JP5735369B2 - 埋設管の検査方法および更生工法 - Google Patents
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Description
−衝撃弾性波試験−
本発明において、供試管及び検査対象管に実施する衝撃弾性波試験は以下のようにして行う。
入力装置としてはハンマや鋼球またはインパルスハンマなどによる打撃具が使用できるが、打撃は常に同じ力で加えることが望ましいので、例えばシュミットハンマや、バネ、ピストン等を用いて一定の力でハンマ、鋼球等を打ち出す方法、または一定の高さから鋼球等を落下させる方法が望ましい。インパルスハンマを使用した際は、入力情報の数値データを計測しておき、解析時に反映させることができるようにしておくことが望ましい。
受振子としては加速度センサやAEセンサ及び振動センサ等が使用できる。受振子のセット方法としては、テープや接着剤等で固定してもよいし、手や押さえ治具等を使って圧着させてもよい。
インパルスハンマなどで管体内面に弾性波を入力し、一方で管内にセットした受振子により、管体を伝播した伝播波を計測し、記録装置により波形記憶を行わせる。また、入射位置と受振位置は相対的な位置が同じになるように設置するのが望ましい。
計測した波形データをFFT(高速フーリエ変換)処理し、周波数スペクトルを描かせる。そして、得られた周波数スペクトル図より、全周波数成分を算出し、この全周波数成分に対する高周波数領域の面積比と、コンクリートの圧縮強度、管の厚みとの関係式を用いることで、検査対象管のコンクリート圧縮強度、管の厚みを算出する。
以下、本発明の参考例を図面に基づいて説明する。
供試管は、JIS規格を満たす呼び径300mmの鉄筋コンクリート製ヒューム管を用い、コンクリートの圧縮強度や管の厚みを変化させた。
(1)コンクリートの圧縮強度を変えた供試管
表1に示すように、コンクリート圧縮強度50MPaの供試管S1を基準管として作成し、この基準管S1に対してコンクリート圧縮強度が75%、50%、25%である供試管S2、S3、S4をそれぞれ作成した。
(2)管の厚みを変えた供試管
表2に示すように、管の厚み30mmの供試管S1(上記S1と同じ管)を基準管として作成し、この基準管S1に対して管の厚み(作成目標とする厚み)が25mm、20mm、15mmである供試管S5、S6、S7をそれぞれ作成した。
この参考例において衝撃弾性波試験は以下のようにして行った。
入射装置と受振装置を配置して弾性波の入射及び伝播波の受振を行った。
上記したように、コンクリート圧縮強度の異なる複数の供試管、管の厚みの異なる複数の供試管について、それぞれ弾性波の計測を行った。
(1)コンクリートの圧縮強度の異なる供試管の場合
表1に示す供試管S1ないしS4について、衝撃弾性波試験を行い、伝播波の受振波形データをFFT(高速フーリエ変換)処理すると、図1に示すスペクトル分布が得られる。
ただし、x:高周波成分比、y1:コンクリート圧縮強度(MPa)である。
表2に示す供試管S1、S5、S6,S7について、衝撃弾性波試験を行い、伝播波の受振波形データをFFT処理(高速フーリエ変換)すると、図3に示すスペクトル分布が得られる。
ただし、x:高周波成分比、y2:管の厚み(mm)である。
以上のことから、検査対象管に対して衝撃弾性波試験を行い、周波数スペクトルを解析し、その周波数スペクトルにおける全周波数領域に対する高周波数領域の面積比と、コンクリート圧縮強度、管の厚みとを関係付けることができる。
また、上記のようにして得られた検査対象管のコンクリート圧縮強度、管の厚みの推定値を、検査対象管(埋設管)を更生する更生設計に用いることができる。
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
−供試管−
供試管は、JIS規格を満たす呼び径450mmのコンクリート製ヒューム管を用いた。
−外圧強度試験−
衝撃弾性波試験を実施した供試管の軸方向に沿って伸びる形状の線荷重を供試管に対して上方から載荷し、供試管に線荷重を加えたときの供試管の変位(管頂変位)を計測して、図5に示す荷重−変位曲線を得た。
上記したように、管の厚みの異なる複数の供試管について、それぞれ弾性波の計測を行った。
複数の供試管について、衝撃弾性波試験を行い、参考例と同じ方法により、(高周波数領域の面積値)/(全周波数領域の面積値)を算出して、全周波数領域に対する高周波数領域の面積比(以下、「高周波成分比」という。)を求める。
y3=94.935x+0.698
ただし、x:高周波成分比、y3:荷重(kN/m)である。
y4=42x+5.8894
ただし、x:高周波成分比、y4:荷重(kN/m)である。
以上のことから、検査対象管に対して衝撃弾性波試験を行い、周波数スペクトルを解析し、その周波数スペクトルにおける全周波数領域に対する高周波数領域の面積比(高周波成分比)と、ひび割れ荷重および破壊荷重とを関係付けることができる。
また、上記のようにして得られた検査対象管のひび割れ荷重、破壊荷重の推定値を、検査対象管(埋設管)を更生する更生設計に用いることができる。
<第2実施形態>
以下、本発明の第2実施形態を図面に基づいて説明する。
−供試管−
供試管は、JIS規格を満たす呼び径600mmのコンクリート製ヒューム管を用いた。
−外圧強度試験−
衝撃弾性波試験を実施した供試管の軸方向に沿って伸びる形状の線荷重を供試管に対して上方から載荷し、供試管に線荷重を加えたときの供試管の変位(管頂変位)を計測して、図9に示す荷重−変位曲線を得た。
管の厚みの異なる複数の供試管について、それぞれ弾性波の計測を行った。
複数の供試管について、衝撃弾性波試験を行い、参考例と同じ方法により、(高周波数領域の面積値)/(全周波数領域の面積値)を算出して、全周波数領域に対する高周波数領域の面積比(以下、「高周波成分比」という。)を求める。
y5=49.993x+11.398
ただし、x:高周波成分比、y5:厚み(mm)である。
y6=1.6657y5−30.39
ただし、y5:厚み(mm)、y6:荷重(kN/m)である。
y7=0.8125y5−11.562
ただし、y5:厚み(mm)、y7:荷重(kN/m)である。
以上のことから、検査対象管に対して衝撃弾性波試験を行い、周波数スペクトルを解析し、その周波数スペクトルにおける全周波数領域に対する高周波数領域の面積比(高周波成分比)と厚み、および厚みとひび割れ荷重および破壊荷重とを関係付けることができる。
Q=p1+p2となる。
また、上記のようにして得られた検査対象管のひび割れ荷重、破壊荷重の推定値を、検査対象管(埋設管)を更生する更生設計に用いることができる。
2 受振部
Claims (6)
- 埋設管の劣化状態を管内部から検査する方法であって、
管の厚みが異なる複数のコンクリート製の供試管について衝撃弾性波試験を行うことにより厚みデータを採取し、衝撃弾性波試験を実施した管に外圧強度試験を行うことにより荷重−変位曲線を取得し、この取得された荷重−変位曲線から供試管のひび割れ荷重および破壊荷重を求め、各荷重値と厚みデータとの相関関係を予め求めておき、
検査対象管に対して衝撃弾性波試験を行って、検査対象管の測定データを採取し、その実測の測定データを、前記ひび割れ荷重および破壊荷重と厚みデータとの相関関係を基に評価して、検査対象管の劣化度合を定量的に判定することを特徴とする埋設管の検査方法。 - 請求項1に記載の埋設管の検査方法において、
前記検査対象管に対して衝撃弾性波試験を行って、検査対象管の測定データを採取し、その実測の測定データと、前記ひび割れ荷重および破壊荷重と厚みデータとの相関関係とから得られた管の厚み、ひび割れ荷重、破壊荷重の計算値を用いて、管のひび割れおよび破壊に対する耐荷能力を計算することを特徴とする埋設管の検査方法。 - 請求項2に記載の埋設管の検査方法において、
前記耐荷能力を計算して得られた耐荷能力計算値と、既設管の埋設条件から得られた作用荷重値の値の比率を計算することにより、既設管の安全率を求めることを特徴とする埋設管の検査方法。 - 請求項1に記載の埋設管の検査方法において、
前記厚みデータ、および実測の測定データは、衝撃弾性波試験を行って供試管および検査対象管の伝播波を測定し、伝播波の周波数スペクトルを解析して求めた、その周波数スペクトルにおける全周波数領域に対する高周波数領域の面積比であることを特徴とする埋設管の検査方法。 - 請求項1または4に記載の検査方法により得られた実測の測定データを、前記供試管の厚みデータとひび割れ荷重および破壊荷重との相関関係を基に解析して、この解析結果を埋設管の更生設計に用いることを特徴とする埋設管の更生工法。
- 請求項5に記載の埋設管の更生工法において、
請求項1に記載の検査方法により得られた管の厚みに基づいて複合管の断面設計を行うことを特徴とする埋設管の更生工法。
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