JP2005180951A

JP2005180951A - 構造物の健全度評価方法

Info

Publication number: JP2005180951A
Application number: JP2003417912A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Nishimura; 昭彦西村
Original assignee: KEEPERS KK
Current assignee: KEEPERS KK
Priority date: 2003-12-16
Filing date: 2003-12-16
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】本発明は構造物の健全度評価方法に関し、被検査対象物を人為的に加振して、固有振動数の変化から部材や接合部の劣化を、詳細に、且つ、検査作業が容易で、手間が掛からないようにして評価できるようにすることが課題である。
【解決手段】構造物を加振手段で所望の位置で加振しその振動波形を固有振動数測定装置で測定して前記構造物の固有振動数を求め、得られた当該固振動数と記憶装置から読み込まれた既存の固有振動数との変動を振動モード毎に求め、前記振動モード毎に前記変動の幅に応じて構造物の健全度を評価するようにした構造物の健全度評価方法とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、固有振動数により構造物の健全度を評価する評価方法に関するものである。

従来、建物として、例えば、土木構造物、建築構造物、電柱（その他、柱、支柱を含む）等の構造物本体と、支持部や境界部等の前記本体に接続される部位で、鉄筋コンクリート構造（ＰＣ構造含む）、鋼構造、鉄骨コンクリート構造、木材、木質建材その他の建材一般における、老朽化や地震等による強度の劣化及び損傷の状況を調べる方法としては、例えば、目視が広く行われている。また、計測的には、例えば、構造物を周期的信号で加振してしてその応答を比較する周波数応答法が知られており、更に、構造物の固有振動数を求めて最大応力から劣化を診断する方法が知られている（特許文献１参照）。そのほか、不確定外力により振動する構造物の振動波形から固有振動数を求めて構造物の強度劣化を検出する方法が知られている（特許文献２参照）。
特開２００２−２２５９６号公報特開２００２−１８８９５５号公報

しかし、人為的な外力を主な震動源として得られる構造物の固有振動数を用いて、その構造物の健全度を評価する事例はない。また、低次から高次モードの固有振動数を利用して、構造物の健全度を評価する事例もない。

解決しようとする問題点は、人為的な外力により発生する構造物の固有振動数を用いて構造物の健全度を評価する事例がなかった点である。

本発明に係る構造物の健全度評価方法は、構造物を加振手段で所望の位置で加振しその振動波形を固有振動数測定装置で測定して前記構造物の固有振動数を求め、得られた当該固振動数と記憶装置から読み込まれた既存の固有振動数との変動を振動モード毎に求め、前記振動モード毎に変動幅に応じて構造物の健全度を評価することである。
また、前記振動モードは、一次モードの低次モードと、二次モード以上の高次モードと、前記低次モードと高次モードとの複合モードであることを含むものである。

本発明の構造物の健全度評価方法により、構造物の経年劣化を細かく補足できる。
固有振動数の振動モードにより損傷部位の予測ができる。固有振動数の特定及び健全度の評価が検査現場において可能となる。また、構造物を加振する者と機器を扱う者との最小限二人で検査ができて、少人数での検査が可能である。使用する機器が携帯型パーソナルコンピュータ（ノートパソコン）等であって、小型で取り扱いやすく、消費電力も少ない。検査に熟練度が不要であり、測定した固有振動数により現有耐力の推定が可能である。

本発明に係る構造物の健全度評価方法は、図１に示すように、被検査対象物の表面に取り付ける加速度震度計１と、これに電気的に接続されたＡ／Ｄ変換装置を備えた積分器チャージアンプ２と、これに接続された内蔵メモリ及びフーリエ変換機能を有するデータ収集システム部３と、これに接続され検査結果を表示するノート型パーソナルコンピュータ（ノートパソコンともいう）４とからなる固有振動数測定装置を使用して行うものである。なお、被検査対象を加振するには、例えば、一人の検査者がハンマー等の加振手段で叩いて行うものである。

加振手段による加振方法は、図２（Ａ）に示すように、部材の支点（△印）間の中央位置を打撃する場合が、一次モードであり、同図（Ｂ）に示すように、支点間の１／４の位置を打撃するのが二次モードであり、同図（Ｃ）に示すように、１／４・中央の位置を打撃するのが一次モード＋二次モードの複合モードである。

本発明では、被検査対象物にＩＤ（管理番号）を付与して、それに加振手段による加振を前記各モード毎に行い、どのモードの固有振動数が変化しているかを検査して、被検査対象物のより詳しい健全度を診断するものである。

被検査対象物が加振手段で加振されると、この表面に取り付けられる加速度震度計１では、図３に示すように、波形が測定される。これが、チャージアンプ２とデータ収集システム部３により、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、前記波形がフーリエ変換されて振幅スペクトルと位相差スペクトルとが得られて、Ａ／Ｄ変換されたデータが、ノートパソコン４に送られて、判定プログラムにより被検査対象の固有振動数が求められ、その変化具合から、各振動のモード毎の健全度が判定される。

前記被検査対象の固有振動数は、卓越した振幅スペクトル（高い振動数）と、その時の位相差スペクトルが共振振動数（速度なら０°，１８０°、加速度なら９０°，２７０°）を示すことで、決定される。

この健全度判定フローが、図５に示すフローである。ノートパソコン４における判定プログラムでは、各振動モードにおいて、例えば、４段階の健全度評価をするものであり、
ランクI 低下率 10％以下：目視できるひび割れに注入
：即使用可能
ランクII 低下率 10〜20％：中規模な補強・補修が必要
：補強補修後、短期で使用可能
ランクIII 低下率 20〜40％：大規模な補強・補修が必要
：補強・補修後に使用可能
ランクIV 低下率 40％以上：必要により部材の交換が必要、場合により解体
：工事終了後に使用可能・場合により使用不可
のようにして、これをノートパソコン４の表示部に表示するものである。

また、固有振動数が変化したのが、一次モードのみの低次モードであるならば、部材接続部の変状であるとされて、その対策などが表示される、また、二次モード以上のみの高次モードの場合には、部材自体の変状と表示され、更に、これらの複合モードの場合には、部材自体及び接合部の変状と表示される。このように、各振動モードにおいて、それに対応した部位が示され、更に、固有振動数の低下率に応じたランク毎の健全度評価が表示され、応答がされるものである。

図６に、ある被検査対象物に加振手段５で、支点間の中央部と１／４部と、その組み合わせ位置とに加振させて、固有振動数を求める場合の一例を示す。同図（Ｂ）は、二次モードの振幅スペクトル（上段）と位相差スペクトル（下段）、同図（Ｃ）は、一次モードの振幅スペクトル（上段）と位相差スペクトル（下段）、同図（Ｄ）は、一次モード＋二次モード（複合モード）の振幅スペクトル（上段）と位相差スペクトル（下段）である。

これらから得られる卓越スペクトルから固有振動数が決定され、ノートパソコン４の記憶装置からＩＤが付与された前記被検査対象物の過去の固有振動数とが比較される。
そして、その各振動モードにおける低下率から、部材自体若しくは部材接合部の健全度を評価するものである。なお、部材を補強鉄板やコンクリート等を巻いて補強した場合には、固有振動数が増加して、健全度評価が、良くなるものである。

本発明に係る構造物の健全度評価方法に使用されるシステム構成を示す説明図である。同本発明の構造物の健全度評価方法における、加振方法を説明する説明図である。加速度震度計１により測定される波形の説明図である。同フーリエ変換された振幅スペクトルと位相差スペクトルとの説明図（Ａ），（Ｂ）である。本発明に係る構造物の健全度評価方法のフロー図である。本発明に係る構造物の健全度評価方法の一実施例の、加振方法の説明図（Ａ）と、二次モードの振幅スペクトルと位相差スペクトルの図（Ｂ）と、一次モードの振幅スペクトルと位相差スペクトルの図（Ｃ）と、一次モード＋二次モードである複合モードの振幅スペクトルと位相差スペクトルの図（Ｄ）である。

符号の説明

１加速度震度計、
２チャージアンプ、
３データ収集システム部、
４ノート型パーソナルコンピュータ、
５加振手段。

Claims

構造物を加振手段で所望の位置で加振しその振動波形を固有振動数測定装置で測定して前記構造物の固有振動数を求め、得られた当該固振動数と記憶装置から読み込まれた既存の固有振動数との変動を振動モード毎に求め、前記振動モード毎に前記変動の幅に応じて構造物の健全度を評価すること、
を特徴とする構造物の健全度評価方法。
振動モードは、一次モードの低次モードと、二次モード以上の高次モードと、前記低次モードと高次モードとの複合モードであること、
を特徴とする請求項１に記載の構造物の健全度評価方法。