JP4227353B2 - コンクリート構造物の監視システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート構造物の監視システムに関し、特に、道路橋や鉄道橋などの大型プレストレストコンクリート構造物に使用されている緊張材の破断を、長期にわたって精度良く且つ経済的に監視し得るコンクリート構造物の監視システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
例えば、道路橋や鉄道橋などのコンクリート構造物は、経時的な繰り返し荷重を受けるため、緊張材を埋設したプレストレストコンクリート構造物が使用されている。
このようなプレストレストコンクリート構造物において、緊張材の破断を検知することは、構造物全体の崩壊を事前に予測できることから非常に重要となる。
【０００３】
ここで、プレストレストコンクリート構造物の内部に埋設されている緊張材の破断などを検知する手法としては、従来よりアコースティック・エミッション（以下、ＡＥと略記する）法が知られている。
このＡＥ法とは、固体が変形もしくは破壊する際に開放されるエネルギーによって生じる弾性波を検出し、該弾性波を解析することによりコンクリート構造物などの異常を診断する手法である。
【０００４】
このＡＥ法によって、プレストレストコンクリート構造物の内部に埋設されている緊張材の破断を検知しようとする場合には、これまでの多くは緊張材が埋設されている部位近傍にＡＥセンサーを設置し、該ＡＥセンサーの出力を、増幅器、Ａ／Ｄコンバータ、波形記録装置などが内蔵されたＡＥ計測装置にケーブルにて導く構成が採用されている。
【０００５】
しかし、この構成を、道路橋や鉄道橋などの大型プレストレストコンクリート構造物に対して実施した場合、センサーから計測装置までの距離が非常に長いものとなり、接続ケーブルを伝播する段階での信号の減衰が甚だしく、またノイズが大きくなって誤った判断をしてしまう可能性が大きい。
また、該コンクリート構造物に埋設された緊張材の破断は、長期にわたって監視する必要があり、常時長いケーブルによってセンサーの検知情報を計測装置に導く構成は、電力消費量が多くなって経済的ではない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、道路橋や鉄道橋などの大型プレストレストコンクリート構造物に使用されている緊張材の破断をも、長期にわたって精度良く且つ経済的に監視し得るコンクリート構造物の監視システムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した目的を達成するため、プレストレストコンクリート構造物に設置された複数の測定ユニットと、前記測定ユニットの各々と電気的に接続されたメイン処理装置とから構成され、上記測定ユニットは、上記コンクリート構造物中を伝播する弾性波を検出するセンサーと、該センサーが検出した弾性波に関するデータを記憶するメモリと、前記センサーが基準値を越える弾性波を検出した場合にその旨を上記メイン処理装置に送信する処理、及び上記メイン処理装置からの指示により前記メモリに記憶されたデータを上記メイン処理装置に送信する処理を行う制御部とを各々備え、上記メイン処理装置は、上記いずれかの測定ユニットから上記基準値を越える弾性波を検出した旨の送信を受けた場合に各測定ユニットに対して上記メモリに記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測定ユニットから送信されたデータを解析し、上記コンクリート構造物中に埋設された緊張材の破断位置を特定して警告表示をする処理、及び定期或いは不定期に、上記各測定ユニットに対してメモリに記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測定ユニットから送信されたデータを解析し、各測定ユニットの異常診断を行うと共に、異常な測定ユニットが存在した場合に警告表示をする処理を行うコンクリート構造物の監視システムとした。
【０００８】
上記した本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムによれば、プレストレストコンクリート構造物に設置された複数の測定ユニットの各々に、該コンクリート構造物中を伝播する弾性波を検出するセンサーと、該センサーが検出した弾性波に関するデータを記憶するメモリとが設けられているため、各測定ユニットのセンサーが検出した弾性波に関するデータは、減衰することなく且つノイズが大幅に低減された状態で各測定ユニットのメモリに即座に記憶されることとなる。
また、遠く離れた位置に置かれることとなる各測定ユニットとメイン処理装置との間の情報伝達は、いずれかの測定ユニットのセンサーが基準値を越える弾性波を検出した場合となるため、常時長いケーブルによってセンサーの検知情報を計測装置に導く従来の技術に比し、大幅に電力消費量を削減できることとなる。
更に、メイン処理装置は、各測定ユニットから送信されたデータを解析し、プレストレストコンクリート構造物中に埋設された緊張材の破断位置を特定して警告表示をする処理を行うため、該コンクリート構造物の管理者は、この情報から該コンクリート構造物の異常位置を即座に判断することができる。
上記のようなことから、本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムは、プレストレストコンクリート構造物に使用されている緊張材の破断を、長期にわたって精度良く且つ経済的に監視し得るシステムとなる。
【０００９】
また、本発明においては、上記メイン処理装置は、定期或いは不定期に、上記各測定ユニットに対してメモリに記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測定ユニットから送信されたデータを解析し、各測定ユニットの異常診断を行うと共に、異常な測定ユニットが存在した場合に警告表示をする処理をも行う。
これは、コンクリート構造物に設置された測定ユニット、特にセンサーは、コンクリート構造物が道路橋や鉄道橋などの場合には常時振動などの外力を受けるため、設置部位からの浮き或いは故障などが生じ易く、長期にわたって使用する場合の信頼性が乏しい。そこで、定期或いは不定期に、メイン処理装置によって一括した状態で各測定ユニットの自己診断処理を行うことができるシステムとすることは、長期にわたって精度良く且つ経済的にコンクリート構造物を監視できるシステムを維持できこととなる。
【００１０】
なお、上記本発明において言うコンクリート構造物は、緊張材が使用されているプレストレストコンクリート構造物であれば特に限定されるものはないが、道路や鉄道などの橋梁，高層ビル，ダム，トンネルなどが挙げられる。
また、上記本発明で言うセンサーとは、固体が変形もしくは破壊する際に開放されるエネルギーによって生じる弾性波を検出するセンサーであって、ＡＥセンサー，超音波センサー，加速度センサー，マイクロフォンなどが挙げられる。
更に、上記本発明において行う警告表示は、警告灯の点灯，警告音の発報，モニター画面への警告表示など、その方法は特に限定させるものではない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、上記した本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムの一例を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１２】
図１及び図２は、本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを、高速道路の橋梁の監視に適用した場合の実施の形態を概念的に示した図である。
【００１３】
同図において、１は橋梁全体を示し、２は橋脚、３は橋脚２，２間に差し渡された橋桁、４は橋桁３，３間に充填された間詰めコンクリート、５は舗装コンクリート板、６は高欄である。
上記橋桁３は、経時的な繰り返し荷重に耐えられるよう、緊張材７を複数本（図においては１本のみ表示）埋設したプレストレストコンクリート構造物とされている。
【００１４】
上記橋桁３には、図１及び図２に示したように適当な間隔をあけて複数個の測定ユニット１０が設置されている。この測定ユニット１０の各々は、緊張材７が埋設された部位近傍に設置されていると共に、図１〜図３に示したようにケーブルＫ、或いは図４に示したようにアンテナＡによって遠く離れた位置に設置されたメイン処理装置２０と電気的に接続されている。
【００１５】
上記測定ユニット１０の各々には、図５に示したように橋桁３内を伝播する弾性波を検出するＡＥセンサー１１、該ＡＥセンサー１１の出力を増幅する増幅器１２、該増幅器１２からの出力をデジタル化するＡ／Ｄコンバータ１３、前記デジタル化された弾性波に関するデータを記憶するメモリ（例えば、シフトレジスタ）１４、後記する制御を行う制御部（例えば、プログラマブルコントローラ）１５、前記制御部１５によって制御される警告灯１６及び送受信手段１７が設けられている。
【００１６】
また、上記メイン処理装置２０には、図６に示したように後記する処理を行うパーソナルコンピュータ２１、該パーソナルコンピュータ２１によって制御される送受信手段２２及びメイン警告灯２３が設けられている。
【００１７】
上記測定ユニット１０に設けられた制御部１５は、上記ＡＥセンサー１１が検出した弾性波に関するデータを、常時比較器（図示せず）において基準値（例えば、緊張材の破断に基づく弾性波に関するデータの最小値）と比較し、該基準値を越える弾性波がＡＥセンサー１１によって検出された場合には、上記警告灯１６を点灯させる制御を行うと共に、上記送受信手段１７を介してその旨をメイン処理装置２０に送信する制御を行う。
また、上記制御部１５は、上記送受信手段１７を介してメイン処理装置２０からデータ送信指示を受けた場合には、その前後の所定時間内にメモリ１４に記憶された弾性波に関するデータを、上記送受信手段１７を介してメイン処理装置２０に送信する制御を行う。
【００１８】
一方、上記メイン処理装置２０のパーソナルコンピュータ２１は、上記送受信手段２２を介して上記いずれかの測定ユニット１０から基準値を越える弾性波を検出した旨の送信を受けた場合に、該基準値を越える弾性波を検出した測定ユニット１０を中心とした所定範囲内にある各測定ユニット１０に対して、或いは該メイン処理装置２０と電気的に接続された全ての各測定ユニット１０に対してメモリ１４に記憶されたデータを送信する指示を上記送受信手段２２を介して行うと共に、各測定ユニット１０から送信されたデータを上記送受信手段２２を介して受信し、該受信したデータを解析して橋桁３に埋設された緊張材７の破断位置を特定すると共に、上記メイン警告灯２３を点灯させる処理を行う。
なお、上記緊張材７の破断位置の特定は、例えば、パーソナルコンピュータ２１が、受信したデータから各測定ユニット１０の各々が緊張材７の破断に基づく弾性波を検知した時間差を求め、該時間差と各測定ユニット１０の設置位置との関係から、どの位置で緊張材７の破断が生じたかを計算する処理を行うことにより特定できる。
【００１９】
また、上記パーソナルコンピュータ２１は、定期（例えば、半年間隔）、或いは不定期（例えば、構造物管理者が診断を命じた時）に、上記全ての各測定ユニット１０に対してメモリ１４に記憶されたデータを送信する指示を上記送受信手段２２を介して行うと共に、各測定ユニット１０から送信されたデータを上記送受信手段２２を介して受信し、該受信したデータを解析して各測定ユニット１０の異常診断の処理を行うと共に、異常な測定ユニット１０が存在する場合に上記メイン警告灯２３を点灯させる処理をも行う。
この各測定ユニット１０の異常診断の処理は、例えば、パーソナルコンピュータ２１が、受信したデータから各測定ユニット１０の各々が日常的に発生している車の走行などにより生じる微弱な弾性波を検知しているか否かを検出し、何らの弾性波も検知していない測定ユニット１０、及び他の測定ユニット１０と明らかに異なる検知データの測定ユニット１０は異常と判断する処理を行うことにより診断できる。
【００２０】
上記構成の本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムは、次のような流れで高速道路の橋梁１を監視することとなる。
【００２１】
高速道路の橋梁１の橋桁３に設置された複数の測定ユニット１０は、その各々の測定ユニット１０に設けられたＡＥセンサー１１によって橋桁３内を伝播する弾性波を常時検出すると共に、この検出された弾性波に関するデータは、各々の測定ユニット１０に設けられたメモリ１４に即座に記憶される。
【００２２】
また、各々の測定ユニット１０に設けられた制御部１５は、上記各々の測定ユニット１０に設けられたＡＥセンサー１１が検出した弾性波に関するデータを常時監視し、該ＡＥセンサー１１が基準値を越える弾性波、即ち緊張材７の破断に基づく弾性波を検出した場合には、その旨を上記メイン処理装置２０に送信する。
【００２３】
いずれかの測定ユニット１０から上記基準値を越える弾性波を検出した旨の送信を受けたメイン処理装置２０は、各測定ユニット１０に対してメモリ１４に記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測定ユニット１０から送信されたデータを解析し、橋桁３に埋設された緊張材７の破断位置を特定すると共に、メイン警告灯２３を点灯させて管理者に異常を知らせる。
【００２４】
また、上記メイン処理装置２０は、定期或いは不定期に、上記各測定ユニット１０に対してメモリ１４に記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測定ユニット１０から送信されたデータを解析し、各測定ユニット１０の異常診断を行うと共に、異常な測定ユニット１０が存在する場合には、メイン警告灯２３を点灯させて管理者に知らせる。
【００２５】
以上、本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムの一実施の形態につき説明したが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能であることは当然である。
【００２６】
例えば、上記実施の形態においては、各測定ユニット１０に増幅器１２、Ａ／Ｄコンバータ１３を設け、メモリ１４にデジタル化された弾性波に関するデータが先ず直接記憶されるように構成したが、図７に示したように制御部１５がデジタル化された弾性波に関するデータを先ずチェックした後にメモリ１４に記憶させる構成としても良い。この場合、制御部１５が基準値を越える弾性波、即ち緊張材７の破断に基づく弾性波を認識した場合にはその旨を上記メイン処理装置２０に即座に送信することができ、またメイン処理装置２０からデータ送信指示を受けた場合には緊張材７の破断に基づく弾性波の収録が完了した時点で即座にメモリ１４に記憶された弾性波に関するデータをメイン処理装置２０に送信することができる。
また、上記実施の形態においては、メイン処理装置２０の処理を、パーソナルコンピュータ２１を用いて行った構成につき説明したが、専用の制御を行うように構成したプログラマブルコントローラなどを用いて構成しても当然良い。
更に、上記実施の形態においては、本発明にかかる監視システムを高速道路の橋梁の監視に適用した場合につき説明したが、本発明にかかる監視システムは、この他鉄道の橋梁，高層ビル，ダム，トンネルなどの緊張材を使用した種々の大型プレストレストコンクリート構造物の監視に好適に用いることができるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明した本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムによれば、プレストレストコンクリート構造物に使用されている緊張材の破断を、長期にわたって精度良く且つ経済的に監視することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを高速道路の橋梁の監視に適用した場合の実施の形態を概念的に示した断面図である。
【図２】本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを高速道路の橋梁の監視に適用した場合の実施の形態を概念的に示した側面図である。
【図３】本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを構成する測定ユニットとメイン処理装置との電気的接続を有線とした場合の概念図である。
【図４】本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを構成する測定ユニットとメイン処理装置との電気的接続を無線とした場合の概念図である。
【図５】本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを構成する測定ユニットのブロック図である。
【図６】本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを構成するメイン処理装置のブロック図である。
【図７】本発明にかかるコンクリート構造物の監視システムを構成する測定ユニットの他のブロック図である。
【符号の説明】
１ 橋梁
２ 橋脚
３ 橋桁
４ 間詰めコンクリート
５ 舗装コンクリート板
６ 高欄
７ 緊張材
１０ 測定ユニット
１１ ＡＥセンサー
１２ 増幅器
１３ Ａ／Ｄコンバータ
１４ メモリ
１５ 制御部
１６ 警告灯
１７ 送受信手段
２０ メイン処理装置
２１ パーソナルコンピュータ
２２ 送受信手段
２３ メイン警告灯
Ｋ ケーブル
Ａ アンテナ

Claims (2)

1. プレストレストコンクリート構造物に埋設された緊張材の破断を監視するシステムであって、上記コンクリート構造物に設置された複数の測定ユニットと、前記測定ユニットの各々と電気的に接続されたメイン処理装置とから構成され、上記測定ユニットは、上記コンクリート構造物中を伝播する弾性波を検出するセンサーと、該センサーが検出した弾性波に関するデータを記憶するメモリと、前記センサーが基準値を越える弾性波を検出した場合にその旨を上記メイン処理装置に送信する処理、及び上記メイン処理装置からの指示により前記メモリに記憶されたデータを上記メイン処理装置に送信する処理を行う制御部とを各々備え、上記メイン処理装置は、上記いずれかの測定ユニットから上記基準値を越える弾性波を検出した旨の送信を受けた場合に各測定ユニットに対して上記メモリに記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測定ユニットから送信されたデータを解析し、上記コンクリート構造物中に埋設された緊張材の破断位置を特定して警告表示をする処理、及び定期或いは不定期に、上記各測定ユニットに対してメモリに記憶されたデータを送信する指示を行うと共に、各測定ユニットから送信されたデータを解析し、各測定ユニットの異常診断を行うと共に、異常な測定ユニットが存在した場合に警告表示をする処理を行うことを特徴とする、コンクリート構造物の監視システム。
2. 上記メイン処理装置は、上記いずれかの測定ユニットから上記基準値を越える弾性波を検出した旨の送信を受けた場合に、該基準値を越える弾性波を検出した測定ユニットを中心とした所定範囲内にある各測定ユニットに対して上記メモリに記憶されたデータを送信する指示を行うことを特徴とする、請求項１記載のコンクリート構造物の監視システム。

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