(57)【要約】【課題】構成が簡素化され、実用性の高い簡易な判定を実施することができる一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法および装置を提供する。【解決手段】一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法において、交通荷重がかかる一次元的な部材に直線状に複数のＡＥセンサを一次元的に配列し、この一次元配列の各ＡＥセンサのＡＥ信号到達時間差を利用して簡易な処理装置により一次元ＡＥ位置標定を行い、前記一次元的な部材の損傷判定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）交通荷重がかかる桁又は橋脚のような一次元的な部材に直線状に複数のＡＥセンサを一次元的に配列し、
（ｂ）該一次元配列の各ＡＥセンサのＡＥ信号到達時間差を利用して簡易な処理装置により一次元ＡＥ位置標定を行い、前記一次元的な部材の損傷判定を行うことを特徴とする一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法。
【請求項２】
（ａ）交通荷重がかかる桁又は橋脚のような一次元的な部材に直線状に一次元的に配列される複数のＡＥセンサと、
（ｂ）該一次元配列の各ＡＥセンサのＡＥ信号が取り込まれる処理装置を備え、
（ｃ）各ＡＥセンサのＡＥ信号到達時間差を利用して簡易な処理装置により一次元ＡＥ位置標定を行い、前記一次元的な部材の損傷判定を行うことを特徴とする一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置。
【請求項３】
請求項２記載の一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置において、前記一次元的な部材が橋梁であることを特徴とする一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置。
【請求項４】
請求項２記載の一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置において、前記一次元的な部材が橋脚であることを特徴とする一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＡＥ（アコースティック・エミッション）とは、部材に局部的な変形による割れの形成や進展が生じた際に放出される弾性波である。応力負荷の影響による部材の欠陥がＡＥ源となるため、ＡＥ音は構造物健全性の重要な指標となっている。
【０００３】
ところで、鉄道構造物が損傷や欠陥を有する場合、鉄道列車通過時の活荷重を利用して損傷箇所からのＡＥ音を励起させ、それを測定することにより損傷度の判定を行うことが可能である。
【０００４】
本願発明者らは、既に、「交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法および装置」（特許文献１参照）を出願した。また、ＡＥ音の振幅規模別頻度分布から得られる改良ｂ値に基づいて構造物の損傷度を判定する「交通荷重による２次起因のＡＥ音による構造物損傷度判定方法」を出願した（特許文献２参照）。ただし、これらの損傷度判定方法は、その前提条件としてＡＥ源の三次元的な特定が必要であった。つまり、これらの判定方法では、三次元ＡＥ源を特定し、対象構造物を取囲むように数多くのＡＥセンサを配置して実施してきた。三次元ＡＥ源を特定するためには、多数のＡＥセンサに対応したマルチチャンネルＡＥ計測装置が必要となるほか、それに伴うセンサの設置・解析コストの増大を招いていた。
【特許文献１】特開２００４−１２５７２１号公報
【特許文献２】特願２００４−１９０７１６号
【非特許文献１】塩谷智基他：ＡＥアクティビティーを用いた鉄道構造物の損傷定量化方法，第５８回土木学会年次学術講演会，第Ｖ部門、ｐｐ．７５３−７５４，２００３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明では実高架橋載荷実験に一次元ＡＥ位置標定法を適用する。そこで得られた一次元ＡＥ源のＡＥパラメータと三次元ＡＥ位置標定法による同値との比較検討を行ったところ、その結果、橋脚類の構造物において、一次元ＡＥ位置標定法による損傷評価が可能であることが明らかとなった。
【０００６】
本発明は、上記状況に鑑みて、構成が簡素化され、実用性の高い簡易な判定を実施することができる一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法および装置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】
【０００７】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法において、交通荷重がかかる桁又は橋脚のような一次元的な部材に直線状に複数のＡＥセンサを一次元的に配列し、この一次元配列の各ＡＥセンサのＡＥ信号到達時間差を利用して簡易な処理装置により一次元ＡＥ位置標定を行い、前記一次元的な部材の損傷判定を行うことを特徴とする。
【０００８】
〔２〕一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置において、交通荷重がかかる桁又は橋脚のような一次元的な部材に直線状に一次元的に配列される複数のＡＥセンサと、この一次元配列の各ＡＥセンサのＡＥ信号が取り込まれる処理装置を備え、各ＡＥセンサのＡＥ信号到達時間差を利用して簡易な処理装置により一次元ＡＥ位置標定を行い、前記一次元的な部材の損傷判定を行うことを特徴とする。
【０００９】
〔３〕上記〔２〕記載の一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置において、前記一次元的な部材が橋梁であることを特徴とする。
【００１０】
〔４〕上記〔２〕記載の一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置において、前記一次元的な部材が橋脚であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法により、簡便なＡＥ診断方法を得ることができた。その結果、一次元ＡＥ法で得られたＡＥ源による損傷評価は、三次元ＡＥ位置標定方法での結果と大過なく、簡便なＡＥ診断を実構造物に適用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法は、交通荷重がかかる一次元的な部材に直線状に複数のＡＥセンサを一次元的に配列し、この一次元配列の各ＡＥセンサのＡＥ信号到達時間差を利用して簡易な処理装置により一次元ＡＥ位置標定を行い、前記一次元的な部材の損傷判定を行う。
【実施例】
【００１３】
図１は本発明の実施例を示す一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定装置の模式図である。
【００１４】
この図において、１は桁（水平方向一次元的な部材）、２は橋梁（鉛直方向一次元的な部材）、３は橋梁のフーチング、４は橋梁の杭、５は地盤、６はひび割れ、７は一次元配列ＡＥセンサ、８は鉄道車両（交通荷重）、９は一次元配列ＡＥセンサ７からの出力信号を取り込んで、構造物の損傷度を求めるための処理装置である。
【００１５】
このように、橋梁２にはＡＥセンサ７を一次元的に配列するようにしたので、構成が簡素化され、実用性の高い簡易な判定を実施することができる。
【００１６】
以下、本発明に関する実験を行ったので、それについて説明する。
【００１７】
まず、従来の三次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定について説明する。
【００１８】
図２は計測対象としての高架橋の橋脚を示す図、図３はその天端の載荷方向（北側）を示す図、図４はＡＥセンサの配置を示す、図３のＩ−Ｉ矢視図である。
【００１９】
ここでは、橋脚の基部にアスファルト舗装がある場合の橋脚について述べる。
【００２０】
この橋脚１０１の立地条件、橋脚１０１の天端１０２における載荷方向１０３およびＡＥセンサ１０４，１０５の配置状況を図２〜図４に示す。載荷は、橋脚１０１の天端１０２から油圧ジャッキ（最大３９２ｋＮ、２台）により水平繰返しに実施した。各繰返しにおける最大変位値は、１，２，４，８，１６，３２，６４，１２８ｍｍとした。
【００２１】
図３に示すように計測対象の橋脚下部全体のＡＥ挙動を監視できるように、下部全体に合計１６個のＡＥセンサ１０４（６０ｋＨｚ共振型）を配置する。（図３，図４中の○）。また、ＡＥ源の外挿手法（ＡＥセンサ網外でのＡＥ源の推定）検討を目的に、中央部に密に合計１２個のＡＥセンサ１０５を配置する（図３，図４中の●）。
【００２２】
その計測結果について説明する。
【００２３】
図５に橋脚の繰返し水平載荷で得られた荷重と変位曲線を示す。この図において、１，２，４，８，１６，３２，６４，１２８ｍｍの繰返し水平変位に対して、変位量が増すに従い、残留変形が増加することが分かる。
【００２４】
図６に１６ｃｈのＡＥセンサ網（図３，４の１０４）で計測されたＡＥイベント（三次元でＡＥ源が特定できたもの）と強制変位の経時変化を示す。ＡＥイベントは強制変位の増加（載荷）とともに漸増し、さらに３２ｍｍ（１２ｋ秒）で変位の増加過程のみならず、減少過程（除荷）でも二次元なＡＥイベント（１４イベント）が数多く得られる。その後，６４，１２８ｍｍの強制変位の減少過程でそれぞれ５１、１４６イベントを記録した。
【００２５】
図７に三次元ＡＥ計測結果を示す。図７（ａ）中の円はＡＥ源を表し、その直径が最大振幅値（ＡＥ源に寄与したＡＥヒットの平均振幅値）、黒色円が載荷、薄い色円が除荷で得られたＡＥ源である。
【００２６】
この図は損傷程度の高い最終載荷ステップ（０−１２８−０ｍｍ）であるため、除荷時のＡＥ源は載荷時より多いことが特徴的である。図７（ｂ）にＣａｌｍ比とＲＴＲＩ（上記非特許文献１参照）による損傷マップを示す。この図より、変形の増加に伴い軽微損傷領域から中程度損傷領域、そして重度損傷領域へのプロットの移行が認められる。図７（ｃ）に全変形過程で得られたＡＥイベントデータを用いた振幅規模別頻度分布を図３に示すＡ，Ｂ，Ｃ部毎に示す。同図より、Ａ，Ｂ，Ｃ部ともに、０．１以下の重度損傷を示す改良ｂ値が得られた。Ｃ部の改良ｂ値が多少大きいことは、Ａ，Ｂ部に比べてＣ部の損傷程度が相対的に軽いことを示唆している。
【００２７】
このように、ここでは実高架橋の橋脚の繰返し載荷にＡＥ法を適用し、三次元的なＡＥ計測結果を示した。
【００２８】
次に、本発明にかかる一次元ＡＥ計測による簡易な検査方法について説明する。
【００２９】
まず、一次元ＡＥ位置標定法について述べる。
【００３０】
一次元ＡＥ位置標定法は、図１に示すように、橋梁に、地面に対して垂直方向の直線上に配置されたＡＥセンサの測定結果から、各ＡＥセンサのＡＥ信号到達時間差を利用してＡＥ源位置を算出する方法で、２個以上のセンサにより構成される。得られたＡＥ源位置はセンサ間を結ぶ直線上でのＡＥ源位置として得られ、線上外での位置は等時曲線（双曲線）上となる。
【００３１】
図８に１６ｃｈＡＥ計測装置により各面一次元に配置されたＡＥセンサで算出された一次元ＡＥ位置標定結果を示す。図８（ａ）より、８ｍｍの変形過程から２本の上部水平き裂が観察され、それに対応したＡＥ源が同位置に集中して認められることが分かる。図８（ｂ）より、８ｍｍの変形過程から上部、中間部でのＡＥ源が観察され、下部は特に６４ｍｍの変形時に多く得られる。また、除荷時のＡＥ源は１２８ｍｍ変形戻り時に下部に集中して得られ、これらは観察された複雑なき裂群位置と一致している。
【００３２】
上記したように、一次元ＡＥ源は実際のき裂位置に対応した分布を示した。
【００３３】
次に、各計測面のＲＴＲＩとＣａｌｍ比について説明する。
【００３４】
図９に各計測面で得られた一次元ＡＥ源により求めたＲＴＲＩおよびＣａｌｍ比を示す。ここで、図９（ａ）のＲＴＲＩは各変形段階でＡＥ発現を得た変位値と過去最大変位値の比として算出されており、値が小さいほど大きな損傷を示している。ここで、各変形段階で得られたＲＴＲＩは、その前段階での損傷レベルを示すので、本実験では６４ｍｍの変形時までの損傷が検討できる。また、Ｃａｌｍ比は除荷過程（変形減少過程）で得られたＡＥ総数と全載荷過程（変形増加、減少過程）のＡＥ総数の比として得られ、Ｃａｌｍ比が大きいほど大きな損傷を示す。ここで、１２８ｍｍのＣａｌｍ比は同図に示すように載荷除荷の境界を与える参照パラメータを鉄筋ひずみ、強制変位、載荷荷重の３種類として示している。図９（ａ）より、各面ほぼ同様に変形増加に伴うＲＴＲＩの低下が明らかである。図９（ｂ）により、Ｃａｌｍ比は６４ｍｍの変形過程まで全計測面ともに増加するが、１２８ｍｍの変形過程では参照パラメータ毎に異なる値を示す。別に検討した強制変位と損傷進展結果より、顕著な損傷進展は１２８ｍｍの変形時に認められなかったことから、構造物全体挙動（変形や載荷荷重）に着目したＣａｌｍ比が実現象を反映した結果を示すものと考えられる。図９（ｃ）にＣａｌｍ比とＲＴＲＩマップを示す。各面で若干の違いはあるが、概して変形量の増加に伴いＭ（軽微）、Ｉ（中程度）、Ｈ（重度）と変形増加に対応した推定損傷程度を示した。
【００３５】
次に、振幅規模別頻度分布について説明する。
【００３６】
図１０に一例として南面で得られたＡＥ源による振幅規模別頻度分布を示す。Ａ、Ｂ、Ｃ部ともに０．１以下の重度損傷を示す改良ｂ値が得られた。Ｃ部で得られた改良ｂ値はＡ、Ｂ部に比べて大きい値となりＡ，Ｂ部に比べ小さな損傷程度を示す結果となり、三次元ＡＥ源を利用した結果と調和していた。
【００３７】
このように、本発明によれば、実高架橋載荷に伴う損傷進展を一次元ＡＥ標定法により評価し、三次元ＡＥ法による同結果と比較検討し、簡便なＡＥ診断方法を得ることができた。その結果、一次元ＡＥ法で得られたＡＥ源による損傷評価は、三次元ＡＥ位置標定方法での結果と大差なく、簡便なＡＥ診断が実構造物に適用可能であることが明らかとなった。
【００３８】
なお、上記実施例では、主に鉛直方向に設けられる橋脚に対する一次元ＡＥ位置標定法について述べたが、水平方向に設けられる桁や梁などに対する一次元ＡＥ位置標定法を実施することができることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の一次元標定のＡＥ源を利用した構造物の損傷判定方法は、鉄道の橋梁などの構造物の損傷度の判定に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例を示す一次元ＡＥ位置標定法による構造物の損傷判定装置の模式図である。
【図２】計測対象としての高架橋の橋脚を示す図である。
【図３】計測対象としての高架橋の橋脚の天端の載荷方向（北側）を示す図である。
【図４】ＡＥセンサの配置を示す図である。
【図５】Ｐ５２橋脚の繰返し水平載荷で得られた荷重と変位曲線を示す図である。
【図６】１６ｃｈのＡＥセンサ網で計測されたＡＥイベント（三次元でＡＥ源が特定できたもの）と強制変位の経時変化を示す図である。
【図７】三次元ＡＥ計測結果を示す図である。
【図８】１６ｃｈＡＥ計測装置により各面一次元に配置されたＡＥセンサで算出された一次元ＡＥ位置標定結果を示す図である。
【図９】各計測面で得られた一次元ＡＥ源により求めたＲＴＲＩおよびＣａｌｍ比を示す図である。
【図１０】本発明の一例としての南面で得られたＡＥ源による振幅規模別頻度分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    桁（水平方向一次元的な部材）
２    橋梁（鉛直方向一次元的な部材）
３    フーチング
４    橋梁の杭
５    地盤
６    ひび割れ
７，１０４，１０５    １次元配列ＡＥセンサ
８    鉄道車両（交通荷重）
９    処理装置
１０１    橋脚
１０２    天端
１０３    載荷方向
【図１】
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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１０】
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【図２】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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