Ｑ＆Ａ

道路附属物劣化診断技術におけるＡＥの適用性について
寒地機械技術チーム

面に取付金具で設置される場合もあります。土中に設はじめに置する場合の支柱の固定方法は、軟弱な地盤の場合を道路には、様々な道路附属物が設置されています。
中でも道路に設置されている膨大な数の支柱構造物除き、コンクリート基礎を埋め込んで支柱を固定する方法が一般的となっています。

は、設置後かなりの年数を経過したものもあり、近年になって支柱の腐食による断面欠損や溶接継手部の疲
労亀裂の発生、照明灯具等の接合ボルトの緩みや脱落などの不具合が報告されています1)。支柱構造物の点表－1

道路附属物一覧1)

検は近接目視を基本とし、支柱構造物の上部の部位は･標識高所作業車等を用いて、近接する必要があります。

・照明施設

点検項目は、ボルトの緩み、鋼材の腐食や亀裂、溶設置高さが・道路情報管理施設

接箇所の破断や亀裂など多岐にわたる点検が必要とさ

高い構造物（道路情報提供装置、車両監視装置、れていますが、膨大な数を定期的に点検するため、コ

主に路側又はストの増大、危険を伴う高所作業や一般交通への影響

車道上空に設・道路反射鏡が課題となっています。そこで、寒地機械技術チーム置されるもの･視線誘導施設気象観測装置、緊急連絡装置等）

では現在の点検の主流である近接目視に換わる手法と設置高さが・防護柵

して、変状箇所から発生するＡＥ（アコースティック低い構造物

・車止め・距離標エミッション）を計測することで異常の有無を把握す
構造物以外

る道路附属物劣化診断技術におけるＡＥの適用可能性について検討を行いました。

地下に設置されているもの

・共同溝
・電線共同溝・自動車駐車場、自転車駐車場

Ｑ１：道路附属物には、どのような種類やどのような構造のものがありますか？

・街路樹

その他

・道路管理用車両基地、除雪基地
・防雪施設
・砂防施設

Ａ１：道路附属物は、道路法第２条第２項及び道路法施工令によると、「道路管理者が設置する構造物であり、道路の保全、安全かつ円滑な交通の確保、その他道路を管理する上で、必要な施設または工作物である」と示されています。表－1は、道路附属物の種類を設置区分ごとにまとめたものです。路側又は車道上空に設置されている道路照明施設、道路標識、道路情報提供装置及び道路情報収集装置、地下に設置される電線共同溝、その他、自動車駐車場や防雪施設なども道路附属物になります。写真－1は、道路照明と道路標識の道路での設置状況になります。
路側又は車道上空に設置される道路附属物は、一般的に支柱を土中や構造物に固定し設置する支柱構造物が使用されています。その他に、トンネルなどでは壁
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写真－1

道路照明(左)及び道路標識(右)31Ｑ２：道路附属物は、現在どのように点検しています

Ｑ３：ＡＥとはどういった現象で、どのようにＡＥを診断に活用しますか？

か？
Ａ２：道路附属物の点検方法は、国土交通省より発Ａ３：「ＡＥとは、材料に局所的な変形や割れが生じ出されている「附属物（標識、照明施設等）点検要た際に弾性波が放出される現象」であると一般に知ら領」 に詳細が決められています。具体的には、設置れています。材料から放出されるＡＥを信号として解初年度に行う初期点検、その後、特段の変状が認めら析することで、その材料に「いつ」、「どこで」、「どのれない場合は、5年おきに行う定期点検があります。

ような」損傷が生じたかを知ることが可能です。非破点検要領によると、初期点検はボルト部の緩み・脱落

壊検査技術としての歴史は古く、20世紀中頃から研究等の異常を外観目視にて確認することが基本とされてが開始され、1960年代には宇宙航空産業での試験目的おり、必ずしも近接ではありませんが、高所においてでＡＥが使用され、その後、高圧容器や核反応容器のも伸縮支柱付カメラなどを用いた確認が必要です。以

非破壊検査に応用されてきました。近年のIoT技術の上の初期点検で特段の変状が認められない場合は、定普及に伴い、大型の石油備蓄タンクの診断や軸受、歯期点検に移行するとされています。

車等の回転体の診断など様々な分野で活用されていま2)

定期点検には5年に一度行う詳細点検と、詳細点検す。ＡＥは物体内を伝播し、発生箇所から10m程度離を補完するため中間的な時期に外観の目視点検を行うれた箇所でも信号を検出できることがわかっていま中間点検があります。詳細点検は近接目視を基本とす。そのため、ＡＥによる道路附属物高所部の診断をし、附属物の上部の部位は、高所作業車等を用いて近基部から行える可能性があるのではないかと考えられ接する必要があります。点検項目はボルトの緩みや鋼ます。

材の腐食、亀裂、溶接箇所の破断、亀裂など多岐にわ

次に、ＡＥを活用した診断方法について説明します。

たる点検が必要とされています。写真－2、3は、道路発生するＡＥの周波数は材料によって違いますが、金照明と道路標識の点検の様子です。膨大な数を定期的属の場合は一般的に100kHz以上と非常に高い周波数に点検するため、コストの増大、危険を伴う高所作業を持つ微細な弾性波が被測定物中や被測定物表面を伝や一般交通への影響が大きくなっています。

播しますので、被測定物表面に設置したＡＥセンサで計測します。写真－4は帯域の違うＡＥセンサの外観です。写真のＡＥセンサは共に一般用で帯域は左側が100-400kHz、右側が50-200kHzになります。写真－5
は計測機器の一例です。ＡＥセンサは、圧電体に力（ひずみ）を加えた時に電荷が発生する効果を利用してＡＥを検出しています。特に圧電体の中で微弱なひずみ信号でも高感度で検出できる共振周波数が高い圧電セラミックスが適しており、これを使用した圧電型のセンサが一般的に使用されています。

写真－2

道路照明の定期点検

写真－4
写真－3

32

ＡＥセンサ外観

道路標識の定期点検
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図－2

写真－5

ＡＥ信号分析グラフ

ＡＥ計測機器ＡＥ波形パラメータを利用し、特に亀裂等について劣化診断する場合は、振幅、発生数、持続時間を特徴
材料から発生するＡＥにはいろいろな特色を持った量として着目することで、これらの特徴量と劣化の進情報が含まれており、その情報を分析することで材料行レベルに相関があることが知られており、これらのに起こった局所的な現象を解明することができます。

特徴量の把握が劣化診断には有効です。

ＡＥの分析は、ＡＥをＡＥセンサで電圧信号に変換し、ＡＥ振幅は、ＡＥ信号の電圧振幅で、ピーク振幅が電圧信号として解析装置に取り込む方法が一般的とな最大振幅であり、dBで表示されます。発生したエネっています。図－1は、破壊試験等で検出される代表ルギーが大きいほどＡＥ振幅は大きくなります。

的なＡＥ信号である突発型と言われる波形パラメータ

ＡＥ発生数は、ＡＥヒットと呼ばれ、しきい値としを表したものです。通常、材料内部に発生した亀裂のて設定した値を超えて発生したＡＥ信号の数であり、状態は、この波形特性から推定可能ですが、実際の計ＡＥ発生頻度の評価に用いられます。

測では数多くの突発型波形が重畳した連続型の波形になることが多く単純ではありません。

ＡＥ持続時間は、ＡＥの発生開始から終了に至るまでの時間であり、この値はＡＥ波の減衰に関係するため、伝搬経路や伝搬媒体の評価に用いられます3)。
図－2は、上記3つのパラメータを1つのグラフで表したものです。計測中のＡＥ発生数を縦軸にＡＥ振幅を横軸にとることで、計測中のＡＥ信号の発生頻度と発生しているＡＥ振幅が視覚的にわかるグラフとなっており、簡易的に対象物の状態を診断するのに適しています。
Ｑ４：道路附属物をＡＥでどのように診断しますか？
Ａ４：今回は、道路附属物の中でも設置高さが高く、設置数も非常に多い道路照明柱を対象にＡＥを活用した劣化診断技術の適用について検討しました。
実際の照明柱の計測を行う前に、照明柱に材質や図－1

ＡＥ信号における波形パラメータ表面仕上げを模した約1/15の照明柱モデルを作製し、様々な条件で計測を行いました。ＡＥ信号の比較を行
うため正常モデルと人為的に腐食や亀裂を発生させた劣化モデルを数種類作製しました。写真－6は正常モデルと劣化モデルになります。また、写真－7はモデ

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ルによる計測の様子になります。ＡＥは材料のひずみばかりを用いてモデルへの荷重を一定にしながら計測を行いました。

図－3～5は、照明柱モデルの計測結果を先ほど紹介したＡＥ信号分析グラフで表したものです。
計測結果からは、正常な照明柱モデルに比較して、劣化モデルはＡＥ発生数が多く、ＡＥ振幅の領域が広50

図－3

正常な照明柱モデルでの計測結果①40200

写真－6 照明柱劣化モデル
上：正常モデル
中：劣化モデル（亀裂）①
下：劣化モデル（腐食）②

図－4

劣化モデル①での計測結果②60300

写真－734

照明柱モデルでの計測状況

図－5

劣化モデル②での計測結果

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がる傾向がわかりました。劣化モデルは、正常な照明

参考文献

柱モデルとＡＥの特性が異なり、劣化検知の可能性があると考えています。実物の照明柱では、負荷方法に

1） 玉越隆史、星野誠、川明弘：道路付属物支柱等のよる摩擦等の影響や複数の微細な傷や腐食など材料状劣化損傷に関する調査、国土技術政策総合研究所

態も複雑で、劣化検知がより難しくなることが想定さ

資料、pp.1-4、2012.

れますが、ＡＥ信号分析グラフの正常状態との特徴の相違を捉えられれば、劣化診断の一次スクリーニングに活用できる可能性があると考えています。

2） 国土交通省道路局国道・技術課：附属物（標識、照明施設等）点検要領、p.6、2019.
3） 長谷亜蘭：アコースティックエミッション計測の今後、実際の照明柱での劣化診断を進めるには、計測サンプルを増やし、ＡＥ信号と劣化の度合いとの相基礎、精密工学学会誌、Vol.78、No.10、pp.856859、2012

関等を調査することが必要です。
寒地土木研究所月報（文責：平地№809

2020年９月一典）

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