JP2015045637A - アンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置 - Google Patents

アンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置 Download PDF

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Abstract

【課題】接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を定量的に検査することができるアンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置を提供する。【解決手段】接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を検査するアンカーボルトの非破壊検査方法であって、アンカーボルトの基礎の表面から露出した部分を打撃することにより打音を発生させ、打音の信号波形を受信して周波数解析することにより信号波形の周波数情報を得て、信号波形の周波数情報に基づいてアンカーボルトの健全性を非破壊で定量的に検査するアンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置。【選択図】図１

Description

本発明は、接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を検査するアンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置に関する。
従来より、コンクリート構造物などの基礎に装置機器類を据え付け、固定するに際して、接着系アンカーを使用することが行われている。具体的には、例えば、予めケミカル樹脂からなる接着剤組成物を基礎に設けられた穴に挿入した後、アンカーボルトを埋込むことにより、ケミカル樹脂を化学反応により硬化させて、アンカーボルトを物理的に固着し、固定させる。
このような施工方法で固定されたアンカーボルトには、施工不良の発生や、ケミカル樹脂の劣化や剥離などによる経年劣化などが発生することがあり、これを放置すると構造物の安全性に問題が生じる恐れがある。
なお、施工不良としては、ケミカル樹脂の不足、ボルトの変形（曲がり等）、穴内清掃不足、撹拌不良、コンクリートの強度不足、コンクリートのひび割れなどがあり、また経年劣化としては、上記のケミカル樹脂の劣化や剥離の他に、ボルトの変形（曲がり等）、ボルトのき裂、ボルトの破断、ボルトの腐食減肉、ナットの緩み、コンクリート強度の劣化、コンクリートのひび割れなどがある。
そこで、構造物の安全性を確保する観点より、コンクリート構造物に埋設されて目視観測することができない部分におけるアンカーボルトやケミカル樹脂の健全性（以下、総称して、単に「アンカーボルトの健全性」という）について、非破壊で把握することが求められ、例えば、下記の方法が採用されている。
打音検査法は、コンクリートの表面から露出しているアンカーボルトの頭部をハンマーで打撃し、その時にハンマーが発する打音とハンマーを通した打感との二つから、検査者が異常の有無を判定する手法である。
超音波検査法は、露出しているアンカーボルトの頭部に超音波センサを設置し、アンカーボルトに加えられた超音波に基づくアンカーボルトからの反射信号に基づいて、アンカーボルトの腐食や傷などの欠陥を判定する手法であり、非破壊検査方法として一般的に広く採用されている（例えば特許文献１）。
また、露出しているアンカーボルトの頭部に加速度計を設置し、ハンマーの打撃によって発生した弾性波の反射波を加速度計で受信し、反射波の強さや時間遅れに基づいてアンカーボルトの破損や周囲のコンクリートの破断などを検査する手法も提案されている（例えば特許文献２）。
特開２００４−７７２３４号公報 特開２０１０−２０３８１０号公報
近年、アンカーボルトの健全性について、非破壊で定量的に精度高く把握することが求められている。しかしながら、これらの方法は定量的に把握する点において、未だ十分とは言えなかった。
即ち、打音検査法の定量性は検査者の熟練度に大きく依存しているため、検査結果に対する信頼性が充分とは言えず、アンカーボルトの健全性の定量的な検査を精密に行うことが困難であった。また、検査環境（騒音環境やアンカーボルトの設置状況など）などによっては検査自体が困難となる恐れもあった。
また、超音波検査法は、検査者の熟練度に依存することなく、アンカーボルト自体の健全性を検査することはできるものの、施工不良や経年劣化などを定量的に把握することは困難であった。
また、特許文献２に記載の非破壊検査法は、アンカーボルトの頭部から超音波などの弾性波を発振させ、この弾性波の反射波の強さと時間遅れに基づいてアンカーボルトあるいはコンクリートの健全性を検査する方法であり、アンカーボルトの表面粗さやねじ切りなどの複雑な構造を有している場合には、弾性波の反射波の強さや時間遅れなどを精度良く測定することが困難であるため、同様の問題を有していた。
そこで、本発明は、接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を非破壊で定量的に検査することができるアンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置を提供することを課題とする。
請求項１に記載の発明は、
接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を検査するアンカーボルトの非破壊検査方法であって、
前記アンカーボルトの前記基礎の表面から露出した部分を打撃することにより打音を発生させ、前記打音の信号波形を受信して周波数解析することにより前記信号波形の周波数情報を得て、前記信号波形の周波数情報に基づいて前記アンカーボルトの健全性を非破壊で定量的に検査することを特徴とするアンカーボルトの非破壊検査方法である。
請求項２に記載の発明は、
前記アンカーボルトの前記基礎の表面から露出した部分を打撃することにより打音を発生させ、前記打音の信号波形を周波数解析する前に前記打音の信号波形を増幅し、増幅した打音の信号波形を高速フーリエ変換することにより周波数解析して、前記信号波形の周波数情報を得ることを特徴とする請求項１に記載のアンカーボルトの非破壊検査方法である。
請求項３に記載の発明は、
前記信号波形の周波数情報と、健全性が予め確認されているアンカーボルトにおける信号波形の周波数情報が備えられたデータベースとを照合することにより、前記アンカーボルトの健全性を定量的に検査することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンカーボルトの非破壊検査方法である。
請求項４に記載の発明は、
前記データベースが、前記信号波形の周波数情報と前記アンカーボルトの引抜き強度との関係として構築されていることを特徴とする請求項３に記載のアンカーボルトの非破壊検査方法である。
請求項５に記載の発明は、
接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を検査するアンカーボルトの非破壊検査装置であって、
前記アンカーボルトの前記基礎の表面から露出した部分を打撃することにより打音を発生させる打音発生手段と、
発生した打音を受信するセンサと、
前記センサによって受信された打音から信号波形を取得し、前記信号波形を周波数解析することにより前記信号波形の周波数情報を得る信号処理装置と、
得られた前記信号波形の周波数情報に基づいて前記アンカーボルトの健全性を非破壊で定量的に検査する検査処理装置と
を備えていることを特徴とするアンカーボルトの非破壊検査装置である。
請求項６に記載の発明は、
前記検査処理装置が、前記信号波形の周波数情報と前記アンカーボルトの引抜き強度との関係をデータベースとして予め備えており、前記データベースと前記信号処理装置で得られた前記信号波形の周波数情報とを照合することにより前記アンカーボルトの健全性を評価するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のアンカーボルトの非破壊検査装置である。
本発明によれば、接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を非破壊で定量的に検査することができるアンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置を提供することができる。
本発明の一実施の形態に係るアンカーボルトの非破壊検査装置を示す概略構成図である。 センサによって受信される打音の信号波形の一例を示すグラフである。 信号処理装置の周波数解析によって得られる信号波形の周波数情報の一例を示すグラフである。 検査対象のアンカーボルトの信号波形の周波数情報を示すグラフである。 検査対象のアンカーボルトの信号波形の周波数情報と引抜き強度との関係を示すグラフである。
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施の形態に係るアンカーボルトの非破壊検査方法および非破壊検査装置について説明する。
１．非破壊検査装置
図１は、本実施の形態に係るアンカーボルトの非破壊検査装置を示す概略構成図であり、打撃用ハンマー２と、センサ３と、信号処理装置４とを備えている。なお、アンカーボルト５は、図１に示すように、コンクリート構造物の基礎１０に設けられた穴１１に挿入されて、ケミカル樹脂６によって基礎１０に固定されている。
（１）打撃用ハンマー
打撃用ハンマー２は、基礎１０の表面から露出したアンカーボルト５の頭部５ａを打撃することによって、アンカーボルト５の内部に打音を発生させる打音発生手段である。打撃用ハンマー２としては、特に限定されず、一般に市販されているものを使用することができる。
（２）センサ
センサ３は、アンカーボルト５の頭部５ａの上面に、アンカーボルト５と接して設置されており、打撃用ハンマー２の打撃によって発生した打音の信号波形を受信する。そして、センサ３に受信された打音は、その後、信号処理装置４に送信される。センサ３としては、主として超音波領域（数１０ｋＨｚ〜数ＭＨｚ）の高い周波数成分を受信する圧電素子センサであるＡＥセンサが用いられるが、これに限定されず、一般の音波センサを用いてもよい。
（３）信号処理装置
信号処理装置４は、センサ３によって受信された打音の信号波形を取得し、信号波形を周波数解析して、信号波形の周波数情報を得るために設置されており、センサ３から送信された打音の信号波形を増幅する信号増幅器（アンプ）と、増幅された打音の信号波形の周波数解析を行う解析用パーソナルコンピュータとを備えている。
解析用パーソナルコンピュータは、打音の信号波形を解析するための信号処理ソフトウェアを備えており、センサ３によって受信された打音の信号波形に、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）などの周波数解析を実施することにより、信号波形の周波数情報を得ることができる。
また、解析用パーソナルコンピュータの記憶部（図示省略）には、健全性が予め確認されているアンカーボルトにおける信号波形の周波数情報がモックアップ試験などを用いて予め取得されて、データベースとして格納されている。
２．非破壊検査方法
次に、上記の非破壊検査装置１を用いて、接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性（アンカーボルトやケミカル樹脂の健全性）を非破壊で定量的に把握する非破壊検査方法を説明する。
最初に、基礎１０の表面から頭部５ａが露出した状態で埋設されたアンカーボルト５の頭部５ａを打撃用ハンマー２で打撃することにより、アンカーボルト５の内部に打音を発生させる。
発生した打音はセンサ３により受信された後、信号処理装置４に送られて、打音の信号波形が取得される。取得された打音の信号波形の一例を図２に示す。図２に示すように、打音の信号波形は打撃用ハンマー２の打撃によって発生し、時間の経過に伴って徐々に減衰していく。
前記打音の信号波形は、その後、信号処理装置４の信号増幅器において増幅される。増幅された打音の信号波形は、その後、信号処理装置４の解析用パーソナルコンピュータに備えられた信号処理ソフトウェアを用いてＦＦＴ変換されて周波数解析されることにより、信号波形の周波数情報が得られる。得られた信号波形の周波数情報の一例を図３に示す。
なお、図３において、Ａはアンカーボルトにケミカル樹脂がコーティングされている場合の周波数情報を示し、Ｂは、アンカーボルトにケミカル樹脂がコーティングされていない場合の周波数情報を示す。
図３に示すように、ＡとＢとではピークが出現する周波数やピーク高さが異なっているため、ピークが出現する周波数やそのピーク高さを知ることにより、アンカーボルトにケミカル樹脂がコーティングされている状況、即ち、アンカーボルトの健全性を定量的に把握して検査できることが分かる。
このとき、本実施の形態のように、予め格納されたデータベースと得られた周波数情報とを照合することができれば、より短時間で、かつ精度高くアンカーボルトの健全性を定量的に検査することができるため好ましい。
即ち、信号波形の周波数情報とアンカーボルトの健全性を示す指標となる物性との関係をデータベースとして予め格納しておけば、信号処理装置４で今回得られた信号波形の周波数情報をそのデータベースと照合することにより、アンカーボルトの健全性を評価できる。このような指標となる物性としては引抜き強度が特に好ましく、信号波形の周波数情報とアンカーボルトの引抜き強度との関係をデータベース化しておけば、アンカーボルトの引抜き強度に基づいてアンカーボルトの健全性を容易に評価できる。
３．実施の形態の効果
本実施の形態によれば、打音の信号波形を周波数解析することにより取得した信号波形の周波数情報に基づいて、接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの直接に目視観測できない部分の健全性を非破壊で定量的に検査することができる。
即ち、本実施の形態に係る非破壊検査装置は、接着系アンカーの健全性を非破壊で定量的に検査することを目的としている。接着系アンカーは、アンカーボルトの周辺にケミカル樹脂が密着しており、適切に周波数解析ができる打音の信号波形が得られると共に、ケミカル樹脂の密着度合やケミカル樹脂及び周辺のコンクリート強度の劣化などにより、打音の信号波形から得られた周波数情報が変化するため、本実施の形態に係る非破壊検査装置を用いることによって、その健全性を非破壊で定量的に検査することができる。
また、本実施の形態に係る非破壊検査装置で指標としている周波数情報は、アンカーボルトや樹脂、コンクリートなどの構造物の固有振動数に由来する打音によって取得されるものであり、データベースと比較することにより複雑な構造であっても健全性を容易に検査できる。
そして、周波数情報のピーク周波数の強さは、アンカーボルトの表面粗さなどに依存するが、ピーク周波数及びピーク周波数の強度比は表面粗さなどに依存し難いため、弾性波の反射波などと異なり、測定対象の表面粗さなどに依存しないため、健全性を精度良く検査することができる。
また、一般的に、コンクリート構造物などの基礎に装置機器類を固定する場合、ナットやベースプレートなどを介してアンカーボルトと接続させることが多いが、本実施の形態によれば、これらのナットやベースプレートなどを取り外すことなく、非破壊でアンカーボルトの健全性を検査することができる。
（実施例１）
１．実施例１のサンプル作製
最初に、所定の大きさに穴が設けられた基礎に、表１に示す量のケミカル樹脂を挿入した後、各々についてＭ１６鉄製アンカーボルトを挿入することにより、基礎とアンカーボルトとを固定した。なお、表１においては、健全性良のサンプルとして適切なケミカル樹脂量を１００％とした２例（正常１、２）と、健全性不良のサンプルとしてケミカル樹脂量を５０％（不良１）、３５％（不良２）とした２例を準備した。
Figure 2015045637
２．評価方法
上記４種類のサンプルのアンカーボルトについて、前記非破壊検査方法を用いて、周波数情報を取得した。なお、測定に際しては、先ず、各アンカーボルトにナットが取り付けられていない状態で検査を行い、その後、徐々にナットの締め付け度合いを強くして、それぞれの締め付け度合いにおける周波数情報も取得した。結果を図４に示す。
３．検査結果
図４より、アンカーボルトの上部にナットが取り付けられていない場合、接着系アンカーのケミカル樹脂の量が少なくなるに従って、周波数情報のピーク周波数が低周波側へシフトする傾向が認められた。
また、アンカーボルトの上部にナットが取り付けられている場合、ケミカル樹脂の量が適切なアンカーボルト（正常１、正常２）は、ナットの締め付け度合が変化しても、ピークが生じる周波数が変化しなかった。一方、ケミカル樹脂の量が少ないアンカーボルト（不良１、不良２）は、ナットの締め付ける度合いが強くなるに従って、ピークが生じる周波数が高周波側へシフトする傾向が認められた。
（実施例２）
次に、施工不良や経年劣化によりアンカーボルトの引抜き強度が低下する点に着目し、周波数情報と引抜き強度との相関関係を求めて、この相関関係に基づくアンカーボルトの健全性の検査の可能性について実験を行った。
１．実施例２のサンプル作製
実施例１と同様に、所定の大きさに穴が設けられた基礎に、表１に示す量のケミカル樹脂を挿入した後、各々についてＭ１６鉄製アンカーボルトを挿入して固定し、健全性良のサンプルとして正常１、正常２、および健全性不良のサンプルとして不良１、不良２を準備した。
２．評価方法
正常１、正常２および不良１、不良２のアンカーボルトについて、アンカーボルトの引抜き強度を測定すると共に、上記の非破壊検査方法を用いて、周波数情報を取得した。結果を図５に示す。
３．検査結果
図５より、アンカーボルトの引抜き強度が低い場合は周波数情報が低周波数側へシフトし、引抜き強度が高い場合は周波数情報が高周波数側へシフトする傾向が認められ、この関係をあらかじめデータベース化しておけば、周波数情報からアンカーボルトの引抜き強度を容易に知って、健全性を評価できることが分かる。
実施例１および実施例２の結果より、上記の非破壊検査装置および非破壊検査方法を用いて周波数情報を取得することにより、接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性が、非破壊で定量的に検査できることが確認できた。
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることができる。
１ 非破壊検査装置
２ 打撃用ハンマー
３ センサ
４ 信号処理装置
５ アンカーボルト
５ａ アンカーボルトの頭部
６ ケミカル樹脂
１０ 基礎
１１ 穴

Claims (6)

  1. 接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を検査するアンカーボルトの非破壊検査方法であって、
    前記アンカーボルトの前記基礎の表面から露出した部分を打撃することにより打音を発生させ、前記打音の信号波形を受信して周波数解析することにより前記信号波形の周波数情報を得て、前記信号波形の周波数情報に基づいて前記アンカーボルトの健全性を非破壊で定量的に検査することを特徴とするアンカーボルトの非破壊検査方法。
  2. 前記アンカーボルトの前記基礎の表面から露出した部分を打撃することにより打音を発生させ、前記打音の信号波形を周波数解析する前に前記打音の信号波形を増幅し、増幅した打音の信号波形を高速フーリエ変換することにより周波数解析して、前記信号波形の周波数情報を得ることを特徴とする請求項１に記載のアンカーボルトの非破壊検査方法。
  3. 前記信号波形の周波数情報と、健全性が予め確認されているアンカーボルトにおける信号波形の周波数情報が備えられたデータベースとを照合することにより、前記アンカーボルトの健全性を定量的に検査することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンカーボルトの非破壊検査方法。
  4. 前記データベースが、前記信号波形の周波数情報と前記アンカーボルトの引抜き強度との関係として構築されていることを特徴とする請求項３に記載のアンカーボルトの非破壊検査方法。
  5. 接着系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの健全性を検査するアンカーボルトの非破壊検査装置であって、
    前記アンカーボルトの前記基礎の表面から露出した部分を打撃することにより打音を発生させる打音発生手段と、
    発生した打音を受信するセンサと、
    前記センサによって受信された打音から信号波形を取得し、前記信号波形を周波数解析することにより前記信号波形の周波数情報を得る信号処理装置と、
    得られた前記信号波形の周波数情報に基づいて前記アンカーボルトの健全性を非破壊で定量的に検査する検査処理装置と
    を備えていることを特徴とするアンカーボルトの非破壊検査装置。
  6. 前記検査処理装置が、前記信号波形の周波数情報と前記アンカーボルトの引抜き強度との関係をデータベースとして予め備えており、前記データベースと前記信号処理装置で得られた前記信号波形の周波数情報とを照合することにより前記アンカーボルトの健全性を評価するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のアンカーボルトの非破壊検査装置。
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