JP2017166922A - Natural frequency detection method of structure and natural frequency detection method of structure - Google Patents

Natural frequency detection method of structure and natural frequency detection method of structure Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a natural frequency detection method of a structure for more reliably detecting a change with time of the natural frequency of the structure.SOLUTION: A natural frequency detection method S1 for detecting a natural frequency of a structure arranged on a support obtains an initial natural frequency which is the initial natural frequency of the structure, and includes a frequency detection step S8 for detecting the frequency in the direction orthogonal to the frequency in a horizontal direction along a horizontal surface by a frequency sensor located above the support in the structure at a first time; a coherence calculation step S10 for obtaining a change in coherence function by the frequency with the frequency in the horizontal direction and the frequency in the vertical direction as an input; and a natural frequency specifying step S12 for defining the frequency corresponding to a peak value of the coherence function most close to the initial natural frequency in value as the natural frequency of the structure at the first time.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、構造物の固有振動数検出方法及び構造物の固有振動数検出装置に関する。   The present invention relates to a natural frequency detection method for a structure and a natural frequency detection device for a structure.

従来、橋脚等の構造物の固有振動数を特定するために、一般的に衝撃振動試験が実施されている。衝撃振動試験では、特定される固有振動数の精度は高い。しかし、衝撃振動試験を行うには危険を伴い、衝撃振動試験は固有振動数を常時モニタリングするのには適していない。
一方で、固有振動数を常時モニタリングをすることを目指した手法として、例えば特許文献1に記載された橋脚の健全性評価システムが知られている。
Conventionally, in order to specify the natural frequency of a structure such as a pier, an impact vibration test is generally performed. In the impact vibration test, the accuracy of the specified natural frequency is high. However, the impact vibration test is dangerous and the impact vibration test is not suitable for constantly monitoring the natural frequency.
On the other hand, for example, a pier soundness evaluation system described in Patent Document 1 is known as a method aiming to constantly monitor the natural frequency.

この橋脚の健全性評価システムでは、橋脚の天端(上面)に設けた振動検出部(振動センサ)で計測された振動から得られるフーリエスペクトルのピークにのみ着目し、ピークを示す際の振動数を固有振動数とみなしている。そして、固有振動数がしきい値を超えているときには橋脚が安定であると評価し、固有振動数がしきい値を下回るときには橋脚が不安定であると評価する。   In this pier soundness evaluation system, paying attention only to the peak of the Fourier spectrum obtained from the vibration measured by the vibration detector (vibration sensor) provided at the top (top) of the pier, the frequency at which the peak is shown Is regarded as the natural frequency. When the natural frequency exceeds the threshold value, it is evaluated that the pier is stable, and when the natural frequency is below the threshold value, it is evaluated that the pier is unstable.

特許第4698466号公報Japanese Patent No. 4698466

しかしながら、付帯構造物や地盤の振動の影響等を強く受けるケース等では、固有振動数以外のピークが多数卓越して、固有振動数を正しく特定できない場合がある。   However, in cases such as cases that are strongly affected by the vibration of the incidental structure or the ground, there are cases where many peaks other than the natural frequency are dominant and the natural frequency cannot be specified correctly.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、構造物の固有振動数の時間による変化をより確実に検出する構造物の固有振動数検出方法及び構造物の固有振動数検出装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and is a method for detecting a natural frequency of a structure and a natural frequency of the structure that can more reliably detect changes in the natural frequency of the structure over time. An object is to provide a detection device.

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の構造物の固有振動数検出方法は、支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出方法であって、前記構造物の初期の固有振動数である初期固有振動数を求め、前記構造物における前記支持体よりも上方に取付けられた振動センサにより、水平面に沿う水平方向の振動と鉛直方向の振動を第一の時刻に検出する振動検出工程と、前記水平方向の振動及び前記鉛直方向の振動を入力として、振動数によるコヒーレンス関数の変化を求めるコヒーレンス演算工程と、前記初期固有振動数に値が最も近い前記コヒーレンス関数のピーク値に対応する前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とする固有振動数特定工程と、を行うことを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The natural frequency detection method for a structure according to the present invention is a method for detecting the natural frequency of a structure for detecting the natural frequency of a structure arranged on a support, and the initial natural frequency of the structure is as follows. A vibration detection step of obtaining an initial natural frequency and detecting a horizontal vibration and a vertical vibration along a horizontal plane at a first time by a vibration sensor mounted above the support in the structure. And a coherence calculation step for obtaining a change in coherence function depending on the frequency by using the horizontal vibration and the vertical vibration as inputs, and a peak value of the coherence function closest to the initial natural frequency. And a natural frequency specifying step of setting the frequency as the natural frequency of the structure at the first time.

また、本発明の構造物の固有振動数検出装置は、支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出装置であって、前記構造物における前記支持体よりも上方に取付けられた振動センサと、前記振動センサの検出結果に基づいて前記構造物の固有振動数を演算する制御部と、を備え、前記制御部は、前記振動センサにより第一の時刻に検出された水平面に沿う水平方向の振動と鉛直方向の振動を入力として、振動数によるコヒーレンス関数の変化を求め、予め求められた前記構造物の初期の固有振動数に値が最も近い前記コヒーレンス関数のピーク値に対応する前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とすることを特徴としている。   Further, the natural frequency detection device for a structure according to the present invention is a natural frequency detection device for a structure for detecting a natural frequency of a structure disposed on a support, and the support in the structure And a control unit that calculates a natural frequency of the structure based on a detection result of the vibration sensor, and the control unit uses the vibration sensor to detect a first time. The horizontal vibration along the horizontal plane detected in the horizontal plane and the vertical vibration are input, and the change of the coherence function according to the frequency is obtained, and the coherence closest to the initial natural frequency of the structure obtained in advance is obtained. The frequency corresponding to the peak value of the function is the natural frequency of the structure at the first time.

これらの発明によれば、振動センサが第一の時刻に検出した水平方向の振動及び鉛直方向の振動を入力とした振動数によるコヒーレンス関数の変化を求める。そして、初期固有振動数に値が最も近いコヒーレンス関数のピーク値に対応する振動数を、第一の時刻における構造物の固有振動数とする。振動のフーリエスペクトルから構造物の固有振動数を特定しようとしても、固有振動数以外のピークが多数卓越して構造物の固有振動数を正しく特定できない場合がある。コヒーレンス関数から構造物の固有振動数を求めることで、第一の時刻における構造物の固有振動数を確実に特定し、構造物の固有振動数の時間による変化をより確実に検出することができる。   According to these inventions, the change of the coherence function by the frequency with the vibration in the horizontal direction and the vibration in the vertical direction detected by the vibration sensor at the first time as input is obtained. Then, the frequency corresponding to the peak value of the coherence function closest to the initial natural frequency is set as the natural frequency of the structure at the first time. Even when trying to identify the natural frequency of the structure from the Fourier spectrum of the vibration, there are cases where many peaks other than the natural frequency are prominent and the natural frequency of the structure cannot be correctly identified. By obtaining the natural frequency of the structure from the coherence function, it is possible to reliably identify the natural frequency of the structure at the first time and more reliably detect changes in the natural frequency of the structure over time. .

また、上記の構造物の固有振動数検出方法において、前記振動センサは、前記構造物の上面の端部に取付けられていてもよい。
この発明によれば、構造物は構造物の下部を中心に振動するため、構造物の振動の振幅は上面の振幅が最も大きくなる。このため、振動センサによって振動をより確実に検出することができる。
In the above-described method for detecting the natural frequency of a structure, the vibration sensor may be attached to an end of the upper surface of the structure.
According to the present invention, since the structure vibrates around the lower part of the structure, the amplitude of the vibration of the structure is the largest on the upper surface. For this reason, vibration can be detected more reliably by the vibration sensor.

また、上記の構造物の固有振動数検出方法において、前記振動検出工程、前記コヒーレンス演算工程、及び前記固有振動数特定工程を組にして複数回行ってもよい。
この発明によれば、構造物の固有振動数を複数回連続的に検出することができる。
In the method for detecting the natural frequency of the structure, the vibration detection step, the coherence calculation step, and the natural frequency identification step may be performed a plurality of times.
According to this invention, the natural frequency of the structure can be continuously detected a plurality of times.

また、本発明の構造物の固有振動数検出方法は、支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出方法であって、前記構造物の初期の固有振動数である初期固有振動数を求め、前記構造物における前記支持体よりも上方に第一の振動センサ及び第二の振動センサを取付け、前記第一の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記構造物の回転中心とを結ぶ線と鉛直方向とのなす角度をα、前記第二の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記回転中心とを結ぶ線と前記鉛直方向とのなす角度をβ、前記第一の振動センサが検出した水平面に沿う水平方向の第一の時刻における振動をAx、前記第一の振動センサが検出した前記鉛直方向の前記第一の時刻における振動をAz、前記第二の振動センサが検出した前記鉛直方向の前記第一の時刻における振動をBzとしたときに、前記支持体の前記第一の時刻における前記水平方向の振動Gxを(1)式により求める支持体振動演算工程と、振動数に対する振動Axと振動Gxとの位相差の関係において、前記位相差が0ラジアンからπラジアンまで変化する範囲で前記位相差がπ/2ラジアンとなるときの前記振動数、及び、前記位相差が0ラジアンから−πラジアンまで変化する範囲で前記位相差が−π/2ラジアンとなるときの前記振動数のうち前記初期固有振動数に値が最も近い前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とする固有振動数特定工程と、を行うことを特徴としている。
Gx=Ax−(Az−Bz)/(tanα+tanβ) ・・(1)
Further, the natural frequency detection method for a structure according to the present invention is a natural frequency detection method for a structure for detecting a natural frequency of a structure disposed on a support, wherein the initial natural frequency of the structure is detected. The initial natural frequency, which is the frequency, is obtained, the first vibration sensor and the second vibration sensor are mounted above the support in the structure, and the first vibration sensor is mounted on the structure. The angle between the line connecting the rotation center of the structure and the vertical direction is α, and the line connecting the position where the second vibration sensor is attached to the structure and the rotation center is the vertical direction. The angle is β, the vibration at the first time in the horizontal direction along the horizontal plane detected by the first vibration sensor is Ax, and the vibration at the first time in the vertical direction detected by the first vibration sensor is Az. Detected by the second vibration sensor A support body vibration calculation step for obtaining the horizontal vibration Gx of the support body at the first time by the equation (1), where Bz is the vibration at the first time in the vertical direction; In the relationship of the phase difference between the vibration Ax and the vibration Gx with respect to the frequency, the frequency when the phase difference is π / 2 radians in the range where the phase difference changes from 0 radians to π radians, and the phase difference is The frequency closest in value to the initial natural frequency among the frequencies when the phase difference is −π / 2 radians in a range that changes from 0 radians to −π radians is determined at the first time. And a natural frequency specifying step for setting the natural frequency of the structure.
Gx = Ax− (Az−Bz) / (tan α + tan β) (1)

また、本発明の構造物の固有振動数検出装置は、支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出装置であって、前記構造物における前記支持体よりも上方に取付けられた第一の振動センサ及び第二の振動センサと、前記第一の振動センサ及び前記第二の振動センサの検出結果に基づいて前記構造物の固有振動数を演算する制御部と、を備え、前記第一の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記構造物の回転中心とを結ぶ線と鉛直方向とのなす角度をα、前記第二の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記回転中心とを結ぶ線と前記鉛直方向とのなす角度をβとしたときに、前記制御部は、前記第一の振動センサにより第一の時刻に検出された、水平面に沿う水平方向の振動Ax、前記鉛直方向の振動Az、及び前記第二の振動センサにより前記第一の時刻に検出された前記鉛直方向の振動Bzから、前記支持体の前記第一の時刻における前記水平方向の振動Gxを(2)式により求め、振動数に対する振動Axと振動Gxとの位相差の関係において、前記位相差が0ラジアンからπラジアンまで変化する範囲で前記位相差がπ/2ラジアンとなるときの前記振動数、及び、前記位相差が0ラジアンから−πラジアンまで変化する範囲で前記位相差が−π/2ラジアンとなるときの前記振動数のうち、予め求められた前記構造物の初期の固有振動数に値が最も近い前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とすることを特徴としている。
Gx=Ax−(Az−Bz)/(tanα+tanβ) ・・(2)
Further, the natural frequency detection device for a structure according to the present invention is a natural frequency detection device for a structure for detecting a natural frequency of a structure disposed on a support, and the support in the structure A first vibration sensor and a second vibration sensor mounted above the control, and a control for calculating a natural frequency of the structure based on detection results of the first vibration sensor and the second vibration sensor An angle formed by a line connecting a position where the first vibration sensor is attached to the structure and the rotation center of the structure and a vertical direction is α, and the second vibration sensor is the structure. The horizontal plane detected by the first vibration sensor at a first time when the angle formed by the line connecting the position attached to the object and the rotation center and the vertical direction is β. Horizontal vibration Ax along the vertical direction From the Az and the vertical vibration Bz detected at the first time by the second vibration sensor, the horizontal vibration Gx of the support at the first time is obtained by the equation (2). In the relationship of the phase difference between the vibration Ax and the vibration Gx with respect to the frequency, the frequency when the phase difference is π / 2 radians in a range where the phase difference changes from 0 radians to π radians, and Among the frequencies when the phase difference is -π / 2 radians in a range where the phase difference changes from 0 radians to -π radians, the value of the initial natural frequency of the structure obtained in advance is the largest. The close frequency is the natural frequency of the structure at the first time.
Gx = Ax− (Az−Bz) / (tan α + tan β) (2)

これらの発明によれば、2つの振動センサが検出する振動は、それぞれ地盤の振動の影響を受ける。このため、2つの振動センサの振動の差を演算することで、地盤の振動の影響を抑制した構造物自体の振動を求めることができる。一般的に、構造物の水平方向の振動と支持体の水平方向の振動の位相差は、構造物の固有振動数付近の振動数で反転する。
第一の時刻における位相差を求め、この位相差が±π/2ラジアンとなる振動数を構造物の固有振動数とする。これにより、第一の時刻における構造物の固有振動数を確実に特定し、構造物の固有振動数の時間による変化をより確実に検出することができる。
According to these inventions, the vibrations detected by the two vibration sensors are each affected by the vibration of the ground. For this reason, by calculating the difference between the vibrations of the two vibration sensors, the vibration of the structure itself that suppresses the influence of the vibration of the ground can be obtained. Generally, the phase difference between the horizontal vibration of the structure and the horizontal vibration of the support is inverted at a frequency near the natural frequency of the structure.
The phase difference at the first time is obtained, and the frequency at which this phase difference is ± π / 2 radians is defined as the natural frequency of the structure. Thereby, it is possible to reliably specify the natural frequency of the structure at the first time and more reliably detect a change in the natural frequency of the structure with time.

また、上記の構造物の固有振動数検出方法において、前記第一の振動センサ及び前記第二の振動センサは、前記構造物の上面に取付けられていてもよい。
この発明によれば、構造物は構造物の下部を中心に振動するため、構造物の振動の振幅は上面の振幅が最も大きくなる。このため、第一の振動センサ及び第二の振動センサによって振動をより確実に検出することができる。
In the method for detecting the natural frequency of the structure, the first vibration sensor and the second vibration sensor may be attached to an upper surface of the structure.
According to the present invention, since the structure vibrates around the lower part of the structure, the amplitude of the vibration of the structure is the largest on the upper surface. For this reason, vibration can be detected more reliably by the first vibration sensor and the second vibration sensor.

また、上記の構造物の固有振動数検出方法において、前記支持体振動演算工程及び前記固有振動数特定工程を組にして複数回行ってもよい。
この発明によれば、構造物の固有振動数を複数回連続的に検出することができる。
In the method for detecting the natural frequency of the structure, the support vibration calculation step and the natural frequency specifying step may be performed a plurality of times.
According to this invention, the natural frequency of the structure can be continuously detected a plurality of times.

本発明の構造物の固有振動数検出方法及び構造物の固有振動数検出装置によれば、構造物の固有振動数の時間による変化をより確実に検出することができる。   According to the natural frequency detection method of a structure and the natural frequency detection device of a structure of the present invention, it is possible to more reliably detect a change with time of the natural frequency of the structure.

本発明の第1実施形態の構造物の固有振動数検出装置で固有振動数を検出する対象となる橋梁の概要を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the outline | summary of the bridge used as the object which detects the natural frequency with the natural frequency detection apparatus of the structure of 1st Embodiment of this invention. 同構造物の固有振動数検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the natural frequency detection apparatus of the structure. 本発明の第1実施形態の構造物の固有振動数検出方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the natural frequency detection method of the structure of 1st Embodiment of this invention. 同構造物の固有振動数検出方法で検出された橋軸直角方向の振動のフーリエスペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the Fourier spectrum of the vibration of the bridge axis orthogonal direction detected with the natural frequency detection method of the structure. 同構造物の固有振動数検出方法で求められた振動数によるコヒーレンス関数の変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the change of the coherence function by the frequency calculated | required with the natural frequency detection method of the structure. 本発明の第2実施形態の構造物の固有振動数検出装置のブロック図である。It is a block diagram of the natural frequency detection apparatus of the structure of 2nd Embodiment of this invention. 橋脚及び振動センサの長さや角度等の規定を説明するための図である。It is a figure for demonstrating prescription | regulations, such as the length and angle of a bridge pier and a vibration sensor. 本発明の第2実施形態の構造物の固有振動数検出方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the natural frequency detection method of the structure of 2nd Embodiment of this invention. 同構造物の固有振動数検出方法で検出された橋軸直角方向の振動のフーリエスペクトルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the Fourier spectrum of the vibration of the bridge axis orthogonal direction detected with the natural frequency detection method of the structure. 同構造物の固有振動数検出方法で求められた振動数に対する振動Axと振動Gxとの位相差の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase difference of the vibration Ax with respect to the frequency calculated | required with the natural frequency detection method of the structure, and the vibration Gx. 同構造物の固有振動数検出方法を確認するための実験で得られた振動数に対する位相差の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the phase difference with respect to the frequency obtained by the experiment for confirming the natural frequency detection method of the structure. 同構造物の固有振動数検出方法を確認するための実験で得られた、河川の流れの上流側となる第一の振動センサで検出された橋軸直角方向の加速度と鉛直方向の加速度との関係を示す図である。The acceleration between the direction perpendicular to the bridge axis and the acceleration in the vertical direction detected by the first vibration sensor upstream of the river flow obtained in an experiment to confirm the natural frequency detection method of the structure. It is a figure which shows a relationship. 同構造物の固有振動数検出方法を確認するための実験で得られた、河川の流れの下流側となる第二の振動センサで検出された橋軸直角方向の加速度と鉛直方向の加速度との関係を示す図である。The acceleration between the direction perpendicular to the bridge axis and the acceleration in the vertical direction detected by the second vibration sensor downstream of the river flow obtained in an experiment to confirm the natural frequency detection method of the structure. It is a figure which shows a relationship. 同構造物の固有振動数検出方法を確認するための実験で得られた推定した地盤の振動と実際に測定した地盤の振動との違いを、振動数と加速度スペクトルとの関係で示す図である。It is a figure which shows the difference between the vibration of the estimated ground obtained by the experiment for confirming the natural frequency detection method of the structure, and the vibration of the actually measured ground in relation to the vibration frequency and the acceleration spectrum. . 同構造物の固有振動数検出方法を確認するための実験で得られた推定した地盤の振動と実際に測定した地盤の振動との違いを、振動数と位相差との関係で示す図である。It is a figure which shows the difference of the vibration of the estimated ground obtained by the experiment for confirming the natural frequency detection method of the structure, and the vibration of the ground actually measured by the relationship between a frequency and a phase difference. . 同構造物の固有振動数検出方法を確認するための実験で得られた、実際に測定した橋脚の上面の端部の橋軸直角方向の振動と実際に測定した地盤の橋軸直角方向の振動とによるフーリエスペクトル比と振動数との関係を示す図である。The vibration measured in the experiment to confirm the natural frequency detection method of the same structure, the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis at the end of the upper surface of the bridge pier and the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis measured in the ground It is a figure which shows the relationship between the Fourier spectrum ratio by and frequency. 同構造物の固有振動数検出方法を確認するための実験で得られた、実際に測定した橋脚の上面の端部の橋軸直角方向の振動と推定した地盤の橋軸直角方向の振動とによるフーリエスペクトル比と振動数との関係を示す図である。Based on the vibration measured in the experiment at the end of the top of the bridge pier in the direction perpendicular to the bridge axis and the estimated vibration in the direction perpendicular to the bridge axis of the ground obtained in an experiment to confirm the natural frequency detection method of the structure. It is a figure which shows the relationship between a Fourier spectrum ratio and a frequency.

(第1実施形態)
以下、本発明に係る橋脚(構造物)の固有振動数検出装置(以下、単に検出装置とも略称する)の第1実施形態を、図1から図5を参照しながら説明する。
図1及び図2に示すように、本検出装置1は、地盤である川底(支持体)R2a上に配置された橋梁Bの橋脚B1の固有振動数を検出するためのものである。以下では、橋梁Bが鉄道橋である場合を例にとって説明する。図2では、橋梁Bのうち橋脚B1のみを示している。
橋梁Bは、橋軸方向Yに間隔をおいて配置された橋脚B1上に橋桁B2が支持されて構成されている。橋桁B2上には、軌道B3が固定されている。橋桁B2及び軌道B3は橋軸方向Yに延び、軌道B3の幅方向が橋軸直角方向(水平方向)Xとなる。これら橋軸方向Y及び橋軸直角方向Xは、例えば水平面に沿う方向である。
橋脚B1は、石材、レンガ又はコンクリート等の剛体で構成されている。橋桁B2及び軌道B3は、主に鋼材で形成されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of a natural frequency detection device (hereinafter also simply referred to as a detection device) of a bridge pier (structure) according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
As shown in FIGS. 1 and 2, the present detection device 1 is for detecting the natural frequency of a pier B1 of a bridge B disposed on a riverbed (support) R2a that is the ground. Hereinafter, a case where the bridge B is a railway bridge will be described as an example. In FIG. 2, only the pier B1 of the bridge B is shown.
The bridge B is configured such that a bridge girder B2 is supported on bridge piers B1 arranged at intervals in the bridge axis direction Y. A track B3 is fixed on the bridge beam B2. The bridge beam B2 and the track B3 extend in the bridge axis direction Y, and the width direction of the track B3 becomes the bridge axis perpendicular direction (horizontal direction) X. The bridge axis direction Y and the bridge axis perpendicular direction X are, for example, directions along a horizontal plane.
The pier B1 is made of a rigid body such as stone, brick, or concrete. The bridge beam B2 and the track B3 are mainly formed of steel.

図2に示すように、橋脚B1の下部に設けられた基礎B5は、初期においては河川R1の二点鎖線で示す川底R2に固定されている。河川R1を流れる水によって基礎B5の周辺の川底R2がえぐられる洗掘Sが生じると、川底R2の形状が川底R2aのようになる。洗掘Sが生じた橋脚B1は、川底R2aに対する固定が不安定になる。   As shown in FIG. 2, the foundation B5 provided at the lower part of the pier B1 is fixed to the riverbed R2 indicated by a two-dot chain line of the river R1 in the initial stage. When the scouring S in which the river bottom R2 around the foundation B5 is scooped out by the water flowing through the river R1, the shape of the river bottom R2 becomes the river bottom R2a. The pier B1 where the scouring S has occurred becomes unstable with respect to the riverbed R2a.

本検出装置1は、橋脚B1の上面B1aに取付けられた振動センサ11と、振動センサ11の検出結果に基づいて橋脚B1の固有振動数を演算する制御部16と、を備えている。
振動センサ11には、例えば互いに直交する2方向の振動(速度又は加速度)を検出可能な公知の速度センサ又は加速度センサを用いることができる。振動センサ11は、橋脚B1における川底R2aよりも上方である、橋脚B1の上面B1aの端部に取付けられている。振動センサ11は、検出した振動を例えば電位差として出力する。
制御部16は、バス17に接続された演算回路18、メモリ19、入力部20、表示部21、及び入出力I/F(インターフェイス)22を有している。
演算回路18は、中央処理部(CPU)等を有している。
メモリ19には、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)が用いられる。メモリ19には、演算回路18を制御するためのプログラム等が記憶されている。プログラムには、後述する高速フーリエ変換を行ったり、コヒーレンス関数を演算したりするためのプログラムが含まれる。
The detection apparatus 1 includes a vibration sensor 11 attached to the upper surface B1a of the pier B1, and a control unit 16 that calculates the natural frequency of the pier B1 based on the detection result of the vibration sensor 11.
As the vibration sensor 11, for example, a known speed sensor or acceleration sensor that can detect vibration (speed or acceleration) in two directions orthogonal to each other can be used. The vibration sensor 11 is attached to the end of the upper surface B1a of the pier B1 above the riverbed R2a in the pier B1. The vibration sensor 11 outputs the detected vibration as, for example, a potential difference.
The control unit 16 includes an arithmetic circuit 18, a memory 19, an input unit 20, a display unit 21, and an input / output I / F (interface) 22 connected to the bus 17.
The arithmetic circuit 18 has a central processing unit (CPU) and the like.
As the memory 19, a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory) is used. The memory 19 stores a program for controlling the arithmetic circuit 18 and the like. The program includes a program for performing fast Fourier transform, which will be described later, and calculating a coherence function.

入力部20は、図示しないキーボード、及びマウス等のポインティングデバイスを有している。使用者がキーボード等から入力した指示は、入力部20から演算回路18に送信される。
表示部21は、図示しない液晶パネル等を有している。表示部21は、演算回路18から送信された信号を液晶パネルに表示する。
入出力I/F22は、USB(Universal Serial Bus)等の規格に対応している。入出力I/F22は、振動センサ11が接続可能になっている。
これらバス17、演算回路18、メモリ19、入力部20、表示部21、及び入出力I/F(インターフェイス)22を有する制御部16としては、公知のパーソナルコンピュータを用いることができる。
The input unit 20 includes a keyboard (not shown) and a pointing device such as a mouse. An instruction input from the keyboard or the like by the user is transmitted from the input unit 20 to the arithmetic circuit 18.
The display unit 21 includes a liquid crystal panel (not shown). The display unit 21 displays the signal transmitted from the arithmetic circuit 18 on the liquid crystal panel.
The input / output I / F 22 corresponds to a standard such as USB (Universal Serial Bus). The vibration sensor 11 can be connected to the input / output I / F 22.
As the control unit 16 having the bus 17, the arithmetic circuit 18, the memory 19, the input unit 20, the display unit 21, and the input / output I / F (interface) 22, a known personal computer can be used.

次に、以上のように構成された本検出装置1の作用について説明する。図3は本発明の第1実施形態における橋脚の固有振動数検出方法(以下、単に検出方法とも略称する)S1を示すフローチャートである。本検出装置1が起動されると、制御部16の演算回路18はメモリ19に記憶されたプログラムを読み込む。
まず、初期固有振動数特定工程(ステップS6、図3参照)において、使用者は公知の衝撃荷重試験等を行い、橋脚B1の初期の固有振動数である初期固有振動数を予め求める。例えば、初期固有振動数が18Hz(ヘルツ)と求められたとする。使用者は、この初期固有振動数を表示部21の表示を確認しながら入力部20から入力し、制御部16のメモリ19に記憶させる。
次に、振動検出工程(ステップS8)において、振動センサ11により、橋軸直角方向Xの振動と鉛直方向Zの振動を第一の時刻に検出する。なお、水平方向を橋軸方向Yとしてもよいし、橋軸直角方向Xと橋軸方向Yとの間の方向としてもよい。振動センサ11は、検出した各振動を信号に変換して制御部16に送信する。
Next, the operation of the present detection apparatus 1 configured as described above will be described. FIG. 3 is a flowchart showing a natural frequency detection method (hereinafter also simply referred to as a detection method) S1 of the pier in the first embodiment of the present invention. When the detection apparatus 1 is activated, the arithmetic circuit 18 of the control unit 16 reads a program stored in the memory 19.
First, in the initial natural frequency specifying step (step S6, see FIG. 3), the user performs a known impact load test or the like to obtain in advance an initial natural frequency that is an initial natural frequency of the pier B1. For example, assume that the initial natural frequency is determined to be 18 Hz (Hertz). The user inputs this initial natural frequency from the input unit 20 while confirming the display on the display unit 21 and stores it in the memory 19 of the control unit 16.
Next, in the vibration detection step (step S8), the vibration sensor 11 detects the vibration in the direction X perpendicular to the bridge axis and the vibration in the vertical direction Z at the first time. The horizontal direction may be the bridge axis direction Y, or the direction between the bridge axis perpendicular direction X and the bridge axis direction Y. The vibration sensor 11 converts each detected vibration into a signal and transmits the signal to the control unit 16.

次に、コヒーレンス演算工程(ステップS10)において、制御部16の演算回路18は、橋軸直角方向Xの振動及び鉛直方向Zの振動を入力として、振動数によるコヒーレンス関数の変化を求める。
具体的には、使用者は橋脚B1の上面B1aに振動センサ11を取付ける。橋脚B1に振動センサ11を取付けるには、公知の接着剤等を用いることができる。橋脚B1は橋脚B1の下部を中心に振動するため、橋脚B1の振動の振幅は上面B1aの振幅が最も大きくなる。このため、振動センサ11によって橋脚B1の振動がより確実に検出される。
振動センサ11が検出した橋軸直角方向Xの振動及び鉛直方向Zの振動を高速フーリエ変換し、各振動のフーリエスペクトルを演算する。図4に、橋軸直角方向Xの振動のフーリエスペクトルの一例を示す。図4の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸は加速度スペクトル(μm/s・s)を表す。
図4の振動のフーリエスペクトルでは、固有振動数以外のピークが多数卓越し、18Hzである初期固有振動数ωに値が近い加速度スペクトルのピーク値を特定しにくい。一般的に、橋脚B1に洗掘Sが生じると初期固有振動数よりも固有振動数が小さくなる。例えば、初期固有振動数よりも固有振動数が2、3割低下したときに洗掘Sが生じたとみなす、と規定される。
Next, in the coherence calculation step (step S10), the calculation circuit 18 of the control unit 16 uses the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X and the vibration in the vertical direction Z as inputs, and obtains a change in the coherence function depending on the frequency.
Specifically, the user attaches the vibration sensor 11 to the upper surface B1a of the pier B1. To attach the vibration sensor 11 to the pier B1, a known adhesive or the like can be used. Since the pier B1 vibrates around the lower part of the pier B1, the vibration amplitude of the pier B1 is the largest on the upper surface B1a. For this reason, the vibration sensor 11 detects the vibration of the pier B1 more reliably.
The vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X detected by the vibration sensor 11 and the vibration in the vertical direction Z are fast Fourier transformed to calculate the Fourier spectrum of each vibration. FIG. 4 shows an example of the Fourier spectrum of the vibration in the direction X perpendicular to the bridge axis. The horizontal axis in FIG. 4 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the acceleration spectrum (μm / s · s).
In the Fourier spectrum of the vibration in FIG. 4, many peaks other than the natural frequency are dominant, and it is difficult to specify the peak value of the acceleration spectrum whose value is close to the initial natural frequency ω 0 of 18 Hz. Generally, when scouring S occurs on the pier B1, the natural frequency becomes smaller than the initial natural frequency. For example, it is defined that the scouring S is considered to have occurred when the natural frequency is reduced by 20 to 30% from the initial natural frequency.

演算回路18は、コヒーレンス関数を演算するためのプログラムを用いて橋軸直角方向Xの振動及び鉛直方向Zの振動を入力として求めた振動数によるコヒーレンス関数の変化を演算する。図5に、振動数によるコヒーレンス関数の変化を示す。図5の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸はコヒーレンスを表す。コヒーレンスは0以上1以下の値をとり、値が1に近づくにしたがって変数間の相関が高くなる。振動センサ11が検出した橋軸直角方向Xの振動及び鉛直方向Zの振動は橋桁B2及び軌道B3の影響を受けるため、コヒーレンスは1にはなりにくい。   The arithmetic circuit 18 calculates a change in the coherence function according to the frequency obtained by inputting the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X and the vibration in the vertical direction Z using a program for calculating the coherence function. FIG. 5 shows changes in the coherence function depending on the frequency. The horizontal axis in FIG. 5 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the coherence. Coherence takes a value between 0 and 1, and the correlation between variables increases as the value approaches 1. The vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X and the vibration in the vertical direction Z detected by the vibration sensor 11 are affected by the bridge beam B2 and the track B3, so the coherence is unlikely to be 1.

次に、固有振動数特定工程(ステップS12)において、初期固有振動数ωに値が最も近いコヒーレンス関数のピーク値に対応する振動数を、第一の時刻における橋脚B1の固有振動数とする。具体的には、図5において18Hzである初期固有振動数ω近くでは、約11.4Hzの振動数ω、約17.6Hzの振動数ωがコヒーレンス関数のピーク値となっている。|x|が変数xの絶対値を表すとしたときに、|ω−ω|は約6.6Hz、|ω−ω|は約0.4Hzとなる。このため、初期固有振動数ωに値が最も近いコヒーレンス関数のピーク値に対応する振動数ωは、ピーク値に対応する振動数と初期固有振動数ωとの差の絶対値が最も小さいもので、振動数ωの約17.6Hzとなる。この振動数ωを、第一の時刻における橋脚B1の固有振動数とする。この場合、固有振動数の低下率は(18−17.6)/18の式から0.02なので、例えば洗掘Sは生じていないと判断される。
このように、橋脚B1の健全性が評価される。
Next, in the natural frequency specifying step (step S12), the frequency corresponding to the peak value of the coherence function closest to the initial natural frequency ω 0 is set as the natural frequency of the pier B1 at the first time. . Specifically, in the vicinity of the initial natural frequency ω 0 of 18 Hz in FIG. 5, the frequency ω a of about 11.4 Hz and the frequency ω b of about 17.6 Hz are the peak values of the coherence function. When | x | represents the absolute value of the variable x, | ω a −ω 0 | is about 6.6 Hz, and | ω b −ω 0 | is about 0.4 Hz. Therefore, vibration frequency omega 1 corresponding to the peak value of the initial natural frequency omega 0 closest coherence function value, the absolute value of the difference between the frequency and the initial natural frequency omega 0 corresponding to the peak value is most small ones, is about 17.6Hz of vibration number ω b. This frequency ω 1 is the natural frequency of the pier B1 at the first time. In this case, since the reduction rate of the natural frequency is 0.02 from the equation (18-17.6) / 18, it is determined that no scouring S has occurred, for example.
Thus, the soundness of the pier B1 is evaluated.

以上で、本検出方法S1の全ての工程を終了する。こうして、橋脚B1の固有振動数が初期固有振動数ω、第一の時刻において固有振動数ωと、橋脚B1の固有振動数の時間による変化が検出される。 Above, all the processes of this detection method S1 are complete | finished. Thus, the natural frequency of the pier B1 is the initial natural frequency ω 0 , and the natural frequency ω 1 at the first time and the change of the natural frequency of the pier B1 with time are detected.

必要に応じて、初期固有振動数特定工程S6の後で、振動検出工程S8、コヒーレンス演算工程S10、及び固有振動数特定工程S12を組にして複数回行ってもよい。すなわち、振動検出工程S8において第一の時刻よりも後の第二の時刻における橋軸直角方向Xの振動と鉛直方向Zの振動を検出し、コヒーレンス演算工程S10において振動数によるコヒーレンス関数の変化を求める。固有振動数特定工程S12において、第二の時刻における橋脚B1の固有振動数を演算する。工程S8、S10、S12を複数回行うことで、さらに第二の時刻よりも後の第三の時刻、第四の時刻、‥、における橋脚B1の固有振動数が演算される。
本検出方法S1をこのように行うことで、橋脚B1の固有振動数が複数回連続的に検出される。
If necessary, after the initial natural frequency identification step S6, the vibration detection step S8, the coherence calculation step S10, and the natural frequency identification step S12 may be performed a plurality of times. That is, in the vibration detection step S8, the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X and the vibration in the vertical direction Z at the second time after the first time are detected, and in the coherence calculation step S10, the change in the coherence function according to the frequency is detected. Ask. In the natural frequency specifying step S12, the natural frequency of the pier B1 at the second time is calculated. By performing steps S8, S10, and S12 a plurality of times, the natural frequency of the pier B1 at the third time, the fourth time,... After the second time is calculated.
By performing this detection method S1 in this way, the natural frequency of the pier B1 is continuously detected a plurality of times.

以上説明したように、本実施形態の検出装置1及び検出方法S1によれば、振動センサ11が第一の時刻に検出した橋軸直角方向Xの振動及び鉛直方向Zの振動を入力とした振動数によるコヒーレンス関数の変化を求める。そして、初期固有振動数ωに値が最も近いコヒーレンス関数のピーク値に対応する振動数ωを、第一の時刻における橋脚B1の固有振動数とする。振動のフーリエスペクトルから橋脚B1の固有振動数を特定しようとしても、固有振動数以外のピークが多数卓越して橋脚B1の固有振動数を正しく特定できない場合がある。コヒーレンス関数から橋脚B1の固有振動数を求めることで、第一の時刻における橋脚B1の固有振動数を確実に特定し、橋脚B1の固有振動数の時間による変化をより確実に検出することができる。 As described above, according to the detection device 1 and the detection method S1 of the present embodiment, the vibration using the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X and the vibration in the vertical direction Z detected by the vibration sensor 11 at the first time is input. Find the change in coherence function by number. Then, the frequency ω 1 corresponding to the peak value of the coherence function closest to the initial natural frequency ω 0 is set as the natural frequency of the pier B1 at the first time. Even when trying to identify the natural frequency of the pier B1 from the Fourier spectrum of the vibration, there are cases where many peaks other than the natural frequency are prominent and the natural frequency of the pier B1 cannot be correctly identified. By obtaining the natural frequency of the pier B1 from the coherence function, it is possible to reliably identify the natural frequency of the pier B1 at the first time, and more reliably detect changes in the natural frequency of the pier B1 over time. .

本検出方法S1は振動が微小である場合を基にしたものであるため、橋脚B1に振動センサ11を一旦取付ければ、現地となる橋脚B1付近でのその後の作業は不要となり、使用者の安全を確保することができる。
また、従来の振動が微小である場合を基にした検出方法と比較して、橋脚B1の固有振動数をより正確に推定できるため、橋脚B1の健全度を正確に評価することができる。
Since this detection method S1 is based on the case where the vibration is very small, once the vibration sensor 11 is attached to the pier B1, the subsequent work in the vicinity of the pier B1 at the site becomes unnecessary, and the user's Safety can be ensured.
Further, since the natural frequency of the pier B1 can be estimated more accurately as compared with the detection method based on the case where the conventional vibration is very small, the soundness of the pier B1 can be accurately evaluated.

振動センサ11は、橋脚B1の上面B1aに取付けられている。橋脚B1は橋脚B1の下部を中心に振動するため、橋脚B1の振動の振幅のうち上面B1aのものが最も大きくなる。このため、振動センサ11によって振動をより確実に検出することができる。
振動検出工程S8、コヒーレンス演算工程S10、及び固有振動数特定工程S12を組にして複数回行うことで、橋脚B1の固有振動数を複数回連続的に検出することができる。
The vibration sensor 11 is attached to the upper surface B1a of the pier B1. Since the pier B1 vibrates around the lower part of the pier B1, the amplitude of the upper surface B1a is the largest among the vibration amplitudes of the pier B1. For this reason, the vibration can be detected more reliably by the vibration sensor 11.
By performing the vibration detection step S8, the coherence calculation step S10, and the natural frequency specifying step S12 a plurality of times, the natural frequency of the pier B1 can be continuously detected a plurality of times.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図6から図17を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図6に示すように、本実施形態の検出装置2は、第1実施形態の検出装置1の振動センサ11及び制御部16に代えて、第一の振動センサ31、第二の振動センサ32、及び制御部36を備えている。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 17, but the same parts as those of the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted, and only differences will be described. explain.
As shown in FIG. 6, the detection device 2 of the present embodiment replaces the vibration sensor 11 and the control unit 16 of the detection device 1 of the first embodiment with a first vibration sensor 31, a second vibration sensor 32, And a control unit 36.

振動センサ31、32は、振動センサ11と同様に構成されている。振動センサ31、32は、橋脚B1における川底R2aよりも上方である、橋脚B1の上面B1aの端部に取付けられている。例えば、第一の振動センサ31は上面B1aの橋軸直角方向Xの一方(上流)側の端部に取付けられ、第二の振動センサ32は上面B1aの橋軸直角方向Xの他方(下流)側の端部に取付けられている。振動センサ31、32は、入出力I/F22に接続可能になっている。
制御部36は、制御部16のメモリ19に代えてメモリ37を備えている。メモリ37に記憶されるプログラムには、後述する高速フーリエ変換を行ったり、位相差の反転を検出したりするためのプログラム等が含まれる。
The vibration sensors 31 and 32 are configured in the same manner as the vibration sensor 11. The vibration sensors 31 and 32 are attached to the end portion of the upper surface B1a of the pier B1 above the riverbed R2a in the pier B1. For example, the first vibration sensor 31 is attached to one end (upstream) of the bridge axis perpendicular direction X of the upper surface B1a, and the second vibration sensor 32 is the other (downstream) of the bridge axis perpendicular direction X of the upper surface B1a. At the end of the side. The vibration sensors 31 and 32 can be connected to the input / output I / F 22.
The control unit 36 includes a memory 37 instead of the memory 19 of the control unit 16. The program stored in the memory 37 includes a program for performing fast Fourier transform, which will be described later, and detecting inversion of a phase difference.

ここで、橋脚B1、振動センサ31、32の長さや角度等について、図7に示すように規定を行う。
橋脚B1が振動するときの回転中心をCとする。橋脚B1の上面B1aにおける振動センサ31、32を取付けた位置をP1、P2とする。振動センサ31、32は、同じ高さに配置されているとする。回転中心Cを通り水平面に平行な基準面Tを規定する。位置P1、P2を基準面Tに対して鉛直方向Zに投影した点を、P1a、P2aとする。回転中心Cから振動センサ31、32までの鉛直方向Zの距離をh(m)とする。位置P1と回転中心Cとを結ぶ線L1と鉛直方向Zとのなす角度をα(ラジアン)とし、位置P2と回転中心Cとを結ぶ線L2と鉛直方向Zとのなす角度をβ(ラジアン)とする。
橋脚B1が振動するときに、回転中心Cを中心に第一の振動センサ31が移動する軌跡の位置P1における接線の傾きをaとする。橋脚B1が振動するときに、回転中心Cを中心に第二の振動センサ32が移動する軌跡の位置P2における接線の傾きを−bとする。ただし、a及びbは正の数である。傾きaは、位置P1における接線が橋軸直角方向Xに1変化したときの鉛直方向Zの変化量である。傾き−bは、位置P2における接線が橋軸直角方向Xに1変化したときの鉛直方向Zの変化量である。
Here, the length and angle of the bridge pier B1 and the vibration sensors 31, 32 are defined as shown in FIG.
Let C be the center of rotation when the pier B1 vibrates. The positions where the vibration sensors 31 and 32 are attached on the upper surface B1a of the pier B1 are defined as P1 and P2. It is assumed that the vibration sensors 31 and 32 are arranged at the same height. A reference plane T passing through the center of rotation C and parallel to the horizontal plane is defined. Points where the positions P1 and P2 are projected in the vertical direction Z with respect to the reference plane T are defined as P1a and P2a. The distance in the vertical direction Z from the rotation center C to the vibration sensors 31 and 32 is defined as h (m). The angle between the line L1 connecting the position P1 and the rotation center C and the vertical direction Z is α (radian), and the angle between the line L2 connecting the position P2 and the rotation center C and the vertical direction Z is β (radian). And
When the bridge pier B1 vibrates, the inclination of the tangent at the position P1 of the locus along which the first vibration sensor 31 moves around the rotation center C is defined as a. When the bridge pier B1 vibrates, the inclination of the tangent at the position P2 of the locus along which the second vibration sensor 32 moves around the rotation center C is set to −b. However, a and b are positive numbers. The inclination a is the amount of change in the vertical direction Z when the tangent at the position P1 changes by 1 in the bridge axis perpendicular direction X. The inclination -b is the amount of change in the vertical direction Z when the tangent at the position P2 changes by 1 in the direction X perpendicular to the bridge axis.

橋軸直角方向Xは、上流側から下流側に向かう向きを正とする。鉛直方向Zは、下方から上方に向かう向きを正とする。このとき、(3)式及び(4)式の関係が成り立つ。
tanα=a ・・(3)
tanβ=b ・・(4)
回転中心Cと点P1aとの距離、及び回転中心Cと点P2aとの距離は、(5)式及び(6)式のように求められる。
h×tanα=ah ・・(5)
h×tanβ=bh ・・(6)
すなわち、回転中心Cは点P1a、P2a間をa:bに内分する点である。
The direction perpendicular to the bridge axis X is positive in the direction from the upstream side to the downstream side. The vertical direction Z is positive in the direction from the bottom to the top. At this time, the relationship of Formula (3) and Formula (4) is established.
tan α = a (3)
tan β = b (4)
The distance between the rotation center C and the point P1a and the distance between the rotation center C and the point P2a are obtained as in the expressions (5) and (6).
h × tan α = ah (5)
h × tan β = bh (6)
That is, the rotation center C is a point that internally divides the points P1a and P2a into a: b.

第一の振動センサ31が検出した橋軸直角方向Xの振動(振動波形)を、Axとする。同様に、第一の振動センサ31が検出した鉛直方向Zの振動を、Azとする。第二の振動センサ32が検出した橋軸直角方向Xの振動を、Bxとする。第二の振動センサ32が検出した鉛直方向Zの振動を、Bzとする。川底R2aについて推定される橋軸直角方向Xの振動を、Gxとする。川底R2aについて推定される鉛直方向Zの振動を、Gzとする。
橋軸直角方向Xの振動Axのうち、橋脚B1の一次振動(橋脚B1自体の振動)による成分をAsxとする。橋軸直角方向Xの振動Bxのうち、橋脚B1の一次振動による成分をBsxとする。鉛直方向Zの振動Azのうち、橋脚B1の一次振動による成分をAszとする。鉛直方向Zの振動Bzのうち、橋脚B1の一次振動による成分をBszとする。
なお、例えば、振動Axの単位はmであり、振動Axは、時間t(秒)の関数としてAx(t)と表すことができる。
The vibration (vibration waveform) in the direction X perpendicular to the bridge axis detected by the first vibration sensor 31 is Ax. Similarly, the vibration in the vertical direction Z detected by the first vibration sensor 31 is Az. The vibration in the direction X perpendicular to the bridge axis detected by the second vibration sensor 32 is defined as Bx. Let the vibration in the vertical direction Z detected by the second vibration sensor 32 be Bz. Let Gx be the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X estimated for the riverbed R2a. Let Gz be the vibration in the vertical direction Z estimated for the riverbed R2a.
Of the vibration Ax in the direction X perpendicular to the bridge axis, the component caused by the primary vibration of the pier B1 (vibration of the pier B1 itself) is assumed to be Asx. Of the vibration Bx in the direction X perpendicular to the bridge axis, the component due to the primary vibration of the pier B1 is Bsx. Of the vibration Az in the vertical direction Z, the component due to the primary vibration of the pier B1 is Asz. Of the vibration Bz in the vertical direction Z, the component due to the primary vibration of the pier B1 is defined as Bsz.
For example, the unit of vibration Ax is m, and vibration Ax can be expressed as Ax (t) as a function of time t (seconds).

このとき、振動Az、Bzは(7)式及び(8)式のように近似することができる。
Az=Asz+Gz ・・(7)
Bz=Bsz+Gz ・・(8)
また、傾きa、bの幾何学的関係から、(9)式が導かれる。
Asz=(−a/b)・Bsz ・・(9)
(7)式から(9)式より、
Asz=Az−Gz
=Az−(Bz−Bsz)
=Az−Bz−(b/a)・Asz ・・(10)
At this time, the vibrations Az and Bz can be approximated as shown in equations (7) and (8).
Az = Asz + Gz (7)
Bz = Bsz + Gz (8)
Further, the equation (9) is derived from the geometric relationship between the inclinations a and b.
Asz = (− a / b) · Bsz (9)
From (7) to (9),
Asz = Az-Gz
= Az- (Bz-Bsz)
= Az-Bz- (b / a) .Asz (10)

したがって、(11)式が得られる。
Asz={a/(a+b)}・(Az−Bz) ・・(11)
振動Azと振動Bzとの差を求めることで、川底R2aの振動の影響を除外した橋脚B1自身の振動が得られる。
振動Asxと振動Aszとの幾何学的関係から、(12)式が導かれる。
Asx=(1/a)・Asz ・・(12)
(12)式の右辺に(11)式を代入すると、(13)式が導かれる。
Asx={1/(a+b)}・(Az−Bz) ・・(13)
Therefore, equation (11) is obtained.
Asz = {a / (a + b)} (Az−Bz) (11)
By obtaining the difference between the vibration Az and the vibration Bz, the vibration of the pier B1 itself excluding the influence of the vibration of the riverbed R2a can be obtained.
Equation (12) is derived from the geometric relationship between the vibration Asx and the vibration Asz.
Asx = (1 / a) · Asz (12)
Substituting equation (11) for the right side of equation (12) leads to equation (13).
Asx = {1 / (a + b)} (Az−Bz) (13)

また、振動Axを(14)式のように近似することができる。
Ax=Asx+Gx ・・(14)
(14)式及び(13)式から、(15)式が得られる。
Gx=Ax−Asx
=Ax−(Az−Bz)/(a+b) ・・(15)
(15)式に(3)式及び(4)式を代入すると、(16)式が導かれる。
Gx=Ax−(Az−Bz)/(tanα+tanβ) ・・(16)
Further, the vibration Ax can be approximated as shown in Equation (14).
Ax = Asx + Gx (14)
Expression (15) is obtained from Expression (14) and Expression (13).
Gx = Ax-Asx
= Ax- (Az-Bz) / (a + b) (15)
Substituting Equations (3) and (4) into Equation (15) leads to Equation (16).
Gx = Ax− (Az−Bz) / (tan α + tan β) (16)

次に、以上のように構成された本検出装置2の作用について説明する。図8は本発明の第2実施形態における検出方法S21を示すフローチャートである。本検出装置2が起動されると、制御部16の演算回路18はメモリ37に記憶されたプログラムを読み込む。
まず、前述の、初期固有振動数特定工程S6(図8参照)を行い、橋脚B1の初期の固有振動数である初期固有振動数ωを予め求める。例えば、初期固有振動数ωが17Hzと求められたとする。使用者は、この初期固有振動数ωを入力部20から入力し、制御部16のメモリ37に記憶させる。
Next, the operation of the present detection device 2 configured as described above will be described. FIG. 8 is a flowchart showing the detection method S21 in the second embodiment of the present invention. When the detection apparatus 2 is activated, the arithmetic circuit 18 of the control unit 16 reads a program stored in the memory 37.
First, the initial natural frequency specifying step S6 (see FIG. 8) described above is performed, and an initial natural frequency ω 0 that is an initial natural frequency of the pier B1 is obtained in advance. For example, assume that the initial natural frequency ω 0 is determined to be 17 Hz. The user inputs this initial natural frequency ω 0 from the input unit 20 and stores it in the memory 37 of the control unit 16.

次に、センサ取付け工程(ステップS26)において、使用者は橋脚B1の上面B1aに振動センサ31、32を取付ける。
次に、支持体振動演算工程(ステップS28)において、制御部36の演算回路18は、振動センサ31、32により第一の時刻における振動Ax、Az、Bx、Bzを検出し、橋脚B1の第一の時刻における橋軸直角方向Xの振動Gxを(16)式により求める。なお、振動Bxは検出しなくてもよい。橋脚B1は橋脚B1の下部を中心に振動するため、橋脚B1の振動の振幅のうち上面B1aのものが最も大きくなる。このため、振動センサ31、32によって振動がより確実に検出される。
Next, in the sensor mounting step (step S26), the user attaches the vibration sensors 31 and 32 to the upper surface B1a of the pier B1.
Next, in the support body vibration calculation step (step S28), the calculation circuit 18 of the control unit 36 detects the vibrations Ax, Az, Bx, Bz at the first time by the vibration sensors 31, 32, and the first of the pier B1. The vibration Gx in the direction X perpendicular to the bridge axis at one time is obtained by the equation (16). The vibration Bx may not be detected. Since the pier B1 vibrates around the lower part of the pier B1, the amplitude of the upper surface B1a is the largest among the vibration amplitudes of the pier B1. For this reason, vibration is more reliably detected by the vibration sensors 31 and 32.

演算回路18は、第一の振動センサ31で測定した橋軸直角方向Xの振動等を高速フーリエ変換し、振動のフーリエスペクトルを求める。このとき求められたフーリエスペクトルは、例えば図9に示すようになる。なお、図9は後述する実験の結果である。図9の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸は加速度スペクトル(gal・s)を表す。1galは、0.01m/sである。図9の振動のフーリエスペクトルでは、固有振動数以外のピークが多数卓越し、17Hzである初期固有振動数ωに値が近い加速度スペクトルのピーク値を特定しにくい。 The arithmetic circuit 18 performs fast Fourier transform on the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X measured by the first vibration sensor 31 to obtain a Fourier spectrum of the vibration. The Fourier spectrum obtained at this time is, for example, as shown in FIG. FIG. 9 shows the results of experiments to be described later. The horizontal axis in FIG. 9 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the acceleration spectrum (gal · s). 1 gal is 0.01 m / s 2 . In the Fourier spectrum of the vibration in FIG. 9, many peaks other than the natural frequency are dominant, and it is difficult to specify the peak value of the acceleration spectrum that is close to the initial natural frequency ω 0 of 17 Hz.

次に、固有振動数特定工程(ステップS30)において、振動数に対する振動Axと振動Gxとの位相差の関係において、この位相差が0ラジアンからπラジアンまで変化する振動数の範囲で位相差がπ/2ラジアンとなるときの振動数、及び、位相差が0ラジアンから−πラジアンまで変化する振動数の範囲で位相差が−π/2ラジアンとなるときの振動数のうち初期固有振動数ωに値が最も近い振動数を、第一の時刻における橋脚B1の固有振動数とする。
一般的に、橋脚B1の橋軸直角方向Xの振動と川底R2aの橋軸直角方向Xの振動の位相差は、橋脚B1の固有振動数付近の振動数でπ/2ラジアン又は−π/2ラジアンとなる。
Next, in the natural frequency specifying step (step S30), in the relationship of the phase difference between the vibration Ax and the vibration Gx with respect to the frequency, the phase difference is within a frequency range where the phase difference changes from 0 radians to π radians. The initial natural frequency among the frequencies when the phase difference is -π / 2 radians in the range of the frequency when the phase difference changes from 0 radians to -π radians when the frequency becomes π / 2 radians. The frequency closest to ω 0 is defined as the natural frequency of the pier B1 at the first time.
Generally, the phase difference between the vibration in the bridge axis perpendicular direction X of the pier B1 and the vibration in the bridge axis perpendicular direction X of the riverbed R2a is π / 2 radians or −π / 2 at a frequency near the natural frequency of the pier B1. Become radians.

図10に、振動数に対する振動Axと振動Gxとの位相差の関係を示す。図10の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸は位相差(ラジアン)を表す。
17Hzである初期固有振動数ωに値が最も近い位相差が±π/2ラジアンとなるときの振動数は約17.0Hzであるため、この振動数を、第一の時刻における橋脚B1の固有振動数ωとする。すなわち、第一の時刻の固有振動数ωは初期固有振動数ωから変化がなく、橋脚B1の健全度は初期の状態と第一の時刻の状態とで変化がないと評価する。
この場合、固有振動数に変化がないため、洗掘Sは生じていないと判断される。
FIG. 10 shows the relationship of the phase difference between the vibration Ax and the vibration Gx with respect to the frequency. The horizontal axis in FIG. 10 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the phase difference (radian).
Since the frequency when the phase difference closest to the initial natural frequency ω 0 of 17 Hz is ± π / 2 radians is about 17.0 Hz, this frequency is set to the pier B1 at the first time. The natural frequency ω 1 is assumed. That is, the natural frequency ω 1 at the first time is not changed from the initial natural frequency ω 0, and it is evaluated that the soundness of the pier B1 is not changed between the initial state and the state at the first time.
In this case, since there is no change in the natural frequency, it is determined that no scouring S has occurred.

以上で、本検出方法S21の全ての工程を終了する。こうして、橋脚B1の固有振動数が初期固有振動数ω、第一の時刻において固有振動数ωと、橋脚B1の固有振動数の時間による変化が検出される。 Above, all the processes of this detection method S21 are complete | finished. Thus, the natural frequency of the pier B1 is the initial natural frequency ω 0 , and the natural frequency ω 1 at the first time and the change of the natural frequency of the pier B1 with time are detected.

必要に応じて、センサ取付け工程S26の後で、支持体振動演算工程S28及び固有振動数特定工程S30を組にして複数回行ってもよい。すなわち、振動検出工程S28において第一の時刻よりも後の第二の時刻における振動Ax、Az、Bx、Bzを検出し、橋軸直角方向Xの振動Gxを求める。固有振動数特定工程S30において、第二の時刻における橋脚B1の固有振動数を演算する。工程S28、S30を複数回行うことで、さらに第二の時刻よりも後の第三の時刻、第四の時刻、‥、における橋脚B1の固有振動数が演算される。
本検出方法S21をこのように行うことで、橋脚B1の固有振動数が複数回連続的に検出される。
If necessary, after the sensor mounting step S26, the support body vibration calculating step S28 and the natural frequency specifying step S30 may be performed a plurality of times. That is, in the vibration detection step S28, vibrations Ax, Az, Bx, and Bz at a second time after the first time are detected, and the vibration Gx in the direction X perpendicular to the bridge axis is obtained. In the natural frequency specifying step S30, the natural frequency of the pier B1 at the second time is calculated. By performing steps S28 and S30 a plurality of times, the natural frequency of the pier B1 at the third time, the fourth time,... After the second time is calculated.
By performing this detection method S21 in this way, the natural frequency of the pier B1 is continuously detected a plurality of times.

次に、模型の橋脚B1を用いて実験した結果について説明する。
模型の橋脚B1では、橋脚B1の下部の地盤に加速度センサである補助振動センサを取付けて実験した。この実験では、前述の距離hは0.29m、振動センサ31、32間の距離である(ah+bh)の値は0.25mとした。この場合、(a+b)の値は(17)式より0.86となる。
0.25/0.29=0.86 ・・(17)
第一の振動センサ31で測定した橋軸直角方向Xの振動と、補助振動センサで測定した橋軸直角方向Xの振動との位相差は、図11に示すようになる。図11の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸は位相差(ラジアン)を表す。位相差が±π/2ラジアンとなる振動数から、固有振動数が17Hz付近であるであることが分かる。
Next, the results of experiments using the model pier B1 will be described.
In the model pier B1, an experiment was conducted by attaching an auxiliary vibration sensor as an acceleration sensor to the ground below the pier B1. In this experiment, the distance h described above was 0.29 m, and the value of (ah + bh), which is the distance between the vibration sensors 31 and 32, was 0.25 m. In this case, the value of (a + b) is 0.86 from the equation (17).
0.25 / 0.29 = 0.86 (17)
The phase difference between the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X measured by the first vibration sensor 31 and the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X measured by the auxiliary vibration sensor is as shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 11 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the phase difference (radian). From the frequency at which the phase difference is ± π / 2 radians, it can be seen that the natural frequency is around 17 Hz.

模型の橋脚B1の固有振動数が知られた(既知の)状態で、固有振動数付近の振動数でband pass filter処理を行い、図12及び図13に示すようにリサージュ曲線を描いた。図12は、河川の流れの上流側となる第一の振動センサ31の検出結果である。横軸は橋軸直角方向Xの加速度(gal)を表し、縦軸は鉛直方向Zの加速度(gal)を表す。橋軸直角方向Xの加速度と鉛直方向Zの加速度とを最小二乗法により直線の式で近似したときに、直線L6の式は(18)式のようになった。
y=0.5044x−0.2269 ・・(18)
図13は、河川の流れの下流側となる第二の振動センサ32の検出結果である。横軸は橋軸直角方向Xの加速度(gal)を表し、縦軸は鉛直方向Zの加速度(gal)を表す。橋軸直角方向Xの加速度と鉛直方向Zの加速度とを最小二乗法により直線の式で近似したときに、直線L7の式は(19)式のようになった。
y=−0.372x−0.3158 ・・(19)
In a state where the natural frequency of the model pier B1 is known (known), band pass filter processing was performed at a frequency near the natural frequency, and a Lissajous curve was drawn as shown in FIGS. FIG. 12 shows the detection result of the first vibration sensor 31 on the upstream side of the river flow. The horizontal axis represents acceleration (gal) in the direction X perpendicular to the bridge axis, and the vertical axis represents acceleration (gal) in the vertical direction Z. When the acceleration in the direction perpendicular to the bridge axis X and the acceleration in the vertical direction Z were approximated by a straight line equation by the least square method, the equation of the straight line L6 was as shown in equation (18).
y = 0.05044x−0.2269 (18)
FIG. 13 shows the detection result of the second vibration sensor 32 on the downstream side of the river flow. The horizontal axis represents acceleration (gal) in the direction X perpendicular to the bridge axis, and the vertical axis represents acceleration (gal) in the vertical direction Z. When the acceleration in the direction perpendicular to the bridge axis X and the acceleration in the vertical direction Z are approximated by a straight line equation by the least square method, the equation of the straight line L7 is as shown in equation (19).
y = −0.372x−0.3158 (19)

すなわち、図7における傾きaが0.5044となり、傾きbが0.372となる。この場合、(a+b)の値は0.87となり、(17)式の値と概ね一致した。
この実験条件を用いて、図14に推定値である橋軸直角方向Xの振動Gxを表す実線の曲線L9と、実際に測定した補助振動センサによる橋軸直角方向Xの振動を表す点線の曲線L10とを示す。図14の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸は加速度スペクトル(gal・s)を表す。図14から、推定した地盤の振動と実際に測定した地盤の振動とがよく一致していることが分かる。図15は、推定値である振動Gxと実際に測定した振動との位相差を示す。図15の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸は位相差(ラジアン)を表す。振動数(Hz)によらず位相差が0に近く、推定した地盤の振動と実際に測定した地盤の振動とがよく一致していることが分かる。
That is, the slope a in FIG. 7 is 0.5044 and the slope b is 0.372. In this case, the value of (a + b) was 0.87, which almost coincided with the value of equation (17).
Using this experimental condition, a solid line curve L9 representing the vibration Gx in the bridge axis perpendicular direction X as an estimated value in FIG. 14 and a dotted line curve representing the vibration in the bridge axis perpendicular direction X by the actually measured auxiliary vibration sensor. L10. The horizontal axis in FIG. 14 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the acceleration spectrum (gal · s). FIG. 14 shows that the estimated ground vibration and the actually measured ground vibration are in good agreement. FIG. 15 shows the phase difference between the vibration Gx, which is an estimated value, and the vibration actually measured. The horizontal axis in FIG. 15 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the phase difference (radian). The phase difference is close to 0 regardless of the frequency (Hz), and it can be seen that the estimated ground vibration and the actually measured ground vibration are in good agreement.

このことから、橋脚B1の一次振動による固有振動数を求めるという目的において必要な振動数帯域については、本発明において前提とした「橋脚B1の振動は、橋脚B1の一次振動による成分と地盤の振動の和と近似される」という、(7)式及び(8)式の仮定が妥当であることが分かる。   From this, the frequency band necessary for the purpose of obtaining the natural frequency due to the primary vibration of the pier B1 is assumed as “the vibration of the pier B1 is a component of the primary vibration of the pier B1 and the vibration of the ground. It can be seen that the assumptions of the expressions (7) and (8), which are approximated to the sum of the above, are valid.

従来の固有振動数検出方法では、前述の図9のみから橋脚B1の固有振動数を判断している。
既存の知見として、橋脚の振動を実際に測定するだけでなく、地盤の振動も実際に併せて測定していれば、例えば橋脚の上面の端部の橋軸直角方向の振動と地盤の橋軸直角方向の振動との差のフーリエスペクトル比が卓越する振動数を、固有振動数とすることができることが知られている。
図16は、模型の橋脚B1において第一の振動センサ31で実際に測定した橋脚B1の上面B1aの端部の橋軸直角方向Xの振動から得られるフーリエスペクトルのフーリエ振幅と、補助振動センサで実際に測定した地盤の橋軸直角方向Xの振動から得られるフーリエスペクトルのフーリエ振幅との比であるフーリエスペクトル比と、振動数との関係を示す図である。図16の横軸は振動数(Hz)を表し、縦軸はフーリエスペクトル比(−)を表す。17Hzである固有振動数ωでフーリエスペクトル比が卓越していることが分かる。
ただし、実際の河川では、橋脚の下部の地盤の橋軸直角方向の振動を測定するのは困難である。
In the conventional natural frequency detection method, the natural frequency of the pier B1 is determined only from FIG. 9 described above.
As existing knowledge, if not only the vibration of the pier is actually measured, but also the vibration of the ground is actually measured, for example, the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis at the end of the upper surface of the pier and the bridge shaft of the ground It is known that the natural frequency can be a frequency in which the Fourier spectrum ratio of the difference from the vibration in the perpendicular direction is dominant.
FIG. 16 shows the Fourier amplitude of the Fourier spectrum obtained from the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X at the end of the upper surface B1a of the pier B1 actually measured by the first vibration sensor 31 at the model pier B1, and the auxiliary vibration sensor. It is a figure which shows the relationship between the Fourier spectrum ratio which is a ratio with the Fourier amplitude of the Fourier spectrum obtained from the vibration of the bridge axis orthogonal direction X of the ground actually measured, and a frequency. The horizontal axis in FIG. 16 represents the frequency (Hz), and the vertical axis represents the Fourier spectral ratio (−). It can be seen that the Fourier spectrum ratio is excellent at the natural frequency ω d of 17 Hz.
However, in an actual river, it is difficult to measure the vibration in the direction perpendicular to the bridge axis of the ground below the pier.

実際に測定した地盤の橋軸直角方向Xの振動に代えて、前述の方法で推定した地盤である川底R2aの橋軸直角方向Xの振動Gxを用いて得られたフーリエスペクトル比と振動数との関係を図17に示す。図16と同様に、17Hzである固有振動数ωでフーリエスペクトル比が卓越していることが分かる。図17から、卓越しているフーリエスペクトル比に対応する振動数ωが17Hzと分かり、これを橋脚B1の固有振動数とする。
このフーリエスペクトル比を用いた固有振動数の特定は、前述の図9による固有振動数の特定よりも容易である。
位相差が反転するときの振動数において、併せてこの振動数においてフーリエスペクトル比が卓越していることを確認することで、固有振動数の特定精度を向上させることができる。
Instead of the actually measured vibration in the direction perpendicular to the bridge axis X of the ground, the Fourier spectrum ratio and the frequency obtained using the vibration Gx in the direction perpendicular to the bridge axis X of the riverbed R2a, which is the ground estimated by the above-described method, The relationship is shown in FIG. As in FIG. 16, it can be seen that the Fourier spectrum ratio is excellent at the natural frequency ω d of 17 Hz. From FIG. 17, it is found that the frequency ω e corresponding to the excellent Fourier spectrum ratio is 17 Hz, and this is the natural frequency of the pier B1.
Specifying the natural frequency using the Fourier spectrum ratio is easier than specifying the natural frequency according to FIG. 9 described above.
By confirming that the Fourier spectrum ratio is excellent at the vibration frequency when the phase difference is reversed, the specific accuracy of the natural frequency can be improved.

以上説明したように、本実施形態の検出装置2及び検出方法S21によれば、振動センサ31、32が検出する振動は、それぞれ地盤である川底R2aの振動の影響を受ける。このため、振動センサ31、32の振動の差を演算することで、川底R2aの振動の影響を抑制した橋脚B1自体の振動を求めることができる。
第一の時刻における位相差を求め、この位相差が±π/2ラジアンとなる振動数を橋脚B1の固有振動数とする。これにより、第一の時刻における橋脚B1の固有振動数を確実に特定し、橋脚B1の固有振動数の時間による変化をより確実に検出することができる。
As described above, according to the detection device 2 and the detection method S21 of the present embodiment, the vibrations detected by the vibration sensors 31 and 32 are each affected by the vibration of the riverbed R2a that is the ground. For this reason, by calculating the difference between the vibrations of the vibration sensors 31 and 32, the vibration of the pier B1 itself in which the influence of the vibration of the riverbed R2a is suppressed can be obtained.
The phase difference at the first time is obtained, and the frequency at which this phase difference is ± π / 2 radians is set as the natural frequency of the pier B1. As a result, the natural frequency of the pier B1 at the first time can be reliably identified, and a change with time of the natural frequency of the pier B1 can be detected more reliably.

振動センサ31、32は、橋脚B1の上面B1aに取付けられている。橋脚B1は橋脚B1の下部を中心に振動するため、橋脚B1の振動の振幅は上面B1aの振幅が最も大きくなる。このため、振動センサ31、32によって振動をより確実に検出することができる。
支持体振動演算工程S28及び固有振動数特定工程S30を組にして複数回行うことで、橋脚B1の固有振動数を複数回連続的に検出することができる。
The vibration sensors 31 and 32 are attached to the upper surface B1a of the pier B1. Since the pier B1 vibrates around the lower part of the pier B1, the vibration amplitude of the pier B1 is the largest on the upper surface B1a. For this reason, vibration can be detected more reliably by the vibration sensors 31 and 32.
By performing the support body vibration calculating step S28 and the natural frequency specifying step S30 as a set a plurality of times, the natural frequency of the pier B1 can be continuously detected a plurality of times.

以上、本発明の第1実施形態及び第2実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第1実施形態では、振動センサ11は、橋脚B1の上面B1aでなく橋脚B1の鉛直方向Zの中間部に取付けられてもよい。振動センサ31、32についても同様である。
支持体は川底R2aでなく、地盤やコンクリート等の基礎であってもよい。
橋梁Bは鉄道橋であるとしたが、橋梁は道路橋等であるとしてもよい。構造物は橋脚B1に限定されず、橋梁B自体や、建築物等でもよい。
As mentioned above, although 1st Embodiment and 2nd Embodiment of this invention were explained in full detail with reference to drawings, the concrete structure is not restricted to this embodiment, The structure of the range which does not deviate from the summary of this invention Changes, combinations, deletions, etc. are also included. Furthermore, it goes without saying that the configurations shown in the embodiments can be used in appropriate combinations.
For example, in the first embodiment, the vibration sensor 11 may be attached not to the upper surface B1a of the pier B1 but to an intermediate portion in the vertical direction Z of the pier B1. The same applies to the vibration sensors 31 and 32.
The support may be a foundation such as ground or concrete, not the riverbed R2a.
Although the bridge B is a railway bridge, the bridge may be a road bridge or the like. The structure is not limited to the pier B1, and may be the bridge B itself or a building.

1、2 検出装置(橋脚の固有振動数検出装置)
11 振動センサ
31 第一の振動センサ
32 第二の振動センサ
B1 橋脚(構造物)
B1a 上面
C 回転中心
L1、L2 線
R2a 川底(支持体)
S1、S21 検出方法(橋脚の固有振動数検出方法)
S8 振動検出工程
S10 コヒーレンス演算工程
S12、S30 固有振動数特定工程
S28 支持体振動演算工程
X 橋軸直角方向(水平方向)
Z 鉛直方向
ω 初期固有振動数
1, 2 Detector (Equipment frequency detector for bridge pier)
11 Vibration sensor 31 First vibration sensor 32 Second vibration sensor B1 Bridge pier (structure)
B1a Upper surface C Rotation center L1, L2 Line R2a River bottom (support)
S1 and S21 detection method (bridge natural frequency detection method)
S8 Vibration detection process S10 Coherence calculation process S12, S30 Natural frequency identification process S28 Support body vibration calculation process X Bridge axis perpendicular direction (horizontal direction)
Z Vertical direction ω 0 Initial natural frequency

Claims (8)

支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出方法であって、
前記構造物の初期の固有振動数である初期固有振動数を求め、
前記構造物における前記支持体よりも上方に取付けられた振動センサにより、水平面に沿う水平方向の振動と鉛直方向の振動を第一の時刻に検出する振動検出工程と、
前記水平方向の振動及び前記鉛直方向の振動を入力として、振動数によるコヒーレンス関数の変化を求めるコヒーレンス演算工程と、
前記初期固有振動数に値が最も近い前記コヒーレンス関数のピーク値に対応する前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とする固有振動数特定工程と、
を行うことを特徴とする構造物の固有振動数検出方法。
A method for detecting the natural frequency of a structure for detecting the natural frequency of a structure disposed on a support,
Obtaining an initial natural frequency which is an initial natural frequency of the structure;
A vibration detection step of detecting horizontal vibration and vertical vibration along a horizontal plane at a first time by a vibration sensor attached above the support in the structure;
A coherence calculation step for obtaining a change in a coherence function depending on the frequency, using the horizontal vibration and the vertical vibration as inputs,
A natural frequency specifying step in which the frequency corresponding to the peak value of the coherence function closest to the initial natural frequency is the natural frequency of the structure at the first time;
A method for detecting the natural frequency of a structure, characterized in that:
前記振動センサは、前記構造物の上面の端部に取付けられていることを特徴とする請求項1に記載の構造物の固有振動数検出方法。   The method for detecting a natural frequency of a structure according to claim 1, wherein the vibration sensor is attached to an end portion of an upper surface of the structure. 前記振動検出工程、前記コヒーレンス演算工程、及び前記固有振動数特定工程を組にして複数回行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の構造物の固有振動数検出方法。   The method for detecting the natural frequency of a structure according to claim 1, wherein the vibration detecting step, the coherence calculating step, and the natural frequency specifying step are performed a plurality of times. 支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出方法であって、
前記構造物の初期の固有振動数である初期固有振動数を求め、
前記構造物における前記支持体よりも上方に第一の振動センサ及び第二の振動センサを取付け、
前記第一の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記構造物の回転中心とを結ぶ線と鉛直方向とのなす角度をα、前記第二の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記回転中心とを結ぶ線と前記鉛直方向とのなす角度をβ、前記第一の振動センサが検出した水平面に沿う水平方向の第一の時刻における振動をAx、前記第一の振動センサが検出した前記鉛直方向の前記第一の時刻における振動をAz、前記第二の振動センサが検出した前記鉛直方向の前記第一の時刻における振動をBzとしたときに、
前記支持体の前記第一の時刻における前記水平方向の振動Gxを(1)式により求める支持体振動演算工程と、
振動数に対する振動Axと振動Gxとの位相差の関係において、前記位相差が0ラジアンからπラジアンまで変化する範囲で前記位相差がπ/2ラジアンとなるときの前記振動数、及び、前記位相差が0ラジアンから−πラジアンまで変化する範囲で前記位相差が−π/2ラジアンとなるときの前記振動数のうち前記初期固有振動数に値が最も近い前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とする固有振動数特定工程と、
を行うことを特徴とする構造物の固有振動数検出方法。
Gx=Ax−(Az−Bz)/(tanα+tanβ) ・・(1)
A method for detecting the natural frequency of a structure for detecting the natural frequency of a structure disposed on a support,
Obtaining an initial natural frequency which is an initial natural frequency of the structure;
A first vibration sensor and a second vibration sensor are attached above the support in the structure,
An angle between a line connecting a position where the first vibration sensor is attached to the structure and a rotation center of the structure and a vertical direction is α, and a position where the second vibration sensor is attached to the structure; The angle between the line connecting the rotation center and the vertical direction is β, the vibration at the first time in the horizontal direction along the horizontal plane detected by the first vibration sensor is Ax, and the first vibration sensor detects When the vibration at the first time in the vertical direction is Az and the vibration at the first time in the vertical direction detected by the second vibration sensor is Bz,
A support body vibration calculation step of obtaining the horizontal vibration Gx of the support body at the first time by the equation (1);
In the relationship of the phase difference between the vibration Ax and the vibration Gx with respect to the frequency, the frequency when the phase difference is π / 2 radians within a range where the phase difference changes from 0 radians to π radians, and the order The frequency closest to the initial natural frequency among the frequencies when the phase difference is −π / 2 radians within a range in which the phase difference changes from 0 radians to −π radians, A natural frequency specifying step of setting the natural frequency of the structure at time;
A method for detecting the natural frequency of a structure, characterized in that:
Gx = Ax− (Az−Bz) / (tan α + tan β) (1)
前記第一の振動センサ及び前記第二の振動センサは、前記構造物の上面に取付けられていることを特徴とする請求項4に記載の構造物の固有振動数検出方法。   The method according to claim 4, wherein the first vibration sensor and the second vibration sensor are attached to an upper surface of the structure. 前記支持体振動演算工程及び前記固有振動数特定工程を組にして複数回行うことを特徴とする請求項4又は5に記載の構造物の固有振動数検出方法。   6. The method for detecting the natural frequency of a structure according to claim 4, wherein the support vibration calculation step and the natural frequency specifying step are performed a plurality of times as a set. 支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出装置であって、
前記構造物における前記支持体よりも上方に取付けられた振動センサと、
前記振動センサの検出結果に基づいて前記構造物の固有振動数を演算する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記振動センサにより第一の時刻に検出された水平面に沿う水平方向の振動と鉛直方向の振動を入力として、振動数によるコヒーレンス関数の変化を求め、
予め求められた前記構造物の初期の固有振動数に値が最も近い前記コヒーレンス関数のピーク値に対応する前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とすることを特徴とする構造物の固有振動数検出装置。
A natural frequency detector for a structure for detecting a natural frequency of a structure disposed on a support,
A vibration sensor mounted above the support in the structure;
A control unit that calculates the natural frequency of the structure based on the detection result of the vibration sensor;
With
The controller is
Using the vibration in the horizontal direction and the vibration in the vertical direction along the horizontal plane detected at the first time by the vibration sensor as inputs, the change in the coherence function according to the frequency is obtained,
The frequency corresponding to the peak value of the coherence function closest to the initial natural frequency of the structure determined in advance is set as the natural frequency of the structure at the first time. A natural frequency detector for a structure.
支持体上に配置された構造物の固有振動数を検出する構造物の固有振動数検出装置であって、
前記構造物における前記支持体よりも上方に取付けられた第一の振動センサ及び第二の振動センサと、
前記第一の振動センサ及び前記第二の振動センサの検出結果に基づいて前記構造物の固有振動数を演算する制御部と、
を備え、
前記第一の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記構造物の回転中心とを結ぶ線と鉛直方向とのなす角度をα、前記第二の振動センサを前記構造物に取付けた位置と前記回転中心とを結ぶ線と前記鉛直方向とのなす角度をβとしたときに、
前記制御部は、
前記第一の振動センサにより第一の時刻に検出された、水平面に沿う水平方向の振動Ax、前記鉛直方向の振動Az、及び前記第二の振動センサにより前記第一の時刻に検出された前記鉛直方向の振動Bzから、前記支持体の前記第一の時刻における前記水平方向の振動Gxを(2)式により求め、
振動数に対する振動Axと振動Gxとの位相差の関係において、前記位相差が0ラジアンからπラジアンまで変化する範囲で前記位相差がπ/2ラジアンとなるときの前記振動数、及び、前記位相差が0ラジアンから−πラジアンまで変化する範囲で前記位相差が−π/2ラジアンとなるときの前記振動数のうち、予め求められた前記構造物の初期の固有振動数に値が最も近い前記振動数を、前記第一の時刻における前記構造物の固有振動数とすることを特徴とする構造物の固有振動数検出装置。
Gx=Ax−(Az−Bz)/(tanα+tanβ) ・・(2)
A natural frequency detector for a structure for detecting a natural frequency of a structure disposed on a support,
A first vibration sensor and a second vibration sensor attached above the support in the structure;
A control unit that calculates a natural frequency of the structure based on detection results of the first vibration sensor and the second vibration sensor;
With
An angle between a line connecting a position where the first vibration sensor is attached to the structure and a rotation center of the structure and a vertical direction is α, and a position where the second vibration sensor is attached to the structure; When the angle between the line connecting the rotation center and the vertical direction is β,
The controller is
The horizontal vibration Ax along the horizontal plane detected by the first vibration sensor at the first time, the vertical vibration Az, and the second vibration sensor detected at the first time. From the vertical vibration Bz, the horizontal vibration Gx of the support at the first time is determined by the equation (2),
In the relationship of the phase difference between the vibration Ax and the vibration Gx with respect to the frequency, the frequency when the phase difference is π / 2 radians within a range where the phase difference changes from 0 radians to π radians, and the order Among the frequencies when the phase difference is −π / 2 radians in a range where the phase difference changes from 0 radians to −π radians, the value is closest to the initial natural frequency of the structure obtained in advance. The structure natural frequency detection device according to claim 1, wherein the vibration frequency is a natural frequency of the structure at the first time.
Gx = Ax− (Az−Bz) / (tan α + tan β) (2)
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