JP3510616B2 - Method and system for diagnosing structures by microtremor observation - Google Patents

Method and system for diagnosing structures by microtremor observation

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JP3510616B2
JP3510616B2 JP2001393419A JP2001393419A JP3510616B2 JP 3510616 B2 JP3510616 B2 JP 3510616B2 JP 2001393419 A JP2001393419 A JP 2001393419A JP 2001393419 A JP2001393419 A JP 2001393419A JP 3510616 B2 JP3510616 B2 JP 3510616B2
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俊一 五十嵐
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、自然物或いは人工
物である構造物の安全性や健全性を評価する、構造物の
診断方法及び診断システムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and system for diagnosing a structure, which evaluates the safety and soundness of a structure which is a natural or artificial structure.

【0002】[0002]

【従来の技術】構造物(構造物、構築物などの人工物、
地盤、崖、岩石、樹木などの自然物)の安全性や健全性
を評価診断することは、防災、構造物の維持管理、構造
物の新改装時の中間・完了検査、地震等の突発的な外力
への事前・事後の対策等のために必要とされている。例
えば、構造物が地震動の作用によって破壊する危険性の
評価は、新築、改築後の品質検査、既存の構造物の維持
管理、修繕計画の立案、さらに、被災した構造物の使用
の可否、補強または取り壊しの必要性を判断する上で重
要である。前記構造物は、工場で大量に生産される製品
とは異なり、品質の評価、管理が困難である。
2. Description of the Related Art Structures (structures, artifacts such as structures,
Assessing and diagnosing the safety and soundness of grounds, cliffs, rocks, trees, and other natural objects) is necessary for disaster prevention, maintenance of structures, intermediate / complete inspections at the time of new renovation of structures, and sudden earthquakes. It is required for pre and post measures against external force. For example, assessing the risk of structures being destroyed by the effects of seismic motion includes quality inspection after new construction and renovation, maintenance and management of existing structures, development of repair plans, availability of damaged structures, and reinforcement. Or it is important in determining the need for demolition. The quality of the structure is difficult to evaluate and control, unlike products that are mass-produced in a factory.

【0003】特に、突発的外力(地震、台風、爆発等)
の作用による破壊に対する危険性を評価することは、外
力の性質や大きさに不確定性が伴うこと、構造物に対し
て地震の外力を実際に作用させる試験が出来ないこと、
経年や使用条件により品質が変化することなどの理由で
極めて困難である。
In particular, sudden external force (earthquake, typhoon, explosion, etc.)
Evaluating the risk of destruction due to the action of, there is uncertainty in the nature and magnitude of the external force, and it is not possible to perform a test to actually apply the external force of the earthquake to the structure,
It is extremely difficult due to changes in quality due to aging and usage conditions.

【0004】従来、構造物が人工物である場合は、構造
物の安全性、健全性の評価や、構造物が地震動の作用に
よって破壊する危険性の評価には、(1)建設途中また
は完成直後に、構造物が設計図面に規定された通りに施
工されていることを目視によって確認する方法、或いは
構造物を打撃して打撃音等を判定する方法、(2)構造
物の設計図面または、現況調査によって作成した構造図
面、コア抜き検査によって得たコンクリート強度、構造
物の経過年数等の情報を総合し、構造計算した結果を集
計し、構造耐震指標(Is)、並びに累積強度指標CT、形
状指標SDを算出し、これらと過去の地震災害事例を分析
した結果の基準値の大小関係を比較することによって診
断する方法が日本建築防災協会によって基準化され広く
用いられている。
Conventionally, when a structure is an artificial one, the safety and soundness of the structure and the risk of the structure being destroyed by the action of seismic motion are evaluated as follows: (1) During construction or completion Immediately after that, a method of visually confirming that the structure is constructed as specified in the design drawing, or a method of hitting the structure to determine a hitting sound, (2) a design drawing of the structure or , The structural drawing created by the current situation survey, the concrete strength obtained by the core removal inspection, the information such as the age of the structure, etc. are integrated, and the results of the structural calculation are aggregated, and the structural seismic index (Is) and cumulative strength index CT The method of diagnosing by calculating the shape index SD and comparing the magnitude of these with the reference value of the result of analyzing past earthquake disaster cases is standardized and widely used by the Japan Building Disaster Prevention Association.

【0005】また、地震で構造物が被災した場合には、
(3)目視調査によって構造部材の損傷度、構造物の残
留変形等をチェックシートに記入し、これから計算した
スコアによって構造物の安全性を診断する緊急被災度判
定と呼ばれる方法も広く用いられている。
When a structure is damaged by an earthquake,
(3) A method called urgent damage level judgment is also widely used, in which the degree of damage to structural members, residual deformation of structures, etc. are entered on a check sheet by visual inspection, and the safety of structures is diagnosed by the score calculated from this. There is.

【0006】また、(4)構造物に起振機を搭載し弾性
波等を強制的に生じさせて評価する方法、(5)構造物
から自然に放出される赤外線などを利用して評価する方
法、(6)X線や電磁波等を用いて評価する方法、
(7)構造物に受振器を設置し微動観測を用いて評価す
る方法等が用いられている。
Further, (4) a method of mounting an exciter on a structure to forcibly generate elastic waves and the like, and (5) evaluation using infrared rays naturally emitted from the structure Method, (6) evaluation method using X-rays or electromagnetic waves,
(7) A method in which a geophone is installed in a structure and evaluation is performed using microtremor observation is used.

【0007】微動観測を用いた評価方法としては、
(8)受振器で測定された構造物の微動データのフーリ
エ振幅スペクトルの最大値(卓越周期)を、構造物(地
盤や構造物)の固有周期と考えてこれを評価指標とする
方法、(9)微動速度時刻歴の上下動部分と水平動部分
とのフーリエスペクトルの比、及び構造物の寸法を用い
て算出した結果を評価指標とする方法等がある。また、
(10)前記(9)の方法で算出したスペクトル比もし
くは、2つの観測時刻歴成分のフーリエスペクトル比を
伝達関数であると考えて、前記構造物の複数の観測点の
地震時の振動の最大値を予測し、これらの予測値に構造
物の寸法、形状等の幾何学条件を用いてさらに演算を加
えて、構造物の診断に必要な層間変形角の最大値等の数
値を計算する方法がある。
As an evaluation method using microtremor observation,
(8) A method of considering the maximum value (predominant period) of the Fourier amplitude spectrum of the micromotion data of the structure measured by the geophone as the natural period of the structure (soil or structure) and using this as an evaluation index, ( 9) There is a method in which the result calculated using the ratio of the Fourier spectra of the vertical movement portion and the horizontal movement portion of the fine movement speed time history and the size of the structure is used as the evaluation index. Also,
(10) Considering that the spectral ratio calculated by the method of (9) or the Fourier spectral ratio of two observation time history components is a transfer function, the maximum vibration of the structure at a plurality of observation points during an earthquake A method of predicting values and calculating the numerical values such as the maximum value of the interlayer deformation angle necessary for diagnosing a structure by further calculating these predicted values using geometric conditions such as the size and shape of the structure There is.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
(1)の方法は、設計基準が地震の作用に対して十分な
強度を構造物に与えていることを前提としているが、日
本では、耐震設計基準の改定以前に建設された1000
万棟以上の建物が、現行基準では耐震性が不十分である
と判定される。また、目視、聴覚等の人間の五感を利用
するため、主観的な判断に依存する課題がある。
However, the method of (1) above is premised on that the design standard gives the structure sufficient strength against the action of an earthquake. 1,000 built before the revision of the standards
More than 10,000 buildings are judged to have insufficient seismic resistance according to current standards. Moreover, since the human senses such as visual and auditory senses are used, there is a problem that depends on subjective judgment.

【0009】上記(2)の方法は、情報源とした図面や
計測値が実際の構造物の現状を十分に反映していない場
合、得られた指標が実際の安全性を表さないこと、時間
と費用が掛かること、経年劣化指標値を決定することに
主観が入る余地があること、構造物の耐震性の微妙な経
時変化等をモニタするには向かないことなどの課題があ
る。
In the above method (2), if the drawings or measured values used as the information source do not sufficiently reflect the current state of the actual structure, the obtained index does not represent the actual safety, There are problems that it takes time and cost, that there is room for subjectivity in determining the aging deterioration index value, and that it is not suitable for monitoring subtle secular changes in the structure's seismic resistance.

【0010】上記(3)の方法は、目視検査が中心であ
るために主観的な判断に依存する可能性がある。また、
本来構造物の耐震性は対象とする地震動の大きさによっ
て異なるが、上記(2)と(3)の方法は、これを明確
に反映する方法ではない。
The above method (3) may rely on subjective judgment because the visual inspection is the main focus. Also,
Originally, the seismic resistance of a structure depends on the magnitude of the target earthquake motion, but the methods (2) and (3) above are not methods that clearly reflect this.

【0011】上記(4)の方法は、費用と時間がかかる
上に、起振機による強制振動のエネルギを構造物の応答
特性を確定する程十分に大きくとることが技術的、経済
的に困難な場合が多いなどの理由で実施例は橋梁などの
特殊な構造物に限られている。また、弾性波を強制的に
起こさせることで構造物への影響度が皆無とはいえな
い。また、構造物の特定な点に対する強制加振の物理的
効果は、実際の地震力が構造物の境界面から入力した場
合とは異なる。
The above method (4) is costly and time consuming, and it is technically and economically difficult to make the energy of the forced vibration by the exciter large enough to determine the response characteristics of the structure. In many cases, the examples are limited to special structures such as bridges. Moreover, it cannot be said that the degree of influence on the structure is completely eliminated by forcibly causing the elastic wave. In addition, the physical effect of forced excitation on a specific point of the structure is different from when the actual seismic force is input from the boundary surface of the structure.

【0012】上記(5)と(6)の方法は、構造物の表
面等の一部からの情報であり、構造物の健全性等の全般
的な診断に用いる程の情報量を得るには、多くの費用と
時間を要することが課題である。
The methods of (5) and (6) above are information from a part of the surface of the structure, etc., and in order to obtain an amount of information sufficient for general diagnosis of the soundness of the structure, etc. The problem is that it costs a lot of money and time.

【0013】上記(7)の微動観測を用いる方法のうち
(8)の方法では、卓越周期と構造物の安全性との相関
は、理論的にも統計的にも安全性の評価に用いることが
出来るほど高くはなく、精度が低いことが課題である。
(8)、(9)の方法とも、フーリエスペクトルは、測
定パラメータに依存し、凹凸が多く、この最大値の判定
は主観に頼らざるを得ない場合があり、客観的な指標と
は言いがたいこと、判定を自動化することが困難である
ことが課題である。上記(10)の方法は、時刻歴に対
して最大値等の統計的な指標を求める演算と、時刻歴と
構造物の寸法等の幾何学条件から、層間変形角等の注目
時刻歴を算出する演算は、極めて特殊な場合を除き、一
般には順序を入れ替えることによって結果が異なり、物
理的な意味がなくなるので、診断に用いるには適さない
という課題がある。
In the method (8) of the method (7) using the microtremor observation, the correlation between the predominant period and the safety of the structure should be used for the safety evaluation both theoretically and statistically. Is not as high as possible, and the problem is that the accuracy is low.
In both the methods (8) and (9), the Fourier spectrum depends on the measurement parameter and has many irregularities, and the determination of this maximum value may have to rely on the subjectivity, which is not an objective index. What is important is that it is difficult to automate the determination. The method of (10) above calculates the time history such as the interlayer deformation angle from the time history and the geometric conditions such as the size of the structure, and the calculation of the statistical index such as the maximum value with respect to the time history. Except for a very special case, the operation to be performed generally has a different result by changing the order and loses its physical meaning, so that there is a problem that it is not suitable for use in diagnosis.

【0014】従来、微動観測は、安全性や健全性の診断
や評価に用いるというよりは、むしろ地盤や構造物の固
有振動周期を計測によって求める目的で実施されてい
る。そのため、測定器は、観測データの時刻歴やスペク
トルを表示する機能は備えているが、微動観測データを
詳細に分析するためには、データを持ち帰って計算、図
化を行う必要があり、時間と費用を要することが課題で
あった。
Conventionally, microtremor observation has been carried out for the purpose of measuring the natural vibration period of the ground or structure rather than using it for diagnosis and evaluation of safety and soundness. Therefore, the measuring instrument has the function of displaying the time history and spectrum of the observation data, but in order to analyze the microtremor observation data in detail, it is necessary to bring back the data and perform calculation and plotting. The cost was a problem.

【0015】また、ビルのような構造物を診断対象とす
る場合、現行の耐震設計計算においても、過去の被災事
例の分析においても回転の影響を考慮することが重要で
あると認識され実行されているが、上記いずれの従来の
方法も構造物の回転に関しては直接の計算、計測を行っ
ていない。
When a structure such as a building is to be diagnosed, it is recognized that it is important to consider the influence of rotation in the current seismic design calculation and in the analysis of past disaster cases, and it is executed. However, none of the above-mentioned conventional methods directly calculates or measures the rotation of the structure.

【0016】本発明は、このような問題に鑑みてなわれ
たもので、その目的とするところは、自然物或いは人工
物である構造物の安全性や健全性の診断を、簡易・迅速
かつ安価に行う診断方法及び診断システムを提供するこ
とである。
The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to make a simple, quick and inexpensive diagnosis of safety and soundness of a structure which is a natural or artificial structure. Another object of the present invention is to provide a diagnosis method and a diagnosis system.

【0017】[0017]

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ための第1の発明は、構造物に微動が加わった場合の、
前記構造物の伝達特性を表す指標として、エネルギ伝達
率(RMS比)というスカラ量を算出すること、観測時
刻歴から注目時刻歴を算出すること、前記エネルギ伝達
率(RMS比)を観測時刻歴もしくは注目時刻歴の方向
成分間の二乗平均値(RMS)の比として算出すること
を特徴とする構造物の診断方法である。第1の発明で
は、構造物に微動が加わった場合のエネルギ伝達率(R
MS比)を算出する。また、微動の観測時刻歴から注目
時刻歴を算出する。また、エネルギ伝達率(RMS比)
を観測時刻歴もしくは注目時刻歴の方向成分間の二乗平
均値(RMS)の比として算出する。
A first aspect of the present invention for achieving the above-mentioned object is, when a fine movement is applied to a structure,
As a parameter indicating the transfer characteristic of the structure, a scalar quantity called an energy transfer rate (RMS ratio) is calculated, an attention time history is calculated from an observation time history, and the energy transfer rate (RMS ratio) is calculated as an observation time history. Alternatively, it is a method of diagnosing a structure, which is calculated as a ratio of root mean square (RMS) between directional components of the time history of interest. In the first invention, the energy transfer rate (R
Calculate the MS ratio). In addition, the time history of interest is calculated from the time history of microtremor observation. Also, the energy transfer rate (RMS ratio)
Is calculated as the ratio of the root mean square (RMS) values between the directional components of the observation time history or the attention time history.

【0018】第2の発明は、構造物の微動を観測し、微
動時刻歴もしくは注目時刻歴のパワースペクトルが、前
記構造物に突発性外力が作用し、前記構造物が弾性的に
振舞うと考えた場合に前記構造物に生ずる時刻歴のパワ
ースペクトルとほぼ相似になるように、観測時間帯を選
択することを特徴とする構造物の診断方法である。第2
の発明では、構造物の微動時刻歴もしくは注目時刻歴の
パワースペクトルが、構造物に突発性外力が作用し構造
物が弾性的に振舞うと考えた場合に構造物に生ずる時刻
歴のパワースペクトルとほぼ相似になるように、観測時
間帯を選択する。
A second aspect of the present invention is to observe minute movements of a structure, and consider that the power spectrum of the minute movement time history or the attention time history is such that an unexpected external force acts on the structure and the structure behaves elastically. In this case, the observation time zone is selected so as to be substantially similar to the power spectrum of the time history that occurs in the structure in the above case. Second
In the invention of, the power spectrum of the fine movement time history or the attention time history of the structure is the power spectrum of the time history generated in the structure when it is considered that the structure behaves elastically due to the sudden external force acting on the structure. Select the observation time zones so that they are almost similar.

【0019】第3の発明は、構造物に微動が加わった場
合の、前記構造物の伝達特性を表す指標として、エネル
ギ伝達率(RMS比)というスカラ量を算出すること、
観測時刻歴から注目時刻歴を算出すること、前記エネル
ギ伝達率(RMS比)を観測時刻歴もしくは注目時刻歴
の方向成分間の二乗平均値(RMS)の比として算出す
ることを特徴とする構造物の診断システムである。第3
の発明では、第1の発明を実行する為の算出手段等を有
する。
A third aspect of the invention is to calculate a scalar quantity called an energy transfer rate (RMS ratio) as an index representing a transfer characteristic of the structure when a slight movement is applied to the structure.
A structure characterized by calculating an attention time history from an observation time history, and calculating the energy transfer rate (RMS ratio) as a ratio of a root mean square value (RMS) between directional components of the observation time history or the attention time history. It is a diagnostic system for things. Third
In the invention, there is a calculating means for carrying out the first invention.

【0020】第4の発明は、構造物の微動を観測し、微
動時刻歴もしくは注目時刻歴のパワースペクトルが、前
記構造物に突発性外力が作用し、前記構造物が弾性的に
振舞うと考えた場合に前記構造物に生ずる時刻歴のパワ
ースペクトルとほぼ相似になるように、観測時間帯を選
択することを特徴とする構造物の診断システムである。
第4の発明では、第2の発明を実行する為の算出手段等
を有する。
In a fourth aspect of the present invention, it is considered that minute movements of a structure are observed, and that the power spectrum of the minute movement time history or the attention time history is such that an unexpected external force acts on the structure and the structure behaves elastically. In this case, the observation time zone is selected so as to be substantially similar to the power spectrum of the time history that occurs in the structure in the above case.
The fourth aspect of the invention has a calculating means and the like for executing the second aspect of the invention.

【0021】第5の発明は、構造物から観測される微動
観測値から注目物理量を算出する工程と、前記注目物理
量を用いてエネルギ伝達率(RMS比)を算出する工程
と、前記エネルギ伝達率(RMS比)と、前記構造物に
本来期待される期待エネルギ伝達率(RMS比)とを比
較する工程と、前記比較により前記構造物の状態を判定
する工程とを、具備することを特徴とする構造物の診断
方法である。第5の発明では、構造物に加わる微動の微
動観測値から注目物理量を算出し、さらに注目物理量か
らエネルギ伝達率(RMS比)を算出して、構造物に期
待されるエネルギ伝達率(RMS比)と比較することに
より、構造物の健全性を診断する。
A fifth aspect of the invention is a step of calculating a physical quantity of interest from a microtremor observation value observed from a structure, a step of calculating an energy transfer rate (RMS ratio) using the physical quantity of interest, and the energy transfer rate. (RMS ratio) and the expected energy transfer rate (RMS ratio) originally expected for the structure, and a step of determining the state of the structure by the comparison. It is a method of diagnosing a structure. In the fifth invention, the physical quantity of interest is calculated from the microtremor observation value of the micromotion added to the structure, the energy transfer rate (RMS ratio) is further calculated from the physical quantity of interest, and the energy transfer rate (RMS ratio) expected for the structure is calculated. ), The soundness of the structure is diagnosed.

【0022】第6の発明は、構造物から観測される微動
観測値から注目物理量を算出する工程と、前記注目物理
量を用いてエネルギ伝達率(RMS比)を算出する工程
と、前記構造物に突発的外力が加わると想定した時に前
記構造物の観測点又は平面の最大変位を予測する工程
と、前記エネルギ伝達率(RMS比)と前記最大変位と
から、前記注目物理量の予測最大値を算出する工程と
を、具備することを特徴とする構造物の診断方法であ
る。第6の発明では、構造物に加わる微動の微動観測値
から注目物理量を算出し、さらに注目物理量からエネル
ギ伝達率(RMS比)を算出する。また、構造物に突発
性外力が加わると想定した時の観測点又は平面の最大変
位を予測しエネルギ伝達率(RMS比)とから、注目物
理量の予測最大値を算出して、構造物の安全性を診断す
る指標とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a step of calculating a physical quantity of interest from a microscopic observation value observed from a structure, a step of calculating an energy transfer rate (RMS ratio) using the physical quantity of interest, and the structure. The predicted maximum value of the physical quantity of interest is calculated from the step of predicting the maximum displacement of the observation point or the plane of the structure when it is assumed that a sudden external force is applied, and the energy transfer rate (RMS ratio) and the maximum displacement. The method for diagnosing a structure is characterized by comprising: In the sixth aspect, the physical quantity of interest is calculated from the micromotion observation value of the micromotion added to the structure, and the energy transfer rate (RMS ratio) is calculated from the physical quantity of interest. In addition, the maximum displacement of the observation point or plane when it is assumed that a sudden external force is applied to the structure is predicted, and the predicted maximum value of the physical quantity of interest is calculated from the energy transfer rate (RMS ratio) to determine the safety of the structure. It is used as an index to diagnose sex.

【0023】第7の発明は、構造物の観測点又は平面に
設置する複数の受振器と、測定器とコンピュータとから
なり、前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を
測定して前記測定器に送り、前記測定器は、前記微動観
測値を前記コンピュータに送り、前記コンピュータは、
前記微動観測値から注目物理量を算出する手段と、前記
注目物理量を用いてエネルギ伝達率(RMS比)を算出
する手段と、前記エネルギ伝達率(RMS比)と、前記
構造物に本来期待される期待エネルギ伝達率(RMS
比)とを比較する手段と、前記比較により前記構造物の
状態を判定する手段とを、具備することを特徴とする構
造物の診断システムである。第7の発明の診断システム
は、第5の発明の診断方法を実現するための診断システ
ムである。
A seventh aspect of the invention comprises a plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a measuring instrument and a computer, wherein the geophones measure micromotion applied to the structure. Sent to the measuring device, the measuring device sends the microtremor observation value to the computer, the computer,
Means for calculating a physical quantity of interest from the microtremor observation value, means for calculating an energy transfer rate (RMS ratio) using the physical quantity of interest, the energy transfer rate (RMS ratio), and the structure originally expected. Expected energy transfer rate (RMS
Ratio), and a means for judging the state of the structure by the comparison, the diagnostic system for the structure. The diagnostic system of the seventh invention is a diagnostic system for realizing the diagnostic method of the fifth invention.

【0024】第8の発明は、構造物の観測点又は平面に
設置する複数の受振器と、測定器とコンピュータとから
なり、前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を
測定して前記測定器に送り、前記測定器は、前記微動観
測値を前記コンピュータに送り、前記コンピュータは、
前記微動観測値から注目物理量を算出する手段と、前記
注目物理量を用いてエネルギ伝達率(RMS比)を算出
する手段と、前記構造物に突発的外力が加わると想定し
た時に前記観測点又は平面の最大変位を予測する手段
と、前記エネルギ伝達率(RMS比)と前記最大変位と
から、前記注目物理量の予測最大値を算出する手段と
を、具備することを特徴とする構造物の診断システムで
ある。第8の発明の診断システムは、第6の発明の診断
方法を実現するための診断システムである。
An eighth aspect of the present invention comprises a plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a measuring instrument and a computer, wherein the geophones measure fine movements applied to the structure. Sent to the measuring device, the measuring device sends the microtremor observation value to the computer, the computer,
Means for calculating a physical quantity of interest from the microtremor observation value, means for calculating an energy transfer rate (RMS ratio) using the physical quantity of interest, and the observation point or plane when it is assumed that a sudden external force is applied to the structure. And a means for predicting a maximum displacement of the target physical quantity from the energy transfer rate (RMS ratio) and the maximum displacement. Is. The diagnostic system of the eighth invention is a diagnostic system for realizing the diagnostic method of the sixth invention.

【0025】第9の発明は、微動観測値から注目物理量
を算出する手段と、前記注目物理量を用いてエネルギ伝
達率(RMS比)を算出する手段と、前記エネルギ伝達
率(RMS比)と、前記構造物に本来期待される期待エ
ネルギ伝達率(RMS比)とを比較する手段と、前記比
較により前記構造物の状態を判定する手段とを、具備す
ることを特徴とするコンピュータである。第9の発明の
コンピュータは、第5の発明の診断方法を実現する。
A ninth aspect of the present invention comprises means for calculating a physical quantity of interest from a microtremor observation value, means for calculating an energy transfer rate (RMS ratio) using the physical quantity of interest, and the energy transfer rate (RMS ratio), A computer comprising: a means for comparing an expected energy transfer rate (RMS ratio) originally expected for the structure; and a means for determining the state of the structure by the comparison. The computer of the ninth invention realizes the diagnosis method of the fifth invention.

【0026】第10の発明は、微動観測値から注目物理
量を算出する手段と、前記注目物理量を用いてエネルギ
伝達率(RMS比)を算出する手段と、前記構造物に突
発的外力が加わると想定した時に前記観測点又は平面の
最大変位を予測する手段と、前記エネルギ伝達率(RM
S比)と前記最大変位とから、前記注目物理量の予測最
大値を算出する手段とを、具備することを特徴とするコ
ンピュータである。第10の発明のコンピュータは、第
6の発明の診断方法を実現する。
In a tenth aspect of the present invention, means for calculating a physical quantity of interest from a microtremor observation value, means for calculating an energy transfer rate (RMS ratio) using the physical quantity of interest, and a sudden external force applied to the structure. A means for predicting the maximum displacement of the observation point or the plane when the energy transfer rate (RM)
S ratio) and the maximum displacement, and means for calculating the predicted maximum value of the physical quantity of interest, the computer. The computer of the tenth invention realizes the diagnosis method of the sixth invention.

【0027】第11の発明は、コンピュータを請求項2
0から請求項28に記載したコンピュータとして機能さ
せることを特徴とするプログラムである。第11の発明
のプログラムは、コンピュータを請求項20から請求項
28に記載したコンピュータとして機能させるものであ
り、このプログラムをネットワークを介して流通させる
こともできる。
An eleventh invention provides a computer as claimed in claim 2.
A program characterized by causing it to function as the computer according to claim 28. The program of the eleventh invention causes a computer to function as the computer according to the twentieth to twenty-eighth aspects, and the program can be distributed via a network.

【0028】第12の発明は、請求項29記載のプログ
ラムを記録した記録媒体である。第12の発明の記録媒
体は、請求項29記載のプログラムを記憶しており、こ
の記録媒体を流通させることもでき、またこのプログラ
ムをネットワークを介して流通させることもできる。
A twelfth invention is a recording medium recording the program according to claim 29. The recording medium of the twelfth invention stores the program according to claim 29, and this recording medium can be distributed, or this program can be distributed via a network.

【0029】構造物とは、盛土、擁壁、ダム、護岸、橋
梁、桟橋、建物などの人工的に造られた構造物であり、
その安全性や健全性を診断する対象となるものをさす
が、本明細書においては、地盤、岩盤、崖、岩石、樹木
などの自然物も含むものとする。
The structures are artificial structures such as embankments, retaining walls, dams, revetments, bridges, piers, and buildings.
The safety and soundness of the object is to be diagnosed, but in the present specification, natural objects such as ground, bedrock, cliffs, rocks and trees are also included.

【0030】常時微動とは、構造物に常時生じている微
小な振動である。この振動エネルギは、構造物と外界と
の境界面から観測者の行為とは関係なく自然に入力され
る。空気と接している面からは風の影響により、水と接
している境界からは波浪、潮汐などの影響により、他の
構造物と接している境界からは他の構造物の作用によ
り、地盤と接している境界からは交通振動等の影響によ
り、振動エネルギが供給される。高層建物、搭、煙突な
どや、河川や海岸に位置する橋梁などでは、常時微動の
ほとんどのエネルギが風、水流や波浪などで供給されて
いる。従って、これらの構造物では常時微動によって地
震の影響を推定することは困難である。しかし、木造家
屋、中層の鉄筋コンクリート造ビルなど通常の構造物に
置いては、特に風雨が強い等の特殊な環境条件である場
合を除いて、常時微動のエネルギの大部分が地盤と構造
物の境界から入力していると考えてよいので、微動観測
によって得た情報から、地震動が作用した場合の構造物
の変位を計算によって求めることが出来る。また、高層
建築物等でも、地盤と構造物の境界から振動エネルギが
主に入力していると考えられる観測時間帯を選ぶことに
よって、地震動が作用した場合の変位を推定することが
できる。
Microtremor is a minute vibration that is constantly occurring in the structure. This vibration energy is naturally input from the boundary surface between the structure and the outside world regardless of the action of the observer. From the surface in contact with air, the effect of wind, from the boundary in contact with water due to waves and tides, and from the boundary in contact with other structures due to the action of other structures, Vibration energy is supplied from the contacting boundary due to the influence of traffic vibration and the like. In high-rise buildings, towers, chimneys, bridges located on rivers and coasts, most of the energy of microtremors is constantly supplied by wind, water currents and waves. Therefore, it is difficult to estimate the impact of the earthquake by microtremor in these structures. However, when placed in ordinary structures such as wooden houses and middle-rise reinforced concrete buildings, most of the energy of microtremor is always present in the ground and structures, except under special environmental conditions such as strong wind and rain. Since it can be considered that the input is from the boundary, the displacement of the structure when the earthquake motion acts can be calculated from the information obtained by the microtremor observation. In addition, even in high-rise buildings, it is possible to estimate the displacement when a seismic motion is applied by selecting the observation time zone in which it is considered that the vibration energy is mainly input from the boundary between the ground and the structure.

【0031】観測点とは、構造物内部又は表面に観測者
が設定した点であり、この上に受振器を設置してその変
位時刻歴等を観測する位置を指す。観測時刻歴は、観測
点に設置した受振器で、構造物の常時微動を、変位、速
度、加速度等の時刻歴のアナログ振動として受振し、こ
れをAD変換してデジタル時刻歴として記録することに
より得られる時刻歴である。観測時間帯とは、一連の観
測時刻歴の観測された時間帯域(開始時刻、終了時刻、
継続時間)を言う。観測周波数帯域とは、受振器の特
性、信号のサンプル採取周波数等から決まる周波数帯域
であり、観測時刻歴が、実際の変位もしくは速度等であ
ると考えられる周波数帯域である。分析時間帯とは、観
測時間帯の部分集合であり、観測時刻歴を計算する時間
帯域である。分析周波数帯域とは、観測周波数帯域の部
分集合であり、観測時刻歴を計算する周波数帯域であ
る。
The observation point is a point set by an observer inside or on the surface of the structure, and indicates a position where a geophone is installed to observe the displacement time history and the like. For the observation time history, use a geophone installed at the observation point to receive microscopic movements of the structure as analog vibrations of the time history of displacement, velocity, acceleration, etc., and perform AD conversion to record this as digital time history. It is the time history obtained by. The observation time zone is the time band (start time, end time,
Say duration). The observation frequency band is a frequency band determined by the characteristics of the geophone, the signal sampling frequency, and the like, and the observation time history is considered to be the actual displacement or speed. The analysis time zone is a subset of the observation time zone, and is the time zone for calculating the observation time history. The analysis frequency band is a subset of the observation frequency band, and is the frequency band for calculating the observation time history.

【0032】安全性とは、地震、大風、波浪などの突発
的な外力によるか、もしくは老朽化等の経年作用によっ
て、構造物が部分破壊もしくは全体破壊等を生ずること
に対しての安全性をさす。健全性とは、構造物の全部ま
たは一部が設計図書、他の調査結果、経験的な法則など
に照らして期待される性質または品質を有しているかど
うかを指す。
The safety means that the structure is partially or totally destroyed due to a sudden external force such as an earthquake, a large wind, or a wave, or due to aged action such as deterioration. Point Soundness refers to whether all or part of the structure has the expected properties or qualities in the light of design documents, other survey results, empirical rules, etc.

【0033】注目物理量とは、診断で注目する運動学、
弾性力学、構造力学上の量であり、構造物内部の点、平
面の変位もしくは相対変位、もしくは、構造物内部の点
間、平面間の相対回転角もしくは、構造物内部の平均圧
縮歪、平均せん断歪、平均曲げ歪、平均ねじり歪等の量
である。注目時刻歴とは、観測時刻歴、観測点の座標、
構造物の寸法等から計算した注目物理量の時刻歴であ
る。
The physical quantity of interest is the kinematics of interest in diagnosis,
A quantity in terms of elastic mechanics or structural mechanics, which is the point inside a structure, the displacement or relative displacement of a plane, or the relative rotation angle between points inside a structure or between planes, or the average compressive strain inside a structure, the average It is the amount of shear strain, average bending strain, average torsion strain, and the like. The attention time history is the observation time history, the coordinates of the observation point,
It is the time history of the physical quantity of interest calculated from the dimensions of the structure.

【0034】基準点は、構造物と外界との境界面の近傍
に設置した観測点で、振動エネルギが外界から構造物へ
流入する流入量を測定する基準として用いる点である。
基準平面とは、上記の基準点と同じ役割を持つ平面であ
る。
The reference point is an observation point installed near the boundary surface between the structure and the outside world, and is a point used as a reference for measuring the inflow amount of the vibration energy flowing into the structure from the outside world.
The reference plane is a plane having the same role as the above-mentioned reference point.

【0035】構造物の層とは、構造物の変形性状を記述
するときに一体として考えることが出来る構造物の部分
である。例えば、建物であれば、通常各階の床、梁と
柱、壁で構成される構造部分を層と呼んでいる。新幹線
や在来線のコンクリートラーメン形式の高架橋のような
構造物の場合には、地表面からほぼ同じ高さの梁と柱で
構成される構造部分を層とすることが出来る。地盤にお
いてもほぼ同一の力学的特性をもつ地層を構造的な層と
して一体として考え変形性状を記述することが通常行わ
れている。層には、番号、厚さ、座標、および、せん断
剛性、減衰定数などの力学的物性値を付与し、層の内
部、境界に変位、速度などの属性を定義し、これらを注
目物理量とする。
The layer of the structure is a part of the structure which can be considered as one when describing the deformable property of the structure. For example, in the case of a building, the structural parts composed of floors, beams and columns, and walls on each floor are usually called layers. In the case of structures such as viaducts on the Shinkansen or conventional lines in the form of concrete ramen, layers can consist of structural parts composed of beams and columns at approximately the same height from the ground surface. Even in the ground, it is common practice to describe the deformation properties by considering the strata having almost the same mechanical characteristics as a structural layer as one. Layers are given numbers, thicknesses, coordinates, and mechanical properties such as shear stiffness and damping constant, and attributes such as displacement and velocity are defined inside the layers and at the boundaries, and these are used as physical quantities of interest. .

【0036】層の間の境界は通常の構造物では、水平面
と鉛直面で構成される。通常は、層境界面は、変形しな
いものと仮定し、構造物の変形は層内部で起こり、層境
界面間の相対変位によって記述できると考える。一般
に、層境界の変位は時刻をパラメータとする時刻歴であ
り、並進方向に水平2成分、鉛直成分の合計3成分と、
同3方向廻りにそれぞれ回転成分を考えることができ
る。層間変位とは、層の境界間の相対変位である。層間
変形角とは、層境界間の水平並進2方向の相対変位を層
の厚さで除した値であり、層を構成する構造要素(部
材)の力学的な性状、破壊に対する安全性などに関する
多くの研究成果は、層間変位または、層間変形角を指標
として整理されている。観測平面を構造物の層境界面と
し、平均歪等を注目物理量とすることにより、容易に動
的構造解析などの他の方法による計算結果と比較するこ
とができる。
The boundaries between the layers consist of horizontal and vertical planes in a typical structure. Usually, it is assumed that the layer boundary surface is not deformed, and the deformation of the structure occurs inside the layer and can be described by the relative displacement between the layer boundary surfaces. Generally, the displacement of the layer boundary is a time history with time as a parameter, and a total of three components of horizontal two components and vertical components in the translation direction,
Rotational components can be considered around the same three directions. Interlayer displacement is the relative displacement between the boundaries of layers. The inter-layer deformation angle is a value obtained by dividing the relative displacement in two horizontal translations between layer boundaries by the thickness of the layer, and relates to the mechanical properties of structural elements (members) forming the layer, safety against fracture, etc. Most research results are organized using interlayer displacement or interlayer deformation angle as an index. By using the observation plane as the layer boundary surface of the structure and using the average strain as the physical quantity of interest, it is possible to easily compare it with the calculation results by other methods such as dynamic structure analysis.

【0037】エネルギ伝達率は、構造物内の振動伝達特
性を表すスカラ量である。前記エネルギ伝達率(RMS
比)は、同じ時間帯上で定義された観測時刻歴の二乗平
均値と他の観測時刻歴の二乗平均値(RMS)との比で
ある。両者の時刻歴を線形システムの入力と出力である
と考えた時、入力時刻歴のパワースペクトルに相似な任
意の入力に対して、出力の二乗平均値(RMS)を与え
るという意味での伝達特性の指標となる。通常、基準点
又は基準平面のある観測時刻歴二乗平均値を分母とす
る。
The energy transfer rate is a scalar quantity representing the vibration transfer characteristic in the structure. The energy transfer rate (RMS
Ratio) is the ratio of the root mean square value of observation time histories defined on the same time zone to the root mean square value (RMS) of other observation time histories. When the time histories of both are considered to be the input and output of the linear system, the transfer characteristics in the sense that the root mean square value (RMS) of the outputs is given to any input that is similar to the power spectrum of the input time history. Will be an indicator of. Usually, a denominator is a mean square value of observation time history with a reference point or a reference plane.

【0038】基準推定変位量とは、構造物の安全性を評
価するときに考慮する突発的な外力の作用によって基準
点又は基準面に生ずると推定される最大変位量である。
The reference estimated displacement amount is the maximum displacement amount that is estimated to occur at the reference point or the reference surface due to the action of a sudden external force taken into consideration when evaluating the safety of the structure.

【0039】地震による構造物の破壊の危険性を評価す
るに先立って、まず、構造物を事前に調査し、構造物の
変形を記述する層、地震力が入力する基準面を決定し、
これに対応して受振器(微動計)の設置位置を決定す
る。次に、設置した受振器(微動計)によって常時微動
データ(速度時刻歴または変位時刻歴)を記録し、この
データから注目する境界面間の相対変位時刻歴、回転角
時刻歴、基準面の変位時刻歴を計算し、これらのフーリ
エスペクトルを計算する。一般的には、線形システムの
理論を用いて、入力と出力のフーリエスペクトルの関係
から構造物が線形に挙動すると仮定したときの任意の入
力に対する応答を計算することができる。
Prior to evaluating the risk of structural damage due to an earthquake, first, the structure is investigated in advance, and the layer describing the deformation of the structure and the reference plane to which the seismic force is input are determined.
Corresponding to this, the installation position of the geophone (micromotion meter) is determined. Next, microtremor data (velocity time history or displacement time history) is constantly recorded by the installed geophone (micromotion meter), and from this data, relative displacement time history between boundary surfaces, rotation angle time history, reference surface Displacement time histories are calculated and their Fourier spectra are calculated. In general, the theory of linear systems can be used to calculate the response to any input given that the structure behaves linearly from the relationship between the input and output Fourier spectra.

【0040】本発明の方法では、常時微動に関する以下
の4つの仮定に基づいている。(1)常時微動を生じさ
せている外部からの振動エネルギの供給源の種類と大き
さの割合は、構造物の特徴と環境から推定することがで
きるので、観測時間帯を環境条件に応じて選択し、分析
時間帯と分析周波数帯を構造物の特徴に応じて選択すれ
ば、ある1種類の振動エネルギが卓越しており、これが
ある特定の境界面から入射していると考え得る観測時刻
歴を得ることができる。(2)常時微動は、振幅が1〜
10ミクロン程度と極めて小さいので、構造物の如何に
拘らず微小変形弾性振動論ならびに線形システムの理論
によって構造物の応答を記述することが可能である。
(3)構造物の特徴と環境から、地震、暴風などの突発
的な外力が入射する面を予め予測することができ、かつ
常時この面から突発的な外力と同種の微小な外力のエネ
ルギが入射している。(4)前記突発的な外力が入射し
た場合と、これに対応する微小な常時外力で生ずる基準
点もしくは基準面の微動変位時刻歴のパワースペクトル
は互いに相似になる観測時間帯がある。従って、以上か
ら観測時間帯等を選択することによって、前記突発的外
力に対応する微小な外力が卓越する微動観測を行うこと
が可能である。さらに、本発明の方法では、構造物の設
計に於いて通常設けられている次のような仮定を用い
て、簡単に構造物の地震動に対する応答を計算する。即
ち、(1)構造物の応答の各成分は互いに独立である。
(2)大地震等の大きな外力に対して構造物は非線形性
を呈するが、このときの最大応答を構造物が線形に振舞
うと仮定して計算した応答から、エネルギ一定則と呼ば
れている仮定を用いて計算することが出来る。(3)常
時微動によって生ずる構造物の変位は微小である。さら
に、本方法では、(4)構造物の地盤に近い層境界面で
観測される常時微動のスペクトルは、大地震で地盤や構
造物が線形に振舞うとした場合に観測されるであろうス
ペクトルと相似形であると仮定する。
The method of the present invention is based on the following four assumptions regarding microtremor. (1) Since the type and size ratio of the source of vibration energy from the outside that constantly causes microtremor can be estimated from the characteristics and environment of the structure, the observation time zone can be changed according to the environmental conditions. If you select it and select the analysis time band and analysis frequency band according to the characteristics of the structure, one type of vibration energy is predominant, and the observation time that can be considered to be incident from a certain boundary surface. You can get a history. (2) Microtremor has an amplitude of 1 to
Since it is as small as about 10 microns, it is possible to describe the response of a structure by the theory of micro-deformation elastic vibration and linear systems, regardless of the structure.
(3) From the characteristics and environment of the structure, it is possible to predict in advance the surface on which a sudden external force such as an earthquake or storm will enter, and from this surface, the energy of a small external force of the same kind as the sudden external force can be constantly predicted. It is incident. (4) There is an observation time zone in which the power spectrum of the minute movement displacement time history of the reference point or the reference surface generated by the minute constant external force corresponding to the sudden external force is similar to each other. Therefore, by selecting the observation time zone or the like from the above, it is possible to perform fine movement observation in which a minute external force corresponding to the sudden external force is predominant. Further, in the method of the present invention, the response of a structure to seismic motion is simply calculated by using the following assumption that is usually made in designing a structure. That is, (1) each component of the response of the structure is independent of each other.
(2) A structure exhibits non-linearity with respect to a large external force such as a large earthquake, but it is called the constant energy law from the response calculated assuming that the structure behaves linearly for the maximum response at this time. It can be calculated using assumptions. (3) The displacement of the structure, which is always caused by the slight movement, is minute. Furthermore, in this method, (4) the microtremor spectrum observed at the layer boundary near the ground of the structure will be observed when the ground and the structure behave linearly in a large earthquake. Is assumed to be similar to.

【0041】[0041]

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を詳細に説明する。まず、診断システム1に
ついて説明する。図1は診断システム1の構成図であ
る。図1に示すように、診断システム1は、受振器5、
測定器7、コンピュータ9などで構成される。受振器5
−1、受振器5−2、受振器5−3は構造物21の微動
観測を行う各層境界面3−1、層境界面3−2、層境界
面3−3に配置される。受振器5−1、受振器5−2、
受振器5−3と測定器7はケーブル11で、測定器7と
コンピュータ9は、ケーブル13で接続される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. First, the diagnostic system 1 will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of the diagnostic system 1. As shown in FIG. 1, the diagnostic system 1 includes a geophone 5,
It is composed of a measuring instrument 7, a computer 9, and the like. Geophone 5
-1, the geophone 5-2, and the geophone 5-3 are arranged on each layer boundary surface 3-1, the layer boundary surface 3-2, and the layer boundary surface 3-3 for observing the fine movement of the structure 21. Geophone 5-1, geophone 5-2,
The geophone 5-3 and the measuring instrument 7 are connected by a cable 11, and the measuring instrument 7 and the computer 9 are connected by a cable 13.

【0042】受振器5−1、受振器5−2、受振器5−
3はその点の絶対速度、変位を測定する。受振器5−
1、受振器5−2、受振器5−3としては、例えばGE
O−SPACE社製のMPU3−4などを用い、測定器
7としては、AD変換機とアンプを用いる。受振器5と
測定器7は同一ケースに収めることも可能であるが、こ
の場合には、測定器7の振動やノイズが受振器5に感知
されないようにする。
Geophone 5-1, Geophone 5-2, Geophone 5-
3 measures the absolute velocity and displacement at that point. Geophone 5-
1, the geophone 5-2 and the geophone 5-3 are, for example, GE
An O / SPACE MPU3-4 or the like is used, and an AD converter and an amplifier are used as the measuring device 7. The geophone 5 and the measuring instrument 7 can be housed in the same case, but in this case, the vibration and noise of the instrument 7 should not be detected by the geophone 5.

【0043】図2は診断システム1で収集したデータの
変換のフローチャートである。図2に示すように、診断
システム1では、受振器5を使用して、微動すなわち層
境界面3の振動を測定し(ステップ201)、受振器5
で収集した変位、速度波形などのアナログデータを得る
(ステップ202)。このアナログデータをケーブル1
1を介して測定器7へ送信し、デジタル変換し、(ステ
ップ203)、デジタルデータを得る(ステップ20
4)。このデジタルデータをケーブル13を介してコン
ピュータ9に送信し、層間変位73や回転角83等を計
算する(ステップ205)。
FIG. 2 is a flowchart of conversion of data collected by the diagnostic system 1. As shown in FIG. 2, in the diagnostic system 1, the geophone 5 is used to measure the micromotion, that is, the vibration of the layer boundary surface 3 (step 201).
The analog data such as the displacement and the velocity waveform collected in step 3 are obtained (step 202). This analog data is cable 1
1 to the measuring instrument 7 for digital conversion (step 203) to obtain digital data (step 20).
4). This digital data is transmitted to the computer 9 via the cable 13 to calculate the interlayer displacement 73, the rotation angle 83, etc. (step 205).

【0044】ステップ205のコンピュータ9内のデー
タ処理では、繰り返し計算や収束計算等の複雑な数値演
算は必要としない。ソフトウェアとして通常の表計算ソ
フト(マイクロソフト社製のエクセル(商標名)など)
の組み込み関数を用いたり、C等のプログラミング言語
で簡単なプログラムを作って演算を行う。
The data processing in the computer 9 in step 205 does not require complicated numerical operation such as repetitive calculation and convergence calculation. Ordinary spreadsheet software as software (such as Microsoft Excel (trademark))
Use the built-in functions of, or create a simple program in a programming language such as C to perform calculations.

【0045】このように、診断システム1を用いること
により、構造物21の微動データの計測から、数値指標
の算出まで短時間に低コストで実施することが出来る。
なお、ケーブル11およびケーブル13は、ワイヤレス
の通信手段とすることもできる。例えば、モデム等を介
してインターネット接続する。または、フロッピー等に
よってデータを運搬する方法でも良い。
As described above, by using the diagnostic system 1, it is possible to carry out from the measurement of the fine movement data of the structure 21 to the calculation of the numerical index in a short time and at low cost.
The cable 11 and the cable 13 may be wireless communication means. For example, the Internet is connected via a modem or the like. Alternatively, a method of carrying data by a floppy disk or the like may be used.

【0046】また、測定器7ならびにコンピュータ9の
設置位置は、建物内に限らず、同一のケースに収めてお
いても、互いに遠隔地にあっても良い。前者の場合に
は、計測場所で直ちに結果を得られる。後者の場合に
は、多数の建物のデータを同時に処理できる。後者の場
合でも、計算結果を計測器の表示装置に送信して表示す
れば、計測地点で直ちに結果を得られる。このように、
即時的に観測結果を評価できるので、受振器5の移動に
よる観測点の変更、観測時間帯の変更等が可能になる。
Further, the measuring device 7 and the computer 9 are not limited to being installed in the building, but may be housed in the same case or may be remote from each other. In the former case, the result can be obtained immediately at the measurement location. In the latter case, data for multiple buildings can be processed simultaneously. Even in the latter case, if the calculation result is transmitted to the display device of the measuring instrument and displayed, the result can be immediately obtained at the measurement point. in this way,
Since the observation result can be evaluated immediately, the observation point can be changed and the observation time zone can be changed by moving the geophone 5.

【0047】次に、図3に示す診断方法のフローチャー
トに沿って、図5および図6に示す構造物21を例とし
て診断方法を説明する。まず、構造物21の事前調査を
行い、受振器5の設置位置、基準面25を決定する(ス
テップ303)。図4は評価対象となる振動および構造
物21の概略図である。一般に、図4に示すように、基
準面25は、微動29または地震動31が入力する地表
面23に近い層27−4の層境界面とする。また、構造
物21の変形を記述する層27を選出し、隣り合う層2
7の層境界面3上に受振器5の設置位置を決定する。
Next, the diagnostic method will be described with reference to the flowchart of the diagnostic method shown in FIG. 3 by taking the structure 21 shown in FIGS. 5 and 6 as an example. First, the structure 21 is preliminarily investigated to determine the installation position of the geophone 5 and the reference plane 25 (step 303). FIG. 4 is a schematic diagram of the vibration and structure 21 to be evaluated. Generally, as shown in FIG. 4, the reference surface 25 is a layer boundary surface of the layer 27-4 near the ground surface 23 input by the microtremor 29 or the earthquake motion 31. In addition, the layer 27 that describes the deformation of the structure 21 is selected, and the adjacent layer 2 is selected.
The installation position of the geophone 5 is determined on the layer boundary surface 3 of 7.

【0048】診断例では、図5および図6に示す位置に
受振器5を設置する。図5および図6は診断例での受振
器5の設置位置である。受振器5は、中間階の層境界面
3−2から層境界面3−5と基準面25では、中央付近
に設置してある。また、屋上階(RF)の層境界面3−
1では、対角線上に3つの受振器5−1−1、受振器5
−1−2、受振器5−1−3を設置することにより、こ
の層の回転成分を計測する。ここでは、層境界面3−1
で構造物21全体のねじれ、回転の有無を計測したが、
必要に応じて中間階の層境界面3でも同様の計測を行
う。
In the diagnostic example, the geophone 5 is installed at the position shown in FIGS. 5 and 6 are installation positions of the geophone 5 in the diagnosis example. The geophone 5 is installed near the center between the layer boundary surface 3-2 on the intermediate floor, the layer boundary surface 3-5, and the reference surface 25. In addition, the layer boundary surface 3- of the rooftop floor (RF)
1, the three geophones 5-1-1 and 5 are diagonally arranged.
-1-2 and the geophone 5-1-3 are installed, and the rotation component of this layer is measured. Here, the layer boundary surface 3-1
Then, the presence or absence of twist and rotation of the entire structure 21 was measured,
If necessary, the same measurement is performed on the layer boundary surface 3 on the intermediate floor.

【0049】受振器5により層境界面3の変位と基準面
25の変位を測定する(ステップ304)。図7は、構
造物21の変位を示す図である。図7の構造物21は変
形前の状態、構造物21aは変形後の状態を示す。微動
29により、基準面25が基準面25aの位置に変形し
た場合、原点33−1から原点33−1aまでの変位が
基準面25の層変位71−1である。同様に、原点33
−3から原点33−3aまでの変位が層境界面3−1の
層変位71−3である。基準面25と各層境界面3の層
変位71をそれぞれ求め、その時刻変化を層変位71の
時刻歴とする。なお、それぞれの原点33の速度時刻歴
から、基準面25と各層境界面3の層変位71の時刻歴
を算出してもよい。
The displacement of the layer boundary surface 3 and the displacement of the reference surface 25 are measured by the geophone 5 (step 304). FIG. 7 is a diagram showing the displacement of the structure 21. The structure 21 of FIG. 7 shows a state before deformation, and the structure 21a shows a state after deformation. When the reference plane 25 is deformed to the position of the reference plane 25a by the fine movement 29, the displacement from the origin 33-1 to the origin 33-1a is the layer displacement 71-1 of the reference plane 25. Similarly, the origin 33
The displacement from -3 to the origin 33-3a is the layer displacement 71-3 of the layer boundary surface 3-1. The layer displacement 71 of the reference surface 25 and each layer boundary surface 3 is obtained, and the time change thereof is used as the time history of the layer displacement 71. The time history of the layer displacement 71 of the reference surface 25 and each layer boundary surface 3 may be calculated from the velocity time history of each origin 33.

【0050】次に、層間変位73の時刻歴及び回転角8
3の時刻歴を算出する(ステップ305)。層間変位7
3は、層境界面3の相対変位である。通常は、層境界面
3は、変形しないものと仮定し、構造物21の変形は層
27内部で起こり、層間変位73によって記述できると
考える。層間変位73は、隣り合う層境界面3の層変位
71のベクトルの差として求める。例えば、図7の層変
位71−1と層変位71−2の時刻歴のベクトルの差か
ら層間変位73の時刻歴のベクトルを求めると、
Next, the time history of the interlayer displacement 73 and the rotation angle 8
The time history of 3 is calculated (step 305). Layer displacement 7
3 is a relative displacement of the layer boundary surface 3. Normally, it is assumed that the layer boundary surface 3 is not deformed, and it is considered that the deformation of the structure 21 occurs inside the layer 27 and can be described by the interlayer displacement 73. The interlayer displacement 73 is obtained as the difference between the vectors of the layer displacement 71 of the adjacent layer boundary surfaces 3. For example, when the vector of the time history of the layer displacement 73 is obtained from the difference between the time history vectors of the layer displacement 71-1 and the layer displacement 71-2 of FIG.

【0051】[0051]

【数1】 [Equation 1]

【0052】となる。層間変位73の時刻歴のベクトル
はx、y、zの各座標軸に従って3つの成分を持つ。例
えば、層変位71−1の時刻歴のy成分をy1(t)、
層変位71−2の時刻歴のy成分をy2(t)とする
と、層間変位73の時刻歴のy成分は、 となる。同様にして、各層境界面3間の層間変位73の
時刻歴を算出する。
It becomes The time history vector of the interlayer displacement 73 has three components along the x, y, and z coordinate axes. For example, the y component of the time history of the layer displacement 71-1 is y1 (t),
When the y component of the time history of the layer displacement 71-2 is y2 (t), the y component of the time history of the layer displacement 73 is Becomes Similarly, the time history of the interlayer displacement 73 between the layer boundary surfaces 3 is calculated.

【0053】図8は構造物21の回転変位を示す図であ
る。図8に示すように、基準面25や層境界面3の変位
には、X軸41方向の水平成分、Y軸43方向の水平成
分、Z軸45方向の鉛直成分の他に、同3方向廻りの回
転成分がある。ある層境界面3内の埋め込み座標の慣性
系座標に対する回転角83の時刻歴をθ0(t)、同じ
層境界面3内の埋めこみ座標の原点33の層変位71の
時刻歴をd0(t)、任意の点の層変位71の時刻歴を
da(t)、任意の点の埋めこみ座標値をraとする
と、次のような関係が成立する。ただし、演算記号×は
ベクトル積を表す。
FIG. 8 is a diagram showing the rotational displacement of the structure 21. As shown in FIG. 8, in addition to the horizontal component in the X-axis 41 direction, the horizontal component in the Y-axis 43 direction, and the vertical component in the Z-axis 45 direction, the displacements of the reference plane 25 and the layer boundary plane 3 are also in the same three directions. There is a rotating component around. The time history of the rotation angle 83 with respect to the inertial coordinate of the embedding coordinates in a certain layer boundary surface 3 is θ0 (t), and the time history of the layer displacement 71 of the origin 33 of the embedding coordinates in the same layer boundary surface 3 is d0 (t). , Where da (t) is the time history of the layer displacement 71 at an arbitrary point, and ra is the embedded coordinate value at an arbitrary point, the following relationship is established. However, the operation symbol x represents a vector product.

【0054】[0054]

【数2】 [Equation 2]

【0055】通常は、層境界面3は平面であり、この面
内にX軸41、Y軸43を埋め込むので、例えば、図6
に示す層境界面3−1では、受振器5−1−3、受振器
5−1−1、受振器5−1−2を設置した3点の埋めこ
み座標であるA(Xa,Ya,0)、B(Xb,Yb,
0)、C(Xc,Yc,0)と、式(2)の関係とか
ら、層境界面3−1の埋め込み座標の原点33の層変位
71の時刻歴d0(t)、回転角83の時刻歴θ0
(t)のX、Y、Z成分を算出する。それぞれの成分
は、次のように表せる。
Normally, the layer boundary surface 3 is a flat surface, and the X axis 41 and the Y axis 43 are embedded in this surface.
In the layer boundary surface 3-1 shown in FIG. 3, A (Xa, Ya, 0) which is the embedded coordinates of three points where the geophone 5-1-3, the geophone 5-1-1, and the geophone 5-1-2 are installed. ), B (Xb, Yb,
0), C (Xc, Yc, 0) and the relationship of Expression (2), the time history d0 (t) of the layer displacement 71 of the origin 33 of the embedded coordinates of the layer boundary surface 3-1 and the rotation angle 83 Time history θ0
The X, Y, and Z components of (t) are calculated. Each component can be represented as follows.

【0056】[0056]

【数3】 [Equation 3]

【0057】[0057]

【数4】 [Equation 4]

【0058】[0058]

【数5】 [Equation 5]

【0059】[0059]

【数6】 [Equation 6]

【0060】[0060]

【数7】 [Equation 7]

【0061】[0061]

【数8】 [Equation 8]

【0062】次に、エネルギ伝達率(RMS比)75
(変位)、エネルギ伝達率(RMS比)85(回転角)
を算出する(ステップ306)。一般に、時刻歴a
(t)の二乗平均値σaは、式(10)で表される。
Next, the energy transfer rate (RMS ratio) 75
(Displacement), energy transfer rate (RMS ratio) 85 (rotation angle)
Is calculated (step 306). Generally, time history a
The root-mean-square value (sigma) a of (t) is represented by Formula (10).

【0063】[0063]

【数9】 [Equation 9]

【0064】微動29による第i層と第j層の層間変位
73のx成分の二乗平均値をσdijx、基準面25の
層変位71のx成分の二乗平均値をσbxとすると、第
i層と第j層の層間変位73のx成分の、基準面25の
層変位71に対するエネルギ伝達率(RMS比)75
(hdijx)は、 で算出される。y成分に関しても同様である。
If the root mean square value of the x component of the interlayer displacement 73 between the i-th layer and the j-th layer due to the slight movement 29 is σdijx and the root mean square value of the x component of the layer displacement 71 of the reference surface 25 is σbx, then the i-th layer is obtained. Energy transfer rate (RMS ratio) 75 of the x component of the interlayer displacement 73 of the j-th layer to the layer displacement 71 of the reference surface 25
(Hdijx) is It is calculated by. The same applies to the y component.

【0065】図10は診断例での並進変位の実測・計算
結果を示す図である。診断例では、並進変位の層間変位
73の二乗平均値、エネルギ伝達率(RMS比)75の
算出結果は、図10に示す値となる。
FIG. 10 is a diagram showing the actual measurement / calculation results of the translational displacement in the diagnosis example. In the diagnostic example, the root mean square value of the interlayer displacement 73 of the translational displacement and the calculation result of the energy transfer rate (RMS ratio) 75 are the values shown in FIG. 10.

【0066】また、微動29による第i層のx軸41回
りの回転角83の二乗平均値をσθix、基準面25の
層変位71の水平2成分の二乗平均値をσbxy(ただ
し、σbxy=(σbx2+σby2)1/2)とする
と、第i層のx軸41回りの回転角83の、基準面25
の層変位71に対するエネルギ伝達率(RMS比)85
hθixは、 で算出される。y軸周り、z軸周りについても同様であ
る。
Further, the root mean square value of the rotation angle 83 around the x axis 41 of the i-th layer due to the slight movement 29 is σθix, and the root mean square value of the horizontal two components of the layer displacement 71 of the reference surface 25 is σbxy (where σbxy = ( .sigma.bx2 + .sigma.by2) 1/2), the reference plane 25 with the rotation angle 83 of the i-th layer about the x-axis 41 is rotated.
Energy transfer rate (RMS ratio) 85 for layer displacement 71 of
hθix is It is calculated by. The same applies to the y-axis and z-axis.

【0067】図11は診断例での回転変位の実測・計算
結果を示す図である。診断例では、回転変位の回転角8
3の二乗平均値、エネルギ伝達率(RMS比)85の算
出結果は、図11に示す値となる。
FIG. 11 is a diagram showing the actual measurement / calculation results of the rotational displacement in the diagnosis example. In the diagnostic example, the rotation angle of rotation displacement is 8
Calculation results of the root mean square value of 3 and the energy transfer rate (RMS ratio) 85 are values shown in FIG. 11.

【0068】ステップ303からステップ306と並行
して、地震動31の大きさを決定し(ステップ30
1)、地震動31の作用による基準面25の変位を算出
する(ステップ302)。図9は診断例での危険度の評
価対象となる地震動31のデータを示す図である。ここ
では、構造物21の近辺での兵庫県南部地震による地震
動31のデータを仮に使用する。ステップ301では、
図9に示すように、危険度判定の対象となる地震動31
の、構造物21の近辺での最大加速度51、最大速度5
3、中心周期55を決定する。ステップ302では、こ
れらのデータから基準面25の最大変位57を算出す
る。
In parallel with steps 303 to 306, the magnitude of the earthquake motion 31 is determined (step 30
1) The displacement of the reference plane 25 due to the action of the earthquake motion 31 is calculated (step 302). FIG. 9 is a diagram showing data of the seismic motion 31 which is a risk evaluation target in the diagnosis example. Here, the data of the ground motion 31 due to the Hyogoken Nanbu Earthquake near the structure 21 is temporarily used. In step 301,
As shown in FIG. 9, the earthquake motion 31 that is the target of the risk determination
Of maximum acceleration 51 and maximum velocity 5 near the structure 21
3. Determine the center period 55. In step 302, the maximum displacement 57 of the reference plane 25 is calculated from these data.

【0069】次に、地震動31による地震時推定変位
(最大値)81、87を算出する(ステップ307)。
即ち、図9に示す評価の対象とする地震動31による基
準面25の最大変位57と、図10および図11にそれ
ぞれ示す微動観測結果63、微動観測結果84を用い
て、地震時推定変位(最大値)81および地震時推定変
位(最大値)87を算出する。
Next, estimated displacements (maximum values) 81, 87 due to the earthquake motion 31 are calculated (step 307).
That is, by using the maximum displacement 57 of the reference surface 25 due to the earthquake motion 31 to be evaluated shown in FIG. 9 and the microtremor observation result 63 and the microtremor observation result 84 shown in FIGS. (Value) 81 and estimated displacement (maximum value) 87 during an earthquake are calculated.

【0070】一般に、定常な不規則入力を受ける線形シ
ステムの入力をx(t)、出力をy(t)とすると、出
力の二乗平均値σyと入力のパワースペクトル密度関数
Sx(ω)の間には次のような関係がある。
Generally, when the input of a linear system receiving a stationary irregular input is x (t) and the output is y (t), the mean square value σy of the output and the power spectral density function Sx (ω) of the input are given. Have the following relationships.

【0071】[0071]

【数10】 [Equation 10]

【0072】H(ω)は、伝達関数と呼ばれている。定
常過程では、二乗平均値(平均パワーの平方根)と、あ
る継続時間の間に観測される最大値の期待値の間には次
の関係がある。
H (ω) is called a transfer function. In the stationary process, there is the following relationship between the root mean square value (square root of the average power) and the expected value of the maximum value observed during a certain duration.

【0073】[0073]

【数11】 [Equation 11]

【0074】γは、ピーク係数と呼ばれる係数で定常過
程y(t)の継続時間S0と分布関数の関数である。定
常ガウス過程では、次のようになる。T0は、定常過程
の中心周期である。
Γ is a coefficient called a peak coefficient, which is a function of the duration S0 of the steady process y (t) and the distribution function. For a stationary Gaussian process, T0 is the central period of the stationary process.

【0075】[0075]

【数12】 [Equation 12]

【0076】[0076]

【数13】 [Equation 13]

【0077】一般に、構造物21を破壊するような地震
力31等の突発的な外力は、有限な継続時間と非定常な
スペクトルを持っている。パワースペクトル密度関数を
計算するときに式(14)から(16)までを用いて、
等価な継続時間S0を求め、これを用いて定常ガウス過
程を対応させることが出来るという研究成果がある。即
ち、パワースペクトル密度関数を計算するときに、次の
ように計算する。 ただし、X(ω)は、x(t)のフーリエ変換である。即
ち、
In general, a sudden external force such as the seismic force 31 that destroys the structure 21 has a finite duration and an unsteady spectrum. Using equations (14) through (16) when calculating the power spectral density function,
There is a research result that the equivalent Gaussian process can be corresponded by obtaining the equivalent duration S0. That is, when calculating the power spectral density function, the calculation is performed as follows. However, X (ω) is the Fourier transform of x (t). That is,

【0078】[0078]

【数14】 [Equation 14]

【0079】また、伝達関数は、入力と出力のフーリエ
変換の商として、次のように計算される。 ただし、出力のフーリエ変換も出力の時刻歴y(t)か
ら、式(18)の要領で計算される。
The transfer function is calculated as the quotient of the Fourier transforms of the input and output as follows. However, the Fourier transform of the output is also calculated from the time history y (t) of the output according to the formula (18).

【0080】ステップ307では、簡便な方法として、
構造物21の地盤23に近い基準面25で観測される微
動29のスペクトルは、大地震で地盤23や構造物21
が線形に振舞うとした場合に観測されるであろうスペク
トルと相似形であると仮定する。すると、基準面25の
地震動31による入力xg(t)のパワースペクトル密
度関数Sxg(ω)と微動29xb(t)のパワースペ
クトル密度関数Sxb(ω)の間には、 Sxg(ω)=c2Sxb(ω) ……(20) の関係が成立する。
In step 307, as a simple method,
The spectrum of the tremor 29 observed on the reference plane 25 near the ground 23 of the structure 21 shows that the ground 23 and the structure 21 are damaged by the large earthquake.
Is assumed to be similar to the spectrum that would be observed if it behaved linearly. Then, between the power spectral density function Sxg (ω) of the input xg (t) and the power spectral density function Sxb (ω) of the micromotion 29xb (t) due to the seismic motion 31 of the reference plane 25, Sxg (ω) = c2Sxb ( ω) ... (20) is established.

【0081】この仮定を式(13)に用いると、地震動
31による層間変位の二乗平均値σdgと微動29によ
る層間変位73の二乗平均値σdbも相似となる。 従って、地震動31による基準面25の層変位の二乗平
均値σgと層間変位の二乗平均値σdgの間には、次の
関係がある。
When this assumption is applied to the equation (13), the root mean square value σdg of the interlayer displacement due to the earthquake motion 31 and the root mean square value σdb of the interlayer displacement 73 due to the microtremor 29 are also similar. Therefore, the following relationship exists between the root mean square value σg of the layer displacement of the reference surface 25 and the root mean square value σdg of the layer displacement due to the earthquake motion 31.

【0082】また、最大値の間にも、ピークファクター
を介して上記の式と同様の関係がある。即ち、受振器5
によって直接計測した、微動29による層間変位73の
時刻歴ならびに基準面25の層変位71の時刻歴から計
算したエネルギ伝達率(RMS比)75(h)と、地震
動31による基準面25の変位の二乗平均値σgから、
地震動31による層間変位の二乗平均値σdgならびに
最大値γσdgを予測することができる。
Also, between the maximum values, there is a relation similar to the above equation via the peak factor. That is, the geophone 5
Of the energy transfer rate (RMS ratio) 75 (h) calculated from the time history of the layer displacement 73 due to the microtremor 29 and the time history of the layer displacement 71 of the reference surface 25, and the displacement of the reference surface 25 due to the earthquake motion 31. From the root mean square value σg,
It is possible to predict the root mean square value σdg and the maximum value γσdg of the interlayer displacement due to the earthquake motion 31.

【0083】このことから、対象とする地震動31によ
る基準面25のx成分の最大変位57をbxmaxとす
ると、地震動31によって生ずる第i層と第j層の層間
変位のx成分の最大値dijxmaxは、エネルギ伝達
率(RMS比)75hdijxを用いて、 で算出される。y成分に関しても同様である。
From this, assuming that the maximum displacement 57 of the x component of the reference surface 25 due to the target earthquake motion 31 is bxmax, the maximum value dijxmax of the x component of the interlayer displacement of the i-th layer and the j-th layer caused by the earthquake motion 31 is , Using the energy transfer rate (RMS ratio) 75hdijx, It is calculated by. The same applies to the y component.

【0084】同様に、対象とする地震動31による基準
面25のx成分の最大変位57をbxmax、y成分の
最大変位57をbymaxとすると、地震動31によっ
て生ずる第i層の回転角89のx成分の最大値θixm
axは、エネルギ伝達率(RMS比)85hθixを用
いて、 で算出される(ただし、bmax=(bxmax2+b
ymax2)1/2)。y軸周り、z軸周りに関しても
同様に算出する。
Similarly, assuming that the maximum displacement 57 of the x component of the reference surface 25 due to the target earthquake motion 31 is bxmax and the maximum displacement 57 of the y component is bymax, the x component of the rotation angle 89 of the i-th layer caused by the earthquake motion 31. Maximum value of θixm
ax is an energy transfer rate (RMS ratio) of 85hθix, Is calculated as follows (however, bmax = (bxmax2 + b
ymax2) 1/2). Similar calculations are performed for the y-axis and z-axis.

【0085】式(23)で用いられているf67、式
(24)で用いられているf(図示せず)は、応答の非
線形性を考慮した係数である。f67は、降伏点変位d
yと構造が非線形性を呈しないで線型システムとして挙
動したとして計算された変位、即ち、hdijxbxm
ax(図10の等価弾性変位65)を用いて、次のよう
に表される。 f=1/2(η+1/η)、(ただし、η=hdijx
bxmax/dyで、η>1のときのみ用いる)
……(25) y成分に関しても同様である。
F67 used in the equation (23) and f (not shown) used in the equation (24) are coefficients considering the nonlinearity of the response. f67 is the yield point displacement d
Displacement calculated as if y and the structure behaved as a linear system without exhibiting nonlinearity, that is, hdijxbxm
It is expressed as follows using ax (equivalent elastic displacement 65 in FIG. 10). f = 1/2 (η + 1 / η), where η = hdijx
bxmax / dy, used only when η> 1)
(25) The same applies to the y component.

【0086】降伏点変位dyは、通常、建物の場合に
は、層間変形角(層間変位を階高で除した値)にして、
200分の1から、100分の1であると考えられてい
る。式(24)で用いられているfも、f67と同様の
考え方で算出されるが、回転角に関しては具体的な研究
成果は現在のところは無いので、本方法ではf=1とし
ている。
In the case of a building, the yield point displacement dy is usually defined as the interlayer deformation angle (value obtained by dividing the interlayer displacement by the floor height),
It is considered to be 1/200 to 1/100. F used in the equation (24) is also calculated in the same way as f67, but there is no concrete research result on the rotation angle at present, so f is set to 1 in this method.

【0087】上記の方法では、システムは線形であり、
変位成分は互いに独立で、入力は定常であると仮定して
いる。通常の構造物21の微動29に関しては、この仮
定は概ね現実にも当てはまる。構造物21が破壊するよ
うな大きな外力、例えば地震力31の作用を受けた場合
には、殆どの構造物21が著しい非線形性を呈する。ま
た、外力自体も、有限な継続時間を持ち著しい否定常性
をもつ。この問題に関して、構造力学と構造設計理論で
は、線形システムの定常過程に対する応答を基本に、非
線形、非定常効果を係数fによって考慮するという立場
をとっている。
In the above method, the system is linear and
The displacement components are independent of each other and the input is assumed to be stationary. With respect to the fine movements 29 of the ordinary structure 21, this assumption generally holds true. When subjected to a large external force such as the seismic force 31, which destroys the structures 21, most of the structures 21 exhibit remarkable nonlinearity. In addition, the external force itself has a finite duration and has remarkable non-stationarity. With respect to this problem, structural mechanics and structural design theory take the position of considering nonlinear and non-stationary effects by a coefficient f, based on the response of a linear system to a stationary process.

【0088】本発明の方法は、この立場に添うものであ
り、通常用いられている上記非線形効果を表す係数fを
そのまま用いることが出来る。しかしながら、構造設計
基準で振動の各成分の連成や、非線形性を計算すること
が要求されている構造物に対しては、本発明の方法を適
用する場合に、ステップ307の説明の前半で述べた一
般的な方法や、3次元的な解析を行うことを考慮する必
要がある。
The method of the present invention follows this standpoint, and the commonly used coefficient f representing the above-mentioned nonlinear effect can be used as it is. However, in the first half of the explanation of step 307, when the method of the present invention is applied to a structure for which coupling of each component of vibration or calculation of nonlinearity is required by the structural design standard. It is necessary to consider performing the general method described above and performing three-dimensional analysis.

【0089】式(23)、式(24)の計算について診
断例を用いて具体的に述べると、例えば、図10におい
て、図9で示す最大変位57を仮に4cmとした場合、
最大変位57とエネルギ伝達率(RMS比)75を乗算
すると等価弾性変位65となる。そして、等価弾性変位
65にf67を掛けると弾塑性変位69dijmaxが
得られ、更に弾塑性変位69を層27の厚さで割ると層
間変形角82が得られる。また、図11において、図9
で示す最大変位57の水平2成分(x成分とy成分)の
二乗平均値とエネルギ伝達率(RMS比)85を乗算す
ると回転角89θimaxが得られる。
The calculation of equations (23) and (24) will be specifically described using a diagnostic example. For example, in FIG. 10, assuming that the maximum displacement 57 shown in FIG. 9 is 4 cm,
Multiplying the maximum displacement 57 by the energy transfer rate (RMS ratio) 75 gives an equivalent elastic displacement 65. Then, when the equivalent elastic displacement 65 is multiplied by f67, the elasto-plastic displacement 69 djmax is obtained, and when the elasto-plastic displacement 69 is further divided by the thickness of the layer 27, the interlayer deformation angle 82 is obtained. In addition, in FIG.
By multiplying the root mean square value of the two horizontal components (x component and y component) of the maximum displacement 57 and the energy transfer rate (RMS ratio) 85, the rotation angle 89θimax is obtained.

【0090】ステップ303からステップ307と並行
して、構造物21の危険度判定を行う上で重要な層、変
位成分、判定基準変位量を決定し(ステップ308)、
基準変形量(層間変位角、回転角)を算出する(ステッ
プ309)。即ち、構造物21の設計条件や、同種の構
造物の被災事例、実験データなどを収集し、ステップ3
01からステップ307の手順で算出した層間変形角8
2や回転角89などのデータに対する判定基準値を、そ
れらのデータを用いて決定する。
In parallel with steps 303 to 307, the layers, the displacement components, and the determination reference displacement amount which are important for determining the risk of the structure 21 are determined (step 308).
The reference deformation amount (interlayer displacement angle, rotation angle) is calculated (step 309). That is, the design conditions of the structure 21, the damage cases of the same kind of structure, the experimental data, etc. are collected, and step 3
Interlayer deformation angle 8 calculated in the procedure from 01 to step 307
The determination reference values for the data such as 2 and the rotation angle 89 are determined using those data.

【0091】次に、危険度を判定する(ステップ31
0)。即ち、図10および図11に示す地震時推定変位
(最大値)81、地震時推定変位(最大値)87と、ス
テップ309で決定した判定基準値を比較し、構造物2
1の地震動31による危険度を判定する。図10に示す
層間変形角82は、弾塑性変位69を層27の厚さで除
した値であり、層27を構成する構造要素(部材)の力
学的な性状、破壊に対する安全性などに関する多くの研
究成果は、弾塑性変位69または、層間変形角82を指
標として整理される。
Next, the degree of risk is judged (step 31).
0). That is, the estimated displacement during earthquake (maximum value) 81 and the estimated displacement during earthquake (maximum value) 87 shown in FIGS. 10 and 11 are compared with the determination reference value determined in step 309, and the structure 2
The degree of danger due to the earthquake motion 31 of 1 is determined. The inter-layer deformation angle 82 shown in FIG. 10 is a value obtained by dividing the elasto-plastic displacement 69 by the thickness of the layer 27, and is related to mechanical properties of structural elements (members) forming the layer 27, safety against fracture, etc. The research results of (1) are organized using the elasto-plastic displacement 69 or the interlayer deformation angle 82 as an index.

【0092】地震時の層間変形角82は、1%を超える
と層27の崩壊が生じる危険性が高いと考えられてい
る。図10に示すように、診断例では、地震動31によ
り生じると推定される層間変形角82が1%を超えるの
は、下線を付したX方向2階から4階までと、Y方向の全
ての階であり、本診断方法で崩壊の危険性があると判定
される。尚、2階X方向の層間変形角82は、0.99
%であり、1%をごく僅かしか下回っていないので、危
険と判定した。
When the inter-story deformation angle 82 during an earthquake exceeds 1%, it is considered that there is a high risk of collapse of the layer 27. As shown in FIG. 10, in the diagnosis example, the inter-story deformation angle 82 estimated to be caused by the earthquake motion 31 exceeds 1% in all of the second to fourth floors in the X direction underlined and in the Y direction. It is a floor and is judged to be at risk of collapse by this diagnostic method. The interlayer deformation angle 82 in the X direction on the second floor is 0.99.
%, Which was less than 1%, and was judged to be dangerous.

【0093】図11に示すように、診断例での、回転変
位の地震時推定変位(最大値)87は、Y軸43、Z軸
45周りに関しては、1%程度であるので、構造物21
の基礎形式がべた基礎であることを考慮すると直ちに危
険であるとは言いがたい。X軸41周りには、3%の回
転が予測されている。この値は大きく、若干の塑性変形
(傾き)が残ると予測されるが、転倒の危険があるとは
言いがたい。
As shown in FIG. 11, the estimated earthquake displacement (maximum value) 87 of the rotational displacement in the diagnosis example is about 1% around the Y-axis 43 and the Z-axis 45.
It is hard to say immediately that it is dangerous considering that the basic form of is a solid foundation. A rotation of 3% is predicted around the X axis 41. This value is large, and some plastic deformation (slope) is expected to remain, but it is hard to say that there is a risk of falling.

【0094】本方法と、既存の方法との整合性を確認す
るため、図10に日本建築防災協会の指針に従って計算
した耐震指標Is77、強度指標CT・SD79の値を
示す。建築防災協会指針では、耐震性指標Is77が
0.6を下回る場合、また、強度指標CT・SD79が
0.3を下回る場合、大地震でその層が崩壊する危険性
があると判定する。耐震指標Is77による判定、本方
法の層間変形角82による判定ともに、崩壊の危険性が
あるのは、X方向では2階から4階まで、Y方向では、
BF階の耐震指標Is77の0.61は基準値の0.6
0を極僅かしか上回っていないので危険性があると考え
ると、4階を除く全ての階であると判定される。
In order to confirm the consistency between this method and the existing method, FIG. 10 shows the values of the seismic index Is77 and the strength index CT / SD79 calculated according to the guidelines of the Japan Building Disaster Prevention Association. According to the Building Disaster Prevention Association guidelines, when the seismic resistance index Is77 is less than 0.6 and the strength index CT / SD79 is less than 0.3, it is determined that the layer is in danger of collapsing due to a large earthquake. There is a risk of collapse in both the judgment by the seismic index Is77 and the judgment by the inter-story deformation angle 82 of this method that there is a risk of collapse from the second floor to the fourth floor in the X direction and in the Y direction.
The earthquake resistance index Is77 of BF 0.61 is 0.61 which is the standard value.
Since it exceeds 0 very little, it is judged to be all the floors except the 4th floor when it is considered dangerous.

【0095】4階のY方向に関しては、本方法では危
険、耐震性指標Is77では安全と判定が分かれている
が、その他の全ての階と方向で両方法の判定は整合性が
ある。耐震性指標Is77の判定基準値は、地震動のエ
ネルギが大きくなるほど大きくなる。これを仮に現行の
0.6から0.78に上げて考えれば、両方法の判定結
果を完全に一致させることができる。これは、ここに例
示した実際の地震動31は、日本建築防災協会の指針作
成時点で用いられた過去の被災事例の地震動より大きか
ったとされている事実と整合する。
Regarding the Y direction of the fourth floor, it is judged that this method is dangerous and the earthquake resistance index Is77 determines that it is safe, but the judgments of both methods are consistent for all other floors and directions. The determination reference value of the earthquake resistance index Is77 increases as the energy of earthquake motion increases. If this is considered to be increased from the current 0.6 to 0.78, the determination results of both methods can be completely matched. This is consistent with the fact that the actual earthquake ground motion 31 illustrated here is said to be larger than the earthquake ground motions of the past disaster cases used at the time of creating the guidelines of the Japan Building Disaster Prevention Association.

【0096】診断例の構造物21は、実際の地震動31
で2階と3階部分の柱にX方向の変形による大きな被害
を受けており、判定結果は被災状況にも適合している。
4階X方向とBFから3階までのY方向に関して、両方
法とも危険と判定されながら実際には大きな構造被害を
受けなかったが、2、3階がX方向に被災したことによ
って地震動31のエネルギが吸収され、上層階(4階)
とY方向の被害が小さかったと考えられる。このよう
に、部分的に被災した後の挙動に関して考慮していない
ことは、現行の設計法全般に共通する課題である。
The structure 21 of the diagnosis example has an actual earthquake motion 31.
The pillars on the 2nd and 3rd floors were severely damaged by the deformation in the X direction, and the judgment results are suitable for the disaster situation.
Regarding the 4th floor X direction and the Y direction from the BF to the 3rd floor, both methods were judged to be dangerous, but no serious structural damage was actually done, but the 2nd and 3rd floors were damaged in the X direction. Energy is absorbed and the upper floors (4th floor)
It seems that the damage in the Y direction was small. In this way, the fact that the behavior after a partial disaster is not taken into consideration is a problem common to all current design methods.

【0097】このように、本実施の形態によれば、以下
のような効果を奏することができる。 (1)計測から計算と評価まで短時間に実施することが
出来る。計測は、機械の設置、計測でおよそ2時間程
度、計算は数分で終了する。日本建築防災協会の方法を
用いる場合には、構造図面データの入力、コンクリート
コア抜き試験の実施と評価等で通常は2週間程度、多量
に人員を投入し、コンクリート試験を短期間で実施して
も少なくとも2から3日は掛かる。
As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) From measurement to calculation and evaluation can be performed in a short time. The measurement takes about 2 hours for installing and measuring the machine, and the calculation is completed in a few minutes. When using the method of the Japan Building Disaster Prevention Association, a large amount of personnel is input, usually for about two weeks, to enter the structural drawing data, conduct and evaluate the concrete core removal test, and conduct the concrete test in a short period of time. Takes at least a couple of days.

【0098】(2)計測から計算と評価まで低コストで
実施することが出来る。計測と計算に掛かるコストは、
機械の損料と人件費等であるが、従来の方法では、構造
物一棟あたり、数百万円要しているものが、本発明の方
法では、数十万円で出来る。
(2) It is possible to carry out from measurement to calculation and evaluation at low cost. The cost of measurement and calculation is
Machine damage and labor costs, etc., but the conventional method costs several million yen per structure, but the method of the present invention costs several hundred thousand yen.

【0099】(3)各種の想定地震動31に対する危険
度を定量的に評価することが出来る。即ち、特定の地震
動31に対して基準面25の変位を計算し、これに対し
て本発明の方法を用いる。建築防災協会の方法では、過
去の大震災での被災事例の分析からIs=0.6を評価
基準としており、対象とする地震動31が明確ではない
ので、地震危険度のレベルを定量的に評価することが出
来なかった。本発明の方法を用いれば、どのような地震
動31に対して安全か危険かを定量的に判断することが
できる。
(3) It is possible to quantitatively evaluate the degree of danger with respect to various assumed earthquake ground motions 31. That is, the displacement of the reference plane 25 is calculated for a specific earthquake motion 31, and the method of the present invention is used for this. In the method of the Building Disaster Prevention Association, Is = 0.6 is used as the evaluation standard based on the analysis of the damage cases in the past great earthquakes, and the target earthquake motion 31 is not clear, so the level of earthquake risk is quantitatively evaluated. I couldn't. By using the method of the present invention, it is possible to quantitatively determine what kind of earthquake motion 31 is safe or dangerous.

【0100】(4)層27並びに層間の回転角89に対
しても計測結果に基づいて、危険度を判定することが出
来る。日本建築防災協会の方法では、ねじれに関しては
直接の規定がない。しかし、建築設計基準では、新築建
物に対しては、ねじれに対する検討を行うことになって
おり、本発明の方法はこれに対応させることが出来る。
ねじれ、回転の構造物への影響に関しては現在も学会等
で盛んに研究が進んでいる分野であり、本発明の方法で
ねじれ、回転が予測できるので、学会等で得られた知見
を危険度判定に反映することが出来るという効果があ
る。
(4) With respect to the layer 27 and the rotation angle 89 between layers, the degree of danger can be determined based on the measurement result. According to the method of the Japan Building Disaster Prevention Association, there is no direct regulation regarding twist. However, the architectural design standard requires that a twist on a newly built building be examined, and the method of the present invention can deal with this.
Regarding the influence of twist and rotation on structures, it is a field where research is actively progressing at academic societies and the like, and since twisting and rotation can be predicted by the method of the present invention, the knowledge obtained at academic societies can be used as a risk factor. The effect is that it can be reflected in the judgment.

【0101】(5)構造物の耐震性に関する設計で用い
られている指標(層間変位、弾塑性変位69、回転角8
9など)を直接計測と計算で得ることが出来るので、建
物の地震危険度判定と設計を直接関連付けることができ
る。従来の方法は、耐震性指標(Is)、強度指標(C
tSd)(以上日本建築防災協会)スペクトル比、地震
危険度指標など、地震危険度判定専用の指標を計算して
いるので、耐震設計の理論的枠組み、実験データなどを
用いることが困難である。これに対して、本発明の方法
は、上記の膨大な知識の集積を地震危険度判定に直接用
いることを可能にする効果がある。
(5) Indexes used in designing the seismic resistance of structures (inter-layer displacement, elasto-plastic displacement 69, rotation angle 8)
(9, etc.) can be directly obtained by measurement and calculation, so that the seismic risk judgment of a building can be directly associated with the design. The conventional methods are seismic index (Is), strength index (C
tSd) (above Japan Building Disaster Prevention Association) It is difficult to use the theoretical framework of seismic design, experimental data, etc., because the indexes for seismic risk judgment such as spectrum ratio and seismic risk index are calculated. On the other hand, the method of the present invention has an effect that it is possible to directly use the enormous accumulation of knowledge for the earthquake risk determination.

【0102】(6)想定地震動31に対する基準面25
の変位から、層間変位(弾塑性変位69)等を計算する
方法であるので、地震動31に対する正確な評価が出来
る。(7)構造物21の非線形性を考慮して計算してい
るため、正確な評価ができる。これは、本発明の方法が
設計計算に用いられている理論的体系に準拠しているこ
とによる効果である。
(6) Reference plane 25 for assumed earthquake motion 31
Since it is a method of calculating the interlayer displacement (elasto-plastic displacement 69) or the like from the displacement of No. 1, the earthquake motion 31 can be accurately evaluated. (7) Since the calculation is performed in consideration of the non-linearity of the structure 21, accurate evaluation can be performed. This is because the method of the present invention complies with the theoretical system used for design calculation.

【0103】(8)既存建物の地震危険度評価だけでな
く、建設中の建物の品質管理に用いることもできる。本
方法は、設計計算に用いられている指標を直接計測する
ので、建設途上または竣工後に建物が設計で期待した性
能を持つかどうかの評価に用いることが出来る。
(8) It can be used not only for evaluating the seismic risk of existing buildings but also for quality control of buildings under construction. Since this method directly measures the index used in the design calculation, it can be used to evaluate whether or not the building has the performance expected in the design during or after construction.

【0104】次に、本発明の別の実施の形態について説
明する。前述の実施の形態では、人工的構造物に、地震
等の突発的外力が加わる時の該構造物の安全性を評価し
た。ここでは、評価対象を人工物だけでなく自然物にも
広げ、該構造物の微動観測を行うことで、安全性と健全
性とを評価する。安全性とは構造物の破壊の危険性を評
価することを指し、健全性とは構造物が設計上期待され
る性質や品質に対する達成度を評価することを指す。
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the above-described embodiment, the safety of the artificial structure when the external force such as an earthquake is applied is evaluated. Here, the evaluation target is expanded to include not only artificial objects but also natural objects, and the micromotion of the structure is observed to evaluate the safety and soundness. Safety refers to assessing the risk of structural destruction, and integrity refers to assessing the degree of achievement of the properties and qualities expected of a structure in design.

【0105】図12は、本発明の別の実施の形態に係る
診断システム1を示す。構造物91は、人工的な構造物
に限らず、自然物である崖、岩石、地盤等を含む。構造
物91の内部や表面に複数の受振器5が設置される。受
振器5は、ケーブル11で測定器7に接続され、測定器
7はケーブル13でコンピュータ9に接続される。受振
器5や測定器7については図1で説明したので省略す
る。尚、受振器5と測定器7との接続、或いは測定器7
とコンピュータ9との接続は、無線通信手段による接続
であっても良い。
FIG. 12 shows a diagnostic system 1 according to another embodiment of the present invention. The structure 91 is not limited to an artificial structure, and includes cliffs, rocks, ground, and the like that are natural objects. A plurality of geophones 5 are installed inside or on the surface of the structure 91. The geophone 5 is connected to the measuring instrument 7 by a cable 11, and the measuring instrument 7 is connected to the computer 9 by a cable 13. The geophone 5 and the measuring instrument 7 have been described with reference to FIG. The connection between the geophone 5 and the measuring instrument 7 or the measuring instrument 7
The computer 9 and the computer 9 may be connected by wireless communication means.

【0106】受振器5は、構造物91の任意の内部や表
面、或いは受振器5−7〜5−9のように構造物内の平
面3上に設置される。受振器5で得られるデータの変換
の手順は図2で示したものと同様であり、説明を省略す
る。
The geophone 5 is installed inside or on any surface of the structure 91 or on the flat surface 3 in the structure like the geophones 5-7 to 5-9. The procedure for converting the data obtained by the geophone 5 is the same as that shown in FIG.

【0107】図13、14は、構造物91の観測点(即
ち受振器5の設置点)の配置計画の例を示す。受振器5
の設置点は、構造物91の特徴、環境条件、診断項目等
を考慮して、構造物91の注目点(もしくは注目面)、
基準点(もしくは基準面)に配置される。
13 and 14 show examples of arrangement plans of observation points of the structure 91 (that is, installation points of the geophone 5). Geophone 5
The installation point of is a target point (or a target surface) of the structure 91 in consideration of the characteristics of the structure 91, environmental conditions, diagnostic items, and the like,
It is placed at the reference point (or reference plane).

【0108】図13は、構造物91が同一の基盤93
(地盤、岩盤、床等)に乗っていると考えられる場合で
ある。構造物内部に性質が変化している部分があれば、
その位置を診断する目的の受振器5の配置計画である。
例えば本実施の形態で微動による診断を行うと、A点・
C点とB点との微動時間歴の特性が異なることが判明す
る。即ち図13のB点近傍が、構造物性質変化部分95
であることが判明する。
FIG. 13 shows a base 93 having the same structure 91.
This is the case when you think you are on the ground (rock, rock, floor, etc.). If there is a part with changed properties inside the structure,
It is an arrangement plan of the geophone 5 for the purpose of diagnosing the position.
For example, if diagnosis is performed by fine movement in this embodiment, point A
It is found that the characteristics of the minute movement time history are different between point C and point B. That is, the vicinity of point B in FIG.
Turns out to be

【0109】さらに受振器5の位置を点Aから点A1、
点A2へ、点Cから点C1、点C2へと移動させて診断
を実施すると構造物の性質変化部分95を診断すること
ができる。
Further, the position of the geophone 5 is changed from the point A to the point A1,
When the diagnosis is performed by moving from the point C to the point C1 and the point C2 to the point A2, the property change portion 95 of the structure can be diagnosed.

【0110】図14は構造物91と基盤93の間の境界
条件の違いを検出し診断を行う場合である。構造物上の
点A4、点B4、点C4と、それぞれの近傍の基盤93
上の点A3、点B3、点C3との間でエネルギ伝達率
(RMS比)を計算して診断を行う。
FIG. 14 shows a case in which a difference in boundary condition between the structure 91 and the base 93 is detected to make a diagnosis. Point A4, point B4, point C4 on the structure, and the base 93 in the vicinity of each point
An energy transfer rate (RMS ratio) is calculated between the points A3, B3, and C3 above to make a diagnosis.

【0111】また、構造物91内部の性質の変化部分を
診断する場合は、図4から図6に示したように、構造物
91を層に分けて基準面、注目面を決めて観測点(受振
器5)を配置する。
Further, in the case of diagnosing a changed portion of the property inside the structure 91, as shown in FIGS. 4 to 6, the structure 91 is divided into layers and the reference plane and the attention plane are determined and the observation points ( Place a geophone 5).

【0112】次に、図15のフローチャートに従い、微
動による診断の手順を説明する。まず、安全性、健全性
を評価診断する構造物91と、その周辺環境の事前調査
を行う(ステップ1001)。
Next, the procedure of diagnosis by fine movement will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the structure 91 for evaluating and diagnosing the safety and soundness and the surrounding environment are preliminarily investigated (step 1001).

【0113】次に構造物91の診断項目を決定する(ス
テップ1002)。即ち診断項目が突発性外力に対する
安全性診断か、又は健全性診断かあるいは両方かを決定
する。
Next, the diagnostic items of the structure 91 are determined (step 1002). That is, it is determined whether the diagnostic item is a safety diagnosis against sudden external force, a soundness diagnosis, or both.

【0114】次に構造物91の注目物理量とこれを計算
する点、面、層等を決定する(ステップ1003)。注
目物理量とは、構造物内部の点や平面の変位もしくは相
対変位、点間の回転角、平均圧縮歪、平均せん断歪、平
均曲げ歪、平均ねじり歪等の量である。例えば前述の実
施例では、注目物理量が「層間変位」と「回転角」であ
った。建物や橋梁等の構造物では、設計計算で考慮する
層や部材を参考にして注目物理量とこれを計算する点、
面、層等を決定する。崖、地盤等の自然物でも、人工的
な構造物を対象とする場合と同様に、防災や補強等の設
計計算、安定計算で用いる力学的なモデルを参考にし
て、注目物理量とこれを計算する点、面、層等を決定す
る。
Next, the physical quantity of interest of the structure 91 and the points, planes, layers, etc. for which it is calculated are determined (step 1003). The physical quantity of interest is the amount of displacement or relative displacement of points or planes inside the structure, rotation angle between points, average compression strain, average shear strain, average bending strain, average torsion strain, and the like. For example, in the above-described embodiment, the physical quantities of interest are the “interlayer displacement” and the “rotation angle”. For structures such as buildings and bridges, reference is made to the layers and members considered in the design calculation, and the point of calculating the physical quantity and
Determine faces, layers, etc. Even for natural objects such as cliffs and ground, similar to the case of artificial structures, calculate the physical quantity of interest with reference to the dynamic model used for design calculation such as disaster prevention and reinforcement, and stability calculation. Determine points, faces, layers, etc.

【0115】突発的外力を考慮する場合には、その入力
基準面と観測時間帯とを決定する(ステップ100
4)。
When considering a sudden external force, the input reference plane and the observation time zone are determined (step 100).
4).

【0116】次にステップ1005は、本診断システム
1のソフトウエアの処理手順を示している。図16は、
ステップ1005の入力、計算、表示、出力を行う機能
を詳細に示しているので、以降図15、図16とを合わ
せて説明する。
Next, step 1005 shows a processing procedure of software of the diagnostic system 1. 16
The function of inputting, calculating, displaying, and outputting in step 1005 is shown in detail, so that it will be described below with reference to FIGS. 15 and 16.

【0117】入力項目として、観測計画(即ち観測点の
総数・位置、観測時間帯、観測周波数帯域、卓越振動エ
ネルギ、基準点、基準面、注目点、注目物理量、観測時
刻歴計算項目等)を決定する(ステップ1006)。こ
れは図16の観測点属性の入力2006に対応する。
As an input item, an observation plan (that is, total number / position of observation points, observation time zone, observation frequency band, predominant vibration energy, reference point, reference surface, attention point, attention physical quantity, observation time history calculation item, etc.) It is determined (step 1006). This corresponds to the input 2006 of the observation point attribute in FIG.

【0118】次に、上記計画に基づいて、受振器5を構
造物91に設置し、微動観測を実施する(ステップ10
07)。即ち微動観測値から、図16の観測時刻歴20
03を得、同時に観測時間・観測周波数帯域2004、
分析時間・分析周波数帯域2005を決定する。分析時
間のデータの取り出しは、観測時間帯の中に分析開始時
刻と分析終了時刻とを設定することで行う。分析周波数
帯域のデータの取り出しは、分析時間の時刻歴に関して
FFT変換を行い、周波数領域のフィルタ演算を行い、
逆FFT変換によって注目時刻歴を計算する元になる分
析時間と分析周波数帯域の時刻歴データを得る。これら
の計算は予備計算ルーチン2013を利用する。
Next, based on the above plan, the geophone 5 is installed on the structure 91 and the micromotion observation is carried out (step 10).
07). That is, the observation time history 20 of FIG.
03, at the same time, observation time and observation frequency band 2004,
The analysis time / analysis frequency band 2005 is determined. The data of the analysis time is taken out by setting the analysis start time and the analysis end time in the observation time zone. Data in the analysis frequency band is extracted by performing FFT conversion on the time history of analysis time and performing filter operation in the frequency domain.
By the inverse FFT transform, the time history data of the analysis time and the analysis frequency band from which the time history of interest is calculated are obtained. These calculations use the preliminary calculation routine 2013.

【0119】次に、注目時刻歴の計算(図16の201
1)と、パワースペクトルの計算を行い(ステップ10
08)、さらにエネルギ伝達率(RMS比)の計算(図
16の2012)を行う(ステップ1009)。以下詳
細に説明する。(即ち図16の計算ルーチン2009に
入る。)
Next, the time history of interest is calculated (201 in FIG. 16).
1) and the power spectrum is calculated (step 10
08), and further the energy transfer rate (RMS ratio) is calculated (2012 in FIG. 16) (step 1009). The details will be described below. (That is, the calculation routine 2009 of FIG. 16 is entered.)

【0120】常時微動は振幅が極めて小さく、構造物が
線形に応答していると仮定すると、入力(即ち観測時刻
歴)x(t)と、出力(即ち注目時刻歴)y(t)との間に
は、前述の式(13)から式(19)に示される関係が
ある。尚、式(13)から式(19)の例では入力(即
ち観測時刻歴)x(t)は構造物21の層変位71の時刻
歴に対応し、出力(即ち注目時刻歴)y(t)は、層間変
位73の時刻歴と回転角83の時刻歴に対応する。
Assuming that the microtremor always has a very small amplitude and the structure responds linearly, the input (ie, observation time history) x (t) and the output (ie, time history of interest) y (t) There is a relationship between them, which is represented by the above equations (13) to (19). In the examples of Expressions (13) to (19), the input (that is, the observation time history) x (t) corresponds to the time history of the layer displacement 71 of the structure 21, and the output (that is, the attention time history) y (t). ) Corresponds to the time history of the interlayer displacement 73 and the time history of the rotation angle 83.

【0121】従ってある観測時刻歴から、伝達関数H
(ω)を前述の式(13)から式(19)を用いて計算
し、任意の波形の基準点もしくは基準面での入力(即ち
観測時刻歴)x(t)に対する出力(即ち注目時刻歴)y
(t)を計算することができる。ただしこれは入力が基準
面に限られている場合であり、構造物91にその他の面
から入力がある場合にはこの効果も重ね合わせる必要が
ある。
Therefore, from a certain observation time history, the transfer function H
(ω) is calculated using the above equations (13) to (19), and an output (ie, time history of interest) for an input (ie, observation time history) x (t) at a reference point or reference plane of an arbitrary waveform is obtained. ) Y
(t) can be calculated. However, this is the case where the input is limited to the reference plane, and when the structure 91 receives input from other planes, this effect also needs to be superimposed.

【0122】前述の式(13)から式(19)を用いて
注目時刻歴の計算とパワースペクトルSx(ω)の計算を
行い(ステップ1008)、続いてエネルギ伝達率(R
MS比)計算を行う(ステップ1009)。
Using the above equations (13) to (19), the time history of interest and the power spectrum Sx (ω) are calculated (step 1008), and then the energy transfer rate (R
The MS ratio) is calculated (step 1009).

【0123】エネルギ伝達率(RMS比)hは、入力で
ある観測時刻歴x(t)の二乗平均値σxと、出力である
注目時刻歴y(t)の二乗平均値σyとを用いて以下のよ
うに定義される。尚、σx、σyは前述の式(10)で
定義される。 hxy=σy/σx ……(26)
The energy transfer rate (RMS ratio) h is calculated by using the mean square value σx of the observation time history x (t) which is the input and the mean square value σy of the notice time history y (t) which is the output. Is defined as Note that σx and σy are defined by the above-mentioned equation (10). hxy = σy / σx (26)

【0124】エネルギ伝達率(RMS比)hは、微動観
測による基準点又は基準面の観測時刻歴の二乗平均値に
対する、注目時刻歴の二乗平均値の比である。二乗平均
値は、ピーク係数γを介して最大値と関係付けられるの
で、近似的には、最大値の比である。
The energy transfer rate (RMS ratio) h is the ratio of the root mean square value of the time history of interest to the root mean square value of the observation time history of the reference point or the reference surface by the micromotion observation. Since the root mean square value is related to the maximum value via the peak coefficient γ, it is approximately the ratio of the maximum values.

【0125】突発性外力に対する安全性診断を行う場合
は、突発的外力に対する基準点変位の予測を行い(ステ
ップ1010)、図16の基準点変位(予測値)200
2を入力データとして入力する。微動観測値から算出し
たエネルギ伝達率(RMS比)hと、基準点変位(予測
値)2002とから、注目物理量の予測最大値の計算を
行う(ステップ1012)。
When performing a safety diagnosis for a sudden external force, the reference point displacement for a sudden external force is predicted (step 1010), and the reference point displacement (predicted value) 200 shown in FIG.
Input 2 as input data. The predicted maximum value of the physical quantity of interest is calculated from the energy transfer rate (RMS ratio) h calculated from the microtremor observation value and the reference point displacement (predicted value) 2002 (step 1012).

【0126】前述の式(20)から式(22)で説明し
たように、エネルギ伝達率(RMS比)hは、線形シス
テムの応答を計算する係数となる。即ち、観測時刻歴か
ら計算したエネルギ伝達率(RMS比)hxyと地震動
などの突発的外力によって生ずると予測される基準面変
位の二乗平均値σxgから、この外力によって生ずる注
目点もしくは層などの変位、歪等の時刻歴の二乗平均値
σyg並びに最大値γσygを予測することができる。
即ち以下の関係がある。 σyg=hxyσxg ……(27)
As described in the equations (20) to (22), the energy transfer rate (RMS ratio) h is a coefficient for calculating the response of the linear system. That is, from the energy transfer rate (RMS ratio) hxy calculated from the observation time history and the root mean square value σxg of the reference plane displacement predicted to occur due to an unexpected external force such as earthquake motion, the displacement of the point of interest or the layer caused by this external force , It is possible to predict the root-mean-square value σyg and the maximum value γσyg of time history such as distortion.
That is, there is the following relationship. σyg = hxyσxg (27)

【0127】上記においては、システムは線形であり、
変位成分は互いに独立で入力は定常であると仮定してい
る。然しながら、構造物が破壊するような突発的な外力
の作用を受けた場合は、殆どの構造物が著しい非線形性
を呈する。また、突発的な外力自体も有限な継続時間を
持ち、著しい非線形性を持つ。この場合、構造力学と構
造設計理論では、線形システムの定常過程に対する応答
を基本に、非線形、非定常効果を係数によって考慮す
る。
In the above, the system is linear,
It is assumed that the displacement components are independent of each other and the input is stationary. However, when a structure is subjected to a sudden external force that causes the structure to break, most of the structure exhibits significant non-linearity. In addition, the sudden external force itself has a finite duration and has a remarkable nonlinearity. In this case, in structural mechanics and structural design theory, nonlinear and non-stationary effects are considered by coefficients based on the response of linear systems to stationary processes.

【0128】突発的外力に対する注目物理量の予測最大
値を算出後、構造物91の安全性診断を行う(ステップ
1013)。構造物91が構造物21の場合は、算出し
た地震時推定変位(最大値)81、回転角の地震時推定
変位(最大値)87と、判定基準値(即ち図16に示す
許容最大変位2008)とを比較して安全性を診断す
る。
After the predicted maximum value of the physical quantity of interest for the unexpected external force is calculated, the safety of the structure 91 is diagnosed (step 1013). When the structure 91 is the structure 21, the calculated estimated displacement during earthquake (maximum value) 81, estimated displacement during earthquake of rotation angle (maximum value) 87, and the determination reference value (that is, the maximum allowable displacement 2008 shown in FIG. 16). ) And diagnose the safety.

【0129】構造物91の健全性診断を行う場合は、構
造物91の構造が期待される状態であるかどうかを判定
する。即ち、構造物91に期待されるエネルギ伝達率
(RMS比)(期待値)の予測を行い(ステップ101
1)、微動観測で得たエネルギ伝達率(RMS比)と比
較することで、構造物91の健全性診断を行う(ステッ
プ1014)。即ち構造物91が、設計に相応して期待
される性質又は品質からどのくらいずれているかを判定
することで、構造物91の健全性の診断を行う。尚、構
造物91に期待されるエネルギ伝達率(RMS比)(期
待値)2007は診断者が入力する入力データ2001
(図16)である。
When performing the soundness diagnosis of the structure 91, it is determined whether the structure of the structure 91 is in an expected state. That is, the energy transfer rate (RMS ratio) (expected value) expected for the structure 91 is predicted (step 101).
1), the soundness of the structure 91 is diagnosed by comparing with the energy transfer rate (RMS ratio) obtained by the microtremor observation (step 1014). That is, the soundness of the structure 91 is diagnosed by determining how much the structure 91 is expected from the property or quality expected according to the design. The energy transfer rate (RMS ratio) (expected value) 2007 expected for the structure 91 is the input data 2001 input by the diagnostician.
(FIG. 16).

【0130】尚、微動観測時に、従来は測定器7等にフ
ーリエ振幅スペクトルを表示させて目視し、その形状か
ら微動の性質を経験的に判断したり、振幅最大値に対応
する周波数を卓越周波数と考えて診断指標にしたりし
て、分析を行っていた。本発明では、診断者が微動観測
時にパワースペクトルを観測と同時に、測定器7又はコ
ンピュータ9画面に表示させて目視する。さらに、中心
振動数とバンド幅指数を算出してスペクトル形状を定量
化して判断材料とする。即ち、任意の観測時刻歴x(t)
に対して、スペクトルの中心振動数ωcは式(28)
で、バンド幅指数αは式(29)で表すことができる。
Incidentally, when observing fine movement, conventionally, the Fourier amplitude spectrum is displayed on the measuring instrument 7 and visually observed to empirically judge the nature of the fine movement from its shape, and the frequency corresponding to the maximum amplitude is determined as the dominant frequency. Therefore, I made an analysis by using it as a diagnostic index. In the present invention, the diagnostician simultaneously observes the power spectrum during microtremor observation, and at the same time, displays it on the screen of the measuring instrument 7 or the computer 9 for visual observation. Further, the central frequency and the bandwidth index are calculated to quantify the spectrum shape, which is used as a criterion. That is, any observation time history x (t)
On the other hand, the central frequency ωc of the spectrum is expressed by the equation (28).
Then, the bandwidth index α can be expressed by Expression (29).

【0131】[0131]

【数15】 [Equation 15]

【0132】[0132]

【数16】 [Equation 16]

【0133】ただし、式(28)、式(29)のλi
は、観測時刻歴x(t)のパワースペクトルのI次モーメ
ントであり、式(30)で表される。
However, λi in equations (28) and (29)
Is the I-th moment of the power spectrum of the observation time history x (t) and is represented by the equation (30).

【0134】[0134]

【数17】 [Equation 17]

【0135】λ0は、x(t)の二乗平均値である。不規
則振動論によれば、中心振動数ωcは、時刻歴の平均ゼ
ロクロス周波数の期待値になる。また、バンド幅指数α
は、1とゼロとの間を取り、正弦波でα=1、ホワイト
ノイズでα=0となる。これらの指標を用いることによ
り、観測者の主観に頼らずに、観測時刻歴の周波数特性
を評価することができる。
Λ0 is the root mean square value of x (t). According to the random vibration theory, the central frequency ωc is an expected value of the average zero-cross frequency of the time history. Also, the bandwidth index α
Takes a value between 1 and zero, and α = 1 for a sine wave and α = 0 for white noise. By using these indexes, the frequency characteristics of the observation time history can be evaluated without depending on the subjectivity of the observer.

【0136】特に、従来はフーリエスペクトルの最大値
に対応する周波数を卓越周波数としていたが、この値は
統計的な意味が薄く観測によって変動する標本値の1つ
であった。これに対し中心振動数ωcは、卓越周波数の
期待値になる。
In particular, the frequency corresponding to the maximum value of the Fourier spectrum was conventionally used as the dominant frequency, but this value is one of the sample values that have little statistical significance and fluctuate depending on the observation. On the other hand, the central frequency ωc is an expected value of the dominant frequency.

【0137】注目時刻歴の算出(ステップ1008)
は、構造物91の特徴や注目する変位、歪に応じて任意
に定義し、計算することができる。例えば、構造物91
が建物や橋梁、地盤などのように水平な層に分けられ、
この層内のせん断、捻り、曲げなどの歪に注目して診断
を行う場合を例にして具体的な注目時刻歴の計算方法を
説明する。
Calculation of attention time history (step 1008)
Can be arbitrarily defined and calculated according to the characteristics of the structure 91, the displacement of interest, and the strain. For example, the structure 91
Is divided into horizontal layers such as buildings, bridges, and ground,
A specific method of calculating the time history of interest will be described by taking as an example a case where diagnosis is performed by paying attention to strains such as shearing, twisting, and bending in this layer.

【0138】構造物91を水平な平面で層に分割し、そ
の境界面に3つの観測点(受振器5)を設置する。微動
変位は微小であると仮定し、ある層境界面の埋め込んだ
座標系の慣性系座標に対する回転角時刻歴θ0(t)
と、原点の変位時刻歴d0(t)と、任意の点の変位時
刻歴da(t)と、任意の点の埋め込み座標値raには
前述の式(3)の関係が成立する。
The structure 91 is divided into layers on a horizontal plane, and three observation points (the geophone 5) are installed on the boundary surface. Assuming that the fine movement displacement is minute, the rotation angle time history θ0 (t) with respect to the inertial coordinate system of the coordinate system in which a certain layer boundary surface is embedded
, The displacement time history d0 (t) of the origin, the displacement time history da (t) of an arbitrary point, and the embedded coordinate value ra of an arbitrary point satisfy the above-described equation (3).

【0139】また、3点それぞれの埋め込み座標の原点
の注目時刻歴、及び注目微動回転変位時刻歴のX、Y、
Z成分は、前述の式(4)から式(9)で表される。こ
れらの計算式を、観測点の観測時刻歴に適用し、観測点
(受振器5)の設置された平面の注目時刻歴を計算す
る。
Also, the time history of the origin of the embedded coordinates of each of the three points, and the X, Y of the time history of the fine movement rotational displacement of interest,
The Z component is represented by the above equations (4) to (9). These calculation formulas are applied to the observation time history of the observation point to calculate the attention time history of the plane where the observation point (the geophone 5) is installed.

【0140】さらに、注目時刻歴としての、微動層間変
位時刻歴、微動層間回転角時刻歴及び、層内の微動歪時
刻歴に注目して計算し診断する。微動層間変位時刻歴
は、層境界面iとjの間の相対変位時刻歴であり、前述
の式(1)で示される。(式(1)には、i=1、j=
2の場合が示されている。)
Further, the minute movement layer displacement time history, the fine movement layer rotation angle time history, and the fine movement strain time history in the layer as attention time history are calculated and diagnosed. The fine movement layer displacement time history is a relative displacement time history between the layer boundary surfaces i and j, and is represented by the above-mentioned equation (1). (In equation (1), i = 1, j =
The case of 2 is shown. )

【0141】扁平な建物の中間階のように、層境界面の
回転運動に注目しなくても良い場合には、層境界面に1
つずつの受振器5を設置し、この変位の観測時刻歴を代
表点の変位とする。例えばy成分については、式(3
1)が成立する。
When it is not necessary to pay attention to the rotational motion of the layer boundary surface like the middle floor of a flat building, the layer boundary surface is set to 1
Each of the geophones 5 is installed, and the observation time history of this displacement is used as the displacement of the representative point. For example, for the y component, equation (3
1) is established.

【0142】yi(t)、yj(t)は、それぞれ構造物内
の注目する層境界iとjの埋め込み座標の原点もしくは
代表点の微動変位時刻歴のy成分である。
Yi (t) and yj (t) are y components of the fine movement displacement time history of the origin or representative point of the embedded coordinates of the layer boundaries i and j of interest in the structure.

【0143】また、層内のせん断歪もしくは軸歪は、層
間変位を層の厚さlyで割ることで計算できる。また、
微動捩り率時刻歴ψijz(t)は、Z軸廻りの微動回転
角時刻歴の差と層厚lyとを用いて式(32)で示され
る。
The shear strain or axial strain in the layer can be calculated by dividing the interlayer displacement by the layer thickness ly. Also,
The fine motion torsion rate time history ψijz (t) is expressed by Expression (32) using the difference in the time history of the fine motion rotation angle around the Z axis and the layer thickness ly.

【0144】また、微動曲率時刻歴は、X軸とY軸廻り
の微動回転角時刻歴の差と、層厚lyとを用いて式(3
3)、式(34)で示される。
The fine movement curvature time history is expressed by the equation (3) using the difference between the fine movement rotation angle time history about the X axis and the Y axis and the layer thickness ly.
3) and the formula (34).

【0145】以上のように、観測された観測時刻歴x
(t)に対する出力y(t)として注目時刻歴を計算し、さ
らにエネルギ伝達率(RMS比)hを計算してこれを指
標とし、構造物91の健全度診断および突発的な外力に
対する安全性診断行う。
As described above, the observed time history x
The time history of interest is calculated as the output y (t) for (t), the energy transfer rate (RMS ratio) h is further calculated, and this is used as an index to diagnose the soundness of the structure 91 and to protect against unexpected external forces. Make a diagnosis.

【0146】ここで、図16に示した機能について説明
を補足する。本実施の形態のソフトウエアの機能は、図
16に示すように入力データ2001機能、計算ルーチ
ン2009機能、表示ルーチン2014機能、出力・転
送ルーチン2017機能からなる。
Here, the description of the functions shown in FIG. 16 will be supplemented. As shown in FIG. 16, the software function of this embodiment is composed of an input data 2001 function, a calculation routine 2009 function, a display routine 2014 function, and an output / transfer routine 2017 function.

【0147】入力データ2001部で、観測者が入力す
るのは、基準点変位(予測値)2002、受振器5の設
置情報を含む観測点属性2006、エネルギ伝達率(R
MS比)(期待値)2007、安全性判定のための許容
最大変位(設計値)2008である。観測時刻歴200
3は、受振器5で観測されたデータである。観測時間・
観測周波数帯域2004、分析時間・分析周波数帯域2
005は、観測時刻歴2003から観測者が設定するデ
ータである。
In the input data 2001, the observer inputs the reference point displacement (predicted value) 2002, the observation point attribute 2006 including the installation information of the geophone 5, and the energy transfer rate (R
An MS ratio) (expected value) 2007 and an allowable maximum displacement (design value) 2008 for safety judgment. Observation time history 200
3 is data observed by the geophone 5. Observation time
Observation frequency band 2004, analysis time / analysis frequency band 2
005 is data set by the observer from the observation time history 2003.

【0148】計算ルーチン2009部は、本計算ルーチ
ン2010部と、予備計算ルーチン2013部とから成
る。本計算ルーチン2010は、注目時刻歴の計算20
11(図15のステップ1008)と、エネルギ伝達率
(RMS比)の計算2012(図15のステップ100
9)である。予備計算ルーチン2013は、数値情報の
高速フーリエ変換(FFT)や逆変換、フィルタ演算、
パワースペクトル計算、ゼロ点補正等の演算機能であ
り、本計算ルーチン2010計算時に、必要な予備計算
ルーチン2013を組み合わせて計算し演算の高速化を
図る。
The calculation routine 2009 part comprises a main calculation routine 2010 part and a preliminary calculation routine 2013 part. This calculation routine 2010 calculates the time history of interest 20
11 (step 1008 of FIG. 15) and calculation of energy transfer rate (RMS ratio) 2012 (step 100 of FIG. 15)
9). The preliminary calculation routine 2013 is a fast Fourier transform (FFT) or inverse transform of numerical information, a filter operation,
This is a calculation function such as power spectrum calculation and zero point correction. When calculating this calculation routine 2010, the necessary preliminary calculation routine 2013 is combined and calculated to speed up the calculation.

【0149】表示ルーチン2014は、観測者や診断者
が、微動観測と同時に観測時刻歴をモニタし観測が正常
に実施されているかどうかを確認する。また観測時刻歴
が計測した属性を備えているか等の確認、診断に必要な
数値情報の確認、必要に応じた観測点の数・位置等の観
測計画の変更等を行う場合に用いる。
The display routine 2014 monitors whether the observer or the diagnostician observes the observation time history at the same time as the microtremor observation and confirms whether the observation is normally performed. It is also used to confirm whether the observation time history has the measured attributes, confirm the numerical information necessary for diagnosis, and change the observation plan such as the number and position of observation points as necessary.

【0150】表示項目は、入力データ、観測時刻歴等を
表示(2015部)し、計算結果として時刻歴、パワー
スペクトル等を表示(2016部)する。
The display items display input data, observation time history, etc. (2015 copy), and display time history, power spectrum, etc. as calculation results (2016 copy).

【0151】出力・転送ルーチン2017は、観測結果
や算出結果を、ハード記憶媒体や出力媒体に出力、或い
はインターネット等へ転送する。例えば遠隔地にいる診
断者が、観測と同時に診断することができる。
The output / transfer routine 2017 outputs the observation result and the calculation result to a hard storage medium or an output medium, or transfers them to the Internet or the like. For example, a diagnostician at a remote place can make a diagnosis simultaneously with the observation.

【0152】このように、本実施の形態によれば、以下
のような効果を奏することができる。(1)構造物の健
全性、安全性を、構造物に直接外力を作用させることな
く、迅速かつ安価に診断することができる。
As described above, according to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) The soundness and safety of a structure can be quickly and inexpensively diagnosed without directly applying an external force to the structure.

【0153】(2)診断に用いる時刻歴相互の関係を二
乗平均値(RMS)の比であるエネルギ伝達率(RMS
比)という、計算が容易で、客観的で、物理的・不規則
振動論的に意味のある数値によって表現することによ
り、微動観測によって得られる情報を直接診断に用いる
ことを可能にした。
(2) The energy transfer rate (RMS), which is the ratio of the root mean square (RMS), to the relationship between the time histories used for diagnosis.
By using the ratio, which is easy to calculate, objective, and meaningful in terms of physical and random vibration theory, it is possible to directly use the information obtained by microtremor observation for diagnosis.

【0154】(3)微動観測によって得られた時刻歴か
ら、構造物の安全性、健全性の判断に必要な物理量の時
刻歴を直接計算することによって、微動観測によって得
られる情報を、直接診断に用いることを可能にした。
(3) Directly diagnosing the information obtained by the microtremor observation by directly calculating the time histories of the physical quantities required for the judgment of the safety and soundness of the structure from the time histories obtained by the microtremor observation. It can be used for.

【0155】(4)注目時刻歴に、変位、層間変位、せ
ん断歪、曲げ歪等の通常の構造力学、安定計算、構造計
算で用いられている量を選択することで、本診断の経過
と結果を他の方法の結果と、容易に比較検討することが
できる。従って診断結果の信頼性を高め、他の方法と総
合した診断を行うことができる。
(4) By selecting the amount used in ordinary structural mechanics such as displacement, interlayer displacement, shear strain, bending strain, stability calculation, and structural calculation as the time history of interest, the progress of this diagnosis The results can be easily weighed against the results of other methods. Therefore, the reliability of the diagnosis result can be improved, and the diagnosis can be performed in combination with other methods.

【0156】(5)微動観測中に観測状況をモニタし、
観測と平行して診断計算を行うことにより、健全性・安
全性の診断を迅速に行うことができる。
(5) Monitor the observation status during microtremor observation,
By performing diagnostic calculation in parallel with observation, soundness and safety can be quickly diagnosed.

【0157】(6)微動観測中に、観測状況・診断結果
等の表示を基に、観測点や観測時間帯等の観測計画を変
更し、現場の制約条件下で最適な結果を得る観測と診断
を実施することができる。
(6) During microtremor observation, change the observation plan such as observation points and observation time zones based on the display of observation conditions and diagnostic results, and obtain optimum results under the constraints of the site. Diagnosis can be performed.

【0158】(7)微動観測と診断の中間的なデータや
結果等をインターネット等で転送することによって、遠
隔地の診断者が診断に参加することができる。従って、
診断結果の信頼性を高め、観測点の配置等の診断計画の
最適化を迅速に行うことができる。
(7) A diagnostician at a remote place can participate in the diagnosis by transferring intermediate data and results of microtremor observation and diagnosis through the Internet or the like. Therefore,
The reliability of the diagnosis result can be improved, and the diagnosis plan such as the arrangement of the observation points can be optimized quickly.

【0159】(8)構造物の安全性・健全性の診断に直
接関わる量を、注目時刻歴として算出し、注目時刻歴と
基準面の振動との関係をエネルギ伝達率(RMS比)に
よって表し、微動観測によって得られる情報を直接診断
に用いることを可能にした。
(8) An amount directly related to the diagnosis of the safety / health of a structure is calculated as a noticed time history, and the relationship between the noticed time history and the vibration of the reference plane is expressed by an energy transfer rate (RMS ratio). , Made it possible to directly use the information obtained by microtremor observation for diagnosis.

【0160】(9)観測時刻歴の周波数特性を、中心振
動数・バンド幅指数という指標を算出して表すことと
し、客観的な判断を可能にした。
(9) The frequency characteristics of the observation time history are calculated and expressed by the indices of the central frequency and the bandwidth index, which enables an objective judgment.

【0161】尚、本発明は、実施例に示した例に限定さ
れることなく、他の分野においても応用することが可能
である。
The present invention is not limited to the examples shown in the embodiments, but can be applied to other fields.

【0162】[0162]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、構造物の微動観測から、エネルギ伝達率(RM
S比)を指標として用い、自然物或いは人工物である構
造物の安全性や健全性の診断を、簡易・迅速かつ安価に
行う診断方法及び診断システムを提供することができ
る。
As described above in detail, according to the present invention, the energy transfer rate (RM
By using the S ratio) as an index, it is possible to provide a diagnostic method and a diagnostic system that can perform a simple, quick, and inexpensive diagnostic of the safety and soundness of a structure that is a natural object or an artificial object.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施の形態に係る診断システム1の構成
FIG. 1 is a configuration diagram of a diagnostic system 1 according to a first embodiment.

【図2】診断システム1で収集したデータの変換のフロ
ーチャート
FIG. 2 is a flowchart of conversion of data collected by the diagnostic system 1.

【図3】診断方法のフローチャートFIG. 3 is a flowchart of a diagnostic method.

【図4】評価対象となる振動および構造物21の概略説
明図
FIG. 4 is a schematic explanatory diagram of a vibration and a structure 21 to be evaluated.

【図5】診断例での受振器5の設置位置を示す図FIG. 5 is a diagram showing an installation position of a geophone 5 in a diagnosis example.

【図6】診断例での受振器5の設置位置を示す図FIG. 6 is a diagram showing an installation position of a geophone 5 in a diagnosis example.

【図7】構造物21の変位を示す図FIG. 7 is a diagram showing the displacement of the structure 21.

【図8】構造物21の変位を示す図FIG. 8 is a diagram showing the displacement of the structure 21.

【図9】診断例での危険度の評価対象となる地震動31
のデータを示す図
[Fig. 9] Earthquake motion 31 to be evaluated for risk in the diagnosis example
Figure showing the data of

【図10】診断例での並進変位の実測・計算結果を示す
FIG. 10 is a diagram showing measurement / calculation results of translational displacement in a diagnosis example.

【図11】診断例での回転変位の実測・計算結果を示す
FIG. 11 is a diagram showing the measurement / calculation results of the rotational displacement in the diagnosis example.

【図12】第2の実施の形態に係る診断システム1の構
成図
FIG. 12 is a configuration diagram of a diagnostic system 1 according to a second embodiment.

【図13】観測点配置例1FIG. 13: Observation point arrangement example 1

【図14】観測点配置例2[Fig. 14] Observation point arrangement example 2

【図15】診断システム1の処理を示すフローチャートFIG. 15 is a flowchart showing the processing of the diagnostic system 1.

【図16】診断システム1のコンピュータ9の処理を示
すフローチャート
FIG. 16 is a flowchart showing the processing of the computer 9 of the diagnostic system 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1………診断システム 3………層境界面 5………受振器 7………測定器 9………コンピュータ 21………構造物 23………地表面 25………基準面 29………微動 31………地震動 57………最大変位 73………層間変位 75………エネルギ伝達率(RMS比) 81………地震時推定変位(最大値) 83………回転角 85………エネルギ伝達率(RMS比) 87………地震時推定変位(最大値) 91………構造物 93………基盤 95………構造物の性質変化部分 97………A点 99………B点 101………C点 103………構造物表面 1 ... Diagnostic system 3 ... Layer boundary surface 5 ………… Geophone 7 ... Measuring instrument 9 ... Computer 21 ……… Structure 23 ………… Ground surface 25 ……… Reference plane 29 ………… Slight movement 31 ……… Seismic motion 57 ... maximum displacement 73 ………… Layer displacement 75 ………… Energy transfer rate (RMS ratio) 81 ………… Estimated displacement during earthquake (maximum value) 83 ... Rotation angle 85: Energy transfer rate (RMS ratio) 87 ………… Estimated displacement during earthquake (maximum value) 91 ......... Structure 93 ……… Base 95 ..... Changes in the properties of the structure 97 ………… Point A 99 ………… B point 101 ......... C point 103 ... Structure surface

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−281082(JP,A) 特開 平7−146373(JP,A) 特開 平8−5522(JP,A) 特開 平8−128030(JP,A) 特開 平9−15106(JP,A) 特開 平9−105665(JP,A) 特開 平10−102357(JP,A) 特開 平10−267646(JP,A) 特開2000−208641(JP,A) 特開2001−215167(JP,A) 特開2002−148244(JP,A) 特公 平7−1223(JP,B2) 特公 平7−6884(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 7/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-5-281082 (JP, A) JP-A-7-146373 (JP, A) JP-A-8-5522 (JP, A) JP-A-8- 128030 (JP, A) JP 9-15106 (JP, A) JP 9-105665 (JP, A) JP 10-102357 (JP, A) JP 10-267646 (JP, A) JP 2000-208641 (JP, A) JP 2001-215167 (JP, A) JP 2002-148244 (JP, A) JP-B-7-1223 (JP, B2) JP-B 7-6884 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01M 7/02

Claims (41)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 構造物の微動観測値から得られた微動時
刻歴を、基準点と複数の観測点で観測し、該構造物に突
発的な外力が作用した場合の構造物の挙動を予測する構
造物の診断方法において、 前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前
記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時
間領域で注目時刻歴を算出し、 次に注目時刻歴の二乗平均値と前記基準点の観測時刻歴
の二乗平均値の比を算出し、 この比と、前記突発的な外力が作用した場合に予測され
る前記基準点の観測時刻歴の二乗平均値を乗じて予測結
果を算出することを特徴とする構造物の診断方法。
1. A microtremor time history obtained from a microtremor observation value of a structure is observed at a reference point and a plurality of observation points to predict the behavior of the structure when a sudden external force acts on the structure. In the method of diagnosing a structure, an observation time history is obtained from the microtremor time history observed at the reference point and a plurality of observation points at the same time, and an attention time history is calculated in a time domain from the observation time history. Calculate the ratio of the root mean square value of the time history to the root mean square value of the observation time history of the reference point, and calculate the ratio and the square of the observation time history of the reference point predicted when the sudden external force acts. A method of diagnosing a structure, which comprises multiplying an average value to calculate a prediction result.
【請求項2】 前記観測時刻歴または注目時刻歴のパワ
ースペクトルが、前記構造物に突発的に外力が作用し、
前記構造物が弾性的に振る舞うと考えた場合に構造物に
生ずる時刻歴のパワースペクトルとほぼ相似になるよう
に、観測時間帯を選択する請求項1の構造物の診断方
法。
2. The power spectrum of the observation time history or the attention time history suddenly exerts an external force on the structure,
The method for diagnosing a structure according to claim 1, wherein the observation time zone is selected so as to be substantially similar to the power spectrum of the time history occurring in the structure when it is considered that the structure behaves elastically.
【請求項3】 前記構造物の設計条件等から決定した判
定基準値と、前記注目時刻歴の予測最大値とを比較して
前記突発的な外力による前記構造物の危険度を判定する
工程を、更に具備することを特徴とする請求項1または
2記載の構造物の診断方法。
3. A step of comparing the judgment reference value determined from the design conditions of the structure and a predicted maximum value of the time history of interest to judge the risk of the structure due to the sudden external force. The diagnostic method for a structure according to claim 1 or 2, further comprising:
【請求項4】 複数の受振器と、通信手段と、測定器
と、コンピュータとにより診断を行うものであって、前
記受振器が、前記構造物の基準面と境界面に配置されて
おり、前記境界面が複数面設定されている請求項1〜3
の構造物の診断方法。
4. A plurality of geophones, a communication unit, a measuring instrument, and a computer for diagnosis, wherein the geophones are arranged on a reference plane and a boundary surface of the structure, A plurality of boundary surfaces are set.
Method for diagnosing structures.
【請求項5】 前記複数の境界面の少なくとも1面に複
数個の受振器が配置されている請求項4の構造物の診断
方法。
5. The method for diagnosing a structure according to claim 4, wherein a plurality of geophones are arranged on at least one surface of the plurality of boundary surfaces.
【請求項6】 前記受振器と測定器が一つのケースに収
められており、測定器の振動が受振器に感知されないよ
うになっている請求項4または5の構造物の診断方法。
6. The method for diagnosing a structure according to claim 4, wherein the geophone and the measuring instrument are contained in one case so that the vibration of the instrument is not detected by the geophone.
【請求項7】 前記微動観測値は、前記観測点又は平面
の変位、速度および加速度のうち少なくとも1つである
請求項1〜6のいずれかの構造物の診断方法。
7. The method for diagnosing a structure according to claim 1, wherein the microtremor observation value is at least one of displacement, velocity and acceleration of the observation point or plane.
【請求項8】 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面
の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つの
時刻歴である請求項1〜7のいずれかの対象物の診断方
法。
8. The method for diagnosing an object according to claim 1, wherein the time history of interest is at least one time history of displacement of the observation point or plane, displacement between layers, rotation angle, and strain.
【請求項9】 構造物の微動観測値から得られた微動時
刻歴を、基準点と複数の観測点で観測し、該構造物に突
発的な外力が作用した場合の構造物の挙動を予測する構
造物の診断システムにおいて、 構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通
信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、 前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を測定し
て通信手段を介して前記測定器に送り、 前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記
コンピュータに送り、 前記コンピュータは、前記微動時刻歴から観測時刻歴を
得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に注目時刻歴の二乗平均値と前記基準点の観測時刻歴
の二乗平均値の比を算出し、この比と、前記突発的な外
力が作用した場合に予測される前記基準点の観測時刻歴
の二乗平均値を乗じて予測結果を算出するものであっ
て、 前記基準点と複数の観測点における微動観測値として同
時に観測されたものを用いることを特徴とする構造物の
診断システム。
9. A microtremor time history obtained from microtremor observation values of a structure is observed at a reference point and a plurality of observation points to predict behavior of the structure when a sudden external force acts on the structure. The structure diagnostic system includes a plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a communication unit, a measuring instrument, and a computer, wherein the geophones are micromotions added to the structure. Is sent to the measuring device via communication means, the measuring device sends the microtremor observation value to the computer via communication means, the computer obtains an observation time history from the micromotion time history, Calculate the time history of interest in the time domain from the observation time history,
Next, the ratio of the mean square of the time history of interest and the mean square of the observation time history of the reference point is calculated, and this ratio and the observation time of the reference point predicted when the sudden external force acts A system for diagnosing a structure, wherein a prediction result is calculated by multiplying a root mean square value, and simultaneously observed values are used as microtremor observation values at the reference point and a plurality of observation points.
【請求項10】 前記観測時刻歴または注目時刻歴のパ
ワースペクトルが、前記構造物に突発的に外力が作用
し、前記構造物が弾性的に振る舞うと考えた場合に構造
物に生ずる時刻歴のパワースペクトルとほぼ相似になる
ように、観測時間帯を選択する請求項9の構造物の診断
システム。
10. The power spectrum of the observation time history or the attention time history shows the time history generated in the structure when it is considered that an external force suddenly acts on the structure and the structure behaves elastically. The structure diagnosis system according to claim 9, wherein the observation time zone is selected so as to be substantially similar to the power spectrum.
【請求項11】 前記構造物の設計条件等から決定した
判定基準値と、前記注目時刻歴の予測最大値とを比較し
て前記突発的な外力による前記構造物の危険度を判定す
る手段を、更に具備することを特徴とする請求項9また
は10の構造物の診断システム。
11. A means for judging the risk of the structure due to the sudden external force by comparing a judgment reference value determined from design conditions of the structure and a predicted maximum value of the time history of interest. The diagnostic system for a structure according to claim 9 or 10, further comprising:
【請求項12】 前記微動観測値は、前記観測点又は平
面の変位、速度および加速度のうち少なくとも1つであ
ることを特徴とする請求項9〜11のいずれかの構造物
の診断システム。
12. The system for diagnosing a structure according to claim 9, wherein the microtremor observation value is at least one of displacement, velocity and acceleration of the observation point or plane.
【請求項13】 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平
面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つ
の時刻歴である請求項9〜12のいずれかの対象物の診
断システム。
13. The diagnostic system for an object according to claim 9, wherein the time history of interest is at least one time history of displacement of the observation point or plane, displacement between layers, rotation angle, and strain.
【請求項14】 前記通信手段が、有線または無線のも
のである請求項9〜13のいずれかの構造物の診断シス
テム。
14. The structure diagnostic system according to claim 9, wherein the communication unit is wired or wireless.
【請求項15】 前記通信手段が、ケーブルである請求
項9〜14のいずれかの構造物の診断システム。
15. The structure diagnostic system according to claim 9, wherein the communication unit is a cable.
【請求項16】 前記通信手段が、電波、あるいはフレ
キシブルディスク、メモリーカード等の媒体である請求
項9〜15のいずれかの構造物の診断システム。
16. The diagnostic system for a structure according to claim 9, wherein the communication means is a radio wave or a medium such as a flexible disk or a memory card.
【請求項17】 診断結果を表示する表示装置を更に備
えている請求項9〜16のいずれかの構造物の診断シス
テム。
17. The diagnostic system for a structure according to claim 9, further comprising a display device for displaying a diagnostic result.
【請求項18】 前記受振器が、前記構造物の基準面と
層境界面に配置されている請求項9〜17のいずれかの
構造物の診断システム。
18. The structure diagnostic system according to claim 9, wherein the geophone is disposed on a reference plane and a layer boundary surface of the structure.
【請求項19】 前記境界面が複数面設定されている請
求項18の構造物の診断システム。
19. The structure diagnosis system according to claim 18, wherein a plurality of boundary surfaces are set.
【請求項20】 前記複数の境界面の少なくとも1面に
複数個の受振器が配置されている請求項19の構造物の
診断システム。
20. The structure diagnostic system according to claim 19, wherein a plurality of geophones are arranged on at least one of the plurality of boundary surfaces.
【請求項21】 前記受振器と測定器が一つのケースに
収められており、測定器の振動が受振器に感知されない
ようになっている請求項20の構造物の診断システム。
21. The structure diagnostic system according to claim 20, wherein the geophone and the measuring instrument are housed in one case so that vibration of the instrument is not detected by the geophone.
【請求項22】 構造物の微動観測値から得られた微動
時履歴を、基準点と複数の観測点で観測し、該構造物に
突発的な外力が作用した場合の構造物の挙動を予測する
構造物の診断方法に用いるコンピュータにおいて、前記
微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間
領域で注目時刻歴を算出し、次に注目時刻歴の二乗平均
値と前記基準点の観測時刻歴の二乗平均値の比を算出
し、この比と、前記突発的な外力が作用した場合に予測
される前記基準点の観測時刻歴の二乗平均値を乗じて予
測結果を算出するものであって、 前記基準点と複数の観測点における微動観測値として同
時に観測されたものを用いることを特徴とするコンピュ
ータ。
22. A history of microtremors obtained from microtremor observation values of a structure is observed at a reference point and a plurality of observation points to predict the behavior of the structure when a sudden external force acts on the structure. In a computer used for the method of diagnosing a structure, an observation time history is obtained from the minute movement time history, an attention time history is calculated from the observation time history in a time domain, and then a root mean square value of the attention time history and the reference point are obtained. Of the observation time history root mean square value is calculated, and the prediction result is calculated by multiplying this ratio by the root mean square value of the observation time history of the reference point predicted when the sudden external force acts. A computer characterized by using simultaneously observed microtremor observation values at the reference point and a plurality of observation points.
【請求項23】 前記観測時刻歴または注目時刻歴のパ
ワースペクトルが、前記構造物に突発的に外力が作用
し、前記構造物が弾性的に振る舞うと考えた場合に構造
物に生ずる時刻歴のパワースペクトルとほぼ相似になる
ように、観測時間帯を選択する請求項22のコンピュー
タ。
23. The power spectrum of the observation time history or the time history of interest indicates the time history generated in the structure when it is considered that the structure behaves elastically due to an unexpected external force acting on the structure. 23. The computer according to claim 22, wherein the observation time zone is selected so as to be substantially similar to the power spectrum.
【請求項24】 前記構造物の設計条件等から決定した
判定基準値と、前記注目時刻歴の予測最大値とを比較し
て前記突発的な外力による前記構造物の危険度を判定す
る手段を、更に具備することを特徴とする請求項22ま
たは23のコンピュータ。
24. A means for judging the risk of the structure due to the sudden external force by comparing a judgment reference value determined from design conditions of the structure and a predicted maximum value of the time history of interest. The computer according to claim 22 or 23, further comprising:
【請求項25】 前記微動観測値は、前記観測点又は平
面の変位、速度および加速度のうち少なくとも1つであ
ることを特徴とする請求項22〜24のいずれかのコン
ピュータ。
25. The computer according to claim 22, wherein the microtremor observation value is at least one of displacement, velocity and acceleration of the observation point or plane.
【請求項26】 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平
面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つ
の時刻歴である請求項22〜25のいずれかのコンピュ
ータ。
26. The computer according to claim 22, wherein the time history of interest is at least one time history of displacement of the observation point or plane, displacement between layers, rotation angle, and strain.
【請求項27】 コンピュータを請求項22〜26のい
ずれかに記載したコンピュータとして、機能させること
を特徴とするプログラム。
27. A program causing a computer to function as the computer according to any one of claims 22 to 26.
【請求項28】 請求項27記載のプログラムを記録し
た記録媒体。
28. A recording medium recording the program according to claim 27.
【請求項29】 構造物の微動観測値から得られた微動
時履歴を、基準点と複数の観測点で観測し、該構造物に
突発的な外力が作用した場合の構造物の挙動を予測する
構造物の診断装置において、 構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通
信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、 前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を測定し
て、そのデータを前記通信手段を介して前記測定器に送
り、 前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記
コンピュータに送り、 前記コンピュータは、前記微動時刻歴から観測時刻歴を
得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、 次に注目時刻歴の二乗平均値と前記基準点の観測時刻歴
の二乗平均値の比を算出し、 この比と、前記突発的な外力が作用した場合に予測され
る前記基準点の観測時刻歴の二乗平均値を乗じて予測結
果を算出するものであって、 前記基準点と複数の観測点における微動観測値として同
時に観測されたものを用いることを特徴とする構造物の
診断装置。
29. A microtremor history obtained from microtremor observation values of a structure is observed at a reference point and a plurality of observation points to predict the behavior of the structure when a sudden external force acts on the structure. In the structure diagnostic device, a plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a communication unit, a measuring instrument, and a computer are provided. And sends the data to the measuring instrument via the communication means, the measuring instrument sends the microtremor observation value to the computer via communication means, and the computer observes from the microtremor time history. The time history is obtained, and the time history of interest is calculated from the observation time history in the time domain, and then the ratio of the mean square of the time history of interest and the mean square of the observation time history of the reference point is calculated. Predicted when the sudden external force is applied A method for calculating a prediction result by multiplying the root mean square value of the observation time history of the reference point, characterized in that it uses those observed simultaneously as microtremor observation values at the reference point and a plurality of observation points. Diagnostic device for structures.
【請求項30】 前記観測時刻歴または注目時刻歴のパ
ワースペクトルが、前記構造物に突発的に外力が作用
し、前記構造物が弾性的に振る舞うと考えた場合に構造
物に生ずる時刻歴のパワースペクトルとほぼ相似になる
ように、観測時間帯を選択する請求項29の構造物の診
断装置。
30. The power spectrum of the observation time history or the time history of interest indicates the time history generated in the structure when it is considered that the structure behaves elastically due to an unexpected external force acting on the structure. 30. The structure diagnostic apparatus according to claim 29, wherein the observation time zone is selected so as to be substantially similar to the power spectrum.
【請求項31】 前記構造物の設計条件等から決定した
判定基準値と、前記注目時刻歴の予測最大値とを比較し
て前記突発的な外力による前記構造物の危険度を判定す
る手段を、更に具備することを特徴とする請求項29ま
たは30の構造物の診断装置。
31. A means for judging the risk of the structure due to the sudden external force by comparing a judgment reference value determined from design conditions of the structure and a predicted maximum value of the time history of interest. 31. The structure diagnostic apparatus according to claim 29 or 30, further comprising:
【請求項32】 前記通信手段が、有線または無線のも
のである請求項29〜31のいずれかの構造物の診断装
置。
32. The structure diagnostic apparatus according to claim 29, wherein the communication unit is wired or wireless.
【請求項33】 前記通信手段が、ケーブルである請求
項29〜32のいずれかの構造物の診断装置。
33. The structure diagnostic apparatus according to claim 29, wherein the communication unit is a cable.
【請求項34】 前記通信手段が、電波、あるいはフレ
キシブルディスク、メモリーカード等の媒体である請求
項29〜33のいずれかの構造物の診断装置。
34. The diagnostic device for a structure according to claim 29, wherein the communication means is a radio wave or a medium such as a flexible disk or a memory card.
【請求項35】 診断結果を表示する表示装置を更に備
えている請求項29〜34のいずれかの構造物の診断装
置。
35. The diagnostic device for a structure according to claim 29, further comprising a display device for displaying a diagnostic result.
【請求項36】 前記受振器が、前記構造物の基準面と
層境界面に配置されている請求項29〜35のいずれか
の構造物の診断装置。
36. The structure diagnostic apparatus according to claim 29, wherein the geophone is disposed on a reference plane and a layer boundary surface of the structure.
【請求項37】 前記境界面が複数面設定されている請
求項36の構造物の診断装置。
37. The structure diagnosis apparatus according to claim 36, wherein a plurality of boundary surfaces are set.
【請求項38】 前記複数の境界面の少なくとも1面に
複数個の受振器が配置されている請求項37の構造物の
診断装置。
38. The structure diagnostic apparatus according to claim 37, wherein a plurality of geophones are arranged on at least one of the plurality of boundary surfaces.
【請求項39】 前記受振器と測定器が一つのケースに
収められており、測定器の振動が受振器に感知されない
ようになっている請求項29〜38のいずれかの構造物
の診断装置。
39. The structure diagnostic apparatus according to claim 29, wherein the geophone and the measuring instrument are housed in one case so that the vibration of the instrument is not detected by the geophone. .
【請求項40】 前記微動観測値は、前記観測点又は平
面の変位、速度および加速度のうち少なくとも1つであ
ることを特徴とする請求項29〜39のいずれかの構造
物の診断装置。
40. The diagnostic apparatus for a structure according to claim 29, wherein the microtremor observation value is at least one of displacement, velocity and acceleration of the observation point or plane.
【請求項41】 前記注目時刻歴は、前記観測点又は平
面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも1つ
の時刻歴である請求項29〜40のいずれかの対象物の
診断装置。
41. The object diagnosis apparatus according to claim 29, wherein the time history of interest is at least one time history of displacement of the observation point or plane, displacement between layers, rotation angle, and strain.
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