JP2001304992A - Method and apparatus for diagnosing stress of ground anchor - Google Patents
Method and apparatus for diagnosing stress of ground anchorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、崩落防止用構造物
等を地盤に定着させるグランドアンカーの応力診断方法
および応力診断装置の技術分野に属するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention belongs to the technical field of a method and a device for diagnosing stress of a ground anchor for fixing a structure or the like for preventing collapse from falling to the ground.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、この種グランドアンカーは、地
盤にアンカー孔を削孔する工程、アンカー孔にテンドン
（緊張材）を挿入する工程、アンカー孔にモルタル等の
定着材を注入してテンドンの下端側を地中に定着させる
工程、テンドンの上端部（余長部）にアンカープレート
およびナットを仮装着する工程、油圧ジャッキを用いて
テンドンに緊張力を付与する工程、前記ナットを締め付
ける工程等を経て施工され、前記テンドンの緊張力を、
ナットおよびアンカープレートを介して構造物に作用さ
せることによって構造物を地盤に定着させるものであ
る。2. Description of the Related Art Generally, a ground anchor of this type is formed by drilling an anchor hole in the ground, inserting a tendon (tensile material) into the anchor hole, and injecting a fixing material such as mortar into the anchor hole to form a tendon. Fixing the lower end side in the ground, temporarily attaching an anchor plate and a nut to the upper end (excess length) of the tendon, applying tension to the tendon using a hydraulic jack, tightening the nut, etc. And the tension of the tendon,
The structure is fixed to the ground by acting on the structure via a nut and an anchor plate.
【０００３】ところで、上記の如く施工されたグランド
アンカーにおいては、地盤に対するテンドンの定着不良
やテンドンの破損に基づいてテンドンが緊張力を失う可
能性があるため、テンドンに作用する引張応力を定期的
に診断することが提唱されている。In the ground anchor constructed as described above, since the tendon may lose its tension due to poor fixing of the tendon to the ground or breakage of the tendon, the tensile stress acting on the tendon is periodically reduced. It has been proposed to diagnose.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】そこで、テンドンの応
力を診断する方法として、歪みゲージ、ロードセル、超
音波センサ等を用いるものが既に提案されているが、歪
みゲージやロードセルを用いる応力診断は、既設のグラ
ンドアンカーで実施することは現実的に不可能であり、
しかも、歪みゲージやロードセルは、温度変化や取付精
度に起因する測定誤差を生じるため、信頼性に劣るのが
実状である。Therefore, as a method of diagnosing the stress of tendon, a method using a strain gauge, a load cell, an ultrasonic sensor, or the like has already been proposed. However, stress diagnosis using a strain gauge or a load cell has been proposed. It is practically impossible to carry out with existing ground anchors,
In addition, the strain gauges and load cells have a low reliability because they cause measurement errors due to temperature changes and mounting accuracy.
【０００５】一方、超音波センサによる応力診断は、例
えば特開平７−１１３２３１号公報に示される如く、物
質を伝播する超音波の速度がその物質に作用する応力に
応じて変化する特性を利用するため、既設のグランドア
ンカーにおいても理論的にはテンドンの応力を診断する
ことが可能であるが、上記公報のものでは、テンドンの
上端部から超音波を発射し、その反射波の伝播時間を検
出することによってテンドンの応力を測定するため、テ
ンドンの寸法、材質、構造、温度等の不定要素に基づい
た測定誤差を含み、特に長さ寸法のバラツキに起因する
測定誤差は、応力変化に伴う伝播時間の差よりも大きく
なる可能性があるため、信頼性や実用性に劣るという不
都合がある。On the other hand, stress diagnosis using an ultrasonic sensor utilizes a characteristic in which the speed of ultrasonic waves propagating through a substance changes according to the stress acting on the substance, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-113231. Therefore, it is theoretically possible to diagnose the tendon stress even with the existing ground anchor, but in the above-mentioned publication, ultrasonic waves are emitted from the upper end of the tendon and the propagation time of the reflected wave is detected. Measuring the tendon stress by measuring the tendon, including measurement errors based on indefinite factors such as tendon dimensions, material, structure, temperature, etc.In particular, measurement errors due to variations in length dimensions are propagated due to stress changes. Since the difference may be larger than the time difference, there is an inconvenience that reliability and practicality are inferior.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の如き実
情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作
されたものであって、下端側が地盤に定着されたテンド
ンの上端部に、アンカープレートを介して構造物を押圧
するナットを螺着したグランドアンカーにおいて、前記
ナットの所定位置に超音波センサを配置すると共に、該
超音波センサがナットに入射した超音波の伝播時間を測
定し、しかる後、測定時間に基づいてナットまたはテン
ドンに作用する応力を診断することを特徴とするグラン
ドアンカーの応力診断方法である。つまり、寸法、材
質、構造、温度等を容易に判断し得るナットの超音波伝
播時間測定に基づいて応力診断を行うため、不定要素が
多いテンドンを直接応力診断する場合に比して応力診断
の精度および信頼性を高めることができる。また、前記
応力診断方法において、ナットの周囲に形成される複数
の平面のうち、所定の平面の略中心位置から略垂直方向
に超音波を入射することを特徴とするものである。つま
り、ナットの内周頂部に向けて超音波を入射することが
できるため、ナットの内周頂部で正反射した超音波を受
信して精度の高い伝播時間測定を行うことができ、しか
も、ナットの周囲に形成される平面部は、ナットの上面
部に比して面積が広いため、使用できる超音波センサの
許容寸法を大きくすることができる。また、前記応力診
断方法において、偏向方向が負荷方向に略平行な横波を
入射する第一超音波センサ部と、偏向方向が負荷方向に
略垂直な横波を入射する第二超音波センサ部とを備える
複合超音波センサを用いて二種類の超音波伝播時間を測
定し、各測定時間の差に基づいてナットまたはテンドン
に作用する応力を診断することを特徴とするものであ
る。つまり、負荷に応じた伝播時間の変化量（または変
化方向）が相違する二種類の超音波を利用し、該二種類
の超音波伝播時間の差に基づいて応力診断を行うように
したため、一種類の超音波伝播時間に基づいて応力診断
を行う場合に比して診断精度を高めることができる。ま
た、前記応力診断方法において、各測定時間の差を平均
測定時間で除してナットの音響異方性を求め、該音響異
方性に基づいてナットまたはテンドンに作用する応力を
診断することを特徴とするものである。つまり、負荷に
応じて変化する音響異方性（音響複屈折量）を利用して
応力診断を行うが、音響異方性は、ナット寸法を測定す
ることなく求めることが可能であるため、寸法測定誤差
に起因する応力診断精度の低下を回避することができ
る。また、前記応力診断方法において、超音波の伝播時
間をシングアラウンド法を用いて測定することを特徴と
するものである。つまり、超音波の送受信を所定回数繰
り返して伝播時間を積算するため、テンドンに比して寸
法が小さいナットにおいても精度の高い伝播時間測定を
行うことができる。また、下端側が地盤に定着されたテ
ンドンの上端部に、アンカープレートを介して構造物を
押圧するナットを螺着したグランドアンカーの応力診断
装置であって、該応力診断装置は、前記ナットの所定位
置に配置される超音波センサと、該超音波センサがナッ
トに入射した超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定
手段と、測定時間に基づいてナットまたはテンドンに作
用する応力を診断する応力診断手段とを備えることを特
徴とするグランドアンカーの応力診断装置である。つま
り、寸法、材質、構造、温度等を容易に判断し得るナッ
トの超音波伝播時間測定に基づいて応力診断を行うた
め、不定要素が多いテンドンを直接応力診断する場合に
比して応力診断の精度および信頼性を高めることができ
る。また、前記応力診断装置において、超音波センサ
は、ナットの周囲に形成される複数の平面のうち、所定
の平面の略中心位置から略垂直方向に超音波を入射する
ことを特徴とするものである。つまり、ナットの内周頂
部に向けて超音波を入射することができるため、ナット
の内周頂部で正反射した超音波を受信して精度の高い伝
播時間測定を行うことができ、しかも、ナットの周囲に
形成される平面部は、ナットの上面部に比して面積が広
いため、使用できる超音波センサの許容寸法を大きくす
ることができる。また、前記応力診断装置において、偏
向方向が負荷方向に略平行な横波を入射する第一超音波
センサ部と、偏向方向が負荷方向に略垂直な横波を入射
する第二超音波センサ部とを備える複合超音波センサを
用いて二種類の超音波伝播時間を測定し、各測定時間の
差に基づいてナットまたはテンドンに作用する応力を診
断することを特徴とするものである。つまり、負荷に応
じた伝播時間の変化量が相違する二種類の超音波を利用
し、該二種類の超音波伝播時間の差に基づいて応力診断
を行うようにしたため、一種類の超音波伝播時間に基づ
いて応力診断を行う場合に比して診断精度を高めること
ができる。また、前記応力診断装置において、各測定時
間の差を平均測定時間で除してナットの音響異方性を求
め、該音響異方性に基づいてナットまたはテンドンに作
用する応力を診断することを特徴とするものである。つ
まり、負荷に応じて変化する音響異方性（音響複屈折
量）を利用して応力診断を行うが、音響異方性は、ナッ
ト寸法を測定することなく求めることが可能であるた
め、寸法測定誤差に起因する応力診断精度の低下を回避
することができる。また、前記応力診断装置において、
伝播時間測定手段は、超音波の伝播時間をシングアラウ
ンド法を用いて測定することを特徴とするものである。
つまり、超音波の送受信を所定回数繰り返して伝播時間
を積算するため、テンドンに比して寸法が小さいナット
においても精度の高い伝播時間測定を行うことができ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve these problems in view of the above situation, and has a lower end provided on an upper end of a tendon fixed to the ground. In a ground anchor in which a nut for pressing a structure is screwed via an anchor plate, an ultrasonic sensor is arranged at a predetermined position of the nut, and the ultrasonic sensor measures the propagation time of the ultrasonic wave incident on the nut. Thereafter, a stress diagnosis method for a ground anchor is characterized in that a stress acting on a nut or tendon is diagnosed based on a measurement time. In other words, the stress diagnosis is performed based on the ultrasonic propagation time measurement of the nut, which can easily determine the dimensions, material, structure, temperature, etc. Accuracy and reliability can be increased. Further, in the stress diagnosis method, an ultrasonic wave is incident in a substantially vertical direction from a substantially center position of a predetermined plane among a plurality of planes formed around the nut. In other words, since the ultrasonic wave can be incident toward the inner peripheral top of the nut, the ultrasonic wave that is specularly reflected at the inner peripheral top of the nut can be received and the propagation time can be measured with high accuracy. The area of the flat portion formed around the periphery of the nut is larger than the upper surface portion of the nut, so that the allowable size of the usable ultrasonic sensor can be increased. Further, in the stress diagnosis method, the first ultrasonic sensor unit that deflects a transverse wave that is substantially parallel to the load direction, and the second ultrasonic sensor unit that deflects a transverse wave that is substantially perpendicular to the load direction. The present invention is characterized in that two types of ultrasonic propagation times are measured by using a composite ultrasonic sensor provided, and stress acting on a nut or tendon is diagnosed based on a difference between the respective measurement times. In other words, since two types of ultrasonic waves having different amounts of change (or changing directions) of the propagation time according to the load are used, and the stress diagnosis is performed based on the difference between the two types of ultrasonic wave propagation time, Diagnosis accuracy can be improved as compared with the case where stress diagnosis is performed based on the type of ultrasonic propagation time. Further, in the stress diagnosis method, it is possible to determine the acoustic anisotropy of the nut by dividing the difference between the respective measurement times by the average measurement time, and diagnose the stress acting on the nut or tendon based on the acoustic anisotropy. It is a feature. In other words, stress diagnosis is performed using acoustic anisotropy (acoustic birefringence) that changes according to load, but acoustic anisotropy can be obtained without measuring nut dimensions. It is possible to avoid a decrease in stress diagnosis accuracy caused by a measurement error. Further, in the stress diagnosis method, the propagation time of the ultrasonic wave is measured by using a sing-around method. That is, since transmission and reception of ultrasonic waves are repeated a predetermined number of times and the propagation time is integrated, highly accurate propagation time measurement can be performed even for a nut having a smaller size than a tendon. Further, a stress diagnostic device for a ground anchor in which a nut for pressing a structure through an anchor plate is screwed to an upper end portion of a tendon having a lower end fixed to the ground, wherein the stress diagnostic device includes a predetermined nut An ultrasonic sensor disposed at a position, propagation time measuring means for measuring the propagation time of ultrasonic waves incident on the nut by the ultrasonic sensor, and stress diagnosis for diagnosing stress acting on the nut or tendon based on the measurement time Means for diagnosing stress of a ground anchor. In other words, the stress diagnosis is performed based on the ultrasonic propagation time measurement of the nut, which can easily determine the dimensions, material, structure, temperature, etc. Accuracy and reliability can be increased. Further, in the stress diagnosis device, the ultrasonic sensor is characterized in that ultrasonic waves are incident in a substantially vertical direction from a substantially center position of a predetermined plane among a plurality of planes formed around the nut. is there. In other words, since the ultrasonic wave can be incident toward the inner peripheral top of the nut, the ultrasonic wave that is specularly reflected at the inner peripheral top of the nut can be received and the propagation time can be measured with high accuracy. The area of the flat portion formed around the periphery of the nut is larger than the upper surface portion of the nut, so that the allowable size of the usable ultrasonic sensor can be increased. Further, in the stress diagnostic apparatus, a first ultrasonic sensor unit that deflects a transverse wave that is substantially parallel to the load direction, and a second ultrasonic sensor unit that deflects a transverse wave that is substantially perpendicular to the load direction. The present invention is characterized in that two types of ultrasonic propagation times are measured by using a composite ultrasonic sensor provided, and stress acting on a nut or tendon is diagnosed based on a difference between the respective measurement times. That is, two types of ultrasonic waves having different amounts of change in the propagation time according to the load are used, and the stress diagnosis is performed based on the difference between the two types of ultrasonic propagation times. Diagnosis accuracy can be improved as compared with the case where stress diagnosis is performed based on time. Further, in the stress diagnosis device, the difference between the measurement times is divided by the average measurement time to determine the acoustic anisotropy of the nut, and the stress acting on the nut or tendon is diagnosed based on the acoustic anisotropy. It is a feature. In other words, stress diagnosis is performed using acoustic anisotropy (acoustic birefringence) that changes according to load. However, since acoustic anisotropy can be obtained without measuring nut dimensions, It is possible to avoid a decrease in stress diagnosis accuracy due to a measurement error. Further, in the stress diagnostic apparatus,
The propagation time measuring means measures the propagation time of the ultrasonic wave by using a sing-around method.
In other words, since transmission and reception of ultrasonic waves are repeated a predetermined number of times and the propagation time is integrated, highly accurate propagation time measurement can be performed even for a nut having a smaller size than a tendon.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態の一つ
を図面に基づいて説明する。図面において、１は地盤崩
落防止用構造物２を地盤３に定着させるために施工され
たグランドアンカーであって、該グランドアンカー１
は、地盤３にアンカー孔４を削孔する工程、アンカー孔
４にテンドン（緊張材）５を挿入する工程、アンカー孔
４にモルタル等の定着材６を注入してテンドン５の下端
側を地中に定着させる工程、テンドン５の上端部（余長
部）にアンカープレート７およびナット８を仮装着する
工程、油圧ジャッキ（図示せず）を用いてテンドン５に
緊張力を付与する工程、前記ナット８を締め付ける工程
等を経て施工されている。そして、前記テンドン５の緊
張力は、ナット８およびアンカープレート７を介して構
造物２に押圧力として作用し、該押圧力で構造物２を地
盤３に定着させるが、これらの構成は何れも従来通りで
ある。Next, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, reference numeral 1 denotes a ground anchor constructed to fix the ground-fall prevention structure 2 to the ground 3.
A step of drilling an anchor hole 4 in the ground 3, a step of inserting a tendon (tensile material) 5 into the anchor hole 4, and injecting a fixing material 6 such as mortar into the anchor hole 4 so that the lower end of the tendon 5 is grounded. A step of temporarily attaching the anchor plate 7 and the nut 8 to the upper end (excess length) of the tendon 5, a step of applying tension to the tendon 5 using a hydraulic jack (not shown), It is constructed through a process of tightening the nut 8 and the like. Then, the tension of the tendon 5 acts as a pressing force on the structure 2 via the nut 8 and the anchor plate 7, and the structure 2 is fixed to the ground 3 by the pressing force. As before.
【０００８】前記テンドン５は、ケーブル材もしくは軸
材で形成されるＰＣ緊張材９、該ＰＣ緊張材９の下端側
に一体的に連結される定着体（地盤定着部）１０、ＰＣ
緊張材９の上端側に一体的に連結されるマンション（ナ
ット螺合部）１１等の複数の部材を用いて構成されてい
るが、その大部分はアンカー孔４に挿入されるため、既
設のグランドアンカー１においては、テンドン５の寸
法、材質、構造、温度等を特定することは現実的に不可
能である。The tendon 5 includes a PC tension member 9 formed of a cable material or a shaft material, a fixing body (ground fixing portion) 10 integrally connected to a lower end side of the PC tension member 9, a PC
Although it is configured using a plurality of members such as a condominium (nut screw portion) 11 integrally connected to the upper end side of the tension member 9, most of the members are inserted into the anchor holes 4, so that the existing members are used. In the ground anchor 1, it is practically impossible to specify the size, material, structure, temperature, and the like of the tendon 5.
【０００９】一方、前記ナット８は、様々な寸法のもの
が存在し、各現場で使用されるテンドン５に応じて適正
寸法のものが選定されるが、一般的なグランドアンカー
１では、ナット８が外部に露出しているため、既設のグ
ランドアンカー１においても、ナット８の寸法、材質、
構造、温度等を容易に特定することが可能である。On the other hand, the nut 8 has various dimensions, and an appropriate dimension is selected according to the tendon 5 used at each site. Is exposed to the outside, so even in the existing ground anchor 1, the size, material,
The structure, temperature, and the like can be easily specified.
【００１０】さて、１２は前記グランドアンカー１の応
力診断装置であって、該応力診断装置１２は、ナット８
の温度を測定する温度センサＳ、ナット８に対して超音
波を発射し、かつ発射した超音波を受信する超音波セン
サ１３、該超音波センサ１３における超音波の送受信に
基づいて超音波の伝播時間（伝播速度）を測定するシン
グアラウンド音速測定部１４、該シングアラウンド音速
測定部１４における測定結果等に基づいてナット８また
はテンドン５に作用する応力を診断する応力診断部１５
（例えば携帯型パソコン）等で構成されている。即ち、
上記応力診断装置１２は、物質を伝播する超音波の速度
がその物質に作用する応力に応じて変化する特性を利用
してナット８に作用する応力を測定することができる許
りでなく、ナット８に作用する応力測定結果に基づいて
テンドン５に作用する引張応力を間接的に診断すること
が可能である。従って、寸法、材質、構造、温度等を容
易に判断し得るナット８の応力測定結果に基づいて間接
的にテンドン５の引張応力を診断することができ、その
結果、不定要素が多いテンドン５を直接応力診断する場
合に比して応力診断の精度および信頼性を高めることが
可能になる。Reference numeral 12 denotes a stress diagnostic device for the ground anchor 1, and the stress diagnostic device 12 includes a nut 8
Temperature sensor S for measuring the temperature of the ultrasonic wave, an ultrasonic sensor 13 for emitting ultrasonic waves to the nut 8 and receiving the emitted ultrasonic waves, and propagation of ultrasonic waves based on transmission and reception of ultrasonic waves by the ultrasonic sensors 13 Sing-around sound velocity measuring section 14 for measuring time (propagation velocity), and stress diagnosis section 15 for diagnosing stress acting on nut 8 or tendon 5 based on the measurement result or the like in the single-around sound velocity measuring section 14.
(For example, a portable personal computer). That is,
The stress diagnosing device 12 cannot measure the stress acting on the nut 8 by using the characteristic that the speed of the ultrasonic wave propagating through the substance changes according to the stress acting on the substance. It is possible to indirectly diagnose the tensile stress acting on the tendon 5 based on the measurement result of the stress acting on the tendon 8. Therefore, the tensile stress of the tendon 5 can be indirectly diagnosed based on the stress measurement result of the nut 8 which can easily determine the dimensions, the material, the structure, the temperature, and the like. The accuracy and reliability of the stress diagnosis can be improved as compared with the case where the direct stress diagnosis is performed.
【００１１】前記超音波センサ１３は、ナット８の周囲
に形成される複数の平面部８ａのうち、任意に選択した
平面部８ａの略中心位置に配置されると共に、平面部８
ａから略垂直方向に超音波を入射する。即ち、ナット８
の内周頂部に向けて超音波を入射するため、ナット８の
内周頂部で正反射した超音波を受信して精度の高い伝播
時間測定を行うことができ、しかも、ナット８の周囲に
形成される平面部８ａは、ナット８の上面部８ｂに比し
て面積が広いため、超音波センサ１３の寸法に関する制
約を可及的に排除することが可能になる。The ultrasonic sensor 13 is disposed substantially at the center of the arbitrarily selected flat portion 8a among the plurality of flat portions 8a formed around the nut 8, and the flat portion 8a.
Ultrasonic waves are incident in a substantially vertical direction from a. That is, the nut 8
The ultrasonic wave is incident toward the top of the inner periphery of the nut 8, so that the ultrasonic wave specularly reflected at the top of the inner periphery of the nut 8 can be received and the propagation time can be measured with high accuracy. The flat surface portion 8a has a larger area than the upper surface portion 8b of the nut 8, so that restrictions on the size of the ultrasonic sensor 13 can be eliminated as much as possible.
【００１２】ところで、前記超音波センサ１３は、伝播
方向に対して垂直方向に振動する横波を送信し、その反
射波を受信する横波用超音波センサ（ＰＺＴ圧電素子）
を用いて構成されるが、鋼材に入射された横波は、偏向
方向が負荷方向に略平行である場合と、偏向方向が負荷
方向に略垂直である場合とで、負荷に応じた伝播時間の
変化量（または変化方向）が相違する特性がある。その
ため、本実施形態では、前記超音波センサ１３を、偏向
方向が負荷方向に略平行な横波を入射する第一超音波セ
ンサ部１３ａと、偏向方向が負荷方向に略垂直な横波を
入射する第二超音波センサ部１３ｂとを一体的に備える
複合超音波センサとし、該複合超音波センサを用いて二
種類の超音波伝播時間を測定すると共に、各測定時間の
差に基づいてナット８またはテンドン５に作用する応力
を診断している。つまり、負荷に応じた伝播時間の変化
量が相違する二種類の超音波を利用し、該二種類の超音
波伝播時間の差に基づいて応力診断を行うようにしたた
め、一種類の超音波伝播時間に基づいて応力診断を行う
場合に比して診断精度を高めることが可能になる。The ultrasonic sensor 13 transmits a transverse wave oscillating in a direction perpendicular to the propagation direction, and receives a reflected wave of the transverse wave (PZT piezoelectric element).
The transverse wave incident on the steel material has a propagation time depending on the load when the deflection direction is substantially parallel to the load direction and when the deflection direction is substantially perpendicular to the load direction. There is a characteristic that the amount of change (or the direction of change) is different. For this reason, in the present embodiment, the ultrasonic sensor 13 is configured such that the first ultrasonic sensor unit 13a in which a transverse wave whose deflection direction is substantially parallel to the load direction is incident, and the first ultrasonic sensor unit 13a in which a transverse wave whose deflection direction is substantially perpendicular to the load direction are incident. A composite ultrasonic sensor integrally provided with the two ultrasonic sensor sections 13b, two types of ultrasonic propagation times are measured using the composite ultrasonic sensor, and a nut 8 or a tendon is determined based on a difference between the respective measurement times. The stress acting on 5 is diagnosed. That is, two types of ultrasonic waves having different amounts of change in the propagation time according to the load are used, and the stress diagnosis is performed based on the difference between the two types of ultrasonic propagation times. Diagnosis accuracy can be improved as compared with the case where stress diagnosis is performed based on time.
【００１３】また、両伝播時間の差を平均伝播時間で除
した値が音響異方性（負荷に応じて変化する音響複屈折
量）であり、無負荷時の音響異方性が組織異方性（測定
材料の集合組織により無負荷時に生じる音響異方性）に
相当するため、負荷作用時の両伝播時間の差から無負荷
時の両伝播時間の差を減じた値が負荷に応じて生じた純
粋な伝播時間差であるが、組織異方性が同じ材料におい
て、予め負荷に応じた伝播時間差の変化データを取得し
ていれば、組織異方性を考慮することなく、測定した伝
播時間差をそのまま用いて応力診断を行うことが可能に
なる。The value obtained by dividing the difference between the two propagation times by the average propagation time is the acoustic anisotropy (the amount of acoustic birefringence that varies depending on the load). Value (acoustic anisotropy generated at no load due to the texture of the measurement material), the value obtained by subtracting the difference between the two transit times under no load from the difference between the two transit times under load acts according to the load. It is a pure propagation time difference that occurred, but for materials with the same structure anisotropy, if the change data of the propagation time difference according to the load was obtained in advance, the measured propagation time difference was taken into account without considering the structure anisotropy. Can be used as it is to perform stress diagnosis.
【００１４】一方、前記シングアラウンド音速測定部１
４は、超音波の送受信を所定回数繰り返して伝播時間を
積算するシングアラウンド法を用いて超音波の伝播時間
を測定すべく構成されており、そのため、テンドン５に
比して寸法が小さいナット８においても精度の高い応力
診断を行うことが可能になる。つまり、シングアラウン
ド音速測定部１４は、所定周期の同期パルスを発生させ
る同期パルス発生器１８、該同期パルス発生器１８が発
生したパルスで超音波センサ１３の送信子を励振させる
パルサー１９、超音波センサ１３の受信子が受信した受
信波を増幅する増幅器２０、所定の受信波に基づいて伝
播時間を検出し、かつトリガ信号を出力するゼロクロス
２２、該ゼロクロス２２が出力したトリガ信号を所定時
間遅延させて同期パルス発生器１８に再びパルスを発生
させる遅延器２３、該遅延器２３のトリガ出力回数をカ
ウントするカウンタ２４、前記ゼロクロス２２において
トリガレベル設定を行うトリガレベル設定器２５等を備
えており、例えば上記の時間検出動作を一万回繰り返す
ことで精度の高い伝播時間測定を行うようになってい
る。On the other hand, the sing-around sound velocity measuring unit 1
Numeral 4 is configured to measure the propagation time of the ultrasonic wave by using the sing-around method of integrating the propagation time by repeating transmission and reception of the ultrasonic wave a predetermined number of times. , It is possible to perform highly accurate stress diagnosis. That is, the sing-around sound velocity measuring unit 14 includes a synchronization pulse generator 18 that generates a synchronization pulse having a predetermined period, a pulser 19 that excites the transmitter of the ultrasonic sensor 13 with the pulse generated by the synchronization pulse generator 18, and an ultrasonic wave. An amplifier 20 for amplifying a reception wave received by a receiver of the sensor 13, a zero cross 22 for detecting a propagation time based on a predetermined reception wave and outputting a trigger signal, and delaying a trigger signal output by the zero cross 22 for a predetermined time; The synchronous pulse generator 18 is provided with a delay unit 23 for generating a pulse again, a counter 24 for counting the number of trigger outputs of the delay unit 23, a trigger level setting unit 25 for setting a trigger level at the zero cross 22 and the like. For example, by repeating the above time detection operation 10,000 times, highly accurate propagation time measurement is performed. There.
【００１５】また、前記応力診断部１５の記憶部には、
シングアラウンド音速測定部１４の測定条件を設定する
「シングアラウンド設定」、シングアラウンド音速測定
部１４の測定結果に基づいてナット８またはテンドン５
に作用する応力を診断する「応力診断」等のプログラム
が予め格納されており、以下、本発明の要部である「応
力診断」の制御手順をフローチャートに基づいて説明す
る。The storage unit of the stress diagnosis unit 15 includes:
"Sing-around setting" for setting the measurement conditions of the sing-around sound velocity measuring unit 14, and the nut 8 or tendon 5 based on the measurement result of the sing-around sound velocity measuring unit 14.
A program such as “stress diagnosis” for diagnosing the stress acting on the device is stored in advance, and the control procedure of “stress diagnosis” which is a main part of the present invention will be described below with reference to a flowchart.
【００１６】前記「応力診断」は、まず、ナット８の寸
法データ入力画面を表示した後、寸法データの入力判断
を行い、該判断がＹＥＳの場合には、測定開始待機画面
を表示する。ここで、測定開始操作を判断した場合に
は、温度センサＳの測定値を測定前温度Ａ１に格納した
後、前述した二種類の超音波伝播時間測定を実行し、さ
らに、伝播時間測定直後に温度センサＳの測定値を測定
後温度Ａ２に格納する。そして、両測定時間ｔｘ、ｔｙ
を格納した後は、各測定時間ｔｘ、ｔｙを、平均温度
（Ａ１＋Ａ２）／２に基づいて補正した後、各測定時間
ｔｘ、ｔｙの差を、平均測定時間（ｔｘ＋ｔｙ）／２で
除して音響異方性を求め、しかる後、ナット８の寸法毎
に用意された応力データテーブル（音響異方性と応力と
の相関データテーブル）を参照して音響異方性に対応す
る応力データを抽出し、該応力データを表示して一回の
応力診断を終了する。In the "stress diagnosis", first, a dimension data input screen of the nut 8 is displayed, and then input determination of the dimension data is performed. If the determination is YES, a measurement start standby screen is displayed. Here, when determining the measurement start operation, after storing the measured value of the temperature sensor S to measure temperature before A 1, it executes two kinds of ultrasonic wave propagation time measuring described above, further, after the propagation time measurement storing the measured value of the temperature sensor S to measure the temperature after a 2 in. Then, both measurement times t x and t y
After storing the the respective measurement time t x, the t y, after correction based on the average temperature (A 1 + A 2) / 2, the measurement time t x, the difference between t y, the average measurement time (t x + t y ) / 2 to determine the acoustic anisotropy, and then refer to the stress data table (correlation data table between acoustic anisotropy and stress) prepared for each dimension of the nut 8 for the acoustic properties. The stress data corresponding to the anisotropy is extracted, the stress data is displayed, and one stress diagnosis is completed.
【００１７】叙述の如く構成されたものにおいて、下端
側が地盤３に定着されたテンドン５の上端部に、アンカ
ープレート７を介して構造物２を押圧するナット８を螺
着したグランドアンカー１において、前記ナット８の所
定位置に超音波センサ１３を配置すると共に、該超音波
センサ１３がナット８に入射した超音波の伝播時間を測
定し、しかる後、測定時間に基づいてナット８またはテ
ンドン５に作用する応力を診断することになる。つま
り、寸法、材質、構造、温度等を容易に判断し得るナッ
ト８の超音波伝播時間測定に基づいて応力診断を行うた
め、不定要素が多いテンドン５を直接応力診断する場合
に比して応力診断の精度および信頼性を高めることがで
きる。In the ground anchor 1 constructed as described above, a nut 8 for pressing the structure 2 via an anchor plate 7 is screwed to the upper end of the tendon 5 whose lower end is fixed to the ground 3. The ultrasonic sensor 13 is arranged at a predetermined position of the nut 8, and the ultrasonic sensor 13 measures the propagation time of the ultrasonic wave incident on the nut 8, and then transmits the ultrasonic wave to the nut 8 or the tendon 5 based on the measurement time. The acting stress will be diagnosed. That is, since the stress diagnosis is performed based on the ultrasonic propagation time measurement of the nut 8 which can easily determine the dimensions, the material, the structure, the temperature, and the like, the stress diagnosis is performed as compared with the case where the tendon 5 having many indefinite elements is directly subjected to the stress diagnosis. The accuracy and reliability of diagnosis can be increased.
【００１８】また、ナット８の周囲に形成される複数の
平面部８ａのうち、所定の平面部８ａの略中心位置から
略垂直方向に超音波を入射するため、ナット８の内周頂
部に向けて超音波を入射することができ、その結果、ナ
ット８の内周頂部で正反射した超音波を受信して精度の
高い伝播時間測定を行うことができる。しかも、ナット
８の周囲に形成される平面部８ａは、ナット８の上面部
８ｂに比して面積が広いため、使用できる超音波センサ
１３の許容寸法を大きくすることができる。Further, among the plurality of flat portions 8a formed around the nut 8, ultrasonic waves are incident in a substantially vertical direction from a substantially central position of a predetermined flat portion 8a. As a result, the ultrasonic wave specularly reflected at the top of the inner periphery of the nut 8 can be received to perform highly accurate propagation time measurement. In addition, since the flat portion 8a formed around the nut 8 has a larger area than the upper surface portion 8b of the nut 8, the allowable size of the usable ultrasonic sensor 13 can be increased.
【００１９】また、偏向方向が負荷方向に略平行な横波
を入射する第一超音波センサ部１３ａと、偏向方向が負
荷方向に略垂直な横波を入射する第二超音波センサ部１
３ｂとを備える複合型の超音波センサ１３を用いて二種
類の超音波伝播時間を測定し、各測定時間の差に基づい
てナット８またはテンドン５に作用する応力を診断する
ことになる。つまり、負荷に応じた伝播時間の変化量
（または変化方向）が相違する二種類の超音波を利用
し、該二種類の超音波伝播時間の差に基づいて応力診断
を行うようにしたため、一種類の超音波伝播時間に基づ
いて応力診断を行う場合に比して診断精度を高めること
ができる。A first ultrasonic sensor unit 13a for receiving a transverse wave whose deflection direction is substantially parallel to the load direction, and a second ultrasonic sensor unit 1 for receiving a transverse wave whose deflection direction is substantially perpendicular to the load direction.
3b, two types of ultrasonic propagation times are measured using the composite ultrasonic sensor 13 and the stress acting on the nut 8 or the tendon 5 is diagnosed based on the difference between the respective measurement times. In other words, since two types of ultrasonic waves having different amounts of change (or changing directions) of the propagation time according to the load are used, and the stress diagnosis is performed based on the difference between the two types of ultrasonic wave propagation time, Diagnosis accuracy can be improved as compared with the case where stress diagnosis is performed based on the type of ultrasonic propagation time.
【００２０】また、各測定時間の差を平均測定時間で除
してナット８の音響異方性を求め、該音響異方性に基づ
いてナット８またはテンドン５に作用する応力を診断す
ることになる。つまり、負荷に応じて変化する音響異方
性（音響複屈折量）を利用して応力診断を行うが、音響
異方性は、ナット寸法を測定することなく求めることが
可能であるため、寸法測定誤差に起因する応力診断精度
の低下を回避することができる。Further, the difference in each measurement time is divided by the average measurement time to determine the acoustic anisotropy of the nut 8, and the stress acting on the nut 8 or the tendon 5 is diagnosed based on the acoustic anisotropy. Become. In other words, stress diagnosis is performed using acoustic anisotropy (acoustic birefringence) that changes according to load, but acoustic anisotropy can be obtained without measuring nut dimensions. It is possible to avoid a decrease in stress diagnosis accuracy caused by a measurement error.
【００２１】また、超音波の伝播時間をシングアラウン
ド法を用いて測定するため、テンドン５に比して寸法が
小さいナット８においても精度の高い伝播時間測定を行
うことができる。Further, since the propagation time of the ultrasonic wave is measured by using the sing-around method, the propagation time can be measured with high accuracy even in the nut 8 having a smaller size than the tendon 5.
【００２２】尚、本発明は、前記実施形態に限定されな
いことは勿論であって、例えば前記実施形態では、偏向
方向が負荷方向に略平行な横波の伝播時間と、偏向方向
が負荷方向に略垂直な横波の伝播時間との差を平均伝播
時間で除した値（音響異方性）に基づいて応力を特定す
る複屈折法を用いているが、縦波の音速（伝播時間）を
横波の平均音速（平均伝播時間）で除した値（音速比）
に基づいて応力を特定する音速比法や、伝播方向が負荷
方向に略平行な表面ＳＨ波（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ
ｐｏｌａｌｉｚｅｄ ｓｈｅａｒ ｗａｖｅ）の伝播
時間と、伝播方向が負荷方向に略垂直な表面ＳＨ波の伝
播時間との差を平均伝播時間で除した値（音響異方性）
に基づいて応力を特定する表面ＳＨ波法を用いることも
可能である。The present invention is, of course, not limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the propagation time of a transverse wave whose deflection direction is substantially parallel to the load direction, and the deflection direction is substantially the same as the load direction. The birefringence method is used to specify the stress based on the value (acoustic anisotropy) obtained by dividing the difference from the transit time of the vertical shear wave by the average transit time. Value divided by average sound speed (average propagation time) (sound speed ratio)
Sound velocity ratio method for specifying stress based on the surface SH wave (horizontally) whose propagation direction is substantially parallel to
A value obtained by dividing the difference between the propagation time of a polarized shear wave and the propagation time of a surface SH wave whose propagation direction is substantially perpendicular to the load direction by the average propagation time (acoustic anisotropy).
It is also possible to use a surface SH wave method that specifies the stress based on
【図１】グランドアンカーの全体断面図である。FIG. 1 is an overall sectional view of a ground anchor.
【図２】応力診断装置の構成を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a stress diagnosis device.
【図３】（Ａ）は超音波センサの配置を示す平面図、
（Ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。FIG. 3A is a plan view showing an arrangement of an ultrasonic sensor.
(B) is an XX cross-sectional view.
【図４】応力診断部の制御手順を示すフローチャートで
ある。FIG. 4 is a flowchart illustrating a control procedure of a stress diagnosis unit.
１ グランドアンカー ２ 地盤崩落防止用構造物 ３ 地盤 ４ アンカー孔 ５ テンドン ６ 定着材 ７ アンカープレート ８ ナット １２ 応力診断装置 １３ 超音波センサ １３ａ 第一超音波センサ部 １３ｂ 第二超音波センサ部 １４ シングアラウンド音速測定部 １５ 応力診断部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ground anchor 2 Ground collapse prevention structure 3 Ground 4 Anchor hole 5 Tendon 6 Fixing material 7 Anchor plate 8 Nut 12 Stress diagnostic device 13 Ultrasonic sensor 13a First ultrasonic sensor unit 13b Second ultrasonic sensor unit 14 Singaround Sound velocity measurement unit 15 Stress diagnosis unit
Claims (10)
端部に、アンカープレートを介して構造物を押圧するナ
ットを螺着したグランドアンカーにおいて、前記ナット
の所定位置に超音波センサを配置すると共に、該超音波
センサがナットに入射した超音波の伝播時間を測定し、
しかる後、測定時間に基づいてナットまたはテンドンに
作用する応力を診断することを特徴とするグランドアン
カーの応力診断方法。An ultrasonic sensor is disposed at a predetermined position of a nut in a ground anchor in which a nut for pressing a structure via an anchor plate is screwed to an upper end of a tendon having a lower end fixed to the ground. The ultrasonic sensor measures the propagation time of the ultrasonic wave incident on the nut,
Thereafter, a stress diagnosing method for a ground anchor, comprising diagnosing a stress acting on the nut or tendon based on the measurement time.
される複数の平面のうち、所定の平面の略中心位置から
略垂直方向に超音波を入射することを特徴とするグラン
ドアンカーの応力診断方法。2. The stress diagnosis of a ground anchor according to claim 1, wherein ultrasonic waves are incident in a substantially vertical direction from a substantially center position of a predetermined plane among a plurality of planes formed around the nut. Method.
荷方向に略平行な横波を入射する第一超音波センサ部
と、偏向方向が負荷方向に略垂直な横波を入射する第二
超音波センサ部とを備える複合超音波センサを用いて二
種類の超音波伝播時間を測定し、各測定時間の差に基づ
いてナットまたはテンドンに作用する応力を診断するこ
とを特徴とするグランドアンカーの応力診断方法。3. The ultrasonic sensor according to claim 1, wherein the first ultrasonic sensor portion receives a transverse wave whose deflection direction is substantially parallel to the load direction, and the second ultrasonic wave receives a transverse wave whose deflection direction is substantially perpendicular to the load direction. A ground anchor stress characterized by measuring two types of ultrasonic propagation times using a composite ultrasonic sensor having a sensor unit and diagnosing a stress acting on a nut or tendon based on a difference between the respective measurement times. Diagnostic method.
均測定時間で除してナットの音響異方性を求め、該音響
異方性に基づいてナットまたはテンドンに作用する応力
を診断することを特徴とするグランドアンカーの応力診
断方法。4. The method according to claim 3, wherein the difference in each measurement time is divided by the average measurement time to determine the acoustic anisotropy of the nut, and the stress acting on the nut or tendon is diagnosed based on the acoustic anisotropy. A method for diagnosing stress in a ground anchor, characterized in that:
時間をシングアラウンド法を用いて測定することを特徴
とするグランドアンカーの応力診断方法。5. The method for diagnosing stress of a ground anchor according to claim 1, wherein the propagation time of the ultrasonic wave is measured by using a sing-around method.
端部に、アンカープレートを介して構造物を押圧するナ
ットを螺着したグランドアンカーの応力診断装置であっ
て、該応力診断装置は、前記ナットの所定位置に配置さ
れる超音波センサと、該超音波センサがナットに入射し
た超音波の伝播時間を測定する伝播時間測定手段と、測
定時間に基づいてナットまたはテンドンに作用する応力
を診断する応力診断手段とを備えることを特徴とするグ
ランドアンカーの応力診断装置。6. A stress diagnostic device for a ground anchor in which a nut for pressing a structure via an anchor plate is screwed to an upper end portion of a tendon having a lower end fixed to the ground, wherein the stress diagnostic device comprises: An ultrasonic sensor arranged at a predetermined position of the nut, a propagation time measuring means for measuring the propagation time of the ultrasonic wave incident on the nut, and diagnosing stress acting on the nut or tendon based on the measurement time A stress diagnosis device for a ground anchor, comprising:
ットの周囲に形成される複数の平面のうち、所定の平面
の略中心位置から略垂直方向に超音波を入射することを
特徴とするグランドアンカーの応力診断装置。7. The ultrasonic sensor according to claim 6, wherein an ultrasonic wave is incident in a substantially vertical direction from a substantially central position of a predetermined plane among a plurality of planes formed around the nut. Ground anchor stress diagnostic device.
は、偏向方向が負荷方向に略平行な横波を入射する第一
超音波センサ部と、偏向方向が負荷方向に略垂直な横波
を入射する第二超音波センサ部とを備える複合超音波セ
ンサを用いて二種類の超音波伝播時間を測定し、各測定
時間の差に基づいてナットまたはテンドンに作用する応
力を診断することを特徴とするグランドアンカーの応力
診断装置。8. The stress diagnosis device according to claim 6, wherein the first ultrasonic sensor unit that receives a transverse wave whose deflection direction is substantially parallel to the load direction, and receives a transverse wave whose deflection direction is substantially perpendicular to the load direction. Using a composite ultrasonic sensor having a second ultrasonic sensor unit to measure two types of ultrasonic propagation time, and diagnosing the stress acting on the nut or tendon based on the difference between each measurement time Diagnostic device for ground anchor.
測定時間の差を平均測定時間で除してナットの音響異方
性を求め、該音響異方性に基づいてナットまたはテンド
ンに作用する応力を診断することを特徴とするグランド
アンカーの応力診断装置。9. The stress diagnostic apparatus according to claim 8, wherein the difference in each measurement time is divided by an average measurement time to determine the acoustic anisotropy of the nut, and the stress diagnosis apparatus acts on the nut or tendon based on the acoustic anisotropy. A stress diagnosing device for a ground anchor characterized by diagnosing a stress to be applied.
定手段は、超音波の伝播時間をシングアラウンド法を用
いて測定することを特徴とするグランドアンカーの応力
診断装置。10. The stress diagnosis device for a ground anchor according to claim 6, wherein the propagation time measuring means measures the propagation time of the ultrasonic wave by using a sing-around method.
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