JP4859550B2 - Method for judging the soundness of concrete structural members - Google Patents

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本発明は、コンクリート構造部材の健全性判定方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、コンクリート構造部材例えば鉄筋コンクリート建物を構成している柱、梁、壁、床などのコンクリート構造部材の健全性を判定する方法に関する。   The present invention relates to a soundness determination method for a concrete structural member. More specifically, the present invention relates to a method for determining the soundness of concrete structural members such as columns, beams, walls, floors and the like constituting a concrete structural member such as a reinforced concrete building.

鉄筋コンクリート造の建物または鉄骨鉄筋コンクリート造の建物を構成している柱、梁、壁、床などのコンクリート構造部材の健全性を判定する方法がこれまで種々提案されている。コンクリート構造部材の健全性の判定方法としては、ひび割れの目視調査による方法が一般的であり、コンクリート構造部材の表面のひび割れの長さ、幅、発生パターンなどが判断情報とされる。   Various methods have been proposed so far for determining the soundness of concrete structural members such as columns, beams, walls, and floors constituting reinforced concrete buildings or steel reinforced concrete buildings. As a method for determining the soundness of a concrete structural member, a method by visual inspection of cracks is generally used, and the length, width, occurrence pattern, and the like of the cracks on the surface of the concrete structural member are used as judgment information.

そこで、鉄筋コンクリート構造物表面に生じているひび割れ状態を画像計測によって自動的に検出し、構造物の損傷度を診断する方法が提案されている(特許文献1)。また、ひずみを記憶できる線状のセンサもしくは歪みセンサを予めコンクリート構造部材に埋設しておき、センサのひずみを検出することによってコンクリート構造部材が経験したひずみを評価し、損傷度を診断する方法も提案されている(特許文献2、特許文献3)。また、光ファイバをセンサとして予めコンクリート構造部材に埋め込んでおき、その光ファイバからの出力を監視することでコンクリート構造部材の健全性を診断する方法が提案されている(特許文献4)。また、建物の常時微動を計測し、その計測記録に含まれる建物全体の振動成分のみを抽出することによって、建物の固有振動数や固有モードなどの振動特性を同定し、振動特性が建物の損傷前後で変化する現象を利用して、振動特性を長期的にモニタリングすることによって構造健全性を診断する方法も提案されている(特許文献5)。   Therefore, a method has been proposed in which a crack state generated on the surface of a reinforced concrete structure is automatically detected by image measurement to diagnose the degree of damage to the structure (Patent Document 1). There is also a method of diagnosing the degree of damage by preliminarily embedding a linear sensor or strain sensor capable of storing strain in the concrete structure member, and evaluating the strain experienced by the concrete structure member by detecting the strain of the sensor. It has been proposed (Patent Documents 2 and 3). Further, a method has been proposed in which an optical fiber is embedded in a concrete structure member in advance as a sensor and the soundness of the concrete structure member is diagnosed by monitoring the output from the optical fiber (Patent Document 4). Also, by measuring the microtremors of the building and extracting only the vibration components of the entire building included in the measurement record, the vibration characteristics such as the natural frequency and natural mode of the building are identified, and the vibration characteristics are A method of diagnosing structural integrity by monitoring a vibration characteristic for a long period using a phenomenon that changes before and after has been proposed (Patent Document 5).

さらに、鉄筋コンクリート造の建物または構造部材の健全性を判定する方法としては、鉄筋量(鉄筋比)の適正量を確認することを目的として、電磁波やX線を用いてコンクリート内部を透視する方法も多用されている。   Furthermore, as a method of judging the soundness of a reinforced concrete building or structural member, there is also a method of seeing through the inside of concrete using electromagnetic waves or X-rays for the purpose of confirming an appropriate amount of reinforcing bars (rebar ratio). It is used a lot.

特開2003−35528号JP 2003-35528 A 特開2005−337818号JP 2005-337818 A 特開2005−337819号JP 2005-337819 A 特開2005−257570号JP 2005-257570 A 特開2003−322585号JP 2003-322585 A

しかしながら、ひび割れの目視調査による方法や特許文献1の診断方法では、コンクリート構造部材の表面が露出していなければ実施できない問題がある。即ち、コンクリート建物あるいは構造部材の場合、化粧材で覆う工法を採ることが多く、化粧材を剥がしてコンクリート構造部材の表面を露出させなければならずコストと時間を費やしてしまうことになる。   However, the method by visual inspection of cracks and the diagnostic method of Patent Document 1 have a problem that cannot be implemented unless the surface of the concrete structural member is exposed. That is, in the case of a concrete building or a structural member, a method of covering with a decorative material is often adopted, and the surface of the concrete structural member must be exposed by peeling off the decorative material, which consumes cost and time.

また、特許文献2から4の技術はいずれも評価できるひずみはセンサが埋設された位置に限られてしまう。即ち、構造部材の損傷箇所とセンサを埋め込む位置が一致する必要があり、センサの埋め込み位置を事前に予想する必要がある上に、損傷発生箇所が事前の予想と外れるとセンサが機能しない問題がある。また、コンクリート構造部材に予めセンサを埋設させることにより成立する手法であるため、評価できるコンクリート構造部材はセンサが埋設された新設のものに限られ、既設のコンクリート構造部材には適用することができない。既設のコンクリート構造部材に適用する場合には、センサを埋設するために部分的に破壊するなど、損傷なく実施することはできない問題がある。   In addition, the strains that can be evaluated by any of the techniques of Patent Documents 2 to 4 are limited to the position where the sensor is embedded. In other words, it is necessary to match the position where the sensor is damaged and the position where the sensor is embedded, and it is necessary to predict the embedded position of the sensor in advance, and the sensor does not function if the damaged position deviates from the previous prediction. is there. In addition, since the method is established by embedding a sensor in the concrete structural member in advance, the concrete structural member that can be evaluated is limited to a new one in which the sensor is embedded, and cannot be applied to an existing concrete structural member. . When it is applied to an existing concrete structural member, there is a problem that it cannot be carried out without damage, such as partial destruction for embedding the sensor.

また、特許文献5記載の診断方法は、損傷前後の振動特性の変化に基づいて建物の構造健全性を評価するため、損傷前の振動特性として建物の新築時の固有振動数のデータが必要であり、新築時(健全時)のデータが存在しない既設の建物には適用できない問題がある。また、コンクリート構造部材のコンクリートの損傷や鉄筋の構造性能を知ることもできない。しかも、新設時のコンクリート構造部材の固有振動数のデータが入手できたとしても、それが健全なコンクリート構造部材であるという保証もない。   In addition, since the diagnostic method described in Patent Document 5 evaluates the structural soundness of a building based on changes in vibration characteristics before and after damage, data on the natural frequency at the time of new building is required as vibration characteristics before damage. There is a problem that cannot be applied to existing buildings that do not have data at the time of new construction (when healthy). In addition, it is impossible to know the concrete damage of the concrete structural member and the structural performance of the reinforcing bars. Moreover, even if the data on the natural frequency of the concrete structural member at the time of new construction can be obtained, there is no guarantee that it is a sound concrete structural member.

さらに、電磁波やX線を用いて非破壊で鉄筋を調査する方法においても、鉄筋の存在や配置を知ることはできても、鉄筋の付着などの構造力学的な性能を評価できていない問題がある。   Furthermore, even in the method of non-destructive investigation of reinforcing bars using electromagnetic waves and X-rays, there is a problem that structural mechanical performance such as reinforcing bars cannot be evaluated even though the existence and arrangement of reinforcing bars can be known. is there.

そこで、本発明は、コンクリート構造部材が化粧材で覆われていても、コンクリート構造部材の健全性を正確に判定することができる健全性判定方法を提供することを目的とする。また、事前の予測が困難な損傷をも検知可能なコンクリート構造部材の健全性判定方法を提供することも目的とする。さらに、コンクリート構造部材が新設されたものか既設のものであるかに関係なく、健全時の固有振動数のデータが無くともその健全性を判定することができるコンクリート構造部材の健全性判定方法を提供することも目的とする。さらには、本発明は、現段階において健全であると評価されたコンクリート構造部材に対し、進行しているコンクリートの構造上の劣化あるいは鉄筋の付着性能の低下もしくは腐食による断面欠損を診断し、将来のコンクリートの損傷あるいは鉄筋の構造性能の劣化を早期に予測可能とするコンクリート健全性評価方法を提供することも目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the soundness determination method which can determine the soundness of a concrete structure member correctly, even if the concrete structure member is covered with the decorative material. It is another object of the present invention to provide a method for determining the soundness of a concrete structural member that can detect damage that is difficult to predict in advance. Furthermore, there is a method for determining the soundness of a concrete structural member that can determine the soundness of a concrete structural member regardless of whether the concrete structural member is newly installed or existing. It is also intended to provide. Furthermore, the present invention diagnoses the structural deterioration of concrete that is evaluated to be sound at the present stage, the structural deterioration of concrete, the deterioration of the adhesion performance of reinforcing bars, or the cross-sectional defect due to corrosion. Another object of the present invention is to provide a concrete soundness evaluation method that enables early prediction of damage to concrete or deterioration of structural performance of reinforcing bars.

かかる目的を達成するために、本発明者等がコンクリート構造部材に不均一な温度分布となるような温度変化を与えたときの固有振動数の変化とコンクリート構造部材の健全性との関連について種々実験・研究を実施した結果、コンクリート部分が健全であるときは加温すると固有振動数が上がるか一定に推移し、損傷があるときは加温すると固有振動数が下がることを知見するに至った。   In order to achieve such an object, there are various relations between the natural frequency change and the soundness of the concrete structural member when the present inventors give a temperature change that causes a nonuniform temperature distribution to the concrete structural member. As a result of conducting experiments and research, when the concrete part was healthy, the natural frequency increased or remained constant when heated, and when it was damaged, the natural frequency decreased when heated. .

コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与えると、コンクリート構造部材では圧縮応力と引っ張り応力が同時に発生するような温度応力が発生する。この温度応力によりコンクリート構造部材の主要な材料であるコンクリートのヤング係数が変化する。他方、コンクリート構造部材のもう一つの主要な材料である鉄筋のヤング係数は、コンクリートが損傷しない程度の温度変化であればほとんど変化しない。そして、ヤング係数はコンクリート構造部材の固有振動数を決める定数のひとつであるため、ヤング係数が変化すればコンクリート構造部材の固有振動数も変化する。   When the concrete structural member is subjected to a temperature change that causes a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member, the concrete structural member generates a temperature stress in which a compressive stress and a tensile stress are generated simultaneously. This temperature stress changes the Young's modulus of concrete, which is the main material of the concrete structural member. On the other hand, the Young's modulus of reinforcing steel, which is another main material for concrete structural members, hardly changes as long as the temperature changes to such an extent that the concrete is not damaged. Since the Young's modulus is one of constants that determine the natural frequency of the concrete structural member, if the Young's modulus changes, the natural frequency of the concrete structural member also changes.

温度応力分布は、鉄筋とコンクリートを含めた全てのコンクリート構造部材のものであり、鉄筋とコンクリートを合算したものである。つまり、全部材断面に発生した温度応力は、鉄筋とコンクリート部分で分配することになる。鉄筋量が多いほどコンクリートが負担する応力が小さくて済むことになる反面で、鉄筋量が少ないほどコンクリートの負担する応力が大きくなる。極端な例として、鉄筋が全く入っていない無筋コンクリートでは、発生した温度応力はその全部がコンクリートによって負担されることとなる。   The temperature stress distribution is for all concrete structural members including rebar and concrete, and is the sum of rebar and concrete. That is, the temperature stress generated in all member cross sections is distributed between the reinforcing bars and the concrete portion. On the other hand, the greater the amount of reinforcing bars, the smaller the stress borne by the concrete. On the other hand, the smaller the amount of reinforcing bars, the greater the stress borne by the concrete. As an extreme example, in unreinforced concrete that does not contain any reinforcing bars, the generated temperature stress is borne entirely by the concrete.

したがって、温度応力がコンクリート部分に大きく作用するほど、コンクリートの弾性係数(ヤング率)が大きくなり、コンクリート構造部材が堅くなり、固有振動数が増加する、というメカニズムが成り立っているものと考えられる。このメカニズムによれば、コンクリート部分の温度応力が大きいほど、部材の固有振動数は増加することとなる。つまり、鉄筋が少なく、コンクリートに作用する応力が大きくなると、部材の固有振動数の増加量は大きくなる。反対に、鉄筋が多く、コンクリートに作用する応力が小さいと、部材の固有振動数の増加量は小さくなる。また、鉄筋が存在していても、鉄筋とコンクリートとの係着力が低下すれば、コンクリートに作用する応力の配分が増えるため、コンクリート構造部材全体としては固有振動数が増加することとなる。   Therefore, it is considered that a mechanism is established in which the greater the temperature stress acts on the concrete part, the greater the elastic modulus (Young's modulus) of the concrete, the more rigid the concrete structural member, and the higher the natural frequency. According to this mechanism, the natural frequency of the member increases as the temperature stress of the concrete portion increases. That is, when there are few reinforcing bars and the stress acting on the concrete increases, the increase in the natural frequency of the member increases. On the other hand, if there are many reinforcing bars and the stress acting on the concrete is small, the increase in the natural frequency of the member is small. Even if reinforcing bars are present, if the engaging force between the reinforcing bars and the concrete is reduced, the distribution of stress acting on the concrete is increased, so that the natural frequency of the concrete structural member as a whole increases.

つまり、本発明者等の実験から得られた知見によれば、コンクリート構造部材の鉄筋比並びにコンクリートの構造上の損傷と、コンクリート構造部材の温度変化が与えられた後の固有振動数の変動パターンとの間には、以下の(a)〜(c)の特徴がある。
(a)コンクリート部分が健全である場合には、加温後の固有振動数が増加する。
(b)コンクリート部分が健全である場合に限れば、鉄筋比が小さいほど、加温後の固有振動数の増加率は大きくなる。
(c)コンクリート部分が健全でない場合には、加温後の固有振動数は減少する。
That is, according to the knowledge obtained from the experiments by the present inventors, the fluctuation ratio of the natural frequency after the reinforcement ratio of the concrete structural member and the structural damage of the concrete and the temperature change of the concrete structural member are given. Are the following features (a) to (c).
(a) When the concrete part is healthy, the natural frequency after heating increases.
(b) As long as the concrete part is healthy, the increase rate of the natural frequency after heating increases as the reinforcing bar ratio decreases.
(c) When the concrete part is not healthy, the natural frequency after heating decreases.

そこで、部材断面内で不均一な温度分布となるように温度変化をコンクリート構造部材に与えたときのコンクリート構造部材の固有振動数の変化を測定すれば、「固有振動数が少し上がる」若しくは「一定に推移する」、「たくさん(過度に)上がる」、「下がる」といった定性的な現象からコンクリートの損傷状態を推定することができ、また温度変化を与えたときの固有振動数の増加率を求めて鉄筋の構造性能の評価指標としたり、さらには予め固有振動数の増加率と鉄筋比との相対関係を求めておくことにより固有振動数の増加率から鉄筋比を定量的に推定することができる。鉄筋の存在、ひいては鉄筋量の推定並びに鉄筋とコンクリートとの付着力(コンクリートと鉄筋との間の隙間の増大やなじみの悪化)の診断にも使える。   Therefore, if the change in the natural frequency of the concrete structural member is measured when a temperature change is applied to the concrete structural member so as to have a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member, the “natural frequency increases slightly” or “ It is possible to estimate the damage state of concrete from qualitative phenomena such as “transition constant”, “much (too much) going up”, “falling down”, and the rate of increase of natural frequency when temperature change is given To obtain an evaluation index of the structural performance of the reinforcing bar, and to estimate the reinforcing bar ratio quantitatively from the increasing rate of the natural frequency by obtaining the relative relationship between the increasing rate of the natural frequency and the reinforcing bar ratio in advance. Can do. It can also be used to estimate the presence of reinforcing bars, and hence the amount of reinforcing bars, as well as the adhesion between reinforcing bars and concrete (increase in gaps between concrete and reinforcing bars and deterioration of familiarity).

また、コンクリート構造部材のコンクリート並びに鉄筋の構造性能の状況は、固有振動数の増加率として定量的に把握できることから、健全性判定を定期的に実施して温度変化を与えたときの固有振動数の増加率の経年的変化を分析することで、将来におけるコンクリート並びに鉄筋の構造性能の劣化を構造上の致命的な損傷に至る前に早期に予測することができる。   In addition, the structural performance of concrete and reinforcing bars in concrete structural members can be quantitatively grasped as the rate of increase of the natural frequency, so the natural frequency when the soundness judgment is performed periodically and temperature changes are given. By analyzing the change in the rate of increase over time, it is possible to predict the deterioration of the structural performance of concrete and reinforcing bars in the future before fatal damage to the structure is reached.

即ち、本発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法は、上述の知見に基づくものであって、コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与え、温度変化を与えた後のコンクリート構造部材の固有振動数の変化を検出し、固有振動数の変化が増加する傾向もしくは一定に推移する傾向にあるときにはコンクリートに構造上の損傷無し、減少する傾向にあるときにはコンクリートに構造上の損傷有りと判定するものである。   That is, the soundness determination method for a concrete structural member according to the present invention is based on the above-described knowledge, and gives the concrete structural member a temperature change that causes a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member. Changes in the natural frequency of a concrete structural member after being applied to the concrete are detected. When the natural frequency changes tend to increase or remain constant, there is no structural damage to the concrete, and when there is a tendency to decrease. The concrete is judged to have structural damage.

また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法において、コンクリート構造部材に断続的に打撃を与え、この打撃によって生じたコンクリート構造部材の振動からその固有振動数を算出すると共にこの固有振動数の経時変化のパターンを求め、経時変化のパターンから固有振動数の変化方向を判定するものである。   Further, the invention according to claim 2 is the method for determining the soundness of a concrete structural member according to claim 1, wherein the concrete structural member is intermittently hit and the natural vibration is generated from the vibration of the concrete structural member caused by the hit. In addition to calculating the number, the pattern of change with time of the natural frequency is obtained, and the change direction of the natural frequency is determined from the pattern of change with time.

また、請求項3記載の発明は、請求項1記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法において、コンクリート構造部材の固有振動数の変化を、温度変化を与える前の固有振動数との比較により、温度変化を与えた後の固有振動数の変化を求めるものである。   Further, the invention according to claim 3 is the soundness determination method for a concrete structural member according to claim 1, wherein the change in the natural frequency of the concrete structural member is compared with the natural frequency before giving the temperature change. The change of the natural frequency after giving a temperature change is calculated | required.

また、請求項4記載の発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法は、コンクリート構造部材に断面内で不均一な温度変化を与え、温度変化を与えた後のコンクリート構造部材の固有振動数の変化を測定して固有振動数の増加率を求め、前記増加率と健全なコンクリート構造部材の前記温度変化時の固有振動数の増加率と比較することにより鉄筋の構造性能を評価指標としてコンクリート構造部材の健全性を判定するものである。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for determining the soundness of a concrete structural member, wherein the concrete structural member is subjected to a non-uniform temperature change in a cross section, and the natural frequency of the concrete structural member after the temperature change is determined. By measuring the change, the increase rate of the natural frequency is obtained, and by comparing the increase rate with the increase rate of the natural frequency at the time of the temperature change of a sound concrete structural member, the structural performance of the reinforcing bar is used as an evaluation index. The soundness of the member is determined.

また、請求項5記載の発明は、請求項4記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法において、鉄筋比が既知のコンクリート構造部材に不均一な温度変化を与えたときの固有振動数の増加率と鉄筋比との相関関係を予め求めておき、この相関関係を用いて温度差を与えた後のコンクリート構造部材の固有振動数の増加率から鉄筋比を推定するものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the method for determining the soundness of a concrete structural member according to the fourth aspect, the rate of increase of the natural frequency when a non-uniform temperature change is applied to the concrete structural member with a known reinforcement ratio. Is obtained in advance, and the reinforcement ratio is estimated from the increase rate of the natural frequency of the concrete structural member after the temperature difference is given using this correlation.

また、請求項6記載の発明は、請求項4または5記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法において、コンクリート構造部材に断面内で不均一な温度変化を与えた状態でコンクリート構造部材に断続的に打撃を与え、この打撃によって生じた振動から固有振動数を算出すると共にこの固有振動数の経時変化のパターンを求め、該パターンから固有振動数の増加率を判定するものである。   The invention according to claim 6 is the method for judging the soundness of a concrete structural member according to claim 4 or 5, wherein the concrete structural member is intermittently applied to the concrete structural member in a state where a non-uniform temperature change is given in the cross section. The natural frequency is calculated from the vibration generated by the impact, the pattern of the natural frequency change with time is obtained, and the increase rate of the natural frequency is determined from the pattern.

請求項7記載の発明は、請求項4または5記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法において、コンクリート構造部材の固有振動数の増加率を、温度変化を与える前の固有振動数との比較により求めるものである。   The invention according to claim 7 is the method for determining the soundness of a concrete structural member according to claim 4 or 5, wherein the increase rate of the natural frequency of the concrete structural member is compared with the natural frequency before giving a temperature change. It is what you want.

請求項8記載の発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法は、コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与え、温度変化を与えた後のコンクリート構造部材の固有振動数の変化の検出を定期的に実施して固有振動数の増加率もしくは変化量のデータを蓄積し、前記増加率もしくは変化量の時系列的推移が減少傾向にあるときには、コンクリートの損傷もしくは将来的にコンクリートの損傷に至る可能性のある軽度な劣化のいずれかが進行しつつあることを診断するものである。   The method for determining the soundness of a concrete structural member according to an eighth aspect of the present invention provides the concrete structural member after the temperature change is given to the concrete structural member such that the concrete cross section has a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member. Periodic detection of changes in natural frequencies of the natural frequency and accumulation of data on the rate of increase or amount of change in natural frequencies, and when the time-series transition of the rate of increase or change is decreasing, It diagnoses that either damage or minor degradation that may lead to concrete damage in the future is progressing.

請求項9記載の発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法は、コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与え、温度変化を与えた後のコンクリート構造部材の固有振動数の変化の検出を定期的に実施して固有振動数の増加率もしくは変化量のデータを蓄積し、前記増加率もしくは変化量の時系列的推移が増加傾向にあるときには鉄筋の付着性能の低下もしくは腐食による断面欠損が進行し鉄筋の構造性能の劣化が進行しつつあることを診断するものである。   The method for determining the soundness of a concrete structural member according to the invention according to claim 9 is the concrete structural member after the temperature change is given to the concrete structural member so as to have a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member. Periodic detection of changes in natural frequency of the steel and accumulation of data on the rate of increase or amount of change in the natural frequency, and adhesion of reinforcing bars when the time-series transition of the rate of increase or amount of change tends to increase It diagnoses that the deterioration of the structural performance of the reinforcing bars is progressing due to the progress of cross-sectional defects due to performance degradation or corrosion.

ここで、本発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法において、コンクリート構造部材に与えられる不均一な温度変化は、気温または日照などの自然現象により実現されるものであっても良いし、人工熱源により強制的に加温されることにより実現されるようにしても良い。また、請求項5から9のいずれか1つに記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法、即ち鉄筋の構造評価を行う場合にコンクリート構造部材に与えられる不均一な温度変化は、人工熱源により強制的に冷却されることによる相対的温度差を与えることによって実現されるものであっても良い。また、人工熱源により強制的に加温あるいは冷却を行って不均一な温度変化をコンクリート構造部材に与える場合には、コンクリート構造部材の全ての面を加温あるいは冷却しても良いが、好ましくは一部の面、より好ましくは一つの面に対して加温あるいは冷却することであり、場合によっては一方の面を人工熱源により強制的に加温し、同時に他方の面を冷却することにより制御された温度分布を与えることで不均一な温度変化を実現するようにしても良い。さらに、人工熱源としては、コンクリート構造部材に直接貼り付けられたヒータや、冷暖房装置であることが好ましい。   Here, in the soundness determination method for a concrete structural member according to the present invention, the non-uniform temperature change given to the concrete structural member may be realized by a natural phenomenon such as air temperature or sunlight, or may be artificial. It may be realized by forcibly heating by a heat source. In addition, the method for judging the soundness of a concrete structural member according to any one of claims 5 to 9, that is, when a structural evaluation of a reinforcing bar is performed, an uneven temperature change applied to the concrete structural member is forced by an artificial heat source. It may be realized by giving a relative temperature difference by being cooled. In addition, when a concrete structure member is given a non-uniform temperature change by forcibly heating or cooling with an artificial heat source, all surfaces of the concrete structure member may be heated or cooled. Heating or cooling a part of the surface, more preferably one surface, in some cases controlled by forcibly heating one surface with an artificial heat source and simultaneously cooling the other surface A non-uniform temperature change may be realized by providing the temperature distribution. Furthermore, it is preferable that the artificial heat source is a heater directly attached to a concrete structure member or a cooling / heating device.

本発明のコンクリート構造部材の健全性判定方法によれば、コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与えた後のコンクリート構造部材の固有振動数の変化を検出するだけであるので、仮にコンクリート構造部材が化粧材で覆われていてもその化粧材の上からでもコンクリート構造部材に対して打撃を与えることによって固有振動数を得ることができ、化粧材を剥がさずにコンクリート構造部材の健全性を判定することができる。つまり、目視で確認できる箇所は勿論のこと、目視では確認できない箇所であってもコンクリート構造部材の健全性を判定することができる。さらには、コンクリート構造部材の表面に現れない内部の欠陥の有無も検出できる。   According to the soundness determination method for a concrete structural member of the present invention, a change in the natural frequency of a concrete structural member after a temperature change that causes a nonuniform temperature distribution in the cross section of the concrete structural member is detected. Therefore, even if the concrete structural member is covered with a decorative material, the natural frequency can be obtained by hitting the concrete structural member from above the decorative material, and the decorative material is peeled off. Therefore, the soundness of the concrete structural member can be determined. That is, the soundness of the concrete structural member can be determined not only at locations that can be visually confirmed, but also at locations that cannot be visually confirmed. Furthermore, the presence or absence of internal defects that do not appear on the surface of the concrete structural member can also be detected.

また、本発明のコンクリート構造部材の健全性判定方法によれば、不均一な温度分布となる温度変化を与えたときのコンクリート構造部材の固有振動数の変化に基づいて損傷の有無を判定することができるので、コンクリート構造部材で損傷しそうな箇所を予測してその部分にひずみを検出するためのセンサなどを埋設しておかなくてもコンクリート構造部材の損傷を検出することができる。つまり、評価対象となるコンクリート構造部材(例えば、柱)のどこに損傷が発生するのか未知であったとしても、損傷の発生の有無を検出できる。また、コンクリート構造部材に予めセンサーを埋め込む必要がないので、コンクリート構造部材に傷を付けることもなければ、既存のコンクリート構造部材に対しても診断可能である。   Further, according to the soundness determination method for a concrete structural member of the present invention, the presence or absence of damage is determined based on a change in the natural frequency of the concrete structural member when a temperature change that results in a non-uniform temperature distribution is given. Therefore, it is possible to detect the damage to the concrete structural member without predicting a portion that is likely to be damaged by the concrete structural member and embedding a sensor or the like for detecting the strain in that portion. That is, whether or not damage has occurred can be detected even if it is unknown where damage occurs in a concrete structural member (for example, a column) to be evaluated. In addition, since it is not necessary to embed a sensor in the concrete structural member in advance, the concrete structural member is not damaged or can be diagnosed for an existing concrete structural member.

さらに、本発明のコンクリート構造部材の健全性判定方法によれば、不均一な温度分布となる温度変化を与えたときのコンクリート構造部材の固有振動数の変化に基づいて、コンクリートの損傷の有無あるいは鉄筋の付着などの構造力学的な妥当性や鉄筋量の適正量の評価ないし鉄筋の有無を判定できるので、比較用のサンプルやコンクリート構造部材の新設時(健全時)の固有振動数のデータが無くとも、コンクリート構造部材の健全性を判定することができる。即ち、既設のコンクリート構造部材であっても、コンクリートの損傷の有無あるいは鉄筋の付着などの構造力学的な妥当性や鉄筋量の適正量の評価ないし鉄筋の有無などのデータが全く保証されていない新設のコンクリート構造部材であっても、それらの健全性について判定することができる。   Furthermore, according to the soundness determination method for a concrete structural member of the present invention, based on a change in the natural frequency of the concrete structural member when a temperature change that causes a non-uniform temperature distribution is given, Since structural mechanical validity such as adhesion of reinforcing bars, evaluation of the appropriate amount of reinforcing bars, and the presence or absence of reinforcing bars can be determined, data for natural frequency at the time of newly installing a sample for comparison or concrete structural member (when healthy) can be obtained. Without it, the soundness of the concrete structural member can be determined. In other words, even with existing concrete structural members, there is no guarantee of data such as the presence or absence of damage to the concrete or structural mechanical validity such as adhesion of reinforcing bars, evaluation of the appropriate amount of reinforcing bars, or presence or absence of reinforcing bars. Even if it is a new concrete structure member, it can judge about those soundness.

また、本発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法によれば、コンクリート構造部材に断面内で不均一な温度変化を与えたときのコンクリート構造部材の固有振動数の変化を測定して固有振動数の増加率を求め、この固有振動数の増加率を健全なコンクリート構造部材の固有振動数の増加率と比較することにより、鉄筋の構造性能を評価指標としてコンクリート構造部材の健全性を判定することができる。この判定方法は、微小なひずみ範囲の試験ではあるが、実際の構造力学的な性能を直接評価でき、鉄筋の付着などの構造力学的な妥当性についても評価でき、さらには鉄筋の存在ひいては鉄筋量の推定並びに鉄筋とコンクリートとの付着力(コンクリートと鉄筋との間の隙間の増大やなじみの悪化)の診断にも適用できるものである。   Further, according to the soundness judgment method for a concrete structural member according to the present invention, the natural vibration is measured by measuring the change in the natural frequency of the concrete structural member when the concrete structural member is subjected to a non-uniform temperature change in the cross section. By determining the rate of increase in number and comparing this rate of increase in natural frequency with the rate of increase in natural frequency of sound concrete structural members, the soundness of concrete structural members is judged using the structural performance of reinforcing bars as an evaluation index. be able to. Although this judgment method is a test in a small strain range, the actual structural mechanical performance can be directly evaluated, and the structural mechanical validity such as adhesion of the reinforcing bars can be evaluated. The present invention can also be applied to the estimation of the amount and the diagnosis of the adhesion between the reinforcing bar and the concrete (increase in the gap between the concrete and the reinforcing bar or deterioration of the familiarity).

さらに、本発明によると、鉄筋比が既知のコンクリート構造部材に不均一な温度変化を与えたときの固有振動数の増加率と鉄筋比との相関関係を予め求めておき、この相関関係を用いて固有振動数の増加率から鉄筋比を推定するようにしているので、力学的な見地にたって鉄筋量(鉄筋比)と付着力を含めた鉄筋の構造性能を直接評価でき、さらに補助的データとの併用により鉄筋の存在ひいては鉄筋量の推定あるいは鉄筋とコンクリートとの付着力の診断が可能となる。   Further, according to the present invention, a correlation between the rate of increase of the natural frequency and the reinforcing bar ratio when a non-uniform temperature change is given to a concrete structural member with a known reinforcing bar ratio is obtained in advance, and this correlation is used. Since the reinforcement ratio is estimated from the rate of increase in natural frequency, the structural performance of the reinforcement, including the amount of reinforcement (rebar ratio) and adhesion, can be directly evaluated from a mechanical standpoint. In combination with this, it is possible to estimate the presence of reinforcing bars, and hence the amount of reinforcing bars, or to diagnose the adhesion between reinforcing bars and concrete.

さらに、本発明によると、コンクリート構造部材に対して温度を与える仕掛けや、自由振動を与える仕掛けが簡略なもので足りる。   Furthermore, according to the present invention, a simple mechanism for applying temperature to the concrete structural member and a mechanism for applying free vibration are sufficient.

さらに、本発明は、健全性評価を定期的に実施して、温度変化を与えたときの固有振動数の増加率のデータを蓄積すると共にその時系列的推移の傾向からコンクリート損傷あるいは鉄筋の構造性能の劣化の進行状況を診断するようにしているので、現段階で健全であると評価されるコンクリート構造部材の劣化の進行状況と将来のコンクリート損傷あるいは鉄筋の構造性能の劣化を致命的な損傷に至る前に早期に予測することができる。したがって、例えば、鉄筋比の最低限度を予め求めておけば、定期に健全性判定を実施している時に、次の定期点検時には、鉄筋比が最低限度を超える可能性が高く、何らかの措置を講じるべきである、といった判断が可能となる。   Furthermore, the present invention periodically performs soundness evaluation, accumulates data on the rate of increase of the natural frequency when temperature changes are applied, and also determines the structural performance of concrete damage or rebar from the trend of time series transition. The progress of deterioration of steel is diagnosed, so that the progress of deterioration of concrete structural members that are evaluated to be healthy at the present stage and future deterioration of concrete damage or deterioration of structural performance of reinforcing bars will be fatal damage. It can be predicted early before it arrives. Therefore, for example, if the minimum level of the reinforcing bar ratio is obtained in advance, it is highly likely that the reinforcing bar ratio will exceed the minimum level at the next periodic inspection when the soundness judgment is carried out regularly, and some measures will be taken Judgment that it should be possible.

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

図1〜図6に本発明のコンクリート構造部材の健全性判定方法の実施形態の一例を示す。本実施形態のコンクリート構造部材の健全性判定方法は、コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化(本明細書では単に不均一な温度変化とも略称する)を与え、前記温度変化を与えた後の前記コンクリート構造部材の固有振動数の変化を検出し、固有振動数の変化からコンクリート構造部材の健全性を判定するものである。なお、本実施形態におけるコンクリート構造部材1とは、例えば鉄筋コンクリート建物を構成している柱、梁、壁、床などが例に挙げられるが、これに特に限られるものではなく、プレキャストコンクリート板やコンクリート建物、鉄骨鉄筋コンクリート建物および鉄骨コンクリート建物の一部分なども含むものである。   FIGS. 1-6 shows an example of embodiment of the soundness determination method of the concrete structure member of this invention. The method for determining the soundness of a concrete structural member according to the present embodiment gives a temperature change to the concrete structural member such that a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member (simply referred to simply as a non-uniform temperature change in this specification). The change in the natural frequency of the concrete structural member after the change in temperature is detected, and the soundness of the concrete structural member is determined from the change in the natural frequency. Examples of the concrete structural member 1 in the present embodiment include, for example, columns, beams, walls, floors, and the like that constitute a reinforced concrete building, but are not particularly limited thereto, such as a precast concrete plate or concrete. It includes buildings, steel reinforced concrete buildings and parts of steel concrete buildings.

コンクリート構造部材への温度変化の与え方は、少なくともコンクリート構造部材の断面内の温度分布が不均一になるように与えられるものであれば良く、加温されたり冷却される面が限られたり、熱源の種類や加温手法ないし冷却手法に特に限定されるものではない。例えば、コンクリート構造部材に与えられる不均一な温度変化は、気温または日照などの自然現象により実現されるものであっても良いし、人工熱源により強制的に加温されることにより実現されるようにしても良い。また、鉄筋の構造性能の評価を行う場合には、コンクリート構造部材に与えられる不均一な温度変化は、人工熱源により強制的に冷却されることによる相対的温度差を与えることによって実現されるものであっても良い。   The method of giving the temperature change to the concrete structural member is not limited as long as the temperature distribution in the cross section of the concrete structural member is at least uniform, and the surface to be heated or cooled is limited, It is not particularly limited to the type of heat source, heating method or cooling method. For example, the uneven temperature change given to the concrete structural member may be realized by natural phenomena such as air temperature or sunlight, or may be realized by forcibly heating by an artificial heat source. Anyway. Also, when evaluating the structural performance of reinforcing bars, the uneven temperature change given to the concrete structural members is realized by giving a relative temperature difference due to forced cooling by an artificial heat source. It may be.

また、人工熱源により強制的に加温あるいは冷却を行って不均一な温度変化をコンクリート構造部材に与える場合には、コンクリート構造部材の全ての面を加温あるいは冷却しても良いが、好ましくは一部の面、より好ましくは一つの面に対して加温あるいは冷却することであり、場合によっては一方の面を人工熱源により強制的に加温し、同時に他方の面を冷却することにより制御された温度分布を与えることで不均一な温度変化を実現するようにしても良い。さらに、人工熱源としては、コンクリート構造部材に直接貼り付けられたヒータや、冷暖房装置であることが好ましい。さらに、本実施形態ではコンクリート構造部材1の表面にラバーヒーター5を貼り付けてコンクリート構造部材1を表面側から加温する例を挙げて説明しているが、ラバーヒーター5の代わりに例えばパネルヒーターまたはハロゲンヒーター、ストーブ等の放射熱を熱源とする暖房装置あるいはボイラーや煙突からの熱をコンクリート構造部材1の表面に近接させて加温するようにしても良い。コンクリート構造部材の一面のみをヒータなどの人工的熱源あるいは自然熱源で加温する場合が最も温度差が大きく不均一になるので好ましい。   In addition, when a concrete structure member is given a non-uniform temperature change by forcibly heating or cooling with an artificial heat source, all surfaces of the concrete structure member may be heated or cooled. Heating or cooling a part of the surface, more preferably one surface, in some cases controlled by forcibly heating one surface with an artificial heat source and simultaneously cooling the other surface A non-uniform temperature change may be realized by providing the temperature distribution. Furthermore, it is preferable that the artificial heat source is a heater directly attached to a concrete structure member or a cooling / heating device. Further, in the present embodiment, an example in which the rubber heater 5 is attached to the surface of the concrete structural member 1 and the concrete structural member 1 is heated from the surface side is described. However, instead of the rubber heater 5, for example, a panel heater Or you may make it heat the heating apparatus which uses radiant heats, such as a halogen heater and a stove, or the heat from a boiler or a chimney close to the surface of the concrete structure member 1. It is preferable to heat only one surface of a concrete structural member with an artificial heat source such as a heater or a natural heat source because the temperature difference is the largest and non-uniform.

本発明においては、温度応力を発生させるために温度を不均一にすることが特に重要であり、温度応力が発生しさえすれば良い。さらに言えば、応力が大きいほど良い。例えば、二面をヒータ加温する場合にも、対向する二面にヒータを貼るよりも隣り合う二面にヒータを貼る方が、断面内で不均一な温度分布になるので、より大きな温度応力を発生させる上で好ましい。さらに、一面だけにヒータを貼った場合の方が、温度差即ち部材断面内での温度分布の不均一さが大きくなるので、はるかに有効である。また、4面のうち、隣接する2面にヒータを貼ることも効果的である。この場合には、断面内の対角線上に温度の勾配がきつくなり、温度差が大きくなるので有効である。さらには、柱の4面全てにヒータを貼り付けて同時に加温する場合においても、加温し始めた当初は周囲と中心とで温度差が発生しているので、有効である。しかし、この場合、時間の経過とともに周囲と中心の温度差が小さくなるので、固有振動数の変化を検出する作業を早期に行う必要がある。十分に時間が経過した後は断面内の温度分布が均一になってしまうと、もはや温度応力が発生していないので、有効なデータが取得できない。   In the present invention, it is particularly important to make the temperature non-uniform in order to generate temperature stress, and it is only necessary to generate temperature stress. Furthermore, the greater the stress, the better. For example, even when the heaters are heated on two surfaces, the temperature applied to the adjacent two surfaces is more uneven than the two adjacent surfaces because the heater has a non-uniform temperature distribution in the cross section. It is preferable in generating. Furthermore, when the heater is attached to only one surface, the temperature difference, that is, the non-uniformity of the temperature distribution in the member cross section increases, which is much more effective. It is also effective to attach a heater to two adjacent surfaces among the four surfaces. In this case, the temperature gradient becomes tight on the diagonal line in the cross section, and the temperature difference becomes large, which is effective. Furthermore, even when a heater is attached to all four surfaces of the pillar and heated simultaneously, it is effective because a temperature difference is generated between the periphery and the center at the beginning of heating. However, in this case, the temperature difference between the surroundings and the center decreases with the passage of time, and it is necessary to perform an operation for detecting a change in the natural frequency at an early stage. If the temperature distribution in the cross section becomes uniform after a sufficient amount of time has elapsed, temperature stress is no longer generated, and effective data cannot be acquired.

ここで、鉄筋が入っていないコンクリートは、表面温度差が20℃を超えると、ひび割れが入る可能性があるといわれていることから、コンクリート構造部材に与えられる温度変化によって生じる最大温度差例えば表裏面間の温度差は少なくとも20℃以下であることが望ましい。他方、温度差が5℃程度では固有振動数の変化が小さく不適当であると思われる。そこで、コンクリート構造部材1の部材断面内に不均一な温度分布が生じるような温度変化によって生ずる表面温度差は、10℃〜15℃、好ましくは10℃程度である。   Here, it is said that the concrete without a reinforcing bar has a possibility of cracking when the surface temperature difference exceeds 20 ° C. Therefore, the maximum temperature difference caused by the temperature change given to the concrete structural member, for example, table The temperature difference between the back surfaces is desirably at least 20 ° C. or less. On the other hand, when the temperature difference is about 5 ° C., it seems that the change in natural frequency is small and inappropriate. Therefore, the surface temperature difference caused by a temperature change that causes a non-uniform temperature distribution in the cross section of the concrete structural member 1 is about 10 ° C. to 15 ° C., preferably about 10 ° C.

さらに、加温時間としては、コンクリート構造部材1の断面内に与えられる不均一な温度変化換言すれば表面温度差が上述の適切な範囲内に達すると共に加温前後の固有振動数が十分に比較できる固有振動数の経時変化の波形パターンが得られる程度の不均一な温度変化が保たれる時間(温度応力が発生する時間内)であり、実験データから推定すれば1〜2時間程度が妥当であると思われる。   Furthermore, as the heating time, the non-uniform temperature change given in the cross section of the concrete structural member 1, in other words, the surface temperature difference reaches the above-mentioned appropriate range and the natural frequency before and after heating is sufficiently compared. This is the time during which non-uniform temperature change is maintained to the extent that a waveform pattern of the natural frequency that can be changed over time is obtained (within the time during which temperature stress occurs). It seems to be.

また、不均一な温度変化が与えられたコンクリート構造部材の固有振動数を測定するには、打撃力の付加などで自由振動を生じさせ、その自由振動を振動センサなどで検出することによって行われる。なお、加温開始後に断続的に打撃を加えるなどの方法によって、コンクリート構造部材の固有振動数の経時変化を波形として検出する場合には、コンクリートを加温した後の固有振動数の変動カーブを読み取ることで診断することになる。即ち、加温開始後の固有振動数の経時変化の傾向だけで健全性を評価できるので、コンクリートを加温する前の固有振動数は不要である。しかしながら、固有振動数の変動カーブを正確に読み取るには、コンクリート構造部材を加温する前の固有振動数を求めておくことは有用である。この加温前の固有振動数のデータがあれば、必ずしも打撃を繰り返して固有振動数の変動カーブを求めなくとも、加温開始から一定時間経過したときの固有振動数と温度変化を与える前の固有振動数とを比較することにより、温度変化を与えた後の固有振動数の変化が増加しているのか、減少しているのか、換言すればコンクリートが損傷しているのか否かを判断できる。そこで、加温前の固有振動数の測定についても求めておくことが望ましい。   In addition, in order to measure the natural frequency of a concrete structural member to which a nonuniform temperature change is applied, free vibration is generated by applying a striking force and the free vibration is detected by a vibration sensor or the like. . In addition, when detecting the change over time of the natural frequency of the concrete structural member as a waveform by a method such as intermittently hitting after the start of heating, the fluctuation curve of the natural frequency after heating the concrete is shown. It is diagnosed by reading. That is, since the soundness can be evaluated only by the tendency of the natural frequency after the start of heating to change with time, the natural frequency before heating the concrete is unnecessary. However, in order to accurately read the fluctuation curve of the natural frequency, it is useful to obtain the natural frequency before heating the concrete structural member. If there is data on the natural frequency before heating, it is not always necessary to repeat the impact and obtain the fluctuation curve of the natural frequency, but before giving the natural frequency and temperature change after a certain period of time from the start of heating. By comparing with the natural frequency, it can be judged whether the change of the natural frequency after the temperature change is increasing or decreasing, in other words, whether the concrete is damaged or not. . Therefore, it is desirable to obtain the measurement of the natural frequency before heating.

ところで、コンクリート構造部材を加温する前にも、日照や気温、室温の変動によって、コンクリート構造部材には不均一な温度が作用していて、しかもそれが変動しているので、それらの自然な温度変動によって固有振動数がふらつくことは考えられる。しかしながら、その温度変動は、人工的に与えられる表裏面の温度差あるいは意図的に与えられる温度差に比べると、無視できる程度の温度変化である。そこで、加温前特に加温直前の固有振動数としては、1点の試験値によっても良いし、複数の試験値の統計量を用いるようにしても良いが、変動の影響をより排除できる統計量の採用が好ましい。統計量としては、平均値、中央値(メジアン)、最頻値のいずれの使用も可能であるが、中央値を採用する方が突発的な原因による固有振動数の変動の影響を受けずに安定した数値が得られる場合が多い。なお、中央値とは、測定値に大きいほうから番号を付けて、真ん中の番号に相当する測定値の値を指す。   By the way, even before the concrete structural member is heated, non-uniform temperature acts on the concrete structural member due to fluctuations in sunshine, air temperature, and room temperature. It is conceivable that the natural frequency fluctuates due to temperature fluctuation. However, the temperature variation is a negligible temperature change as compared with the artificially given temperature difference between the front and back surfaces or the intentionally given temperature difference. Therefore, the natural frequency before heating, particularly just before heating, may be a single test value or a statistical value of multiple test values. Adoption of the amount is preferred. As the statistic, the average value, median (median), or mode can be used, but the median is not affected by fluctuations in the natural frequency due to sudden causes. In many cases, stable values can be obtained. The median refers to the value of the measured value corresponding to the middle number, with numbers assigned to the measured values from the largest.

図1に本発明のコンクリート構造部材の健全性判定方法を実施するコンクリート構造部材の健全性判定装置(以下、「健全性判定装置」と称する)の一例を示す。この健全性判定装置4は、コンクリート構造部材1の一つの面(以下、本実施形態ではこの面を「表面」、その反対側の面を「裏面」、それ以外の面を「側面」と称する)に貼り付けてコンクリート構造部材を表側から加温するラバーヒーター5と、コンクリート構造部材1を打撃してコンクリート構造部材1に自由振動を生じさせる自由振動発生装置9と、コンクリート構造部材1の自由振動を検出する振動センサ10と、この振動センサ10で得られた振動波形から固有振動数を算出するとともにその算出結果を時系列に沿って記録する振動分析装置11とを備えている。自由振動発生装置9は、実験台の床3に立てられている一対の支柱6と、その間に回動軸7を介して逆さに吊り下げられているハンマー8と、該ハンマー8をタイマー作動により一定の時間間隔で回動軸7周りに持ち上げるように回転させて駆動装置(図示省略)とを有し、駆動装置によって持ち上げられたハンマー8を自由落下により回転させてラバーヒーター5の上からコンクリート構造部材1の表面の中央部分を水平方向に打撃させるようにしている。勿論、人手によってハンマーなどでコンクリート構造部材を打撃するようにしても良い。振動センサ10はコンクリート構造部材1の一つの側面の中央の高さに設置され、コンクリート構造部材1の自由振動を検出する。   FIG. 1 shows an example of a concrete structure member soundness judgment apparatus (hereinafter referred to as a “healthiness judgment apparatus”) for carrying out the concrete structure member soundness judgment method of the present invention. This soundness determination device 4 is referred to as one surface of the concrete structural member 1 (hereinafter, this surface is referred to as “front surface”, the opposite surface is referred to as “back surface”, and the other surface is referred to as “side surface”. ) To heat the concrete structural member from the front side, a free vibration generator 9 for striking the concrete structural member 1 to generate free vibration in the concrete structural member 1, and the freedom of the concrete structural member 1 A vibration sensor 10 that detects vibration and a vibration analyzer 11 that calculates a natural frequency from a vibration waveform obtained by the vibration sensor 10 and records the calculation result in time series are provided. The free vibration generator 9 includes a pair of support columns 6 standing on the floor 3 of the experimental table, a hammer 8 suspended upside down via a rotating shaft 7 therebetween, and the hammer 8 is operated by a timer. It has a drive device (not shown) that is rotated so as to be lifted around the rotation shaft 7 at regular time intervals, and the hammer 8 lifted by the drive device is rotated by free fall to provide concrete from above the rubber heater 5. The central portion of the surface of the structural member 1 is hit in the horizontal direction. Of course, the concrete structural member may be hit manually with a hammer or the like. The vibration sensor 10 is installed at the central height of one side surface of the concrete structural member 1 and detects free vibration of the concrete structural member 1.

自由振動発生装置9のハンマー8は予め定められた時間間隔(例えば2分間隔)でモーター(図示省略)の駆動力によって作動し、コンクリート構造部材1に一定の力で打撃を与える。ハンマー8によるコンクリート構造部材1の打撃は、例えばコンクリート構造部材1の中央(柱状物であれば中央高さ位置)を、コンクリート構造部材1に損傷を与えることのない軽い力で行なわれる。ハンマー8でコンクリート構造部材1を打撃すると、コンクリート構造部材1の振動の形状は図3に示すようにコンクリート構造部材1の中央部分で振動振幅が最も大きくなるような振動の形状となる。振動センサ10はハンマー8による打撃が行われる毎にコンクリート構造部材1で生じる自由振動を検出し、その検出結果を示す信号を振動分析装置11に出力する。一定の時間間隔(2分間隔)で打撃することで、固有振動数の経時変化のパターン(プロフィール)を得るようにしている。振動分析装置11は、予め定められた制御プログラムに基づいて作動する例えばCPUからなる制御部11aと、データを記憶するためのメモリ11bとを備えている。制御部11aは振動センサ10から入力された検出結果即ち自由振動波形を図4に示すように加速度の時系列データとしてメモリ11bに記録する。制御部11aは図4に示す自由振動波形から繰り返し周期を読み取り、その周期の逆数を算出し、その算出結果を固有振動数としてメモリ11bに時系列に沿って記録するとともに、振動分析装置11に接続されている表示装置12に固有振動数の経時変化の態様を表示する。   The hammer 8 of the free vibration generator 9 is actuated by a driving force of a motor (not shown) at a predetermined time interval (for example, every 2 minutes), and strikes the concrete structural member 1 with a constant force. The hammer 8 hits the concrete structural member 1 with a light force that does not damage the concrete structural member 1, for example, at the center of the concrete structural member 1 (in the case of a columnar object, the central height position). When the concrete structural member 1 is hit with the hammer 8, the shape of the vibration of the concrete structural member 1 becomes such that the vibration amplitude becomes the largest at the central portion of the concrete structural member 1 as shown in FIG. The vibration sensor 10 detects free vibration generated in the concrete structural member 1 every time the hammer 8 is hit, and outputs a signal indicating the detection result to the vibration analyzer 11. By striking at a constant time interval (2 minute intervals), a pattern (profile) of the natural frequency with time is obtained. The vibration analyzer 11 includes a control unit 11a configured by a CPU, for example, which operates based on a predetermined control program, and a memory 11b for storing data. The controller 11a records the detection result input from the vibration sensor 10, that is, the free vibration waveform in the memory 11b as time series data of acceleration as shown in FIG. The control unit 11a reads the repetition period from the free vibration waveform shown in FIG. 4, calculates the reciprocal of the period, records the calculation result as a natural frequency in the memory 11b along the time series, and stores it in the vibration analysis apparatus 11. The aspect of the change over time of the natural frequency is displayed on the connected display device 12.

以上のように構成された健全性判定装置4を利用してコンクリート構造部材1の健全性を判定する場合、先ず、自由振動発生装置9と振動分析装置11を稼動させて、予め定められた時間間隔ごとにハンマー8でコンクリート構造部材1を打撃して、その打撃によって得られた自由振動からコンクリート構造部材1の固有振動数を求め、それをメモリ11bに時系列に沿って記録するとともに表示装置12にその経時変化の態様を表示する。そして、コンクリート構造部材1の表面をラバーヒーター5で加温し、引き続き固有振動数をメモリ11bに時系列に沿って記録して行くとともに表示装置12にその経時変化の態様を表示して行く。   When determining the soundness of the concrete structural member 1 using the soundness determination device 4 configured as described above, first, the free vibration generator 9 and the vibration analyzer 11 are operated, and a predetermined time is determined. The concrete structural member 1 is struck with a hammer 8 at every interval, the natural frequency of the concrete structural member 1 is obtained from the free vibration obtained by the struck, and this is recorded in the memory 11b along the time series and the display device 12 shows the mode of change over time. Then, the surface of the concrete structural member 1 is heated by the rubber heater 5, and the natural frequency is continuously recorded in the memory 11b along the time series, and the mode of change with time is displayed on the display device 12.

コンクリート構造部材1の表面部分の温度が上昇すると、その部分が熱膨張して伸びようとする。その一方で、コンクリート構造部材1の裏面はラバーヒーター5からの熱が伝達されにくいため、あるいは仮に熱が伝達されても図5に示すようにコンクリート構造部材1の表面よりも温度の上昇幅が小さいため、コンクリート構造部材1の裏面部分は熱膨張しないか、あるいはほとんど熱膨張しない。このようなコンクリート構造部材1の表面部分と裏面部分の熱膨張の違いにより、コンクリート構造部材1には図6に示すように圧縮応力と引っ張り応力が発生する。これらの応力の発生によってコンクリート構造部材1のコンクリート部分のヤング係数が変化する。ヤング係数はコンクリート構造部材1の固有振動数を決める定数の一つであるため、ヤング係数が変化すればコンクリート構造部材1の固有振動数も変化する。   When the temperature of the surface portion of the concrete structural member 1 rises, the portion tends to expand due to thermal expansion. On the other hand, since the heat from the rubber heater 5 is difficult to be transmitted to the back surface of the concrete structural member 1, or even if heat is transmitted, the temperature rise is larger than the surface of the concrete structural member 1 as shown in FIG. Since it is small, the back surface portion of the concrete structural member 1 does not thermally expand or hardly thermally expands. Due to the difference in thermal expansion between the front surface portion and the back surface portion of the concrete structural member 1, compressive stress and tensile stress are generated in the concrete structural member 1 as shown in FIG. The generation of these stresses changes the Young's modulus of the concrete portion of the concrete structural member 1. Since the Young's modulus is one of constants that determine the natural frequency of the concrete structural member 1, the natural frequency of the concrete structural member 1 also changes when the Young's modulus changes.

したがって、コンクリート構造部材1不均一な温度変化を与えた状態でコンクリート構造部材1に断続的に打撃を与え、この打撃によって生じた振動から固有振動数を算出し、その固有振動数の経時変化をモニタリングすることにより、固有振動数の経時変化のパターンからコンクリート構造部材1のコンクリート部分の健全性の判定を、さらには固有振動数の増加率あるいは増加量から鉄筋量の把握を行うことが可能になる。しかも、ひび割れの診断と鉄筋比の診断は、ともに温度変化を与えたときの固有振動数の変化の挙動に基づいて判断されることから、固有振動数の増加率あるいは増加量より好ましくは変化量の経時変化のパターンを求めておけば、一度の試験もしくはデータで、コンクリートの損傷と鉄筋の構造性能の双方について評価指標としたコンクリート構造部材の健全性を以下のようにして評価できる。   Therefore, the concrete structural member 1 is intermittently hit with the non-uniform temperature change, the natural frequency is calculated from the vibration generated by the hit, and the change of the natural frequency with time is calculated. By monitoring, it is possible to judge the soundness of the concrete part of the concrete structural member 1 from the change pattern of the natural frequency over time, and to grasp the amount of reinforcing bars from the rate of increase or increase of the natural frequency. Become. Moreover, since both crack diagnosis and reinforcing bar ratio diagnosis are determined based on the behavior of the natural frequency change when a temperature change is applied, the change rate is more preferable than the increase rate or increase amount of the natural frequency. If the pattern of change with time is obtained, the soundness of the concrete structural member as an evaluation index for both the damage of the concrete and the structural performance of the reinforcing bar can be evaluated by one test or data as follows.

(コンクリート損傷の評価)
コンクリートの損傷に関しては、不均一な温度分布となる温度変化を与えたときの固有振動数の変化を模式的に説明した図7に示すように、加温直後に固有振動数が少しでも上昇すれば健全と判定される。例えば、図7で経路Aを通った場合には、加温直後に固有振動数が増加しているので『健全』と診断される。一方で、経路B(点線)を通った場合即ち固有振動数が減少した場合には、コンクリートに『損傷あり』と診断される。したがって、不均一な温度変化を与えている時の固有振動数の経時変化のパターンが減少する傾向にあるとき、あるいは温度変化を与えた後の固有振動数が温度変化を与える前の固有振動数よりも小さくなったときに、コンクリートに構造上の損傷有りと判定することができる。
(Evaluation of concrete damage)
Regarding concrete damage, as shown in FIG. 7 which schematically illustrates the change in natural frequency when a temperature change resulting in a non-uniform temperature distribution is given, the natural frequency may increase even slightly after heating. Is judged to be healthy. For example, when the route A in FIG. 7 is passed, the natural frequency increases immediately after heating, so that it is diagnosed as “sound”. On the other hand, when the path B (dotted line) is passed, that is, when the natural frequency decreases, the concrete is diagnosed as “damaged”. Therefore, when the pattern of the natural frequency change with time when applying a nonuniform temperature change tends to decrease, or the natural frequency after giving the temperature change, the natural frequency before giving the temperature change When it becomes smaller than this, it can be determined that there is structural damage to the concrete.

つまり、コンクリート構造部材の部材断面内での温度分布が不均一となるように温度上昇させると、温度応力が発生するので健全なコンクリート部分が硬くなり、固有振動数は増加する。この温度応力による固有振動数の増加量は、『加温による材料軟化』による僅かな減少量よりもはるかに大きいので、健全な鉄筋コンクリート部材を不均一に温度を上昇させた場合には、『加温による材料軟化』による僅かな減少量は相殺されて、固有振動数は上昇することになる。他方、ひび割れの入った鉄筋コンクリート部材を不均一に温度を上昇させた場合には、ひび割れが開くことによって固有振動数は減少する。この固有振動数の変化が固有振動数の増加ないし一定の推移あるいは減少となって顕在化する。   That is, if the temperature is raised so that the temperature distribution in the member cross section of the concrete structural member becomes non-uniform, a temperature stress is generated, so that a healthy concrete portion becomes hard and the natural frequency increases. The increase in natural frequency due to this temperature stress is much larger than the slight decrease due to “material softening due to heating”, so if the temperature of a sound reinforced concrete member is raised unevenly, The slight decrease due to “material softening due to temperature” is offset, and the natural frequency increases. On the other hand, when the temperature of a reinforced concrete member with cracks is raised unevenly, the natural frequency decreases due to the cracks opening. This change in the natural frequency is manifested as an increase in the natural frequency or a constant transition or decrease.

即ち、固有振動数の変動要因としては、以下の3つがある。
(H1)不均一に加温して温度応力が生じることによる固有振動数の増加
(H2)『加温による材料軟化』による固有振動数の微減
(H3)加温でコンクリートのひび割れが開くことによる固有振動数の減少
このうち、(H1)と(H3)に比べて、(H2)は無視できるほど小さく、さらに、(H3)は(H1)よりも変化量として大きい。そこで、不均一な温度上昇の因子を入れて(H1)の効果を入れることで、固有振動数の変化が増加する傾向にあるとき、もしくは一定に推移する傾向にあるときにはコンクリート損傷無し、減少する傾向にあるときにはコンクリートに損傷有りとの関係が成立し、コンクリートの健全性を評価・判定することが可能となる。
That is, there are the following three fluctuation factors of the natural frequency.
(H1) Increase in natural frequency due to uneven heating and temperature stress
(H2) Slight reduction of natural frequency due to “softening of materials by heating”
(H3) Reduction of natural frequency due to opening of cracks in concrete due to heating Among these, (H2) is negligibly small compared to (H1) and (H3), and (H3) is (H1) Is larger than the amount of change. Therefore, by adding the effect of (H1) with a non-uniform temperature rise factor, when there is a tendency for the natural frequency change to increase or to remain constant, there will be no concrete damage and it will decrease. When there is a tendency, the relationship that the concrete is damaged is established, and the soundness of the concrete can be evaluated and judged.

ここで、以上のような意味から、コンクリート構造部材を均一に加温しても、(H2)、(H3)による固有振動数の変動によってコンクリートのひび割れを検知できるが、(H1)の効果を考慮に入れて片面のみを加温するなどの不均一な加温による温度変化を与えた方が、加温後の固有振動数の変化の方向がひび割れの有無によって反転するため、コンクリートのひび割れの有無が明瞭に見分けられることからより確実にひび割れを検知する上で好ましい。   From the above-mentioned meaning, even if the concrete structural member is evenly heated, cracks in the concrete can be detected by fluctuations in the natural frequency due to (H2) and (H3), but the effect of (H1) can be detected. If the temperature change due to non-uniform heating, such as heating only one side taking into consideration, the direction of the natural frequency change after heating is reversed depending on the presence or absence of cracks, Since the presence or absence can be clearly identified, it is preferable for detecting cracks more reliably.

なお、本発明のコンクリートのひび割れの診断においては、ひび割れをなるべく大きく成長させることが重要であることから、不均一な温度変化を与えるとしてもそれは加温によることが好ましく、冷却によって不均一な温度変化を与えることは固有振動数の変化を検出する上では好ましくない。しかし、診断精度向上のため、一面の温度を上げるのみでなく、その他の面の温度を冷却して温度上昇を防止することで部材断面内の温度分布を任意に制御することが望まれる場合もある。   In the diagnosis of cracks in the concrete of the present invention, it is important to grow the cracks as large as possible. Therefore, even if a nonuniform temperature change is given, it is preferably by heating. Giving a change is not preferable for detecting a change in the natural frequency. However, in order to improve diagnostic accuracy, it may be desirable to not only increase the temperature of one surface but also to arbitrarily control the temperature distribution in the member cross section by cooling the temperature of the other surface to prevent the temperature increase. is there.

ちなみに、本発明が対象とするコンクリートの損傷とは主にひび割れと剥落である。このふたつで、他の形態の損傷状況をほとんどカバーできる。したがって、本発明のコンクリート構造部材の判定方法によれば、これらコンクリートの構造上の損傷は全てカバーできる。なお、ひび割れは、亀裂が入るがコンクリート塊として部材にくっついた状態、剥落は亀裂が大きく入りコンクリート塊として部材から外れた状態をいう。   Incidentally, the concrete damage targeted by the present invention is mainly cracking and peeling. With these two, most other forms of damage can be covered. Therefore, according to the method for determining a concrete structural member of the present invention, all of the structural damage of the concrete can be covered. In addition, a crack means a state in which a crack enters but sticks to a member as a concrete lump, and a peeling means a state in which a large crack has entered and separated from the member as a concrete lump.

(鉄筋の構造性能の評価)
鉄筋の構造性能の診断は、上述のコンクリート損傷診断で健全と判定されることが前提である。そして、コンクリート部分にひび割れなどがない健全な場合には、鉄筋コンクリート部材に不均一な温度変化、例えばコンクリート構造部材の片面をヒータで一定時間加温した場合の固有振動数の変化は、鉄筋が適正量でかつ鉄筋とコンクリートの係着力が十分である健全なコンクリート構造部材に比べて、鉄筋の構造性能が劣る程、換言すれば鉄筋比が小さいあるいは鉄筋とコンクリートとの係着力が低下している程に、増加率・増加量が大きくなる傾向にある。
(Evaluation of structural performance of reinforcing bars)
The diagnosis of the structural performance of the reinforcing bars is based on the assumption that the concrete damage diagnosis described above is sound. And when the concrete part is healthy without cracks, the reinforced concrete member is not suitable for the non-uniform temperature change, for example, the natural frequency change when one side of the concrete structural member is heated for a certain period of time by the heater. The structural performance of the reinforcing bars is inferior to that of a sound concrete structural member that is sufficient in volume and the engaging strength of the reinforcing bars and concrete. The rate of increase and the amount of increase tend to increase.

即ち、コンクリート構造部材に不均一な温度変化が与えられることによって発生する温度応力は、鉄筋とコンクリートを含めた全ての鉄筋コンクリート部材のものであり、鉄筋とコンクリートを合算したものとして表れる。つまり、全部材断面に発生した温度応力は、鉄筋とコンクリート部分で分配することになる。そこで、鉄筋量が少ないほど、コンクリートが負担する応力が大きくなることになる。極端な例として、鉄筋が全く入っていない無筋コンクリートでは、発生した温度応力は全部をコンクリートで負担することになる。したがって、温度応力がコンクリート部分に大きく作用するほど、コンクリートの弾性係数が大きくなり、鉄筋コンクリート部材が堅くなって固有振動数が増加するというメカニズムが成立するものと推定される。このメカニズムによれば、コンクリート部分の温度応力が大きいほど、部材の固有振動数は増加する。つまり、鉄筋が少なく、コンクリートに作用する応力が大きくなると、部材の固有振動数の増加量は大きくなる。反対に、鉄筋が多く、コンクリートに作用する応力が小さいと、部材の固有振動数の増加量は小さくなる。したがって、適正な鉄筋比で損傷無く製造されたコンクリート構造部材(健全なコンクリート構造部材と呼ぶ)の不均一な温度変化を与えたときの固有振動数の変化パターンあるいは増加量・増加率を基準にすれば、それよりも固有振動数の変化が大きくなるパターンでは鉄筋比が小さい(鉄筋量が少ない)か、鉄筋に対するコンクリートの付着力が弱い状態であり、総合的に鉄筋の構造性能が劣化している状態であると判断できる。なお、鉄筋比は鉄筋の量、付着性能はコンクリートに対する補強の質を表すもので、量と質が十分であるとき、鉄筋は所要の構造性能を有するものとする。   That is, the temperature stress generated by applying a nonuniform temperature change to the concrete structural member is that of all the reinforced concrete members including the reinforcing bars and the concrete, and is expressed as the sum of the reinforcing bars and the concrete. That is, the temperature stress generated in all member cross sections is distributed between the reinforcing bars and the concrete portion. Thus, the smaller the amount of reinforcing bars, the greater the stress borne by the concrete. As an extreme example, in unreinforced concrete without any reinforcing bars, the generated temperature stress is borne entirely by the concrete. Therefore, it is presumed that the greater the temperature stress acts on the concrete part, the greater the elastic modulus of the concrete, and the more rigid the reinforced concrete member and the higher the natural frequency. According to this mechanism, the natural frequency of the member increases as the temperature stress of the concrete portion increases. That is, when there are few reinforcing bars and the stress acting on the concrete increases, the increase in the natural frequency of the member increases. On the other hand, if there are many reinforcing bars and the stress acting on the concrete is small, the increase in the natural frequency of the member is small. Therefore, based on the change pattern of natural frequency or the increase / increase rate of the natural frequency when a non-uniform temperature change is applied to a concrete structural member (called a sound concrete structural member) manufactured without damage at an appropriate rebar ratio. Then, in the pattern in which the natural frequency change is larger than that, the ratio of reinforcing bars is small (the amount of reinforcing bars is small) or the adhesion of concrete to the reinforcing bars is weak, and the structural performance of the reinforcing bars deteriorates overall. It can be judged that it is in a state. It should be noted that the reinforcing bar ratio represents the amount of reinforcing bars and the adhesion performance represents the quality of reinforcement with respect to the concrete. When the quantity and quality are sufficient, the reinforcing bars have the required structural performance.

ここで、コンクリート部分にひび割れなどがない健全な鉄筋コンクリート部材に不均一な温度変化を与えた場合の固有振動数の時間経過は、図8に示すように模式的に表せる。つまり、不均一な温度変化を与えているときのコンクリート構造部材の固有振動数の変化は、加温を開始すると、固有振動数が急激に上昇して、最大値f1まで達する。加温の時間が長いと、加温中に固有振動数が下降していく場合もある。そして、加温を停止すると、固有振動数は低下して行き、最初の振動数f0を下回り、最小値f2に達した後、元のf0に戻って行く。なお、加温前の固有振動数がf0である。   Here, the time course of the natural frequency when a non-uniform temperature change is applied to a healthy reinforced concrete member having no cracks in the concrete portion can be schematically represented as shown in FIG. That is, the change in the natural frequency of the concrete structural member when the non-uniform temperature change is applied, when the heating is started, the natural frequency rapidly increases and reaches the maximum value f1. If the heating time is long, the natural frequency may decrease during the heating. When the heating is stopped, the natural frequency decreases, falls below the first frequency f0, reaches the minimum value f2, and then returns to the original f0. The natural frequency before heating is f0.

このときの固有振動数の増加率は、例えば次の二通りの計算式で与えられる。一定温度での加温条件(例えば、表面温度差10℃)での固有振動数の増加率Δfを次式で定義する。
Δf=(f1-f0)/f0×100 (単位%) …(1)
Δf=(f1-f2)/f0×100 (単位%) …(2)
The increase rate of the natural frequency at this time is given by, for example, the following two calculation formulas. An increase rate Δf of the natural frequency under a constant temperature heating condition (for example, a surface temperature difference of 10 ° C.) is defined by
Δf = (f1-f0) / f0 × 100 (unit%) (1)
Δf = (f1-f2) / f0 × 100 (unit%) (2)

そこで、鉄筋比を色々変えた条件で、鉄筋コンクリート柱を加温したときの固有振動数の変動パターンを実験などにより求めて、式(1)あるいは式(2) による固有振動数の増加率と鉄筋比の相関関係を予め求めておけば、固有振動数の増加率を検出するだけで、対象となるコンクリート構造部材1の鉄筋比を評価できる。なお、コンクリート構造部材の断面寸法やコンクリート材料の物性によって(スケール効果によって)、固有振動数の増加量(もしくは低下量、即ち絶対量)は変化する。しかし、初期の固有振動数で基準化した増加率を用いることでこのスケール効果を排除できる。これによって、コンクリート構造部材の断面寸法やコンクリート材料の物性に考慮する必要が無くなる。そこで、本実施形態では固有振動数の増加率を評価指数として用いることとしているが、場合によっては固有振動数の変化量や変化パターンそのものを用いて固有振動数の変化を把握するようにしても良い。   Therefore, the fluctuation pattern of the natural frequency when the reinforced concrete column is heated under various conditions of the reinforcing bar ratio is obtained by experiments, and the rate of increase of the natural frequency according to the formula (1) or (2) If the correlation of the ratio is obtained in advance, the reinforcing bar ratio of the target concrete structural member 1 can be evaluated only by detecting the increase rate of the natural frequency. Note that the amount of increase (or amount of decrease, that is, the absolute amount) of the natural frequency varies depending on the cross-sectional dimensions of the concrete structural member and the physical properties of the concrete material (due to the scale effect). However, this scale effect can be eliminated by using the increase rate normalized by the initial natural frequency. This eliminates the need to consider the cross-sectional dimensions of the concrete structural member and the physical properties of the concrete material. Therefore, in this embodiment, the increase rate of the natural frequency is used as the evaluation index. However, in some cases, the change in the natural frequency may be grasped using the change amount of the natural frequency or the change pattern itself. good.

固有振動数の増加率と鉄筋比の関係は例えば図9に示すような基準曲線になる。当然、式(1)と式(2)では基準曲線は異なる。実用上は、鉄筋コンリート部材の加温試験をして、式(1)もしくは式(2)で定義される固有振動数の増加率Δfを計算し、図9の基準曲線に当てはめてΔfから鉄筋比を図から求める、という手順をとることとなる。   The relationship between the increase rate of the natural frequency and the reinforcing bar ratio is, for example, a reference curve as shown in FIG. Naturally, the reference curve is different between Expression (1) and Expression (2). Practically, a heating test is performed on the rebar concrete member to calculate the increase rate Δf of the natural frequency defined by the equation (1) or (2), which is applied to the reference curve in FIG. The procedure is to find the ratio from the figure.

ここで、コンクリート構造部材の鉄筋比の評価値が低いとき(即ち、固有振動数の増加率が大きいあるいは変化量が大きなパターンを示すとき)、その原因が鉄筋比の不足によるものか、付着性能の不足によるものなのかまでは判断できない。しかし、いずれに原因があるか特定できないとしても、構造力学的に鉄筋の構造性能がコンクリート構造部材としての健全性に影響を与える程度に低い状態にあることは判明するので、コンクリート構造部材の健全性判定には十分な評価指標となる。即ち、鉄筋が入っていても、コンクリートとの間の付着力が発生していないと無筋状態と等価であり、付着力が低いと鉄筋比が小さいのと等価である。しかも、X線検査や電磁波検査などの公知の検査技術を併用すれば、鉄筋の存在、本数、太さについての評価ができるので、X線検査や電磁波検査の検査結果を参考にすれば、鉄筋の構造性能が低い原因が鉄筋に対するコンクリートの付着力にあるのかどうかまで特定することはできる。例えば、コンクリート構造部材の中の鉄筋の存在は、X線写真や電磁波などで鉄筋の存在は明らかにできるので、鉄筋の存在が他の検査手法で明かであるのに、それに対する鉄筋比が得られないときには付着性能が劣化していると判断することができる。なお、固有振動数の増加率と鉄筋比は逆相関の関係にあるので、固有振動数の増加率が上昇する場合には、鉄筋比の評価値としては低くなる。   Here, when the evaluation value of the reinforcing bar ratio of the concrete structural member is low (that is, when the increase rate of the natural frequency is large or the change amount shows a large pattern), the cause is the lack of the reinforcing bar ratio or the adhesion performance. It cannot be judged whether it is due to lack of However, even if the cause cannot be specified, it is clear that the structural performance of the reinforcing bar is structurally low enough to affect the soundness of the concrete structural member. It is a sufficient evaluation index for sex determination. That is, even if a reinforcing bar is contained, it is equivalent to a non-barbed state if no adhesive force is generated with the concrete, and if the adhesive force is low, it is equivalent to a small reinforcing bar ratio. Moreover, since the presence, number, and thickness of reinforcing bars can be evaluated by using known inspection techniques such as X-ray inspection and electromagnetic wave inspection, the reinforcing bars can be evaluated by referring to the inspection results of X-ray inspection and electromagnetic wave inspection. It is possible to specify whether or not the cause of the low structural performance is the adhesion of concrete to the reinforcing bars. For example, the presence of reinforcing bars in concrete structural members can be clarified by X-ray photography or electromagnetic waves, so that the presence of reinforcing bars is obvious by other inspection methods, but the ratio of the reinforcing bars is obtained. If not, it can be determined that the adhesion performance has deteriorated. Since the increase rate of the natural frequency and the reinforcing bar ratio have an inverse correlation, when the increase rate of the natural frequency increases, the evaluation value of the reinforcing bar ratio becomes low.

鉄筋比はあくまでも評価指標、あるいは評価項目のひとつであり、新築に係わる鉄筋コンクリート部材の鉄筋の性能が、構造力学的な見地から診断できるのは、本発明の特有の効果である。つまり、この点、現状のX線検査や電磁波検査では、鉄筋の本数や太さは評価できても、肝心の構造力学的に鉄筋の効果があるのか無いのかについては判定できない。したがって、鉄筋の本数や太さが適正量であっても、鉄筋に対するコンクリートの付着力に問題があれば、所望の鉄筋の構造性能を得ることができず、そのことは全く評価できないものであった。   Reinforcing bar ratio is only one of evaluation indexes or evaluation items, and it is a unique effect of the present invention that the performance of reinforcing bars of reinforced concrete members related to new construction can be diagnosed from the viewpoint of structural mechanics. In other words, in the current X-ray inspection and electromagnetic wave inspection, even if the number and thickness of the reinforcing bars can be evaluated, it cannot be determined whether the reinforcing bars are effective in the structural dynamics of the core. Therefore, even if the number and thickness of reinforcing bars are appropriate, if there is a problem with the adhesion of concrete to the reinforcing bars, the desired structural performance of the reinforcing bars cannot be obtained, and this cannot be evaluated at all. It was.

なお、鉄筋比を評価指数とするコンクリート構造物の健全性判定方法においては、コンクリート構造部材に対して与える不均一な温度変化は、加温だけでなく、冷却によっても同様の効果が得られる。   In the method for determining the soundness of a concrete structure using the reinforcing bar ratio as an evaluation index, the non-uniform temperature change applied to the concrete structural member can be obtained not only by heating but also by cooling.

(経年評価)
さらに、本発明は、健全時のデータを確保しておく必要がないことに特徴を有しているものの、健全時のデータを蓄積することにより、現段階では危険性が無い健全時のコンクリート構造部材のデータの変遷から、現在の劣化の進展状況並びに将来のコンクリートの損傷あるいは鉄筋の付着性能の低下もしくは腐食による断面欠損に至る時期の予測を致命的な損傷が発生する以前に早期に行うことができる。
(Aging evaluation)
Furthermore, although the present invention is characterized by the fact that it is not necessary to secure data at the time of soundness, by storing the data at the time of soundness, there is no danger at this stage in the concrete structure at the time of soundness. Predict the timing of the current deterioration progress and the future deterioration of concrete, the deterioration of the adhesion performance of reinforcing bars, or the loss of cross-section due to corrosion before the fatal damage occurs. Can do.

即ち、コンクリート構造部材のコンクリート並びに鉄筋の構造性能の状況は、固有振動数の増加率として定量的に把握できることから、健全性判定を定期的に実施して温度変化を与えたときの固有振動数の増加率の経年的変化を分析することで、将来におけるコンクリート並びに鉄筋の構造性能の劣化を致命的な損傷が発生する以前に早期に予測することができる。   In other words, the structural performance of concrete and rebars in concrete structural members can be quantitatively grasped as the rate of increase of the natural frequency, so the natural frequency when the soundness judgment is performed periodically and temperature changes are given. By analyzing the change in the rate of increase over time, it is possible to predict the deterioration of the structural performance of concrete and reinforcing bars in the future before fatal damage occurs.

例えば、本発明の試験を定期点検として新築直後から何度か実施した結果、図10に示すように固有振動数の増加率が経年的に増加しているデータが得られたときには、鉄筋の付着性能(鉄筋とコンクリートがしっかりと噛合っていること)の低下もしくは腐食による断面欠損(錆びて鉄筋が細くなること)が進行していると診断できる。鉄筋の付着性能は鉄筋が錆びてくると劣化する。鉄筋が錆びてボロボロになって付着性能が劣化すると、本発明から求めた鉄筋比の推定値は小さくなって行く。つまり、錆びる前と後では鉄筋比の推定値が変動し、小さくなる。ここで、固有振動数の増加率と鉄筋比は逆相関の関係にあるので、固有振動数の増加率が経年的に上昇すると鉄筋比の評価値は低くなる(見かけの鉄筋比が減少している)。ここで、構造上許容される最低限度の鉄筋比から固有振動数の増加率の上限値を逆算しておけば、鉄筋比が不足に転ずる時期を早期に予測することができる。例えば、図10では、30年後の時点で、次の10年間の間に鉄筋比が不足する恐れがあることを予期できる。   For example, when the test of the present invention is performed as a periodic check several times from immediately after a new construction, when data showing an increase rate of the natural frequency over time as shown in FIG. It can be diagnosed that the deterioration of performance (reinforcing bar and concrete is in close contact) or cross-sectional defect due to corrosion (rusting and rebar thinning) is progressing. Reinforcing bar adhesion performance deteriorates when the reinforcing bar rusts. When the reinforcing bars rust and become worn out and the adhesion performance deteriorates, the estimated value of the reinforcing bar ratio obtained from the present invention becomes smaller. That is, the estimated value of the reinforcing bar ratio fluctuates and becomes small before and after rusting. Here, since the increase rate of the natural frequency and the reinforcing bar ratio are inversely related, the evaluation value of the reinforcing bar ratio decreases as the increase rate of the natural frequency increases over time (the apparent reinforcing bar ratio decreases). ) Here, if the upper limit value of the increase rate of the natural frequency is calculated backward from the minimum reinforcing bar ratio allowed in terms of structure, the time when the reinforcing bar ratio becomes insufficient can be predicted at an early stage. For example, in FIG. 10, at 30 years later, it can be expected that there will be a shortage of reinforcing bar ratio during the next 10 years.

また、図11に示すように固有振動数は0%を下回ることがない(加温後に振動数が増加する)が、経年的に減少しているデータが得られたときには、現段階ではコンクリートに損傷はないが、構造上の軽微な劣化が進行しており、いずれはコンクリートに損傷が発生する恐れがあると判断できる。例えば、図11では、30年後の時点で、次の10年以内に固有振動数の増加率がマイナスに転じる可能性が高いこと、すなわち、コンクリートにひび割れ損傷が発生する可能性が高いことが予測できる。   In addition, as shown in FIG. 11, the natural frequency does not fall below 0% (the frequency increases after heating), but when data that has decreased over time is obtained, the concrete frequency is Although there is no damage, slight structural deterioration has progressed, and it can be judged that there is a risk of damage to concrete. For example, in Fig. 11, at 30 years later, it is highly likely that the natural frequency increase rate will turn negative within the next 10 years, that is, there is a high possibility of cracking in concrete. Predictable.

さらに図示していないが、定期点検を実施した結果、加温時の固有振動数の増加率が経年的に一定であるデータが得られた場合には、コンクリートと鉄筋に構造上の損傷ないし劣化が存在しておらず、かつ進展していないと診断できる。   Although not shown in the figure, if periodic inspection results show that the increase rate of natural frequency during heating is constant over time, structural and structural damage or deterioration of concrete and rebar Can be diagnosed as not present and not progressing.

以上のようにして、コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与え、この温度変化を与えた後のコンクリート構造部材の固有振動数の変化の検出を定期的に実施して固有振動数の増加率のデータを蓄積し、増加率の時系列的推移が減少傾向にあるか、増加傾向にあるか、あるいは一定に推移するかによって、現段階でコンクリートあるいは鉄筋の構造性能に損傷が見られないと評価されるコンクリート構造部材のコンクリートの構造上の劣化あるいは鉄筋の付着性能の低下もしくは腐食による断面欠損の将来における進行を致命的な損傷が発生する前に予測することができる。   As described above, the concrete structural member is subjected to a temperature change that causes a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member, and the change in the natural frequency of the concrete structural member after the temperature change is periodically detected. The data on the rate of increase of the natural frequency is accumulated and the concrete or rebar at this stage depends on whether the time-series transition of the rate of increase is decreasing, increasing, or constant. Predicting the future progress of cross-sectional defects due to structural deterioration of concrete members or deterioration of rebar adhesion performance or corrosion due to corrosion evaluation of structural members that are evaluated as having no damage in their structural performance can do.

そこで、本発明者等は無筋コンクリート柱、健全な鉄筋コンクリート柱、コンクリート部分が損傷している鉄筋コンクリート柱のそれぞれについての固有振動数の経時変化のパターンを調べた。その結果、コンクリート構造部材1が無筋コンクリート柱である場合には加温時における固有振動数が急激に上昇し、コンクリート構造部材1が健全な鉄筋コンクリート柱である場合には加温時における固有振動数が僅かに且つ緩やかに上昇し、コンクリート構造部材1がコンクリート部分が損傷している鉄筋コンクリート柱である場合には加温時における固有振動数が急激且つ大きく低下するという現象を知見・確認した。   Therefore, the present inventors investigated the pattern of change over time of the natural frequency for each of an unreinforced concrete column, a healthy reinforced concrete column, and a reinforced concrete column in which the concrete portion is damaged. As a result, when the concrete structural member 1 is an unreinforced concrete column, the natural frequency at the time of heating increases rapidly, and when the concrete structural member 1 is a healthy reinforced concrete column, the natural vibration at the time of heating. When the number rose slightly and gently, and the concrete structural member 1 is a reinforced concrete column in which the concrete portion is damaged, the phenomenon that the natural frequency during heating is suddenly and greatly reduced was found and confirmed.

試験用コンクリート構造部材20として、鉄筋の入っていない無筋コンクリートと、鉄筋コンクリートと、鉄筋は入っているが、故意に損傷が与えられている損傷コンクリートとの3種類のコンクリート柱(以下、試験柱と呼ぶ)を用意した。ちなみに、損傷試験柱は、鉄筋試験柱の側方から手押しの油圧ジャッキで最大耐力に達するまで載荷して損傷を与えた。また、試験柱20のサイズは、10×10×56cmの柱状物である(図12及び図13参照)。そして、この3種類の同じサイズの試験柱に対して図1に示す健全性判定装置4を用いて固有振動数の経時変化をモニタリングする実験を行った。なお、この実験で使用される鉄筋コンクリート柱は四隅に直径1cmの鉄筋がかぶり厚(柱の外表面から至近の鉄筋の表面までの距離)10mmで入れられたものであり、鉄筋比は3.2%である。   As the test concrete structural member 20, there are three types of concrete columns (hereinafter referred to as test columns): unreinforced concrete without reinforcing bars, reinforced concrete, and damaged concrete that contains reinforcing bars but is intentionally damaged. Prepared). By the way, the damage test column was loaded and damaged from the side of the rebar test column with a hand-held hydraulic jack until the maximum strength was reached. Moreover, the size of the test column 20 is a columnar object of 10 × 10 × 56 cm (see FIGS. 12 and 13). Then, an experiment was performed on the three types of test columns having the same size to monitor the change with time of the natural frequency using the soundness determination device 4 shown in FIG. The reinforced concrete columns used in this experiment are those in which rebars with a diameter of 1 cm are inserted at four corners with a cover thickness (distance from the outer surface of the column to the surface of the nearest rebar) of 10 mm, and the rebar ratio is 3.2. %.

上記の3本の試験柱はいずれも同じ条件下で同じような状態で床3(図12及び図13参照)に立てられており、且つ、各柱に対して健全性判定装置4が同じようにセットされる。   The above three test columns are all set up on the floor 3 (see FIG. 12 and FIG. 13) in the same state under the same conditions, and the soundness determination device 4 is the same for each column. Set to

試験柱20は下端を床3に固定し、上端を自由端とした。自由振動発生装置9は試験柱20の上部にハンマー8による打撃を与え、振動センサ10は各柱の最上部に設置した。振動センサ10は振動分析装置11に接続した。また、振動分析装置11には表示装置12を接続し、この表示装置12の画面を通して固有振動数の経時変化をモニタリングできるようにした。また、試験柱20の一側面(以下、本実施例ではこの面を「表面」、その反対側の面を「裏面」と称する)にラバーヒーター5を貼り付けた。さらに、試験柱20のラバーヒーター5の設置面に温度計21、試験柱の裏面に温度計22を設置し、加えて試験柱20のラバーヒーター5の設置面寄りの内部に温度計23、試験柱20の裏面寄りの内部に温度計24を埋め込んだ。   The test column 20 was fixed at the lower end to the floor 3 and the upper end as a free end. The free vibration generator 9 hits the upper part of the test column 20 with the hammer 8, and the vibration sensor 10 was installed at the top of each column. The vibration sensor 10 was connected to the vibration analyzer 11. In addition, a display device 12 is connected to the vibration analyzer 11 so that a change with time of the natural frequency can be monitored through a screen of the display device 12. Further, the rubber heater 5 was attached to one side surface of the test column 20 (hereinafter, this surface is referred to as “front surface” and the opposite surface is referred to as “back surface” in the present embodiment). Further, a thermometer 21 is installed on the installation surface of the rubber heater 5 of the test column 20, and a thermometer 22 is installed on the back surface of the test column. In addition, a thermometer 23 is installed inside the test column 20 near the installation surface of the rubber heater 5. A thermometer 24 was embedded inside the column 20 near the back surface.

実験は室内温度25℃で一定とし、ラバーヒーター5による2時間の加温を1回の場合と、6時間サイクルで4回繰り返す場合とを実施した。ここで、ラバーヒーター5の熱量は、加温開始から2時間後に内外温度差(試験柱の表面温度と裏面温度との差)つまり温度計21で測られる温度と温度計22で測られる温度との差が10℃になるように調整した。具体的には、加温開始から2時間後にヒータで加温された表面温度が45℃、加温されていない裏面温度が35℃に達するように調整した。   The experiment was conducted at a constant room temperature of 25 ° C., and heating was performed once for 2 hours with the rubber heater 5 and repeated four times in a 6-hour cycle. Here, the amount of heat of the rubber heater 5 is the difference between the internal and external temperature (the difference between the test column surface temperature and the back surface temperature) 2 hours after the start of heating, that is, the temperature measured by the thermometer 21 and the temperature measured by the thermometer 22. The difference was adjusted to 10 ° C. Specifically, after 2 hours from the start of heating, the surface temperature heated by the heater was adjusted to 45 ° C., and the back surface temperature not heated was adjusted to 35 ° C.

実験結果を図14に示す。図14(a)は温度計21〜24で測られる温度の経時変化を示すグラフである。図14(a)において、最も上に位置するグラフが温度計21で測られた温度の経時変化を示すものであり、その1つ下に位置するグラフが温度計23で測られた温度の経時変化を示すものであり、さらにその1つ下に位置するグラフが温度計24で測られた温度の経時変化を示すものであり、最も下に位置するグラフが温度計22で測られた温度の経時変化を示すものである。図14(b)は無筋コンクリート柱20の固有振動数の経時変化を示すグラフである。図14(c)は健全な鉄筋コンクリート柱の固有振動数の経時変化を示すグラフである。図14(d)はコンクリート部分が損傷している鉄筋コンクリート柱の固有振動数の経時変化を示すグラフである。ここで図14(a)の縦軸は温度計が示すコンクリート構造部材温度(℃)、図14(b)〜図14(d)の縦軸はコンクリート構造部材の固有振動数、図14(a)〜図14(d)の横軸は材齢を示しており、これは各試験柱を打設してからの日数で示されている。   The experimental results are shown in FIG. FIG. 14A is a graph showing a change in temperature with time measured by the thermometers 21 to 24. In FIG. 14 (a), the uppermost graph shows the change over time of the temperature measured by the thermometer 21, and the graph located one below is the time of the temperature measured by the thermometer 23. The graph located at the bottom of the graph shows the change over time of the temperature measured by the thermometer 24, and the graph located at the bottom shows the temperature measured by the thermometer 22. It shows a change with time. FIG. 14B is a graph showing a change with time of the natural frequency of the unreinforced concrete column 20. FIG.14 (c) is a graph which shows the time-dependent change of the natural frequency of a sound reinforced concrete column. FIG.14 (d) is a graph which shows the time-dependent change of the natural frequency of the reinforced concrete column where the concrete part is damaged. Here, the vertical axis in FIG. 14 (a) is the concrete structural member temperature (° C.) indicated by the thermometer, the vertical axis in FIGS. 14 (b) to 14 (d) is the natural frequency of the concrete structural member, and FIG. The horizontal axis of FIGS. 14 (d) to 14 (d) indicates the material age, which is indicated by the number of days since each test column was placed.

図14(b)及び図14(c)に示すそれぞれのグラフから、無筋コンクリート柱20の場合には加温時における固有振動数が急激に上昇し、健全な鉄筋コンクリート柱の場合には加温時における固有振動数が僅かに且つ緩やかに上昇することが分かる。換言すると、健全な鉄筋コンクリート柱の加温時の固有振動数の経時変化は無筋コンクリート柱20の場合に比べて上がり方が小さいことが分かる。このことから鉄筋比が小さいほど(鉄筋量が少ないほど)加温時の固有振動数の増加率が大きくなることが予測できる。また、コンクリート柱に鉄筋は含まれているがコンクリートに鉄筋が付着していない場合も無筋コンクリート柱20の固有振動数の経時変化のパターンとほぼ同様の固有振動数の経時変化のパターンが得られることが考えられる。   From the respective graphs shown in FIGS. 14B and 14C, in the case of the unreinforced concrete column 20, the natural frequency at the time of heating increases rapidly, and in the case of a healthy reinforced concrete column, the heating. It can be seen that the natural frequency at the time increases slightly and slowly. In other words, it can be seen that the change over time in the natural frequency during the heating of a sound reinforced concrete column is smaller than that in the case of the unreinforced concrete column 20. From this, it can be predicted that the rate of increase of the natural frequency during heating increases as the reinforcing bar ratio decreases (the amount of reinforcing bars decreases). Also, when the concrete column contains reinforcing bars but the reinforcing bars are not attached to the concrete, the natural frequency change pattern with time of the natural frequency of the unreinforced concrete column 20 is almost the same. It is possible that

反面、図14(d)に示すグラフから、コンクリート部分が損傷している鉄筋コンクリート柱は加温時には固有振動数が急激且つ大きく低下することが分かる。これにより、固有振動数が増加しているか、減少しているかで、健全な鉄筋コンクリート柱とコンクリート部分が損傷している鉄筋コンクリート柱とを識別することができる。   On the other hand, it can be seen from the graph shown in FIG. 14 (d) that the natural frequency of the reinforced concrete column in which the concrete portion is damaged decreases rapidly and greatly when heated. Accordingly, it is possible to distinguish between a healthy reinforced concrete column and a reinforced concrete column in which the concrete portion is damaged depending on whether the natural frequency is increasing or decreasing.

因みに本実験では、ラバーヒーター5による加温を6時間サイクルで4回繰り返して実施したが、加温を実施する都度同様の固有振動数の経時変化のパターンを得ることができた。したがって、固有振動数の経時変化のパターンには再現性があることが確認できた。   Incidentally, in this experiment, heating by the rubber heater 5 was repeated four times in a 6-hour cycle, but the same frequency change pattern with time could be obtained each time heating was performed. Therefore, it was confirmed that the natural frequency pattern with time was reproducible.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば上述した実施形態では、コンクリート構造部材1を四角柱のおける固有振動数の経時変化のパターンをモニタリングする例を挙げて説明したが、コンクリート構造部材1は柱に限定される必要はなく、コンクリート構造からなる梁や床あるいは壁などであっても良い。例えば床の健全性を判定する場合には床の表面をラバーヒーター5やハロゲンヒーターなどで加温し、床の表面と裏面とで温度差を生じさせた状態で床に断続的に打撃を与えてその打撃によって生じる振動の固有振動数を求め、その固有振動数の経時変化をモニタリングすれば良い。   The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the concrete structural member 1 has been described by taking an example of monitoring the pattern of change over time in the natural frequency of a square column. However, the concrete structural member 1 is not necessarily limited to a column, and concrete. It may be a beam, floor or wall made of a structure. For example, when judging the soundness of the floor, the floor surface is heated with a rubber heater 5 or a halogen heater, and the floor is intermittently hit with a temperature difference between the front surface and the back surface. Thus, the natural frequency of the vibration generated by the impact may be obtained and the change with time of the natural frequency may be monitored.

また、本発明は、コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与えることにより温度応力を発生させる例を挙げて主に説明したが、コンクリートの全断面で一様に温度が上昇するように温度変化を与えてコンクリート構造部材の固有振動数の変化を検出して、コンクリートの損傷あるいは鉄筋の構造性能の劣化を推定してコンクリート構造部材の健全性を評価することも可能である。コンクリートの全断面で一様に温度が上昇するように、つまり温度応力が発生しないように温度を上昇させれば、『加温による材料軟化』と称される現象でコンクリート構造部材に損傷が発生していなくても、固有振動数は僅かに減少する。したがって、コンクリート構造部材の温度を一様に上昇させると、(a)コンクリートにひび割れが無い健全なとき固有振動数は僅かに減少し、(b)ひび割れがあるとき固有振動数は大きく減少することとなる。そこで、この(a)と(b)の違いを、多数のデータを集めて一般化することにより、パターン比較で見分けることも可能である。   In addition, the present invention has been mainly described with an example in which temperature stress is generated by giving a temperature change that causes a non-uniform temperature distribution in the cross section of the concrete structural member. In order to evaluate the soundness of concrete structural members by detecting changes in the natural frequency of concrete structural members and estimating the damage to concrete or deterioration of structural performance of reinforcing bars It is also possible. If the temperature is raised so that the temperature rises uniformly in all sections of the concrete, that is, temperature stress does not occur, damage to the concrete structural member occurs due to a phenomenon called “material softening due to heating” Even if not, the natural frequency is slightly reduced. Therefore, when the temperature of the concrete structural member is raised uniformly, the natural frequency decreases slightly when the concrete is healthy without cracks, and (b) the natural frequency decreases greatly when there is a crack. It becomes. Therefore, the difference between (a) and (b) can be distinguished by pattern comparison by collecting and generalizing a large number of data.

また、コンクリート構造部材の診断法における温度変化を与える手段あるいは固有振動数を測定する手段については、上述の打撃による加振や人工熱源を使った加温の方法によれば、意図した通りの大きさの固有振動数や温度差を与えることが容易にでき、はるかに容易に診断ができるので好ましいが、これに加振方法や温度差付与方法は限られず、気温や日照を利用することも、さらにはこれら自然の熱源と人工熱源とを組み合わせることも可能である。例えば一方の面を冷却したりあるいは太陽光などによる放射加温と日陰などでの放射冷却との組み合わせによって温度変化を与えるようにしても良い。さらには、建物の内部を空調で強制的に温めたり、冷やしたりして、建物の内外の温度差を人工的に作り出すようにしても良い。さらには、コンクリート構造部材例えばコンクリート柱の中にヒータを予め仕込んでおいて、それをON/OFFする方法によっても周囲と中心で温度差が発生するので有効である。ただし、この場合、断面内の温度差は大きくならない。   In addition, regarding the means for giving a temperature change or the means for measuring the natural frequency in the diagnostic method for concrete structural members, according to the above-described method of vibration by impact or heating using an artificial heat source, the magnitude as intended The natural frequency and temperature difference can be easily given, and it is preferable because it can be diagnosed much more easily.However, the excitation method and the temperature difference application method are not limited to this, and it is also possible to use temperature and sunshine, Furthermore, it is possible to combine these natural heat sources and artificial heat sources. For example, one surface may be cooled, or the temperature change may be given by a combination of radiation heating by sunlight or the like and radiation cooling in the shade. Furthermore, the temperature difference between the inside and outside of the building may be artificially created by forcibly heating or cooling the inside of the building by air conditioning. Further, it is effective to prepare a heater in a concrete structural member such as a concrete column in advance and turn it on / off because a temperature difference is generated between the periphery and the center. However, in this case, the temperature difference in the cross section does not increase.

本発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法を実施する健全性判定装置とコンクリート構造部材を正面側から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the soundness determination apparatus and concrete structure member which enforce the soundness determination method of the concrete structure member concerning this invention from the front side. 本発明にかかるコンクリート構造部材の健全性判定方法を実施する健全性判定装置とコンクリート構造部材を右側面側から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the soundness determination apparatus and concrete structure member which enforce the soundness determination method of the concrete structure member concerning this invention from the right side surface side. コンクリート構造部材の振動の形状を示すイメージ図である。It is an image figure which shows the shape of the vibration of a concrete structural member. コンクリート構造部材の自由振動波形を示すグラフである。It is a graph which shows the free vibration waveform of a concrete structural member. コンクリート構造部材の加温後におけるラバーヒーターとコンクリート構造部材の温度分布を示す図である。It is a figure which shows the temperature distribution of a rubber heater and a concrete structure member after the heating of a concrete structure member. コンクリート構造部材の加温後における応力分布を示す図である。It is a figure which shows the stress distribution after the heating of a concrete structural member. コンクリートの損傷診断における損傷有り無し時の固有振動数の変動の模式図である。It is a schematic diagram of the fluctuation | variation of the natural frequency at the time of the presence or absence of damage in the damage diagnosis of concrete. 鉄筋比を診断するときの固有振動数の時間経過の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the example of the time passage of the natural frequency when diagnosing a reinforcing bar ratio. 鉄筋比と固有振動数の関係を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the relationship between a reinforcing bar ratio and a natural frequency. 鉄筋比の経年劣化を示す固有振動数の経時変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the time-dependent change of the natural frequency which shows aged deterioration of a reinforcing bar ratio. コンクリート損傷の経年劣化を示す固有振動数の経時変化の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the time-dependent change of the natural frequency which shows aged deterioration of concrete damage. 試験柱とこの柱に対してセットされている健全性判定装置を正面側から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the test pillar and the soundness determination apparatus set with respect to this pillar from the front side. 試験柱とこの柱に対してセットされている健全性判定装置を右側面側から見た構成図である。It is the block diagram which looked at the test pillar and the soundness determination apparatus set with respect to this pillar from the right side surface side. 実施例1の実験において得られたデータの経時変化を示すグラフで、(a)は試験柱の温度の経時変化を示すグラフ、(b)は無筋コンクリート柱の固有振動数の経時変化を示すグラフ、(c)は健全な鉄筋コンクリート柱の固有振動数の経時変化を示すグラフ、(d)はコンクリート部分が損傷している鉄筋コンクリート柱の固有振動数の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows a time-dependent change of the data obtained in the experiment of Example 1, (a) is a graph which shows a time-dependent change of the temperature of a test column, (b) shows a time-dependent change of the natural frequency of an unreinforced concrete column. A graph, (c) is a graph which shows a time-dependent change of the natural frequency of a healthy reinforced concrete column, (d) is a graph which shows a time-dependent change of the natural frequency of the reinforced concrete column where the concrete part is damaged.

符号の説明Explanation of symbols

1 コンクリート構造部材
4 健全性判定装置
5 ラバーヒーター
9 自由振動発生装置
10 振動センサ
11 振動分析装置
20 試験柱(コンクリート柱)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Concrete structural member 4 Soundness determination apparatus 5 Rubber heater 9 Free vibration generator 10 Vibration sensor 11 Vibration analyzer 20 Test column (concrete column)

Claims (17)

コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与え、前記温度変化を与えた後の前記コンクリート構造部材の固有振動数の変化を検出し、前記固有振動数の変化が増加する傾向もしくは一定に推移する傾向にあるときにはコンクリートに構造上の損傷無し、減少する傾向にあるときにはコンクリートに構造上の損傷有りと判定するものであるコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete structural member is subjected to a temperature change that causes a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member, the change in the natural frequency of the concrete structural member after the temperature change is detected, and the change in the natural frequency A method for judging the soundness of a concrete structural member, in which when there is a tendency to increase or remain constant, there is no structural damage to the concrete, and when there is a tendency to decrease, the concrete is judged to have structural damage. 前記コンクリート構造部材に断続的に打撃を与え、この打撃によって生じた前記コンクリート構造部材の振動からその固有振動数を算出すると共にこの固有振動数の経時変化のパターンを求め、前記経時変化のパターンから前記固有振動数の変化方向を判定するものである請求項1記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete structural member is intermittently hit, and the natural frequency is calculated from the vibration of the concrete structural member generated by the hit, and the pattern of change with time of the natural frequency is obtained. The method for determining the soundness of a concrete structural member according to claim 1, wherein the direction of change of the natural frequency is determined. 前記コンクリート構造部材の固有振動数の変化を、温度変化を与える前の固有振動数との比較により、温度変化を与えた後の固有振動数の変化を求めるものである請求項1記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete structure according to claim 1, wherein a change in the natural frequency after the temperature change is obtained by comparing the change in the natural frequency of the concrete structural member with the natural frequency before the temperature change. A method for determining the soundness of a member. コンクリート構造部材に断面内で不均一な温度変化を与え、前記温度変化を与えた後の前記コンクリート構造部材の固有振動数の変化を測定して前記固有振動数の増加率を求め、前記増加率と健全なコンクリート構造部材の前記温度変化時の固有振動数の増加率と比較することにより鉄筋の構造性能を評価指標としてコンクリート構造部材の健全性を判定するものであるコンクリート構造部材の健全性判定方法。 Giving a non-uniform temperature change in the cross-section to the concrete structural member, measuring the change in natural frequency of the concrete structural member after giving the temperature change, obtaining an increase rate of the natural frequency, the increase rate The soundness of a concrete structural member is judged by using the structural performance of the reinforcing bar as an evaluation index by comparing with the rate of increase of the natural frequency at the time of temperature change of the sound concrete structural member. Method. 鉄筋比が既知のコンクリート構造部材に前記不均一な温度変化を与えたときの固有振動数の増加率と前記鉄筋比との相関関係を予め求めておき、この相関関係を用いて前記温度差を与えた後の前記コンクリート構造部材の固有振動数の増加率から鉄筋比を推定するものである請求項4記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 A correlation between the increase rate of the natural frequency and the reinforcing bar ratio when the non-uniform temperature change is applied to the concrete structural member having a known reinforcing bar ratio is obtained in advance, and the temperature difference is calculated using this correlation. 5. The method for judging the soundness of a concrete structural member according to claim 4, wherein the reinforcing bar ratio is estimated from a rate of increase in the natural frequency of the concrete structural member after being applied. 前記コンクリート構造部材に断面内で不均一な温度変化を与えた状態で前記コンクリート構造部材に断続的に打撃を与え、この打撃によって生じた振動から固有振動数を算出すると共にこの固有振動数の経時変化のパターンを求め、前記パターンから前記固有振動数の増加率を判定するものである請求項4または5記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete structural member is intermittently hit with the non-uniform temperature change in the cross section, and the natural frequency is calculated from the vibration generated by the hit, and the natural frequency is elapsed over time. The method for determining the soundness of a concrete structural member according to claim 4 or 5, wherein a change pattern is obtained and an increase rate of the natural frequency is determined from the pattern. 前記コンクリート構造部材の固有振動数の増加率を、温度変化を与える前の固有振動数との比較により求めるものである請求項4または5記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 6. The method for determining the soundness of a concrete structural member according to claim 4 or 5, wherein an increase rate of the natural frequency of the concrete structural member is obtained by comparison with a natural frequency before temperature change. コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与え、前記温度変化を与えた後の前記コンクリート構造部材の固有振動数の変化の検出を定期的に実施して前記固有振動数の増加率もしくは変化量のデータを蓄積し、前記増加率もしくは変化量の時系列的推移が減少傾向にあるときには、コンクリートの損傷もしくは将来的にコンクリートの損傷に至る可能性のある軽度な劣化のいずれかが進行しつつあることを診断するものであるコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete structural member is subjected to a temperature change that results in a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member, and the change in the natural frequency of the concrete structural member after the temperature change is periodically detected and the When data on the rate of increase or change in natural frequency is accumulated, and the time-series transition of the rate of increase or change is decreasing, it may cause minor damage that may lead to concrete damage or concrete damage in the future. Method for determining the soundness of a concrete structural member that diagnoses that any of the deteriorations is progressing. コンクリート構造部材に部材断面内で不均一な温度分布となるような温度変化を与え、前記温度変化を与えた後の前記コンクリート構造部材の固有振動数の変化の検出を定期的に実施して前記固有振動数の増加率もしくは変化量のデータを蓄積し、前記増加率もしくは変化量の時系列的推移が増加傾向にあるときには鉄筋の付着性能の低下もしくは腐食による断面欠損が進行し鉄筋の構造性能の劣化が進行しつつあることを診断するものであるコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete structural member is subjected to a temperature change that results in a non-uniform temperature distribution in the cross section of the member, and the change in the natural frequency of the concrete structural member after the temperature change is periodically detected and the Accumulation rate or change data of natural frequency is accumulated, and when the increase rate or change time-series trend is increasing, cross-sectional defect due to rebar deterioration or corrosion progresses and structural performance of rebar A method for determining the soundness of a concrete structural member that diagnoses that the deterioration of the steel is progressing. 前記コンクリート構造部材に与えられる前記不均一な温度変化は、気温または日照などの自然現象により実現されるものである請求項1から9のいずれか1つに記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The method for determining the soundness of a concrete structure member according to any one of claims 1 to 9, wherein the uneven temperature change given to the concrete structure member is realized by a natural phenomenon such as air temperature or sunlight. . 前記コンクリート構造部材に与えられる前記不均一な温度変化は、人工熱源により強制的に加温されることにより実現されるものである請求項1または9記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The method for determining the soundness of a concrete structural member according to claim 1 or 9, wherein the uneven temperature change given to the concrete structural member is realized by forcibly heating by an artificial heat source. 前記コンクリート構造部材に与えられる前記不均一な温度変化は、人工熱源により強制的に冷却されるものである請求項5から9のいずれか1つに記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The soundness determination method for a concrete structure member according to any one of claims 5 to 9, wherein the uneven temperature change given to the concrete structure member is forcibly cooled by an artificial heat source. 前記コンクリート構造部材に与えられる前記不均一な温度変化は、一つの面を人工熱源により強制的に加温することにより実現されるものである請求項1から9のいずれか1つに記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete according to any one of claims 1 to 9, wherein the uneven temperature change given to the concrete structural member is realized by forcibly heating one surface with an artificial heat source. A method for determining the soundness of structural members. 前記コンクリート構造部材に与えられる不均一な温度変化は、一つの面を人工熱源により強制的に冷却することにより実現されるものである請求項5から9のいずれか1つに記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The concrete structural member according to any one of claims 5 to 9, wherein the uneven temperature change given to the concrete structural member is realized by forcibly cooling one surface by an artificial heat source. Soundness judgment method. 前記コンクリート構造部材に与えられる不均一な温度変化は、一方の面を人工熱源により強制的に加温し、同時に他方の面を冷却することにより実現されるものである請求項1から9のいずれか1つに記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The uneven temperature change given to the concrete structural member is realized by forcibly heating one surface with an artificial heat source and simultaneously cooling the other surface. The soundness judgment method of the concrete structure member as described in any one. 前記人工熱源は前記コンクリート構造部材に直接貼り付けられたヒータである請求項11、13、または15記載のいずれか1つにコンクリート構造部材の健全性判定方法。 16. The method for determining the soundness of a concrete structure member according to claim 11, wherein the artificial heat source is a heater directly attached to the concrete structure member. 前記人工熱源は室内の冷暖房装置である請求項12、14または15のいずれか1つに記載のコンクリート構造部材の健全性判定方法。 The method for determining the soundness of a concrete structural member according to any one of claims 12, 14 and 15, wherein the artificial heat source is an indoor air conditioner.
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