JSCE 令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会

第V部門

非破壊試験法(1)2021年9月10日(金) 09:30 〜 10:50 V-2 (Room19)[V-324] コンクリートにおける衝撃弾性波到達時刻同定の計算手法の検討
The Calculating Methods on Identifying Arrival Time ofImpact Elastic Waves in Concrete〇上高 正寛1、林 和彦1、長谷川 雄基1、松本 将之1、北村 大地1、吉岡 崇1、宇野 洋志城2 （1.香川高等専門学校、2.佐藤工業 ）〇Masahiro Kamitaka1, Kazuhiko Hayashi1, Yuki Hasegawa1, Masayuki Matsumoto1, Daichi Kitamura1,Takashi Yoshioka1, Yoshiki Uno2 （1.National Institute of Technology, Kagawa College, 2.Sato kogyo）
キーワード：非破壊試験、衝撃弾性波法、コンクリート、計算手法、データ分析
Non-destructive testing, Impact elastic wave method, Concrete, Calculation method, Dataanalysis
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既設のコンクリート構造物に対し，補修や，損傷・劣化部のはつり除去等の処置を行うためには精度よく内部欠陥を把握できる方法が必要であり，斜角法を提唱している．衝撃弾性波試験において重要指標である弾性波速度を算出するために，信号の到達時刻を正確に判断できる手法が必要である．本研究では斜角法において到達時刻を同定する手法を比較し，最適な手法の検討を行った．結果として，対称法および AIC法が真値と誤差の小さく有用である可能性が示された．また本試験において，打撃方法，距離，伝搬経路の角度，センサーの接地面等の複合的要因について検討が必要であるとされた．
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令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会

コンクリートにおける衝撃弾性波到達時刻同定の計算手法の検討
香川高等専門学校

学生会員
正会員○上髙正寛長谷川雄基

非会員

1.

正会員

北村大地

佐藤工業（株）

正会員

林和彦
松本将之

非会員

正会員

吉岡崇

宇野洋志城

背景と目的

鉄筋コンクリート部材に対してグラウト注入などの補修や，損傷・劣化部のはつり除去等の判断を行うた
めには，精度良く内部欠陥を把握できる方法が必要である．新設構造物でのこれらの調査は非破壊または微破壊試験である必要があり，現状では，強度推定や損傷位置の判定には超音波法や衝撃弾性波法などが用いられている．衝撃弾性波法において主に行われている

図 1 センサー及び打撃点の水平配置図のは，表面2点間の弾性波伝搬速度や，片面からの入力波の内部反射による多重反射波の周波数解析などの手

表 1 センサー間距離と S/N 比法である．これらの手法では，事前に正確な供試体の打撃点基準の座標Ch.No.

寸法情報が必要であることや，実際には表面波と内部伝達波では速度差があるといった点で，測定精度向上の余地がある．
この精度向上の課題について，衝撃弾性波の伝搬経路がコンクリート面に対して平行または垂直以外の角度をもった設置方法（以下，斜角法）を提案し，検討

x(mm)

y(mm)

距離(mm) S/N⽐(dB)

Ch.1：インパルスハンマー

0.0

0.00.064.8

Ch.2：加速度センサー

0.0

30.0

30.0

59.7

Ch.3：加速度センサー

0.0

300.0

300.0

44.4

Ch.4：加速度センサー

120.0

400.0

417.6

36.2

Ch.5：加速度センサー

240.0

400.0

466.5

38.5

Ch.6：加速度センサー

360.0

400.0

538.1

40.1

Ch.7：加速度センサー

480.0

400.0

624.8

35.4

Ch.8：加速度センサー

600.0

400.0

721.1

41.0を進めている1)．斜角法の提案に際して弾性波到達時である．また，センサー位置および打撃点からの距離刻決定法（以下，決定法）の選定が求められる．弾性についての情報を得るために，加速度センサーを 7 個

波到達時刻（以下，到達時刻）は弾性波速度の算出に使用し，打撃時の時刻を正確に把握するためにインパ必要な指標であり，到達時刻算出の誤差が弾性波速度

ルスハンマーを用いて実験を行った．測定は同一条件に大きく影響する．同一平面での測定に関しては研究で 10 回行った．なお，加速度センサーは，コンクリーが進められているが，斜角面での打撃に関しては知見

ト面との間にグリスを塗布し，ビニールテープの張力が得られていない．本研究は斜角を有する打撃によりで押しつけた．センサー及び打撃点の水平配置図を図取得したデータに対して最も真値に近く誤差の少ない

1 に，センサー間距離と S/N 比を表 1 に示す．

決定法を選定すること，および，斜角での測定の波形3.の特徴を把握することを目的とする．

1)S/N 比の検討

データ処理概要

本実験では，斜角法によるデータ測定，各種決定法

波形を用いる試験では，信号値とノイズの比率であの評価基準となる真値の決定，各決定法の検討および，る S/N 比が重要である．式 1 を用いて S/N 比を算出し最低試験距離の設定について検討を行った．

た．表 1 に示す S/N 比は 10 回測定の平均である．

2.

実験概要
S ⁄N

実験には幅 850×高さ 850×奥行 550mm の大型コンクリート供試体を用いた．本供試体は，コンクリートの20 log

ここに，AS：信号振幅，AN：ノイズ振幅

228 日圧縮強度が 32.0N/mm で，実験時の材齢は 717 日
キーワード 非破壊試験，衝撃弾性波法，コンクリート，計算手法，データ分析
連絡先 〒761-8058 香川県高松市勅使町 355

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𝐴・・・
（式 1）
𝐴- V-324 -V-324

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2)真値の決定方法

10000

取得したデータに対して，比較の基準となる到達時0刻の真値を次のように求めた．閾値法をベースとし，-10000

各センサーにおいて，最大振幅の 1%の値を閾値とし，-20000

振幅の絶対値が閾値を超えた時点を弾性波の到達とす-30000時刻(μs)

0ることとし，その自動判定についてノイズ等によって

100

200

300400500600

700800700

800-40000-50000明らかに波形の開始でない波を検知していないことを-60000

全てのデータを確認した上で，明らかに異なる場合に-70000は目視により正しいと思われる波を指定し直した．本-80000

実験ではこの手法を目視法と呼称する．

目視法
閾値法20%
対称法
勾配法20%

閾値法1%
AIC法
勾配法1%
距離(mm)

図 2 各決定法の到達時刻の平均3)検討する決定法

450

本研究で検討した決定法の概要は次の通りである．
・閾値法：波形全体の最大振幅に比率を掛けた振幅を350

閾値として，閾値を超えた時刻を到達時刻とする手法．

300

閾値法1%
AIC法
勾配法1%

250

時刻(μs)

・勾配法：第 1 波の最大振幅に比率を掛けた振幅を閾値として，閾値を初めて超えた点とその半分の閾値を200150

初めて超えた点を直線で結び，その線の延長線と X 軸100の交点を到達時刻とする手法．

500・対称法：第 1 波の最大振幅の点と，その振幅の半分

0100

200

300

400500600

距離(mm)の閾値を初めて超えた点を直線で結び，その延長線と

図 3 各決定法の到達時刻の平均（軸拡大）

X 軸が交差する点を到達時刻とする手法．100%の勾配法と同等である．

目視法
閾値法20%
対称法
勾配法20%400差が発生する．
2)

・AIC 法：波形に対して赤池情報量基準(以下，AIC)

3) 閾値法において閾値が大きい場合，ノイズを誤認の計算を行い，得られた AIC 値が最小になる時刻を到識することはないが，真値と比較して時刻が遅く算出達時刻とする手法．

される傾向にある．閾値法は波形立ち上がりの波形の4.

傾きに直接的に影響を受けると考えられる．

実験結果

各測定において目視法 Ch.1 を基準として各決定法

4) 斜角を有する位置に配置したセンサーにおいて比の検討・考察を行う．図 2 に各決定法の到達時刻の平較的高い閾値を取る対称法と統計的手法である AIC 法均，図 3 に図 2 の縦軸を拡大したものを示す．

はノイズに強く，真値と近い結果を示した．

図 2 より，勾配法 1％および勾配法 20%の 300mm 以5) 打撃点からセンサーまでの距離が 400mm 以上の降では明らかに弾性波到達前を開始点と判断している

到達時刻について真値との誤差が小さくなる傾向が得ことがわかる．閾値法 1％の 300mm 以降においても同られたが，打撃方法，距離，伝播経路の角度，センサ様である．

ー設置面などの複合的要因が考えられるため，詳細な図 3 より，300mm 以降では AIC 法，対称法は目視検討が必要である．

法に近い分布となっている．閾値法 20％は目視法より6.

遅い位置を開始点として判断している傾向にある．

1) 上髙正寛，林和彦，長谷川雄基，北村大地，宇野洋

5.

志城：衝撃弾性波法におけるコンクリートの弾性波搬まとめ本研究で得られた知見を以下に示す．

参考文献

速度の計算手法に関する検討，土木学会全国大会第74

1) 勾配法や閾値法の低い閾値ではノイズを弾性波到

回年次学術講演会，V-581，2019

達として誤認識することがある．

2) 前田直樹：地震波自動処理システムにおける読み

2) 勾配法では，算出の過程に減算を行うため，ノイ取りおよび評価，地震 第2輯，38巻，3号，pp.365-379，

ズを波形開始と誤認識すると，他手法よりも大きい誤1985

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