(57)【要約】【課題】橋脚基礎の健全性評価時間の短縮化を図ることができ、河川の増水時において、列車を安全に運行させることが可能な橋脚洗掘判定方法及び健全性評価システムを提供する。【解決手段】増水時における橋脚Ｂ２の振動数を示す微動データを、予め求めておいた橋脚Ｂ２の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる範囲をその測定範囲として検出し、予め求めておいた橋脚Ｂ２の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長に基づき検出する。【選択図】図５
2010210334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算し、該卓越振動数から得た固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する橋脚洗掘判定方法であって、
前記微動データは、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる範囲をその測定範囲として検出することを特徴とする橋脚洗掘判定方法。
【請求項２】
増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算し、該卓越振動数から得た固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する橋脚洗掘判定方法であって、
前記微動データは、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長に基づき検出することを特徴とする橋脚洗掘判定方法。
【請求項３】
増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算し、該卓越振動数から得た固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する橋脚洗掘判定方法であって、
前記微動データは、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる範囲をその測定範囲として検出し、かつ予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長に基づき検出することを特徴とする橋脚洗掘判定方法。
【請求項４】
増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算する卓越振動数演算部を有し、該卓越振動数に基づいて橋脚の固有振動数を特定し、該固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する健全性評価システムにおいて、
前記卓越振動数演算部では、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定範囲の微動データに基づき該橋脚の卓越振動数を演算することを特徴とする橋脚洗掘判定方法が適用された健全性評価システム。
【請求項５】
増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算する卓越振動数演算部を有し、該卓越振動数に基づいて橋脚の固有振動数を特定し、該固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する健全性評価システムにおいて、
前記卓越振動数演算部では、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長の微動データに基づき、該橋脚の卓越振動数を演算することを特徴とする橋脚洗掘判定方法が適用された健全性評価システム。
【請求項６】
増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算する卓越振動数演算部を有し、該卓越振動数に基づいて橋脚の固有振動数を特定し、該固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する健全性評価システムにおいて、
前記卓越振動数演算部では、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定範囲であり、かつ予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長の微動データに基づき該橋脚の卓越振動数を演算することを特徴とする橋脚洗掘判定方法が適用された健全性評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、川の増水によって橋脚周囲の地盤が掘られて弱くなったか否かを早期に発見することができる橋脚洗掘判定方法、及び該橋脚洗掘判定方法が適用された橋脚基礎の（洗掘に対する）健全性評価システムを提供する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、変位計、加速度計又は速度計などのセンサを利用して橋脚の振動量を計測し、この橋脚の異常を検知する健全性評価システムが特許文献１に示されている。
このような健全性評価システムは、健全性評価装置により橋脚基礎の健全性を評価する装置であり、具体的には、河川の増水時に橋脚の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の出力信号をＦＦＴ処理して橋脚の卓越振動数を演算する演算部と、該演算部が演算した橋脚の卓越振動数のうち衝撃荷重試験によって特定した橋脚の固有振動数に対応する卓越振動数をこの橋脚の固有振動数として特定する特定部と、前記固有振動数がしきい値を下回ったときには、橋脚が不安定であると評価する評価部と、該評価部の評価結果を表示する表示部と、を具備する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７１４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、列車の運行の可否を判断する上で、河川の増水時においては、できるだけ早く橋脚基礎の健全性を評価する必要がある。
しかしながら、上記特許文献１に示される橋脚基礎の健全性評価システムでは、最大３００秒の測定長を有する振動データのＦＦＴ結果の平均値から、橋脚の固有振動数を特定している。このため、振動データの解析には時間を有し、評価結果が出るまでに現状で５分程度もの時間が必要とされ、橋脚基礎の健全性評価を速やかに実施する上で、評価時間の短縮化を図ることが望まれていた。
【０００５】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、橋脚基礎の健全性評価時間の短縮化を図ることができ、河川の増水時において、列車を安全に運行させることが可能な橋脚洗掘判定方法及び、該橋脚洗掘判定方法が適用された橋脚基礎の（洗掘に対する）健全性評価システム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】
【０００６】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。本発明では、増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算し、該卓越振動数から得た固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較すること橋脚基礎の健全性を評価する橋脚洗掘判定方法であって、前記微動データは、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる範囲をその測定範囲として検出することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明では、増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算し、該卓越振動数から得た固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する橋脚洗掘判定方法であって、前記微動データは、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長に基づき検出することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明では、増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算し、該卓越振動数から得た固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する橋脚洗掘判定方法であって、前記微動データは、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる範囲をその測定範囲として検出し、かつ予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長に基づき検出することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明では、増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算する卓越振動数演算部を有し、該卓越振動数に基づいて橋脚の固有振動数を特定し、該固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する健全性評価システムにおいて、前記卓越振動数演算部では、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定範囲の微動データに基づき該橋脚の卓越振動数を演算することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明では、増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算する卓越振動数演算部を有し、該卓越振動数に基づいて橋脚の固有振動数を特定し、該固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する健全性評価システムにおいて、前記卓越振動数演算部では、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長の微動データに基づき、該橋脚の卓越振動数を演算することを特徴とする。
また、本発明では、増水時における橋脚の振動数を示す微動データに基づき、橋脚の卓越振動数を演算する卓越振動数演算部を有し、該卓越振動数に基づいて橋脚の固有振動数を特定し、該固有振動数を、予め測定しておいた該橋脚の固有振動数と比較することで橋脚基礎の健全性を評価する健全性評価システムにおいて、前記卓越振動数演算部では、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定範囲であり、かつ予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長の微動データに基づき該橋脚の卓越振動数を演算することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の橋脚洗掘判定方法及び該橋脚洗掘判定方法が適用された健全性評価システムによれば、微動データを、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる範囲をその測定範囲として検出し、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長に基づき検出するようにしたので、該微動データの処理量を少なくすることができ、橋脚基礎の健全性評価時間の短縮化を図り、河川の増水時において、列車をより安全に運行させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの使用状態の一例を示す側面図である。
【図２】この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの使用状態を示す正面図であり、図２（Ａ）は橋脚が安定状態であるときの図であり、図２（Ｂ）は河川Ｒの水によって橋脚基礎周辺の川底が深くえぐられて該橋脚が不安定状態になったときの図である。
【図３】この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの構成図である。
【図４】この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの表示装置の特定部による固有振動数の特定手法を説明するためのグラフである。
【図５】この発明の実施形態に係る、抽出範囲の違いによる固有振動数の変動係数を示すグラフである。
【図６】この発明の実施形態に係る、解析データ長と固有振動数との差分の変動係数を示すグラフである。
【図７】この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの健全性評価装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１〜図７を参照して、本発明に係わる橋脚洗掘判定方法及び該橋脚洗掘判定方法が適用された健全性評価システムについて詳しく説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの使用状態の一例を示す側面図である。図２は、この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの使用状態を示す正面図であり、図２（Ａ）は橋脚が安定状態にあるときの正面図であり、図２（Ｂ）は河川の水によって橋脚基礎周辺の川底が深くえぐられて該橋脚が不安定状態であるときの正面図である。図３は、この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの構成図である。
【００１４】
図１及び図２に示す橋梁Ｂは、健全性評価システム１によって健全性が評価される評価対象物であり、車両Ｖが走行する軌道Ｗの下部に空間を確保して、列車の荷重を支持する固定構造物である。橋梁Ｂは、水平方向に配置されて軌道Ｗを支持する橋桁Ｂ１と、この橋桁Ｂ１を支持する橋脚（ピア）Ｂ２と、橋梁Ｂ全体に作用する荷重を地盤に伝達してこの橋梁Ｂを支持する橋脚基礎Ｂ３と、橋脚Ｂ２の上端面を構成する天端部Ｂ４と、この天端部Ｂ４上に橋桁Ｂ１を支持する支承部Ｂ５などを備えている。橋梁Ｂは、橋桁Ｂ１が上部構造を構成し、橋脚Ｂ２及び橋脚基礎Ｂ３が下部構造を構成している。図１及び図２に示す橋梁Ｂは、例えば、梁構造によって荷重を受ける桁橋であり、橋桁Ｂ１が鋼材を主要材料とする鋼桁で構成されており、橋脚Ｂ２が石材、レンガ又はコンクリートなどの剛体で構成されている。
【００１５】
河川Ｒは、橋梁Ｂの下方を流れる川であり、図２（Ｂ）に示す洗掘Ｓは河川Ｒの川底を流れる水によって橋脚基礎Ｂ３周辺の川底が深くえぐられた状態である。軌道Ｗは、車両Ｖが走行する通路（線路）であり、車両Ｖは橋梁Ｂ上を走行する電車又は気動車などの鉄道車両である。利用者Ｍは、健全性評価システム１を使用して橋梁Ｂを監視、保守又は検査する作業者である。
【００１６】
図３に示す健全性評価システム１は、橋脚Ｂ２の健全性を評価するシステムである。健全性評価システム１は、図１に示す健全性評価装置２Ａ〜２Ｃと、図３に示す表示装置３などを備えている。健全性評価システム１は、図１に示す３組の健全性評価装置２Ａ〜２Ｃによって橋脚Ｂ２の振動を検出してこの橋脚Ｂ２の卓越振動数を演算し、橋脚Ｂ２の固有振動数を特定して橋脚Ｂ２の健全性を評価するとともに、図３に示す表示装置３によってこの評価結果を表示する。なお、本実施形態は、３本の橋脚Ｂ２にそれぞれ健全性評価装置２Ａ〜２Ｃを設けた例であるが、健全性評価装置２Ａ〜２Ｃを設置する橋脚Ｂ２は３本に限定されず、３本未満又は３本以上であっても良い。
【００１７】
図１に示す健全性評価装置２Ａ〜２Ｃは、橋脚Ｂ２の健全性を評価する装置である。健全性評価装置２Ａ〜２Ｃは、橋脚Ｂ２の振動及び河川Ｒの水位Ｈを自動的に計測してデータ処理する計測データ処理部を構成しており、この計測データ処理部は振動及び水位を計測するセンサ部と、このセンサ部によって計測された計測データを制御する計測データ制御部とから構成されている。
健全性評価装置２Ａ〜２Ｃは、設置位置の変更が容易で持ち運びに便利なように可搬型に構成されており、３本の橋脚Ｂ２にそれぞれ配置されて、３本の橋脚Ｂ２の固有振動数を特定しそれぞれの橋脚Ｂ２の健全性を評価する。健全性評価装置２Ａ〜２Ｃは、いずれも同一構造であり、以下では健全性評価装置２Ａについて説明する。
【００１８】
健全性評価装置２Ａは、図３に示すように、振動検出部２ａと、信号処理部２ｂと、水位検出部２ｃと、信号処理部２ｄと、振動情報記憶部２ｅと、水位情報記憶部２ｆと、演算部２ｇと、卓越振動数情報記憶部２ｈと、計時部２ｉと、固有振動数情報記憶部２ｊと、特定部２ｋと、しきい値情報記憶部２ｍと、評価部２ｎと、評価情報記憶部２ｐと、電源部２ｑと、プログラム記憶部２ｒと、通信部２ｓと、制御部２ｔなどを備えている。
【００１９】
図２及び図３に示す振動検出部２ａは、橋脚Ｂ２の振動を検出する手段である。振動検出部２ａは、例えば、河川Ｒの水位が所定高さを超えたときに橋脚Ｂ２の振動の検出を開始し、河川Ｒの水位が所定高さ以下になるまで橋脚Ｂ２の振動の検出を継続する。振動検出部２ａは、図２に示すように、車両Ｖの振動の影響を強く受け易い支承部Ｂ５よりも上方の橋桁Ｂ１には設置せずに、支承部Ｂ５よりも下方の天端部Ｂ４に設置されている。振動検出部２ａは、例えば、橋梁Ｂの長さ方向（図１及び図２に示すＸ軸方向）と直交する橋梁Ｂの幅方向（Ｙ軸方向）の橋脚Ｂ２の振動を検出する加速度センサ、速度センサ又は変位センサなどの振動センサであって、橋脚Ｂ２の振動に応じた微動データを示す振動検出信号を、内蔵するＡ／D変換器によってディジタル信号に変換して信号処理部２ｂに出力する。
【００２０】
図３に示す信号処理部２ｂは、振動検出部２ａが出力する出力信号を処理する手段である。信号処理部２ｂは、例えば、振動検出部２ａが出力する振動検出信号を増幅する増幅回路と、この振動検出信号から所定の周波数成分を抽出するフィルタ回路などを備えている。信号処理部２ｂは、処理後の振動検出信号を制御部２ｔに出力する。
【００２１】
図２及び図３に示す水位検出部２ｃは、河川Ｒの水位Ｈを検出する手段である。水位検出部２ｃは、図２に示すように、天端部Ｂ４に設置されており、河川Ｒの水面に向かって信号を送信し、この水面から反射する反射信号を受信して河川Ｒの水位Ｈを検出する超音波レベル計、赤外線レベル計又はレーザレベル計などの水位計である。水位検出部２ｃは、河川Ｒの水位Ｈに応じた水位検出信号（水位情報）を信号処理部２ｄに出力する。
【００２２】
図３に示す信号処理部２ｄは、水位検出部２ｃが出力する出力信号を処理する手段である。信号処理部２ｄは、例えば、水位検出部２ｃが出力する水位検出信号を増幅する増幅回路と、この水位検出信号から所定の周波数成分を抽出するフィルタ回路と、この水位検出信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換するＡ／D変換回路などを備えている。信号処理部２ｄは、処理後の水位検出信号を制御部２ｔに出力する。
【００２３】
振動情報記憶部２ｅは、振動検出部２ａの検出結果を記憶する手段であり、信号処理部２ｂが出力する振動検出信号（振動情報）を記憶するメモリである。
水位情報記憶部２ｆは、水位検出部２ｃの検出結果を記憶する手段であり、信号処理部２ｄが出力する水位検出信号（水位情報）を記憶するメモリである。
【００２４】
演算部２ｇは、振動検出部２ａの検出結果に基づいて橋脚Ｂ２の卓越振動数を演算する手段である。演算部２ｇは、河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超えたときの振動検出部２ａの出力信号に基づいてこの卓越振動数を演算する。
ここで、卓越振動数とは、橋脚Ｂ２の振動波形を周波数分析したときに振幅スペクトルが極大となる周波数である。演算部２ｇは、振動検出部２ａの出力信号を高速フーリエ変換（Fast Fourier Transformation（以下、FFTという））処理して橋脚Ｂ２の卓越振動数を演算する。
演算部２ｇは、例えば、河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超えてから所定高さ以下になるまでの間に、振動検出部２ａが出力する振動データをFFT処理するが、その際に、データ処理を高速化するために、微動データの測定時間長を、変動係数が小さくほぼ一定のばらつきになる設定値（５０秒）で抽出する。これとともに、微動データの測定範囲を、衝撃振動試験で予め求めた橋脚Ｂ２の固有振動数（１１.３Ｈｚ）を中心にして一定割合（±１０％）とする。すなわち、予め定めた測定時間長さと、測定範囲から抽出した微動データについて、最も振幅の大きなピークから求めた卓越振動数を、固有振動数として制御部２ｔに出力する（これについては、図５及び図６を参照して後述する）。
また、該演算部２ｇは、振動検出部２ａが出力する振動情報及び水位検出部２ｃが出力する水位情報を処理するデータ処理装置を構成する。演算部２ｇは、演算後の卓越振動数を卓越振動数情報として制御部２ｔに出力する。
【００２５】
卓越振動数情報記憶部２ｈは、演算部２ｇの演算結果を記憶する手段である。卓越振動数情報憶部２ｈは、演算部２ｇが出力する卓越振動数情報を記憶するメモリである。
計時部２ｉは、時刻を計測する手段である。計時部２ｉは、例えば、所定時間毎に動作開始信号を制御部２ｔに出力し、この動作開始信号を出力してから所定時間経過後に動作終了信号を制御部２ｔに出力する。また、計時部２ｉは、例えば、河川Ｒの水位Ｈが所定の高さを超えたときには、ＦＦＴ処理を開始させる動作開始信号を制御部２ｔに出力し、この動作開始信号を出力してから所定時間経過後に動作終了信号を制御部２ｔに出力する。
【００２６】
固有振動数情報記憶部２ｊは、橋脚Ｂ２の固有振動数を記憶する手段である。固有振動数情報記憶部２ｊは、例えば、図２（Ａ）に示すような健全な状態である橋脚Ｂ２に重錘を衝突させて橋脚Ｂ２を強制的に加振する衝撃荷重試験を実施したときに測定された橋脚Ｂ２の固有振動数（共振振動数）を固有振動数情報として記憶している。また、固有振動数情報記憶部２ｊは、特定部２ｋが特定した卓越振動数情報を固有振動数情報として記憶している。固有振動数情報記憶部２ｊは、各橋梁Ｂの橋脚Ｂ２毎に固有振動数情報を更新可能に記憶している。
【００２７】
特定部２ｋは、橋脚Ｂ２の卓越振動数に基づいてこの橋脚Ｂ２の固有振動数を特定する手段であり、河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超えたときの橋脚Ｂ２の卓越振動数に基づいてこの橋脚Ｂ２の固有振動数を特定する。特定部２ｋは、振動検出部２ａの出力信号に基づいて卓越振動数の移動平均を演算し、この卓越振動数の移動平均に基づいて固有振動数を特定する。特定部２ｋは、卓越振動数情報記憶部２ｈが記憶する卓越振動数情報を移動平均処理し、固有振動数情報記憶部２ｊが記憶する衝撃荷重試験によって測定した橋脚Ｂ２の固有振動数と対応する卓越振動数を固有振動数と特定する。特定部２ｋは、特定後の固有振動数情報を制御部２ｔに出力する。
【００２８】
図４は、この発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの健全性評価装置の演算部２ｇによる固有振動数の特定手法を説明するためのグラフである。
図４に示す縦軸は、加速度スペクトル（１０-６gal*sec）であり、横軸は振動数（Ｈｚ）である。太線は、低水時（水深０ｍ）の橋脚微動のフーリエスペクトルを示す波形であり、細線は増水時（水深２.７ｍとなった時点での増水時）の橋脚微動のフーリエスペクトルを示す波形であり、いずれも実際の鉄道橋梁の橋脚微動を測定して周波数解析した波形である。
図４に示すように、低水時には橋脚の固有振動数の応答が明瞭ではないが、増水時には橋脚が揺すられるために橋桁の固有振動数の応答よりも橋脚の固有振動数の応答のほうが明瞭になる。
【００２９】
増水時の波形には、加速度スペクトルが極大となる４つの卓越振動数ｆ１〜ｆ４が存在するが、フーリエスペクトルからだけではこれらの卓越振動数ｆ１〜ｆ４のいずれが橋脚の固有振動数に対応するのか不明である。このため、橋脚に重錘を衝突させて橋脚の固有振動数を測定する衝撃荷重試験を実施して橋脚の固有振動数を予め特定しておき、増水時の橋脚の卓越振動数ｆ１〜ｆ４を演算したときに、演算後の卓越振動数ｆ１〜ｆ４のいずれが橋脚の固有振動数に対応するかを判断することができる。図４に示す波形では、橋桁の固有振動数は３.５Ｈｚであり、橋脚の固有振動数は１１.３Ｈｚであるが、増水時の卓越振動数ｆ１〜ｆ４を演算することによって、４つの卓越振動数ｆ１〜ｆ４のうちの一つの卓越振動数ｆ３が橋脚の固有振動数に対応することが分かる。このように、特定部２ｋは、河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超える増水時の橋脚Ｂ２の卓越振動数ｆ１〜ｆ４を、衝撃試験などによって予め特定されている橋脚Ｂ２の固有振動数と照合して、複数の卓越振動数ｆ１〜ｆ４のうち卓越振動数ｆ３が橋脚Ｂ２の固有振動数であると特定する。
【００３０】
図３に示すしきい値情報記憶部２ｍは、橋脚Ｂ２の安定性を評価するときに基準となるしきい値を記憶する手段である。しきい値情報記憶部２ｍは、一般に、図２（Ｂ）に示す洗掘Ｓが発生すると橋脚Ｂ２の固有振動数が低下するため、橋脚Ｂ２が安定であるか否かを判定する際に基準となる基準振動数をしきい値情報として記憶するメモリである。しきい値情報記憶部２ｍは、各橋梁Ｂの橋脚Ｂ２毎にしきい値情報を更新可能に記憶している。
【００３１】
図３に示す評価部２ｎは、橋脚Ｂ２の固有振動数に基づいてこの橋脚Ｂ２の安定性を評価する手段である。評価部２ｎは、特定部２ｋが卓越振動数から特定した橋脚Ｂ２の固有振動数の変化に基づいて、この橋脚Ｂ２の安定性を評価する。評価部２ｎは、特定部２ｋが特定した橋脚Ｂ２の固有振動数が低下して、しきい値情報記憶部２ｍが記憶するしきい値を下回ったときには橋脚Ｂ２が不安定であると評価し、これらの評価結果を評価情報として制御部２ｔに出力する。
【００３２】
評価情報記憶部２ｐは、評価部２ｎの評価結果を記憶する手段である。評価情報部憶部２ｐは、評価部２ｎが出力する評価情報を記憶するメモリであり、各橋梁Ｂの橋脚Ｂ２毎に評価情報を更新可能に記憶している。
【００３３】
電源部２ｑは、健全性評価装置２Ａに電力を供給する手段である。電源部２ｑは、計時部２ｉに微小な電力を常時供給しており、計時部２ｉが動作開始信号を制御部２ｔに出力すると振動検出部２ａ及び水位検出部２ｃなどに電力を供給し、計時部２ｉが動作終了信号を制御部２ｔに出力すると振動検出部２ａ及び水位検出部２ｃなどへの電力の供給を停止する。電源部２ｑは、例えば、河川Ｒの水位が所定高さを超えると振動検出部２ａなどに電力を供給し、河川Ｒの水位が所定高さ以下になると振動検出部２ａなどへの電力の供給を停止する。電源部２ｑは、健全性評価装置２Ａに着脱自在に装着され交換可能な電池である。
【００３４】
プログラム記憶部２ｒは、橋脚Ｂ２の健全性を評価するための健全性評価プログラムを記憶する手段である。プログラム記憶部２ｒは、例えば、通信部２ｓから入力する健全性評価プログラムを記憶するメモリである。通信部２ｓは、表示装置３側の通信部（図示略）との間で通信する手段であり、種々の情報を送受信する無線装置である。
【００３５】
制御部２ｔは、健全性評価装置２Ａの種々の動作を制御する手段（中央処理部（ＣＰＵ））である。制御部２ｔは、プログラム記憶部２ｒから健全性評価プログラムを読み出して一連の評価処理を実行する。制御部２ｔは、例えば、振動情報の記憶を振動情報記憶部２ｅに指令したり、水位情報の記憶を水位情報記憶部２ｆに指令したり、卓越振動数の演算を演算部２ｇに指令したり、卓越振動数情報の記憶を卓越振動数情報記憶部２ｈに指令したり、計時部２ｉに計測動作の開始及び終了を指令したり、固有振動数情報記憶部２ｊに固有振動数情報の記憶を指令したり、特定部２ｋに固有振動数の特定を指令したり、しきい値情報の記憶をしきい値情報記憶部２ｍに指令したり、橋脚Ｂ２の健全性の評価を評価部２ｎに指令したり、評価情報記憶部２ｐに評価情報の記憶を指令したり、電源部２ｑに電力の供給及び停止を指令したり、通信部２ｓに通信動作を指令したりする。
【００３６】
次に、図５及び図６を参照して、本発明に係る橋脚洗掘判定方法（以下の〔１〕〔２〕）が適用された健全性評価装置２Ａについて詳細に説明する。この橋脚洗掘判定方法は、演算部２ｇにて実行されるものであって、該演算部２ｇにて橋脚Ｂ２の固有振動数を特定するための演算処理を高速化し、これによって増水によって橋脚周囲の地盤が掘られて弱くなったか否かを早期に発見することを目的とする。
【００３７】
〔１〕抽出範囲の違いによる変動係数に着目して固有振動数を決定する。
例えば、測定時間長さ３００秒間の微動データ（例えば、サンプリング間隔１／１００秒毎に、測定時間長さ３００秒間の微動データが計測される）のＦＦＴから求めたスペクトルから橋脚の固有振動数に相当する卓越振動数を選ぶ際に、特定の振動数の範囲に着目したデータ処理行ない、これによって演算処理を高速化するものであり、このために着目すべき範囲（抽出範囲）の検討を以下に行った。
検討では、衝撃振動試験で予め求めた橋脚Ｂ２の固有振動数（１１.３Ｈｚ）を中心にして、４段階（±５％、±１０％、±２０％、±３０％）の判定範囲を設定し、それぞれの判定範囲において、最も振幅の大きなピークから卓越振動数を求めて固有振動数とし、これら各固有振動数と先の橋脚Ｂ２の固有振動数（１１.３Ｈｚ）との差分から求めた変動係数で整理し、その結果を図５に示した。
【００３８】
図５の測定結果によれば、増水時や平水時にかかわらず、抽出範囲を狭くするほど変動係数は小さくなる傾向があるものの、±５％まで抽出範囲を狭めると、ピークを特定できなくなり、反対に変動係数が大きくなる場合があることがわかった。
このため、衝撃振動試験で予め求めた橋脚Ｂ２の固有振動数を中心とした抽出範囲は、変動係数の小さい±１０％以上が適当であり、その中でも特に、いずれのサンプルにおいて最も変動係数が小さい、±１０％が適当であることがわかった。
【００３９】
〔２〕データの時間長の違いによる変動係数に着目して固有振動数を決定する。
増水時であれば、微動のフーリエスペクトルにより橋脚の固有振動数が求められる可能性があるが、処理するデータの時間長によっては求められる固有振動数にばらつきが生じることが考えられる。そこで、測定で得られたデータから固有振動数を求める際に、ばらつきをできる限り少なくする方法について検討する。ただし、ここで言う固有振動数とは、衝撃振動試験で得た固有振動数付近に現れる卓越振動数の一つを言うものである。
微動データ（測定時間長３００秒（最長の場合））のフーリエスペクトル解析を行う際のデータの時間長に対する（以下、データ長という）、固有振動数と衝撃振動試験で求めた固有振動数との差分との関係を検討するために、データ長を「５、１０、１５、２０、３０、４０、５０、６０、８０、１００、１６０、２００、３００秒間」の１３段階に設定した。なお、卓越振動数を抽出する範囲は、前述のとおり、衝撃振動試験で予め求めた橋脚Ｂ２の固有振動数（１１.３Ｈｚ）を中心とした±１０％とする。
解析データ長と固有振動数との差分を係数化した変動係数との関係を、図６に示す。これによれば、解析データ長が長くなる程、残差の変動係数が小さくなる傾向が見られるものの、概ね５０秒以上であれば、変動係数が小さくほぼ一定のばらつきになる傾向が見られると考えられる。これにより微動データの測定時間長を５０秒とすれば、ばらつきの少ない卓越振動数が得られることが確認された。
【００４０】
なお、上記〔１〕及び〔２〕で定めた微動データの抽出範囲±１０％、測定時間長５０秒は、今回の実験により得られた解析値であって、状況に応じて設定変更されることは言うまでもなく、適宜、最適な値を設定可能とするものである。
【００４１】
次に、図７のフローチャートを参照して本発明の実施形態に係る橋脚基礎の健全性評価システムの動作を説明する。なお、以下のフローチャートのステップ（Ｓ）は、図３に示す制御部２ｔで実行される。
図７に示すステップ１００において、河川Ｒの水位Ｈの検出開始を水位検出部２ｃに制御部２ｔが指令する。計時部２ｉが所定時間毎に動作開始信号を制御部２ｔに出力すると、健全性評価装置２Ａ全体への電力の供給開始を制御部２ｔが電源部２ｑに指令し、水位検出部２ｃが河川Ｒの水位Ｈの検出を開始して水位検出信号を信号処理部２ｄに出力する。
【００４２】
Ｓ１１０において、河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超えたか否かを制御部２ｔが判断する。信号処理部２ｄが水位検出信号を制御部２ｔに出力すると、この水位検出信号に基づいて河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超えたか否かを制御部２ｔが判断する。河川Ｒの増水時には橋脚Ｂ２が流れによって揺すられるため、低水時に比べて微動レベルが増大して橋脚Ｂ２の振動を容易に検出可能になる。このため、所定高さは、例えば、橋脚Ｂ２が容易に振動して微動レベルの増大が期待されるときの河川水位に設定されており、各橋梁Ｂの橋脚Ｂ２毎に設定されている。河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超えたと制御部２ｔが判断したときにはＳ１２０に進み、河川Ｒの水位Ｈが所定高さ以下であると制御部２ｔが判断したときには一連の処理を終了する。
【００４３】
Ｓ１２０において、橋脚Ｂ２の振動の検出開始を振動検出部２ａに制御部２ｔが指令する。その結果、振動検出部２ａが橋脚Ｂ２の振動の検出を開始し、微動データを含む振動検出信号を信号処理部２ｂに出力する。信号処理部２ｂが振動検出信号を制御部２ｔに出力すると、制御部２ｔが振動情報記憶部２ｅに振動情報を出力し、振動情報記憶部２ｅに振動情報の記憶を指令する。
なお、このＳ１２０では、データ処理を高速化するために、微動データの測定時間長を、変動係数が小さくほぼ一定のばらつきになる５０秒とし、かつ微動データの測定範囲を、衝撃振動試験で予め求めた橋脚Ｂ２の固有振動数（１１.３Ｈｚ）を中心にして、±１０％の範囲内とする。
【００４４】
Ｓ１３０において、卓越振動数の演算を演算部２ｇに制御部２ｔが指令する。橋脚Ｂ２の振動の検出開始を振動検出部２ａに制御部２ｔが指令するのと同時に、卓越振動数の演算開始を演算部２ｇに制御部２ｔが指令すると、制御部２ｔが出力する微動データに基づいて演算部２ｇがＦＦＴ処理して卓越振動数を演算し、卓越振動数情報を制御部２ｔに出力する。その結果、この卓越振動数情報を制御部２ｔが卓越振動数情報記憶部２ｈに出力し、卓越振動数情報記憶部２ｈに卓越振動数情報の記憶を指令する。
すなわち、このＳ１３０では、演算部２ｇに対して、先のＳ１２０で検出した５０秒の測定時間長であり、かつ測定範囲を衝撃振動試験で予め求めた橋脚Ｂ２の固有振動数（１１.３Ｈｚ）を中心として±１０％とした微動データから、ＦＦＴ処理した卓越振動数を演算させ、その演算結果を卓越振動数情報記憶部２ｈに記憶させる。
【００４５】
Ｓ１４０において、固有振動数の特定を特定部２ｋに制御部２ｔが指令する。卓越振動数情報記憶部２ｈから卓越振動数情報を制御部２ｔが読み出してこの卓越振動数情報を特定部２ｋに出力するとともに、衝撃荷重試験によって測定された固有振動数情報を固有振動数情報記憶部２ｊから制御部２ｔが読み出してこの固有振動数情報を特定部２ｋに出力する。その結果、卓越振動数情報の移動平均を特定部２ｋが演算し、衝撃荷重試験によって測定された橋脚Ｂ２の固有振動数に対応する卓越振動数を固有振動数と特定する。特定後の固有振動数情報を特定部２ｋが制御部２ｔに出力すると、この特定後の固有振動数情報を制御部２ｔが固有振動数情報記憶部２ｊに出力し、特定後の固有振動数情報の記憶を固有振動数情報記憶部２ｊに指令する。
【００４６】
Ｓ１５０において、橋脚Ｂ２の安定性の評価を評価部２ｎに制御部２ｔが指令する。しきい値情報記憶部２ｍからしきい値情報を制御部２ｔが読み出して、このしきい値情報を制御部２ｔが評価部２ｎに出力するとともに、特定部２ｋが特定した固有振動数情報を制御部２ｔが評価部２ｎに出力する。橋脚Ｂ２の安定性の評価を制御部２ｔが評価部２ｎに指令すると、特定部２ｋが特定した固有振動数としきい値情報記憶部２ｍが記憶するしきい値情報とを評価部２ｎが比較して、固有振動数がしきい値を下回るか否かを判定する。その結果、固有振動数がしきい値を下回ったときには橋脚Ｂ２が不安定であると評価部２ｎが評価し、固有振動数がしきい値を超えるときには橋脚Ｂ２が安定であると評価部２ｎが評価する。これらの評価情報を制御部２ｔに評価部２ｎが出力すると、これらの評価情報を評価情報記憶部２ｐに制御部２ｔが出力して、これらの評価情報の記憶を評価情報記憶部２ｐに指令する。
【００４７】
Ｓ１６０において、表示装置３の通信部が送信するデータ送信指令を通信部２ｓが受信したか否かを制御部２ｔが判断する。図１及び図２に示すように、表示装置３によって橋脚Ｂ２の健全性を確認するときには、図３に示す表示装置３から健全性評価装置２Ａ〜２Ｃの通信部２ｓにデータ送信が指令される。表示装置３から制御部２ｔにデータ送信が指令されたときにはＳ１７０に進み、通信部から制御部２ｔにデータ送信指令がされなかったときにはＳ１８０に進む。
【００４８】
Ｓ１７０において、評価情報の送信を制御部２ｔが通信部２ｓに指令する。データ送信指令を通信部２ｓが受信すると制御部２ｔが評価情報記憶部２ｐから評価情報を読み出して通信部２ｓに出力し、この評価情報の送信を通信部２ｓに指令する。
【００４９】
Ｓ１８０において、河川Ｒの水位Ｈが所定高さ以下か否かを制御部２ｔが判断する。信号処理部２ｄが水位検出信号を制御部２ｔに出力すると、この水位検出信号に基づいて河川Ｒの水位Ｈが所定高さ以下か否かを制御部２ｔが判断する。河川Ｒの水位Ｈが所定高さ以下であると制御部２ｔが判断したときにはＳ１９０に進む。一方、河川Ｒの水位Ｈが所定高さを超えていると制御部２ｔが判断したときにはＳ１３０に戻り、河川Ｒの水位Ｈが所定高さ以下になるまでＳ１３０の卓越振動数の演算処理、Ｓ１４０の固有振動数の特定処理及びＳ１５０の評価処理などが継続される。
【００５０】
Ｓ１９０において、橋脚Ｂ２の振動の検出終了を振動検出部２ａに制御部２ｔが指令する。河川Ｒの水位Ｈが所定高さ以下に戻ると、水位検出部２ｃが出力する水位検出信号に基づいて、振動検出部２ａに検出動作の終了を制御部２ｔが指令する。
【００５１】
以上詳細に説明したように本実施形態に示される橋脚洗掘判定方法及び該橋脚洗掘判定方法が適用された健全性評価システムによれば、微動データを、予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる範囲をその測定範囲として検出し（上記〔１〕による）、かつ予め求めておいた橋脚の固有振動数に対する差分から計算される変動係数が小さくなる測定時間長に基づき検出する（上記〔２〕による）ようにしたので、該微動データの処理量を少なくすることができ、橋脚基礎の健全性評価時間の短縮化を図り、河川の増水時において、列車をより安全に運行させることが可能となる。
【００５２】
なお、上記実施形態では、抽出範囲の違いによる変動係数に着目して固有振動数を決定する処理方法（上記〔１〕による）、及びデータの時間長の違いによる変動係数に着目して固有振動数を決定する処理方法（上記〔２〕による）の両方を実行しているが、いずれか一方を選択して実行しても良い。
【００５３】
また、上記実施形態では、演算部２ｇにて振動検出部２ａから取り込んだ微動データの中で、上記〔１〕の判定範囲（±１０）、上記〔２〕のデータ長（５０秒）に相当する微動データを抽出するようにしたが、これに限定されず、振動検出部２ａでのデータ検出段階において、特定の判定範囲、データ長のみの微動データを検出するようにしても良く、微動データのデータ量を決定する処理部は、演算部２ｇに限定されない。
【００５４】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
河川が増水している際に安全に列車を運行させることが可能な橋脚洗掘判定方法及び該橋脚洗掘判定方法が適用された健全性評価システムを提供する。
【符号の説明】
【００５６】
１ 健全性評価システム
２Ａ〜２Ｃ 健全性評価装置
２ａ 振動検出部
２ｇ 演算部
Ｂ 橋梁
Ｂ２  橋脚
Ｒ 河川
Ｓ 洗掘
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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