JP5942059B1 - 非破壊検査方法、及び非破壊検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このプレストレストコンクリート構造物は、打設したコンクリートの硬化後、予めコンクリート内に配設されたシース管内のPC鋼材を緊張させて、コンクリートに定着させることで、コンクリートに残留圧縮応力を発生させている。
ところで、このようなプレストレストコンクリート構造物では、緊張させたPC鋼材の防錆のために、モルタルなどのグラウトをシース管の内部に充填しているが、グラウト充填状態の確認が容易ではないという問題があった。
そこで、プレストレストコンクリート構造物に埋設されたシース管のグラウト充填状態を非破壊検査する様々な技術が提案されている。
上記受信探触子が受信した弾性波とは、プレストレストコンクリート構造物の表面とシース管との間やプレストレストコンクリート構造物の端面間で弾性波が重複反射した共振波、プレストレストコンクリート構造物の端面で弾性波が反射した反射波、並びにプレストレストコンクリート構造物の表層に沿って伝播する弾性波のことをいう。
上記解析機器は、打撃探触子、及び受信探触子が接続された単独の解析機器、あるいは、打撃探触子、及び受信探触子が接続され、打撃探触子、及び受信探触子を制御する機器と、グラウト充填状態を解析判定する機器とで構成された解析機器などとすることができる。
上記所定閾値、及び時間閾値は、シース管の外径、シースかぶり厚、及びコンクリート縦波音速に基づいて設定された閾値とすることができる。
上記スペクトル値は、絶対値で示される値、あるいは最大スペクトル値を基準値として、スペクトルの時間的推移データのスペクトル値を基準値に対する相対値に置換した値とすることができる。
具体的には、受信波をウェーブレット変換して生成したスペクトルの時間的推移データにより、非破壊検査方法、及び非破壊検査装置は、例えば、減衰時間の違いによって、妨害波に起因するスペクトルと、グラウト充填状態に起因するスペクトルとを識別することができる。
特に、スカログラムを用いた目視判定の場合では、完全充填と充填不足との境界が判定者の技量や判断に左右されるのに対して、非破壊検査方法、及び非破壊検査装置は、数値判定によって完全充填と充填不足とを安定して判定することができる。
従って、非破壊検査方法、及び非破壊検査装置は、ウェーブレット変換で得たスペクトルの時間的推移データに基づいたグラウト充填状態の判定において、安定した判定結果を得ることができる。
上記第1時間閾値、及び第2時間閾値は、シース管の外径、シースかぶり厚、及びコンクリート縦波音速に基づいて設定された閾値とすることができる。
具体的には、判定周波数におけるスペクトル値は、グラウト充填状態が未充填ほど大きくなり易い。
具体的には、受信波のうち、プレストレストコンクリート構造物の表層を伝播する振動のような妨害波に起因する成分波は、打撃開始直後に発生し易く、かつ共振波でないため、短時間で減衰し易い傾向がある。
具体的には、妨害波としては、上述したプレストレストコンクリート構造物の表層を伝播する振動に起因するものの他に、プレストレストコンクリート構造物の表層を伝播する振動が、プレストレストコンクリート構造物の端部で反射した振動に起因するものなどがある。
従って、非破壊検査方法は、グラウト充填状態の探査を効率よく行うことができるとともに、ウェーブレット変換で得たスペクトルの時間的推移データに基づいたグラウト充填状態の判定において、さらに安定した判定結果を得ることができる。
本実施形態における非破壊検査装置10は、道路や鉄道における橋梁などの主桁、横桁、あるいは床板を構成するコンクリート構造物、ポストテンション法で製造されたプレストレストコンクリート構造物の内部を非破壊検査する装置である。このような非破壊検査装置10について、図1から図6を用いて詳しく説明する。
プレストレストコンクリート構造物1は、図1及び図2(a)に示すように、略円筒状のシース管2と、複数の鋼線3aを撚り合せて形成するとともに、シース管2の内部に配置したPC鋼材3と、シース管2の外周面側に打設したコンクリート4とで構成している。
この非破壊検査装置10は、図1及び図3に示すように、プレストレストコンクリート構造物1のコンクリート上面4aに配設される面打撃ユニット11、及び面受信ユニット12と、面打撃ユニット11、及び面受信ユニット12が電気的に接続される解析機器13とで構成している。
ここで、面受信ユニット12が受信する入射波Rについて、面打撃ユニット11の打撃探触子11aのひとつが入力した弾性波Eを用いて説明する。なお、その他の打撃探触子11aが入力した弾性波Eも同様に伝播するものとする。
受信ユニット接続部132は、面受信ユニット12からの受信信号を受付ける機能と、受信信号を制御部136に送信する機能とを有している。
表示部135は、液晶ディスプレイなどで構成し、各種パラメーターの入力を促す入力画面や、解析結果を示す解析結果画面などの各種情報を表示する機能を有している。
このシース共振周波数fs、及び版厚共振周波数fwは、それぞれ以下の数1、及び数2で定義される。
なお、図9及び図10中において、受信探触子12aが受信したシース共振波Rsの説明を容易にするため、シース共振波Rsの1次共振振動数を(fs)とし、対応する波長(Δt)をΔt=1/fsとして、最初の1波のみを図示している。
打撃回数が設定回数に到達してなければ(ステップS104:No)、制御部136は、処理をステップS102に戻し、打撃回数が設定回数に達するまでステップS102、及びステップS103の処理を繰返す。つまり、制御部136は、面打撃ユニット11による多点同時打撃、及び面受信ユニット12による多点同時受信を設定回数まで繰り返して、設定回数分の合成波を記憶部133に記憶させる。
なお、遮断周波数fkは、以下の数3で定義される。
なお、ウェーブレット変換は、マザーウェーブレット関数として、GABOR関数ψ(t)を用いた変換であって、以下の数4、及び数5で定義される。
具体的には、制御部136は、単位時間毎のスペクトルにおける最大スペクトル値を基準値「1.0」として、周波数毎のスペクトル値を基準値「1.0」に対する相対値に置換する。そして、制御部136は、同様の処理を全時間帯のスペクトルに対して繰り返し行い、スペクトル値情報にかえて相対値情報を有するスペクトルの時間的推移データを生成する。
具体的には、制御部136は、図14に示すように、相対値に対する上限側の閾値である上限閾値Z1と、シース共振周波数fsにおける相対値とを比較して、シース共振周波数fsにおける上限閾値Z1以上の相対値が連続する時間的な長さを時間長さT1として算出する(ステップS121)。
つまり、図14のステップS121において、制御部136は、シース共振周波数fsにおける相対値1.0が連続する時間長さT1を算出している。
なお、上限時間閾値TL1は、シース管2の外径φ、シースかぶり厚ds、及びコンクリート縦波音速Cpに基づいて設定された値であって、本実施形態では500μ秒に設定している。
つまり、ステップS124において、制御部136は、シース共振周波数fsにおいて、0.5以上の相対値が連続する時間長さT2を算出している。
なお、下限時間閾値TL2は、シース管2の外径φ、シースかぶり厚ds、及びコンクリート縦波音速Cpに基づいて設定された値であって、本実施形態では400μ秒に設定している。
さらに、制御部136は、ウェーブレットスペクトログラムとともに、グラウト充填状態の判定結果を表示部135に表示させて、解析を終了する。
なお、スペクトルの時間的推移データは、いずれも上述した置換処理(図8のステップS107)において、スペクトル値を相対値に置換したスペクトルの時間的推移データとする。
このようにして、非破壊検査装置10は、スペクトルの時間的推移データからグラウト充填状態が完全充填であると解析することができる。
そして、27kHz帯の白色部分は、シース共振周波数fsの1次共振が27kHzであることから、シース共振波Rsに起因して生じたものであることがわかる。
このようにして、非破壊検査装置10は、スペクトルの時間的推移データからグラウト充填状態が未充填であると解析することができる。
従って、非破壊検査方法、及び非破壊検査装置10は、ウェーブレット変換で得たスペクトルの時間的推移データに基づいたグラウト充填状態の判定において、安定した判定結果を得ることができる。
そこで、シース共振周波数fsにおける相対値をさらに数値判定することで、非破壊検査方法は、グラウト充填状態をより詳細に判定することができる。つまり、非破壊検査方法は、未充填または充填不足かを相対値情報に基づいてより詳細に判定することができる。
従って、非破壊検査方法、及び非破壊検査装置10は、グラウト充填状態の探査を効率よく行うことができるとともに、ウェーブレット変換で得たスペクトルの時間的推移データに基づいたグラウト充填状態の判定において、さらに安定した判定結果を得ることができる。
この発明のプレストレストコンクリート構造物の表面は、実施形態のコンクリート上面4aに対応し、
以下同様に、
受信探触子が受信した弾性波は、入射波Rに対応し、
受信波は、合成波に対応し、
グラウト充填状態は、完全充填、または充填不足、または未充填に対応し、
変換工程は、図8のステップS106に対応し、
判定周波数は、シース共振周波数fsに対応し、
所定閾値、及び第1閾値は、下限閾値Z2に対応し、
判定工程は、図8のステップS108に対応し、
第2閾値は、上限閾値Z1に対応し、
時間閾値、及び第1時間閾値は、下限時間閾値TL2に対応し、
第2時間閾値は、上限時間閾値TL1に対応し、
第1閾値以上のスペクトル値が連続する時間長さは、時間長さT2に対応し、
第2閾値以上のスペクトル値が連続する時間長さは、時間長さT1に対応し、
置換工程は、図8のステップS107に対応し、
所定係数は、係数γに対応し、
フィルタリング工程は、図8のステップS105に対応し、
合成工程は、図8のステップS103に対応し、
変換手段、判定手段、及び合成手段は、制御部136に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
また、上限閾値Z1を「1.0」とし、下限閾値Z2を「0.5」としたが、これに限定せず、例えば、上限閾値Z1を「0.9」とし、下限閾値Z2を「0.4」とするなど、適宜の値としてもよい。
また、上限時間閾値TL1を500μ秒とし、下限時間閾値TL2を400μ秒としたが、これに限定せず、適宜の値としてもよい。
また、遮断周波数fkを算出する際の係数γを0.6としたが、これに限定せず、グラウト充填状態の誤判定頻度を可能な限り低減できる値であれば、適宜の値としてもよい。
また、複数の鋼線3aを撚り合せたPC鋼材3としたが、これに限定せず、鋼棒、あるいは鋼線であってもよい。
2…シース管
4a…コンクリート上面
10…非破壊検査装置
11…面打撃ユニット
11a…打撃探触子
12…面受信ユニット
12a…受信探触子
13…解析機器
136…制御部
ds…シースかぶり厚
E…弾性波
fk…遮断周波数
fs…シース共振周波数
A(f)…ハイパスフィルタ
T1…時間長さ
T2…時間長さ
TL1…上限時間閾値
TL2…下限時間閾値
R…入射波
Z1…上限閾値
Z2…下限閾値
β…補正係数
γ…係数
Claims (7)
- プレストレストコンクリート構造物に埋設されたシース管の直上で、前記プレストレストコンクリート構造物の表面を連続打撃して弾性波を入力する打撃探触子と、
前記プレストレストコンクリート構造物の表面で前記弾性波を連続的に受信する受信探触子と、
該受信探触子が受信した前記弾性波を受信波として取得するとともに、該受信波に基づいて前記シース管のグラウト充填状態を解析する解析機器とを備えた非破壊検査装置を用いた非破壊検査方法であって、
前記解析機器に、
前記受信波をウェーブレット変換してスペクトルの時間的推移データを生成する変換工程と、
シースかぶり厚に基づいて予め算出した周波数を判定周波数とし、前記スペクトルの時間的推移データにおける所定閾値以上のスペクトル値が連続する時間を時間長さとして、前記判定周波数における前記時間長さが、前記時間長さに対する閾値である時間閾値以上の場合、前記グラウト充填状態を未充填、または充填不足と判定する判定工程とを備えた
非破壊検査方法。 - 前記所定閾値を第1閾値とし、該第1閾値よりも大きい閾値を第2閾値とするとともに、前記時間閾値を第1閾値とし、該第1時間閾値よりも時間的に大きい時間閾値を第2時間閾値として、
前記判定工程において、
前記第1閾値以上の前記スペクトル値が連続する前記時間長さが、前記第1時間閾値以上かつ前記第2時間閾値未満の場合、前記グラウト充填状態を充填不足と判定し、前記第2閾値以上の前記スペクトル値が連続する前記時間長さが、前記第2時間閾値以上の場合、前記グラウト充填状態を未充填と判定する
請求項1に記載の非破壊検査方法。 - 前記解析機器に、
単位時間毎のスペクトル値における最大値を基準値として、前記スペクトルの時間的推移データにおける前記単位時間毎の前記スペクトル値を、前記基準値に対する相対値に置換する置換工程を備えた
請求項1または請求項2に記載の非破壊検査方法。 - 前記解析機器に、
前記判定周波数に所定係数を乗算した値を遮断周波数とするハイパスフィルタによって前記受信波をフィルタリングするフィルタリング工程を備え、
前記変換工程において、
前記フィルタリング工程でフィルタリングされた前記受信波を、ウェーブレット変換する
請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の非破壊検査方法。 - 複数の前記打撃探触子を束ねて一体的に構成した面打撃ユニットにおける前記複数の打撃探触子が、前記プレストレストコンクリート構造物の表面を同時打撃する工程と、
複数の前記受信探触子を束ねて一体的に構成した面受信ユニットにおける前記複数の受信探触子が、前記弾性波を同時受信する工程とを備え、
前記解析機器に、
前記面受信ユニットが同時受信した前記弾性波を合成して前記受信波を生成する合成工程を備えた
請求項1から請求項4のいずれか1つに記載の非破壊検査方法。 - プレストレストコンクリート構造物に埋設されたシース管の直上で、前記プレストレストコンクリート構造物の表面を連続打撃して弾性波を入力する打撃探触子と、
前記プレストレストコンクリート構造物の表面で前記弾性波を連続的に受信する受信探触子と、
該受信探触子が受信した前記弾性波を受信波として取得するとともに、該受信波に基づいて前記シース管のグラウト充填状態を解析する解析機器とを備えた非破壊検査装置であって、
前記解析機器に、
前記受信波をウェーブレット変換してスペクトルの時間的推移データを生成する変換手段と、
シースかぶり厚に基づいて予め算出した周波数を判定周波数とし、前記スペクトルの時間的推移データにおける所定閾値以上のスペクトル値が連続する時間を時間長さとして、前記判定周波数における前記時間長さが、前記時間長さに対する閾値である時間閾値以上の場合、前記グラウト充填状態を未充填、または充填不足と判定する判定手段とを備えた
非破壊検査装置。 - 複数の前記打撃探触子を束ねて一体的に構成されるとともに、前記複数の打撃探触子が前記プレストレストコンクリート構造物の表面を同時打撃する面打撃ユニットと、
複数の前記受信探触子を束ねて一体的に構成されるとともに、前記複数の受信探触子が前記弾性波を同時受信する面受信ユニットとを備え、
前記解析機器に、
前記面受信ユニットが同時受信した前記弾性波を合成して前記受信波を生成する合成手段を備えた
請求項6に記載の非破壊検査装置。
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