(57)【要約】【課題】コンクリート構造物などの構造物内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の深度を特定すること。【解決手段】電磁レーダを用いて、構造物１の表面１１に垂直な断面１３内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋２１、２２の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面から遠い鉄筋の位置は該鉄筋と交差する交差鉄筋の位置から推定する構造物内部鉄筋調査方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面から遠い鉄筋の位置は該鉄筋と交差する交差鉄筋の位置から推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
【請求項２】
電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、構造物と比誘電率がほぼ同一のクサビ状の治具を用いて電磁波を斜めから入射して、深度の異なる鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
【請求項３】
電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、測定断面の反射データからカラー波形トレースを求め、表面に近い鉄筋のカラーパターンを抽出し、該抽出カラーパターンと類似するパターンをカラー波形トレース全体から求め、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
【請求項４】
電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋の位置は反射波により特定し、該反射波形を抽出し、該抽出反射波形と類似する反射波形を波形トレースから求め、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
【請求項５】
電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋の位置は反射法により特定し、該反射波形部分を抽出し、該抽出波形について該抽出波形を構成するスペクトル構造を計算し、該抽出波形とほぼ同一の時間窓で求めた測定波形データからスペクトル構造を計算し、該抽出波形と類似したスペクトル構造を持つ波形を検索することで、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
【請求項６】
電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋は反射法により特定し、表面と裏面からのシミュレーション波形を求め、測定波形とシミュレーション波形の差分を取り、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
【請求項７】
電磁レーダを用いて、構造物表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋は反射法により特定し、表面と裏面からの反射波形のみの波形トレースを求め、測定した波形トレースとの差分を取り、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
【請求項８】
電磁レーダを用いて、構造物表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、鉄筋から斜め方向に反射する反射波形をｘｉ点で求め、複数のｘｉ点毎に式（ｘｉ−ｘ）２＋Ｈ２＝（ｖｔｉ／２）２を求め、最小２乗法によりＨを求めることにより、鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。
なお、ｘは構造物表面の位置、ｘｉは構造物表面の測定点、ｔｉは反射波の得られる往復走時、ｖは電磁波が伝播する媒体内の速度、Ｈは構造物表面の位置ｘにおける鉄筋の深さとする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物内部に配筋された深度の異なる鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
構造物内、特に、コンクリート内部の鉄筋やレンガ構造内の空洞調査では、まず、電磁レーダや超音波などを用いて調査している。これらの方法は、電磁波や超音波を構造内部に発射し、構造物内部の調査対象物からの反射波を得ることで調査を行う反射法である。この方法では、表層近くの鉄筋は探査可能であるが、その後ろにある鉄筋は探知することが困難であった。
【０００３】
【解決しようとする課題】
本発明は、コンクリート構造物などの構造物内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の深度を特定することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面から遠い鉄筋の位置は該鉄筋と交差する交差鉄筋の位置から推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法にある。
本発明は、また、電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、構造物と比誘電率がほぼ同一のクサビ状の治具を用いて電磁波を斜めから入射して、深度の異なる鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法にある。
本発明は、また、電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、測定断面の反射データからカラー波形トレースを求め、表面に近い鉄筋のカラーパターンを抽出し、該抽出カラーパターンと類似するパターンをカラー波形トレース全体から求め、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法にある。
本発明は、また、電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋の位置は反射波により特定し、該反射波形を抽出し、該抽出反射波形と類似する反射波形を波形トレースから求め、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法にある。
本発明は、また、電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋の位置は反射法により特定し、該反射波形部分を抽出し、該抽出波形について該抽出波形を構成するスペクトル構造を計算し、該抽出波形とほぼ同一の時間窓で求めた測定波形データからスペクトル構造を計算し、該抽出波形と類似したスペクトル構造を持つ波形を検索することで、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法にある。
本発明は、また、電磁レーダを用いて、構造物の表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋は反射法により特定し、表面と裏面からのシミュレーション波形を求め、測定波形とシミュレーション波形の差分を取り、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法にある。
本発明は、また、電磁レーダを用いて、構造物表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、表面に近い鉄筋は反射法により特定し、表面と裏面からの反射波形のみの波形トレースを求め、測定した波形トレースとの差分を取り、表面から遠い鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法にある。
本発明は、また、電磁レーダを用いて、構造物表面に垂直な断面内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する構造物内部鉄筋調査方法であって、鉄筋から斜め方向に反射する反射波形をｘｉ点で求め、複数のｘｉ点毎に式（ｘｉ−ｘ）２＋Ｈ２＝（ｖｔｉ／２）２を求め、最小２乗法によりＨを求めることにより、鉄筋の位置を推定することを特徴とする構造物内部鉄筋調査方法。なお、ｘは構造物表面の位置、ｘｉは構造物表面の測定点、ｔｉは反射波の得られる往復走時、ｖは電磁波が伝播する媒体内の速度、Ｈは構造物表面の位置ｘにおける鉄筋の深さとするにある。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【０００６】
＜イ＞構造物内部鉄筋調査方法
構造物内部鉄筋調査方法は、電磁レーダを用いてコンクリートなどの構造物内部に配筋された深度の異なる複数本の鉄筋の位置を特定する方法である。この鉄筋の位置の調査は、例えば図１に示すように、レーダ・アンテナ３から構造物１の表面１１にパルス状の電磁波３１を照射し、構造物内の鉄筋から反射してくる反射波を、レーダ・アンテナ３で受信して、鉄筋の位置（深度）を測定して行う。
【０００７】
鉄筋が配筋された構造物１は、コンクリート構造物やレンガ構造物など内部に鉄筋が埋設されたものである。図１の鉄筋は、構造物表面に垂直な断面１３（図１の紙面）に直交するように配置された主鉄筋２１と、断面１３に平行な副鉄筋２２がある。ただ、２種類の鉄筋は、主鉄筋と副鉄筋に限らず、縦筋と横筋でもよく、また、相互に所定の角度で交差していてもよい。
【０００８】
埋設された深度の異なる複数本の鉄筋は、図１では、構造物１の表面１１に近い鉄筋と、表面１１から遠い裏側の鉄筋（裏面１２に近い、深度の深い鉄筋、の２段に分かれている。なお、２段に限らず複数段でもよい。
【０００９】
表面１１に近い鉄筋の位置は、電磁レーダによりほぼ確実に特定することができる。表面から遠い鉄筋は、表面に近い鉄筋の裏に隠れて遮蔽される。特に、表面近傍に、径がφ１６程度の主鉄筋が１５ｃｍ以下の間隔で、表面に並行に、密に配筋されている場合は、レーダ・アンテナ３で表面１１を走査しただけでは、裏側の鉄筋の特定は難しい。そこで、構造物１の配筋状況の特徴を踏まえた調査方法が必要となる。
【００１０】
＜ロ＞副鉄筋による調査方法
例えば図１に示すように、表面１１に近い表側の主鉄筋２１（縦筋）が、構造物１の表面１１に垂直な断面１３に垂直に配置され、密度が密な部分と疎な部分があり、しかも、主鉄筋２１をガイドする副鉄筋２２がある場合、主鉄筋２１の疎な部分において表面１１から遠い裏側の副鉄筋２２（横筋）の位置を測定して、裏側の主鉄筋２１の位置を特定することができる。この場合、裏側の副鉄筋２１の位置が曖昧である場合は、超音波で補足的に調査するとよい。
【００１１】
＜ハ＞電磁波を斜めに入射する調査方法
表面１１に近い主鉄筋２１が密な場合でも、図２（Ａ）に示すように、クサビ状の治具３２を用い、電磁波３１を斜めから入射する。クサビ状の治具３２は、構造物１と比誘電率がほぼ同一のものを用いる。裏側の主鉄筋２１は、相対的にずれた位置にあることになり、裏側の主鉄筋２１からの反射波を取得することが出来る。この場合、電磁波３１は表面１１に対して斜に入射するので、裏側の主鉄筋２１の位置を特定するには、電磁波３１の往復走時（往復に要した時間）に対して補正が必要となる。この補正は、図２（Ｂ）に示すように入射角θの時、実際の深度Ｈは、Ｈ＝（ｖｔ／２−Ｌ・ｔａｎθ）ｃｏｓθとなる。ここで、Ｌは構造物表面からアンテナの中心までの治具の斜面に沿った距離、ｖは媒質内部の電磁波速度、ｔは電磁波伝播往復時間である。
【００１２】
＜ニ＞カラーパターンによる調査方法
図３（Ａ）に示すように、レーダ・アンテナ３から構造物１の表面１１にパルス状の電磁波３１を照射し、鉄筋などから反射してくる反射波を受信して、主鉄筋２１などの位置を測定する。測定データの反射データを、縦軸を時間軸にし、横軸を構造物の表面の位置にしてカラー表示する。カラー表示は、例えば、正データを赤色とし、負データを青色とし、強度の強弱で赤と白と青の間の色にすることにより、反射波の強度分布を色の変化で表す。このようにして、コンクリート構造物の断面の反射波データをカラー波形トレース４全体で表する。
【００１３】
波形トレース４とは、構造物１の表面１１の一点における深度方向の反射データであり、走査時間と共に得られたデータである。即ち、波形トレース４は、例えば図３（Ｂ）に示すように横軸を強度とし、縦方向を時間軸として時間軸の途中に反射データが記載されているものである。
【００１４】
表面に近い主鉄筋２１の分布は、電磁レーダを用いて確実に特定できるので、表面に近い主鉄筋のカラーパターンを抽出する。この抽出カラーパターンと類似するカラーパターンをカラー波形トレース４から求めることにより、裏側の主鉄筋２１の位置を推定することができる。
【００１５】
類似パターンを求める方法は、抽出パターンを構成するカラー構成値について、カラー波形トレース全体にわたって、一般に知られている相関の手法を用いて相関係数から求めることができる。
【００１６】
詳しくは、先ず、図３（Ｂ）の波形トレース４から表面１１に近い主鉄筋２１の反射波形を抽出して図３（Ｃ）のような抽出波形を求める。次に、カラーパターンの相関係数を求める。カラーパターンは、振幅に比例してプラス−０−マイナスとなる場合に、例えば赤−白−青とする。ここで、赤は０−２５５の数字で設定し、青は０−２５５の数字で設定する。図３（Ｃ）のように、色が設定されている場合を例に取ると、ＲＧＢ方式では、赤（２５５（Ｒ）、０（Ｇ）、０（Ｂ））、白（２５５（Ｒ）、２５５（Ｇ）、２５５（Ｂ））、青（０（Ｒ）、０（Ｇ）、２５５（Ｂ））となる。このように３種類の色データＲ、Ｇ、Ｂは、波形を構成する点、全てに割り振られているので、波形抽出部のＲ、Ｇ、Ｂの数字のパターンが存在する。したがって、抽出波形のＲについて相関を取り、Ｇについて相関を取り、Ｂについて相関を取る。そして、その相関係数ｒＲ、ｒＧ、ｒＢについて、例えばｒ０＝ｒＲ・ｒＧ・ｒＢとし、波形を抽出する窓を下方に移動させながら、相関係数ｒ´＝ｒＲ・ｒＧ・ｒＢを計算していく。当然、抽出部の波形の位置では、ｒ´＝ｒ０＝１となる。
【００１７】
＜ホ＞ウエーブレットによる調査方法
構造物の電磁レーダによる測定は、図４（Ａ）のようにして行う。図４（Ｂ）の波形トレース４から表面１１に近い主鉄筋２１の反射波形を抽出して図４（Ｃ）のようなウエーブレット４１を求める。ウエーブレット４１は、所定の時間間隙の時間窓４２に入る基本的な反射波形である。この波形を基本波形と、その時間窓を記憶領域に保存する。測定した波形トレース４に沿ってスキャンしながら時間窓分の波形と基本波形との類似関係を調べる。類似関係は、相関係数から求めることができる。これにより、図４（Ｄ）に示すように、波形トレース４に沿って相関を取り、相関係数の時間変化を求めることができる。この調査方法は、抽出波形を基本波形としたホワイトニング・デコンポリューションと同様な概念であり、ホワイトニング・デコンポリューシヨンを実施してもよい。このような処理を行うと、裏側の主鉄筋２１からの反射波を抽出することができる。
【００１８】
＜ヘ＞スペクトル解析による調査方法
構造物の電磁レーダによる測定は、図５（Ａ）のようにして行う。図５（Ｂ）の測定データである波形トレース４から表面に近い主鉄筋の反射波形を抽出して図５（Ｃ）のようなウエーブレット４１を求める。このウエーブレット４１について図５（Ｄ）のようなスペクトルを算出する。スペクトル算出方法は、例えばＭＥＭを使用する。ＭＥＭは、Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｅｎｔｒｏｐｙ  Ｍｅｔｈｏｄであり、ポイント数が少なくてもスペクトルを求めることができる。ＭＥＭは、卓越周波数成分が強調される等の特徴をもつ解析方法である。
【００１９】
図５（Ｅ）〜（Ｆ）のように波形トレース４に沿って時間窓４２ごと波形を切り出し、スペクトルを求める。このスペクトルと、表面に近い主鉄筋のウエーブレットのスペクトルの相関を取り、図５（Ｇ）のような相関係数を計算し、波形トレース４に沿う相関係数の時間変化を求める。これにより、表面１１に近い主鉄筋２１の反射波形と類似のスペクトル構造から、裏側の主鉄筋２１の反射波を抽出することができる。
【００２０】
＜ト＞構造物のシミュレーションによる調査方法
構造物１の構造から表面１１と裏面１２の反射波をシミュレートして、図６（Ｃ）のようなシミュレーション波形を求める。即ち、表面反射と裏面反射の２種類のウエーブレットをシミュレーションで求め、時間軸に沿ってコンボリュルーションしてシミュレーション波形トレース４を作成する。測定した全波形トレース４から差し引くことにより構造物の表面反射と裏面反射のノイズとなる波形を削除して、図６（Ｄ）のような反射波形を求める。これにより表面から遠い主鉄筋２１の位置を推定することができる。
【００２１】
＜チ＞差分処理による調査方法
構造物の電磁レーダによる測定は、図７（Ａ）のようにして行う。このようにして測定した波形から表面反射波形及び裏面反射波形のみの図７（Ｃ）のようなトレース４を抽出する。そして、図７（Ｃ）の波形と、図７（Ｂ）のような鉄筋の反射を含む測定波形との差分を取り、鉄筋からの図７（Ｄ）のような反射波形を求める。これにより表面から遠い主鉄筋２１の位置を推定することができる。
【００２２】
＜リ＞最小２乗法による調査方法
図８に示すように、表面１１上の複数の点（ｘ１、ｘ２、・・・、ｘｉ−１、ｘｉ、ｘｉ＋１、・・・、ｘｎ１）において、１本の鉄筋２から斜め方向に反射する反射波形を測定する。これらの各点ｘｉにおけるトレース反射波の位置を垂直距離方向に描くと、双曲線４３が形成される。この特徴から真の鉄筋２の反射点を特定できる。すなわち、表面１１をｘ軸とし、測定点ｘｉの反射波の得られる往復走時をｔｉとする。電構波が伝播する媒体内の速度をＶ、対象の鉄筋の位置を（ｘ、Ｈ）とするとき、（ｘｉ−ｘ）２＋Ｈ２＝（Ｖｔｉ／２）２となる。数点の定点を選び、それに対応する往復走時ｔｉを用いて、上式に対して最小２乗法の手法を利用して鉄筋２の深さＨを求めることができる。
【００２３】
詳しくは、未知数ｘとＨについて、鉄筋の表面をＰとし、各トレースの反射点の位置をＰ１、Ｐ２、・・・、Ｐｉ−１、Ｐｉ、Ｐｉ＋１、・・・、Ｐｎとすると、ピタゴラスの定理により、下記の式１が求まる。また、Ｈｉ２を式２で表す。電磁波の速度Ｖを用いると、式３となる。式３は、式２から式４となる。φ（ｘ，Ｈ）は式５で定義する。
【００２４】
【式１】
2004286676.tif 000003
【００２５】
【式２】
2004286676.tif 000004
【００２６】
【式３】
2004286676.tif 000005
【００２７】
【式４】
2004286676.tif 000006
【００２８】
【式５】
2004286676.tif 000007
【００２９】
最小自乗法は、φ（ｘ，Ｈ）に関して最小となる（ｘ，Ｈ）を決めればよい。したがって、観測される（ｘｉ，ｔｉ）に対して、式６となるか、それに近くなるように、（ｘ，Ｈ）のペアを求める。
【００３０】
【式６】
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【００３１】
＜ヌ＞組合せによる調査方法
１つの調査方法による推定では、確実性が高くないと考えられる場合、調査方法を組み合わせて、総合的に判断して裏側の主鉄筋２１の位置を求めることができる。調査方法の種類は、副鉄筋（横筋）による調査方法、電磁波を斜めに入射する調査方法、カラーパターンによる調査方法、ウエーブレットによる調査方法、スペクトル解析による調査方法、構造物のシミュレーションによる調査方法、差分処理による調査方法、最小２乗法による調査方法の他に、超音波による調査方法など、２つ以上の調査方法を相互に組み合わせると良い。
【００３２】
【本発明の効果】
本発明は、コンクリート構造物などの構造物内に配筋された、深度の異なる複数本の鉄筋の深度を特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】副鉄筋による調査方法の説明図
【図２】電磁波を斜めに入射する調査方の説明図法
【図３】カラーパターンによる調査方法の説明図
【図４】ウエーブレットによる調査方法の説明図
【図５】スペクトル解析による調査方法の説明図
【図６】構造物のシミュレーションによる調査方法の説明図
【図７】差分処理による調査方法の説明図
【図８】最小２乗法による調査方法の説明図
【符号の説明】
１・・・構造物
１１・・表面
１２・・裏面
１３・・断面
２・・・鉄筋
２１・・主鉄筋
２２・・副鉄筋
３・・・レーダ・アンテナ
３１・・電磁波
３２・・治具
４・・・波形トレース
４１・・ウエーブレット
４２・・時間窓
４３・・双曲線
【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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