JPWO2020044565A1 - 診断装置、診断方法、及びプログラム - Google Patents

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Abstract

構造物２０に設けられた複数のセンサ２１から、構造物２０に発生する振動を表す振動情報を取得し、振動情報を用いて固有振動モード形状を表す固有振動モード情報を生成する生成部２と、構造物２０に対して振動を与えた回数と、振動を与えた場合に正常な固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な固有振動モード形状の発生率を算出する発生率算出部３と、発生率と基準値とに基づいて、構造物に対する補修補強効果の有無を診断する診断部４と、を有する診断装置１である。

Description

本発明は、構造物の診断に用いられる診断装置、診断方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
近年、橋梁の老朽化が社会的問題となっており、老朽化した橋梁に対して補修工事、補強工事が実施されている。そして、橋梁に対してそれらの工事を実施した場合、実施した工事により橋梁に補修補強による効果が現れているか否かを診断することが重要である。
関連する技術として、特許文献１には、精度よく橋脚の健全度を評価する健全性評価装置が開示されている。開示された健全性評価装置によれば、橋梁又は高架橋を車両が通過する場合、橋軸方向の加速度振幅と、橋軸方向と直交な橋軸直角方向の加速度振幅とを取得する。そして、その健全性評価装置は、橋軸直角方向の加速度振幅の最大値を、橋軸方向の加速度振幅の最大値で除して、加速度振幅比を算出し、加速度振幅比を用いて橋脚の健全性を診断する。
また、特許文献２には、橋脚の強度劣化を診断に利用できる信号処理方法が開示されている。開示された信号処理方法によれば、橋脚の振動により発生した信号を用いて固有振動数を算出し、固有振動数と基準値との比較に基づいて、強度劣化を診断する。
また、特許文献３には、構造物の地震対策の効果を判定する対策効果判定装置が開示されている。開示された対策効果判定装置によれば、対策前後の構造物の常時微動より得られた常時微動に関する時間領域のデータそれぞれをスペクトル変換し、変換したスペクトルを用いてスペクトル比を算出する。そして、スペクトル比と振動数との関係を用いて、補修補強対策効果があるか否かを診断する。
また、非特許文献１には、橋梁に対する補修補強に対する効果を診断する方法が提案されている。非特許文献１によれば、橋梁のコンクリート床版の補修補強に対する診断をする方法として、たわみ量（変位量）計測などを用いる。
特開２０１５−０７８５５４号公報 特開２００７−２７０５５２号公報 特開平１０−２５３４９１号公報
市川友範、外四名、「内部に水平ひび割れを有する道路橋床版の補修・補強とその効果」、道路橋床版シンポジウム論文報告集、２０１２年６月、ｐ．１１１−１１７
しかしながら、特許文献１においては、加速度振幅比を用いて、橋梁に対する健全性の診断をしている。また、特許文献２においては、固有振動数を用いて、橋梁に対する強度劣化の診断をしている。また、特許文献３においては、スペクトル比と振動数との関係を用いて、構造物に対する補修補強の診断をしている。そのため、剛性が大きい構造物である橋梁などの場合、特許文献１から３を用いても、補修補強に対する診断を精度よく行うことができない。
また、非特許文献１についても同様に、たわみ量計測は、たわみ量が小さい橋梁においては、精度よく診断を行うことができない。すなわち、剛性が大きい構造物である橋梁などの場合、すなわちたわみ量が小さい場合、補修補強に対する診断を精度よく行うことができない。
本発明の目的の一例は、構造物の診断を精度よく行う診断装置、診断方法、及びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一側面における診断装置は、
構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生する振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を表す固有振動モード情報を生成する、生成部と、
前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な前記固有振動モード形状の発生率を算出する、発生率算出部と、
前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、診断部と、
を有することを特徴とする。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における診断方法は、
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を有することを特徴とする。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、
コンピュータに、
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を実行させるプログラムを記録していることを特徴とする。
以上のように本発明によれば、構造物の診断を精度よく行うことができる。
図１は、診断装置の一例を示す図である。 図２は、診断装置を有するシステムの一例を示す図である。 図３は、センサが計測した加速度の一例を示す図である。 図４は、加速度を時間領域から周波数領域に変換したことを示す図である。 図５は、固有振動モード形状の一例を示す図である。 図６は、診断装置の動作の一例を示す図である。 図７は、診断装置の動作の一例を示す図である。 図８は、診断装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
（実施の形態）
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を参照しながら説明する。
［装置構成］
最初に、図１を用いて、本実施の形態における診断装置１の構成について説明する。図１は、診断装置１の一例を示す図である。
図１に示す診断装置１は、構造物の診断を精度よく行うための装置である。また、図１に示すように、診断装置１は、生成部２と、発生率算出部３と、診断部４とを有する。
このうち、生成部２は、構造物に設けられた複数のセンサから、構造物に発生する振動を表す振動情報を取得し、振動情報を用いて固有振動モード形状を表す固有振動モード情報を生成する。なお、構造物は、少なくとも砂、水、セメントを用いて凝固させた硬化物（コンクリート、又はモルタルなど）、又は金属、又はそれらを用いて構築された構造物である。また、構造物は、建築物全体、又はその一部である。更に、構造物は、機械類の全体、又はその一部である。
発生率算出部３は、構造物に対して振動を与えた回数と、振動を与えた場合に正常な固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な固有振動モード形状の発生率を算出する。なお、固有振動モードは、例えば、一次振動モードなどを用いることが望ましい。
診断部４は、発生率と基準値とに基づいて、構造物に対する補修補強効果の有無を診断する。具体的には、あらかじめ構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を基準値とし、基準値と実施した後に算出した発生率とに基づいて、構造物の補修補強効果の有無を診断する。
このように、本実施の形態においては、固有振動モード形状を用いて算出した発生率を用いて、構造物に対する補修補強効果の有無を診断できるので、構造物の剛性が大きい場合でも、構造物に対する補修補強効果を精度よく診断できる。そのため、特許文献１から３、非特許文献１に開示された装置より、構造物の診断を精度よく行うことができる。
［システム構成］
続いて、図２、図３、図４、図５を用いて、本実施の形態における診断装置１についてより具体的に説明する。図２は、診断装置を有するシステムの一例を示す図である。図３は、センサが計測した加速度の一例を示す図である。図４は、加速度を時間領域から周波数領域に変換したことを示す図である。図５は、固有振動モード形状の一例を示す図である。
図２に示すように、本実施の形態におけるシステムは、生成部２、発生率算出部３、診断部４に加えて、複数のセンサ２１（２１ａから２１ｎ）と、収集部２２とを有する。なお、生成部２は、区間設定部２３と、抽出部２４と、モード形状生成部２５とを有する。
図２に示すシステムでは、例えば、構造物２０（床版）上を、進入側から退出側へ、複数回、車両３０を走行させて、構造物２０に対して複数回の振動を与える。また、図２の例では、車両３０が継ぎ目Ｐを通過することで、継ぎ目Ｐを支点として、構造物２０に衝撃が加わり、構造物２０が振動をする。
構造物２０は、図２の例では、多径間構造橋梁の床版である。ただし、構造物２０は構成する部材は、床版に限らない。また、車両３０は、構造物２０に対して振動を与えるため用いられるための装置である。ただし、振動を与える装置は、車両３０に限らない。例えば、振動を与える装置は、あらかじめ準備した起振機でもよい。又は、あらかじめ準備した錘を落下させることで、振動を与えてもよい。ただし、上述した方法に限定されるものではない。
センサ２１は、構造物２０に取り付けられ、構造物２０の少なくとも振動の大きさを計測し、計測した振動の大きさを示す振動情報を有する信号を診断装置１へ送信する。例えば、三軸加速度センサ、ファイバセンサなどを用いることが考えられる。
具体的には、図２に示すように、構造物２０に取り付けられた複数のセンサ２１それぞれは、取り付けられた位置において加速度を計測する。続いて、複数のセンサ２１それぞれは、計測した加速度を示す振動情報を有する信号を、診断装置１へ送信する。なお、センサ２１それぞれと診断装置１とのやり取りには、有線通信又は無線通信などを用いる。また、振動情報は、例えば、加速度と、加速度を計測した日時とを関連付けた情報である。
収集部２２は、構造物２０に取り付けられた複数のセンサ２１それぞれから、有線通信又は無線通信などを用いて送信された振動情報を受信する。その後、収集部２２は、収集した振動情報を、生成部２へ出力する。
生成部２は、センサ２１それぞれから収集した振動情報それぞれに対して減衰自由振動区間を設定する。そして、生成部２は、それら設定した減衰自由振動区間における振幅情報を時間領域から周波数領域に変換する。その後、生成部２は、変換した減衰自由振動区間における周波数ごとの振幅のうち、振幅が最大値となる周波数の振幅・位相情報を用いて、固有振動モード形状を表す固有振動モード情報を生成する。
具体的には、生成部２が有する区間設定部２３は、まず、収集部２２から、センサ２１ａから２１ｎそれぞれが計測した加速度を表す振動情報を取得する。続いて、区間設定部２３は、センサ２１ｎが計測した加速度が閾値Ｔｈを超えたか否かを判定する。区間設定部２３は、加速度が閾値Ｔｈを超えている場合、加速度が閾値Ｔｈを超えた時点（開始日時ｔｓ）から、所定時間経過した時点（終了日時ｔｅ）までの時間に含まれる区間を減衰自由振動区間ｔｄとする。続いて、区間設定部２３は、センサ２１ａから２１ｍそれぞれが計測した振動情報に対しても、減衰自由振動区間ｔｄを設定する。
図３に示す波形がセンサ２１ｎにより計測された波形である場合、加速度が閾値Ｔｈを超えた時点（開始日時ｔｓ）から所定時間経過した時点（終了日時ｔｅ）までの時間内に減衰自由振動区間ｔｄを設定する。また、区間設定部２３は、センサ２１ａから２１ｍそれぞれが計測した振動情報に対しても、減衰自由振動区間ｔｄを設定する。
次に、生成部２が有する抽出部２４は、センサ２１ａから２１ｎそれぞれに対して設定した減衰自由振動区間において、振幅情報（加速度）を時間領域から周波数領域に変換（例えば、フーリエ変換など）する。そして、抽出部２４は、センサ２１ａから２１ｎそれぞれに対して、振幅が所定値以上となる周波数を抽出する。
図４に示す波形が、センサ２１ａから２１ｎのいずれかに対応する減衰自由振動区間の振幅を周波数領域に変換した波形である場合、振幅が最大値となる周波数ｆ１±αを抽出する。周波数ｆ１から所定周波数αずれていても、所定周波数αを計測誤差などとして周波数ｆ１と見做すことができる。抽出する周波数ｆ１は、例えば、振幅が最大値となる周波数であることが望ましいが、最大値に対応する周波数でなくてもよい。
次に、生成部２が有するモード形状生成部２５は、センサ２１ａから２１ｎそれぞれついて抽出した周波数ｆ１に対して、抽出した周波数ｆ１に関係する振幅・位相情報を用いて、固有振動モード形状を生成する。例えば、図５に示すような、センサ２１ａから２１ｎに対応する固有振動モード形状を生成する。
発生率算出部３は、構造物２０に対して振動を与えた回数と、振動に対して正常な固有振動モード形状が発生した回数とを用いて、固有振動モード形状の発生率を算出する。具体的には、発生率算出部３は、まず、生成した固有振動モード形状が、あらかじめ設定されている基準となる固有振動モード形状に類似しているか否かを判定する。
発生率算出部３は、生成した固有振動モード形状が、基準となる固有振動モード形状に類似している場合、固有振動モードが発生したものとする。ここで、あらかじめ設定されている基準となる固有振動モード形状に類似しているとは、例えば、図５に示す閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２との間（破線間）に、固有振動モード形状が含まれている場合などである。
又は、あらかじめ設定されている基準となる固有振動モード形状に類似しているとは、例えば、基準となる固有振動モード形状と生成した固有振動モード形状とのＭＡＣ（Modal Assurance Criteria）が、あらかじめ決められた閾値より大きい場合である。ただし、上述した方法に限定されるものではない。
続いて、発生率算出部３は、構造物２０上を車両３０が走行した回数Ｎ（振動を与えた回数）と、振動に対して固有振動モード形状が発生した回数Ｍとを用いて、固有振動モード形状の発生率（Ｍ／Ｎ×１００［％］）を算出する。なお、発生率は、比率（Ｍ／Ｎ）などでもよい。
診断部４は、あらかじめ構造物２０に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を基準値とし、当該基準値と構造物２０に対して補修補強を実施した後に算出した発生率とに基づいて、構造物２０の補修補強効果の有無を診断する。具体的には、診断部４は、固有振動モード形状の発生率が、基準値より大きくなれば、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。
理由は、構造物２０に対して補修補強を実施する前は、構造物２０が異常状態であるため、基準となる固有振動モード形状が発生しにくいため、固有振動モード形状の発生率が小さくなる。それに対して、構造物２０に対して補修補強を実施した後は、構造物２０が正常状態であるため、固有振動モード形状の発生率が大きくなるためである。
［装置動作］
次に、本発明の実施の形態における診断装置１の動作について図６、図７を用いて説明する。図６、図７は、診断装置の動作の一例を示す図である。以下の説明においては、適宜図２から図５を参酌する。また、本実施の形態では、診断装置１を動作させることによって、診断方法が実施される。よって、本実施の形態における診断方法の説明は、以下の診断装置１の動作説明に代える。
図６に示すように、収集部２２は、構造物２０に設けられた複数のセンサ２１（２１ａから２１ｎ）から、構造物２０に発生した振動（例えば、加速度など）を表す振動情報を受信する（ステップＡ１）。
続いて、生成部２は、収集した振動情報を用いて、センサ２１それぞれについて減衰自由振動区間を設定する。そして、生成部２は、それら設定した減衰自由振動区間における振幅情報を、時間領域から周波数領域に変換する。その後、生成部２は、減衰自由振動区間における周波数ごとの振幅のうち、振幅が所定値以上となる周波数を抽出し、抽出した周波数に関係する振幅・位相情報を用いて、固有振動モード形状を生成する（ステップＡ２）。ステップＡ２の詳細については、図７を用いて後述する。
ステップＡ２の処理について詳細に説明する。
図７における、ステップＢ１において、区間設定部２３は、構造物２０に設けられている退出側センサ２１ｎの振幅情報を用いて、開始日時を特定する。具体的には、図３に示すように、区間設定部２３は、退出側センサ２１ｎが計測した加速度が閾値Ｔｈを超えたか否かを判定する。
ステップＢ２において、区間設定部２３は、加速度が閾値Ｔｈを超えていた場合、加速度が閾値Ｔｈを超えた時点（開始日時ｔｓ）から所定時間経過した時点（終了日時ｔｅ）に含まれる時間を、減衰自由振動区間ｔｄとする。例えば、図３に示す波形がセンサ２１ｎにより計測された波形である場合、加速度が閾値Ｔｈを超えた開始日時ｔｓ以降から終了日時ｔｅまでの時間において、減衰自由振動区間を設定する。更に、区間設定部２３は、センサ２１ａから２１ｍそれぞれに対しても、減衰自由振動区間を設定する。
ステップＢ３において、抽出部２４は、センサ２１ａから２１ｎそれぞれに対して設定した減衰自由振動区間において、振幅情報（加速度）を時間領域から周波数領域に変換する。続いて、ステップＢ４において、抽出部２４は、センサ２１ａから２１ｎそれぞれについて振幅が所定値以上となる周波数を抽出する。例えば、図４に示すように、波形がセンサ２１ａから２１ｎのいずれかに対応する場合、振幅が最大値となる周波数ｆ１を抽出する。
ステップＢ５において、モード形状生成部２５は、センサ２１ａから２１ｎそれぞれについて抽出した周波数に対して、抽出した周波数の振幅・位相情報を用いて、固有振動モード形状を生成する。例えば、図５に示すような、センサ２１ａから２１ｎに対応する固有振動モード形状を生成する。
次に、生成部２は、構造物２０に所定回数Ｍの振動を与えたか否かを判定する。所定回数Ｍの振動が与えられた場合（ステップＡ３：Ｙｅｓ）、ステップＡ４の処理に移行する（ステップＡ３）。生成部２は、所定回数Ｍの振動がまだ与えられていない場合（ステップＡ３：Ｎｏ）、ステップＡ１の処理に移行する（ステップＡ３）。
次に、発生率算出部３は、構造物２０に対して振動を与えた回数Ｍと、振動を与えた場合に正常な固有振動モード形状が生成された回数Ｎとに基づいて、固有振動モード形状の発生率を算出する（ステップＡ４）。
ステップＡ４の処理について具体的に説明する。
ステップＡ４において、発生率算出部３は、まず、生成した固有振動モード形状が、あらかじめ設定されている基準となる固有振動モード形状に類似しているか否かを判定する。
続いて、発生率算出部３は、生成した固有振動モード形状が、基準となる固有振動モード形状に類似している場合、固有振動モードが発生したものとする。例えば、図５に示すあらかじめ設定した、閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２との間（破線間）に、固有振動モード形状が含まれている場合などである。
続いて、発生率算出部３は、構造物２０上を車両３０が走行した回数Ｎ（振動を与えた回数）と、振動に対して固有振動モード形状が発生した回数Ｍとを用いて、固有振動モード形状の発生率（Ｍ／Ｎ×１００［％］）を算出する。なお、発生率は、比率（Ｍ／Ｎ）などでもよい。
次に、診断部４は、あらかじめ構造物２０に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を基準値とし、基準値と構造物２０に対して補修補強を実施した後に算出した発生率とに基づいて、構造物２０の補修補強効果の有無を診断する（ステップＡ５）。
具体的には、診断部４は、固有振動モード形状の発生率が、基準値より大きくなれば、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。例えば、診断部４は、正常な固有振動モード形状の発生率１００［％］で、基準値が６５［％］であれば、発生率１００［％］は基準値６５［％］より大きいので、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。
［変形例１］
変形例１について説明する。変形例１では、構造物２０に構造が類似した他の構造物について、他の構造物に対して補修補強を実施する前の算出した発生率を基準値とする。診断部４は、当該基準値と構造物２０に対して補修補強を実施した後に算出した発生率とに基づいて、構造物２０の補修補強効果の有無を診断する。具体的には、診断部４は、正常な固有振動モード形状の発生率が、基準値よりも大きくなれば、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。
診断ができる理由は、構造物２０に構造が類似した補修補強を実施する前の他の構造物は、異常状態であるため、基準となる固有振動モード形状になり難いため、正常な固有振動モード形状の発生率が小さいくなる。それに対して、構造物２０に対して補修補強を実施した後は、構造物２０が正常状態であるため、正常な固有振動モード形状の発生率が大きくなるためである。
［変形例２］
変形例２について説明する。変形例２では、診断部４は、構造物２０が完成した当初の発生率を基準値とし、当該基準値と、補修補強を実施した後に算出した発生率とに基づいて、構造物２０の補修補強効果の有無を診断する。具体的には、診断部４は、正常な固有振動モード形状の発生率が、基準値と同じ値又は近い値であれば、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。
診断ができる理由は、構造物２０が完成した当初の発生率と、構造物２０に対して補修補強を実施した後の正常な固有振動モード形状の発生率とは、同じ又は近い値となるためである。
［本実施の形態の効果］
以上のように本実施の形態によれば、固有振動モード形状を用いて算出した発生率を用いて、構造物に対する補修補強効果の有無を診断できるので、構造物の剛性が大きい場合でも、構造物に対する補修補強効果を精度よく診断できる。
また、構造物が橋梁である場合、加速度振幅比、固有振動数、スペクトル比と振動数との関係、たわみ量を用いても、補修補強効果を精度よく診断を行うことができないが、剛性が大きく、たわみ量が小さくても、橋梁の補修補強に対する診断を精度よく行うことができる。
また、構造物が橋梁である場合、その橋梁の形式に寄らず、本実施の形態に示した診断を適用可能である。具体的には、桁橋、吊橋、トラス橋、ラーメン橋などへ適用できる。
また、構造物が橋梁である場合、その橋梁の使用材料に寄らず、本実施の形態に示した診断を適用可能である。具体的には、鋼橋、ＲＣ橋、ＰＣ橋などへ適用できる。
また、構造物が橋梁である場合、その橋梁の主桁の種類に寄らず、本実施の形態に示した診断を適用可能である。具体的には、Ｔ桁橋、箱桁橋、Ｉ桁橋などへ適用できる。
また、構造物に対する補修補強効果を精度よく診断できるので、構造物に対する補修補強工事を合理化できるとともに、高度化することがでる。
［プログラム］
本発明の実施の形態におけるプログラムは、コンピュータに、図６に示すステップＡ１からＡ５、図７に示すステップＢ１からＢ５、を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施の形態における診断装置と診断方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、生成部２（区間設定部２３、抽出部２４、モード形状生成部２５）、発生率算出部３、診断部４として機能し、処理を行なう。
また、本実施の形態におけるプログラムは、複数のコンピュータによって構築されたコンピュータシステムによって実行されてもよい。この場合は、例えば、各コンピュータが、それぞれ、生成部２（区間設定部２３、抽出部２４、モード形状生成部２５）、発生率算出部３、診断部４のいずれかとして機能してもよい。
［物理構成］
ここで、実施の形態におけるプログラムを実行することによって、診断装置１を実現するコンピュータについて図８を用いて説明する。図８は、本発明の実施の形態における診断装置１を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。
図８に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、又はＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、又はＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていてもよい。
ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、本実施の形態におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）等の揮発性の記憶装置である。また、本実施の形態におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、本実施の形態におけるプログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通するものであってもよい。
また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブの他、フラッシュメモリ等の半導体記憶装置があげられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボード及びマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、及びコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。
また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））及びＳＤ（Secure Digital）等の汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）等の磁気記録媒体、又はＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体があげられる。
なお、本実施の形態における診断装置１は、プログラムがインストールされたコンピュータではなく、各部に対応したハードウェアを用いることによっても実現可能である。更に、診断装置１は、一部がプログラムで実現され、残りの部分がハードウェアで実現されていてもよい。
［付記］
以上の実施の形態に関し、更に以下の付記を開示する。上述した実施の形態の一部又は全部は、以下に記載する（付記１）から（付記１５）により表現することができるが、以下の記載に限定されるものではない。
（付記１）
構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生する振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を表す固有振動モード情報を生成する、生成部と、
前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な前記固有振動モード形状の発生率を算出する、発生率算出部と、
前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、診断部と、
を有することを特徴とする診断装置。
（付記２）
付記１に記載の診断装置であって、
前記診断部は、あらかじめ前記構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を前記基準値とし、前記基準値と補修補強を実施した後に算出した前記発生率とに基づいて、補修補強効果の有無を診断する
ことを特徴とする診断装置。
（付記３）
付記１又は２に記載の診断装置であって、
前記固有振動モード形状は一次振動モードである
ことを特徴とする診断装置。
（付記４）
付記１から３のいずれか一つに記載の診断装置であって、
前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
ことを特徴とする診断装置。
（付記５）
付記１から３のいずれか一つに記載の診断装置であって、
前記構造物は橋梁の床版である
ことを特徴とする診断装置。
（付記６）
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を有することを特徴とする診断方法。
（付記７）
付記６に記載の診断方法であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、あらかじめ前記構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を前記基準値とし、前記基準値と補修補強を実施した後に算出した前記発生率とに基づいて、補修補強効果の有無を診断する
ことを特徴とする診断方法。
（付記８）
付記７又は８に記載の診断方法であって、
前記固有振動モード形状は一次振動モードである
ことを特徴とする診断方法。
（付記９）
付記７から９のいずれか一つに記載の診断方法であって、
前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
ことを特徴とする診断方法。
（付記１０）
付記７から９のいずれか一つに記載の診断方法であって、
前記構造物は橋梁の床版である
ことを特徴とする診断方法。
（付記１１）
コンピュータに、
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１２）
付記１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記（ｃ）のステップにおいて、あらかじめ前記構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を前記基準値とし、前記基準値と補修補強を実施した後に算出した前記発生率とに基づいて、補修補強効果の有無を診断する
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１３）
付記１１又は１２に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記固有振動モード形状は一次振動モードである
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１４）
付記１１から１３のいずれか一つに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
（付記１５）
付記１１から１３のいずれか一つに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記構造物は橋梁の床版である
ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
以上のように本発明によれば、構造物の診断を精度よく行うことができる。また、本発明は、構造物の診断を精度よく行う分野において有用である。例えば、構造物が橋梁である場合、その橋梁の形式に寄らず、桁橋、吊橋、トラス橋、ラーメン橋などの診断に有用である。また、橋梁の使用材料に寄らず、鋼橋、ＲＣ橋、ＰＣ橋などの診断に有用である。更に、橋梁の主桁の種類に寄らず、Ｔ桁橋、箱桁橋、Ｉ桁橋などの診断に有用である。
１ 診断装置
２ 生成部
３ 発生率算出部
４ 診断部
２０ 構造物
２１ センサ
２２ 収集部
２３ 区間設定部
２４ 抽出部
２５ モード形状生成部
３０ 車両
１１０ コンピュータ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メインメモリ
１１３ 記憶装置
１１４ 入力インターフェイス
１１５ 表示コントローラ
１１６ データリーダ／ライタ
１１７ 通信インターフェイス
１１８ 入力機器
１１９ ディスプレイ装置
１２０ 記録媒体
１２１ バス
本発明は、構造物の診断に用いられる診断装置、診断方法に関し、更には、これらを実現するためのプログラムに関する。
本発明の目的の一例は、構造物の診断を精度よく行う診断装置、診断方法、及びプログラムを提供することにある。
また、上記目的を達成するため、本発明の一側面における診断方法は、
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を有することを特徴とする。
更に、上記目的を達成するため、本発明の一側面におけるプログラムは、
コンピュータに、
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を実行させることを特徴とする。
発生率算出部３は、構造物に対して振動を与えた回数と、振動を与えた場合に正常な固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な固有振動モード形状の発生率を算出する。なお、固有振動モード形状は、例えば、一次振動モードなどを用いることが望ましい。
発生率算出部３は、生成した固有振動モード形状が、基準となる固有振動モード形状に類似している場合、固有振動モード形状が発生したものとする。ここで、あらかじめ設定されている基準となる固有振動モード形状に類似しているとは、例えば、図５に示す閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２との間（破線間）に、固有振動モード形状が含まれている場合などである。
続いて、発生率算出部３は、構造物２０上を車両３０が走行した回数Ｎ（振動を与えた回数）と、振動に対して固有振動モード形状が発生した回数Ｍとを用いて、正常な固有振動モード形状の発生率（Ｍ／Ｎ×１００［％］）を算出する。なお、発生率は、比率（Ｍ／Ｎ）などでもよい。
診断部４は、あらかじめ構造物２０に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を基準値とし、当該基準値と構造物２０に対して補修補強を実施した後に算出した発生率とに基づいて、構造物２０の補修補強効果の有無を診断する。具体的には、診断部４は、正常な固有振動モード形状の発生率が、基準値より大きくなれば、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。
理由は、構造物２０に対して補修補強を実施する前は、構造物２０が異常状態であるため、基準となる固有振動モード形状が発生しにくいため、正常な固有振動モード形状の発生率が小さくなる。それに対して、構造物２０に対して補修補強を実施した後は、構造物２０が正常状態であるため、正常な固有振動モード形状の発生率が大きくなるためである。
続いて、発生率算出部３は、生成した固有振動モード形状が、基準となる固有振動モード形状に類似している場合、正常な固有振動モード形状が発生したものとする。例えば、図５に示すあらかじめ設定した、閾値Ｔｈ１と閾値Ｔｈ２との間（破線間）に、固有振動モード形状が含まれている場合などである。
続いて、発生率算出部３は、構造物２０上を車両３０が走行した回数Ｎ（振動を与えた回数）と、振動に対して固有振動モード形状が発生した回数Ｍとを用いて、正常な固有振動モード形状の発生率（Ｍ／Ｎ×１００［％］）を算出する。なお、発生率は、比率（Ｍ／Ｎ）などでもよい。
具体的には、診断部４は、正常な固有振動モード形状の発生率が、基準値より大きくなれば、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。例えば、診断部４は、正常な固有振動モード形状の発生率１００［％］で、基準値が６５［％］であれば、発生率１００［％］は基準値６５［％］より大きいので、構造物２０の補修補強効果が有ったと診断する。
（付記６）
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を有することを特徴とする診断方法。
（付記８）
付記６又は７に記載の診断方法であって、
前記固有振動モード形状は一次振動モードである
ことを特徴とする診断方法。
（付記９）
付記６から８のいずれか一つに記載の診断方法であって、
前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
ことを特徴とする診断方法。
（付記１０）
付記６から８のいずれか一つに記載の診断方法であって、
前記構造物は橋梁の床版である
ことを特徴とする診断方法。
（付記１１）
コンピュータに、
（ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
（ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
（ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
を実行させるプログラム。
（付記１２）
付記１１に記載のプログラムであって、
前記（ｃ）のステップにおいて、あらかじめ前記構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を前記基準値とし、前記基準値と補修補強を実施した後に算出した前記発生率とに基づいて、補修補強効果の有無を診断する
ことを特徴とするプログラム。
（付記１３）
付記１１又は１２に記載のプログラムであって、
前記固有振動モード形状は一次振動モードである
ことを特徴とするプログラム。
（付記１４）
付記１１から１３のいずれか一つに記載のプログラムであって、
前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
ことを特徴とするプログラム。
（付記１５）
付記１１から１３のいずれか一つに記載のプログラムであって、
前記構造物は橋梁の床版である
ことを特徴とするプログラム。

Claims (15)

  1. 構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生する振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を表す固有振動モード情報を生成する、生成手段と、
    前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、正常な前記固有振動モード形状の発生率を算出する、発生率算出手段と、
    前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、診断手段と、
    を有することを特徴とする診断装置。
  2. 請求項１に記載の診断装置であって、
    前記診断手段は、あらかじめ前記構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を前記基準値とし、前記基準値と補修補強を実施した後に算出した前記発生率とに基づいて、補修補強効果の有無を診断する
    ことを特徴とする診断装置。
  3. 請求項１又は２に記載の診断装置であって、
    前記固有振動モード形状は一次振動モードである
    ことを特徴とする診断装置。
  4. 請求項１から３のいずれか一つに記載の診断装置であって、
    前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
    ことを特徴とする診断装置。
  5. 請求項１から３のいずれか一つに記載の診断装置であって、
    前記構造物は橋梁の床版である
    ことを特徴とする診断装置。
  6. （ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
    （ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
    （ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
    を有することを特徴とする診断方法。
  7. 請求項６に記載の診断方法であって、
    前記（ｃ）のステップにおいて、あらかじめ前記構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を前記基準値とし、前記基準値と補修補強を実施した後に算出した前記発生率とに基づいて、補修補強効果の有無を診断する
    ことを特徴とする診断方法。
  8. 請求項６又は７に記載の診断方法であって、
    前記固有振動モード形状は一次振動モードである
    ことを特徴とする診断方法。
  9. 請求項６から８のいずれか一つに記載の診断方法であって、
    前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
    ことを特徴とする診断方法。
  10. 請求項６から８のいずれか一つに記載の診断方法であって、
    前記構造物は橋梁の床版である
    ことを特徴とする診断方法。
  11. コンピュータに、
    （ａ）構造物に設けられた複数のセンサから、前記構造物に発生した振動を表す振動情報を取得し、前記振動情報を用いて固有振動モード形状を生成する、ステップと、
    （ｂ）前記構造物に対して振動を与えた回数と、前記振動を与えた場合に正常な前記固有振動モード形状が生成された回数とに基づいて、前記固有振動モード形状の発生率を算出する、ステップと、
    （ｃ）前記発生率と基準値とに基づいて、前記構造物に対する補修補強効果の有無を診断する、ステップと、
    を実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  12. 請求項１１に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記（ｃ）のステップにおいて、あらかじめ前記構造物に対して補修補強を実施する前に算出した発生率を前記基準値とし、前記基準値と補修補強を実施した後に算出した前記発生率とに基づいて、補修補強効果の有無を診断する
    ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  13. 請求項１１又は１２に記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記固有振動モード形状は一次振動モードである
    ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  14. 請求項１１から１３のいずれか一つに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記構造物は多径間構造橋梁の部材である
    ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  15. 請求項１１から１３のいずれか一つに記載のコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記構造物は橋梁の床版である
    ことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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