(57)【要約】【課題】構造物の表面に取り付けられた付帯物の複数の支持状態を、遠隔から振動を測定することで高い精度で評価することが可能な付帯物支持状態の評価方法を提供する。【解決手段】建物Ｍの表面に取り付けられた外壁材Ｍ１の振動を離れた位置からレーザドップラ振動計１によって測定することで行われる付帯物支持状態の評価方法である。  そして、外壁材の建物の本体に対する複数の支持状態と、レーザドップラ振動計による測定結果から求められる固有振動数との関係を示した判定基準を取得するステップと、測定対象となる外壁材が振動しているときに振動を測定するステップと、振動の測定結果から測定対象の固有振動数を求めるステップと、測定対象の固有振動数と判定基準とから外壁材の支持状態を判定するステップとを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面に取り付けられた付帯物の振動を離れた位置から非接触振動測定装置によって測定することで行われる付帯物支持状態の評価方法であって、
前記付帯物の前記構造物の本体に対する複数の支持状態と、前記非接触振動測定装置による測定結果から求められる判別値との関係を示した判定基準を取得するステップと、
測定対象となる付帯物が振動しているときに前記非接触振動測定装置によって振動を測定するステップと、
前記非接触振動測定装置による測定結果から前記測定対象の判別値を求めるステップと、
前記測定対象の判別値と前記判定基準とから前記付帯物の支持状態を判定するステップとを備えたことを特徴とする付帯物支持状態の評価方法。
【請求項２】
前記判別値は、固有振動数又は卓越周波数であることを特徴とする請求項１に記載の付帯物支持状態の評価方法。
【請求項３】
前記非接触振動測定装置は、レーザドップラ振動計であることを特徴とする請求項１又は２に記載の付帯物支持状態の評価方法。
【請求項４】
前記測定対象となる付帯物の振動は、常時微動によるものであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の付帯物支持状態の評価方法。
【請求項５】
前記判定基準は、前記構造物の複数の支持状態の付帯物を加振器によって振動させることで前記構造物ごとに作成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の付帯物支持状態の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の表面に取り付けられた付帯物の振動を離れた位置から非接触振動測定装置によって測定することで行われる付帯物支持状態の評価方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２に開示されているように、鉄筋コンクリート製のコンクリート構造物に、ひび割れが発生していないかなどの健全性を診断する方法が知られている。
【０００３】
この特許文献１，２には、コンクリート構造物の固有振動数を測定することで、健全性を診断する方法が開示されている。すなわち、コンクリート構造物が健全な状態なときの固有振動数を測定しておき、検査時に測定された固有振動数が健全時の固有振動数よりも低下していれば、コンクリート構造物にひび割れが発生している等の損傷や劣化があるという診断をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４７７００号公報
【特許文献２】特開２００５−２３３７０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１，２に記載されているようなコンクリート構造物の本体を対象とする場合であれば、固有振動数の変化の程度から比較的容易に健全性を推定することができる。しかしながら、構造物の表面に取り付けられた外壁材などの付帯物となると、健全性の判定が難しくなる。例えば多数のビスで構造物の本体に固定された外壁材の場合、数本のビスが緩んだとしても落下することはないが、ある本数以上のビスが緩んだときに急激に落下の危険性が高まることがあるので、一律の基準で支持状態を評価することは難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、構造物の表面に取り付けられた付帯物の複数の支持状態を、遠隔から振動を測定することで高い精度で評価することが可能な付帯物支持状態の評価方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本発明の付帯物支持状態の評価方法は、構造物の表面に取り付けられた付帯物の振動を離れた位置から非接触振動測定装置によって測定することで行われる付帯物支持状態の評価方法であって、前記付帯物の前記構造物の本体に対する複数の支持状態と、前記非接触振動測定装置による測定結果から求められる判別値との関係を示した判定基準を取得するステップと、測定対象となる付帯物が振動しているときに前記非接触振動測定装置によって振動を測定するステップと、前記非接触振動測定装置による測定結果から前記測定対象の判別値を求めるステップと、前記測定対象の判別値と前記判定基準とから前記付帯物の支持状態を判定するステップとを備えたことを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記判別値は、固有振動数又は卓越周波数とすることができる。また、前記非接触振動測定装置には、レーザドップラ振動計を使用することができる。
【０００９】
さらに、前記測定対象となる付帯物の振動は、常時微動によるものであってもよい。一方、前記判定基準は、前記構造物の複数の支持状態の付帯物を加振器によって振動させることで前記構造物ごとに作成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本発明の付帯物支持状態の評価方法は、構造物の表面に取り付けられた付帯物の複数の支持状態と、非接触振動測定装置による測定結果から求められる判別値との関係を示した判定基準を予め取得しておく。そして、測定対象となる付帯物が振動しているときに非接触振動測定装置によって測定された結果と判定基準とに基づいて、付帯物の支持状態を判定する。
【００１１】
このため、構造物の表面に取り付けられた付帯物が常時微動や強制振動の付与によって振動していれば、その支持状態がいずれの状態にあるかを、遠隔から高い精度で評価することができる。
【００１２】
このような非接触振動測定装置による測定結果から求められる判別値としては、固有振動数や卓越周波数を利用することができる。また、非接触振動測定装置には、レーザドップラ振動計が使用できる。
【００１３】
そして、判定基準が予め作成されていれば、測定対象となる付帯物の振動は常時微動によって生じるものでもよいので、付帯物が高所にある場合であっても簡単に定期検査などを実施することができる。
【００１４】
一方、判定基準は、複数の支持状態の付帯物を加振器によって振動させることで構造物ごとに作成することができる。構造物ごとに判定基準を作成することで、より精度の高い評価を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法で実施されるレーザドップラ振動計による測定状況を説明する斜視図である。
【図２】付帯物支持状態の評価方法を実施するために初回に行われる工程を説明するフローチャートである。
【図３】外壁材の複数の支持状態を示して劣化シナリオを説明する説明図である。
【図４】固有振動数と有効ビス本数との関係によって支持状態を判定する際に使用される判定基準を例示した説明図である。
【図５】付帯物支持状態の評価方法を実施するために定期検査時に行われる工程を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法で実施される振動の測定状況を説明する斜視図である。
【００１７】
本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法の適用対象となる構造物は、例えば表面にタイルやパネルなどの外壁材Ｍ１（付帯物）が取り付けられた建物Ｍである。ここで、外壁材Ｍ１は、ビスＭ２や接着剤などによって建物Ｍの本体の表面に貼り付けられている。
【００１８】
本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法では、この外壁材Ｍ１に発生した振動を測定することによって、外壁材Ｍ１の支持状態を判定する。ここで、外壁材Ｍ１の支持状態とは、例えば建物Ｍの本体との接合強度の程度を言う。
【００１９】
例えば図３に示すように、外壁材Ｍ１が複数本のビスＭ２，・・・によって建物Ｍの本体に固定されている場合を例に説明する。図３（ａ）は、全１８本のビスＭ２，・・・によって外縁部が固定された健全時の状態（初期状態）を示している。
【００２０】
このビスＭ２，・・・による接合が、少しずつ低下していくと、例えば図３（ｂ）に示すような９本のビスＭ２，・・・によって固定された状態、図３（ｃ）に示すような４本のビスＭ２，・・・によって固定された状態、図３（ｄ），（ｅ）に示すような２本のビスＭ２，Ｍ２によって固定された状態と変化していくことになる。これらの異なる接合状態を、「複数の支持状態」とする。
【００２１】
外壁材Ｍ１の支持状態が異なると、外壁材Ｍ１が振動したときの固有振動数も異なる値となる。但し、固有振動数は、外壁材Ｍ１の支持状態を直接的に示すものになるとは限らない。例えばコンクリート体のように連続体であれば、固有振動数から直接的に剛性などを推定しやすいが、複数の接合箇所が点在して吊るされたような状態の外壁材Ｍ１の場合、表面に発生した振動の測定結果から、直接、支持状態を推定することが難しい場合もある。
【００２２】
そこで、本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法では、「複数の支持状態」のいずれの支持状態に該当するかを判定するための判定基準を作成する。この判定基準は、測定対象とする建物Ｍごとに作成するのが好ましいが、外壁材Ｍ１の材質や支持状態が同一又は類似する他の構造物で作成したものを利用することもできる。
【００２３】
判定基準は、付帯物である外壁材Ｍ１の建物Ｍの本体に対する複数の支持状態と、外壁材Ｍ１の振動の測定結果からから求められる判別値との関係をまとめることによって作成する。
【００２４】
ここで、外壁材Ｍ１の振動は、非接触振動測定装置によって測定される。非接触振動測定装置としては、図１に示すようなレーザドップラ振動計１を使用することができる。
【００２５】
レーザドップラ振動計１は、照射部１１を含む本体と、本体が取り付けられる垂直回転枠部１４及び水平回転台１３と、レーザドップラ振動計１を据え付けるための三脚部１２とによって主に構成される。
【００２６】
レーザドップラ振動計１は、照射部１１のセンサヘッドからレーザ光Ｄ１を建物Ｍの表面に貼り付けられた外壁材Ｍ１に照射し、反射されたレーザ光Ｄ１を受光素子で受光する装置である。外壁材Ｍ１が後述する強制振動や常時微動によって振動していれば、振動する外壁材Ｍ１から反射されたレーザ光Ｄ１はドップラーシフトしたレーザ光Ｄ１となっており、周波数（速度）の変化が電圧に変換されて振動現象として検出することができる。
【００２７】
このレーザドップラ振動計１の照射部１１は、垂直回転枠部１４を介して水平回転台１３に水平面内での回転が可能となるように取り付けられる。垂直回転枠部１４は、水平回転台１３上に一対の柱状に形成され、照射部１１は垂直回転枠部１４に垂直面内で回転可能に取り付けられる。
【００２８】
ここで、水平回転台１３及び垂直回転枠部１４を操作して、手動で照射部１１を目標に向けることができるが、水平回転台１３及び垂直回転枠部１４の内部にモータとギアを組み込み、制御信号を受けて自動で指定された方向に水平回転及び垂直回転をさせることもできる。
【００２９】
また、レーザドップラ振動計１は、距離計１５などの測量装置を備えた構成とすることができる。距離計１５には、レーザ距離計などが使用できる。この距離計１５のレーザ光Ｄ２をレーザドップラ振動計１のレーザ光Ｄ１の照射位置Ｐ１に隣接した位置Ｐ２に照射させることで、振動測定箇所までの距離を迅速に計測することができる。すなわち、照射位置Ｐ１，Ｐ２間の相対的な位置関係を利用することで、振動の測定箇所（照射位置Ｐ１）の座標を求めることも可能になる。
【００３０】
さらに、レーザドップラ振動計１は、風や地盤振動によるノイズをリアルタイムで補正できるように、傾斜センサや振動センサが内蔵された構成のものを使用することができる。
【００３１】
一方、レーザドップラ振動計１のレーザ光Ｄ１の照射位置Ｐ１には、予め反射材を取り付けておくことができる。また、再帰性反射塗料が封入されたペイント弾を発射して付着させることで、反射率の高い反射面が確保された箇所を照射位置Ｐ１にすることもできる。さらには、外壁材Ｍ１の測定対象となる範囲の中から、反射率が高くなる測定に適した箇所を見つけ出して照射位置Ｐ１とすることもできる。
【００３２】
このように外壁材Ｍ１から離れた遠隔位置でレーザドップラ振動計１によって測定された振動（微小振動）の測定結果から、外壁材Ｍ１の支持状態を特定するための判別値を求める。
【００３３】
この判別値としては、固有振動数又はそれに相当する卓越周波数などが使用できる。例えば、図１に示すように、建物Ｍの表面に小型の加振器２を設置し、強制的に振動を与えると、伝播した振動によって照射位置Ｐ１のある外壁材Ｍ１も振動させることができる。このように強制振動を付与することによって得られた測定結果を使用する場合は、例えばピーク周波数などの卓越周波数を固有振動数の推定値として利用することができる。
【００３４】
一方、建物Ｍに隣接する道路を通行する車両によって発生する振動や風によって起きる振動などの常時微動によっても、外壁材Ｍ１に振動が生じることがある。このような常時微動による振動や微小振動をレーザドップラ振動計１によって測定することでも、固有振動数を求めることができる。
【００３５】
要するに、常時微動による振動の測定結果から得られるフーリエスペクトルを基に、固有振動数を特定する手法である。例えば、振動数の探索範囲を設定してフーリエスペクトルの振幅が最大となる振動数を固有振動数とみなすことができる。
【００３６】
次に、本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法について、図２及び図５のフローチャートを参照しながら説明する。ここで、図２に示したフローチャートは、測定対象とする建物Ｍに対して初回に行われる処理を示し、図５に示したフローチャートは、測定対象とする建物Ｍを定期的に検査する際の処理を示している。
【００３７】
まず、図２のステップＳ１に示すように、建物Ｍの外壁材Ｍ１の磁器質タイルや金属パネルといった材質や支持形態に適した劣化シナリオの設定を行う。例えば図３（ａ）に示すように、長方形の金属パネルの縁部を囲繞するように、全１８本のビスＭ２，・・・によって建物Ｍの本体に固定されている外壁材Ｍ１の劣化シナリオを作成する。
【００３８】
このような外壁材Ｍ１は、ビスＭ２が少しずつ弛んだり、ビスＭ２の定着部が脆くなって局所的に接合強度が確保できなくなったりすることで、支持状態が変化する場合が想定される。そのよう支持状態の変化を、有効ビス本数の変化として表すこととする。すなわち、図３（ａ）は有効ビス本数が１８本、図３（ｂ）は有効ビス本数が９本、図３（ｃ）は有効ビス本数が４本、図３（ｄ）は有効ビス本数が上側だけで２本、図３（ｅ）は有効ビス本数が下側だけで２本の５つの支持状態を示している。
【００３９】
そこで、この５つの支持状態のそれぞれの場合に、外壁材Ｍ１の振動の測定結果から得られる固有振動数を求める。この固有振動数の算出は、ステップＳ２１に示すように数値解析によって求めることもできるが、ここでは強制振動試験によって求める場合について説明する（ステップＳ２）。
【００４０】
強制振動試験では、図１に示すように、例えば建物Ｍの表面に小型の加振器２を当てて振動を加える。この加振器２の当てる位置は、測定対象となる外壁材Ｍ１から離れていてもよく、振動が伝播されればよい。要するに外壁材Ｍ１に微小振動が発生すればよいので、検査員が接触させやすい箇所に加振器２を当てることができる。
【００４１】
ここで、強制振動試験を行う外壁材Ｍ１には、上述した５つの支持状態となっているものを選択する。５つの支持状態の中で、現状では存在しない支持状態がある場合は、試験用に設けてもよい。
【００４２】
強制振動試験では、建物Ｍに隣接した地上にレーザドップラ振動計１を設置し、加振器２によって外壁材Ｍ１を振動させることで、振動の測定結果を収集する。そして、記録された測定結果に基づいて、固有振動数を算出する。
【００４３】
図４は、５つの支持状態を有効ビス本数で表して縦軸とし、それに対応する固有振動数を横軸とした図を示している。この図が、外壁材Ｍ１の支持状態の判定基準を示す図となる。例えば有効ビス本数が１８本の場合は健全な状態を示しているので、固有振動数が60Hz以上となる領域Iを健全と判定する領域とする。
【００４４】
一方、有効ビス本数が４本から１８本までの固有振動数が35Hz−60Hzの領域IIは、劣化が進展していると判定する領域とする。また、有効ビス本数が２本から４本までの固有振動数が20Hz−35Hzの領域IIIは、注意が必要（要注意）と判定する領域とする。そして、有効ビス本数が２本以下の固有振動数が20Hz以下の領域IVは、外壁材Ｍ１が落下する危険性があると判定する領域とする。
【００４５】
このようにしてステップＳ３で判定基準を作成した後に、建物Ｍに現在取り付けられているすべての外壁材Ｍ１，・・・について、現状を把握するための強制振動試験を行う（ステップＳ４）。
【００４６】
この強制振動試験は、加振器２の設置箇所は変えずに、レーザドップラ振動計１の照射部１１によるレーザ光Ｄ１の照射位置だけを移動させて行うことができるので、簡単に実行することができる。
【００４７】
そして、それぞれの外壁材Ｍ１，・・・の固有振動数を算出し、上述した判定基準により現在の支持状態を確認して、それらをデータベースとして保存する（ステップＳ５）。この際、外壁材Ｍ１の正確な座標は必ずしも必要ではなく、例えば建物Ｍの側面図に付された各外壁材Ｍ１の符号に関連付けて、算出された固有振動数のデータを記憶させればよい。また、この時点で要注意（領域III）以下の判定が出た場合は、措置工によって健全な支持状態に補修しておく。
【００４８】
図５に示した定期検査は、建物Ｍの利用状況などに応じて設定された期間ごとに行われる。この定期検査の際にも、上述した加振器２を使った強制振動試験を行うこともできるが、常時微動によって外壁材Ｍ１に発生する振動によっても検査を行うことができる（ステップＳ１１）。
【００４９】
常時微動による検査であれば、レーザドップラ振動計１を設置するだけで行えるので、通常の定期検査よりも頻繁に、若しくは日常的な検査として実施することも可能になる。そして、ステップＳ１２では、すべての外壁材Ｍ１，・・・の測定結果からそれぞれの固有振動数を算出する。
【００５０】
ステップＳ１３では、算出された固有振動数を図４に示した判定基準と照合して、詳細検査が必要か否かを判断する。例えば、領域I又は領域IIと判定された場合は、直ちに措置を行う必要がないと判断して、固有振動数のデータベースの更新のみを行う（ステップＳ１４）。これによって定期検査時の外壁材Ｍ１の支持状態を記録しておくことができる。要するに、外壁材Ｍ１の支持状態の経時変化を記録することができる。
【００５１】
他方、領域III又は領域IVと判定された場合は、ステップＳ１５の詳細検査に移行する。詳細検査は、強制振動試験や足場を組んで直接、外壁材Ｍ１に接触して行われる検査になる。
【００５２】
詳細検査によって措置を行う必要があるか否かを判断して、措置が必要ないと判断されれば、ステップＳ１４に移行してデータベースの更新のみを行う。これに対して措置が必要と判断されれば、支持状態を健全な状態に補修する措置工を実施する（ステップＳ１６）。
【００５３】
次に、本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の付帯物支持状態の評価方法は、予め建物Ｍの表面に取り付けられた外壁材Ｍ１の複数の支持状態と、レーザドップラ振動計１による測定結果から求められる固有振動数との関係を示した判定基準を取得しておく。そして、測定対象となる外壁材Ｍ１が振動しているときにレーザドップラ振動計１によって測定された結果と判定基準とに基づいて、外壁材Ｍ１の支持状態を判定する。
【００５４】
このため、建物Ｍの表面に取り付けられた外壁材Ｍ１が常時微動や強制振動の付与によって振動していれば、その支持状態がいずれの状態にあるかを、遠隔からの測定だけで高い精度で評価することができる。
【００５５】
そして、判定基準が予め作成されていれば、測定対象となる外壁材Ｍ１の振動は常時微動によって生じるものでもよいので、外壁材Ｍ１が高所にある場合であっても足場などを組み立てる必要がなく、簡単に定期検査などを実施することができる。
【００５６】
一方、判定基準は、複数の支持状態の外壁材Ｍ１を加振器２によって振動させることで建物Ｍごとに作成することができる。建物Ｍごとに判定基準を作成することで、その建物Ｍに取り付けられた外壁材Ｍ１の材質や支持形態に適したより精度の高い評価を行うことができるようになる。
【００５７】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００５８】
例えば前記実施の形態では、建物Ｍの外壁材Ｍ１を例に説明したが、これに限定されるものではなく、擁壁や橋脚の側面にパネルなどの付帯物が取り付けられている場合にも、本発明を適用することができる。
【００５９】
また、前記実施の形態では、レーザドップラ振動計１を非接触振動測定装置として使用する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、遠隔から付帯物の表面に生じた振動を測定できる装置であればよい。
【符号の説明】
【００６０】
１              レーザドップラ振動計（非接触振動測定装置）
２              加振器
Ｍ              建物（構造物）
Ｍ１            外壁材（付帯物）
【図１】
2019100913.tif 000003
【図２】
2019100913.tif 000004
【図３】
2019100913.tif 000005
【図４】
2019100913.tif 000006
【図５】
2019100913.tif 000007