JP2019132658A - Non-destructive diagnosis method of pc grout filling state - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プレストレストコンクリート構造物（ＰＣ構造物）におけるＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法に関する。 The present invention relates to a non-destructive diagnosis method for a PC grout filling state in which a PC grout filling state in a prestressed concrete structure (PC structure) is evaluated non-destructively and diagnosed.
プレストレストコンクリート橋（ＰＣ橋）などのＰＣ構造物においては、部材コンクリートとＰＣ鋼材との一体化を確保すると共に、ＰＣ鋼材を腐食から保護することを目的として、シース内にＰＣグラウトを充填する施工が行われる。 In PC structures such as prestressed concrete bridges (PC bridges), the construction of filling the PC grout into the sheath is aimed at ensuring the integration of the concrete and PC steel and protecting the PC steel from corrosion. Is done.
このとき、ＰＣグラウトが密実に充填されていないとシース内に空洞が形成され、その空洞へ雨水等が侵入することにより内部のＰＣ鋼材が腐食されて、ＰＣ鋼材の破断や突出につながる恐れがある。このため、ＰＣ構造物を適切に維持管理していくためには、ＰＣグラウトの充填度（ＰＣグラウト充填率）を正確に評価する必要がある。 At this time, if the PC grout is not densely filled, a cavity is formed in the sheath, and rainwater or the like invades into the cavity, which may corrode the internal PC steel, leading to breakage or protrusion of the PC steel. is there. For this reason, in order to appropriately maintain and manage the PC structure, it is necessary to accurately evaluate the degree of PC grout filling (PC grout filling rate).
そこで、例えば、ＰＣ鋼材が配置されている箇所を特定した後、その箇所を削孔して内部を確認してＰＣグラウトの充填状態を評価する手法があるが、この手法では、多大な時間と労力を必要とし、また、ＰＣ構造物の一部を破壊して削孔しなければならないという問題があり、以下に列記するような非破壊的な評価手法が提案されている（特許文献１〜３）。 Therefore, for example, after identifying the location where the PC steel material is arranged, there is a method of drilling the location and confirming the inside to evaluate the filling state of the PC grout. There is a problem that labor is required and a part of the PC structure must be destroyed and drilled, and non-destructive evaluation methods listed below are proposed (Patent Documents 1 to 3). 3).
（１）放射線透過法（Ｘ線法）
放射線透過法（Ｘ線法）は、Ｘ線を使用してコンクリート内部の詳細を検査する方法であり、物質の密度によりＸ線の透過度が変化する性質を利用して、シース内の空洞を非破壊的に検出する。
(1) Radiation transmission method (X-ray method)
The radiation transmission method (X-ray method) is a method for inspecting the details inside concrete using X-rays. By utilizing the property that the X-ray transmittance changes depending on the density of the substance, the cavity in the sheath is Detect nondestructively.
具体的には、ＰＣグラウト充填率が低いと、シース内に空洞が形成され、その空洞によってＸ線の透過度が高くなるため、画像が色濃く現れる。一方、ＰＣグラウト充填率が高い部分では、密実で空洞が殆どないため、Ｘ線の透過度が低くなり、画像が色薄く現れる。このため、画像の濃淡を判別することにより、シース内における空洞の有無を直接検出することができる。 Specifically, when the PC grout filling rate is low, a cavity is formed in the sheath, and the X-ray transmittance is increased by the cavity, so that an image appears dark. On the other hand, in the portion where the PC grout filling rate is high, since it is solid and has almost no cavities, the X-ray transmittance is low and the image appears lightly. For this reason, the presence or absence of a cavity in the sheath can be directly detected by discriminating the density of the image.
しかしながら、このＸ線法は、コンクリートが厚くなると判別が難しくなる。また、Ｘ線の使用に際して放射線管理区域の設定や測定に時間を要するため、試験効率を高くすることが難しいという問題がある。 However, this X-ray method becomes difficult to distinguish when the concrete is thick. Moreover, since it takes time to set and measure the radiation control area when using X-rays, there is a problem that it is difficult to increase the test efficiency.
（２）衝撃弾性波法（インパクトエコー法）
衝撃弾性波法（インパクトエコー法）は、反射波（インパクトエコー）の周波数特性に着目して、ＰＣグラウトの未充填位置を特定する手法であり、コンクリート表面を鋼球で打撃することによりコンクリート内部へ弾性波を伝播させ、打撃面側に設置したセンサで対象物からの反射波を受信し、その周波数特性から部材厚さや内部の欠陥の有無やその深さを非破壊的に推定する。
(2) Impact elastic wave method (impact echo method)
The impact elastic wave method (impact echo method) is a method of identifying the unfilled position of the PC grout by paying attention to the frequency characteristics of the reflected wave (impact echo). The acoustic wave is propagated to the sensor, and the reflected wave from the object is received by the sensor installed on the striking surface side, and the thickness of the member, the presence or absence of internal defects, and the depth thereof are estimated nondestructively from the frequency characteristics.
具体的には、シース内にＰＣグラウトが完全に充填されている場合には、版底面で反射波が生じる。一方、シース内にＰＣグラウト未充填部が存在している場合には、空洞が形成されたシースの表面においても反射波が生じる。これらの反射波は、それぞれコンクリート表面との間で反射を繰り返すことにより、縦波共振現象が励起される。このため、版厚やシース深さに相当する縦波共振によるピーク周波数を検知することで、内部欠陥（空洞）の有無やその深さを推定することができる。 Specifically, when the PC grout is completely filled in the sheath, a reflected wave is generated on the plate bottom surface. On the other hand, when a PC grout unfilled portion exists in the sheath, a reflected wave is also generated on the surface of the sheath where the cavity is formed. These reflected waves are repeatedly reflected from the concrete surface, thereby exciting the longitudinal wave resonance phenomenon. For this reason, the presence or absence of an internal defect (cavity) and its depth can be estimated by detecting the peak frequency due to longitudinal wave resonance corresponding to the plate thickness and sheath depth.
しかしながら、このインパクトエコー法は、シース径が小さい場合やシースが深い位置にある場合には、反射波の繰り返しが生じないために上記した未充填部のシース表面との繰り返し反射波による共振現象が励起されず、ピーク周波数を検知することができず、判定することができないという問題がある。 However, in this impact echo method, when the sheath diameter is small or the sheath is at a deep position, the reflected wave does not repeat, and therefore the resonance phenomenon due to the repeated reflected wave with the sheath surface of the unfilled portion described above occurs. There is a problem that it is not excited, the peak frequency cannot be detected, and cannot be determined.
（３）衝撃弾性波法（打音振動法）
衝撃弾性波法（打音振動法）は、衝撃入力により算出した弾性波の伝搬速度に着目して、シース内部の平均的なＰＣグラウト充填状況を把握する手法であり、ＰＣ鋼材端部から衝撃を与えた際に生じる弾性波を、もう一方の端部に設置したセンサで検出して、ＰＣ鋼材における伝播速度からシース内部のＰＣグラウト充填状況を非破壊的に把握する。
(3) Impact elastic wave method (striking vibration method)
The impact elastic wave method (sound vibration method) is a method of grasping the average PC grout filling state inside the sheath by paying attention to the propagation velocity of the elastic wave calculated by the impact input. Is detected by a sensor installed at the other end, and the PC grout filling state inside the sheath is non-destructively grasped from the propagation speed in the PC steel material.
具体的には、ＰＣ鋼材端部から衝撃を与えたとき、シース内にＰＣグラウトが十分に充填されていない場合は、入力された弾性波の内、最も早く伝搬される波は鋼棒を伝播したものとなるため、見かけの弾性波速度は鋼棒単体の伝搬速度に近い値となる。これに対して、ＰＣグラウトが充填されている場合では、鋼棒とＰＣグラウトが一体となった複合部材中を弾性波が伝搬する。この場合、鋼棒中の伝播波動の先端位置と周辺のＰＣグラウト部を伝播する波動の先端位置は同じであるため、未充填の場合に比べて伝播速度が小さくなる。このため、弾性波伝播速度を知ることにより、ＰＣグラウトの充填不良を判定することができる。 Specifically, when an impact is applied from the end of the PC steel material, if the PC grout is not sufficiently filled in the sheath, the wave that propagates the earliest among the input elastic waves propagates through the steel rod. Therefore, the apparent elastic wave velocity is close to the propagation velocity of the steel bar alone. On the other hand, when the PC grout is filled, the elastic wave propagates through the composite member in which the steel bar and the PC grout are integrated. In this case, since the tip position of the propagating wave in the steel bar is the same as the tip position of the wave propagating through the surrounding PC grout portion, the propagation speed is lower than that in the case of not filling. For this reason, it is possible to determine the filling failure of the PC grout by knowing the elastic wave propagation velocity.
しかしながら、この打音振動法は、ＰＣ鋼材が挿通されているシース全体におけるＰＣグラウトの充填不良については判定することができるものの、ＰＣグラウトの充填不良が発生している箇所を特定することはできないという問題がある。 However, although this hammering sound vibration method can determine the filling failure of the PC grout in the entire sheath through which the PC steel material is inserted, it cannot identify the location where the filling failure of the PC grout occurs. There is a problem.
（４）広帯域超音波法
広帯域超音波法は、シース直上のコンクリート面に配置した発信探触子から超音波を入力し、シースからの反射波を受信、分析することでＰＣグラウトの充填性を非破壊的に推測する技術である。
(4) Broadband ultrasonic method The broadband ultrasonic method increases the fillability of PC grout by inputting ultrasonic waves from a transmitting probe placed on the concrete surface directly above the sheath, and receiving and analyzing the reflected waves from the sheath. This is a non-destructive guessing technique.
具体的には、シース内に空洞が存在すると、そこで反射して反射波が発生する。一方、密実であると、反射率が低いため反射波は小さくなる。このシース反射波は高周波帯域の波が支配的であるため、ＰＣグラウトの充填が不良（シース内に空洞）の場合には、高周波帯域の波が支配的に受信される。一方、ＰＣグラウトが密実に充填された充填シースの場合は、低周波帯域の波が支配的に受信される。このため、シースからの反射波を分析することでＰＣグラウトの充填性を推測することができる。 Specifically, if there is a cavity in the sheath, it is reflected there and a reflected wave is generated. On the other hand, if it is dense, the reflected wave is small because the reflectance is low. Since the sheath reflected wave is dominant in the high frequency band, when the filling of the PC grout is poor (cavity in the sheath), the high frequency band wave is dominantly received. On the other hand, in the case of a filled sheath in which PC grout is densely filled, waves in the low frequency band are predominantly received. For this reason, the fillability of the PC grout can be estimated by analyzing the reflected wave from the sheath.
しかしながら、この広帯域超音波法は、反射波にコンクリートの鉄筋や骨材からの反射波や、コンクリート表面を伝搬する反射波も含まれているため、これらの反射波をＰＣグラウトの未充填部からの反射波と分別して効率よく抽出する必要があり、測定にも時間を要するという問題がある。また、コンクリート表面が平滑でない場合には削ったり、探触子をコンクリート面に配置するための接触媒質を塗布したりという手間が掛かり、評価に多大な時間と労力を必要とし、現時点におけるＰＣ構造物の総数を考慮すると、現実的な手法とは言えない。 However, in this broadband ultrasonic method, the reflected waves include reflected waves from concrete reinforcing bars and aggregates, and reflected waves propagating on the concrete surface, so these reflected waves are transmitted from the unfilled portion of the PC grout. Therefore, there is a problem that it takes a long time for measurement. In addition, if the concrete surface is not smooth, it takes time and effort to apply a contact medium for placing the probe on the concrete surface. Considering the total number of objects, this is not a realistic method.
上記したように、従来より行われているＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断する手法は、いずれの手法を採用しても、測定に時間を要したり、高い精度での測定が難しいなどの問題点がある。 As described above, the conventional method of non-destructively evaluating and diagnosing the filling state of PC grout requires time for measurement or high accuracy regardless of which method is employed. There are problems such as difficulty in measurement.
そこで、本発明は、測定に時間を要しない簡便な方法でありながら、高い精度でＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断することができるＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention provides a non-destructive diagnosis method for a PC grout filling state capable of non-destructively evaluating and diagnosing the filling state of a PC grout with high accuracy while being a simple method that does not require time for measurement. The issue is to provide.
本発明者は、鋭意検討を行った結果、以下に記載する発明により上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies, the present inventor has found that the above problems can be solved by the invention described below, and has completed the present invention.
請求項１に記載の発明は、
ＰＣ構造物に埋設されたシース内においてＰＣ鋼材の周囲に充填されたＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法であって、
前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を取得する振動波形取得ステップと、
取得された前記振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の少なくとも１つを評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
取得された評価の指標に基づいて、ＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention described in claim 1
A non-destructive diagnostic method for a PC grout filling state for non-destructively diagnosing a filling state of a PC grout filled around a PC steel material in a sheath embedded in a PC structure,
A vibration waveform obtaining step for obtaining a vibration waveform of a shock elastic wave generated by exciting the PC structure on the concrete surface;
An evaluation index acquisition step of acquiring at least one of vibration duration, period and natural vibration frequency as an evaluation index based on the acquired vibration waveform;
It is a non-destructive diagnosis method for a PC grout filling state, comprising a filling state diagnosis step for diagnosing the filling state of the PC grout based on the acquired evaluation index.
請求項２に記載の発明は、
前記充填状態診断ステップが、前記評価指標取得ステップにおいて取得された評価の指標の２つ以上を用いてＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップであることを特徴とする請求項１に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention described in claim 2
The filling state diagnosis step is a filling state diagnosis step of diagnosing a filling state of a PC grout using two or more of the evaluation indexes acquired in the evaluation index acquiring step. This is a non-destructive diagnostic method for filling the PC grout.
請求項３に記載の発明は、
前記振動持続時間を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記振動持続時間が長いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 3
3. The PC according to claim 1, wherein the filling state diagnosis step using the vibration duration as an evaluation index diagnoses that the filling state of the PC grout is lower as the vibration duration is longer. This is a non-destructive diagnostic method for grout filling.
請求項４に記載の発明は、
前記周期を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記周期が長いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 4
3. The PC grout filling state according to claim 1, wherein the filling state diagnosis step using the period as an evaluation index diagnoses that the filling state of the PC grout is lower as the period is longer. This is a non-destructive diagnostic method.
請求項５に記載の発明は、
前記固有振動周波数を評価の指標とした充填状態診断ステップが、前記固有振動周波数が低いほど、ＰＣグラウトの充填状態が低いと診断することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention described in claim 5
3. The PC according to claim 1, wherein the filling state diagnosis step using the natural vibration frequency as an evaluation index diagnoses that the filling state of the PC grout is low as the natural vibration frequency is low. This is a non-destructive diagnostic method for grout filling.
請求項６に記載の発明は、
前記振動持続時間として、前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振開始から、前記振動波形の振幅が最大振幅から所定の振幅以下に収まるまでの経過時間を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention described in claim 6
The elapsed time from the start of excitation of the PC structure to the concrete surface until the amplitude of the vibration waveform falls below a predetermined amplitude from the maximum amplitude is used as the vibration duration. The non-destructive diagnosis method for a PC grout filling state according to claim 5.
請求項７に記載の発明は、
前記経過時間が、前記振動波形の振幅が最大振幅の±１０％以下に収まるまでの経過時間であることを特徴とする請求項６に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention described in claim 7
The non-destructive diagnosis method for a PC grout state according to claim 6, wherein the elapsed time is an elapsed time until the amplitude of the vibration waveform falls within ± 10% of the maximum amplitude.
請求項８に記載の発明は、
前記周期として、前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振直後の振動波形に対して自己相関解析を施して得られた第一周期を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 8 provides:
6. The method according to claim 1, wherein a first period obtained by performing autocorrelation analysis on a vibration waveform immediately after vibration of the PC structure to the concrete surface is used as the period. A non-destructive diagnosis method for a PC grout filling state according to claim 1.
請求項９に記載の発明は、
前記固有振動周波数として、取得された前記振動波形を周波数解析して得られた周波数分布より抽出された固有振動ピークの周波数を用いることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 9 is:
The frequency of the natural vibration peak extracted from the frequency distribution obtained by frequency analysis of the acquired vibration waveform is used as the natural vibration frequency. The non-destructive diagnostic method of the PC grout filling state described in 1.
請求項１０に記載の発明は、
前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振を、テストハンマを使用して行うことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 10 is:
The non-destructive diagnostic method for a PC grout state according to any one of claims 1 to 9, wherein the PC structure is vibrated on a concrete surface using a test hammer. is there.
請求項１１に記載の発明は、
前記振動波形の取得を、ＡＥセンサを用いて行うことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 11
The non-destructive diagnosis method for a PC grout state according to any one of claims 1 to 10, wherein the vibration waveform is acquired using an AE sensor.
請求項１２に記載の発明は、
ＰＣ構造物に埋設されたシース内においてＰＣ鋼材の周囲に充填されたＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に面全体に亘って診断するＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法であって、
評価対象のＰＣ構造物の特定の面上に、所定の間隔で複数の測定点を設定する測定点設定ステップと、
各測定点への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を、各測定点毎に取得する振動波形取得ステップと、
取得された各振動波形に基づいて、各測定点毎に、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の少なくとも１つを評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
取得された評価の指標を、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上にプロットする評価指標プロットステップと、
プロットされた評価の指標の相対的な変化に基づいて、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上におけるＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 12
A non-destructive diagnosis method of a PC grout filling state for non-destructively diagnosing a filling state of a PC grout filled around a PC steel material in a sheath embedded in a PC structure, over the entire surface,
A measurement point setting step for setting a plurality of measurement points at predetermined intervals on a specific surface of the PC structure to be evaluated;
A vibration waveform acquisition step for acquiring a vibration waveform of an impact elastic wave generated by excitation to each measurement point for each measurement point;
An evaluation index acquisition step for acquiring at least one of vibration duration, period and natural vibration frequency as an evaluation index for each measurement point based on each acquired vibration waveform;
An evaluation index plotting step of plotting the acquired evaluation index on a specific surface of the PC structure to be evaluated;
A filling state diagnosing step for diagnosing a filling state of the PC grout on a specific surface of the PC structure to be evaluated based on a relative change in the plotted evaluation index; This is a non-destructive diagnostic method for PC grout filling.
請求項１３に記載の発明は、
前記充填状態診断ステップが、コンター図を作成してＰＣグラウトの充填状態を診断するステップであることを特徴とする請求項１２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 13
The non-destructive diagnosis method for a PC grout filling state according to claim 12, wherein the filling state diagnosis step is a step of creating a contour diagram and diagnosing the filling state of the PC grout.
請求項１４に記載の発明は、
前記充填状態診断ステップが、取得された評価の指標を前記シースの各々について平均化して、各シース毎の評価の指標として、ＰＣグラウトの充填状態を診断するステップであることを特徴とする請求項１２に記載のＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法である。
The invention according to claim 14
The filling state diagnosis step is a step of averaging the acquired evaluation index for each of the sheaths and diagnosing the filling state of the PC grout as an evaluation index for each sheath. 12 is a non-destructive diagnostic method for a PC grout filling state according to 12.
本発明によれば、測定に時間を要しない簡便な方法でありながら、高い精度でＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価して診断することができるＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法を提供することができる。 According to the present invention, there is provided a non-destructive diagnostic method for a PC grout filling state capable of non-destructively evaluating and diagnosing the filling state of a PC grout with high accuracy while being a simple method that does not require time for measurement. Can be provided.
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments.
［１］本発明の背景となる技術
最初に、本発明の背景となる技術について説明する。
[1] Technology as the Background of the Present Invention First, the technology as the background of the present invention will be described.
本発明者は、前記課題の解決について鋭意検討する中で、ＰＣグラウトの充填状態は、以下に説明するように、衝撃弾性波の振動持続時間、周期および固有振動周波数のそれぞれと密接に相関しており、これらを評価の指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填状態を短時間に高い精度で評価できることを見出した。以下、振動持続時間、周期および固有振動周波数のそれぞれとＰＣグラウトの充填状態との関係について説明する。 As the present inventor diligently studied to solve the above problem, the filling state of the PC grout closely correlates with the vibration duration, period and natural vibration frequency of the impact elastic wave as described below. It has been found that the use of these as an evaluation index enables evaluation of the filling state of the PC grout with high accuracy in a short time. Hereinafter, the relationship between the vibration duration, the period, and the natural vibration frequency and the filling state of the PC grout will be described.
１．振動持続時間
図１は、ＰＣ構造物の衝撃弾性波の振動持続時間とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図であり、（ａ）はＰＣグラウトの充填率の程度により振動持続時間がどのように変化するかを示す図であり、（ｂ）は振動持続時間に差異が生じる理由を説明する図である。なお、図１（ｂ）において、１はＰＣ構造物、２はコンクリート、３はシース、４はＰＣ鋼材、５はＰＣグラウトである。そして、ここでは、理解を容易にするために、ＰＣグラウトの低い充填率としては０％を、高い充填率としては１００％を例にしている。
1. FIG. 1 is a diagram for explaining the relationship between the vibration duration of the shock elastic wave of the PC structure and the filling state of the PC grout. FIG. 1A shows the vibration duration depending on the filling rate of the PC grout. It is a figure which shows how it changes, (b) is a figure explaining the reason a difference arises in a vibration duration. In FIG. 1B, 1 is a PC structure, 2 is concrete, 3 is a sheath, 4 is PC steel, and 5 is PC grout. Here, in order to facilitate understanding, 0% is used as an example of a low filling rate of PC grout, and 100% is used as an example of a high filling rate.
振動持続時間は、加振の開始から振動波形が一定の振幅に収まるまでの時間であり、図１（ａ）に示すように、充填率が低いと長くなる。これは、図１（ｂ）の右側に示すように、ＰＣグラウト５の充填率が低く（０％）、シース３の内壁とＰＣ鋼材４との間に空洞があると、コンクリート２の表面が振動しやすくなるため、ＰＣ構造物１において振動が長い時間持続するからである。 The vibration duration is the time from the start of excitation until the vibration waveform falls within a certain amplitude, and becomes longer when the filling rate is low as shown in FIG. This is because, as shown on the right side of FIG. 1B, when the filling rate of the PC grout 5 is low (0%) and there is a cavity between the inner wall of the sheath 3 and the PC steel material 4, the surface of the concrete 2 is This is because the vibration is sustained in the PC structure 1 for a long time because the vibration easily occurs.
２．周期
図２は、ＰＣ構造物の衝撃弾性波の周期とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図であり、（ａ）はＰＣグラウトの充填率の程度により周期がどのように変化するかを示す図であり、（ｂ）は周期に差異が生じる理由を説明する図である。
2. Period FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the period of the shock elastic wave of the PC structure and the filling state of the PC grout. FIG. 2A shows how the period changes depending on the degree of filling of the PC grout. (B) is a figure explaining the reason for which a difference arises in a period.
周期は振動波形において１サイクルの振動に要する時間であり、図２（ａ）に示すように、充填率が低いと長くなる。これは、図２（ｂ）の右側に示すように、ＰＣグラウト５の充填率が低く（０％）、シース３の内壁とＰＣ鋼材４との間に空洞があると、迂回した経路で振動が伝わり、反対側の面からの反射波の到達に時間が掛かるためである。 The period is the time required for one cycle of vibration in the vibration waveform, and becomes longer when the filling rate is low as shown in FIG. As shown on the right side of FIG. 2 (b), if the filling rate of the PC grout 5 is low (0%) and there is a cavity between the inner wall of the sheath 3 and the PC steel material 4, vibration occurs in a detoured path. This is because it takes time to reach the reflected wave from the opposite surface.
３．固有振動周波数
図３は、ＰＣ構造物の衝撃弾性波の固有振動周波数とＰＣグラウトの充填状態との関係を説明する図であり、（ａ）はＰＣグラウトの充填率の程度により固有振動周波数がどのように変化するかを示す図であり、（ｂ）は固有振動周波数に差異が生じる理由を説明する図である。
3. FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the natural vibration frequency of the shock elastic wave of the PC structure and the filling state of the PC grout. FIG. 3A shows the natural vibration frequency depending on the degree of filling of the PC grout. It is a figure which shows how it changes, (b) is a figure explaining the reason a difference arises in a natural vibration frequency.
固有振動周波数は、外部から力を加えず自由に振動させたとき振動体が示す固有の振動周波数であり、図３（ａ）に示すように、充填率が低いと低周波側にシフトしてくる。これは、図３（ｂ）の右側に示すように、ＰＣグラウト５の充填率が低く（０％）、シース３の内壁とＰＣ鋼材４との間に空洞があると、コンクリート２の表面が低い周波数であっても振動しやすいからである。 The natural vibration frequency is a natural vibration frequency indicated by the vibrating body when it is vibrated freely without applying a force from the outside. As shown in FIG. come. This is because, as shown on the right side of FIG. 3B, when the filling rate of the PC grout 5 is low (0%) and there is a cavity between the inner wall of the sheath 3 and the PC steel material 4, the surface of the concrete 2 is This is because it is easy to vibrate even at a low frequency.
上記のように、衝撃弾性波の振動持続時間、周期および固有振動周波数はＰＣグラウトの充填状態と関係しており、これらを評価の指標とすることにより、ＰＣグラウトの充填状態を精度高く評価して診断できることが分かった。そして、これらの評価の指標は、２つ以上を用いて総合的に判断することにより、さらに精度高く評価して診断でき好ましい。そして、これらの評価の指標は、１つの振動波形を得た後に解析方法を変えることにより算出することができるため、複数の指標を用いる場合であっても高速な測定が可能となり、短時間で、より精度高く評価して診断できることが分かった。 As described above, the vibration duration, period, and natural vibration frequency of the impact elastic wave are related to the filling state of the PC grout. By using these as evaluation indexes, the filling state of the PC grout can be evaluated with high accuracy. I was able to diagnose. These evaluation indices are preferable because they can be evaluated and diagnosed with higher accuracy by comprehensively judging using two or more indicators. Since these evaluation indices can be calculated by changing the analysis method after obtaining one vibration waveform, high-speed measurement is possible even when a plurality of indices are used, and in a short time. It was found that the diagnosis can be performed with higher accuracy.
そして、本実施の形態に係る診断方法は、ＰＣグラウトの充填状態を非破壊的に評価することができるだけでなく、前記した従来の各診断法に比べて以下の利点がある。 The diagnostic method according to the present embodiment can not only evaluate the filling state of the PC grout in a nondestructive manner, but also has the following advantages over the conventional diagnostic methods described above.
即ち、広帯域超音波法などの超音波によるＰＣグラウト充填状態の診断方法の場合、コンクリート表面が平滑でない場合には表面を平滑に削る作業や、平滑な表面に探触子をコンクリート面に配置するための接触媒質を塗布する作業などの手間が掛かり、評価、診断に時間が掛かるが、本実施の形態は、センサを用いた打音検査で、センサを設置してから打撃迄数秒で診断を開始することができるため、高速な測定が可能となり、診断に要する時間を大幅に短縮することができる。 That is, in the case of a diagnostic method for PC grout filling by ultrasonic waves, such as the broadband ultrasonic method, if the concrete surface is not smooth, the surface is smoothed or the probe is placed on the smooth surface on the concrete surface. However, it takes time to evaluate and diagnose the contact medium for applying the contact medium, but this embodiment is a sound test using a sensor. Since it can be started, high-speed measurement is possible, and the time required for diagnosis can be greatly shortened.
そして、衝撃弾性波法（インパクトエコー法）は、ＰＣグラウトの充填不良箇所とシース表面との繰り返し反射波による共鳴現象を捉えることにより、ＰＣグラウトの充填不良を診断するが、シース径が小さい場合やシースが深い箇所にある場合には、反射波の繰り返しが生じないために共振現象が起こらず、診断ができなかった。これに対して、本実施の形態によれば、各指標はＰＣグラウトの充填状態を含めたＰＣ構造物の振動特性を対象として、ＰＣグラウトの充填不足により形成された空洞部も含めたＰＣ構造物全体における弾性係数や密度の変化を各指標において捉えているため、繰り返し反射波による共振周波数を指標とするよりも、指標として安定しており、バラつきが小さく、精度高い診断を行うことができる。 The shock elastic wave method (impact echo method) diagnoses a PC grout filling failure by capturing a resonance phenomenon caused by repeated reflected waves between the PC grout filling failure location and the sheath surface. When the sheath diameter is small When the sheath is in a deep location, the reflected wave does not repeat, so the resonance phenomenon does not occur and the diagnosis cannot be performed. On the other hand, according to the present embodiment, each index is for the vibration characteristics of the PC structure including the filling state of the PC grout, and the PC structure including the cavity formed due to insufficient filling of the PC grout. Because changes in the elastic modulus and density of the entire object are captured in each index, the index is more stable than the index of resonance frequency due to repeated reflected waves. .
また、衝撃弾性波法（打音振動法）は、ＰＣグラウトの充填不良を起こしたケーブルを特定することはできるが、具体的に充填されていない部分を特定することが困難な診断方法であった。これに対して、本実施の形態によれば、充填不足が生じている箇所を精度高く特定することができる。 The shock elastic wave method (sound vibration method) is a diagnostic method that can identify a cable in which a PC grout filling failure has occurred, but it is difficult to identify a portion that is not specifically filled. It was. On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to specify with high accuracy the location where filling is insufficient.
さらに、本実施の形態に係る診断方法は、上記した各指標を面的に表示することにより、面全体を相対的に診断して、ＰＣグラウトの充填不良を特定することができる。 Furthermore, the diagnostic method according to the present embodiment can display the respective indicators as described above, thereby relatively diagnosing the entire surface and identifying a PC grout filling defect.
［２］本発明の実施の形態
次に、上記知見に基づいて行う本実施の形態に係るＰＣグラウト充填状態の診断方法について具体的に説明する。
[2] Embodiment of the Present Invention Next, a method for diagnosing a PC grout filling state according to the present embodiment performed based on the above knowledge will be specifically described.
本実施の形態においては、前記したように、ＰＣ構造物への加振により発生した衝撃弾性波の振動波形を取得し、取得された振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数を評価の指標として求めることにより、ＰＣグラウト充填状態を非破壊で診断している。具体的には、以下に示す各ステップに沿って、ＰＣグラウト充填状態の診断を行う。 In the present embodiment, as described above, the vibration waveform of the impact elastic wave generated by the vibration to the PC structure is acquired, and based on the acquired vibration waveform, the vibration duration, the period, and the natural vibration frequency Is obtained as an index of evaluation, and the PC grout filling state is diagnosed nondestructively. Specifically, the PC grout filling state is diagnosed along the following steps.
１．振動波形取得ステップ
はじめに、ＰＣ構造物のコンクリート表面への打撃（加振）により発生した振動波形を取得する。
1. Vibration waveform acquisition step First, a vibration waveform generated by striking (vibrating) a PC structure on a concrete surface is acquired.
具体的には、診断対象のＰＣ構造物の施工コンクリートの表面の所定の箇所に、センサを取り付けた後、ハンマを用いて打撃することにより加振を加え、この加振に応じて生じた衝撃弾性波の振動波形をセンサにより取得する。 Specifically, after attaching a sensor to a predetermined location on the surface of concrete for construction of a PC structure to be diagnosed, a vibration is applied by striking with a hammer, and the impact generated in response to this excitation The vibration waveform of the elastic wave is acquired by a sensor.
取得された振動波形の一例を図４に示す。なお、図４において、横軸は加振開始からの経過時間（Ｔｉｍｅ：１０−３ｓ）、縦軸は振幅（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）である。なお、振幅は、最大振幅を１００％とした相対値で示されている。図４より、時間の経過に伴って振動が減衰していくことが分かる。 An example of the acquired vibration waveform is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis represents the elapsed time from the start of vibration (Time: 10 −3 s), and the vertical axis represents the amplitude (Amplitude). The amplitude is shown as a relative value with the maximum amplitude being 100%. As can be seen from FIG. 4, the vibration attenuates with time.
なお、打音に際して使用する治具としては、打音点検用に一般的に用いられており、重さも軽く、持ち運びに便利なテストハンマが好ましいが、プラスチックハンマ、ゴムハンマ、木ハンマ、鉄ハンマなど、対象に振動を与えることができて振動波形が取得可能なハンマであれば、テストハンマに替えて使用してもよい。また、ハンマに替えて、鉄球を用いて打音してもよい。 In addition, as a jig used for hammering, a test hammer that is generally used for hammering inspection and is light in weight and easy to carry is preferable, but plastic hammer, rubber hammer, wood hammer, iron hammer, etc. If the hammer can give vibration to the object and can acquire the vibration waveform, it may be used instead of the test hammer. Further, instead of a hammer, a sound may be hit using an iron ball.
また、センサとしては、打撃により発生した振動を高精度で取得するという観点から、ＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサを使用することが好ましいが、診断の精度によっては、振動を取得可能な加速度計などを用いてもよく、また、打撃音をマイクロフォンで取得してもよい。 In addition, as a sensor, it is preferable to use an AE (Acoustic Emission) sensor from the viewpoint of acquiring vibration generated by hitting with high accuracy. However, depending on the accuracy of diagnosis, an accelerometer that can acquire vibration is used. You may use, and you may acquire an impact sound with a microphone.
２．評価指標取得ステップ
次に、上記で取得された振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の少なくとも１つを評価の指標として取得する。
2. Evaluation index acquisition step Next, based on the vibration waveform acquired above, at least one of vibration duration, period and natural vibration frequency is acquired as an evaluation index.
（１）振動持続時間の取得
振動持続時間は、上記したように、加振の開始から振動波形が一定の振幅以下に収まるまでの経過時間を求めて振動持続時間とする。
(1) Acquisition of vibration duration As described above, the vibration duration is determined by obtaining the elapsed time from the start of excitation until the vibration waveform falls below a certain amplitude.
具体的には、図４に示すように、ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振開始から、例えば、振動波形の振幅が最大振幅の±１０％以下となるまでの経過時間を求めて振動持続時間とする。 Specifically, as shown in FIG. 4, the vibration duration is determined by determining the elapsed time from the start of vibration of the PC structure to the concrete surface, for example, until the amplitude of the vibration waveform becomes ± 10% or less of the maximum amplitude. Time.
（２）周期の取得
周期は、上記したように、振動波形における１サイクルの振動に要する時間を求めて周期とする。
(2) Acquisition of period As described above, the period is determined by obtaining the time required for one cycle of vibration in the vibration waveform.
具体的には、図４に示すように、最初の振動サイクルにおいて振幅がピークとなった時点から次の振動サイクルにおいて振幅がピークとなるまでの時間を周期とする。 Specifically, as shown in FIG. 4, the period from the time when the amplitude reaches the peak in the first vibration cycle to the time when the amplitude reaches the peak in the next vibration cycle is defined as the period.
但し、振動波形が複雑でそのままでは周期を求めることが難しい場合には、取得された振動波形に対して自己相関解析を実施することにより、図５に示すようなシンプルな振動波形に変換して、その第一周期を用いてもよい。 However, if the vibration waveform is complex and it is difficult to determine the period, the obtained vibration waveform is converted into a simple vibration waveform as shown in FIG. 5 by performing autocorrelation analysis. The first period may be used.
（３）固有振動周波数の取得
固有振動周波数は、取得された振動波形を周波数解析することにより得ることができる。
(3) Acquisition of natural vibration frequency The natural vibration frequency can be obtained by frequency analysis of the acquired vibration waveform.
具体的には、取得された振動波形に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ変換）などを用いて周波数解析を行って、図６に示すような周波数分布を取得する。なお、図６において、横軸は周波数（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：Ｈｚ）、縦軸は規格化された振動の強度（Ｍａｇｎｉｔｕｄｅ）である。 Specifically, frequency analysis is performed on the acquired vibration waveform using fast Fourier transform (FFT transform) or the like to obtain a frequency distribution as shown in FIG. In FIG. 6, the horizontal axis represents frequency (Frequency: Hz), and the vertical axis represents normalized vibration intensity (Magnitude).
図６に示すように、周波数分布には多くのピークが現れているが、通常は、予めしきい値として決められた強度（一般的には「０．５」に設定）を超える固有振動ピークの周波数の内、最小（最も低周波側）のピーク周波数を評価の指標に用いる固有振動周波数（評価ピーク周波数）とする。 As shown in FIG. 6, many peaks appear in the frequency distribution. Usually, however, the natural vibration peak exceeds the intensity determined in advance as a threshold (generally set to “0.5”). Of these frequencies, the lowest (lowest frequency side) peak frequency is the natural vibration frequency (evaluation peak frequency) used as an evaluation index.
３．充填状態診断ステップ
次に、上記で取得された各指標、振動持続時間、周期および固有振動周波数を用いて、ＰＣグラウトの充填状態を診断する。
3. Filling State Diagnosis Step Next, the filling state of the PC grout is diagnosed using each index, vibration duration, period and natural vibration frequency acquired above.
具体的には、各指標は前記したように、ＰＣグラウトの充填状態とよい相関性を有しているため、診断対象となるＰＣ構造物におけるＰＣグラウトの充填状態を種々に変化させて予め取得された各指標と比較することにより、ＰＣグラウトの充填状態を定量的に診断することができる。 Specifically, as described above, since each index has a good correlation with the PC grout filling state, it is acquired in advance by variously changing the PC grout filling state in the PC structure to be diagnosed. By comparing with each index, the filling state of the PC grout can be quantitatively diagnosed.
なお、診断にあたっては、上記した３つの指標のうち、少なくとも１つの指標に基づいて行えばよいが、２つ以上の指標に基づいて診断することにより、より精度の高い診断を行うことができる。このとき、各指標は、１つの振動波形から同時に取得することができるため、異なる指標の使用に際して、取得方法を変更して指標を取得する必要がなく、診断を短時間で完了することができる。 The diagnosis may be performed based on at least one of the above-described three indices, but a diagnosis with higher accuracy can be performed by diagnosing based on two or more indices. At this time, since each index can be acquired simultaneously from one vibration waveform, there is no need to acquire the index by changing the acquisition method when using different indexes, and the diagnosis can be completed in a short time. .
そして、これらの指標は、ＰＣグラウトの充填が不足することにより生じた空洞部も含めた全体の弾性係数、密度の変化を捉えた指標であるため、指標として安定しており、ばらつきが少なく、精度高い診断が可能となる。 And since these indices are indices that capture changes in the overall elastic modulus and density including the hollow portion caused by insufficient filling of the PC grout, they are stable as indices and have little variation, Highly accurate diagnosis is possible.
そして、診断対象のＰＣ構造物において、振動波形を取得する位置（測定点）を、所定の間隔で複数設けて、各測定点における指標を、例えばコンター図（等値線図）として表して面的に表示することにより、ＰＣ構造物の全体におけるＰＣグラウトの充填状態を相対的に評価して、ＰＣグラウトの充填率が低い箇所を特定することができるため、ＰＣ構造物の全体におけるＰＣグラウトの充填率のバラツキを精度高く診断することができる。 In the PC structure to be diagnosed, a plurality of positions (measurement points) at which vibration waveforms are acquired are provided at predetermined intervals, and indices at each measurement point are represented as, for example, contour diagrams (isoline diagrams). By displaying the state of the PC grout relatively, the filling state of the PC grout in the entire PC structure can be relatively evaluated, and the portion where the filling rate of the PC grout is low can be specified. Can be diagnosed with high accuracy.
以下、各指標に基づく診断について、具体的に実施例を挙げて説明する。 Hereinafter, the diagnosis based on each index will be described with specific examples.
１．供試体の作製
診断に先だって、最初に、幅２０００×奥行１５００×高さ３００ｍｍの大きさのコンクリート製土台を作製した後、この土台の奥行中央部に、厚み４００×高さ１８００ｍｍの大きさのＰＣ構造物を作製し、コンクリート供試体とした。なお、ＰＣ構造物の厚み方向中央部には、ＰＣグラウトの充填不足を模擬したシースを挿通させた。
1. Preparation of Specimen Prior to diagnosis, first, a concrete base having a width of 2000 × depth of 1500 × height of 300 mm was prepared, and then a thickness of 400 × height of 1800 mm in the center of the depth of the base. A PC structure was prepared and used as a concrete specimen. In addition, the sheath which simulated the insufficient filling of PC grout was inserted in the thickness direction center part of PC structure.
図７は、作製されたＰＣコンクリート供試体の構成をイメージとして示した斜視図であり、図８は側面側からの断面図である。図７、図８において、１１はＰＣコンクリート供試体であり、１２はＰＣ構造物、１３は土台である。 FIG. 7 is a perspective view showing, as an image, the configuration of the produced PC concrete specimen, and FIG. 8 is a cross-sectional view from the side. 7 and 8, 11 is a PC concrete specimen, 12 is a PC structure, and 13 is a base.
そして、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３はそれぞれＰＣ構造物１２の厚み方向中央部を幅方向に沿って挿通されたシースである。シースＡ１、Ａ２（内径３８ｍｍφ）内には、ＰＣ鋼棒（ＳＢＰＲ９３０／１１８０）（外径３２ｍｍφ）が挿通されており、Ａ１におけるＰＣグラウトの充填率は１００％、Ａ２におけるＰＣグラウトの充填率は０％とした。また、シースＢ１、Ｂ２、Ｂ３（内径８０ｍｍφ）内には、ＰＣ撚り線（１２ｓ１５．２（ＳＷＰＲ７ＢＬ））が挿通されており、Ｂ１におけるＰＣグラウトの充填率は１００％、Ｂ２におけるＰＣグラウトの充填率は５０％、Ｂ３におけるＰＣグラウトの充填率は０％とした。なお、２１は、それぞれ、ＰＣ構造物１２の内部に鉄筋に沿って形成された空洞（厚み５０×幅２００×高さ１５０ｍｍ）である。 A 1, A 2, B 1, B 2, and B 3 are sheaths inserted through the width direction center of the PC structure 12 in the thickness direction. A PC steel rod (SBPR930 / 1180) (outer diameter 32 mmφ) is inserted into the sheaths A1 and A2 (inner diameter 38 mmφ). The filling rate of PC grout in A1 is 100%, and the filling rate of PC grout in A2 is 0%. In addition, a PC twisted wire (12s15.2 (SWPR7BL)) is inserted into the sheaths B1, B2, and B3 (inner diameter 80 mmφ). The filling rate of PC grout in B1 is 100%, and filling of PC grout in B2 The rate was 50%, and the filling rate of PC grout in B3 was 0%. Reference numerals 21 denote cavities (thickness 50 × width 200 × height 150 mm) formed in the PC structure 12 along the reinforcing bars.
２．実施例１（振動持続時間を指標とする診断）
本実施例では、振動持続時間を指標として、ＰＣグラウトの充填状態の診断が可能であることを確認した。
2. Example 1 (Diagnosis using vibration duration as an index)
In this example, it was confirmed that the PC grout filling state could be diagnosed using the vibration duration as an index.
（１）振動波形の取得
ＰＣ構造物１２の面Ａ（図８）のＢ１、Ｂ２、Ｂ３に対応する箇所にセンサを設置し、その近傍を５回ずつ打撃して、振動波形を取得した。取得された振動波形を図９に示す。なお、図９において、横軸は振動開始からの経過時間（１０−３ｓ）、縦軸は振幅（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）である。図９より、ＰＣグラウトの充填率が高い状態から低い状態になるにつれて、破線で囲まれているように、振動波形が長く続いている（振動持続時間が長い）ことが分かる。
(1) Acquisition of vibration waveform The sensor was installed in the location corresponding to B1, B2, B3 of the surface A (FIG. 8) of the PC structure 12, and the vicinity was struck 5 times, and the vibration waveform was acquired. The acquired vibration waveform is shown in FIG. In FIG. 9, the horizontal axis represents elapsed time (10 −3 s) from the start of vibration, and the vertical axis represents amplitude (Amplitude). As can be seen from FIG. 9, as the filling rate of the PC grout is changed from a high state to a low state, the vibration waveform continues for a long time (vibration duration is long) as surrounded by a broken line.
（２）振動持続時間の取得
次に、取得された各振動波形に基づいて、各打撃における振動持続時間を求め、ＰＣグラウトの各充填率における振動持続時間の平均値を、ＰＣグラウトの充填率に対してプロットし、振動持続時間とＰＣグラウト充填率との関係を示す図１０を得た。なお、図１０においては、振動持続時間のバラツキを誤差棒（ＭＡＸとＭＩＮを結ぶ直線）として併せて記載している。
(2) Acquisition of vibration duration Next, based on each acquired vibration waveform, the vibration duration at each impact is obtained, and the average value of the vibration duration at each filling rate of the PC grout is calculated as the filling rate of the PC grout. To obtain FIG. 10 showing the relationship between vibration duration and PC grout filling rate. In FIG. 10, the variation in the vibration duration is also shown as an error bar (a straight line connecting MAX and MIN).
（３）ＰＣグラウト充填状態の診断
図１０より、振動持続時間とＰＣグラウト充填率との間にはＰＣグラウト充填率が高くなるに従い振動持続時間が短くなるという相関性があることが分かり、振動持続時間を指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填率を定量的に診断できることが確認できた。
(3) Diagnosis of PC grout filling state From FIG. 10, it can be seen that there is a correlation between the vibration duration and the PC grout filling rate that the vibration duration decreases as the PC grout filling rate increases. It was confirmed that the filling rate of PC grout could be quantitatively diagnosed by using the duration as an index.
３．実施例２（周期を指標とする診断）
本実施例では、振動波形における周期を指標として、ＰＣグラウトの充填状態の診断が可能であることを確認した。なお、ここでは、ＰＣ構造物について面的な診断を行った。
3. Example 2 (Diagnosis using cycle as an index)
In the present example, it was confirmed that the PC grout filling state could be diagnosed using the period in the vibration waveform as an index. In addition, the surface diagnosis was performed about PC structure here.
（１）振動波形の取得
図７および図８に示した供試体と同じＰＣコンクリート供試体１１を用い、図１１に○で示した箇所を測定点として、複数の振動波形を取得した。具体的な測定点は、各シースに対応する位置およびその中間位置では、間隔が２００ｍｍとなるように１１個の測定点を設けると共に、シースＡ１の上方およびシースＢ２の下方では１００ｍｍとなるように２１個の測定点を設けた。
(1) Acquisition of vibration waveforms Using the same PC concrete specimen 11 as the specimens shown in FIGS. 7 and 8, a plurality of vibration waveforms were obtained with the locations indicated by ◯ in FIG. 11 as measurement points. Specifically, eleven measurement points are provided at a position corresponding to each sheath and an intermediate position thereof so that the interval is 200 mm, and is 100 mm above the sheath A1 and below the sheath B2. 21 measurement points were provided.
（２）周期の取得
次に、各測定点において取得された各振動波形に基づいて、周期を求めた。次いで、得られた各周期（ｍｓ）を、水平位置を横軸、高さ位置を縦軸とするグラフ上の対応する位置にプロットし、コンター図を作成した。得られたコンター図を図１２に示す。
(2) Acquisition of period Next, the period was obtained based on each vibration waveform acquired at each measurement point. Next, each obtained period (ms) was plotted at a corresponding position on the graph with the horizontal position as the horizontal axis and the height position as the vertical axis, thereby creating a contour diagram. The obtained contour diagram is shown in FIG.
（３）ＰＣグラウト充填状態の診断
図１２より、ＰＣ鋼棒が挿通されたシースＡ１、Ａ２においては、ＰＣグラウト充填率が１００％から０％に減少すると、周期が長くなっている箇所が多く現れることが分かる。そして、ＰＣ撚り線が挿通されたシースＢ１、Ｂ２、Ｂ３においても、ＰＣグラウト充填率が１００％から５０％、０％と減少するにつれて、周期が長くなっている箇所が多く現れることが分かる。
(3) Diagnosis of PC grout filling state From FIG. 12, in the sheaths A1 and A2 through which the PC steel rods are inserted, when the PC grout filling rate decreases from 100% to 0%, there are many places where the period becomes longer. You can see it. And also in sheath B1, B2, B3 in which the PC strand was inserted, it turns out that the location where the period becomes long appears as the PC grout filling rate decreases from 100% to 50% and 0%.
以上の結果より、ＰＣ鋼棒、ＰＣ撚り線に関係なく、ＰＣグラウト充填率が低い箇所の周期は、ＰＣグラウト充填率が高い箇所と比較して明確に長くなる傾向となることが分かり、周期を指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填率を定量的に診断できることが確認できた。 From the above results, it can be seen that, regardless of the PC steel rod and the PC strand, the period of the portion where the PC grout filling rate is low tends to be clearly longer than the portion where the PC grout filling rate is high. It can be confirmed that the filling rate of PC grout can be quantitatively diagnosed by using as an index.
４．実施例３（固有振動周波数を指標とする診断）
本実施例では、振動波形を周波数分析して得られる固有振動周波数を指標として、ＰＣグラウトの充填状態の診断が可能であることを確認した。なお、ここでは、実施例２と同様に、ＰＣ構造物について面的な診断を行った。
4). Example 3 (Diagnosis using natural vibration frequency as an index)
In this example, it was confirmed that the PC grout filling state could be diagnosed using the natural vibration frequency obtained by frequency analysis of the vibration waveform as an index. Here, as in Example 2, a planar diagnosis was performed on the PC structure.
（１）振動波形の取得
本実施例において、振動波形としては、実施例２において取得された振動波形を用いた。
(1) Acquisition of Vibration Waveform In this example, the vibration waveform acquired in Example 2 was used as the vibration waveform.
（２）固有振動周波数の取得
次に、各測定点において取得された各振動波形を周波数解析して、評価ピーク周波数を求めた。次いで、実施例２と同じように、得られた各評価ピーク周波数（Ｈｚ）を、水平位置を横軸、高さ位置を縦軸とするグラフ上の対応する位置にプロットし、コンター図を作成した。得られたコンター図を図１３に示す。
(2) Acquisition of natural vibration frequency Next, each vibration waveform acquired at each measurement point was subjected to frequency analysis to obtain an evaluation peak frequency. Next, as in Example 2, each obtained evaluation peak frequency (Hz) was plotted at a corresponding position on the graph with the horizontal position as the horizontal axis and the height position as the vertical axis, and a contour diagram was created. did. The obtained contour diagram is shown in FIG.
（３）ＰＣグラウト充填状態の診断
図１３より、ＰＣ鋼棒が挿通されたシースＡ１、Ａ２においては、ＰＣグラウト充填率が１００％から０％に減少すると、評価ピーク周波数が低い箇所が多く現れることが分かる。そして、ＰＣ撚り線が挿通されたシースＢ１、Ｂ２、Ｂ３においても、ＰＣグラウト充填率が１００％から５０％、０％と減少するにつれて、評価ピーク周波数が低い箇所が多く現れることが分かる。
(3) Diagnosis of PC grout filling state From FIG. 13, in the sheaths A1 and A2 through which the PC steel rods are inserted, when the PC grout filling rate decreases from 100% to 0%, there are many places where the evaluation peak frequency is low. I understand that. And also in the sheaths B1, B2, and B3 through which the PC stranded wires are inserted, it can be seen that as the PC grout filling rate decreases from 100% to 50% and 0%, there are many places where the evaluation peak frequency is low.
以上の結果より、ＰＣ鋼棒、ＰＣ撚り線に関係なく、ＰＣグラウト充填率が低い箇所の評価ピーク周波数（固有振動周波数）は、ＰＣグラウト充填率が高い箇所と比較して明確に低くなる傾向となることが分かり、評価ピーク周波数（固有振動周波数）を指標として用いることにより、ＰＣグラウトの充填率を定量的に診断できることが確認できた。 From the above results, the evaluation peak frequency (natural vibration frequency) where the PC grout filling rate is low tends to be clearly lower compared to the portion where the PC grout filling rate is high, regardless of whether the PC steel bar or PC strand. It was confirmed that the filling rate of PC grout can be quantitatively diagnosed by using the evaluation peak frequency (natural vibration frequency) as an index.
次に、ＰＣ鋼棒やＰＣ撚り線が挿通されたシースが設置されているライン毎に、評価ピーク周波数の平均値を求め、ＰＣグラウトの充填率を横軸、評価ピーク周波数を縦軸とするグラフ上の対応する位置に○または△をプロットし、図１４を得た。なお、図１４においては、図１０と同様に、評価ピーク周波数のバラツキを誤差棒として併せて記載している。 Next, the average value of the evaluation peak frequency is obtained for each line in which the sheath through which the PC steel rod or the PC strand is inserted is installed, the filling rate of the PC grout is taken as the horizontal axis, and the evaluation peak frequency is taken as the vertical axis. 14 was obtained by plotting a circle or a triangle at the corresponding position on the graph. In FIG. 14, as in FIG. 10, the variation in the evaluation peak frequency is also shown as an error bar.
図１４より、ＰＣ鋼棒が挿通されたシースにおいては、充填率が１００％の場合には５１４６Ｈｚ、０％の場合には４８０３Ｈｚとなっており、３４３Ｈｚの低下が見られることが分かる。そして、ＰＣ撚り線が挿通されたシースにおいては、充填率が１００％の場合には４９０６Ｈｚ、５０％の場合には４４６３Ｈｚ、０％の場合には４３７７Ｈｚとなっており、最大で５２９Ｈｚの低下が見られることが分かる。 From FIG. 14, it can be seen that in the sheath through which the PC steel bar is inserted, 5146 Hz when the filling rate is 100% and 4803 Hz when the filling rate is 0%, and a decrease of 343 Hz is seen. And in the sheath through which the PC strand was inserted, when the filling rate was 100%, it was 4906 Hz, when it was 50%, it was 4463 Hz, when it was 0%, it was 4377 Hz, and the maximum decrease was 529 Hz. I can see that.
以上より、上記のように複数点で平均化した値を評価の指標とすることで、施工のばらつきや、コンクリート骨材や鉄筋等のランダムな影響が平均化され、ＰＣグラウト充填不良の効果を明確に評価することが可能となり、また、面的な評価や平均化によって、ＰＣグラウト充填の診断をより精度よく行うことが可能となることが確認できた。 From the above, by using the value averaged at a plurality of points as described above as an index for evaluation, it is possible to average the random effects of construction variations, concrete aggregates, reinforcing bars, etc. It was possible to make a clear evaluation, and it was confirmed that the diagnosis of PC grout filling could be performed with higher accuracy by surface evaluation and averaging.
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、上記の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。 While the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various modifications can be made to the above-described embodiment within the same and equivalent scope as the present invention.
１、１２ ＰＣ構造物
２ コンクリート
３、Ａ１、Ａ２、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３ シース
４ ＰＣ鋼材
５ ＰＣグラウト
１１ ＰＣコンクリート供試体
１３ 土台
２１ 空洞
1, 12 PC structure 2 Concrete 3, A1, A2, B1, B2, B3 Sheath 4 PC steel 5 PC grout 11 PC concrete specimen 13 Base 21 Cavity
Claims (14)
前記ＰＣ構造物のコンクリート表面への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を取得する振動波形取得ステップと、
取得された前記振動波形に基づいて、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の少なくとも１つを評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
取得された評価の指標に基づいて、ＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。 A non-destructive diagnostic method for a PC grout filling state for non-destructively diagnosing a filling state of a PC grout filled around a PC steel material in a sheath embedded in a PC structure,
A vibration waveform obtaining step for obtaining a vibration waveform of a shock elastic wave generated by exciting the PC structure on the concrete surface;
An evaluation index acquisition step of acquiring at least one of vibration duration, period and natural vibration frequency as an evaluation index based on the acquired vibration waveform;
A non-destructive diagnostic method for a PC grout filling state, comprising: a filling state diagnosis step for diagnosing the filling state of the PC grout based on the obtained evaluation index.
評価対象のＰＣ構造物の特定の面上に、所定の間隔で複数の測定点を設定する測定点設定ステップと、
各測定点への加振により生じた衝撃弾性波の振動波形を、各測定点毎に取得する振動波形取得ステップと、
取得された各振動波形に基づいて、各測定点毎に、振動持続時間、周期および固有振動周波数の内の少なくとも１つを評価の指標として取得する評価指標取得ステップと、
取得された評価の指標を、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上にプロットする評価指標プロットステップと、
プロットされた評価の指標の相対的な変化に基づいて、前記評価対象のＰＣ構造物の特定の面上におけるＰＣグラウトの充填状態を診断する充填状態診断ステップとを備えていることを特徴とするＰＣグラウト充填状態の非破壊診断方法。 A non-destructive diagnosis method of a PC grout filling state for non-destructively diagnosing a filling state of a PC grout filled around a PC steel material in a sheath embedded in a PC structure, over the entire surface,
A measurement point setting step for setting a plurality of measurement points at predetermined intervals on a specific surface of the PC structure to be evaluated;
A vibration waveform acquisition step for acquiring a vibration waveform of an impact elastic wave generated by excitation to each measurement point for each measurement point;
An evaluation index acquisition step for acquiring at least one of vibration duration, period and natural vibration frequency as an evaluation index for each measurement point based on each acquired vibration waveform;
An evaluation index plotting step of plotting the acquired evaluation index on a specific surface of the PC structure to be evaluated;
A filling state diagnosing step for diagnosing a filling state of the PC grout on a specific surface of the PC structure to be evaluated based on a relative change in the plotted evaluation index; Non-destructive diagnostic method for PC grout filling.
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