JP2000186984A - Abnormality detecting method of piers, and system, and recording medium for bridge - Google Patents

Abnormality detecting method of piers, and system, and recording medium for bridge

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JP2000186984A
JP2000186984A JP10365474A JP36547498A JP2000186984A JP 2000186984 A JP2000186984 A JP 2000186984A JP 10365474 A JP10365474 A JP 10365474A JP 36547498 A JP36547498 A JP 36547498A JP 2000186984 A JP2000186984 A JP 2000186984A
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averaging
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宗幸 田母神
Junichi Tanaka
淳一 田中
Koji Sakata
光児 坂田
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Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
East Japan Railway Co
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Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
East Japan Railway Co
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly and regularly monitor variations in bridge pier supporting force due to scouring or the like to exactly announce/cancel operation regulation, by simple constitution and processing. SOLUTION: Fast Fourier transformation is applied by an FFT(fast Fourier transformation) processing part 4, to a detected data detected by an accelerometer 1 which is attached to a top end of a bridge pier P to provide Fourier spectra. An averaging processing part 5 addition-averages the Fourier spectra as to a prescribed time to find an average in the time, and finds a moving average on a frequency axis as to a prescribed frequency width, so as to smooth a Fourier spectrum waveform. A weighting processing part 6 weights the smoothed Fourier spectrum by a weight function, based on a response magnification curve of a single freedom system based on a transfer function of the pier P at sound state. An area calculating normalizing processing part 7 finds an areas surrounded by a curve of the weighted Fourier spectra and a base line to normalize it, so as to be used for comparison evaluation with a threshold by a normalization area reduction evaluating part 8.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、橋脚の異常検知技
術に係り、特に橋脚の洗掘現象等に基づく橋脚支持力の
低下を有効に検知して、河川の増水等に対する橋梁の監
視・保守等に好適な橋脚の異常検知方法、システムおよ
び記録媒体に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for detecting an abnormality in a pier, and more particularly to a technique for effectively detecting a decrease in pier support force due to scouring phenomena of a pier and monitoring and maintaining the bridge against river flooding. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a pier abnormality detection method, system, and recording medium suitable for, for example, a pier.

【0002】[0002]

【従来の技術】河川に架設された橋梁は、多くの場合、
鉄道線路および道路等の交通輸送のための主要な経路を
構成している。河川の増水等に起因する橋脚の洗掘現象
等によって橋脚の支持力が低下すると、橋梁の支持力が
低下するなどの危険が増大する。そのため、洗掘現象等
によって橋梁を支える橋脚の支持力が危険状態まで低下
していると予測される状態となれば、災害を未然に防止
するため鉄道の運行規制や、車両等の交通規制が発令さ
れる。しかしながら、河川の増水時における橋脚の洗掘
は、濁流の水面下で進行する現象であるため、その状況
を視認監視することが困難である。
2. Description of the Related Art Bridges built on rivers are often
It constitutes a main route for transportation such as railroad tracks and roads. When the supporting capacity of the pier is reduced due to scouring phenomenon of the pier caused by the rising water of the river, the danger such as a decrease in the supporting capacity of the bridge is increased. Therefore, if the support capacity of the pier supporting the bridge is predicted to be reduced to a dangerous state due to scouring phenomena, railway operation regulations and traffic regulations for vehicles etc. will be implemented to prevent disasters before they occur. Will be issued. However, scouring of piers when the river rises is a phenomenon that proceeds under the surface of turbid currents, and it is difficult to visually monitor the situation.

【0003】特に、鉄道の場合には単位輸送量が大きい
ため、橋梁の通行中に、橋脚の支持力の低下等により、
橋梁が損傷を受けたりすると、大きな災害となる危険が
ある。このため、橋脚の支持力の低下が予想される状況
になると、運行規制を行うようにしている。従来は、水
位から水理式により洗掘深を推定する方法を用いるのが
一般的であった。すなわち、橋脚の安定が損なわれる桁
下水位を算出し、洗掘の有無を判定するものである。
[0003] In particular, in the case of railways, since the unit transport volume is large, during the passage of the bridge, the support capacity of the piers decreases, and so on.
If a bridge is damaged, there is a danger of a major disaster. For this reason, when it is anticipated that the bearing capacity of the piers will decrease, operation restrictions are imposed. Conventionally, a method of estimating a scouring depth from a water level by a hydraulic equation has been generally used. That is, the girder water level at which the stability of the pier is impaired is calculated, and the presence or absence of scour is determined.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この手
法はあくまでも計算による推定であり、実際の河川のよ
うに流水の複雑な運動が展開される状況では、推定式で
は予想することが困難な河床低下が被災原因となること
もある。このため、従来より洗掘による危険を予知する
ための洗掘検知装置が検討されているが、従来装置は長
期に亘って確実な洗掘検知を行うことが難しく、信頼性
に乏しいものであった。
However, this method is only an estimation by calculation, and in a situation where complicated movements of flowing water are developed like an actual river, the riverbed lowering is difficult to predict by the estimation formula. Can cause disaster. For this reason, scouring detection devices for predicting dangers due to scouring have been studied in the past, but it is difficult for conventional devices to reliably perform scouring detection over a long period of time, and the reliability is poor. Was.

【0005】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
もので、簡単な構成および処理によって、洗掘等に起因
する橋脚の支持力の変化を適切に且つ定常的に監視を行
うことを可能とする橋脚の異常検知方法、システムおよ
び記録媒体を提供することを目的としている。特に、請
求項1に記載の発明の目的は、従来の如何なる手法より
も的確に橋脚の支持力を監視判定し得る橋脚の異常検知
方法を提供することにある。請求項2に記載の発明の目
的は、特に、高い検知精度を得てしかも状態判定を容易
にする橋脚の異常検知方法を提供することにある。請求
項3に記載の発明の目的は、特に、比較的簡単に構成す
ることができ、高い安全性と的確な判定を実現すること
を可能とする橋脚の異常検知システムを提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and makes it possible to appropriately and constantly monitor a change in the supporting force of a pier caused by scouring or the like, with a simple configuration and processing. It is an object of the present invention to provide a method, a system and a recording medium for detecting an abnormality of a pier. In particular, an object of the present invention is to provide a pier abnormality detection method capable of monitoring and determining the supporting force of a pier more accurately than any conventional technique. An object of the invention described in claim 2 is to provide a method for detecting an abnormality of a bridge pier which can obtain a high detection accuracy and easily determine a state. An object of the invention described in claim 3 is to provide an abnormality detection system for a pier, which can be relatively easily configured, and can realize high safety and accurate determination.

【0006】請求項4に記載の発明の目的は、特に、高
速処理を容易にする橋脚の異常検知システムを提供する
ことにある。請求項5に記載の発明の目的は、特に、計
測情報のうちの所要情報を明確化し実質的な検知精度お
よび検知速度を向上し得る橋脚の異常検知システムを提
供することにある。請求項6に記載の発明の目的は、特
に、比較的簡単に構成することができ、高い安全性と的
確な判定を実現することを可能とする橋脚の異常検知シ
ステムを実現するプログラムを格納するコンピュータ読
み取り可能な記録媒体を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a pier abnormality detection system which facilitates high-speed processing. An object of the invention described in claim 5 is, in particular, to provide a bridge pier abnormality detection system capable of clarifying required information among measurement information and improving substantial detection accuracy and detection speed. An object of the present invention described in claim 6 is to store a program for realizing an abnormality detection system for a pier that can be relatively easily configured and that can realize high security and accurate determination. It is to provide a computer-readable recording medium.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載した発明
に係る橋脚の異常検知方法は、上述した目的を達成する
ために、予め健全時の橋脚の伝達関数に基づき1自由度
系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付けスペクトルを
設定する重み付け設定ステップと、橋脚の天端に配設さ
れる加速度計により、該橋脚の常時微動における加速度
を検出し、高速フーリエ変換を施して該加速度情報のフ
ーリエスペクトルを得る高速フーリエ変換ステップと、
前記高速フーリエ変換ステップで得られる前記橋脚の常
時微動に係るフーリエスペクトルについて、時間的に且
つ周波数的に平均化する平均化ステップと、前記平均化
ステップにより平均化された前記フーリエスペクトル
に、前記重み付け設定ステップにより設定された健全時
の橋脚の重み付けスペクトルによる重み付けを施す重み
付けステップと、前記重み付けステップにより重み付け
されたスペクトルの面積を求め前記健全時の重み付けス
ペクトルの面積によって正規化する面積算定ステップ
と、前記面積算定ステップにより得られる正規化面積を
予め設定した閾値と比較して、該正規化面積を評価する
評価ステップとを有することを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for detecting an abnormality of a pier according to the present invention. A weight setting step of setting a weighting spectrum substantially corresponding to a magnification curve; and an accelerometer disposed at the top end of the pier detects an acceleration of the pier at a constant fine motion, performs a fast Fourier transform, and performs a fast Fourier transform on the acceleration information. A fast Fourier transform step for obtaining a Fourier spectrum;
An averaging step of averaging in time and frequency the Fourier spectrum related to the constantly fine movement of the pier obtained in the fast Fourier transform step, and the weighting is performed on the Fourier spectrum averaged in the averaging step. A weighting step of performing weighting with a weighted spectrum of the bridge pier in the healthy state set by the setting step, and an area calculating step of determining an area of the spectrum weighted by the weighting step and normalizing the area of the weighted spectrum in the healthy state, An evaluation step of comparing the normalized area obtained in the area calculation step with a preset threshold value to evaluate the normalized area.

【0008】請求項2に記載した発明に係る橋脚の異常
検知方法は、前記平均化ステップが、前記フーリエスペ
クトルを過去所定時間について逐時的に平均化する時間
平均ステップと、前記時間平均ステップにより随時平均
化されたフーリエスペクトルについて、所定周波数範囲
についての移動平均を求める平滑化ステップとを含むこ
とを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the pier abnormality detection method, the averaging step includes a time averaging step of sequentially averaging the Fourier spectrum for a predetermined time in the past, and the time averaging step. A smoothing step of obtaining a moving average over a predetermined frequency range for the Fourier spectrum averaged as needed.

【0009】請求項3に記載した発明に係る橋脚の異常
検知システムは、上述した目的を達成するために、橋脚
の天端に配設され、該橋脚の常時微動における加速度を
検出する加速度検出手段と、前記加速度検出手段で検出
される加速度情報から該加速度情報のフーリエスペクト
ルを得る高速フーリエ変換手段と、前記高速フーリエ変
換手段で得られる前記橋脚の常時微動に係るフーリエス
ペクトルについて、時間的に且つ周波数的に平均化する
平均化手段と、前記平均化手段により平均化された前記
フーリエスペクトルに、健全時の橋脚の伝達関数に基づ
く1自由度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付けス
ペクトルにより重み付けを施す重み付け手段と、前記重
み付け手段により重み付けされたスペクトルの面積を求
め前記健全時の重み付けスペクトルの面積によって正規
化する面積算定手段と、前記面積算定手段により得られ
る正規化面積を予め設定した閾値と比較して、該正規化
面積を評価する評価手段とを具備することを特徴として
いる。
In order to achieve the above-mentioned object, an abnormality detection system for a pier according to the third aspect of the present invention is provided at an upper end of the pier, and detects acceleration of the pier during a slight movement of the pier. A fast Fourier transforming means for obtaining a Fourier spectrum of the acceleration information from the acceleration information detected by the acceleration detecting means; and a Fourier spectrum related to the constantly fine movement of the pier obtained by the fast Fourier transforming means. Averaging means for averaging in frequency, and the Fourier spectrum averaged by the averaging means is weighted by a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system based on a transfer function of a pier in a normal state. Weighting means for performing weighting, and determining the area of the spectrum weighted by the weighting means. An area calculating means for normalizing according to the area of the attached spectrum, and an evaluation means for evaluating the normalized area by comparing the normalized area obtained by the area calculating means with a preset threshold value. I have.

【0010】請求項4に記載した発明に係る橋脚の異常
検知システムは、前記加速度検出手段が、加速度計を含
み、且つ該加速度検出手段と前記高速フーリエ変換手段
との間に、加速度計出力の信号を整えるシグナルコンデ
ィショナと、前記シグナルコンディショナの出力アナロ
グ信号をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタ
ル変換器と、をさらに設けることを特徴としている。請
求項5に記載した発明に係る橋脚の異常検知システム
は、前記平均化手段が、前記フーリエスペクトルを過去
所定時間について逐時的に平均化する時間平均手段と、
前記時間平均手段により随時平均化されたフーリエスペ
クトルについて、所定周波数範囲についての移動平均を
求める平滑化手段とを含むことを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the pier abnormality detection system, the acceleration detecting means includes an accelerometer, and an output of the accelerometer is provided between the acceleration detecting means and the fast Fourier transform means. It is further characterized by further including a signal conditioner for adjusting a signal, and an analog-digital converter for converting an analog signal output from the signal conditioner into a digital signal. An abnormality detection system for a pier according to the invention as set forth in claim 5, wherein the averaging means is a time averaging means for averaging the Fourier spectrum sequentially for a predetermined time in the past, and
And a smoothing means for obtaining a moving average over a predetermined frequency range with respect to the Fourier spectrum averaged as needed by the time averaging means.

【0011】請求項6に記載した発明に係るコンピュー
タ読み取り可能な記録媒体は、上述した目的を達成する
ために、コンピュータを、橋脚の天端に配設され、該橋
脚の常時微動における水平方向加速度を検出する加速度
計で検出される加速度情報から該加速度情報のフーリエ
スペクトルを得る高速フーリエ変換手段、前記高速フー
リエ変換手段で得られる前記橋脚の常時微動に係るフー
リエスペクトルについて、時間的に且つ周波数的に平均
化する平均化手段、前記平均化手段により平均化された
前記フーリエスペクトルに、健全時の橋脚の伝達関数に
基づく1自由度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付
けスペクトルにより重み付けを施す重み付け手段、前記
重み付け手段により重み付けされたスペクトルの面積を
求め前記健全時の重み付けスペクトルの面積によって正
規化する面積算定手段、および前記面積算定手段により
得られる正規化面積を予め設定した閾値と比較して、該
正規化面積を評価する評価手段として機能させるための
プログラムを記録している。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium in which a computer is provided at a top end of a pier, and a horizontal acceleration caused by a fine movement of the pier is provided to achieve the above object. Fast Fourier transforming means for obtaining a Fourier spectrum of the acceleration information from the acceleration information detected by the accelerometer for detecting the Fourier spectrum obtained by the fast Fourier transforming means relating to the constantly fine movement of the pier. Weighting means for weighting the Fourier spectrum averaged by the averaging means with a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system based on a transfer function of a pier in a healthy state. Means, determine the area of the spectrum weighted by said weighting means, said healthy state Area calculation means for normalizing by the area of the spotting spectrum, and a program for functioning as evaluation means for evaluating the normalized area by comparing the normalized area obtained by the area calculation means with a preset threshold value. Have recorded.

【0012】[0012]

【作用】すなわち、請求項1に記載の発明に係る橋脚の
異常検知方法は、予め健全時の橋脚の伝達関数に基づき
1自由度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付けスペ
クトルを設定し、橋脚の天端に配設される加速度計によ
り、該橋脚の常時微動における加速度を検出し、高速フ
ーリエ変換を施して該加速度情報のフーリエスペクトル
を得て、該フーリエスペクトルについて、時間的に且つ
周波数的に平均化し、該平均化された前記フーリエスペ
クトルに、前記健全時の橋脚の重み付けスペクトルによ
る重み付けを施して、重み付けされたスペクトルの面積
を求め前記健全時の重み付けスペクトルの面積によって
正規化し、そして該正規化面積を予め設定した閾値と比
較評価する。このようにすることにより、橋脚の支持力
を、常時微動に基づいて定量的に監視評価することがで
き、簡単な構成および処理によって、洗掘等に起因する
橋脚の支持力の変化を、安全に、従来の如何なる手法よ
りも的確に且つ定常的に監視判定することが可能とな
り、運行規制の的確な発令/解除を行うことが可能とな
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for detecting an abnormality of a pier, which sets a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system in advance based on a transfer function of a pier in a healthy state. The accelerometer disposed at the top of the pier detects the acceleration of the pier during the microtremor, performs a fast Fourier transform to obtain a Fourier spectrum of the acceleration information, and calculates the Fourier spectrum in terms of time and frequency. The Fourier spectrum averaged is weighted by a weighted spectrum of the pier at the time of sound, the area of the weighted spectrum is obtained, normalized by the area of the weighted spectrum at the time of sound, and The normalized area is compared and evaluated with a preset threshold. This makes it possible to quantitatively monitor and evaluate the bearing capacity of the pier based on microtremors at all times. With a simple configuration and processing, changes in the bearing capacity of the pier caused by scouring can be safely monitored. In addition, it is possible to monitor and determine more accurately and constantly than any conventional method, and it is possible to issue / cancel the operation regulation more accurately.

【0013】また、請求項2に記載の発明に係る橋脚の
異常検知方法は、前記平均化に際し、前記フーリエスペ
クトルを過去所定時間について逐時的に平均化するとと
もに、随時平均化されたフーリエスペクトルについて、
所定周波数範囲についての移動平均を求める。このよう
にすることにより、特に、橋脚の所要の固有振動に係る
成分について高い検知精度を得てしかも状態判定を容易
にすることができる。
According to a second aspect of the present invention, in the method for detecting an abnormality of a pier, in the averaging, the Fourier spectrum is averaged sequentially for a predetermined time in the past, and the Fourier spectrum averaged as needed. about,
A moving average for a predetermined frequency range is obtained. In this way, it is possible to obtain a high detection accuracy particularly for the component related to the required natural vibration of the pier, and to facilitate the state determination.

【0014】請求項3に記載の発明に係る橋脚の異常検
知システムは、橋脚の天端に配設される加速度検出手段
により、該橋脚の常時微動における加速度を検出し、高
速フーリエ変換手段を用いて該加速度情報のフーリエス
ペクトルを得て、該橋脚の常時微動に係るフーリエスペ
クトルについて、平均化手段により時間的に且つ周波数
的に平均化した後、該平均化された前記フーリエスペク
トルに対して、重み付け手段によって健全時の橋脚の伝
達関数に基づく1自由度系の応答倍率曲線にほぼ相当す
る重み付けスペクトルにより重み付けを施すとともに、
面積算定手段により、該重み付けされたスペクトルの面
積を求め前記健全時の重み付けスペクトルの面積によっ
て正規化して、評価手段において、予め設定した閾値と
比較して、該正規化面積を評価する。このような構成に
より、橋脚の支持力を、常時微動に基づいて定量的に監
視評価することができ、簡単な構成および処理によっ
て、高い安全性を保持しつつ洗掘等に起因する橋脚の支
持力の変化を的確に且つ定常的に監視判定することが可
能となり、運行規制の的確な発令/解除を行うことが可
能となる。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an abnormality detection system for a pier, wherein the acceleration detecting means provided at the top end of the pier detects the acceleration of the pier at a constant fine movement, and uses the fast Fourier transform means. After obtaining a Fourier spectrum of the acceleration information, and averaging the Fourier spectrum relating to the constantly fine movement of the pier temporally and frequencyly by averaging means, The weighting means performs weighting with a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system based on a transfer function of a pier in a healthy state,
The area of the weighted spectrum is obtained by the area calculating means, normalized by the area of the weighted spectrum in the normal state, and the evaluation means evaluates the normalized area by comparing with a preset threshold value. With such a configuration, the pier supporting force can be quantitatively monitored and evaluated based on microtremors at all times. With a simple configuration and processing, supporting the pier caused by scouring while maintaining high safety can be achieved. It is possible to accurately and constantly monitor and determine the change in force, and it is possible to issue / cancel the operation regulation accurately.

【0015】請求項4に記載の発明に係る橋脚の異常検
知システムは、前記加速度検出手段は、加速度計を含
み、且つ該加速度計出力信号をシグナルコンディショナ
により適正に整え、アナログ−ディジタル変換器により
アナログ信号をディジタル信号に変換して、前記高速フ
ーリエ変換手段に供給する。このような構成により、特
に、高速処理を容易に実現し得る。請求項5に記載の発
明に係る橋脚の異常検知システムは、前記平均化手段に
おいて、時間平均化手段により前記フーリエスペクトル
を過去所定時間について逐時的に平均化し、随時平均化
されたフーリエスペクトルについて、平滑化手段によっ
て、所定周波数範囲についての移動平均を求める。この
ような構成により、特に、計測情報のうちの所要情報を
明確化し実質的な検知精度および検知速度を向上するこ
とが可能となる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the pier abnormality detection system, the acceleration detection means includes an accelerometer, and the output signal of the accelerometer is appropriately adjusted by a signal conditioner. To convert the analog signal into a digital signal and supply it to the fast Fourier transform means. With such a configuration, particularly, high-speed processing can be easily realized. An abnormality detection system for a pier according to the invention as set forth in claim 5, wherein the averaging means sequentially averages the Fourier spectrum for a predetermined time in the past by a time averaging means. , A moving average over a predetermined frequency range is obtained by the smoothing means. With such a configuration, in particular, it is possible to clarify required information of the measurement information and to substantially improve detection accuracy and detection speed.

【0016】請求項6に記載の発明に係るコンピュータ
読み取り可能な記録媒体は、コンピュータを、橋脚の天
端に配設される加速度計により検出される該橋脚の常時
微動における加速度に基づき、高速フーリエ変換手段を
用いて該加速度情報のフーリエスペクトルを得て、該橋
脚の常時微動に係るフーリエスペクトルについて、平均
化手段により時間的に且つ周波数的に平均化した後、該
平均化された前記フーリエスペクトルに対して、重み付
け手段によって健全時の橋脚の伝達関数に基づく1自由
度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付けスペクトル
により重み付けを施すとともに、面積算定手段により、
該重み付けされたスペクトルの面積を求め前記健全時の
重み付けスペクトルの面積によって正規化して、評価手
段において、予め設定した閾値と比較して、該正規化面
積を評価する橋脚の異常検知システムとして機能させる
ためのプログラムを記録している。このような記録媒体
により、コンピュータを用いて、橋脚の支持力を、常時
微動に基づいて定量的に監視評価することができ、簡単
な構成および処理によって、高い安全性を保持しつつ洗
掘等に起因する橋脚の支持力の変化を的確に且つ定常的
に監視判定することが可能となり、運行規制の的確な発
令/解除を行うことが可能なシステムを構築することが
できる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium, wherein the computer is configured to execute a high-speed Fourier transform based on an acceleration in a microtremor of the pier detected by an accelerometer provided at a top end of the pier. A Fourier spectrum of the acceleration information is obtained by using a converting means, and a Fourier spectrum relating to the constantly tremor of the pier is averaged in time and frequency by an averaging means, and then the averaged Fourier spectrum is obtained. , Weighting is performed by a weighting spectrum by a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system based on a transfer function of a bridge pier in a healthy state.
The area of the weighted spectrum is obtained, normalized by the area of the weighted spectrum at the time of soundness, and compared with a threshold set in advance by an evaluation means to function as a pier abnormality detection system for evaluating the normalized area. For recording programs. With such a recording medium, the supporting force of the pier can be quantitatively monitored and evaluated based on the microtremor using a computer, and scouring and the like can be performed while maintaining high safety by a simple configuration and processing. Thus, it is possible to accurately and constantly monitor and determine the change in the supporting force of the pier caused by the above, and it is possible to construct a system capable of accurately issuing / releasing the operation regulation.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に基づ
き、図面を参照して本発明の橋脚の異常検知システムを
詳細に説明する。図1は、本発明の一つの実施の形態に
係る橋脚の異常検知システムの構成を示している。図1
に示す橋脚の異常検知システムは、加速度計1、シグナ
ルコンディショナ2、アナログ−ディジタル変換器(以
下、「A/D変換器」と称する)3、高速フーリエ変換
(FFT:Fast Fourier Transformation)処理部(以
下、「FFT処理部」と称する)4、平均化処理部5、
重み付け処理部6、面積算定正規化処理部7、正規化面
積減小評価部8および出力部9を具備している。平均化
処理部5、重み付け処理部6、面積算定正規化処理部7
および正規化面積減小評価部8は、評価処理部11を構
成し、FFT処理部4、出力部9および評価処理部11
は、観測処理装置12を構成している。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, based on an embodiment of the present invention, a pier abnormality detecting system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an abnormality detection system for a pier according to one embodiment of the present invention. FIG.
Is an accelerometer 1, a signal conditioner 2, an analog-to-digital converter (hereinafter, referred to as an "A / D converter") 3, and a fast Fourier transform (FFT) processing unit. (Hereinafter, referred to as “FFT processing unit”) 4, averaging processing unit 5,
It comprises a weighting processing section 6, an area calculation normalization processing section 7, a normalized area reduction evaluation section 8 and an output section 9. Averaging section 5, weighting section 6, area calculation normalizing section 7
And the normalized area reduction evaluation unit 8 constitutes the evaluation processing unit 11, and includes the FFT processing unit 4, the output unit 9, and the evaluation processing unit 11.
Constitutes the observation processing device 12.

【0018】加速度計1は、加速度検出手段を構成し、
橋脚Pの天端に取着されて、該橋脚天端の振動の加速度
変動を常時計測する。したがって、加速度計1により、
橋脚Pの常時微動が計測される。該加速度計11は、例
えばひずみゲージ、差動トランス、半導体磁気センサ等
を用いて構成される。シグナルコンディショナ2は、加
速度計1の計測出力の信号レベルおよび波形等を整え、
適正な加速度波形を出力する。A/D変換器3は、シグ
ナルコンディショナ2から出力されるアナログ信号であ
る加速度波形をディジタル情報に変換して出力する。
The accelerometer 1 constitutes an acceleration detecting means,
Attached to the top of the pier P, the acceleration fluctuation of the vibration of the pier P is constantly measured. Therefore, by accelerometer 1,
The microtremor of the pier P is always measured. The accelerometer 11 is configured using, for example, a strain gauge, a differential transformer, a semiconductor magnetic sensor, and the like. The signal conditioner 2 adjusts the signal level and waveform of the measurement output of the accelerometer 1,
Output an appropriate acceleration waveform. The A / D converter 3 converts an acceleration waveform, which is an analog signal output from the signal conditioner 2, into digital information and outputs the digital information.

【0019】FFT処理部4は、高速フーリエ変換手段
であり、A/D変換器3の出力に対して、コンピュータ
による離散的フーリエ変換の高速演算処理である高速フ
ーリエ変換を施してフーリエスペクトルを得る。平均化
処理部5は、平均化手段であり、FFT処理部4によっ
て得たフーリエスペクトルを予め設定した所定の時間に
ついて各周波数毎に加算平均することにより、時間的な
平均を求める。さらに平均化処理部5は、予め設定した
所定の周波数幅について周波数軸上で移動平均を求める
ことにより、フーリエスペクトル波形を平滑化、すなわ
ちスムージング、する。さらに平均化処理部5は、スム
ージングしたフーリエスペクトルの全周波数帯域におけ
る最大値が1.0になるように正規化する。
The FFT processing section 4 is a fast Fourier transform means, and performs a fast Fourier transform on the output of the A / D converter 3 as a high-speed operation of a discrete Fourier transform by a computer to obtain a Fourier spectrum. . The averaging processing unit 5 is an averaging unit, and obtains a temporal average by adding and averaging the Fourier spectrum obtained by the FFT processing unit 4 for each frequency for a predetermined time set in advance. Further, the averaging processing unit 5 smoothes, that is, smoothes the Fourier spectrum waveform by obtaining a moving average on a frequency axis for a predetermined frequency width set in advance. Further, the averaging processing unit 5 normalizes the smoothed Fourier spectrum so that the maximum value in the entire frequency band is 1.0.

【0020】なお、平均化処理部5における具体的な処
理の一例を示す。平均化処理部5は、加速度計測信号
の、例えば32秒間の時刻歴データ毎にハニング(Hann
ing)窓関数をかけたもののフーリエスペクトルを、例
えば過去30分間のデータについて求め、各スペクトル
を周波数毎に加算平均して時間的な平均を得て、さらに
該加算平均フーリエスペクトルの、例えば0.6Hz毎
の移動平均を求めてスムージングしたものを最大値で正
規化する。
An example of a specific process in the averaging unit 5 will be described. The averaging unit 5 performs Hanning for each time history data of the acceleration measurement signal, for example, for 32 seconds.
ing) A Fourier spectrum obtained by applying a window function is obtained for, for example, data for the past 30 minutes, and each spectrum is averaged for each frequency to obtain a temporal average. A smoothing obtained by obtaining a moving average for each 6 Hz is normalized by the maximum value.

【0021】重み付け処理部6は、重み付け手段であ
り、平均化処理部5でスムージングして正規化したフー
リエスペクトルに、健全時の橋脚Pの衝撃振動試験等に
より得られる橋脚Pの伝達関数H(f)に基づく1自由
度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付け関数を、掛
け合わせる。重み付け処理部6の重み付け関数は、典型
的には、変位伝達関数、すなわち、振動周波数(振動
数)をfr、橋脚Pの固有振動周波数をfnとしたと
き、f=fr/fn、そして橋脚Pの減衰定数をξとし
て、次式であらわされる伝達関数HD(f)を用いる。
The weighting processing unit 6 is a weighting means. The Fourier spectrum smoothed and normalized by the averaging processing unit 5 is added to the transfer function H ( A weighting function substantially corresponding to the response magnification curve of the one-degree-of-freedom system based on f) is multiplied. The weighting function of the weighting processing unit 6 is typically a displacement transfer function, that is, when the vibration frequency (frequency) is fr and the natural vibration frequency of the pier P is fn, f = fr / fn, and the pier P The transfer function H D (f) expressed by the following equation is used, where 減 衰 is the attenuation constant of.

【0022】[0022]

【数1】 (Equation 1)

【0023】なお、橋脚Pの減衰定数ξは、固有振動周
波数fnにおけるレスポンスを1としたとき、レスポン
スが1/(2)1/2まで減衰した時の周波数をf1および
f2とすると、ξ=(f1−f2)/2fnであらわさ
れる(図6(b)参照)。
It should be noted that the damping constant ξ of the pier P is as follows: When the response at the natural vibration frequency fn is 1, the frequencies at which the response is attenuated to 1 / (2) 1/2 are f1 and f2. (F1−f2) / 2fn (see FIG. 6B).

【0024】重み付け処理部6は、重み付け関数を乗じ
たフーリエスペクトルをさらに健全時の最大値で正規化
することが望ましい。面積算定正規化処理部7は、面積
算定手段であり、重み付け処理部6で得られる重み付け
フーリエスペクトルの曲線とベースラインとで囲まれる
領域の面積(以下、単に「フーリエスペクトルの面積」
と称する)、すなわち重み付けフーリエスペクトルの周
波数についての積分値を求める。面積算定正規化処理部
7は、予め橋脚の健全時における同様の重み付けフーリ
エスペクトルの面積を設定しておき、該健全時の重み付
けフーリエスペクトルの面積によって、新たに計測され
算出された重み付けフーリエスペクトルの面積を正規化
する。
It is desirable that the weighting processing unit 6 further normalizes the Fourier spectrum multiplied by the weighting function with the maximum value when sound. The area calculation normalization processing unit 7 is an area calculation unit, and is an area of a region surrounded by the curve of the weighted Fourier spectrum obtained by the weighting processing unit 6 and the base line (hereinafter, simply referred to as “area of Fourier spectrum”).
That is, the integral value of the frequency of the weighted Fourier spectrum is obtained. The area calculation normalization processing unit 7 previously sets the area of the same weighted Fourier spectrum when the pier is healthy, and calculates the newly measured and calculated weighted Fourier spectrum by the area of the weighted Fourier spectrum when the pier is healthy. Normalize the area.

【0025】正規化面積減小評価部8は、評価手段であ
り、面積算定正規化処理部7で求められる正規化された
重み付けフーリエスペクトル面積を予め設定した閾値と
比較して評価する。これら、平均化処理部5、重み付け
処理部6、面積算定正規化処理部7および正規化面積減
小評価部8により構成される評価処理部11が、本発明
において最も特徴的な部分である。出力部9は、正規化
面積減小評価部8により、閾値と比較評価された評価結
果に基づき、橋脚Pの支持力が低下して危険状態になる
と警報または警告信号等を出力して、詳細な点検や運行
規制を促す。
The normalized area reduction evaluation unit 8 is an evaluation unit, and evaluates the normalized weighted Fourier spectrum area obtained by the area calculation normalization processing unit 7 by comparing it with a preset threshold value. The evaluation processing unit 11 including the averaging processing unit 5, the weighting processing unit 6, the area calculation normalization processing unit 7, and the normalized area reduction evaluation unit 8 is the most characteristic part in the present invention. The output unit 9 outputs a warning signal or a warning signal when the supporting force of the pier P is reduced and the bridge pier P enters a dangerous state based on the evaluation result compared with the threshold value by the normalized area reduction evaluation unit 8. Urgent inspections and operation regulations.

【0026】FFT処理部4、平均化処理部5、重み付
け処理部6、面積算定正規化処理部7、正規化面積減小
評価部8および出力部9からなる部分、すなわちFFT
処理部4、出力部9および評価処理部11は、観測処理
装置12を構成し、該観測処理装置12は、全ての処理
をソフトウェア的に実行することができ、通常、いわゆ
るパーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムに
より構成する。
The FFT processing unit 4, the averaging processing unit 5, the weighting processing unit 6, the area calculation normalization processing unit 7, the normalized area reduction evaluation unit 8, and the output unit 9, ie, the FFT processing unit
The processing unit 4, the output unit 9, and the evaluation processing unit 11 constitute an observation processing device 12, and the observation processing device 12 can execute all processing in software, and is usually a computer such as a personal computer. Configured by system.

【0027】次に、図1に示す橋脚の異常検知システム
の動作および機能について詳細に説明する。本発明の橋
脚の異常検知システムは、橋梁の橋脚Pの天端部に加速
度計1を取着し、橋脚Pの常時微動を検出して、橋脚P
の固有振動周波数の低下に基づく橋脚Pの支持力の低下
を観測するものである。橋脚Pは、例えば図2に示すよ
うに構成される。図2の(a)は、橋脚Pの一例の正面
図であり、図2の(b)は、その平面図である。図2に
示す橋脚Pは、全体の高さ寸法が約7mであり、その下
端の約1.5mが河床に埋設される。橋脚Pは、下端面
を河床の岩盤等の強固な地盤上に当接し、下端面から約
1.5m程度までは、通常の土等により埋め込まれてい
る。
Next, the operation and function of the pier abnormality detection system shown in FIG. 1 will be described in detail. The pier anomaly detection system of the present invention mounts the accelerometer 1 on the top end of the pier P of the bridge, detects the microtremor of the pier P constantly, and detects the pier P
Is to observe a decrease in the supporting force of the pier P due to a decrease in the natural vibration frequency of the bridge. The pier P is configured, for example, as shown in FIG. FIG. 2A is a front view of an example of the pier P, and FIG. 2B is a plan view thereof. The overall height of the pier P shown in FIG. 2 is about 7 m, and about 1.5 m at the lower end thereof is buried in the riverbed. The pier P has a lower end surface abutting on a solid ground such as a bedrock of a riverbed, and is buried with ordinary soil or the like up to about 1.5 m from the lower end surface.

【0028】したがって、橋脚Pの支持力は、約1.5
mの土等による埋設部の深さに大きく依存している。洗
掘等により埋設深さが浅くなると支持力が漸次低下し、
それにつれて、橋脚Pの自由振動部分が増大するなどし
て、固有振動周波数も低くなってくる。橋脚Pの天端
に、例えばその受感方向を水平方向に設置された加速度
計1により計測された、橋脚Pの自由微動による信号
は、シグナルコンディショナ2によって条件が整えら
れ、A/D変換器3によってディジタル化されて、パー
ソナルコンピュータ等からなる観測処理装置12に供給
される。
Therefore, the supporting force of the pier P is about 1.5.
m depending on the depth of the buried part by soil or the like. When the burial depth becomes shallow due to scouring, etc., the bearing capacity gradually decreases,
Accordingly, the natural vibration frequency also decreases as the free vibration portion of the pier P increases. The signal due to the free tremor movement of the pier P, which is measured by the accelerometer 1 whose sensing direction is horizontally set at the top end of the pier P, for example, is conditioned by the signal conditioner 2 and A / D converted. It is digitized by the device 3 and supplied to the observation processing device 12 composed of a personal computer or the like.

【0029】観測処理装置12に供給された常時微動の
ディジタル計測信号は、FFT処理部4に与えられて、
コンピュータ処理による離散的フーリエ変換の高速処理
手法である高速フーリエ変換処理が施されて、橋脚Pの
常時微動の周波数スペクトルであるフーリエスペクトル
が求められる。このFFT処理部4において求められる
フーリエスペクトルが、評価処理部11の評価処理に供
される。図3に、評価処理部11による評価処理の流れ
を示し、図4および図5にそれぞれ健全状態、つまり洗
掘前の初期状態、および洗掘により橋脚の支持力が低下
し固有振動周波数が低下した状態における各過程の処理
を模式的に示す。
The digital measurement signal of the microtremor supplied to the observation processing unit 12 is given to the FFT processing unit 4,
Fast Fourier transform processing, which is a high-speed processing method of discrete Fourier transform by computer processing, is performed, and a Fourier spectrum, which is a frequency spectrum of the microtremor of the pier P, is obtained. The Fourier spectrum obtained in the FFT processing unit 4 is subjected to the evaluation processing of the evaluation processing unit 11. FIG. 3 shows a flow of the evaluation processing by the evaluation processing unit 11, and FIGS. 4 and 5 show a healthy state, that is, an initial state before scouring, and a decrease in the supporting force of the pier due to the scouring, thereby lowering the natural vibration frequency. The process of each process in the state in which it was done is shown typically.

【0030】図3に示す評価処理は、観測処理装置12
の評価処理部11において、所定時間毎に定期的に実行
される。なお、FFT処理部4の処理により得られるフ
ーリエスペクトルは、所定時間単位で継続的に計測さ
れ、その所定時間分がバッファリングされる。具体的に
は、FFT処理部4は、例えば、加速度計測信号の32
秒間毎の時刻歴データに基づいて繰り返しフーリエスペ
クトルを求め、このフーリエスペクトルの過去所定時間
分がバッファ(図示していない)に蓄積される。評価処
理部11に与えられたフーリエスペクトルは、平均化処
理部5に供給され、該フーリエスペクトルを予め設定し
た所定の時間について各周波数毎に加算平均することに
より、時間的な平均が算定される(ステップS11)。
ステップS11では、加速度計測信号の時刻歴データに
基づくフーリエスペクトルを、例えば過去30分間のデ
ータについて求め、各スペクトルを周波数毎に加算平均
して時間的な平均を得る。
The evaluation processing shown in FIG.
Is periodically executed at predetermined time intervals by the evaluation processing unit 11. The Fourier spectrum obtained by the processing of the FFT processing unit 4 is continuously measured in a predetermined time unit, and the predetermined time is buffered. Specifically, the FFT processing unit 4 stores, for example, 32
A Fourier spectrum is repeatedly obtained based on the time history data for each second, and a predetermined past time of the Fourier spectrum is accumulated in a buffer (not shown). The Fourier spectrum provided to the evaluation processing unit 11 is supplied to the averaging processing unit 5, and the temporal average is calculated by adding and averaging the Fourier spectrum for each frequency for a predetermined time set in advance. (Step S11).
In step S11, a Fourier spectrum based on the time history data of the acceleration measurement signal is obtained for, for example, data for the past 30 minutes, and each spectrum is averaged for each frequency to obtain a temporal average.

【0031】次に平均化処理部5は、予め設定した所定
の周波数幅について周波数軸上で移動平均を求めること
により、フーリエスペクトル波形をスムージングする
(ステップS12)。ステップS12では、ステップS
11で加算平均されたフーリエスペクトルの、例えば
0.6Hz毎の移動平均を求めてスムージングする。望
ましくは、このステップS12では、スムージングした
フーリエスペクトルをさらにその最大値で正規化する。
図4(a)には、このようにスムージングして正規化し
た健全状態のフーリエスペクトルを示し、図5(a)に
は、スムージングして正規化した洗掘により支持力が低
下した状態のフーリエスペクトルを示している。
Next, the averaging section 5 smoothes the Fourier spectrum waveform by obtaining a moving average on the frequency axis for a predetermined frequency width set in advance (step S12). In step S12, step S
For example, a moving average at every 0.6 Hz of the Fourier spectrum averaged at 11 is obtained and smoothed. Desirably, in step S12, the smoothed Fourier spectrum is further normalized with its maximum value.
FIG. 4 (a) shows a Fourier spectrum in a healthy state smoothed and normalized in this way, and FIG. 5 (a) shows a Fourier spectrum in a state in which the bearing capacity is reduced due to smoothing and normalized scouring. The spectrum is shown.

【0032】重み付け処理部6は、ステップS12にお
いて平均化処理部5でスムージングして正規化したフー
リエスペクトルに、健全時の橋脚Pの衝撃振動試験等に
より得られる橋脚Pの伝達関数H(f)に基づく1自由
度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付け関数を、掛
け合わせる(ステップS13)。図4(b)および図5
(b)に、このような重み付けに用いる洗掘前の健全状
態の伝達関数H(f)の波形の一例(同じもの)を示
す。ステップS13で用いられる重み付け関数は、典型
的には、数1に示した変位伝達関数であり、健全時に予
め橋脚Pの衝撃振動試験により求めるなどして、設定し
ておく。この重み付け関数としては、基本的に橋脚Pの
1自由度系の応答倍率曲線のピーク位置と共通の周波数
にピーク位置を有し、該ピーク周波数から離れるに従っ
て漸減する関数が用いられる。
The weighting processor 6 converts the Fourier spectrum smoothed and normalized by the averaging processor 5 in step S12 into a transfer function H (f) of the pier P obtained by an impact vibration test of the pier P in a normal state. Are multiplied by a weighting function substantially corresponding to the response magnification curve of the one-degree-of-freedom system based on the above (Step S13). FIG. 4 (b) and FIG.
(B) shows an example (same waveform) of the transfer function H (f) in a healthy state before scouring used for such weighting. The weighting function used in step S13 is typically the displacement transfer function shown in Expression 1, and is set beforehand when it is sound and obtained by an impact vibration test of the pier P in advance. As the weighting function, a function having a peak position at a frequency common to the peak position of the response magnification curve of the one-degree-of-freedom system of the pier P and gradually decreasing as the distance from the peak frequency is used.

【0033】なお、重み付け関数として、この場合、数
1に示す変位伝達関数HD(f)、すなわち図6(a)
に示すように最大値となる周波数f=1を中心とし、低
周波側(f<1)においては有限値まで漸次低下し、高
周波側(f>1)においてはゼロまで漸次低下する特性
を有する重み付け関数を用いる。重み付け関数として
は、この他に、速度伝達関数HV(f)、加速度伝達関
数HA(f)および変位伝達関数HD(f)と加速度伝達
関数HA(f)とを組み合わせた関数等を用いることが
できる。速度伝達関数HV(f)は、数2であらわさ
れ、図7に示すように最大値となる周波数f=1を中心
とし、低周波側においても高周波側においてもゼロまで
漸次低下する特性を有する。
In this case, as the weighting function, in this case, the displacement transfer function H D (f) shown in Expression 1, that is, FIG.
As shown in the figure, the frequency f = 1, which is the maximum value, is centered, and gradually decreases to a finite value on the low frequency side (f <1), and gradually decreases to zero on the high frequency side (f> 1). Use a weighting function. As the weighting function, in addition to the above, a function obtained by combining the velocity transfer function H V (f), the acceleration transfer function H A (f), the displacement transfer function H D (f), and the acceleration transfer function H A (f), etc. Can be used. The velocity transfer function H V (f) is expressed by the following equation (2). As shown in FIG. 7, the frequency transfer function H V (f) has a characteristic that the frequency f = 1, which is the maximum value, is centered on the low frequency side and the high frequency side. Have.

【0034】[0034]

【数2】HV(f)=f・HD(f) 加速度伝達関数HA(f)は、数3で表わされ、図8に
示すように最大値となる周波数f=1を中心とし、低周
波側においてはゼロまで漸次低下し、高周波側において
は有限値まで漸次低下する特性を有する。
[Number 2] H V (f) = f · H D (f) acceleration transfer function H A (f) is represented by the number 3, the center frequency f = 1 to the maximum value as shown in FIG. 8 On the low frequency side, it gradually decreases to zero, and on the high frequency side, it gradually decreases to a finite value.

【0035】[0035]

【数3】HA(f)=f2・HD(f) 変位伝達関数HD(f)と加速度伝達関数HA(f)とを
組み合わせた重み付け関数は、低周波側(f<1)にお
いては加速度伝達関数HA(f)を用い、高周波側(f
>1)においては変位伝達関数HD(f)を用いるもの
であり、図6(b)に示す特性を有する。
H A (f) = f 2 · H D (f) The weighting function combining the displacement transfer function H D (f) and the acceleration transfer function H A (f) has a low frequency side (f <1 )), The acceleration transfer function H A (f) is used, and the high-frequency side (f
> 1) uses the displacement transfer function H D (f) and has the characteristic shown in FIG.

【0036】ステップS13における重み付け処理は、
健全時の橋脚Pの主として固有振動に関連する重み付け
関数により、フーリエスペクトルの固有振動要素を強調
するように作用し、固有振動周波数が健全時から離れる
(低下する)につれて重み付けスペクトルの波形(面
積)が、顕著に減小する。なお、ステップS13におい
ては、重み付け処理部6で重み付け関数を乗じたフーリ
エスペクトルを、さらに健全時の最大値で正規化するこ
とが望ましい。
The weighting process in step S13 is as follows.
The weighting function mainly related to the natural vibration of the pier P in a healthy state acts to emphasize the natural vibration element of the Fourier spectrum, and the waveform (area) of the weighted spectrum as the natural vibration frequency departs (decreases) from the healthy state. However, it is significantly reduced. In step S13, it is desirable that the Fourier spectrum multiplied by the weighting function in the weighting processing unit 6 be further normalized by the maximum value when sound.

【0037】図4(c)には、健全状態において重み付
けを施した後の重み付けフーリエスペクトルを示してい
る。図5(c)には、洗掘により支持力が低下した状態
において重み付けを施した後の重み付けフーリエスペク
トルを示しており、洗掘により明らかに重み付けフーリ
エスペクトルが小さくなっている。面積算定正規化処理
部7は、ステップS13で得られる重み付けフーリエス
ペクトルの面積(重み付けフーリエスペクトルの周波数
についての積分値)を求める(ステップS14)。面積
算定正規化処理部7は、予め橋脚の健全時における重み
付けフーリエスペクトルの面積を設定しておき、ステッ
プS14で求められた重み付けフーリエスペクトルの面
積を、該健全時の重み付けフーリエスペクトルの面積を
基準として正規化する(ステップS15)。
FIG. 4C shows a weighted Fourier spectrum after weighting in a healthy state. FIG. 5 (c) shows a weighted Fourier spectrum after weighting in a state where the supporting force is reduced by scouring, and the scouring clearly reduces the weighted Fourier spectrum. The area calculation normalization processing unit 7 obtains the area of the weighted Fourier spectrum (integrated value of the frequency of the weighted Fourier spectrum) obtained in step S13 (step S14). The area calculation normalization processing unit 7 sets in advance the area of the weighted Fourier spectrum when the pier is sound, and uses the area of the weighted Fourier spectrum obtained in step S14 as a reference based on the area of the weighted Fourier spectrum when sound. (Step S15).

【0038】すなわち、図4(d)に示すように健全状
態における重み付けフーリエスペクトルの面積SをS=
1.0として、図5(d)に示すように洗掘により支持
力が低下した状態における重み付けフーリエスペクトル
の面積S=0.3を求める。正規化面積減小評価部8
は、ステップS15で求められる正規化された重み付け
フーリエスペクトル面積を予め設定した閾値と比較して
評価する(ステップS16)。正規化面積減小評価部8
は、正規化された重み付けフーリエスペクトル面積と閾
値との比較の結果を判定し(ステップS17)、正規化
された重み付けフーリエスペクトル面積が閾値未満であ
る場合には、橋脚Pの支持力が低下して危険な状態であ
るので、出力部9を介して警報および警告信号等を出力
させ(ステップS18)、処理を終了して、待機状態に
戻る。
That is, as shown in FIG. 4D, the area S of the weighted Fourier spectrum in a healthy state is expressed as S =
As shown in FIG. 5D, the area S = 0.3 of the weighted Fourier spectrum in a state where the supporting force is reduced by scouring as shown in FIG. Normalized area reduction evaluation unit 8
Evaluates by comparing the normalized weighted Fourier spectrum area obtained in step S15 with a preset threshold value (step S16). Normalized area reduction evaluation unit 8
Determines the result of the comparison between the normalized weighted Fourier spectrum area and the threshold (step S17), and if the normalized weighted Fourier spectrum area is smaller than the threshold, the supporting force of the pier P decreases. Since it is in a dangerous state, an alarm and a warning signal are output via the output unit 9 (step S18), and the process is terminated to return to the standby state.

【0039】ステップS17において、正規化された重
み付けフーリエスペクトル面積が閾値以上である場合に
は、橋脚Pの支持力が正常範囲に維持されているので、
警報等を発することなく、何もせずに待機状態に戻る。
なお、正規化面積減小評価部8により閾値と比較評価さ
れた評価結果に基づく出力部9による警報または警告信
号等の出力は、上述したように少なくとも橋脚Pの支持
力が低下して危険状態になると発生して、詳細な点検や
運行規制を促すために用いられる。しかしながら、上述
において求められる正規化面積は、橋脚Pの洗掘等に応
じた支持力を定量的に評価するものであるので、さら
に、いくつかの支持力レベルに対応する閾値を設定し、
それぞれの状態に応じた点検等を指示する信号を出力さ
せるようにしてもよい。上述した評価処理は、各機能を
ハードウェアにより構成して、ハードウェア装置あるい
はシステムとして実現することもできるが、ソフトウェ
アによるコンピュータプログラムで実現するのに適して
いる。
If the normalized weighted Fourier spectrum area is equal to or larger than the threshold value in step S17, the supporting force of the pier P is maintained in the normal range.
It returns to the standby state without any action without issuing an alarm.
The output of the warning or warning signal by the output unit 9 based on the evaluation result compared with the threshold value by the normalized area reduction evaluation unit 8 indicates that the support force of at least the pier P is reduced as described above. It is used to encourage detailed inspections and operation regulations. However, since the normalized area obtained in the above is for quantitatively evaluating the bearing capacity corresponding to scouring of the pier P, threshold values corresponding to several bearing capacity levels are further set,
A signal for instructing inspection or the like according to each state may be output. The above-described evaluation processing can be realized as a hardware device or a system by configuring each function by hardware, but is suitable for being realized by a computer program using software.

【0040】上述した本発明による橋脚の異常検知シス
テムにおける有効性を、本発明者らが行った実験に基づ
いて検証する。橋脚模型として15cm(縦幅)×30
cm(横幅)×90cm(高さ)の大谷石を用い、図9
および図10に示すように、下部40cm程を土中埋め
込んで、健全状態とし、洗掘をシミュレーションするた
めに、該橋脚模型を所定深さずつ掘削した。各状態にお
いて衝撃振動試験および本発明に基づく常時微動測定を
行い、各掘削深さに対する橋脚模型PMの振動伝達関数
および常時微動の加速度フーリエスペクトルを求めた。
The effectiveness of the pier abnormality detection system according to the present invention described above will be verified based on experiments conducted by the present inventors. 15cm (length) × 30 as a pier model
9 cm (width) x 90 cm (height)
As shown in FIG. 10, the lower part of the pier model was excavated at a predetermined depth in order to simulate scouring by embedding about 40 cm of the lower part in the soil to make it sound healthy. In each state, an impact vibration test and a microtremor measurement based on the present invention were performed, and a vibration transfer function of the pier model PM and an acceleration Fourier spectrum of the microtremor were obtained for each excavation depth.

【0041】図11〜図14は、上述した橋脚模型にお
ける衝撃振動試験を行い橋脚頂部において加速度計によ
り検出した伝達関数を示すものであり、応答倍率の波形
を示している。このうち、図11は、掘削していない健
全状態の特性、図12は、掘削深さ15cmの場合の特
性、図13は、掘削深さ30cmの場合の特性、そして
図14は、掘削深さ40cmの場合の特性であり、この
応答倍率は、それぞれの試験での最大値で正規化してい
る。なお、橋脚模型の固有振動周波数を求めるに当たっ
ては、位相特性の曲線(図示省略)に1自由度系の位相
特性曲線の変化を当てはめ、位相が−90°ずれる位置
を割り出した。
FIGS. 11 to 14 show transfer functions detected by an accelerometer at the top of a pier by performing an impact vibration test on the pier model described above, and show waveforms of response magnification. Among them, FIG. 11 shows the characteristics in a healthy state without excavation, FIG. 12 shows the characteristics when the excavation depth is 15 cm, FIG. 13 shows the characteristics when the excavation depth is 30 cm, and FIG. This is a characteristic in the case of 40 cm, and this response magnification is normalized by the maximum value in each test. In calculating the natural vibration frequency of the pier model, a change in the phase characteristic curve of the one-degree-of-freedom system was applied to a phase characteristic curve (not shown) to determine a position where the phase was shifted by -90 °.

【0042】図15には、このような掘削および埋めも
どしを3回行った場合の衝撃振動試験の結果より求め
た、各試験回数における掘削深さと固有振動周波数の関
係を示している。図11〜図14および図15によれ
ば、掘削深さの増加につれて固有振動周波数が漸次低下
していくことがわかる。次に、同様の橋脚模型に対する
常時微動の加算平均フーリエスペクトルについて検証し
た。この場合の加算平均フーリエスペクトルは、約32
秒間の時刻歴データ毎にハニング(Hanning)窓関数を
乗じたもののフーリエスペクトルを約30分間の全ての
データについて求め、それらのスペクトルを各周波数毎
に加算平均したものである。
FIG. 15 shows the relationship between the excavation depth and the natural vibration frequency at each number of tests, obtained from the results of the shock vibration test when such excavation and backfilling were performed three times. According to FIGS. 11 to 14 and 15, it is understood that the natural vibration frequency gradually decreases as the excavation depth increases. Next, the averaging Fourier spectrum of the microtremor for the same pier model was verified. The averaging Fourier spectrum in this case is about 32
A Fourier spectrum obtained by multiplying a Hanning window function for each second of the time history data for seconds is obtained for all data for about 30 minutes, and these spectra are averaged for each frequency.

【0043】図16は、(a)掘削していない健全状
態、(b)掘削深さ15cmの場合、(c)掘削深さ3
0cmの場合、そして(d)掘削深さ40cmの場合に
おける常時微動の加算平均フーリエスペクトルを約0.
6Hz幅の移動平均により平滑化した特性を実線で、ま
た掘削深さ0cmにおける衝撃振動試験の伝達関数に基
づいて求めた1自由度応答倍率曲線を破線でそれぞれ示
している。図16は、各掘削深さにおける最大値で正規
化したものである。図16における実線のピーク位置が
固有振動の周波数にほぼ対応しており、このピーク位置
が掘削深さによる固有振動周波数の変化に伴って移動し
ている。
FIG. 16 shows (a) a healthy state where no excavation is performed, (b) an excavation depth of 15 cm, (c) an excavation depth of 3
0d, and (d) the averaged Fourier spectrum of the microtremor at an excavation depth of 40cm is about 0.
The characteristics smoothed by the 6 Hz width moving average are shown by solid lines, and the one-degree-of-freedom response magnification curves obtained based on the transfer function of the impact vibration test at the excavation depth of 0 cm are shown by broken lines. FIG. 16 is a graph normalized by the maximum value at each excavation depth. The peak position of the solid line in FIG. 16 substantially corresponds to the frequency of the natural vibration, and the peak position moves with the change in the natural vibration frequency depending on the excavation depth.

【0044】図17は、図16の各状態、すなわち
(a)掘削していない健全状態、(b)掘削深さ15c
mの場合、(c)掘削深さ30cmの場合、そして
(d)掘削深さ40cmの場合における加算平均スペク
トルを前記1自由度応答倍率曲線で重み付けしたもので
あり、健全状態、つまり掘削深さ0cmの値で正規化し
て示している。図18は、図17の(a)〜(d)の各
掘削深さにおける重み付けスペクトルの面積の変化を示
すものであり、やはり健全状態つまり掘削深さ0cmの
値で正規化して示している。図18に示す重み付けスペ
クトルの面積の掘削深さによる変化は、図15に示した
衝撃振動試験による固有振動周波数の変化に対応し、且
つ該変化を一層顕著に示している。
FIG. 17 shows each state of FIG. 16, that is, (a) a healthy state where no excavation is performed, and (b) an excavation depth 15c.
m, (c) the digging depth of 30 cm, and (d) the averaging spectrum at the digging depth of 40 cm, which is weighted by the one-degree-of-freedom response magnification curve. The values are normalized by a value of 0 cm. FIG. 18 shows the change in the area of the weighted spectrum at each excavation depth in (a) to (d) of FIG. 17, which is also normalized by the sound state, that is, the value of the excavation depth of 0 cm. The change in the area of the weighted spectrum shown in FIG. 18 depending on the excavation depth corresponds to the change in the natural vibration frequency in the shock vibration test shown in FIG. 15, and the change is more remarkably shown.

【0045】これら図11〜図18に示す結果により、
本発明に係る重み付けスペクトルの面積比較を用いた場
合、掘削による重み付けフーリエスペクトルの面積の低
下率が、固有振動周波数の低下率のほぼ2乗の割合で低
下しており、固有振動周波数の低下を検出する感度が向
上することが明らかである。なお、現実には、橋梁は単
一の橋脚ではなく、複数の橋脚が桁により連結されてお
り、計測されるフーリエスペクトルは、桁および該桁に
より連結される近隣橋脚の振動特性の影響を受けること
になる。しかしながら、このような場合には、計測加速
度計が設置されている対象橋脚の振動の影響が最も顕著
であり、しかも適切な重み付けにより対象橋脚の振動に
係る特性以外の成分が効果的に抑制される。したがっ
て、衝撃振動試験による固有振動周波数の計測の場合よ
りも、桁および桁により連結された近隣橋脚の影響は受
けにくいので、非常に有効な計測・監視が可能となる。
From the results shown in FIGS.
When the area comparison of the weighted spectrum according to the present invention is used, the rate of decrease in the area of the weighted Fourier spectrum due to excavation decreases at a rate of approximately the square of the rate of decrease in the natural vibration frequency. It is clear that the sensitivity for detection is improved. In reality, a bridge is not a single pier, but a plurality of piers are connected by a girder, and the measured Fourier spectrum is affected by the vibration characteristics of the girder and neighboring piers connected by the girder. Will be. However, in such a case, the influence of the vibration of the target pier on which the measurement accelerometer is installed is the most remarkable, and components other than the characteristics related to the vibration of the target pier are effectively suppressed by appropriate weighting. You. Therefore, compared to the measurement of the natural vibration frequency by the shock vibration test, the girder and the neighboring piers connected by the girder are less susceptible to the influence, so that a very effective measurement and monitoring can be performed.

【0046】なお、本発明の橋脚の異常検知システム
は、専用のシステムとして構成する代わりに、汎用のコ
ンピュータシステムを用いて実現することができ、例え
ば、上述の処理を実行するプログラムを格納したフロッ
ピーディスク、CD−ROM、DVD−ROM等の記録
媒体から該プログラムをコンピュータシステムにインス
トールすることにより、上述した機能を実現する橋脚の
異常検知システムを構成することができる。インストー
ルされたプログラムは、コンピュータシステム内のハー
ドディスク等の記憶媒体に格納されて実行に供されるこ
とにより、当該コンピュータシステムが橋脚の異常検知
システムを構築する。
The pier abnormality detection system of the present invention can be realized by using a general-purpose computer system instead of being configured as a dedicated system. For example, a floppy disk storing a program for executing the above-described processing is provided. By installing the program in a computer system from a recording medium such as a disk, CD-ROM, or DVD-ROM, an abnormality detection system for a pier that realizes the above-described functions can be configured. The installed program is stored in a storage medium such as a hard disk in the computer system and used for execution, whereby the computer system constructs a pier abnormality detection system.

【0047】また、コンピュータにプログラムを供給す
るための媒体は、狭義の記録媒体に限らず、一時的で且
つ流動的にプログラム等の情報を保持する通信回線のよ
うな通信媒体等を含む広義の記憶媒体であってもよい。
さらに、本発明は、上述し且つ図面に示した実施の形態
に限定されることなく、その要旨を変更しない限り、種
々に変形して実施することができることは言うまでもな
い。
The medium for supplying the program to the computer is not limited to a recording medium in a narrow sense, but also includes a communication medium such as a communication line for temporarily and fluidly storing information such as a program. It may be a storage medium.
Further, it goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and can be carried out in various modifications without departing from the gist thereof.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、予
め健全時の橋脚の伝達関数に基づき1自由度系の応答倍
率曲線にほぼ相当する重み付けスペクトルを設定し、橋
脚の天端に配設される加速度計により、該橋脚の常時微
動における加速度を検出し、高速フーリエ変換を施して
該加速度情報のフーリエスペクトルを得て、該フーリエ
スペクトルについて、時間的に且つ周波数的に平均化
し、該平均化された前記フーリエスペクトルに、前記健
全時の橋脚の重み付けスペクトルによる重み付けを施し
て、重み付けされたスペクトルの面積を求め前記健全時
の重み付けスペクトルの面積によって正規化し、そして
該正規化面積を予め設定した閾値と比較評価することに
より、橋脚の支持力を、常時微動に基づいて定量的に監
視評価することができ、簡単な構成および処理によっ
て、洗掘等に起因する橋脚の支持力の変化を適切に且つ
定常的に危険を伴うことなく監視し、運行規制の的確な
発令/解除を行うことを可能とする橋脚の異常検知方
法、システムおよび記録媒体を提供することができる。
As described above, according to the present invention, a weighting spectrum substantially corresponding to the response magnification curve of the one-degree-of-freedom system is set in advance based on the transfer function of the pier in a normal state, and the weighted spectrum is set at the top of the pier. With the accelerometer arranged, the acceleration of the pier in the constant micromotion is detected, a fast Fourier transform is performed to obtain a Fourier spectrum of the acceleration information, and the Fourier spectrum is averaged in time and frequency. The averaged Fourier spectrum is weighted by a weighted spectrum of the pier in the healthy state to obtain an area of the weighted spectrum, normalized by the area of the weighted spectrum in the healthy state, and the normalized area is By comparing and evaluating with a preset threshold value, it is possible to quantitatively monitor and evaluate the supporting force of the pier quantitatively based on microtremors. With a simple configuration and processing, it is possible to appropriately and constantly monitor a change in the supporting force of a pier caused by scouring and the like without danger, and to accurately issue / cancel operation regulations. An abnormality detection method, system, and recording medium for a pier can be provided.

【0049】特に、請求項1に記載の発明によれば、従
来の如何なる手法よりも的確に橋脚の支持力を監視判定
し得る橋脚の異常検知方法を提供することができる。ま
た、請求項2に記載の発明による橋脚の異常検知方法に
よれば、前記平均化に際し、前記フーリエスペクトルを
過去所定時間について逐時的に平均化するとともに、随
時平均化されたフーリエスペクトルについて、所定周波
数範囲についての移動平均を求めることにより、特に、
橋脚の所要の固有振動に係る成分について高い検知精度
を得てしかも状態判定を容易にすることができる。
In particular, according to the first aspect of the present invention, it is possible to provide a pier abnormality detecting method capable of monitoring and determining the supporting force of a pier more accurately than any conventional technique. According to the pier abnormality detection method according to the second aspect of the present invention, in the averaging, the Fourier spectrum is averaged sequentially for a predetermined time in the past, and the Fourier spectrum averaged as needed is By obtaining a moving average over a predetermined frequency range, in particular,
It is possible to obtain a high detection accuracy for a component related to the required natural vibration of the pier, and to facilitate the state determination.

【0050】請求項3に記載の発明による橋脚の異常検
知システムによれば、橋脚の天端に配設される加速度検
出手段により、該橋脚の常時微動における加速度を検出
し、高速フーリエ変換手段を用いて該加速度情報のフー
リエスペクトルを得て、該橋脚の常時微動に係るフーリ
エスペクトルについて、平均化手段により時間的に且つ
周波数的に平均化した後、該平均化された前記フーリエ
スペクトルに対して、重み付け手段によって健全時の橋
脚の伝達関数に基づく1自由度系の応答倍率曲線にほぼ
相当する重み付けスペクトルにより重み付けを施すとと
もに、面積算定手段により、該重み付けされたスペクト
ルの面積を求め前記健全時の重み付けスペクトルの面積
によって正規化して、評価手段において、予め設定した
閾値と比較して、該正規化面積を評価する構成により、
橋脚の支持力を、常時微動に基づいて定量的に監視評価
することができ、簡単な構成および処理によって、高い
安全性を保持しつつ洗掘等に起因する橋脚の支持力の変
化を的確に且つ定常的に監視判定することが可能とな
り、運行規制の的確な発令/解除を行うことが可能とな
る。
According to the pier abnormality detecting system according to the third aspect of the present invention, the acceleration in the microtremor of the pier is detected by the acceleration detecting means provided at the top end of the pier, and the fast Fourier transform means is used. The Fourier spectrum of the acceleration information is obtained using the Fourier spectrum, and the Fourier spectrum related to the microtremor of the pier is averaged in time and frequency by averaging means. The weighting means weights a weighted spectrum substantially corresponding to the response magnification curve of the one-degree-of-freedom system based on the transfer function of the pier in a healthy state, and the area of the weighted spectrum is obtained by the area calculating means. Normalized by the area of the weighted spectrum of, in the evaluation means, compared with a preset threshold, The arrangement for evaluating a normalized area,
The pier support capacity can be quantitatively monitored and evaluated based on microtremors at all times, and with a simple configuration and processing, changes in pier support capacity due to scouring etc. can be accurately maintained while maintaining high safety. In addition, it is possible to constantly monitor and determine, and it is possible to issue / cancel the operation regulation accurately.

【0051】請求項4に記載の発明による橋脚の異常検
知システムによれば、前記加速度検出手段は、加速度計
を含み、且つ該加速度計出力信号をシグナルコンディシ
ョナにより適正に整え、アナログ−ディジタル変換器に
よりアナログ信号をディジタル信号に変換して、前記高
速フーリエ変換手段に供給する構成により、特に、高速
処理を容易に実現し得る。請求項5に記載の発明による
橋脚の異常検知システムによれば、前記平均化手段にお
いて、時間平均手段により前記フーリエスペクトルを過
去所定時間について逐時的に平均化し、随時平均化され
たフーリエスペクトルについて、平滑化手段によって、
所定周波数範囲についての移動平均を求める構成によ
り、特に、計測情報のうちの所要情報を明確化し実質的
な検知精度および検知速度を向上することが可能とな
る。
According to the system for detecting abnormality of a pier according to the fourth aspect of the present invention, the acceleration detecting means includes an accelerometer, and the accelerometer output signal is appropriately adjusted by a signal conditioner, and is converted into an analog-digital signal. In particular, high-speed processing can be easily realized by a configuration in which an analog signal is converted into a digital signal by a device and supplied to the fast Fourier transform means. According to the abnormality detection system for a pier according to the invention of claim 5, the averaging means averages the Fourier spectrum sequentially for a predetermined time in the past by the time averaging means. , By the smoothing means,
With the configuration for calculating the moving average in the predetermined frequency range, it is possible to clarify the necessary information among the measurement information and improve the substantial detection accuracy and the detection speed.

【0052】請求項6に記載の発明によるコンピュータ
読み取り可能な記録媒体によれば、コンピュータを、橋
脚の天端に配設される加速度計により検出される該橋脚
の常時微動における加速度に基づき、高速フーリエ変換
手段を用いて該加速度情報のフーリエスペクトルを得
て、該橋脚の常時微動に係るフーリエスペクトルについ
て、平均化手段により時間的に且つ周波数的に平均化し
た後、該平均化された前記フーリエスペクトルに対し
て、重み付け手段によって健全時の橋脚の伝達関数に基
づく1自由度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付け
スペクトルにより重み付けを施すとともに、面積算定手
段により、該重み付けされたスペクトルの面積を求め前
記健全時の重み付けスペクトルの面積によって正規化し
て、評価手段において、予め設定した閾値と比較して、
該正規化面積を評価する橋脚の異常検知システムとして
機能させるためのプログラムを記録することにより、コ
ンピュータを用いて、橋脚の支持力を、常時微動に基づ
いて定量的に監視評価することができ、簡単な構成およ
び処理によって、高い安全性を保持しつつ洗掘等に起因
する橋脚の支持力の変化を的確に且つ定常的に監視判定
することが可能となり、運行規制の的確な発令/解除を
行うことが可能なシステムを構築することができる。
According to the computer-readable recording medium of the present invention, the computer can be controlled at a high speed based on the acceleration in the fine movement of the pier detected by the accelerometer provided at the top end of the pier. A Fourier spectrum of the acceleration information is obtained using Fourier transform means, and a Fourier spectrum relating to the microtremor of the pier is averaged temporally and frequencyly by the averaging means, and then the averaged Fourier spectrum is obtained. The spectrum is weighted by a weighting means with a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system based on a transfer function of a pier in a healthy state, and the area of the weighted spectrum is calculated by an area calculating means. Normalized by the area of the weighted spectrum obtained at the time of sound, the evaluation means Compared to preset threshold value,
By recording a program for functioning as a pier abnormality detection system for evaluating the normalized area, using a computer, it is possible to quantitatively monitor and evaluate the supporting force of the pier based on microtremors, With a simple configuration and processing, it is possible to accurately and constantly monitor and judge changes in the bearing capacity of piers due to scouring while maintaining high safety, and to accurately issue / cancel operation regulations. It is possible to construct a system that can perform the operation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一つの実施の形態に係る橋脚の異常検
知システムの構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an abnormality detection system for a pier according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の橋脚の異常検知システムの対象となる橋
脚の一例を示すものであり、このうち、(a)は正面
図、(b)は平面図である。
2 shows an example of a pier which is an object of the pier abnormality detection system of FIG. 1, in which (a) is a front view and (b) is a plan view. FIG.

【図3】図1の橋脚の異常検知システムにおける評価処
理の流れを示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing a flow of an evaluation process in the abnormality detection system for a pier in FIG. 1;

【図4】図1の橋脚の異常検知システムの動作を説明す
るための洗掘のない健全時(初期状態)に対応する
(a)平滑化されたフーリエスペクトル、(b)重み付
け用伝達関数、(c)重み付けフーリエスペクトルおよ
び(d)正規化面積Sをそれぞれ示す模式図である。
4A and 4B show a smoothed Fourier spectrum corresponding to a healthy state (initial state) without scouring, and FIG. 4B shows a transfer function for weighting, for explaining the operation of the pier abnormality detection system of FIG. It is a schematic diagram which respectively shows (c) weighted Fourier spectrum and (d) normalized area S.

【図5】図1の橋脚の異常検知システムの動作を説明す
るための洗掘により固有振動周波数が低下した状態に対
応する(a)平滑化されたフーリエスペクトル、(b)
重み付け用伝達関数、(c)重み付けフーリエスペクト
ルおよび(d)正規化面積Sをそれぞれ示す模式図であ
る。
FIGS. 5A and 5B show the operation of the pier abnormality detection system of FIG. 1 corresponding to a state where the natural vibration frequency is reduced by scouring, and FIG.
It is a schematic diagram which respectively shows the transfer function for weighting, (c) weighted Fourier spectrum, and (d) normalized area S.

【図6】図1の橋脚の異常検知システムにおける重み付
けに用いられる(a)変位伝達関数を示す模式的波形図
および(b)その減衰定数を説明するための模式図であ
る。
6A is a schematic waveform diagram showing a displacement transfer function used for weighting in the pier abnormality detection system of FIG. 1, and FIG. 6B is a schematic diagram for explaining a damping constant thereof.

【図7】図1の橋脚の異常検知システムにおいて変位伝
達関数に代えて重み付けに用いることができる速度伝達
関数を示す模式的波形図である。
FIG. 7 is a schematic waveform diagram showing a speed transfer function that can be used for weighting instead of the displacement transfer function in the pier abnormality detection system of FIG. 1;

【図8】図1の橋脚の異常検知システムにおいて変位伝
達関数に代えて重み付けに用いることができる加速度伝
達関数を示す模式的波形図である。
FIG. 8 is a schematic waveform diagram showing an acceleration transfer function that can be used for weighting in place of the displacement transfer function in the pier abnormality detection system of FIG. 1;

【図9】図1の橋脚の異常検知システムの動作を検証す
るための実験に用いた橋脚模型およびその掘削状況を説
明するための断面を示す模式図である。
9 is a schematic diagram showing a pier model used in an experiment for verifying the operation of the pier abnormality detection system of FIG. 1 and a cross-section for explaining an excavation state thereof.

【図10】図9の実験における橋脚模型および加速度計
の取り付け位置を示す模式的斜視図である。
FIG. 10 is a schematic perspective view showing a mounting position of a pier model and an accelerometer in the experiment of FIG. 9;

【図11】図9および図10の橋脚模型の掘削深さ0c
mの健全状態における衝撃振動試験にて橋脚頂部の加速
度計により検出した伝達関数の応答倍率の波形を示す図
である。
FIG. 11: Excavation depth 0c of the pier model of FIGS. 9 and 10
FIG. 6 is a diagram showing a waveform of a response magnification of a transfer function detected by an accelerometer at the top of a pier in an impact vibration test in a healthy state of m.

【図12】図9および図10の橋脚模型の掘削深さ15
cmの状態における衝撃振動試験にて橋脚頂部の加速度
計により検出した伝達関数の応答倍率の波形を示す図で
ある。
FIG. 12: Excavation depth 15 of the pier model of FIGS. 9 and 10
It is a figure which shows the waveform of the response magnification of the transfer function detected by the accelerometer of the pier top part in the shock vibration test in the state of cm.

【図13】図9および図10の橋脚模型の掘削深さ30
cmの状態における衝撃振動試験にて橋脚頂部の加速度
計により検出した伝達関数の応答倍率の波形を示す図で
ある。
FIG. 13 shows the excavation depth 30 of the pier model of FIGS. 9 and 10.
It is a figure which shows the waveform of the response magnification of the transfer function detected by the accelerometer of the pier top part in the shock vibration test in the state of cm.

【図14】図9および図10の橋脚模型の掘削深さ40
cmの状態における衝撃振動試験にて橋脚頂部の加速度
計により検出した伝達関数の応答倍率の波形を示す図で
ある。
FIG. 14 shows the excavation depth 40 of the pier model of FIGS. 9 and 10.
It is a figure which shows the waveform of the response magnification of the transfer function detected by the accelerometer of the pier top part in the shock vibration test in the state of cm.

【図15】図9および図10の橋脚模型の衝撃振動試験
にて求めた掘削深さと固有振動周波数の関係を示す図で
ある。
FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the excavation depth and the natural vibration frequency obtained in the shock vibration test of the pier models of FIGS. 9 and 10;

【図16】図9および図10の橋脚模型の(a)掘削し
ていない健全状態、(b)掘削深さ15cmの場合、
(c)掘削深さ30cmの場合、そして(d)掘削深さ
40cmの場合の各常時微動の平滑化フーリエスペクト
ルおよび掘削深さ0cmにおける衝撃振動試験の伝達関
数に基づいて求めた1自由度応答倍率曲線をそれぞれ示
す図である。
FIG. 16: (a) healthy state without digging, (b) digging depth of 15 cm of the pier model of FIGS. 9 and 10,
(C) One-degree-of-freedom response obtained based on a smoothed Fourier spectrum of each microtremor and a transfer function of an impact vibration test at an excavation depth of 0 cm at an excavation depth of 30 cm and at an excavation depth of 40 cm. It is a figure which shows a magnification curve respectively.

【図17】図9および図10の橋脚模型の(a)掘削し
ていない健全状態、(b)掘削深さ15cmの場合、
(c)掘削深さ30cmの場合、そして(d)掘削深さ
40cmの場合の各常時微動の加算平均スペクトルを1
自由度応答倍率曲線で重み付けした曲線をそれぞれ示す
図である。
FIG. 17 shows the bridge pier model shown in FIGS. 9 and 10 in the case of (a) a sound state without digging, and (b) a digging depth of 15 cm.
(C) When the excavation depth is 30 cm, and (d) When the excavation depth is 40 cm, the averaged spectrum of each microtremor is 1
It is a figure which shows the curve weighted by the degree-of-freedom response magnification curve, respectively.

【図18】図9および図10の橋脚模型の各掘削深さに
おける重み付けスペクトルの面積の変化を示す図であ
る。
FIG. 18 is a diagram showing a change in the area of a weighted spectrum at each excavation depth of the pier model of FIGS. 9 and 10;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 加速度計 2 シグナルコンディショナ 3 A/D(アナログ−ディジタル)変換器 4 FFT(高速フーリエ変換)処理部 5 平均化処理部 6 重み付け処理部 7 面積算定正規化処理部 8 正規化面積減小評価部 9 出力部 11 評価処理部 12 観測処理装置 P 橋脚 PM 橋脚装置 Reference Signs List 1 accelerometer 2 signal conditioner 3 A / D (analog-digital) converter 4 FFT (fast Fourier transform) processing unit 5 averaging processing unit 6 weighting processing unit 7 area calculation normalization processing unit 8 normalized area reduction evaluation Part 9 Output part 11 Evaluation processing part 12 Observation processing device P Pier PM Pier device

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 淳一 東京都渋谷区代々木2丁目2番2号 東日 本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 坂田 光児 東京都調布市調布ヶ丘3丁目5番地1 株 式会社共和電業内 Fターム(参考) 2D059 AA03 2G024 AD34 BA27 CA11 FA04 FA06 FA11  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Junichi Tanaka 2-2-2 Yoyogi, Shibuya-ku, Tokyo East Japan Railway Company (72) Inventor Mitsugu Sakata 3-chome, Chofugaoka, Chofu City, Tokyo F-5 term at Kyowa Dengyo Co., Ltd. (Reference) 2D059 AA03 2G024 AD34 BA27 CA11 FA04 FA06 FA11

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 予め健全時の橋脚の伝達関数に基づき1
自由度系の応答倍率曲線にほぼ相当する重み付けスペク
トルを設定する重み付け設定ステップと、 橋脚の天端に配設される加速度計により、該橋脚の常時
微動における加速度を検出し、高速フーリエ変換を施し
て該加速度情報のフーリエスペクトルを得る高速フーリ
エ変換ステップと、 前記高速フーリエ変換ステップで得られる前記橋脚の常
時微動に係るフーリエスペクトルについて、時間的に且
つ周波数的に平均化する平均化ステップと、 前記平均化ステップにより平均化された前記フーリエス
ペクトルに、前記重み付け設定ステップにより設定され
た健全時の橋脚の重み付けスペクトルによる重み付けを
施す重み付けステップと、 前記重み付けステップにより重み付けされたスペクトル
の面積を求め前記健全時の重み付けスペクトルの面積に
よって正規化する面積算定ステップと、 前記面積算定ステップにより得られる正規化面積を予め
設定した閾値と比較して、該正規化面積を評価する評価
ステップとを有することを特徴とする橋脚の異常検知方
法。
1. Based on a transfer function of a bridge pier in a healthy state,
A weight setting step for setting a weighting spectrum substantially corresponding to the response magnification curve of the degree of freedom system; and an accelerometer arranged at the top end of the pier detects acceleration in the microtremor of the pier and performs fast Fourier transform. A fast Fourier transform step of obtaining a Fourier spectrum of the acceleration information, and an averaging step of temporally and frequency averaging the Fourier spectrum related to the constantly tremor of the pier obtained in the fast Fourier transform step. A weighting step of weighting the Fourier spectrum averaged in the averaging step with a weighted spectrum of the pier in a healthy state set in the weight setting step; and obtaining an area of the spectrum weighted in the weighting step. Time weighted spectrum An abnormality of a pier, comprising: an area calculation step of normalizing by area; and an evaluation step of evaluating the normalized area by comparing the normalized area obtained in the area calculation step with a preset threshold. Detection method.
【請求項2】 前記平均化ステップは、 前記フーリエスペクトルを過去所定時間について逐時的
に平均化する時間平均ステップと、 前記時間平均ステップにより随時平均化されたフーリエ
スペクトルについて、所定周波数範囲についての移動平
均を求める平滑化ステップとを含むことを特徴とする請
求項1に記載の橋脚の異常検知方法。
2. The averaging step includes: a time averaging step of sequentially averaging the Fourier spectrum for a predetermined time in the past; and a Fourier spectrum averaged as needed in the time averaging step. 2. The method according to claim 1, further comprising a smoothing step of obtaining a moving average.
【請求項3】 橋脚の天端に配設され、該橋脚の常時微
動における加速度を検出する加速度検出手段と、 前記加速度検出手段で検出される加速度情報から該加速
度情報のフーリエスペクトルを得る高速フーリエ変換手
段と、 前記高速フーリエ変換手段で得られる前記橋脚の常時微
動に係るフーリエスペクトルについて、時間的に且つ周
波数的に平均化する平均化手段と、 前記平均化手段により平均化された前記フーリエスペク
トルに、健全時の橋脚の伝達関数に基づく1自由度系の
応答倍率曲線にほぼ相当する重み付けスペクトルにより
重み付けを施す重み付け手段と、 前記重み付け手段により重み付けされたスペクトルの面
積を求め前記健全時の重み付けスペクトルの面積によっ
て正規化する面積算定手段と、 前記面積算定手段により得られる正規化面積を予め設定
した閾値と比較して、該正規化面積を評価する評価手段
とを具備することを特徴とする橋脚の異常検知システ
ム。
3. An acceleration detecting means disposed at the top end of the pier, for detecting acceleration of the pier during constant fine movement, and a fast Fourier for obtaining a Fourier spectrum of the acceleration information from the acceleration information detected by the acceleration detecting means. Conversion means; averaging means for averaging temporally and frequency-wise a Fourier spectrum related to the constantly fine movement of the pier obtained by the fast Fourier transformation means; and the Fourier spectrum averaged by the averaging means. Weighting means for performing weighting with a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system based on a transfer function of a pier in a healthy state; and determining the area of the spectrum weighted by the weighting means. Area calculating means for normalizing according to the area of the spectrum; and The normalized area compared with preset thresholds, the abnormality detection system of piers, characterized in that it comprises an evaluation means for evaluating the normalized area.
【請求項4】 前記加速度検出手段は、加速度計を含
み、且つ該加速度検出手段と前記高速フーリエ変換手段
との間に、 加速度計出力の信号を整えるシグナルコンディショナ
と、 前記シグナルコンディショナの出力アナログ信号をディ
ジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器と、
をさらに設けることを特徴とする請求項3に記載の橋脚
の異常検知システム。
4. A signal conditioner including an accelerometer, wherein a signal conditioner for adjusting a signal of an accelerometer output is provided between the acceleration detector and the fast Fourier transform means, and an output of the signal conditioner. An analog-to-digital converter for converting an analog signal to a digital signal;
The pier abnormality detection system according to claim 3, further comprising:
【請求項5】 前記平均化手段は、 前記フーリエスペクトルを過去所定時間について逐時的
に平均化する時間平均手段と、 前記時間平均手段により随時平均化されたフーリエスペ
クトルについて、所定周波数範囲についての移動平均を
求める平滑化手段とを含むことを特徴とする請求項3ま
たは4に記載の橋脚の異常検知システム。
5. The averaging means, comprising: a time averaging means for averaging the Fourier spectrum sequentially for a predetermined time in the past; and a Fourier spectrum averaged as needed by the time averaging means for a predetermined frequency range. 5. The pier abnormality detection system according to claim 3, further comprising a smoothing means for obtaining a moving average.
【請求項6】 コンピュータを、 橋脚の天端に配設され、該橋脚の常時微動における水平
方向加速度を検出する加速度計で検出される加速度情報
から該加速度情報のフーリエスペクトルを得る高速フー
リエ変換手段、 前記高速フーリエ変換手段で得られる前記橋脚の常時微
動に係るフーリエスペクトルについて、時間的に且つ周
波数的に平均化する平均化手段、 前記平均化手段により平均化された前記フーリエスペク
トルに、健全時の橋脚の伝達関数に基づく1自由度系の
応答倍率曲線にほぼ相当する重み付けスペクトルにより
重み付けを施す重み付け手段、 前記重み付け手段により重み付けされたスペクトルの面
積を求め前記健全時の重み付けスペクトルの面積によっ
て正規化する面積算定手段、および前記面積算定手段に
より得られる正規化面積を予め設定した閾値と比較し
て、該正規化面積を評価する評価手段として機能させる
ためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能
な記録媒体。
6. A high-speed Fourier transforming means for disposing a computer at a top end of a pier and obtaining a Fourier spectrum of the acceleration information from acceleration information detected by an accelerometer for detecting a horizontal acceleration of the pier at a constant fine movement. Averaging means for averaging temporally and frequency-wise the Fourier spectrum related to the constantly fine movement of the pier obtained by the fast Fourier transforming means; Weighting means for weighting with a weighting spectrum substantially corresponding to a response magnification curve of a one-degree-of-freedom system based on a transfer function of a bridge pier, and obtaining an area of a spectrum weighted by the weighting means, and normalizing the area of the weighting spectrum in a healthy state. Area calculating means, and obtained by the area calculating means Compared to preset threshold-normalized area, computer-readable recording medium storing a program to function as an evaluation means for evaluating the normalized area.
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