JP2000028591A - 補強用板材及びグラウト材等間の空隙測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 グラウト材又は構造物と板材との間に形成さ
れる空隙の板材厚み方向に対する大きさを非破壊的手法
で簡易に測定することの可能な補強用板材及びグラウト
材等間の空隙測定方法を提供する。 【解決手段】 構造物１０１と補強用にこの構造物１０
１に取り付けた板材１０２との間にグラウト材１０３を
充填してある補強構造体１００において、グラウト材１
０３又は構造物１０１と板材１０２との間に形成される
空隙１０４の板材厚み方向に対する大きさＤを測定す
る。板材１０２の測定対象部に弾性波パルスを入射する
と共にその入射部近傍に取り付けた音響センサ３ｂによ
り板材１０２の振動信号を受信し、受信した振動信号の
持続時間により空隙１０４の板材厚み方向に対する大き
さを測定する。また、受信した振動信号の周波数スペク
トルを求め、この周波数スペクトルの高周波側成分の積
分値により空隙１０４の板材厚み方向に対する大きさＤ
を測定してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鉄筋コンク
リート製の橋梁や橋脚等の構造物と補強用にこの構造物
に取り付けた鋼板等の板材との間にグラウト材を充填し
てある補強構造体において、グラウト材又は構造物と板
材との間に形成される空隙の板材厚み方向に対する大き
さを測定する補強用板材及びグラウト材等間の空隙測定
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、橋梁や橋脚等の構造物の耐力
や靭性を向上させるべく、これら構造物の外面に鋼板を
巻き付け等する補強工事が行われている。この種の補強
工事では、セメントペースト等のグラウト材を構造物と
鋼板との間にグラウトポンプ等を用いて下部から注入す
る。そして、鋼板が硬化したグラウト材を介して構造物
を補強することにより、構造物の破壊を防いでいる。

【０００３】しかし、上述の補強工事の際、グラウト材
が構造物と鋼板との間に十分に行き渡らずに、鋼板と硬
化したグラウト材との間または鋼板と構造物との間に空
隙の形成されることがある。しかも、このような空隙は
水平方向にかなりの広がりをもって帯状に形成されるこ
とが多く、広範囲にわたる構造物への圧接不良により、
構造物の補強が十分になされない恐れがある。鋼板とグ
ラウト材との単なる剥離であれば、構造物や鋼板等の弾
性変形により鋼板とグラウト材とは密着するので構造物
の補強を果たし得るが、鋼板厚み方向に対して大きな空
隙であれば補強が不十分とならざるを得ないので、空隙
の鋼板厚み方向に対する大きさを測定できることは重要
である。にも拘わらず、従来はハンマー等による打診で
剥離・空隙等が発生しているか否かを判定できるのみ
で、空隙の厚み方向寸法を非破壊的検査で簡単に測定す
ることは不可能であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、グラ
ウト材又は構造物と板材との間に形成される空隙の板材
厚み方向に対する大きさを非破壊的手法で簡易に測定す
ることの可能な補強用板材及びグラウト材等間の空隙測
定方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る補強用板材及びグラウト材等間の空隙
測定方法及び測定装置の特徴は、構造物と補強用にこの
構造物に取り付けた板材との間にグラウト材を充填して
ある補強構造体において、前記グラウト材又は前記構造
物と前記板材との間に形成される空隙の前記板材厚み方
向に対する大きさを測定する方法であって、前記板材の
測定対象部に弾性波パルスを入射すると共にその入射部
近傍に取り付けた音響センサにより前記板材の振動信号
を受信し、受信した振動信号の持続時間により前記空隙
の前記板材厚み方向に対する大きさを測定することにあ
る。

【０００６】また、本発明に係る測定方法の他の特徴
は、構造物と補強用にこの構造物に取り付けた板材との
間にグラウト材を充填してある補強構造体において、前
記グラウト材又は前記構造物と前記板材との間に形成さ
れる空隙の前記板材厚み方向に対する大きさを測定する
方法であって、前記板材の測定対象部に弾性波パルスを
入射すると共にその入射部近傍に取り付けた音響センサ
により前記板材の振動信号を受信し、受信した振動信号
の周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルの高
周波側成分の積分値により前記空隙の前記板材厚み方向
に対する大きさを測定することにある。

【０００７】さらに、上記他の特徴方法において、前記
高周波側積分値からさらに低周波側積分値を減じた値を
用いて前記空隙の前記板材厚み方向に対する大きさを測
定してもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照しながら、
本発明をさらに詳しく説明する。図１は、本発明に係る
空隙測定装置１と補強構造体１００とを示す図である。
この補強構造体１００は、鉄筋コンクリート等で構成さ
れた構造物１０１の表面側に適宜間隔を隔てて鋼板１０
２を設け、構造物１０１と鋼板１０２との間にセメント
ペースト等よりなるグラウト材１０３を充填させてると
共に硬化させて構成したものである。鋼板１０２とグラ
ウト材１０３との間には、人工的な欠陥である空隙１０
４を形成してある。空隙１０４は、それぞれ後述するよ
うに所定の空隙の厚みＤを有すると共に、一辺の寸法が
Ｗである正方形の平面視形状を有している。

【０００９】一方、図１の空隙測定装置１は、鋼板１０
２の表面を打撃するためのハンマー２と、このハンマー
２の打撃面とは反対側に取り付けた第一音響センサ３ａ
と、鋼板１０２の表面に取り付ける第二音響センサ３ｂ
とを有している。また、第一音響センサ３ａ及び第二音
響センサ３ｂの出力は、それぞれレコーダー４により各
チャンネル毎に記録される。レコーダー４の各チャンネ
ルに記録された原波形はＦＦＴ処理装置５により高速フ
ーリエ変換されて、原波形の周波数スペクトルの関数を
求めることが可能である。レコーダー４の原波形及びＦ
ＦＴ処理装置５のＦＦＴ変換波形（周波数スペクトル）
は、パーソナルコンピューター６により各種処理が施さ
れた後、それぞれの波形や診断結果がモニター７に表示
される。

【００１０】図２の各グラフに示す第一，第二原波形Ｓ
１，Ｓ２は、それぞれ先の第一，第二音響センサ３ａ，
３ｂにより受信された信号の波形である。先のレコーダ
ー４における第一チャンネルＣＨ１には第一トリガレベ
ルＬ１を設定してあり、第一原波形Ｓ１が第一トリガレ
ベルＬ１を越えた時点を基点として、第一原波形Ｓ１及
び第二原波形Ｓ２がレコーダー４においてそれぞれ個別
に記録される。また、第二原波形Ｓ２側には、第二トリ
ガレベルＬ２を設定してあり、第二原波形Ｓ２のレベル
が第二トリガレベルＬ２を下回った時点で第二原波形Ｓ
２の持続信号が終了したものと判断する。そして、第一
トリガレベルＬ１に第一原波形Ｓ１が達した時刻Ｔ１と
第二原波形Ｓ２が第二トリガレベルＬ２のレベルを下回
った時刻Ｔ２との差を受信した振動信号の持続時間Ｔａ
として求めることが可能である。なお、本実施形態で
は、第一，第二原波形Ｓ１，Ｓ２を用いて各第一，第二
トリガレベルＬ１，Ｌ２を用いたトリガー操作を行って
いるが、検波後の波形によりこれらのトリガー操作を行
っても構わない。

【００１１】

【実施例】次に、本発明の実施例について説明する。本
実施例では、補強構造体１００における構造物１０１と
して、縦１５０ｃｍ、横１００ｃｍ、厚さ２５ｃｍの鉄
筋コンクリート塊を用い、グラウト材１０３の部分の厚
みを３ｃｍとしている。そして、板材１０２として厚さ
６ｍｍの鋼板を用い、空隙の広がり方向寸法Ｗ＝１５ｃ
ｍを一辺の大きさとして、空隙１０４の空隙の厚みＤを
１．５ｍｍ、６ｍｍ及び７ｍｍと変化させた場合の試験
結果を図３に示す。同図（ａ）（ｃ）（ｅ）によれば、
空隙の厚みＤが大きくなるにしたがって、第二チャンネ
ルＣＨ２の波形持続時間Ｔａが長くなることが判明し
た。また、同図（ｂ）（ｄ）（ｆ）に示すように、空隙
の厚みＤが大きくなるにしたがって、第二原波形のフー
リエ変換波形ｆの高周波成分も増大することが判明し
た。特に、４ＫＨｚ以上の高周波成分が空隙の厚みＤの
増大に伴って増加することが同図に示すグラフより伺え
る。

【００１２】ここで、空隙の広がり方向寸法Ｗの大きさ
が測定結果に与える影響を調べるために、空隙の広がり
方向寸法Ｗの大きさを１５ｃｍと５０ｃｍに変化させて
実験を行ったので、その結果を図４に示す。この測定に
よれば、空隙の広がり方向寸法Ｗの一辺が１５ｃｍの場
合及び５０ｃｍの場合の双方において、空隙厚み寸法と
第二チャンネルＣＨ２受信振動信号の持続する時間との
関係はほぼ一定の相関にあることが判明した。すなわ
ち、空隙厚み寸法の測定に際し、空隙の広がり寸法をパ
ラメーターとせずにサンプリングを行っても事実上差し
支えのないことが判明した。

【００１３】次いで、空隙厚み寸法Ｄの測定に際する鋼
板１０２の厚さの影響を調べるために、鋼板の厚さを６
ｍｍ及び１２ｍｍに変化させて測定を行ったので、その
結果を図５に示す。この測定によれば、鋼板１０２の厚
みが増大するにしたがって、一定の空隙厚みに対する第
二チャンネルＣＨ２に受信信号の持続時間Ｔａが短くな
ることが判明した。また、鋼板の厚さ６ｍｍ及び１２ｍ
ｍのいずれの場合も一定時間後に一定の空隙厚み寸法に
以上なると第二チャンネルＣＨ２受信信号の持続時間Ｔ
ａの値は増加せずには飽和することが判明した。

【００１４】さらに、第二原波形Ｓ２のフーリエ変換波
形ｆの高周波成分と空隙の厚みＤとの相関を調べるため
に、それぞれ測定された第二原波形のフーリエ変換波形
ｆの関数を図６の周波数範囲Ｂ１〜Ｂ５に区分し、それ
ぞれの区分範囲Ｂ１〜Ｂ５において第二原波形のフーリ
エ変換波形ｆの部分積分を行った。各区分範囲における
部分積分値と空隙厚み寸法Ｄとの相関を図８に示す。こ
れら図８の各グラフによれば、高周波成分の区分Ｂ３〜
Ｂ５では、空隙厚み寸法Ｄが増大するにつれてこれらの
部分積分値も増大するが、低周波側区分Ｂ２において
は、空隙厚み寸法Ｄが減少するに従いこれらの部分積分
値も減少することが判明した。また、最も低い周波数区
分Ｂ１では、相関が見られないことがまた判明した。そ
こで、これらの相関をさらに活用すべく、高周波側の区
分Ｂ３〜Ｂ５における部分積分値をそれぞれ加算すると
共に、低周波区分Ｂ２における部分積分値を減じて図７
の如きグラフを作成することで、空隙厚み寸法Ｄをより
明確に求めることが可能となった。すなわち、図７の縦
軸のパラメーターにより、空隙厚み寸法をより正確に測
定することが可能となった。

【００１５】最後に、本発明の別の実施の形態について
付言しておく。上記実施形態では、補強構造体１００の
構造物１０１に鉄筋コンクリートを用い、鋼板１０２に
鋼板を用いた。しかし、これらの材料は鉄筋コンクリー
トや鋼板に限られるものではない。グラウト材として
は、セメントペーストの他にモルタルや合成樹脂等を用
いても良い。また、空隙１０４は鋼板１０２とグラウト
材１０３との間に形成されたが、さらに空隙の厚みＤが
増大し構造物１０１と鋼板１０２の間に空隙１０４が形
成される場合も生じ得る。鋼板１０２は構造物１０１の
表面の周囲に巻き付けられる他、構造物１０１の形状に
よっては鋼板１０２が構造物に巻き付けられるのではな
く、その表面に沿って設けられる場合もある。構造物１
０１には、橋梁や橋脚その他の建造物の支柱や建造物の
梁等も該当する。

【００１６】

【発明の効果】このように、上記本発明に係る補強用板
材及びグラウト材等間の空隙測定方法の特徴によれば、
グラウト材又は構造物と板材との間に形成される空隙の
板材厚み方向に対する大きさを、板材表面の打撃と振動
信号の持続持続時間または高周波成分の値の測定という
非破壊的手法で簡易に測定することの可能となった。特
に、本発明に係る測定法法によれば、音響センサを被測
定部分に接触させると共に板材の表面を打撃するだけの
作業で測定が可能なので、高所での現場作業も行い易
く、本発明は、補強構造体の強度保障に大幅に貢献する
に至っている。

【００１７】なお、特許請求の範囲の項に記入した符号
は、あくまでも図面との対照を便利にするためのものに
すぎず、該記入により本発明は添付図面の構成に限定さ
れるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る空隙測定装置のブロック図及び測
定対象となる補強構造体の概略を示す断面図である。

【図２】第一、第二音響センサからの入力信号と第一、
第二トリガーレベルとの関係を示すグラフである。

【図３】（ａ）（ｃ）（ｅ）は第一第二音響センサによ
り受信される原波形、同図（ｂ）（ｄ）（ｆ）は第二音
響センサにより受信された原波形のＦＦＴ処理後の波形
をそれぞれ示し、（ａ）（ｂ）は隙間１．５ｍｍの場
合、（ｃ）（ｄ）は隙間６ｍｍの場合、（ｅ）（ｆ）は
隙間７ｍｍの場合にそれぞれ該当する。

【図４】空隙厚み寸法と第二音響センサにより受信した
振動信号の持続時間との関係を空隙の広がり寸法を異な
らせて測定したグラフである。

【図５】空隙厚み寸法と第二音響センサにより受信した
振動信号の持続時間との関係を鋼板厚さを異ならせて求
めた関係を示すグラフである。

【図６】信号処理用周波数スペクトルの区分範囲を示す
グラフである。

【図７】図６の周波数区分範囲による受信信号各周波数
成分を用いて求めた空隙厚み寸法に対する相関を示すグ
ラフである。

【図８】図６の各スペクトル区分範囲における空隙厚み
寸法と周波数スペクトルの部分積分値との相関を示す図
である。

【符号の説明】

１ 空隙測定装置 ２ ハンマー ３ａ 第一音響センサ ３ｂ 第二音響センサ ４ レコーダー ５ ＦＦＴ処理装置 ６ パーソナルコンピューター ７ モニター １００ 補強構造体 １０１ 構造物 １０２ 鋼板 １０３ グラウト材 １０４ 空隙 Ｓ１ 第一原波形 Ｓ２ 第二原波形 ｆ 第二原波形のフーリエ変換波形 Ｄ 空隙の厚み Ｗ 空隙の広がり方向寸法 ＣＨ１ 第一チャンネル ＣＨ２ 第二チャンネル Ｌ１ 第一トリガレベル Ｌ２ 第二トリガレベル Ｔａ 波形持続時間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今中 拓一 大阪市西区北堀江１丁目18番14号 非破壊 検査株式会社内 (72)発明者 和泉 良人 千葉県佐倉市大作２−４−２ 株式会社小 野田開発研究所内 (72)発明者 松林 裕二 東京都江東区東陽４丁目１番地13号 株式 会社小野田内 Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AA10 AA11 AB04 BC03 BC04 BC18 CB01 GF06 GG12 GG14 GG36

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物（１０１）と補強用にこの構造物
   （１０１）に取り付けた板材（１０２）との間にグラウ
   ト材（１０３）を充填してある補強構造体（１００）に
   おいて、前記グラウト材（１０３）又は前記構造物（１
   ０１）と前記板材（１０２）との間に形成される空隙
   （１０４）の前記板材厚み方向に対する大きさ（Ｄ）を
   測定する補強用板材及びグラウト材等間の空隙測定方法
   であって、前記板材（１０２）の測定対象部に弾性波パ
   ルスを入射すると共にその入射部近傍に取り付けた音響
   センサ（３ｂ）により前記板材（１０２）の振動信号を
   受信し、受信した振動信号（Ｓ２）の持続時間（Ｔａ）
   により前記空隙（１０４）の前記板材厚み方向に対する
   大きさを測定する補強用板材及びグラウト材等間の空隙
   測定方法。
2. 【請求項２】 構造物（１０１）と補強用にこの構造物
   （１０１）に取り付けた板材との間にグラウト材（１０
   ３）を充填してある補強構造体において、前記グラウト
   材（１０３）又は前記構造物（１０１）と前記板材（１
   ０２）との間に形成される空隙（１０４）の前記板材厚
   み方向に対する大きさ（Ｄ）を測定する補強用板材（１
   ０２）及びグラウト材等間の空隙測定方法であって、前
   記板材（１０２）の測定対象部に弾性波パルスを入射す
   ると共にその入射部近傍に取り付けた音響センサ（３
   ｂ）により前記板材（１０２）の振動信号を受信し、受
   信した振動信号（Ｓ２）の周波数スペクトル（ｆ）を求
   め、この周波数スペクトルの高周波側成分の積分値によ
   り前記空隙（１０４）の前記板材厚み方向に対する大き
   さ（Ｄ）を測定する補強用板材及びグラウト材等間の空
   隙測定方法。
3. 【請求項３】 前記高周波側積分値からさらに低周波側
   積分値を減じた値を用いて前記空隙（１０４）の前記板
   材厚み方向に対する大きさ（Ｄ）を測定する請求項２に
   記載の補強用板材及びグラウト材等間の空隙測定方法。