JP6186241B2 - Bolt health diagnosis method - Google Patents
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Description
本発明は、構造物に設置されたアンカーボルトや自動車のホイールボルトなどをハンマによって直接打撃してボルトの健全性を診断する方法に関する。 The present invention relates to a method for diagnosing the soundness of a bolt by directly hitting an anchor bolt installed in a structure or a wheel bolt of an automobile with a hammer.
従来より、ボルトの健全性検査方法として、打音検査が知られている。この打音検査は、熟練工がハンマでボルトを直接打撃したときの打音からボルトの健全性を評価するものであり、人の聴覚に依存した官能試験である。このため、記録が残らない、人の判断であり客観性が乏しいなどの問題が指摘されてきた。 Conventionally, a hammering inspection is known as a method for inspecting the soundness of bolts. This hammering test evaluates the soundness of the bolt from the hammering sound when a skilled worker directly hits the bolt with a hammer, and is a sensory test depending on human hearing. For this reason, problems such as lack of records, poor judgment and poor objectivity have been pointed out.
このような打音検査による不良の原因としては、ボルトの破損やボルトやナットの締結不良などが考えられるとともに、ケミカルアンカーやメカニカルアンカーの場合には接着剤や接合部材の不具合による定着不良などが考えられる。 Possible causes of defects due to such hammering inspections include broken bolts and poor fastening of bolts and nuts, and in the case of chemical anchors and mechanical anchors, poor fixing due to problems with adhesives and joining members. Conceivable.
打撃に対する応答を測定し、その応答波形から健全性を診断する方法として、下記特許文献１には、一部がコンクリート表面から露出した状態で埋設された金物を有するコンクリート構造物の健全性を検査する非破壊検査方法であって、前記金物の露出部から前記金物の内部に向けて弾性波を発振し、この弾性波の反射波を受振して、この反射波の強さと時間遅れとに基づいて前記金物の健全性を検査するコンクリート構造物の非破壊検査方法が開示されている。 As a method of measuring the response to impact and diagnosing the soundness from the response waveform, Patent Document 1 listed below examines the soundness of a concrete structure having a metal part embedded in a state where a part is exposed from the concrete surface. A non-destructive inspection method for oscillating an elastic wave from the exposed part of the metal object toward the inside of the metal object, receiving the reflected wave of the elastic wave, and based on the strength and time delay of the reflected wave A non-destructive inspection method for a concrete structure for inspecting the soundness of the hardware is disclosed.
しかしながら、上記特許文献１記載の検査方法では、ハンマによる打撃に対する応答をボルトあるいはコンクリート表面に取り付けた受振器（加速度計）で測定することにより、ボルトの健全性やその周囲直近のコンクリートの健全性を把握しているが、ボルトの健全性が不良と判断されても、測定結果からボルトの破損なのか、それとも締結不良なのか、あるいはアンカーボルトの場合にはコンクリートとの定着不良なのかを客観的に判断することはできなかった。 However, in the inspection method described in Patent Document 1, the soundness of bolts and the soundness of concrete in the immediate vicinity are measured by measuring the response to hammering with a bolt or a geophone (accelerometer) attached to the concrete surface. However, even if the soundness of the bolt is judged to be poor, it is objective to determine whether the bolt is broken or not fastened from the measurement result, or in the case of an anchor bolt, poor fixing with concrete. Could not be judged.
また、上記特許文献１記載の検査方法では、コンクリート表面に受振器（加速度計）を配置し、アンカーボルトの頭部をハンドハンマで軽打したときの応答を計測しているが、複数のボルトを測定する度毎に、その近傍のコンクリート表面に加速度計を設置しなければならず、測定に手間がかかる欠点があった。 In addition, in the inspection method described in Patent Document 1, a geophone (accelerometer) is arranged on the concrete surface, and the response when the anchor bolt head is tapped with a hand hammer is measured. Every time when measuring the accelerometer, an accelerometer must be installed on the concrete surface in the vicinity thereof, and there is a drawback that the measurement is troublesome.
そこで本発明の主たる課題は、客観的な健全性診断をできるようにするとともに、診断作業の手間を大幅に軽減したボルトの健全性診断方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, a main object of the present invention is to provide a bolt health diagnosis method that enables objective health diagnosis and greatly reduces the labor of diagnosis work.
上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、加速度計を備えた打撃ハンマによってボルトを直接打撃して打撃力波形を測定し、打撃力の最大値と打撃力に対する反力の最大値との比である反発度を算出するとともに、前記打撃力の最大値が発生する時刻と前記反力の最大値が発生する時刻との差である遅れ時間を算出し、これら打撃力の最大値、反発度及び遅れ時間に基づいてボルトの健全性を診断するボルトの健全性診断方法が提供される。 In order to solve the above-mentioned problem, as the present invention according to claim 1, a bolt is directly hit by a hitting hammer equipped with an accelerometer to measure a hitting force waveform, and the maximum value of the hitting force and the maximum reaction force against the hitting force are measured. And calculating a delay time which is a difference between the time when the maximum value of the impact force occurs and the time when the maximum value of the reaction force occurs, and calculating the maximum of these impact forces. A bolt health diagnosis method for diagnosing bolt health based on a value, a degree of rebound, and a delay time is provided.
上記請求項１記載の発明では、加速度計を備えた打撃ハンマによってボルトを直接打撃して打撃力波形を測定するので、ボルトの周辺に加速度計を取り付けたり、測定の度毎に加速度計を一々付け替えたりしなくてよく、診断作業の手間を大幅に省くことができる。 In the first aspect of the invention, since the hammering force waveform is measured by directly hitting the bolt with the hammer provided with the accelerometer, an accelerometer is attached around the bolt, or the accelerometer is attached one by one for each measurement. There is no need to replace it, and the labor of diagnosis can be saved greatly.
このとき、打撃ハンマに備えられた加速度計によって測定されるのは入力波形のみではなく、入力波形と出力としての応答波形とが重畳した波形である。この性質を利用して、打撃力の最大値と打撃力に対する反力の最大値との比である反発度を算出するとともに、前記打撃力の最大値が発生する時刻と前記反力の最大値が発生する時刻との差である遅れ時間を算出し、これら打撃力の最大値、反発度及び遅れ時間に基づいてボルトの健全性を診断している。このように、人の聴覚に依存した官能試験ではなく、客観的なデータ（打撃力の最大値、反発度及び遅れ時間）に基づいてボルトの健全性を診断しているので、客観的な健全性の診断が可能になる。また、予め反発度と遅れ時間の関係から典型的なボルトの不具合についての評価空間を作成しておけば、健全・非健全が客観的に判断できるとともに、非健全の原因が接着不良なのか折損なのかなどが客観的に判断できるようになる。 At this time, not only the input waveform but also the waveform obtained by superimposing the input waveform and the response waveform as the output are measured by the accelerometer provided in the hammer. Using this property, the rebound degree, which is the ratio between the maximum value of the striking force and the maximum value of the reaction force with respect to the striking force, is calculated, and the time when the maximum value of the striking force occurs and the maximum value of the reaction force The delay time, which is the difference from the time at which occurrence occurs, is calculated, and the soundness of the bolt is diagnosed based on the maximum value of the striking force, the degree of repulsion, and the delay time. In this way, the health of bolts is diagnosed based on objective data (maximum value of impact force, degree of repulsion, and delay time) rather than a sensory test that depends on human hearing. Sexual diagnosis is possible. In addition, if an evaluation space for a typical bolt failure is created in advance from the relationship between the degree of rebound and the delay time, it is possible to objectively determine whether sound is healthy or unhealthy, and whether the cause of unhealthy is poor adhesion is broken. This makes it possible to judge objectively.
請求項２に係る本発明として、前記ボルトは、一部がコンクリートから突出して設けられるアンカーボルトである請求項１記載のボルトの健全性診断方法が提供される。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the bolt health diagnosis method according to the first aspect, wherein the bolt is an anchor bolt partially protruding from the concrete.
上記請求項２記載の発明では、ケミカルアンカーやメカニカルアンカーなど、一部がコンクリートから突出して設けられるアンカーボルトを対象としている。
The invention according to
請求項３に係る本発明として、前記ボルトは、所要の部材に螺合固定されるボルトである請求項１記載のボルトの健全性診断方法が提供される。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the bolt health diagnosis method according to the first aspect, wherein the bolt is a bolt that is screwed and fixed to a required member.
上記請求項３記載の発明では、大型自動車等のホイールボルトなど、ボルトやナットによって所要の部材に螺合固定されるボルトを対象としている。 The invention according to claim 3 is intended for a bolt such as a wheel bolt of a large automobile or the like that is screwed and fixed to a required member by a bolt or nut.
請求項４に係る本発明として、前記反発度及び遅れ時間は、前記打撃力波形のうち、打撃開始から打撃力の最大値に至るまでの区間を切り出し、この切り出した区間の波形を打撃力の最大値の時刻を基準に反転して合成した入力波形を得た後、前記打撃力波形から前記入力波形を差し引いたボルトの応答波形を得ておき、前記入力波形の最大値と応答波形の最大値との比を前記反発度として算出するとともに、前記入力波形の最大値が発生する時刻と前記応答波形の最大値が発生する時刻との差を前記遅れ時間として算出する請求項１〜３いずれかに記載のボルトの健全性診断方法が提供される。 As the present invention according to claim 4, the repulsion degree and the delay time are obtained by cutting out a section from the start of hitting to the maximum hitting force of the hitting force waveform, and calculating the waveform of the hitting force as the hitting force waveform. After obtaining an input waveform synthesized by inverting the time of the maximum value as a reference, a bolt response waveform obtained by subtracting the input waveform from the striking force waveform is obtained, and the maximum value of the input waveform and the maximum of the response waveform are obtained. The ratio between the value and the time when the maximum value of the input waveform occurs and the time when the maximum value of the response waveform occurs are calculated as the delay time. A bolt health diagnosis method according to claim 1 is provided.
上記請求項４記載の発明では、前述の通り打撃力波形が入力波形と応答波形が重畳した波形であることから、入力波形と応答波形の推定方法を規定するとともに、前記反発度及び遅れ時間の算出方法について規定している。ボルトが完全弾性体としての挙動をする場合、打撃開始から打撃力の最大値に至るまでの波形と最大値から元に戻るまでの波形は、打撃力の最大値の時刻を基準とすると、この基準軸に対して左右に対称な波形となる。これは、弾性体であれば、ボルトのバネ要素が圧縮される過程を逆に辿って圧縮力が解放されるからである。したがって、打撃力波形を入力波形と応答波形とに分離するため、打撃力波形の打撃開始から打撃力の最大値に至るまでの区間を切り出し、この切り出した波形を最大値の時刻を基準に反転して合成することにより入力波形を得た後、前記打撃力波形から前記入力波形を差し引いたボルトの応答波形を得る。そして、入力波形の最大値と応答波形の最大値との比を反発度として算出するとともに、入力波形の最大値が発生する時刻と応答波形の最大値が発生する時刻との差を遅れ時間として算出する。 In the invention of claim 4, since the striking force waveform is a waveform in which the input waveform and the response waveform are superimposed as described above, a method for estimating the input waveform and the response waveform is defined, and the repulsion degree and the delay time are determined. It defines the calculation method. When the bolt behaves as a completely elastic body, the waveform from the start of striking to the maximum value of the striking force and the waveform from the maximum value to returning to the original value are based on the time of the maximum value of the striking force. The waveform is symmetrical with respect to the reference axis. This is because if it is an elastic body, the compression force is released by reversing the process of compressing the spring element of the bolt. Therefore, in order to separate the striking force waveform into the input waveform and the response waveform, the section from the start of striking the striking force waveform to the maximum value of the striking force is cut out, and this cut out waveform is inverted with reference to the time of the maximum value. Then, after obtaining an input waveform by synthesizing, a bolt response waveform obtained by subtracting the input waveform from the batting force waveform is obtained. The ratio between the maximum value of the input waveform and the maximum value of the response waveform is calculated as the degree of repulsion, and the difference between the time when the maximum value of the input waveform occurs and the time when the maximum value of the response waveform occurs is used as the delay time. calculate.
以上詳説のとおり本発明によれば、客観的な健全性診断ができるようになるとともに、診断作業の手間が大幅に軽減できるようになる。 As described above, according to the present invention, objective soundness diagnosis can be performed, and the labor of diagnosis work can be greatly reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本発明に係る健全性診断方法は、図１(A)に示されるように、ケミカルアンカーやメカニカルアンカーなど、一部がコンクリートから突出して設けられるアンカーボルト２や、同図１(B)に示されるように、大型自動車等のホイールボルト２など、ボルトやナットによって所要の部材に螺合固定されるボルトを対象とし、このボルトの先端部を打撃ハンマ１によって軸方向に直接打撃することによって打撃力波形を測定し、その打撃力波形に基づいて健全性を診断するものである。
As shown in FIG. 1 (A), the health diagnosis method according to the present invention is shown in FIG. 1 (B), such as an
前記打撃ハンマ１は、打撃時のハンマに作用する反力を測定するための加速度計が内蔵された健全性診断用の打撃ハンマを用いることが望ましいが、一般的な工具用ハンマに加速度計を取り付けたものとしてもよい。
１．基本原理
先ずはじめに、本診断方法の基本原理について、アンカーボルト（ケミカルアンカーボルト）を例に説明する。ケミカルアンカーの場合、アンカーボルトは、コンクリート構造体などの定着部にアンカー用の孔を空け、エポキシ樹脂等の接着剤によって母材（コンクリート）と接合されている。エポキシ樹脂等の接着剤は、アンカーボルトと母材を強固に固着する特性を有するが、その使用量が適切量より少ない場合、また孔の清掃等の処理が適切に行われていない場合など、アンカーボルトに要求される引抜抵抗力を発揮できないことがある。
The hitting hammer 1 preferably uses a hitting hammer for soundness diagnosis in which an accelerometer for measuring a reaction force acting on the hammer at the time of hitting is used, but an accelerometer is used as a general tool hammer. It may be attached.
1. Basic Principle First, the basic principle of this diagnostic method will be described with an anchor bolt (chemical anchor bolt) as an example. In the case of a chemical anchor, the anchor bolt has an anchor hole in a fixing portion such as a concrete structure and is joined to a base material (concrete) with an adhesive such as an epoxy resin. Adhesives such as epoxy resins have the property of firmly fixing the anchor bolt and the base material, but when the amount used is less than the appropriate amount, or when processing such as hole cleaning is not properly performed, The pulling resistance required for anchor bolts may not be exhibited.
アンカーボルトを母材に固着する接着剤は、力学的挙動としては、その許容限度の範囲内ではバネとしての機能を発揮するが、許容限度を超えると剪断あるいはずれ破壊（粘着力の限界を超えることによる滑り破壊）などの塑性限界に達し、ボルトの引き抜け事故に繋がる。 The adhesive that secures the anchor bolt to the base material, as a mechanical behavior, exhibits a function as a spring within the allowable range, but if it exceeds the allowable limit, shearing or shear failure (exceeds the adhesive force limit). This leads to a plastic limit such as sliding failure), leading to a bolt pull-out accident.
一般に、接着剤は弾塑性体として作用するが、弾性変形範囲では、バネとしての作用を持ち、この場合、ボルトを引っ張る方向と押し込む方向での変位−反力関係は同じであり、接着剤部のバネ係数の強弱、及び弾性変形領域での最大荷重によって、接着剤のバネ特性を記述することができる。 In general, the adhesive acts as an elasto-plastic body, but in the elastic deformation range, it acts as a spring. In this case, the displacement-reaction force relationship in the pulling direction and the pushing direction is the same, and the adhesive part The spring characteristics of the adhesive can be described by the strength of the spring coefficient and the maximum load in the elastic deformation region.
このような弾性体バネを剛な質点とみなし得るハンマで打撃すると、ハンマ質量と接着剤のバネで構成される単弦振動が生成される。実際は、ハンマは打撃時にアンカーボルトを押し込み、また押し込まれたアンカーボルトが弾性変形エネルギーをハンマに返しつつハンマを押し戻し、ハンマはアンカーボルトから反発して離れる。このため、振動は継続せず、ハンマ側の打撃力波形で見ると、上に凸な１個のピーク値を有し、かつピーク値の時刻に対して前後で対称な打撃力波形が得られる。 When such an elastic spring is hit with a hammer that can be regarded as a rigid mass point, a single-string vibration composed of the hammer mass and an adhesive spring is generated. Actually, the hammer pushes the anchor bolt at the time of hitting, and the pushed-in anchor bolt returns the elastic deformation energy to the hammer while pushing back the hammer, and the hammer repels away from the anchor bolt. For this reason, the vibration does not continue, and a hammering force waveform having one peak value convex upward and symmetrical with respect to the time of the peak value is obtained when viewed from the hammering force waveform. .
このときの打撃力の最大値Ｆｍａｘは、
また、周期Ｔは、
また、ハンマの加速度Ａ(t)を加速度値が最大になるまで積分した値は、ハンマの初速度Ｖ０と等しく、したがって、
よって、
ハンマがボルトに衝突するときのハンマの初速度Ｖ０は、ハンマに作用する加速度Ａ(t)を打撃開始（ｔ＝０）から打撃力が最大値に達するまでの時間（ｔ＝ｔｍ）で積分することによって得られる。また、打撃力の最大値Ｆｍａｘは、ハンマに発生した最大加速度Ａｍａｘにハンマ質量ｍを乗じることによって算出することが可能である。ただし、周期Ｔは、ボルトの挙動によって実際に観測される波形に歪みが生じるため直感的に確定することは難しい。しかしながら、打撃開始から打撃力の最大値に至るまでの時間の２倍の時間として推定することが可能である。つまり、ボルトが完全弾性体としての挙動をする場合、打撃開始から最大値に至る経路での波形と最大値から元に戻るまでの波形は、打撃力が最大値になる時刻ｔｍを基準とすると、この基準軸に対して左右に対称な波形となる。これは、弾性体であれば、ボルトのバネ要素が圧縮される過程を逆に辿って圧縮力が解放されるからである。 The initial velocity V 0 of the hammer when the hammer collides with the bolt is the time from the start of hitting the acceleration A (t) acting on the hammer (t = 0) until the hitting force reaches the maximum value (t = t m ). Is obtained by integrating with. Further, the maximum value F max of the striking force can be calculated by multiplying the maximum acceleration A max generated in the hammer by the hammer mass m. However, it is difficult to determine the period T intuitively because distortion occurs in the actually observed waveform due to the behavior of the bolt. However, it can be estimated as twice the time from the start of striking to the maximum value of the striking force. In other words, when the bolt behaves as a completely elastic body, the waveform on the path from the start of impact to the maximum value and the waveform from the maximum value to the original value are based on the time t m when the impact force becomes the maximum value. Then, the waveform is symmetrical to the left and right with respect to the reference axis. This is because if it is an elastic body, the compression force is released by reversing the process of compressing the spring element of the bolt.
したがって、このような場合、測定される波形は、１つの上に凸なピーク値に対して左右（時間の前後）に対称な波形となる。この波形は、ボルト及びこれを母材に固定している接着剤等が健全であることを示している。 Therefore, in such a case, the waveform to be measured is a waveform that is symmetrical to the left and right (before and after the time) with respect to one upward peak value. This waveform shows that the bolt and the adhesive that fixes the bolt to the base material are healthy.
一方、ボルトの接着剤に不具合があると、その不具合に応じた波形が得られることになる。波形の変化は、応答するボルトの振動システムの打撃力の最大値、反発度及び遅れ時間に依存する。ここで、加速度計を備えた打撃ハンマ１によってボルトを直接打撃して測定された打撃力波形は、入力波形のみではなく、入力波形と出力としての応答波形（反力）が重畳した波形である。 On the other hand, if there is a defect in the bolt adhesive, a waveform corresponding to the defect is obtained. The change in the waveform depends on the maximum value of the striking force, resilience and delay time of the responding bolt vibration system. Here, the striking force waveform measured by striking the bolt directly with the striking hammer 1 equipped with an accelerometer is not only the input waveform but also the waveform in which the input waveform and the response waveform (reaction force) as an output are superimposed. .
前記反発度は、打撃力の最大値と打撃力に対する反力の最大値との比によって算出できる。先に説明した弾性体の場合、前記反発度は１である。すなわち、入力した波形がそのまま出力される。 The repulsion degree can be calculated by a ratio between the maximum value of the striking force and the maximum value of the reaction force with respect to the striking force. In the case of the elastic body described above, the rebound degree is 1. That is, the input waveform is output as it is.
前記遅れ時間は、打撃力の最大値が発生する時刻と反力の最大値が発生する時刻との差によって算出できる。先に説明した弾性体の場合、入力した波形がそのまま出力されるので、遅れ時間は０である。 The delay time can be calculated by the difference between the time when the maximum value of the impact force occurs and the time when the maximum value of the reaction force occurs. In the case of the elastic body described above, since the input waveform is output as it is, the delay time is zero.
２．打撃力波形
次に、打撃ハンマによってボルトを直接打撃したときに測定される打撃力波形（加速度の時系列波形）の典型例について説明する。
2. Next, a typical example of a striking force waveform (acceleration time series waveform) measured when a bolt is hit directly with a striking hammer will be described.
(1)健全ボルトの場合
ボルトが健全な場合（外力が作用したときに弾性変形範囲で荷重に対する抵抗力を発揮する場合）、打撃力波形は図２に示されるように、１つの上に凸なピークに対して左右に対称な波形となる。理想的には、ハンマの初速度Ｖ０（加速度を打撃開始から最大値に至るまでの時間で積分した値）と反発速度ＶＲ（加速度を最大値から打撃終了に至るまでの時間で積分した値）とは等しくなるが、実際の測定上は、Ｖ０＞ＶＲとなる。このときの反発度は１、遅れ時間は０である。
(1) In the case of a healthy bolt When the bolt is healthy (when the external force is applied, the resistance force against the load is exerted in the elastic deformation range), the striking force waveform is convex upward as shown in FIG. The waveform is symmetrical with respect to a right peak. Ideally, the hammer's initial velocity V 0 (acceleration value integrated by the time from the start of hitting to the maximum value) and rebound velocity V R (acceleration integrated by the time from the maximum value to the end of hitting). becomes equal to the value), the actual on
極大となっている加速度の最大値Ａｍａｘにハンマ質量ｍを乗じて打撃力の最大値Ｆｍａｘを得るが、この値は、ボルトがこの測定された打撃力の最大値Ｆｍａｘの範囲では弾性体として挙動することを示し、測定された打撃力の最大値Ｆｍａｘの範囲でのボルトの耐力を示すものである。 The maximum value A max of acceleration is multiplied by the hammer mass m to obtain the maximum value F max of the striking force. This value is not elastic in the range of the maximum value F max of the striking force measured by the bolt. It shows that it behaves as a body, and shows the proof strength of the bolt in the range of the maximum value F max of the measured striking force.
(2)接着剤が塑性限界に達したボルトの場合
打撃力が継続する間に、ボルトを定着している接着剤が塑性極限に達し、接着剤が塑性変形した場合、打撃力波形は図３に示されるように、ピーク値付近でほぼ平坦な波形となり、その後低下する。打撃力の最大値は、ボルトの定着力の最大値を示す。加速度を打撃開始から最大値に至るまでの時間で積分した値は、ハンマの初速度Ｖ０となる。
(2) In the case of a bolt whose adhesive reaches the plastic limit When the impact force continues, the adhesive fixing the bolt reaches the plastic limit and the adhesive deforms plastically. As shown in FIG. 5, the waveform becomes almost flat near the peak value and then decreases. The maximum value of the impact force indicates the maximum value of the fixing force of the bolt. The value obtained by integrating the acceleration with the time from the start of striking to the maximum value is the initial velocity V 0 of the hammer.
このときの打撃力波形は、図４に示されるように、入力波形（図４中、打撃開始から最大値に至るまでの実線で示される波形と点線で示された波形の合成波形）と、ボルト−接着剤系からの反力である応答波形（図４中、一点鎖線で示された波形）との和によって構成されている。すなわち、反力は打撃力から所定の遅れ時間だけ遅れて発生し、その大きさは入力された打撃力（打撃力の最大値）には及ばない。図４において、前記入力波形は、図２に示される健全なボルトの場合と同様の性質を有している。 As shown in FIG. 4, the striking force waveform at this time is an input waveform (in FIG. 4, a combined waveform of a waveform indicated by a solid line and a waveform indicated by a dotted line from the start of hitting to the maximum value), It is constituted by the sum of the response waveform (the waveform indicated by the alternate long and short dash line in FIG. 4) which is the reaction force from the bolt-adhesive system. That is, the reaction force is generated with a predetermined delay time from the impact force, and the magnitude thereof does not reach the input impact force (maximum value of the impact force). In FIG. 4, the input waveform has the same properties as the healthy bolt shown in FIG.
前記遅れ時間は、ボルトの接着剤が塑性変形を生じてせん断破壊を生じている過程を示している。すなわち、入力波形と応答波形との間に前記遅れ時間だけの時間差が生じているが、これは、接着剤の塑性変形が持続している時間に相当する。 The delay time indicates a process in which the adhesive of the bolt causes plastic deformation and shear failure. That is, a time difference corresponding to the delay time is generated between the input waveform and the response waveform, which corresponds to the time during which the plastic deformation of the adhesive is continued.
(3)ボルト先端が母材に衝突する場合
アンカーボルトは、一般に引っ張り荷重を受け持つため、ボルト先端がコンクリートに接している状況は少ない。打撃によってボルト先端が押し込められてコンクリートに接し、そこで新たな反力が生成される。また、ボルトが途中で折損している場合、打撃によってボルトが押し込められると折損した箇所でボルト同士が衝突し、そこで新たな反力が生成される。この場合の打撃力波形は、図５に示されるように、上に凸なピーク値が２つ形成された波形となる。この場合は、母材とボルト先端の接触面からの反力が遅れて生成されるとともに、ボルトの周面での接着剤による反力分だけ減少するため、反発度（２つのピーク値の比）はそれほど大きくならない。
(3) When the bolt tip collides with the base metal Anchor bolts generally handle tensile loads, so there are few situations where the bolt tip is in contact with concrete. The bolt tip is pushed into contact with the concrete, and a new reaction force is generated there. Further, when the bolt is broken halfway, when the bolt is pushed in by striking, the bolts collide with each other at the broken portion, and a new reaction force is generated there. The striking force waveform in this case is a waveform in which two convex peak values are formed as shown in FIG. In this case, the reaction force from the contact surface between the base material and the bolt tip is generated with a delay, and the reaction force due to the adhesive on the peripheral surface of the bolt is reduced. Therefore, the rebound degree (ratio of two peak values) ) Is not so big.
３．ボルトの健全性の評価
上述の通り、加速度計を備えた打撃ハンマによってボルトを直接打撃して打撃力波形を測定することにより、打撃力の最大値Ｆｍａｘと打撃力に対する反力の最大値との比である反発度を算出するとともに、前記打撃力の最大値が発生する時刻と前記反力の最大値が発生する時刻との差である遅れ時間を算出する。そして、これら打撃力の最大値Ｆｍａｘ、反発度及び遅れ時間に基づいてボルトの健全性を診断する。
3. Evaluation of soundness of bolts As described above, by directly striking a bolt with a striking hammer equipped with an accelerometer and measuring the striking force waveform, the maximum value F max of the striking force and the maximum value of the reaction force against the striking force And a delay time that is a difference between the time when the maximum value of the striking force is generated and the time when the maximum value of the reaction force is generated. Then, the soundness of the bolt is diagnosed based on the maximum value F max of the striking force, the degree of rebound, and the delay time.
図６は、実際に使用する評価空間である。遅れ時間が小さい領域では、反発度が極端に小さくならない限りほぼ健全と判断してよく、遅れ時間が大きく、反発度が１に近い領域では、ボルトの接着剤が塑性限界に達していると判断でき、遅れ時間が大きく、反発度が小さい領域では、接着不良やボルトの損傷が疑われる。また、それ以外の中間領域では、打撃力の最大値による判定が必要な領域であり、打撃力の最大値に応じて個別的に判断する。 FIG. 6 shows an evaluation space actually used. In the region where the delay time is small, it may be judged that the sound is almost sound unless the rebound degree is extremely small. In the region where the delay time is large and the repulsion degree is close to 1, it is determined that the bolt adhesive has reached the plastic limit. In the region where the delay time is large and the degree of repulsion is small, adhesion failure or bolt damage is suspected. Further, the other intermediate areas are areas that need to be determined based on the maximum value of the striking force, and are individually determined according to the maximum value of the striking force.
４．実際の計算方法
(1)打撃力の最大値Ｆｍａｘ
打撃力の最大値Ｆｍａｘは、打撃力波形の最初のピーク加速度値Ａｍａｘにハンマの質量ｍを乗じて計算する。すなわち、Ｆｍａｘ＝ｍ×Ａｍａｘである。
4). Actual calculation method
(1) Maximum impact force F max
The maximum value F max of the striking force is calculated by multiplying the first peak acceleration value A max of the striking force waveform by the mass m of the hammer. That is, F max = m × A max .
(2)反発度と遅れ時間
前記反発度及び遅れ時間の計算方法では、図７に示されるように、打撃力波形のうち、打撃開始から打撃力の最大値に至るまでの区間を切り出し、この切り出した区間の波形を打撃力の最大値の時刻ｔｍを基準に反転して合成した入力波形（図８）を得た後、打撃力波形（図７）から前記入力波形（図８）を差し引いたボルトの応答波形（図９）を得ておく。
(2) Rebound degree and delay time In the calculation method of the repulsion degree and delay time, as shown in FIG. 7, the section from the start of hitting to the maximum hitting force is cut out from the hitting force waveform. after obtaining the cut-out segment of the waveform of the striking force of the maximum value of the time t m the inverted reference by compositing the input waveform (Fig. 8), the input waveform from the striking force waveform (FIG. 7) to (8) Obtain the subtracted bolt response waveform (FIG. 9).
そして、前記入力波形（図８）の最大値と応答波形（図９）の最大値との比を反発度として算出する。また、入力波形の最大値が発生する時刻ｔｍと、応答波形の最大値が発生する時刻との差を遅れ時間として算出する。前記遅れ時間をより正確に求めるには、入力波形（図８）と応答波形（図９）の相互相関関数を求め、その値が最大値となる時刻を遅れ時間とすることもできる。 Then, the ratio between the maximum value of the input waveform (FIG. 8) and the maximum value of the response waveform (FIG. 9) is calculated as the repulsion degree. Also, the difference between the time t m when the maximum value of the input waveform occurs and the time when the maximum value of the response waveform occurs is calculated as the delay time. In order to obtain the delay time more accurately, a cross-correlation function between the input waveform (FIG. 8) and the response waveform (FIG. 9) can be obtained, and the time when the value becomes the maximum value can be used as the delay time.
以上の通り、本診断方法は、人の聴覚に依存した官能試験ではなく、客観的なデータ（打撃力の最大値Ｆｍａｘ、反発度及び遅れ時間）に基づいて評価しているので、客観的な健全性の診断が可能になる。また、加速度計を備えた打撃ハンマ１によってボルトを直接打撃して打撃力波形を得るので、ボルトの周囲に加速度計を取り付けたり、測定する度に加速度計を一々付け替えたりしなくてよく、診断作業の手間を大幅に省くことができる。 As described above, this diagnosis method is not a sensory test depending on human hearing but an evaluation based on objective data (maximum value F max of impact force, degree of rebound and delay time). Diagnosis of soundness is possible. In addition, since the hammering hammer 1 equipped with an accelerometer directly hits the bolt to obtain a striking force waveform, it is not necessary to attach an accelerometer around the bolt or to replace the accelerometer every time it is measured. The labor of work can be saved greatly.
(1)健全なアンカーボルト
図１０は、健全なアンカーボルトの場合の打撃力波形である。図１０に示されるように、上に凸の１つのピークが現れる波形が計測された場合、遅れ時間が０、反発度が１であり、健全と判断される。
(1) Healthy Anchor Bolt FIG. 10 shows a striking force waveform in the case of a healthy anchor bolt. As shown in FIG. 10, when a waveform in which one convex peak appears is measured, the delay time is 0 and the repulsion degree is 1, and it is determined that the sound is healthy.
(2)接着剤が塑性限界に達したアンカーボルト
図１１は、打撃力によって接着剤の定着力が塑性限界に達し、ボルトと接着剤との間に滑り破壊が生じたアンカーボルトの場合の打撃力波形である。図１１に示されるように、打撃力の最大値付近でほぼ平坦な波形となり、その値は健全ボルト（図１０）と比較して小さくなる。この打撃力波形から入力波形と応答波形を求めると、遅れ時間は約８０μｓ、反発度は約０．８となる。したがって、判定は、図６より、接着不良の非健全ボルトとなる。
(2) Anchor bolt with adhesive reaching plastic limit Fig. 11 shows the impact of an anchor bolt in which the fixing force of the adhesive reaches the plastic limit due to the striking force and slip failure occurs between the bolt and the adhesive. Force waveform. As FIG. 11 shows, it becomes a substantially flat waveform in the vicinity of the maximum value of the striking force, and the value is smaller than that of the healthy bolt (FIG. 10). When the input waveform and the response waveform are obtained from this striking force waveform, the delay time is about 80 μs and the rebound degree is about 0.8. Therefore, the judgment is an unhealthy bolt with poor adhesion from FIG.
(3)ボルト先端が母材に衝突するアンカーボルト
図１２は、打撃力によって接着剤が破壊されたか、最初から接着力が弱いため打撃によって破損しボルト先端が打撃とほぼ同時に母材（コンクリート）に衝突した場合、又はボルトが途中で破損しているため打撃と同時に破損箇所のボルト同士が衝突した場合の打撃力波形である。この場合、最大加速度は７００００ｍ／ｓ２であり、遅れ時間が２５０μｓ、反発度は２８０００／７００００＝０．４である。したがって、ボルトの接着不良又は折損が疑われる非健全ボルトである。
(3) Anchor bolt where the bolt tip collides with the base metal Fig. 12 shows that the adhesive was destroyed by the striking force, or the adhesive strength was weak from the beginning, and it was damaged by the striking and the bolt tip was almost the same as the striking base material (concrete) This is a striking force waveform when the bolts collide with each other at the same time as hitting, because the bolts are damaged in the middle or when the bolts are hit. In this case, the maximum acceleration is 70000 m / s 2 , the delay time is 250 μs, and the repulsion degree is 28000/70000 = 0.4. Therefore, it is a non-healthy bolt in which poor bonding or breakage of the bolt is suspected.
１…打撃ハンマ、２…ボルト 1 ... hammer, 2 ... bolt
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