(57)【要約】【課題】バッテリーの交換頻度を長くすることができ、保守作業の軽減を図ることができる橋脚洗掘判定方法及健全性評価システムを提供する。【解決手段】増水が発生したか否かを検出する増水検出部が増水を検出した場合に、橋脚基礎の健全性を評価する評価部に対して設定条件に基づく評価処理を行わせる。【選択図】図５
2010210335.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、
増水が発生したか否かを検出する増水検出部が増水を検出した場合に、橋脚基礎の健全性を評価する評価部に対して設定条件に基づく評価処理を行わせることを特徴とする橋脚洗掘判定方法。
【請求項２】
前記増水検出部が河川の水位が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする請求項１記載の橋脚洗掘判定方法。
【請求項３】
前記増水検出部が河川の流速が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする請求項１記載の橋脚洗掘判定方法。
【請求項４】
前記増水検出部が河川の防護工が流出したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする請求項１記載の橋脚洗掘判定方法。
【請求項５】
前記河川が増水したと判断された場合に、高い頻度で橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行わせる設定条件を前記評価部に対して設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の橋脚洗掘判定方法。
【請求項６】
前記評価部の評価結果を、通信部を介して列車運行の司令部に電送することを特徴とする請求項１〜５のいずれか1項に記載の橋脚洗掘判定方法。
【請求項７】
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健全性評価システムであって、
河川にて増水が発生したか否かを検出する増水検出部と、
橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行う評価部と、
前記増水検出部により河川の増水発生が検出された場合に、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づき該橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行なわせる制御部と、有することを特徴とする健全性評価システム。
【請求項８】
前記制御部は、前記増水検出部が河川の水位が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする請求項７記載の橋脚洗掘判定システム。
【請求項９】
前記制御部は、前記増水検出部が河川の流速が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする請求項７記載の橋脚洗掘判定システム。
【請求項１０】
前記制御部は、前記増水検出部が河川の防護工が流出したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする請求項７記載の橋脚洗掘判定システム。
【請求項１１】
前記制御部に設定される設定条件として、河川が増水したと判断された場合に、高い頻度で橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行わせることを特徴とする請求項１〜４のいずれか７〜１０項に記載の橋脚洗掘判定システム。
【請求項１２】
前記制御部は、前記評価部の評価結果を通信部を介して列車運行の司令部に電送することを特徴とする請求項７〜１１のいずれか1項に記載の橋脚洗掘判定システム。
【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において、バッテリーの寿命を大幅に延長することが可能な技術に関する。
【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出する健全性評価システムが特許文献１に示されている。
このような橋脚の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、該振動検出部の検出信号を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、を具備する。そして、前記評価部での評価結果は、通信部により列車運行の司令部に電送されるようになっている。
【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】
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は、橋脚の上部に設けられるものであるので、数多くの橋脚で可動させる上で、電力ケーブルを通じた駆動を行うことは新たな設備を必要とすることから困難であり、このため、電源にバッテリーを使用している。
しかしながら、上述した橋脚基礎の健全性評価システムでは、４０００分程度の稼動時間毎にバッテリーの交換が必要であるために、評価部にて1時間毎に５分間程度の評価処理を行い、かつ通信部から評価結果の通信を行った場合に、１ヶ月ほどで該バッテリーが消耗してしまい、その度に該バッテリーの交換作業が必要となっていた。例えば、１ヶ月から２ヶ月に一度のバッテリーの交換が必要となり、保守作業が面倒なものとなっていた。
【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、できる限り少ない設備で稼動させた上で、バッテリーの交換頻度を長くすることができ、保守作業の軽減を図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。すなわち、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、増水が発生したか否かを検出する増水検出部が増水を検出した場合に、橋脚基礎の健全性を評価する評価部に対して設定条件に基づく評価処理を行わせることを特徴とする。
また、本発明の橋脚洗掘判定方法では、前記増水検出部が河川の水位が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の橋脚洗掘判定方法では、前記増水検出部が河川の流速が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の橋脚洗掘判定方法では、前記増水検出部が河川の防護工が流出したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の橋脚洗掘判定方法では、前記河川が増水したと判断された場合に、高い頻度で橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行わせる設定条件を前記評価部に対して設定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の橋脚洗掘判定方法では、前記評価部の評価結果を、通信部を介して列車運行の司令部に電送することを特徴とする。
【００１１】
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健全性評価システムであって、河川にて増水が発生したか否かを検出する増水検出部と、橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行う評価部と、前記増水検出部により河川の増水発生が検出された場合に、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づき橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行なわせる制御部と、有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の健全性評価システムでは、前記制御部は、前記増水検出部が河川の水位が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の健全性評価システムでは、前記制御部は、前記増水検出部が河川の流速が設定値以上に上昇したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して、予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の健全性評価システムでは、前記制御部は、前記増水検出部が河川の防護工が流出したことを検出した場合に、当該河川が増水したと判断して、前記評価部に対して予め定めた設定条件に基づく評価処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の健全性評価システムでは、前記制御部に設定される設定条件として、河川が増水したと判断された場合に、高い頻度で橋脚基礎の健全性を評価する評価処理を行わせることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の健全性評価システムでは、前記制御部は、前記評価部の評価結果を、通信部を介して列車運行の司令部に電送されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の橋脚洗掘判定方法及び健全性評価システムによれば、増水が発生したか否かを検出する増水検出部が増水を検出した場合（増水検出部が河川の水位が設定値以上に上昇したことを検出した場合／増水検出部が河川の流速が設定値以上に上昇したことを検出した場合／増水検出部が河川の防護工が流出したことを検出した場合）にのみ、橋脚基礎の健全性を評価する評価部に対して設定条件（実施例では５分）に基づく評価処理を行わせるようにしたので、例えば、増水時にのみ、該評価部に対して橋脚基礎の健全性を頻繁に評価する評価処理を行わせる設定条件を設けるようにすれば、常時、評価部に対して評価処理を行わせる従来と比較して、電源部のバッテリー消耗を抑え、バッテリーの交換頻度を長くすることができる。その結果、保守作業の軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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河川Ｒの増水が発生した否かを判定するためのフローチャートである。
【図６】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】
【００１９】
以下、図１〜図６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。
【００２０】
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。
なお、符号２０で示すものは、橋脚Ｂ２及び橋脚基礎Ｂ３を保護するために防護工として設けられた保護ブロックである。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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の増水情報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増水情報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。
健全性評価装置２Ａ〜２Ｃは、ネットワーク５と無線あるいは有線通信回線を介して接続され、さらに、ネットワーク５を介してデータサーバ６、および支社や保守区の管理ＰＣ７に接続されている。
【００２４】
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、増水検出部２ｃと、信号処理部２ｄと、振動情報記憶部２ｅと、増水情報記憶部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。また、健全性評価装置２Ａ〜２Ｃの測定条件は、前記管理ＰＣ７によって設定された条件により、例えば、起動の度に、あるいは所定の周期で、該当する条件の測定条件設定ファイルをデータサーバ６から読み出して、各々設定されるようになっている。
【００２５】
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、増水検出部２ｃ（後述する）から出力される河川Ｒの増水情報に基づき増水が検出されたときに橋脚Ｂ２の振動の検出を開始し、該河川Ｒの増水情報に基づき増水の解消が検出されるまで橋脚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。
【００２６】
図３に示す信号処理部２ｂは、振動検出部２ａが出力する検出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。
【００２７】
図２及び図３に示す増水検出部２ｃとして、河川Ｒの増水情報の一つである水位Ｈを検出する水位検出手段１０が設けられている。この水位検出手段１０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の水位情報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。この水位検出手段１０は、河川Ｒの水位Ｈに応じた水位検出信号（増水情報）を信号処理部２ｄに出力する。
【００２８】
また、増水検出部２ｃとして上述した水位検出手段１０とともに、図２に示すような水流情報検出手段１１、防護工流出検出手段１２が設けられている。
水流情報検出手段１１は、例えば、橋脚Ｂ２の下部に設けられて河川Ｒの流速を検出する流速計であって、該流速計から出力される流速検出信号（増水情報）は、増水情報として信号処理部２ｄに出力する。
防護工流出検出手段１２は、例えば、橋脚Ｂ２の橋脚基礎Ｂ３を取り囲むように配置された保護ブロック２０に設置されたセンサであって、該保護ブロック２０が増水により流された場合に、異常検出信号（増水情報）を信号処理部２ｄに出力する。
【００２９】
図３に示す信号処理部２ｄは、増水検出部２ｃが出力する増水情報を示す検出信号を処理する手段である。信号処理部２ｄは、例えば、増水検出部２ｃが出力する検出信号を増幅する増幅回路と、この増水情報を示す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、処理後の検出信号を制御部２ｔに出力する。
【００３０】
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。
増水情報記憶部２ｆは、増水検出部２ｃの検出結果を記憶する手段であり、信号処理部２ｄが出力する検出信号（増水情報）を記憶するメモリである。
【００３１】
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、増水検出部２ｃの検出信号に基づき河川Ｒの増水が検出された場合に、振動検出部２ａの検出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の検出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。また、演算部２ｇは、例えば、河川Ｒの増水が始まってから終了するまでの間に、振動検出部２ａが出力する振動データを、設定された任意のデータ長で抽出してFET処理したり、設定された任意の周期でFET処理したりする。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増水検出部２ｃが出力する増水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。
【００３２】
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、増水検出部２ｃの検出信号に基づき河川Ｒの増水が検出された場合に、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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、増水検出部２ｃの検出信号に基づき河川Ｒの増水が検出されている場合において、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の検出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。
【００３５】
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。
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、増水検出部２ｃの検出信号に基づき河川Ｒの増水が検出されている場合において、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。
【００３６】
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。
【００３７】
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する。
【００３８】
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。
【００３９】
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、本電源とは別に計時部２ｉに微小な電力を供給しており、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及び増水検出部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及び増水検出部２ｃなどへの電力の供給を停止する。電源部２ｑは、増水検出部２ｃの検出信号に基づき河川Ｒの増水が検出されている場合において、本電源がＯＮとなって振動検出部２ａなどに電力を供給し、また、増水検出部２ｃの検出信号に基づき河川Ｒの増水が検出されていない場合において、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バッテリーを具備している。
【００４０】
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、司令部１５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。
【００４１】
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、増水情報の記憶を増水情報記憶部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。
【００４２】
次に、図５及び図６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５は河川Ｒに増水が発生した否かを判定するためのフローチャートであり、図６は、図５のフローチャートの判定結果に基づき、橋脚Ｂ２の健全性を判定するためのフローチャートである。なお、図５のフローチャートにて、増水検出部２ｃの検出信号に基づき河川Ｒの増水判定がなされた場合に、次の図６のフローチャートにて、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の本電源をＯＮとする指令を出して、振動検出部２ａの検出信号に基づく橋脚Ｂ２の健全性を判定する。
【００４３】
まず、図５のＳ１００において、水位検出手段１０から出力される水位検出信号（増水情報）に基づき、河川Ｒの水位Ｈが、予め設定した設定値以上に上昇したか否かを判定し、ＮＯの場合に次のＳ１０１に進み、また、ＹＥＳの場合にＳ１０３に進む。
【００４４】
Ｓ１０１において、水流情報検出手段１１から出力される流速検出信号（増水情報）に基づき、河川Ｒの流速が、予め設定した設定値以上に上昇したか否かを判定し、ＮＯの場合に次のＳ１０２に進み、また、ＹＥＳの場合にＳ１０３に進む。
【００４５】
Ｓ１０２において、防護工流出検出手段１２から出力される異常信号（増水情報）に基づき、橋脚Ｂ２の周囲に配置された保護ブロック２０が流出したか否かを判定し、ＮＯの場合に次のＳ１０４に進み、また、ＹＥＳの場合にＳ１０３に進む。
【００４６】
Ｓ１０３において、Ｓ１００〜Ｓ１０２での検出結果に基づき、河川Ｒが増水した状態にあるとの判定結果を示す増水検出信号を図６のＳ１１０に対して出力する。なお、このＳ１０３から図６のＳ１１０に対して出力は、予め定めた設定周期（例えば、１時間に１回、５分の測定周期）で出力して、先のＳ１００に戻る。
Ｓ１０４において、Ｓ１００〜Ｓ１０２での検出結果に基づき、河川Ｒが増水していない状態にあるとの判定結果を示す増水非検出信号を図６のＳ１１０に対して出力する。なお、このＳ１０４から図６のＳ１１０に対して出力は、予め定めた長い設定周期（例えば、１日に１回、５分の測定周期）で出力して、先のＳ１００に戻る。
また、このようなＳ１０３で判定される増水時には、１時間毎の設定周期で頻繁に検出信号の出力するのに対して、Ｓ１０４で判定される非増水時には、Ｓ１０３よりも長い、１日毎の設定周期で検出信号を出力し、さらに、このようなＳ１０３、Ｓ１０４での設定は、操作者により自由に変更できるものとする。
【００４７】
次に、図６のＳ１１０において、Ｓ１０３から河川Ｒが増水したことを示す増水検出信号が出力されたか、Ｓ１０４にから河川Ｒが増水していないことを示す増水非検出信号が出力されたかを判断し、増水検出信号の出力がある場合に次のＳ１１１に進み、また、増水非検出信号の出力がある場合に本フローを終了する。
【００４８】
Ｓ１１１において、健全性評価装置２Ａ全体への電力の供給を開始するために、制御部２ｔが電源部２ｑの本電源をＯＮとする指令を出す。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
Ｓ１６０において、表示装置３の通信部（図示略）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の通信部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。示装置３の通信部から制御部２ｔにデータ送信が指令されたときにはＳ１７０に進み、示装置３の通信部から制御部２ｔにデータ送信指令がされなかったときにはＳ１８０に進む。
【００５４】
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。
【００５５】
Ｓ１８０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。
Ｓ１９０において、健全性評価装置２Ａ全体への電力の供給を停止するために、制御部２ｔが電源部２ｑの本電源をＯＦＦとする指令を出す。
【００５６】
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、増水が発生したか否かを検出する増水検出部２ｃ（水位検出手段１０、水流情報検出手段１１、防護工流出検出手段１２）が増水を検出した場合にのみ、橋脚基礎の健全性を評価する評価部２ｎに対して設定条件に基づく評価処理を行わせるようにしたので（Ｓ１００〜Ｓ１０４）、例えば、Ｓ１０３において、増水時にのみ、該評価部２ｎに対して橋脚Ｂ２の健全性を頻繁に評価する評価処理を行わせる設定条件（上記例では、１時間に１回、５分の測定周期）を設けるようにすれば、常時、評価部２ｎに対して評価処理を行わせる従来と比較して、電源部２ｑの主電源となるバッテリー消耗を抑え、バッテリーの交換頻度を長くすることができる。その結果、保守作業の軽減を図ることができる。
【００５７】
なお、図５のフローチャートのＳ１００〜Ｓ１０２において、増水検出部２ｃを構成している水位検出手段１０、水流情報検出手段１１、防護工流出検出手段１２のいずれかが河川Ｒの増水を検出した場合に、Ｓ１０３からの出力に基づき、図６のフローチャートにて橋脚Ｂ２の健全性の判定を頻繁に行わせるようにしたが、これら水位検出手段１０、水流情報検出手段１１、防護工流出検出手段１２の全ての検出信号を用いることはなく、いずれかの検出信号を選択的に用いるようにしても良い。
【００５８】
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】
【００５９】
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】
【００６０】
１ 健全性評価システム
２Ａ〜２Ｃ 健全性評価装置
２ｃ  増水検出部
２ｎ  評価部
２ｓ  通信部
２ｔ  制御部
１０  水位検出手段
１１  水流情報検出手段
１２  防護工流出検出手段
Ｂ2 橋脚
Ｂ3 橋脚基礎
Ｒ 河川
【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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