(57)【要約】【課題】耐火被覆を除去することなく速やかに建物の損傷部位の特定するための鉄骨梁破断検査方法を提供する。【解決手段】建築物の鉄骨梁が支える床の一部に設置した一点（加振点）にその床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えるとともに、鉄骨梁に設置した二つの受振点で受振し、受振点で受振した応答を評価する評価する。加振及び受振では、低振動数の振動波の周波数を変えて、加振及び受振工程を繰り返す。二つの受振点として、鉄骨梁の下側フランジの幅方向中央部に設置された第１受振点と、当該下端部のうち幅方向の一方外側に設置した第２受振点を設定し、第１受振点におけるフーリエスペクトルをＦ１、第２受振点でのフーリエスペクトルをＦ２としたときに、下記の数式１を満たすときに鉄骨梁が不健全であると評価する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物の床を支える鉄骨梁付近に位置する加振点を加振箇所の一次固有振動数より小さい低振動数の振動波で加振し、その鉄骨梁の応答を受振点で受振し、鉄骨梁の健全性を評価する建築物の鉄骨梁破断検査方法であって、
鉄骨梁が支える床の一部に位置する一つの加振点にその床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加える加振工程と、
上記低振動数の振動波に対する鉄骨梁の応答を、鉄骨梁に設置した二つの受振点で受振する受振工程と、
受振点で受振した応答を評価する評価工程とからなり、
上記加振工程及び受振工程では、低振動数の振動波の周波数を変えて、加振及び受振を繰り返すものとし、
二つの受振点として、鉄骨梁の下側フランジの幅方向中央部に設置された第１受振点と、当該下端部のうち幅方向の一方外側に設置した第２受振点を設定し、
上記評価工程では、第１受振点でのフーリエスペクトルをＦ１、第２受振点でのフーリエスペクトルをＦ２としたときに、下記の数式１を満たすときに鉄骨梁が不健全であると評価することを特徴とする、建築物の鉄骨梁破断検査方法。
［数式１］        Ｆ２／Ｆ１＞１
【請求項２】
加振点で加えた振動波を、下側フランジの幅方向中央部に設置された第１受振点及び幅方向一方外側に設置された第２受振点で受振して、応答を評価する一連の工程の後で、
加振点で加えた振動波を、下側フランジの幅方向中央部に設置された第１受振点及び幅方向他方外側に設置された第２受振点で受振して、応答を評価する工程を行なうとともに、
加振点は、鉄骨梁の両側の床部分のうちで、幅方向一方外側に設置された第２受振点で受振するときには幅方向一方外側の床部分に、また幅方向他方外側に設置された第２受振点で受振するときには幅方向他方外側の床部分にそれぞれ設置するものとし、
上記二つの第２受振点の少なくとも一方と第１受振点との間で上記数式１が成立するときに鉄骨梁が不健全であると評価することを特徴とする、請求項１記載の建築物の鉄骨梁破断検査方法。
【請求項３】
建築物のうち下側フランジを有する鉄骨梁付近に位置する加振点に加振箇所の一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えて鉄骨梁の応答を受振点で受振し、鉄骨梁の健全性を評価する建築物の鉄骨梁破断検査方法であって、
上記下側フランジの両端部側に設置した一対の加振点に、垂直方向反対向きの低振動数の振動波を加える加振工程と、
上記低振動数の振動波に対する鉄骨梁の応答を、鉄骨梁の下側フランジに設置した一つの受振点で受振する受振工程と、
受振点で受振した応答を評価する評価工程とからなり、
上記加振工程及び受振工程では、低振動数の振動波の周波数を変えて、加振及び受振を繰り返すものとし、
上記評価工程では、上記受振点で受振した単位加振力当たりの応答加速度を計算し、この応答加速度が、同じ鉄骨梁について予め測定した応答加速度より大きいときに当該鉄骨梁が不健全であると評価することを特徴とする、建築物の鉄骨梁破断検査方法。
【請求項４】
上記一対の加振点を、鉄骨梁が支える床のうち鉄骨梁の幅方向両側に設定し、
それら加振点に床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えることとしたことを特徴とする、請求項３記載の建築物の鉄骨梁破断検査方法。
【請求項５】
上記一対の加振点を、鉄骨梁が連結された柱の側面のうち鉄骨梁の下側フランジの両端の真下に同じ高さに設定し、
それら加振点に床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えることとしたことを特徴とする、請求項３記載の建築物の鉄骨梁破断検査方法。
【請求項６】
上記一対の加振点を、鉄骨梁の下側フランジの両端に設定し、
それら加振点に床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えることとしたことを特徴とする、請求項３記載の建築物の鉄骨梁破断検査方法。
【請求項７】
建築物のうち下側フランジを有する鉄骨梁付近に位置する加振点に床の固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えて鉄骨梁の応答を受振点で受振し、鉄骨梁の健全性を評価する建築物の鉄骨梁破断検査方法であって、
上記鉄骨梁が支える床面に設置した一つの加振点にその床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加える加振工程と、
上記鉄骨梁を連結した柱の側面のうち下側フランジの両端の真下に同じ高さに設置した一対の受振点で、低振動数の振動波に対する鉄骨梁の応答を受振する受振工程と、
受振点で受振した応答を評価する評価工程とからなり、
上記加振工程及び受振工程では、低振動数の振動波の周波数を変えて、加振及び受振を繰り返すものとし、
上記評価工程では、各受振点で受振した応答加速度から、二受振点間の加速度差分を求めるとともにこの加速度差分を用いて単位加振力あたりの応答加速度スペクトルである差分応答を計算し、この差分応答を用いて鉄骨梁の健全性を評価することを特徴とする、建築物の鉄骨梁破断検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物の鉄骨梁破断検査方法、特に地震による鉄骨梁の破断を検査する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨造建物においては、阪神淡路大震災時に大梁の下側フランジの柱梁仕口部近辺に破断が発生する例が多く報告されている。この部分の破断は、「大破」に区分される建物だけでなく、「中破」に区分されるものにおいても発生することが確認されている。特に、建物自体は一見ほぼまっすぐ建っており、地震時の残留変形がないのに、この部分の耐火被覆を除去してみて初めて、破断が確認された事例も報告されている。
耐火被覆を除去しないと、破断状況が確認できないために、このような破断を見逃すおそれがあり、健全と思われていた建物が再度、被災すると「大破」する可能性がある。
構造物のヘルスモニタリングを行う技術としては、概ねアコースティックエミッション法、超音波探査法、波動伝播法、及びインピーダンス法が知られている。
アコースティックエミッション法は、モード破壊で発生する音を捉える技術である（特許文献１）。
超音波探査法は、探査用の超音波を発生させて、その超音波の反射波を捉える方法であり、また波動伝播法は、アクチュエータからセンサ間へ伝播する波動を捉える方法である（特許文献２の段落０００２）。
インピーダンス法は、アクチュエータで加振させた構造物の振動の定常応答の伝達関数を捉える方法である（特許文献２の段落０００２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１７０３９７
【特許文献２】特開２０１４−１２６３８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アコースティックエミッション法は、現象が発生した時を逃さずに捉えなければならないので、地震後に損傷の有無を判定することが難しい。
超音波点差法や波動伝播法は、波の波形を捉えるため、日常的な常時微動が存在する建物では、ノイズが相対的に大きく、波の波形を正確に捉えることが難しい。また、建築構造物などのように主構造体や二次部材などが複雑な構造物では、様々な伝達経路を介した波が干渉することも考えられ、実建物に適用するには、一層困難である。
インピーダンス法は、アクチュエータで加振を行い、定常応答をセンサで捉えるため、比較的ノイズに強い計測方法である。しかしながら、モードの卓越振動数を損傷指標とする場合には、地震発生直前のデータとの比較を行うため、日常的にモニタリングデータを蓄積する必要があった。
またインピーダンス法では、多くの振動モードが発生するために、単純にモードの卓越振動を評価しただけでは、どこかに損傷があることは評価できるものの、損傷部位を特定することは一般には困難であった。そこで特許文献２では、加振兼受振が可能な膜型圧電素子を柱や梁の材端に貼り付け、例えば柱の圧電素子を加振して梁の圧電素子で受振し、柱→梁間の伝達関数を予め算出・記憶しておき、損傷後のデータと比較することで損傷検出を算出する技術を提案している。しかしながら、損傷前後の伝達関数の変化をどのように評価するのかという判断基準は示されていない。
また従来のインピーダンス法は、一次固有振動数より高次の固有振動数で振動モードを励起させるものであり、損傷の有無を検知しにくかった。
【０００５】
本出願人は、過去の被害状況を調査し、梁の損傷を、建物全体や階層毎の振動特性変化に寄与しない軽微な損傷と、重度の損傷とに分けて検証した。柱梁仕口近辺の大梁下フランジの破断が発生した場合には、建物全体としての振動特性変化には寄与しない軽微な損傷であるが、図１９に示すような回転方向の変形が損傷部近傍に限られて卓越する特徴がある。そこで出願人は、この損傷部分近傍の変化に着目して、当該箇所を加振し、損傷部分近傍の振動を評価することが重要であると考えるに至った。
【０００６】
本発明の第１の目的は、耐火被覆を除去することなく速やかに建物の損傷部位の特定するための鉄骨梁破断検査方法を提供することである。
本発明の第２の目的は、鉄骨梁が支える床の一次固有振動数より小さい一定の範囲で加振を行うことで、積載荷重の変化や経年変化による影響を受けにくく、損傷を的確に評価できる鉄骨梁破断検査方法を提案することである。
本発明の第３の目的は、柱梁仕口部近辺で上述の回転方向の変形を生じさせ、建物の健全性に重大な影響を与える損傷を確実に検知できる鉄骨梁破断検査方法を提案することである。
本発明の第４の目的は、事前にモニタリングデータを蓄積していない建築物にも適用できる鉄骨梁破断検査方法を提案することである。
本発明の第５の目的は、少ない手数で実行可能な鉄骨梁破断検査方法を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の手段は、
建築物の床を支える鉄骨梁付近に位置する加振点を加振箇所の一次固有振動数より小さい低振動数の振動波で加振し、その鉄骨梁の応答を受振点で受振し、鉄骨梁の健全性を評価する建築物の鉄骨梁破断検査方法であって、
鉄骨梁が支える床の一部に位置する一つの加振点にその床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加える加振工程と、
上記低振動数の振動波に対する鉄骨梁の応答を、鉄骨梁に設置した二つの受振点で受振する受振工程と、
受振点で受振した応答を評価する評価工程とからなり、
上記加振工程及び受振工程では、低振動数の振動波の周波数を変えて、加振及び受振を繰り返すものとし、
二つの受振点として、鉄骨梁の下側フランジの幅方向中央部に設置された第１受振点と、当該下端部のうち幅方向の一方外側に設置した第２受振点を設定し、
上記評価工程では、第１受振点でのフーリエスペクトルをＦ１、第２受振点でのフーリエスペクトルをＦ２としたときに、下記の数式１を満たすときに鉄骨梁が不健全であると評価することを特徴とする。
［数式１］        Ｆ２／Ｆ１＞１
【０００８】
本発明の全ての手段に共通する事柄は、加振箇所の一次固有振動数より低い低振動領域で振動数を変えて鉄骨梁又はその周囲に対して加振を行い、その応答を受振することである。これにより、積載荷重の変化や経年変化による影響を受けにくくなり、変形による損傷を的確に評価できる。
次に本手段は、図１〜図４に示すように、鉄骨梁が支える床の一部に一つの加振点Ｓを、また鉄骨梁が有する下側フランジに二つの受振点（下側フランジの幅方向中央部の第１受振点Ｂ及び端部の第２受振点Ａ）を設置することを提案している。この方法では、第１受振点に対する第２受振点の鉛直変位を測定結果に反映する。本手段の方法により、評価対象である建築物の破断前のデータがなくても検査できる。
【０００９】
本明細書において、「鉄骨梁付近」とは、鉄骨梁を振動させて応答を測定できる程度に近いという意味である。鉄骨梁自体の表面に設けることを含む。
「加振点」とは、鉄骨梁加振用アクチュエータを設置した箇所をいう。
「低振動数の振動波」に関しては、一次固有振動数の９０％以下の振動数であることがより望ましい。
「受振点」とは、応答検知センサを設置した箇所をいう。この検査方法の実施時に応答検知センサを設置してもよく、また予め構造物に応答検知センサを設置しておいてもよい。
【００１０】
第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
加振点で加えた振動波を、下側フランジの幅方向中央部に設置された第１受振点及び幅方向一方外側に設置された第２受振点で受振して、応答を評価する一連の工程の後で、
加振点で加えた振動波を、下側フランジの幅方向中央部に設置された第１受振点及び幅方向他方外側に設置された第２受振点で受振して、応答を評価する工程を行なうとともに、
加振点は、鉄骨梁の両側の床部分のうちで、幅方向一方外側に設置された第２受振点で受振するときには幅方向一方外側の床部分に、また幅方向他方外側に設置された第２受振点で受振するときには幅方向他方外側の床部分にそれぞれ設置するものとし、
上記二つの第２受振点の少なくとも一方と第１受振点との間で上記数式１が成立するときに鉄骨梁が不健全であると評価することを特徴とする。
【００１１】
本手段では、図２に示す如く、一対の第２受振点を鉄骨梁の幅方向両外側部分に設定することを提案している。鉄骨梁の片側のみが破断した場合であっても、破断した側の第２受振点が第１受振点に対して下がるので、鉄骨梁の破断を検知できるからである。具体的な方法としては、図２に実線で示すように第１受振点Ｂと下フランジの幅方向一方の第２受振点Ａとの間で振動波を受振した後に、第１受振点Ｂと下フランジの幅方向他方の第２受振点Ｃとの間で受振し、それぞれ応答を評価する。この場合に、加振点は、図３に想像線で示すように、鉄骨梁の両側の床部分のうち、二つの受振点のうち振動波を受振させようとする受振点と近い側の床部分に移し替える（或いは予め該当箇所に別のアクチュエータを設置する）ものとする。
【００１２】
第３の手段は、
建築物のうち下側フランジを有する鉄骨梁付近に位置する加振点に加振箇所の一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えて鉄骨梁の応答を受振点で受振し、鉄骨梁の健全性を評価する建築物の鉄骨梁破断検査方法であって、
上記下側フランジの両端部側に設置した一対の加振点に、垂直方向反対向きの低振動数の振動波を加える加振工程と、
上記低振動数の振動波に対する鉄骨梁の応答を、鉄骨梁の下側フランジに設置した一つの受振点で受振する受振工程と、
受振点で受振した応答を評価する評価工程とからなり、
上記加振工程及び受振工程では、低振動数の振動波の周波数を変えて、加振及び受振を繰り返すものとし、
上記評価工程では、上記受振点で受振した単位加振力当たりの応答加速度を計算し、この応答加速度が、同じ鉄骨梁について予め測定した応答加速度より大きいときに当該鉄骨梁が不健全であると評価することを特徴とする。
【００１３】
本手段は、図８〜図９、図１１〜図１２、図１３〜図１４の各図示例に示すように、下側フランジの両端部側に設置した一対の加振点を垂直反対向きの低振動数の振動波で加振して、その応答を鉄骨梁の下側フランジに設置した一つの受振点で受振することを提案している。この方法によると、図１９に示すように回転して生じた変形（回転変形）による損傷を的確に評価できる。
なお、「下側フランジの両端部側」とは、下側フランジの両端、あるいは両端部に連なる柱や床部分に加振点を設置する場合を含む。
【００１４】
第４の手段は、第３の手段を有し、かつ
上記一対の加振点を、鉄骨梁が支える床のうち鉄骨梁の幅方向両側に設定し、
それら加振点に床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えることとした。
【００１５】
本手段は、図８に示すように、一対の加振点を、鉄骨梁が支える床のうち鉄骨梁の幅方向両側に設定することを提案している。具体的には、震災後にアクチュエータ２を床に設置すればよく、事前にアクチュエータを構造物内に設置する必要がないので、利便性が向上する。
【００１６】
第５の手段は、第３の手段を有し、かつ
上記一対の加振点を、鉄骨梁が連結された柱の側面のうち鉄骨梁の下側フランジの両端の真下に同じ高さに設定し、
それら加振点に床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えることとした。
【００１７】
本手段は、図１２に示すように、一対の加振点を、鉄骨梁が連結された柱の側面のうち鉄骨梁の下側フランジの両端の真下に同じ高さに設定することを提案している。下側フランジの両端の位置が判れば、震災後に柱側面にアクチュエータを取り付ければよく、やはり利便性が高まる。
【００１８】
第６の手段は、第３の手段を有し、かつ
上記一対の加振点を、鉄骨梁の下側フランジの両端に設定し、
それら加振点に床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えることとした。
【００１９】
本手段は、図１４に示すように、一対の加振点を、鉄骨梁の下側フランジの両端に設定することを提案している。鉄骨梁自体を加振することで、柱梁仕口付近などの損傷がより良く判る。
【００２０】
第７の手段は、
建築物のうち下側フランジを有する鉄骨梁付近に位置する加振点に床の固有振動数より小さい低振動数の振動波を加えて鉄骨梁の応答を受振点で受振し、鉄骨梁の健全性を評価する建築物の鉄骨梁破断検査方法であって、
上記鉄骨梁が支える床面に設置した一つの加振点にその床の鉛直一次固有振動数より小さい低振動数の振動波を加える加振工程と、
上記鉄骨梁を連結した柱の側面のうち下側フランジの両端の真下に同じ高さに設置した一対の受振点で、低振動数の振動波に対する鉄骨梁の応答を受振する受振工程と、
受振点で受振した応答を評価する評価工程とからなり、
上記加振工程及び受振工程では、低振動数の振動波の周波数を変えて、加振及び受振を繰り返すものとし、
上記評価工程では、各受振点で受振した応答加速度から、二受振点間の加速度差分を求めるとともにこの加速度差分を用いて単位加振力あたりの応答加速度スペクトルである差分応答を計算し、この差分応答を用いて鉄骨梁の健全性を評価することを特徴とする。
【００２１】
本手段は、図１５に示す如く鉄骨梁が支える床に一つの加振点を設置し、かつ図１６に示すように柱の側面のうち鉄骨梁の下側フランジの両端の真下に一対の受振点を設置することを提案している。二つの受振点で受振した応答加速度の差分を利用するので、破断前後の変形性状の変化が強調される。従って小さな変化でも的確に評価できる。なお、本手段において「加振及び受振を繰り返す」とは、加振波としてｓｗｅｅｐ加振して、その領域を網羅的に評価することを含むものとする。
【発明の効果】
【００２２】
第１の手段に係る発明によれば、第１受振点でのフーリエスペクトルと、第２受振点でのフーリエスペクトルとの比に基づいて鉄骨梁の健全性を評価するから、破断前のデータが不要である。
第２の手段に係る発明によれば、一対の第２受振点を鉄骨梁の幅方向両外側部分に設けたから、鉄骨梁の片側が破断した場合もで、鉄骨梁の破断を検知できる。
第３の手段に係る発明によれば、鉄骨梁の下側フランジの両端部側に設置した一対の加振点に垂直方向反対向きの低振動数の振動波を加えるから、鉄骨梁の回転変形を強調することができ、損傷を的確に検知できる。
第４の手段に係る発明によれば、加振用のアクチュエータは検知を実施するときに床に設置すればよく、事前設置の必要がない。
第５の手段に係る発明によれば、加振点を、鉄骨梁と連続する柱の側面に設定するから、建物の構造上鉄骨梁に直接に加振用アクチュエータを設置し難い場合に好適である。
第６の手段に係る発明によれば、加振点を、鉄骨梁の下側フランジの両端に設定したから、鉄骨梁の破断の有無をより確実に評価できる。
第７の手段に係る発明によれば、二つの受振点で受振した応答の差分を利用するから、破断前後の変形性状の変化を強調して評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法の適用例を側方から見た図である。
【図２】図１の適用例の主要部を別の方向から見た拡大図である。
【図３】図２の適用例を斜めに見下ろした斜視図である。
【図４】図３の主要部のさらに一部を斜めに見上げた斜視図である。
【図５】図２の適用例中のコントローラ１０の構成図である。
【図６】図１に示す鉄骨梁破断検査方法の実験結果を示す図である。
【図７】同適用例の原理を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態の第１実施例に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法の適用例を斜めから見下ろした斜視図である。
【図９】図８の適用例の一部を斜めに見上げた斜視図である。
【図１０】図９に示す鉄骨梁破断検査方法の実験結果を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の第２実施例に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法の適用例を斜めから見下ろした斜視図である。
【図１２】図１１の適用例の一部を斜めに見上げた斜視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の第３実施例に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法の適用例を斜めから見下ろした斜視図である。
【図１４】図１３の適用例の一部を斜めに見上げた斜視図である。
【図１５】本発明の第３実施形態に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法の適用例を斜めから見下ろした斜視図である。
【図１６】図１５の適用例の一部を斜めに見上げた斜視図である。
【図１７】図１５の鉄骨梁破断検査方法をある条件で行った実験結果を示す図である。
【図１８】本発明の実施に使用される固有振動数と支持スパンとの関係図である。
【図１９】柱梁仕口部近辺の下側フランジ破断時の典型的な変形を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１から図７は、本発明の第１実施形態に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法の適用例を示している。説明の都合上、方法自体の説明の前に、本方法を適用する建築物及び本方法の実施に使用するシステムの構成を説明する。
【００２５】
図１中、１００は柱、１０２は、２本の柱の間に架設した鉄骨梁、１０４は、鉄骨梁により支えられる床である。鉄骨梁はＨ型梁であり、下側フランジ１０２ａと上側フランジ１０２ｂとウェブ１０２ｃとを有する（図４参照）。
【００２６】
鉄骨梁破断検査システム１は、アクチュエータ２と、振動センサ４と、コントローラ１０とを含む。図示例では、アクチュエータ２及び振動センサ４を有線（電線６）でコントローラと接続しているが、無線で接続しても構わない。
【００２７】
アクチュエータ２は、圧電繊維、固体ピエゾ、または電磁式加振装置などにより形成することができる。
【００２８】
振動センサ４は、レーザー速度計、または加速度センサなどで形成することができる。
【００２９】
コントローラ１０は、図５に示すように、アクチュエータ２又は振動センサ４に対してＩ／Ｏ部１２を介して電気的に接続する制御部１４を有しており、制御部１４と接続する発信部１６、分析部１８、記憶部２２、及び、評価部２４を有する。
上記発信部１６は、加振信号を発生する機能を有する。図示例ではコントローラの一部として記載しているが、発信装置として別体として構成しても構わない。
上記分析部１８は、加振信号及び振動センサの出力を評価する機能を有する。
上記記憶部２２は、分析結果を記憶する機能を有する。
上記評価部２４は、分析結果を過去の記録と比較して評価する機能を有する。
もっとも後で説明するように、評価方法として、過去の記録との比較を必要とせず、現在の分析結果のみから評価できるときには、記憶部の記憶との比較を省略して、分析部からの結果から評価を下すことができるように構成するものとする。
【００３０】
次の本発明の第１実施形態の建築物の鉄骨梁破断検査方法の手順を説明する。本実施形態は、破断前の構造物のデータを必要としていない。そこで事前のデータ採取の段階の説明は省略する。
【００３１】
（１）準備段階
まずアクチュエータ２及び振動センサ４を建築物に取り付ける。後述の他の実施形態にも共通する一般的な事項から説明すると、受振位置に設けるセンサ類は、全ての大梁下等に設ける必要はない。建物の規模にもよるが、低層階（１〜３階など）に設置すればよく、さらに設計上、破断が予測される部位に重点的に設置してもよい。
本実施形態では、大梁である一本の梁１０２を評価対象と選択し、そしてアクチュエータ２を設置する加振点を、その大梁が接する床上の１点のみとし、また振動センサ４を設置する受振点を、大梁の下側フランジ１０２ａの破断想定箇所（柱との仕口部分）近傍の２点Ａ、Ｂに設定する。
第１受振点Ｂは、下側フランジの幅方向中央部に、また第２受振点Ａは、下側フランジの幅方向の端部に、梁の長手方向と直交する同一直線上にとる。
加振点Ｓは、図示例では、評価対象である大梁から幅方向にずらしており、かつその大梁の両端を支える２本の柱から等距離の位置に設置している。
本実施形態では、床にアクチュエータを設置するので、地震などが発生した後にアクチュエータを他の機材とともに現場に搬入すればよい。従って予め建築物にアクチュエータを設置しておく必要がない。
また建築物の加振箇所の鉛直一次固有振動数を調べる。一次固有振動数は、対象とする部材（例えば梁）のスパンによっておおよそ決まってくるので、実測する以外にも、例えば図１８に示す既知の資料（支持スパンと固有振動数の例）を利用することができる［出典：建築構造物の振動実験（ｐ２３９）、日本建築学会、１９７８年］。
【００３２】
（２）加振工程及び受振工程
次にコントローラを操作してアクチュエータ２を作動させ、床を加振する。加振振動波は、加振対象である床の鉛直一次固有振動数より小さい振動数とする。例えば一次固有振動数がｆであるとき、ｆ／４、ｆ／２、ｆ×（３／４）のように３種類程度のｓｉｎ波を順次加振し、各加振毎の応答を振動センサ４で受振してもよい。また一次固有振動数より小さい振動数の領域をｓｗｅｅｐ加振して、その領域を網羅的に評価することもできる。
本発明方法の加振及び受振工程は、一次固有振動数やその他高次の固有振動数ではなく、静剛性領域から一次固有振動数までの広い振動数領域を対象としている。これにより、積載荷重の変化や経年変化による固有振動数の増減の変化の影響を受けにくくなっている。
図６に破断検知の具体例を示す。この例では、床の鉛直一次固有振動数は８Ｈｚ程度である。従って８Ｈｚより下の領域でｓｉｎ波加振又はｓｗｅｅｐ加振を行う。
【００３３】
（３）評価工程
第１受振点でのフーリエスペクトルをＦ１、第２受振点でのフーリエスペクトルをＦ２としたときに、Ｆ２／Ｆ１で与えられる両者の比率（伝達率）が下記の数式１を満たすときに鉄骨梁が不健全であると評価する。
［数式１］        Ｆ２／Ｆ１＞１
【００３４】
以下、本実施形態の検知方法の原理を説明する。
上述の伝達率は、各振動数成分毎に外側の加速度応答が中央の加速度応答に対して何倍に増幅しているかを示すものである。図６には、破断前の伝達率を実線で、破断後の伝達率を破線でそれぞれ表している。
図７は、梁の下側フランジの破断前後において、評価対象の大梁が接する床上中央に静荷重を作用させた時の、下側フランジの鉛直変位の変化を数値解析に基づき示している。柱梁の仕口から梁の長手方向に少し離れた場所で下側フランジの幅方向に仮想の線分をひいて、その一端を点Ａ、他端を点Ｃ、中点を点Ｂとする。梁が健全な状態では、全体に各点での鉛直変位は小さいが両端Ａ、Ｃでの鉛直変位は、中点Ｂでの鉛直変位より小さい。静荷重を作用させる前の変位しない場合（垂直変位＝０ｍｍ）と静荷重を作用させた後の各点の垂直変位との差の絶対値をＬＡ、ＬＢ、ＬＣで表すと、ＬＡ＜ＬＢ、ＬＣ＜ＬＢである。これに対して、梁が図１９のように回転変形すると、点Ｃが回転の中心に近いと仮定すると、ＬＡ＞ＬＢ＞ＬＣとなる。
要するに、健全時には破断想定箇所近傍の大梁の鉛直変形量がフランジ中央よりも外側の方が小さくなるという性質があり、大梁の下側フランジが破断した時には、破断部近傍の大梁の回転変形により鉛直変形量がフランジ中央よりも外側の方が大きくなるという性質がある。
その結果として、図７に示したように評価対象の大梁が接する床上中央に静荷重を作用させた場合（＝振動数0Hz に相当する場合）においても、破断前後で「Ａ点（外側）／Ｂ点（中央）」の鉛直変位比率（＝伝達率）が1 未満から1 超へと顕著な変化を示している。因みに、図７における鉛直変位比率は、Ａ点（外側）／Ｂ点（中央）の場合では、−０.２２２ｍｍ／−０.２２４ｍｍ＝０.９９（破断前）、−０.２３４ｍｍ／−０.２３ｍｍ＝１.０２（破断後）である。
以上のことから、鉛直一次固有振動数以下の振動数領域において鉛直方向「外側／中央」の伝達率が1 を超える値となっているかどうか評価することで破断検知を行うことができ、尚且つ破断前のデータが無くても、評価が可能であることが本手法の大きな特徴である。
【００３５】
なお、下側フランジが全面破断した場合には、振動センサを、図１９の回転変形の中心に近い方の端部においた場合、及び回転中心に遠い方の端部においたときのどちらでも、数式１が成り立つ。しかしながら、下側フランジの片側半分が破断していた場合には、破断している側の床中央を加振して、破断している側のフランジ端部で受振しなければ数式1は成立しないと考えられる。
【００３６】
従って、さらに他方の下側フランジの片側半分を検知したい場合には、図２に実線で示すように、下側フランジの幅方向中央の第１受振点Ｂ、及び幅方向一端部の第２受振点Ａに振動センサを設置して振動波を受振し、次に第２受振点Ａから幅方向他端部の第２受振点Ｃへ振動センサを付け替えて再度振動波を受振するようにするとよい。一対の第２受振点のうちの一方と第１受振点との間で数式１が成立するときには、下フランジの破断（片側の破断を含む）と判断できる。
この場合において、加振点は、図３に想像線で示すように、鉄骨梁の両側の床部分のうち、二つの受振点のうち振動波を受振させようとする受振点と近い側の床部分に移し替える（或いは予め該当箇所に別のアクチュエータを設置する）ものとする。二つの加振点は、鉄骨梁から等距離にかつ鉄骨梁に対して対称位置に設置するものとする。
【００３７】
手順を整理すると次の通りである。
（イ）鉄骨梁の下側フランジの幅方向中心部の第１受振点に振動センサを設置する。
（ロ）下側フランジの幅方向一方側の端部の第２受振点に振動センサを設置するとともに鉄骨梁の両側の床のうち上記幅方向一方側の床の加振点にアクチュエータを設置する。
（ハ）アクチュエータを作動して第１受振点及び幅方向一方側の第２受振点で振動波を受振し、評価を行う。
（ニ）下側フランジの幅方向他方側の端部の第２受振点に振動センサを設置するとともに鉄骨梁の両側の床のうち上記幅方向他方側の床の加振点にアクチュエータを設置する。
（ホ）アクチュエータを作動して第１受振点及び幅方向他方側の第２受振点で振動波を受振し、評価を行う。
【００３８】
図８から図１４は、本発明の第２実施形態に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法を示している。本実施形態では、第１実施形態と異なり、事前に建築物の対象箇所に加振を行い、その応答を受振してデータとして記録し、そのデータを検査データと比較することで建築物の健全性を評価する。本発明の第２実施形態は、第１実施例（図８〜図１０）、第２実施例（図１１〜図１２）、第３実施例（図１３〜図１４）を含むが、全て同一の原理によって鉄骨破断検知を行っている。
すなわち、柱側面、または大梁の下側フランジ端部、または隣接する床上の２点を互いに逆方向に加振することによって、図１９に示すように評価対象となる大梁の下側フランジの回転変形が強調され、顕著に変形する状態となるようにしている。
このように強調された回転変形について、破断部近傍の下フランジ外側の1 点において鉛直方向に計測することで、たとえ微振動レベルにおいても破断前後の変化を明瞭に捉えることが可能である。これに対して２点を同一方向に加振する場合や、１点のみ加振する場合では、大梁の下側フランジの回転変形はほとんど強調されない。
【００３９】
図８〜図１０に示す第１実施例では、床１０４のうち鉄骨梁を挟む両側の２箇所に二つの加振点Ｓを設定している。図示例の一対の加振点Ｓは、上方から見て鉄骨梁から等距離離れており、鉄骨梁に対して線対称位置にある。受振点Ａは鉄骨梁の下側フランジの端部に、図示例では柱からやや離して設置している。
【００４０】
図１１〜図１２に示す第２実施例では、柱の側面のうち鉄骨梁の下側フランジの両端の真下に、同じ高さに位置する一対の加振点Ｓを設置している。また受振点Ａは鉄骨梁の下側フランジの端部に、図示例では柱からやや離して設置している。
【００４１】
図１３〜図１４に示す第３実施例では、鉄骨梁の下側フランジの両端に、柱からやや離して一対の加振点Ｓを設置している。一方の加振点には、通常のアクチュエータ２を設置し、他方の加振点には振動センサ兼用アクチュエータ３を設置している。
【００４２】
第１実施例により鉄骨梁の破断を検知した結果を、図１０を用いて説明する。大梁を挟む両側の床中央それぞれに互いに逆方向の振動波を入力し、大梁の下側フランジ端部破断前後の受振点における鉛直方向の応答（単位加振力あたりの応答加速度）を、同図に示している。
この「単位加振力あたりの応答加速度」は、図１０を用いて説明すると、加振力一定（１ｔｏｎ）の条件で１〜２０Ｈｚまでの各振動数のsin 波で加振した時の、各振動数の（受振点における）応答加速度をプロットして繋げたものである。これにより、各振動数毎の振動特性を表すことができる。
図１０には鉛直一次固有振動数の位置を明示している。一次固有振動数以下の振動数領域では、全域に亘って明瞭な変化が見られる。すなわち、全域に亘って破断前の鉄骨梁に比べて破断後の鉄骨梁の方が単位加振力当たりの応答加速度が大きくなっている。これは、鉄骨破断によって破断部近傍の回転剛性が大幅に低下し、静剛性の領域での局部的な変形性状が変化したことに加え、回転変形を強調するよう加振を行った結果、生じる現象である。
因みに、従来のヘルスモニタリングで良く用いられる固有振動数の変化に着目した場合、破断の有無を判断することはできない（例えば図１０に示している鉛直一次固有振動数では有意な変化は見られない）。
以上より、本手法によって、従来のヘルスモニタリングでは用いられない一次固有振動数以下の低振動数領域全域を利用した鉄骨破断検知が可能である。尚、第２実施例及び第３実施例についても同様の原理で鉄骨破断検知が可能である。
【００４３】
なお、前述の通り本発明方法では、一次固有振動数やその他高次の固有振動数ではなく、静剛性領域から一次固有振動数までの広い振動数領域を対象としているので、積載荷重の変化や経年変化による固有振動数の増減の影響を受けにくくなっている。そのため、従来技術のような日常的なモニタリングの必要がない。第１実施形態の場合には、もともと震災前のデータが不要であったが、第２実施形態以下の実施形態においては、建築物の竣工後に一度データを取得しておくのみで震災後の比較データとして用いることができるという効果が得られる。
【００４４】
図１５から図１６は、本発明の第３実施形態に係る建築物の鉄骨梁破断検査方法を示している。本実施形態では、加振箇所を評価対象の大梁が接する床上１点のみとし、受振点を大梁の下側フランジではなく、鉄骨破断部近傍の柱側面の２点としている。
【００４５】
図１５に実線で示すように、加振点Ｓは、鉄骨梁から一定の距離を離して、梁の長手方向へ１／４スパン梁だけ受振点Ａに近づく向きにずらして設定する。そして加振点にアクチュエータを設置し、加振した。柱側面の受振点二点Ａについて、鉄骨梁の長手方向と平行な水平方向の応答加速度Ａ１、Ａ２を測定する。そしてΔＡ＝Ａ１−Ａ２で与えられる加速度時刻歴データを生成する。このデータから単位加振力あたりの応答加速度を求めたものを図１７に表す。
【００４６】
図１７の場合には、破断後に応答加速度が大きくなっており、鉛直一次固有振動数以下の振動数領域で明瞭な違いが見られる。従って、鉄骨梁の破断を検知することが可能である。
【００４７】
なお、本実施形態では、加振箇所が1箇所であるが、受振点二点の差分応答を評価することで、鉄骨破断部近傍における破断前後の変形性状の変化を強調して評価することを特徴としている（受振点一点のみの評価では有意な差は発生しない）。また、柱側面の受振点が破断部から遠ざかるほど検知が難しくなるが、天井の下端程度までの距離であれば検知可能であることを解析的に確認している。
【００４８】
なお、上述の各実施形態乃至実施例は、本発明の好適な適用例に過ぎず、本発明の技術的な意義から外れない範囲で適宜その設計を変更できるものとする。
【符号の説明】
【００４９】
２…アクチュエータ  ３…振動センサ兼用アクチュエータ
４…振動センサ  ６…電線  
１０…コントローラ  １２…Ｉ／Ｏ  １４…制御部
１６…発信部  １８…分析部  ２２…記憶部  ２４…評価部
１００…柱  １０２…梁  １０２ａ…下フランジ  １０２ｂ…上フランジ
１０２ｃ…ウェブ  １０４…床
Ａ,Ｂ,Ｃ…受振点      Ｓ…加振点
【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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