JP2012168023A - コンクリート系構造物の品質診断方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】加振力の時間特性波形のみを観察することによって診断する方法であって、加振力の時間特性波形に、2段階以上の加振履歴が観察された場合に、被測定対象に異常があると診断することを特徴とするコンクリート系構造物の品質診断方法。
【選択図】図1
Description
を加え、コンクリート中を伝播した打撃音(振動)を振動や音色として測定し、これらの解析することによりコンクリート健全度を判定するものであるが、打撃手段による加速度を測定し、この加速度によってコンクリート健全度を判定する方法について開示した文献もある。
即ち、構造物表面の打撃反力の発生能力に相当する意義を持つ「接触インピーダンス」という用語を定義して、加速度センサーをつけた打撃ハンマーでこれを測定し、コンクリートの健全度を測定できる技術である。
これらのことから、この技術では、打撃ハンマーよりも硬いもの、打撃ハンマーと硬さが近似したもの、打撃ハンマーの形状と近似した不規則な凹凸があるものを被測定対象とすることができず、更に、磨耗等によって打撃ハンマーの形状が変化すると当該技術を使用できないという問題があった。
また、この技術を使用した判定は、あくまで「健全部」との比較であり、健全部における値を基準値として事前に準備・設定しなければならないという問題があった。
更に、この方法では、打撃時のハンマーの接触時間を計測値として、劣化などの診断材料としているが、この文献中の段落0050にも記載されているとおり、接触時間は、加振力の大きさにより異なるものであり、一定の加振力で比較しなければ高い精度の測定はできないという問題があった。
(1)通常、力を求める場合は、力センサーを用いれば足りるところ、加速度計をハンマーにつけ、加速度を測定して質量をかけるという操作を行っており、測定精度を低下させる原因ともなり、また、測定機器の構成を複雑なものにしてしまうという問題がある。
(2)また、繰り返しになるが、これらの技術によって効果を得るためには、打撃ハンマーの材質と形状を一定にし、尚且つ、その一部においては、加振力を一定にしなければ
いけないという制限が課されるという問題もある。
(3)更にまた、接触インピーダンスについて、時間依存するパラメータと書いており(接触インピーダンスの時間波形が描かれている、例えば、特許文献3の図3参照。)、これでは、材料固有値ということができないので、健全性や損傷といった被試験体材料に関連する特徴を抽出するのには適さないという問題もある。
また、インパクトハンマーの如き打撃手段・加振力検出器から加振力波形を得て、その波形を目視することによって診断が可能であり、複雑な解析を必要とせず、簡素で、容易なコンクリート系構造物の品質診断方法を提供することにある。
1.被測定対象であるコンクリート系構造物に、インパクトハンマーの如き任意の打撃手段により打撃を与え、該打撃手段から得られる加振力を計測することによって、コンクリート系構造物の品質を診断する方法において、
前記加振力の時間特性波形のみを観察することによって診断する方法であって、
前記加振力の時間特性波形に、2段階以上の加振履歴が観察された場合に、前記被測定対象に異常があると診断することを特徴とするコンクリート系構造物の品質診断方法。
コンクリート系構造物の一部が剥離した状態、
コンクリート系構造物の内部に空洞が存在する状態、
コンクリート系構造物の内部あるいは内部から外部につながるひび割れが存在する状態、
コンクリートの打設時の型枠への充填不足による空洞が存在する状態、
コンクリート系構造物の母材に対して他の比較的薄い材料が、(1)規定の接着状態ではなく、剥離的特性を有している状態、及び/又は(2)ひび割れや空洞などを有する状態、
のうち、少なくとも1つの状態であることを特徴とする前記1〜5のいずれかに記載のコンクリート系構造物の品質診断方法。
また、従来の診断方法とは異なる独立の情報に基づく方法であり、従来の診断方法と併用して使用することができ、それにより品質診断の精度を高めることができる。更に、独立の情報に基づく方法であることから、従来の診断方法では検出できなかった現象の判別も可能となり得る。
本発明にかかるコンクリート系構造物の品質診断方法に用いられる測定手段構成の一例を示す概略構成図を、図1に示す。測定に際して必要な構成は、打撃手段1、加振力検出器・アンプ2、AD変換器3、コンピュータ4である。
ここに言うインパクトハンマーとは、打撃入力値の時間変化が既知となるように、加振力を測定する機能を内蔵したハンマーを指す。即ち、図1に示す打撃手段1と加振力検出器・アンプ2の機能を併せ持つハンマーである。また、インパルスハンマーと呼ばれることもある。
本発明に係るコンクリート系構造物の品質診断方法は、前記のようにして得られた加振力の時間特性波形を観察することによって、被測定対象であるコンクリート系構造物の品質を診断する方法である。
く方向を正の符号とする。
また、加振力の時間特性波形は、加振力の最大値で規準化することが好ましい。即ち、加振力について、得られた加振力を加振力の最大値で除することにより得られる値を縦軸として表示した時間特性波形とすることが好ましい。
Z=F/V
先に説明した測定手段により、加振力を測定し、この測定値から、加振力の時間特性波形を得ることができる。この加振力の時間特性波形が、図2に示すように、正弦半波形状をしている場合は、被測定対象であるコンクリート系構造物は、健全であると診断することができる。
本発明に係るコンクリート系構造物の品質診断方法は、加振力の時間特性波形の観察のみで判別することを特徴とする。従って、従来技術のように、打撃音をマイクロホン等の受音手段で測定し、その測定値を診断に利用する必要がない。
・構造物の一部が剥離した状態(表面付近の材料が中心部付近の部材との間に隙間が生じた状態)。
・コンクリート系構造物の内部に空洞が存在する状態。
・コンクリート系構造物の内部あるいは内部から外部につながるひび割れが存在する状態。
・コンクリートの打設時の型枠への充填不足による空洞が存在する状態。
・コンクリート系構造物の母材に対して他の比較的薄い材料が、(1)規定の接着状態ではなく、剥離的特性を有している状態、及び/又は(2)ひび割れや空洞などを有する状態。
上記のうち、「コンクリート系構造物の母材に対して他の比較的薄い材料が規定の接着
状態ではない」とは、具体的には、鋼製型枠コンクリート系構造物、アスファルト仕上げを有するコンクリートスラブ(道路スラブ)又はタイルやその他の仕上げを有するコンクリート部材などが、コンクリート母材に対して規定の接着状態ではないこと、及び/又はひび割れや空洞がある状態を意味する。
尚また、本発明の目的は、被測定対象であるコンクリート系構造物に異常があるか否かを診断するものであり、図3〜4に例示するような各波形の形状により、いかなる異常が生じているかを判別するものではない。従って、いかなる異常が生じているかを判別するためには、本発明と併用して、他の発明に係る方法を用いてもよい。
例えば、被測定対象を打撃手段にて打撃した位置に剥離があると、その剥離部材を加振した後、打撃手段と剥離部材が一体運動をして母材(被測定対象であるコンクリート系構造物の剥離等異常箇所以外の部分)に衝突し、このため、図3〜4に示す波形グラフのような2以上のピークが存在する加振力波形が観察される。
図3〜4に様々な波形を例示したが、1回目のピークと、2回目のピークの大小関係は、次のような関係であると考えられる。即ち、1回目の加振で、加振力が反発を受け、相対的に小さな加振力になるため、2回目の加振時に、1回目の加振と同じ加振力を与えられるか否かにより、1回目のピークと2回目のピークの大小関係が決まる。
状況により、また、相対的な加振周波数(最高周波数)の大きさなどにより、その都度異なる結果となる。また、2以上の剥離などの部材がある場合は、3以上の段階的な波形あるいは独立なピークを有することになる。
このような場合は、前記波形を視認する方法に加えて、以下の方法により判別することが好ましい。
尚また、これらの微分による判別は、2段階以上の加振履歴の有無を判別するための一手段であり、他の信号処理手段(より高度な手段又は簡素な手段を含む。)を用いることもできる。
これらの判断方法を併用することにより、加振力波形における2段階以上の加振履歴を確実に把握することができ、これにより、より確実なコンクリート系構造物の品質診断を行うことができる。
mの加振過程の中央時刻(Te+Ts)/2からのズレを評価する値で、ζ=0が左右対称形、すなわち、加振最大値を得る時刻が、加振の中央時刻と一致することを示す。健全部のζは、ゼロに近い小さな数字を持つので、これが、σなる標準偏差を持つ分布をする場合、
α=μ+3σ
などと設定することにより、上記数式を、非健全部の検出基準として使えることになる。ここにμ、σは、ζの平均値と標準偏差である。αは、健全部に固有の値なので、あらかじめ定めた値を設定することができる。また、μ+3σのみが基準となりえるのではなく、それ以外の値を設定して、検出能を上下することができる。あるいは、健全と判断する許容幅(トレランス)を設定することができる。
加振力を得る手段としては、前記のとおり、被測定対象であるコンクリート系構造物に対して、インパクトハンマーにより打撃を与え、その加振力を測定する方法を使用した。
被測定対象は、コンクリート製の建築物である。
図6に示す6つの波形グラフは、正弦半波形状をしており、2段階以上のピークや、加振開始時から加振力の最大値を得た時までの時間と、加振力の最大値を得た時から加振終了時までの時間とに、大きく時間差があるようなことはなく、2段階以上の加振履歴は観察されない。
図7の波形図中に、左上の図において丸で囲まれた箇所に、加振力の最大値とは異なるピークが現れていることが分かる。この他の図においても、波形に歪みが生じており、これらの波形、正弦半端形状とはいえず、被測定対象に異常があると診断することができる。
この図7は、加振力の最大値よりも前の時刻に異なるピークが現れている点で、図3の各波形に相当する特徴を有している。
図8の波形図中に、左上の図において丸で囲まれた箇所に、加振力の最大値とは異なるピークが現れていることが分かる。この他の図においても、波形に歪みが生じており、これらの波形、正弦半端形状とはいえず、被測定対象に異常があると診断することができる。
この図8は、加振力の最大値よりも後の時刻に異なるピークが現れている点で、図4の各波形に相当する特徴を有している。
図9に示す各波形グラフは、すべて健全部を測定した波形グラフである。
図9の各波形グラフを観察すると、加振力の時間特性波形は、正弦半波であり、1階微分した波形は、正から負への符号反転が1回であり、2階微分した波形も、正から負への符号反転が1回のみであることから、被測定対象は健全であると診断することができる。
図10の各波形グラフを観察すると、2階微分した波形において、正から負への符号反転が2回あり、2回以上の正から負への符号反転があることから、被測定対象に異常部が存在すると診断することができる。
2 加振力検出器・アンプ
3 受音手段
31 マイクロホン
32 フード部材
4 音圧検出器・アンプ
5 AD変換器
6 コンピュータ
7 被測定対象
71 コンクリート部分
72 鋼材等のコンクリート以外の部分
Claims (6)
- 被測定対象であるコンクリート系構造物に、インパクトハンマーの如き任意の打撃手段により打撃を与え、該打撃手段から得られる加振力を計測することによって、コンクリート系構造物の品質を診断する方法において、
前記加振力の時間特性波形のみを観察することによって診断する方法であって、
前記加振力の時間特性波形に、2段階以上の加振履歴が観察された場合に、前記被測定対象に異常があると診断することを特徴とするコンクリート系構造物の品質診断方法。 - 加振力の時間特性波形が、加振力の最大値で規準化されていることを特徴とする請求項1に記載のコンクリート系構造物の品質診断方法。
- 加振力の時間特性波形を1階微分した波形が、被測定対象に加振力が働いている間において、正から負への符号反転を2回以上繰り返す場合に、被測定対象に異常があると診断することを特徴とする請求項1又は2に記載のコンクリート系構造物の品質診断方法。
- 加振力の時間特性波形を2階微分した波形が、被測定対象に加振力が働いている間において、正から負への符号反転を2回以上繰り返す場合に、被測定対象に異常があると診断することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のコンクリート系構造物の品質診断方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のコンクリート系構造物の品質診断方法により診断された被測定対象の異常が、
コンクリート系構造物の一部が剥離した状態、
コンクリート系構造物の内部に空洞が存在する状態、
コンクリート系構造物の内部あるいは内部から外部につながるひび割れが存在する状態、
コンクリートの打設時の型枠への充填不足による空洞が存在する状態、
コンクリート系構造物の母材に対して他の比較的薄い材料が、(1)規定の接着状態ではなく、剥離的特性を有している状態、及び/又は(2)ひび割れや空洞などを有する状態、
のうち、少なくとも1つの状態であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のコンクリート系構造物の品質診断方法。
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