JP2017053770A - Crack occurrence diagnosing method, and crack occurrence diagnosing program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、載荷によって曲げが生じる橋梁の桁や床版などのコンクリート構造物のひび割れ発生診断方法、及びひび割れ発生診断プログラムに関するものである。 The present invention relates to a crack occurrence diagnosis method and a crack occurrence diagnosis program for concrete structures such as bridge girders and floor slabs that are bent by loading.
特許文献1,2に開示されているように、鉄筋コンクリート製のコンクリート構造物に、ひび割れが発生していないかなどの健全性を診断する方法が知られている。 As disclosed in Patent Documents 1 and 2, there is known a method for diagnosing soundness such as whether cracks are generated in a reinforced concrete concrete structure.
平常時でも表面にひび割れが視認できるような状態のコンクリート構造物であれば、目視による観察によって損傷や劣化の程度を判断して健全性の診断とすることができる。 If it is a concrete structure in which cracks are visible on the surface even under normal conditions, the degree of damage or deterioration can be judged by visual observation to make a diagnosis of soundness.
これに対して、荷重が載荷されたときにのみ開くひび割れが発生しているコンクリート構造物であると、目視観察だけではこのようなひび割れは見逃され、健全性の評価が過大となるおそれがある。 On the other hand, if the concrete structure has cracks that open only when a load is loaded, such cracks may be overlooked by visual observation alone, and the assessment of soundness may be excessive. .
そこで、このようなコンクリート構造物には、特許文献1,2に開示されているようにコンクリート構造物の固有振動数を測定することで、健全性を診断することになる。 Therefore, the soundness of such a concrete structure is diagnosed by measuring the natural frequency of the concrete structure as disclosed in Patent Documents 1 and 2.
すなわち、コンクリート構造物が健全な状態なときの固有振動数を測定しておき、検査時に測定された固有振動数が健全時の固有振動数よりも低下していれば、コンクリート構造物にひび割れが発生している等の損傷や劣化があるという診断をすることができる。 That is, the natural frequency when the concrete structure is in a healthy state is measured, and if the natural frequency measured at the time of inspection is lower than the natural frequency at the time of soundness, the concrete structure is cracked. It can be diagnosed that there is damage or deterioration such as occurring.
しかしながら特許文献1,2に記載された固有振動数の変化から健全性を評価する方法では、健全な状態のときにコンクリート構造物の固有振動数を測定しておく必要がある。 However, in the method for evaluating the soundness from the change in the natural frequency described in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to measure the natural frequency of the concrete structure in a healthy state.
ところが既設のコンクリート構造物は、無数に現存しており、それらのすべてにおいて、新設時などに予め固有振動数が測定されている、というようなことはない。 However, innumerable existing concrete structures exist, and in all of them, the natural frequency is not measured in advance at the time of new installation or the like.
そこで、本発明は、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物の現状の変位を測定するだけで、ひび割れ発生状況を判定することが可能となるひび割れ発生診断方法、又はひび割れ発生診断プログラムを提供することを目的としている。 Therefore, the present invention provides a crack occurrence diagnosis method or a crack occurrence diagnosis program that can determine a crack occurrence state only by measuring a current displacement of a concrete structure that is bent by loading. It is aimed.
前記目的を達成するために、本発明のひび割れ発生診断方法は、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物のひび割れ発生診断方法であって、前記コンクリート構造物に対して曲げが発生する載荷を行うステップと、載荷によって生じる変位を経時的に測定するステップと、前記測定した変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解するステップと、前記正側振幅と前記負側振幅とをそれぞれ構成する各半波長の時間間隔となる半周期をそれぞれ算出するステップと、前記半周期から前記各半波長が発生する時点での振動数となる瞬間振動数を算出するステップと、前記正側振幅の瞬間振動数と前記負側振幅の瞬間振動数とを比較することによって、前記コンクリート構造物のひび割れ発生状況を判定するステップとを備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the crack occurrence diagnosis method of the present invention is a crack occurrence diagnosis method for a concrete structure in which bending is caused by loading, and the step of loading the concrete structure to cause bending is performed. Measuring a displacement caused by loading with time, decomposing a vibration waveform generated from the measured displacement into a positive amplitude and a negative amplitude, and the positive amplitude and the negative amplitude. Respectively, a step of calculating a half cycle that is a time interval of each half wavelength constituting each of the above, a step of calculating an instantaneous frequency that is a frequency at the time when each half wavelength is generated from the half cycle, Determining the occurrence of cracks in the concrete structure by comparing the instantaneous frequency of the side amplitude and the instantaneous frequency of the negative side amplitude; And said that there were pictures.
ここで、前記振動波形には、載荷されたコンクリート構造物が共振した後の残留振動となる自由振動波形を利用することができる。 Here, a free vibration waveform that becomes a residual vibration after the loaded concrete structure resonates can be used as the vibration waveform.
また、前記測定した変位から生成された振動波形を正側振幅と負側振幅とに分解するために、前記振動波形の所定の範囲で平均値を算出して、その平均値を分解対象となる前記振動波形の0値とする0線補正を行うステップを備えた構成とすることができる。さらに、前記平均値を算出するための所定の範囲は、振幅幅が0.5mm以内となる応答の小さい範囲とすることができる。 Further, in order to decompose the vibration waveform generated from the measured displacement into the positive side amplitude and the negative side amplitude, an average value is calculated in a predetermined range of the vibration waveform, and the average value is to be decomposed. A configuration may be provided that includes a step of performing zero-line correction to set the vibration waveform to a zero value. Furthermore, the predetermined range for calculating the average value can be a small response range in which the amplitude width is within 0.5 mm.
また、前記コンクリート構造物は長尺状の水平材であって、前記測定される変位は鉛直変位とすることができる。さらに、前記コンクリート構造物は桁部材であって、前記測定される変位は、前記桁部材の長手方向の略中央における鉛直変位とすることもできる。 The concrete structure may be a long horizontal material, and the measured displacement may be a vertical displacement. Further, the concrete structure may be a girder member, and the measured displacement may be a vertical displacement at substantially the center in the longitudinal direction of the girder member.
また、ひび割れ発生診断プログラムの発明は、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物のひび割れ発生診断プログラムであって、前記コンクリート構造物に対する曲げが発生する載荷によって生じた経時的な変位を取り込む入力手段と、前記取り込まれた変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解する波形分解手段と、前記正側振幅と前記負側振幅とをそれぞれ構成する各半波長の時間間隔となる半周期をそれぞれ算出して、前記半周期から前記各半波長が発生する時点での振動数となる瞬間振動数を算出する瞬間振動数算出手段と、前記正側振幅の瞬間振動数と前記負側振幅の瞬間振動数とを出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。 Further, the invention of the crack occurrence diagnostic program is a crack occurrence diagnostic program for a concrete structure that is bent by loading, and an input unit that captures a temporal displacement caused by loading that causes bending of the concrete structure; Waveform decomposing means for decomposing the vibration waveform generated from the captured displacement into a positive side amplitude and a negative side amplitude, and a time interval of each half wavelength constituting the positive side amplitude and the negative side amplitude, respectively And calculating an instantaneous frequency which is a frequency at the time when each half wavelength is generated from the half cycle, and an instantaneous frequency of the positive amplitude and the instantaneous frequency Output means for outputting the instantaneous frequency of the negative amplitude.
このように構成された本発明のひび割れ発生診断方法は、コンクリート構造物に対して曲げが発生する載荷によって生じる変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解する。 The crack occurrence diagnosis method of the present invention configured as described above decomposes the vibration waveform generated from the displacement caused by the load causing the bending of the concrete structure into a positive amplitude and a negative amplitude.
そして、分解された正側振幅と負側振幅とから、それぞれの瞬間振動数を算出し、それらを比較することで、コンクリート構造物のひび割れ発生状況を判定する。 Then, the instantaneous vibration frequency is calculated from the decomposed positive side amplitude and negative side amplitude, and the crack occurrence state of the concrete structure is determined by comparing them.
ここで、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物は、コンクリートの圧縮側が健全な状態と推定でき、ひび割れが発生する場合は、引張側から発生する可能性が高い。 Here, the concrete structure in which bending is caused by loading can be presumed that the compression side of the concrete is in a healthy state, and if cracking occurs, there is a high possibility that it will occur from the tension side.
このため、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物の現状の変位を測定して、そこから得られた振動波形を正側振幅と負側振幅とに分解し、それぞれの瞬間振動数を比較するだけで、ひび割れ発生状況を判定することができる。 For this reason, it is only necessary to measure the current displacement of a concrete structure that is bent by loading, decompose the vibration waveform obtained from it into a positive amplitude and a negative amplitude, and compare the respective instantaneous frequencies. The crack occurrence state can be determined.
このような診断を行うための振動波形として、載荷されたコンクリート構造物が共振した後の残留振動となる自由振動波形を利用すれば、簡単にひび割れ発生状況を判定することができる。 If a free vibration waveform that becomes a residual vibration after the loaded concrete structure resonates is used as the vibration waveform for performing such a diagnosis, it is possible to easily determine the crack occurrence state.
また、変位の測定に誤差があって、振動波形が正側又は負側にずれている場合でも、所定の範囲で算出された平均値を使って振動波形を0線補正することで、振動波形を正側振幅と負側振幅とに分解することができるようになる。 Even when there is an error in the measurement of displacement and the vibration waveform is shifted to the positive side or the negative side, the vibration waveform is corrected to zero by using the average value calculated in a predetermined range. Can be decomposed into a positive amplitude and a negative amplitude.
さらに、ひび割れ発生診断プログラムの発明は、コンクリート構造物に対する曲げが発生する載荷によって生じる変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解する波形分解手段を備えている。 Furthermore, the invention of the crack occurrence diagnosis program includes waveform decomposition means for decomposing a vibration waveform generated from a displacement caused by a load that causes bending of a concrete structure into a positive amplitude and a negative amplitude.
また、分解された正側振幅と負側振幅とからそれぞれの瞬間振動数を算出する瞬間振動数算出手段と、算出されたそれらの瞬間振動数を出力する出力手段とを備えている。 Further, there are provided instantaneous frequency calculating means for calculating respective instantaneous frequencies from the decomposed positive side amplitude and negative side amplitude, and output means for outputting the calculated instantaneous frequencies.
このため、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物の現状の変位の測定結果から算出されて、出力手段から出力された正側振幅と負側振幅の瞬間振動数を比較するだけで、容易にひび割れ発生状況を判定することができるようになる。 For this reason, cracks can be easily generated just by comparing the instantaneous frequency of the positive and negative amplitudes output from the output means, calculated from the current displacement measurement results of the concrete structure that is bent by loading. The situation can be determined.
以下、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、本実施の形態のひび割れ発生診断方法、及びひび割れ発生診断プログラムの処理の流れを説明するための図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a flow of processing of a crack occurrence diagnosis method and a crack occurrence diagnosis program according to the present embodiment.
本実施の形態のひび割れ発生診断方法及びひび割れ発生診断プログラムは、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物に対して適用される。例えば、鉄筋コンクリート構造物、プレストレストコンクリート構造物又は鋼材とコンクリートとの合成断面の構造物などが、コンクリート構造物に該当する。 The crack occurrence diagnosis method and crack occurrence diagnosis program of the present embodiment are applied to a concrete structure in which bending occurs due to loading. For example, a reinforced concrete structure, a prestressed concrete structure, or a structure having a composite section of steel and concrete corresponds to the concrete structure.
また、コンクリート構造物の形態としては、長尺状の水平材となる桁部材、梁部材、床版などが該当する。また、柱部材、壁部材、橋脚などについても、作用する荷重によっては、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物に該当する。 Moreover, as a form of a concrete structure, the girder member, beam member, floor slab etc. which become a long horizontal material correspond. In addition, column members, wall members, piers, and the like also correspond to concrete structures that are bent by loading depending on the applied load.
図2には、本実施の形態でコンクリート構造物として例示するRC桁1の模式図を示した。このRC桁1は、橋梁10において、橋台11と橋脚12との間、又は橋脚12,12間に架け渡される鉄筋コンクリート製の長尺部材である。 In FIG. 2, the schematic diagram of RC girder 1 illustrated as a concrete structure in this Embodiment was shown. The RC girder 1 is a long member made of reinforced concrete that is bridged between the abutment 11 and the pier 12 or between the piers 12 and 12 in the bridge 10.
本実施の形態では、説明を簡単にするために、RC桁1の両端が支承部13,13によって支持された単純梁をモデルにして説明を進める。そして、このRC桁1の長手方向(軸方向)の略中央の位置における鉛直方向の変位を、変位計2によって測定する。 In the present embodiment, in order to simplify the description, the description will be made using a simple beam in which both ends of the RC beam 1 are supported by the support portions 13 and 13 as models. Then, the displacement in the vertical direction at the substantially central position in the longitudinal direction (axial direction) of the RC beam 1 is measured by the displacement meter 2.
この変位計2には、リング式変位計、ドップラーレーザー式変位計などの公知の変位計が使用できる。リング式変位計は、円形に成形された板バネにひずみゲージが取り付けられた変位計である。リング式変位計の先端の測定子を、RC桁1の上面1a又は下面1bに押しあてて取り付けておけば、RC桁1に変位が生じた際に板バネが変形して、変位に比例した出力を得ることができる。 As the displacement meter 2, a known displacement meter such as a ring displacement meter or a Doppler laser displacement meter can be used. The ring-type displacement meter is a displacement meter in which a strain gauge is attached to a circularly formed leaf spring. If the probe at the tip of the ring-type displacement meter is attached to the upper surface 1a or the lower surface 1b of the RC beam 1, the leaf spring is deformed when the RC beam 1 is displaced, and is proportional to the displacement. Output can be obtained.
一方、ドップラーレーザー式変位計は、レーザドップラ振動計によって測定された速度信号を積分処理することによって変換された変位を出力する。レーザドップラ振動計は、センサヘッドからレーザ光をRC桁1に照射し、反射されたレーザー光を受光する装置である。 On the other hand, the Doppler laser displacement meter outputs the displacement converted by integrating the velocity signal measured by the laser Doppler vibrometer. The laser Doppler vibrometer is a device that irradiates the RC beam 1 with a laser beam from a sensor head and receives the reflected laser beam.
RC桁1が載荷によって振動していれば、振動するRC桁1から反射されたレーザ光はドップラーシフトしたレーザ光となっており、周波数(速度)の変化が電圧に変換されて振動現象として検出することができる。すなわち、ドップラーレーザー式変位計は、非接触型の振動速度センサによって測定された速度信号を変位信号に変換して出力する変位計である。 If the RC beam 1 vibrates due to loading, the laser beam reflected from the vibrating RC beam 1 is a Doppler-shifted laser beam, and a change in frequency (speed) is converted into a voltage and detected as a vibration phenomenon. can do. That is, the Doppler laser displacement meter is a displacement meter that converts a velocity signal measured by a non-contact vibration velocity sensor into a displacement signal and outputs the displacement signal.
一方、橋梁10のRC桁1に対する載荷は、図2に示すように、列車Tの走行によって行われる。ここでは説明を簡単にするために、列車Tは3両の車両T1−T3の連結によって構成されているものとする。 On the other hand, the loading of the bridge 10 on the RC girder 1 is performed by running the train T as shown in FIG. Here, in order to simplify the description, it is assumed that the train T is configured by connecting three vehicles T1-T3.
列車Tの走行によってRC桁1に載荷がされると、RC桁1の上面1aが圧縮側となり、下面1bが引張側となる曲げが生じる。そして、コンクリートは、引張強度よりも圧縮強度の方がはるかに大きい特性を有するため、RC桁1では引張側(下面1b側)にひび割れが発生する可能性が高い。 When the RC girder 1 is loaded by the traveling of the train T, bending occurs such that the upper surface 1a of the RC girder 1 becomes the compression side and the lower surface 1b becomes the tension side. And since concrete has the characteristic in which the compressive strength is much larger than the tensile strength, the RC girder 1 is highly likely to crack on the tensile side (lower surface 1b side).
続いて、図1のフロー図を参照しながら、本実施の形態のひび割れ発生診断方法の各ステップについて説明する。まず、ステップS1では、RC桁1の略中央に変位計2が設置された橋梁10に対して、列車Tを走行させる。 Next, each step of the crack occurrence diagnosis method of the present embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S <b> 1, the train T is caused to travel on the bridge 10 in which the displacement meter 2 is installed at the approximate center of the RC girder 1.
この列車Tの走行によってRC桁1には曲げが生じ、その時の変位が変位計2によって連続して測定される(ステップS2)。この経時的な変位の測定結果から、図4(a)に示すような、振動波形を生成することができる(ステップS3)。 As the train T travels, the RC girder 1 is bent, and the displacement at that time is continuously measured by the displacement meter 2 (step S2). A vibration waveform as shown in FIG. 4A can be generated from the measurement result of the displacement over time (step S3).
図4(a)は、横軸が時間を示し、縦軸が変位を示す。また、変位は、正側(+)がRC桁1の測定点の隆起(負曲げ)を示し、負側(−)がRC桁1の測定点の沈下(正曲げ)を示す。 In FIG. 4A, the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates displacement. Further, in the displacement, the positive side (+) indicates the rise (negative bending) of the measurement point of the RC beam 1 and the negative side (−) indicates the settlement (positive bending) of the measurement point of the RC beam 1.
振動波形のピークは、列車Tの通過によって発生する。模式的に図4(a)に図示した列車Tを参照しながら説明すると、1両目の車両T1の通過によって最初のピークW1が発生し、2両目の車両T2の通過によって次のピークW2が現れ、3両目の車両T3の通過によって最大のピークW3となる。 The peak of the vibration waveform occurs when the train T passes. Referring to the train T schematically shown in FIG. 4A, the first peak W1 is generated by the passage of the first vehicle T1, and the next peak W2 appears by the passage of the second vehicle T2. The maximum peak W3 is obtained by passing the third vehicle T3.
そして、列車Tによる載荷で共振波形が得られた場合には、列車Tの通過後に大きな自由振動波形が残留振動として現れる。本実施の形態のひび割れ発生診断方法では、この残留振動となる自由振動波形を使って診断を行う。 When a resonance waveform is obtained by loading with the train T, a large free vibration waveform appears as residual vibration after the train T passes. In the crack occurrence diagnosis method of the present embodiment, diagnosis is performed using the free vibration waveform that becomes the residual vibration.
振動波形は、変位が0値となる線を境に、正側振幅(負曲げ領域)と負側振幅(正曲げ領域)とに分けることができるが、変位計2によって測定された変位の実測値には測定誤差があるため、図4(a)の右側に示すように、変位の0値が波形の中心とならないズレdが生じている場合がある。 The vibration waveform can be divided into a positive side amplitude (negative bending region) and a negative side amplitude (positive bending region) with a line where the displacement becomes 0 value as a boundary, but the displacement measured by the displacement meter 2 is actually measured. Since there is a measurement error in the value, as shown on the right side of FIG. 4A, there may be a deviation d in which the zero value of the displacement does not become the center of the waveform.
このようにズレdが生じている場合に、振動波形の中心に変位の0値を合わせる0線補正を行う(ステップS4)。この0線補正を行うには、まず、振動波形の応答(振幅幅)が小さい範囲に着目する。 When the deviation d occurs in this way, zero-line correction is performed to match the displacement zero value with the center of the vibration waveform (step S4). In order to perform the zero-line correction, attention is first focused on a range where the response (amplitude width) of the vibration waveform is small.
例えば図4(a)の右側に示すように、ズレdと変位の0値との間に振幅が収まる範囲、又は振幅幅が0.5mm以内となる範囲で平均値を算出して、その平均値を変位の0値とする補正を、残留振動となる自由振動波形に対して行う。 For example, as shown on the right side of FIG. 4A, an average value is calculated in a range where the amplitude falls between the deviation d and the zero value of the displacement, or the amplitude width is within 0.5 mm, and the average value is calculated. Is corrected for the free vibration waveform that becomes the residual vibration.
図4(b)は、0線補正後の自由振動波形(残留振動)を示した図である。この自由振動波形を、変位の0線を境に正側振幅と負側振幅とに分解する(ステップS5)。 FIG. 4B is a diagram showing a free vibration waveform (residual vibration) after zero line correction. The free vibration waveform is decomposed into a positive amplitude and a negative amplitude with a zero line of displacement as a boundary (step S5).
図5(a)は、分解された負側振幅を示した図であり、図5(b)は、分解された正側振幅を示した図である。これらの分解された負側振幅と正側振幅は、それぞれ半波長の集合と捉えることができる。 FIG. 5A is a diagram showing the decomposed negative amplitude, and FIG. 5B is a diagram showing the decomposed positive amplitude. Each of the decomposed negative side amplitude and positive side amplitude can be regarded as a set of half wavelengths.
そして、半波長の時間間隔を半周期と呼ぶ。残留振動である自由振動波形は、徐々に収束していくため、半周期も徐々に小さくなっていく。ここで、負側振幅の半波長の時間間隔を、半周期M1,M2,・・・Mn・・・とし、正側振幅の半波長の時間間隔を、半周期P1,P2,・・・Pn・・・とする(ステップS6)。 And the time interval of a half wavelength is called a half cycle. Since the free vibration waveform, which is residual vibration, gradually converges, the half cycle gradually decreases. Here, the time interval of the half wavelength of the negative amplitude is set as a half cycle M 1 , M 2 ,... M n, and the time interval of the half wavelength of the positive amplitude is set as a half cycle P 1 , P 2. ,... P n ... (Step S6).
このようにして算出された半周期M1,M2,・・・Mn・・・(又は半周期P1,P2,・・・Pn・・・)から、振動数を算出することができる。この各半周期に対して算出される振動数を、瞬間振動数fと呼ぶこととする。 The frequency is calculated from the half periods M 1 , M 2 ,... M n ... (Or half periods P 1 , P 2 ,... P n ...) Calculated in this way. Can do. The frequency calculated for each half cycle is referred to as an instantaneous frequency f.
瞬間振動数fは、以下の式で算出することができる(ステップS7)。
(負側振幅の場合) fM=1/(2Mn)
(正側振幅の場合) fP=1/(2Pn)
The instantaneous frequency f can be calculated by the following equation (step S7).
(Negative amplitude) f M = 1 / (2M n )
(For positive amplitude) f P = 1 / (2P n )
そして、各半波長について算出された瞬間振動数fM,fPは、図6に示すように、各半波長を示す時刻においてプロットしていくことができる。また、ここまでの処理は、本実施の形態のひび割れ発生診断プログラムがインストールされたコンピュータによって構成される診断システム(診断装置)によって行うことができる。 Then, the instantaneous frequencies f M and f P calculated for each half wavelength can be plotted at the time indicating each half wavelength, as shown in FIG. Moreover, the process so far can be performed by the diagnostic system (diagnostic apparatus) comprised with the computer in which the crack generation diagnostic program of this Embodiment was installed.
図3は、ひび割れ発生診断プログラムを説明するブロック図である。入力手段3は、変位計2によって測定された変位を取り込む手段となる。例えば、測定値が記憶媒体にまとめて記録されている場合は、そのデータを記憶媒体から読み込む手段が入力手段3になる。また、入力手段3は、変位計2で測定された変位をリアルタイムに取り込む手段であってもよい。 FIG. 3 is a block diagram for explaining a crack occurrence diagnosis program. The input unit 3 is a unit that takes in the displacement measured by the displacement meter 2. For example, when the measurement values are collectively recorded on the storage medium, the means for reading the data from the storage medium is the input means 3. The input unit 3 may be a unit that captures the displacement measured by the displacement meter 2 in real time.
入力手段3によって診断システムに取り込まれた変位は、演算手段4に送られる。演算手段4では、経時的な変位のデータから振動波形が生成され、必要に応じて0線補正手段41によって上述した0線補正の処理が行われる。 The displacement taken into the diagnostic system by the input means 3 is sent to the calculation means 4. In the calculation means 4, a vibration waveform is generated from the displacement data with time, and the above-described zero-line correction processing is performed by the zero-line correction means 41 as necessary.
そして、0線を境に正側と負側に交互に振幅が現れる状態となった振動波形は、波形分解手段42によって正側振幅と負側振幅とに分解される。また、瞬間振動数算出手段43では、正側振幅及び負側振幅の各半波長の各半周期M1,M2,・・・Mn・・・(又はP1,P2,・・・Pn・・・)が算出され、それらの値からそれぞれの瞬間振動数fM,fPが算出される。 The vibration waveform in which the amplitude alternately appears on the positive side and the negative side with respect to the zero line is decomposed into a positive side amplitude and a negative side amplitude by the waveform decomposing means 42. Further, in the instantaneous frequency calculation means 43, each half period M 1 , M 2 ,... M n (or P 1 , P 2 ,...) Of each half wavelength of the positive side amplitude and the negative side amplitude. P n ...) Are calculated, and the instantaneous frequencies f M and f P are calculated from these values.
瞬間振動数算出手段43によって算出された瞬間振動数fM,fPは、コンピュータに接続されたモニタやプリンタなどの出力手段5によって、例えば図6に示すように可視化される。なお、出力手段5は、算出された瞬間振動数fM,fPを記録させる記憶媒体であってもよい。 The instantaneous frequencies f M and f P calculated by the instantaneous frequency calculating means 43 are visualized by an output means 5 such as a monitor or a printer connected to a computer as shown in FIG. 6, for example. Note that the output means 5 may be a storage medium that records the calculated instantaneous frequencies f M and f P.
そして、算出された正側振幅及び負側振幅の瞬間振動数fM,fPに基づいて、RC桁1のひび割れ発生度の判定が行われる(ステップS8)。図6(a)は、健全と判定される演算結果を例示した図である。 Based on the calculated instantaneous frequencies f M and f P of the positive side amplitude and the negative side amplitude, the crack occurrence degree of the RC digit 1 is determined (step S8). FIG. 6A is a diagram illustrating a calculation result determined to be healthy.
上述したようにコンクリート構造物(RC桁1)は、コンクリートの圧縮側が健全な状態と推定でき、ひび割れが発生する場合は、引張側から発生する可能性が高い。 As described above, the concrete structure (RC girder 1) can be estimated that the compression side of the concrete is in a healthy state, and when cracks are generated, the concrete structure (RC girders 1) is likely to be generated from the tension side.
この知見に基づいて図6(a)を見ると、正側の瞬間振動数fPのプロットが描く線と、負側の瞬間振動数fMのプロットが描く線とは、略一致している。また、これらの線は、振幅の大きさに関わらず、略水平な線となっている。 When FIG. 6A is viewed based on this knowledge, the line drawn by the positive instantaneous frequency f P plot and the line drawn by the negative instantaneous frequency f M plot substantially coincide. . Moreover, these lines are substantially horizontal lines regardless of the magnitude of the amplitude.
この結果、RC桁1の引張側は、コンクリートの圧縮側と同様に健全な状態であると判断でき、ひび割れ発生度としても、「ひび割れは発生していない」又は「ひび割れが発生していたとしても無視できるほどに小さい」と判定することができる。 As a result, it can be judged that the tension side of the RC girder 1 is in the same sound state as the compression side of the concrete, and the crack occurrence degree is “no crack has occurred” or “a crack has occurred. Can be ignored ".
これに対して、図6(b)は、ひび割れが発生していると判定される演算結果を例示した図である。この図を見ると、正側の瞬間振動数fPのプロットが略水平な線を描いているのに対して、負側の瞬間振動数fMのプロットが描く線は、左下がりの線となっている。 On the other hand, FIG. 6B is a diagram illustrating a calculation result determined to have cracks. Looking at this Figure, while the moment plot of frequency f P of the positive side depicts a substantially horizontal line, the moment plot of frequency f M of the negative side draw line, and the line of the lower left It has become.
すなわち振幅が大きいときには、正側振幅の瞬間振動数fPと負側振幅の瞬間振動数fMとは、離隔しており、負側振幅の瞬間振動数fMの方が小さい値となっている。この離隔は、振幅の収束に伴って消滅することになる。 That is, when the amplitude is large, the instantaneous frequency f M of the instantaneous frequency f P and the negative amplitude of the positive amplitude is separated, becomes a small value towards the instantaneous frequency f M of the negative amplitude Yes. This separation disappears as the amplitude converges.
瞬間振動数f(fM,fP)の低下は、固有振動数の低下と同様に、コンクリート構造物(RC桁1)にひび割れが発生している等の損傷や劣化があることを示している。 A decrease in the instantaneous frequency f (f M , f P ) indicates that there is damage or deterioration such as cracking in the concrete structure (RC girder 1) as well as a decrease in the natural frequency. Yes.
また、正側振幅の瞬間振動数fPと負側振幅の瞬間振動数fMとの離隔が振幅の収束に伴って消滅していることから、このひび割れは、振幅の収束に伴って閉じるものと推定できる。 Further, since the spacing between the instantaneous frequency f M of the instantaneous frequency f P and the negative amplitude of the positive amplitude has disappeared with the convergence of the amplitude, the cracks, which closes with the convergence of the amplitude Can be estimated.
よって、図6(b)の結果からは、RC桁1の引張側(下面1b側)は損傷又は劣化している状態にあると判断でき、ひび割れ発生度としても、「ひび割れが発生している」と判定することができる。 Therefore, from the result of FIG. 6 (b), it can be determined that the tension side (the lower surface 1b side) of the RC girder 1 is in a damaged or deteriorated state. Can be determined.
次に、本実施の形態のひび割れ発生診断方法及びひび割れ発生診断プログラムの作用について説明する。 Next, the operation of the crack occurrence diagnosis method and crack occurrence diagnosis program of this embodiment will be described.
このように構成された本実施の形態のひび割れ発生診断方法は、RC桁1に対して曲げが発生する載荷(列車Tの通過)によって生じる変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解する。 The crack occurrence diagnosis method of the present embodiment configured as described above uses a vibration waveform generated from a displacement caused by a load (passing through the train T) in which the RC girder 1 bends as a positive amplitude and a negative amplitude. It breaks down into side amplitudes.
そして、分解された正側振幅と負側振幅とから、それぞれの瞬間振動数fM,fPを算出し、それらを比較することで、RC桁1のひび割れ発生状況を判定する。 Then, the instantaneous vibration frequencies f M and f P are calculated from the decomposed positive side amplitude and negative side amplitude, and the crack occurrence state of the RC girder 1 is determined by comparing them.
ここで、載荷によって曲げが生じるコンクリート構造物は、コンクリートの圧縮側が健全な状態と推定でき、ひび割れが発生する場合は、引張側から発生する可能性が高い。 Here, the concrete structure in which bending is caused by loading can be presumed that the compression side of the concrete is in a healthy state, and if cracking occurs, there is a high possibility that it will occur from the tension side.
このため、載荷によって曲げが生じるRC桁1の現状の変位をある時間の範囲で連続して測定して、そこから得られた振動波形を正側振幅と負側振幅とに分解し、それぞれの瞬間振動数fM,fPを比較するだけで、ひび割れ発生状況を判定することができる。 For this reason, the current displacement of the RC girder 1 that is bent by loading is continuously measured within a certain time range, and the vibration waveform obtained therefrom is decomposed into a positive amplitude and a negative amplitude. The crack occurrence state can be determined by simply comparing the instantaneous frequencies f M and f P.
要するに本実施の形態のひび割れ発生診断方法によれば、構築直後などの健全時のRC桁1の状態が予め測定されていなくても、目視では確認できないがひび割れの発生が疑われるような状態になってから、その時点でRC桁1の載荷時の変位を測定することで、瞬間的に発生する曲げひび割れの有無を判定することができる。 In short, according to the crack occurrence diagnosis method of the present embodiment, even if the state of the RC girder 1 at the time of sound, such as immediately after construction, has not been measured in advance, it cannot be visually confirmed, but the occurrence of a crack is suspected. Then, by measuring the displacement at the time of loading of the RC girder 1 at that time, it is possible to determine the presence or absence of a bending crack that occurs instantaneously.
ここで、目視によって確認可能なひび割れ幅は、0.2mm以上と言われている。また、近年、プレストレストコンクリート技術が発達して、桁の低剛性化が可能となって動的応答の大きな橋梁が増えてきたことに伴い、載荷時のみ瞬間的にひび割れが開口するコンリート構造物の適切な評価が必要になりつつある。 Here, the crack width that can be visually confirmed is said to be 0.2 mm or more. In recent years, with the development of prestressed concrete technology, the rigidity of girders can be reduced and the number of bridges with large dynamic response has increased. Appropriate evaluation is becoming necessary.
このような状況において、目視では確認ができない、瞬間的に開口するひび割れに対して、ひび割れ発生度として判定ができるようになれば、コンクリート構造物の健全性を的確に評価することができる。 In such a situation, if it is possible to determine the degree of occurrence of a crack with respect to a crack that opens instantaneously that cannot be visually confirmed, the soundness of the concrete structure can be accurately evaluated.
そして、このような診断を行うための振動波形として、載荷されたRC桁1が共振した後の残留振動となる自由振動波形を利用すれば、簡単にひび割れ発生状況を判定することができる。 And if the free vibration waveform used as a residual vibration after the loaded RC girder 1 resonates is used as a vibration waveform for performing such a diagnosis, the crack occurrence state can be easily determined.
また、変位の測定に誤差があって、振動波形が正側又は負側にずれている場合(ズレd)でも、応答が小さい範囲で算出された平均値を使って振動波形を0線補正することで、振動波形を正側振幅と負側振幅とに分解することができる。 Even if there is an error in the measurement of displacement and the vibration waveform is shifted to the positive side or the negative side (deviation d), the vibration waveform is zero-line corrected using the average value calculated in a small response range. Thus, the vibration waveform can be decomposed into a positive amplitude and a negative amplitude.
さらに、本実施の形態のひび割れ発生診断プログラムは、RC桁1に対する曲げが発生する載荷によって生じる変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解する波形分解手段42を備えている。 Furthermore, the crack occurrence diagnosis program according to the present embodiment includes waveform decomposition means 42 that decomposes a vibration waveform generated from a displacement caused by a load that causes bending of the RC girder 1 into a positive amplitude and a negative amplitude. ing.
また、分解された正側振幅と負側振幅とからそれぞれの瞬間振動数fM,fPを算出する瞬間振動数算出手段43と、算出されたそれらの瞬間振動数fM,fPを出力する出力手段5とを備えている。 Further, the instantaneous frequency calculation means 43 for calculating the respective instantaneous frequencies f M and f P from the decomposed positive side amplitude and negative side amplitude, and the calculated instantaneous frequencies f M and f P are output. Output means 5.
このため、載荷によって曲げが生じるRC桁1の現状の変位の測定結果から算出されて、出力手段5から出力された正側振幅と負側振幅の瞬間振動数fM,fPを比較するだけで、容易にひび割れ発生状況を判定することができる。 For this reason, it is calculated from the measurement result of the current displacement of the RC girder 1 where bending occurs due to loading, and only the instantaneous frequencies f M and f P of the positive and negative amplitudes output from the output means 5 are compared. Thus, it is possible to easily determine the crack occurrence status.
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes that do not depart from the gist of the present invention are not limited to this embodiment. Included in the invention.
例えば前記実施の形態では、RC桁1をコンクリート構造物として説明したが、これに限定されるものではなく、プレストレストコンクリート製のPRC桁や鉄骨とコンクリートの合成断面となるSRC桁など、様々な形態のコンクリート構造物を適用対象とすることができる。 For example, although the RC girder 1 has been described as a concrete structure in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this. The concrete structure can be applied.
また、前記実施の形態では、列車Tの通過による荷重を載荷として説明したが、これに限定されるものではなく、自動車や地震動や風などが荷重として載荷される場合であってもよい。 Moreover, although the load by passage of the train T was demonstrated as loading in the said embodiment, it is not limited to this, The case where a motor vehicle, earthquake motion, a wind, etc. are loaded as a load may be sufficient.
1 RC桁(コンクリート構造物)
2 変位計
3 入力手段
4 演算手段
41 0線補正手段
42 波形分解手段
43 瞬間振動数算出手段
5 出力手段
fM,fP 瞬間振動数
Mn,Pn 半周期
1 RC girder (concrete structure)
2 Displacement meter 3 Input means 4 Calculation means 41 Zero-line correction means 42 Waveform decomposition means 43 Instantaneous frequency calculation means 5 Output means f M , f P Instantaneous frequency M n , P n half cycle
Claims (7)
前記コンクリート構造物に対して曲げが発生する載荷を行うステップと、
載荷によって生じる変位を経時的に測定するステップと、
前記測定した変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解するステップと、
前記正側振幅と前記負側振幅とをそれぞれ構成する各半波長の時間間隔となる半周期をそれぞれ算出するステップと、
前記半周期から前記各半波長が発生する時点での振動数となる瞬間振動数を算出するステップと、
前記正側振幅の瞬間振動数と前記負側振幅の瞬間振動数とを比較することによって、前記コンクリート構造物のひび割れ発生状況を判定するステップとを備えたことを特徴とするひび割れ発生診断方法。 A method for diagnosing crack occurrence in a concrete structure in which bending occurs due to loading,
Performing a load that causes bending on the concrete structure;
Measuring the displacement caused by loading over time;
Decomposing the vibration waveform generated from the measured displacement into a positive amplitude and a negative amplitude;
Calculating each half period which is a time interval of each half wavelength constituting the positive side amplitude and the negative side amplitude, respectively;
Calculating an instantaneous frequency that is a frequency at the time when each half wavelength is generated from the half cycle;
A crack occurrence diagnosis method comprising: a step of determining a crack occurrence state of the concrete structure by comparing the instantaneous frequency of the positive amplitude and the instantaneous frequency of the negative amplitude.
前記コンクリート構造物に対する曲げが発生する載荷によって生じた経時的な変位を取り込む入力手段と、
前記取り込まれた変位から生成された振動波形を、正側振幅と負側振幅とに分解する波形分解手段と、
前記正側振幅と前記負側振幅とをそれぞれ構成する各半波長の時間間隔となる半周期をそれぞれ算出して、前記半周期から前記各半波長が発生する時点での振動数となる瞬間振動数を算出する瞬間振動数算出手段と、
前記正側振幅の瞬間振動数と前記負側振幅の瞬間振動数とを出力する出力手段とを備えたことを特徴とするひび割れ発生診断プログラム。 A crack diagnosis program for a concrete structure that is bent by loading,
An input means for capturing a displacement over time caused by a load in which bending occurs with respect to the concrete structure;
Waveform decomposition means for decomposing a vibration waveform generated from the captured displacement into a positive amplitude and a negative amplitude;
Instantaneous vibration that is a frequency at the time when each half wavelength is generated from the half cycle by calculating a half period that is a time interval of each half wavelength that constitutes the positive side amplitude and the negative side amplitude, respectively. Instantaneous frequency calculating means for calculating the number;
A crack occurrence diagnosis program comprising output means for outputting the instantaneous frequency of the positive amplitude and the instantaneous frequency of the negative amplitude.
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