JP5269939B2

JP5269939B2 - 加振位置採寸治具

Info

Publication number: JP5269939B2
Application number: JP2011093379A
Authority: JP
Inventors: 成年畑; 勇樹成松
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: JP2012225760A

Description

本発明は、コンクリート柱等の円柱状構造物の衝撃弾性波振動の測定に用いられる加振位置採寸治具に関するものである。

一般的にコンクリート構造物の表面を打撃し、コンクリート構造物を加振させる装置としてはインパルスハンマーが用いられている。小型のハンマーでコンクリート表面を打撃することによって得られる反発度からコンクリート強度推定値、劣化度合い、表面近傍の剥離・浮きを検知することができる。

また、橋梁などの鉄鋼製の構造物に対しては、インパルスハンマー、加速度計、データロガー（アンプ）およびパソコン等を組み合わせたシステムにより剛性が低下している劣化箇所を調べる技術がある。

そして、橋梁の橋脚などのコンクリート構造物に対しては、橋梁の高欄から吊り下げた重さ１０〜５０ｋｇｆ程度の重錘（一般的には３０ｋｇｆ程度の硬質ゴム製）で橋脚を打撃したり、また、大型の硬質ゴム製ハンマーで打撃したりして、橋脚の振動を加速度計で測定し、パソコンに収録し、得られた固有振動数を標準値（既存の測定データから設定した固有振動数あるいは設計上の固有振動数）と対比することにより、橋脚の健全度を判定する衝撃振動測定技術も一般的に利用されている。

一方、コンクリート柱のように、上述の橋脚等に比べ比較的小型の円柱状構造物に対しては、折損防止のため、主に目視によるひび割れ発生状況の点検を実施している。更に、点検精度の向上のため、コンクリート柱を打撃し振動を与えることによって得られる固有振動数を解析することで、コンクリート柱の健全度を診断することが行われている（特許文献１参照）。

特開２０１０−０７１７４８号公報

ところで、コンクリート柱を打撃し振動を与えることによって得られる固有振動数を解析することで、コンクリート柱の健全度を診断する方法では、ハンマー等の加振装置によりコンクリート柱を水平多方向に加振することが行われるが、その際に、円形断面の中心角度が等間隔の角度になるように計測メジャー等を用いてコンクリート柱の円周を等間隔の長さに分配して、ハンマー等の加振装置による加振位置として事前に墨出しをしなければならないために、加振前の準備作業に要する時間が長くかかっていた。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、任意の径の円柱状構造物に対し、水平多方向加振の位置を短時間で採寸できる加振位置採寸治具を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、円柱状構造物の水平多方向加振による衝撃弾性波振動の測定に用いる加振位置採寸治具であって、互いに連結された複数の同一長さのアームからなる伸縮可能な蛇腹構造を有し、各アームを連結する部分に、前記蛇腹構造に縮む力を作用させるためにバネを備えて前記アームの開きを完全に閉じるように作用するヒンジ機構と、回転するローラーを備えるヒンジ機構とを交互に備えると共に、前記蛇腹構造の両端のアームに連結手段を備え、測定の際には、前記蛇腹構造を前記円柱状構造物に巻き付けるようにして前記蛇腹構造の両端を前記連結手段で連結し、前記円柱状構造物の側面周囲に前記ローラーが接触する形態で前記円柱状構造物に固定されることを特徴とする。

前記ローラーに、加振位置の墨出し用糸を設けることができることが好ましい。また、前記ローラーに、自立できる棒状突起を設けることができることが好ましい。

また、前記ローラーに、前記円柱状構造物の振動を受振する受振器を備えることができることが好ましい。
前記バネは、コイルバネ、トーションバネ、Ｕ字形バネまたは板バネであることが好ましい。

本発明は、互いに連結された複数の同一長さのアームからなる伸縮可能な蛇腹構造を、円柱状構造物の側面の全周囲を取り囲むように設置することにより、径の異なる円柱状構造物に対し、円柱状構造物の側面周囲に水平多方向加振の方向数に見合う数の等間隔な位置を短時間で採寸することができる。

衝撃弾性波振動モード解析を用いて円柱状構造物の劣化状態を点検・診断する方法を説明する図である。ハンマーによりコンクリート柱の円形断面の中心に向かって加振している状態を示す図である。受振器が受振した振動の振動数と強度を示すフーリエスペクトル図である。本発明の加振位置採寸治具の実施の形態を示す全体図である。蛇腹構造を有する加振位置採寸治具の一部を示す図である。蛇腹構造を有する加振位置採寸治具の一部を示す図である。加振位置採寸治具の両端に位置するアームの連結機構の一例を説明する図である。加振位置採寸治具の両端に位置するアームの連結機構の他の例を説明する図である。ローラーに脱着可能に取り付けられる墨出し用糸を説明する図である。ローラーに脱着可能に取り付けられる棒状突起を説明する図である。受振器の第１実施例を示す平面図である。受振器の第１実施例を示す側面図である。ローラーに受振器を取り付けた状態で、加振位置採寸治具をコンクリート柱に設置した状態を示す図である。受振器の第２実施例を示す平面図および側面図である。受振器の第３実施例を示す平面図である。受振器の第３実施例を示す側面図である。加振位置採寸治具の使用方法の第１実施例について説明する図である。加振位置採寸治具の使用方法の第２実施例について説明する図である。加振位置採寸治具の使用方法の第３実施例について説明する図である。加振位置採寸治具の使用方法の第４実施例について説明する図である。加振位置採寸治具の使用方法の第５実施例について説明する図である。

本発明の加振位置採寸治具を説明する前に、コンクリート柱等の円柱状構造物の水平多方向加振による衝撃弾性波振動モード解析を用いて円柱状構造物の劣化状態を点検・診断する方法について説明する。図１は、衝撃弾性波振動モード解析を用いて円柱状構造物の劣化状態を点検・診断する方法を説明する図である。なお、以下において、円柱状構造物の一例としてコンクリート柱を用いるものとする。図１に示すように、コンクリート柱１の地際から末口の間に設置したハンマー２（加振装置）により、コンクリート柱全体を揺らす振動を水平多方向に発生させる。図２は、ハンマー２によりコンクリート柱１の円周方向に数箇所、円形断面の中心に向かって加振している状態を示す図である。地際から末口の間に設置された受振器３によりコンクリート柱１の振動を受振し、その振動をデータロガー４（解析装置）により解析する。図３は、受振器３が受振した振動の振動数と強度を示すフーリエスペクトル図である。データロガー４は、受振した卓越振動数に関するパワースペクトルの特徴を分類することによって、円柱状構造物の劣化状態を点検・診断する。

本発明の加振位置採寸治具は、上述した円柱状構造物の水平多方向加振による衝撃弾性波振動モードの測定に用いられる冶具であり、図４は、本発明の加振位置採寸治具の実施の形態を示す全体図である。図４は、加振位置採寸治具５のアーム６をアーム連結部７（連結手段）で連結して、加振位置採寸治具５を、コンクリート柱１の側面の全周囲を取り囲むように設置した状態を示している。加振位置採寸治具５は、アーム連結部７の位置で分離可能となっており、アーム連結部７の位置で分離することによりコンクリート柱１から取り外すことができるようになっている。

図４に示す加振位置採寸治具５は、全て同じ長さの複数のアーム６からなり、アーム６の両端がヒンジ構造で連結されており、伸縮が可能なように蛇腹構造となっている。加振位置採寸治具５は、蛇腹構造をコンクリート柱１に巻き付けるようにして蛇腹構造の両端をアーム連結部７で連結し、コンクリート柱１の側面周囲にローラー１０が接触する形態でコンクリート柱１に固定される。アーム６の長さはコンクリート柱１の径によって調整可能であるが、計測対象となるコンクリート柱の最大径に対応できるように設計することが望ましい。アーム６の数は、コンクリート柱１をハンマー２により水平多方向に加振する方向数により調整可能であり、アーム２本で１方向分となる。アーム６は、板状のステンレスや、アルマイト処理されたアルミニウム等の錆びにくい材質が望ましい。

各アーム６を連結する部分には、蛇腹構造に縮む力を作用させるためにコイルバネ９を備えてアーム６の開きを完全に閉じるように作用するヒンジ機構８と、回転するローラー１０を備えるヒンジ機構８とを交互に備える。

蛇腹構造に縮む力を作用させるために、図４ではコイルバネ９を用いているが、トーションバネやＵ字形バネや板バネ等を用いても良い。図５は、蛇腹構造を有する加振位置採寸治具の一部を示す図であり、ヒンジ機構８にトーションバネ１１を用いた例を示している。なお、蛇腹構造を縮める力が弱い場合は、図６に示すように、ローラー１０の裏側のヒンジ機構８にもトーションバネ１１を取り付けることが好ましい。

加振位置採寸治具５の両端に位置するアーム６は、加振位置採寸治具５をコンクリート柱１の円周方向に取り巻くように設置するため、図７に示すように、先端が継ぎ手方式による連結が可能な機構となっており、アーム連結部７により一方のアーム６と他方のアーム６を連結する。一方のアーム６は、３分の１程度のアーム長であり、他方のアーム６は、３分の２程度のアーム長である。

また、上述したアーム連結部７に換えて、図８に示す連結フック１３を用いても良い。加振位置採寸治具５の両端に位置するアーム６は、アーム６の先端どうしが連結できるようにフック構造（一方がフック形状、他方がフックを受ける凸形状など）になっている。また、アーム長の中間に連結フック１３を取り付けるための切り込み溝１４が形成されている。連結フック１３は、その切り込み溝１４に設定することのできる雌ネジ部と、その雌ネジ部に通す雄ネジ部と、その雄ネジ部を回転させる軸角度を直角に変換するネジ機構部で構成されている。連結フック１３のネジの締め具合を調整することによって、各ローラー１０の間隔がほぼ等間隔になるように調整できる。

ローラー１０は、ゴムや樹脂製であり、３６０度回転できる。ローラー１０の幅は、アーム６の数や長さにより安定度を考慮する上で調整可能であるが、１〜２ｃｍ程度が望ましい。

また、図９に示すように、ローラー１０には、加振位置の墨出し用糸２３が脱着可能になっている。ローラー１０は、側面の回転軸部分に凸型ガイド２１を備えており、墨出し用糸２３は、凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２２を一端に備えている。墨出し用糸２３には、長さが２０〜３０ｃｍ程度、径が０．２〜１．０ｍｍ程度のナイロン製等が用いられる。なお、風などによる影響を受けないようにするため、墨出し用糸２３の開放端側には重りを取り付けるようにしても良い。また、図１０に示すように、ローラー１０には、ナイロン製等のある程度真直ぐに自立できる棒状突起２４を脱着可能にしても良い。棒状突起２４は、凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２２を一端に備えている。棒状突起２４の長さは２０〜３０ｃｍ程度、径は先端で１ｍｍ程度が望ましい。

また、ローラー１０には、受振器３が脱着可能になっている。図１１は、受振器３の第１実施例を示す平面図であり、図１２は、側面図である。受振器３は、加速度センサ２７と、台座２８と、間接材３０と、水平器３２を備える。加速度センサ２７には台座２８が取り付けられ、その台座２８には、ローラー１０に設けられた凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２９が設けられている。なお、加速度センサ２７の側面には、コンクリート柱１の側面の表面と密着できるようにゴムパッド等の振動計測に影響を及ぼさない材質の間接材３０が貼られている。

台座２８は、加速度センサ２７の底面にネジ締め等によって強固に連結され、加速度センサ２７の交換にも対応できるように取り外し可能となっている。台座２８の底面（裏面）には、ローラー側面の回転軸部分に設けられた凸型ガイド２１に対し、あそびがなく、しっかりと取り付けられるように凹型ガイド２９が設けられており、受振器３を所定位置に固定できるように取り外し可能な程度のフック３１が設けられている。また、台座２８には水平器３２が取り付けられており、それを確認しながら、加速度センサ２７が水平になるように調整することができる。
図１３は、ローラー１０に受振器３を取り付けた状態で、加振位置採寸治具５を、コンクリート柱１の円周方向に取り巻くように設置した状態を示している。

また、受信器３を貼り付ける位置が予め決定している場合、ローラー１０の代わりに受振器３を固定するようにしても良い。図１４は、受信器３の第２実施例を示す図であり、図１４（ａ）は平面図、図１４（ｂ）は側面図である。受振器３は、加速度センサ２７と、固定枠３９と、間接材３０と、水平器３２を備える。加速度センサ２７には固定枠３９が取り付けられ、その固定枠３９には、ヒンジ機構１５が設けられている。なお、加速度センサ２７の側面には、コンクリート柱１の側面の表面と密着できるようにゴムパッド等の振動計測に影響を及ぼさない材質の間接材３０が貼られている。

固定枠３９は、加速度センサ２７の３つの側面に対し、あそびがなく、しっかりと取り付けられるようにコの字型の枠形状となっており、その内側にはゴムパッド等の振動計測に影響を及ぼさない材質の間接材３０が貼られている。なお、加速度センサ２７は、その交換にも対応できるように取り外し可能となっている。

図１５は、受振器３の第３実施例を示す平面図であり、図１６は、側面図である。受振器３は、加速度センサ２７と、台座３４と、水平器３２と、両面接着テープ３６を備える。ローラー１０の側面の回転軸部分には、形状が半球状の凸型ガイド３３が設けられており、加速度センサ２７には台座３４が取り付けられ、その台座３４には、凹型ガイド３５とピンホールガイド２７が設けられている。なお、加速度センサ６の側面には、コンクリート柱１の側面の表面に貼り付けができるようにゴム製等の振動計測に影響を及ぼさない材質の両面接着テープ３６が貼られている。

台座３４は、加速度センサ２７の底面にネジ締め等によって強固に連結され、加速度センサ２７の交換にも対応できるように取り外し可能となっている。台座３４の底面（裏面）には、ローラー側面の回転軸部分に設けられた半球状の凸型ガイド３３の頂点がスムーズに移動できるような形状の凹型ガイド３５とピンホールガイド２７が設けられており、凸型ガイド３３の頂点が凹型ガイド３５に沿って移動し、ピンホールガイド３７の位置に移動することによって、受振器３は、ピンホールガイド３７による接点のみで自重を支える状態になり、この状態で、受振器３を、加速度センサ２７に貼り付けられている両面接着テープ３６により、コンクリート柱１の側面の表面に貼り付けることができる。また、台座３４には水平器３２が取り付けられており、それを確認しながら、受振器３をコンクリート柱１の側面の表面に水平に貼り付けることができる。

次に、本発明の加振位置採寸治具の使用方法について説明する。図１７は、加振位置採寸治具の使用方法の第１実施例について説明するコンクリート柱の側面方向図である。加振位置採寸治具の使用方法の第１実施例は、加振位置採寸治具５を、コンクリート柱１の円周方向に取り巻くように設置し、加振位置採寸治具５のローラー側面の回転軸に沿うようにコンクリート柱１の側面の表面にチョーク等で墨出し線３８を描き、墨出し線３８の位置に受振器３を貼り付けると共に、墨出し線３８の位置をハンマー２で加振するものである。なお、コンクリート柱１に受振器３を貼り付ける際は、図１５、図１６に示すように、ローラー側面の回転軸部分に設けられた半球状の凸型ガイド３３の頂点を利用して、受振器３をコンクリート柱１に貼り付けるようにしても良い。

図１８は、加振位置採寸治具の使用方法の第２実施例について説明するコンクリート柱の側面方向図である。加振位置採寸治具の使用方法の第２実施例は、加振位置採寸治具５のローラー１０の凸型ガイド２１に、凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２２を一端に有する加振位置の墨出し用糸２３を取り付けて、加振位置採寸治具５を、コンクリート柱１の円周方向に取り巻くように設置し、下方に下がった墨出し用糸２３の位置に受振器３を貼り付けると共に、墨出し用糸２３の位置をハンマー２で加振するものである。

図１９は、加振位置採寸治具の使用方法の第３実施例について説明するコンクリート柱の側面方向図である。加振位置採寸治具の使用方法の第３実施例は、加振位置採寸治具５のローラー１０の凸型ガイド２１に、凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２２を一端に有する棒状突起２４を取り付けて、加振位置採寸治具５を、コンクリート柱１の円周方向に取り巻くように設置し、自立した棒状突起２４の位置に受振器３を貼り付けると共に、棒状突起２４の延長線上の位置をハンマー２で加振するものである。受振器３を貼り付けるときは、貼り付ける位置の棒状突起２４を取り外す。また、受振器３を貼り付ける位置を予め決定し、図１５、図１６に示すように、ローラー側面の回転軸部分に設けられた半球状の凸型ガイド３３の頂点を利用して、受振器３をコンクリート柱１に貼り付けるようにしても良い。

図２０は、加振位置採寸治具の使用方法の第４実施例について説明するコンクリート柱の側面方向図である。加振位置採寸治具の使用方法の第４実施例は、加振位置採寸治具５のローラー１０の凸型ガイド２１に、凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２９を有する受振器３を取り付けて、加振位置採寸治具５を、コンクリート柱１の円周方向に取り巻くように設置し、受振器３をコンクリート柱１に密着させ、加振位置採寸治具５のローラー側面の回転軸に沿うようにコンクリート柱１の側面の表面にチョーク等で墨出し線３８を描き、墨出し線３８の位置をハンマー２で加振するものである。また、受振器３を貼り付ける位置を予め決定し、図１４に示すように、ローラー１０の代わりに受振器３が固定されている固定枠３９を利用して、受振器３をコンクリート柱１に貼り付けるようにしても良い。

図２１は、加振位置採寸治具の使用方法の第５実施例について説明するコンクリート柱の側面方向図である。加振位置採寸治具の使用方法の第５実施例は、加振位置採寸治具５の１つのローラー１０の凸型ガイド２１に、凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２９を有する受振器３を取り付け、他のローラー１０の凸型ガイド２１に、凸型ガイド２１に嵌合する凹型ガイド２２を一端に有する棒状突起２４を取り付けて、加振位置採寸治具５を、コンクリート柱１の円周方向に取り巻くように設置し、受振器３をコンクリート柱１に密着させ、棒状突起２４の延長線上の位置をハンマー２で加振するものである。なお、受振器３を貼り付ける位置を予め決定し、コンクリート柱１に受振器３を貼り付ける際は、図１５、図１６に示すように、ローラー側面の回転軸部分に設けられた半球状の凸型ガイド３３の頂点を利用して、受振器３をコンクリート柱１に貼り付けるようにしても良い。また、受振器３を貼り付ける位置を予め決定し、図１４に示すように、ローラー１０の代わりに受振器３が固定されている固定枠３５を利用して、受振器３をコンクリート柱１に貼り付けるようにしても良い。

なお、上述した加振位置採寸治具の使用方法の第１〜第５実施例では、コンクリート柱１の側面の表面に１つの受振器を密着または貼り付けたが、コンクリート柱１の側面の表面に複数の受振器を密着または貼り付けても良い。

上述したように、本発明は、互いに連結された複数の同一長さのアームからなる伸縮可能な蛇腹構造を、コンクリート柱の側面の全周囲を取り囲むように設置することにより、径の異なるコンクリート柱に対し、コンクリート柱の側面周囲に水平多方向加振の方向数に見合う数の等間隔な位置を短時間で採寸することができる。

１コンクリート柱１
２ハンマー
３受振器
４データロガー
５加振位置採寸治具
６アーム
７アーム連結部
８、１５ヒンジ機構
９コイルバネ
１０ローラー
１１トーションバネ
１３連結フック
１４切り込み溝
２１、３３凸型ガイド
２２、２９、３５凹型ガイド
２３墨出し用糸
２４棒状突起
２７加速度センサ
２８、３４台座
３０間接材
３１フック
３２水平器
３６両面接着テープ
３７ピンホールガイド
３８墨出し線
３９固定枠

Claims

円柱状構造物の水平多方向加振による衝撃弾性波振動の測定に用いる加振位置採寸治具であって、
互いに連結された複数の同一長さのアームからなる伸縮可能な蛇腹構造を有し、各アームを連結する部分に、前記蛇腹構造に縮む力を作用させるためにバネを備えて前記アームの開きを完全に閉じるように作用するヒンジ機構と、回転するローラーを備えるヒンジ機構とを交互に備えると共に、前記蛇腹構造の両端のアームに連結手段を備え、測定の際には、前記蛇腹構造を前記円柱状構造物に巻き付けるようにして前記蛇腹構造の両端を前記連結手段で連結し、前記円柱状構造物の側面周囲に前記ローラーが接触する形態で前記円柱状構造物に固定されることを特徴とする加振位置採寸治具。
前記ローラーに、加振位置の墨出し用糸を設けることができることを特徴とする請求項１に記載の加振位置採寸治具。
前記ローラーに、自立できる棒状突起を設けることができることを特徴とする請求項１に記載の加振位置採寸治具。
前記ローラーに、前記円柱状構造物の振動を受振する受振器を備えることができることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の加振位置採寸治具。
前記バネは、コイルバネ、トーションバネ、Ｕ字形バネまたは板バネであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の加振位置採寸治具。