JP2008020425A - Nondestructive diagnosis method and device for concrete structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄筋コンクリート或いは無筋コンクリート等の構造物を破壊することなくそのコンクリートの良否を検査する非破壊診断方法に関する。 The present invention relates to a nondestructive diagnostic method for inspecting the quality of concrete without destroying a structure such as reinforced concrete or unreinforced concrete.
コンクリート構造物の様子を調べる方法には基本的に構造物を剥離、破壊する方法と全く構造物を無傷の状態で調べる非破壊方法の二つがある。ここで本発明と対比される手段は後者の非破壊による内部診断に関する先行例を以下に述べる。 There are basically two methods for examining the state of a concrete structure: a method of peeling and destroying the structure, and a non-destructive method of examining the structure in an intact state. Here, the means to be compared with the present invention will be described below as a preceding example regarding the latter non-destructive internal diagnosis.
打音検査物表面を打撃した際の振幅が最大となる振動数を測定し、当該振動数と打音検査物の理想固有振動数とを比較し、打音検査物の健全度を指数化する打音検査物の非破壊検査方法がある(例えば特許文献1参照。)。 Measure the frequency that maximizes the amplitude when the surface of the hammering test object is struck, compare the frequency with the ideal natural frequency of the hammering test object, and index the soundness of the hammering test object There is a non-destructive inspection method for a hitting inspection object (see, for example, Patent Document 1).
又、コンクリート構造物を現地で打音方により検査して得られたデータや検査条件のデータを現地のコンクリート検査装置から現地事務所内の簡易データベースに送信して保存させる。受信した各データが一定量保存されたら一括して現地事務所内のコンピュータから統括センタ内のコンピュータ検査管理大型データベースへ送信する。各データーを受信した統括センター内のコンピュータが各データから補修診断を行って剥離検査計画スケジュールと補修対象表を作成して現地事務所内のコンピュータに送信するコンクリート構造物の検査方法とその方法を用いた検査装置がある(例えば特許文献2参照。)。 In addition, the data obtained by inspecting the concrete structure in the field according to the sound hitting method and the data of the inspection conditions are transmitted from the local concrete inspection apparatus to the simple database in the field office and stored. When a certain amount of each received data is stored, it is sent from the computer in the field office to the large computer inspection management database in the general center. The computer in the control center that received each data performs repair diagnosis from each data, creates a delamination inspection plan schedule and a repair target table, and sends it to the computer in the field office. There is an inspection device (see, for example, Patent Document 2).
又、コンクリート表面を打撃して打音の発生をさせる打音発生手段と、発生した打音の採取をする打音採取手段と、採取した打音に基づいてコンクリートの健全度の評価をする健全度評価手段とを含むコンクリートの健全度評価装置であって、健全度評価手段は、打音の発生から減衰に至る過渡的現象のうち初期の段階における打音の強さの平均値を求め、求めた平均値とあらかじめ設定した基準値との比較により、コンクリートの健全度を評価をする方法及びその装置がある(例えば特許文献3参照。)。 In addition, sound generating means for hitting the concrete surface to generate sound, sound collecting means for collecting the generated sound, and soundness for evaluating the soundness of the concrete based on the collected sound A soundness evaluation device for concrete including a soundness evaluation means, wherein the soundness evaluation means obtains an average value of the strength of percussion sound at an early stage among transient phenomena from occurrence of sound percussion to attenuation, There is a method and an apparatus for evaluating the soundness of concrete by comparing the obtained average value with a preset reference value (see, for example, Patent Document 3).
更に打音装置の柄部に対応する円筒状のケーシングにマイクロホンを配置し、打音を補足し、帯域通過濾波器を介してスペクトラム変換して、表示装置にスペクトラム表示させる打音装置がある(例えば特許文献4参照。)。 Furthermore, there is a sounding device in which a microphone is arranged in a cylindrical casing corresponding to the handle portion of the sounding device, the sounding is captured, spectrum is converted via a band-pass filter, and spectrum display is performed on the display device ( For example, refer to
しかし、上記従来の公知の特許文献には、測定の際重奏されている様々な打撃音の振動周波数を数値解析により分離して硬質の物から発生した振動か或いは軟質の物から発生した振動かを判断したり、或いは予めサンプリングした多くのデータを記憶してこれらのデータを高速演算処理して現場でしきい値を決定し、瞬時に合否の判定結果を出す手段は見られない。本発明の最も要旨とするところは係る問題点の解決を図る処にある。 However, in the above-mentioned conventional well-known patent documents, vibration generated from a hard object or vibration generated from a soft object by separating the vibration frequencies of various striking sounds that have been emphasized during measurement by numerical analysis. There is no means for determining a threshold value on the spot by storing a large amount of pre-sampled data, processing these data at high speed, and determining a threshold value on the spot and instantaneously obtaining a pass / fail judgment result. The gist of the present invention is to solve the problems.
振動加速度センサーと、振動加速度センサーにて検知した振動を電圧に変換する電圧増幅器と、出力増幅器とにより聴診器を構成し、聴診器から入力されるサンプリングデータや測定データ等の総ての情報の数値処理に必要なA/D変換器と、デジタル化した信号を収録するメモリー部と、収録した各信号についてフーリエ変換し周波数をスペクトル化することにより前記サンプリングデータからしきい値を決定すると共に、しきい値と測定データとを比較することにより合否を決定する合否判定部と、キースイッチ部からの指示内容に従ってデータを高速処理し瞬時に判定結果を導き出す中央演算処理装置とを主要部としてなる。 A stethoscope is composed of a vibration acceleration sensor, a voltage amplifier that converts the vibration detected by the vibration acceleration sensor into a voltage, and an output amplifier, and all information such as sampling data and measurement data input from the stethoscope is stored. An A / D converter necessary for numerical processing, a memory unit for recording a digitized signal, a Fourier transform for each recorded signal and determining a threshold value from the sampling data by spectrumizing the frequency, The main parts are an acceptance / rejection determination unit that determines acceptance / rejection by comparing the threshold value with measurement data, and a central processing unit that processes data at high speed according to the contents of instructions from the key switch unit and instantaneously derives a determination result. .
通常振動は振動数の多い波と、少ない波とその間に無数の波が一緒に重奏され、例えば音の場合、我々の耳では夫々の振動数の波が一緒に捉えられ、音質に大きく影響している。しかし、特定の振動数の音波のみを識別したり、或いは分離して聞き分けたりすることはできない。そこで本発明では、振動波形を数学的にフーリエ変換(三角級数)することにより合成振動を振動数に分解するものである。 In general, vibrations are a combination of high frequency waves, low frequency waves, and countless waves between them. For example, in the case of sound, our ears capture each frequency wave together, which greatly affects sound quality. ing. However, it is not possible to identify only sound waves having a specific frequency or to separate and distinguish them. Therefore, in the present invention, the synthesized vibration is decomposed into the frequency by mathematically Fourier transforming (triangular series) the vibration waveform.
図2(a)に示す振動波形のグラフは説明のため単純な正弦波を示しており縦方向に信号の強さ、横方向に信号の経過時間を示した周期5の規則正しいサインカーブである。これをフーリエ変換すると、図2(b)に示すように縦方向には(a)と同様に信号の強さを表すが、横方向には(a)とは異なり振動数(周波数)を表す軸なり、周期5の位置で振動数がピークとなるグラフに変換される。 The graph of the vibration waveform shown in FIG. 2A shows a simple sine wave for explanation, and is a regular sine curve with a period of 5 indicating the signal strength in the vertical direction and the elapsed time of the signal in the horizontal direction. When this is Fourier transformed, as shown in FIG. 2 (b), the vertical direction represents the signal strength in the same manner as (a), but the horizontal direction represents the frequency (frequency) unlike (a). The graph is converted into a graph having an axis and a peak frequency at a position of
また、図3(a)は前記図2(a)と同様のグラフを示しているが、この場合異なるのは周期5と周期10の二つの正弦波を合成した時の振動波形を示し、五個の繰り返し波形ではあるが正弦波ではなく歪波形と成っている。 FIG. 3A shows the same graph as FIG. 2A, except that the difference is a vibration waveform when two sine waves of
そこで前記図2(b)の場合と同様に図3(a)についてフーリエ変換すると、図3(b)のように周期5と周期10の位置で振動数のピークを示す振動数のグラフとなる。
しかし、実際のコンクリート構造物を現場で打診した時に生ずる振動はこのような単純な振動の合成波形ではなく、周期の異なる多数の振動が複雑に重奏している。Therefore, when the Fourier transform is performed on FIG. 3A as in FIG. 2B, a frequency graph showing the peak of the frequency at the positions of
However, the vibration that occurs when an actual concrete structure is consulted on site is not a composite waveform of such a simple vibration, and a large number of vibrations with different periods are complicatedly overlapped.
信号の強さと時間的変化との関係を、フーリエ変換することにより信号の強さと振動数の関係に変換することができ、高い周波数の振動と低い周波数の振動とがグラフ上で分離して判別可能となり、周波数の高い振動は堅い物から、また周波数の低い振動は柔らかい対象物(低密度物質)からとして特徴付けて処理することができる。 The relationship between signal strength and temporal change can be transformed into the relationship between signal strength and frequency by Fourier transform, and high frequency vibration and low frequency vibration are separated on the graph and discriminated. It is possible to characterize and treat high frequency vibrations from hard objects and low frequency vibrations from soft objects (low density materials).
従って、コンクリート構造物を叩打して得られる打撃音を加速度センサーにて感知した時の振動周波数を数値解析しスペクトル化することにより、その部分の疎密の状況が明瞭に判明でき、しかもこれらの数値処理は多くの機能を組み込んだ中央演算処理装置により迅速な処理が可能となり、しかもこれらの検査は小型で可搬式の装置を検査現場へ持ち込んで実施され結果が瞬時に得られる特徴がある。 Therefore, numerical analysis of the vibration frequency when the impact sound obtained by striking a concrete structure is detected by an acceleration sensor, and the spectrum can be clearly clarified, and these numerical values can be clearly identified. Processing can be performed quickly by a central processing unit incorporating many functions, and these inspections are carried out by bringing a small, portable device to the inspection site and the results are obtained instantaneously.
また、この装置は検査実施者に関係なく結果は全く変わらないこと。打撃の大小によっても影響を受けず安定している。その上、検査に必要な多機能を持っていて検査現場へも手軽く持ち込みが可能、結果が瞬時にして得られる。 The result of this device should not change at all, regardless of the person performing the inspection. It is stable without being affected by the magnitude of the blow. In addition, it has many functions necessary for inspection and can be easily brought to the inspection site, and results can be obtained instantaneously.
振動加速度センサー1内に設置した感知センサー2を被測定物(コンクリート構造物)の表面に接触させ、別に用意したインパクトハンマー(特に形状は何れでも良いが実際には棒の先端に小球を付けたもの)でセンサー2の接触部周辺を複数カ所(通常5ヵ所)叩打し、その際生じた振動波を感知センサー2にて捉える。この信号にはハンマーが被測定物を叩打した時の衝撃振動だけでなく、これに起因する一次反射振動や二次反射振動その他の状態から生じる様々な振動が重奏されて見掛け上は一つの波形として現れる。 A
しかし、振動加速度センサー1の感知センサー2によって検出した振動波(波形)をチャージアンプ3により電圧に変換し、このままでは電圧は微弱なので伝送中に減衰するのを防止する為に増幅器4によって伝送し易い状態にまで増幅する。 However, the vibration wave (waveform) detected by the
次にケーブルを介して受信した信号は総てアナログ信号であるためこれをコンクリート診断器5内のA/D変換器6で様々な数値処理に適したデジタル信号に変換した後、感知センサー2にて得られたサンプリングデータ、測定データ等の総ての情報を中央演算処理装置7のメモリー部8で記憶し、更にメモリー部8で記憶したデータの振動強さと時間の関係を中央演算処理装置7でフーリエ変換して振動数のスペクトル化を行う。 Next, since all signals received via the cable are analog signals, they are converted into digital signals suitable for various numerical processing by the A / D converter 6 in the concrete
また、メモリー部8に記憶したサンプリングデータから合否判定の基準となるしきい値を設定すると共に、中央演算処理装置7の合否判定部11ではこのしきい値と測定データとをキースイッチ9からの指示に従って処理することによりコンクリート構造物の合否の判定を行い且つ表示器10を見て確認する。これと同時に合否判定結果について合否表示部12において正常・異常・注意の三段ランクに識別して夫々カラーランプで表示し、特に不適切な時は危険を知らせるブザーにて警報を発信するようにしている。 In addition, a threshold value that is a criterion for pass / fail judgment is set from the sampling data stored in the memory unit 8, and the pass / fail judgment unit 11 of the
尚、図中符号13はインターフェイスで外部の表示装置14へ中継接続するための装置である。図4は測定データの振動波形をフーリエ変換したもので、図5は振動周波数をスペクトル化した状態を示す。 In the figure,
1 振動加速度センサー
2 感知センサー
7 中央演算処理装置
8 メモリー部
9 キースイッチ部
11 合否判定部
12 合否表示部DESCRIPTION OF
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