(57)【要約】【課題】構造物を構成する構造部材の損傷の有無を評価できる構造部材評価装置を提供する。【解決手段】構造部材評価装置１０は、第１構造部材１６Ａに貼付けられ、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じた電圧出力を発生する第１圧電体１４Ａと、第１構造部材１６Ａ又は第２構造部材１６Ｂに貼付けられた第２圧電体１４Ｂと、第１圧電体１４Ａを伸縮させる加振信号を発生させる発信手段と、第２圧電体１４Ｂが発生させた電圧出力を検出する電圧検出手段と、加振信号に基づいて、第１圧電体１４Ａ又は第２圧電体１４Ｂのいずれか一方に印加電圧を印加し、他方からの電圧出力を電圧検出手段で検出し、電圧出力と印加電圧の比である伝達関数を求める制御手段１２と、伝達関数を記憶する記憶部と、記憶部に記憶した伝達関数と評価時に求めた伝達関数とを比較して、第１構造部材１６Ａが損傷しているか否かを評価する評価手段と、を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１構造部材に貼付けられ、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第１圧電体と、
前記第１構造部材、又は前記第１構造部材と連設された第２構造部材に貼付けられ、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第２圧電体と、
前記第１圧電体又は前記第２圧電体を伸縮させ、前記第１構造部材又は前記第２構造部材を振動させる加振信号を発生させる発信手段と、
前記第１構造部材又は前記第２構造部材を伝播する前記振動により、前記第１圧電体又は前記第２圧電体が歪み、歪量に応じて前記第１圧電体又は前記第２圧電体が発生させた前記電圧出力を検出する電圧検出手段と、
前記加振信号に基づいて、前記第１圧電体又は前記第２圧電体のいずれか一方に前記印加電圧を印加し、前記印加電圧と前記電圧検出手段で検出した前記電圧出力から、前記電圧出力と前記印加電圧の比である伝達関数を求める制御手段と、
前記伝達関数を記憶する記憶部と、
前記記憶部に記憶した過去の前記伝達関数と、評価時に求めた伝達関数とを比較して、前記第１構造部材が損傷しているか否かを評価する評価手段と、
を有する構造部材評価装置。
【請求項２】
前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、柱梁架構を構成する柱、梁又は斜め材のいずれかであり、
前記柱、前記梁又は前記斜め材のそれぞれには、前記第１圧電体と前記第２圧電体の少なくとも１つが貼付けられ、
前記制御手段は、前記柱、前記梁又は前記斜め材に貼付けられた前記第１圧電体又は前記第２圧電体のいずれか一方に前記印加電圧を印加し、他方の前記第１構造部材又は前記第２構造部材からの前記電圧出力を検出する請求項１に記載の構造部材評価装置。
【請求項３】
印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第１圧電体を第１構造部材に貼付ける工程と、
前記第１構造部材、又は前記第１構造部材と連設された第２構造部材に、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第２圧電体を貼付ける工程と、
発振手段により、前記第１圧電体又は前記第２圧電体を伸縮させ、前記第１構造部材又は前記第２構造部材を振動させる加振信号を発生させる工程と、
電圧検出手段により、前記第１構造部材又は前記第２構造部材を伝播する前記振動により、前記第１圧電体又は前記第２圧電体が歪み、歪量に応じて前記第１圧電体又は前記第２圧電体が発生させた電圧出力を検出する工程と、
制御手段により、前記発振信号に基づいて、前記第１圧電体又は前記第２圧電体のいずれか一方に前記印加電圧を印加し、前記印加電圧と前記電圧検出手段で検出した前記電圧出力から、前記電圧出力と前記印加電圧の比である伝達関数を求める工程と、
記憶部に前記伝達関数を記憶する工程と、
評価手段により、前記記憶部に記憶した過去の前記伝達関数と、評価時に求めた前記伝達関数とを比較して、前記第１構造部材が損傷しているか否かを評価する工程と、
を有する構造部材評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材評価装置及び構造部材評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の健康診断としての構造部材評価を行う技術は、概ねアコースティックエミッション法、超音波探査法、波動伝播法、及びインピーダンス法の４つに大別される。
アコースティックエミッション法は、破壊時に発生する音を捉える方法であり、地震後に、地震による損傷を判定することは難しい。
また、超音波探査法は、探査用の超音波を発生させ、発生させた超音波の反射波を捉える方法であり、波動伝播法は、アクチュエータからセンサ間へ伝播する波動を捉える方法である。超音波探査法や波動伝播法は、いずれも、伝播された波の波形を捉えるため、日常的な常時微動が存在する建物では、ノイズが相対的に大きく検出され、波形を正確に捉えることが難しい。また、建築構造物などのように、主構造体や二次部材などが複雑に組み合わされた構造物では、様々な伝播経路を介して伝播した波が互いに干渉することも考えられるため、建築構造物に適用するのは一層困難である。
また、インピーダンス法は、アクチュエータで加振させた構造部材の振動をセンサで捉え、定常応答の伝達関数を求める方法である。インピーダンス法は、比較的ノイズに強い計測方法ということができる。しかし、建築構造物では多くの振動モードが発生するために、インピーダンス法で単純にモードの卓越振動数を評価しただけでは、建築構造物自体に損傷があるか否かは評価できるものの、損傷した構造部材の特定は一般に困難である。
【０００３】
インピーダンス法の例としては、圧電素子を用いて、加振とセンシングを行う構造物の健全度評価方法が提案されている（特許文献１）。
特許文献１の構造物の健全度評価方法は、構造物に圧電素子を貼付け、圧電素子に電圧を印加することによって構造物に高周波弾性波を発生させながら振動させる。また、同じ圧電素子を用いて圧電素子に発生する電気インピーダンスの変化を連続的に観察し、構造物の損傷・評価を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の構造物の健全度評価方法は、構造物に貼付けられた同じ圧電素子を、同時に加振器及びセンサとして使用している。この構成では、高周波弾性波を発生させて振動している圧電素子の電気インピーダンスがセンサで計測されるだけであり、固有振動数の変化により構造物の損傷の有無は評価できても、構造物を構成する個々の構造部材の損傷の有無を評価することはできない。
【０００６】
本発明は、上記事実に鑑み、構造物を構成する個々の構造部材の損傷の有無を評価できる構造部材評価装置及び構造部材評価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】
請求項１に記載の発明に係る構造部材評価装置は、第１構造部材に貼付けられ、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第１圧電体と、前記第１構造部材、又は前記第１構造部材と連設された第２構造部材に貼付けられ、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第２圧電体と、前記第１圧電体又は前記第２圧電体を伸縮させ、前記第１構造部材又は前記第２構造部材を振動させる加振信号を発生させる発信手段と、前記第１構造部材又は前記第２構造部材を伝播する前記振動により、前記第１圧電体又は前記第２圧電体が歪み、歪量に応じて前記第１圧電体又は前記第２圧電体が発生させた前記電圧出力を検出する電圧検出手段と、前記加振信号に基づいて、前記第１圧電体又は前記第２圧電体のいずれか一方に前記印加電圧を印加し、前記印加電圧と前記電圧検出手段で検出した前記電圧出力から、前記電圧出力と前記印加電圧の比である伝達関数を求める制御手段と、前記伝達関数を記憶する記憶部と、前記記憶部に記憶した過去の前記伝達関数と、評価時に求めた伝達関数とを比較して、前記第１構造部材が損傷しているか否かを評価する評価手段と、を有することを特徴としている。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、第１圧電体により第１構造部材を伸縮させ、第１構造部材、又は第１構造部材と連結された第２構造部材に貼付けられた第２圧電体に、電圧出力を発生させることができる。
このとき、発信手段により、第１圧電体を伸縮させ、第１構造部材を振動させる加振信号を発生させ、電圧検出手段により、第１構造部材、又は第１構造部材と連結された第２構造部材を伝播する振動により、第２圧電体が歪み、歪量に応じて第２圧電体が発生させた電圧出力が検出される。また、制御手段により、加振信号に基づいて、第１圧電体に印加した印加電圧と、電圧検出手段で検出した電圧出力を用いて、電圧出力と印加電圧の比である伝達関数が求められる。求められた伝達関数は記憶部に記憶される。
そして、評価手段により、記憶部に記憶された過去の伝達関数と、評価時に求めた伝達関数とを比較して、第１構造部材が損傷しているか否かが評価される。なお、伝達関数は、発信手段を制御することにより周波数毎に求めることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構造部材評価装置において、前記第１構造部材及び前記第２構造部材は、柱梁架構を構成する柱、梁又は斜め材のいずれかであり、前記柱、前記梁又は前記斜め材のそれぞれには、前記第１圧電体と前記第２圧電体の少なくとも１つが貼付けられ、前記制御手段は、前記柱、前記梁又は前記斜め材に貼付けられた前記第１圧電体又は前記第２圧電体のいずれか一方に前記印加電圧を印加し、他方の前記第１構造部材又は前記第２構造部材からの前記電圧出力を検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項２に記載の発明によれば、柱梁架構を構成する柱、梁又は斜め材のいずれかが、第１構造部材及び第２構造部材とされ、第１圧電体と第２圧電体のいずれかが、柱、梁又は斜め材にそれぞれが貼付けられる。また、制御手段により、柱、梁又は斜め材に貼付けられた第１圧電体又は第２圧電体のいずれかに印加電圧が印加され、他方の第１構造部材及び第２構造部材からの電圧出力が検出される。
この結果、第１構造部材と第２構造部材の関係を、構造物の個々の構造部材に順次適用することで、構造物を構成する全ての柱、梁又は斜め材について、それぞれの部材の損傷の有無を評価することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明に係る構造部材評価方法は、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第１圧電体を第１構造部材に貼付ける工程と、前記第１構造部材、又は前記第１構造部材と連設された第２構造部材に、印加電圧に応じて伸縮し、外力による歪量に応じて電圧出力を発生する第２圧電体を貼付ける工程と、発振手段により、前記第１圧電体又は前記第２圧電体を伸縮させ、前記第１構造部材又は前記第２構造部材を振動させる加振信号を発生させる工程と、電圧検出手段により、前記第１構造部材又は前記第２構造部材を伝播する前記振動により、前記第１圧電体又は前記第２圧電体が歪み、歪量に応じて前記第１圧電体又は前記第２圧電体が発生させた電圧出力を検出する工程と、制御手段により、前記発振信号に基づいて、前記第１圧電体又は前記第２圧電体のいずれか一方に前記印加電圧を印加し、前記印加電圧と前記電圧検出手段で検出した前記電圧出力から、前記電圧出力と前記印加電圧の比である伝達関数を求める工程と、記憶部に前記伝達関数を記憶する工程と、評価手段により、前記記憶部に記憶した過去の前記伝達関数と、評価時に求めた前記伝達関数とを比較して、前記第１構造部材が損傷しているか否かを評価する工程と、を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、上記した工程を経て、第１構造部材の損傷の有無が評価される。この構造部材評価方法を、構造物を構成する他の構造部材に順次適用することにより、構造物を構成する全ての構造部材の損傷の有無を評価することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、上記構成としてあるので、構造物を構成する構造部材の損傷の有無を評価できる構造部材評価装置及び構造部材評価方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る構造部材評価装置の構造部材への取付け状態を示す模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る構造部材評価装置のコントローラの基本構成を示すブロック図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の第１実施形態に係るセンサ兼アクチュエータの側面図であり、（Ｂ）は、その正面図であり、（Ｃ）は、分解斜視図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）は、いずれも、本発明の第１実施形態に係る構造部材評価装置で使用されるセンサ兼アクチュエータの電気特性を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る構造部材評価装置の評価手順を示すフロー図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る構造部材評価装置の構造部材への取付け状態を示す模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る構造部材評価装置の構造部材への取付け状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１実施形態）
図１〜５に示すように、第１実施形態に係るモニタリング装置（構造部材評価装置）１０は、梁１６Ａ〜１６Ｆの個々の梁部材の損傷の有無を自動計測し、梁１６Ａ〜１６Ｆの健全性を評価する評価装置である。
図１の模式図に示すように、評価対象の梁１６Ａ〜１６ＦはＨ形鋼で直状に連結され、連続して水平方向に配置されている。ここに、梁１６Ａは、柱１８Ａと１８Ｂでそれぞれの端部が支持され、梁１６Ｂは、柱１８Ｂと１８Ｃでそれぞれの端部が支持され、梁１６Ｃは、柱１８Ｃと１８Ｄでそれぞれの端部が支持され、梁１６Ｄは、柱１８Ｄと１８Ｅでそれぞれの端部が支持され、梁１６Ｅは、柱１８Ｅと１８Ｆでそれぞれの端部が支持され、梁１６Ｆは、柱１８Ｆと１８Ｇでそれぞれの端部が支持されている。ここに、柱１８Ａ〜１８Ｇは、いずれもＨ形鋼で形成されている。梁１６Ａ〜１６Ｆの上には、図示しないコンクリート製の床スラブが形成されている。
【００１６】
モニタリング装置１０は、７個のセンサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇ、及び１個のコントローラ１２を有している。センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇは、いずれもコントローラ１２とリード線３８で接続され、リード線３８で電力の供給や制御信号の交信等が行なわれる。なお、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇの使用個数は、７個に限定されることはなく、評価対象部材の数量や構造物の構成で異なる値となる。即ち、健全性の評価対象部材に振動を与え、かつ、評価対象部材を伝播する振動の計測可能な位置に、必要個数を配置すればよい。
センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇは、後述する膜型圧電素子を有し、コントローラ１２からの印加電圧により、印加電圧に応じて伸縮する。また、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇは、外力による歪量に応じて電圧出力を発生させる。
【００１７】
ここに、センサ兼アクチュエータ１４Ａは、梁１６Ａの柱１８Ａ側の端部であり、梁１６Ａの下フランジの下面に、柱１８Ａの側面に近づけて作業性を確保して貼付けられている。同様の要領で、センサ兼アクチュエータ１４Ｂは、梁１６Ｂの柱１８Ｂ側の端部に貼付けられ、センサ兼アクチュエータ１４Ｃは、梁１６Ｃの柱１８Ｃ側の端部に貼付けられ、センサ兼アクチュエータ１４Ｄは、梁１６Ｄの柱１８Ｄ側の端部に貼付けられ、センサ兼アクチュエータ１４Ｅは、梁１６Ｅの柱１８Ａ側の端部に貼付けられ、センサ兼アクチュエータ１４Ｆは、梁１６Ｆの柱１８Ｆ側の端部に貼付けられている。そして、センサ兼アクチュエータ１４Ｇは、梁１６Ｆを支持する柱１８Ｇの上部に、梁１６Ｆの下面に近づけて作業性を確保して貼付けられている。
【００１８】
なお、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇの伸縮面と、Ｈ形鋼の下フランジの表面との貼付け面の接合方法としては、例えば接着剤で直接接合する方法やビス止め接合する方法等がある。いずれであっても、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇが自ら伸縮しても、外力が加えられて伸縮しても、接合部にズレが生じない方法であればよい。
【００１９】
これにより、コントローラ１２から供給された印加電圧で、アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇを伸縮させ、梁１６Ａ〜１６Ｆの下フランジに伸縮力を加えることができる。また、外力を受けて梁１６Ａ〜１６Ｆ、及び柱１８Ｇが伸縮されたとき、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇは伸縮されて歪み、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇから、梁１６Ａ〜１６Ｆの歪量に応じた電圧出力が発生する。この電圧出力を計測することで、梁１６Ａ〜１６Ｆの伸縮（振動）量を検出することができる。センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇからの電圧出力は、リード線３８を介して制御手段であるコントローラ１２に取り込まれる。
【００２０】
図２に示すように、コントローラ１２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、モニタリング装置１０の処理用プログラムを実行する制御部２０、発信部２２、電圧検出部２４、評価部２６、分析部２８、記憶部３０、及びＩ／Ｏ部３２Ａ〜３２Ｇを有している。発信部２２、電圧検出部２４評価部２６、分析部２８、記憶部３０、Ｉ／Ｏ部３２Ａ〜３２Ｇは、制御部２０にそれぞれ接続されている。また、制御部２０には図示しない処理用プログラムが格納され、発信部２２、評価部２６、分析部２８はプロブラム上で処理される処理部である。発信部２２については、独立して加振信号を発生させる発信装置を外付けしてもよい。
【００２１】
ここに、発信部２２は、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇを加振させる加振信号を発生させる。制御部２０は、発信部２２が発生させた加振信号に基づいて、Ｉ／Ｏ部３２Ａ〜３２Ｇを介してセンサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇに入力電圧を印加して、梁１６Ａ〜１６Ｆを所定周波数で振動させる。また、電圧検出部２４は、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇから、Ｉ／Ｏ部３２Ａ〜３２Ｇを介してコントローラ１２に入力された電圧を計測する。
【００２２】
分析部２８は、評価対象とされた梁１６Ａ〜１６Ｆを伸縮させるセンサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇへの印加電圧と、評価対象とされた梁１６Ａ〜１６Ｆの振動により生じた歪でセンサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇが発生させた電圧出力を、電圧検出部２４で検出し、電圧出力と印加電圧の比である伝達関数Ｇ（Ｇ＝電圧出力／印加電圧）を求める。また、記憶部３０は、分析部２８が求めた伝達関数Ｇを、分析時の時間情報と共に記憶する。評価部２６は、記憶部３０に記憶した過去の伝達関数Ｇと、評価時に求めた伝達関数Ｇとを比較して、梁１６Ａ〜１６Ｆが損傷しているか否かを評価する。ここに、伝達関数Ｇは、発信部２２から発信された周波数毎に求めることができ、梁１６Ａ〜１６Ｆに損傷が生じている場合には、特定の周波数において伝達関数Ｇに損傷の影響が表れて、伝達関数Ｇの値が変化する。この達関数Ｇの変化を捉えることで、梁１６Ａ〜１６Ｆの損傷の有無を評価できる。
【００２３】
次に、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇについて説明する。ここに、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇは、いずれも同じ構成であり、本説明においては、代表してセンサ兼アクチュエータ１４と記載する。
図３（Ａ）の側面図、（Ｂ）の平面図に示すように、センサ兼アクチュエータ１４は、鋼板で形成された基板８０の両側面に膜型圧電繊維デバイス８２を固着させた構成である。膜型圧電繊維デバイス８２には、リード線１２２を介して電力が供給される。
【００２４】
図３（Ｃ）の分解斜視図に示すように、膜型圧電繊維デバイス８２は、繊維状に形成された圧電セラミック１２８を平面状に配置し、圧電セラミック１２８の両側面に電極が印刷されたポリイミドフィルム１２４を配置し、それらをエポキシ樹脂１２６で接合した構成である。この膜型圧電繊維デバイス８２は、圧電セラミック１２８の両側面に、リード線１２２を介してコントローラ１２から電圧を印加すれば、印加された印加電圧に応じた歪が圧電セラミック１２８に生じ、膜型圧電繊維デバイス８２が、矢印Ｐの方向に伸縮する。
【００２５】
これにより、基板８０の両側面の膜型圧電繊維デバイス８２に、同時に、同じ印加電圧を印加することで、基板８０を両側面から矢印Ｐの方向に伸縮させることができる。即ち、基板８０を梁１６Ａ〜１６Ｆの下フランジに貼り付けることで、印加電圧に応じて梁１６Ａ〜１６Ｆの下フランジを伸縮させるアクチュエータ１４として機能させることができる。また、膜型圧電繊維デバイス８２は、薄膜状とされており、コンパクトなアクチュエータ１４を提供することができる。
【００２６】
更に、膜型圧電繊維デバイス８２は、圧電セラミック１２８が外力により伸縮されて歪が生じると、歪量に比例した電圧を発生させる特性を有している。即ち、膜型圧電繊維デバイス８２は、外力を受けて変形され、基板８０の伸縮量に応じた電圧を出力する。このため、例えば、基板８０を梁１６Ａ〜１６Ｆの下フランジに固定することで、梁１２の変形による歪量を検出する歪センサとして機能させることができる。
【００２７】
次に、アクチュエータ１４の電気特性について説明する。
図４（Ａ）は、印加電圧と発生出力の関係を示す特性図である。横軸は印加電圧（Ｖ）であり、縦軸は発生出力（Ｎ）である。
実験に使用したリアクチュエータ１４は、厚さ０．４ｍｍの鋼板（基板）の両側面に、膜型圧電繊維デバイス８２を固着させた構成である。
実験結果は、特性ＰＶで示すように、印加電圧（Ｖ）が正（特に鋼板の引張側）の範囲では、特性ＰＶはほぼ直線となっており、印加電圧（Ｖ）に比例した発生出力（Ｎ）が得られていることが分かる。
【００２８】
図４（Ｂ）は、アクチュエータ１４の加速度信号と、印加電圧との位相差との関係を示している。横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は位相差（度）である。
実験は、膜型圧電繊維デバイス８２にＡＣ電圧を印加し、基板８０の先端に取り付けた加速度ピックアップ１３０から検出される加速度信号と、印加電圧との位相差との関係を測定した。
実験結果は、特性Ｑに示すように、周波数（Ｈｚ）が高くなるにつれて位相差がほぼ直線状に大きくなり、１００Ｈｚで約３０度の遅れ位相となっている。実際に発生する梁の振動は１０〜２０Ｈｚ程度であることが既に把握されており、位相遅れは５度から１５度程度となり、実用上問題とはならないことが確認された。
【００２９】
即ち、センサ兼アクチュエータ１４は、従来のＡＭＤ（Active Mass Damper）やＴＭＤ（Tuned Mass Damper）方法に比べ、大きな質量やバネ等を用いる必要がなくなり、これらの搬入や設置のためのコストを軽減できる。また、従来のＡＭＤやＴＭＤが梁上部の中央部に設置されるのに対して、本実施の形態では、梁端部の下フランジ部分に設置する構成である。このため、梁の上部に設置スペースを必要としない長所も有する。
【００３０】
次に、健全性の評価手順について説明する。
梁１６Ａ〜１６Ｆの評価は、梁１６Ａ〜１６Ｆのそれぞれについて、１つずつ、順に行なわれる。健全性の評価は、予め定めたインターバルで実行される。代表例として評価対象である梁１６Ａの評価手順について、以下説明する。
上述したように、梁１６Ａは、隣の梁１６Ｂと連結され、梁１６Ａの両端部は柱１８Ａ、１８Ｂで支持され、梁１６Ｂの両端部は柱１８Ｂ、１８Ｃで支持されている。梁１６Ａの柱１８Ａ側には、センサ兼アクチュエータ１４Ａが張り付けられ、梁１６Ｂの柱１８Ｂ側には、センサ兼アクチュエータ１４Ｂが張り付けられている。
【００３１】
図５のフロー図に示すように、先ず、コントローラ１２からセンサ兼アクチュエータ１４Ａに印加電圧を供給し、梁１６Ａを振動させる（ステップ６０）。これにより、センサ兼アクチュエータ１４Ａをアクチュエータとして作用させ、梁１６Ａと柱１８Ａの柱梁仕口に曲げモーメントを加えることができる。これにより、梁１６Ａを矢印Ｐ１の方向へ伸縮させることができる（図１参照）。
【００３２】
次に、梁１６Ｂに取付けられたセンサ兼アクチュエータ１４Ｂをセンサとして機能させ、センサ兼アクチュエータ１４Ｂからの電圧出力を計測する（ステップ６２）。これにより、梁１６Ａと柱１８Ａの柱梁仕口に加えられた梁１６Ａの振動が、梁１６Ｂに伝播され、梁１６Ｂに伝播された振動が、センサ兼アクチュエータ１４Ｂを歪ませる。センサ兼アクチュエータ１４Ｂの電圧出力は、コントローラ１２の電圧検出部２４で検出される。
【００３３】
次に、梁１６Ａの伝達関数Ｇを求める（ステップ６４）。即ち、分析部２８は、センサ兼アクチュエータ１４Ｂが発生させた出力電圧と、センサ兼アクチュエータ１４Ａへ印加した印加電圧を用いて、出力電圧と印加電圧との電圧比である伝達関数Ｇを求める。分析部２８で算出された伝達関数Ｇは、記憶部３０に記録される。
【００３４】
次に、梁１６Ａの損傷を評価する（ステップ６６）。即ち、評価部２６は、記憶部３０に記憶されている過去の伝達関数Ｇと、評価時に求めた伝達関数Ｇとを比較して、梁１６Ａが損傷しているか否かを評価する。例えば、この伝達関数Ｇを地震前の、過去の伝達関数と比較することにより、梁１６Ａの地震後の健全性をチェックすることができる。
次に、必要に応じて評価結果を出力する（ステップ６８）。
【００３５】
続いて、残りの梁１６Ｂ〜１６Ｆについて、同様の手順で健全性のチェックを繰り返す（ステップ７０、７２）。このとき、梁１６Ｂの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ１４Ｂに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ１４Ｃの電圧出力を計測することで評価することができ、梁１６Ｃの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ１６Ｃに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ１６Ｄの電圧出力を計測することで評価することができ、梁１６Ｄの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ１４Ｄに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ１４Ｅの電圧出力を計測することで評価することができ、梁１６Ｅの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ１４Ｅに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ１４Ｆの電圧出力を計測することで評価することができ、梁１６Ｆの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ１４Ｆに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ１４Ｇの電圧出力を計測することで評価することができる。
なお、上記健全性評価方法は一例であり、梁１６Ａ〜１６Ｆへ印加する印加電圧と電圧出力を計測する位置を、互いに交換して反対方向としてもよい。
【００３６】
このように、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇをセンサとして用いたり、アクチュエータとして用いたりすることを順次切り替えることにより、少ないセンサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇの数（７個）で、構造物の個々の梁１６Ａ〜１６Ｆ（６本）の健全性、即ち、梁１６Ａ〜１６Ｆの損傷の有無を評価することができる。
【００３７】
なお、伝達関数Ｇを算出するために、センサ兼アクチュエータ１４Ａ〜１４Ｇに印加する印加電圧は、高振動数領域であることが望ましい。その理由は、低振動数領域では、構造体を構成する部材相互の連成が強く、単独の部位が損傷した場合に、その損傷が他の梁のモードへ及ぼす影響が大きいためである。高振動数領域には、多くの振動モードが存在するが、その中には他の部材の影響を受けにくい独立性の高いモードが存在するが、その中には他の部材の影響を受けにくい独立性の高いモードが存在する。この独立性の高いモードは、対象部位の損傷の影響のみを受けやすいので、このモードを使用することで、評価対象部材の損傷を見つけることができる。
【００３８】
次に、構造部材評価方法について図１〜５を用いて説明する。なお、各工程の内容は説明済みであり、詳細な説明は省略する。
先ず、電圧を印加すると伸縮し、伸縮させると電圧出力を発生するセンサ兼アクチュエータ１４Ａを、梁１６Ａの柱１８Ａ側の端部に貼付ける工程、及び、梁１６Ａと連設された梁１６Ｂに、電圧を印加すると伸縮し、伸縮させると電圧出力を発生するセンサ兼アクチュエータ１４Ｂを貼付ける工程を実行する。続けて、同様に、センサ兼アクチュエータ１４Ｃ〜１４Ｆを、梁１６Ｃ〜１６Ｆの端部に貼付け、センサ兼アクチュエータ１４Ｇを柱１８Ｇに貼り付ける。
【００３９】
次に、一定の頻度で、発信部２２により、センサ兼アクチュエータ１４Ａに印加電圧を印加して、センサ兼アクチュエータ１４Ａを所定周波数で伸縮させる工程を実行する。
次に、電圧検出部２４により、梁１６Ａを伝播する振動により梁１６Ｂが振動し、センサ兼アクチュエータ１４Ｂが伸縮され、センサ兼アクチュエータ１４Ｂが発生させた電圧出力を検出する工程を実行する。
次に、コントローラ１２により、発信部２２を制御して、センサ兼アクチュエータ１４Ａに印加電圧を印加させ、センサ兼アクチュエータ１４Ｂからの電圧出力を、電圧検出部２４で検出し、電圧出力と印加電圧の比である伝達関数Ｇを求める工程を実行する。
最後に、記憶部３０に伝達関数Ｇを記憶させ、評価部２６により、記憶部３０に記憶された伝達関数Ｇと、評価時に求めた伝達関数Ｇとを比較して、梁１６Ａが損傷しているか否かを評価する工程を実行する。
【００４０】
以上の工程を実行することにより、梁１６Ａの損傷の有無が評価される。この構造部材評価方法を、構造物を構成する他の構造部材（梁１６Ｂ〜１６Ｆ）に順次適用することにより、全ての構造部材の損傷の有無を評価することができる。
なお、本実施形態では、柱１８Ａ〜１８ＧはＨ形鋼で説明したが、これに限定されることはなく、例えば角形鋼管や円形鋼管などの他の断面の形鋼でもよい。
【００４１】
（第２実施形態）
図６の模式図に示すように、第２実施形態に係るモニタリング装置４０は、第１実施形態で説明したモニタリング装置１０を、２階建ての柱梁架構に適用した構成である。第１実施形態との相違点を中心に説明する。
２階建ての柱梁架構における２階の天井の梁４６Ａは、２階の柱４８Ｂ、４８Ｄで両端部がそれぞれ支持され、１階の天井の梁４６Ｂは、１階の柱４８Ａ、４８Ｃで両端部がそれぞれ支持されている。梁４６Ａ、４６Ｂ、柱４８Ａ〜４８Ｄは、いずれもＨ形鋼で形成されている。
【００４２】
梁４６Ａの下フランジ底面の両端部には、センサ兼アクチュエータ４４Ａ、４４Ｂがそれぞれ貼り付けられ、梁４６Ｂの下フランジ底面の両端部にはセンサ兼アクチュエータ４４Ｅ、４４Ｆがそれぞれ貼り付けられている。
また、１階の柱４８Ａの下端部にはセンサ兼アクチュエータ４４Ｇが貼り付けられ、２階の柱４８Ｂの下端部にはセンサ兼アクチュエータ４４Ｃが貼り付けられ、１階の柱４８Ｃの下端部にはセンサ兼アクチュエータ４４Ｈが貼り付けられ、２階の柱４８Ｄの下端部にはセンサ兼アクチュエータ４４Ｄが貼り付けられている。
【００４３】
センサ兼アクチュエータ４４Ａ〜４４Ｈは、いずれもコントローラ４２にリード線３８で接続されている。これにより、梁４６Ａ、４６Ｂ、及び柱４８Ａ〜４８Ｄに貼付けられたセンサ兼アクチュエータ４４Ａ〜４４Ｈのいずれかに、印加電圧を印加することができる。また、センサ兼アクチュエータ４４Ａ〜４４Ｈからの電圧出力を、電圧検出部２４で検出することができる。
【００４４】
この構成とすることにより、例えば、梁４６Ａの健全性評価においては、センサ兼アクチュエータ４４Ａに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ４４Ｂの電圧出力を計測することで、上述した第１実施形態と同じ要領で評価することができる。同様に、梁４６Ｂの健全性評価においては、センサ兼アクチュエータ４４Ｂに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ４４Ｆの電圧出力を計測することで、評価することができる。
【００４５】
また、柱４８Ｂの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ４４Ａに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ４４Ｃの電圧出力を計測することで評価することができ、柱４８Ａの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ４４Ｇに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ４４Ｃの電圧出力を計測することで評価することができ、柱４８Ｃの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ４４Ｈに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ４４Ｄの電圧出力を計測することで評価することができ、柱４８Ｄの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ４４Ｂに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ４４Ｃの電圧出力を計測することで評価することができる。
【００４６】
なお、上記健全性評価方法は一例であり、梁４６Ａ、４６Ｂ、及び柱４８Ａ〜４８Ｄの健全性評価に使用する、センサ兼アクチュエータ４４Ａ〜４４Ｈの組み合わせは、他の組み合わせでもよい。これにより、２階建ての柱梁架構に適用しても、構造物を構成する全ての梁４６Ａ、４６Ｂ、及び柱４８Ａ〜４８Ｄについて、それぞれの部材の損傷の有無を評価することができる。
【００４７】
このとき、例えば、図６の柱１４Ｂの健全性を評価する場合、センサ兼アクチュエータ４４Ａを加振して、センサ兼アクチュエータ４４Ｃの出力への伝達関数を求めて評価する方法もある。しかし、センサ兼アクチュエータ４４Ａの加振時には、梁４６Ａの上下振動と柱４８Ｂの水平振動を両方同時に加振することになる。そこで、センサ兼アクチュエータ４４Ａの加振と同時に、センサ兼アクチュエータ４４Ｂへ逆位相の電圧を印加すると、梁４６Ａには、図６に示す曲げモーメントＭ１、Ｍ２が発生する。この結果、梁４６Ａの１次・３次モードなどは互いにキャンセルされて、センサ兼アクチュエータ４４Ｃへの伝達関数へ影響しなくなる。これにより、柱４８Ｂの単独での損傷の評価が容易になる。
上述したように、センサ兼アクチュエータ４４Ａ〜４４Ｈの加振方向を工夫することによって、構造物の連成を抑え、健全性の評価対象の関与する振動モード以外のモードを削減することができる。
この結果、図６では、柱４部材、梁２部材で合計６部材あるが、センサ兼アクチュエータは８個設置すればよい。他は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。
【００４８】
（第３実施形態）
図７のシシテム構成図に示すように、第３実施形態に係るモニタリング装置５０は、第１実施形態で説明したモニタリング装置１０を、斜め材を備えた３階建ての柱梁架構に適用した構成である。第２実施形態との相違点を中心に説明する。
３階建ての柱梁架構の３階天井の梁５６Ａは、３階の柱５８Ｃ、５８Ｆ及び斜め材５６Ｇで支持され、梁５６Ｂは、３階の柱５８Ｆ、５８Ｉ及び斜め材５６Ｈで支持されている。２階天井の梁５６Ｃは、２階の柱５８Ｂ、５８Ｅ及び斜め材５６Ｉで支持され、梁５６Ｄは、２階の柱５８Ｅ、５８Ｈ及び斜め材５６Ｊで支持されている。また、１階天井の梁５６Ｅは、１階の柱５８Ａ、５８Ｄで支持され、梁５６Ｆは、１階の柱５８Ｄ、５８Ｇで支持されている。ここに、梁５６Ａ〜５６Ｆ、柱５８Ａ〜５８Ｉ、及び斜め材５６Ｇ〜５６Ｊは、いずれもＨ形鋼で形成されている。
【００４９】
梁５６Ａの下フランジの底面であり、柱５８Ｃ側の端部には、センサ兼アクチュエータ５４Ａが貼り付けられている。また、梁５６Ｂの下フランジの底面であり、柱５８Ｉ側の端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｃが貼り付けられ、梁５６Ｃの下フランジの底面であり、柱５８Ｂ側の端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｄが貼り付けられ、梁５６Ｄの下フランジの底面であり、柱５８Ｈ側の端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｆが貼り付けられ、梁５６Ｅの下フランジの底面であり、柱５８Ａ側の端部には、センサ兼アクチュエータ５４Ｇが貼り付けられ、梁５６Ｆの下フランジの底面であり、柱５８Ｇ側の端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｉが貼り付けられている。
【００５０】
更に、柱５８Ａの下端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｊが貼り付けられ、柱５８Ｄの下端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｋが貼り付けられ、柱５８Ｄの上端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｈが貼り付けられ、柱５８Ｅの上端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｅが貼り付けられ、柱５８Ｆの上端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｂが貼り付けられ、柱５８Ｇの下端部にはセンサ兼アクチュエータ５４Ｌが貼り付けられている。
【００５１】
センサ兼アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｌは、いずれもコントローラ５２にリード線３８で接続されている。これにより、梁５６Ａ〜５６Ｆ、及び柱５８Ａ〜５８Ｉに貼付けられたセンサ兼アクチュエータ４４Ａ〜４４Ｈのいずれかに印加電圧を印加することができる。また、センサ兼アクチュエータ４４Ａ〜４４Ｈからの電圧出力を検出することができる。
【００５２】
この構成とすることにより、例えば、梁５６Ａの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ａに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｂの電圧出力を計測することにより、第１実施形態と同じ要領で評価することができる。同様に、梁５６Ｂの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｃに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｆの電圧出力を計測することで評価することができ、梁５６Ｃの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｄに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｅの電圧出力を計測することで評価することができ、梁５６Ｄの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｆに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｅの電圧出力を計測することで評価することができ、梁５６Ｅの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｇに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｈの電圧出力を計測することで評価することができ、梁５６Ｆの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｉに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｈの電圧出力を計測することで評価することができる。
【００５３】
また、柱４８Ａの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｊに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｇの電圧出力を計測することで評価することができる。同様に、柱４８Ｂの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｇに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｄの電圧出力を計測することで評価することができ、柱５８Ｃの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｄに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ａの電圧出力を計測することで評価することができ、柱５８Ｄの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｋに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｈの電圧出力を計測することで評価することができ、柱５８Ｅの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｈに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｅの電圧出力を計測することで評価することができ、柱５８Ｆの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｅに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｂの電圧出力を計測することで評価することができ、柱５８Ｇの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｌに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｌの電圧出力を計測することで評価することができ、柱５８Ｈの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｉに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｆの電圧出力を計測することで評価することができ、柱５８Ｉの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｆに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｃの電圧出力を計測することで評価することができる。
【００５４】
また、斜め材５６Ｇの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ａに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｅの電圧出力を計測することで評価することができる。同様に、斜め材５６Ｈの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｃに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｅの電圧出力を計測することで評価することができ、斜め材５６Ｉの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｄに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｈの電圧出力を計測することで評価することができ、斜め材５６Ｊの健全性評価は、センサ兼アクチュエータ５４Ｆに印加電圧を印加し、センサ兼アクチュエータ５４Ｈの電圧出力を計測することで評価することができる。
【００５５】
なお、上記の健全性評価方法は一例であり、梁５６Ａ〜５６Ｆ、柱５８Ａ〜５８Ｉ、及び斜め材５６Ｇ〜５６Ｊの健全性評価に使用する、センサ兼アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｌの組み合わせは、他の組み合わせでもよい。
これにより、３階建ての柱梁架構に適用しても、構造物を構成する全ての梁５６Ａ〜５６Ｆ、柱５８Ａ〜５８Ｉ、及び斜め材５６Ｇ〜５６Ｊについて、それぞれの部材の損傷の有無を評価することができる。
【００５６】
このとき、例えば、図７のような斜め材５６Ｇ〜５６Ｊを含む構造体の場合、斜め材５６Ｇ〜５６Ｊに直接センサ兼アクチュエータを貼り付けて、梁５６Ａ〜５６Ｆや柱５８Ａ〜５８Ｉと同様に、健全性を評価することも考えられる。しかし、センサ兼アクチュエータは柱梁仕口の回転中心に対してオフセットして貼り付けていれば、仕口に対してモーメントを与えることができる。このとき、斜め材５６Ｇ〜５６Ｊにも、モーメント力が作用するため、各仕口の回転中心からオフセットをもってセンサ兼アクチュエータを設置していればよい。この結果、図７では、柱９部材、梁６部材、斜材４部材で合計１９部材あるが、センサ兼アクチュエータは１２個設置すればよい。他は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。
【符号の説明】
【００５７】
１０  モニタリング装置（構造部材評価装置）
１２  コントローラ（制御手段）
１４  センサ兼アクチュエータ（第１圧電体、第２圧電体）
１６  梁（第１構造部材、第２構造部材）
１８  柱（第１構造部材、第２構造部材）
２０  制御部
２２  発信部（発信手段）
２４  電圧検出部（電圧検出手段）
２６  評価部（評価手段）
３０  記憶部（記憶手段）
【図１】
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【図２】
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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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【図３】
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