JP2001311724A - Concrete soundness determination method and device - Google Patents

Concrete soundness determination method and device

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JP2001311724A
JP2001311724A JP2000130246A JP2000130246A JP2001311724A JP 2001311724 A JP2001311724 A JP 2001311724A JP 2000130246 A JP2000130246 A JP 2000130246A JP 2000130246 A JP2000130246 A JP 2000130246A JP 2001311724 A JP2001311724 A JP 2001311724A
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soundness
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良浩 伊東
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a concrete soundness determination method capable of determining accurately the soundness of concrete even if anybody uses it, miniaturizing a device, and removing the restriction of a place where it can be used. SOLUTION: In this concrete soundness determination method, the concrete surface is hammered by a hammering means to generate vibration, and a hammering sound (vibration) propagated in the concrete is collected as aerial vibration by a microphone arranged on the position separated from the hammering position and converted into an electric signal, and the signal is analyzed to thereby determine the soundness of the concrete. The method is characterized by executing hammering by using a hammer having the known change with time of a hammering input value, and analyzing the known quantity of the hammering input and the hammering sound (vibration) propagated in the concrete, to thereby determine the concrete soundness.

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、コンクリート健全
度判定方法及び装置に関し、更に詳しくは、トンネルな
どのコンクリート構造物の内部に発生している亀裂や空
隙などの存在を外部からの非破壊検査で判定するのに利
用される方法及び装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for judging the degree of soundness of concrete, and more particularly, to non-destructive inspection of the presence of cracks and voids occurring inside a concrete structure such as a tunnel. And a method and apparatus used to make the determination.

【0002】[0002]

【従来技術】従来、コンクリートの健全度の判定は、検
査者が自ら叩くハンマーの打撃音を聴き取り亀裂や空隙
の存在を判定する方法で行われていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, the soundness of concrete has been determined by a method in which an inspector listens to the hammering sound of a hammer hitting himself and determines the presence of cracks or voids.

【0003】特公平4−10987号公報は、ハンマー
打撃を機械により行うと共に打撃音の採取をマイクロホ
ンで行う装置を開示している。この装置においては、打
撃音は、ハンマー打撃によって発生する打撃部分の振動
を空気振動(音)を介して採取される方式であり、ハン
マー打撃部からコンクリート内部を一定の距離で伝播
し、コンクリート内部の状態により変形された伝播振動
をピックアップするものではない。
Japanese Patent Publication No. 4-10987 discloses an apparatus in which hammering is performed by a machine and the sound of the hammering is collected by a microphone. In this device, the impact sound is a system in which the vibration of the impact portion generated by the impact of the hammer is sampled through the air vibration (sound), and propagates at a fixed distance from the hammer impact portion through the inside of the concrete. It does not pick up the propagation vibration deformed by the condition (1).

【0004】特許第3009543号公報は、コンクリ
ート表面を打撃して、該打撃音を解析する解析部による
解析によりコンクリートの健全度を判定する方法におい
て、打撃点から離れた位置に受音手段を配置してあり、
該受音手段は、コンクリート中を伝播した打撃音(振
動)を空気振動として採取するマイクロホンと、該マイ
クロホンが内装されるものであり、受音方向が開放され
ており略半球形のフード部材で構成される遮音部材とで
構成されており、コンクリート自体を伝播した伝播打撃
音を、前記遮音部材をコンクリート表面に近接ないし密
接させた前記受音手段が空気振動として採取し、前記解
析部により解析することを特徴とするコンクリート健全
度判定方法、並びに、コンクリート表面を打撃して、該
打撃音を解析することによりコンクリートの健全度を判
定する装置において、コンクリートを打撃する打撃手段
と、この打撃手段から離れた位置に配置する受音手段
と、採取した伝播打撃音を解析する解析部から成り、該
受音手段は、コンクリート中を伝播した打撃音(振動)
を空気振動として採取するマイクロホンと、該マイクロ
ホンが内装されるものであり、受音方向が開放されてお
り略半球形状のフード部材で構成される遮音部材で構成
されることを特徴とするコンクリート健全度判定装置、
を開示している。
[0004] Japanese Patent No. 3009543 discloses a method of judging the soundness of concrete by hitting the concrete surface and analyzing the hitting sound by an analysis unit, wherein a sound receiving means is arranged at a position distant from the hitting point. Have been
The sound receiving means includes a microphone that collects a striking sound (vibration) propagated through the concrete as air vibration, and a microphone in which the sound receiving direction is open, and is a substantially hemispherical hood member. The sound-absorbing member is constituted by a sound-absorbing member and the sound-absorbing sound transmitted through the concrete itself is sampled as air vibration by the sound-receiving means in which the sound-insulating member is close to or close to the concrete surface, and is analyzed by the analysis unit. A method for judging the soundness of concrete, and an apparatus for judging the soundness of concrete by hitting the surface of the concrete and analyzing the sound of the striking sound; A sound receiving means arranged at a position distant from the apparatus, and an analyzing unit for analyzing the collected propagation impact sound, wherein the sound receiving means is Propagation was striking sound through the door (vibration)
Concrete sound characterized by being provided with a microphone that collects air as air vibration, and a sound insulation member that is provided with the microphone and that has an open sound receiving direction and is formed of a substantially hemispherical hood member. Degree judgment device,
Is disclosed.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】自ら叩いたハンマー打
撃音を直に耳で聴取してコンクリートの健全度を判定す
る古典的な方法は、現在に至るまで依然として行われて
いるが、この方法で判定を行うには熟練を要し、また、
判定精度にもバラツキがあり、更に、判定に時間がかか
るという難点もある。
The classical method of judging the soundness of concrete by directly hearing the hammer hitting sound hit by oneself with the ear has been performed up to now, but this method has been used. Judgment requires skill, and
There is also a problem that the determination accuracy varies, and that the determination takes a long time.

【0006】ハンマー打撃を機械的に行い、打撃部分の
振動を空気振動としてマイクロホンで採取して行う前記
した特公平4−10987号公報に記載の装置では、打
撃部分に発生する被検査物の振動を検出するので、汚れ
の付着など打撃部分の表面の状態や、近傍に骨材などが
存在する場合に、判定結果にバラツキが生じ易く、同一
個所での多数回の打撃検査が必要であり能率の点に問題
がある。
In the apparatus described in Japanese Patent Publication No. 4-10987 described above, in which the hammering is mechanically performed and the vibration of the hitting part is sampled by a microphone as air vibration, the vibration of the inspection object generated in the hitting part is disclosed. The detection result is likely to vary when the surface condition of the impacted part such as the adhesion of dirt or the presence of aggregates in the vicinity, and it is necessary to perform multiple impact inspections at the same location. There is a problem in the point.

【0007】前記した特許第3009543号公報に示
されているコンクリート健全度判定方法及び装置は、上
記した諸方法及び装置の難点を克服するものであるが、
更に研究を続けると次のような改良の余地のあることが
判明した。即ち、この方法ないし装置では、打撃用のハ
ンマーとして、(A)打診に用いられている一般的なハ
ンマー、(B)前記特公平4−10987号公報記載の
球形ヘッドを有するハンマー、(C)略一定の打撃エネ
ルギーとなるように人手でなく機械的に打撃を行うハン
マー、を用いることが示されている。研究によると、
(A)及び(B)のハンマーによる打撃では、打撃する
位置による制約は避けられるが、ハンマー打撃に強弱の
差があるので打撃エネルギーが一定せず、出力である打
撃音との相関が不明確となり、判定結果にバラツキが発
生し易いとの知見が得られた。
[0007] The method and apparatus for judging the soundness of concrete disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 3009543 overcomes the disadvantages of the various methods and apparatuses described above.
Further research has shown that there is room for improvement as follows. That is, in this method or apparatus, as a hammer for hitting, (A) a general hammer used for percussion, (B) a hammer having a spherical head described in Japanese Patent Publication No. 4-10987, and (C). The use of a hammer that mechanically strikes, rather than manually, so as to obtain a substantially constant impact energy is disclosed. According to research,
In the hits by the hammer of (A) and (B), the restriction by the hitting position can be avoided. However, since there is a difference in the strength of the hammer, the hitting energy is not constant, and the correlation with the output hitting sound is unclear. It was found that the judgment results tended to vary.

【0008】また、(C)のハンマーは、装置が大掛か
りとなり、小型化の要請に答えることができないだけで
なく、打撃位置によっては利用が制約を受けることが判
明した。
Further, it has been found that the hammer of (C) requires a large-scale device and cannot respond to a demand for downsizing, and its use is restricted depending on the hitting position.

【0009】上記から明らかなように、本発明は、前記
特許第特許第3009543号公報に示されているコン
クリート健全度判定方法及び装置に利用される打撃手段
に、上記した観点から改良を加えることを課題とする。
As is apparent from the above, the present invention is to improve the impacting means used in the concrete soundness judging method and apparatus disclosed in Japanese Patent No. 3009543 from the above viewpoint. As an issue.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明は下記構成を有する。 1.コンクリート表面を打撃手段により打撃して振動を
生じさせ、この打撃位置から離れた位置に配置したマイ
クロホンにより、コンクリート中を伝播した打撃音(振
動)を空気振動として採取して電気信号に変換し、この
信号を解析することによりコンクリートの健全度を判定
する方法において、打撃入力値の時間変化が既知となる
ハンマーを用いて打撃を行い、この打撃入力の既知量と
コンクリート中を伝播した打撃音(振動)とを解析する
ことによりコンクリート健全度を判定することを特徴と
するコンクリート健全度判定方法。 2.打撃入力の既知量とコンクリート中を伝播した打撃
音(振動)とによる解析が、打撃入力最大振幅に対する
打撃音出力最大振幅の比(振幅比)、打撃入力値の実効
値と打撃音出力値の実効値の比(実効値比)、打撃入力
の周波数スペクトルと打撃音周波数スペクトルの間の伝
達関数の重心(周波数重心)、の何れかの一つ又はこれ
らの組み合わせをパラメーターとして行われることを特
徴とする前記1に記載のコンクリート健全度判定方法。 3.コンクリート表面を打撃手段により打撃して振動を
生じさせ、この打撃位置から離れた位置に配置したマイ
クロホンにより、コンクリート中を伝播した打撃音(振
動)を空気振動として採取して電気信号に変換し、この
信号を解析することによりコンクリートの健全度を判定
する装置において、打撃手段として打撃入力値の時間変
化が既知となるハンマーが利用されることを特徴とする
コンクリート健全度判定装置。 4.打撃手段が加速度計を内蔵したインパルスハンマー
であることを特徴とする前記3に記載のコンクリート健
全度判定装置。
The present invention for solving the above problems has the following constitution. 1. The concrete surface is struck by a striking means to generate vibration, and a microphone arranged at a position distant from the striking position collects striking sound (vibration) transmitted through the concrete as air vibration and converts it into an electric signal. In a method of judging the soundness of concrete by analyzing this signal, a hit is performed using a hammer having a known time change of a hit input value, and a known amount of the hit input and a hitting sound propagated through the concrete ( A concrete soundness determination method characterized in that the soundness of concrete is determined by analyzing vibration. 2. The analysis based on the known amount of impact input and the impact sound (vibration) propagated through the concrete yields the ratio of the maximum impact amplitude to the maximum impact amplitude (amplitude ratio) and the effective value of the impact input value and the impact sound output value. One of the ratio of the effective value (effective value ratio), the center of gravity of the transfer function between the frequency spectrum of the striking input and the frequency spectrum of the striking sound (frequency centroid), or a combination thereof is used as a parameter. The concrete soundness determination method according to the above item 1, wherein 3. The concrete surface is struck by a striking means to generate vibration, and a microphone arranged at a position distant from the striking position collects striking sound (vibration) transmitted through the concrete as air vibration and converts it into an electric signal. An apparatus for judging the soundness of concrete by analyzing this signal, wherein a hammer having a known time change of a hitting input value is used as a hitting means. 4. 4. The concrete soundness judging device according to the item 3, wherein the striking means is an impulse hammer having a built-in accelerometer.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係るコンクリー
ト健全度判定方法を行う装置の概略図で示したものであ
り、これによりコンクリートの健全度は次のように判定
される。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for performing a concrete soundness determining method according to the present invention, whereby the soundness of concrete is determined as follows.

【0012】判定を行おうとするコンクリート構造物1
0の表面に、フード21付きのマイクロホン20を配置
した状態で、マイクロホン20の配置位置から任意の距
離だけ離れたコンクリート構造物10の表面に打撃手段
30により打撃を加える。この打撃により生じた振動
は、コンクリート内部を伝播してマイクロホン20の位
置に伝わり、その上面の空気を振動させる。この空気振
動は音としてマイクロホン20によってピックアップさ
れて電気信号に変換され、ケーブル22を通じてパソコ
ン40に入力される。パソコン40には後述する計算式
に従って、各種の演算(解析)を行う演算部、記録部、
表示部などが備えられている。
Concrete structure 1 to be judged
In a state where the microphone 20 with the hood 21 is arranged on the surface 0, the striking means 30 strikes the surface of the concrete structure 10 which is at an arbitrary distance from the position where the microphone 20 is arranged. The vibration generated by this impact propagates inside the concrete and is transmitted to the position of the microphone 20 to vibrate the air on the upper surface. This air vibration is picked up by the microphone 20 as sound, converted into an electric signal, and input to the personal computer 40 through the cable 22. In the personal computer 40, an operation unit for performing various operations (analysis) according to a calculation formula described later, a recording unit,
A display unit and the like are provided.

【0013】マイクロホン20は、前述したように、打
撃によりその周囲に直接生じる空気振動(音)を直接ピ
ックアップするのではなく、コンクリート中を伝播した
振動によりマイクロホン20の配置位置に発生する空気
振動(音)をピックアップするものである。このため、
打撃によりその周囲に直接生じる空気振動(音)や周囲
の雑音をピックアップしないように、フード21により
周囲が囲まれ遮音されていることが好ましい。
As described above, the microphone 20 does not directly pick up the air vibration (sound) generated directly around the microphone 20 by the impact, but generates the air vibration (sound) generated at the position of the microphone 20 by the vibration propagated in the concrete. Sound). For this reason,
The hood 21 preferably surrounds and is sound-insulated so as not to pick up air vibrations (sound) or ambient noise directly generated by the impact.

【0014】本発明の特徴の一つは、打撃手段30とし
て加速度計を内蔵したインパルスハンマーを利用する点
にある。インパルスハンマーを利用することにより、装
置全体を小型化することができるだけでなく、人力によ
りハンマー打撃を行うことが可能となり、また、インパ
ルスハンマー入力値及び打撃音出力値間の振幅比、実効
値比、伝達関数の重心(周波数重心)を求めることがで
き、これにより、打撃エネルギーが既知量となり、ま
た、打撃入力の周波数特性が明らかとなり、コンクリー
ト構造物内部の状態をより正確に判定することが可能と
なる。
One of the features of the present invention resides in that an impulse hammer incorporating an accelerometer is used as the striking means 30. By using an impulse hammer, not only can the entire device be miniaturized, but also it is possible to perform hammering with human power, and the amplitude ratio between the impulse hammer input value and the hitting sound output value, the effective value ratio The center of gravity of the transfer function (frequency center of gravity) can be obtained, whereby the impact energy becomes a known amount, and the frequency characteristic of the impact input becomes clear, so that the state inside the concrete structure can be determined more accurately. It becomes possible.

【0015】利用できるインパルスハンマーとしては、
打撃力を電圧などで出力できる構成を有するハンマー
で、対象とする構造物によってハンマーの大きさ(打撃
力)を変えることができるものであれば、いずれのもの
も用いることができる。
Available impulse hammers include:
Any hammer having a configuration capable of outputting a striking force with a voltage or the like can be used as long as the size (striking force) of the hammer can be changed depending on the target structure.

【0016】本発明の次なる特徴は、打撃入力値と打撃
音出力値を用いた解析を行う点にある。具体的には、
A:打撃入力最大振幅に対する打撃音出力最大振幅の比
(振幅比)をパラメータとして用いることにより、大振
幅の振動が生じ易い個所をより正確に判定できるように
する。B:打撃入力値の実効値と打撃音出力値の実効値
の比(実効値比)をパラメータとすることにより、残響
の大きな振動が生じ易い個所をより正確に判定できるよ
うにする。C:打撃入力の周波数スペクトルと打撃音周
波数スペクトルの伝達龍関の中心(周波数重心)を計算
することにより、構造物や部材の周波数特性を評価でき
るようにする。その詳細は後述する。
The next feature of the present invention resides in that an analysis using a hitting input value and a hitting sound output value is performed. In particular,
A: By using the ratio (amplitude ratio) of the maximum impact sound output amplitude to the maximum impact input amplitude as a parameter, it is possible to more accurately determine a location where large amplitude vibration is likely to occur. B: By using the ratio of the effective value of the striking input value and the effective value of the striking sound output value (effective value ratio) as a parameter, it is possible to more accurately determine a portion where large reverberation vibration is likely to occur. C: Transmission of the frequency spectrum of the striking input and the frequency spectrum of the striking sound The frequency characteristics of structures and members can be evaluated by calculating the center (frequency center of gravity) of Rongguan. The details will be described later.

【0017】本発明の理解のために、打撃検査における
振動、振動の伝播、音について説明する。
For the purpose of understanding the present invention, vibration, propagation of vibration and sound in the impact inspection will be described.

【0018】人が耳で感じられる音とは、通常20Hz
〜20kHzの周波数の空気振動である。この空気振動
が耳の鼓膜を振動させると音として感知されるが、本発
明が対象とするコンクリート健全度判定における打音法
は、測定対象であるコンクリート構造物の表面を打撃し
たときに生じる空気振動を音響機器により測定しようと
するものである。打撃により生じる打撃音は、その構造
物の表面振動と非常に強い相関があり、これによって対
象構造物の物性値や形状、欠陥の有無など種々の特徴が
把握できる。
The sound that can be felt by human ears is usually 20 Hz
Air vibration at a frequency of 2020 kHz. This air vibration is sensed as a sound when the eardrum vibrates, but the tapping method in the concrete soundness determination which is the target of the present invention is based on the air generated when the surface of the concrete structure to be measured is hit. Vibration is to be measured by acoustic equipment. The impact sound generated by the impact has a very strong correlation with the surface vibration of the structure, whereby various characteristics such as the physical property value, shape, and presence or absence of a defect of the target structure can be grasped.

【0019】ここで注意すべき点は、打撃時に生じる音
の全てが重要なのではないことである。その理由を説明
するために、打撃物(ハンマーなど)と被打撃物(コン
クリート構造物)が衝突するときに発生する衝突音につ
いてやや詳細に考えるとすれば、打撃音を大きく以下の
ように二つに分けることができる。
It should be noted that not all of the sounds produced when hit are important. In order to explain the reason, if the impact sound generated when a hit object (hammer or the like) collides with the hit object (concrete structure) is considered in some detail, the hitting sound is greatly increased as follows. Can be divided into two.

【0020】打撃物と被打撃物の接触による接触面の
変形により発生する音 変形により発生した弾性波の伝播によって打撃物及び
被打撃物の各部から発生する音 図2−Aに示すように、上記の打撃物の接触により発
生する音は、被打撃物の局部的な性状を表わしており、
の伝播によって生じる音は、図2−Bに示すように、
弾性波によって励起された部材の固有周波数など、対象
物の全体の平均的な性状を示していると考えられる。
The sound generated by the deformation of the contact surface due to the contact between the hit object and the hit object The sound generated from each part of the hit object and the hit object by the propagation of the elastic wave generated by the deformation, as shown in FIG. The sound generated by the contact of the above-mentioned struck object indicates the local properties of the struck object,
The sound produced by the propagation of
This is considered to indicate the average properties of the entire object such as the natural frequency of the member excited by the elastic wave.

【0021】コンクリートがモルタルと粗骨材という不
均質材料で構成されていることを考えると、局部的な発
生音はバラツキがより大きいものと思われるので、打撃
音として測定されるべきものとしては、上記の伝播し
た振動による音より構造物の各部からの放射音の方が適
当であると考えられる。逆にそれ以外の音はできるだけ
採取しないようにすることが望ましいと考えられる。
Considering that concrete is composed of heterogeneous materials such as mortar and coarse aggregate, the locally generated sound is considered to have a greater variation. It is considered that the sound radiated from each part of the structure is more appropriate than the sound caused by the propagated vibration. Conversely, it is considered desirable not to collect other sounds as much as possible.

【0022】打撃音のような過渡的な音を表わす基本的
な特性としては、振動・周波数・減衰・位相などが挙げ
られる。ここで、コンクリート構造物のような長大な構
造物を対象とすることを考えると、膨大な測定結果を個
々に波形分析することは困難であり、また、境界条件な
どが明確でないことが多いために振動理論などを用いて
の分析が行いにくい場合が多い。そこで、得られる打撃
音を簡単なパラメータに置き換えて、パラメータの面的
な分布や時間変化を評価する方法が有効であると考えら
れる。そこで、上記の特性の内、振幅・周波数・減衰に
焦点を絞り、以下に示すような振幅比・実効値比・周波
数重心の三つのパラメータを考える。尚、この方法で
は、打撃は人力で行うが、上記したように加速度計を内
蔵したインパルスハンマーを使用する。
Basic characteristics representing a transient sound such as an impact sound include vibration, frequency, attenuation, phase, and the like. Considering long structures such as concrete structures, it is difficult to analyze a huge amount of measurement results individually, and the boundary conditions are often not clear. It is often difficult to perform analysis using vibration theory or the like. Therefore, it is considered effective to replace the obtained striking sound with a simple parameter and evaluate the area distribution and time change of the parameter. Therefore, of the above characteristics, focusing on the amplitude, frequency, and attenuation, three parameters of an amplitude ratio, an effective value ratio, and a frequency center of gravity as described below are considered. In this method, the impact is performed manually, but an impulse hammer with a built-in accelerometer is used as described above.

【0023】これは、打撃毎の打撃エネルギーを測定し
て、この違いによる影響を取り除いたパラメータとする
ためである。
This is because the impact energy for each impact is measured, and the impact energy is removed to obtain a parameter.

【0024】先ず、図3に従って、振幅比(Am/A
i)を説明する。打撃音最大振幅値(Am)をインパル
スハンマー加力振幅最大値(Ai)で除した値で、振動
の大きさを示すパラメータである。尚、インパルスハン
マーは加力値或いは加速度、打撃音は音圧とそれぞれ較
正係数を乗じて物理量に変換する必要があり、本来は、
振幅比や下記の実効値比は単位打撃力当たりの出力音圧
(単位Pa/N)などで示されるべきものであるが、図
3に示す値は、測定装置からの電圧出力値での比較にな
っている
First, according to FIG. 3, the amplitude ratio (Am / A
i) will be described. This is a parameter indicating the magnitude of vibration, which is a value obtained by dividing the maximum impact sound amplitude value (Am) by the maximum impulse hammer force amplitude value (Ai). In addition, the impulse hammer needs to be converted into physical quantity by multiplying the applied value or acceleration, and the impact sound by the sound pressure and the calibration coefficient, respectively.
The amplitude ratio and the following effective value ratio should be indicated by the output sound pressure per unit impact force (unit: Pa / N), etc., but the values shown in FIG. 3 are compared with the voltage output values from the measuring device. It has become

【0025】図4に従って、実効値比(Rm/Ri)を
説明する。一定時間における打撃音実効値(Rm)を、
インパルスハンマー加力実効値で除した値で、振動の大
きさ及び減衰の大きさを示すパラメータである。実効値
の計算は、次式(2.1)による。
The effective value ratio (Rm / Ri) will be described with reference to FIG. The effective value (Rm) of the impact sound over a certain period of time
It is a parameter indicating the magnitude of vibration and the magnitude of damping, divided by the impulse hammer applied effective value. The calculation of the effective value is based on the following equation (2.1).

【0026】[0026]

【数1】 (Equation 1)

【0027】ここで、R:実効値、a:振幅、t
:実効値を算定する開始時刻及び終了時刻を表わ
す。
Here, R: effective value, a: amplitude, t 1 ,
t 2 : Start time and end time for calculating the effective value.

【0028】図5に従って、周波数重心(F)を説明す
る。
The frequency center of gravity (F) will be described with reference to FIG.

【0029】測定範囲の周波数スペクトルの重心(F)
を計算したもので、音色の高低を示すパラメータであ
る。ここでは、入力であるインパルスハンマーの周波数
スペクトルと打撃音周波数スペクトル間の伝達関数の重
心を求める。伝達関数とは、入出力間の中間媒体の周波
数特性を示すもので、ここでは覆工コンクリート(+コ
ンクリート〜マイクロホン間の空気層)の周波数特性を
示す。
Center of gravity (F) of frequency spectrum in measurement range
Is a parameter indicating the tone level. Here, the center of gravity of the transfer function between the frequency spectrum of the input impulse hammer and the frequency spectrum of the impact sound is determined. The transfer function indicates a frequency characteristic of an intermediate medium between input and output, and here indicates a frequency characteristic of lining concrete (+ air layer between concrete and microphone).

【0030】周波数重心の算定は次式(2.2)によ
る。
The calculation of the frequency center of gravity is based on the following equation (2.2).

【0031】[0031]

【数2】 (Equation 2)

【0032】ここで、F:周波数重心、A:周波数振
幅、f:周波数を表わす。
Here, F: frequency center of gravity, A: frequency amplitude, and f: frequency.

【0033】次に、打撃音パラメータと覆工コンクリー
トの欠陥との関係を説明する。打撃音の内、振幅比・実
効値比・周波数重心の三つのパラメータが変化するよう
な因子をトンネル覆工コンクリートの種々の状態との関
連について考える。実際のトンネル覆工は内部や背面状
態が様々で複雑な構造を持っていることは明らかである
が、簡単にするために1質点系モデルにおける自由振動
を例にとって考える。1質点系モデルにおいて衝撃力P
が作用した後の自由振動は次式2.3で表わすことがで
きる。
Next, the relationship between the impact sound parameter and the defect of the lining concrete will be described. Factors that change three parameters of the impact sound such as amplitude ratio, effective value ratio, and frequency center of gravity are considered in relation to various states of the tunnel lining concrete. It is clear that the actual tunnel lining has a complicated structure with various internal and rear states, but for simplicity, the free vibration in a one-mass system model will be considered as an example. Impact force P in one-mass system model
Can be expressed by the following equation 2.3.

【0034】[0034]

【数3】 (Equation 3)

【0035】ここで、M:質量、C:減衰係数、K:バ
ネ定数、u:変位、
Where M: mass, C: damping coefficient, K: spring constant, u: displacement,

【0036】[0036]

【数4】 (Equation 4)

【0037】を示す。 (1)振幅比と欠陥との関係 打撃音の振幅がコンクリート構造物の表面の加速度と強
い関連があることが考えられるので、式(2.3)を変
形して、次式(2.4)とすれば、質点の質量
Is shown. (1) Relationship between Amplitude Ratio and Defect Since it is considered that the amplitude of the impact sound is strongly related to the acceleration of the surface of the concrete structure, the equation (2.3) is modified to obtain the following equation (2.4) ) Is the mass of the mass

【0038】[0038]

【数5】 (Equation 5)

【0039】が加速度的に大きな影響を及ぼすことがわ
かる。構造物の状態として、被打撃点の質量が関係する
ような欠陥や劣化現象としては、 a.全体の構造から剥離しかけているような個所、 b.部材寸法が他と比較して不足するよう個所、 などが考えられる。従って、構造上一定の形状であると
判断される位置で、他の個所と比較して振幅比の大きな
個所があるとすれば、上記のような欠陥が存在する可能
性が高いと考えられる。
It can be seen that acceleration has a large effect on acceleration. Defects and deterioration phenomena related to the mass of the hit point as the state of the structure include: a. Places that are about to peel off from the overall structure, b. There may be places where member dimensions are insufficient compared to others. Therefore, if there is a portion where the amplitude ratio is larger than other portions at a position where the structure is determined to have a constant shape, it is considered that there is a high possibility that the above-described defect exists.

【0040】(2)実効値比と欠陥の関係 実効値に関しては、前述のように波の減衰特性の指標と
して判断する。式(2.3)で減衰係数Cがゼロであれ
ば、打撃を与えた構造物は永久に振動し続ける。然し、
実際には空気などに接触しているための粘性減衰、振動
が繰り返される間に内部で熱が発生することによる履歴
減衰、振動する系に摩擦などが生じる摩擦減衰、振動中
にエネルギーの一部が逸散する逸散減衰などが生じる。
特に、逸散減衰に着目して、打撃点付近の減衰特性が関
係するような欠陥や劣化現象を考えると、 a.密実であるべき個所に弾性波の反射する空洞や低密
度の材料が存在するような個所、 b.逆に中空にあるべき個所に水や土砂などが充填され
ているるような個所、 c.ひび割れなどに囲まれている個所、 などが考えられる。構造物の用途や形状によるが、一般
的には減衰が小さく振動が継続するような個所は欠陥が
存在する可能性が高いと考えられる。
(2) Relationship between effective value ratio and defect The effective value is determined as an index of the wave attenuation characteristic as described above. If the damping coefficient C is zero in the equation (2.3), the struck structure continues to vibrate forever. But
Actually, viscous damping due to contact with air, etc., hysteresis damping due to internal heat generation during repeated vibration, friction damping that causes friction in the oscillating system, part of energy during vibration Is dissipated.
In particular, focusing on the dissipation decay, considering defects and deterioration phenomena related to the damping characteristic near the impact point, a. Where there are cavities or low-density material that reflects elastic waves where there is to be solid; b. Conversely, places where water, earth and sand, etc. are filled in places that should be hollow, c. A place surrounded by cracks, etc. can be considered. Although it depends on the use and shape of the structure, it is generally considered that there is a high possibility that a defect is present in a place where the damping is small and the vibration continues.

【0041】(3)周波数重心と欠陥との関係 1質点系モデルでは、モデルの固有周波数fは、次式
(2.5)で計算される。
(3) Relationship between frequency centroid and defect In a one-mass system model, the natural frequency f of the model is calculated by the following equation (2.5).

【0042】[0042]

【数6】 (Equation 6)

【0043】従って、バネ定数Kが小さいほど周波数の
低い値が得られる。構造物において、バネ定数に関係す
る欠陥や劣化現象を考えると、 a.コンクリートの弾性係数の低下が認められる個所、 b.部材厚さが他と比較して薄い、或いは断面欠損など
により断面2次モーメントが小さい個所、 c.ひび割れなどのために剛性低下を起こしている個
所、などが考えられ、周波数重心が低周波数側にあるよ
うな個所では欠陥が存在する可能性が高いと考えられ
る。
Therefore, the lower the spring constant K, the lower the frequency. Considering defects and deterioration phenomena related to the spring constant in a structure, a. Where a decrease in the elastic modulus of concrete is observed, b. Places where the member thickness is smaller than others or where the second moment of area is small due to cross-sectional defects, etc .; c. It is considered that there is a place where the rigidity is reduced due to a crack or the like, and it is considered that there is a high possibility that a defect exists in a place where the frequency center of gravity is on the low frequency side.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明によれば、誰が利用してもコンク
リートの健全度を精度よく判定することができ、また、
装置を小型化できるので、利用できる場所に制約がな
く、頭記した課題が解決される。
According to the present invention, the soundness of concrete can be determined with high accuracy no matter who uses it.
Since the device can be miniaturized, there are no restrictions on where it can be used, and the problems described above are solved.

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

【図1】本発明に係る装置の概念図FIG. 1 is a conceptual diagram of an apparatus according to the present invention.

【図2】打撃音を示す概念図FIG. 2 is a conceptual diagram showing a striking sound.

【図3】振幅比の説明図FIG. 3 is an explanatory diagram of an amplitude ratio.

【図4】実効値比の説明図FIG. 4 is an explanatory diagram of an effective value ratio;

【図5】周波数重心の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of a frequency center of gravity.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10−コンクリート構造物 20−マイクロホン 21−フード 22−ケーブル 30−打撃手段 40−パソコン Reference Signs List 10-Concrete structure 20-Microphone 21-Hood 22-Cable 30-Striking means 40-PC

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Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】コンクリート表面を打撃手段により打撃し
て振動を生じさせ、この打撃位置から離れた位置に配置
したマイクロホンにより、コンクリート中を伝播した打
撃音(振動)を空気振動として採取して電気信号に変換
し、この信号を解析することによりコンクリートの健全
度を判定する方法において、打撃入力値の時間変化が既
知となるハンマーを用いて打撃を行い、この打撃入力の
既知量とコンクリート中を伝播した打撃音(振動)とを
解析することによりコンクリート健全度を判定すること
を特徴とするコンクリート健全度判定方法。
An impact is generated by striking a concrete surface with a striking means to generate vibration, and a striking sound (vibration) propagated through the concrete is collected as air vibration by a microphone disposed at a position distant from the striking position. In a method of determining the soundness of concrete by converting the signal into a signal and analyzing the signal, a hit is performed using a hammer having a known time change of the hit input value, and the hit amount and the known amount of the hit input and the concrete are compared. A concrete soundness judging method, characterized by judging the soundness of concrete by analyzing the transmitted impact sound (vibration).
【請求項2】打撃入力の既知量とコンクリート中を伝播
した打撃音(振動)とによる解析が、打撃入力最大振幅
に対する打撃音出力最大振幅の比(振幅比)、打撃入力
値の実効値と打撃音出力値の実効値の比(実効値比)、
打撃入力の周波数スペクトルと打撃音周波数スペクトル
の間の伝達関数の重心(周波数重心)、の何れかの一つ
又はこれらの組み合わせをパラメーターとして行われる
ことを特徴とする請求項1に記載のコンクリート健全度
判定方法。
2. An analysis based on a known amount of a percussion input and a percussion sound (vibration) propagating in concrete, the ratio of the percussion output maximum amplitude to the percussion input maximum amplitude (amplitude ratio), the effective value of the percussion input value and Ratio of the effective value of the impact sound output value (effective value ratio),
2. The concrete soundness according to claim 1, wherein any one of a center of gravity (frequency center of gravity) of a transfer function between a frequency spectrum of the impact input and a frequency spectrum of the impact sound or a combination thereof is used as a parameter. Degree judgment method.
【請求項3】コンクリート表面を打撃手段により打撃し
て振動を生じさせ、この打撃位置から離れた位置に配置
したマイクロホンにより、コンクリート中を伝播した打
撃音(振動)を空気振動として採取して電気信号に変換
し、この信号を解析することによりコンクリートの健全
度を判定する装置において、打撃手段として打撃入力値
の時間変化が既知となるハンマーが利用されることを特
徴とするコンクリート健全度判定装置。
The surface of the concrete is struck by a striking means to generate vibrations, and a striking sound (vibration) propagated through the concrete is sampled as air vibrations by a microphone arranged at a position distant from the striking position to generate electricity. In a device for converting the signal into a signal and analyzing the signal to determine the soundness of the concrete, a hammer having a known time change of a hitting input value is used as a hitting means, wherein the concrete soundness determining device is used. .
【請求項4】打撃手段が加速度計を内蔵したインパルス
ハンマーであることを特徴とする請求項3に記載のコン
クリート健全度判定装置。
4. The concrete soundness judging device according to claim 3, wherein the striking means is an impulse hammer having a built-in accelerometer.
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