JP2013066989A - コンクリート製柱状構造物の打撃装置 - Google Patents

Abstract

【課題】打撃者の疲労を軽減でき、さらに、より精度の高い振動データを取得することができるコンクリート製柱状構造物の打撃装置を提供する。
【解決手段】棒状のハンマー１０と、ハンマー１０を打撃方向に沿って往復移動できるようにしてハンマー１０を内部に配置する筒状の打撃ガイド１１を備える。打撃ガイド１１をハンマー１０の打撃方向と反対方向に移動させて、打撃ガイド１１に当接したバネ１２に付勢力を蓄え、打撃スイッチを押下して留め金をバネ連結部１８から外すと、打撃ガイド１１がバネ１２の付勢力によってハンマー１０を押し出して、ハンマー１０がコンクリート製柱状構造物の表面を打撃する。
【選択図】図２

Description

本発明は、コンクリート製柱状構造物のひび割れや鉄筋破断などの劣化状態を打撃固有振動解析によって点検診断する技術において、コンクリート製柱状構造物を振動させる打撃装置に関するものである。

一般的にコンクリート構造物の表面を打撃し、コンクリート構造物を加振させる装置としてはインパルスハンマーが用いられている。小型のハンマーでコンクリート表面を打撃することによって得られる反発度からコンクリート強度推定値、劣化度合い、表面近傍の剥離・浮きを検知することができる。

また、橋梁などの鉄鋼製の構造物に対しては、インパルスハンマー、加速度計、データロガー（アンプ）およびパソコン等を組み合わせたシステムにより剛性が低下している劣化箇所を調べる技術がある。

そして、橋梁の橋脚などのコンクリート構造物に対しては、橋梁の高欄から吊り下げた重さ１０〜５０ｋｇｆ程度の重錘（一般的には３０ｋｇｆ程度の硬質ゴム製）で橋脚を打撃したり、また、大型の硬質ゴム製ハンマーで打撃したりして、橋脚の振動を加速度計で測定し、パソコンに収録し、得られた固有振動数を標準値（既存の測定データから設定した固有振動数あるいは設計上の固有振動数）と対比することにより、橋脚の健全度を判定する衝撃振動測定技術も一般的に利用されている。

一方、コンクリート製電柱等のコンクリート製柱状構造物（以下、コンクリート柱という）に対しては、折損防止のため、主に目視によるひび割れ発生状況の点検を実施している。更に、点検精度の向上のため、コンクリート柱を打撃し振動を与えることによって得られる固有振動数を解析することで、コンクリート柱の健全度を診断することが行われている（特許文献１参照）。

特開２０１０−０７１７４８号公報

コンクリート柱を加振させるためには、打撃者はゴムハンマーを用いて打撃することになるが、打撃固有振動解析を実施するうえで複数回（数十回）の打撃が必要である。そのため、打撃者が疲労するという課題がある。また、コンクリート柱の打撃面は曲面であることから、打撃者自身によるハンマー打撃の方向や加重が不均一になりやすく、有効な振動データが取得できない場合がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、打撃者の疲労を軽減でき、さらに、より精度の高い振動データを取得することができるコンクリート製柱状構造物の打撃装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、コンクリート製柱状構造物を打撃する打撃装置であって、棒状のハンマーと、前記ハンマーを打撃方向に沿って往復移動できるようにして前記ハンマーを内部に配置する筒状の打撃ガイドを備え、前記打撃ガイドを前記ハンマーの打撃方向と反対方向に移動させて、前記打撃ガイドに当接したバネに付勢力を蓄え、前記打撃ガイドが前記バネの付勢力によって前記ハンマーを押し出して、前記ハンマーがコンクリート製柱状構造物の表面を打撃することを特徴とする。

本発明のコンクリート製柱状構造物の打撃装置は、前記ハンマーの両側の少なくとも一方に、打撃の際に装置本体と前記コンクリート製柱状構造物との間の離隔を保つガイド部を備えることが好ましい。

前記ガイド部は、バネ構造を有し、または衝撃吸収材で作製されていることが好ましい。

また、本発明のコンクリート製柱状構造物の打撃装置は、前記装置本体を地面に対し支持すると共に、伸縮可能な補助ポールを備えることが好ましい。

また、本発明のコンクリート製柱状構造物の打撃装置は、前記装置本体を前記コンクリート製柱状構造物へ押し当てる押し当て部と、前記装置本体を支持するハンドル部を備えることが好ましい。

本発明によれば、装置本体をコンクリート柱に押し当てるだけでコンクリート柱を打撃することができるため、打撃者の疲労を軽減でき、また、打撃力と打撃方向を安定させることができるため、より精度の高い振動データを取得することができる。

図１は、本発明の打撃装置の実施の形態を示す全体図である。 図２は、本発明の打撃装置の装置本体を側面側から見たときの概略機構図である。 図３は、打撃レバー移動前の装置本体を下面側から見たときの概略機構図である。 図４は、打撃レバー移動後の装置本体を下面側から見たときの概略機構図である。 図５は、装置本体を前面（打撃側）から見たときの概略機構図である。 図６は、装置本体を後面（押し当て側）から見たときの概略機構図である。 図７は、本発明の打撃装置の他の実施の形態を示す概略機構図である。 図８は、図７のＡ−Ａ'線に沿う断面図である。 図９は、図７のＢ−Ｂ'線に沿う断面図である。 図１０は、突起ガイドと切り込みが嵌合した状態で打撃ハンマーが打撃方向へ移動した状態を示す図である。 図１１は、本発明の打撃装置の動作を説明する図である。 図１２は、本発明の打撃装置の動作を説明する図である。 図１３は、本発明の打撃装置の動作を説明する図である。 図１４は、本発明の打撃装置の動作を説明する図である。 図１５は、本発明の打撃装置の動作を説明する図である。 図１６は、本発明の打撃装置の動作を説明する図である。 図１７は、棒状ハンマーがコンクリート柱の表面を打撃する前の打撃装置の概略機構図である。 図１８は、棒状ハンマーがコンクリート柱の表面を打撃している時の打撃装置の概略機構図である。 図１９は、棒状ハンマーがコンクリート柱の表面を打撃した後に反作用力により打撃方向と反対方向へ戻る時の打撃装置の概略機構図である。 本発明の打撃装置による打撃操作を説明する図である。 本発明の打撃装置による打撃操作を説明する図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の打撃装置の実施の形態を示す全体図である。図１（ａ）は、打撃装置を左側面から見たときの図であり、図１（ｂ）は、打撃装置を右側面から見たときの図である。

本発明の打撃装置は、装置本体１と、装置本体１を地面に対し支持する補助ポール２からなる。装置本体１の打撃側には、装置本体１とコンクリート柱の表面までの距離を一定に保つための２つのガイド部３が設けられ、２つのガイド部３の間には打撃部４が設けられている。装置本体１の打撃側とは反対側の下方側にはハンドル部５が設けられ、上方側には押し当て部６が設けられている。打撃側とは反対側の中央部には後述する打撃スイッチ７が設けられている。ハンドル部５と押し当て部６は、打撃時に、一方の手でハンドル部５を握り、他方の手を押し当て部６に添えて、装置本体１をコンクリート柱に押し当てるためのものである。ハンドル部５と押し当て部６は、打撃時の衝撃緩和と、滑り止めのためにゴム製となっていることが好ましい。装置本体１の側面には、後述する打撃レバー８が設けられている。補助ポール２は、装置本体１の下部に取り付けられ、打撃するポイントや打撃者の身長にあわせて伸縮可能であり、また、装置本体１から脱着可能となっている。また、補助ポール２の上部位置には、手掛けベルト２０が取り付けられている。打撃者は、この手掛けベルト２０に手を通してハンドル部５を握ることによって、打撃時に、衝撃によって手が装置本体１から外れないようにすることができる。

図２は、図１に示す本発明の打撃装置の装置本体を側面側から見たときの概略機構図であり、図３は、打撃レバー移動前の装置本体を下面側から見たときの概略機構図であり、図４は、打撃レバー移動後の装置本体を下面側から見たときの概略機構図であり、図５は、装置本体を前面（打撃側）から見たときの概略機構図であり、図６は、装置本体を後面（押し当て側）から見たときの概略機構図である。

装置本体１は、打撃部４と、バネ１２と、緩衝バネ１３と、バネ連結部材２５と、筺体１４と、ガイド部３と、打撃レバー８と、打撃レバー受け１６と、打撃スイッチ７を備えている。

打撃部４は、コンクリート柱の表面を打撃する棒状のハンマー１０と、棒状のハンマー１０を打撃方向に沿って往復移動できるようにしてハンマー１０を内部に配置する筒状の打撃ガイド１１からなる。

コンクリート柱の表面を打撃するハンマー１０の先端部２１は、形状が半球状に近い形状であって硬質ゴムまたは樹脂で成形され、摩耗による取り換えが可能となっている。先端部２１以外は鉄等の金属で成形されている。ハンマー１０の打撃側とは反対側の端部には、抜け落ち防止板３１が設けられている。なお、ハンマー１０は、形状が棒状であることから、鉄等の比重の大きい金属を用いて重心をハンマー先端部に偏らせ、打撃の衝撃力を増大させる構造になっていることが好ましい。

打撃ガイド１１は、ハンマー１０の側面を覆うように筒状構造になっており、筒状構造の一方の端部には、ハンマー１０が抜け落ちるのを防止するための抜け落ち防止板３２が設けられており、筒状構造の他方の端部には、バネ１２の一方の端部が当接するバネ連結部１８が設けられている。打撃ガイド１１が筒状構造であり、棒状のハンマー１０を打撃方向に沿って往復移動できるようにしてハンマー１０を内部に配置するので、本発明の打撃装置は、ハンマー１０による打撃時に、ハンマー１０の打撃方向のブレを軽減できる。

バネ１２は、打撃部４（ハンマー１０と打撃ガイド１１）に付勢力を与えるものであり、一方の端部がバネ連結部１８に当接し、他方の端部がバネ連結部材２５に当接している。バネ１２は、打撃ガイド１１がハンマー１０の打撃方向と反対方向に移動すると、伸張して付勢力を蓄える。

緩衝バネ１３は、打撃部４（ハンマー１０と打撃ガイド１１）がコンクリート柱を打撃した際に生じる衝撃や振動を吸収するものであり、一方の端部がバネ連結部材２５に当接し、他方の端部が筺体１４に当接している。

筺体１４は、打撃部４（ハンマー１０と打撃ガイド１１）を収容し、また、筺体１４には、ハンマー１０を挟むようにして、ハンマー１０の両側に、筺体１４とコンクリート柱の表面との打撃前の距離を保つためのガイド部３が設けられている。

ガイド部３は、ガイド２２とガイドバネ２４からなる。ガイド２２は、図２に示すように一部が筺体１４から突出しており、ガイド２２の先端部２３には防振ゴム等が付けられており、打撃時に発生する衝撃や振動が筺体１４からコンクリート柱に伝わることを軽減するため、および、打撃後にガイド２２を元の位置に戻すためのガイドバネ２４が設けられている。

打撃レバー８は、回転軸１５が筺体１４に軸支されており、打撃部４を打撃前の状態にセットするため、打撃部４（ハンマー１０と打撃ガイド１１）を打撃方向と反対方向に移動させることができる構造となっている。打撃レバー受け１６は、打撃レバー８の移動に伴い打撃部４を打撃前の状態にセットするための、打撃ガイド１１に突設された突起物である。打撃スイッチ７は、回転軸１７が筺体１４に軸支されており、打撃部４を打撃前の状態を保持するため、打撃ガイド１１のバネ連結部１８に留め金１９を掛け、留め金１９を掛けることと外すことが容易にできる構造となっている。なお、打撃レバー１０および打撃スイッチ７は、簡略化して示している。

ガイド部３は、装置本体１とコンクリート柱の表面との離隔を一定に保ち、打撃時にコンクリート柱に与える衝撃等の影響を最小限に抑えることが役割である。また、ハンマー１０の両側のガイド部３を用いて打撃点の真上と真下の上下２箇所で装置本体１をコンクリート柱に押し当てることで、コンクリート柱の水平断面上の中心へ向けた打撃角度の影響を軽減することができる。なお、打撃部４の両側のいずれか一方にガイド部３を備え、打撃点の真上または真下の１箇所のみで装置本体１をコンクリート柱に押し当てることが、打撃時にコンクリート柱に与える衝撃等の影響を最小限に抑えるためには好ましい。本発明の打撃装置は、ガイド部３を用いて打撃点の真上と真下の上下方向の２点、または、真上または真下の１点で装置本体１をコンクリート柱に押し当てることで、コンクリート柱の水平断面の円形の中心に向けた方向の打撃振動成分の振幅を最大化する、つまり、評価対象の信号（Ｓ）と、評価対象外の信号（Ｎ）のＳ／Ｎ比を向上させることができる。そして、ガイド部３として、図２に示すようなバネ構造以外に、硬質スポンジ等のような、弾性力が大きく、コンクリート柱に装置本体１を押し当てた場合に、一定の離隔を保てる程度の力を有する衝撃吸収材を用いることも可能である。

ハンマー１０に付勢力を与えるバネ１２は縮みバネであるのに対し、打撃時に発生する衝撃を軽減する緩衝バネ１３は伸びバネである。バネ１２と緩衝バネ１３が直列に当接するバネ連結部材２５と筺体１４との摩擦を極力低減するように、バネ連結部材２５と筺体１４との接触面に潤滑油を塗布することが好ましい。なお、バネ１２と緩衝バネ１３が直列に当接するバネ連結部材２５は、筺体１４に突設されている突起爪２６に引っかかることによって、打撃方向と反対方向へ所定の長さ以上、緩衝バネ１３（伸びバネ）が伸びることを限定することで、バネ１２（縮みバネ）の所定の付勢力の蓄えと緩衝バネ１３（伸びバネ）の緩衝力の発現を可能とする。つまり、バネ１２（縮みバネ）と緩衝バネ１３（伸びバネ）のそれぞれのバネ力のバランスを調整することによって、所定の打撃力を担保する構造になっている。

ハンマー１０が打撃ガイド１１によって、バネ１２の付勢力を極力損失させないでコンクリート柱を打撃するためには、ハンマー１０と打撃ガイド１１との接触面に潤滑油を塗布することが好ましい。また、打撃ガイド１１の内側は、繰り返される打撃に伴い、ハンマー１０の往復運動によって生じる摩擦によって表面が劣化するので、打撃ガイド１１の内側表面を、表面劣化を軽減する材質でコーティングすることが好ましい。

図７は、本発明の打撃装置の他の実施の形態を示す概略機構図であり、図８は、図７のＡ−Ａ'線に沿う断面図であり、図９は、図７のＢ−Ｂ'線に沿う断面図である。図７に示すように、打撃ガイド１１の内側に打撃ガイド１１の長手方向に板状の突起ガイド３０を複数箇所設置し、ハンマー１０の打撃方向と反対方向の端面に設けられた、ハンマー１０が打撃によって打撃ガイド１１から抜け落ちないように防止する抜け落ち防止板３１に、突起ガイド３０の設置位置に応じた、突起ガイド３０に嵌合する切り込み３６を形成して、ハンマー１０のローリングを防ぎ、打撃ガイド１１のハンマー１０の自重を支える部分の強度を分散する（打撃ガイド１１の劣化軽減と装置の小型化に繋がる）構造となっている。図１０は、突起ガイド３０と切り込み３６が嵌合した状態で打撃ハンマー１０が打撃方向へ移動した状態を示している。

また、打撃ガイド１１の打撃方向の端面に形成されている抜け落ち防止板３２の、ハンマー１０の抜け落ち防止板３１が衝突する抜け落ち防止面３３、および、打撃ガイド１１がハンマー１０を打撃時に押し出すための押し出し面３４には防振ゴムを貼り付けられており、ハンマー１０がコンクリート柱を打撃したときに、抜け落ち防止板３１と抜け落ち防止面３３が衝突する衝撃を軽減し、ハンマー１０がコンクリート柱を打撃した後、ハンマー１０が反作用力で装置本体１側に戻ってきて、押し出し面３４と抜け落ち防止板３１の裏面とが衝突する衝撃を軽減して、抜け落ち防止面３３と押し出し面３４の劣化を軽減することができる。

また、ハンマー１０がコンクリート柱を打撃した後、反作用力で押し出し面３４に戻ってくる時の衝撃を、押し出し面３４の裏側に備える衝撃センサ３５で計測することによって、コンクリート柱の水平断面の円形の中心に向けて精度よく打撃できたかどうかをチェックする機能を備えることが好ましい。

図１１〜図１６は、本発明の打撃装置の動作を説明する図である。図１１と図１２に示すように、打撃レバー８を打撃方向に押すことによって、筺体内部の打撃レバー８は打撃方向とは反対方向に移動する。打撃レバー８の移動に伴い、打撃レバー８が打撃ガイド１１に突設されている打撃レバー受け１５と接触し、打撃ガイド１１は、打撃方向と反対方向へ移動する。打撃ガイド１１のバネ連結部１８にはバネ１２の一方の端部が当接しているため、打撃ガイド１１は、バネ１２に付勢力が蓄えられた状態で、図１３に示すように、打撃スイッチ７の留め金１９によってバネ連結部１８で固定される。打撃時は、図１４に示すように、打撃スイッチ７によって留め金１９をバネ連結部１８から外して、図１５に示すように、バネ１２が縮む力（打撃方向への付勢力）によって、ハンマー１０をコンクリート柱９の打撃面に向けて押し出し、ハンマー１０がコンクリート柱９の表面を打撃する。図１６に示すように、コンクリート柱９の表面の打撃面に衝突したハンマー１０は、打撃方向と反対方向へ戻り、それに伴い、緩衝バネ１３の慣性力、或いは、ハンマー１０が押し出し面３４に衝突する力によって打撃ガイド１１は打撃方向とは反対方向へ移動する。

図１７は、棒状ハンマーがコンクリート柱の表面を打撃する前の打撃装置の概略機構図を示しており、図１８は、棒状ハンマーがコンクリート柱の表面を打撃している時の打撃装置の概略機構図を示しており、図１９は、棒状ハンマーがコンクリート柱の表面を打撃した後に反作用力により打撃方向と反対方向へ戻る時の打撃装置の概略機構図を示している。なお、図１７〜図１９は、打撃部４の真上側のガイド部３のみを示し、打撃部４の真下側のガイド部は省略して示している。

図２０は、本発明の打撃装置による打撃操作を説明する図である。打撃者は、一方の手でハンドル部５を握り、他方の手を押し当て部６に添えて、ガイド部３の先端をコンクリート柱９の表面に接触させた状態から、打撃スイッチ７を押下すると、バネ１２の圧縮が解放されて、ハンマー１０が、コンクリート柱９の表面を打撃することになる。図２０（ａ）は、装置本体１をコンクリート柱９に押し当てているときの状態を示しており、図２０（ｂ）は、打撃後の状態を示している。

ハンマー１０の打撃力を強くする場合は、バネ１２の力を強く設定する以外に、ハンマー１０の重量（特に打撃面に近い先端部）を重くする。ハンマー１０の重量を重くする場合には、装置本体１の重量が大きくなる。この場合、図２１に示すように、装置本体１に補助ポール２を付けて、補助ポール２と地面との接点で重力を持たせ、コンクリート柱９の表面の打撃点がずれないように、打撃者の足で補助ポール２を固定することで、打撃者の疲労軽減および加振精度の低下を防止することができる。図２１（ａ）は、装置本体１をコンクリート柱９に押し当てているときの状態を示しており、図２１（ｂ）は、打撃後の状態を示している。

上述したように、本発明の打撃装置は、装置本体をコンクリート柱に接触させ、打撃スイッチを押下するだけでコンクリート柱を打撃することができるため、打撃者の疲労を軽減でき、また、打撃の力と方向を安定させることができるため、より精度の高い振動データを取得することができる。また、本発明によれば、打撃力の調整をバネ力やハンマーの重量で実施でき、片手操作ができる程度まで装置の小型・軽量化が可能となる。

なお、上述した実施の形態では、棒状ハンマーや打撃ガイドに断面が円形状のものを用いたが、断面が、楕円形のもの、三角形以上の多角形状のもの、異形のものを用いるようにしても良い。

１ 装置本体
２ 補助ポール
３ ガイド部
４ 打撃部
５ ハンドル部
６ 押し当て部
７ 打撃スイッチ
８ 打撃レバー
９ コンクリート柱
１０ 棒状ハンマー
１１ 打撃ガイド
１２ バネ
１３ 緩衝バネ
１４ 筺体
１５、１７ 回転軸
１６ 打撃レバー受け
１８ バネ連結部
１９ 留め金
２０ 手掛けベルト
２１、２３ 先端部
２２ ガイド
２４ ガイドバネ
２５ バネ連結部材
２６ 突起爪
３０ 突起ガイド
３１、３２ 抜け落ち防止板
３３ 抜け落ち防止面
３４ 押し出し面
３５ 衝撃センサ
３６ 切り込み

Claims (5)

1. コンクリート製柱状構造物を打撃する打撃装置であって、
   棒状のハンマーと、
   前記ハンマーを打撃方向に沿って往復移動できるようにして前記ハンマーを内部に配置する筒状の打撃ガイドを備え、
   前記打撃ガイドを前記ハンマーの打撃方向と反対方向に移動させて、前記打撃ガイドに当接したバネに付勢力を蓄え、前記打撃ガイドが前記バネの付勢力によって前記ハンマーを押し出して、前記ハンマーがコンクリート製柱状構造物の表面を打撃することを特徴とするコンクリート製柱状構造物の打撃装置。
2. 前記ハンマーの両側の少なくとも一方に、打撃の際に装置本体と前記コンクリート製柱状構造物との間の離隔を保つガイド部を備えることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート製柱状構造物の打撃装置。
3. 前記ガイド部は、バネ構造を有し、または衝撃吸収材で作製されていることを特徴とする請求項２に記載のコンクリート製柱状構造物の打撃装置。
4. 前記装置本体を地面に対し支持すると共に、伸縮可能な補助ポールを備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンクリート製柱状構造物の打撃装置。
5. 前記装置本体を前記コンクリート製柱状構造物へ押し当てる押し当て部と、前記装置本体を支持するハンドル部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコンクリート製柱状構造物の打撃装置。

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