(57)【要約】【課題】板状以外で厚さが厚い構造物にも適用可能にするとともに、内部欠陥を精度良く検出できるようにする。【解決手段】構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥Ｄまでの往復距離から内部欠陥の位置を推定する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離から内部欠陥の位置を推定することを特徴とする内部欠陥の探査方法。
【請求項２】
弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけて複数の位置で振動を受振し、構造物の断面図に、各受振波から得られた前記内部欠陥までの往復距離と同等の往復距離となる楕円弧状の欠陥位置想定曲線を描き、複数の前記欠陥位置想定曲線が交差又は近接する位置から内部欠陥の位置を推定する請求項１記載の内部欠陥の探査方法。
【請求項３】
入力する弾性波は、周波数が１０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの間の特定の周波数成分を含んでいる請求項１、２いずれかに記載の内部欠陥の探査方法。
【請求項４】
前記構造物は、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにＰＣ鋼材を挿通するとともに、前記ＰＣ鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記ＰＣ鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるＰＣ構造物であり、
前記グラウトの充填状態を確認するのに前記探査方法が用いられている請求項１〜３いずれかに記載の内部欠陥の探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート構造物などの構造物の内部に存在する空洞、クラック、ジャンカ、層間剥離等の内部欠陥を非破壊で検査する内部欠陥の探査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ポストテンション方式によるプレストレストコンクリートとして、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースに鋼線や鋼棒等のＰＣ鋼材を挿通するとともに、前記ＰＣ鋼材に張力を導入した後、シース内のＰＣ鋼材との空隙部にグラウトを注入することにより、プレストレスを導入したＰＣ構造物が知られている。
【０００３】
前記グラウトは、ＰＣ鋼材の腐食防止や部材コンクリートとＰＣ鋼材との一体化を図ることなどを目的として、シース内のＰＣ鋼材との空隙部に充填するものである。したがって、グラウトの充填不足によりシース内に空洞が生じた場合には、水や塩化物の浸入によってＰＣ鋼材の腐食や破断などが生じ、ＰＣ構造物が著しく変状し、構造物の安全性を確保することができなくなるおそれがある。
【０００４】
このようなシース内の空洞などのコンクリートの内部欠陥を非破壊で探査する方法としては、対象物の表面からＸ線を照射するＸ線透過法（下記特許文献１など）、コンクリート構造物の表面から超音波を入射するとともに、伝播する超音波を該コンクリート構造物の表面で受振し、該受振波を解析する超音波法（下記特許文献２など）、インパクタによりコンクリート中に衝撃弾性波を入力するとともに、表面の振動をセンサにより受振して解析する衝撃弾性波法（下記特許文献３など）などが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２０８７０５号公報
【特許文献２】特開２０００−２６９２号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８５８９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記Ｘ線透過法では、厚さが５０ｃｍ以下程度の比較的薄い板状の構造物にしか適用できず、これより厚い構造物にはＸ線が透過しないため、適用範囲に制限があるという問題があった。また、透過方向に対して重なる位置に複数の内部欠陥が存在する場合には、正確な位置が探査できないという問題もあった。
【０００７】
また、上記超音波法では、入射波として周波数が高い領域のものを使用しているため、検知できる深さが２０ｃｍより浅い領域に限られていた。また、分解能を高めるためより高い周波数の入射波を用いると、コンクリート中の骨材や気泡、鉄筋、シースなどにおける散乱が生じ、シース内の未充填部からの反射波を適確に捉えることが難しくなるという問題が生じていた。
【０００８】
一方、上記衝撃弾性波法は、入力された弾性波が対向面で反射し、構造物の厚さ方向に多重反射することを前提とした板状の構造物を対象とする技術であるため、板状以外の構造物、例えばＴ桁下フランジのような断面形状のものには適用できないという問題があった。
【０００９】
そこで本発明の主たる課題は、板状以外で厚さが厚い構造物にも適用可能にするとともに、内部欠陥を精度良く検出できるようにした内部欠陥の探査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離から内部欠陥の位置を推定することを特徴とする内部欠陥の探査方法が提供される。
【００１１】
上記請求項１記載の発明は、構造物の表面に弾性波を入力することにより、構造物の表面を伝搬する波動と、内部欠陥で反射した反射波とが相互に干渉することを利用して内部欠陥の位置を推定する非破壊の探査方法である。
【００１２】
内部欠陥が存在する構造物の場合、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面で計測される受振波は、入力された弾性波に起因して表面を伝搬する波と、構造物内部を伝搬した弾性波が内部欠陥で反射して表面に到達した反射波とが重なり合ったものである。本探査方法では、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得ることによって、表面を伝搬する波と反射波とが干渉した時間を特定し、この時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復の距離から内部欠陥の位置を推定している。
【００１３】
本探査方法では、入力波に伴う表面を伝搬する波と内部欠陥で反射した反射波との相互干渉を利用して内部欠陥の位置を推定しているため、板状以外の断面を有する構造物にも適用できるとともに、厚さが厚い構造物にも適用可能である。
【００１４】
また、複数の内部欠陥が存在する場合でも、各内部欠陥で反射した反射波をそれぞれ捉えることにより、各内部欠陥の位置が正確に把握でき、内部欠陥を精度良く検出できるようになる。
【００１５】
請求項２に係る本発明として、弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけて複数の位置で振動を受振し、構造物の断面図に、各受振波から得られた前記内部欠陥までの往復距離と同等の往復距離となる楕円弧状の欠陥位置想定曲線を描き、複数の前記欠陥位置想定曲線が交差又は近接する位置から内部欠陥の位置を推定する請求項１記載の内部欠陥の探査方法が提供される。
【００１６】
上記請求項２記載の発明では、内部欠陥の位置をより高精度に検出するため、複数の位置で振動を受信し、各受振波から得られた位置を総合して内部欠陥の位置を推定している。具体的には、弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけて複数の位置で振動を計測することにより、１回の弾性波の入力によって複数の位置で同時に受振波が計測できるようになる。また、１箇所の受振波のみでは、反射波が実際にはどの経路をたどって反射してきたのか定かではないため、本発明では、構造物内部の弾性波の伝搬特性から１箇所の受振波に対して可能性のある内部欠陥の位置を欠陥位置推定曲線という楕円弧状のラインで示している。そして、各受振波に対して描かれる複数の欠陥位置推定曲線が交差又は近接する位置を内部欠陥の位置として推定している。
【００１７】
請求項３に係る本発明として、入力する弾性波は、周波数が１０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの間の特定の周波数成分を含んでいる請求項１、２いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。
【００１８】
上記請求項３記載の発明では、入力する弾性波の周波数として１０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの間の特定の周波数成分を含むようにしている。入力する弾性波として高周波数のものを用いることによって、弾性波があたかも障害を乗り越えるような回折の影響は低減するが、コンクリート内部の骨材や微小空隙による散乱の影響は増す。また、広帯域のバンド幅を持つ周波数の弾性波では、回折及び散乱の周波数特性の違いから波動に分散性が生じ、位相情報を用いた内部欠陥の探査が実施困難となる。このような回折や散乱の影響を低減するため、高周波数領域で且つ帯域幅の狭い弾性波を入力することとしている。
【００１９】
請求項４に係る本発明として、前記構造物は、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにＰＣ鋼材を挿通するとともに、前記ＰＣ鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記ＰＣ鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるＰＣ構造物であり、
前記グラウトの充填状態を確認するのに前記探査方法が用いられている請求項１〜３いずれかに記載の内部欠陥の探査方法が提供される。
【００２０】
上記請求項４記載の発明では、ポストテンション方式によるＰＣ構造物において、グラウトの充填状態を確認するのに本探査方法を用いるのが特に好適であることを示している。
【発明の効果】
【００２１】
以上詳説のとおり本発明によれば、Ｔ桁下フランジなどの板状以外の断面形状からなる構造物や厚さが厚い構造物にも適用できるとともに、内部欠陥が精度良く検出できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る内部欠陥の探査方法を実施するための構成図である。
【図２】弾性波の伝搬状況を示す、２次元の模式図である。
【図３】内部欠陥がない場合の出力波形の例である。
【図４】内部欠陥がある場合の出力波形の例である。
【図５】内部欠陥がある場合の表面波と反射波の例である。
【図６】ヒルベルト変換による実数部と虚数部の関係を示すグラフである。
【図７】内部欠陥がない場合とある場合の瞬時位相及び瞬時位相差を算出した結果の例である。
【図８】打撃装置１を示す側面図である。
【図９】変形例に係る内部欠陥の探査方法を実施するための構成図である。
【図１０】マルチチャンネル式弾性波センサ７を示す側面図である。
【図１１】欠陥位置想定曲線の作図要領を示す図である。
【図１２】実験に用いたＴ桁下フランジを示す、(A)は断面図、(B)は側面図である。
【図１３】実験に用いた内部欠陥Ｄの状況を示す断面図である。
【図１４】実験結果を示すグラフである。
【図１５】欠陥位置想定曲線を示す構造物の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
【００２４】
本発明に係る内部欠陥Ｄの探査方法は、図１に示されるように、構造物の表面に弾性波を入力したときの表面の振動を受振し、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出し、弾性波の入力時から前記瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得た後、前記時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥Ｄまでの往復距離から内部欠陥Ｄの位置を推定することを特徴としている。
【００２５】
本探査方法は、構造物の表面に弾性波を入力したとき、入力した弾性波に起因して構造物の表面を伝搬する波と、内部欠陥Ｄが存在する場合に、構造物内部を伝搬した弾性波が前記内部欠陥Ｄで反射して表面に到達した反射波とが、構造物の表面で相互に干渉することに着目して、受振波をヒルベルト変換して位相変化が生じた時間を求めることにより、内部欠陥Ｄの位置を推定しようとするものである。
【００２６】
以下、本探査方法の原理について詳細に説明すると、
図１に示されるように、構造物の表面に弾性波を入力した場合、入力位置から平面方向に所定の距離（５０ｍｍ）だけ離れた計測位置における構造物表面の振動は、内部欠陥が無い場合には、弾性波の入力時から所定の時間経過後、伝搬速度が最も速いＰ波（縦波、図２参照）のポアソン比による垂直方向のひずみ分が観測され、その後Ｒ波（表面波（レイリー波）、図２参照）が観測される。図３には、両者の重ね合わされた表面を伝搬する波を−ｓｉｎ波として示す。
【００２７】
一方、図１に示されるように、構造物内部の所定位置（深さ１００ｍｍ）に内部欠陥Ｄ（断面２０×２０ｍｍの立方体形の空洞）が存在する場合、計測位置における構造物表面の振動は、図４に示されるように、図３の内部欠陥がない場合とは異なる波形となる。これは、図５に示されるように、上述の表面を伝搬する波に遅れて、構造物内部を伝搬するＰ波が内部欠陥Ｄで反射して表面に到達した反射波が重ね合わされたことによるものである。
【００２８】
弾性波の入力により構造物の内部に生成される弾性波は、第１波目が測定面を下向きに変位させる位相成分を持ち、その周波数は入力する弾性波に依存し基本的に入力波の周波数と一致する。この構造物の内部を伝搬する弾性波が空洞などの内部欠陥Ｄと衝突すると、反射波が生成される。この反射波は、第１波目が下向きの位相成分を有し、入力の弾性波と同じような波動となる。この反射波が構造物表面に達すると、表面を伝搬する波と反射波とで波動の干渉が生じ、表面を伝搬する波のみの状況とは異なった波形となる。
【００２９】
このように、構造物表面の振動を受振し、受振波を解析して表面を伝搬する波に反射波が重なった時間を得ることができれば、弾性波の伝搬速度から、反射波が生成された位置が推定できる。
【００３０】
次に、受振波の解析手法について説明する。本探査方法では、先ず受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出している。前記ヒルベルト変換は、複素フーリエ変換における正の周波数領域のみを通過させる周波数フィルターを通した後、フーリエ逆変換によって時間軸波形を得て、その振幅と位相を分離、判別できるようにしたものである（下式及び図６参照）。
【００３１】
ｘ(t)＝ｘｒ(t)＋ｉ×ｘｉ(t)
ｘｒ(t)＝Ａ(t)cosθ(t)、ｘｉ(t)＝Ａ(t)sinθ(t)
振幅  Ａ(t)＝（ｘｒ(t)２＋ｘｉ(t)２）１／２
位相  θ(t)＝ｔａｎ−１（ｘｉ(t)／ｘｒ(t)）
内部欠陥Ｄが無い場合とある場合の観測結果の具体例を図７に示す。図７(A)〜(C)は内部欠陥が無い場合、図７(D)〜(F)は内部欠陥がある場合である。図７(A)、(D)は計測された構造物表面の振動波形であり、図７(B)、(E)は受振波をヒルベルト変換した瞬時位相であり、図７(C)、(F)は瞬時位相の単位時間当たりの変化量を算出した瞬時位相差である。図７(A)、(D)の縦軸は、入力波形の最大振幅を１としたときの比で表された振幅である。
【００３２】
内部欠陥が無い場合、計測された振動波形を、図７(A)に示されるように、振幅が一定の正弦波とした場合は、これをヒルベルト変換した瞬時位相は、同図７(B)に示されるように、時間に対して比例するとともに、折り返しの間隔がほぼ一定となるのこぎり波形を成している。瞬時位相がこのようなのこぎり波形となるのは、位相が−π／２からπ／２で表され、それ以上になると折り返される様子を反映したものである。次に、瞬時位相差は、瞬時位相の単位時間当たりの変化量から求められるものであるため、同図７(C)に示されるように、瞬時位相がほぼ一定の傾きのとき時間的に変化せずほぼ一定の値となる。なお、前記瞬時位相において位相角が一回転した際の折り返しによる急激な変化に対応して、瞬時位相差の急激な変化が生じる箇所があるが、これは本解析において無視してもよいものである。
【００３３】
これに対して、内部欠陥Ｄがある場合、受振波には所定の時刻において内部欠陥で反射した反射波が加わる（干渉する）ため、図７(D)に示されるように、計測された振動波形は、振幅及び位相が乱れた波形となり、これをヒルベルト変換した瞬時位相は、同図７(E)に示されるように、折り返しの間隔が異なるのこぎり波形を成す。また、瞬時位相差は、同図７(F)に示されるように、反射波が構造物の表面に到達した時刻で変化が生じるようになる。
【００３４】
このように、受振波をヒルベルト変換して瞬時位相を算出するとともに、前記瞬時位相の単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出することにより、表面を伝搬する波と反射波がとが相互に干渉して瞬時位相差に変化が生じる時刻が得られるので、弾性波の入力時から瞬時位相差に変化が生じるまでの時間に、構造物内部における縦弾性波の伝搬速度を乗じることにより、内部欠陥Ｄまでの往復距離が得られるようになる。更に、この内部欠陥Ｄまでの往復距離から内部欠陥Ｄの位置を推定することが可能となる。
【００３５】
具体的に図７(F)に示される例では、瞬時位相差に変化が生じるまでの時間は約０．０５ｍｓであり、これにコンクリートの場合の縦弾性波伝搬速度４０００ｍ／ｓを乗じることにより、構造物の表面から内部欠陥までの往復の距離が２００ｍｍという値が得られる。これを２で割って、深さ約１００ｍｍの位置に内部欠陥が存在すると推定することができる。これは、上述の実機の試験モデルと一致する。
【００３６】
前記瞬時位相差が変化した時点は、次の考え方に基づいて判断することができる。瞬時位相差の変化は、波動の伝搬速度が変化した場合や、異なる位相成分を持つ他の波動が重畳した場合に発生する。なお、同一位相成分の波動が重畳した場合には、位相の変化は生じないが振幅に変化が生じる。位相のみに着目する場合には、このような同一位相成分の波動の重畳を検出することはできないが、この問題には複数点での測定を行うことによって対応することができる。狭い範囲の周波数帯域の信号では、外来信号の到来以外に位相変化を発生させる要因がない。ノイズが混入する場合には、位相のランダムに変化が生じ、そもそも瞬時位相差を求めることができない。従って、瞬時位相差を解析対象信号として検出できる場合にはノイズの影響を考慮する必要がなく、外来信号の存在のみを考慮すれば良いこととなる。また、外来信号が重畳した後には、位相は一様に変化し、この場合瞬時位相差のような微分操作では、この一様変化を検出することはできない。従って、瞬時位相差が変化した時点を外来信号の到来、すなわち内部欠陥からの反射波の到来時刻と想定することが可能である。このとき、瞬時位相差の変分量は、入力した弾性波の強度と反射波の強度との比の関数となるため、ある一定の閾値（例えば測定時間全体における瞬時位相差の平均値の±５％以内或いは計測時刻から遡って一定時間内における瞬時位相差の移動平均値の±５％以内）を設定し、その値を超える変化があった場合には、外来信号の到来と判断することが可能となる。
【００３７】
上述の通り、本探査方法では、入力波に伴う表面を伝搬する波と内部欠陥で反射した反射波との相互干渉を利用して内部欠陥の距離を推定しているため、板状の構造物はもとより、板状以外の構造物にも適用可能であるとともに、厚さが厚い構造物にも適用可能である。従って、Ｔ桁下フランジなどのように複雑な断面形状をした構造物にも適用できる。
【００３８】
また、複数の内部欠陥が存在する場合でも、各内部欠陥で反射した反射波をそれぞれ捉えることにより、各内部欠陥の位置が正確に把握でき、内部欠陥を精度良く検出できるようになる。
【００３９】
本探査方法では、入力する弾性波は、周波数が１０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの間の特定の周波数成分を含むのが好ましい。高周波数領域の帯域幅の狭い弾性波を入力することにより、回折や散乱の影響がなく、位相の検出による内部欠陥の探査が確実にできるようにしている。入力する弾性波として、周波数が１０ｋＨｚ〜２５ｋＨｚの高周波数のものを用いることによって、弾性波があたかも障害を乗り越えるような回折の影響は低減するが、コンクリート内部の骨材や微小空隙による散乱の影響は増すこととなる。また、広帯域のバンド幅を持つ周波数の弾性波を入力した場合には、回折及び散乱の周波数特性の違いから波動に分散性が生じ、位相情報を用いた内部欠陥の探査が実施困難となる。このような理由から、本探査方法では、上述の通り、高周波数領域における帯域幅の狭い弾性波を入力波として用いることにより回折や散乱の影響を低減している。ここで、入力する弾性波が「特定の周波数成分を含む」とは、ほぼ正弦波とみなし得る単一周波数成分からなる場合のほか、狭帯域のバンド幅（例えばピーク値のパワーレベルが半減する帯域幅がピーク値の周波数に対して±１０％以下、好ましくは５％以下であるもの）を持つ周波数成分からなるものも含む概念である。
【００４０】
入力する弾性波の生成は、構造物を打撃するインパルス加振によるものでもよいし、一定の定常振幅部分を有するトーンバースト加振によるものでもよい。弾性波の生成においては、本発明者らが先に出願した衝撃弾性波法に用いる打撃装置（特願2016-13955）を用いるのが特に好ましい。この打撃装置１は、図８に示されるように、全長に亘り一定の断面積で製作された所定長さの鋼棒であって、検査対象物に衝突させる先端面２ａは球冠状を成し、上端面２ｂは平面状を成しているプランジャー２と、前記プランジャー２の上端面２ｂに衝突させる所定径の鋼球３とからなる。
【００４１】
前記打撃装置１では、鋼球によって検査対象物を直接的に打撃するのではなく、所定径の鋼球３によって上記構造条件のプランジャー２（１次元棒）を介して、検査対象物に対して弾性波を与えるようにしている。このような間接打撃とすることによって、打撃力は鋼球３がプランジャー上端面２ｂに衝突することによって発生し、検査対象物に接触しているプランジャー２の先端面２ａを介して検査対象物に伝達される。これらは弾性係数の安定した材料（鋼）であることから、鋼球３とプランジャー２との接触時間は常に一定となり、安定して一定の周波数の波動を与えることが可能となる。
【００４２】
また、規定の長さを持つプランジャー２では、鋼棒の長さと共振する特定の周波数が発生することがわかっているため（弾性波の多重反射理論）、打撃による周波数とプランジャー２の共振周波数とをある程度の範囲内で一致させることによって、プランジャー内に、プランジャー長に応じた共振周波数の弾性波が生成されることになり、これを検査対象物に対して伝達させることができる。
【００４３】
従って、順次、検査対象点を移動させながら、同一径、同一質量の鋼球３で同一材料のプランジャー２を打撃した場合、一定の周波数の弾性波を安定的に検査対象物に対して与えることが可能となる。
【００４４】
弾性波の計測手段としては、図１に示されるように、弾性波の入力面と同一面であって、弾性波の入力位置から所定の距離だけ離れた位置に、構造物の応答弾性波を計測する弾性波センサ４と、波形収録装置５と、この波形収録装置５に接続された評価装置６とから構成されている。
【００４５】
前記弾性波センサ４は、構造物の表面に接触させた状態で、前記打撃装置１によって構造物に与えた波動の応答弾性波を計測する。この弾性波センサ４としては、例えば、加速度センサ、振動センサなどを使用することができる。前記弾性波センサ４の受振方向は特に問わないが、弾性波の入力方向（測定面に対して上下方向（垂直方向））とするのが好ましい。
【００４６】
前記弾性波センサ４によって計測された振動は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によりアナログ・デジタル変換された後、前記波形収録装置５に入力される。
【００４７】
前記波形収録装置５は、前記弾性波センサ４によって測定された波動の電気信号を記録するための装置である。この波形収録装置５は、電気信号を記憶するためのサーバー、ハードディスク等のストレージ、ＣＤ、ＤＶＤ等の記録媒体、メモリ等で構成されている。波形収録装置５は、弾性波センサ４から信号を受信してこれらを時系列的に記憶することができる。
【００４８】
前記評価装置６は、例えばＰＣ（パーソナルコンピューター）やスマートフォン、タブレット型端末、ウェアラブル端末等の電子機器で構成されている。この評価装置６は、波形収録装置５内に記憶されている波形を解析する。この評価装置６は、記録された波形に対して、例えばヒルベルト変換を施すことにより、瞬時位相及びその単位時間当たりの変化量である瞬時位相差を算出する。また、ＦＦＴ(Fast Fourier Transform)を施すことにより、時間軸の波形データを周波数軸のスペクトラムデータに変換する。また、前記評価装置６は、瞬時位相差の変化の有無を介して、コンクリート等の構造物の内部欠陥の有無の判断を行うようにしてもよいし、弾性波の入力時から瞬時位相差に変化が生じるまでの時間を得て、内部欠陥の位置を算出できるようにしてもよい。
【００４９】
この評価装置６は、例えば図示しないディスプレイ等からなる表示部を介して各データを表示することができる。また、評価装置６は、これら各データをストレージ内に記録し、ユーザによる命令に基づいてこれらデータを表示部に表示し、又は携帯型メモリにこれらデータを書き込むことができる。ユーザは、この携帯型メモリを評価装置６から取り出して自由に持ち運びすることが可能となる。更に、評価装置６は、これら各データを公衆通信網を介して他の電子機器へ転送することも可能となる。
【００５０】
前記弾性波センサ４は、図１に示されるように、１箇所のみに設けてもよいし、図９に示されるように、弾性波の入力位置を通る直線に沿って間隔をあけた複数の位置に設置することにより、１回の弾性波の入力に対してこれら複数の位置で同時に計測を行うようにしてもよい。
【００５１】
複数の弾性波センサ４、４…により計測する場合、図１０に示されるように、マルチチャンネル式弾性波センサ７を用いるのが好ましい。このマルチチャンネル式弾性波センサ７は、複数の弾性波センサ４、４…と、これら複数の弾性波センサ４、４…を所定の間隔をあけて直列的に保持する保持具８とから構成されている。このマルチチャンネル式弾性波センサ７を使用するに当たっては、前記保持具８を手で把持して弾性波センサ４、４…の先端を計測面に押し当てるか、弾性波センサ４、４…の先端を計測面に固定して使用する。前記弾性波センサ４の数としては、４〜１０個程度が好ましい。隣り合う弾性波センサ４、４間の間隔は、一定でもよいし、異なっていてもよい。この間隔としては、１０〜１００ｍｍ、特に１０〜５０ｍｍ程度が好ましい。
【００５２】
複数の弾性波センサ４…により計測した場合の内部欠陥Ｄの位置を推定する方法は、図１１に示されるように、弾性波センサ４…が設置された直線に沿って切断した構造物の断面図に、各弾性波センサ４ａで得られた内部欠陥Ｄまでの往復距離と同等の往復距離となる楕円弧状の欠陥位置想定曲線９ａを描き、複数の前記欠陥位置想定曲線９ａ、９ｂ…が交差又は近接する位置から内部欠陥Ｄの位置を推定することができる。前記欠陥位置想定曲線９ａ、９ｂ…は、弾性波の入力位置から構造物内部を通って計測位置に達するまでの距離が、上述の瞬時位相差に変化が生じるまでの時間に構造物内部における弾性波の伝搬速度を乗じて得た内部欠陥までの往復距離となるように引いた、前記弾性波の入力位置及び計測位置の２点を中心とする楕円弧状の曲線である。各弾性波センサ４ａ、４ｂ…の計測結果から得られた内部欠陥までの往復距離は、内部欠陥が前記欠陥位置想定曲線９ａ、９ｂ…の上に存在していることを表している。従って、複数の弾性波センサ４ａ、４ｂ…を用いて振動計測することにより、内部欠陥の位置がより厳密に推定できるようになる。また、複数の欠陥位置想定曲線９ａ、９ｂ…が交差する範囲から内部欠陥の大きさを推定することも可能である。
【００５３】
複数の欠陥位置想定曲線が交差する位置とは、弾性波の入力位置より弾性波センサが配設された側の領域において、複数の欠陥位置想定曲線同士が交差又は重なった位置のことである。また、複数の欠陥位置想定曲線が近接する位置とは、弾性波の入力位置より弾性波センサが配設された側の領域において、複数の欠陥位置想定曲線が重なっていないが、最も接近している位置のことである。適切な数の弾性波センサを用いて、適切な回数の測定を繰り返せば、測定データの信頼性が向上し、原理上は複数の欠陥位置想定曲線が交差する部分が出現するようになる。
【００５４】
本探査方法が対象とする構造物の内部欠陥としては、空洞、クラック、ジャンカ、層間剥離などコンクリート構造物の内部に生じる欠陥を広く対象とすることが可能である。
【００５５】
特に、前記構造物として、コンクリートが硬化した後で、予め埋設しておいたシースにＰＣ鋼材を挿通するとともに、前記ＰＣ鋼材に張力を導入した後、前記シース内の前記ＰＣ鋼材との空隙部にグラウトを注入してなるポストテンション方式によるＰＣ構造物を対象とした場合において、前記グラウトの充填状態を確認するのに本探査方法を用いるのが好適である。
【００５６】
橋梁や高架橋、建築物等のＰＣ構造物におけるＰＣ鋼材のシース管内にはグラウトが充填されるが、このようなＰＣ鋼材のシース管内においてグラウトの充填不良が生じた場合には、これに起因するＰＣ鋼材の腐食、破断事故が生じる可能性がある。そのため、ＰＣ鋼材のシース管内のグラウト充填度を衝撃弾性波法によって調査することは大変重要である。
【００５７】
ＰＣ構造物の内部欠陥の探査方法に本探査方法を用いることにより、精度良くグラウトの充填不足を確認することができ、未充填部分への再充填などの対策を適切に行うことができるようになる。
【実施例】
【００５８】
図１２に示されるように、ポストテンション方式によるＰＣ構造物であるＴ桁下フランジを用いて、本探査方法により欠陥位置を推定する実験を行った。
【００５９】
実験では、図１２及び図１３に示されるように、長手方向に複数のシースが埋設されたＴ桁下フランジを用い、シースにグラウトが充填されない未充填部（空洞）が２箇所存在するものとした。
【００６０】
入力する弾性波は、図８に示される打撃装置１を使用して発生させた衝撃弾性波とした。入力位置から所定の距離をあけた複数の位置に前記マルチチャンネル式弾性波センサ７を設置し、前記打撃装置１により衝撃弾性波を入力したときの応答（速度）を計測した。
【００６１】
出力波形とその瞬時位相差を算出した結果を図１４に示す。出力波形において、縦軸の単位は速度（ｍ／ｓ）であるが、その値は物理値ではなく、物理値とある一定の比例関係にある値である。また、瞬時位相差の変化が生じた時間から欠陥位置想定曲線を描いた図を図１５に示す。図１５から、入力面からの深さが約２５０ｍｍの位置の内部欠陥はほぼ推定できているものの、深さが浅い位置（深さ約８０ｍｍ）の内部欠陥については検知できなかった。なお、図１５は、図１４を、弾性波の入力面が上面となるように９０°回転して示したものである。
【００６２】
上述の深さが浅い位置の内部欠陥が検知できない理由としては、本実験では入力波として１０ｋ〜２５ｋＨｚの間の特定の周波数成分を含んだ安定した波動が得られなかったことが一因と思われる。浅い部分の内部欠陥の検知には高周波帯域の入力波が必要となるが、今回の実験では１０ｋＨｚ以下の帯域成分の構成となっていた。また、入力された弾性波の周波数成分を計測し、それ以外の周波数成分を除去するフィルタリング処理も有効であると考える。更に、入力波の初動部分の信号処理が安定していないことも原因の一つと思われる。このため、周波数領域を絞った安定した入力が必要であると考える。
【００６３】
また、本実施例では、図１５において、内部欠陥の位置で複数の欠陥位置想定曲線が交差しなかったが、これは測定回数が少なく欠陥位置想定曲線の数が不足したことが原因と考える。従って、十分な測定回数を行えば、内部欠陥の位置で複数の欠陥位置想定曲線が交差すると思われる。
【符号の説明】
【００６４】
１…打撃装置、２…プランジャー、３…鋼球、４…弾性波センサ、５…波形収録装置、６…評価装置、７…マルチチャンネル式弾性波センサ、８…保持具、９…欠陥位置想定曲線、Ｄ…内部欠陥
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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