。

損傷ボルトの取替え方法

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