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JP2020060429A - Degradation prediction method - Google Patents

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JP2020060429A
JP2020060429A JP2018191273A JP2018191273A JP2020060429A JP 2020060429 A JP2020060429 A JP 2020060429A JP 2018191273 A JP2018191273 A JP 2018191273A JP 2018191273 A JP2018191273 A JP 2018191273A JP 2020060429 A JP2020060429 A JP 2020060429A
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peeling
reinforcing bar
information
corrosion rate
deterioration
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Application number
JP2018191273A
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Japanese (ja)
Inventor
宗正 徳永
Munemasa Tokunaga
宗正 徳永
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Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
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Publication date
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Abstract

【課題】1回の検査時の検査項目を最小限に抑えたうえで、予測の不確実性を考慮した予測結果を得ることができる劣化予測方法を提供する。【解決手段】鉄筋コンクリート構造物の表面における劣化予測方法である。そして、鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報並びに鉄筋のかぶり深さの情報を取得するステップS1,S2と、それらの取得した情報から逆解析によって鉄筋腐食速度を推計するステップS3と、その推計した鉄筋腐食速度に基づいて任意に設定した時点の前記表面の剥離剥落面積を予測するステップS4とを備えている。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a deterioration prediction method capable of obtaining a prediction result in consideration of uncertainty of prediction while minimizing inspection items at one inspection. A method for predicting deterioration on the surface of a reinforced concrete structure. Then, steps S1 and S2 for acquiring information on the peeling off and cracking points on the surface of the reinforced concrete structure and information on the cover depth of the reinforcing bar, and step S3 for estimating the reinforcing bar corrosion rate by inverse analysis from the acquired information. And a step S4 of predicting the peeling-off area of the surface at a time arbitrarily set based on the estimated reinforcing bar corrosion rate. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物の表面における劣化予測方法に関するものである。   The present invention relates to a method of predicting deterioration on the surface of a reinforced concrete structure.

橋梁や高架橋、ビルなどの建築物等の鉄筋コンクリートによって構築された鉄筋コンクリート構造物は、年月の経過や構造物の使用環境及び建設時の施工条件などにより、鉄筋が腐食し、ひび割れや剥離が起きることがあるため、維持管理のために定期的に検査が行われる。   Reinforced concrete structures constructed of reinforced concrete such as bridges, viaducts, buildings, etc., will corrode, crack and peel due to the age of the structure, the environment in which the structure is used and the construction conditions during construction. Therefore, regular inspections are conducted for maintenance.

また、非特許文献1,2に開示されているように、定期的な検査に基づく鉄筋コンクリート構造物の変状予測の適切な修正方法の一つとして、目視で得られた剥離・剥落情報に基づき推定した鉄筋腐食速度を用いて剥離・剥落予測を行う劣化予測手法が提案されている。この劣化予測手法では、目視調査に加えて、鉄筋のかぶり深さ、塩化物イオン濃度及び中性化深さの測定を行い、これらの情報も併せて使用することで、劣化予測を行っている。   In addition, as disclosed in Non-Patent Documents 1 and 2, as one of suitable correction methods for predicting deformation of a reinforced concrete structure based on regular inspections, based on peeling / peeling information obtained visually. A deterioration prediction method has been proposed in which peeling and peeling are predicted using the estimated reinforcing bar corrosion rate. In this deterioration prediction method, in addition to visual inspection, the cover depth, chloride ion concentration, and neutralization depth of the reinforcing bar are measured, and the deterioration prediction is performed by using this information as well. .

曽我部正道、外3名、「鉄道高架橋のRC高欄の変状調査とその劣化予測」、コンクリート工学、Vol.47,No.8,2009,pp.16-24Masamichi Sokabe, 3 others, "Survey of RC railroad crossing on railway viaduct and its deterioration prediction", Concrete Engineering, Vol.47, No.8, 2009, pp.16-24 轟俊太朗、外3名、「鉄道RC構造物の目視変状に基づく鉄筋腐食速度の評価に関する一考察」、日本材料学会、コンクリート構造物の補修,補強アップグレード論文報告集,Vol.15,2015,pp.41-46Shuntaro Todoroki, 3 others, "A Study on Evaluation of Reinforcement Corrosion Rate Based on Visual Deformation of Railway RC Structures", Japan Society of Materials, Concrete Structure Repair, Reinforcement Upgrade Papers, Vol.15, 2015 Pp.41-46

しかしながら、塩化物イオン濃度及び中性化深さの測定を行うには、相応の検査費用と手間がかかるため、1回当りの検査費用や検査時間などの負担が大きくなり、維持管理費用が増加する原因になる。また、コスト削減を図れば、検査回数の減少に繋がり、適切な時期の修繕が行えなくなるおそれもある。   However, measuring the chloride ion concentration and the depth of neutralization requires a corresponding inspection cost and labor, which increases the inspection cost per inspection and inspection time, increasing maintenance costs. Cause In addition, if the cost is reduced, the number of inspections may be reduced, and repair may not be performed at an appropriate time.

さらに、劣化現象自体も各構造物、その部材又は表面毎にばらつき、検査を実施できる箇所も限定されるうえに、検査情報も検査員に依存する性質を持っているが、従来の予測手法ではこれらの不確実性は陽に考慮されていない。   Furthermore, the deterioration phenomenon itself varies for each structure, its member or surface, and the places where inspection can be performed are limited, and the inspection information also has the property of depending on the inspector. These uncertainties are not explicitly taken into account.

そこで、本発明は、1回の検査時の検査項目を最小限に抑えたうえで、予測の不確実性を考慮した予測結果を得ることができる劣化予測方法を提供することを目的としている。   Therefore, it is an object of the present invention to provide a deterioration prediction method capable of obtaining a prediction result in consideration of uncertainty of prediction while minimizing the inspection items in one inspection.

前記目的を達成するために、本発明の劣化予測方法は、鉄筋コンクリート構造物の表面における劣化予測方法であって、前記鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報並びに鉄筋のかぶり深さの情報を取得するステップと、前記取得した情報から逆解析によって鉄筋腐食速度を推計するステップと、前記推計した鉄筋腐食速度に基づいて任意に設定した時点の前記表面の剥離剥落面積を予測するステップとを備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above-mentioned object, the deterioration prediction method of the present invention is a deterioration prediction method on the surface of a reinforced concrete structure, wherein the peeling-off and cracking information on the surface of the reinforced concrete structure and the covering depth of the reinforcing bar are provided. And a step of estimating a reinforcing bar corrosion rate by an inverse analysis from the acquired information, and a step of predicting the peeling-off area of the surface at any time based on the estimated reinforcing bar corrosion rate It is characterized by having and.

ここで、前記鉄筋腐食速度の推計は、ベイズの定理に基づいて行われることが好ましい。また、前記鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報は、目視調査によって得ることができる。さらに、前記鉄筋のかぶり深さの情報は、電磁誘導法による非破壊検査装置による測定結果として取得することができる。   Here, it is preferable that the estimation of the corrosion rate of the reinforcing bar is performed based on Bayes' theorem. Further, the information on the peeled off portions and cracked portions on the surface of the reinforced concrete structure can be obtained by visual inspection. Further, the information on the cover depth of the reinforcing bar can be acquired as the measurement result by the nondestructive inspection device by the electromagnetic induction method.

このように構成された本発明の劣化予測方法は、鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報と鉄筋のかぶり深さの情報とから、逆解析によって鉄筋腐食速度を推計する。そして、推計した鉄筋腐食速度に基づいて任意に設定した時点の剥離剥落面積を予測する。   The deterioration prediction method of the present invention thus configured estimates the corrosion rate of the reinforcing bar by inverse analysis from the information on the peeling and peeling point and the cracked point on the surface of the reinforced concrete structure and the information on the cover depth of the reinforcing bar. Then, based on the estimated corrosion rate of the reinforcing bar, the peeling and peeling area at an arbitrary time is predicted.

このように表面に現れる情報とかぶり深さの情報という限られた検査項目の結果を利用するだけでも、逆解析によって鉄筋腐食速度を推計することで、予測の不確実性を考慮した実務に適した予測結果を得ることができる。   By just using the results of the limited inspection items such as the information that appears on the surface and the information on the depth of cover, it is possible to estimate the corrosion rate of the reinforcing bar by back analysis, which is suitable for practical use that considers the uncertainty of prediction. It is possible to obtain the predicted result.

本実施の形態の劣化予測方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the deterioration prediction method of this Embodiment. 鉄筋コンクリート構造物の表面における変状過程と鉄筋腐食速度との関係を概念的に説明する図である。It is a figure which explains notionally the relationship between the deformation | transformation process in the surface of a reinforced concrete structure, and a corrosion rate of a reinforcing bar. 順解析による剥離剥落シミュレーション結果を説明する図である。It is a figure explaining the peeling off simulation result by a forward analysis. 逆解析の条件とパラメータ推計結果を説明する図であって、(a)は条件一覧表、(b)は数値実験による推計値と正解値との比及び標準偏差を示した棒グラフである。It is a figure explaining the conditions and parameter estimation result of reverse analysis, (a) is a condition list, (b) is a bar graph which showed the ratio and standard deviation of the estimated value and correct value by numerical experiment. 数値実験によって予測された剥離剥落面積率の予測精度を説明する図であって、(a)はCase1の結果、(b)はCase2の結果、(c)はCase3の結果、(d)はCase4の結果を示している。It is a figure explaining the prediction precision of the peeling exfoliation area rate predicted by the numerical experiment, (a) is a result of Case1, (b) is a result of Case2, (c) is a result of Case3, (d) is Case4. The result of is shown. 実構造物への適用例となる対象構造物の構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the target structure which becomes an example of application to an actual structure. メッシュ分割方法と目視調査による変状の判定例を説明する図である。It is a figure explaining the example of determination of the deformation by the mesh division method and visual inspection. 鉄筋探査機によるかぶり厚の測定結果の一例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed an example of the measurement result of the cover thickness by a reinforcing bar probe. かぶり厚と変状との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between a cover thickness and a deformation. パラメータ推計により得られた事後分布を例示(Case2)した図で、(a)はp1の結果、(b)はp2の結果、(c)はp3の結果を示している。In the figure which illustrated the posterior distribution obtained by parameter estimation (Case 2), (a) shows the result of p 1 , (b) shows the result of p 2 , and (c) shows the result of p 3 . 実構造物に適用した場合の逆解析の推計値と正解値との比及び標準偏差を示した棒グラフである。It is a bar graph showing the ratio and the standard deviation of the estimated value of the back analysis and the correct value when applied to the actual structure. 実構造物に適用した場合に予測された剥離剥落面積率の予測精度を説明する図であって、(a)はCase1の結果、(b)はCase2の結果、(c)はCase3の結果、(d)はCase4の結果を示している。It is a figure explaining the prediction accuracy of the exfoliation exfoliation area rate predicted when applied to an actual structure, (a) is a result of Case1, (b) is a result of Case2, (c) is a result of Case3, (D) shows the results of Case 4. 実構造物に適用した場合の変状分布の実測結果と予測結果(Case4)とを説明する図であって、(a)は実測結果(供用45年)、(b)は予測結果(供用45年)、(c)は予測結果(供用75年)、(d)は予測結果(供用100年)を示している。It is a figure explaining the measurement result and the prediction result (Case4) of the deformation distribution when applied to an actual structure, (a) is a measurement result (service 45 years), (b) is a prediction result (service 45) (Year), (c) shows the prediction result (75 years in service), and (d) shows the prediction result (100 years in service).

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施の形態の劣化予測方法を説明するフローチャートである。
本実施の形態の鉄筋コンクリート構造物の表面における劣化予測方法の適用対象となる構造物は、鉄筋コンクリートによって構築された橋梁や高架橋などの土木構造物及びビルなどの建築構造物である。これら鉄筋コンクリート構造物の壁、柱、桁などの表面が検査対象になる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart explaining the deterioration prediction method of the present embodiment.
Structures to which the method for predicting deterioration on the surface of a reinforced concrete structure according to the present embodiment is applied are civil structures such as bridges and viaducts constructed of reinforced concrete, and building structures such as buildings. Surfaces such as walls, columns, and girders of these reinforced concrete structures are to be inspected.

鉄筋コンクリート構造物の表面に現れる変状は、目視調査によって観察することができる。目視調査とは、検査員の目視によって、剥離剥落箇所やひび割れ箇所などの変状の発生位置や範囲などの観測情報を取得する調査である。   The deformation that appears on the surface of the reinforced concrete structure can be observed by visual inspection. The visual survey is a survey in which the inspector visually obtains observation information such as the position and range of deformation such as peeling and peeling spots and cracks.

これまでは、検査時に、目視調査だけでなく、必要に応じて非破壊検査装置などを使用したかぶり深さの測定や中性化深さなどの測定が行われていた。そして、このようにして取得された検査情報と熟練技術者の経験に基づいて、鉄筋の腐食速度や腐食度を推定するということが行われていた。例えば「鉄道構造物等維持管理標準・同解説(構造物編)コンクリート構造物」(以下、「維持管理標準」という。)では、鉄筋の腐食を指標とした変状予測モデルが提案されている。   In the past, during inspection, not only visual inspection but also measurement of fog depth and neutralization depth using non-destructive inspection equipment were performed as needed. Then, based on the inspection information thus obtained and the experience of a skilled engineer, the corrosion rate and corrosion degree of the reinforcing bar have been estimated. For example, in "Maintenance Standards for Railway Structures, Commentary (Structures) Concrete Structures" (hereinafter referred to as "Maintenance Standards"), a deformation prediction model using corrosion of reinforcing bars as an index is proposed. .

鉄筋の腐食速度を、検査時(現時点)の鉄筋コンクリート構造物の検査情報と構築後に経過した時間(経年)などに基づいて推定できれば、将来の予測に繋げることができる。要するに、鉄筋腐食速度の推定結果から、鉄筋コンクリート構造物の将来の任意の時点における劣化程度(剥離剥落面積)を予測することができるようになる。   If the corrosion rate of the reinforcing bar can be estimated based on the inspection information of the reinforced concrete structure at the time of inspection (current time) and the time elapsed after construction (years), it can be linked to future prediction. In short, it becomes possible to predict the degree of deterioration (peeling and peeling area) of the reinforced concrete structure at any future time from the estimation result of the corrosion rate of the reinforcing bar.

ここで、一般論から言えば、多くの検査情報を使って経験のある熟練技術者が判定することで、高精度の劣化予測が行えるものと考えられる。しかしながら、昨今の維持管理技術者の不足や、技術伝承問題等から、熟練技術者の有する暗黙に依存した体制は限界に達することが容易に予測される。このような技術者不足を補うためには検査作業の省力化が必要であり、剥離剥落面積の予測精度を確保しつつも検査時の測定項目を少なくすることが求められる。   Here, from a general point of view, it is considered that highly-accurate deterioration prediction can be performed by making judgment by an experienced technician using a lot of inspection information. However, due to the recent shortage of maintenance engineers and technical transfer problems, it is easily predicted that the system implicitly dependent on skilled engineers will reach its limit. In order to compensate for such a shortage of engineers, labor saving in inspection work is required, and it is required to reduce the number of measurement items at the time of inspection while ensuring the prediction accuracy of the peeling and peeling area.

そこで、本実施の形態の劣化予測方法は、実務における維持管理サイクルの中で活用可能な手法とする。要するに、「維持管理標準」に示された変状予測モデルにおける鉄筋腐食速度を検査時の剥離剥落面積から推定することで、将来時点の剥離剥落面積を予測する方法論において、少ない測定項目及び回数で剥離剥落面積を効率的に予測する方法について説明する。   Therefore, the deterioration prediction method of the present embodiment is a method that can be utilized in the maintenance cycle in practice. In short, by estimating the reinforcing bar corrosion rate in the deformation prediction model shown in the "maintenance management standard" from the exfoliation and peeling area at the time of inspection, the methodologies for predicting the exfoliation and exfoliation area at a future time require less measurement items and times. A method for efficiently predicting the peeled-off area will be described.

そこで、まず、ベイズ推計を用いて不確実性を考慮することで、変状予測モデルに必要な各種測定データの有無が予測精度に及ぼす影響を評価した検討結果について説明する。すなわち、剥離剥落面積という集約情報を用いることで、後述する個々の評価単位(メッシュ)での変状予測結果が必ずしも一致せずとも、集約化による中心極限の定理が働くため、剥離剥落面積とその不確実性を効率的に予測することができるようになる。   Therefore, first, the examination results of evaluating the influence of the presence or absence of various measurement data necessary for the deformation prediction model on the prediction accuracy by considering the uncertainty using Bayesian estimation will be described. That is, by using the aggregated information of peeling and peeling area, even if the deformation prediction results in individual evaluation units (mesh) described later do not always match, the central limit theorem due to aggregation works It becomes possible to predict the uncertainty efficiently.

図2に、鉄筋腐食モデルの概要を示す。鉄筋腐食モデルは、各変状過程(stage1からstage5)の鉄筋腐食速度v(=dr/dt;v1-v5)や、限界値となる中性化残りcrlim、鉄筋腐食深さΔr(Δrcr,Δrsp,Δrls)をパラメータとしている。ここで、鉄筋腐食深さΔrは、鉄筋の周辺が深さ方向に一様に腐食する場合の減少量とし、鉄筋腐食速度vは1年間あたりのその減少量とした。 Fig. 2 shows the outline of the reinforcing bar corrosion model. The reinforcing bar corrosion model is based on the reinforcing bar corrosion rate v (= dr / dt; v 1 -v 5 ) in each deformation process (stage 1 to stage 5 ), the neutralization residual c rlim which is the limit value, and the reinforcing bar corrosion depth Δr ( The parameters are Δr cr , Δr sp , and Δr ls ). Here, the reinforcing bar corrosion depth Δr is the amount of decrease when the periphery of the reinforcing bar is uniformly corroded in the depth direction, and the reinforcing bar corrosion rate v is the amount of decrease per year.

stage1からstage5は、それぞれ「維持管理標準」で定義される潜伏期、進展期、加速期前期、加速期後期、劣化期に対応する。そして、鉄筋腐食速度v1は内的塩害に起因する速度、鉄筋腐食速度v2は中性化に伴い塩分が濃縮され鉄筋腐食が加速された後の速度、鉄筋腐食速度v3はひび割れや浮き発生に伴い水分や局部的な中性化の進行により鉄筋腐食が加速された後の速度、鉄筋腐食速度v4,v5は剥離・剥落が発生した後の裸鋼の速度となる。 Stages 1 to 5 correspond to the latent period, the evolution period, the early acceleration period, the late acceleration period, and the deterioration period, which are defined by the "maintenance management standard", respectively. The rate after rate Corrosion rate v 1 is caused by the internal salt damage, the reinforcing steel corrosion rate v 2 is Corrosion concentrated salinity with Carbonation was accelerated, Corrosion rate v 3 is cracked or floating The speed after the corrosion of the reinforcing bar is accelerated due to the progress of moisture and local neutralization along with the generation, and the corrosion rates v 4 and v 5 of the reinforcing bar are the speed of the bare steel after peeling and peeling.

鉄筋腐食速度vは、特に実構造物においては、気温や表面含水率などの部材の乾湿状態の影響も受けるもので、ばらつきが大きく、充分に定量化されているものではない。従って、「維持管理標準」では、構造物の環境条件等に応じて定期的な検査から適切に修正することを前提としている。これらの鉄筋腐食速度vに基づき、鉄筋腐食深さΔrは、各過程の鉄筋腐食速度vを時間領域で積分して得られ、推定変状Si,T simは、鉄筋腐食深さΔrcrと限界鉄筋腐食深さΔrlsとの関係により1から5の整数値となる。ここで、iは各メッシュ、Tは経年を表す。 Particularly in an actual structure, the reinforcing bar corrosion rate v is affected by the dry and wet conditions of the member such as the temperature and the surface water content, and has a large variation and is not sufficiently quantified. Therefore, the “maintenance management standard” presupposes that the periodic inspection is appropriately modified according to the environmental conditions of the structure. Based on these reinforcing bar corrosion rates v, the reinforcing bar corrosion depth Δr is obtained by integrating the reinforcing bar corrosion rate v of each process in the time domain, and the estimated deformation S i, T sim is the reinforcing bar corrosion depth Δr cr and It becomes an integer value from 1 to 5 depending on the relationship with the limit reinforcing bar corrosion depth Δr ls . Here, i represents each mesh and T represents aging.

ところで、本実施の形態の劣化予測方法では、後述するように鉄筋腐食速度を直接逆解析することから、上記「維持管理標準」で用いられている、鉄筋の腐食速度を中性化、内的塩害、複合劣化等の劣化要因をそれぞれ中性化残りに依存して変化させる鉄筋腐食モデルについての検討も行う。以下では、このモデルによる解析結果を、逆解析結果と比較するための順解析の結果として説明する。   By the way, in the deterioration prediction method of the present embodiment, since the rebar corrosion rate is directly back-analyzed as described later, the rebar corrosion rate used in the above "maintenance standard" is neutralized, We will also investigate a reinforcing bar corrosion model that changes deterioration factors such as salt damage and complex deterioration depending on the neutralization residue. Below, the analysis result by this model is demonstrated as a result of the forward analysis for comparing with the inverse analysis result.

図3に、順解析による剥離剥落シミュレーション結果を示す。この図では、各変状過程の割合を示しており、経年に依存してstageが高い割合が増加していき、経年20年では剥離剥落箇所が10%程度、ひび割れ箇所が20%程度となり、経年100年では剥離剥落箇所が80%程度、ひび割れ箇所が10%程度となっていることが分かる。   FIG. 3 shows the peeling and peeling simulation result by the forward analysis. In this figure, the proportion of each transformation process is shown, and the proportion of high stages increases depending on the age, and in 20 years, the peeling and peeling point is about 10%, the cracked point is about 20%, It can be seen that 80% of the peeled and peeled parts and about 10% of the cracked parts are 100 years old.

構造物の健全性は、剥離剥落面積で評価されることから、10m2のコンクリート表面を対象とする場合、20年程度で一つの閾値を超えることとなる。従って以降の逆解析には、経年20年の結果を用いることとする。なお、目視によれば、stage1,2では観測情報はなく、stage3でひび割れ分布、stage4,5で剥離剥落分布が得られることから、経年20年時には30%程度の表面に変状が観測される状態になっていることが推測できる。 Since the soundness of a structure is evaluated by the peeling and peeling area, when a concrete surface of 10 m 2 is targeted, it will exceed one threshold in about 20 years. Therefore, the results of 20 years from now will be used for the subsequent back analysis. According to visual observation, there is no observational information in stages 1 and 2, and crack distribution is obtained in stage 3 and peeling-off distribution is obtained in stages 4 and 5, so about 20% of surface deformation is observed by 20 years. It can be inferred that it is in a state.

続いて、本実施の形態の逆解析手法について説明する。劣化予測では、観測データに基づきモデルパラメータを同定し、以降の現象を予測することとなる。この際に不確実性を考慮できるベイズ理論を採用し、複数パラメータを効率的に同定できるMarcov Chain Monte Carlo 法(マルコフ連鎖モンテカルロ法;以下、「MCMC法」という。)を適用する。   Next, the inverse analysis method of this embodiment will be described. In the deterioration prediction, model parameters are identified based on the observation data and the subsequent phenomena are predicted. At this time, the Bayesian theory that can take into account the uncertainty is adopted, and the Marcov Chain Monte Carlo method (Marcov chain Monte Carlo method; hereinafter referred to as “MCMC method”) that can efficiently identify multiple parameters is applied.

一般的に、現地調査により鉄筋の腐食度や腐食速度を、供用中のコンクリート構造物において直接測定することは容易ではない。そこで、ひび割れや剥離・剥落といった目視調査により得られる変状に基づき、鉄筋腐食速度を逆解析的に推計する。この推計には、ベイズの定理を用いる。   In general, it is not easy to directly measure the corrosion rate and corrosion rate of reinforcing bars in a concrete structure in service by field survey. Therefore, based on the deformations obtained by visual inspection such as cracks, peeling and peeling, the rebar corrosion rate is estimated by inverse analysis. Bayes' theorem is used for this estimation.

ベイズの定理では、パラメータベクトルθの事前確率をπ(θ)として、観測情報Sが得られた時のパラメータベクトルθの同時発生確率π(θ|S)を算出する。   According to Bayes' theorem, the prior probability of the parameter vector θ is π (θ), and the simultaneous occurrence probability π (θ | S) of the parameter vector θ when the observation information S is obtained is calculated.


ここで、Sは、観測変状Siの割合、L(S|θ)は尤度関数、Θはθにより構成されるパラメータ空間を示す。

Here, S is the ratio of observed deformation Si, L (S | θ) is the likelihood function, and Θ is the parameter space composed of θ.

上述したモデルより推定される推定変状Si,T simと、目視により観測される観測変状Si,T obsとを用いると、尤度関数L(Si,T sim|θ)は、次式により表される。

ここで,θはパラメータベクトル、ns は標本数(メッシュ数)、σ2 はモデル化誤差の分散を示す。
Using the estimated deformation S i, T sim estimated from the above model and the observed deformation S i, T obs visually observed, the likelihood function L (S i, T sim | θ) is It is expressed by the following equation.

Here, θ is a parameter vector, n s is the number of samples (the number of meshes), and σ 2 is the variance of the modeling error.

なお、推定変状Si,T sim及び観測変状Si,T obsは、1から5の整数値であり、離散変数となるため、より高精度なモデル化のためには連続変数を対象とした上式(数2)よりも、ポアソン分布などの離散変数を対象とした確率分布の設定が望ましいとも言える。しかしながら、離散変数分布は、維持管理の実務者にとって容易に利用できる馴染みのある分布とは認識されておらず、モデル化誤差が生じることは認識しつつも、実務での適用性を優先して上式を採用した。詳しくは後述するが、上式(数2)のモデル化であっても、鉄筋腐食速度を一定精度で推定することができる。 Note that the estimated transformation S i, T sim and the observed transformation S i, T obs are integer values from 1 to 5 and are discrete variables, so continuous variables are targeted for more accurate modeling. It can be said that the setting of the probability distribution for discrete variables such as Poisson distribution is more preferable than the above equation (Equation 2). However, the discrete variable distribution is not recognized as a familiar distribution that can be easily used by maintenance practitioners.Although recognizing that modeling errors occur, prioritizing applicability in practice. The above formula was adopted. As will be described in detail later, the reinforcing bar corrosion rate can be estimated with a constant accuracy even by modeling with the above equation (Equation 2).

続いて、上式(数2)を対数化することで、以下に示す対数尤度関数F(Si,T sim|θ)が得られる。
Then, by logarithmizing the above equation (Equation 2), the logarithmic likelihood function F (S i, T sim | θ) shown below is obtained.

続いて、上式(数3)の対数尤度関数F(Si,T sim|θ)を最小化するパラメータベクトルθを、ベイズの定理に基づき推計する。推計にはメトロポリス・ヘイスティングス(MH)法を利用したMCMC法を用いた。MH法では、パラメータ空間Θの中でマルコフ過程に従う乱数のサンプリングを行い、各ステップjで最尤基準からの採択判定を繰り返す。すなわち、事前分布π(θ)からθ'のサンプリングを行い、次式に示す採択確率を用いて、サンプリング結果を採択又は棄却することでθj+1を決定する。 Then, a parameter vector θ that minimizes the log-likelihood function F (S i, T sim | θ) in the above equation (Equation 3) is estimated based on Bayes' theorem. The MCMC method using the Metropolis Hastings (MH) method was used for the estimation. In the MH method, random numbers that follow a Markov process are sampled in the parameter space Θ, and the acceptance decision from the maximum likelihood criterion is repeated at each step j. That is, θ ′ is sampled from the prior distribution π (θ), and θ j + 1 is determined by adopting or rejecting the sampling result using the adoption probability shown in the following equation.


ここで、Rは[0,1]の一様乱数である。得られた一連のサンプル系列は、初期の一定期間(burn-in区間)の後、事後分布と近似できる。本実施の形態では、5000ステップのburn-in後、20000ステップを事後分布とした。

Here, R is a uniform random number of [0,1]. The series of samples obtained can be approximated to the posterior distribution after a certain period of time (burn-in period) in the initial stage. In the present embodiment, after the burn-in of 5000 steps, 20000 steps are used as the posterior distribution.

続いて、鉄筋腐食速度v1,v2,v3の推計について説明する。ここでは、準標準モデル(数5)と、直接モデル(数6)との2つの鉄筋腐食モデルによって検討を行った。

Next, the estimation of the reinforcing bar corrosion rates v 1 , v 2 , v 3 will be described. Here, two reinforcing bar corrosion models, a quasi-standard model (Equation 5) and a direct model (Equation 6), were used for the study.

準標準モデル(数5)は、上記「維持管理標準」で定義されたstage1とstage2の鉄筋腐食速度v1 std,v2 stdに一定倍率χを乗じたもので、パラメータベクトルθはθ=(χ)により定義した。χの事前分布は、平均値1、標準偏差10の正規分布とした。そして、上記(数1)式に基づく逆解析により、χの不確実性を評価する。 The quasi-standard model (Equation 5) is obtained by multiplying the rebar corrosion rates v 1 std , v 2 std of stage 1 and stage 2 defined in the above “maintenance standard” by a constant magnification χ, and the parameter vector θ is θ = ( χ). The prior distribution of χ was a normal distribution with a mean value of 1 and a standard deviation of 10. Then, the uncertainty of χ is evaluated by the inverse analysis based on the equation (1).

準標準モデルは、図4(a)に示すように、観測情報が多く必要である割に、実構造物の情報を柔軟に取り入れられるわけではなく、従来の鉄筋腐食モデルに依存して劣化予測を行っていると言える。   As shown in Fig. 4 (a), the quasi-standard model cannot flexibly incorporate the information of the actual structure in spite of the fact that a lot of observation information is necessary, and the deterioration prediction depends on the conventional reinforcing bar corrosion model. Can be said to have done.

直接モデルは、鉄筋腐食速度を直接定義するもので、p1,p2,p3を推計パラメータとしている。パラメータベクトルθは、θ=(p1,p2,p3)により定義し、p1,p2,p3の事前分布は、平均値0.005、標準偏差0.05の正規分布とした。 Direct model is intended to define the Corrosion rate directly, and the p 1, p 2, p 3 and estimated parameters. The parameter vector θ is defined by θ = (p 1 , p 2 , p 3 ), and the prior distribution of p 1 , p 2 , p 3 is a normal distribution with a mean value of 0.005 and a standard deviation of 0.05.

図4(a)に、逆解析の解析条件一覧を示す。Case1は、従来の方法を踏襲したもので、塩化物イオン濃度や中性化深さ(中性化速度)の情報が必要である一方、観測情報にひび割れ分布を用いていない。Case2からCase4は、鉄筋腐食モデルに直接モデルを用いたもので、塩化物イオン濃度の情報を必要としない。さらに、Case3,Case4は、中性化速度の情報も必要としない。   FIG. 4A shows a list of analysis conditions for inverse analysis. Case 1 follows the conventional method and requires information on chloride ion concentration and neutralization depth (neutralization rate), but does not use the crack distribution for observation information. Cases 2 to 4 use a direct model for the reinforcing bar corrosion model and do not require information on chloride ion concentration. Furthermore, Case3 and Case4 do not require information on the neutralization rate.

図4(b)に、逆解析によるパラメータ推計結果一覧を示す。直接モデルであるCase2とCase3とを比較すると、中性化速度αの観測情報の有無により、特にp1の推計精度が低下することが分かる。さらに、Case3とCase4とを比較すると、ひび割れの観測情報の有無により、同様にp1の推計精度が低下することが分かる。これらは、v1の中性化速度やひび割れの感度が限定的であるためと考えられる。観測情報量の少ないCase4の場合でも、p1,p2,p3のそれぞれを+70%から+180%、-35%から+25%、-5%から+35%程度の精度で推計できることが確認できる。 FIG. 4B shows a list of parameter estimation results by inverse analysis. When Case 2 and Case 3 which are direct models are compared, it can be seen that the accuracy of estimation of p 1 is particularly deteriorated due to the presence or absence of the observation information of the neutralization rate α. Furthermore, comparing Case 3 with Case 4, it can be seen that the estimation accuracy of p 1 similarly decreases depending on the presence / absence of observation information on cracks. These are considered to be due to the limited neutralization rate of v 1 and the sensitivity of cracking. Even in Case 4 where the amount of observation information is small, it is possible to estimate p 1 , p 2 , and p 3 with an accuracy of + 70% to + 180%, -35% to + 25%, and -5% to + 35%. Can be confirmed.

図5に、剥離剥落面積率の予測精度を示す。縦軸は全断面に対する剥離剥落面積の発生率を示しており、図中に太線で順解析の劣化予測結果を示した(図3参照)。各Caseとも観測時期である経年20年においては、正解値付近で予測分布が高くなっていることが確認できる。直接モデルを用いたCase2からCase4でも正解値に近い予測結果となっており、塩化物イオン濃度や中性化速度などの観測情報を省略した場合でも、誤差を許容する場合には一定の精度で劣化予測が可能であることを示している。すなわち、直接モデルを用いた場合、経年100年時の剥離剥落面積は、中性化速度及びひび割れ分布を観測する場合(Case2)は0%から+5%程度、中性化速度を省略する場合(Case3)は0%から+10%、さらにひび割れ分布を省略する場合(Case4)は-5%から+15%程度の精度で予測できる。   FIG. 5 shows the prediction accuracy of the peeled-off area ratio. The vertical axis represents the occurrence rate of the peeled and peeled area with respect to the entire cross section, and the thick line in the figure represents the deterioration prediction result of the forward analysis (see FIG. 3). It can be confirmed that the predicted distribution is high near the correct value at 20 years, which is the observation time for each case. In Case 2 to Case 4 using the direct model, the prediction results are close to the correct values, and even if observation information such as chloride ion concentration and neutralization rate is omitted, there is a certain degree of accuracy when errors are allowed. It shows that deterioration can be predicted. In other words, when the direct model is used, the peeling and peeling area after 100 years is 0% to + 5% when observing the neutralization rate and crack distribution (Case2), and when the neutralization rate is omitted. (Case3) can be predicted with an accuracy of 0% to + 10%, and if the crack distribution is omitted (Case4), it can be predicted with an accuracy of -5% to + 15%.

次に、本実施の形態の劣化予測方法について図1を参照しながら説明するとともに、実構造物への適用例について図6−図13を参照しながら説明する。
まず、ステップS1では、検査員によって鉄筋コンクリート構造物の表面の目視観察による調査(目視調査)が行われる。目視調査では、鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所の情報、及びひび割れ箇所の情報を取得することができる。
Next, the deterioration prediction method of the present embodiment will be described with reference to FIG. 1, and an application example to an actual structure will be described with reference to FIGS. 6 to 13.
First, in step S1, the inspector conducts a visual inspection of the surface of the reinforced concrete structure (visual inspection). In the visual inspection, it is possible to obtain information on the peeling and peeling points on the surface of the reinforced concrete structure and information on the cracking points.

図6は、実構造物である対象構造物の概要を示している。対象としたのは、竣工後約45年が経過したボックスカルバートで、内周の両側面を調査面Aと調査面Bとした。調査面A,Bにおいては、かぶりコンクリートの剥離剥落が顕在化してきており、比較的綿密な調査がし易い構造物であった。周辺環境に関しては、山間に位置することから飛来塩分の影響は無いと考えられ、気象庁による地点近傍における過去30年の年平均気温は16.5℃、年平均降水量は1626mmである。この対象構造物は、剥離剥落だけでなく鉄筋直上のひび割れも多く発生しており、断面修復等の修繕を実施する領域の判断が難しく、詳細な検討を行う対象として適している。   FIG. 6 shows an outline of a target structure which is an actual structure. The target was a box culvert about 45 years after completion, and both sides of the inner circumference were designated as survey surface A and survey surface B. On the survey surfaces A and B, the peeling and peeling of the cover concrete has become apparent, and the structure is a structure that allows comparatively close examination. As for the surrounding environment, since it is located in the mountains, it is considered that there is no influence of incoming salt content, and the annual average temperature for the past 30 years by the Japan Meteorological Agency is 16.5 ° C and the average annual precipitation is 1626 mm. Not only peeling and peeling but also many cracks directly above the reinforcing bars occur in this target structure, making it difficult to determine the area to be repaired, such as cross-section repair, and is suitable as a target for detailed examination.

現地調査では、劣化速度に大きく寄与する因子として、調査面A,Bの表面に位置する19本の軸方向鉄筋及びそのかぶりコンクリートの変状、かぶり厚、中性化深さ、塩化物イオン濃度を調査した。ここで、鉄筋径はφ19mmである。   In the field survey, as factors that greatly contribute to the deterioration rate, the deformation, cover thickness, neutralization depth, and chloride ion concentration of the 19 axial reinforcing bars and their cover concrete located on the surfaces of the survey surfaces A and B investigated. Here, the diameter of the reinforcing bar is φ19 mm.

図7に示すように、劣化予測モデルへの導入のために、各調査面を鉄筋直上の100mm×300mmのメッシュ単位に分割し、25×19×2=950個のメッシュ毎の変状パラメータSi (iは、1から950)を記録した。この変状パラメータSiが、コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報となる。   As shown in Fig. 7, in order to introduce it into the deterioration prediction model, each surveyed surface was divided into 100 mm × 300 mm mesh units directly above the rebar, and 25 × 19 × 2 = 950 deformation parameters Si for each mesh. (i is 1 to 950). This deformation parameter Si serves as information on the peeled off portion and the cracked portion on the surface of the concrete structure.

一方、図8に示すように、高さ0.5m,1.3m,2.1mの3箇所のかぶり厚を、磁気式の電磁誘導法による非破壊検査装置で測定する。ここでは、この非破壊検査装置を、鉄筋探査機と呼ぶ(ステップS2)。   On the other hand, as shown in FIG. 8, the cover thickness at three locations of 0.5 m, 1.3 m, and 2.1 m in height is measured by a nondestructive inspection device by a magnetic electromagnetic induction method. Here, this nondestructive inspection device is referred to as a reinforcing bar probe (step S2).

そして、鉄筋探査機によるかぶり厚の測定結果から、線形補間及び補外により、2.5m範囲のかぶり分布を算出した。中性化深さの調査では、ビット径24mmのドリルを用いて削孔をし、エアスプレーにて清掃した後にフェノールフタレイン液1%溶液を噴霧して、コンクリート表面から発色点までの距離を測定した。また、図8に示すように、はつり箇所A,Bにおいて100mm×100mm程度を削り出し、鉄筋腐食状況の調査を行った。塩化物イオン濃度は、ドリル削孔にて深さ60mmから100mm程度の位置から採取したコンクリート粉末を用いて、電位差自動滴定法により求めた。   Then, the fogging distribution in the 2.5 m range was calculated by linear interpolation and extrapolation from the measurement result of the fogging thickness by the reinforcing bar probe. In the investigation of the neutralization depth, a hole with a bit diameter of 24 mm was used for drilling, and after cleaning with air spray, a 1% solution of phenolphthalein solution was sprayed to measure the distance from the concrete surface to the color development point. It was measured. Further, as shown in FIG. 8, about 100 mm × 100 mm was cut out at the chipping points A and B, and the corrosion state of the reinforcing bar was investigated. The chloride ion concentration was determined by a potentiometric automatic titration method using concrete powder sampled from a depth of about 60 mm to 100 mm by drilling.

図8に示したかぶりの測定結果によれば、実測したかぶりは、11mmから53mmの範囲でばらついており、平均は30.1mm、標準偏差は10.6mmであった。中性化深さは、11個のサンプルより15mmから27mm、中性化速度αの平均値は3.0mm/√年、標準偏差は0.6mm/√年であった。塩化物イオン濃度は、3.357kg/m3であったことから、この対象構造物の劣化要因は、中性化と内的塩害の複合劣化であると推定した。 According to the measurement result of fog shown in FIG. 8, the actually measured fog varies in the range of 11 mm to 53 mm, the average is 30.1 mm, and the standard deviation is 10.6 mm. The neutralization depth was 15 mm to 27 mm from the 11 samples, the average value of the neutralization rate α was 3.0 mm / √year, and the standard deviation was 0.6 mm / √year. Since the chloride ion concentration was 3.357 kg / m 3, it was estimated that the deterioration factor of the target structure was the combined deterioration of neutralization and internal salt damage.

図9に、かぶりと変状の関係をまとめた結果を示す。目視により確認された変状は、ひび割れ、浮き、剥離、剥落であり、Siは、1:無変状(177個)、2:無変状(内部腐食)(117個)、3:ひび割れ・浮き(614個)、4:剥離・剥落(64個)、5:剥離・剥落(鉄筋腐食度III以上)(5個)であった。Si=2は、実測したかぶりと中性化速度に基づき、中性化残りが25mm以下となる場合とした。全1064メッシュ中64個のメッシュにおいて、剥離剥落はSiが4以上となっていることから、剥離剥落面積率は6.5%となる。図9から、かぶりが小さいほど変状のランクが高く、個数が多い傾向にあることが分かる。剥離・剥落が発生しているのは、概ねかぶりが25mm以下のメッシュであり、ひび割れはかぶりが40mm以下のメッシュで発生している。   FIG. 9 shows the result of summarizing the relationship between fogging and deformation. The visually confirmed deformations are cracking, floating, peeling, and peeling.Si is 1: unchanged (177), 2: unchanged (internal corrosion) (117), 3: cracked. There were floating (614 pieces), 4: peeling and peeling (64 pieces), 5: peeling and peeling (rebar corrosion degree III or more) (5 pieces). Si = 2 is based on the measured fogging and the neutralization speed, and the case where the residual neutralization is 25 mm or less is set. In 64 of all 1064 meshes, since the peeling and peeling is 4 or more in Si, the peeling and peeling area ratio is 6.5%. It can be seen from FIG. 9 that the smaller the fogging, the higher the rank of the deformation and the more the number of defects. Peeling / stripping occurs in a mesh with a fog of 25 mm or less, and cracks occur in a mesh with a fog of 40 mm or less.

そして、現地調査で取得した情報に基づいて、ステップS3では、逆解析によるパラメータ推計を行う。図10に、直接モデルを対象構造物に適用した場合(Case2)の鉄筋腐食速度の事後確率密度分布を示す。図10(a)から図10(c)を見ると、p1からp3へと鉄筋腐食速度が増加している事がわかる。p2は変動係数が10%程度で他の2パラメータと比較してばらつきが小さい結果となっているが、これは、観測データの内のSi=3に該当するひび割れ・浮きのデータが多く存在していることによると考えられる。ひび割れの発生前後の鉄筋腐食速度であるp2,p3を比較すると、ひび割れにより鉄筋腐食速度が140%程度増加する結果が得られている。p3はp2と比較して広い範囲に分布する傾向が見られるが、ひび割れ発生から剥離剥落が発生するまでに成長するひび割れ幅の影響が考慮されていないことなどが要因として考えられる。 Then, in step S3, parameter estimation by inverse analysis is performed based on the information acquired in the field survey. FIG. 10 shows the posterior probability density distribution of the reinforcing bar corrosion rate when the direct model is applied to the target structure (Case 2). From FIGS. 10 (a) to 10 (c), it can be seen that the corrosion rate of the reinforcing bar increases from p 1 to p 3 . The coefficient of variation of p 2 is about 10% and the variation is small compared to the other two parameters, but there are many data of cracks / floats corresponding to Si = 3 in the observed data. It is thought that it depends on what you are doing. Comparing p 2, p 3 is a reinforcing steel corrosion rate before and after the occurrence of cracks, results of rebar corrosion rate is increased by about 140% is obtained by cracking. p 3 Although a tendency to be distributed in a wide range as compared with p 2 seen, such as the influence of the crack width to grow from cracking occurs until peeling flaking occurs is not taken into account is considered as a factor.

図11に、対象構造物に適用した場合の逆解析によるパラメータ推計結果一覧を示す。ここでは、比較対象となる標準値として、p1に対しては内的塩害を想定した上記「維持管理標準」に記載された式を使用し、p2に対しては複合劣化を想定した「維持管理標準」に記載された式を用いた。準標準モデルであるCase1に着目すると、χの平均値が0.65であり、鉄筋腐食速度が平均的には標準値の65%程度であることが分かる。 FIG. 11 shows a list of parameter estimation results by inverse analysis when applied to the target structure. Here, as the standard value to be compared, using the expressions described in "Maintenance standard" assuming the internal salt damage for p 1, assuming the combined degradation for p 2 " The formula described in "Maintenance standard" was used. Focusing on Case 1, which is a quasi-standard model, it can be seen that the average value of χ is 0.65, and the corrosion rate of the reinforcing bar is about 65% of the standard value on average.

一方、直接モデルであるCase2からCase4に着目すると、p1,p2,p3がそれぞれ標準値の40%,30%,70%程度であり、各過程における鉄筋腐食速度を個々に推計できることが分かる。また、観測情報量の影響については、Case2とCase3との比較により、中性化速度αの有無の影響は小さいと言える。これは、Case3では中性化速度αを未知数として推計を実施しているが、概ね実測値に近い分布に収束する結果となったためである。 On the other hand, paying attention from Case2 is a direct model Case4, p 1, p 2, p 3 40% of the standard value, respectively, 30%, is about 70%, to be able to estimate the Corrosion rate individually in each process I understand. Regarding the influence of the amount of observed information, it can be said that the influence of the presence or absence of the neutralization rate α is small by comparing Case 2 and Case 3. This is because, in Case 3, the neutralization rate α was used as an unknown value for the estimation, but the result was that the distribution converged to a distribution close to the measured value.

さらに、Case3とCase4との比較により、ひび割れの観測情報がない場合はパラメータ推計精度が低下しており、変動係数としてはp1が5%程度、p2,p3がそれぞれ30%程度大きくなることが分かる。 Furthermore, by comparing Case 3 and Case 4, the parameter estimation accuracy decreases when there is no observation information of cracks, and the coefficient of variation p 1 increases by about 5% and p 2 and p 3 increase by about 30%. I understand.

このようにして推計パラメータp1,p2,p3が算定されると、上記した(数6)の式によって、鉄筋腐食速度v1,v2,v3を推計することができる。そこで、ステップS4では、推計した鉄筋腐食速度v1,v2,v3に基づいて、任意に設定した時点における、対象構造物の表面(調査面A,B)の剥離剥落面積を予測する。 When the estimation parameters p 1 , p 2 and p 3 are calculated in this way, the corrosion rate v 1 , v 2 and v 3 of the reinforcing bar can be estimated by the above formula (Equation 6). Therefore, in step S4, the peeling-off area of the surface (survey surface A, B) of the target structure at an arbitrary time is predicted based on the estimated reinforcing bar corrosion rates v 1 , v 2 , v 3 .

図12は、対象構造物に適用した場合の剥離剥落面積を剥離剥落面積率で示した予測精度を表している。この図から、各ケースにおいて、観測値である経年45年時点で、剥離剥落面積率6.5%付近での発生確率が大きくなっており、実測と予測とが一致することが分かる。   FIG. 12 shows the prediction accuracy in which the peeling and peeling area when applied to the target structure is shown by the peeling and peeling area ratio. From this figure, it can be seen that in each case, the probability of occurrence near the peeling and peeling area ratio of 6.5% is large at the time of 45 years, which is the observed value, and the actual measurement and the prediction match.

また、経年100年時の剥離剥落面積率の平均値は、Case1で55%程度、Case2からCase4で65%程度であることが分かる。これは、図11のp3の推計結果において、準標準モデルよりも直接モデルの方が大きい値を示すことに整合する。Case2からCase4の予測結果のばらつきに着目すると、図11の推計結果ではパラメータ推計精度に差が見られたものの、図12の予測結果では大きな差は確認できない。これらから、本実施の形態の劣化予測方法のように観測情報量を減らしてパラメータ推計精度が低下した場合でも、一定の劣化予測精度が確保できることが判明した。 Also, it can be seen that the average value of the peeled and peeled area ratio after 100 years is about 55% in Case 1, and about 65% in Case 2 to Case 4. This is consistent with the fact that the direct model shows a larger value than the quasi-standard model in the estimation result of p 3 in FIG. Focusing on the variation in the prediction results from Case 2 to Case 4, although there is a difference in the parameter estimation accuracy in the estimation results of FIG. 11, a large difference cannot be confirmed in the prediction results of FIG. From these, it is found that even when the parameter estimation accuracy is reduced by reducing the amount of observation information as in the deterioration prediction method of the present embodiment, a certain deterioration prediction accuracy can be secured.

続いて、ステップS5では、劣化予測結果の出力を行う。図13には、Case4による変状分布の実測結果及び予測結果を例示として示す。各パラメータは、推計により得られた平均値を用いた。実測による変状では、内部の鉄筋腐食を判断できないことから、実際には鉄筋腐食が発生している箇所に対しても変状無しの判定となる。   Succeedingly, in a step S5, a deterioration prediction result is output. FIG. 13 shows, as an example, actual measurement results and prediction results of the deformation distribution according to Case 4. The average value obtained by estimation was used for each parameter. Since it is not possible to determine the corrosion of the internal reinforcing bar in the deformation caused by actual measurement, it can be determined that there is no deformation even in the place where the corrosion of the reinforcing bar is actually occurring.

図13(a),(b)に示した経年45年時点の実測と予測とを比較すると、結果が概ね一致する傾向が確認できる。一部、調査面のA面の地面付近等に、実測結果では剥離剥落が発生しているものの、予測結果ではひび割れでとどまっている箇所等が存在する。A面の右側地面付近には、過去の写真等の調査によると、長年存置物により背面には湿気が滞留しやすい環境であったことが分かっている。そのため、こういった環境の違いやボックスカルバートの入り口付近の雨水の影響等も加味した逆解析を実施することで、より精度の高い予測が行えるようになる。また、予測結果に対しては、経年の経過に従い変状過程が進行しており、図10(d)に示した100年時には、A面では殆どの箇所で剥離剥落が発生する結果となっていることが分かる。   By comparing the actual measurement and the prediction at the time of 45 years shown in FIGS. 13A and 13B, it can be confirmed that the results are almost the same. In some areas, such as near the ground on the A side of the survey surface, peeling and flaking has occurred in the actual measurement results, but there is a portion remaining in the cracks in the prediction results. In the vicinity of the ground on the right side of the A-side surface, it has been found from a study such as photographs taken in the past that it was an environment in which moisture was likely to accumulate on the back surface due to objects kept for many years. Therefore, it is possible to make more accurate predictions by performing an inverse analysis that takes into account such environmental differences and the effects of rainwater near the entrance of the box culvert. In addition, with respect to the prediction result, the deformation process is progressing with the passage of time, and at 100 years shown in FIG. I know that

次に、本実施の形態の劣化予測方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の劣化予測方法は、鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報と鉄筋のかぶり深さの情報とから、逆解析によって鉄筋腐食速度をベイズ推計する。そして、推計した鉄筋腐食速度に基づいて任意に設定した時点の剥離剥落面積を予測する。
Next, the operation of the deterioration prediction method of this embodiment will be described.
The deterioration prediction method of the present embodiment configured in this way, Bayesian estimation of the corrosion rate of the reinforcing bar by inverse analysis from the information of the peeling off point and the cracked point of the surface of the reinforced concrete structure and the information of the cover depth of the reinforcing bar. To do. Then, based on the estimated corrosion rate of the reinforcing bar, the peeling and peeling area at an arbitrary time is predicted.

このように目視調査などで得られる情報とかぶり深さの情報という限られた検査項目の結果を利用するだけでも、鉄筋腐食速度をベイズ推計することで、予測の不確実性を考慮した実務に適した予測結果を得ることができる。   In this way, by just using the results of limited inspection items such as information obtained by visual inspection and information on the depth of cover, Bayesian estimation of the corrosion rate of the reinforcing bar can be performed in practice considering the uncertainty of prediction. A suitable prediction result can be obtained.

すなわち、塩化物イオン濃度及び中性化速度の測定を省略した場合でも、ひび割れ発生前後の鉄筋腐食速度を-35%から+35%程度の精度で推計でき、経年100年時の剥離剥落面積を-5%から+15%程度の精度で予測することができる。   That is, even if the measurement of the chloride ion concentration and the neutralization rate is omitted, the corrosion rate of the reinforcing steel before and after cracking can be estimated with an accuracy of about -35% to + 35%, and the peeled and peeled area after 100 years can be estimated. It can be predicted with an accuracy of -5% to + 15%.

上記「維持管理標準」による内的塩害及び複合劣化の腐食速度と比較して、30%から70%が本実施の形態の劣化予測方法による推計結果となること、及びひび割れ発生により鉄筋腐食速度が平均的に140%程度増加したことを明らかにできた。経年100年時の剥離剥落面積の予測値は、中性化速度やひび割れ分布等の観測情報量に依存せず、全面積の50%から75%であるという予測値が得られた。   Compared with the corrosion rate of internal salt damage and complex deterioration according to the above "maintenance standard", 30% to 70% is the estimation result by the deterioration prediction method of the present embodiment, and the corrosion rate of the reinforcing bar due to cracking is It was revealed that the average increase was about 140%. The predicted value of the peeled-off area at 100 years of age was 50% to 75% of the total area, independent of the amount of observed information such as neutralization rate and crack distribution.

また、本実施の形態の劣化予測方法による対象構造物の劣化予測結果を活用して、検査費用と修繕費用との和である維持管理費を最小化する補修計画シミュレーションを実施した結果、以下のような知見が認められた。   In addition, by utilizing the deterioration prediction result of the target structure by the deterioration prediction method of the present embodiment, as a result of carrying out a repair plan simulation that minimizes maintenance cost, which is the sum of inspection cost and repair cost, Such findings were recognized.

経年75年に総維持管理費が最小となる最適断面修復面積は10m2であり、目視できる剥離剥落の範囲周辺のみを修繕する方法に対して、40%から50%程度の維持管理費用の節減効果が得られた。すなわち、予防保全として断面修復箇所を、目視による剥離剥落箇所だけでなく周辺まで拡大することで、総維持管理費を低くすることができる場合があることが、予測結果を利用することによって明らかにできた。 The optimum cross-section restoration area that minimizes the total maintenance cost in 75 years is 10 m 2 , and the maintenance cost is reduced by 40% to 50% compared to the method of repairing only the area around the visible peeling and peeling area. The effect was obtained. In other words, using preventive maintenance, it is possible to reduce the total O & M cost by expanding the cross-section repair area to the surrounding area in addition to the visually peeling and peeling area as preventive maintenance. did it.

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
例えば前記実施の形態では、検査員の目視調査によって鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報を取得する方法について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば撮影された調査面の画像データを画像解析することによって、自動的にこれらの情報を取得させることもできる。
The embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and a design change that does not depart from the gist of the present invention is Included in the invention.
For example, in the above-described embodiment, the method of acquiring information on the peeling and peeling portion and the cracked portion of the surface of the reinforced concrete structure by the visual inspection by the inspector has been described, but the present invention is not limited to this, for example, the photographed investigation By analyzing the image data of the surface, it is possible to automatically obtain such information.

Claims (4)

鉄筋コンクリート構造物の表面における劣化予測方法であって、
前記鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報並びに鉄筋のかぶり深さの情報を取得するステップと、
前記取得した情報から逆解析によって鉄筋腐食速度を推計するステップと、
前記推計した鉄筋腐食速度に基づいて任意に設定した時点の前記表面の剥離剥落面積を予測するステップとを備えたことを特徴とする劣化予測方法。
A method of predicting deterioration on the surface of a reinforced concrete structure,
A step of acquiring information on the peeling off point and the cracked point on the surface of the reinforced concrete structure and the information on the covering depth of the reinforcing bar,
A step of estimating a reinforcing bar corrosion rate by inverse analysis from the acquired information;
And a step of predicting a peeling-off area of the surface at an arbitrary time point based on the estimated reinforcing bar corrosion rate.
前記鉄筋腐食速度の推計は、ベイズの定理に基づいて行われることを特徴とする請求項1に記載の劣化予測方法。   The deterioration prediction method according to claim 1, wherein the estimation of the corrosion rate of the reinforcing bar is performed based on Bayes' theorem. 前記鉄筋コンクリート構造物の表面の剥離剥落箇所及びひび割れ箇所の情報は、目視調査によって得られることを特徴とする請求項1又は2に記載の劣化予測方法。   The method of predicting deterioration according to claim 1 or 2, wherein the information on the peeling off spots and cracks on the surface of the reinforced concrete structure is obtained by visual inspection. 前記鉄筋のかぶり深さの情報は、電磁誘導法による非破壊検査装置による測定結果であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の劣化予測方法。   The deterioration prediction method according to any one of claims 1 to 3, wherein the information on the cover depth of the reinforcing bar is a measurement result by a nondestructive inspection device by an electromagnetic induction method.
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