JP6190781B2 - アンカーボルトの状態評価方法 - Google Patents
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Description
接着系アンカーまたは金属系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの状態を評価するアンカーボルトの状態評価方法であって、
健全な状態のアンカーボルトと、劣化状態の複数のアンカーボルトの各々について、各アンカーボルトの状態に対応した複数の解析モデルを用いて固有値解析することにより、各アンカーボルトの状態に対応した固有周波数を取得すると共に、各アンカーボルトの状態を劣化モード毎に分類して、各アンカーボルトの状態評価データとして記憶させる状態評価データベース作成工程と、
健全な状態にあるアンカーボルトのモックアップに基づいて弾性波の応答信号を周波数解析することにより健全な状態のアンカーボルトの固有周波数を取得すると共に、評価対象のアンカーボルトの弾性波の応答信号を周波数解析することにより評価対象のアンカーボルトの固有周波数を取得して、取得された2つの固有周波数を実測評価データとする実測評価データ取得工程と、
評価対象のアンカーボルトの評価したい劣化モードに対応する固有周波数を、前記状態評価データベース作成工程において記憶された状態評価データから抽出し、抽出された固有周波数と、前記実測評価データ取得工程において取得された実測評価データとに基づいて、前記評価対象のアンカーボルトの状態を評価する状態評価工程と
を備えていることを特徴とするアンカーボルトの状態評価方法である。
前記解析モデルを、前記アンカーボルトを構成する材料の物性値に基づいて作成することを特徴とする請求項1に記載のアンカーボルトの状態評価方法である。
評価したい劣化モードを複数選択し、各劣化モードについて前記状態評価工程を繰り返すことにより、前記評価対象のアンカーボルトの状態を評価することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンカーボルトの状態評価方法である。
前記評価データベース作成工程が、
アンカーボルトの状態を評価する指標として引抜き強度を設定し、
健全な状態のアンカーボルトと、劣化状態の複数のアンカーボルトの各々について、各アンカーボルトの引抜き強度に対応した複数の解析モデルを用いて固有値解析することにより、各アンカーボルトの引抜き強度に対応した固有周波数を取得すると共に、各アンカーボルトの引抜き強度を劣化モード毎に分類して、各アンカーボルトの状態評価データとして記憶させる工程である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のアンカーボルトの状態評価方法である。
最初に、第1の実施の形態として、接着系アンカーにおけるアンカーボルトの状態評価について説明する。
図1は、本実施の形態に係る接着系アンカーのアンカーボルトの状態評価方法の概要を示すフロー図である。
図1に示すように、本実施の形態に係るアンカーボルトの状態評価方法は、状態評価データベースに基づいて評価対象のアンカーボルトの状態(健全性)を評価する方法である。この状態評価データベースは、以下に示す手順に従って予め作成され準備される。
先ず、アンカーボルトの状態(健全性)が異なる複数の解析モデルを作成し、それぞれの解析モデルにおける固有周波数を取得する。これらの解析モデルは、アンカーボルトを構成する各材料、即ち、コンクリート、ケミカル樹脂、ボルト、ナット、L型プレートなどの材料における物性値を適宜設定することにより作成する。このように物性値を適宜設定して解析モデルを作成することにより、健全な状態のアンカーボルトや所定の劣化状態(施工不良や経年劣化など)のアンカーボルトに模した解析モデルとすることができる。
次に、各アンカーボルトの状態を劣化モード毎に分類して、取得した各解析モデルにおける固有周波数のデータを、各アンカーボルトの状態評価データとして、劣化モード毎に記憶させることにより、状態評価データベースを作成する。即ち、状態評価データベースには、健全な状態にあるアンカーボルトの固有周波数の状態評価データや、施工不良や経年劣化などの様々な劣化モードに対応した状態評価データが記憶される。
本工程においては、健全な状態のアンカーボルトのモックアップ(模型)の固有周波数と、評価対象のアンカーボルトの固有周波数とを、実測評価データとして取得する。
最初に、評価対象と同一のアンカーボルトで健全な状態のアンカーボルトのモックアップ(模型)を作成し、このモックアップのアンカーボルトの頭部を打撃したときに生じる弾性波の応答信号をAEセンサや加速度センサなどを用いて計測する。次に、得られた応答信号を、例えばフーリエ解析することにより周波数情報を求め、その周波数情報におけるピーク周波数を健全な状態におけるアンカーボルトの固有周波数として取得する。
次に、上記の健全な状態のモックアップの固有周波数の取得と同様の手順で、評価対象となるアンカーボルトの実機の固有周波数を取得する。
本工程においては、上記により作成された状態評価データベースと、取得した実測評価データとに基づいて、評価対象のアンカーボルトの状態を評価する。
最初に、評価対象のアンカーボルトについて評価したい劣化モード(施工不良や経年劣化などの劣化状態)を、前記の通り作成された状態評価データベースから選択して、対応する固有周波数を抽出する。
次に、上記で取得された健全な状態のモックアップにおける固有周波数と、評価対象である実機の固有周波数に基づいて、その変化の程度を求める。そして、得られた変化の程度と、選択された劣化モードにおける固有周波数とを比較する。これにより、評価対象のアンカーボルトの選択した劣化モードにおける劣化の進行度(健全性)を定量的に評価することができる。
以下、本実施の形態に係るアンカーボルトの状態評価方法について、劣化モードとしてケミカル樹脂量の不足による施工不良を例に挙げて、具体的なデータを交えながら、さらに詳しく説明する。
(a)解析モデルの作成
状態評価データベースを作成するための解析モデルとしては、例えば、図2に示すような、コンクリート構造物の基礎10に設けられた挿入孔11にアンカーボルト1が挿入されてケミカル樹脂4に固定され、アンカーボルト1にL型プレート3が挟み込まれて、頭部1aにナット2が締めつけられた状態(ナット締付プレート付ボルト)を想定した解析モデルである。
次に、上記で作成された各解析モデルについて、有限要素法を用いて固有値解析することにより、それぞれの固有周波数を取得して、状態評価データベースを作成する。表1に、この固有値解析により取得された固有周波数の一例を示す。
(a)モックアップ試験
次に、表3に示すように、適切なケミカル樹脂量である健全なアンカーボルトのモックアップ(健全なモックアップ)と、ケミカル樹脂量を変化させて施工不良を模した評価対象のアンカーボルトのモックアップ(評価対象例1〜3)を作成する。なお、ここでは、表1に示した「ボルトのみ」に対応したモックアップを作成している。
ここでは、上記のモックアップ試験と同様の手順で、評価対象例1〜3のアンカーボルト(M16鉄製アンカーボルト)の固有周波数を取得した。
健全なモックアップにおける固有周波数に対して、評価対象のアンカーボルトの固有周波数がどの程度変化しているかを確認し、その結果と状態評価データベースとに基づいて、特定の施工不良や経年劣化における劣化の程度を定量的に評価する。
次に、第2の実施の形態として、金属系アンカーにおけるアンカーボルトの状態評価について説明する。
(a)解析モデルの作成
本実施の形態において、状態評価データベースを作成するための解析モデルは、例えば、図3に示すように、コンクリート構造物の基礎20に設けられた挿入孔21にアンカーボルト25が挿入された後、アンカーボルト25の拡張部を拡張させることで基礎20に固定して構成されている。なお、図3は、金属系アンカーのアンカーボルトの解析モデルを模式的に示す側面図である。
上記で作成された各解析モデルについて、接着系アンカーの場合と同様にして、有限要素法を用いて固有値解析することにより、それぞれの固有周波数を取得し、状態評価データベースを作成する。
(a)モックアップ試験
次に、接着系アンカーの場合と同様にして、健全なアンカーボルトのモックアップ(模型)を作成し、この健全なモックアップのアンカーボルトの頭部を打撃したときの弾性波の応答信号を計測して、フーリエ解析することにより周波数情報を求め、その周波数情報におけるピーク周波数を健全なアンカーボルトにおける固有周波数とする。
同様に、評価対象となる金属系アンカーボルトの実機の固有周波数を取得する。
評価対象のアンカーボルトについて評価したい劣化モードを状態評価データベースから選択して、対応する固有周波数を抽出する。
次に、本発明者は、アンカーボルトの劣化は具体的に引抜き強度の低下として現れることに着目し、固有周波数と引抜き強度との間の関係について検討したところ、固有周波数と引抜き強度とは高い相関関係にあり、固有周波数を求めることにより引抜き強度の低下、即ち、アンカーボルトの劣化状況を知ることができることが分かった。以下、接着系アンカー、金属系アンカーに分けて、具体的に説明する。
M16鉄製アンカーボルトを基礎の挿入孔に挿入してケミカル樹脂で固定する際に、上記の表3に示す条件でケミカル樹脂量を調整し、健全な引抜き強度のアンカーボルトのモックアップ(健全なモックアップ)、異なる引抜き強度のアンカーボルトのモックアップ(評価対象例1、評価対象例2、および評価対象例3)を作成した。
金属系アンカーを用いて、上記と同様に、健全な引抜き強度のアンカーボルトのモックアップ(健全なモックアップ)、異なる引抜き強度のアンカーボルトの複数のモックアップを作成して、それぞれのモックアップについて、引抜強度を測定すると共に、弾性波の応答信号をフーリエ解析することにより周波数情報を求め、そのピーク周波数をアンカーボルトの固有周波数として取得した。結果を図5に示す。
1a アンカーボルトの頭部
2 ナット
3 L型プレート
4 ケミカル樹脂
10、20 基礎
11、21 挿入孔
23 センサ
51 スタッド
52 スリーブ
53 雄ねじ部
54 ウェッジ
55 ナット
56 ワッシャ
Claims (4)
- 接着系アンカーまたは金属系アンカーによって基礎に固定されたアンカーボルトの状態を評価するアンカーボルトの状態評価方法であって、
健全な状態のアンカーボルトと、劣化状態の複数のアンカーボルトの各々について、各アンカーボルトの状態に対応した複数の解析モデルを用いて固有値解析することにより、各アンカーボルトの状態に対応した固有周波数を取得すると共に、各アンカーボルトの状態を劣化モード毎に分類して、各アンカーボルトの状態評価データとして記憶させる状態評価データベース作成工程と、
健全な状態にあるアンカーボルトのモックアップに基づいて弾性波の応答信号を周波数解析することにより健全な状態のアンカーボルトの固有周波数を取得すると共に、評価対象のアンカーボルトの弾性波の応答信号を周波数解析することにより評価対象のアンカーボルトの固有周波数を取得して、取得された2つの固有周波数を実測評価データとする実測評価データ取得工程と、
評価対象のアンカーボルトの評価したい劣化モードに対応する固有周波数を、前記状態評価データベース作成工程において記憶された状態評価データから抽出し、抽出された固有周波数と、前記実測評価データ取得工程において取得された実測評価データとに基づいて、前記評価対象のアンカーボルトの状態を評価する状態評価工程と
を備えていることを特徴とするアンカーボルトの状態評価方法。 - 前記解析モデルを、前記アンカーボルトを構成する材料の物性値に基づいて作成することを特徴とする請求項1に記載のアンカーボルトの状態評価方法。
- 評価したい劣化モードを複数選択し、各劣化モードについて前記状態評価工程を繰り返すことにより、前記評価対象のアンカーボルトの状態を評価することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のアンカーボルトの状態評価方法。
- 前記評価データベース作成工程が、
アンカーボルトの状態を評価する指標として引抜き強度を設定し、
健全な状態のアンカーボルトと、劣化状態の複数のアンカーボルトの各々について、各アンカーボルトの引抜き強度に対応した複数の解析モデルを用いて固有値解析することにより、各アンカーボルトの引抜き強度に対応した固有周波数を取得すると共に、各アンカーボルトの引抜き強度を劣化モード毎に分類して、各アンカーボルトの状態評価データとして記憶させる工程である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のアンカーボルトの状態評価方法。
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