JP2017138294A - 構造物等の劣化検知方法およびそれに使用する感振器 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート製などを主材とする構造物、たとえば鉄道線路脇の支柱の固有振動数が、その劣化に伴い減少することに着目して、その劣化検査のための方法およびそれに使用する有効な機械的感振器を提供する。【解決手段】函内において、感知体が磁石によって吸着垂下された設定周波数の感振器をコンクリート製などを主材とする構造物に取り付け、外部からの振動が与えられとき、構造物の強度が正常ならば、これら構造物が共振しても、感知体は作動せず、前記構造物が劣化すると、除々に低周波で振動するようになり、感振器の設定周波数に近づき、感知体は共振して作動し、その動きにより警報を発することを特徴とする構造物等の劣化検知方法、およびその感振器。【選択図】図１

Description

この発明は、構造物等の劣化検知方法およびそれに使用する感振器に関するものである。

昨今において、鉄道用などの配電用、通信用の支柱が倒れて大きな事故となり兼ねない傾向が指摘されている。それは車両が通過することによって、その振動が伝わり劣化した支柱が倒壊に至る、または経年劣化などでその劣化が進むとその固有振動数が変化（低下）し、より低周波の振動で振動するに至る。ここで一例として、鉄道会社所有の線路脇の支柱の固有振動数は３〜４Ｈｚであるが、経年劣化などで固有振動数が１．５〜２Ｈｚとなる。このようにこれらの支柱などは当初は固有振動数が高く、それは叩いたときに高い音を発するが、劣化に伴いその固有振動数が低下すると、低い音となることが知られている。従来、これらの支柱などの経年劣化を知る方策としては、熟練した作業員がハンマーなどで叩いて、その音が低音になることから、その異常を検知、確認することが行われている。

この発明は、コンクリート製などを主材とする構造物、たとえば鉄道線路脇の支柱などの構造物の固有振動数が、その劣化に伴い減少することに着目して、その劣化を検知する方法およびそれに使用する有効な機械的感振器を提供することを目的とする。

函Ｂ内に、磁力が調整された磁石Ｍによって吸着垂下された落下型または非落下型の感知体１、１’を設けた設定周波数の感振器Ａ、Ａ’を構造物に取り付け、外部からの振動が与えられられたとき、構造物の強度が正常ならば、構造物が共振しても、感知体１，１’は作動せず、前記構造物等が劣化すると、低周波で振動するようになり、前記感振器Ａ，Ａ’は共振して感知体１，１’が作動し、この感知体１，１’の動きを外部に伝えるようにしたとを特徴とする構造物の劣化検知方法、
および函Ｂ内において、支持台５の中心部に取り付けた磁石Ｍの中心に、上方部において逆円錘形の大徑部２を有し、それに続く小徑部３の下方部に、錘り部４を取り付けた落下型の感知体１が吸着垂下され、一方、函Ｂ内の上方から下方に向かって取り付けた支持ロッド７を設け、それに連結する作動板８を前記感知体１の下部に配置して設け、構造物に取り付け、外部からの振動が与えられたとき、構造物の強度が正常ならば、構造物が共振しても、感知体１よりも高周波での共振なので感知体１は共振せず、前記構造物が劣化して設定周波数で振動したとき、感知体１はそれに共振するので揺れが大きくなり、磁石Ｍより離れて落下し、それによって作動板８を作動させ、この作動板８の動きは伝達手段により、外部に伝えるようにしたことを特徴とする前記記載の感振器Ａ、
函Ｂ内において、磁石Ｍの中心部に、上方部に半球状の大徑部２’を有し、それに続く小徑部３の下方部に、錘り部４を取り付けた非落下型の感知体１’が吸着垂下されたことを特徴とする前記記載の感振器Ａ’、
函Ｂ内において、環状の金具ｒを介して磁石Ｍの中心部に、上方部に半球状の大徑部２’を有し、それに続く小徑部３の下方部に錘り部４を取り付けた非落下型の感知体１’が吸着垂下されたことを特徴とする前記記載の感振器Ａ’、
下面が半球状の磁石Ｍと、上方部において平面状の大徑部２’を有し、それに続く小徑部３の下方部に、錘り部４を取り付けた非落下型の感知体１’が吸着垂下されたことを特徴とする前記記載の感振器Ａ’、
磁石Ｍと半球状の大徑部２’を有する感知体１’の間に、下面が半球状の磁性材の支持金具ｋを配置したことを特徴とする前記記載の感振器Ａ’とする。

この発明は、コンクリート製などを主材とする構造物、たとえば鉄道線路脇の支柱、鉄枠製の支柱などの構造物の固有振動数が、その劣化に伴い減少することに着目して、その劣化診断検査のための検知方法およびそれに使用する有効な機械的感振器を提供することができる。それは人が近寄り難いところでも、そこに当初、この発明の感振器を設置しておけば、自動的に構造物などの劣化を判定し、適宜の表示・警報により、常時監視できる構造物等の経年劣化検知方法となり、それに使用する感振器は機械的構成なので堅牢であり、動作が確実に行われる。そしてとくに大掛かりな電源、配線などの必要はない。これにより従来、人手による打音検査に頼っていた経年劣化の判定、判断に代わって、それが確実で容易となり、また長期間、継続的に監視が行われることとなる。

この発明の落下型感振器と、内部の作動前と作動後の状態を説明する図である。 この発明の非落下型感振器の各種例を説明する図である。 この発明の感振器を支柱に取り付けた状態を示す図である。 この発明の感振器を鉄枠製の支柱に取り付けた状態を示す図である。

図１（ａ）は、この発明の落下型の感振器Ａの内部を示す図で、それは作動前の状態であって、函Ｂ内において、磁性材からなる感知体１が、函Ｂ内部上面に支持台５を介して取り付けてある（磁力が適正に選択された）磁石Ｍによって吸着垂下されている。６は取り付け台である。すなわち支持台５の中心部に取り付けた円形の磁石Ｍの中心に、上方部において逆円錘形の大徑部２を有し、それに続く小徑部３の下方部に、錘り部４を取り付けた感知体１が吸着垂下されている。ここで７は函Ｂの上方部から下方に向かって取り付けた支持ロッドであり、８はそれに連結する作動板である。 図１（ｂ）は、感知体１が共振して落下し、作動板８を作動させる状態を示している。

このような感知体１の全体の長さを定め、設定周波数［一例として１．５〜２．５Ｈｚ程度の固有振動数とする］を感知し、作動するように設計した感振器Ａを、図３は構造物としてコンクリート、鉄パイプ製などの支柱Ｃにバンドｂなどで取り付けた状態であり、図４は鉄枠製の支柱Ｃ’に適宜の手段（接着，鋲着など）で取り付けた状態を示す。図１（ａ）、図１（ｂ）において、外部からの振動が与えられられたとき、前記した構造物の強度が正常ならば、これら構造物などが振動しても、感知体１よりも高周波での共振なので感知体１は共振しない。そして感知体１は落下せず、感振器Ａは作動しない。そして前記構造物が劣化すると構造物は除々に低周波で振動するようになり、感振器Ａの設定周波数に近づき、この設定した低周波の設定周波数で振動するようになる。ここで感知体１は共振するので揺れが大きくなり［共振周波数で揺れ］、遂には磁石Ｍより離れて落下する。その際、図１（ｂ）に示すように作動板８を作動させる。作動板８の動きは別途設置する機械的、電気的手段（スイッチなど）に伝えられ、その動きを外部に知らせることとなる。なお感知体１の形状、構成は、たとえば全体が円筒状など自由である。前記支持台５において、磁石Ｍの外れるところには図示するように突状部５’を設け、感知体１の横滑りを防止する。この例は、磁石Ｍに面接触している感知体１が落下することで、この落下した感知体１が作動板８を押し下げるものであり、別途、リセット機能を付加する。

図２（ａ）は、この発明の非落下型の感振器Ａ’の原型を示す図で、感知体１’の大徑部２’は上側が半球状（円錐状なども可）をなし、磁石Ｍに原理的には点接触で吸着して揺れる作動によるものであり、点接触で磁石Ｍと接触している感知体１’は小さい力（摩擦力、エネルギー）で揺れることができる。

図２（ｂ）はこの発明の非落下型の感振器Ａ’‐１を示す図で、上記のように感知体１’の大徑部２’は上側が半球状をなし、磁石Ｍに原理的には点接触で吸着して揺れる作動によるものであり、点接触で磁石Ｍと接触している感知体１’は小さい力で揺れることができる。そして図示のように、支持台５中央に設けた磁石Ｍと感知体１’の間に環状の金具ｒを配置することにより、感知体１’の揺れに制限を生じさせ、それによって感知体１’を揺れ難くし、揺れを生じるのに必要な力を大きくし、共振する周波数帯で揺れるように設計できる。感知体１’は磁石Ｍと円環状の線接蝕となり、この環状の金具ｒを追加するとか、その厚さを加減すること又は徑を変える、とりわけ環状の金具ｒの内径の大きさにより揺れる周波数帯の巾が調節できる、環状の金具ｒの内径が小さいと揺れに必要な力が小さくなる。このようにして吸着力を加減し、揺れる周波数帯を狭く厳密に設定でき、求める周波数検出がより一層正確とすることができる。このような非落下型の感振器Ａ’‐１の作動としては、感知体１’の真下にリードッスイッチ［図示せず］を設け、感知体１’が共振して大きく揺れたとき、感知体１’の錘り部４に取り付けた感知用磁石［図示せず］が、前記リードッスイッチの真上を移動し、リードッスイッチのＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことで検知する。なお小径部３の周囲に止め具ｓを設け、感知体１’が或る一定振幅以上に揺れることを制限し、感知体１’が磁石Ｍからの不本意な落下を防ぐ。

図２（ｃ）は、この発明の非落下型の感振器Ａ’‐２を示す図で、磁石Ｍの下面は半球状にし、感知体１’の大徑部２の上側は平面にしたもので、感知体１’を磁石Ｍに直接配置して点接触にするものである。

図２（ｄ）は、この発明の非落下型の感振器Ａ’‐３を示す図で、感知体１’と磁石Ｍの間に磁性材の支持金具ｋを配置して、この支持金具ｋの接触面を半球状にし、感知体１’の大徑部２の上側は平面にしたものである。これも点接触で吸着して揺れる作動によるものであり、前述の 図２（ｃ）とも点接触で接触している感知体１’は小さい力で揺れることができる。また共振周波数の揺れを与えられると感知体１’はとくに大きく揺れる。このような感知体１’の全体の長さを適宜設計した設定周波数の感振器Ａ’‐１〜３を、前述の図３、図４に示すように構造物に同様に取り付ける。なお感知体１’の形状、構成は、たとえば全体が円筒状など自由である。

同タイプの感知体（落下型ならばそれら）を二体一組で 感振器の函に入れ構造物に取り付ける。すなわち正常時に作動する感知体と劣化したときに作動する感知体（正常時よりも低い周波数で共振するように設計したもの）を組み合わせ、正常時から劣化時の振動の変化を検知することもできる。強風や地震などによる低周波の強い振動が広域に与えられた場合、構造物が正常であっても、取り付けた感振器が偶然作動することがある、その際は周辺に設置した他の感振器も同様に作動するので誤作動とみなすことができる。この発明は、強風、地震などの理由が無い条件で、作動を繰り返す構造物は、劣化の虞のあるものとして対象とし、自動的に検閲して警告を発するための有効な劣化検知方法および感振器となる。この発明の劣化検知方法およびその感振器は、橋脚、ビル、ダム、トンネルなどの構造物においても同様に広く利用できる。

Ａ，Ａ’感振器
Ｂ 函
Ｃ 支柱
Ｃ’ 鉄枠製の支柱
Ｍ 磁石
１，１’感知体
２，２’大徑部
３ 小徑部
４ 錘り部
５ 支持台
５’ 突状部
６ 取り付け台
７ 支持ロッド
８ 作動板
ｋ 支持金具
ｒ 環状の金具
ｓ 止め具

Claims (6)

1. 函内に、磁力が調整された磁石によって吸着垂下された落下型または非落下型の感知体を設けた設定周波数の感振器を構造物に取り付け、外部からの振動が与えられたとき、構造物の強度が正常ならば、構造物が共振しても、感知体は作動せず、前記構造物が劣化すると、低周波で振動するようになり、前記感振器は共振して感知体が作動し、この感知体の動きを外部に伝えるようにしたことを特徴とする構造物の劣化検知方法。
2. 函内において、支持台の中心部に取り付けた磁石の中心に、上方部において逆円錘形の大徑部を有し、それに続く小徑部の下方部に、錘り部を取り付けた落下型の感知体が吸着垂下され、一方、函内の上方から下方に向かって取り付けた支持ロッドを設け、それに連結する作動板を前記感知体の下部に配置して設けたことを特徴とする請求項１記載の落下型感振器。
3. 函内において、磁石の中心部に、上方部に半球状の大徑部を有し、それに続く小徑部の下方部に、錘り部を取り付けた非落下型の感知体が吸着垂下されたことを特徴とする請求項１記載の非落下型感振器。
4. 函内において、環状の金具を介して磁石の中心部に、上方部に半球状の大徑部を有し、それに続く小徑部の下方部に、錘り部を取り付けた非落下型の感知体が吸着垂下されたことを特徴とする請求項１記載の非落下型感振器。
5. 下面が半球状の磁石と、上方部に平面状の大徑部を有する感知体からなることを特徴とする請求項１記載の非落下型感振器。
6. 磁石と、平面状の大徑部を有する感知体間に、下面が半球状の磁性材の支持金具を配置したことを特徴とする請求項１記載の非落下型感振器。

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