JP5909285B2

JP5909285B2 - 複合構造体の界面検査方法及び装置

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Publication number: JP5909285B2
Application number: JP2014531620A
Authority: JP
Inventors: 有紗柳原; 宏明畠中; 寛記河井
Original assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2013-08-19
Publication date: 2016-04-26
Anticipated expiration: 2033-08-19
Also published as: EP2889613A4; WO2014030615A1; JPWO2014030615A1; EP2889613A1

Description

本発明は、複合構造体の界面検査方法及び装置に係り、特に複合構造体の界面の状態を検査する界面検査方法及び装置に関する。

一般に、橋梁等の複合構造体では、側鋼板を有し、主桁上部と剛結された底鋼板の枠内に鉄筋を配設し、その枠内にコンクリートを打設して合成床版を構築する工法が知られている。この枠内にコンクリートを充填すると、底鋼板とコンクリートとの界面に空隙が生じてしまうことがある。このような空隙内の空気が抜けきらずに、コンクリート硬化後にも空隙が残ってしまうと、複合構造体の強度及び耐久性の低下を引き起こしてしまう虞がある。このため、充填されたコンクリートが硬化する前に、底鋼板とコンクリートとの界面の状態を検査する方法が求められていた。

そこで、このような複合構造体において、所定の周波数範囲で連続的に変化する電気信号を圧電スピーカに入力し、圧電スピーカの周波数−電圧特性におけるピーク電圧の位置や大きさの変化を検出することで、コンクリートの充填状態を検査する方法が知られている（特許文献１参照）。

特許第３８８３４６６号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された方法では、圧電センサが小型であるために、圧電センサを配置した場所でしかコンクリートの充填状態を把握できず、局所的な情報しか得られない。また、橋梁等の大型複合構造体に適用しようとすると、複合構造体全体の界面状態の情報を得るには多数の圧電センサが必要になり、ケーブルの本数の増加により煩雑な施工状況となる他、検査コストが増大してしまうため好ましくない。
また、充填状態の検査が終了すると、底鋼板とコンクリートとの界面から外部に延びる圧電センサのケーブルを切断してコンクリート等に埋めるという後処理を行うという煩わしさがあった。さらに、検査に使用した圧電センサは使い捨てになってしまい、別の複合構造体の検査へ使い回すことができなかった。

また、コンクリートが硬化して底鋼板とコンクリートとの界面に空隙が形成されてしまうと、底鋼板やコンクリートを補強している鉄筋やスタッド等の補強部材が、空隙に雨水等の水が侵入することにより腐食してしまうことが懸念される。このような補強部材が腐食してしまうと、複合構造体の強度が低下してしまう虞がある。このため底鋼板とコンクリートとからなる複合構造体の界面に形成された空隙における滞水の有無を識別するための検査手法も求められていた。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複合構造体の所望の箇所の界面の状態を容易に検査することのできる界面検査方法及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の界面検査方法は、検査対象の複合構造体を構成する部材に適した周波数の超音波を発生させる超音波発生手段により前記複合構造体に超音波を送信し、前記複合構造体からの反射波を受信手段で受信して信号波形を取得する工程と、取得した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する工程と、信号処理された信号波形における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて、前記複合構造体の界面の状態を判定する工程と、を有し、前記界面の状態は、鋼板とフレッシュコンクリートとからなる複合構造体の界面における前記フレッシュコンクリートの充填状態、又は、鋼板と硬化したコンクリートとからなる複合構造体の界面における滞水の状態であり、前記複合構造体の界面の状態を判定する工程では、前記複合構造体固有の周波数帯域における振幅の大きさが、予め設定した前記界面に許容範囲を超える大きさの空隙があると判定される値、又は、前記界面に滞水があると判定される値未満であるか否かを判定することを特徴とする。

上述した信号処理する工程では、前記取得した信号波形に対して周波数解析を行うようにしてもよい。

または、上述した信号処理する工程では、前記取得した信号波形の特定の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタで処理してもよい。

本発明の界面検査装置は、検査対象の複合構造体に、前記複合構造体を構成する部材に適した周波数の超音波を加える超音波発生手段と、前記複合構造体からの反射波を受信して信号波形を取得する受信手段と、前記受信手段で受信した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する信号処理手段と、信号処理された波形信号における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて、前記複合構造体の界面の状態を判定する判定手段と、を備え、前記界面の状態は、鋼板とフレッシュコンクリートとからなる複合構造体の界面における前記フレッシュコンクリートの充填状態、又は、鋼板と硬化したコンクリートとからなる複合構造体の界面における滞水の状態であり、前記複合構造体の界面の状態を判定する判定手段では、前記複合構造体固有の周波数帯域における振幅の大きさが、予め設定した前記界面に許容範囲を超える大きさの空隙があると判定される値、又は、前記界面に滞水があると判定される値未満であるか否かを判定することを特徴とする。

本発明の界面検査方法及び装置によれば、複合構造体に適した周波数の超音波を加え、複合構造体からの反射波を受信して信号処理し、複合構造体固有の周波数帯域における振幅から、複合構造体の界面の状態を判定する。従って、複合構造体の所望の位置の界面の状態を複合構造体固有の周波数帯域における振幅に基づいて容易に検査することができるので、複合構造体を全体的に検査することで、複合構造体全体の界面の状態を把握することができる。

本発明に係る複合構造体の界面検査装置を示す概略構成図である。送信用探触子及び受信用探触子と底鋼板との接触面を拡大した図である。本発明に係る界面検査方法を示すフローチャートである。界面に空隙が存在する場合の探傷結果を表すグラフである。界面に空隙がない場合の探傷結果を表すグラフである。本発明の実施形態の変形例に係る滞水検査方法を示すフローチャートである。実施例１、２で行う界面検査の概略図である。模擬空隙が形成されている鋼板にコンクリートを充填した直後の探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。模擬空隙が形成されていない鋼板にコンクリートを充填した直後の探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。模擬空隙が形成されている鋼板にコンクリートを充填してから１８０分経過後の探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。模擬空隙が形成されていない鋼板にコンクリートを充填してから１８０分経過後の探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。模擬空隙が形成されている鋼板にコンクリートを充填して硬化した後の探傷結果を表すグラフである。模擬空隙が形成されている鋼板にコンクリートを充填して硬化した後の探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。模擬空隙が形成されていない鋼板にコンクリートを充填して硬化した後の探傷結果を表すグラフである。模擬空隙が形成されていない鋼板にコンクリートを充填して硬化した後の探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。実施例３で行う滞水検査の概略図である。模擬空隙が形成されている鋼板にコンクリートを充填して硬化した後に空隙部を滞水させた場合の探傷結果を表すグラフである。図１１Ａの探傷波形を信号処理した結果を示すグラフである。模擬空隙が形成されている鋼板にコンクリートを充填して硬化した後の探傷結果を表すグラフである。図１１Ｃの探傷波形を信号処理した結果を示すグラフである。実施例４で行う界面が未充填の界面検査の概略図である。実施例４で行う界面が充填されている合成床版に対して行う界面検査の概略図である。コンクリートが未充填の底鋼板に接触媒質としてゲルシートを用いて超音波探傷を行った探傷結果を表すグラフである。図１４Ａの探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。フレッシュコンクリートを充填した直後の底鋼板に接触媒質としてゲルシートを用いて超音波探傷を行った探傷結果を表すグラフである。図１４Ｃの探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。フレッシュコンクリートを充填してから６０分後の底鋼板に接触媒質としてゲルシートを用いて超音波探傷を行った探傷結果を表すグラフである。図１４Ｅの探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。

以下、図面に基づき本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明に係る複合構造体の界面検査装置の概略構成図である。本実施形態では、複合構造体の一例として底鋼板２とフレッシュコンクリート４とからなる合成床版６を用いて説明する。界面検査装置１０は、例えば橋梁の桁上部に設けられた、底鋼板２とコンクリート４とからなる合成床版６における底鋼板２とコンクリート４との界面８の状態を検査するための装置である。本発明で底鋼板２として使用する鋼板の厚さＤは、１〜１００ｍｍが好ましく、５〜２５ｍｍであるのがより好ましい。コンクリート４は、硬化する前のコンクリート、即ちフレッシュコンクリートである。

図１に示すように界面検査装置１０は、送信用探触子（振動発生手段）１１、受信用探触子（受信手段）１２、パルサー／レシーバ１４、アナログ／デジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）１６、演算装置１８、及びモニタ２４を備える。

送信用探触子１１は、所定の周波数の超音波を送受信するパルサー／レシーバ１４に接続され、パルサー／レシーバ１４から送信された周波数の超音波を底鋼板２に送信する。パルサー／レシーバ１４は、２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚの範囲で設定された周波数の超音波を送信用探触子１１に入力する。

受信用探触子１２は、パルサー／レシーバ１４に接続されており、底鋼板２内で反射した反射波を受信する。図１に示すように、送信用探触子１１及び受信用探触子１２は底鋼板２の外側の所望の位置に配置される。送信用探触子１１及び受信用探触子１２が底鋼板２に当接するそれぞれの当接箇所には、超音波を底鋼板２に効率よく伝達するための接触媒質１３としてグリセリンペーストが塗布されている。

なお、超音波を効率よく伝達するための接触媒質１３として、グリセリンペーストの代わりに、例えば軟質のエラストマーからなるゲルシート等、超音波を伝達可能な媒質を用いてもよい。接触媒質１３としてゲルシートを用いる場合、その硬度は、送信用探触子１１及び受信用探触子１２により押圧されると変形可能な硬さであり、例えば硬度アスカーＣ３０以下であるのが好ましい。また、ゲルシートの厚さは、送信用探触子１１及び受信用探触子１２により押圧されて変形して薄くなっても、その薄くなった部分が所定の厚さになるのが好ましい。さらにゲルシートは、周囲の温度変化に対するエラストマーの性質が安定しているので、季節に依らず、特に夏の暑い時期や冬の寒い時期でも安定した接触状態となる。また、接触媒質１３としてゲルシートを用いた場合には、ゲルシートを剥がすだけでよく、特別な後処理は不要である。また、ゲルシートの大きさは、底鋼板２の接触面２ａにゲルシートを介して接する送信用探触子１１、受信用探触子１２の接触面の面積と略等しい大きさにするのが好ましい。

図２に示すように、底鋼板２の接触面２ａに歪みがある場合、送信用探触子１１及び受信用探触子１２と接触面２ａとの間にグリセリンペースト等の液状の接触媒質では埋めることの困難な隙間Ｓが生じてしまうことがある。このような場合に接触媒質１３としてゲルシートを用いることによって、ゲルシートが隙間Ｓを埋めて、接触面２ａに対する送信用探触子１１及び受信用探触子１２の追従性を向上させつつ超音波の送信及び反射波の受信を行うことができるので、検査精度を維持することができる。なお、送信用探触子１１及び受信用探触子１２をより小型化することによって、底鋼板２の接触面２ａとの接触面積が小さくなるので、接触面２ａに歪みがある場合でも隙間Ｓの形成を極力低減することができることは言うまでもない。

受信用探触子１２で受信された反射波は、パルサー／レシーバ１４で電気信号に変換される。電気信号に変換された反射波は、Ａ／Ｄ変換器１６でデジタル信号に変換され、演算装置１８で信号処理される。詳しくは、演算装置１８は信号処理部（信号処理手段）２０と判定部（判定手段）２２とを備え、信号処理部２０で反射波の周波数解析を行い、解析結果をモニタ２４に表示する。判定部２２は、信号処理部２０で解析処理された反射波から合成床版６の底鋼板２とコンクリート４との界面８の状態を判定するものである。なお、図示しないが、演算装置１８は報知部を備えていてもよく、判定部２２の判定結果に応じて当該報知部を用いて報知してもよい。また、図示しないが演算装置１８はＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリを有しており、当該メモリには以下に説明する閾値等が設定されている。

以下、このように構成された界面検査装置１０を用いて、合成床版６の界面８を検査する界面検査方法について説明する。図３には、本発明に係る界面検査方法のフローチャートが示されており、当該フローチャートに基づいて以下に説明する。なお、本発明の界面検査方法の事前準備として、検査対象の底鋼板２と同仕様の鋼板を用いて超音波探傷を行い、超音波探傷の探傷感度を予めパルサー／レシーバ１４に設定しているものとする。また、以下に説明するステップＳ２以降の処理は、演算装置１８で行われるものである。

ステップＳ１では、合成床版６の超音波探傷を行う。詳しくは、底鋼板２の外側面の所望の位置に送信用探触子１１及び受信用探触子１２を配置し、送信用探触子１１から底鋼板２に向けて超音波を送信し、底鋼板２からの反射波を受信用探触子１２で受信する。本ステップで使用される超音波の周波数は、底鋼板２の厚さに応じて適宜選択される。

本ステップで得られる探傷結果の波形の一例を図４Ａ、図４Ｂに示す。図４Ａは界面８に空隙がある場合の探傷結果を示しており、図４Ｂは界面８に空隙がない場合の探傷結果を示している。界面８に空隙が存在する図４Ａでは、底鋼板２内で超音波の多重反射が起こり、その多重反射成分が反射波として探傷結果のグラフに現れている。一方、界面８に空隙が存在しない健全部での探傷結果を表す図４Ｂでは、底鋼板２内で超音波の多重反射が起こるものの、その多重反射成分の一部がコンクリート内に抜けてしまうため、図４Ａと比べて滑らかなグラフとなる。

ステップＳ２では、上記ステップＳ１で取得した反射波の周波数解析を行う。詳しくは、上記ステップＳ１で得られた反射波の信号波形に対して高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform、以下ＦＦＴという）を行い、周波数と振幅との特性をグラフ化する。このグラフから、底鋼板２とコンクリート４との界面８に空隙がある場合に、底鋼板２固有の周波数帯域の振幅の大きさが、空隙のない場合の振幅より大きくなることが確認できる。これは、界面８に空隙が存在する場合、底鋼板２とコンクリート４との界面８に低周波数超音波（周波数：２０ｋＨｚ〜１ＭＨｚ）を入射させると、超音波は、コンクリート４内に抜けていかずに底鋼板２内で多重反射、モード変換、干渉を繰り返しながら主にＬａｍｂ波（板波）として伝搬するため、反射波の成分は、底鋼板２に入射した超音波の周波数と、以下の式（１）に示される縦波の干渉による周波数成分、即ち底鋼板２固有の周波数帯域とに検出されるからである。底鋼板２固有の周波数帯域は、以下の式（１）より求められる。
ｆ＝ｖ／（２×ｔ）・・・（１）
ここで、ｆ：底鋼板２固有の周波数帯域、ｖ：底鋼板２を伝搬する超音波の音速、ｔ：底鋼板２の板厚をそれぞれ示している。本ステップでの周波数解析の結果の一例を図７Ａ、図７Ｂに示しており、詳細については後述する。

ステップＳ３では、上記ステップＳ２で得られた周波数解析結果の特定の周波数帯域における振幅の大きさが、予め設定された閾値未満であるか否かを判定する。当該閾値は、界面８に許容範囲を超える大きさの空隙があると判定される値である。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ４に進み、一方偽（Ｎｏ）の場合にはステップＳ５へ進む。本ステップで充填状態を判定するための特定の周波数帯域は、検査対象の底鋼板２の厚さに応じて決まる固有の周波数帯域である。

ステップＳ４では、上記ステップＳ２で得られた周波数解析結果での特定の周波数帯域における振幅が閾値未満であったので、底鋼板２とコンクリート４との界面８に存在する空隙が無い、または界面８に存在する空隙は許容範囲内の大きさであり、界面８の充填状態は十分であるとして本フローチャートを終了する。

一方、ステップＳ５では、上記ステップＳ２で得られた周波数解析結果での特定の周波数帯域における振幅が閾値以上であったので、底鋼板２とコンクリート４との界面８に存在する空隙の大きさが許容範囲を超えており、界面８の充填状態が不十分であると判定して本フローチャートを終了する。

上述したステップＳ１〜Ｓ５を行うことで界面８の充填状態が識別可能となるのは、以下の理由による。即ち、底鋼板２上にフレッシュコンクリートが存在する場合、縦波の反射成分はフレッシュコンクリート中へ一部透過する。一方、底鋼板２上にフレッシュコンクリートが存在しない場合、縦波の反射成分は底鋼板２内で多重反射を繰り返す。従って上記式（１）から求められる周波数の反射成分に着目することで、上述した各ステップを行い底鋼板２上でのフレッシュコンクリート４の充填／未充填を把握し、識別することが可能となる。

このように、本実施形態では、底鋼板２に超音波探触子１１、１２を所望の位置に配置して合成床版６の超音波探傷を行い、受信波形の周波数解析を行って特定の周波数帯域における振幅の大きさを閾値と比較し、界面８のコンクリート４の充填状態を判定する。これにより、界面８の所望の箇所を検査できるので、合成床版６全体を検査することで界面８全体の充填状態を把握することができる。また、超音波探傷で得られた受信信号を周波数解析することによって周波数と振幅との特性が得られるので、特定の周波数帯域における振幅の大きさを確認することで界面８の状態を容易に把握することができる。

さらに、界面検査終了後の処理として、接触媒質としてグリセリンペーストを用いた場合には、送信用探触子１１及び受信用探触子１２が底鋼板２に当接するそれぞれの当接箇所に塗布されたグリセリンペーストを除去するだけでよい。従って界面８の充填状態の検査を効率よく行うことができる。そして、本発明の界面検査方法では超音波探触子を使用するので、別の合成床版の界面検査にも繰り返して使用することができ、検査費用を低減することができる。

＜変形例＞
上記実施形態に係る界面検査方法の変形例について以下に述べる。この変形例では、上述した界面検査方法を利用して底鋼板と硬化したコンクリートとの界面に形成された空隙の滞水の有無を検査する点が異なっており、その他の構成については共通しているので説明を省略する。

図５は、上述した界面検査方法を滞水検査に適用した場合のフローチャートである。本フローチャートは、ステップＳ１１〜Ｓ１３が上述した界面検査方法のステップＳ１〜Ｓ３と同じ手順であり、判定結果のステップＳ１４、Ｓ１５が上述したステップＳ４、Ｓ５と異なっている。従って本フローチャートでは、判定を行うステップＳ１３以降について説明する。

ステップＳ１３では、ステップＳ１２で得られた周波数解析結果の特定の周波数帯域における振幅の大きさが、予め設定された閾値未満であるか否かを判定する。当該閾値は、界面８に滞水があると判定される値である。当該判定結果が真（Ｙｅｓ）の場合にはステップＳ１４に進み、偽（Ｎｏ）の場合にはステップＳ１５へ進む。本ステップで滞水状態を判定するための特定の周波数帯域とは、検査対象の底鋼板２の厚さに応じて決まる固有の周波数帯域のことである。

ステップＳ１４では、ステップＳ１２で得られた周波数解析結果での特定の周波数帯域における振幅が閾値未満であったので、底鋼板２と硬化したコンクリートとの界面８に空洞があり、且つその空洞内に滞水していると判定して本フローチャートを終了する。

一方ステップＳ１５では、ステップＳ１２で得られた周波数解析結果での特定の周波数帯域における振幅が閾値以上であったので、底鋼板２と硬化したコンクリートとの界面８に空隙が存在するものの、その空隙内に滞水していないと判定して本フローチャートを終了する。

底鋼板２と硬化したコンクリートとの界面８に形成された空隙に滞水がある場合には、上述した式（１）で表される縦波の反射成分は滞水中へ一部透過する。一方、滞水が存在しない場合には、縦波の反射成分は底鋼板２内で多重反射を繰り返す。従って上述した式（１）から求められる周波数の反射成分に着目することで、上述したステップＳ１１〜Ｓ１５を行い底鋼板２と硬化したコンクリートとの界面８に存在する空隙内の滞水の有無を把握し、識別することが可能となる。このように本変形例の滞水検査方法は、上記実施形態の界面検査方法と原理が同じなので、上記実施形態の界面検査方法を本変形例の滞水検査方法に適用可能である。

以下、本発明について実施例を挙げて説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
本発明に係る界面検査装置１０を用いて、上述した界面検査方法を行い、フレッシュコンクリートが充填された合成床版６の界面８の充填状態の検査を行った。

本実施例で行う界面検査方法の概略図を図６に示す。合成床版６には、底鋼板２とフレッシュコンクリート４との界面８に直径１００ｍｍの模擬空隙９を形成し、模擬空隙９を挟むように、底鋼板２の外側面に送信用探触子１１と受信用探触子１２とを配置して超音波探傷を行った。ここで、底鋼板２は厚さＤが８ｍｍのものを使用した。パルサー／レシーバ１４から送信用探触子１１に入力された超音波の周波数は２５０ｋＨｚであり、送信用探触子１１及び受信用探触子１２として振動子の直径が３８．１ｍｍの垂直探触子を使用した。また、比較例として、模擬空隙９を形成していない合成床版６を準備して、上述した界面検査方法を行った。底鋼板２、送信用探触子１１は上記と同じ仕様であり、界面検査方法で使用した超音波の周波数も同じである。なお、いずれの場合も、超音波探傷を行う前に、フレッシュコンクリート４にバイブレータによる振動を加えて界面８の空気を抜き、フレッシュコンクリート４の表面ならしを行っている。また、接触媒質１３としてグリセリンペーストを使用した。

結果を図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ、図８Ｂに示す。図７Ａは界面８に模擬空隙９が形成された底鋼板２にフレッシュコンクリート４を充填した直後の探傷波形の信号処理結果のグラフ、図７Ｂは界面８に空隙が形成されていない健全部の底鋼板２にフレッシュコンクリート４を充填した直後の探傷波形の信号処理結果のグラフ、図８Ａは界面８に模擬空隙９が存在する底鋼板２にフレッシュコンクリート４を充填してから１８０分後の探傷波形の信号処理結果のグラフ、図８Ｂは界面８に空隙のない健全部の底鋼板２にフレッシュコンクリート４を充填してから１８０分後の探傷波形の信号処理結果のグラフである。

図７Ａ、図８Ａに示すように、界面８に模擬空隙９が形成された合成床版６に上述した本発明の界面検査方法を適用して得られた結果のグラフでは、周波数帯域３００〜４５０ｋＨｚの範囲で振幅が顕著に大きくなっているのが判る。これは、模擬空隙９があるために底鋼板２で多重反射した超音波がフレッシュコンクリート４内へ抜けていかずに、底鋼板２の固有周波数帯域である３００〜４５０ｋＨｚの周波数帯に出現するためである。（例えば底鋼板２を伝搬する超音波の音速ｖ＝５９２０［ｍ／ｓ］の場合、底鋼板２の板厚ｔ＝８［ｍｍ］なので底鋼板２固有の周波数帯域は上記式（１）からｆ＝３７０［ｋＨｚ］と求められる）。

一方、界面８に模擬空隙９が形成されていない合成床版６に本発明の界面検査方法を適用して得た結果のグラフでは、図７Ｂ、図８Ｂに示すように、周波数帯域３００〜４５０ｋＨｚの範囲に目立った振幅は見られない。これは、界面８に模擬空隙９が存在しないので、底鋼板２内で多重反射した超音波がフレッシュコンクリート４内に抜けていってしまうため、底鋼板２の固有周波数帯域にその多重反射成分が出現しなくなるからである。

図８Ａ、図８Ｂにおいて、充填されたフレッシュコンクリート４は時間経過と共に徐々に硬化していっているが、図８Ａから、界面８に模擬空隙９がある場合には、フレッシュコンクリート４が徐々に硬化していても、３００〜４５０ｋＨｚの周波数帯にピークが出現しており、模擬空隙９の検出が可能であることが判る。

従って、図８Ａ、図８Ｂは、フレッシュコンクリート４の状態が時間経過と共に変化しても、本発明の界面検査方法で界面８の充填状態を検査できることを示している。このように、本発明に係る界面検査方法で底鋼板２とフレッシュコンクリート４との界面検査を行うことで、界面８の充填状態を容易に把握できることが判る。

＜実施例２＞
本発明に係る界面検査装置１０を用いて、上述した本発明に係る界面検査方法を行い、コンクリートが充填された合成床版６の界面８の充填状態の検査を行った。なお、本実施例は、上記実施例１に対し、底鋼板２と硬化したコンクリート４’から構成されている合成床版６を検査対象としている点が異なり、他の構成及び検査条件は上述した実施例１と同様である。

調査結果を図９Ａ〜図９Ｄに示す。図９Ａは模擬空隙９が形成されている合成床版６の探傷結果を示している。図９Ｂは、図９Ａの波形に対してＦＦＴを行ってグラフ化したものである。図９Ｃは模擬空隙９が形成されていない合成床版６の探傷結果を示しており、図９Ｄは図９Ｃの波形に対してＦＦＴを行ってグラフ化したものである。図９Ｄと比べて図９Ｂは、模擬空隙９による底鋼板２内での多重反射の影響により、底鋼板２の固有周波数帯域である３００〜４５０ｋＨｚの周波数帯に振幅が顕著に大きくなって現れていることが判る。このことから、本発明の界面検査方法は、硬化後のコンクリートの界面検査にも適用可能である。

＜実施例３＞
本発明に係る界面検査装置１０を用いて、上述した本発明の変形例である滞水検査方法を利用し、コンクリートが充填された合成床版６’の界面８における滞水検査を行った。

本実施例で行う滞水検査方法の概略図を図１０に示す。合成床版６’には、底鋼板２と硬化後のコンクリート４’との界面８に直径１００ｍｍの模擬空隙９を形成し、模擬空隙９内には水を充填して滞水した状態とした。模擬空隙９を挟むように、底鋼板２の外側面に送信用探触子１１と受信用探触子１２とを配置して超音波探傷を行った。ここで、底鋼板２は厚さＤが８ｍｍのものを使用した。底鋼板２に入射した超音波の周波数、及び送信用探触子１１、受信用探触子１２の直径は上記実施例１と同様である。また比較例として、図６に示すように、底鋼板２と硬化後のコンクリート４’との界面８に直径１００ｍｍの模擬空隙９を形成した合成床版６を準備して、同様の滞水検査を行った。

結果を図１１Ａ〜図１１Ｄに示す。図１１Ａは、模擬空隙９が形成されている底鋼板２にコンクリートを充填して硬化させた後に模擬空隙９の空隙部を滞水させた場合の探傷結果を表すグラフ、図１１Ｂは図１１Ａの探傷波形を信号処理した結果を示すグラフ、図１１Ｃは模擬空隙９が形成されている底鋼板２にコンクリートを充填して硬化させた後の探傷結果を表すグラフ、図１１Ｄは図１１Ｃの探傷波形を信号処理した結果を示すグラフを示している。

図１１Ｂに示すように、界面８に模擬空隙９が形成され、且つ模擬空隙９が滞水している合成床版６’に本発明の界面検査方法を適用して得られた結果のグラフでは、周波数帯域３００〜４５０ｋＨｚの範囲で振幅が現れているものの目立った振幅は見られない。しかしながら、図１１Ｄに示すように、界面８に模擬空隙９が形成された合成床版６に本発明の界面検査方法を適用して得られた結果のグラフでは、周波数帯域３００〜４５０ｋＨｚの範囲の振幅が図１１Ｂに比べて顕著に大きくなっていることが判る。

模擬空隙９が滞水していると、底鋼板２で多重反射した超音波が水中に抜けていってしまうため図１１Ｂのように目立った振幅は見られないが、模擬空隙９が滞水していない、つまり空隙であると、上述したように底鋼板２で超音波の多重反射が起こるため、図１１Ｄのように顕著に大きい振幅が現れる。このように本発明の界面検査方法は、界面８に形成された空隙における滞水状態を識別する滞水検査にも適用可能であることが判る。

＜実施例４＞
本発明に係る界面検査装置１０を用いて、上記実施形態で説明した界面検査方法を行い、フレッシュコンクリート４が充填された合成床版６の界面８の充填状態を検査した。

本実施例で行う界面検査方法の概略図を図１２、図１３に示す。図１２に示すように、コンクリート４を充填しない未充填に相当する底鋼板２を準備した。また、図１３に示すように、比較例として界面８に模擬空隙９が形成されていない合成床版６を準備した。本実施例の合成床版６は、フレッシュコンクリート４を充填した直後の合成床版６、及びフレッシュコンクリート４を充填してから１時間後の合成床版６を準備した。本実施例では、接触媒質１３として厚さ５ｍｍのゲルシートを用いた。底鋼板２の厚さＤは、上記実施例１と同様である。

結果を図１４Ａ〜図１４Ｆに示す。図１４Ａは、コンクリートが未充填の底鋼板２に接触媒質１３としてゲルシートを用いて超音波探傷を行った探傷結果を表すグラフ、図１４Ｂは、図１４Ａの探傷波形の信号処理結果を示すグラフ、図１４Ｃは、フレッシュコンクリート４を充填した直後の底鋼板２に接触媒質１３としてゲルシートを用いて超音波探傷を行った探傷結果を表すグラフ、図１４Ｄは、図１４Ｃの探傷波形の信号処理結果を示すグラフ、図１４Ｅは、フレッシュコンクリートを充填してから６０分後の底鋼板に接触媒質としてゲルシートを用いて超音波探傷を行った探傷結果を表すグラフ、図１４Ｆは、図１４Ｅの探傷波形の信号処理結果を示すグラフである。

図１４Ｂに示すように、コンクリート４が未充填の場合の底鋼板２に本発明の界面検査方法を適用して得られた結果のグラフでは、周波数帯域３００〜４５０ｋＨｚの範囲の振幅が顕著に大きくなっている。また、図１４Ｄ、図１４Ｆに示すように、模擬空隙を形成しなかった合成床版６に本発明の界面検査方法を適用して得られた結果のグラフでは、周波数帯域３００〜４５０ｋＨｚの範囲の振幅が見られるものの、図１４Ｂに比べて小さいことが判る。これらの結果から、接触媒質１３としてゲルシートを用いても、合成床版６の界面８の充填状態を良好に判別可能である。

以上で実施形態及び実施例の説明を終えるが、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、受信用探触子１２で受信した反射波に対してＦＦＴによる周波数解析を行っているが、周波数解析の代わりに、受信した信号波形の特定の周波数のみを通過させるバンドパスフィルタ（アナログ・デジタルを問わない）や、周波数解析の１つであるウェーブレット変換を行うようにしてもよい。特にウェーブレット変換では、超音波探傷で得られた受信信号を変換した後も、周波数と振幅との特性に加えて時間軸の情報が残り、任意の成分同士の和・積等の解析方法を用いることが可能となり、好ましい。

さらに、上記実施形態では、界面検査方法で界面８の充填状態を判定することについて説明したが、上記ステップＳ３で界面８の充填状態が不十分と判定された場合に、探傷箇所の底鋼板２にバイブレータ等を設置してコンクリート４の締め固めを行い、再度上述した界面検査方法で界面８の充填状態を検査するようにしてもよい。これにより、界面８の所望の場所を容易に検査することができる。また、コンクリート４が硬化する前に界面８の状態を把握することができるので、コンクリート４が硬化した後に鋼板に孔を開けて空隙にコンクリート等を充填する補修を行う必要はなくなり、作業効率を向上させることができる。

そして、上記各実施例ではフレッシュコンクリート４の界面８、硬化後のコンクリート４’の界面８、及び界面８における滞水の有無の検査に本発明の界面検査方法を適用したが、これに限られず、例えば積層された繊維強化プラスチックの層の剥離や、ゴムを型に流し込み硬化させる注型において、ゴムと型との界面の充填状態、例えばゴムが流れないために生じる空洞の検査等にも適用可能である。

２底鋼板
４、４’ コンクリート
８界面
１０界面検査装置
１１送信用探触子（振動発生手段）
１２受信用探触子（受信手段）
１８演算装置
２０信号処理部
２２判定部

Claims

検査対象の複合構造体を構成する部材に適した周波数の超音波を発生させる超音波発生手段により前記複合構造体に超音波を送信し、前記複合構造体からの反射波を受信手段で受信して信号波形を取得する工程と、
取得した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する工程と、
信号処理された信号波形における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて、前記複合構造体の界面の状態を判定する工程と、
を有し、
前記界面の状態は、鋼板とフレッシュコンクリートとからなる複合構造体の界面における前記フレッシュコンクリートの充填状態、又は、鋼板と硬化したコンクリートとからなる複合構造体の界面における滞水の状態であり、
前記複合構造体の界面の状態を判定する工程では、前記複合構造体固有の周波数帯域における振幅の大きさが、予め設定した前記界面に許容範囲を超える大きさの空隙があると判定される値、又は、前記界面に滞水があると判定される値未満であるか否かを判定することを特徴とする複合構造体の界面検査方法。
前記信号処理する工程では、前記取得した信号波形に対して周波数解析を行うことを特徴とする請求項１に記載の複合構造体の界面検査方法。
前記信号処理する工程では、前記取得した信号波形の特定の周波数成分を通過させるバンドパスフィルタで処理することを特徴とする請求項１に記載の複合構造体の界面検査方法。
検査対象の複合構造体に、前記複合構造体を構成する部材に適した周波数の超音波を加える超音波発生手段と、
前記複合構造体からの反射波を受信して信号波形を取得する受信手段と、
前記受信手段で受信した信号波形を信号処理し、周波数に対する信号の振幅特性を取得する信号処理手段と、
信号処理された波形信号における、前記複合構造体固有の周波数帯域の振幅に基づいて、前記複合構造体の界面の状態を判定する判定手段と、
を備え、
前記界面の状態は、鋼板とフレッシュコンクリートとからなる複合構造体の界面における前記フレッシュコンクリートの充填状態、又は、鋼板と硬化したコンクリートとからなる複合構造体の界面における滞水の状態であり、
前記複合構造体の界面の状態を判定する判定手段では、前記複合構造体固有の周波数帯域における振幅の大きさが、予め設定した前記界面に許容範囲を超える大きさの空隙があると判定される値、又は、前記界面に滞水があると判定される値未満であるか否かを判定することを特徴とする複合構造体の界面検査装置。