JP6605246B2 - ボルトを構造物に設置するために用いられた接着剤の充填率を音波を用いて点検する方法およびそれを行う非接触音響探知システム - Google Patents
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Description
本発明は、以下に説明する本発明の方法と本発明の非接触音響探知システムを含む。
また、本発明の方法は、以下に説明する2つの態様(本発明の第1の方法および本発明の第2の方法)を含む。
ボルトを構造物に設置するために用いられた接着剤の充填率を点検する方法であって、
前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの振動速度を測定する工程と、
得られた振動速度の測定結果に基づいて、周波数と振動速度との関係を表す振幅スペクトル(Sf)を求めた後、さらに周波数と振動エネルギー(PSD)との関係を求め、特定の周波数範囲における積分値を求めて振動エネルギー(VE)を求める工程と、
得られた振動エネルギー(VE)の値から、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する工程と、を備える点検方法である。
このような点検方法を、以下では「本発明の第1の方法」ともいう。
ボルトを構造物に設置するために用いられた接着剤の充填率を点検する方法であって、
前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの位置情報を測定する工程と、
得られた位置情報から振動波形を求め、得られた振動波形から共振周波数を求める工程と、
得られた共振周波数の値から、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する工程と、を備える点検方法である。
このような点検方法を、以下では「本発明の第2の方法」ともいう。
ボルトを構造物に設置するために用いられた接着剤の充填率を点検する方法であって、
前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの振動速度および位置情報を測定する工程と、
得られた振動速度の測定結果に基づいて、周波数と振動速度との関係を表す振幅スペクトル(Sf)を求めた後、さらに周波数と振動エネルギー(PSD)との関係を求め、特定の周波数範囲における積分値を求めて振動エネルギー(VE)を求める工程と、
得られた位置情報から振動波形を求め、得られた振動波形から共振周波数を求める工程と、
得られた振動エネルギー(VE)および共振周波数の値から、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する工程と、を備える点検方法であることが好ましい。
前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの振動速度および/または位置情報を測定して、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する非接触音響探知システムであって、
前記構造物の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記ボルトの振動速度および/または位置情報を測定する計測器と、
得られた振動速度および/または位置情報の測定結果を用いて、振動エネルギー(VE)および/または共振周波数を求める解析装置と、を有し、
上記の本発明の方法(本発明の第1の方法および/または本発明の第2の方法)を行うことができる、非接触音響探知システムである。
上記のような本発明の方法および本発明の非接触音響探知システムによれば、構造物にその一部が埋設され接着剤によってその構造物に固定されているボルトにおける接着剤の充填率が不足しているか否かを、近接しなくても、正確に行うことができる。
また、ボルトとしては、あと施工アンカーボルト(接着系および金属系)等が挙げられる。ここであと施工とは、すでに打設されたコンクリートに穴をあけてボルトを打つ方法である。また、接着系のアンカーボルトとは、接着剤で定着させるアンカーボルトを意味する。なお、ボルトを打ち込む対象がコンクリートではなく、岩の場合、アンカーボルトのことをロックボルトと呼ぶ場合もある。
本発明の非接触音響探知システムとして、具体的には、例えば図2に示す装置が挙げられる。
図2に示す装置10は、さらに、任意波形発生装置17およびアンプ19を有しており、加えて、コンピュータ15は制御装置152および表示部153を含んでおり、制御装置152によって任意波形発生装置17を制御して、所望の周波数の音波を音響発信源11から発生することができる。任意波形発生装置17が発生するトリガ信号に制御装置152を同期させて計測することもできる。表示部153には、振動エネルギー(VE)および/または共振周波数等を表示することができる。表示部とはディスプレイ画面等を意味する。
なお、本発明の非接触音響探知システムにおいて計測器は、ボルトの先端面の振動速度および/または位置情報を非接触で測定できるものであれば特に限定されず、例えばレーザ変位計を用いることができ、レーザドップラー振動計であることが好ましい。ボルトと計測器とが比較的離れていても、ボルトの表面の振動速度および/または位置情報を正確に測定することができるからである。
また、アンプ19は特に限定されず、例えば、市販オーディオアンプ等を用いることができる。
本発明の方法は、例えば空中放射音源とレーザドップラー振動計を用いた非接触音響探査法による、トンネルのような構造物に埋設されたアンカーボルト等における接着剤充填不足の検出手法である。
そして、ボルトの一部が埋設され、接着剤によって固定されている構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、本発明の第1の方法では前記ボルトを振動させて前記ボルトの先端面の振動速度を測定し、本発明の第2の方法では前記ボルトの先端面を振動させて前記ボルトの位置情報を測定する。
この工程は、例えば前述の本発明の非接触音響探知システムを用い、音響発信源から構造物へホワイトノイズを照射し、レーザドップラー振動計などの計測器を用いて、そのボルトの先端面における振動速度および/または位置情報を測定して行うことができる。振動速度および位置情報は測定時間(時刻)との関係として得ることができる。
振動エネルギー(PSD)は、振動速度の2乗に比例する値である。
共振周波数は振動波形(減衰曲線)をフーリエ変換することで求めることができる。フーリエ変換することで、例えば図3に示すような、横軸(X軸)を周波数、縦軸(Y軸)をパワースペクトル(振動エネルギーに対応した値)とする図が得られ、共振周波数を把握することができる。なお、図3は、後述する実験3において得られた、接着剤の充填率を78%とした場合のパワースペクトルである。この図3からは、共振周波数が約3.4kHzであることがわかる。
実験セットアップ図を図4に示す。加振用音源であるLRADはアンカーボルトから3mの位置に正対させた。振動速度の計測を行うSLDVは15°の角度を付けて3.3mの位置に設置した。
ここで、使用したアンカーボルトは、直径:16mm、長さ:370mmであり、これを図5に示すように、コンクリート構造物に形成した削孔(削孔径(直径):19mm、削孔長(深さ):130mm)へ装入し、さらに削孔内へ接着剤を充填した。ここで充填率(充填率(%)=深さD/130×100、Dの単位はmm)が55%、78%、100%となるように接着剤を充填したものを各々用意した。
そして、各々コンクリート構造物についてLRADにより面的な加振を行い、SLDVによりアンカーボルトの先端面の振動速度の計測を行った。実験では周波数500〜7100Hz、変調周波数200Hz、インターバル50msのトーンバースト波を用いた。
充填率が55%、78%、100%となるように接着剤を充填したコンクリート構造物の各々における振動エネルギー(VE)を図6に示す。
したがって、例えば図6において所定値以上の振動エネルギーを示したアンカーボルトについては接着剤の充填率が十分であり、これに対して所定値未満の振動エネルギーを示したアンカーボルトについては接着剤の充填率が不十分であると判断し、これを修繕するとする判断を行うことができる。
この結果からは接着剤の充填率と振動エネルギーとの関連性は確認できない。値がばらついた原因として、ハンマでは定量的な加振を行うことが困難であったことが挙げられる。
実験セットアップ図を図8に示す。空中放射(加振用)音源(ここではLRADを使用)はアンカーボルトから5.5mの位置に正対させた。振動速度の計測を行うレーザドップラー振動計(ここではSLDVを使用)は15°角度を付けて5.5mの位置に設置した。
ここで、使用したアンカーボルトは実験1の場合と同じであり、これを実験1の場合と同様に、図5に示すように、コンクリート構造物に形成した削孔(削孔径、削孔長も実験1の場合と同様)へ装入し、さらに削孔内へ接着剤を充填した。ここで充填率が55%、78%、100%となるように接着剤を充填したものを各々用意した。
そして、各々コンクリート構造物についてLRADにより面的な加振を行い、SLDVによりアンカーボルトの先端面の振動速度の計測を行った。実験では周波数500〜7100Hz、変調周波数200Hz、インターバル50msのトーンバースト波を用いた。
充填率が55%、78%、100%となるように接着剤を充填したコンクリート構造物の各々における振動エネルギー(VE)を図9に示す。
したがって、例えば図9において所定値以上の振動エネルギーを示したアンカーボルトについては接着剤の充填率が十分であり、これに対して所定値未満の振動エネルギーを示したアンカーボルトについては接着剤の充填率が不十分であると判断し、これを修繕するとする判断を行うことができる。
実験2と同様にして実験セットアップを行った。使用した空中放射(加振用)音源およびレーザドップラー振動計ならびにこの配置も同様とした。また、使用したアンカーボルトも実験2の場合と同じであり、図5に示すように、コンクリート構造物に形成した削孔(削孔径、削孔長も実験1の場合と同様)へ装入し、さらに削孔内へ接着剤を充填した。ここで充填率が55%、78%、100%となるように接着剤を充填したものを各々用意した。
そして、各々コンクリート構造物についてLRADにより面的な加振を行い、SLDVによりアンカーボルトの先端面の位置の計測を行った。実験では周波数500〜7100Hz、変調周波数200Hz、インターバル50msのトーンバースト波を用いた。
充填率が55%、78%、100%となるように接着剤を充填したコンクリート構造物の各々における共振周波数を図10に示す。
したがって、例えば図10において所定値以上の共振周波数を示したアンカーボルトについては接着剤の充填率が十分であり、これに対して所定値未満の共振周波数を示したアンカーボルトについては接着剤の充填率が不十分であると判断し、これを修繕するとする判断を行うことができる。
3 ボルト
10 装置
11 音響発信源
13 計測器
131 レーザ
15 コンピュータ
151 解析装置
152 制御装置
153 表示部
17 任意波形発生装置
19 アンプ
Claims (4)
- ボルトを構造物に設置するために用いられた接着剤の充填率を点検する方法であって、
前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの振動速度を測定する工程と、
得られた振動速度の測定結果に基づいて、周波数と振動速度との関係を表す振幅スペクトル(Sf)を求めた後、さらに周波数と振動エネルギー(PSD)との関係を求め、特定の周波数範囲における積分値を求めて振動エネルギー(VE)を求める工程と、
得られた振動エネルギー(VE)の値から、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する工程と、を備える点検方法。 - ボルトを構造物に設置するために用いられた接着剤の充填率を点検する方法であって、
前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、任意波形発生装置によって所望の周波数に調整された音波を音波発生装置である音波発生源から照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの位置情報を測定する工程と、
得られた位置情報から振動波形を求め、得られた振動波形から共振周波数を求める工程と、
得られた共振周波数の値から、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する工程と、を備える点検方法。 - ボルトを構造物に設置するために用いられた接着剤の充填率を点検する方法であって、
前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの振動速度および位置情報を測定する工程と、
得られた振動速度の測定結果に基づいて、周波数と振動速度との関係を表す振幅スペクトル(Sf)を求めた後、さらに周波数と振動エネルギー(PSD)との関係を求め、特定の周波数範囲における積分値を求めて振動エネルギー(VE)を求める工程と、
得られた位置情報から振動波形を求め、得られた振動波形から共振周波数を求める工程と、
得られた振動エネルギー(VE)および共振周波数の値から、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する工程と、を備える点検方法。 - 前記ボルトの一部が埋設されて前記接着剤によって固定されている前記構造物の表面へ、音波発信源から音波を照射し、前記ボルトを振動させて前記ボルトの振動速度および/または位置情報を測定して、前記接着剤の充填率が不足しているか否かを判断する非接触音響探知システムであって、
前記構造物の表面を振動させ得る音波を発生させる音響発信源と、
前記ボルトの振動速度および/または位置情報を測定する計測器と、
得られた振動速度および/または位置情報の測定結果を用いて、振動エネルギー(VE)および/または共振周波数を求める解析装置と、を有し、
請求項1〜3のいずれかに記載の点検方法を行うことができる、非接触音響探知システム。
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