JP6127283B2 - コンクリート構造物の検査方法及びコンクリート構造物の検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえばビルディングや橋梁あるいはトンネル内壁などのコンクリート構造体の欠陥部分を簡単に発見できるコンクリート構造物の検査方法及びコンクリート構造物の検査装置に関するものである。

コンクリート構造物の検査方法は、ハンマーなどで叩く事によって発生する音を作業者が聞いて、人の感覚で欠陥の有無を判別していた。これでは、作業効率が低く、例えば高速道路や新幹線などの長い構造物の検査が現実的には困難であった。また作業者ごとに良否の判断に相違があり、定性的な判断が困難であった。

このため、例えば特許文献１に開示されたものがある。これは操作棹の先端に回転自在に支持されてコンクリート構造物よりなる構造体等の表面に接当しながら転動する転打子を備える。この転打子は、横断面外形が５ないし８辺の多角形で、その外周面が５ないし８の円筒面又は楕円筒面からなる。

そして特許文献１に開示されたものは、転打面に等分割され、転打子を点検対象物表面で転動させた際に発生する転打音を検出するためのマイクロホンにより検出される転打音に基づいて、転打音解析ユニットにより、健全部と不健全部とを自動的に判別するようにされている。

これによって、検査の効率が上がり、また作業者ごとの判断の相違が解消されるという効果がある。

特開特開２００７−１３２７２０号公報

特許文献１に開示されたものは、マイクロコンピュータなどを用いた転打音解析ユニットによって、検査対象のコンクリート構造物が健全か非健全かを判別するようにしている。
そしてこの判別のために、マイクロホンより拾った転打音の周波数が一定以上の部分と一定以下の部分を減衰させ、転打音の音圧レベルが第１の閾値Ｓａを越えたか否かを判別し、第１の閾値Ｓａを越えた場合には、該第１の閾値Ｓａを越えた時点ｔａから一定時間Ｔａ後の所定期間Ｔｂにおいて第１の閾値Ｓａより低い第２の閾値Ｓｂを越えた否かを判別し、この第２の閾値Ｓｂを越えた場合を不健全部であると判定するようにされる。

このような特許文献１に開示されたものは、人の聴覚によってコンクリート構造物が健全か非健全か判別するよりも格段に改善されるのであるが、本発明はさらに健全部分と非健全部分とが正確に判別できるようにするものである。

本件発明は以上のような課題を解決するため、コンクリート構造物の表面に多角形のヘッドを当てながら移動させ、それによって発生する転打音の周波数の分布に対する、転打音の強さの変化を解析し、転打音の強さが他の部分より強い箇所を不健全部と判別するようにした。

本発明のコンクリート構造物の検査方法は上記の如く構成したので、正確にコンクリートの不健全部分の検出を行うことができる。特にコンクリートが経時変化をしている場合に、全体的に転打音の強さが初期のコンクリートと異なっている。そのような場合でも、そのコンクリート構造物の中で、特定の部分が劣化や鉄筋の腐食による膨張や、或いは空洞が発生しているなどの不健全部があると、他の部分の転打音と比較して大きくなっており、他の部分との比較によって、判別するため、極めて高い精度での検出が可能である。

また、この検査方法はコンピュータを用いた周波数解析手段によって容易に機械化することが可能である。さらにこのような周波数解析手段は、コンピュータの市販のソフトウェアを部分的に用いる事が可能であるため、この発明の実施は容易に行うことができる。

そして、このように機械化する事ができるため、検査の作業を行った作業者に寄るデータの差がなくなり、検査データの標準化を行う事が可能となる。このため、コンクリート構造物の新規完成検査の基準や、建築後長期の期間を経たコンクリート構造物の安全検査の標準化を行う事ができる。

このため、古い構造物の耐震性を迅速かつ正確に判断することが可能となり、巨大地震の予想される現状にあって、迅速にコンクリートの不健全部を検出して対応することができるようになる事は、極めて社会の不安を解消する上で重要であり、本発明によってそれが実現可能となる。

本発明のコンクリート構造物検査装置に用いられるハンマー部分の正面図である。 本発明のコンクリート構造物検査装置のハンマー部分の側面図である。 本発明のコンクリート構造物検査装置の回路ブロック図である。 本発明のコンクリート構造物検査装置によって得られた音圧レベルの変化を示す図である。 本発明のコンクリート構造物検査装置によって得られた周波数分布と音圧ピークを示す図である。 本発明のコンクリート構造物検査装置によって得られた音圧レベルの変化を示す図である。 本発明のコンクリート構造物検査装置によって得られた周波数分布を示す図である。 本発明のコンクリート構造物検査装置で得られた周波数／音圧レベルの関係を示す図である。

本発明の請求項１に記載の発明は、断面が多角形のヘッドを回転自在に取り付けたハンマー部を、検査対象のコンクリート構造物の壁面に当てて回転させ、これによって生じるヘッドの転打音、即ちヘッドとコンクリートの壁面とがあたって生じる音を検出し、転打音の周波数分布に対して、特定の部分の音圧レベルが高くなっている部分を画像で表示することで、コンクリート構造物の異常（不健全）部分を発見するようにしたコンクリート構造物の検査方法であり、これによって、不健全部が容易に判別できるという作用を有する。

以下本発明のコンクリート構造物の検査方法の実施例について図に沿って詳細に説明する。本発明のコンクリート構造物の検査方法に使用する装置の説明を先ず行い、続いて検査方法について説明を行う。

図１は、本発明のコンクリート構造物検査装置に用いられるハンマー部分１の正面図である。２はヘッドであり、断面が６角状である。またヘッド２はシャフト３に対して回転自在に取り付けられ、シャフト３にはマイク４が取り付けられている。このシャフト３は、テレスコピック構造であり伸縮が可能である。

つまり図２に示すようにヘッド２を検査対象物であるコンクリート構造物４の壁面に当てながら動かすと、ヘッド２の断面が６角状であるので、転打音が発生する。この転打音はマイク４によって拾われる。

図３に本発明のコンクリート構造物検査装置の回路ブロック図を示す。マイク４からの音声信号はアナログ・デジタル変換装置５（以下「Ａ／Ｄ」と書く）によってデジタル信号に変換される。このＡ／Ｄ５は、既に集積回路などで構成され一般に市販されているので、詳細な説明は省略する。

Ａ／Ｄ５によってデジタル化された音声信号は、データバッファ６を経て中央処理装置（以下「ＣＰＵ」と書く）７に入る。ＣＰＵ７は、オペレーション・ソフトウェア（以下「ＯＳ」と書く）格納メモリ８内に格納されたＯＳ及びアプリケーション・ソフトウェア（以下「アプリ」と書く）に従って動作する。

データ格納メモリ９には、音声信号がデジタル化されたデータが格納される。またランダム・アクセス・メモリ（以下「ＲＡＭ」と書く）１０にはＣＰＵ７の動作途中のデータが一時的に格納される。そしてデータ格納メモリ９内のデータと、Ａ／Ｄ５でデジタル化されたデータとを用いて、ＣＰＵ７で処理された演算結果は、ディスプレイ・ドライバ１０を介して液晶ディスプレイ（以下「ＬＣＤ」と書く）１１によって表示される。

以上のように構成された本発明のコンクリート構造物検査装置の動作を以下説明する。先ず、マイク４から拾われた転打音は、バッファ６を介してＣＰＵ７に送られ、周波数特性の経時変化が解析される。この周波数特性の経時変化について実際に実験した結果を図４〜図７に示す。この図４〜図７に示すデータは、コンクリート構造物の内部に空洞ができて部分的に剥離した状態を人工的に作ったモデルを用いて、測定したものである。

図４及び図５は、厚さ３０ｍｍの剥離モデルに基づくものであり、図６及び図７は、厚さ５０ｍｍの剥離モデルに基づくものである。図４及び図６は横軸に供試体の端からの距離を示し、縦軸に音圧を示している。図４及び図６から明らかなように、特定の部分で音声信号のディユーティが大きくなっている。そして、この範囲が剥離した範囲であることがわかる。

また図５及び図７から明らかなように、特定の部分で音声信号の周波数の分布が狭くなっている。この範囲は、上記の図４及び図６で音声信号のディユーティが大きくなっている範囲と一致しており、この範囲が剥離した範囲であることがわかる。

次に図８は横軸に周波数、縦軸に音圧レベルを示し、転打音のデータを周波数分析した結果である。このグラフは、空洞深度４０ｍｍの転打音のスペクトラム解析したものであり、１０回の解析グラフを重ねて描画している。これより１０回とも、ほぼ同じ特性を示していることがわかる。そして全ての解析グラフとも、４つの顕著なピークを示している。この４つの顕著なピークは、この実験を行った供試体に空洞等が形成され、その空洞部と正常部との境界部からの反射波により共鳴波が発生していることを示している。

以上の図４〜図８の試験結果を本発明のコンクリート構造物検査装置のＬＣＤ１１に表示することによって、操作者が容易にコンクリート構造物の異常部分を検出することができる。つまり、転打音の周波数分布に対して、特定の部分の音圧レベルが高くなっている部分を検出することで、コンクリート構造物の異常（不健全）部分を発見することができる。

以上の説明によって、本発明のコンクリート構造物検査装置及びコンクリート構造物の検査方法が明確になったが、場合によっては、ＣＰＵ７でパターン認識させるプログラムを格納し、自動的に不健全箇所を発見するようにすることも可能である。

また、ヘッド２の転打音データは、データ格納メモリ９に格納され、転打音のサンプリングをした後で、再度確認することができ、試験結果の信頼性を高めることができる。なお、以上の実施例ではハンマー２の断面を６角形としたが、検査対象のコンクリート構造物によっては、５〜１０角形程度の範囲で適切な形状が存在する。要は、転打音によってコンクリート構造物の不健全部を検出できるようにすることが目的であり、それに応じた形状とする。

本発明は、迅速で正確なコンクリート構造物の空洞などの不健全箇所を検出可能な検査方法を提供することができる。

１ ハンマー部分
２ ヘッド
３ シャフト
４ マイク
５ Ａ／Ｄ
６ データバッファ
７ ＣＰＵ
８ ＯＳ格納メモリ
９ データ格納メモリ
１０ ＲＡＭ
１１ ディスプレイ・ドライバ
１２ ＬＣＤ

Claims (5)

1. 断面が多角形のヘッドを回転自在に取り付けたハンマー部を、検査対象のコンクリート構造物の壁面に当てて回転させ、これによって生じる前記ヘッドの転打音を検出し、検出された転打音の音声信号について、検査対象のコンクリート構造物の特定の部分で他の部分よりも音圧が大きくなっているとともに周波数の分布が狭くなっている部分を検出することで、特定の部分が異常（不健全）部分であることを発見するようにしたコンクリート構造物の検査方法。
2. 転打音はマイクによって拾い、前記マイクから出力された音声データをデジタル変換して、コンピュータによって周波数解析を行うようにした請求項１記載のコンクリート構造物の検査方法。
3. 周波数解析を行った結果を表示装置に表示して、検査作業員の目視でコンクリート構造物の異常（不健全）部分を発見できるようにした請求項２記載のコンクリート構造物の検査方法。
4. 検査対象のコンクリート構造物の壁の上を転がすように、断面が多角形のヘッドを回転自在に取り付けたハンマー部を有し、前記ヘッドが発する転打音を拾うマイクを有し、さらに前記マイクから出力された音声データをデジタル化するアナログ・デジタル変換装置を有するとともに、デジタル化された音声データを周波数解析するマイクロコンピュータを有し、このマイクロコンピュータによって、検出された転打音の音声信号にについて、検査対象のコンクリート構造物の特定の部分で他の部分よりも音圧が大きくなっているとともに周波数の分布が狭くなっているときにつく艇の部分を異常（不健全）部分であると検出するようにした、コンクリート構造物の検査装置。
5. デジタル化された音声データを蓄積するデータ格納メモリを設けた請求項４記載のコンクリート構造物の検査装置。

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