JPH08220074A - 鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さの計測法及び装置 - Google Patents
鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さの計測法及び装置Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄筋が密に配筋された場合であっても、鉄筋
の存在に拘わらず、コンクリート中のひび割れを高精度
で検出することができる鉄筋コンクリート構造物のひび
割れ深さの計測法及び装置を提供する。 【解決手段】 鉄筋コンクリート構造物のひび割れを挟
んで１対の超音波発振センサを配置し、超音波発振セン
サからの超音波を超音波受信センサにより受信し、この
受信波から所定の周波数の信号を選別し、この信号を逆
フーリエ変換する。そして、周波数選別及び逆フーリエ
変換を１又は複数回繰り返して収斂させて、ひび割れ経
路波の起生時刻を求める。
の存在に拘わらず、コンクリート中のひび割れを高精度
で検出することができる鉄筋コンクリート構造物のひび
割れ深さの計測法及び装置を提供する。 【解決手段】 鉄筋コンクリート構造物のひび割れを挟
んで１対の超音波発振センサを配置し、超音波発振セン
サからの超音波を超音波受信センサにより受信し、この
受信波から所定の周波数の信号を選別し、この信号を逆
フーリエ変換する。そして、周波数選別及び逆フーリエ
変換を１又は複数回繰り返して収斂させて、ひび割れ経
路波の起生時刻を求める。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はコンクリート中に鉄筋が
密に配筋された鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さ
を測定する鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さの計
測法及び装置に関する。
密に配筋された鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さ
を測定する鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さの計
測法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】建築物、トンネル、地下壁及び道路等の
鉄筋コンクリート構造物においては、経年変化し、外乱
が繰り返し付加されており、その劣化対策が重要な課題
になっている。この劣化対策のために、コンクリートの
ひび割れ深さを高精度で検出する必要がある。
鉄筋コンクリート構造物においては、経年変化し、外乱
が繰り返し付加されており、その劣化対策が重要な課題
になっている。この劣化対策のために、コンクリートの
ひび割れ深さを高精度で検出する必要がある。
【０００３】従来のひび割れの計測法として、近距離迂
回波法がある。この近距離迂回波法によるひび割れの計
測方法を図１７に示す。この図１７に示すようにコンク
リート１の内部に鉄筋２が埋め込まれており、コンクリ
ート表面からひび割れ３が発生している場合に、このひ
び割れ３を挟んで超音波発振センサ６と超音波受信セン
サ７を配置する。そして、発振センサ６からコンクリー
ト１の内部に向けて超音波を出射すると、超音波は経路
５を介して伝搬し、ひび割れ３の最深部で反射して同様
に経路５を介して受信センサ７に送信される。
回波法がある。この近距離迂回波法によるひび割れの計
測方法を図１７に示す。この図１７に示すようにコンク
リート１の内部に鉄筋２が埋め込まれており、コンクリ
ート表面からひび割れ３が発生している場合に、このひ
び割れ３を挟んで超音波発振センサ６と超音波受信セン
サ７を配置する。そして、発振センサ６からコンクリー
ト１の内部に向けて超音波を出射すると、超音波は経路
５を介して伝搬し、ひび割れ３の最深部で反射して同様
に経路５を介して受信センサ７に送信される。
【０００４】この受信波を図１８（ｂ）に示す。超音波
発振から受信波が得られるまでの時間差ｔh秒と、実験
により得られるコンクリートの音速（Ｃsｍ／秒）とか
ら、ひび割れ深さｄは下記数式１より得られる。
発振から受信波が得られるまでの時間差ｔh秒と、実験
により得られるコンクリートの音速（Ｃsｍ／秒）とか
ら、ひび割れ深さｄは下記数式１より得られる。
【０００５】
【数１】 ｄ＝Ｃs×ｔh／２ これにより、ｔhを計測することにより、ひび割れ深さ
ｄを算出することができる。
ｄを算出することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンク
リート中に鉄筋が密に配筋されているコンクリート構造
物においては、図１７に経路４にて示すように、鉄筋２
を経由して受信センサ７に入射してくる超音波が存在す
る。この波形は図１８（ａ）に示すように、超音波発振
からｔ0で検出され、図１８（ｂ）の波形より速く検出
される。
リート中に鉄筋が密に配筋されているコンクリート構造
物においては、図１７に経路４にて示すように、鉄筋２
を経由して受信センサ７に入射してくる超音波が存在す
る。この波形は図１８（ａ）に示すように、超音波発振
からｔ0で検出され、図１８（ｂ）の波形より速く検出
される。
【０００７】このため、ひび割れ３を貫通する鉄筋２を
通る経路４を介して入射した受信波（図１８（ａ））
と、ひび割れ最深部を経た経路５を介して入射した受信
波（図１８（ｂ））とが重畳した波形が受信センサ７に
受信されることになる。この受信波の代表的な波形を図
１８（ｃ）及び（ｄ）に示す。このように、受信波形は
いずれも超音波発振からｔ0で検出され、ひび割れ３の
最深部で反射してきた超音波の検出開始時点は鉄筋２を
経由してきた超音波の受信波中に埋没してしまい、ｔh
を把握することができない。
通る経路４を介して入射した受信波（図１８（ａ））
と、ひび割れ最深部を経た経路５を介して入射した受信
波（図１８（ｂ））とが重畳した波形が受信センサ７に
受信されることになる。この受信波の代表的な波形を図
１８（ｃ）及び（ｄ）に示す。このように、受信波形は
いずれも超音波発振からｔ0で検出され、ひび割れ３の
最深部で反射してきた超音波の検出開始時点は鉄筋２を
経由してきた超音波の受信波中に埋没してしまい、ｔh
を把握することができない。
【０００８】鉄筋コンクリート構造物中のひび割れ深さ
を計測する方法としては、近距離迂回波法の外に、伝搬
時間法、ＢＳ法、ランプ法、ＳＨ波（横波）法及びスペ
クトロスコピー法等があるが、これらの方法は近距離迂
回波法と同様に、無筋のコンクリート又は鉄筋が粗に配
筋されたコンクリートにおけるひび割れ深さの測定には
一応使用することができるが、鉄筋が密に配筋されたコ
ンクリート中のひび割れ深さを検出することは困難であ
る。
を計測する方法としては、近距離迂回波法の外に、伝搬
時間法、ＢＳ法、ランプ法、ＳＨ波（横波）法及びスペ
クトロスコピー法等があるが、これらの方法は近距離迂
回波法と同様に、無筋のコンクリート又は鉄筋が粗に配
筋されたコンクリートにおけるひび割れ深さの測定には
一応使用することができるが、鉄筋が密に配筋されたコ
ンクリート中のひび割れ深さを検出することは困難であ
る。
【０００９】また、鉄筋が粗に配筋されている場合は、
超音波発振センサ及び受信センサを鉄筋から遠く離して
配置することにより、超音波発振後、ひび割れの最深部
で反射してきた超音波が鉄筋を経由してきた超音波より
も速く検出されるようにすれば、ひび割れ深さを測定す
ることができる。
超音波発振センサ及び受信センサを鉄筋から遠く離して
配置することにより、超音波発振後、ひび割れの最深部
で反射してきた超音波が鉄筋を経由してきた超音波より
も速く検出されるようにすれば、ひび割れ深さを測定す
ることができる。
【００１０】しかし、この方法は、当然ながら、ひび割
れ深さ自体が不明であるため、センサから鉄筋までの距
離よりもひび割れ深さの方が短いのか否かについて、確
信をもてないという難点がある。即ち、鉄筋から充分に
隔離してセンサを配置したつもりでも、ひび割れ深さの
方が、センサから鉄筋までの距離よりも長い場合があ
る。そうすると、ひび割れ深さの誤検出となる。このた
め、この方法は確実性がなく、結局従来方法は無筋のコ
ンクリートにおけるひび割れの深さしか正確に測定する
ことができない。
れ深さ自体が不明であるため、センサから鉄筋までの距
離よりもひび割れ深さの方が短いのか否かについて、確
信をもてないという難点がある。即ち、鉄筋から充分に
隔離してセンサを配置したつもりでも、ひび割れ深さの
方が、センサから鉄筋までの距離よりも長い場合があ
る。そうすると、ひび割れ深さの誤検出となる。このた
め、この方法は確実性がなく、結局従来方法は無筋のコ
ンクリートにおけるひび割れの深さしか正確に測定する
ことができない。
【００１１】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、鉄筋が密に配筋された場合であっても、鉄
筋の存在に拘わらず、コンクリート中のひび割れを高精
度で検出することができる鉄筋コンクリート構造物のひ
び割れ深さの計測法及び装置を提供することを目的とす
る。
のであって、鉄筋が密に配筋された場合であっても、鉄
筋の存在に拘わらず、コンクリート中のひび割れを高精
度で検出することができる鉄筋コンクリート構造物のひ
び割れ深さの計測法及び装置を提供することを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に係る鉄筋コンク
リート構造物のひび割れ深さの計測法は、鉄筋コンクリ
ート構造物のひび割れを挟んで１対の超音波発振センサ
及び超音波受信センサを配置し、超音波発振センサから
の超音波を対応する超音波受信センサにより受信し、受
信波から所定の周波数範囲の信号を選別し、この信号を
逆フーリエ変換し、この周波数選別及び逆フーリエ変換
を１又は複数回繰り返して収斂させ、ひび割れを経由し
てきた超音波の起生時刻を検出することを特徴とする。
リート構造物のひび割れ深さの計測法は、鉄筋コンクリ
ート構造物のひび割れを挟んで１対の超音波発振センサ
及び超音波受信センサを配置し、超音波発振センサから
の超音波を対応する超音波受信センサにより受信し、受
信波から所定の周波数範囲の信号を選別し、この信号を
逆フーリエ変換し、この周波数選別及び逆フーリエ変換
を１又は複数回繰り返して収斂させ、ひび割れを経由し
てきた超音波の起生時刻を検出することを特徴とする。
【００１３】この場合に、前記受信波にサインカーブの
フィルタをかけることもできる。
フィルタをかけることもできる。
【００１４】本発明に係る鉄筋コンクリート構造物のひ
び割れ深さの計測装置は、１対の超音波発振センサ及び
超音波受信センサと、この受信センサの受信波から所定
の周波数の信号を選別し、この信号を逆フーリエ変換
し、この周波数選別及び逆フーリエ変換を１又は複数回
繰り返して収斂させ、ひび割れを経由してきた超音波の
起生時刻を検出する信号処理部とを有することを特徴と
する。
び割れ深さの計測装置は、１対の超音波発振センサ及び
超音波受信センサと、この受信センサの受信波から所定
の周波数の信号を選別し、この信号を逆フーリエ変換
し、この周波数選別及び逆フーリエ変換を１又は複数回
繰り返して収斂させ、ひび割れを経由してきた超音波の
起生時刻を検出する信号処理部とを有することを特徴と
する。
【００１５】
【作用】本願発明者等は、超音波発振センサーから出射
された超音波を受信センサーで受信し、その受信波を分
析するという分析を６００波以上の受信波について実施
した結果、鉄筋経路波と、ひび割れ経路波とで、以下の
相違が存在することを見出した。
された超音波を受信センサーで受信し、その受信波を分
析するという分析を６００波以上の受信波について実施
した結果、鉄筋経路波と、ひび割れ経路波とで、以下の
相違が存在することを見出した。
【００１６】即ち、入力する超音波の支配的振動数（ピ
ークが卓越する振動数）付近に、鉄筋経路波、ひび割れ
経路波及びその他の経路波の基本振動数又はその高次項
振動数のフーリエスペクトルが卓越し、多数のスペクト
ルが林立する。そして、これらのフーリエスペクトルは
以下の性質を有する。
ークが卓越する振動数）付近に、鉄筋経路波、ひび割れ
経路波及びその他の経路波の基本振動数又はその高次項
振動数のフーリエスペクトルが卓越し、多数のスペクト
ルが林立する。そして、これらのフーリエスペクトルは
以下の性質を有する。
【００１７】ひび割れ経路波の卓越振動数及びスペクト
ル値は、計測位置を、ひび割れに沿って移動させた場合
は、殆ど変化しない。
ル値は、計測位置を、ひび割れに沿って移動させた場合
は、殆ど変化しない。
【００１８】一方、鉄筋経路波は、鉄筋がコンクリート
表面近傍の浅い位置に存在するため、計測点の移動が僅
かであっても、計測点と鉄筋間との相対的位置の変化が
大きくなるため、その卓越振動数及びスペクトル値が大
きく変動する。このため、計測点と鉄筋との距離が大き
くなるほど、鉄筋経路波のスペクトル値が小さくなるの
で、スペクトル中のひび割れ経路波のスペクトルと鉄筋
経路波のスペクトルとを明確に識別できるようになる。
表面近傍の浅い位置に存在するため、計測点の移動が僅
かであっても、計測点と鉄筋間との相対的位置の変化が
大きくなるため、その卓越振動数及びスペクトル値が大
きく変動する。このため、計測点と鉄筋との距離が大き
くなるほど、鉄筋経路波のスペクトル値が小さくなるの
で、スペクトル中のひび割れ経路波のスペクトルと鉄筋
経路波のスペクトルとを明確に識別できるようになる。
【００１９】また、その他の経路波、例えば、コンクリ
ート底面等に起因する経路波は、ひび割れ経路波より遅
く起生するので、問題とはならない。
ート底面等に起因する経路波は、ひび割れ経路波より遅
く起生するので、問題とはならない。
【００２０】このような現象の知見の結果として、通常
の高速フーリエ変換及び逆変換の手法を利用して、ひび
割れ深さを求める方法を見出した。即ち、鉄筋コンクリ
ート構造物のひび割れを挟んで１対の超音波発振センサ
及び超音波受信センサを配置し、超音波発振センサから
の超音波を対応する超音波受信センサにより受信し、得
られた受信波をフーリエ変換する。そうすると、得られ
たフーリエスペクトルには、受信センサを配置した場
所、即ち計測位置によって、そのスペクトル値が大きく
変化する周波数と、スペクトル値が殆ど変化しない周波
数とが存在する。そこで、このスペクトル値が殆ど変化
しない周波数範囲を選別し、このスペクトルの選別され
た部分を逆フーリエ変換する。そうすると、鉄筋経路波
が低減され、ひび割れ経路成分が多く含まれた時系列波
を得ることができる。
の高速フーリエ変換及び逆変換の手法を利用して、ひび
割れ深さを求める方法を見出した。即ち、鉄筋コンクリ
ート構造物のひび割れを挟んで１対の超音波発振センサ
及び超音波受信センサを配置し、超音波発振センサから
の超音波を対応する超音波受信センサにより受信し、得
られた受信波をフーリエ変換する。そうすると、得られ
たフーリエスペクトルには、受信センサを配置した場
所、即ち計測位置によって、そのスペクトル値が大きく
変化する周波数と、スペクトル値が殆ど変化しない周波
数とが存在する。そこで、このスペクトル値が殆ど変化
しない周波数範囲を選別し、このスペクトルの選別され
た部分を逆フーリエ変換する。そうすると、鉄筋経路波
が低減され、ひび割れ経路成分が多く含まれた時系列波
を得ることができる。
【００２１】このようにして得られた時系列波に対し、
フーリエ変換及び逆フーリエ変換を複数回繰り返して収
斂させることにより、ひび割れ経路成分からなる時系列
波を得ることができる。これにより、原波形から鉄筋経
路波成分が取り除かれ、ひび割れ経路波の起生時刻を求
めることができるので、その結果ひび割れ深さを求める
ことができる。
フーリエ変換及び逆フーリエ変換を複数回繰り返して収
斂させることにより、ひび割れ経路成分からなる時系列
波を得ることができる。これにより、原波形から鉄筋経
路波成分が取り除かれ、ひび割れ経路波の起生時刻を求
めることができるので、その結果ひび割れ深さを求める
ことができる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明について、添付の図面を参照し
て更に説明する。図５は、この分析に使用した鉄筋コン
クリートモデルを示す模式図である。図５（ａ）に示す
ように、３辺が、夫々１０００ｍｍ、３００ｍｍ及び７
００ｍｍの直方体であるコンクリート１１に、長さが７
００ｍｍ、深さが１９５ｍｍのひび割れ１３が、１００
０ｍｍ×７００ｍｍの面に垂直で、３００ｍｍ×７００
ｍｍの面に平行にできている。また、図５（ｂ）に示す
ように、コンクリート１１内に、直径が１３ｍｍの鉄筋
１２ａ（配力筋）が、ひび割れ１３に平行となるように
埋められており、鉄筋１２ａ同士の間隔は、ひび割れ１
３と垂直の方向に対して３００ｍｍ、そして深さ方向に
対して２００ｍｍである。更に、直径が１６ｍｍの鉄筋
１２ｂ（主筋）は、ひび割れ１３に垂直となるように埋
められており、鉄筋１２ｂ同士の間隔はひび割れ１３に
平行の方向に対して１５０ｍｍ、そして深さ方向に対し
て２００ｍｍとなっている。これら鉄筋１２ａ及び１２
ｂのうちもっともコンクリート表面に近いものは、深さ
が５０ｍｍである。このコンクリート１１のひび割れ１
３に沿ってｘの位置に、超音波発振センサ６と受信セン
サ７とをひび割れ１３を挟むように配置し、発振センサ
６から出射された超音波を受信センサ７により受信し分
析した。
て更に説明する。図５は、この分析に使用した鉄筋コン
クリートモデルを示す模式図である。図５（ａ）に示す
ように、３辺が、夫々１０００ｍｍ、３００ｍｍ及び７
００ｍｍの直方体であるコンクリート１１に、長さが７
００ｍｍ、深さが１９５ｍｍのひび割れ１３が、１００
０ｍｍ×７００ｍｍの面に垂直で、３００ｍｍ×７００
ｍｍの面に平行にできている。また、図５（ｂ）に示す
ように、コンクリート１１内に、直径が１３ｍｍの鉄筋
１２ａ（配力筋）が、ひび割れ１３に平行となるように
埋められており、鉄筋１２ａ同士の間隔は、ひび割れ１
３と垂直の方向に対して３００ｍｍ、そして深さ方向に
対して２００ｍｍである。更に、直径が１６ｍｍの鉄筋
１２ｂ（主筋）は、ひび割れ１３に垂直となるように埋
められており、鉄筋１２ｂ同士の間隔はひび割れ１３に
平行の方向に対して１５０ｍｍ、そして深さ方向に対し
て２００ｍｍとなっている。これら鉄筋１２ａ及び１２
ｂのうちもっともコンクリート表面に近いものは、深さ
が５０ｍｍである。このコンクリート１１のひび割れ１
３に沿ってｘの位置に、超音波発振センサ６と受信セン
サ７とをひび割れ１３を挟むように配置し、発振センサ
６から出射された超音波を受信センサ７により受信し分
析した。
【００２３】このような、鉄筋コンクリートモデルにお
いて、発信センサ及び受信センサを鉄筋直上においた計
測点（ｘ＝０）での受信波をＣＸ００とし、平面視でひ
び割れに沿って５ｍｍ間隔で移動した計測点での受信波
を、夫々、ＣＸ０５、ＣＸ１０、・・・・・、ＣＸ９０
とした。得られた各受信波をフーリエ変換し、フーリエ
スペクトルを得た。図１乃至４は、得られた受信波及び
そのフーリエスペクトルのうち、ＣＸ０５、ＣＸ３０、
ＣＸ４５及びＣＸ９０並びにそのフーリエスペクトルを
示すグラフ図である。なお、図２（ｂ）中の点線は発振
波のスペクトルを示す。
いて、発信センサ及び受信センサを鉄筋直上においた計
測点（ｘ＝０）での受信波をＣＸ００とし、平面視でひ
び割れに沿って５ｍｍ間隔で移動した計測点での受信波
を、夫々、ＣＸ０５、ＣＸ１０、・・・・・、ＣＸ９０
とした。得られた各受信波をフーリエ変換し、フーリエ
スペクトルを得た。図１乃至４は、得られた受信波及び
そのフーリエスペクトルのうち、ＣＸ０５、ＣＸ３０、
ＣＸ４５及びＣＸ９０並びにそのフーリエスペクトルを
示すグラフ図である。なお、図２（ｂ）中の点線は発振
波のスペクトルを示す。
【００２４】図１（ｂ）に示すように、鉄筋までの距離
が平面視で５ｍｍと、鉄筋に極めて近い点で計測された
ＣＸ０５のフーリエスペクトルにおいては、もっとも強
度が高いピークは２７ｋＨｚ付近に存在し、次に高いピ
ークは、３２ｋＨｚ付近に存在している。また、図２
（ｂ）に示すように、鉄筋までの距離が平面視で３０ｍ
ｍと、鉄筋から少し離れた点で計測されたＣＸ３０のフ
ーリエスペクトルにおいては、もっとも高いピークは、
ＣＸ０５の場合と同様に２７ｋＨｚ付近に存在する。但
し、このピークの３０ｋＨｚ付近に存在するピークに対
する相対的な強度は、ＣＸ０５の場合に比して減少して
いる。更に、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、
鉄筋までの距離が平面視で４５ｍｍと遠い点で計測され
たＣＸ４５及びもっとも遠い点で計測されたＣＸ９０の
フーリエスペクトルにおいては、３０ｋＨｚ付近に存在
するピークがもっとも大きく、２７ｋＨｚ付近のピーク
は、ＣＸ０５及びＣＸ３０に比して極めて減少してい
る。
が平面視で５ｍｍと、鉄筋に極めて近い点で計測された
ＣＸ０５のフーリエスペクトルにおいては、もっとも強
度が高いピークは２７ｋＨｚ付近に存在し、次に高いピ
ークは、３２ｋＨｚ付近に存在している。また、図２
（ｂ）に示すように、鉄筋までの距離が平面視で３０ｍ
ｍと、鉄筋から少し離れた点で計測されたＣＸ３０のフ
ーリエスペクトルにおいては、もっとも高いピークは、
ＣＸ０５の場合と同様に２７ｋＨｚ付近に存在する。但
し、このピークの３０ｋＨｚ付近に存在するピークに対
する相対的な強度は、ＣＸ０５の場合に比して減少して
いる。更に、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、
鉄筋までの距離が平面視で４５ｍｍと遠い点で計測され
たＣＸ４５及びもっとも遠い点で計測されたＣＸ９０の
フーリエスペクトルにおいては、３０ｋＨｚ付近に存在
するピークがもっとも大きく、２７ｋＨｚ付近のピーク
は、ＣＸ０５及びＣＸ３０に比して極めて減少してい
る。
【００２５】上述のように、３０ｋＨｚ付近のスペクト
ルのみ、計測位置が移転しても、そのピーク値及び振動
数が、殆ど変化していない。一方、他の林立するスペク
トルは、その卓越振動数及びスペクトル値が、大きく変
動している。即ち、計測点が鉄筋直上から離れるに従っ
て、この３０ｋＨｚ付近のスペクトルのみが顕著とな
る。
ルのみ、計測位置が移転しても、そのピーク値及び振動
数が、殆ど変化していない。一方、他の林立するスペク
トルは、その卓越振動数及びスペクトル値が、大きく変
動している。即ち、計測点が鉄筋直上から離れるに従っ
て、この３０ｋＨｚ付近のスペクトルのみが顕著とな
る。
【００２６】そこで、例えば図２（ｂ）に示すように、
発振波の支配的振動数付近に林立するスペクトルのう
ち、３０．７ｋＨｚ付近のスペクトルのみを取り出すこ
とができれば、このスペクトルに逆フーリエ変換を実施
することで、理論上、ひび割れ経路波の時系列波を再現
することができる。時系列波が受信センサに到達するの
に要する時間ｔhを、前述の数式１に代入することによ
り、ひび割れ深さｄが求まる。
発振波の支配的振動数付近に林立するスペクトルのう
ち、３０．７ｋＨｚ付近のスペクトルのみを取り出すこ
とができれば、このスペクトルに逆フーリエ変換を実施
することで、理論上、ひび割れ経路波の時系列波を再現
することができる。時系列波が受信センサに到達するの
に要する時間ｔhを、前述の数式１に代入することによ
り、ひび割れ深さｄが求まる。
【００２７】そこで、本願発明者等は、種々実験研究を
した結果、以下のように収斂計算すればよいことを見出
した。先ず、受信波のフーリエスペクトルに対し、図２
（ｂ）に示すように任意の周波数ｆ1以下及びｆ2以上の
部分をカットする。得られたスペクトルに対し逆フーリ
エ変換を施し、時系列波を作成する。次に、得られた時
系列波のフーリエスペクトルを求め、このスペクトルか
ら（ｆ1＋Δｆ1）以下をカットし、更に（ｆ2−Δｆ2）
以上をカットしたスペクトルで時系列波を作成する。次
いで、得られた時系列波のフーリエスペクトルを作成す
る。そして、このフーリエスペクトルの（ｆ1＋２Δ
ｆ1）以下をカットし、更に（ｆ2−２Δｆ2）以上をカ
ットしたスペクトルで時系列波を作成するというよう
に、このような演算を繰り返す。最終的に得られた時系
列波の起生時刻を前述の数式１に代入して、ひび割れ深
さを求める。
した結果、以下のように収斂計算すればよいことを見出
した。先ず、受信波のフーリエスペクトルに対し、図２
（ｂ）に示すように任意の周波数ｆ1以下及びｆ2以上の
部分をカットする。得られたスペクトルに対し逆フーリ
エ変換を施し、時系列波を作成する。次に、得られた時
系列波のフーリエスペクトルを求め、このスペクトルか
ら（ｆ1＋Δｆ1）以下をカットし、更に（ｆ2−Δｆ2）
以上をカットしたスペクトルで時系列波を作成する。次
いで、得られた時系列波のフーリエスペクトルを作成す
る。そして、このフーリエスペクトルの（ｆ1＋２Δ
ｆ1）以下をカットし、更に（ｆ2−２Δｆ2）以上をカ
ットしたスペクトルで時系列波を作成するというよう
に、このような演算を繰り返す。最終的に得られた時系
列波の起生時刻を前述の数式１に代入して、ひび割れ深
さを求める。
【００２８】このような収斂計算によりひび割れ深さを
求める場合に、収斂計算が発散してしまい、解が得られ
ない場合がある。しかしこのような場合においても、受
信重畳波に時系列フィルタを施して、予め鉄筋経路波の
立ち上がり部分の波の振幅を低減した波形を作成するこ
とにより、収斂計算が安定的に収斂するようにして、ひ
び割れ深さを求めることができる。
求める場合に、収斂計算が発散してしまい、解が得られ
ない場合がある。しかしこのような場合においても、受
信重畳波に時系列フィルタを施して、予め鉄筋経路波の
立ち上がり部分の波の振幅を低減した波形を作成するこ
とにより、収斂計算が安定的に収斂するようにして、ひ
び割れ深さを求めることができる。
【００２９】次に、このような鉄筋経路波、ひび割れ経
路波及び他の経路波（例えば、コンクリート底面からの
反射波）の３者の間で卓越振動数が微妙に違うことを利
用して、得られた受信波から鉄筋経路波を削除し、ひび
割れ経路波の起生時刻を実際に計測した結果について説
明する。図５（ａ）に示すモデルにおいて、鉄筋の直上
にセンサを配置して得た受信波をＣ００とし、平面視で
鉄筋から１０ｍｍ離隔した位置に配置したセンサにより
超音波を送受信して得た受信波をＣ１０とし、同じく３
０ｍｍ離れた位置に超音波センサを配置して得た受信波
をＣ３０とした。
路波及び他の経路波（例えば、コンクリート底面からの
反射波）の３者の間で卓越振動数が微妙に違うことを利
用して、得られた受信波から鉄筋経路波を削除し、ひび
割れ経路波の起生時刻を実際に計測した結果について説
明する。図５（ａ）に示すモデルにおいて、鉄筋の直上
にセンサを配置して得た受信波をＣ００とし、平面視で
鉄筋から１０ｍｍ離隔した位置に配置したセンサにより
超音波を送受信して得た受信波をＣ１０とし、同じく３
０ｍｍ離れた位置に超音波センサを配置して得た受信波
をＣ３０とした。
【００３０】図６はＣ００のフーリエスペクトルを示
す。このスペクトルにｆ1＝２４ｋＨｚ、ｆ2＝３７ｋＨ
ｚ、Δｆ1＝５００Ｈｚ及びΔｆ2＝５０Ｈｚを適用して
収斂計算した。
す。このスペクトルにｆ1＝２４ｋＨｚ、ｆ2＝３７ｋＨ
ｚ、Δｆ1＝５００Ｈｚ及びΔｆ2＝５０Ｈｚを適用して
収斂計算した。
【００３１】このＣ００の原波形を図７（ａ）に、ま
た、収斂波形を図７（ｂ）に示す。図８はこの収斂の経
過を示す。図８の収斂波形には、収斂の過程で定常波が
重畳されるので、これを取り除いてＣ００の原波形と比
較することにより、収斂波形が得られる。この場合のひ
び割れ経路波の起生時刻はｔ＝１００μ秒となり、ひび
割れ深さｄは実験で得られたコンクリートの音速３．８
８ｍｍ／μ秒を使用して、下記数式２により求められ
る。
た、収斂波形を図７（ｂ）に示す。図８はこの収斂の経
過を示す。図８の収斂波形には、収斂の過程で定常波が
重畳されるので、これを取り除いてＣ００の原波形と比
較することにより、収斂波形が得られる。この場合のひ
び割れ経路波の起生時刻はｔ＝１００μ秒となり、ひび
割れ深さｄは実験で得られたコンクリートの音速３．８
８ｍｍ／μ秒を使用して、下記数式２により求められ
る。
【００３２】
【数２】ｄ＝３．８８×１００／２＝１９４ｍｍ
【００３３】数２より得られたひび割れ深さｄは、実際
のひび深さ１９５ｍｍに０．５％の誤差で一致した。
のひび深さ１９５ｍｍに０．５％の誤差で一致した。
【００３４】次に、Ｃ１０波による収斂結果について説
明する。図９はこのＣ１０波のフーリエスペクトルを示
す。このスペクトルにｆ1＝２４ｋＨｚ、ｆ2＝３５ｋＨ
ｚ、Δｆ1＝５００Ｈｚ及びΔｆ2＝１００Ｈｚを適用し
て収斂させた収斂計算の過程を図１１に示す。また、そ
の原波形を図１０（ａ）に示し、定常波成分を削除した
収斂波形を図１０（ｂ）に示す。この場合に、ひび割れ
深さｄは３．８８×１０６／２＝２０５．６ｍｍとな
り、その誤差は５．４％であった。
明する。図９はこのＣ１０波のフーリエスペクトルを示
す。このスペクトルにｆ1＝２４ｋＨｚ、ｆ2＝３５ｋＨ
ｚ、Δｆ1＝５００Ｈｚ及びΔｆ2＝１００Ｈｚを適用し
て収斂させた収斂計算の過程を図１１に示す。また、そ
の原波形を図１０（ａ）に示し、定常波成分を削除した
収斂波形を図１０（ｂ）に示す。この場合に、ひび割れ
深さｄは３．８８×１０６／２＝２０５．６ｍｍとな
り、その誤差は５．４％であった。
【００３５】図１２乃至１４はＣ３０波による収斂結果
を示す。図１２はフーリエスペクトルであり、ｆ1＝２
４ｋＨｚ、ｆ2＝４０ｋＨｚ、Δｆ1＝５００Ｈｚ及びΔ
ｆ2＝０Ｈｚを適用した収斂の過程を図１４に示す。ま
た、図１３（ａ）は原波形を示し、図１３（ｂ）は定常
波成分を削除した収斂波形を示す。この場合には、ひび
割れ深さｄは、３．８８×１０５／２＝２０３．７ｍｍ
となり、誤差は４．５％であった。
を示す。図１２はフーリエスペクトルであり、ｆ1＝２
４ｋＨｚ、ｆ2＝４０ｋＨｚ、Δｆ1＝５００Ｈｚ及びΔ
ｆ2＝０Ｈｚを適用した収斂の過程を図１４に示す。ま
た、図１３（ａ）は原波形を示し、図１３（ｂ）は定常
波成分を削除した収斂波形を示す。この場合には、ひび
割れ深さｄは、３．８８×１０５／２＝２０３．７ｍｍ
となり、誤差は４．５％であった。
【００３６】同様に図５に示すモデルにおいて、他の位
置にセンサを設置した場合のひび割れ深さの計測値と、
図１５に示すモデルにおいて、種々の位置にセンサを設
置してひび割れ深さを計測した結果について説明する。
置にセンサを設置した場合のひび割れ深さの計測値と、
図１５に示すモデルにおいて、種々の位置にセンサを設
置してひび割れ深さを計測した結果について説明する。
【００３７】下記表１はその計測結果を示すものであ
る。
る。
【００３８】
【表１】
【００３９】但し、例えば、Ｂ６０というのは、図１５
に示すモデルにおいて、平面視で鉄筋とセンサとの間の
距離が６０ｍｍであったことを意味している。
に示すモデルにおいて、平面視で鉄筋とセンサとの間の
距離が６０ｍｍであったことを意味している。
【００４０】この表１に示すように、図５に示すモデル
の場合には収斂している。しかし、図１５に示すモデル
の場合には、Δｆ1＝３０Ｈｚ及びΔｆ2＝５０Ｈｚとし
て、収斂計算したものの、解が発散してしまった。
の場合には収斂している。しかし、図１５に示すモデル
の場合には、Δｆ1＝３０Ｈｚ及びΔｆ2＝５０Ｈｚとし
て、収斂計算したものの、解が発散してしまった。
【００４１】このように、解が発散する場合には、時系
列波をフィルタ処理することにより、収斂させることが
できる。図１６（ａ）は受信波の時系列波であり、同図
中に破線にて示すような特性のフィルタ（周期８００μ
秒）を設けて、鉄筋経路波の立ち上がりの振幅を強制的
に低減する。そうすると、フィルタリング後の波形は、
図１６（ｂ）に示すようになる。このフィルタをかけた
時系列波に対して、収斂計算を実施すると、図１６
（ｃ）に示すように、ひび割れ経路波の起生時刻を求め
ることができる。上記表１に示すように、得られた各受
信波の起生時刻は１９０乃至２００μ秒であった。この
起生時刻から求めたひび割れ深さｄは、３６８乃至３８
８ｍｍであり、実際の深さである４００ｍｍに極めて近
い値を得ることができた。なお、このフィルタの周波数
は上記実施例のものに限らないことは勿論である。
列波をフィルタ処理することにより、収斂させることが
できる。図１６（ａ）は受信波の時系列波であり、同図
中に破線にて示すような特性のフィルタ（周期８００μ
秒）を設けて、鉄筋経路波の立ち上がりの振幅を強制的
に低減する。そうすると、フィルタリング後の波形は、
図１６（ｂ）に示すようになる。このフィルタをかけた
時系列波に対して、収斂計算を実施すると、図１６
（ｃ）に示すように、ひび割れ経路波の起生時刻を求め
ることができる。上記表１に示すように、得られた各受
信波の起生時刻は１９０乃至２００μ秒であった。この
起生時刻から求めたひび割れ深さｄは、３６８乃至３８
８ｍｍであり、実際の深さである４００ｍｍに極めて近
い値を得ることができた。なお、このフィルタの周波数
は上記実施例のものに限らないことは勿論である。
【００４２】このように、フーリエ変換及び逆フーリエ
変換を使用して収斂計算することにより、ひび割れ経路
波の起生時刻を求めることができるので、ひび割れ深さ
ｄを求めることができる。また、収斂計算が発散する場
合は、フィルタ処理することにより、ひび割れ深さｄを
求めることができる。
変換を使用して収斂計算することにより、ひび割れ経路
波の起生時刻を求めることができるので、ひび割れ深さ
ｄを求めることができる。また、収斂計算が発散する場
合は、フィルタ処理することにより、ひび割れ深さｄを
求めることができる。
【００４３】なお、これらのひび割れ計測に使用する装
置は、１対の発信センサ及び受信センサと、その受信波
を解析する演算部と、超音波発信器とを有する。このう
ち、演算部と、超音波発信器等を制御する制御部とはパ
ーソナルコンピュータ等により構成することができる。
即ち、受信センサからの受信波の検出信号をパーソナル
コンピュータ内に入力するためのＡ／Ｄ変換ボードと、
受信波形を解析するディジタルシグナルプロセッサとを
パーソナルコンピュータに設置し、これと超音波発信セ
ンサ及び受信センサとを接続すればよい。パーソナルコ
ンピュータとしては、可搬型のものを使用できるので、
現場で迅速にひび割れ深さを計測できる。
置は、１対の発信センサ及び受信センサと、その受信波
を解析する演算部と、超音波発信器とを有する。このう
ち、演算部と、超音波発信器等を制御する制御部とはパ
ーソナルコンピュータ等により構成することができる。
即ち、受信センサからの受信波の検出信号をパーソナル
コンピュータ内に入力するためのＡ／Ｄ変換ボードと、
受信波形を解析するディジタルシグナルプロセッサとを
パーソナルコンピュータに設置し、これと超音波発信セ
ンサ及び受信センサとを接続すればよい。パーソナルコ
ンピュータとしては、可搬型のものを使用できるので、
現場で迅速にひび割れ深さを計測できる。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
１対の発振センサ及び受信センサを使用して簡便な装置
で容易にひび割れ深さを高精度で検出することができ
る。しかも、鉄筋の影響を排除できるので、鉄筋が密に
配置されたコンクリートにおいても、高精度でひび割れ
深さを検出することができる。このため、本発明はこの
種のコンクリート構造物の劣化状況の把握に多大の貢献
をなす。
１対の発振センサ及び受信センサを使用して簡便な装置
で容易にひび割れ深さを高精度で検出することができ
る。しかも、鉄筋の影響を排除できるので、鉄筋が密に
配置されたコンクリートにおいても、高精度でひび割れ
深さを検出することができる。このため、本発明はこの
種のコンクリート構造物の劣化状況の把握に多大の貢献
をなす。
【図１】（ａ）はＣＸ０５受信波、（ｂ）はＣＸ０５受
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
【図２】（ａ）はＣＸ３０受信波、（ｂ）はＣＸ３０受
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
【図３】（ａ）はＣＸ４５受信波、（ｂ）はＣＸ４５受
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
【図４】（ａ）はＣＸ９０受信波、（ｂ）はＣＸ９０受
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
信波のフーリエスペクトルを示すグラフ図である。
【図５】本発明の効果を実証するためのコンクリートモ
デルを示す模式図である。
デルを示す模式図である。
【図６】Ｃ００受信波のフーリエスペクトルを示すグラ
フ図である。
フ図である。
【図７】Ｃ００受信波の原波形及び収斂波形を示すグラ
フ図である。
フ図である。
【図８】Ｃ００受信波の収斂状況を示すグラフ図であ
る。
る。
【図９】Ｃ１０受信波のフーリエスペクトルを示すグラ
フ図である。
フ図である。
【図１０】Ｃ１０受信波の原波形及び収斂波形を示すグ
ラフ図である。
ラフ図である。
【図１１】Ｃ１０受信波の収斂状況を示すグラフ図であ
る。
る。
【図１２】Ｃ３０受信波のフーリエスペクトルを示すグ
ラフ図である。
ラフ図である。
【図１３】Ｃ３０受信波の原波形及び収斂波形を示すグ
ラフ図である。
ラフ図である。
【図１４】Ｃ３０受信波の収斂状況を示すグラフ図であ
る。
る。
【図１５】本発明の効果を実証するための他のコンクリ
ートモデルを示す模式図である。
ートモデルを示す模式図である。
【図１６】このモデルにおけるフィルタリングによる収
斂状況を示すグラフ図である。
斂状況を示すグラフ図である。
【図１７】従来の近距離迂回波法によるひび割れ深さの
測定方法を示す模式図である。
測定方法を示す模式図である。
【図１８】同じくその受信波形を示す図である。
１，１１；コンクリート ２，１２ａ，１２ｂ；鉄筋 ３、１３；ひび割れ ４；鉄筋経路 ５；ひび割れ経路 ６；発振センサ ７；受信センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田谷 公道 東京都文京区本郷三丁目５番５号 株式会 社インペリアルコンサルタント内
Claims (3)
- 【請求項１】 鉄筋コンクリート構造物のひび割れを挟
んで１対の超音波発振センサ及び超音波受信センサを配
置し、超音波発振センサからの超音波を対応する超音波
受信センサにより受信し、受信波から所定の周波数範囲
の信号を選別し、この信号を逆フーリエ変換し、この周
波数選別及び逆フーリエ変換を１又は複数回繰り返して
収斂させ、ひび割れを経由してきた超音波の起生時刻を
検出することを特徴とする鉄筋コンクリート構造物のひ
び割れ深さの計測法。 - 【請求項２】 前記受信波にサインカーブのフィルタを
かけることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリ
ート構造物のひび割れ深さの計測法。 - 【請求項３】 １対の超音波発振センサ及び超音波受信
センサと、この受信センサの受信波から所定の周波数の
信号を選別し、この信号を逆フーリエ変換し、この周波
数選別及び逆フーリエ変換を１又は複数回繰り返して収
斂させ、ひび割れを経由してきた超音波の起生時刻を検
出する信号処理部とを有することを特徴とする鉄筋コン
クリート構造物のひび割れ深さの計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7255415A JPH08220074A (ja) | 1994-12-13 | 1995-10-02 | 鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さの計測法及び装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6-309322 | 1994-12-13 | ||
| JP30932294 | 1994-12-13 | ||
| JP7255415A JPH08220074A (ja) | 1994-12-13 | 1995-10-02 | 鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さの計測法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220074A true JPH08220074A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=26542197
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7255415A Pending JPH08220074A (ja) | 1994-12-13 | 1995-10-02 | 鉄筋コンクリート構造物のひび割れ深さの計測法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220074A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006054330A1 (ja) * | 2004-11-16 | 2006-05-26 | H & B System Co., Ltd. | 共振現象を利用した超音波探査方法およびその装置 |
| WO2007132509A1 (ja) * | 2006-05-12 | 2007-11-22 | H & B System Co., Ltd. | 共振現象を利用した超音波探査方法 |
| JP2011013177A (ja) * | 2009-07-06 | 2011-01-20 | H & B Solution:Kk | アンカボルトの形状探査方法およびその装置 |
| JP2011013150A (ja) * | 2009-07-03 | 2011-01-20 | Okumura Corp | コンクリート構造物のひび割れ状態計測方法およびその装置 |
| CN104131584A (zh) * | 2014-06-04 | 2014-11-05 | 杨燕军 | 带有电子罗盘的地下连续墙成槽质量检测装置及其方法 |
| CN104165931A (zh) * | 2014-07-25 | 2014-11-26 | 河海大学 | 一种基于小波变换的桥梁呼吸式裂纹的检测方法 |
| CN112414338A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-26 | 山东大学 | 一种tbm搭载的护盾围岩变形监测系统与方法 |
| CN113075298A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-06 | 重庆交通大学 | 一种基于激光超声技术的混凝土微裂缝检测方法 |
-
1995
- 1995-10-02 JP JP7255415A patent/JPH08220074A/ja active Pending
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2006054330A1 (ja) * | 2004-11-16 | 2008-09-18 | 株式会社エッチアンドビーシステム | 共振現象を利用した超音波探査方法およびその装置 |
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