(57)【要約】【課題】評価対象部材に対して一方の主面側から内部の品質を評価できる内部品質評価方法、及び内部品質解析システムを提供することを目的とする。【解決手段】コンクリート部材１００の一方側の表面１００ａから削孔した有底の小径孔１０１における底部１０１ａから弾性波を入力するとともに、コンクリート部材１００の一方側の表面１００ａに配置した受信側センサ２２で伝搬された弾性波を受信し、受信側センサ２２への弾性波の到達時間、及び受信側センサ２２と底部１０１ａとの座標入力による相対位置関係に基づいて、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を解析し、解析された該弾性波速度分布によって、コンクリート部材１００の内部の品質を評価した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
評価対象部材における一の主面に開口する小径孔の内部及び前記主面のうちの一方における所定の弾性波入力箇所から弾性波を入力するとともに、
前記小径孔の内部及び前記主面のうちの他方における所定の弾性波受信箇所に配置した受信センサで伝搬された前記弾性波を受信し、
前記受信センサが受信した受信情報を所定の要素について演算した演算結果に基づいて前記評価対象部材内部の品質を評価する
内部品質評価方法。
【請求項２】
前記受信センサへの前記弾性波の到達時間、及び
前記受信センサと前記弾性波入力箇所との相対位置関係に基づいて、
前記評価対象部材内部の弾性波速度分布を解析し、解析された該弾性波速度分布によって、前記評価対象部材内部の品質を評価する
請求項１に記載の内部品質評価方法。
【請求項３】
前記小径孔が底部を有する有底小径孔であり、
前記小径孔に、先端が前記底部に当接するように打撃棒を挿入し、
前記一方の主面から露出する前記打撃棒の端部を打撃して、前記先端を介して前記底部より前記弾性波を入力し、
打撃時刻から前記弾性波が前記打撃棒を伝搬する伝搬時間を差し引いて弾性波入力時刻とする
請求項１または２に記載の内部品質評価方法。
【請求項４】
前記受信センサで受信した前記弾性波の前記到達時間と、前記弾性波が伝搬する迂回を考慮した解析による解析到達時間との差が少なくなるように、
前記解析における速度の逆数を調整して前記弾性波速度分布を算出する
請求項３に記載の内部品質評価方法。
【請求項５】
前記受信センサとして、ＡＥセンサを用い、
前記解析が、該ＡＥセンサで受信した前記弾性波を利用する三次元弾性波トモグラフィ解析であり、
前記弾性波速度分布が、弾性波三次元速度分布である
請求項４に記載の内部品質評価方法。
【請求項６】
前記受信センサを複数設けるとともに、前記受信センサ及び前記小径孔の配置に基づく解析要素を設定し、
前記解析要素ごとに算出された前記弾性波速度分布を、統計的に補間する
請求項１乃至５のうちいずれかひとつに記載の内部品質評価方法。
【請求項７】
評価対象部材における一の主面に開口する小径孔の内部及び前記主面のうちの一方における所定の弾性波入力箇所から入力され、前記評価対象部材内部を伝搬する前記弾性波を受信するとともに、前記小径孔の内部及び前記主面のうちの他方における所定の弾性波受信箇所に配置される受信センサと、
前記受信センサが受信した受信情報を所定の要素について演算した演算結果に基づいて前記評価対象部材内部の品質を評価する解析部とが備えられた
内部品質解析システム。
【請求項８】
前記解析部が、前記受信センサへの前記弾性波の到達時間、及び前記受信センサと前記弾性波入力箇所との相対位置関係に基づいて、前記評価対象部材内部の弾性波速度分布を解析する構成であり、
解析された前記弾性波速度分布の弾性波速度分布結果を表示する表示部がさらに備えられた
請求項７に記載の内部品質解析システム。
【請求項９】
前記解析部が、
前記受信センサで受信した前記弾性波の前記到達時間と、前記弾性波が伝搬する迂回を考慮した解析による解析到達時間との差が少なくなるように、前記解析における速度の逆数を調整して前記弾性波速度分布を算出する構成である
請求項８に記載の内部品質解析システム。
【請求項１０】
前記受信センサがＡＥセンサであり、
前記解析が、該ＡＥセンサで受信した前記弾性波を利用する三次元弾性波トモグラフィ解析であり、
前記弾性波速度分布が、弾性波三次元速度分布である
請求項９に記載の内部品質解析システム。
【請求項１１】
前記受信センサが複数備えられるとともに、
前記解析部が、
前記受信センサ及び前記小径孔の配置に基づくように設定された解析要素ごとに算出された前記弾性波速度分布を、統計的に補間する構成である
請求項７乃至１０のうちいずれかひとつに記載の内部品質解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、コンクリート部材などで構成する構造物を構成する評価対象部材を評価する内部品質評価方法、及び内部品質解析システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート製の橋脚、梁、あるいはカルバートなどのコンクリート部材、シールドトンネルなど、鋼製部材とコンクリート部材との合成部材、さらには鋼製橋梁における鋼製部材などの構造部材では、走行する車両の繰り返し荷重などによる疲労損傷が従来より問題となっている中で、構造部材の維持管理として、非破壊・微破壊試験による内部品質評価の需要が高まってきており、例えば、透過弾性波を利用したトモグラフィ解析によるコンクリート部材の品質評価方法や、特許文献１に示すようなコンクリート構造物の検査方法が提案されている。
【０００３】
例えば、透過弾性波を利用したトモグラフィ解析によるコンクリート部材の品質評価方法では評価対象となるコンクリート部材の一方の主面にセンサを設置するとともに、他方の主面から弾性波を入力する必要がある。
【０００４】
しかしながら、地下構造物などの評価対象部材に対して一方の主面側、つまり片面側からしかアクセスできない場合、透過弾性波を利用したトモグラフィ解析によるコンクリート部材の品質評価方法を適用することはできなかった。
【０００５】
これに対し、特許文献１で提案されたコンクリート構造物の検査方法では、コンクリート部材の上面に所定高さから重錘を落下させた際に測定した振動データから算出した測定フーリエスペクトルと、健全なコンクリート部材に重錘を落下させた際の基準フーリエスペクトルとを比較して、コンクリート部材の劣化具合を判断できるとされているものの、表面から弾性波を入力しているため、コンクリート部材内部の劣化やクラックなどを検出できないおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２７５５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、この発明は、評価対象部材に対して一方の主面側から内部の品質を評価できる内部品質評価方法、及び内部品質解析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】
【０００８】
この発明は、評価対象部材における一の主面に開口する小径孔の内部及び前記主面のうちの一方における所定の弾性波入力箇所から弾性波を入力するとともに、前記小径孔の内部及び前記主面のうちの他方における所定の弾性波受信箇所に配置した受信センサで伝搬された前記弾性波を受信し、前記受信センサが受信した受信情報を所定の要素について演算した演算結果に基づいて前記評価対象部材内部の品質を評価する内部品質評価方法であることを特徴とする。
【０００９】
あるいは、評価対象部材における一の主面に開口する小径孔の内部及び前記主面のうちの一方における所定の弾性波入力箇所から入力され、前記評価対象部材内部を伝搬する前記弾性波を受信するとともに、前記小径孔の内部及び前記主面のうちの他方における所定の弾性波受信箇所に配置される受信センサと、前記受信センサが受信した受信情報を所定の要素について演算した演算結果に基づいて前記評価対象部材内部の品質を評価する解析部とが備えられた内部品質解析システムであることを特徴とする。
【００１０】
上記評価対象部材は、コンクリート部材、鋼製部材あるいはこれらを組み合わせた合成部材などとすることができる。  
上述の評価対象部材における一の主面に開口する小径孔の内部及び前記主面のうちの一方における所定の弾性波入力箇所から入力され、前記小径孔の内部及び前記主面のうちの他方における所定の弾性波受信箇所に配置した受信センサで前記評価対象部材内部を伝搬する前記弾性波を受信するとは、主面に開口する小径孔の内部における所定の弾性波入力箇所から入力された場合、前記主面における所定の弾性波受信箇所に配置した受信センサで前記評価対象部材内部を伝搬する前記弾性波を受信することをいい、主面における所定の弾性波入力箇所から入力された場合、前記小径孔の内部における所定の弾性波受信箇所に配置した受信センサで前記評価対象部材内部を伝搬する前記弾性波を受信することをいう。
【００１１】
なお、上述の前記小径孔の内部における所定の弾性波入力箇所あるいは所定の弾性波受信箇所は、有底の小径孔の底部、あるいは有底の小径孔や評価対象部材を貫通する小径孔における内周面のいずれかの位置であってもよく、その配置数は適宜決定すればよい。
【００１２】
また、前記主面における所定の弾性波入力箇所あるいは所定の弾性波受信箇所は、主面において前記小径孔から適宜の間隔を隔てた位置であれば、その配置は所定の間隔で配置されてもよいし、ランダムに配置されてもよい。さらに、その数は適宜決定すればよい。
【００１３】
また、前記受信センサが受信した受信情報を所定の要素は、受信情報における速度、振幅、それらの減衰率あるいはＱ値など適宜の要素とすることができる。  
上述の前記評価対象部材内部の品質を評価するとは、例えば、疲労や経年劣化等により、評価対象部材の内部における劣化やクラックなどによる品質の低下、あるいは、緻密な状態であるという高品質であることなどを評価することをいう。
【００１４】
この発明により、評価対象部材に対して一方の主面側から内部の品質を評価することができる。  
詳述すると、評価対象部材における一の主面に開口する小径孔の内部及び前記主面のうちの一方における所定の弾性波入力箇所から弾性波を入力するため、例えば、評価対象部材内部に劣化やクラックなど品質が低下した部分がある場合、評価対象部材の内部を伝搬し、評価対象部材内部の品質が低下した部分の影響を受けた弾性波を、前記小径孔の内部及び前記主面のうちの他方における所定の弾性波受信箇所に配置した受信センサで受信することができる。
【００１５】
また、前記受信センサが受信した受信情報を所定の要素について演算した演算結果に基づいて前記評価対象部材内部の品質を評価するため、精度よく評価対象部材の内部の品質を評価することができる。
【００１６】
この発明の態様として、前記受信センサへの前記弾性波の到達時間、及び前記受信センサと前記弾性波入力箇所との相対位置関係に基づいて、前記評価対象部材内部の弾性波速度分布を解析し、解析された該弾性波速度分布によって、前記評価対象部材内部の品質を評価することができる。
【００１７】
上記弾性波の到達時間は、弾性波入力が評価対象部材に入力された時刻から受信センサが受信する時刻までの時間をいう。  
この発明により、前記受信センサへの前記弾性波の到達時間、及び前記受信センサと前記弾性波入力箇所との相対位置関係に基づいて、受信センサで受信した弾性波に関して、前記評価対象部材内部の弾性波速度分布を解析することができる。したがって、解析された該弾性波速度分布によって、前記評価対象部材内部の品質を評価するため、さらに精度よく評価対象部材の内部の品質を評価することができる。
【００１８】
またこの発明の態様として、前記小径孔が底部を有する有底小径孔であり、前記底小径孔に、先端が前記底部に当接するように打撃棒を挿入し、前記一方の主面から露出する前記打撃棒の端部を打撃して、前記先端を介して前記底部より前記弾性波を入力し、打撃時刻から前記弾性波が前記打撃棒を伝搬する伝搬時間を差し引いて弾性波入力時刻としてもよい。
【００１９】
この発明により、容易に小径孔の底部より弾性波を入力できるとともに、前記受信センサへの前記弾性波の到達時間の起点となる弾性波入力時刻を正確に把握することができる。詳述すると、先端が前記底部に当接するように前記小径孔に挿入した打撃棒の記一方の主面から露出する端部を打撃するため、打撃棒を伝搬した弾性波は、前記先端を介して前記底部より評価対象部材内部に入力することができるものの、前記評価対象部材内部の弾性波速度分布を算出するパラメータである前記受信センサへの前記弾性波の到達時間、つまり弾性波入力時刻を打撃時刻とすると、弾性波が打撃棒を伝搬する伝搬時間分長くなり、正確に前記評価対象部材内部の弾性波速度分布を算出することができなくなる。
【００２０】
そのため、打撃時刻から前記弾性波が前記打撃棒を伝搬する伝搬時間を差し引いて弾性波入力時刻とすることで、正確な到達時間を把握でき、正確に前記評価対象部材内部の弾性波速度分布を算出することができる。
【００２１】
またこの発明の態様として、前記受信センサで受信した前記弾性波の前記到達時間と、前記弾性波が伝搬する迂回を考慮した解析による解析到達時間との差が少なくなるように、前記解析における速度の逆数を調整して前記弾性波速度分布を算出してもよい。  
この発明により、正確な解析結果を算出することができる。
【００２２】
またこの発明の態様として、前記受信センサとして、ＡＥセンサを用い、前記解析が、該ＡＥセンサで受信した前記弾性波を利用する三次元弾性波トモグラフィ解析であり、前記弾性波速度分布が、弾性波三次元速度分布であってもよい。  
この発明により、前記評価対象部材内部の品質を三次元で評価することができる。
【００２３】
またこの発明の態様として、前記受信センサを複数設けるとともに、前記受信センサ及び前記小径孔の配置に基づく解析要素を設定し、前記解析要素ごとに算出された前記弾性波速度分布を、統計的に補間してもよい。  
この発明により、評価対象部材において広範囲にわたって、前記評価対象部材内部の品質を詳細に評価することができる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明により、評価対象部材に対して一方の主面側から内部の品質を評価できる内部品質評価方法、及び内部品質解析システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】弾性波速度分布解析システムの概略図。
【図２】弾性波速度分布解析システムの構成ブロック図。
【図３】打撃棒の伝搬時間計測方法の概略図。
【図４】打撃棒の伝搬時間計測結果の説明図。
【図５】弾性波トモグラフィ解析のフロー図。
【図６】供試体の説明図。
【図７】三次元弾性波トモグラフィによる速度分布グラフ。
【図８】高さ方向の弾性波速度の面内平均値の分布グラフ。
【図９】ひび割れの補修及び評価についての説明図。
【図１０】Ｖ字補修した供試体の解析結果の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明の一実施形態を以下図面に基づいて詳述する。  
図１は弾性波速度分布解析システム１の概略図を示し、図２は弾性波速度分布解析システム１の構成ブロック図を示している。
【００２７】
コンクリート部材１００の内部の品質を評価するための品質評価方法において用いる弾性波速度分布解析システム１は、図１及び図２に示すように、測定・解析装置１０と、弾性波を受信情報として受信するセンサ２０とで構成している。
【００２８】
測定・解析装置１０は、ＣＰＵで構成する制御・解析装置１１、ＲＯＭやＲＡＭで構成する記憶部１２、筐体に備えられた操作スイッチ等で構成する操作部１３及び、筐体に配置される液晶等の表示部１４とで構成している。なお、記憶部１２、操作部１３及び表示部１４は制御・解析装置１１に接続され、制御・解析装置１１により制御されている。
【００２９】
制御・解析装置１１は、記憶部１２に記憶した各種制御プログラムや解析プログラムと協働して、制御・解析装置１１に接続された各機器を制御したり、後述するセンサ２０で弾性波振動として受信した受信情報を解析し、解析結果を評価できる解析結果表示グラフ（図７参照）を表示することができる。
【００３０】
記憶部１２には、上述の各種プログラム、計測した計測データや、計測データに基づいて解析した解析結果等を記憶する。  
表示部１４は、制御・解析装置１１によって解析された解析結果表示グラフなどを表示する液晶モニターである。
【００３１】
センサ２０は、測定・解析装置１０に接続されることにより、制御・解析装置１１の制御によって弾性波振動を受信情報として受信し、制御・解析装置１１に送信することができるＡＥセンサで構成し、コンクリート部材１００の表面１００ａに対して適宜の数設けることができる。なお、本実施形態において、センサ２０として６０ｋＨｚ共振型センサを用いている。
【００３２】
このように構成した弾性波速度分布解析システム１を用いたコンクリート部材１００の評価方法には、後述する小径孔１０１に挿入し、コンクリート部材１００の内部に弾性波入力するウエーブガイドとして機能する打撃棒３０をさらに用いる。
【００３３】
打撃棒３０は、小径孔１０１の深さより長い鋼棒であり、打撃棒３０の下端部３０ａを小径孔１０１の底部１０１ａに突き当てて挿入した状態で、上端部３０ｂが、コンクリート部材１００の表面１００ａより上方に突出することとなる。
【００３４】
このように、弾性波速度分布解析システム１及び打撃棒３０を用いたコンクリート部材１００の評価方法では、まず、コンクリート部材１００の適宜の箇所に小径孔１０１を形成する。  
そして、小径孔１０１内部に、底部１０１ａに下端部３０ａが当接し、打撃棒３０の他の部分が小径孔１０１の内側面などの他の部分に接触しないように、小径孔１０１の内部に打撃棒３０を挿入する。
【００３５】
この状態で、小径孔１０１に挿入され、表面１００ａより上方に突出する打撃棒３０の上端部３０ｂを鉄球Ｈで打撃して弾性波を入力する。  
なお、本実施形態においては、コンクリート部材１００の表面１００ａから電動ドリル（図示省略）を用いて深さ２００ｍｍ、直径１２ｍｍの穴を削孔し、小径孔１０１に対して長さ３００ｍｍ、直径６ｍｍの鉄製の棒状体である打撃棒３０を挿入するとともに、打撃棒３０の先端をφ１５ｍｍの鉄球Ｈで打撃した。
【００３６】
このように、小径孔１０１の内側面に接触しないように打撃棒３０を配置し、打撃棒３０の上端部３０ｂで生じさせた弾性波が打撃棒３０を伝搬し、小径孔１０１の最深部である底部１０１ａからコンクリート部材１００の内部へ弾性波を伝搬することができる。
【００３７】
なお、鉄球Ｈの打撃による弾性波の入力について、図３に示すように、打撃棒３０の上端部３０ｂ付近にセンサ２０を設置し、打撃棒３０のセンサ位置から打撃棒３０の先端への伝搬時間を差し引くことで、小径孔１０１の底部１０１ａでの弾性波の入力時刻、つまり弾性波入力時刻とする。
【００３８】
具体的には、打撃棒３０内での伝搬時間の算出に際しては、図３に示すように、コンクリート部材１００の表面１００ａに設置したセンサ２０の近傍に打撃棒３０を設置し、打撃棒３０に設置したセンサ２０から表面１００ａに設置したセンサ２０に到達するまでの時間とした。そして、各センサ２０で得られた波形から得られる周波数（図４参照）と、既往の打撃球直径と励起弾性波の周波数の関係によるφ１５ｍｍの鋼球で打撃した際の弾性波の最大周波数１９．４ｋＨｚとが概ね一致した。  
なお、打撃棒３０の上端部３０ｂ付近に取り付けたセンサ２０を発信側センサ２１とし、コンクリート部材１００の表面１００ａに取り付けたセンサ２０を受信側センサ２２とする。
【００３９】
上記要領でそれぞれのセンサ２０で得られた弾性波を利用して三次元弾性波トモグラフィ解析を行い、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を算出し、算出した弾性波速度分布に基づいてコンクリート部材１００の内部の品質を評価するが、その弾性波トモグラフィ解析について図５とともに説明する。
【００４０】
弾性波トモグラフィ解析は、大きく『入力データの作成（ステップｓ１）』、『波線追跡法による到達時間の計算（データ入力：ステップｓ２）』、及び『局所回帰平滑化による速度分布の補間（ステップｓ４）』を実行する。  
以下で、各ステップについて詳細に説明する。
【００４１】
ステップｓ１では、弾性波トモグラフィ解析を実行するための入力データを作成する。  
詳しくは、発信側センサ２１から受信側センサ２２への弾性波の到達時間、打点（小径孔１０１の底部１０１ａ）及び受信側センサ２２の位置、並びに、各解析要素に対する速度を、弾性波トモグラフィ解析を実行するための入力データとする。
【００４２】
具体的には、発信側センサ２１から受信側センサ２２への弾性波の到達時間を計測し、ＡＩＣ（Akaike’s Information Criterion）法を用いるとともに打撃棒３０の伝搬時間を差し引いて弾性波の到達時刻とし、入力データとする。なお、このときの到達時間を計測到達時間とする。
【００４３】
また、打点、つまり小径孔１０１の底部１０１ａの座標値及び受信側センサ２２が取り付けられた位置の座標を入力データとし、さらに、コンクリート部材１００における評価対象範囲Ｒ（図６参照）を、小径孔１０１及び受信側センサ２２の位置に基づいて分割し、複数の解析要素Ｋ（図６参照）を設定し、入力データとする。
【００４４】
続いて、ステップｓ１で作成した入力データを、操作部１３を用いて弾性波速度分布解析システム１にデータ入力する（ステップｓ２）。  
まず、ステップｓ１で設定した各解析要素Ｋに対する速度パラメータとして、速度の逆数（以下において、スローネスという）を設定し、入力する（ステップｓ２１）。なお、本実施形態において、初期の解析要素内の速度を、４０００ｍ／ｓｅｃとした。
【００４５】
次に、波線追跡法によって解析到達時間を算出する（ステップｓ２２）。  
コンクリート部材１００中では、弾性波が発信される発信点（本実施形態では底部１０１ａ）と、伝搬された弾性波を受信する受信点（本実施形態では発信側センサ２１）の間にインピーダンス（密度と伝搬速度の積）の異なるセメントペーストや骨材、境界相、ひび割れ、空げき等が存在するため、コンクリート部材１００の内部を透過する弾性波は直線的な経路を取ることは難しく、迂回して伝搬する。
【００４６】
そこで、この波線経路をより正確に求めるために、反射や回折による弾性波の迂回を考慮可能な波線追跡法を用いて、解析到達時間を算出する。特に、本実施形態では、より正確に求めるため、Sassaetal.らが提案した弾性波伝搬経路の二次元波線追跡法を三次元に拡張した波線追跡アルゴリズムを用いて解析到達時間を算出した。
【００４７】
そして、ステップｓ２２で算出した解析到達時間と、ステップｓ１で入力データとした実際に計測された到達時間（計測到達時間）の時間誤差を算出し（ステップｓ２３）、算出された時間誤差を評価する（ステップｓ２４）。
【００４８】
詳しくは、時間誤差が所定の値より大きい場合（ステップｓ２４：Ｎｏ）、ステップｓ２１に戻って解析要素内のスローネスを変化させ、ステップｓ２２及びステップｓ２３を実行し、時間誤差が所定の値より小さくなるまでこれらを繰り返す。
【００４９】
ステップｓ２３で算出された時間誤差が所定の値より小さくなると（ステップｓ２４：Ｙｅｓ）、これらの入力データ等に基づいてコンクリート部材１００の内部における各解析要素の速度分布を算出する（ステップｓ３）。
【００５０】
ここで、弾性波トモグラフィ解析では、解析要素を細かく分割することでより細かな情報取得が可能となるが、そのためには、各解析要素を確実に波線が通過するように多数の打点（小径孔１０１の底部１０１ａ）と多数の受信側センサ２２を取付ける必要があり、不適切に各解析要素を細かく分割しすぎると解析要素内の波線が少なくなり適切な速度分布が評価できなくなる。
【００５１】
そこで、適切な解析要素寸法でより詳細な情報を得るために、上記の波線追跡の結果得られた各解析要素の速度分布を、局所２次回帰平滑化を用いて統計的に補間する（ステップｓ４）。そして、補間した速度分布を可視化して（ステップｓ５）、表示部１４に表示して、本解析を終了する。
【００５２】
さらに、利用者は、表示部１４に表示された解析結果に基づいて、コンクリート部材１００の内部の品質つまり、損傷状態を評価することとなる。  
なお、解析結果に基づく、コンクリート部材１００の内部の品質の評価方法については、詳細は省略するが、予め設定された閾値と比較して評価するようにしてもよい。
【００５３】
具体的には、解析結果を閾値と比較して、評価対象部材の品質を評価するための閾値としては、値、数式、あるいは、解析結果をグラフ表示した場合における領域などで設定することができる。なお、閾値自体は、実証実験の結果に基づいて設定される閾値、シミュレーション結果に基づく閾値、あるいは実績値に基づく値など適宜の閾値で設定されるとともに、例えば実績値の蓄積や、用途や使用などによって適切に変化する閾値としてもよい。
【００５４】
このように実行する解析について実施した、供試体１１０を用いた実証実験について説明する。  
実証実験では、図６に示すように、６００×４００×２５０ｍｍの直方体の供試体１１０を用いた。
【００５５】
供試体１１０は、普通コンクリート部１１１（Ｗ／Ｃ：５５％、圧縮強度：２４Ｎ／ｍ２）と、上面側の低強度モルタル部１１２（Ｗ／Ｃ：６０、圧縮強度：１５Ｎ／ｍ２）で構成され、低強度モルタル部１１２の６００×４００ｍｍの面に、つまり供試体１１０の表面１１０ａに複数の受信側センサ２２を設置した。
【００５６】
なお、供試体１１０に対して、供試体１１０の平面図である図６（ａ）に示すように、受信側センサ２２及び小径孔１０１を配置し、この受信側センサ２２及び小径孔１０１の配置に基づいて評価対象範囲Ｒを中央部の３００×３００ｍｍ×深さ２５０ｍｍの範囲とした。
【００５７】
また、図６（ａ）及び正面図である図６（ｂ）において格子状の細破線で示すように、評価対象範囲Ｒに対する受信側センサ２２や小径孔１０１の位置を考慮し、９×１０×７の解析要素、つまり、全部で６３０個の解析要素Ｋを設定した。
【００５８】
上述のような供試体１１０を用いた実証実験で得られ、三次元弾性波トモグラフィによって解析された、底部から各高さにおける速度分布を図７に示し、高さ方向の弾性波速度の面内平均値の分布を図８に示す。なお、弾性波速度は、上述の局所回帰平滑化により補間した後のデータを示しており、深さ方向の速度は厚さ５ｍｍの解析要素の平均値を示している。
【００５９】
これより、低強度モルタル部１１２（２００ｍｍ以上）における弾性波速度は、概ね２５００ｍ／ｓｅｃ以下となっており、弾性波速度の変化がほとんどないことが確認された。  
一方、普通コンクリート部１１１では、深くなるほど弾性波速度が上昇している傾向が確認された。
【００６０】
また、供試体１１０では高さ２００ｍｍの位置で低強度モルタル部１１２と普通コンクリート部１１１に弾性波速度の不連続面が存在していると考えられるが、今回のトモグラフィ結果では弾性波速度の急激な変化は確認されなかった。
【００６１】
しかしながら、低強度モルタル部１１２における弾性波速度は普通コンクリート部１１１と比較して低く、その層が３次元的に得られていることから、上述の解析により、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度構造の把握及びそれに基づいた品質評価が可能であることが確認できた。
【００６２】
次に、充填工法により補修された供試体１２０のひび割れ１２１の周辺に小径孔１０１を設け、前述と同様の方法で三次元弾性波トモグラフィを適用して実施した実証実験の結果について説明する。
【００６３】
図９（ａ）に示す供試体１２０は建設後５０年弱が経過した壁面を切り出して作成され、厚さ方向に貫通するひび割れ１２１が生じている（図９（ａ−１）参照）。なお、供試体１２０を構成する母材コンクリートの水セメント比は約５３％であり、ひび割れ１２１のひび割れ最大幅は約１．０ｍｍである。そのため、ひび割れ１２１から常時滲み出し程度の漏水を確認することができる。
【００６４】
ひび割れ１２１の充填に関しては、ひび割れ１２１とその周辺を面方向に１２０ｍｍ、深部方向に８０ｍｍ程度Ｖ字に掘削し（図９（ａ−２）参照）、その内部に補修材（水セメント比：２５％程度）を充填してＶ字状の充填部１２２を形成した（図９（ａ−３）参照）。
【００６５】
そして、充填部１２２の外側に、直径１２０ｍｍ、深さ２００ｍｍの小径孔１０１を設け（図９（ａ−４）参照）、供試体１２０の表面１２０ａに複数の受信側センサ２２を装着するとともに（図９（ａ−５）参照）、小径孔１０１に打撃棒３０を挿入して（図９（ａ−６）参照）、上述の方法で、鉄球Ｈで打撃棒３０の上端部３０ｂを打撃して弾性波を入力し、表面１２０ａに設置した受信側センサ２２で伝搬された弾性波を受信した。
【００６６】
なお、供試体１２０における受信側センサ２２の配置及び小径孔１０１の位置は図９（ｂ），（ｃ）に示すとおりであり、評価対象範囲Ｒは、供試体１２０の平面視中央における６００ｍｍ×６００ｍｍ、深さ２５０ｍｍとした。本実施形態において、受信側センサ２２として、６０ｋＨｚ共振型センサを５個、表面に設置した。
【００６７】
このような供試体１２０を用いた実証実験によって得られた三次元弾性波トモグラフィ結果として、弾性波トモグラフィによる三次元速度分布を図１０（ａ）に示し、図１０（ｂ）に図１０（ａ）に示した断面Ａにおける速度分布を示す。
【００６８】
図１０（ａ）より、Ｙ軸方向に沿った暖色系の低速度領域を確認し、下面側においては、Ｖ字に掘削した断面に沿った形で、斜め方向の暖色系の低速度領域を確認することができる。一方で、供試体１２０の左側の面（供試体１２０における充填部１２２と離れた部位）においては、低速度領域を確認することはできず、全体的に高速度となっていることが確認できた。
【００６９】
さらに、図１０（ｂ）に示した評価対象範囲Ｒの中央部となる断面Ａの速度分布に着目すると、充填部１２２の周辺では、弾性波速度が比較的速いのに対し、その周辺において、特に速度の遅い領域が確認され、形状については、掘削されたＶ字と同様の形状となっていることが確認できた。
【００７０】
このように、本発明は、地下構造物のような片面側からしかアクセスできないような構造物に対して、弾性波トモグラフィ手法を適用するために、小径の小径孔１０１を利用してコンクリート部材１００の内部で弾性波を生じさせ、トモグラフィ解析することにより、コンクリート部材１００の内部の速度構造を求め、これに基づきコンクリート部材１００の内部の品質評価を行う方法及びそのための弾性波速度分布解析システム１である。
【００７１】
より具体的には、コンクリート部材１００の一方側の表面１００ａから削孔した有底の小径孔１０１における底部１０１ａから弾性波を入力するとともに、コンクリート部材１００の一方側の表面１００ａに配置した受信側センサ２２で伝搬された弾性波を受信し、受信側センサ２２への弾性波の到達時間、及び受信側センサ２２と底部１０１ａとの座標入力による相対位置関係に基づいて、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を解析し、解析された該弾性波速度分布によって、コンクリート部材１００の内部の品質を評価するコンクリート部材１００の内部品質評価方法であり、弾性波速度分布解析システム１は、そのため、コンクリート部材１００の一方側の表面１００ａに配置される受信側センサ２２と、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を解析する制御・解析装置１１と、解析された弾性波速度分布の弾性波速度分布結果を表示する表示部１４とを備えており、コンクリート部材１００に対して一方側の表面１００ａの側から内部の品質を評価することができる。
【００７２】
詳述すると、コンクリート部材１００の一方側の表面１００ａから削孔した有底の小径孔１０１における底部１０１ａから弾性波を入力するため、例えば、コンクリート部材１００の内部に劣化やクラックなど品質が低下した部分がある場合、コンクリート部材１００の内部を伝搬し、コンクリート部材１００の内部の品質が低下した部分の影響を受けた弾性波を、一方側の表面１００ａに配置した受信側センサ２２で受信することができる。
【００７３】
また、受信側センサ２２への弾性波の到達時間、及び受信側センサ２２と小径孔１０１の底部１０１ａとの座標入力による相対位置関係に基づいて、受信側センサ２２で受信した弾性波に関して、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を解析し、解析された該弾性波速度分布によって、コンクリート部材１００の内部の品質を評価するため、精度よくコンクリート部材１００の内部の品質を評価することができる。
【００７４】
また、小径孔１０１に、下端部３０ａが底部１０１ａに当接するように打撃棒３０を挿入し、一方側の表面１００ａから露出する打撃棒３０の上端部３０ｂを打撃して、下端部３０ａを介して底部１０１ａより弾性波を入力し、打撃時刻から弾性波が打撃棒３０を伝搬する伝搬時間を差し引いて弾性波入力時刻とするため、容易に小径孔１０１の底部１０１ａより弾性波を入力できるとともに、受信側センサ２２への弾性波の到達時間の起点となる弾性波入力時刻を正確に把握することができる。
【００７５】
詳述すると、打撃棒３０の下端部３０ａが小径孔１０１の底部１０１ａに当接するように小径孔１０１に挿入した打撃棒３０の一方側の表面１００ａから露出する上端部３０ｂを打撃するため、打撃棒３０を伝搬した弾性波は、打撃棒３０の下端部３０ａを介して小径孔１０１の底部１０１ａよりコンクリート部材１００の内部に入力することができるものの、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を算出するパラメータである受信側センサ２２への弾性波の到達時間が長くなる。  
つまり弾性波入力時刻を打撃時刻とすると、弾性波が打撃棒３０を伝搬する伝搬時間分長くなり、正確にコンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を算出することができなくなる。
【００７６】
そのため、打撃時刻から弾性波が打撃棒３０を伝搬する伝搬時間を差し引いて弾性波入力時刻とすることで、正確な到達時間を把握でき、正確にコンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を算出することができる。
【００７７】
また、受信側センサ２２で受信した弾性波の到達時間と、弾性波が伝搬する迂回を考慮した解析による解析到達時間との差が少なくなるように、解析における速度の逆数（スローネス）を調整して弾性波速度分布を算出するため、正確な解析結果を算出することができる。
【００７８】
また、受信側センサ２２としてＡＥセンサを用い、ＡＥセンサで受信した弾性波を利用する三次元弾性波トモグラフィ解析を実施し、弾性波速度分布として弾性波三次元速度分布を用いたため、コンクリート部材１００の内部の品質を三次元で評価することができる。
【００７９】
また、受信側センサ２２を複数設けるとともに、受信側センサ２２及び小径孔１０１の配置に基づいて解析要素Ｋを設定し、解析要素Ｋごとに算出された弾性波速度分布を、統計的に補間するため、コンクリート部材１００において広範囲にわたって、コンクリート部材１００の内部の品質を詳細に評価することができる。
【００８０】
この発明の構成と、実施形態との対応において、この発明の評価対象部材は、コンクリート部材１００に対応し、
以下同様に、
一方の主面は、表面１００ａに対応し、
所定の弾性波入力箇所は、底部１０１ａに対応し、
所定の弾性波受信箇所は、表面１００ａにおける所定箇所に対応し、
小径孔は、小径孔１０１に対応し、
底部は、底部１０１ａに対応し、
受信センサは、受信側センサ２２に対応し、
相対位置関係は、座標入力による相対位置関係に対応し、
打撃棒は、打撃棒３０に対応し、
打撃棒の端部は、上端部３０ｂに対応し、
打撃棒の先端は、下端部３０ａに対応し、
解析要素は、解析要素Ｋに対応し、
解析部は、制御・解析装置１１に対応し、
表示部は、表示部１４に対応し、
内部品質解析システムは、弾性波速度分布解析システム１に対応し、
速度の逆数は、スローネスに対応するも、  
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、請求項に示される技術思想に基づいて応用することができ、多くの実施の形態を得ることができる。
【００８１】
例えば、上述の説明では小径孔１０１に、底部１０１ａに下端部３０ａが当接するように打撃棒３０を挿入し、上端部３０ｂを鉄球Ｈで打撃し、下端部３０ａを介して小径孔１０１の底部１０１ａからコンクリート部材１００の内部に弾性波を入力したが、小径孔１０１の途中の内周面における所定箇所に下端部３０ａを当接させ、下端部３０ａの当接箇所から弾性波を入力してもよい。この場合、小径孔１０１は底部１０１ａを有していても、あるいは底部を有さないコンクリート部材１００を貫通する小径孔１０１であってもよい。
【００８２】
また、例えば、上述の説明では小径孔１０１に挿入した打撃棒３０の上端部３０ｂを鉄球Ｈで打撃し、下端部３０ａを介して小径孔１０１の底部１０１ａからコンクリート部材１００の内部に弾性波を入力したが、ハンマードリル等の衝撃が付与される削孔装置で小径孔１０１を削孔し、削孔の際の衝撃でコンクリート部材１００の内部に弾性波を入力して、コンクリート部材１００の内部の弾性波速度分布を算出し、コンクリート部材１００の内部の品質を評価してもよい。
【００８３】
さらには、上述の説明では、削孔する小径孔１０１の位置や削孔されたコンクリート部材１００の位置は既知であったが、小径孔１０１を削孔する際に生じる振動及び削孔中の打撃による弾性波をコンクリート部材１００の表面に配置した受信側センサ２２で受信して、小径孔１０１が形成された位置を得るように構成してもよい。
【００８４】
具体的には、受信側センサ２２をコンクリート部材１００の表面に配置するとともに、ニューマチック振動ドリル等の衝撃が付与される削孔装置で小径孔１０１を所定の長さ削孔して小径孔１０１を形成する。  
なお、ニューマチック振動ドリル等の衝撃が付与される削孔装置は、削孔中において所定の回転数ごとに打撃が付加されることになる。
【００８５】
そのため、削孔装置による削孔中、つまり削孔開始時刻から所定深さの削孔が完了する削孔終了時刻まで連続して、伝播された削孔による振動を受信情報として受信側センサ２２で取得すると、受信側センサ２２で取得した受信情報には、打撃が付加される所定回転ごとに応じた一定間隔で打撃によって生じた弾性波による波形が現れることとなる。
【００８６】
そして、前記削孔開始時刻から前記削孔終了時刻までの削孔時間と、受信側センサ２２によって取得した受信情報における打撃による波形の数とに基づいて打撃波形の間隔を算出することができる。なお、算出された打撃波形の間隔は、打撃箇所と受信側センサ２２との距離によって比例するため、算出された打撃波形の間隔により打撃箇所と受信側センサ２２との距離を得ることができる。
【００８７】
これを、コンクリート部材１００の表面に配置した複数の受信側センサ２２で受信した受信情報に基づいて解析することで、削孔装置で削孔して形成した小径孔１０１の位置を得ることができる。このようにして、削孔中の受信情報によって算出した位置情報に基づいて、上述のコンクリート部材１００の内部の品質を評価してもよい。
【００８８】
さらにまた、コンクリート部材１００に小径孔１０１を複数設けるとともに、小径孔１０１の内面に受信側センサ２２を配置し、コンクリート部材１００の表面１００ａにおける複数の所定箇所（弾性波入力箇所）を鉄球Ｈで打撃して弾性波を入力し、小径孔１０１に設けた受信側センサ２２でコンクリート部材１００内部を伝搬する弾性波を受信し、コンクリート部材１００の内部の品質を評価してもよい。
【００８９】
なお、この場合、小径孔１０１の内周面において深さ方向に所定間隔を隔てて受信側センサ２２を複数配置して、深さ方向の複数箇所で弾性波を入力してもよい。  
また、コンクリート部材１００の表面１００ａと小径孔１０１の内周面との両方に受信側センサ２２を配置したり、小径孔１０１の底部１０１ａとコンクリート部材１００の表面１００ａとの両方から弾性波を入力してもよい。
【００９０】
さらにまた、上述の説明では、弾性波速度分布解析システム１で評価する評価対象部材としてコンクリート部材１００の内部の品質を評価したが、弾性波速度分布解析システム１で評価する評価対象部材としては、コンクリート部材１００のみならず、鋼製部材あるいは鋼製部材とコンクリート部材とで構成された合成部材を弾性波速度分布解析システム１で品質を評価してもよい。
【００９１】
また、上述の説明では、受信側センサ２２で弾性波を受信するとともに、受信した弾性波を利用して三次元弾性波トモグラフィ解析を行い、コンクリート部材１００の内部の弾性波三次元速度分布を算出し、算出した弾性波三次元速度分布に基づいて評価対象部材としてのコンクリート部材１００の内部の品質を評価したが、弾性波二次元速度分布を算出し、算出した弾性波二次元速度分布に基づいて評価対象部材としてのコンクリート部材１００の内部の品質を評価してもよい。さらには、受信した弾性波における振幅や、振幅の減衰率あるいはＱ値など適宜の要素に基づいて解析して評価対象部材の内部の品質を評価してもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１…弾性波速度分布解析システム
１１…制御・解析装置
１４…表示部
２２…受信側センサ
３０…打撃棒
３０ａ…下端部
３０ｂ…上端部
１００…コンクリート部材
１００ａ…表面
１０１…小径孔
１０１ａ…底部
Ｋ…解析要素
【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】
2018059808.tif 000009
【図８】
2018059808.tif 000010
【図９】
2018059808.tif 000011
【図１０】
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