TW201925581A

TW201925581A - 結構物破損位置推定裝置及方法

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Publication number: TW201925581A
Application number: TW107139797A
Authority: TW
Inventors: 吳泰民; 金賢宇
Original assignee: 韓國地質資源研究院
Priority date: 2017-11-29
Filing date: 2018-11-09
Publication date: 2019-07-01
Also published as: JP2019101022A; KR101872695B1; JP6770042B2; TWI697605B

Abstract

本發明涉及結構物破損位置推定裝置，上述結構物破損位置推定裝置的特徵在於，包括：信號生成部，包括形成於基樁內部的結合體；信號測定部，與信號生成部相連接，用於測定當結合體破損時產生的信號；以及數據分析部，用於從信號測定部接收數據並分析在基樁產生的損壞大小及位置，結合體形成於基樁的內部，並包括芯部及包圍芯部的外側部，芯部及外側部由互不相同的材料形成，信號測定部包括分別與芯部及外側部相連接的芯部感測器及外側部感測器，結合體的破損位置基於來自芯部感測器及外側部感測器的數據通過逆算來被推定。據此，當結構物的地基受損時，可以確定結構物地基在多深的深度受到損壞。

Description

結構物破損位置推定裝置及方法

本發明涉及結構物破損位置推定裝置及方法，更詳細地，涉及在基樁內部形成結合體，並基於結合體破損時根基的變形來推定結構物地基的破損位置的裝置及方法。

最近對地震和地面的塌陷坑等的地面變形所引起的結構物地基損壞的關注度正在增加。然而，由於到地面結構物的破壞為止的變形很小，透過常規使用的位移測定或應力測定難以掌握其前兆現象，因此，目前沒有檢測結構物地基損壞的方法。

以往，作為可掌握前兆現象的技術，提供了可透過聲發射來檢測出在地面結構物的材料產生的微小的破壞。在地面結構物的破壞中，當地面結構物斷裂時，在其內部與微小的變形一同產生龜裂，這些龜裂透過發展、結合，最終導致破壞，因此，若能夠檢測出微小的變化，則可以掌握破壞的前兆現象。

尤其，材料在最終破壞之前，在內部產生微小的破壞，這種微小的破壞難以透過位移或應力來檢測，但可透過聲發射來檢測出。

然而，僅透過這種聲發射的檢測雖然可以掌握前兆現象，但存在無法掌握並檢測結構物地基損傷的局限性。

一般而言，為了推定出準確的破損位置，需要至少三個感測器，其中之一需要安裝在地基下部。可透過這種多個感測器以類似於利用地震儀查找震中的原理來收集並分析數據，以便掌握結構物的地基損壞。

韓國公開專利第10-2009-0117402號（2009.11.12公開）涉及具有聲發射感測器的破壞預測用計測裝置、其設置方法及裝置組，上述具有聲發射感測器的破壞預測用計測裝置、其設置方法及裝置組的特徵在於，兩個聲發射感測器附著於金屬材質的內側引導件的外部面，外側引導件由脆性為8以上的材質製成，在受到來自地面結構物的衝擊的情況下，外側引導件容易破裂，從而使外側引導件受到損壞時所產生的聲發射信號相同，而與產生損壞的位置無關。

然而，如韓國公開專利第10-2009-0117402號的附圖中所示，聲發射感測器中的任一個設置於地基下部，難以透過類似的方式在施工中將感測器設置於地基下部，因此存在施工性降低的問題，並且，在將聲發射感測器設置於地基下部的情況下，由於增加破損的可能性，維護變得重要，因此還存在難以進行長期監視的問題。

目前，用於地面結構物的破壞預測的一般技術或設備包括地下位移計、地下傾斜儀或利用全球定位系統（GPS）的位移測定方法、利用孔隙壓力計的地下水位變化的測定法、利用負荷計的應力測定法。

然而，現有的方法為用於監視結構物的整體舉動，幾乎不能找到對於結構物的舉動產生直接影響的結構物地基的破損位置。

即，目前實際情況是，在結構物地基受到損壞的情況下，需要可以掌握結構物地基在何種深度受到何種大小的損壞的、具有經濟性、易於維護、可長期進行監視的結構物破損位置推定裝置及方法。

發明所欲解決之問題

為了解決如上所述的現有問題，本發明的目的在於，提供在結構物地基受到損壞的情況下，可以掌握結構物地基在何種深度受到何種大小的損壞的具有經濟性、易於維護、可長期進行監視的結構物破損位置推定裝置及方法。解決問題之技術手段

用於實現如上所述的目的的本發明的結構物破損位置推定裝置的特徵在於，包括：信號生成部，包括形成於基樁內部的結合體；信號測定部，與上述信號生成部相連接，用於測定當上述結合體破損時產生的信號；以及數據分析部，用於從上述信號測定部接收數據並分析在上述基樁產生的損壞大小及位置，上述結合體形成於基樁的內部，並包括芯部及包圍上述芯部的外側部，上述芯部及上述外側部由互不相同的材料形成，上述信號測定部包括分別與上述芯部及上述外側部相連接的芯部感測器及外側部感測器，上述結合體的破損位置基於來自上述芯部感測器及上述外側部感測器的數據通過逆算來被推定。

並且，較佳地，上述信號作為人造彈性波信號，上述數據分析部在來自各個上述芯部感測器及外側部感測器的人造彈性波信號中檢測有效人造彈性波信號並透過逆算時間差來推定上述結合體的破損位置。

並且，較佳地，上述芯部由第一脆性材料形成，上述外側部由第二脆性材料形成，與當上述第一脆性材料破損時產生的人造彈性波信號的速度相比，當上述第二脆性材料破損時產生的人造彈性波信號的速度慢。

並且，較佳地，上述芯部由脆性材料形成，上述外側部由軟性材料形成。

並且，較佳地，形成上述外側部的軟性材料作為傳導體，上述外側部與電流電極及電阻率分析部相連接，在地面設置有多個具有上述結合體的上述基樁的情況下，能夠進行基於上述地面的電阻率分佈的上述地面的狀態評估。

並且，較佳地，上述結合體還包括設置於上述芯部及上述外側部之間的隔開部，上述隔開部用於隔開從上述芯部產生的人造彈性波。

並且，較佳地，上述數據分析部包括損壞產生分析程式，上述損壞產生分析程式基於上述數據推定上述結合體的破損位置及大小。

並且，較佳地，上述芯部感測器及上述外側部感測器均位於上述結合體的上部。

用於實現如上所述的目的的本發明的結構物破損位置推定方法的特徵在於，包括：當形成於基樁內部的結合體因外部作用而被破損時生成人造彈性波信號的步驟；由分別與上述結合體的芯部及包圍上述芯部的外側部相連接的芯部感測器及外側部感測器測定上述人造彈性波信號的步驟；以及基於來自上述芯部感測器及上述外側部感測器的數據來分析在上述基樁產生的損壞大小及位置的步驟，上述芯部及上述外側部由互不相同的材料形成，上述結合體的破損位置基於來自上述芯部感測器及上述外側部感測器的數據透過逆算來被推定。

並且，較佳地，上述芯部由脆性材料形成，上述外側部為作為軟性材料的傳導體，上述結構物破損位置推定方法還包括在地面設置有多個具有上述結合體的上述基樁的情況下借助與上述外側部相連接的電流電極及電阻率分析部來分析上述地面的電阻率分佈的步驟，能夠進行基於上述地面的電阻率分佈的上述地面的狀態評估。

其他實施例的具體細節包括在詳細說明及附圖中。

參照附圖及後述實施例會讓本發明的優點和/或特徵及實現這些優點和/或特徵的方法更加明確。但是，本發明並不局限於以下所公開的實施例，能夠以互不相同的各種方式實施，本實施例只用於使本發明的公開完整，並且使本發明所屬技術領域的普通技術人員完整地理解本發明的範疇。 對照先前技術之功效

如上所述，根據本發明，在結構物地基受損的情況下，可以評估地基的直接破損位置。

並且，根據本發明，由於彈性波感測器無需設置於地基下部，其施工性良好，並且透過將設置於地基上部來減少破損性，因而易於維護，並且可以長期監視。

在詳細說明本發明之前，本說明書中所使用的術語或單詞不應以常規或詞典中的含義來解釋，而是發明者為以最佳的方式說明其發明而適當定義各種術語的概念，進一步地，這些術語或單詞應以符合本發明技術思想的含義和概念來解釋。

即，本說明書中所使用的術語僅僅用於說明本發明的較佳實施例，並不意圖具體限制本發明的內容，應理解這些術語是鑒於本發明的多種可能性而定義。

並且，在本說明書中，只要在文脈上並未明確表示，則單數的表現包括複數的表現，以類似複數的方式表現也可以包含單數的意思。

在整個本說明書中，在被描述為某一結構要素「包括」另一結構要素的情況下，這並不指在沒有特別相反的記載的情況下要去除其他因素，而是可包括另一結構要素的意思。

進一步地，在被描述為某一結構要素「設置於」另一結構要素的「內部」或「相連接」的情況下，該結構要素可與另一結構要素直接相連接或相接觸，也可以以隔開規定距離的方式設置，就以隔開規定距離的方式設置而言，可存在用於將該結構要素固定在另一結構要素或將該結構要素與另一結構要素相連接的第三結構要素或手段，對於該第三結構要素或手段的說明可以被省略。

相反地，在被描述為某一結構要素與另一結構要素「直接相連接」或「直接接觸」的情況下，不存在第三結構要素或手段。

相同地，用於說明各結構要素之間的關係的其他表現，即，「之間」和「正好……之間」、或「相鄰」和「直接相鄰」等也應被解釋為具有相同的主旨。

並且，在本說明書中，當使用「一面」、「另一面」、「一側」、「另一側」、「第一」、「第二」等術語時，上述術語用於使一個結構要素明確區別於其他結構要素，不因這些術語而限制該結構要素的意思。

並且，在本說明書中，當使用與位置相關的「上」、「下」、「左」、「右」等術語時，用於示出該結構要素在相應附圖中的相對位置，在不特定這些位置的絕對位置的情況下，這些位置相關術語不應被理解為揭示絕對位置。

而且，在本發明的說明書中，當使用「……部」、「……件」、「模組」、「裝置」等術語時，意味著可處理一個以上的功能或動作的單元，這可以體現為硬體或軟體、或硬體與軟體的結合。

並且，在本說明書中，在對各附圖的各結構要素標記其附圖標記時，雖在不同的附圖中表示，但使相同的結構要素具有相同的附圖標記，即，在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同的結構要素。

在本說明書中所附的附圖中，為了充分切明確地傳遞本發明的思想或為了便於說明，可以部分擴大或縮小，或者省略對於形成本發明的各結構要素的大小、位置、結合關係等的說明，因此其比例並不嚴格。

並且，在以下本發明的說明中，在判斷為包括現有技術的相關公知技術等有可能使本發明的主旨變得模糊的情況下，將省略對其的詳細說明。

參照圖1至圖4，說明本發明一較佳實施例的結構物破損位置推定裝置。

首先，參照圖1，說明本發明一較佳實施例的結構物破損位置推定裝置的整體結構。圖1為用於說明本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的結構的概念圖。

根據本發明一較佳實施例的結構物破損位置推定裝置包括：信號生成部100，包括形成於基樁10內部的結合體110；信號測定部200，與信號生成部100相連接，用於測定當結合體110破損時產生的信號；以及數據分析部300，用於從信號測定部200接收數據並分析在基樁10產生的損壞大小及位置。

根據本發明一較佳實施例的結構物破損位置推定裝置還可以包括用於顯示在基樁10產生的損壞大小及位置的結果顯示部400。

結果顯示部400與數據分析部300相連接，使得本發明的結構物破損位置推定裝置的使用人員容易地將示出基樁的損壞大小的指數及示出損壞產生位置的圖顯示在畫面。

於一實施例中，結果顯示部400可設置於數據分析部300的表面的局部。

再參照圖2，對地基結構物而言的根據本發明一較佳實施例的結構物破損位置推定裝置進行說明。圖2為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置設置於結構物地基的狀態的概念圖。

如圖2所示，較佳地，結合體110形成於基樁10的內部，信號測定部200設置於結合體110的上部，數據分析部300設置於前部面基礎底板20的外側。

其中，信號測定部200設置於結合體110的上部，在因地震、塌陷坑、挖掘破損等的外部作用而使建築物周邊地面變形，導致地面30及基樁10產生破壞部位40的情況下，感測器的破損可能性小。

再參照圖3及圖4，對根據本發明一較佳實施例的結構物破損位置推定裝置的細節結構進行說明。圖3為用於說明本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的詳細結構的縱向剖視圖。圖4為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的結合體110及信號測定部200的俯視圖。

如圖3及圖4所示，結合體110呈圓柱形，並包括形成內側的芯部111、包圍芯部111的至少一部分的隔開部112以及包圍隔開部112的外側部113。

包圍芯部111的外側部113呈管形，由脆性或軟性材料形成，使得生成與芯部111不同的彈性波。在芯部111與外側部113之間設置有隔開部112，具有防止在芯部111產生的信號傳輸到外側部113的作用。

在本發明的第一實施例中，芯部111由第一脆性材料形成，外側部113由第二脆性材料形成，與當第一脆性材料破損時產生的人造彈性波信號的速度相比，當第二脆性材料破損時產生的人造彈性波信號的速度慢。

在本發明的第二實施例中，較佳地，芯部111由脆性材料形成，外側部113由軟性材料形成。

較佳地，本發明的脆性材料為丙烯酸或水泥質材料，軟性材料為銅等的傳導體，但並不局限於此。

隔開部112用於隔開由如上所述的方式形成的芯部111所產生的人造彈性波信號，較佳地，由橡膠或泡沫等的材料形成，以將彈性波分離並進行傳輸。

在形成外側部113的軟性材料由傳導體形成的情況下，根據本發明一較佳實施例的結構物破損位置推定裝置還可以包括電流電極及電阻率分析部500（參照圖7）。電流電極及電阻率分析部500可與外側部113相連接，可透過在地面30設置有結合體110的多個基樁10之間電阻率分佈來進行地面30的狀態評估。即，可評估地下的地面30及基岩50的特性和結構。

信號測定部200包括分別與芯部111及外側部113相連接的芯部感測器210及外側部感測器220。信號測定部200還可以包括用於保護芯部感測器210及外側部感測器220的感測器外罩230。

在一實施例中，較佳地，芯部感測器210用於測定S波或P波模式的人造彈性波信號，外側部感測器220用於測定表面波或感應波模式的人造彈性波信號。較佳地，感測器210、感測器220的頻帶為1kHz至1000kHz。

在芯部111及外側部113產生的人造彈性波使因互不相同形態及材料而到達上部的彈性波速度及彈性波模式變得不同。由於該彈性波的傳播特性，到達測定感測器的信號存在時間差，可透過逆算彈性波的時間差來評估破損位置及破損大小。

由此，可準確測定從由互不相同的材料形成的芯部111及外側部113產生的人造彈性波信號，使得增加測定數據的分析結果的可靠性。

較佳地，數據分析部300包括信號檢測裝置310、信號分析裝置320及損壞產生分析程式330。

上述信號作為人造彈性波信號，數據分析部300的信號檢測裝置310可以檢測來自各個芯部感測器210及外側部感測器220的人造彈性波信號中的有效信號。

較佳地，上述有效人造彈性波信號為預設震幅以上的人造彈性波信號。即，較佳地，小於預設震幅的人造彈性波信號應判斷為噪音。

信號分析裝置320可透過逆算有效人造彈性波信號的時間差來推定結合體110的破損位置。損壞產生分析程式330可通過利用結合體110的破損位置及有效人造彈性波數據來評估基樁10的破壞部位40的位置及大小。

再參照圖5a至5c，說明本發明的信號分析裝置320中的時間差的逆算方法。圖5a至圖5c分別為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的芯部由第一脆性材料形成的情況、外側部由軟性材料形成的情況、以及外側部由第二脆性材料形成的情況中的時間-電壓曲線形態的曲線圖。

可由芯部感測器210獲得關於V1及t1的數據，其以如圖5a所示的時間-電壓曲線形式示出。其中，在第一實施例及第二實施例中，芯部111的脆性材料相同。

可由外側部感測器220獲得關於V2及t2的數據，其以如圖5b和圖5c所示的時間-電壓曲線形式示出。其中，圖5b的外側部113由軟性材料形成，圖5c的外側部113由第二脆性材料形成。

在外側部為軟性材料的情況下，t1＜t2，在外側部為脆性材料的情況下，t1＞t2。

由此，可使用如下的數學式1逆算出如圖3所示的結合體110的破損產生部120的位置，即，從結合體110上部的深度d（d＞0）。數學式 1

在數學式1中，V1及V2是由芯部111及外側部113的材料特性預先確定的值，t1及t2是由芯部感測器210及外側部感測器220測定的值。

由此，數學式1可由數學式2表示。數學式 2

因此，數學式2中的d可通過數學式3求出。數學式 3

可透過如上所述的數學式3分析出破損產生部120，並於此推定出基樁10的破壞部位40。

接下來，參照圖6，對本發明一實施例的結構物破損位置推定方法進行說明。圖6為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定方法的流程圖。

根據本發明一實施例的結構物破損位置推定方法包括：當形成於基樁10內部的結合體110因外部作用而被破損時生成人造彈性波信號的步驟（S100）；由分別與結合體110的芯部111及外側部113相連接的芯部感測器210及外側部感測器220測定人造彈性波信號的步驟（S200）；以及基於來自芯部感測器210及外側部感測器220的數據分析在基樁10產生的損壞大小及位置的步驟（S500）。

當測定到人造彈性波信號（S200）時，在檢測增幅以上的有效人造彈性波信號的步驟（S300）中，小於預設增幅的人造彈性波信號可確定為噪音。

在分析有效人造彈性波信號的時間差的步驟（S400）中，可推定結合體110的破損產生部120的位置，可基於這種數據分析在基樁10產生的損壞大小及位置（S500）。

並且，在本發明的另一實施例中，在芯部111由脆性材料形成、外側部113由軟性材料的傳導體形成，在地面30設置有多個具有結合體110的基樁10的情況下，還可以包括通過與外側部113相連接的電流電極及電阻率分析部500來分析地面30和/或基岩50的電阻率分佈的步驟。由此，可通過地面30和/或基岩50的電阻率分佈來進行地面30和/或基岩50的狀態評（參照圖7）。

即，還可以實現對結構物周邊地面的電阻率監視（基於地下水位的變化及塌陷坑的地下空洞等）。

因此，根據本發明可評估地面中的地基結構物的直接破算位置及大小，並且可以利用兩個彈性波測定感測器來評估地基準確的損壞位置或損壞大小。

10‧‧‧基樁

20‧‧‧前部面基礎底板

30‧‧‧地面

40‧‧‧破壞部位

50‧‧‧基岩

100‧‧‧信號生成部

110‧‧‧結合體

111‧‧‧芯部

112‧‧‧隔開部

113‧‧‧外側部

120‧‧‧破損產生部

200‧‧‧信號測定部

210‧‧‧芯部感測器

220‧‧‧外側部感測器

230‧‧‧感測器外罩

300‧‧‧數據分析部

310‧‧‧信號檢測裝置

320‧‧‧信號分析裝置

330‧‧‧損壞產生分析程式

400‧‧‧結果顯示部

500‧‧‧電阻率分析部

S100‧‧‧步驟

S200‧‧‧步驟

S300‧‧‧步驟

S400‧‧‧步驟

S500‧‧‧步驟

圖1為用於說明本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的結構的概念圖。圖2為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置設置於結構物地基的狀態的概念圖。圖3為用於說明本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的詳細結構的縱向剖視圖。圖4為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的結合體及信號測定部的俯視圖。圖5a至圖5c分別為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定裝置的芯部由第一脆性材料形成的情況、外側部由軟性材料形成的情況、以及外側部由第二脆性材料形成的情況中的時間-電壓曲線形態的曲線圖。圖6為示出本發明一實施例的結構物破損位置推定方法的流程圖。圖7為示出本發明另一實施例的結構物破損位置推定裝置設置於結構物地基的狀態的概念圖。

Claims

一種結構物破損位置推定裝置，其中，包括：信號生成部，包括形成於基樁內部的結合體；信號測定部，與該信號生成部相連接，用於測定當該結合體破損時產生的信號；以及數據分析部，用於從該信號測定部接收數據並分析在該基樁產生的損壞大小及位置；該結合體形成於該基樁的內部，並包括芯部及包圍該芯部的外側部，該芯部及該外側部由互不相同的材料形成；該信號測定部包括分別與該芯部及該外側部相連接的芯部感測器及外側部感測器；該結合體的破損位置基於來自該芯部感測器及該外側部感測器的數據透過逆算所推定。
如請求項1所述之結構物破損位置推定裝置，其中，該信號作為人造彈性波信號；該數據分析部在來自各個該芯部感測器及該外側部感測器的人造彈性波信號中檢測有效人造彈性波信號並透過逆算時間差來推定該結合體的破損位置。
如請求項1所述之結構物破損位置推定裝置，其中，該芯部由第一脆性材料形成，該外側部由第二脆性材料形成，與當該第一脆性材料破損時產生的人造彈性波信號的速度相比，當該第二脆性材料破損時產生的人造彈性波信號的速度慢。
如請求項1所述之結構物破損位置推定裝置，其中，該芯部由脆性材料形成，該外側部由軟性材料形成。
如請求項4所述之結構物破損位置推定裝置，其中，形成該外側部的軟性材料作為傳導體；該外側部與電流電極及電阻率分析部相連接；在地面設置有多個具有該結合體的該基樁的情況下，能夠進行基於該地面的電阻率分佈的該地面的狀態評估。
如請求項1所述之結構物破損位置推定裝置，其中，該結合體還包括設置於該芯部及該外側部之間的隔開部；該隔開部用於隔開從該芯部產生的人造彈性波。
如請求項1所述之結構物破損位置推定裝置，其中，該數據分析部包括損壞產生分析程式；該損壞產生分析程式基於該數據推定該結合體的破損位置及大小。
如請求項1所述之結構物破損位置推定裝置，其中，該芯部感測器及該外側部感測器均位於該結合體的上部。
一種結構物破損位置推定方法，其中，包括：當形成於基樁內部的結合體因外部作用而被破損時生成人造彈性波信號的步驟；由分別與該結合體的芯部及包圍該芯部的外側部相連接的芯部感測器及外側部感測器測定該人造彈性波信號的步驟；以及基於來自該芯部感測器及該外側部感測器的數據來分析在該基樁產生的損壞大小及位置的步驟；該芯部及該外側部由互不相同的材料形成；該結合體的破損位置基於來自該芯部感測器及該外側部感測器的數據透過逆算所推定。
如請求項9所述之結構物破損位置推定方法，其中，該芯部由脆性材料形成，該外側部為作為軟性材料的傳導體；該結構物破損位置推定方法亦包括在地面設置有多個具有該結合體的該基樁的情況下借助與該外側部相連接的電流電極及電阻率分析部來分析該地面的電阻率分佈的步驟，能夠進行基於該地面的電阻率分佈的該地面的狀態評估。