(57)【要約】    【課題】ＡＥ音の振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値により、構造物の損傷度を判定する２次起因ＡＥ音の構造物損傷度判定方法を提供する。    【解決手段】交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、構造物の既存の損傷破砕面を有する部分に２次起因のＡＥ音センサー７を配置し、この２次起因のＡＥ音センサー７からの出力信号をデータ処理装置１０に取込み、ＡＥ音の振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値に基づいて構造物の損傷度を判定する。【選択図】図１
2006010595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の既存の損傷破砕面を有する部分に２次起因のＡＥ音センサーを配置し、該２次起因のＡＥ音センサーからの出力信号をデータ処理装置に取込み、ＡＥ音振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法。
【請求項２】
請求項１記載の交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、前記改良ｂ値（Ｉｂ）が
【数１】
2006010595.tif 000006
ここで、μはＡＥ音振幅規模別頻度分布の平均値、σはＡＥ音振幅規模別頻度分布の標準偏差、α1 ，α2 はＡＥ音振幅規模別頻度分布の平均値μからある一定の範囲を決めるための定数、Ｎ（ｗ1 ）は振幅値がμ−α2 σ以上のＡＥ音の発生累積数、Ｎ（ｗ2 ）はμ＋α1 σ以上のＡＥ音の発生累積数
であることを特徴とする交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、前記構造物が交通荷重を受ける構造物であり、その構造物内の既存の損傷破砕面を推測できる範囲内に２次起因のＡＥ音センサーを配置することを特徴とする交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法。
【請求項４】
請求項３記載の交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、前記２次起因のＡＥ音センサーが複数のＡＥ音センサーであることを特徴とする交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＥ（アコースティック・エミッション）は、部材に局部的な変形による割れの形成や進展が生じた際に放出される弾性波であり、言わば、応力負荷時の部材の泣き声である。応力負荷の影響による部材の欠陥がＡＥ源となるので、ＡＥ音は、構造物健全性の重要な指標となっている。
【０００３】
ＡＥ検査法は、この部材のＡＥ音を聞き分けて、ひび割れの位置や損傷程度を診断する非破壊検査方法である（下記特許文献１，２参照）。
【０００４】
下記特許文献１で提案しているＡＥ音による基礎構造物の破壊探知システムは、１次起因のＡＥ音を対象としたものである。
【０００５】
また、下記特許文献２で提案しているＡＥ音による基礎構造物の損傷度判定方法および装置は、大きな地震や衝撃などによる損傷をモニターする２次起因のＡＥ音に関するものである。
【０００６】
両者には次のような相違点がある。
【０００７】
（１）１次起因のＡＥ音
通常言われているＡＥとは、１次起因のＡＥ音、すなわち、部材に新たな割れや割れの進展が生じた際に放出される弾性波である。つまり、１次起因のＡＥ音とはひび割れに直接関係するＡＥ音であり、カイザー効果が成り立つ場合が多い。
【０００８】
（２）２次起因のＡＥ音
２次起因のＡＥ音は、部材に既存の損傷破砕面があり、その損傷破砕面の擦れなどにより放出される弾性波である。つまり、２次起因のＡＥ音とは、ひび割れに間接的に関係するＡＥ音であり、この場合、カイザー効果が成り立たない。
【特許文献１】特開２００２−２８６７００号公報
【特許文献２】特開２００４−１２５７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記したように、上記特許文献１で提案されているＡＥ検査法は、１次起因のＡＥ音を用いて基礎構造物の損傷を探知するものであり、実交通荷重を利用したＡＥ検査法に適用できないという問題がある。
【００１０】
その原因は、次のような２点である。
【００１１】
（１）通常、構造物が受けている交通荷重は、地震や不等沈下などによる荷重より小さいため、現場での計測期間においては、１次起因のＡＥ音を計測することが難しい。
【００１２】
（２）現場計測の際、実交通荷重に励起されたＡＥ音のほとんどは、既存の損傷破砕面の擦れなどのように、ひび割れに間接的に関係する２次起因のＡＥ音（カイザー効果が成り立たない場合）であり、その特性は１次起因のＡＥ音と異なる。そのため、２次起因のＡＥ音による新しい損傷度の判定指標が必要とされてきた。
【００１３】
本発明では、これらの問題を解決するために、実地震被害を受けた橋脚を対象に供用中の実交通荷重（実際の交通荷重）による２次起因のＡＥ音を計測し、２次起因のＡＥ音パラメータ解析を行う。すなわち、ＡＥ音振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値により構造物の損傷度を判定する、交通荷重による２次起因ＡＥ音の構造物損傷度判定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】
【００１４】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、構造物の既存の損傷破砕面を有する部分に２次起因のＡＥ音センサーを配置し、該２次起因のＡＥ音センサーからの出力信号をデータ処理装置に取り込み、ＡＥ音の振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値に基づいて構造物の損傷度を判定することを特徴とする。
【００１５】
〔２〕請求項１記載の交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、前記改良ｂ値（Ｉｂ）が
【００１６】
【数２】
2006010595.tif 000003
ここで、μはＡＥ音振幅規模別頻度分布の平均値、σはＡＥ音振幅規模別頻度分布の標準偏差、α1 ，α2 はＡＥ音振幅規模別頻度分布の平均値μからある一定の範囲を決めるための定数、Ｎ（ｗ1 ）は振幅値がμ−α2 σ以上のＡＥ音の発生累積数、Ｎ（ｗ2 ）はμ＋α1 σ以上のＡＥ音の発生累積数、であることを特徴とする。
【００１７】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、前記構造物が交通荷重を受ける構造物であり、その構造物内の既存の損傷破砕面を推測できる範囲内に２次起因のＡＥ音センサーを配置することを特徴とする。
【００１８】
〔４〕上記〔３〕記載の交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、前記２次起因のＡＥ音センサーが複数のＡＥ音センサーであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＡＥ音の振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値を用いることによって、実交通荷重による構造物の損傷度判定を行うことができる。本発明の構造物の損傷度判定法によれば、他の判定法に比べて、調査期間の短縮とコストの削減を行うことができる。特に、基礎のような目視できない構造物の損傷度を効率的かつ低コストで探知し、監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法において、構造物の既存の損傷破砕面を有する部分に２次起因のＡＥ音センサーを配置し、その２次起因のＡＥ音センサーからの出力信号をデータ処理装置に取込み、ＡＥ音振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値に基づいて構造物の損傷度を判定する。よって、交通荷重によって、的確に構造物の損傷度判定を行うことができる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
上記したように、２次起因のＡＥ音は、部材に既存の損傷破砕面があり、その損傷破砕面の擦れなどにより放出される弾性波であり、ひび割れに間接的に関係するＡＥ（カイザー効果が成り立たない）である。
【００２３】
したがって、実交通荷重によるＡＥ判定法では、１次起因のＡＥ判定法を導入することはできない。ここでは、交通荷重として列車荷重を例にとって説明する。
【００２４】
本発明では、２次起因のＡＥ音を計測して得られた改良ｂ値を用いることによって、実交通荷重を対象とした構造物の損傷度判定を行うようにする。
【００２５】
図１は本発明の実施例を示す２次起因ＡＥ音の改良ｂ値による構造物損傷度判定装置の模式図である。
【００２６】
この図において、１は軌道、２は橋梁、３は橋梁２の基底部、４は橋梁２の杭、５は土構造物、６は既存のひび割れ、７はその既存のひび割れ６の近傍に配置される２次起因ＡＥ音の改良ｂ値（後述）による４チャンネルＡＥ音センサー、８は鉄道車両、１０はデータ処理装置であり、ＣＰＵ（中央処理装置）１１、改良ｂ値のメモリ１２、改良ｂ値以外のデータを記憶するメモリ１３、入力インタフェース１４、出力インタフェース１５により構成され、データ出力装置１６である。
【００２７】
ここでは、ＡＥ音センサー７からの信号を入力インタフェース１４を介して取込み、後述する式に基づいてＣＰＵ（中央処理装置）１１で演算して、改良ｂ値を求め、その改良ｂ値をメモリ１２に記憶することができる。
【００２８】
そこで、本発明の重要要素であるｂ値について説明する。
【００２９】
図２は積分型振幅規模別頻度分布とｂ値の概念を示す図である。
【００３０】
この図において、縦軸は累積発生頻度（ｌｏｇＮ）、横軸はマグニチュード（Ｍ）を示している。
【００３１】
地震学では、規模の小さな地震の頻度が規模の大きな地震の頻度に比べて多く、両者を対数表示した場合、直線近似できることが知られている。その頻度を累積表示した場合の近似直線の負勾配がｂ値と呼ばれている。つまり、ｂ値とは大きな地震と小さな地震の発生頻度の比を表している。このｂ値は、地震の前震、本震、余震で特徴的な値を示す場合があることが指摘されている。
【００３２】
このｂ値に着目した場合、図２に示すように、小規模の地震頻度が大きな地震頻度に比べて頻発する場合（Ａ）、ｂ値は大きな値となり、反対に大規模の地震が小さな地震に比べて頻発する場合（Ｂ）、ｂ値は小さな値となる。このような地震規模の特徴を表現する手法はＡＥにも適用できる。つまり、大規模なＡＥ活動が生じる前には、小規模のＡＥ活動が頻発するため、ＡＥ音のｂ値は大きな値となる。このように、構造物の損傷程度はｂ値の大小として判断できると考えられる。この場合、ｂ値が上昇する過程が、大規模なＡＥ活動より小規模のＡＥ活動が頻発する過程、すなわち微視的亀裂が卓越、ｂ値が低下する過程、小規模のＡＥ活動より大規模なＡＥ活動が頻発する過程、すなわち巨視的亀裂が卓越と考えられ、地盤、岩盤、コンクリートといった構造物の損傷程度がｂ値により定量化できる可能性があることがわかっている。つまり、２次起因のＡＥ音のｂ値が損傷評価指標として適用できることがわかっている。
【００３３】
なお、既にＡＥ音による損傷度判定へのｂ値の適用とそのリアルタイム評価については、種々の問題点が存在することが指摘されており、これらを解決するために、本発明では、２次起因ＡＥ音用の改良ｂ値を提案する。ここでは、振幅規模別頻度分布を改良ｂ値として取り扱う。つまり、地震学のｂ値と比較する場合には、本発明の改良ｂ値を２０倍にする必要がある。
【００３４】
次に、かかる改良ｂ値について説明する。
【００３５】
図３は実験により得られた母数（β）１００個の振幅分布を示す図である。
【００３６】
この図において、左縦軸は累積頻度、右縦軸は経過時間（秒）、横軸は最大振幅値（ｄＢ）を示す。また、μはＡＥ音振幅規模別頻度分布の平均値、σはＡＥ音振幅規模別頻度分布の標準偏差、α1 ，α2 はＡＥ音振幅規模別頻度分布の平均値μからある一定の範囲（幅）を決めるための定数である。
【００３７】
上記した改良ｂ値“Ｉｂ（Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  ｂ−ｖａｌｕｅ）”は、以下のように定義する。
【００３８】
いま、振幅値がμ−α2 σ以上のＡＥ音の発生累積数をＮ（ｗ1 ），μ＋α1 σ以上のＡＥ音の発生累積数をＮ（ｗ2 ）とすると、
【００３９】
【数３】
2006010595.tif 000004
となる。このとき、ＡＥ音の振幅の範囲は、（α1 ＋α2 ）σとなるので、改良ｂ値Ｉｂは、
【００４０】
【数４】
2006010595.tif 000005
で与えられ、α1 ，α2 の範囲は、例えば振幅規模別頻度分布が正規分布として得られるならば、３σ以内にデータの９９．７３％が存在することから、次式により定義する。
【００４１】
０≦α1 ，α2 ≦３                                          …（４）
次に、２次起因のＡＥ源の標定について説明する。
【００４２】
図４はＡ配置（重度損傷配置）で得られたＡＥ音の三次元位置標定分布を示す図であり、図４（ａ）はＡＥ音センサーが配置される橋梁の北側面図、図４（ｂ）はＡＥ音センサーが配置される橋梁の東側面図、図４（ｃ）はＡＥ音が配置される橋梁の南側面図、図４（ｄ）はＡＥ音センサーが配置される橋梁の平面図であり、これらの図において、薄い線は上り列車通過時に計測されたＡＥ源の位置、濃い線は下り列車通過時に計測されたＡＥ源の位置を示しており、上りは６本の列車の合計、下りは４本の列車の合計が図示されている。また、円の直径は最大振幅値（電圧）を反映している。
【００４３】
次に、計測・解析した改良ｂ値の結果について説明すると、
図５はＡ配置及びＢ配置におけるＡＥ音の最大振幅値の頻度分布を示す図である。この図において、□，■はＡ配置（重度損傷配置）、○，●はＢ配置（中度損傷配置）を示している。
【００４４】
この図の頻度（左縦軸、白抜きプロット）に着目すると、重度損傷としたＡ配置で３５−６０ｄＢの広範囲にわたるＡＥ音頻度分布が観察された。それに比べ中度損傷としたＢ配置では、４５−５０ｄＢに集中したＡＥ音の頻度分布が得られた。
【００４５】
ここで、両配置の平均振幅値を比較したところ、重度損傷Ａ配置の平均振幅値の方が中度損傷Ｂ配置に比べて小さい値となった。一般に破壊規模が大きくなると、大規模なＡＥ活動が得られるが、注意すべきは大規模なＡＥ活動のみではなく、「大規模なＡＥ活動に至るまでのＡＥ活動」であることが理解できる。つまり、破壊規模を評価するには、大規模な破壊に至るまでのＡＥ活動を何らかの手法で定量化する必要があり、先に示したｂ値の考え方が適用できるわけである。
【００４６】
ここで、図５中のＡＥ音の最大振幅分布の累積頻度（右縦軸、塗りつぶしプロット）に着目すると、Ａ配置の直線近似時の勾配Ｃ1 がＢ配置の勾配Ｃ2 に比べて低い値を示している。つまり、Ａ配置の改良ｂ値がＢ配置の改良ｂ値より小さく、Ａ配置がＢ配置より大規模な破壊を含んでいることを計測していたことがわかる。以上のことから、高速鉄道通過に伴い損傷部から生じたＡＥ活動の振幅規模別頻度（改良ｂ値）が損傷の定量化に適用できることが確認できた。
【００４７】
図６は本発明の実施例を示すＡＥ音の振幅規模別頻度分布より得られる改良ｂ値の解析結果を示す図であり、横軸はイベントの平均振幅値（ｄＢ）、縦軸は頻度数（ｌｏｇ  Ｎ）を示しており、図６（ａ）は上り列車の場合、図６（ｂ）は下り列車の場合である。
【００４８】
図６（ｂ）の下り列車通過時結果におけるＢ配置は、サンプリング母数が５と少ないことから定量的判断は困難である。Ａ配置での改良ｂ値は、図６（ａ）の上り列車通過時の振幅分布より０．０６程度、図６（ｂ）の下り列車通過時の振動分布より０．０４程度となり、既往の重度損傷構造物の改良ｂ値（０．０５近傍）と合致した。また、Ｂ配置の改良ｂ値は、母数が少ないものの約０．１〔図６（ａ）参照〕となり、重度損傷と仮定したＡ配置での改良ｂ値に比べ大きな値となった。これらの結果から、新幹線通過時に励起されたＡＥ音データより改良ｂ値を算出し、その大小により損傷程度が判断できることが分かった。
【００４９】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の２次起因ＡＥ音のｂ値による構造物損傷度判定方法は、鉄道の橋梁などの構造物の損傷度の判定に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施例を示す２次起因ＡＥ音の改良ｂ値による構造物損傷度判定装置の模式図である。
【図２】２次起因のＡＥ源の標定結果を示す図である。
【図３】実験により得られた母数（β）１００個の振幅分布を示す図である。
【図４】Ａ配置（重度損傷配置）で得られたＡＥ音の三次元位置標定分布を示す図である。
【図５】Ａ配置又はＢ配置におけるＡＥ音の最大振幅値の頻度分布を示す図である。
【図６】本発明の実施例を示すＡＥ音の振幅規模別頻度分布より得られる改良ｂ値の解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１    軌道
２    橋梁
３    橋梁の基底部
４    橋梁の杭
５    土構造物
６    既存のひび割れ
７    ２次起因ＡＥ音の改良ｂ値による４チャンネルＡＥ音センサー
８    鉄道車両
１０    データ処理装置
１１    ＣＰＵ（中央処理装置）
１２    改良ｂ値のメモリ
１３    改良ｂ値以外のデータを記憶するメモリ
１４    入力インタフェース
１５    出力インタフェース
１６    データ出力装置
【図１】
2006010595.tif 000007
【図２】
2006010595.tif 000008
【図３】
2006010595.tif 000009
【図４】
2006010595.tif 000010
【図５】
2006010595.tif 000011
【図６】
2006010595.tif 000012