JP2011043427A

JP2011043427A - 構造物の内部欠陥探知装置

Info

Publication number: JP2011043427A
Application number: JP2009192172A
Authority: JP
Inventors: Shohei Momoki; 昌平桃木; Hwa Kian Chai; 華堅蔡; Tomomoto Shiotani; 智基塩谷; Yoshikazu Kobayashi; 義和小林
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 2009-08-21
Filing date: 2009-08-21
Publication date: 2011-03-03

Abstract

【目的】コンクリート構造物などの構造物における損傷進展の初期段階、例えば凍害や中性化といった劣化による初期段階での微少な内部欠陥を確実に検知できて、コンクリート構造物の予防保全的管理にも確実に寄与できる構造物の内部欠陥探知装置を提供することを目的とする。
【構成】構造物に弾性波発振部を形成すると共に、弾性波発振部から発振された弾性波を受振する弾性波受振部を形成し、弾性波発振部より弾性波を発振させると共に、発振させた弾性波を弾性波受振部により受振してなり、弾性波発振波長の振幅あるいはエネルギーと弾性波受振波長の振幅あるいはエネルギーの比を減衰比として取得し、取得した減衰比により構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばコンクリート構造物など構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する構造物の内部欠陥探知装置に関するものである。

従来、例えばコンクリート構造物の内部欠陥を探知する装置としては、弾性波の伝搬速度を利用するものがあり、コンクリート構造物などの構造物内を透過する弾性波の伝播速度の違いからコンクリート構造物の内部欠陥を探知する探知システムや探知装置が一般に知られていた。

すなわち、コンクリート構造物の内部にひび割れや空隙などの欠陥箇所が存在すると、弾性波はその箇所を迂回して伝搬するため、コンクリート構造物に前記のような欠陥のない健全な箇所を伝搬する場合と比べ伝搬時間を多く要するものとなるからである。ここで従来は、この弾性波の伝搬速度が異なるとの性質を用いて、コンクリート構造物の内部欠陥を探知するものとしていたのである。

特開２００７−１９８９０７号公報

しかしながら、例えば、従来の弾性波伝搬速度の違いを利用した欠陥探知システムや探知装置は、コンクリート構造物などに生じた致命的な欠陥の有無は捉えることが出来るが、構造物内部のひび割れや空隙の進展がいまだ初期段階のときは、当該伝搬速度の低下率がきわめて小さいため、欠陥を有しないいわゆる構造物内部の健全部との判別が可視できないこともあり比較的困難であるとの課題があった。
そして、かかる従来の探知システムあるいは探知装置をコンクリート構造物の予防保全的管理に使用することは不向きであるとも言われていた。

かくして、本発明は、前記従来の課題を解消するために創案されたものであって、例えばコンクリート構造物などの構造物における損傷進展の初期段階、例えば凍害や中性化といった劣化による初期段階での微少な内部欠陥を確実に検知できて、コンクリート構造物の予防保全的管理にも確実に寄与できる構造物の内部欠陥探知装置を提供することを目的とするものである。

本発明による構造物の内部欠陥探知装置は、
構造物に弾性波発振部を形成すると共に、前記弾性波発振部から発振された弾性波を受振する弾性波受振部を形成し、前記弾性波発振部より弾性波を発振させると共に、発振させた弾性波を弾性波受振部により受振してなり、
弾性波発振波形の振幅あるいはエネルギーと弾性波受振波形の振幅あるいはエネルギーの比を減衰比として取得し、取得した減衰比により構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する、
ことを特徴とし、
または、
構造物に弾性波発振部を形成すると共に、前記弾性波発振部から発振された弾性波を受振する弾性波受振部を形成し、前記弾性波発振部より弾性波を発振させると共に、発振させた弾性波を弾性波受振部により受振してなり、
弾性波発振波形の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーと弾性波受振波形の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーの比を減衰比として取得し、取得した減衰比により構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する、
ことを特徴とし、
または、
構造物に弾性波発振部を形成すると共に、前記弾性波発振部から発振された弾性波を受振する弾性波受振部を形成し、前記弾性波発振部より弾性波を複数回発振させると共に、発振させた弾性波を弾性波受振部により複数回受振してなり、
前記複数回発振された弾性波発振波形の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーの合計値と前記複数回受振された弾性波受振波形の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーの合計値の比を合計減衰比として取得し、取得した合計減衰比により構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する、
ことを特徴とし、
または、
前記構造物は、コンクリート構造物である、
ことを特徴とするものである。

本発明による構造物の内部欠陥探知装置であれば、
例えばコンクリート構造物などの構造物における損傷進展の初期段階、例えば凍害や中性化といった劣化による初期段階での内部欠陥を確実に検知できて、コンクリート構造物の予防保全的管理にも確実に寄与できるとの優れた効果を奏する。

本発明の基本構成を説明する説明図（その１）である。本発明の基本構成を説明する説明図（その２）である。発振波形及び受振波形を説明する説明図である。本発明の具体的構成を説明する構成説明図である。本発明による減衰比を説明する説明図（その１）である。本発明による減衰比を説明する説明図（その２）である。本発明により内部欠陥箇所が明確化された構造物を説明する説明図である。

以下本発明を図に示す実施例に従って説明する。

以下、本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。
例えば、コンクリート構造物など構造物１の内部にひび割れや空隙など欠陥が存在すると、当該構造物１内を透過する弾性波は前記内部欠陥によって散乱してしまうため、その弾性波の受振波の波形における振幅やエネルギーなどが、いわゆる距離減衰以外にも減衰することが確認されている。

さらに、弾性波の波形における振幅やエネルギーの減衰特性は、弾性波の前記構造物１内を透過する弾性波における伝搬速度の減衰特性と比較して、損傷度に対し高感度に変化することが確認されている。
従って、この弾性波の振幅やエネルギーの減衰比を参照することによって、前記伝搬速度の減衰特性検出では明確に判断し得ない初期段階の欠陥をも明確に判別することができるのである。

しかして、本発明では、上記の点に着目し、弾性波発振波形の振幅あるいはエネルギーと弾性波受振波形の振幅あるいはエネルギーの比を減衰比と定義して取得し、取得した減衰比をもとに、コンクリート構造物など構造物１の内部の欠陥あるいは欠陥箇所を確実に探知できるものとした。

まず、図１は本発明の基本的な構成の概略を示す説明図である。
図１に示す例では内部欠陥を探知すべき構造物１としてブロック状の構造物１を用いて説明している。
まず、この構造物１の一方側側面に弾性波発振部２を形成する。図１ではこの弾性波発振部２として、パルス発振器３と当該パルス発振器３からの弾性波発振波を構造物１に入力する発振部１４と、発振波センサ６とを備えている。
そして、該発振波センサ６により構造物１に入力された弾性波の発振波形を取得する波形収録センサ４は、計測装置８内に設けられている。

図１に示すようなパルス発振器３を使用すれば、常にほぼ同一波形の弾性波発振波として送出することが出来、後述する様に、複数回発振し、その加算合計振幅値を用いる場合には、波形がほぼ同一の値を示す弾性波発振波形を複数回送出することが出来き、もって明確な加算合計振幅値あるいはエネルギー値を取得できる利点がある。かかる利点については後述する。

なお、図２に示すように、弾性波の発振については、パルス発振器３を使用せず、構造物１の側面を手動で例えば鋼球ハンマなどにより叩き、弾性波を発振させることでも構わないし、他の機械的殴打器を用いて弾性波を発振するものでも構わない。

次に、符号５は弾性波受振部を示し、一例としては、前記コンクリート製からなる構造物１の反対側の側面に形成される。
そして、該弾性波受振部５は、弾性波受振波を探知する受振波センサ７により構成されている。

また、符号８は計測装置であり、該計測装置８は前記弾性波発振部２及び弾性波受振部５から波形の振幅やエネルギーを波形収録センサ４によって取得し、これにより振幅やエネルギーの減衰比を演算して構造物１内部に欠陥があるか否かの計測を行うものである。

以上において、パルス発振器３などを用い、弾性波発振部２により弾性波が発振されると、発振された弾性波は、発振波センサ６によりまず、その弾性波発振波が入力され、波形収録センサ４により、その発振波形が収録される。
次に、弾性波受振部５において弾性波受振波センサ７により、弾性波受振波が探知され、その受振波形が収録される。

ここで図２に、取得された発振波の波形９と受振波の波形１０を示す。当該波形９、１０から構造物１内を透過する弾性波はかなり減衰することが理解できる。
しかしてこの減衰が、構造物１内に内部欠陥がない、いわゆる健全部で生ずる単なる距離減衰に留まるものなのか、あるいは内部に損傷などの欠陥があるために生じている欠陥による減衰なのかの判断をしなければならない。

ところで、コンクリート構造物などの構造物１には、必ずいわゆる境界条件が存在しており、弾性波の発振波及び受振波共に、この境界条件の影響を受けざるを得ない。
従って、構造物１に衝撃を与えることにより生ずる発振波及び受振波の全体の波形９、１０は、構造物１内の健全部を透過する弾性波の全体波形９、１０と構造物１の内部欠陥部を透過する弾性波の全体波形９、１０と比較してみると、これら全体波形９、１０は前記境界条件の影響（反射波などの影響）を受け、ほぼ同一の振幅及びエネルギーを示してしまうことがある。

そこで、本件発明者らは、弾性波の発振波形の初動からから１波長乃至数波長における振幅a（初動から１波長における振幅はa0）あるいはエネルギーb（初動から１波長におけるエネルギーはb0）と弾性波の受振波形の初動からから１波長乃至数波長における振幅a（初動から１波長における振幅はa1）あるいはエネルギーb（初動から１波長におけるエネルギーはb1）に着目したのである。

すなわち、弾性波の発振波形の初動から１波長乃至数波長における振幅a（初動から１波長における振幅はa0）あるいはエネルギーb（初動から１波長におけるエネルギーはb0）及び弾性波の受振波形の初動からから１波長乃至数波長における振幅a（初動から１波長における振幅はa1）あるいはエネルギーb（初動から１波長におけるエネルギーはb1）は、前記境界条件の影響、例えば反射波などの影響を比較的受けないからである。

よって、弾性波の発振波形の初動からから１波長乃至数波長における振幅a0あるいはエネルギーb0及び弾性波の受振波形の初動からから１波長乃至数波長における振幅a1あるいはエネルギーb1を比較し、その減衰比を求めることにより構造物１内部の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知するものとしたのである。
これにより、構造物１内の健全部における減衰比と内部欠陥箇所における減衰比の違いが明確化されるものとなり、コンクリート構造物など構造物１の内部の欠陥あるいは欠陥箇所を確実に探知できるものとなったのである。

ところで、波形収録センサ４および受振波センサ７によって収録した発振波形及び受振波形には、微少ではあるが電気的ノイズから生ずる波形が含まれ、これにより減衰比の計測、欠陥探知作業に誤差が生じてしまうことがある。また、前記発振波及び受振波の波形は、その振幅が小さいために、減衰比の計測、内部欠陥探知作業が困難になることがある。

そこで、本発明においては、パルス発振器３などによる弾性波の起励、あるいは殴打による弾性波の発振を複数回行い、これにより生じた弾性波発振波の波形９及び弾性波受振波の波形１０、すなわちこれらの波形の振幅値を加算して波形を形成するものとした。

これにより、初動より１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーであったとしてもそれらを拡大することが出来、その減衰比が距離減衰によるものなのかあるいは内部損傷など内部欠陥によるものなのかの判断がきわめて明確に行えるものとなる。

さらに、前述した電気ノイズによる波形の揺らぎについても、複数回行った波形を加算することで、結局その電気ノイズによる波形の揺らぎを消滅させることが出来るものとなる。

なお、前述したようにパルス発振器３などによる弾性波の起励においては比較的同一波形の弾性波発振が行えるため、約５回程度の弾性波励起回数で構わないと思われるが、例えば鋼球ハンマなどによる手動での殴打で弾性波を発振させる場合には、ほぼ同一波形で発振させる弾性波発振が比較的困難であるため、約１０回程度の弾性波発振が必要と考えられる。

次に、本件発明の一使用状態につき図３を参照して説明する。
＜計測＞
１．コンクリート構造物などの構造物１を例えば取り囲むように発振波センサ６・・・及び受振波センサ７・・・を配置する（なお、上面と底面はセンサを配置しない）。

図３では、略方形状の構造物１につき、略方形状に同等の大きさの８個のブロックエレメント１２・・・に分けている。そして、その一方側の側面につき８個のブロックエレメント１２・・・に分けた交点などに９箇所、発振センサ６を設置してある。

さらにこの側面と対向する側面に８個のブロックエレメント１２・・・に分けた交点などにやはり９箇所、受振センサ７を設置してある。

また、前記一方側の側面の隣の側面に、同様に９箇所、発振センサ６を設置し、当該側面に対向する側面に同様に９箇所、受振センサ７が設置してある。
従って、１つの発振点（ある発振センサ６の近傍位置）に対し、対面の９箇所の受振センサ７で透過する弾性波を受振するものとなる。

よって、本実施例においては、弾性波の波線１１は、発振点が１８箇所で、各々９箇所の受振センサ７が受振するために、合計１６２の波線を有することになる。
すなわち、この１６２の波線１１における弾性波発振波及び弾性波受振波の振幅あるいはエネルギーの減衰比を算出するものとなる。

２．しかして、各発振センサの直近位置において前記構造物１に鋼球ハンマなどを用いて衝撃を与え、あるいはパルス発振器３などにより弾性波を励起して弾性波を発振する。

３．直近のセンサ６で得られた波形を発振波形として取得し、その他のセンサ７・・・で得られた受振波形との減衰比を各々取得していく。
この取得は前記のように、本実施例では１６２箇所の波形における振幅やエネルギーの減衰比が求められる。

この際、前記したように、パルス発振器３などによる弾性波の起励、あるいは殴打による弾性波の発生を複数回行う。これにより生じた弾性波発振波長の波形９及び弾性波受振波長の波形１０、すなわちこれらの波形の振幅値を加算して波形を形成するからである。

よって、初動より１波長乃至数波長における微少な振幅あるいはエネルギーであったとしてもそれらを拡大することが出来、その減衰比が距離減衰によるものなのかあるいは内部損傷など内部欠陥によるものなのかの判断がきわめて明確に行える。

さらに、電気ノイズによる波形の揺らぎについても、複数回行った波形を加算することで、結局その電気ノイズによる波形の揺らぎを消滅させることが出来るものとなる。

図４、図５に上記の探知操作により求めた減衰比を示す。
これらの図ではブロックエレメント１２−８が減衰比０．０００００１％を示し、当該箇所に損傷箇所が存在することが把握できる。当該解析モデルを図６に示す。

１構造物
２弾性波発振部
３パルス発振器
４波長収録センサ
５弾性波受振部
６発振波センサ
７受振波センサ
８計測装置
９発振波形
１０受振波形
１１波線
１２ブロックエレメント
a 振幅
b エネルギー

Claims

構造物に弾性波発振部を形成すると共に、前記弾性波発振部から発振された弾性波を受振する弾性波受振部を形成し、前記弾性波発振部より弾性波を発振させると共に、発振させた弾性波を弾性波受振部により受振してなり、
弾性波発振波長の振幅あるいはエネルギーと弾性波受振波長の振幅あるいはエネルギーの比を減衰比として取得し、取得した減衰比により構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する、
ことを特徴とする構造物の内部欠陥探知装置。
構造物に弾性波発振部を形成すると共に、前記弾性波発振部から発振された弾性波を受振する弾性波受振部を形成し、前記弾性波発振部より弾性波を発振させると共に、発振させた弾性波を弾性波受振部により受振してなり、
弾性波発振波長の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーと弾性波受振波長の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーの比を減衰比として取得し、取得した減衰比により構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する、
ことを特徴とする構造物の内部欠陥探知装置。
構造物に弾性波発振部を形成すると共に、前記弾性波発振部から発振された弾性波を受振する弾性波受振部を形成し、前記弾性波発振部より弾性波を複数回発振させると共に、発振させた弾性波を弾性波受振部により複数回受振してなり、
前記複数回発振された弾性波発振波長の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーの合計値と前記複数回受振された弾性波受振波長の初動から１波長乃至数波長における振幅あるいはエネルギーの合計値の比を合計減衰比として取得し、取得した合計減衰比により構造物の内部欠陥及び／又は内部欠陥箇所を探知する、
ことを特徴とする構造物の内部欠陥探知装置。
前記構造物は、コンクリート構造物である、
ことを特徴とする請求項１、請求項２あるいは請求項３記載の構造物の内部欠陥探知装置。