JP2004125721A - 2次起因のae音による構造物損傷度判定方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法において、構造物1の1次起因による損傷箇所にAEセンサー5を配置し、AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求め、このRTRI比に基づいて構造物の損傷度を判定する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、2次起因のAE(アコースティック・エミッション)音による構造物損傷度判定方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
本願発明者らは、AE音による構造物の破壊探知システムの研究を重ねて、既に、特願2001−92918として提案している。
【0003】
このAE音による構造物の破壊探知システムによれば、移動体の通行に供する橋梁にAE音センサーを設け、前記橋梁上を通行する前記移動体の荷重による、前記橋梁の下部に設けられる杭の破壊に起因するAE音を前記AE音センサーで検知し、前記橋梁の杭の破壊を探知するようにしている。
【0004】
【非特許文献1】
社団法人日本非破壊検査協会:コンクリート構造物のアコースティック・エミッション試験方法,NDIS2421,平成12年7月
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のAE音による構造物の破壊探知システムにおいては、構造物の1次起因、つまり、初期発生の亀裂などの検出に主眼をおいているため、一旦発生した亀裂やキャップ間の摩擦音の検知には難があった。
【0006】
本発明は、上記状況に鑑みて、大きな地震や衝撃などにより発生した損傷をモニターしてその損傷度の判定を行うことができる2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法および装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕列車荷重による橋脚の2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法において、構造物の1次起因による損傷箇所にAEセンサーを配置し、AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求め、このRTRI比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする。
【0008】
〔2〕列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法において、構造物の1次起因による損傷箇所にAEセンサーを配置し、除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求め、このCalm比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする。
【0009】
〔3〕列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法において、構造物の1次起因による損傷箇所にAEセンサーを配置し、AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求め、除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求め、前記RTRI比とCalm比とに基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする。
【0010】
〔4〕列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置において、構造物の1次起因による損傷箇所に配置されるAEセンサーと、AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求める手段とを備え、前記RTRI比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする。
【0011】
〔5〕列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置において、構造物の1次起因による損傷箇所に配置されるAEセンサーと、除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求める手段とを備え、前記Calm比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする。
【0012】
〔6〕列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置において、1次起因による損傷箇所に配置されるAEセンサーと、AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求める手段と、除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求める手段とを備え、前記RTRI比とCalm比とに基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0014】
列車荷重により構造物から発生する2次起因のAE音を利用する非破壊検査のために、実橋脚・実列車荷重を対象とした現場の計測実験を行った。
【0015】
ここで、AE(アコースティック・エミッション)について説明する。
【0016】
通常言われているAEは、材料に新たな割れや割れの進展を生じた際に放出される弾性波である。つまり、ひび割れに直接関係する1次起因のAE(カイザ効果が成り立つ)を意味する。
【0017】
これに対して、2次起因のAEとは、材料に既存の損傷破砕面の擦れなどにより放出される弾性波である。つまり、ひび割れに間接的に関係するAEであり、カイザ効果が成り立たないものである。
【0018】
図1は本発明の実施例を示す列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置の模式図である。
【0019】
この図において、1は構造物、2は軌道、3は列車、4は1次起因による損傷箇所であるひび割れ、5はAEセンサー、10は計測のための制御装置、11はCPU(中央処理装置)、12はメモリ、13は入力インタフェース、14は出力インタフェース、15はデータ出力装置(計測・表示装置)である。
【0020】
このように、1次起因による損傷箇所であるひび割れ4が発生している構造物1のそのひび割れ4の損傷度を計測するために、適切な位置にAEセンサー5が配置されており、そのAEセンサー5により、下記式(1)に示すRTRI比、または下記式(2)に示すCalm比を求め、そのRTRI比及び又はCalm比に基づいて、構造物1の損傷度判定を行うようにしている。
【0021】
【数1】
【0022】
【数2】
【0023】
図2は本発明にかかる現場実験の概要図、図3はその実橋脚の損傷状況とAEセンサーの配置図であり、図3(a)はその正面断面図、図3(b)はその側面図である。
【0024】
図2において、21は実橋脚、22は軌道、23は列車、24はAEセンサー、25は長期間経過のひび割れである。
【0025】
AEセンサー24で計測したAE信号から標定された2次起因のAE源の標定結果を図4に示す。なお、図4(a)はその正面断面図、図4(b)はその側面図、図4(c)はその部分平面図である。
【0026】
この標定結果を基に、現場で実測した2次起因のAEデータに基づいた構造物の損傷度判定法について検討を行った。従来のAEパラメータを用いる構造物の損傷度の判定方法および判定指標は、主にカイザ効果(健全な構造物では履歴最大荷重までAEが発生しないこと)を利用した模型供試体の実験結果に基づいたものである。
【0027】
しかし、現場の交通荷重に励起されたAE信号のほとんどは、既存の損傷破砕面の擦れなどのように、ひび割れに間接的に関係する2次起因のAE(カイザ効果が成り立たない場合)であり、その特性は1次起因のAEと異なるために上記従来方法では判定できず、新しい損傷度の判定指標が必要になる。
【0028】
上記した従来の損傷度判定方法は、供試体実験結果に基づいたLoad比とCalm比を用いている。Load比は、AEの急増時の荷重と構造物の最大履歴荷重の比である。しかし、現場実測の場合には、構造物が受けた最大履歴荷重や通過列車の活荷重を求めることが困難であることから、本発明では、Load比に代わるRTRI比(Ratio of repeated Train load at the onset of AE activity to Relative max load for Inspection period)を用いることにした。
【0029】
ここで、RTRI比とは、前述したように現場計測期間中の相対的最大値に基づく値として得られ、応力に限らず変位値を用いることもできる。
【0030】
本発明では、図5に示す橋脚にほぼ水平に生じたクラックの開口変位(クラック3)を用いて、次のようなRTRI比を求めた。
【0031】
【数3】
【0032】
また、Calm比については、上記したRTRI比と同じように開口変位(クラック3)(図5)の変化過程に基づいて、次の式から求める。
【0033】
【数4】
【0034】
図5に示すクラック3の変位過程に基づくRTRI比とCalm比の算定例を図6に示す。また、Calm比とRTRI比を用いた橋脚の損傷度マップを図7に示す。今回計測した14個のデータの判定結果はほぼ損傷程度の大きい第2象限に入っていることは現場の状況を反映したものと考える。
【0035】
図6において、AE急増時の変位量は0.071173mm、履歴の最大変位(相対的)量は0.116648mmであるからRTRI比は0.071173/0.116648となり0.61として求められる。
【0036】
また、除荷AEヒット数、すなわち、荷重が除かれるAEヒット数は3298Hit、載荷AEヒット数、すなわち、荷重が加えられるAEヒット数は4522であるから、Calm比は3298/4522となり0.73として求められる。
【0037】
そこで、これらの数値を図7に照らして当該橋梁の損傷度を判定すると、RTRI比(横軸)は0.61であり、0〜0.75の範囲内にあるので、損傷度は大である。
【0038】
また、Calm比(縦軸)は、0.73であり、0.5から2の間にあるので、損傷度は大であると判定できる。
【0039】
さらに、RTRI比とCalm比を組み合わせて見ても、図7の損傷度マップに示す損傷度大の領域にあり、当該橋梁の損傷度は大であると判定することができる。
【0040】
なお、上記実施例ではAEの変位量のみついて述べたが、歪み、加速度、速度、力などの物理的変化量を検出するようにしてもよい。
【0041】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【0042】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【0043】
(A)大きな地震や衝撃などにより発生した損傷をモニターしてその損傷度の判定を行うことができる。
【0044】
(B)従来方法では検知できなかった2次起因のAEに基づいて損傷度の判定を行うため、より正確な判定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置の模式図である。
【図2】本発明にかかる現場実験の概要図である。
【図3】本発明にかかる実橋脚の損傷状況とAEセンサーの配置図である。
【図4】本発明にかかるAEセンサーで計測したAE信号から標定された2次起因のAE源の標定結果を示す図である。
【図5】橋脚に生じたクラックの開口変位を示す図である。
【図6】図5に示すクラック3の変位過程に基づくRTRI比とCalm比の算定例を示す図である。
【図7】Calm比とRTRI比を用いた橋脚の損傷度マップ図である。
【符号の説明】
1 構造物
2,22 軌道
3,23 列車
4 1次起因による損傷箇所であるひび割れ
5,24 AEセンサー
10 計測のための制御装置
11 CPU(中央処理装置)
12 メモリ
13 入力インタフェース
14 出力インタフェース
15 データ出力装置(計測・表示装置)
21 実橋脚
25 長期間経過のひび割れ
Claims (6)
- 列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法において、
(a)構造物の1次起因による損傷箇所にAEセンサーを配置し、
(b)AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求め、
(c)該RTRI比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法。 - 列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法において、
(a)構造物の1次起因による損傷箇所にAEセンサーを配置し、
(b)除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求め、
(c)該Calm比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法。 - 列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法において、
(a)構造物の1次起因による損傷箇所にAEセンサーを配置し、
(b)AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求め、
(c)除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求め、
(d)前記RTRI比とCalm比とに基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする2次起因のAE音による構造物損傷度判定方法。 - 列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置において、
(a)構造物の1次起因による損傷箇所に配置されるAEセンサーと、
(b)AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求める手段とを備え、
(c)前記RTRI比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置。 - 列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置において、
(a)構造物の1次起因による損傷箇所に配置されるAEセンサーと、
(b)除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求める手段とを備え、
(c)前記Calm比に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置。 - 列車荷重による2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置において、
(a)1次起因による損傷箇所に配置されるAEセンサーと、
(b)AEが活発になる際の変化量/計測(履歴)最大変化量であるRTRI比を求める手段と、
(c)除荷AEヒット数(変化ピークから終了まで)/載荷AEヒット数(変化開始から変化ピークまで)であるCalm比を求める手段とを備え、
(d)前記RTRI比とCalm比とに基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする2次起因のAE音による構造物損傷度判定装置。
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