(57)【要約】【課題】河川内の橋脚など、重錘の取り付けが困難な箇所のように衝撃振動試験を実施することが困難な場所であっても橋脚などの構造物の健全度を評価することができる構造物の健全度評価方法及び構造物の健全度評価装置を提供する。【課題手段】構造物に起振方向の異なる複数の起振器によって振動を加える加振工程と、前記加振工程によって前記構造物に発生した振動データを計測する計測工程と、前記振動データから前記構造物の固有振動数実測値を算定する算定工程と、前記固有振動数実測値により健全度を評価する評価工程と、を備える。【選択図】図２
2018146285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物に起振方向の異なる複数の起振器によって振動を加える加振工程と、
前記加振工程によって前記構造物に発生した振動データを計測する計測工程と、
前記振動データから前記構造物の固有振動数実測値を算定する算定工程と、
前記固有振動数実測値により健全度を評価する評価工程と、を備えることを特徴とする構造物の健全度評価方法。
【請求項２】
請求項１に記載の構造物の健全度評価方法において、
前記起振器は、前記構造物の天端に取り付けられることを特徴とする構造物の健全度評価方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の構造物の健全度評価方法において、
前記複数の起振器は、互いに振動を打ち消さないように同期して加振されることを特徴とする構造物の健全度評価方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の構造物の健全度評価方法において、
前記起振器は、前記構造物の天端の概略中央に取り付けられると共に水平方向に加振する第１の起振器と、前記構造物の天端の概略両端部にそれぞれ取り付けられると共に垂直方向に加振する第２の起振器及び第３の起振器を備えることを特徴とする構造物の健全度評価方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の構造物の健全度評価方法において、
前記計測工程で計測された振動データは、無線伝送によって遠隔地で受信され、前記算定工程及び前記評価工程は当該遠隔地で行われることを特徴とする構造物の健全度評価方法。
【請求項６】
構造物に起振方向の異なる複数の起振器によって振動を加える加振手段と、
前記加振手段によって前記構造物に発生した振動データを計測する計測手段と、
前記振動データから前記構造物の固有振動数実測値を算定する算定手段と、
前記固有振動数実測値により健全度を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする構造物の健全度評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、橋脚等の構造物の健全度を評価する健全度評価方法及びこの評価方法を行うための健全度評価装置に係り、具体的には、橋脚等に振動を加えることにより起こる振動を解析することにより健全度を評価する構造物の健全度評価方法及び健全度評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
既設の鉄道土木構造物には、数多くの橋脚が存在するが、これらの橋脚などは経年によって劣化したものも多く含まれる。特に河川における橋脚は豪雨や洪水の影響によって橋脚周囲の洗掘や河床低下等が発生しており、これらの洗掘等に伴って橋脚の健全度が低下する。また、橋脚等の構造物の基礎は、通常、地中に構築されており、基礎及び橋脚の下部の状態を直接目視することが困難である。
【０００３】
橋脚の健全度を評価するための従来の手法としては、構造物に重錘による衝撃を加えることで振動を与え、得られたデータから健全度を評価する衝撃振動試験が多く採用されている。衝撃振動試験は、例えば重錘によって構造物の表面を打撃し、打撃による振動をセンサなどで検知し、固有振動数によって健全度を評価するものである。これにより、目視で発見することが難しい欠陥などによる劣化を発見することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−５１８７３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、従来の重錘を用いた衝撃振動試験は、河川内の橋脚など重錘の取り付けが困難な箇所で健全度を評価することが難しいという問題があった。また、重錘を取り付ける代わりに小型の起振器を用いて橋脚などに振動を加えることも考えられるが、小型の起振器では、起振力が小さいため、橋脚などの構造物の健全度評価に用いるには実用上の問題があった。
【０００６】
また、従来の重錘を用いた衝撃振動試験は、重錘の打撃の仕方によって入力される振動が変わってしまい、健全度の評価を適正に行うには誤差が生じる可能性があるという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、河川内の橋脚など、重錘の取り付けが困難な箇所のように衝撃振動試験を実施することが困難な場所であっても橋脚などの構造物の健全度を評価することができる構造物の健全度評価方法及び構造物の健全度評価装置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】
【０００８】
本発明に係る構造物の健全度評価方法は、構造物に起振方向の異なる複数の起振器によって振動を加える加振工程と、前記加振工程によって前記構造物に発生した振動データを計測する計測工程と、前記振動データから前記構造物の固有振動数実測値を算定する算定工程と、前記固有振動数実測値により健全度を評価する評価工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る構造物の健全度評価方法において、前記起振器は、前記構造物の天端に取り付けられると好適である。
【００１０】
また、本発明に係る構造物の健全度評価方法において、前記複数の起振器は、互いに振動を打ち消さないように同期して加振されると好適である。
【００１１】
また、本発明に係る構造物の健全度評価方法において、前記起振器は、前記構造物の天端の概略中央に取り付けられると共に水平方向に加振する第１の起振器と、前記構造物の天端の概略両端部にそれぞれ取り付けられると共に垂直方向に加振する第２の起振器及び第３の起振器を備えると好適である。
【００１２】
また、本発明に係る構造物の健全度評価方法において、前記計測工程で計測された振動データは、無線伝送によって遠隔地で受信され、前記算定工程及び前記評価工程は当該遠隔地で行われると好適である。
【００１３】
さらに、本発明に係る構造物の健全度評価装置は、構造物に起振方向の異なる複数の起振器によって振動を加える加振手段と、前記加振手段によって前記構造物に発生した振動データを計測する計測手段と、前記振動データから前記構造物の固有振動数実測値を算定する算定手段と、前記固有振動数実測値により健全度を評価する評価手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る構造物の健全度評価方法及び健全度評価装置は、構造物に起振方向の異なる複数の起振器によって大きな作用力を与える加振工程及び加振手段を備えているので、橋脚などの構造物に対する起振力を大きくすることができ、応答加速度のスペクトルから橋脚などの構造物の固有振動数を求めることができ、河川内などに設置された橋脚等の構造物に対しても当該固有振動数を用いて衝撃振動試験を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る構造物の健全度評価方法のフロー図。
【図２】本発明の実施形態に係る構造物の健全度評価方法を実行するための構造物評価装置の概要図。
【図３】本発明の実施形態に係る加振工程の詳細を説明するための図。
【図４】計測工程で得られた振動データを示すグラフ。
【図５】健全度指標値の判定基準を示す表。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に係る構造物の健全度評価方法のフロー図であり、図２は、本発明の実施形態に係る構造物の健全度評価方法を実行するための構造物評価装置の概要図であり、図３は、本発明の実施形態に係る加振工程の詳細を説明するための図であり、図４は、計測工程で得られた振動データを示すグラフであり、図５は、鉄道構造物等維持管理標準・同解説（構造物編）基礎構造物・杭土圧構造物に示されている健全度指標値の判定基準を示す表である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る構造物の健全度評価方法は、構造物に起振方向の異なる複数の起振器によって振動を加える加振工程（Ｓ１０１）と、加振工程（Ｓ１０１）によって構造物に発生した振動データを計測する計測工程（Ｓ１０２）と、振動データから構造物の固有振動数実測値を算定する算定工程（Ｓ１０３）と、固有振動数実測値により健全度を評価する評価工程（Ｓ１０４）とを備えている。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態に係る構造物の健全度評価方法は、構造物１０の天端に複数個取り付けられた起振器２１，２２，２３と、該起振器の振動を読み取るセンサ３０と、センサ３０からの信号を処理するデータ解析装置４０を備える健全度評価装置によって行われると好適である。加振工程は、図２に示すように、橋桁１１を支持する構造物たる橋脚１０の天端に複数個取り付けられた起振器２１，２２，２３を振動させることによって、橋脚１０を起振している。具体的には、起振器２１，２２，２３は、小型の起振器が好適に用いられ、図３に示すように、橋脚１０の天端の概略中央に取り付けられた第１の起振器２１と、橋脚１０の天端の概略両端にそれぞれ取り付けられた第２及び第３の起振器２２，２３を備えると好適である。
【００２０】
また、第１〜第３の起振器２１，２２，２３は、互いに振動を打ち消さないように同期して加振されており、具体的には、図３に示すように、第１の起振器２１が図面上の水平方向右側に第１の起振力Ｆ１を付与する際、第２の起振器２２は、垂直方向下側に第２の起振力Ｆ２を付与し、第３の起振器２３は、垂直方向上側に第３の起振力Ｆ３を付与するように同期されている。このように同期することで、第１〜第３の起振力Ｆ１〜Ｆ３は、互いに打ち消されることが無く、全体として橋脚１０に対して時計回りのモーメントＭを付与することで、橋脚１０にロッキング振動を加えることができる。
【００２１】
また、本実施形態に係る加振工程は、小型の起振器を複数用いてそれぞれの起振器を多方向に起振し、これらの起振力を同期させることで固有振動数を特定するのに十分な起振力を得ることが可能となる。
【００２２】
次に、計測工程は、橋脚１０の面に取り付けられたセンサ３０によって橋脚１０の振動データを計測する。センサ３０は、加速度センサなどが好適に用いられる。また、センサ３０で計測された振動データは、無線又は有線でデータ解析装置４０に送信される。無線でデータの送受信を行う場合には、データ解析装置４０には、受信器４１が備えられる。このように、無線伝送によって遠隔地で振動データを受信することができれば、測定対象となる構造物に起振器及びセンサを取り付けるだけで、構造物の健全度評価を実施することができ、可搬性が良く、容易に健全度評価を実施することが可能となる。
【００２３】
なお、データ解析装置４０は、パーソナルコンピュータ等のコンピュータシステムで構成されており、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ），ＲＡＭ（Ｒａｎｄａｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等からなる制御部と、ハードディスク等からなる記憶部、キーボードやマウスからなる入力部、ディスプレイやプリンタなどからなる表示部がシステムバスに接続されて構成されている。また、本実施形態に係る健全度評価方法を実行するためのプログラムは記憶部に格納されてデータ解析装置４０で実行される。
【００２４】
なお、センサ３０は、加速度センサ，アンプ，Ａ／Ｄ変換機及び通信インターフェイスなどから構成されており、加速度センサは、第１〜第３の起振器２１，２２，２３の起振による橋脚１０の振動を速度信号として計測している。計測された速度信号はアンプによって増幅され、Ａ／Ｄ変換機により量子化される。ディジタルデータに変更された振動データは、通信インターフェイス及び受信器４１を介してデータ解析装置４０に送られる。
【００２５】
算定工程は、計測工程で計測された振動データから橋脚１０の固有振動数実測値を算定する。固有振動数実測値は、図４に示すように、振動データのスペクトル分析を行うことで算定することができる。
【００２６】
評価工程は、算定工程で算定された固有振動数実測値を用いて橋脚１０の健全度を評価する。具体的には、図５に示すように、算定工程で算定された固有振動数実測値を、橋脚１０の上部工重量Ｗｈ及び橋脚１０の高さから土被りの長さを引いた値Ｈｄとから求められる標準値Ｆで除した値として得られる健全度判定指標κを用いて橋脚１０の健全度を評価している。このとき、図５に示すように、健全度判定指標κが例えば０．７０以下の場合には、Ａ１判定として、詳細調査を行った後、対策工を施し、０．８５以下の場合にはＡ２判定として今後の追跡調査が必要であると判定し、１．００以下の場合にはＢ判定として構造物に問題は少ないと判定し、１．００以上の場合には、Ｓ判定として構造物が健全であると判定する。
【００２７】
このように、本実施形態に係る健全度評価方法及び、健全度評価装置によれば、従来の重錘を用いて行う衝撃振動試験の場合のように、河川内の橋脚のように重錘の取り付けた困難な箇所であっても衝撃振動試験を容易に行うことができ、かつ小型の起振器を複数用いているので構造物に対する起振力を大きくし応答加速度のスペクトルから橋脚の固有振動数を求めることができ、当該固有振動数を用いて健全度評価を行うことが可能となる。
【００２８】
上述した本実施形態に係る健全度評価装置は、橋脚１０の側面に１つのセンサ３０を取り付けた場合について説明を行ったが、センサの数はこれに限定されず、垂直方向に複数個並べて測定しても構わない。この場合、橋脚１０の揺れ方の解析を行うことができ、より詳細な健全度評価を行うことが可能となる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  橋脚，
１１  橋桁，
２１  第１の起振器，
２２  第２の起振器，
２３  第３の起振器，
３０  センサ，
４０  データ解析装置，
４１  受信器。
【図１】
2018146285.tif 000003
【図２】
2018146285.tif 000004
【図３】
2018146285.tif 000005
【図４】
2018146285.tif 000006
【図５】
2018146285.tif 000007