(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向拡張部位を有する機械構造アンカーにおいて、上記アンカーの径方向拡張部位に連続する空中突出部に電気音響変換手段を装着し、上記電気音響変換手段と接続ケーブルを介して接続された超音波送受信装置を用い、上記径方向拡張接触部位と固定支持体壁面接触界面から得られる電気信号波形パターンを記録する波形パターンメモリーと、あらかじめ記録されている良否波形パターンと参照比較する波形マッチングソフト処理を行うコンピューター比較部を有して、機械構造アンカーと、固定支持体との接触状態を検知することを特徴とする検知装置。
【請求項２】
請求項１の検知装置を使用し、
アンカーの径方向拡張部位に連続する空中突出部に接触装着する電気音響変換手段の接触面形状が、半月形状または中空円形の振動面を有する電気音響変換手段を上記アンカー空中突出部にゼリー状伝搬媒質あるいはせん断応力を持つ粘性伝搬媒質を塗布接触して、上記アンカーの径方向拡張部位と、固定支持体壁面との接触状態を検知する測定方法。 
【請求項３】
請求項１の、アンカーの径方向拡張部位に連続する空中突出部と、接触装着する電気音響変換手段の間に、円筒中間伝搬媒体または、分割円筒の中間伝搬媒体を有する請求項２の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート、岩盤、構造体などの母材に穴を開け、この穴に挿入した、雄ねじ及び雌ねじアンカーを摩擦力によって保持する、ホールインアンカー、メカニカルアンカーの施工品質を簡便に計測する検査装置に関するものである。
経年した、アンカーに対しては、ゆるみ、腐食などの劣化が発生するが、母材との接触状態を検知することにより、劣化診断に利用することが出来る。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの天井板を固定しているアンカーボルトが抜け落ち、走行中の車両に落下、多数の死傷者が出て、復旧対策のためにかなりの時間が道路通行止めになり人命だけでなく、多大な経済的損失をもたらした。アンカーボルトの打ち込み、固定不良が、安全性を損なうことは予想されていて、打設時の注意事項が明示されている、打音による検査方法以外に方法が無く、打音法は抜け落ち寸前のような極端な場合は有効性が認められるものの、代わる方法が存在していないため、非破壊で有効な技術が求められている。
本発明は、以上のような状況に鑑みて、考案されたものであり、新設打設の施工品質と既設の老朽化検査に有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６８１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鉄道において、金属部品の取り付けゆるみ、車輪のひび割れ等の点検に打音法が用いられる、打音法とは、鉄部をハンマーで打撃して、発生する打撃音の高低でひび割れの有無を検知しようとする点検手法である。動作原理はハンマー打撃によって表面振動が起こり、ひび割れがある場合は表面長さが大きくなるために振動周波数が低くなり、聴覚検知できるというものである。打設されたアンカーボルトの、ゆるみを同様の手法で検知しようとすると、アンカーボルトは埋設されて、表面が固定されており、表面振動が阻害される。また、アンカーボルトには取り付けられた付属物があり、この付属物は、空中露出するため、表面振動を起こし、打音により発生した音の多くは、検査対象のアンカーボルトではなく、取り付けられた付属物から発生している。
【０００５】
聴音によらず、アンカーボルトに加速度センサー、またはＡＥセンサーを取り付け、ハンマー打撃による振動を受信して、ＦＦＴなどの手法を用いて共振特性を求め、卓越した受信振動周波数を比較してアンカーボルトのゆるみ、腐食を検出しようとする方法が試みられている。
一見合理的な手法と思われるが、打撃によって発生する振動周波数が低い、すなわち波長が長いため数十ｃｍから１ｍ程度のアンカーボルトでは共振は得られず、得られたとしている振動は、センサーの取り付け部のぐらつき振動であったり、空中露出部の振動や、付属物の振動を誤認している例が大半である。
【０００６】
解決を求められる条件は、検査対象アンカーボルトが数ヘルツ〜数キロヘルツの可聴振動数で振動しやすい付属構造物が取り付けられた状態で、更にアンカーボルトがぐらつきのない状態であり、コンクリート、岩盤等に取り付いている状態であって、アンカーボルトの引き抜き耐力が劣化しているものを分別することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
アンカーボルトを穴に固定する拡張摩擦部位頭部に接触する有効面積を確保するために、探触子形状を最適にした。
アンカーボルト固定穴壁面とボルト固定接触面界面から得られる、反射信号を比較解析する超音波送受信装置を設けた。
拡張摩擦部位頭部が埋没している場合、探触子との音響結合を確保するために円筒形、または円筒分割形状中間媒質を設けた。
【発明の効果】
【０００８】
メカニカルアンカーの打設不良に関して、主として発生する原因は、打撃不足によるコンクリートなどの固定支持媒体への密着不足により、引き抜き強度が減少しメカニカルアンカーとしての必要機能を発揮できないことれある、本発明によると打設後において、非破壊にメカニカルアンカーの機能良否が簡易に判定できる。
メカニカルアンカーの機能良否とは、設計引き抜き強度と打設後の引き抜き強度の差であり、差が小さいほど良である。
【０００９】
打設不良要因の一つに、コンクリートなどの固定支持媒体の穴径が大きい場合、穴内面の荒れ、清掃不良等がある、メカニカルアンカーに接着剤を併用する時があるが、本発明は上記固定支持体とアンカーとの接触状態を検知するので、アンカーの機能良否が簡易に判定できる。
新設打設時においては、アンカー施工状態の管理が容易となる、また経年した既設アンカーにおいては、腐朽、ゆるみが発生するが、劣化診断装置として、機能するため、大量に用いられている、高速道路遮音壁、トンネルのジェットファン、照明器具などの付属物取り付け安全性に貢献すると共に非破壊で簡便であるという効果を持つため、大きな経済効果が期待できる。
探触子を径方向拡張部位頭部に接触させることを特徴とするため、対象ボルトが雄ねじ、雌ねじに限定されず、径方向拡張手段に依存することがない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】雄ねじ型ボルトの打設方法で、打設前を解説した説明図である。
【図２】雄ねじ型ボルトの打設方法で、打設後を解説した説明図である。
【図３】雌ねじ型ボルトの打設方法で、打設前を解説した説明図である。
【図４】雌ねじ型ボルトの打設方法で、打設後を解説した説明図である。
【図５】ピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設方法で、打設前を解説した説明図である。
【図６】ピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設方法で、打設後を解説した説明図である。
【図７】雄ねじ型ボルトの打設後、半月型探触子をスリーブに装着した説明図である（実施例１）。
【図８】雄ねじ型ボルトの打設後、円筒型探触子をスリーブに装着した説明図である（実施例２）。
【図９】雄ねじ型ボルトの打設後、斜角型探触子を管状中間媒体を介してスリーブに装着した説明図である（実施例３）。
【図１０】雌ねじ型ボルトの打設後、半月型探触子をスリーブに装着した説明図である（実施例４）。
【図１１】雌ねじ型ボルトの打設後、円筒型探触子をスリーブに装着した説明図である（実施例５）。
【図１２】雌ねじ型ボルトの打設後、斜角型探触子をスリーブに装着した説明図である（実施例６）。
【図１３】ピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設後、半月型探触子を頭部に装着した説明図である（実施例７）。
【図１４】ピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設後、円筒型探触子を頭部に装着した説明図である（実施例８）。
【図１５】ピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設後、斜角型探触子を頭部に装着した説明図である（実施例９）。
【図１６】半月型探触子の構造を解説した説明図である。
【図１７】円筒型探触子の構造を解説した説明図である。
【図１８】振動子集成、半月型探触子の構造を解説した説明図である。
【図１９】雄ねじ型ボルトの打設時に、スリーブが埋没、中間媒体でかさ上げした、説明断面図である（実施例１０）。
【図２０】半月型探触子表面に中間媒体を接着した説明図である（実施例１１）。
【図２１】接触状態検知装置と探触子接続を解説した図である。
【図２２】接触状態検知装置ブロック図である。
【図２３】正常接触状態を示す受信信号波形である。
【図２４】不良接触状態を示す受信信号波形である。
【符号の説明】
【００１１】
１      雄ねじ型アンカーボルト
２      打ち込み拡張前スリーブ
２ａ    打ち込み拡張後のスリーブ
３      はかま
４      コンクリート岩盤などの固定支持体の穴
５      ピン打ち込み雄ねじ型ボルトのピン
６      管状伝搬中間媒体
７      斜角探触子
８      半月型探触子
９      半月探触子の支持体
９ａ    管形状探触子の支持体
１０    振動子
１０ａ  円形小振動子
１０ｂ  角形小振動子
１１    円筒探触子
１２    接続コード、コネクタ、半月探触子
１３    接続コード、コネクタ、円筒探触子
１４    接続コード、コネクタ、斜角探触子
１５    接触状態検知装置
【発明を実施するための形態】
【００１２】
メカニカルアンカーは、機能上ねじ形状が雄ねじ、雌ねじの２種類に分けられ、ボルトの細径太径によっても構造に違いがある、このため、アンカー種類ごとに最適な探触子形状と、使用時に必要となる伝搬中間媒体を考案した。
【００１３】
図２２は本発明の機能動作を表す、接触状態検知装置ブロック図である。超音波を送受信する送受信部と、着脱交換可能なコネクターによって探触子に接続されている、送信パルスは、スパイク波、パルス幅が可変できる矩形、または、基本周波数と波数が可変可能なバースト波が利用可能であるが、周波数純度が高いバースト波を用いることが望ましい。
１０振動子は圧電型セラミックが形状が小さく最適であるが、磁歪型振動子も利用可能である。
【００１４】
図２２に示す超音波送受信部と本実施例で示した、探触子から得られる受信信号は、コンクリート、岩盤、金属体などの固形固定支持体表面とアンカーボルトの機械接触面図から壁面微小信号と多重信号の混合した信号が受信される、図２３は正常接触状態を示した図であり、信号強度、距離方向への尾引きが小さい特徴を持つ。
【００１５】
図２４は不良接触状態の代表的受信波形である。信号強度、距離方向への尾引きが大きい特徴を持つ。信号強度が最大位置が、探触子とスリーブあるいは、ボルトの先端に該当し、得られる受信信号は反射時間であるが、あらかじめ推定した音速との積を２で割った数値が距離に該当するので、スリーブ、ボルトの長さを求めることが出来る。
図２３，図２４の横軸は距離に換算表示した値である、縦軸は対数スケールであり、リニアースケールに比較して小さな信号は大きく表示されている。
【００１６】
判定方法は、同じ形状のアンカーボルトで校正パターンを、図２３正常接触状態を示す受信信号波形、図２４不良接触状態を示す受信信号波形、を波形パターンメモリーに参照信号として記録しておく、対象被測定アンカーボルトに探触子を接触し、受信パターンを得た後、波形パターン比較部で、あらかじめ記録されてある参照波形パターンを順次読み出し、差分を比較して、判定出力を得る。
【００１７】
図２２の波線で囲まれた部分はハードウエアーでも実現可能であるが、コンピューターとソフトウエアーで容易に実現出来る、内容は波形マッチングのソフト処理であるので、記載を省略した。
【００１８】
図２３は正常接触状態を示す受信信号波形である、図７雄ねじ型ボルトを打設後、半月型探触子をスリーブに接触させて収録した典型的な波形パターンで、多重反射信号の距離方向の尾引きが少ない、良好接触状態比較参照信号として用いることが出来る。
図２４は不良接触状態を示す受信信号波形である、多重反射信号の距離方向の尾引きが大きい、波形パターンは不良接触状態比較参照信号として用いることが出来る。
図２３，図２４の波形は模式図ではなく、実際収録した波形であり、目視してもその違いは明らかである。図２２の波形パターンメモリーに記録された、多種のボルトに対する、同様の、良否波形パターンがメモリーに記録されており、差分を比較して判定される。
【００１９】
実施例に図示された探触子は、接続コードを介して超音波送受信装置に接続され、受信された微小反射信号を表示部に表示すると共に、記録部で記録され、判定解析部で、反射信号の各距離ごとの信号強度を判定して、メカニカルアンカーと支持体との接触状態を検知する、実施例は探触子以降共通であるので、図示することを省略した。
図２１が接触状態検知装置と探触子接続を解説した図である。１５接触状態検知装置に実施例に示した探触子が接続コードを介して接続され、コネクターで差し替え可能な構造である。
メカニカルアンカーボルトに探触子を装着する際には、Ｐ波であればゼリー状の伝搬媒質、ＳＨ波であれば、せん断応力を持つ粘性伝搬媒質を塗布した後、探触子を接触するのは、一般的な超音波計測と同様である。
【実施例１】
【００２０】
図１は太径雄ねじ型メカニカルアンカーを、４打設穴に挿入した状態である、２打ち込み拡張前スリーブは拡張しておらず、４打設穴内面には接触していない。
【００２１】
図２は図１アンカーの打設完了状態を示している、図１の２打ち込み前拡張ボルトスリーブを、同じ口径の筒状治具で打撃することにより、３はかま、と衝突し、スリーブ先端がスリット根もとで径方向に拡張して、２ａ打ち込み拡張後のスリーブ形状に変形して、４打設穴内面と接触する。
この、接触状況が、強固であればアンカー機能は良好であり、１雄ねじ型アンカーボルトの引抜き耐力は設計値を満たした状況にある。
【００２２】
図７は本実施例１の半月型探触子をスリーブに装着した説明図である。８半月型探触子と図示省略されている接続ケーブルで、超音波送受信装置に接続されている。２ａ打ち込み拡張後のスリーブ下端で反射した超音波は多重反射を繰り返し、アンカーと支持体との接触状態を反映した受信信号の特徴を呈する、図２３が正常接触状態を示す典型受信信号波形である、図２４が不良接触を示す受信信号波形である、４固定支持体の穴と２ａ打ち込み拡張後のスリーブとの接触が減少するほど多重反射信号レベルが増大する。
【実施例２】
【００２３】
図８は本実施例２の円筒型探触子をスリーブに装着した説明図である。１１が円筒探触子であり、その構造は図１７である、１０振動子と２ａ打ち込み拡張後のスリーブとの接触面積が大きくなるため、高感度で送受信できる利点があり、１回の接触でにスリーブ全周の接触状態を評価することが出来る、２ａスリーブの接触面にキズがあったり、荒れていると、１１が円筒探触子との接触が妨げられ、接触面積の拡大が反面感度低下と安定性を阻害するという欠点もある。
【実施例３】
【００２４】
図９は雄ねじ型ボルトの打設後、７斜角型探触子を６管状伝搬中間媒体を介してスリーブに装着した説明図である。実施例１、実施例２では探触子から送受信される信号波はＰ波であるが、実施例３では、ＳＶ波、ＳＨ波が利用可能である。
【実施例４】
【００２５】
図３は雌ねじ型ボルトの打設方法で、打設前を解説した説明図である。２スリーブ上端を平面ハンマーで打ち込むことによって、３はかま、と衝突し、スリーブ先端がスリット根もとで径方向に拡張して、２ａ打ち込み拡張後のスリーブ形状に変形して、４打設穴内面と接触固着する。
スリーブ内面にネジが切られている所が実施例１と異なるが、スリーブ拡張構造は同じである。
図１０は雌ねじ型ボルトの打設後、８半月型探触子を２ａスリーブに装着した説明図である、得られる信号波形は、実施例１と同等であるので解説は省略する。
【実施例５】
【００２６】
図１１は雌ねじ型ボルトの打設後、１１円筒型探触子をスリーブに装着した説明図である。雄ねじボルトの実施例２と同等であるので解説は省略する。
【実施例６】
【００２７】
図１２は雌ねじ型ボルトの打設後、斜角型探触子をスリーブに装着した説明図である。６管状伝搬中間媒体を介してスリーブ頭部と音響結合する構造であり、ＳＶ波、ＳＨ波が利用可能である。
【実施例７】
【００２８】
図１３はピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設後、半月型探触子を頭部に装着した説明図である。５ピン打ち込み雄ねじ型ボルトのピンを避けて
１雄ねじ型アンカーボルト頭部と音響結合する、半月の曲率は、５のピン頭部と１雄ねじ型アンカーボルト頭部を勘案して決定する。
【実施例８】
【００２９】
図１４はピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設後、円筒型探触子を頭部に装着した説明図である。５ピン打ち込み雄ねじ型ボルトのピンを避けて１１円筒型探触子が１雄ねじ型アンカーボルト頭部全面と接触して音響結合する構造である。
【実施例９】
【００３０】
図１５はピン打ち込み雄ねじ型ボルトの打設後、斜角型探触子を頭部に装着した説明図である。７斜角探触子を１雄ねじ型アンカーボルト頭部に直接接触することが可能であるので、中間伝搬媒体は不要である。
【００３１】
探触子の構造を説明する、図１６は半月型探触子の構造を解説した斜図である、９半月探触子の支持体に１０振動子がバッキング材を介して接着されている、振動子表面は保護膜が接着されている。
【００３２】
図１７は円筒型探触子の構造を解説した斜図である、９ａ管形状探触子の支持体に１０中空振動子がバッキング材を介して接着されている、振動子表面は保護膜が接着されている。
【００３３】
図１８は振動子集成半月型探触子の構造を解説した振動子面から見た平面図である、半月型探触子は一枚の半月型だけでなく、図１８に示す１０ａ円形小振動子、１０ｂ角形小振動子で集成し、各振動子を細い電線で並列に接続して構成することも可能である、連続して円形に集成することも可能である。 
【実施例１０】
【００３４】
図１９は雄ねじ型ボルトの打設時に、２ａスリーブが、４コンクリート岩盤などの固定支持体の穴に埋没、６中間媒体でかさ上げした、説明断面図である。この状態では、２ａスリーブ頭部に探触子を接触することが出来ないため、６管状伝搬中間媒体を挿入し、４コンクリート岩盤などの固定支持体の穴よりかさ上げし、探触子と接触出来るようにした。中間伝搬媒体の材質は、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂音響減衰の小さなものが好ましい。
【００３５】
６中間伝搬媒体は管状で説明してあるが、管の径方向の部分分割型として、４コンクリート岩盤などの固定支持体の穴よりかさ上げして、図１６半月型探触子を用いても実現できる。
【実施例１１】
【００３６】
図２０は半月型探触子表面に中間伝搬媒体を接着した説明図である。７中間媒体をあらかじめ予想される陥没長さより長く作成しておくと、６中間伝搬媒体の長さの違うものを用意しておく手間が省けるが、中間伝搬媒体は音響減衰するため、感度低下を招く欠点がある。
図示しないが同様に図１７円筒型探触子表面に円筒型中間伝搬媒体を接着することも可能である、中間伝搬媒体の材質は、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂などの音響減衰の小さなものが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明は土木、建築分野に関する後施工メカニカルアンカーの打設品質管理、既設アンカーの劣化判定を簡便に行うものに関するものであるが、構造体に摩擦固定する構造であれば、機械と部品の締結他広く利用可能性が見込まれる。
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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