JPH02151741A - 構造物の異常個所検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、橋梁、煙突、鉄塔など構造物の健全度診断に
通用される構造物の異常個所検知方法に関する。

〔従来の技術〕

橋梁、高層建築物など構造物の維持管理に当たっては、
構造物の老朽化などに伴う構造上の欠陥すなわち剛性低
下の場所と程度を知ることが必要になる。

しかして、従来行われている構造物の欠陥検出方法とし
ては、大別すると次の２段階に分かれ、第１段階、第２
段階の順序で実施されている。

まず第１段階は、構造全体のマクロな診断であり、これ
は現在人間の目視によっており、すなわち検査員が構造
全体のあちこちを目視で観察してまわり、きず、クラン
ク、腐食など構造上の欠陥らしきものを探すことを行う
。

次に第２段階は、上記のマクロな診断により欠陥がある
か又は欠陥がある可能性ありと判断された場所について
、精密な診断を行う。

これは超音波探傷検査、Ｘ線検査など各種非破壊検査法
が通用されている。

しかしながら、第１段階の構造全体のマクロな点検は人
間の目視に願っているため、次のような点で問題がある
。

（１）欠陥が発見できるか否かが、検査員の注意力や経
験に左右される非科学的な方法であり、見落としもあり
検査法の信頼性が劣る。

（２）検査員が検査場所が見通せる場所まで近づかなけ
ればならず、構造全体を点検するためには構造物が大型
になると点検時間が多大になる。また点検のための架設
足場なども必要になる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、このような事情に鑑みて提案されたもので、
構造物の異常個所を検査員の注意力や経験等に頼ること
なく合理的に検知できるとともに、信頼性の高い検知結
果が得られ、かつ大型構造物に対しても全体点検の多大
な時間を必要とせず短時間で能率よく検査することがで
きる構造物の異常個所検知方法を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

そのために本発明は、構造物全長に比べて短い適宜間隔
をおいた複数の点を同時加振できる加振手段を用いて、
上記構造物の任意加振位置の複数加振点に交番荷重をほ
ぼ同期的にかつ加振方向に関する加振力の総和がほぼ零
になるように作用させるとともに上記交番荷重の加振周
波数を少しづつ変化させて加振し、更に加振位置を順次
移動させ上記構造物全長に亘り複数位置につき加振を行
って各加振位置における加振時の振動応答を計測したう
え、その計測データから上記構造物の異常個所を検知す
ることを特徴とする。

〔作用〕

本発明方法においては、構造物全長に亘り複数個所を、
順次複数台の加振機を組合わせてその加振力の大きさと
方向を同期させて加振力の総和が零になるように加振す
ることにより、構造物の全体的な固有振動が誘起しない
ような加振となり、構造物の局部的な振動を大きく強調
できる。これにより、構造物に局部的な異常があれば、
その個所を加振した場合他の健全部と振動の差が大きく
現われる結果となり、構造の異常個所と程度が高精度で
検出できる。

〔実施例〕

本発明構造物の異常個所検知方法の実施例を図面につい
て説明すると、第１図は第１実施例の実施要領を示す模
式図、第２図はその計測データを示す線図、第３図は第
２実施例の実施要領を示す模式図、第４図はその計測デ
ータを示す線図、第５図は公知の構造物振動実験の要領
を示す模式図、第６図はその計測データを示す線図であ
る。

まず本発明方法の実施例の説明に先立ち、本発明方法の
特徴性を明確化するために、参考として、本発明方法に
よらない通常の構造物の振動実験の代表的な例を、第５
図、第６図について説明する。

第５図において、１は最も単純な構造物である単純梁を
示し、５．６はその両端の支点Ａ、Ｂで、５は固定支点
、６は可動支点である。また２は構造の損傷部を示して
おり、この場合は単純梁１の任意の点Ｃ点に腐食その他
の理由による断面の欠損すなわち剛性の低下が生じた場
合を想定している。

本発明方法によらない振動実験では、通常加振機３は１
台であり、これを単純梁１のどこか適宜な場所へ取り付
は加振し、この加振に対する振動の応答を振動計４を用
いて計測するのが一般的な方法である。

こうして通常の振動実験で得られるデータの典型的な例
を第６図に示す。第６図は、横軸に加振機３の加振周波
数ｆ　　（Ｈｚ）をとり、縦軸に振動計４で計測された
振動の振巾ｙ（ｍｍ）をプロットした、いわゆる共振曲
線である。なお同図には、実線のデータと点線のデータ
と２通りのデータを重ねて示しているが、これは、損傷
部２かない状態すなわち健全状態と損傷部２がある状態
すなわち損傷状態について、同様な振動実験を行った結
果を比較のため重ねて示したものである。

第６図において加振周波数ｆがｆｌ＋’２゜ｆ、、「。

、ｒ５．・・・の所で振動振巾ｙが大きくなりピーク状
になっているが、これは、単純梁１の固有振動数と加振
周波数「が一致したいわゆる共振状態を示している。こ
の共振点の振巾すなわち山の高さは加振位置及び計測位
置により異なるが、加振点、計測点を移動しても一般に
は第６図のような形状のデータとなる。

しかして第６図において、もし損傷によって単純梁１の
固有振動数に差が生じれば、健全状態と損傷状態のデー
タの差異が出ることになる。しかし、一般に構造物の１
部分に局部的に剛性低下があっても、その構造物の固有
振動数の変化は小さい。なぜならば、固有振動数は構造
物全体の剛性変化の平方根により影響される性質がある
からであり、単純梁ｌ全長に亘って剛性が２０％低下し
た場合、固有振動数は約１０％しか低下しない。従って
単純梁１の損傷がそのごく限られた１部分に局部的に発
生した場合は、単純梁１全体の剛性低下は小さく、固有
振動数の変化は微小であり、第６図に示すようにデータ
の変化は小さく、これから単純梁１の欠陥を検出するこ
とは困難である。

そこで、第５図で示した単純梁１に対し、本発明の方法
を適用しその欠陥個所を検出する方法の実施例を説明す
る。

まず第１図、第２図に示す第１実施例は、２台１組の加
振機を用いる場合であり、第１図において、１は単純梁
であり、２は単純梁１の任意の０点における構造の損傷
部を示す。

５．６はそれぞれ固定支点Ａ及び可動支点Ｂを示す。

３は加振機で、同じ仕様の加振機２台３ａ。

３ｂを１組とし、この加振機３ａ、３ｂは加振力の大き
さが同じで加振力の方向が各時刻において逆向きになる
ように同期できるものである。この１組の加１辰１Ｊ１
３ａ、３ｂを適宜な加振点間隔、すなわち単純梁１の大
きさによるが通常全長の１／１０〜１／２０程度の間隔
をおいて、まず単純梁１の左端付近に取り付け、５０ｇ
ａ１程度の加振力で加振周波数を上限１００Ｈｚまで変
えて加振し、それに対する構造物の振動応答を振動計４
にて計測する。

そしてこの点での加振を終えデータを採取すると、次に
加振機３を単純梁１の長さ方向に、矢印７で示すように
、少こしずつ順次移動しながら同様の加振、計測を繰り
返し、その結果、構造の損傷部２の０点を挾んだ位置で
も、加振３′及び計測４′を行い、更に同様に繰り返し
ながら最終的には図中の右端における加振３゛及び計測
４″までのデータを得る。

このような加振及び計測を行ったデータをまとめて３軸
の表示を行うと、第２図の通りとなる。同図は、横軸に
単純梁１の加振位置をとり、斜め４５°の軸に加振機３
の加振周波数ｆ　　（Ｈｚ）をとり、更に縦軸に振動計
４により計測した振動の振巾ｙ　（ｍｍ）をとったもの
である。従って斜め４５°の軸と縦軸が前記第６図に示
した共振曲線と同様の意味である。

第２図におけるデータの特徴は加振点、計測点が損傷部
Ｃ点にある時に振巾ｙが最も大きくなり、それ以外の健
全な場所を加振、計測している時は振巾ｙが小さく、か
つ大体同じレベルとなる。その理由は、第５図の加振法
では構造の全体的な振動を誘起したのに対し、この加振
法では、比較的近い場所で大きさ等しく逆向きの加振力
を作用させるので、構造の全体的な振動の発生は抑制さ
れ、構造の局部的な振動が強調されるためである。かく
して第２図のデータから単純梁１の損傷の場所と程度が
検知できる。

次に第３図、第４図に示す第２実施例は、３台の加振機
を用いる場合であり、第３図において、１は単純梁、２
は単純梁１の任意の０点における構造の損傷部、５，６
はそれぞれ固定支点Ａ及び可動支点Ｂを示す。

３は加振機で、３台の加振機３ａ、３ｂ。

３Ｃを１組にして加振力の大きさは両側の２台の加振機
３ａ、３ｃは同じ大きさとし、中央の加振機３ｂは両側
の加振機１台当たりの加振力の２倍とする。また加振力
の方向は両側の２台３ａ、３ｃが同じ方向で中央の１台
３ｂが逆方向とする。すなわち３台の加振機３ａ、３ｂ
、３ｃの加振力の大きさの比率と方向は、−１，＋２．
−１となるような組合わせとする。

この場合も第１図と同様に、加振位置、計測位置を構造
の左端から右端に順次移動しながら、加振、計測を行い
、その間に損傷部２の０点を挾んだ加振３′、計測４゛
のデータが得られる。

このような加振及び計測を行ったデータをまとめて、第
２図と同様な表示方法により３軸の表示を行うと、第４
図の通りとなる。

第４図も第２図で述べたと同じ理由により、構造の損傷
部Ｃ点を挾んだ加振点、計測点の応答が、健全部分の応
答より大きくなるが、第２図と比較すると第４図の方が
健全部と損傷部の応答の違いがより顕著に現われる。

これは第１図の２台加振の場合、２台の加振機により１
組のモーメントが発生し、これが全体振動を少し誘起す
るのに対し、第３図の３台加振機の場合には、このモー
メントも発生しなくなるため、単純梁１全体の振動を誘
起する加振力の成分がなくなり、相対的に局部的な振動
の変化がより強調されるためである。

従って、２台加振より３台加振の方が効果的な加振がで
きるので実用的である。なお上記実施例では複数台の加
振機を使用する場合を取り上げたが、１台の加振機に複
数点を同時加振可能な機能を持たせても勿論同じ作用。

効果を奏するのは当然である。

また上記実施例では単純梁の構造例について示したが、
片持梁状の構造物にも本発明方法が通用できる。更に格
子状の２次元的な拡がりを持つ構造物に対しても、本発
明方法が必要に応じ更に多くの台数の加塩機を組合わせ
て通用できる。

〔発明の効果〕

要するに本発明によれば、構造物全長に比べて短い適宜
間隔をおいた複数の点を同時加振できる加振手段を用い
て、上記構造物の任意加振位置の複数加振点に交番荷重
をほぼ同期的にかつ加振方向に関する加振力の総和がほ
ぼ零になるように作用させるとともに上記交番荷重の加
振周波数を少しづつ変化させて加振し、更に加振位置を
順次移動させ上記構造物全長に亘り複数位置につき加振
を行って各加振位置における加振時の振動応答を計測し
たうえ、その計測データから上記構造物の異常個所を検
知することにより、構造物の異常個所を検査員の注意力
や経験等に頼ることなく合理的に検知できるとともに、
信頼性の高い検知結果が得られ、かつ大型構造物に対し
ても全体点検の多大な時間を必要とせず短時間で能率よ
く検査することができる構造物の異常個所検知方法を得
るから、本発明は産業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明構造物の異常個所検知方法の第１実施例
の実施要領を示す模式図、第２図はその計測データを示
す線図、第３図は第２実施例の実施要領を示す模式図、
第４図はその計測データを示す線図、第５図は公知の構
造物振動実験の要領を示す模式図、第６図はその計測デ
ータを示す線図である。 １・・・単純梁、２・・・損傷部、３，３ａ、３ｂ。 ３Ｃ・・・加振機、４・・・振動針、５・・・固定支点
、６・・・可動支点、７・・・加振機移動方向。 代理人　弁理士　塚　本　正　文 Ａ 第 図 第 図 ε 第 図 第４図 １０４フー辷イｉｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 構造物全長に比べて短い適宜間隔をおいた 複数の点を同時加振できる加振手段を用いて、上記構造
   物の任意加振位置の複数加振点に交番荷重をほぼ同期的
   にかつ加振方向に関する加振力の総和がほぼ零になるよ
   うに作用させるとともに上記交番荷重の加振周波数を少
   しづつ変化させて加振し、更に加振位置を順次移動させ
   上記構造物全長に亘り複数位置につき加振を行って各加
   振位置における加振時の振動応答を計測したうえ、その
   計測データから上記構造物の異常個所を検知することを
   特徴とする構造物の異常個所検知方法。