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日本クレーン協会規格「経年クレーンの特別査定指針」のあらまし
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1.はじめに
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 (社)日本クレーン協会は,クレーン等による労働災害の防止と運搬管理の向上をめざして,クレーン等に関する各種の技術的調査・研究や,知識の普及,検査検定及び技術的指導等の事業を推進しております。
 その活動の一つとして,クレーン等の安全に係わる日本クレーン協会規格(JCAS:Japan CraneAssociation Standard)を制定し,公表することによって広く会員の方々の参考となる情報を発信しております。
 今回は,以下に「経年クレーンの特別査定指針」(JCAS 1102-2007)の概要についてご紹介します。


2.JCA規格制定の背景
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 クレーンは,厚生労働省告示であるクレーン構造規格に基づいて設計され,クレーンの本体構造部分の設計に当たっては,想定されたクレーンの使われ方(作業状況と使用回数)によって決まる作業係数 (別表を参照)を用いて計算される。即ち,設計上の疲労寿命(使用限度)を想定して設計される。
 
 ところが,想定された使用限度に達した古いクレーンを何の手当てもなくそのまま使い続けると疲労劣化により損傷する可能性があり,現に疲労劣化が原因で起きた重大事故の例は多いが,現状ではその想定された使用限度に達したクレーンをどうするかを規定したものはない。
 
 そこで,この規格を制定し,想定された使用限度に近付いたクレーンは特別査定を実施して,その結果により対応を検討することとしたもので,この規格は,特別査定を実施する対象のクレーンをどのようにして選ぶかその要領を定めたものである。


3.JCA規格の概要
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 この規格の概要を,以下の(1)〜(3)に示す。
(1) 特別査定の定義
   この規格における特別査定は,以下のとおり定義されている。
 「クレーンの設置者が自らのリスクマネジメント上の判断に基づいて,疲労強度上の使用限度に近付いた既存クレーンに対して,今後,安全にクレーンを使用することができるかどうか,また,安全に使用するためには,どの様な対応をする必要があるかどうかを評価するために行う査定。」
(2) 特別査定対象クレーンの選定要領
   この指針で定められた特別査定を実施する対象のするクレーンは,次の@〜Bのカテゴリーにより,それぞれの要領で選定することとされている。
  @ 稼働履歴等が把握できるクレーン
   以下により得られた稼働歴より,荷重の繰り返し回数を算定し,使用限度に達すると推定されるクレーン
  ・稼働計
・荷揚げ量実績やプラントの生産実績
  A 稼働履歴等が把握できないクレーン
    a) クレーン構造規格は昭和51年に全面改正されているが,その改正前の構造規格に基づいて設計・製造されたクレーン:
・稼働履歴が分かるクレーンを除く全クレーン
    b) 昭和51年に改正された構造規格及びそれ以降のクレーン構造規格に基づいて設計・製造されたクレーン:
      過去の稼働状況の推定及び将来の稼働状況の想定より,使用限度に達すると推定されるクレーン
  B 使用限度が不明なクレーン,又は,クレーンの稼働状況が推定できず,使用限度に達するまでの年数を算定できないクレーン
ISO12482-1で規定された以下の規定を参考とすることができる。
・タワークレーン,ローダークレーン:10年経過したクレーン
・他の全てのクレーン:20年経過したクレーン
   この指針では,上記の「@稼働履歴等が把握できるクレーン」の特別査定を実施する時期の検討例が,附属書A及び附属書Bで示されている。附属書A及び附属書Bについては,文末を参照のこと。
(3) 特別査定の実施要領
a) 特別査定の実施手順
   この規格では,以下の1)〜5)の手順により特別査定を実施することとされている。
1) 契約の締結…特別査定の依頼者であるクレーン設置者と特別査定機関の間で契約を締結する。
2) 特別査定箇所の決定…特別査定機関の判断により特別査定箇所を決定し,クレーン設置者の了解を得る。
3) 特別査定の実施…特別査定の内容は,各特別査定機関のノウハウによるが,この指針では以下の一般的な内容が記載されている。
  外観検査:目視による総合的な外観検査。必要に応じて,計器等による詳細検査を実施。
  亀裂検査:クレーン本体構造部分の亀裂の有無,亀裂の範囲の確認検査。必要に応じて,浸透探傷試験等を併用。
  応力計測:クレーン本体構造部分に発生する変動応力と応力頻度をクレーン運転中に一定期間測定。
  余寿命推定:応力計測の結果と運転実績よりクレーン本体構造部分の疲労損傷度を解析し,クレーンの余寿命を推定。
4) 特別査定報告書…特別査定機関は,特別査定の結果をクレーン設置者(特別査定の依頼者)に報告する。
5) 改善処置…クレーン設置者は,特別査定機関の報告に基づいて改善処置を実施する。

別表作業係数

  荷重を受ける回数
   
区分  
6.3×104
回未満
6.3×104
回以上
1.2×105
回未満
1.2×105
回以上
2.5×105
回未満
2.5×105
回以上
5.0×105
回未満
5.0×105
回以上
1.0×106
回未満
1.0×106
回以上
2.0×106
回未満
2.0×106
回以上
常態として定格荷重の50%未満の荷重の荷をつるクレーン 1.00 1.02 1.05 1.08 1.11 1.14 1.17
常態として定格荷重の50%以上63%未満の荷重の荷をつるクレーン 1.02 1.05 1.08 1.11 1.14 1.17 1.20
常態として定格荷重の63%以上80%未満の荷重の荷をつるクレーン 1.05 1.08 1.11 1.14 1.17 1.20 1.20
常態として定格荷重の80%以上の荷重の荷をつるクレーン 1.08 1.11 1.14 1.17 1.20 1.20 1.20
b) 特別査定機関
   この規格では,特別査定を実施する機関(特別査定機関)は,以下の1),2)の要件を満たしていることが望ましいとされている。
  1) 以下の資格を有した特別査定員を有していること。
    クレーン構造等の構造設計経験者:構造設計及び溶接技術の知見を有し,10年以上の実務経験者
    品質検査経験者:以下のいずれかの要件を 満たしていることが望ましい。
      公的クレーン検査員資格を有し,10年以上の実務経験者
      公的非破壊検査資格を有し,10年以上の実務経験者
      鋼溶接構造物及び装置等の非破壊検査,15年以上の実務経験者
    各種計測機器の取り扱い5年以上の実務経験者
  2) 以下のいずれかの要件を満たした者を査定チームのリーダーとして認定されていること。
    クレーン鋼構造の疲労設計及び溶接疲労等に関する知見を有した実務経験10年以上の技術者
    上記と同等の知見を有した者
 なお,この規格における特別査定機関は,以下のとおり定義されているが,認定制度や登録制度がある訳ではない。
 「特別査定を組織として責任を全うする機関をいい,特別査定を請け負う際の契約主体で,専門家によるクレーンの疲労強度に関する調査と評価を行う組織機関。」

 

附属書
A
クレーンの特別査定時期検討の例

1 考え方
 クレーンの特別査定は,疲労寿命に達すると推定される時点で実施される。
 対象となるクレーンの設計上の制約条件が明確で,尚且つ,使われ方がほぼ定型的である場合,稼働状況を推定して疲労寿命に達するまでの年数を算出する例を示す。
 
 なお,実際は,様々な理由により,設計上の疲労寿命に達することと,亀裂が発生することは必ずしも一致しないことがある。よって,特別査定時期の決定は,算出した年数に頼るだけでなく,当該クレーンや類似クレーンの日常点検での亀裂の有無の確認結果及び設計条件と稼動条件の違いなどを基に総合的に判断されるべきものである。
 
2 検討例
2.1 その1  (昭和51年改正のクレーン構造規格に基づいて設計・製造されたクレーン
(1) 検討モデル
   検討の例として,以下の橋形クレーン式アンローダのモデルを想定する。
  (a) クレーンの設計条件(衝撃係数:1.60,作業係数:1.20)
@ 常態としてつる荷重:定格荷重の2/3以上
A 荷重を受ける回数:6×105回以上2×106回未満
  (b) クレーンの使われ方
@ 通算取扱量:33,680,000t
A荷の平均掴み量:20t/回
B現在までの稼働年数:30年
(2) 疲労寿命に達するまでの年数
Nの算出
N=2×106/(33,680,000/20/30)
  =36年
(3) 特別査定の予測時期
 検討モデルのクレーンは,稼働開始後30年を経過しているので,現時点から6年を経過する前に特別査定を検討する時期であると判断される。
2.2 その2  (平成7年改正のクレーン構造規格に基づいて設計・製造されたクレーン)
(1) 検討モデル
   検討の例として,以下の建築用クライミングクレーンのモデルを想定する。
  (a) クレーンの設計条件(作業係数:1.05)
@常態としてつる荷重:定格荷重の50%未満
A荷重を受ける回数:1.2×105回以上2.5×105回未満
  (b) クレーンの使われ方
@生涯平均年稼働率:70%
A1日当りの平均つり上げ回数:80回
B1週間当りの稼働日数:6日
(2) 疲労寿命に達するまでの年数 Nの算出
N=2 .5×105/(365×0.7×6/7×80)
  =14年
(3) 特別査定の予測時期
 検討モデルのクレーンは,稼働開始後, 14年の実稼働年数を経過する前に特別査定を検討する時期であると判断される。


附属書
B
経年クレーンの特別査定管理指標の例

1 考え方
 経年クレーンの特別査定は,疲労寿命に達すると推定される時点で実施される。
 
 対象となる多くのクレーンが旧クレーン構造規格に基づいて設計されていることから,疲労劣化度が一定以上のものを選択する指標として,下記2項(1)に示す『群』基準をもとにした累積負荷率=1を管理基準とした稼働履歴等が把握できるクレーンの例を示す。
 
 なお,実際は,様々な理由により,設計上の疲労寿命に達することと亀裂が発生することは必ずしも一致しないことがある。よって,特別査定時期の決定は,累積負荷率の数値に頼るだけでなく,当該クレーンや類似クレーンの日常点検での亀裂の有無の確認結果及び設計条件と稼動条件の違いなどを基に総合的に判断されるべきものである。
 
2 累積負荷指標
(1) 昭和51年改正版クレーン構造規格における『群』基準
   下表は,旧クレーン構造規格の別表2を衝撃係数及び作業係数の同じ値ごとにT群〜W群に分類したもので,また,旧クレーン構造規格の別表2では区分4の繰返し数が2×106を超える回数に対して繰返し数の上限が定められていないが,区分1〜3の上限回数から外挿して1×107を上限としたものである。
(2) 累積負荷率
   疲労劣化基準の制定に当たって,表1の繰返し数及び荷重負荷率は,安全サイドを考慮して各区分及び各分類の最大とする。
  繰返し数: 区分1…1×105
区分2…6×105
区分3…2×106
区分4…1×107
  荷重負荷率:
      分類@常態として定格の1/3
分類A常態として定格の2/3
分類B常態として定格
…0.33
…0.67
…1.0
   疲労劣化基準は,次の手順により定める(図1を参照)。
  荷重負荷率0 .33,0 .67,1 .0の各々に対して,各区分の最大繰返し数を各群ごとに両対数グラフにプロットする。
  各群の最大点を通り, JISB 8821:2004「クレーン鋼構造部分の計算基準」の疲労照査法に準拠した傾き m=3の線を引く。
  傾き m=3の線と荷重負荷率1の交点より,各群の寿命繰返し数を求める。
   図1から各群の荷重負荷率=1の時の寿命繰返し数Nfは下表の値となる。
   以上を整理すると,累積負荷率Dは,以下の式で表すことができる。
    D=Σ(ni/Ni)
ここで, ni:荷重iでの実繰返し数
     Ni:荷重iでの寿命繰返し数
 
 平均荷重負荷率Kが一定の場合は,以下のように簡易化できる。
 
D=(n/Nf)×K3
ここで, n:荷重の実繰返し数
     K:つり荷重(変動荷重)の定格荷重に対する割合
     Nf:各群ごとの荷重負荷率1の場合の寿命繰返し数

表1 旧クレーン構造規格における『群』基準を基にした表

繰返し数
 
荷重負荷率 
区分1 区分2 区分3 区分4
1×105
以下
1×105超え
6×105以下
6×105超え
2×106以下
2×106超え
1×107以下
分類 @ 常態として定格
の1/3以下
T群 T群 U群 V群
分類 A 常態として定格
の 1/3超え2/3
以下
T群 U群 V群 W群
分類 B 常態として定格
の2/3超え
U群 V群 W群 W群

図1 各群の荷重負荷率による疲労劣化基準

3 累積負荷指標に基づく検討例
(1) 検討対象クレーン
   検討の例として,図2の操業パターンのクレーンを対象とする。
  @ 検討対象部
     図2に示す天井クレーンのクラブ横行による繰返し負荷を受けた時のガーダ中央部を検討対象部とする
  A クレーンの操業パターン(図2を参照)
    (a) ガーダ中央で荷つり
    (b) 荷降ろし点(横行限界)まで横行
    (c) 横行限界で荷降ろし
    (d) ガーダ中央まで無負荷で横行
  B クレーンの群
     設計条件:V群(表2より,寿命繰返し数:6.0×105回)
  C クレーン定格荷重
40トン
  D トロリなどの固定荷重( W1)
20トン
  E 負荷パターンと繰返し数
     検討対象クレーンの平均荷重負荷率は,固定荷重が無視できないため,つり荷重(変動荷重) W2の他に固定荷重 W1を考慮して算出する。
 
 平均荷重負荷率=(変動荷重 W2+固定荷重W1)/(定格荷重+固定荷重 W1)
    1) W2=10トンの時
      平均荷重負荷率=(10+20) /(40+20)=0 .5
実繰返し数 n1=2 .0×105(稼働計より)
    2) W2=25トンの時
      平均荷重負荷率=(25+20)/(40+20)=0 .75
実繰返し数 n2=2 .0×105(稼働計より)
    3) W2=40トンの時
      平均荷重負荷率=(40+20)/(40+20)=1
実繰返し数 n3=2 .0×105(稼働計より)
(2) 累積負荷率の算出
  @ 寿命繰返し数 N
     それぞれの変動荷重での寿命繰返し数 Nは,上記で計算された平均荷重負荷率を基に図1の「各群の荷重負荷率による疲労劣化基準」グラフからそれぞれの Nを求めると
    1) W2=10トンの時
寿命繰返し数 N1=5 .0×106
    2) W2=25トンの時
寿命繰返し数 N2=1 .5×106
    3) W2=40トンの時
寿命繰返し数 N3=6 .0×105
  A 累積負荷率 D
    D=Σ(ni/Ni)
 =2 .0×105/(5.0×106)+2 .0×105/(1.5×106)+2 .0×105/(6.0×105)
 =0 .5<1
(3) 特別査定の要否
 検討対象のクレーンは,まだ疲労寿命に達していないと推定されるため,特別査定を実施する時期ではないと判断される。

表2 寿命繰返し数

T U V W
Nf [回] 3.0×104 1.8×105 6.0×105 1.0×107

 

図2 クレーンの操業パターン


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