JPH071223B2 - 橋脚の固定状態の検査方法及びその装置 - Google Patents

橋脚の固定状態の検査方法及びその装置

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JPH071223B2
JPH071223B2 JP33739291A JP33739291A JPH071223B2 JP H071223 B2 JPH071223 B2 JP H071223B2 JP 33739291 A JP33739291 A JP 33739291A JP 33739291 A JP33739291 A JP 33739291A JP H071223 B2 JPH071223 B2 JP H071223B2
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  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、橋脚の構造物の固定状
態を検査する方法に関し、特に橋脚のロッキング中心を
推定する方法及びその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】土木構造物や建築構造物は、地中や水中
に構築された基礎上に支持されて建設されている。例え
ば橋梁の橋桁は、その地中において地盤の状況や川の条
件に応じて杭が施工されたり、ケーソンが施工されて上
部構造が該基礎の上に支えられている。
【0003】基礎を支える地盤は、川の流れによって洗
掘を受けたり、地震による破壊が生じたり、大きく揺れ
動く場所であり、基礎の安定性が重要である。特に橋梁
の橋脚は、常に洗掘の危険にさらされており、施設管理
上及び洪水時の運行管理を合理的、省力的に行なう上
で、該橋脚の簡便な健全度検査方法の確立が重要であ
る。
【0004】従来、このような橋梁の橋脚の地盤への固
定状態の検査は、30kg程度のおもりを橋脚に当て、
その衝突によって生じる固有振動数を検出し、橋脚の健
全の程度を該固有振動数の変化を測定することによって
行なっていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
橋脚の固定状態の検査においては、おもりを橋脚に衝突
させて行なうため、橋脚が支える構造物や橋脚自体に損
傷を与える危険があり、検査場所付近の施設や検査員に
対しても損傷を与える危険がある。したがって、このよ
うな検査が行なえる場所も制約されることとなる。
【0006】また、検査の時間にも制約が安全上必要で
あり、常時検査を行なうことができない。更に、検査の
ためのおもりをつり下げる設備等の大がかりな事前準備
が必要である。したがって、本発明の目的は、橋脚の固
定状態の検査を安全に、検査場所に制約されることな
く、また、大がかりな検査手段を要することなく行なう
ことができる橋脚の固定状態の検査方法及びその装置を
提供することである。
【0007】本発明の他の目的は、検査時刻に制約され
ず、任意の時刻に検査を行なうことができる橋脚の固定
状態の検査方法及びその装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の橋脚の固定状態
の検査方法は、構造物上に2個の3方向センサを1組と
して設置し、構造物の常時微動測定を行ない、その常時
微動測定結果から構造物のロッキング振動のロッキング
中心及び偏心量を算出するものである。3方向センサの
出力は、ローパスフィルタを通した後サンプリングを行
ない、該サンプリングデータをFFTによりスペクトル
分析し、ハニングウィンドウをかけて平滑化し、更に該
平滑化スペクトルの平均をとってフーリエスペクトルに
信号処理される。また、平滑化スペクトルを用いてスペ
クトル比を求める。
【0009】
【作用】一般に基礎は、基礎の弾性変形を無視して地盤
の変形だけを考慮した剛体基礎と、安全計算にあたって
基礎の弾性変形を考慮に入れる弾性体基礎に分別でき
る。本発明においては、剛体基礎を基準にする。剛体基
礎の内には、直接基礎とケーソン基礎があり、後述の実
施例においてそれぞれの基礎について検計を行なってい
る。
【0010】構造物のロッキング中心は地盤から受ける
水平反力の合力が作用する位置と密接な関係がある。更
に水平反力の作用位置は、有効な根入れ長と関係してい
る。根入れ深さは橋脚の健全度を判定する重要な指標で
あり、ロッキング中心を求めることにより、根入れ深さ
を推定することが可能である。根入れ深さは橋脚の健全
度を判定する重要な指標である。
【0011】図1に示す測点、のロッキング振動に
よる水平振幅H1 ,H2 や垂直振幅V1 ,V2 等は、橋
脚を剛体と考えると、次のようにおくことができる。 H1 =H2 =Lθ V1 =(B+b)θ V2 =(B−b)θ ここで、Lは測点からロッキング中心までの鉛直距離、
2Bは橋脚の幅(2個のセンサの間隔)、bはロッキン
グ中心Xの偏心量、θはロッキングの角度振幅である。
【0012】ゆえに、H1 ,H2 を2個のセンサのそれ
ぞれの振動方向の水平振幅、V1 ,V2 を2個のセンサ
のそれぞれの垂直振幅とすると、 L=B(H1 +H2 )/(V1 +V2 ) により求められる。また、構造物の中心からロッキング
中心Xの偏心量bは、 b=B(V1 −V2 )/(V1 +V2 ) =B(1−V2 /V1 )/(1+V2 /V1 ) により求められる。ここで、振動幅とはスペクトル振幅
のことであるが、波形振幅、RMS振幅を排除するもの
ではない。
【0013】測定点から構造物のロッキング中心までの
鉛直距離L及びロッキング中心の偏心量bは、例えば、
3方向センサの出力から得られたフーリエスペクトル値
あるいはスペクトル比を上式に代入することにより算出
される。ロッキング中心の偏心量bが正値の場合、ロッ
キング中心は側に偏心し、側の支持基盤がより軟弱
であるか、欠落していることを示唆していると考えられ
る。ロッキング中心の偏心量bが負値の場合はこれと逆
になる。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図2及び図3に煉瓦積の直接基
礎による橋脚によりかけられたワーレントラス橋梁に本
発明を適用した第一の実施例を示す。橋脚は10Pから
20Pまでスパン30mで設置されており、橋脚の高さ
は12.2m、コンクリート製の直接基礎の高さは2.
1m(17Pのみ3.4m)である。
【0015】常時微動測定は黒い点●で表される11P
〜16Pの6橋脚と黒い三角印▼で行ない、●印は根固
め工事前であり、▼印は根固め工事後である。図4は、
図2及び図3に示す橋梁の橋脚と橋桁の常時微動スペク
トルとスペクトル比の結果を示し、12Bと12P、1
5Bと15Pのフーリエスペクトル、脚/桁スペクトル
比(12P/12B、15P/15B)を示す。この図
において、横軸は周波数(Hz)、上欄及び中欄の図に
おいて、縦軸はフーリエスペクトル(μkine・se
c)、ここで、kine=cm/secであり、故に、
μkine・sec=10-8m/secである。下欄の
図においては、縦軸は、スペクトル比を示している。
【0016】各測点で約41秒間(1/100秒間隔、
4096サンプル)の測定を3回ずつ実施し、それぞれ
の記録から約10秒間(1024サンプル)のデータを
取り出してFFTによりスペクトル分析し、ハニングウ
ィンドウを5回かけて平滑化し、フーリエスペクトルは
前記平滑スペクトル3個を平均して求め、スペクトル比
は平均前の平滑化スペクトルについて計算し、それを3
個平均して求める。
【0017】橋桁におけるHT方向とV方向の卓越振動
数についてみると、4.4Hzと13.3Hzは横たわ
み(HT方向)振動のそれぞれ第1次、第3次の固有振
動数であり、7.2Hzは上下たわみ振動の1次固有振
動数、10.0Hzはねじり振動の1次固有振動数と推
測される。桁の横たわみ振動やねじり振動は、橋脚の左
右方向のロッキング振動を誘起する。また、桁の上下振
動は橋脚に上下振動と前後方向のロッキング振動を誘起
する。
【0018】脚/桁スペクトル比から、橋脚の方が橋桁
よりも大きな振幅で振動するものを選び、橋脚上のR測
点やL測点のフーリエスペクトルをみると、HT方向の
9.0Hz付近の振動はV方向にも認められるが、HL
方向は小さく、橋脚が左右にロッキングしていることが
推測される。ロッキング振動面上に測点、がある場
合を図1に示す。図1の場合のロッキング深さL及び偏
心量bは、それぞれ L=B(H1 +H2 )/(V1 +V2 ) b=B(V1 −V2 )/(V1 +V2 ) =B(1−V2 /V1 )/(1+V2 /V1 ) で表される。
【0019】左右方向ロッキング固有振動9Hzにおけ
るH及びVをスペクトル図から求め、上式に代入してロ
ッキング深さLや偏心量bを算定して図5に示す。図1
において、Xはロッキング中心である。14Pは根固め
工事のため周囲の地盤がはぎ取られて基礎部が露出して
おり、P16は工事中の暫定流路であり、その暫定した
ロッキング中心深度は深くなっている。また、15Pは
1回目の測定時には根固め工事は未施工であり、2回目
は根固め工事は終了しており、そのロッキング中心は浅
くなっていて、根固め工事の効果をみることができる。
【0020】また、偏心量bをみると、根固め工事の対
象橋脚13P〜15Pは上流側に偏心し、下流側の洗掘
がより著しいことを示している。図6及び図7はケーソ
ン基礎橋脚により支えられるワーレントラス橋梁に本発
明を適用した第2の実施例である。橋脚の高さは7.8
mで、ケーソン基礎は15mと17mである。
【0021】図8は、橋脚上の常時微動のフーリエスペ
クトル例である。橋脚上のHT方向の微動は3Hz前後
が卓越している。また、図9は、HT方向スペクトルと
V方向スペクトルの比を示したものである。この実施例
において、図9に示すHT/Vの値からLを算定したも
のと3Hz付近の卓越振動からLを算定したものを図1
0に示す。
【0022】また、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0023】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、橋脚等の構造物におもりを衝突させるといった
危険もなくなり、かつ検査場所や検査時刻を制約される
ことなく、しかも簡単なセンサを用いることにより、任
意の時刻に測定を行なうことができ、橋脚の健全度を判
定する重要な指標となるロッキング深さと偏心の方向及
び偏心量を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の被測定構造物のロッキ
ング振動状態を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施例の直接基礎による橋脚に
よりかけられたワーレントラス橋梁の全体図である。
【図3】本発明の第1の実施例の直接基礎による橋脚に
よりかけられたワーレントラス橋梁の要部側面および平
面図である。
【図4】本発明の第1の実施例を示すA橋梁の橋脚と橋
桁の常時微動スペクトルとスペクトル比を示す図であ
る。
【図5】本発明の第1の実施例の常時微動によるロッキ
ング中心の推定を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施例の直接基礎による橋脚に
よりかけられたワーレントラス橋梁の全体図である。
【図7】本発明の第2の実施例を示すケーソン基礎橋脚
により支えられるワーレン橋梁の要部側面および平面図
である。
【図8】本発明の橋脚上の常時微動のフーリエスペクト
ル例を示す図である。
【図9】本発明の実施例のHT方向スペクトルとV方向
スペクトルの比を示す図である。
【図10】本発明の第2の実施例を示す常時微動による
ロッキング中心の推定を示す図である。
【符号の説明】 R,L,F,B 測定点、センサ配置位置(3方向セ
ンサ) 2B 構造物の幅 L 測定点から構造物のロッキング中心
までの鉛直距離 X ロッキング中心 10P〜20P 橋脚 H1 ,H2 水平振幅 V1 ,V2 垂直振幅

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)橋脚に設置したセンサにより常時微
    動信号を得て、(b)該常時微動信号の水平方向成分及
    び垂直方向成分のフーリエスペクトル値から橋脚のロッ
    キング深さ及び偏心量を算出することを特徴とする橋脚
    の固定状態の検査方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の橋脚の固定状態の検査方
    法において、ロッキング深さ及び偏心量の算定に用いる
    フーリエスペクトル値あるいはフーリエスペクトル比を
    特定周波数から選択することを特徴とする橋脚の固定状
    態の検査方法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の橋脚の固定状態の検査方
    法において、特定周波数を卓越周波数とすることを特徴
    とする橋脚の固定状態の検査方法。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載の橋脚の固定状態の
    検査方法において、ロッキング深さL及び偏心量bは、 L=B(H1 +H2 )/(V1 +V2 ) b=B(V1 −V2 )/(V1 +V2 ) =B(1−V2 /V1 )/(1+V2 /V1 ) の演算式により求めることを特徴とする橋脚の固定状態
    の検査方法。ここで、2Bは構造物の幅、H1 、H2
    水平方向成分の振幅、V1 、V2 は垂直方向成分の振幅
    である。
  5. 【請求項5】 橋脚上に2個1組として配置されたセン
    サと、該センサの水平方向成分及び垂直方向成分のフー
    リエスペクトル値あるいはフーリエスペクトル比を求め
    るフーリエ解析手段と、該フーリエ解析手段の出力から
    特定周波数のフーリエスペクトル値あるいはフーリエス
    ペクトル比を選択する選択手段と該選択値からロッキン
    グ深さ及び偏心量を算定する演算手段とから成る橋脚の
    固定状態の検査装置。
  6. 【請求項6】 請求項5記載の橋脚の固定状態の検査装
    置において、特定周波数を卓越周波数とすることを特徴
    とする橋脚の固定状態の検査装置。
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