WO2006011484A1 - 埋設管の検査方法 - Google Patents

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Takushi Minagi
Hiroshi Iida
Masanori Asano
Toshiro Kamata
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Sekisui Chemical Co., Ltd.
Gifu University
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Definitions

  • the present invention relates to a method of inspecting a buried pipe for inspecting a deterioration state of the buried pipe.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-142200
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-269215
  • An object of the present invention is to provide a method of inspecting a buried pipe which can be inspected with high accuracy without being influenced by the environment.
  • the method of inspecting a buried pipe according to the present invention is a method of inspecting the deterioration state of the buried pipe from the inside of the pipe, and the impact elastic wave test is performed to measure the propagation wave of the pipe to be inspected. It is characterized in that the frequency spectrum is analyzed, and the discrimination of the deterioration phenomenon is judged from the spectrum area value of at least the first frequency section of the frequency spectrum and the spectrum area value of the second frequency section.
  • a method of setting a frequency section for calculating a spectrum area value for example, an impact elastic wave test is performed on each of a plurality of test pipes having different states. Propagation waves are measured, the frequency spectrum of each of the propagation waves is analyzed, integration is performed for each of the frequency spectra for each fixed minute frequency section, and the integrated values are sequentially integrated to obtain an integrated integrated value Then, the frequency of the point at which the integral integrated value changes greatly is determined, and a method of setting a frequency section for obtaining the spectrum area value can be mentioned.
  • the start point of the first frequency section is 0 to 2.5 kHz
  • the end point is 3 to 5 kHz
  • the second frequency section is It is preferable that the frequency section has a start point that is the same value as the first frequency section and an end point that satisfies the range of 7 to LO kHz.
  • the applicant performs an impact elastic wave test on a pipe body such as a reinforced concrete pipe to measure a propagation wave of the pipe body, analyzes a frequency spectrum of the propagation wave, and analyzes the frequency spectrum of the pipe.
  • a pipe body such as a reinforced concrete pipe
  • the frequency spectrum obtained by such an impact elastic wave test is integrated every fixed frequency interval, and the integrated values are sequentially integrated to obtain an integrated integrated value (S vector area value).
  • S vector area value an integrated integrated value
  • the impact elastic wave test is performed to measure the propagation wave of the pipe to be inspected, and the frequency spectrum is calculated based on this propagation wave.
  • the spectrum area value of the first frequency section for example, 0.5 to 4 kHz
  • the spectrum area value of the second frequency section for example, 0.5 to: LO kHz
  • the graph in FIG. 10 is a graph modeling the result of the impact elastic wave test performed on samples S1 to S5 described later.
  • the integral / integrated value of each tube up to the frequency section F1 including the point at which the integral / integrated value of the “axial direction crack introductory tube” greatly changes is the integral integration value Large first group ("healthy pipe”, “tube thickness reduction pipe”, “axial crack introduction pipe”) and small integral integration value small group “” circumferential crack introduction pipe “,” axial direction + circumferential direction Cracks into two groups of "introducing tubes”.
  • the "integral integrated value” is larger in the "tube thickness reduction tube” than in the "healthy tube” when the tube thickness is thin and the low frequency component is more! .
  • the frequency section F1 including the point at which the integral integrated value of the “axial crack introduction pipe” changes significantly is defined as the first frequency section, and “tube thickness reduction pipe” and “circumferential crack introduction pipe”
  • the discrimination of the deterioration phenomenon can be determined by setting the frequency interval F2 including the point at which the integral integrated value of “v” greatly changes as the second frequency interval.
  • the integrated integral value (spectral area) of the first frequency section is “large”, comparable to or slightly smaller than "healthy pipe” If the case is “medium” and the extremely small case is “small”, and if the integral integral value (extra area) of the second frequency section is the same as or slightly smaller than that of the "sound pipe”. Assuming that “large” is small, “medium” is small, and “small” is extremely small, the distinction between the deterioration phenomena can be determined under the determination conditions shown in Table 2 described later.
  • the frequency section for obtaining the spectrum area value may be set to three or more frequency sections without being limited to two sections of the first frequency section and the second frequency section described above.
  • the inspection method of the present invention is a method for inspecting the deterioration state of the buried pipe by the internal force of the pipe, and shows the relationship between the force applied to the test pipe by the external force and the deformation of the test pipe generated thereby.
  • the correlation between the parameters obtained from the car deformation relationship and the impact elastic wave test data obtained by performing the impact elastic wave test on the test pipe is determined in advance, and the impact elastic wave test is performed on the pipe to be inspected.
  • the impact elastic wave measurement data of the pipe to be inspected is collected, and the actual measurement of the impact elastic wave measurement data is evaluated based on the correlation between the car deformation related force obtained parameters and the impact elastic wave test data.
  • the method is characterized in that the degree of deterioration of the pipe to be inspected is determined quantitatively.
  • a load-displacement curve or a stress-distortion line may be used as a parameter for obtaining the force-deformation relation of the test tube.
  • an angle ratio of the load-displacement curve or the stress-distortion slope may be used as a parameter obtained from the force-deformation relationship.
  • the impact elastic wave test is performed to measure the propagation wave of the tube body, and the frequency vector of the propagation wave is calculated It is preferable to analyze and use the area ratio of the low frequency component to a certain frequency domain in its frequency spectrum U ,.
  • the correlation between the test and the test data of the impact elastic wave test is determined in advance, and the measurement data of the impact elastic wave at the time of carrying out the impact elastic wave test of the pipe to be inspected (the existing buried pipe) It is characterized by quantitatively grasping the degree of deterioration of the pipe to be inspected by evaluating it based on the correlation between the curve and the test data of the impact elastic wave test.
  • the load on the tube is unloaded every predetermined step and the following impact elastic wave Adopt the method of conducting the test.
  • the impact elastic wave test performed on the test pipe and the test target pipe is performed as follows.
  • a hammer, a steel ball or a striking tool such as an impulse hammer can be used, but since it is desirable to always hit with the same force, for example, Schmidt et al. It is desirable to use a panel, a piston or the like to strike a hammer, a steel ball or the like with a constant force, or a method to drop a steel ball or the like from a certain height.
  • an impulse hammer it is desirable to measure the numerical data of input information so that it can be reflected at the time of analysis.
  • a striking tool capable of numerically inputting input information such as an impulse hammer or a striking tool capable of striking with a certain force. It is desirable to use
  • an acceleration sensor As a receiver, an acceleration sensor, an AE sensor, a vibration sensor, etc. can be used. As a method of setting the receiver, it may be fixed with a tape, an adhesive or the like, or may be crimped using a hand, a holding jig or the like.
  • these input devices and receivers be formed of a material having excellent corrosion resistance such as stainless steel because they may come in contact with water, acidic water, and basic water.
  • An elastic wave is input to the inner surface of the tube by an impulse hammer etc., while a receiver set in the tube measures the propagation wave propagated through the tube, and the recording device performs waveform storage (measurement of received data) . It is desirable that the incident position and the position of the receiver be separated by 1Z4 or more of the length of the pipe to be inspected. This is because changes in the vibration phenomena of the entire pipe due to deterioration such as cracks can be easily detected. In addition, it is desirable to install the incident position and the reception position so that the relative position is the same.
  • calculation method for example, there are the following two methods.
  • the measured waveform data is subjected to FFT to draw a frequency spectrum.
  • the correlation between the load-displacement curve obtained in the above loading test and the low frequency area ratio obtained in the impact elastic wave test is determined, as shown in, for example, FIG.
  • Low frequency area ratio] [The angle ratio of the slope in the load-displacement curve] is obtained (details will be described later).
  • [Low-frequency area ratio] and [Angle ratio of inclination in load-displacement curve] have a proportional relationship (linear relationship).
  • a wave test is conducted to obtain the low frequency area ratio described above, and the actual low frequency area ratio is evaluated based on the relationship of [low frequency area ratio] [angle ratio of slope in load-displacement curve]. It is possible to quantitatively grasp the degree of deterioration (destruction state) of the pipe to be inspected.
  • a low resonance frequency ratio of the low frequency area ratio As test data of the impact elastic wave test used in the present invention, a low resonance frequency ratio of the low frequency area ratio, a received waveform amplitude value, a received waveform energy, a peak frequency, a frequency center of gravity, or a waveform attenuation time Or the like.
  • examples of embedded pipes to which the inspection method of the present invention is applied include concrete pipes, reinforced concrete pipes, ceramic pipes, metal pipes, resin pipes or FRPM pipes (combined mortar and FRP pipes), etc. Can be mentioned. Further, as a cross-sectional shape of the buried pipe, for example, a circular shape, an oval shape, a rectangular shape, a horseshoe shape and the like can be mentioned.
  • the impact elastic wave test is performed to measure the propagation wave of the pipe to be inspected, and the frequency spectrum of the propagation wave is analyzed, and the frequency spectrum of Since the deterioration state of the buried pipe is inspected by evaluating the spectrum area value of at least the first frequency section and the spectrum area value of the second frequency section, the amplitude value of the elastic wave or the count number of the elastic wave Compared to inspection methods that use a reduction in It is possible to accurately determine the distinction between deterioration phenomena that are affected by the surrounding conditions of buried pipes.
  • a parameter obtained from a car deformation relation indicating a relation between a force externally applied to the test pipe and a deformation of the test pipe generated thereby, and the test pipe The correlation with the impact elastic wave test data obtained by performing the impact elastic wave test in advance is determined in advance, and the impact elastic wave test is performed on the pipe to be inspected (buried pipe) to determine the impact of the pipe to be inspected.
  • the elastic wave measurement data is collected, and the measured impact elastic wave measurement data is evaluated based on the correlation between the parameters obtained from the car deformation relationship and the impact elastic wave test data to evaluate the deterioration of the pipe to be inspected.
  • FIG. 1 is a schematic view of an axial crack introduction pipe.
  • FIG. 2 is a view schematically showing a method of introducing a circumferential crack adopted in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 A schematic view of a circumferential crack introduction pipe.
  • FIG. 4 A schematic view of an axial direction + circumferential direction crack introduction pipe.
  • Fig. 5 is a schematic view of a tube with reduced wall thickness.
  • FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the measuring device on the sample.
  • FIG. 7 is a view schematically showing a sample embedding condition of the example of the present invention.
  • FIG. 8 This is a distribution graph of the frequency spectrum of the untreated pipe (sound pipe).
  • FIG. 9 is a graph showing an integral integrated value of the frequency spectrum of FIG.
  • Fig. 10 is a graph showing the integrated integral value of the frequency spectrum of a plurality of types of tube bodies in different states.
  • FIG. 11 is a graph showing the results of an example of the present invention and a graph showing spectral area values at frequency intervals of 0.5 to 4 kHz of each sample.
  • FIG. 12 is a graph showing the results of an example of the present invention, showing a spectrum area value at frequency interval 0.5 to 5: LO kHz of each sample.
  • FIG. 13 is an explanatory view of a loading test method implemented in another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing the arrangement of a high sensitivity displacement gauge on a test tube.
  • FIG. 15 is a view showing the arrangement of a measuring instrument on a tube when performing an impact elastic wave test.
  • FIG. 16 is a diagram showing a frequency spectrum distribution based on waveform data of a propagation wave measured at each measurement point in the load measurement process.
  • FIG. 17 is a diagram showing a frequency spectrum distribution in the same manner.
  • FIG. 18 A graph showing the relationship between the measurement results at each measurement point in the loading test and the low frequency area ratio.
  • FIG. 19 is a diagram showing a load-displacement curve.
  • FIG. 20 is a graph showing the relationship between the low-frequency area ratio and the angle ratio of the inclination at each measurement point in the load-displacement curve.
  • FIG. 21 is a flowchart showing an example of determination processing of the degree of deterioration.
  • the impact elastic wave test is performed as follows.
  • a hammer, a steel ball or a striking tool such as an impulse hammer can be used as an input device.
  • an impact should be performed with a constant force using a striking tool capable of measuring the input information as numerical data, such as a Schmidt hammer, a panel, or a piston.
  • a method of punching out balls, balls, steel balls or the like with a constant force using Schmidt alum, panel, bistone or the like, or a method of dropping steel balls or the like from a certain height is desired.
  • an acceleration sensor As a receiver, an acceleration sensor, an AE sensor, a vibration sensor, etc. can be used. As a method of setting the receiver, it may be fixed with a tape, an adhesive or the like, or may be crimped using a hand, a holding jig or the like.
  • these input devices and receivers may come in contact with water, acidic water and basic water, it is desirable that they be formed of a material having excellent corrosion resistance such as stainless steel.
  • An elastic wave is input to the inner surface of the tube by an impulse hammer etc., while a receiver set in the tube measures the propagation wave propagated through the tube, and the recording device performs waveform storage (measurement of received data) . It is desirable that the incident position and the position of the receiver be separated by 1Z4 or more of the length of the pipe to be inspected. This is because changes in the vibration phenomena of the entire pipe due to deterioration such as cracks can be easily detected. In addition, it is desirable to install the incident position and the reception position so that the relative position is the same.
  • Sample SI Untreated pipe (wall thickness: 28 mm on average). The thickness of the pipe was measured with a caliper using a total of 20 points at each end 10 points near the end face of the pipe.
  • Axial cracks were introduced by the same method as sample S2, and then circumferential cracks were introduced by the same method as sample S3 (see Fig. 4).
  • the outer diameter is the same as that of the non-treated pipe, and the inner diameter is increased so that the average pipe thickness is 13 mm (see Fig. 5).
  • the thickness of the tube was measured with a caliper using a total of 20 points at each end 10 points near the end face of the tube.
  • the incident device and the receiving device were placed at the positions shown in Fig. 6 to receive elastic wave incidence and propagation waves.
  • Incident device Receiver: A cylindrical object with a diameter of 10 mm and a height of 15 mm was screwed into the male screw portion of a vibration sensor GH-313A (manufactured by Keyence).
  • the measurement was carried out in a state where the samples S1 to S5 described above were buried under the conditions as shown in FIG.
  • the impact force force input Fourier spectrum A (f) of the above-mentioned injection device impulse hammer
  • the output Fourier spectrum B (f) is determined from the waveform data of the propagation wave received and recorded by the above-described receiver.
  • Transfer function frequency response function
  • FIG. 8 shows a distribution graph of the frequency spectrum of sample S1 (untreated pipe (healthy pipe)).
  • an integral value spectral area value
  • the integral integrated value obtained by sequentially integrating the integral values is used as a parameter with frequency as a graph.
  • the upper plot yields the graph shown in Figure 9.
  • the integral integral value of the frequency spectrum is determined for samples S2 to S5 by the same method, and a graph of frequency integral integral value is created, and the integral integral values of all these samples S1 to S5 are the same graph.
  • a tendency as shown in Fig. 10 appears. The details have been described above, so the description here is omitted.
  • the graph in FIG. 10 shows the change in the integrated value of each of the samples S1 to S5 as a model.
  • the spectrum area value of the first frequency interval 0.5 to 4 kHz is evaluated (hereinafter, the first evaluation). Value). Specifically, with reference to "no treatment pipe (healthy pipe)", when the spectrum area value is larger than “no treatment pipe” is “large”, and when it is the same or slightly smaller than “medium”, extreme. Evaluate small cases as “small”. The evaluation results are shown in Table 2 below.
  • the second frequency interval 0.5 to 5 evaluate the spectral area value of LO kHz. Specifically, with reference to “no treatment pipe (healthy pipe)”, “large” is the case where it is the same or slightly smaller than “spectral area value force no treatment pipe”, and “medium” is the small case. Evaluate extremely small cases as “small” (hereinafter referred to as the second evaluation). The evaluation results are shown in Table 2 below.
  • an impact elastic wave test is performed on an untreated tube (test tube) in advance, and the spectrum area value of the first frequency interval 0.5 to 4 kHz and the second frequency interval 0.5 to 10 kHz are obtained.
  • the vector area values are calculated and recorded, and from the frequency spectrum obtained by performing the impact elastic wave test on the pipe to be inspected (buried pipe), the above-mentioned frequency interval 0.5 to 4 kHz and 0.5
  • Each spectrum area value of ⁇ 10 kHz is determined, and the magnitude of the measured spectrum area value is set to the previously recorded spectrum area value. It is possible to specify the distinction between the deterioration phenomena of the pipe to be inspected by evaluating it in the first and second two stages based on the
  • the threshold values for determining “Large”, “Medium”, and “Small”, which are judgment criteria in the above first and second evaluations, were subjected to the impact elastic wave test for each of the samples S1 to S5. It may be done in advance to create a graph as shown in Fig. 10, and obtain it based on the graph.
  • the first frequency interval for obtaining the spectrum area is 0.5 to 4 kHz
  • the second frequency interval is 0.5 to 5: LO kHz
  • the start point of one frequency section is 0 to 2.5 kHz
  • the end point is 3 to 5.5 kHz
  • the start point of the second frequency section has the same value as the first frequency section
  • the end point is 7 to: LO kHz
  • the present invention can also be implemented as a frequency section.
  • the frequency section for obtaining the spectrum area value may be set to three or more frequency sections without being limited to two sections of the first frequency section and the second frequency section described above.
  • test tube used in this example and each test method will be described.
  • a line load 1 with a shape extending along the axial direction of the test pipe P was loaded on the test pipe P as well.
  • the high sensitivity displacement meter 2 is disposed along the vertical direction inside the test pipe P, and the displacement of the test pipe P when the wire load 1 is applied to the test pipe P is measured. The load displacement curve was obtained.
  • the displacement measured by the high sensitivity displacement meter 2 is [disp
  • the impact elastic wave test was conducted as follows.
  • the incident device and the receiving device were placed at the positions shown in Fig. 15 to receive the incident elastic wave and the propagating wave.
  • a cylindrical object with a diameter of 10 mm and a height of 15 mm was screwed into the male screw portion of a vibration sensor GH-313A (manufactured by Keyence). The receiver was pressed by hand and set.
  • the impact force force input Fourier spectrum A (f) of the above-mentioned injection device is determined, and the output Fourier spectrum B (f) is determined from the waveform data of the propagation wave received and recorded by the above-described receiver.
  • Transfer function frequency response function
  • H (f) (H (f) B (f)
  • the ZA (f) was determined, and the frequency spectrum was drawn for each measurement point in consideration of the relationship between the input and the output.
  • the frequency spectrum distributions are shown in FIGS. 16 (a) to 16 (c) and 17 (a) to (f).
  • the frequency domain up to 0 to 5 kHz of the frequency spectrum distribution obtained at each measurement point and the frequency domain up to 0: LO kHz are determined, and using them, the low frequency is calculated according to the following equation
  • the area ratio was calculated.
  • the calculated low frequency area ratio and the measurement result at each measurement point of the loading test The relationship with the fruits is shown in Table 3 and Figure 18 below.
  • Low frequency area ratio [area of low frequency component (0 to 5 kHz)] / [constant period component (0 to: LO kHz
  • the factor used in the load-displacement curve is the angle of inclination (apparent stiffness) at each measurement point in the load-displacement curve.
  • each factor in the load-displacement curve is Use the angle ratio of the inclination at the measurement point.
  • the angle ratio of the inclination at each measurement point in the load-displacement curve is defined as [angle of inclination at measurement point] Z [angle of inclination at crack generation point].
  • the angle of inclination at the measurement point refers to the angle of inclination of a straight line drawn to each measurement point in the load-displacement curve shown in FIG.
  • Step S1 The propagation wave of the pipe to be inspected is measured by the measurement method of the impact elastic wave test described above. Measurement conditions etc. are the same as in the case of the test pipe P described above.
  • Step S2 The measured waveform data is subjected to FFT to calculate the frequency spectrum distribution.
  • the method of calculating the frequency spectrum distribution is the same as in the case of the test tube P described above.
  • a high sensitivity displacement meter is arranged on the test pipe to draw a load-displacement curve, but a strain gauge is attached to the test pipe without being limited to this and stress-distortion A line may be drawn, or a force-deformation curve of the test tube may be drawn in another external pressure test.
  • the frequency area ratio is adopted as the test data of the impact elastic wave test in the above embodiments, the resonance frequency, the received waveform amplitude value, the received waveform energy, and the peak frequency are not limited thereto.
  • Use test data such as frequency center of gravity or waveform decay time.
  • the inspection method according to the present invention can be used to determine the distinction of the deterioration phenomenon of the buried pipe, and to quantitatively determine the degree of deterioration.
  • the inspection method of the present invention when determining the order of repair and reconstruction and construction methods for buried pipes such as sewage pipes and agricultural water pipes, it is necessary to distinguish the degradation phenomenon among the component areas that constitute the survey basin. It can be used effectively to determine the degree of deterioration progress among the component areas that make up the survey basin.

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Abstract

　衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を測定し、この伝播波について周波数スペクトルを解析し、その周波数スペクトルの少なくとも第１周波数区間のスペクトル面積値と第２周波数区間のスペクトル面積値を評価して埋設管の劣化状態の区別を判定する。また、供試管に外部から加える力とそれによって発生する供試管の変形との関係を示す力－変形関係から得られるパラメータと、供試管に衝撃弾性波試験を行うことにより得られる衝撃弾性波試験データとの相関関係を予め求め、検査対象管に対して衝撃弾性波試験を行って検査対象管の衝撃弾性波測定データを採取し、その実測の衝撃弾性波測定データを、前記相関関係を基に評価することにより検査対象管の劣化度合を定量的に把握する。

Description

明 細 書
埋設管の検査方法
技術分野
[0001] 本発明は、埋設管の劣化状態を検査する埋設管の検査方法に関する。
背景技術
[0002] 下水管路ゃ農水管路においては、埋設管の経年に伴う腐食摩耗や破損により陥 没や漏水などの事故が増加してきて 、る。このため適切な劣化度診断とその調査結 果に基づぐ適切な修繕 '更新が望まれている。
[0003] 下水管路ゃ農水管路の診断調査においては、一般に、修繕'改築工事の順番及 び工事方法を決定するために、調査流域を構成する要素区域間の劣化進行度の順 位付け、及び定量的な劣化レベルの進行度の把握が必要となる。
[0004] このため、従来では、目視ゃ TVカメラを用いて外観調査を行 ヽ、必要となればコア を抜いて物性を調査するという方法が一般に行われている。しかし、このような手法で は、目に見える劣化し力捉えることができず、管外周や内部の劣化については見逃さ れてしまい、劣化現象を適切に定量的に把握することが困難であった。また、定量的 なデータを集めるためにはコアを大量に抜く必要があり、下水管路ゃ農水管路の強 度を損ねたり、作業に手間が力かるという欠点がある。
[0005] 一方、コンクリート構造物で行われて 、る検査方法の応用も考えられて 、る。例え ば、弾性波を利用したひび割れ幅及び深さを予測するシステムが提案されている（例 えば、特許文献 1及び特許文献 2参照。 )0しかし、この検査システムによれば、弾性 波の伝播エネルギや、弾性波のカウント数 (所定以上の振幅のカウント数）の減少を 利用しているため、埋設管が埋設されている周囲状況の影響を受けやすぐ検査精 度が悪いという問題がある。
特許文献 1：特開平 10— 142200号公報
特許文献 2：特開平 09 - 269215号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0006] 本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたもので、下水管路ゃ農水 管路等を構築して 、る埋設管の劣化現象の区別 ·劣化度合を、埋設環境に影響され ずに高精度で検査することが可能な埋設管の検査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
[0007] 本発明の埋設管の検査方法は、埋設管の劣化状態を管内部から検査する方法で あって、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を測定し、この伝播波につい て周波数スペクトルを解析し、その周波数スペクトルの少なくとも第 1周波数区間のス ベクトル面積値と第 2周波数区間のスペクトル面積値とから、劣化現象の区別を判定 することを特徴としている。
[0008] 本発明の埋設管の検査方法において、スペクトル面積値を算出するための周波数 区間を設定する手法としては、例えば、状態が異なる複数種の供試管についてそれ ぞれ衝撃弾性波試験を行って伝播波を測定し、その各伝播波についてそれぞれ周 波数スペクトルを解析し、その各周波数スペクトルについて一定の微小周波数区間 ごとに積分を行うとともに、その積分値を順次積算して積分積算値を求めていき、当 該積分積算値が大きく変化するポイントの周波数を判定して、前記スペクトル面積値 を求める周波数区間を設定するという手法を挙げることができる。
[0009] 本発明の埋設管の検査方法において、前記スペクトル面積値を求める周波数区間 は、第 1周波数区間の始点が 0〜2. 5kHz,終点が 3〜5. 5kHzで、第 2周波数区間 の始点が前記第 1周波数区間と同じ値であり、終点が 7〜： LOkHzである範囲を満た す周波数区間であることが好ましい。
[0010] 以下、本発明を詳細に説明する。
[0011] まず、本出願人は、鉄筋コンクリート管などの管体について、衝撃弾性波試験を行 つて管体の伝播波を測定し、この伝播波について周波数スペクトルを解析し、その周 波数スペクトル力 管体の劣化状態を判定する技術を提案している。
[0012] 本発明では、このような衝撃弾性波試験によって得られた周波数スペクトルに対し て一定の微小周波数区間ごとに積分し、その積分値を順次積算して積分積算値 (ス ベクトル面積値)を求めていくと、積分積算値が大きく変化するポイントがあり、し力も 、その変化ポイントが現れる現象が、図 10のグラフに示すように、「管体の軸方向クラ ック」、「周方向クラック」及び「管肉厚減少」などに関係があることを見出したものであ る。
[0013] そして、本発明では、そのような現象を利用して、上記したように、衝撃弾性波試験 を行って検査対象管の伝播波を測定し、この伝播波にっ 、て周波数スペクトルを解 祈し、その周波数スペクトルにおける第 1周波数区間（例えば 0. 5〜4kHz)のスぺク トル面積値と第 2周波数区間（例えば 0. 5〜： LOkHz)のスペクトル面積値を評価する ことにより、検査対象管の劣化現象の区別が、「健全」、「軸方向クラック」、「周方向ク ラック」、「軸方向 +周方向クラック」または「管肉厚減少」の 、ずれであるのかを特定 することを特徴としている。
[0014] 次に、本発明において、スペクトル面積を求める際に用いる周波数区間の設定手 法について説明する。
[0015] まず、状態 (劣化状態)が異なる複数種の供試管として、「健全管」、「軸方向クラック 導入管」、「周方向クラック導入管」、「軸方向 +周方向クラック導入管」、「管肉厚減 少管」を作製しておき、これら供試管についてそれぞれ衝撃弾性波試験を行って伝 播波を測定し、その各伝播波にっ ヽてそれぞれ周波数スペクトルを解析する。
[0016] 次に、各管体の周波数スペクトルについて、それぞれ、一定の微小周波数区間（例 えば 0. 5kHz)ごとに積分を行うとともに、その積分値を順次積算して積分積算値を 求める。このようにして得られた各管体の積分積算値を、周波数をパラメータとしてグ ラフ上にプロットすると、図 10のグラフに示すような結果が得られる。なお、図 10のグ ラフは、後述するサンプル S1〜S5について衝撃弾性波試験を行った結果をモデル 化したグラフである。
[0017] 図 10のグラフについて検討すると、まず、「軸方向クラック導入管」の積分積算値が 大きく変化するポイントを含む周波数区間 F1までの各管体の積分積算値は、積分積 算値が大きな第 1群（「健全管」、「管肉厚減少管」、「軸クラック導入管」）と、積分積算 値が小さな第 2群（「周方向クラック導入管」、「軸方向 +周方向クラック導入管」 )の 2 つの群に分かれる。なお、第 1群において、「健全管」よりも「管肉厚減少管」の方が 積分積算値が大き 、のは、管厚が薄 、方が低周波成分が多!、こと〖こよる。 [0018] さらに検討すると、「管肉厚減少管」の積分積算値が大きく変化 (減少)するポイント と、「周方向クラック導入管」の積分積算値が大きく変化 (増大)するポイントとを含む 周波数区間 F2までの積分積算値は、「健全管」が「管肉厚減少管」よりも僅かに大き くなり、「軸方向クラック導入管」が「健全管」及び「管肉厚減少管」に対して極端に小 さくなる。また、「周方向クラック導入管」が「軸方向 +周方向クラック導入管」よりも大 きくなる。
[0019] 以上のことから、「軸方向クラック導入管」の積分積算値が大きく変化するポイントを 含む周波数区間 F1を第 1周波数区間とし、「管肉厚減少管」及び「周方向クラック導 入管」の積分積算値が大きく変化するポイントを含む周波数区間 F2を第 2周波数区 間とすることにより、劣化現象の区別を判定することができる。
[0020] 具体的には、「健全管」を基準として、第 1周波数区間の積分積算値 (スペクトル面 積)が、「健全管」に対して大きい場合を「大」、同程度もしくは少し小さい場合を「中」 、極端に小さい場合を「小」とし、また、第 2周波数区間の積分積算値 (スぺ外ル面積 )が、「健全管」に対して、同程度もしくは少しだけ小さい場合を「大」、小さい場合を「 中」、極端に小さい場合を「小」とすると、後述する表 2に示す判定条件で、劣化現象 の区別を判定することができる。
[0021] なお、スペクトル面積値を求める周波数区間は、上記した第 1周波数区間と第 2周 波数区間の 2つの区間に限られることなぐ 3つ以上の周波数区間を設定してもよい。
[0022] また、本発明の検査方法は、埋設管の劣化状態を管内部力 検査する方法であつ て、供試管に外部力 加える力とそれによつて発生する供試管の変形との関係を示 すカー変形関係から得られるパラメータと、前記供試管に衝撃弾性波試験を行うこと により得られる衝撃弾性波試験データとの相関関係を予め求めておき、検査対象管 に対して衝撃弾性波試験を行って、検査対象管の衝撃弾性波測定データを採取し、 その実測の衝撃弾性波測定データを、前記カー変形関係力 得られるパラメータと 衝撃弾性波試験データとの相関関係を基に評価して、検査対象管の劣化度合を定 量的に判定することを特徴として 、る。
[0023] 本発明において、供試管の力一変形関係力も得られるパラメータとして、荷重一変 位曲線または応力―歪曲線を用いるようにしてもょ 、。 [0024] また、力-変形関係から得られるパラメータとして、荷重-変位曲線または応力— 歪曲線の傾きの角度比率を用いるようにしてもよ!、。
[0025] 本発明にお ヽて、前記衝撃弾性波試験データ及び実測の衝撃弾性波データとし て、衝撃弾性波試験を行って管体の伝播波を測定し、この伝播波について周波数ス ベクトルを解析し、その周波数スペクトルにおける一定の周波数領域に対する低周 波成分の面積比を用いることが好ま U、。
[0026] 本発明を以下に詳細に説明する。
[0027] まず、鉄筋コンクリート管などの管体にひび割れが発生すると剛性が低下する。そ の管体の剛性を評価する方法として、一般に、荷重—変位曲線 (または応力—歪曲 線)などのカー変形曲線を測定する方法が知られている。また、他の方法として衝撃 振動試験がある。そして、本発明では、そのような力-変形曲線と衝撃弾性波試験の 測定結果との間に相関があることを見出したものであり（詳細は後述する）、上記した ように、カー変形曲線と衝撃弾性波試験の試験データとの相関関係を予め求めてお き、検査対象管 (既設の埋設管)の衝撃弾性波試験を行った際の実測の衝撃弾性波 測定データを、上記カー変形曲線と衝撃弾性波試験の試験データとの相関関係を 基に評価することにより、検査対象管の劣化度合を定量的に把握することを特徴とし ている。
[0028] ここで、本発明において、カー変形曲線と衝撃弾性波試験の試験データの相関を 求める際の具体的な試験方法として、例えば、管体に線荷重を加えることにより発生 する変位 (または歪)を計測して荷重 変位曲線 (または応力 歪曲線)を得る載荷 試験と、その荷重一変位計測過程において、所定のステップごとに管体への線荷重 を除荷して下記の衝撃弾性波試験を実施するという方法を採用する。
[0029] 衝撃弾性波試験
本発明において、供試管及び検査対象管に実施する衝撃弾性波試験は以下のよ うにして行う。
[0030] [入力方法]
入力装置としてはハンマや鋼球またはインパルスハンマなどによる打撃具が使用で きるが、打撃は常に同じ力でカ卩えることが望ましいので、例えばシュミットノヽンマや、 パネ、ピストン等を用いて一定の力でハンマ、鋼球等を打ち出す方法、または一定の 高さから鋼球等を落下させる方法が望ましい。インパルスハンマを使用した際は、入 力情報の数値データを計測しておき、解析時に反映させることができるようにしておく ことが望ましい。
[0031] 特に、最大ピークの強度を評価する際の入力装置としては、例えばインパルスハン マのような入力情報を数値ィ匕できる打撃具や、一定の力で打撃を行うことができる打 撃具を使用するのが望ましい。
[0032] [受信方法]
受信子としては加速度センサや AEセンサ及び振動センサ等が使用できる。受信子 のセット方法としては、テープや接着剤等で固定してもよいし、手や押さえ治具等を 使って圧着させてもよい。
[0033] これらの入力装置や受信装置は、水や酸性水、塩基性水に接触することがあるた めステンレスなどの耐食性に優れた材料で形成されて ヽることが望まし 、。
[0034] [計測方法」
インパルスハンマなどで管体内面に弾性波を入力し、一方で管内にセットした受信 子により、管体を伝播した伝播波を計測し、記録装置により波形記憶を行わせる (受 信データの計測)。入射位置と受信子の位置は、検査対象管の管長の 1Z4以上離 して設置するのが望ましい。これは、亀裂などの劣化による管全体の振動現象の変 化が捉えやすいからである。また、入射位置と受信位置は相対的な位置が同じにな るように設置するのが望ま 、。
[0035] [低周波面積比の算出]
算出方法としては、例えば、以下の 2つの方法がある。
[0036] (1)計測した波形データを FFTし、周波数スペクトルを描かせる。この周波数スぺク トル分布において、一定の周波数区間に対する低周波成分の面積比 (低周波面積 比 = [低周波成分 (例えば 0〜5kHz)の面積] Z [—定区間成分 (例えば 0〜： LOkHz )の面積]を求める。
[0037] (2)計測した入力と受信のデータにっ 、て、入力（打撃側)と出力 (受信側)の関係 を考慮した周波数スペクトルを描カゝせる。この周波数スペクトル分布において、一定 の周波数区間に対する低周波成分の面積比 (低周波面積比 = [低周波成分 (例え ば 0〜5kHz)の面積] Z [—定区間成分 (例えば 0〜： LOkHz)の面積]を求める。この (2)の解析法を採用する場合、インノルスハンマの打撃力 (入力情報)を数値化して おく必要がある。ここで、入力と出力との関係を考慮した周波数スペクトルとは、例え ば、入力のフーリエスペクトルを A (f)、出力のフーリエスペクトルを B (f)、伝達関数（ 周波数応答関数)を H (f)とすると、 H (f) =B (f) ZA(f)の関係で表され、この H (f) を描かせたのがここでの周波数スペクトルの分布となる。
[0038] そして、本発明では、以上の載荷試験で得られた荷重一変位曲線と、衝撃弾性波 試験で得られた低周波面積比との相関を求めて、例えば図 8に示すような [低周波面 積比] [荷重一変位曲線における傾きの角度比率]の関係を得る (詳細は後述する )。この図 8に示すように、 [低周波面積比]と [荷重一変位曲線における傾きの角度 比率]とは比例の関係 (直線関係）にあり、従って、検査対象管 (埋設管）に衝撃弾性 波試験を実施して上記した低周波面積比を求め、その実測の低周波面積比を、 [低 周波面積比] [荷重一変位曲線における傾きの角度比率]の関係を基に評価する ことによって検査対象管の劣化度合 (破壊状態)を定量的に把握することができる。
[0039] なお、本発明に用いる衝撃弾性波試験の試験データとしては、低周波面積比のほ 力 共振周波数比、受振波形振幅値、受振波形エネルギー、ピーク周波数、周波数 重心、あるいは、波形減衰時間などであってもよい。
[0040] ここで、本発明の検査方法を適用する埋設管としては、例えば、コンクリート管、鉄 筋コンクリート管、陶管、金属管、榭脂管または FRPM管（モルタルと FRPの複合管） などが挙げられる。また、埋設管の断面形状としては、例えば円形、卵形、矩形、馬 蹄形などが挙げられる。
発明の効果
[0041] 本発明の埋設管の検査方法によれば、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝 播波を測定し、この伝播波について周波数スペクトルを解析し、その周波数スぺタト ルの少なくとも第 1周波数区間のスペクトル面積値と第 2周波数区間のスペクトル面 積値を評価して埋設管の劣化状態を検査するので、弾性波の振幅値や、弾性波の カウント数 (所定以上の振幅のカウント数)の減少などを利用する検査方法と比べて、 埋設管の周囲状況の影響を受けにくぐ劣化現象の区別を精度良く判定することが できる。
[0042] また、本発明の埋設管の検査方法によれば、供試管に外部から加える力とそれに よって発生する供試管の変形との関係を示すカー変形関係から得られるパラメータと 、前記供試管に衝撃弾性波試験を行うことにより得られる衝撃弾性波試験データとの 相関関係を予め求めておき、検査対象管 (埋設管）に対して衝撃弾性波試験を行つ て、検査対象管の衝撃弾性波測定データを採取し、その実測の衝撃弾性波測定デ ータを、前記前記カー変形関係から得られるパラメータと衝撃弾性波試験データとの 相関関係を基に評価して検査対象管の劣化状態を検査するので、検査対称管が埋 設されている周囲状況に影響されずに、劣化度合を高精度で定量的に判定すること が可能となり、これによつて改築 '修繕の方法'優先順位を決定することができる。 図面の簡単な説明
[0043] [図 1]軸方向クラック導入管の模式図である。
[図 2]本発明の実施例で採用する周方向クラックの導入方法を模式的に示す図であ る。
[図 3]周方向クラック導入管の模式図である。
[図 4]軸方向 +周方向クラック導入管の模式図である。
[図 5]管肉厚減少管の模式図である。
[図 6]サンプルへの計測機器の配置を示す図である。
[図 7]本発明の実施例のサンプル埋設条件を模式的に示す図である。
[図 8]無処理管 (健全管）の周波数スペクトルの分布グラフである。
[図 9]図 8の周波数スペクトルの積分積算値を示すグラフである。
[図 10]状態が異なる複数種の管体の周波数スぺ外ルの積分積算値を示すグラフで ある。
[図 11]本発明の実施例の結果を示す図で各サンプルの周波数区間 0. 5〜4kHzに おけるスペクトル面積値を示すグラフである。
[図 12]本発明の実施例の結果を示す図で各サンプルの周波数区間 0. 5〜： LOkHz におけるスペクトル面積値を示すグラフである。 [図 13]本発明の他の実施例で実施する載荷試験方法の説明図である。
[図 14]供試管への高感度変位計の配置を示す図である。
[図 15]衝撃弾性波試験を行う際の管体への計測機器の配置を示す図である。
[図 16]載荷計測過程において各計測点で計測した伝播波の波形データに基づく周 波数スペクトル分布を示す図である。
[図 17]同じく周波数スペクトル分布を示す図である。
[図 18]載荷試験の各計測点での計測結果と低周波面積比との関係を示すグラフで ある。
[図 19]荷重一変位曲線を示す図である。
[図 20]低周波面積比と荷重一変位曲線における各計測点での傾きの角度比率との 関係を示すグラフである。
[図 21]劣化度合の判定処理の一例を示すフローチャートである。
符号の説明
[0044] S1〜S5 埋設管のサンプル
P 供試管
1 線荷重
2 高感度変位計
発明を実施するための最良の形態
[0045] 以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
[0046] <実施形態 1 >
この実施形態にぉ ヽて衝撃弾性波試験は以下のようにして行う。
[0047] [入力方法]
入力装置としてはハンマや鋼球またはインパルスハンマなどの打撃具が使用できる 。特に、入力装置としては、入力情報を解析時に反映させるために、入力情報を数 値データとして計測できる打撃具、例えばシュミットノヽンマや、パネ、ピストン等を用い て一定の力で打撃を行うことが望ましい。また、例えばシュミットノヽンマや、パネ、ビス トン等を用いて一定の力でノ、ンマ、鋼球等を打ち出す方法、または一定の高さから 鋼球等を落下させる方法が望まし 、。 [0048] [受信方法]
受信子としては加速度センサや AEセンサ及び振動センサ等が使用できる。受信子 のセット方法としては、テープや接着剤等で固定してもよいし、手や押さえ治具等を 使って圧着させてもよい。
[0049] これらの入力装置や受信装置は、水や酸性水、塩基性水に接触することがあるた めステンレスなどの耐食性に優れた材料で形成されて ヽることが望まし 、。
[0050] [計測方法」
インパルスハンマなどで管体内面に弾性波を入力し、一方で管内にセットした受信 子により、管体を伝播した伝播波を計測し、記録装置により波形記憶を行わせる (受 信データの計測)。入射位置と受信子の位置は、検査対象管の管長の 1Z4以上離 して設置するのが望ましい。これは、亀裂などの劣化による管全体の振動現象の変 化が捉えやすいからである。また、入射位置と受信位置は相対的な位置が同じにな るように設置するのが望ま 、。
[0051] [解析方法]
上記計測位置で計測した入力と受信のデータについて、入力（打撃側)と出力 (受 信側）の関係を考慮した周波数スペクトルを描かせる。この周波数スペクトル分布に おいて、第 1周波数区間（0. 5〜4kHz)のスペクトル面積値と、第 2周波数区間（0.
5〜： LOkHz)のスペクトル面積値とを求める。この解析法を採用する場合、インパルス ハンマの打撃力（入力情報)を数値ィ匕しておく必要がある。
[0052] ここで、入力と出力との関係を考慮した周波数スペクトルとは、例えば、入力のフー リエスペクトルを A (f)、出力のフーリエスペクトルを B (f)、伝達関数 (周波数応答関 数)を H (f)とすると、 H (f) =B (f) ZA(f)の関係で表され、この H (f)を描力せたのが ここでの周波数スペクトルの分布となる。
[0053] <実施例 1 >
本発明の具体的な実施例を説明する。
[0054] [サンプル準備]
JIS A 5372の B型 1種の規格に基づいた、呼び径 250mm (管長： 2m)のコンクリ ート製ヒューム管（日本ヒューム管製の製品）を用いて、以下のようなサンプルを準備 した。
•サンプル SI :無処理管 (管肉厚:平均 28mm)。なお、管肉厚は管端面付近で片端 10点ずつ、計 20点をノギスで測定した。
•サンプル S2：軸方向クラック導入管
サンプルに線荷重をカ卩えることができる積荷試験機を用いて、軸方向に 4本のクラ ック (クラック幅 =0. 15mm)を発生させたもの（図 1参照)。なお、クラックの本数は片 端面で内面外面に発生して ヽたクラック本数を目視で確認した。
•サンプル S3 :周方向クラック導入管
図 2に示すような導入方法にてクラック幅 1. 3mmのクラックを導入したもの（図 3参 照)。なお、クラック幅は、管外周においてスケール付きルーペで拡大して測定した（ 5点の平均値)。
•サンプル S4：軸方向 +周方向クラック導入管
サンプル S2と同様の方法で軸方向クラックを導入した後、サンプル S3と同様な方 法で周方向クラックを導入したもの（図 4参照)。
•サンプル S5：管肉厚減少管
特殊成形により、外径は無処理管と同じとし、内径を大きくして平均の管肉厚が 13 mmとなるようにしたもの（図 5参照)。なお、管肉厚は管端面付近で片端 10点ずつ、 計 20点をノギスで測定した。
[0055] サンプルの一覧を下記の表 1に示す。
[0056] [表 1]
Figure imgf000013_0001
[0057] [入射及び受信位置]
入射装置と受信装置を図 6に示す位置に配置して弾性波の入射及び伝播波の受 信を行った。
[0058] [使用機器]
入射装置： 受信子:振動センサ GH— 313A (キーエンス製)の雄ねじ部に、直径 10mm、高さ 15mmの円柱物をねじ込んで使用した。
[0059] 受信用アンプ：キーエンス製 GA— 245
データ口ガー（記録装置）：キーエンス製 NR— 2000
[計測条件]
実管路を想定して、上記したサンプル S1〜S5を図 7に示すような条件にて埋設し た状態で計測を行った。
[0060] [データ解析]
上記入射装置 (インパルスハンマ）の打撃力力 入力フーリエスペクトル A (f)を求 めるとともに、上記した受信子で受信'記録した伝播波の波形データから出力フーリ ェスペクトル B (f)を求め、それら入力フーリエスペクトル A (f)と出力フーリエスぺタト ル B (f)を用いて、入力と出力との間の伝達関数 (周波数応答関数) H (f) (H (f) =B (f)ZA(f))を求めて、入力と出力との関係を考慮した周波数スぺ外ルを各サンプ ノレ S1〜S5ごとに描!ヽた。
[0061] これらのサンプルのうち、サンプル S1 (無処理管（健全管） )の周波数スペクトルの 分布グラフを図 8に示す。また、サンプル S1の周波数スペクトルについて、微小周波 数区間 (0. 5kHz)ごとの積分値 (スペクトル面積値)を算出し、この積分値を順次積 算した積分積算値を、周波数をパラメータにしてグラフ上のプロットすると、図 9に示 すようなグラフが得られる。さらに、同様な手法により、サンプル S2〜S5について周 波数スペクトルの積分積算値を求めて、周波数一積分積算値のグラフを作成し、これ ら全てのサンプル S1〜S5の積分積算値を同一のグラフ上に表すと、図 10に示すよ うな傾向が現れる。その詳細については、前述したので、ここでの説明は省略する。 なお、図 10のグラフは、各サンプル S1〜S5の積分積算値の変化をモデルィ匕して示 している。
[0062] そして、この実施例においては、各サンプル S1〜S5の周波数スペクトルについて 、第 1周波数区間 0. 5〜4kHzのスペクトル面積値と、第 2周波数区間 0. 5〜： LOkHz のスペクトル面積値を算出する。その結果をそれぞれ図 11及び図 12に示す。
[0063] 次に、第 1周波数区間 0. 5〜4kHzのスペクトル面積値を評価する（以下、第 1の評 価という）。具体的には、「無処理管 (健全管）」を基準として、スペクトル面積値が「無 処理管」に対して大きい場合を「大」、同程度もしくは少し小さい場合を「中」、極端に 小さい場合を「小」として評価する。その評価結果を下記の表 2に示す。
[0064] さらに、第 2周波数区間 0. 5〜： LOkHzのスペクトル面積値を評価する。具体的には 、「無処理管 (健全管）」を基準として、スペクトル面積値力 ^無処理管」に対して、同程 度もしくは少しだけ小さい場合を「大」、小さい場合を「中」、極端に小さい場合を「小」 として評価する（以下、第 2の評価という）。その評価結果を下記の表 2に示す。
[0065] [表 2]
Figure imgf000015_0001
[0066] 以上の表 2の結果から、サンプル S1〜S5の劣化現象の区別を特定することできる 。すなわち、上記第 1の評価が「中」で第 2の評価が「中」である場合、劣化現象の区 別が「軸方向クラック」であると特定することができる。また、第 1の評価が「小」で第 2 の評価が「中」である場合は劣化現象の区別が「周方向クラック」、第 1の評価が「小」 で第 2の評価が「小」である場合は劣化現象の区別が「軸方向 +周方向クラック」、第 1の評価が「大」で第 2の評価が「大」である場合は劣化現象の区別が「管肉厚減少」 であると特定することができる。なお、基準となる「無処理管 (健全管)」の場合は、第 1 の評価が「中」で第 2の評価が「大」となる。
[0067] 従って、予め無処理管 (供試管）について衝撃弾性波試験を行って、上記した第 1 周波数区間 0. 5〜4kHzのスペクトル面積値と、第 2周波数区間 0. 5〜10kHzのス ベクトル面積値とを算出'記録しておき、検査対象管 (埋設管）について、衝撃弾性 波試験を実施することにより得られた周波数スペクトルから、上記した周波数区間 0. 5〜4kHz及び 0. 5〜10kHzの各スペクトル面積値を求め、その実測のスペクトル面 積値の大きさを、先に記録済みのスペクトル面積値 (基準となる無処理管のスぺタト ル面積値)を基に、上記第 1と第 2の 2段階で評価することにより、検査対象管の劣化 現象の区別を特定することが可能になる。
[0068] なお、以上の第 1と第 2の評価において判断基準となる「大」、「中」、「小」を決定す るための閾値は、各サンプル S1〜S5について衝撃弾性波試験を予め行って、図 10 に示すようなグラフを作成し、そのグラフに基づいて求めるようにすればよい。
[0069] 以上の実施例では、スペクトル面積を求める第 1周波数区間を 0. 5〜4kHz、第 2 周波数区間を 0. 5〜： LOkHzとしているが、本発明はこれに限定されることなぐ第 1 周波数区間の始点が 0〜2. 5kHz,終点が 3〜5. 5kHzで、第 2周波数区間の始点 が前記第 1周波数区間と同じ値であり、終点が 7〜： LOkHzである範囲を満たす周波 数区間としても本発明は実施可能である。
[0070] また、スペクトル面積値を求める周波数区間は、上記した第 1周波数区間と第 2周 波数区間の 2つの区間に限られることなぐ 3つ以上の周波数区間を設定してもよい。
[0071] 次に、本発明の他の実施形態について、具体的な実施例を図面に基づいて説明 する。
[0072] <実施形態 2>
<実施例 2>
まず、この例に用いる供試管と各試験方法について説明する。
[0073] 供試管
JIS A 5372の B型 1種の規格に基づいた、呼び径 250mm (管長： 2m)のコンクリ ート製ヒューム管（日本ヒューム管製の製品）を用いた。
[0074] 一線荷重による載荷試験 (外圧試験）
図 13 (a)及び (b)に示すように、供試管 Pの軸方向に沿って伸びる形状の線荷重 1 を供試管 Pに対して上方力も載荷した。また、図 14に示すように、供試管 Pの内部に 高感度変位計 2を鉛直方向に沿って配置して、供試管 Pに線荷重 1を加えたときの供 試管 Pの変位を計測して荷重 変位曲線を得た。
[0075] ここで、線荷重 1の載荷は連続的に行うのではなぐ所定のステップごとに線荷重 1 の除荷 (図 13 (b)参照)を行って線荷重 1の載荷を間欠的に実施した。具体的には、 線荷重 1の載荷を開始した後、ひび割れが発生するまでの弾性領域にぉ ヽて 1度除 荷を行なって下記の衝撃弾性波試験を実施した後に再載荷を行い、次に、ひび割 れが発生した時点で除荷を行って衝撃弾性波試験を実施した後に再載荷を行った。 そして、ひび割れが発生した以後は、高感度変位計 2によって計測される変位が、 [ 変位 = 2. 4mm」、 [変位 =4. 3mm」、 [変位 =6. 3」、 [変位 = 9. 4」、 [変位 = 12. 6」、 [変位 = 20. 3」となった時点で、それぞれ、線荷重 1の除荷を行なって下記の衝 撃弾性波試験を実施した後に再載荷を行った。
[0076] 衝撃弾性波試験
この実施例にぉ ヽて衝撃弾性波試験は以下のようにして行った。
[0077] [入射及び受信位置]
入射装置と受信装置を図 15に示す位置に配置して弾性波の入射及び伝播波の受 信を行った。
[0078] [使用機器]
入射装置：インパルスハンマ
受信子:振動センサ GH— 313A (キーエンス製)の雄ねじ部に、直径 10mm、高さ 15mmの円柱物をねじ込んで使用した。なお、受信子は手で押しつけてセットした。
[0079] 受信用アンプ：キーエンス製 GA— 245
データ口ガー（記録装置）：キーエンス製 NR— 2000
[周波数面積の算出]
上記入射装置 (インパルスハンマ）の打撃力力 入力フーリエスペクトル A (f)を求 めるとともに、上記した受信子で受信'記録した伝播波の波形データから出力フーリ ェスペクトル B (f)を求め、それら入力フーリエスペクトル A (f)と出力フーリエスぺタト ル B (f)を用いて、入力と出力との間の伝達関数 (周波数応答関数) H (f) (H (f) =B (f) ZA(f) )を求めて、入力と出力との関係を考慮した周波数スぺ外ルを各計測点 ごとに描いた。それら周波数スペクトル分布を図 16 (a)〜（c)及び図 17 (a)〜 (f)に 示す。
[0080] 次に、各計測点で得られた周波数スペクトル分布の 0〜5kHzまでの周波数領域と 、 0〜： LOkHzまでの周波数領域とを求め、それらを用いて、下記の式にて低周波面 積比を算出した。その算出した低周波面積比と、載荷試験の各計測点での計測結 果との関係を下記の表 3及び図 18に示す。
[0081] 低周波面積比 = [低周波成分 (0〜5kHz)の面積] / [一定区間成分 (0〜： LOkHz
)の面積]
[0082] [表 3]
Figure imgf000018_0001
[0083] 周波数面積と荷重 変位曲線との相関につ 、て
まず、衝撃弾性波試験で得られた周波数スペクトルのファクタとしては、前記したよ うに低周波面積比（ = [低周波成分 (0〜5kHz)の面積] / [一定区間成分 (0〜： LOk Hz)の面積]を用いる。
[0084] また、荷重一変位曲線において用いるファクタは、荷重一変位曲線における各計 測点での傾きの角度（見かけ上の剛性）とするが、この例では、荷重一変位曲線にお ける各計測点での傾きの角度比率を用いる。
[0085] ここで、荷重一変位曲線における各計測点での傾きの角度比率は、 [計測点にお ける傾きの角度] Z [ひび割れ発生点における傾きの角度]と規定する。また、計測点 における傾きの角度とは、図 19に示す荷重—変位曲線において、各計測点に引い た直線の傾きの角度を指す。
[0086] そして、以上のようにして求めた周波数スペクトル分布の低周波面積比を横軸とし、 荷重一変位曲線における各計測点での傾きの角度比率を縦軸として各計測点での 結果をプロットしたところ、図 20に示すように、周波数面積比と荷重-変位曲線にお ける各計測点での傾きの角度比率とは比例関係 (直線関係）にあることが判明した。 なお、図 20のグラフの傾きは、 y= - 3. 89x+ 2. 19である。ただし、 x:周波数面積 比、 y：荷重 変位曲線における各計測点での傾きの角度比率である。
[0087] また、ひび割れが発生した時点での周波数面積比 =0. 31を 100%とし、最大荷重 における周波数面積比 =0. 41を 0%として、管体の劣化進行状態を残存強度率で 表すと、 Α=— ΙΟΟΟχ+410となる。ただし、 X：周波数面積比、 A:残存強度率（％) )である。
[0088] 以上のことから、衝撃弾性波試験で得られた低周波面積比と管体の状態 (残存強 度率)とを関係づけることができる。従って、検査対象管 (埋設管）につ!ヽて、衝撃弾 性波試験を実施することにより得られた周波数スペクトル分布カゝら低周波面積比を求 め、その実測の低周波面積比 (X)を、上記した残存強度推定関数 (A=— 1000x+ 410)を用いて、残存強度率 (％)に換算することによって、検査対象管の劣化度合を 数値で把握することが可能になる。これによつて、改築'修繕の方法'優先順位を決 定することができる。
[0089] 劣化度合の判定処理
劣化度合の判定処理の具体的な例を、図 21に示すフローチャートを参照しながら 説明する。なお、この例では、上記した図 20、表 3及び残存強度推定関数 (A=— 1 OOOx+410)を用いて判定を行う。
[0090] ステップ S1：上記した衝撃弾性波試験の計測方法により、検査対象管の伝播波を 計測する。なお、計測条件等は、前記した供試管 Pの場合と同じとする。
[0091] ステップ S2：計測した波形データを FFTし、周波数スペクトル分布を算出する。な お、周波数スペクトル分布の算出方法は、前記した供試管 Pの場合と同じとする。
[0092] ステップ S3 :ステップ 2で算出した周波数スペクトル分布から、周波数スペクトル分 布の 0〜5kHzまでの周波数領域と、 0〜10kHzまでの周波数領域とを求め、それら を用いて、低周波面積比（ = [低周波成分 (0〜5kHz)の面積] / [一定区間成分 (0 〜 10kHz)の面積]を算出する。
[0093] ステップ S4 :ステップ S3で算出した低周波面積比が 0. 31以下（≤0. 31)であるか 否かを判断し、低周波面積比が 0. 31以下である場合、健全 (残存強度率 = 100%) と判定する (ステップ S 7)。一方、低周波面積比が 0. 31を超えている場合はステップ S5に進む。 [0094] ステップ S5 :低周波面積比力 0. 31く [低周波面積比]≤0. 41である場合、クラ ックが発生して 、るものと判定し (ステップ S8)、残存強度推定関数 (A=— 1000x+ 410)を用いて、残存強度率 A (%)を算出する (ステップ S9, S10)。一方、低周波面 積比が 0. 41を超えている場合 (0. 41く [低周波面積比])、破壊 (残存強度 = 0%) と判定する (ステップ S6)。
[0095] 以上のように、この例では、検査対象管 (埋設管）の状態を百分率の数値で判定す ることができるので、検査対象管の劣化度合を正確に把握することが可能になる。こ れにより、例えば、検査対象管にクラックが発生している場合、そのクラック〖こよる強度 劣化の進行状態を数値 (％)で把握することが可能となるので、改築 '修繕の方法'優 先順位を決定する際の判定基準が明確になる。
[0096] なお、以上の実施例では、供試管に高感度変位計を配置して荷重一変位曲線を 描いているが、これに限られることなぐ供試管にストレインゲージを貼り付けて応力 —歪曲線を描くようにしてもよいし、他の外圧試験にて供試管の力—変形曲線を描く ようにしてもよい。
[0097] また、以上の実施例では、衝撃弾性波試験の試験データとして、周波数面積比を 採用しているが、これに限られることなぐ共振周波数、受振波形振幅値、受振波形 エネルギー、ピーク周波数、周波数重心、あるいは、波形減衰時間などの試験デー タを採用してちょい。
このように、本発明に係る検査方法を使用して、埋設管の劣化現象の区別を判定し、 劣化度合を定量的に判定することができる。
[0098] 本発明は、その精神または主要な特徴力も逸脱することなぐ他のいろいろな形で 実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず 、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって示すものであ つて、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、請求の範囲の均等範囲に属す る変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
[0099] なお、この出願は、曰本で 2004年 7月 26曰に出願された特願 2004— 217832号 及び特願 2004— 217833号に基づく優先権を請求する。その内容はこれに言及す ることにより、本出願に組み込まれるものである。また、本明細書に引用された文献は 、これに言及することにより、その全部が具体的に組み込まれるものである。
産業上の利用可能性
本発明の検査方法は、下水管路ゃ農水管路などの埋設管において、修繕'改築ェ 事の順番及び工事方法を決定するに際して、調査流域を構成する要素区域間の劣 化現象の区別を判定すること、調査流域を構成する要素区域間の劣化進行度を正 確に把握するのに有効に利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 埋設管の劣化状態を管内部から検査する方法であって、衝撃弾性波試験を行って 検査対象管の伝播波を測定し、この伝播波について周波数スペクトルを解析し、そ の周波数スペクトルの少なくとも第 1周波数区間のスペクトル面積値と第 2周波数区 間のスぺ外ル面積値とから、劣化現象の区別を判定することを特徴とする埋設管の 検査方法。
[2] 請求項 1記載の埋設管の検査方法において、状態が異なる複数種の供試管につ いてそれぞれ衝撃弾性波試験を行って伝播波を測定し、その各伝播波についてそ れぞれ周波数スペクトルを解析し、その各周波数スペクトルにつ 、て一定の微小周 波数区間ごとに積分を行うとともに、その積分値を順次積算して積分積算値を求めて いき、当該積分積算値が大きく変化するポイントの周波数を判定して、前記スぺタト ル面積値を求める周波数区間を設定することを特徴とする埋設管の検査方法。
[3] 請求項 1記載の埋設管の検査方法において、第 1周波数区間の始点が 0〜2. 5k Hz、終点が 3〜5. 5kHzで、第 2周波数区間の始点が前記第 1周波数区間と同じ値 であり、終点が 7〜： LOkHzである範囲を満たす周波数区間であることを特徴とする埋 設管の検査方法。
[4] 埋設管の劣化状態を管内部力も検査する方法であって、供試管に外部から加える 力とそれによつて発生する供試管の変形との関係を示すカー変形関係から得られる ノ メータと、前記供試管に衝撃弾性波試験を行うことにより得られる衝撃弾性波試 験データとの相関関係を求めておき、検査対象管に対して衝撃弾性波試験を行って 、検査対象管の衝撃弾性波測定データを採取し、その実測の衝撃弾性波測定デー タを、前記カー変形関係力 得られるパラメータと衝撃弾性波試験データとの相関関 係を基に評価して、検査対象管の劣化度合を定量的に判定することを特徴とする埋 設管の検査方法。
[5] 前記供試管のカー変形関係として、荷重一変位曲線または応力 歪曲線を用いる ことを特徴とする請求項 4記載の埋設管の検査方法。
[6] カー変形関係力 得られるパラメータとして、荷重一変位曲線または応力 歪曲線 の傾きの角度比率を用いることを特徴とする請求項 4記載の埋設管の検査方法。 前記衝撃弾性波試験データ及び実測の衝撃弾性波データとして、衝撃弾性波試 験を行って管体の伝播波を測定し、この伝播波にっ ヽて周波数スペクトルを解析し、 その周波数スペクトルにおける一定の周波数領域に対する低周波成分の面積比を 用いることを特徴とする請求項 4記載の埋設管の検査方法。
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