JP2001033429A - 金属部材の損傷診断方法 - Google Patents

金属部材の損傷診断方法

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JP2001033429A
JP2001033429A JP11209971A JP20997199A JP2001033429A JP 2001033429 A JP2001033429 A JP 2001033429A JP 11209971 A JP11209971 A JP 11209971A JP 20997199 A JP20997199 A JP 20997199A JP 2001033429 A JP2001033429 A JP 2001033429A
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JP
Japan
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magnetic field
damage
metal member
frame material
steel
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JP11209971A
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Mitsugi Kuramochi
貢 倉持
Noboru Ishikawa
登 石川
Kido Yabe
喜堂 矢部
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 非破壊で金属部材の損傷状態を診断すること
ができ、しかも低コスト、短時間で診断を行うことがで
きる金属部材の損傷診断方法を得る。 【解決手段】 鉄骨材1の周囲に、所定時間間隔で一次
磁場H1を形成する励磁コイル5と、一次磁場H1により
鉄骨材1に生じる渦電流Iaにより形成される二次磁場
2aを検出する探りコイル6とを備え、二次磁場H2a
検出結果に基づいて鉄骨材1の損傷状態を判別する損傷
診断装置を用い、励磁コイル5ならびに探りコイル6を
鉄骨材1に対して一定の距離を保った状態で走査し、走
査の過程で二次磁場H2aの変化を検知することで損傷箇
所を特定する。

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、鉄骨材等
の金属部品の損傷状態を非破壊診断するための金属部材
の損傷診断方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鉄骨建造物は、鉄骨材が耐火被覆材や内
装仕上材等により被覆されて構成されており、鉄筋コン
クリート建造物とは異なり靱性が高く復元力が大きいと
いう特徴を有している。しかしながら、大規模な地震が
発生した場合には、鉄骨建造物の安全性を確認するため
に、鉄骨材に亀裂等の損傷が発生しているかどうかを診
断、調査する必要がある。
【0003】この種の調査は、室内の備品を一旦撤去
し、鉄骨材を覆う内装仕上材や耐火被覆材をすべて撤去
して鉄骨材を露出させた後、目視により行われる。そし
て、調査、診断が終了すると、耐火被覆材や内装仕上
材、室内備品の現状復旧作業が行われる。また、近年で
は目視に頼らない非破壊検査技術として、磁気法、超音
波法、弾性波法、電気抵抗法等が検討されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
鉄骨材等の金属部材の損傷診断においては、内装仕上材
や耐火被覆材、室内備品の撤去やそれらの現状復旧作業
に多大な時間と経費がかかるという問題があった。
【0005】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であり、金属部材を覆う被覆部材を除去することなく、
金属部材の損傷状態を非破壊診断することができ、しか
も短時間のうちに低コストで実施できる金属部材の損傷
診断方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、次のような金属部材の損傷診断方法を
採用する。この金属部材の損傷診断方法は、属部材の周
囲に、所定時間間隔で第1の磁場を形成する磁場形成手
段と、前記第1の磁場により前記金属部材に生じる渦電
流により形成される第2の磁場を検出する磁場検出手段
とを備え、前記第2の磁場の検出結果に基づいて前記金
属部材の損傷状態を判別する損傷診断装置を用いた金属
部材の損傷診断方法であって、前記磁場形成手段および
前記磁場検出手段を前記金属部材に対して一定の距離を
保った状態で走査し、走査の過程で前記第2の磁場の変
化を検知することで損傷箇所を特定することを特徴とす
るものである。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明に係る金属部材の損傷診断
方法の実施形態を図1ないし図8に示して説明する。図
1は損傷診断装置を示す概略構成図である。図におい
て、符号1は診断の対象となる鉄骨材であり、図示しな
いが耐火被覆材等により覆われている。2は電源、3は
一定周期のパルス信号Sp、およびパルス信号Spの周期
に同期した同期信号Ssを出力する信号発生器である。
【0008】4は入力されるパルス信号Spを増幅して
パルス状の励磁電流Imとして出力する増幅器である。
5は励磁電流Imにより励磁される励磁コイル(磁場形成
手段)、6は励磁コイル5の近傍に設けられた探りコイ
ル(磁場検出手段)であり、一次磁場(第1の磁場)H1
および鉄骨材1に生じる渦電流Iaにより形成される二
次磁場(第2の磁場)H2aを電磁誘導作用によりそれぞれ
検出する。この探りコイル6からは、誘起電圧に応じた
検出信号Skが出力される。7は鉄骨材1に亀裂がある
か否かを同期信号Ssおよび検出信号Skを用いて判断す
る測定機であり、図示しないがCPU(演算処理装置)、
同期検波部、A/D変換部、記憶部、同期加算部、およ
び表示部から構成されている。
【0009】上述した測定機7において、CPUは測定
器7内の各部を制御する。CPUの動作の詳細について
は後述する。同期検波部は、入力される検出信号Sk
うち、二次磁場H2aのみに対応する検出信号Skを検波
して、これを検波信号として出力する。A/D変換部
は、同期検波部により検波された検波信号をデジタル量
に変換し、これを検波データとして出力する。記憶部は
上記検波データを記憶する。表示部は、亀裂の有無を表
示する。
【0010】次に、上述した金属部材の損傷診断装置の
作動原理について、図2ないし図4を参照して説明す
る。なお、図2(a)は亀裂のない健全な鉄骨材1に対す
る作動原理を示す図であり、図2(b)は亀裂1aのある
鉄骨材1に対する作動原理を示す図である。
【0011】[亀裂がない場合]まず、図2(a)におい
て、励磁コイル5へ励磁電流Imが供給されると一次磁
場H1が鉄骨材1の周囲に形成され、鉄骨材1内に定常
的な磁場が形成される。この一次磁場H1は探りコイル
6により検出され、探りコイル6からは一定レベルの検
出信号Sk(図3参照)が出力される。そして、時刻t
1(図3参照)で励磁電流Imの大きさが0(ゼロ)となる
と、鉄骨材1内の磁場が時間的に急変することにより、
鉄骨材1内に渦電流Iaが生じ、さらにこの渦電流Ia
よって二次磁場H2aが形成される。この二次磁場H2a
探りコイル6により検出され、探りコイル6からは、図
3に示すように時刻t2で立ち上がり、その後ピークに
達した後減衰する検出信号Skが出力される。
【0012】[亀裂がある場合]一方、鉄骨材1に亀裂
aがある場合には、図2(a)と同様にして鉄骨材1内
に渦電流Ibが生じるが、この渦電流Ibは、亀裂1a
が電気的な抵抗分として作用するため、健全な鉄骨材1
内に生じる渦電流Iaと比較して小さくなる。したがっ
て、渦電流Ibによって形成される二次磁場H2bも、前
記二次磁場H2aと比較して小さくなる。このことから、
図4に示すように時刻t2以降において探りコイル6か
ら出力される検出信号Skのピーク値は、二次磁場H2a
によるものと比較して小さいものとなる。
【0013】すなわち、亀裂1aの有無により、二次磁
場H2a(H2b)による探りコイル6の検出信号Skのピー
ク値が変化することを利用して、このピーク値が予め設
定されるしきい値より大である場合には鉄骨材1には亀
裂がないものとし、ピーク値がしきい値よりも称である
場合には鉄骨材1に亀裂1aがあるものと判断すること
により、鉄骨材1の損傷状態を診断することが可能とな
る。
【0014】次に、上記損傷診断装置の作動について説
明する。図1において、装置各部に電力が供給される
と、信号発生器3よりパルス信号Spが増幅器4へ供給
される。上記パルス信号Spは増幅器4により増幅さ
れ、図5に示す矩形波状の周期Tの励磁電流Imとして
励磁コイル5へ供給される。図5における時刻0から時
刻t11までの間では、一次磁場H1に比例した一定の検
出信号Skが測定機7の同期検波部へ出力される。
【0015】そして、図5に示す時刻t11で励磁電流I
mが0(ゼロ)となると、渦電流Iaが鉄骨材1内に流れ、
この渦電流Iaによる二次磁場H2aが形成される。この
二次磁場H2aは、時刻t21で立ち上がりピークに達した
後に減衰する特性であり、探りコイル6により検出され
る。したがって、探りコイル6からは図5に示す特性の
検出信号Skが測定機7の同期検波部へ出力され、同期
検波部では上記二次磁場H2aに対応する検出信号Sk
検波信号として検波され、この検波信号はA/D変換部
でデジタル量に変換され、検波データとして記憶部へ記
憶される。
【0016】以後、順次パルス状の励磁電流Imが励磁
コイル5へ供給され、探りコイル6からは検出信号Sk
が同期検波部へ出力され、同期検波部で検波された、二
次磁場H2aに対応する検波信号がA/D変換部を経て、
検波データとして記憶部に順次記憶される。そして、記
憶部に例えば64周期分の二次磁場H2aに対応する検波
データが記憶されると、CPUでは一周期分の検波デー
タを順次加算する同期加算処理を行った後、加算された
検波データを64で除算することで64周期における平
均値が算出される。その後、CPUでは上記平均値とし
きい値とが比較され、平均値がしきい値よりも大であれ
ば鉄骨材1には亀裂が無く、小であれば亀裂が有ると判
断される。
【0017】ここでは、上記損傷診断装置を用い、鉄骨
柱と鉄骨梁との接合部を例に損傷診断を行う手順を説明
する。図6は鉄骨柱8と鉄骨梁9との接合部を示す斜視
図である。診断を実施する鉄骨梁9は鉄骨柱8に溶接さ
れており、さらに鉄骨柱8、鉄骨梁9はいずれも耐火被
覆材10に覆われている。
【0018】診断を行うに際し、鉄骨梁9と励磁コイル
5ならびに探りコイル6との距離を一定に保持するとと
もに、上記各コイルを内蔵するセンサ11の左右方向な
らびに前後方向の走査を行い易くするように、鉄骨梁9
を覆う耐火被覆10上に測定治具としてアクリル板12
を設置する。
【0019】予め用意した対比試験片(図示略)を用いて
検出すべき亀裂に適応するように周波数、位相、探傷感
度等の調整および設定を行った後、仕口部からある程度
離間した鉄骨梁9の中央部(=健全部)にセンサ11を配
置し、健全部における検波データを測定するとともにこ
の状態を基準とするべく調整を行う(0(ゼロ)調整)。
【0020】0(ゼロ)調整を行った位置を基点としてセ
ンサ11を仕口部に沿って平行な左右方向に走査し、図
7に示す検波データの左右走査グラフを得る。その後、
仕口部に近接した位置にセンサ11を配置し、同様に左
右方向に走査して検波データの左右走査グラフを得る。
そして、健全部である鉄骨梁9の中央部の左右走査グラ
フと仕口部の左右走査グラフとを比較し、両者に差異の
見られる部分を亀裂部と判定する。
【0021】次に、鉄骨梁9の中央部(基点の位置)にセ
ンサ11を戻して仕口部と直交する前後方向に走査し、
図8に示す検波データの前後走査グラフを得る。その
後、仕口部に近接した位置にセンサ11を配置し、同様
に前後方向に走査して検波データの前後走査グラフを得
る。そして、鉄骨梁9の中央部の前後走査グラフと仕口
部の前後走査グラフとを比較し、両者に差異の見られる
部分を亀裂部と判定する。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る金属
部材の損傷診断方法によれば、磁場を媒体としているの
で、金属部材が被覆部材で覆われていてもこれを破壊す
ることなく損傷箇所やその大きさといった損傷状態を診
断することができるという効果が得られる。また、被覆
部材を破壊することなく損傷診断を行うことができるの
で、診断に要するコストを大幅に削減することができる
とともに、短時間で診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る実施形態における損傷診断装置
の構成を示す図である。
【図2】 本発明に係る実施形態における損傷診断装置
の作動原理を説明する図である。
【図3】 鉄骨材に亀裂がない場合における探りコイル
の出力特性を示す特性図である。
【図4】 鉄骨材の亀裂の有無による探りコイルの出力
特性を示す特性図である。
【図5】 励磁電流と探りコイルの出力との関係を示す
特性図である。
【図6】 診断を実施される鉄骨梁と鉄骨柱との接合部
を示す斜視図である。
【図7】 センサを左右方向に走査した場合における検
波データの左右走査グラフである。
【図8】 センサを前後方向に走査した場合における検
波データの前後走査グラフである。
【符号の説明】
1 鉄骨材 3 信号発生器 4 増幅器 5 励磁コイル 6 探りコイル 7 測定機 9 鉄骨梁 10 耐火被覆材 11 センサ 12 アクリル板 Im 励磁電流 Sk 検出信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 矢部 喜堂 東京都港区芝浦一丁目2番3号 清水建設 株式会社内 Fターム(参考) 2G053 AA11 AB21 BA13 BA21 BC02 BC14 CA03 DA01 DB20 DB23 DB25

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 金属部材の周囲に、所定時間間隔で第1
    の磁場を形成する磁場形成手段と、前記第1の磁場によ
    り前記金属部材に生じる渦電流により形成される第2の
    磁場を検出する磁場検出手段とを備え、前記第2の磁場
    の検出結果に基づいて前記金属部材の損傷状態を判別す
    る損傷診断装置を用いた金属部材の損傷診断方法であっ
    て、 前記磁場形成手段および前記磁場検出手段を前記金属部
    材に対して一定の距離を保った状態で走査し、走査の過
    程で前記第2の磁場の変化を検知することで損傷箇所を
    特定することを特徴とする金属部材の損傷診断方法。
JP11209971A 1999-07-23 1999-07-23 金属部材の損傷診断方法 Pending JP2001033429A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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