JP2003315317A - コンクリート構造物の監視システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリート構造物に使用されている緊張材
の破断を長期にわたって精度良く且つ経済的に監視し得
るシステムを提供すること。 【解決手段】 コンクリート構造物に設置された複数の
測定ユニットとメイン処理装置とから構成され、上記測
定ユニットは、弾性波を検出するセンサーと、該センサ
ーが検出したデータを記憶するメモリと、センサーが基
準値を越える弾性波を検出した場合にその旨をメイン処
理装置に送信する処理、及びメイン処理装置からの指示
によりメモリに記憶されたデータを送信する処理を行う
制御部とを備え、上記メイン処理装置は、測定ユニット
から上記基準値を越える弾性波を検出した旨の送信を受
けた場合に各測定ユニットに対してメモリに記憶された
データを送信する指示を行うと共に、各測定ユニットか
ら送信されたデータを解析する処理を行うシステムとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート構造
物の監視システムに関し、特に、道路橋や鉄道橋などの
大型プレストレストコンクリート構造物に使用されてい
る緊張材の破断を、長期にわたって精度良く且つ経済的
に監視し得るコンクリート構造物の監視システムに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】例えば、道路橋や鉄道橋な
どのコンクリート構造物は、経時的な繰り返し荷重を受
けるため、緊張材を埋設したプレストレストコンクリー
ト構造物が使用されている。このようなプレストレスト
コンクリート構造物において、緊張材の破断を検知する
ことは、構造物全体の崩壊を事前に予測できることから
非常に重要となる。

【０００３】ここで、プレストレストコンクリート構造
物の内部に埋設されている緊張材の破断などを検知する
手法としては、従来よりアコースティック・エミッショ
ン（以下、ＡＥと略記する）法が知られている。このＡ
Ｅ法とは、固体が変形もしくは破壊する際に開放される
エネルギーによって生じる弾性波を検出し、該弾性波を
解析することによりコンクリート構造物などの異常を診
断する手法である。

【０００４】このＡＥ法によって、プレストレストコン
クリート構造物の内部に埋設されている緊張材の破断を
検知しようとする場合には、これまでの多くは緊張材が
埋設されている部位近傍にＡＥセンサーを設置し、該Ａ
Ｅセンサーの出力を、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ、波形
記録装置などが内蔵されたＡＥ計測装置にケーブルにて
導く構成が採用されている。

【０００５】しかし、この構成を、道路橋や鉄道橋など
の大型プレストレストコンクリート構造物に対して実施
した場合、センサーから計測装置までの距離が非常に長
いものとなり、接続ケーブルを伝播する段階での信号の
減衰が甚だしく、またノイズが大きくなって誤った判断
をしてしまう可能性が大きい。また、該コンクリート構
造物に埋設された緊張材の破断は、長期にわたって監視
する必要があり、常時長いケーブルによってセンサーの
検知情報を計測装置に導く構成は、電力消費量が多くな
って経済的ではない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、道路橋や鉄道橋
などの大型プレストレストコンクリート構造物に使用さ
れている緊張材の破断をも、長期にわたって精度良く且
つ経済的に監視し得るコンクリート構造物の監視システ
ムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成するため、プレストレストコンクリート構造物に
設置された複数の測定ユニットと、前記測定ユニットの
各々と電気的に接続されたメイン処理装置とから構成さ
れ、上記測定ユニットは、上記コンクリート構造物中を
伝播する弾性波を検出するセンサーと、該センサーが検
出した弾性波に関するデータを記憶するメモリと、前記
センサーが基準値を越える弾性波を検出した場合にその
旨を上記メイン処理装置に送信する処理、及び上記メイ
ン処理装置からの指示により前記メモリに記憶されたデ
ータを上記メイン処理装置に送信する処理を行う制御部
とを各々備え、上記メイン処理装置は、上記いずれかの
測定ユニットから上記基準値を越える弾性波を検出した
旨の送信を受けた場合に各測定ユニットに対して上記メ
モリに記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、
各測定ユニットから送信されたデータを解析し、上記コ
ンクリート構造物中に埋設された緊張材の破断位置を特
定して警告表示をする処理を行うコンクリート構造物の
監視システムとした。

【０００８】上記した本発明にかかるコンクリート構造
物の監視システムによれば、プレストレストコンクリー
ト構造物に設置された複数の測定ユニットの各々に、該
コンクリート構造物中を伝播する弾性波を検出するセン
サーと、該センサーが検出した弾性波に関するデータを
記憶するメモリとが設けられているため、各測定ユニッ
トのセンサーが検出した弾性波に関するデータは、減衰
することなく且つノイズが大幅に低減された状態で各測
定ユニットのメモリに即座に記憶されることとなる。ま
た、遠く離れた位置に置かれることとなる各測定ユニッ
トとメイン処理装置との間の情報伝達は、いずれかの測
定ユニットのセンサーが基準値を越える弾性波を検出し
た場合となるため、常時長いケーブルによってセンサー
の検知情報を計測装置に導く従来の技術に比し、大幅に
電力消費量を削減できることとなる。更に、メイン処理
装置は、各測定ユニットから送信されたデータを解析
し、プレストレストコンクリート構造物中に埋設された
緊張材の破断位置を特定して警告表示をする処理を行う
ため、該コンクリート構造物の管理者は、この情報から
該コンクリート構造物の異常位置を即座に判断すること
ができる。上記のようなことから、本発明にかかるコン
クリート構造物の監視システムは、プレストレストコン
クリート構造物に使用されている緊張材の破断を、長期
にわたって精度良く且つ経済的に監視し得るシステムと
なる。

【０００９】ここで、上記本発明において、上記メイン
処理装置は、定期或いは不定期に、上記各測定ユニット
に対してメモリに記憶されたデータを送信する指示を行
うと共に、各測定ユニットから送信されたデータを解析
し、各測定ユニットの異常診断を行うと共に、異常な測
定ユニットが存在した場合に警告表示をする処理をも行
うものとすることが好ましい。これは、コンクリート構
造物に設置された測定ユニット、特にセンサーは、コン
クリート構造物が道路橋や鉄道橋などの場合には常時振
動などの外力を受けるため、設置部位からの浮き或いは
故障などが生じ易く、長期にわたって使用する場合の信
頼性が乏しい。そこで、定期或いは不定期に、メイン処
理装置によって一括した状態で各測定ユニットの自己診
断処理を行うことができるシステムとすることは、長期
にわたって精度良く且つ経済的にコンクリート構造物を
監視できるシステムを維持できこととなるために好まし
い。

【００１０】なお、上記本発明において言うコンクリー
ト構造物は、緊張材が使用されているプレストレストコ
ンクリート構造物であれば特に限定されるものはない
が、道路や鉄道などの橋梁，高層ビル，ダム，トンネル
などが挙げられる。また、上記本発明で言うセンサーと
は、固体が変形もしくは破壊する際に開放されるエネル
ギーによって生じる弾性波を検出するセンサーであっ
て、ＡＥセンサー，超音波センサー，加速度センサー，
マイクロフォンなどが挙げられる。更に、上記本発明に
おいて行う警告表示は、警告灯の点灯，警告音の発報，
モニター画面への警告表示など、その方法は特に限定さ
せるものではない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、上記した本発明にかかるコ
ンクリート構造物の監視システムの一例を、図面に基づ
いて詳細に説明する。

【００１２】図１及び図２は、本発明にかかるコンクリ
ート構造物の監視システムを、高速道路の橋梁の監視に
適用した場合の実施の形態を概念的に示した図である。

【００１３】同図において、１は橋梁全体を示し、２は
橋脚、３は橋脚２，２間に差し渡された橋桁、４は橋桁
３，３間に充填された間詰めコンクリート、５は舗装コ
ンクリート板、６は高欄である。上記橋桁３は、経時的
な繰り返し荷重に耐えられるよう、緊張材７を複数本
（図においては１本のみ表示）埋設したプレストレスト
コンクリート構造物とされている。

【００１４】上記橋桁３には、図１及び図２に示したよ
うに適当な間隔をあけて複数個の測定ユニット１０が設
置されている。この測定ユニット１０の各々は、緊張材
７が埋設された部位近傍に設置されていると共に、図１
〜図３に示したようにケーブルＫ、或いは図４に示した
ようにアンテナＡによって遠く離れた位置に設置された
メイン処理装置２０と電気的に接続されている。

【００１５】上記測定ユニット１０の各々には、図５に
示したように橋桁３内を伝播する弾性波を検出するＡＥ
センサー１１、該ＡＥセンサー１１の出力を増幅する増
幅器１２、該増幅器１２からの出力をデジタル化するＡ
／Ｄコンバータ１３、前記デジタル化された弾性波に関
するデータを記憶するメモリ（例えば、シフトレジス
タ）１４、後記する制御を行う制御部（例えば、プログ
ラマブルコントローラ）１５、前記制御部１５によって
制御される警告灯１６及び送受信手段１７が設けられて
いる。

【００１６】また、上記メイン処理装置２０には、図６
に示したように後記する処理を行うパーソナルコンピュ
ータ２１、該パーソナルコンピュータ２１によって制御
される送受信手段２２及びメイン警告灯２３が設けられ
ている。

【００１７】上記測定ユニット１０に設けられた制御部
１５は、上記ＡＥセンサー１１が検出した弾性波に関す
るデータを、常時比較器（図示せず）において基準値
（例えば、緊張材の破断に基づく弾性波に関するデータ
の最小値）と比較し、該基準値を越える弾性波がＡＥセ
ンサー１１によって検出された場合には、上記警告灯１
６を点灯させる制御を行うと共に、上記送受信手段１７
を介してその旨をメイン処理装置２０に送信する制御を
行う。また、上記制御部１５は、上記送受信手段１７を
介してメイン処理装置２０からデータ送信指示を受けた
場合には、その前後の所定時間内にメモリ１４に記憶さ
れた弾性波に関するデータを、上記送受信手段１７を介
してメイン処理装置２０に送信する制御を行う。

【００１８】一方、上記メイン処理装置２０のパーソナ
ルコンピュータ２１は、上記送受信手段２２を介して上
記いずれかの測定ユニット１０から基準値を越える弾性
波を検出した旨の送信を受けた場合に、該基準値を越え
る弾性波を検出した測定ユニット１０を中心とした所定
範囲内にある各測定ユニット１０に対して、或いは該メ
イン処理装置２０と電気的に接続された全ての各測定ユ
ニット１０に対してメモリ１４に記憶されたデータを送
信する指示を上記送受信手段２２を介して行うと共に、
各測定ユニット１０から送信されたデータを上記送受信
手段２２を介して受信し、該受信したデータを解析して
橋桁３に埋設された緊張材７の破断位置を特定すると共
に、上記メイン警告灯２３を点灯させる処理を行う。な
お、上記緊張材７の破断位置の特定は、例えば、パーソ
ナルコンピュータ２１が、受信したデータから各測定ユ
ニット１０の各々が緊張材７の破断に基づく弾性波を検
知した時間差を求め、該時間差と各測定ユニット１０の
設置位置との関係から、どの位置で緊張材７の破断が生
じたかを計算する処理を行うことにより特定できる。

【００１９】また、上記パーソナルコンピュータ２１
は、定期（例えば、半年間隔）、或いは不定期（例え
ば、構造物管理者が診断を命じた時）に、上記全ての各
測定ユニット１０に対してメモリ１４に記憶されたデー
タを送信する指示を上記送受信手段２２を介して行うと
共に、各測定ユニット１０から送信されたデータを上記
送受信手段２２を介して受信し、該受信したデータを解
析して各測定ユニット１０の異常診断の処理を行うと共
に、異常な測定ユニット１０が存在する場合に上記メイ
ン警告灯２３を点灯させる処理をも行う。この各測定ユ
ニット１０の異常診断の処理は、例えば、パーソナルコ
ンピュータ２１が、受信したデータから各測定ユニット
１０の各々が日常的に発生している車の走行などにより
生じる微弱な弾性波を検知しているか否かを検出し、何
らの弾性波も検知していない測定ユニット１０、及び他
の測定ユニット１０と明らかに異なる検知データの測定
ユニット１０は異常と判断する処理を行うことにより診
断できる。

【００２０】上記構成の本発明にかかるコンクリート構
造物の監視システムは、次のような流れで高速道路の橋
梁１を監視することとなる。

【００２１】高速道路の橋梁１の橋桁３に設置された複
数の測定ユニット１０は、その各々の測定ユニット１０
に設けられたＡＥセンサー１１によって橋桁３内を伝播
する弾性波を常時検出すると共に、この検出された弾性
波に関するデータは、各々の測定ユニット１０に設けら
れたメモリ１４に即座に記憶される。

【００２２】また、各々の測定ユニット１０に設けられ
た制御部１５は、上記各々の測定ユニット１０に設けら
れたＡＥセンサー１１が検出した弾性波に関するデータ
を常時監視し、該ＡＥセンサー１１が基準値を越える弾
性波、即ち緊張材７の破断に基づく弾性波を検出した場
合には、その旨を上記メイン処理装置２０に送信する。

【００２３】いずれかの測定ユニット１０から上記基準
値を越える弾性波を検出した旨の送信を受けたメイン処
理装置２０は、各測定ユニット１０に対してメモリ１４
に記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測
定ユニット１０から送信されたデータを解析し、橋桁３
に埋設された緊張材７の破断位置を特定すると共に、メ
イン警告灯２３を点灯させて管理者に異常を知らせる。

【００２４】また、上記メイン処理装置２０は、定期或
いは不定期に、上記各測定ユニット１０に対してメモリ
１４に記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、
各測定ユニット１０から送信されたデータを解析し、各
測定ユニット１０の異常診断を行うと共に、異常な測定
ユニット１０が存在する場合には、メイン警告灯２３を
点灯させて管理者に知らせる。

【００２５】以上、本発明にかかるコンクリート構造物
の監視システムの一実施の形態につき説明したが、本発
明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更
が可能であることは当然である。

【００２６】例えば、上記実施の形態においては、各測
定ユニット１０に増幅器１２、Ａ／Ｄコンバータ１３を
設け、メモリ１４にデジタル化された弾性波に関するデ
ータが先ず直接記憶されるように構成したが、図７に示
したように制御部１５がデジタル化された弾性波に関す
るデータを先ずチェックした後にメモリ１４に記憶させ
る構成としても良い。この場合、制御部１５が基準値を
越える弾性波、即ち緊張材７の破断に基づく弾性波を認
識した場合にはその旨を上記メイン処理装置２０に即座
に送信することができ、またメイン処理装置２０からデ
ータ送信指示を受けた場合には緊張材７の破断に基づく
弾性波の収録が完了した時点で即座にメモリ１４に記憶
された弾性波に関するデータをメイン処理装置２０に送
信することができる。また、上記実施の形態において
は、メイン処理装置２０の処理を、パーソナルコンピュ
ータ２１を用いて行った構成につき説明したが、専用の
制御を行うように構成したプログラマブルコントローラ
などを用いて構成しても当然良い。更に、上記実施の形
態においては、本発明にかかる監視システムを高速道路
の橋梁の監視に適用した場合につき説明したが、本発明
にかかる監視システムは、この他鉄道の橋梁，高層ビ
ル，ダム，トンネルなどの緊張材を使用した種々の大型
プレストレストコンクリート構造物の監視に好適に用い
ることができるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上、説明した本発明にかかるコンクリ
ート構造物の監視システムによれば、プレストレストコ
ンクリート構造物に使用されている緊張材の破断を、長
期にわたって精度良く且つ経済的に監視することができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるコンクリート構造物の監視シス
テムを高速道路の橋梁の監視に適用した場合の実施の形
態を概念的に示した断面図である。

【図２】本発明にかかるコンクリート構造物の監視シス
テムを高速道路の橋梁の監視に適用した場合の実施の形
態を概念的に示した側面図である。

【図３】本発明にかかるコンクリート構造物の監視シス
テムを構成する測定ユニットとメイン処理装置との電気
的接続を有線とした場合の概念図である。

【図４】本発明にかかるコンクリート構造物の監視シス
テムを構成する測定ユニットとメイン処理装置との電気
的接続を無線とした場合の概念図である。

【図５】本発明にかかるコンクリート構造物の監視シス
テムを構成する測定ユニットのブロック図である。

【図６】本発明にかかるコンクリート構造物の監視シス
テムを構成するメイン処理装置のブロック図である。

【図７】本発明にかかるコンクリート構造物の監視シス
テムを構成する測定ユニットの他のブロック図である。

【符号の説明】

１ 橋梁 ２ 橋脚 ３ 橋桁 ４ 間詰めコンクリート ５ 舗装コンクリート板 ６ 高欄 ７ 緊張材 １０ 測定ユニット １１ ＡＥセンサー １２ 増幅器 １３ Ａ／Ｄコンバータ １４ メモリ １５ 制御部 １６ 警告灯 １７ 送受信手段 ２０ メイン処理装置 ２１ パーソナルコンピュータ ２２ 送受信手段 ２３ メイン警告灯 Ｋ ケーブル Ａ アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外山 正明 千葉県佐倉市大作２−４−２ 太平洋セメ ント株式会社中央研究所内 (72)発明者 濱田 譲 東京都豊島区北大塚１−16−６ ドーピー 建設工業株式会社技術センター内 (72)発明者 重石 光弘 熊本県熊本市鶴羽田621−10 Ｆターム(参考） 2D059 AA05 BB39 GG39 GG55 2G047 AA07 AA10 BA05 BC07 GF26 GG19 GG33 GH05

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プレストレストコンクリート構造物に埋
   設された緊張材の破断を監視するシステムであって、上
   記コンクリート構造物に設置された複数の測定ユニット
   と、前記測定ユニットの各々と電気的に接続されたメイ
   ン処理装置とから構成され、上記測定ユニットは、上記
   コンクリート構造物中を伝播する弾性波を検出するセン
   サーと、該センサーが検出した弾性波に関するデータを
   記憶するメモリと、前記センサーが基準値を越える弾性
   波を検出した場合にその旨を上記メイン処理装置に送信
   する処理、及び上記メイン処理装置からの指示により前
   記メモリに記憶されたデータを上記メイン処理装置に送
   信する処理を行う制御部とを各々備え、上記メイン処理
   装置は、上記いずれかの測定ユニットから上記基準値を
   越える弾性波を検出した旨の送信を受けた場合に各測定
   ユニットに対して上記メモリに記憶されたデータを送信
   する指示を行うと共に、各測定ユニットから送信された
   データを解析し、上記コンクリート構造物中に埋設され
   た緊張材の破断位置を特定して警告表示をする処理を行
   うことを特徴とする、コンクリート構造物の監視システ
   ム。
2. 【請求項２】 上記メイン処理装置は、定期或いは不定
   期に、上記各測定ユニットに対してメモリに記憶された
   データを送信する指示を行うと共に、各測定ユニットか
   ら送信されたデータを解析し、各測定ユニットの異常診
   断を行うと共に、異常な測定ユニットが存在した場合に
   警告表示をする処理を行うことを特徴とする、請求項１
   記載のコンクリート構造物の監視システム。