JP7332384B2 - 構造物劣化診断システム - Google Patents

Description

本発明は、橋梁等の構造物の劣化診断を行う構造物劣化診断システムに関する。

例えば、車両が通過する橋梁に相当する構造物は、車両の通過に伴う経年変化によって次第に劣化する。橋梁のような構造物は、壊れてしまう前に劣化状態を検知することが重要となる。

橋梁の劣化診断を行う従来技術として、上部構造と下部構造との間に設置される部材である支承の異常を検知する支承異常検査装置がある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に係る装置は、以下のような手順で支承異常検知を行っている。
（１）橋梁の揺れに関する特性値であり、基準となる特性値である基準値を、あらかじめ格納しておく。
（２）橋梁の揺れに関する特性値である取得値を、センサを用いて取得する。
（３）基準値と取得値との差異に基づいて、支承異常検知を行う。

特開２０１９－３１８３０号公報 国際公開第２０１７／０６４８５４号

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１では、あらかじめ基準値を生成しておく必要がある。正確な基準値を生成するためには、例えば、既知の重量の車両を用意してデータ収集を行うことが必要となる。従って、基準値を生成するための手間がかかる。

また、基準値を生成した際に、橋梁がすでに劣化し始めていたような場合には、基準値自体が信頼性に欠け、正確な劣化診断ができないおそれがある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、あらかじめ基準値を生成しておく必要なしに、監視期間中に測定された活荷重変位に基づいて高精度に構造物の劣化診断を行うことのできる構造物劣化診断システムを得ることを目的とする。

本発明に係る構造物劣化診断システムは、構造物に設置され、活荷重による構造物の活荷重変位を測定するセンサと、センサにより測定された活荷重変位を時間経過に伴って順次取得することで活荷重変位の時系列データを生成し、時系列データから構造物の劣化診断を行う診断部とを備え、診断部は、時系列データから活荷重変位に関するヒストグラムを生成し、ヒストグラムから最頻値を特定し、最頻値とあらかじめ設定された許容閾値との比較に基づいて構造物の劣化診断を行うものである。

本発明によれば、あらかじめ基準値を生成しておく必要なしに、監視期間中に測定された活荷重変位に基づいて高精度に構造物の劣化診断を行うことのできる構造物劣化診断システムを得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る構造物劣化診断システムの構成図である。 本発明の実施の形態１に係る構造物劣化診断システムの診断対象である構造物にセンサが設置された状態を示した説明図である。 本発明の実施の形態１において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける活荷重変位の時間推移を示した説明図である。 本発明の実施の形態１において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける活荷重変位のヒストグラムを示した説明図である。 本発明の実施の形態１における活荷重変位のヒストグラムから求められる最頻値の時間推移を示した説明図である。 本発明の実施の形態２に係る構造物劣化診断システムの構成図である。 本発明の実施の形態２に係る構造物劣化診断システムの診断対象である構造物にセンサが設置された状態を示した説明図である。 本発明の実施の形態２における２つのセンサを用いた劣化診断において、定常状態と劣化進行状態とを対比して示した説明図である。 本発明の実施の形態２において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける、２つのセンサの測定結果に基づく、活荷重変位の時間推移を示した説明図である。 本発明の実施の形態２において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける、２つのセンサの測定結果に基づく、活荷重変位のヒストグラムを示した説明図である。 従来の構造物異常検知装置において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける、２つのセンサの測定結果に基づく、固有振動数の時間推移を示した説明図である。

以下、本発明の構造物劣化診断システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明は、あらかじめ基準値を生成しておく必要なしに、劣化診断中に測定した活荷重変位の時系列データに基づいて、診断対象である構造物の劣化状態を高精度で監視できることを技術的特徴とするものである。

実施の形態１．
本実施の形態１では、１つのセンサによる測定結果に基づいて構造物の劣化診断を行う場合について説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る構造物劣化診断システムの構成図である。本実施の形態１における構造物劣化診断システムは、１つのセンサ１０と、診断部２０とを備えて構成されている。

また、図２は、本発明の実施の形態１に係る構造物劣化診断システムの診断対象である構造物にセンサ１０が設置された状態を示した説明図である。図２では、構造物の具体例として橋梁３０が示されており、図２（ａ）が橋梁３０の側面図、図２（ｂ）が橋梁３０の裏面図である。

橋梁３０は、車両１の通過に伴う経年変化によって次第に劣化する。そこで、本実施の形態１に係る構造物劣化診断システムは、劣化診断に適した位置に設置されたセンサ１０による検出結果を診断部２０で解析することで、時々刻々と変化する橋梁３０の劣化状態を診断する。

具体的には、センサ１０は、橋梁３０の構成部品である主桁３１に設置される。ここで、主桁３１は、診断対象である構造物の構造体に相当する。図２（ｂ）に示したように、主桁３１は、一例として、３本の主桁３１ａ、３１ｂ、３１ｃとして構成されている。そして、図２（ｂ）の例では、センサ１０が、主桁３１ｂの中央部分（すなわち、左右の支承２の距離に相当する支間の中央部分）に設置されている場合を例示している。この設置位置が、劣化診断に適した位置の一例に相当する。

なお、以下の説明では、１つのセンサ１０による検出結果に基づいて劣化診断を行う場合について説明する。ただし、センサ１０自体は、１つのセンサが本実施の形態１とは異なる位置に設置されてもよいし、複数のセンサが橋梁３０の複数箇所に設置されていてもよい。複数のセンサ１０が設置されている場合には、診断部２０は、個別のセンサ１０の設置位置における検出結果に基づく複数の劣化診断結果を得ることができる。

センサ１０は、橋梁３０に発生する活荷重による、橋梁３０の活荷重変位を測定する。ここで、活荷重とは、荷重の大きさが一定ではなく、その作用位置が変化するものを意味している。そして、このような活荷重が変位する要因としては、橋梁３０を通過する車両１の重量のほか、橋梁３０そのものの自重、地震によって橋梁３０に働く慣性力などが挙げられる。

なお、センサ１０には、活荷重変位を直接計測するもの（例えば、変位センサ等）、および物理量の検出結果を活荷重変位に変換して測定結果として出力するもの（例えば、加速度センサ等）が含まれる。

一方、診断部２０は、センサ１０により測定された活荷重変位を時間経過に伴って順次取得することで、活荷重変位の時系列データを生成する。さらに、診断部２０は、生成した時系列データから、構造物である橋梁３０の劣化診断を行う。

このように、本実施の形態１に係る構造物劣化診断システムは、事前に基準値を生成しておく必要なしに、監視期間中において時々刻々変化する活荷重変位を示す時系列データに基づいて、橋梁３０の劣化診断を行う点に技術的特徴を有している。そこで、診断部２０により実行される具体的な劣化診断方法について、次に詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態１において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける活荷重変位の時間推移を示した説明図である。図３（ａ）は、劣化が進行していない定常状態における活荷重変位の時間推移を示しており、図３（ｂ）は、劣化進行状態における活荷重変位の時間推移を示している。また、図３（ａ）および図３（ｂ）において、縦軸は活荷重変位［ｍｍ］、横軸は時間［Ｈ］を表している。

なお、監視期間は、監視対象の交通量に応じて設定されるものとし、例えば、一週間、あるいは一カ月などの暦を単位とした、その整数倍の期間など、適宜変更可能なものとなっている。

診断部２０は、センサ１０で測定された活荷重変位をあらかじめ決められたサンプリング周期で順次取得することで、図３（ａ）および図３（ｂ）に示した活荷重変位の時間推移に相当するデータとして、活荷重変位の時系列データを生成する。

図３（ａ）に示した定常状態における活荷重の変位量は、比較的小さな値の範囲に収まっている。これに対して、図３（ｂ）に示した劣化進行状態における活荷重の変位量は、定常状態と比較して大きくなり、時間経過に伴う活荷重変位のバラツキが顕著になっている。

図４は、本発明の実施の形態１において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける活荷重変位のヒストグラムを示した説明図である。図４（ａ）は、劣化が進行していない定常状態における活荷重変位の時系列データに基づいて生成された活荷重変位のヒストグラムを示しており、図４（ｂ）は、劣化進行状態における活荷重変位の時系列データに基づいて生成された活荷重変位のヒストグラムを示している。また、図４（ａ）および図４（ｂ）において、縦軸は頻度、横軸は活荷重変位［ｍｍ］を表している。

診断部２０は、生成した活荷重変位の時系列データに基づいて、それぞれの変位量の頻度を集計することで、図４（ａ）および図４（ｂ）に示したようなヒストグラムを生成することができる。図４（ａ）に示した定常状態におけるヒストグラムは、図３（ａ）に示した定常状態における活荷重変位の時間推移に対応して生成されたヒストグラムである。また、図４（ｂ）に示した劣化進行状態におけるヒストグラムは、図３（ｂ）に示した劣化進行状態における活荷重変位の時間推移に対応して生成されたヒストグラムである。

図４（ａ）から明らかなように、定常状態における活荷重変位は、０．０２～０．０３［ｍｍ］の範囲に発生頻度が集中している。これに対して、図４（ｂ）から明らかなように、劣化進行状態における活荷重変位は、定常状態における活荷重変位と比較すると、頻度のピークを示す活荷重変位の値に相当する最頻値が右側にずれるとともに、最頻値における頻度が小さくなり、活荷重変位にバラツキが生じている。従って、診断部２０は、最頻値の時間推移を監視し、最頻値があらかじめ設定された許容範囲を逸脱した場合には、劣化進行状態であると判断することができる。

図５は、本発明の実施の形態１における活荷重変位のヒストグラムから求められる最頻値の時間推移を示した説明図である。図５では、活荷重変位の最頻値が０．０２０［ｍｍ］～０．０２８［ｍｍ］の範囲内であるとき、劣化が進行していない許容範囲であるものとしてあらかじめ設定されている場合を例示している。診断部２０は、活荷重変位のヒストグラムに関する最頻値を、時間推移とともに特定し、最頻値と許容閾値との比較に基づいて橋梁３０の劣化診断を行うことができる。

なお、図５に示した例では、現時点における最頻値が許容範囲を逸脱することで、劣化検知を行っていた。しかしながら、診断部２０による劣化検知方法は、これに限定されない。例えば、監視期間中のある時間帯において得られた最頻値を基準値として定め、現時点における最頻値と基準値との差分から、劣化検知を行うことも可能である。このような劣化検知について、具体的に説明する。

診断部２０は、第１の時間帯において生成した活荷重変位の時系列データに基づいて、ヒストグラムとして第１のヒストグラムを生成し、第１のヒストグラムにおける最頻値を示す第１の最頻値を特定する。この第１の時間帯は、定常状態に含まれる時間帯に相当する。

次に、診断部２０は、第１の時間帯よりも後の第２の時間帯において生成した活荷重変位の時系列データに基づいて、ヒストグラムとして第２のヒストグラムを生成し、第２のヒストグラムにおける最頻値を示す第２の最頻値を特定する。この第２の時間帯は、監視を行っている現状の時間帯に相当する。

次に、診断部２０は、第１の最頻値と前記第２の最頻値との差分値が、あらかじめ設定された差分許容範囲を逸脱した場合には、橋梁３０が劣化状態であると診断する。

なお、第１の最頻値を基準値として特定するためには、この第１の最頻値が上述した許容範囲内にあることが前提となる。また、基準値となる第１の最頻値は、１回だけ算出する、あるいは定期的に更新すればよく、第２の最頻値を算出するたびに繰り返し算出する必要はない。

このように、監視期間中におけるヒストグラムの最頻値から、基準値を特定した場合にも、あらかじめ基準値を生成しておく必要なしに、高精度で構造物の劣化診断を行うことのできるという効果を実現できる。

また、本実施の形態１において劣化診断の指標として用いている活荷重変位は、季節や気候により変動することが考えられる。特に、活荷重変位は、気温の影響を受ける。そこで、この季節変動への対策について補足説明する。

劣化診断対象である橋梁３０は、一般的に、気温の変動によって、その材料の剛性が変化する。具体的には、気温が高い夏は剛性がより低くなり、気温が低い冬は剛性がより高くなる。そのため、季節や気候によっては、同じ重量による活荷重が加わった場合であっても、その活荷重変位は異なることがある。

具体的な数値例を挙げると、ある橋梁３０で、同重量の車両が走行した際の活荷重変位を、異なる季節で測定したところ、以下のような結果を得た。
８月：走行時の気温 ２６．０℃（曇り）での活荷重変位 １．５５［ｍｍ］
１月：走行時の気温 ０．２℃（雪）での活荷重変位 １．２９［ｍｍ］

そこで、このような気温による活荷重変位の変動に対応するために、診断部２０は、ヒストグラムを生成したときの気温に応じて、あらかじめ設定された補正係数により許容閾値あるいは差分許容範囲を補正し、補正後の許容閾値あるいは差分許容範囲を用いて、劣化診断を実施することができる。これにより、季節変動の影響を受けずに、安定した高精度の劣化診断を実現することができる。

なお、構造物の劣化診断の指標として最頻値を用いることの効果について補足説明する。構造物の劣化診断の指標として平均値などを用いた場合、交通事情によって、小型車両あるいは大型車両といった車両の大きさの分布が変わるだけで結果が変動してしまい、比較しづらいことが考えられる。通常、小型車両の通行量は、大型車両に比べて多い。

また、小型車両と大型車両との比率が多少変動したとしても、大型車両および小型車両の、通行量の上下関係が変わることは長期的には起こりえない。そこで、構造物の劣化診断の指標として最頻値を用いることで、通行量が最も多い小型車両の分布と特定可能なため、変位の最頻値を基準とすることで高精度に構造物の劣化診断を行うことが可能となる。

以上のように、実施の形態１によれば、構造物に設置された１つのセンサによる活荷重変位の測定結果に基づいて生成された、活荷重変位の最頻値の時間推移を利用して、構造物の劣化進行状態の有無を診断する構成を備えている。

具体的な劣化診断手法としては、実施の形態１で詳述したように、以下のようなものが挙げられる。
・監視期間中に逐次生成された、活荷重変位の最頻値の時間推移を利用して、最頻値とあらかじめ設定された許容閾値との比較に基づいて、構造物の劣化診断を行う。
・監視期間中における過去のデータに対して生成された活荷重変位の最頻値を第１の最頻値とし、その後の監視期間中における現在のデータに対して生成された活荷重変位の最頻値を第２の最頻値とし、第１の最頻値と第２の最頻値との間に許容閾値を逸脱する有意差が発生したか否かを判定することで、構造物の劣化診断を行う。

この結果、あらかじめ基準値を生成しておく必要なしに、監視期間中に測定された活荷重変位に基づいて高精度に構造物の劣化診断を行うことのできる構造物劣化診断システムを実現できる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、構造物の構造体に２以上のセンサを設けるものとして、橋梁の各主桁に設置された２つのセンサによる測定結果の比較に基づいて構造物の劣化診断を行う場合について説明する。

図６は、本発明の実施の形態２に係る構造物劣化診断システムの構成図である。本実施の形態２における構造物劣化診断システムは、２つのセンサ１０（１）、１０（２）と、診断部２０とを備えて構成されている。

また、図７は、本発明の実施の形態２に係る構造物劣化診断システムの診断対象である構造物にセンサ１０が設置された状態を示した説明図である。図７では、構造物の具体例として橋梁３０が示されており、図７（ａ）が橋梁３０の側面図、図７（ｂ）が橋梁３０の裏面図である。

本実施の形態２において、センサ１０（１）、１０（２）は、橋梁３０の構成部品である主桁３１に設置される。ここで、主桁３１は、診断対象である構造物の構造体に相当する。図７（ｂ）に示したように、主桁３１は、一例として、３本の主桁３１ａ、３１ｂ、３１ｃとして構成されている。そして、図７（ｂ）の例では、２つのセンサ１０（１）、１０（２）が、それぞれの主桁３１ａ、３１ｂ、３１ｃの四分位点（すなわち、左右の支承２の距離に相当する支間の４分の１および４分の３に相当する部分）に設置されている場合を例示している。設置位置である四分位点は、劣化診断に適した位置の一例に相当する。

なお、以下の説明では、主桁３１ｂに設置された２つのセンサ１０（１）、１０（２）による検出結果に基づいて劣化診断を行う場合について説明する。ただし、センサ１０自体は、橋梁３０の３箇所以上に設置されていてもよい。３つ以上のセンサ１０が設置されている場合には、個々のセンサ１０の設置位置における検出結果を、他のセンサとの検出結果と比較することで、複数の劣化診断結果を得ることができる。また、センサ１０自体は、それぞれの主桁３１ａ、３１ｂ、３１ｃに設置されていてもよい。

本実施の形態２に係る構造物劣化診断システムは、事前に基準値を生成しておく必要なしに、監視期間中において、２つのセンサ１０（１）、１０（２）による測定結果から生成された、時々刻々と変化する活荷重変位を示す２つの時系列データに基づいて、橋梁３０の劣化診断を行う点に技術的特徴を有している。そこで、診断部２０により実行される具体的な劣化診断方法について、次に詳細に説明する。

図８は、本発明の実施の形態２における２つのセンサを用いた劣化診断において、定常状態と劣化進行状態とを対比して示した説明図である。図８（ａ）は定常状態を示しており、図８（ｂ）、（ｃ）は劣化進行状態を示している。図８（ｂ）、（ｃ）では、センサ１０（１）の近傍において、橋梁３０の主桁３１に亀裂Ａまたは亀裂Ｂが発生し、劣化が進行している状態を示している。そこで、２つのセンサ１０（１）、１０（２）を用いて、図８（ｂ）あるいは図８（ｃ）に示した劣化進行状態を検知する具体的な手法について、図９～図１２を用いて以下に説明する。

図９は、本発明の実施の形態２において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける、２つのセンサ１０（１）、１０（２）の測定結果に基づく、活荷重変位の時間推移を示した説明図である。図９（ａ）は、劣化が進行していない定常状態における、２つのセンサ１０（１）、１０（２）の測定結果に基づく、活荷重変位の時間推移を示しており、図９（ｂ）は、劣化進行状態における、２つのセンサ１０（１）、１０（２）の測定結果に基づく、活荷重変位の時間推移を示している。

図９（ａ）、図９（ｂ）においては、センサ１０（１）の測定結果に基づく波形を点線として示し、センサ１０（２）の測定結果に基づく波形を実線として示している。また、図９（ａ）および図９（ｂ）において、縦軸は活荷重変位［ｍｍ］、横軸は時間［ｍｉｎ］を表している。

診断部２０は、センサ１０（１）、センサ１０（２）のそれぞれで測定された活荷重変位をあらかじめ決められたサンプリング周期で順次取得することで、図９（ａ）および図９（ｂ）に示した活荷重変位の時間推移に相当するデータとして、活荷重変位の時系列データを生成する。

図９（ａ）に示した定常状態における各センサ１０（１）、１０（２）に対応した活荷重の変位量は、いずれも同様の挙動を示し、比較的小さな値の範囲に収まっている。これに対して、図９（ｂ）に示した劣化進行状態における１０（１）、１０（２）に対応した活荷重の変位量は、互いに異なる挙動を示している。

具体的には、図９（ｂ）において、発生した亀裂Ａの近傍に設置されているセンサ１０（１）に対応した活荷重の変位量は、定常状態と比較して大きくなり、時間経過に伴う活荷重変位のバラツキが顕著になっている。一方、発生した亀裂Ａから離れた場所に設置されているセンサ１０（２）に対応した活荷重の変位量は、定常状態と同等の挙動を示している。

すなわち、センサ１０（１）による測定結果に基づく活荷重変位の時系列データは、図８（ｂ）に示した亀裂Ａあるいは図８（ｃ）に示した亀裂Ｂの影響を受けて、定常状態における時系列データと比較して変化している。一方、センサ１０（２）による測定結果に基づく活荷重変位の時系列データは、図８（ｂ）に示した亀裂Ａあるいは図８（ｃ）に示した亀裂Ｂの影響を受けにくく、定常状態における時系列データと比較して変化度合が少なく抑えられている。

図１０は、本発明の実施の形態２において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける、２つのセンサ１０（１）、１０（２）の測定結果に基づく、活荷重変位のヒストグラムを示した説明図である。図１０（ａ）は、劣化が進行していない定常状態における活荷重変位の時系列データに基づいて生成された活荷重変位のヒストグラムを示している。一方、図１０（ｂ）は、劣化進行状態における活荷重変位の時系列データに基づいて生成された活荷重変位のヒストグラムを示している。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）においては、センサ１０（１）の測定結果に基づく波形を実線として示し、センサ１０（２）の測定結果に基づく波形を点線として示している。また、図１０（ａ）および図１０（ｂ）において、縦軸は頻度、横軸は活荷重変位［ｍｍ］を表している。

診断部２０は、２つのセンサ１０（１）、１０（２）の測定結果から生成したそれぞれの活荷重変位の時系列データに基づいて、それぞれの変位量の頻度を集計することで、図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示したようなヒストグラムを生成することができる。

ここで、診断部２０は、２つのセンサ１０（１）、１０（２）のいずれか１つのセンサによる測定結果から生成したヒストグラムを基準ヒストグラムとし、１つのセンサ以外のセンサによる測定結果から生成したヒストグラムを診断用ヒストグラムとすることができる。そして、診断部２０は、このようにして同時間帯で生成した基準ヒストグラムと診断用ヒストグラムとの比較により、構造物である橋梁３０の劣化診断を行う。

先に示した図８（ｂ）あるいは図８（ｃ）では、亀裂Ａあるいは亀裂Ｂがセンサ１０（１）の近傍で発生した場合を例示している。そこで、説明を分かりやすくするために、センサ１０（１）による測定結果から生成したヒストグラムを診断用ヒストグラムとし、センサ１０（２）による測定結果から生成したヒストグラムを基準ヒストグラムとする。ただし、センサ１０（２）による測定結果から生成したヒストグラムを診断用ヒストグラムとし、センサ１０（１）による測定結果から生成したヒストグラムを基準ヒストグラムと場合であっても、同様の劣化診断を実行できる。

図１０（ａ）に示した定常状態における基準ヒストグラムおよび診断用ヒストグラムは、図９（ａ）に示した定常状態における活荷重変位の時間推移に対応して生成されたヒストグラムである。また、図１０（ｂ）に示した劣化進行状態における基準ヒストグラムおよび診断用ヒストグラムは、図９（ｂ）に示した劣化進行状態における活荷重変位の時間推移に対応して生成されたヒストグラムである。

図１０（ａ）から明らかなように、定常状態における活荷重変位は、基準ヒストグラムおよび診断用ヒストグラムの両方とも、０．０２～０．０３［ｍｍ］の範囲に発生頻度が集中している。これに対して、図１０（ｂ）から明らかなように、劣化進行状態における活荷重変位は、定常状態における活荷重変位と比較すると、基準ヒストグラムに関しては図１０（ａ）と図１０（ｂ）とで大差がない。その一方で、診断用ヒストグラムに関しては、頻度のピークを示す活荷重変位の値に相当する最頻値が右側にずれるとともに、最頻値における頻度が小さくなり、活荷重変位にバラツキが生じている。

従って、診断部２０は、最頻値の時間推移を監視し、基準ヒストグラムにおける最頻値と診断用ヒストグラムの最頻値との差分があらかじめ設定された差分許容範囲を逸脱した場合には、劣化進行状態であると判断することができる。

なお、この差分許容範囲は、先の実施の形態１で説明したように、ヒストグラムを生成したときの気温に応じて、あらかじめ設定された補正係数により補正し、補正後の差分許容範囲を用いて、劣化診断を実施することができる。これにより、季節変動の影響を受けずに、安定した高精度の劣化診断を実現することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、構造物に設置された複数のセンサによる活荷重変位の測定結果に基づいて生成された、活荷重変位の最頻値に関する複数の時間推移を利用して、相互の比較結果から構造物の劣化進行状態の有無を診断する構成を備えている。この結果、先の実施の形態１と同様に、あらかじめ基準値を生成しておく必要なしに、実施の形態１よりも短い監視期間で活荷重変位を測定することができ、監視期間中に測定された活荷重変位に基づいて高精度に構造物の劣化診断を行うことのできる構造物劣化診断システムを実現できる。

なお、本発明は、劣化診断の指標として活荷重変位を用いる点を１つの特徴としている。一方、従来技術として、劣化診断の指標として構造物の固有振動数を用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。そこで、固有振動数の代わりに活荷重変位を用いて構造物の劣化診断を行うメリットについて、補足説明する。

図１１は、従来の構造物異常検知装置において、定常状態および劣化進行状態のそれぞれにおける、２つのセンサの測定結果に基づく、固有振動数の時間推移を示した説明図である。図１１（ａ）は、劣化が進行していない定常状態における、２つのセンサの測定結果に基づく、固有振動数の時間推移を示しており、図１１（ｂ）は、劣化進行状態における、２つのセンサの測定結果に基づく、固有振動数の時間推移を示している。なお、図１１（ａ）、図１１（ｂ）の波形は、図８（ａ）に示した定常状態、および図８（ｂ）または図８（ｃ）に示した劣化進行状態に対応して得られたものである。

定常状態である図１１（ａ）において、ピークを示す固有振動数は、２つのセンサで、ともに１１．５［Ｈｚ］となっている。一方、劣化進行状態である図１１（ｂ）において、ピークを示す固有振動数は、２つのセンサで、ともに１１．５［Ｈｚ］となっており、定常状態での結果と劣化進行状態での結果との間で顕著な差異が見られない。

すなわち、図１１（ａ）、図１１（ｂ）の結果からも明らかなように、劣化が進行しつつある状態は、固有振動数により定常状態と識別することは極めて困難である。換言すると、固有振動数に劣化の影響が現れるのは、劣化の最終局面であり、劣化診断の指標として構造物の固有振動数を用いた場合には、劣化が進行しつつある状態を高精度で診断することが困難であった。

これに対して、劣化診断の指標として構造物の活荷重変位を用いる本発明では、先の実施の形態１、２で説明したように、劣化が進行しつつある状態を高精度で診断することが可能である。

図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示した波形から、定常状態および劣化進行状態のそれぞれに対応する統計量を求めると、以下のようになる。
＜図１０（ａ）の定常状態において測定された活荷重変位の統計量＞
Ｔ値：１．４０７
Ｐ値：０．１６０
センサ１０（１）による最頻値：０．０２５［ｍｍ］
センサ１０（２）による最頻値：０．０２４［ｍｍ］
センサ１０（１）による平均値：０．０３９［ｍｍ］
センサ１０（２）による平均値：０．０３９［ｍｍ］

＜図１０（ｂ）の劣化進行状態において測定された活荷重変位の統計量＞
Ｔ値：－４５
Ｐ値：０．０
センサ１０（１）による最頻値：０．０２５［ｍｍ］
センサ１０（２）による最頻値：０．０４５［ｍｍ］
センサ１０（１）による平均値：０．０３９［ｍｍ］
センサ１０（２）による平均値：０．０７６［ｍｍ］

ここで、Ｔ値は、

として求められる統計量であり、Ｔ値の絶対値が大きければ「平均値に有意差がありそうだ」と見なすことができる。また、Ｐ値は、Ｔ値を変換して得られる値であり、Ｔ値が大きくなればＰ値は小さくなる関係を有する。そして、一般的には、Ｐ値が０．０５を下回るくらい小さければ、Ｔ値は十分大きいと判断でき、Ｐ値は、Ｔ値の大小判定を定量的に行うために用いられる統計量である。

この結果から明らかなように、劣化診断の指標として構造物の活荷重変位を用いた場合には、最頻値以外の統計量を用いても、劣化が進行しつつある状態を高精度で診断することが可能である。すなわち、本発明に係る構造物劣化診断システムによれば、劣化診断の指標として構造物の活荷重変位を用いることで、構造物が破壊に至る前段階での劣化状態を、安定して高精度で診断することが可能となる。

また、上述した実施の形態２では、劣化診断の指標として構造物の活荷重変位を用い、２つのセンサによる活荷重変位の測定結果からそれぞれ求めた基準ヒストグラムと診断用ヒストグラムとの比較により構造物の劣化診断を行う場合について説明した。これに対して、２つのセンサが取得した揺れの量、つまり物理量の測定結果から位相特性を求め、基準位相特性と診断用位相特性との比較により構造物の劣化診断を行うことも可能である。

なお、２つのセンサの設置位置は、図７に示したように、車両１の進行方向において一定間隔だけ離れている。従って、１つ目のセンサの測定結果から生成した基準位相特性と、２つ目のセンサの測定結果から生成した診断用位相特性とを比較する場合には、時間軸において一方の位相特性をシフトさせることで、それぞれのセンサが設置された位置を車両１が通過する時間差を補正する。

劣化診断の指標として構造物で測定された物理量の位相特性を用いることによっても、構造物が破壊に至る前段階での劣化状態を、安定して高精度で診断することが可能となる。

１ 車両、１０、１０（１）、１０（２） センサ、２０ 診断部、３０ 橋梁（構造物）、３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｂ 主桁（構造体）。

Claims (2)

1. 構造物に設置され、活荷重による前記構造物の活荷重変位を測定するセンサと、
   前記センサにより測定された前記活荷重変位を時間経過に伴って順次取得することで前記活荷重変位の時系列データを生成し、前記時系列データから前記構造物の劣化診断を行う診断部と
   を備え、
   前記診断部は、前記時系列データから前記活荷重変位に関するヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムから最頻値を特定し、前記最頻値とあらかじめ設定された許容閾値との比較に基づいて前記構造物の劣化診断を行うことを特徴とする構造物劣化診断システム。
2. 構造物に設置され、活荷重による前記構造物の活荷重変位を測定するセンサと、
   前記センサにより測定された前記活荷重変位を時間経過に伴って順次取得することで前記活荷重変位の時系列データを生成し、前記時系列データから前記構造物の劣化診断を行う診断部と
   を備え、
   前記診断部は、
   前記時系列データから前記活荷重変位に関するヒストグラムを生成する際に、
   第１の時間帯において、前記ヒストグラムとして第１のヒストグラムを生成し、前記第１のヒストグラムにおける最頻値を示す第１の最頻値を特定し、
   前記第１の時間帯よりも後の第２の時間帯において、前記ヒストグラムとして第２のヒストグラムを生成し、前記第２のヒストグラムにおける最頻値を示す第２の最頻値を特定し、
   前記第１の最頻値と前記第２の最頻値との差分値と、あらかじめ設定された差分許容範囲との比較に基づいて前記構造物の劣化診断を行うことを特徴とする構造物劣化診断システム。

Images