JP2011247700A - Soundness diagnosing method, soundness diagnosing apparatus and soundness diagnosing program of concrete member - Google Patents
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Abstract
【課題】平常時には閉じているひび割れが剛性に与える影響も反映して構造部材の健全性を評価することができるようにする。
【解決手段】コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して横振動モードの固有振動数を測定することを基準時と評価時とで行い（Ｓ１）、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を診断する（Ｓ２）ようにした。
【選択図】図１The soundness of a structural member can be evaluated by reflecting the influence of a crack that is closed in normal times on rigidity.
The method is to measure the natural frequency of the transverse vibration mode by exciting the vibration of the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis while exciting the high frequency vibration of the longitudinal vibration mode in the member axis direction on the concrete member. (S1), and the soundness of the concrete member is diagnosed by comparing the natural frequency at the reference time with the natural frequency at the time of evaluation (S2).
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、コンクリート部材の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、地震や強風等の過大な外力若しくは構造材料の経年劣化によって発生するコンクリート部材の損傷を固有振動数測定に基づいて診断する技術に関する。 The present invention relates to a concrete member soundness diagnosis method, a soundness diagnosis device, and a soundness diagnosis program. More specifically, the present invention relates to a technique for diagnosing damage to a concrete member caused by an excessive external force such as an earthquake or strong wind or aged deterioration of a structural material based on natural frequency measurement.
土木建築材料として多用されている鉄筋コンクリート構造は、損傷・劣化現象がコンクリートのひび割れとして現れる。そして、通常は、鉄筋コンクリート構造部材の表面に現れるひび割れを目視で確認することによって損傷や劣化の程度を判断して健全性が評価される。 In reinforced concrete structures that are frequently used as civil engineering materials, damage and deterioration appear as cracks in the concrete. Usually, the soundness is evaluated by judging the degree of damage and deterioration by visually confirming cracks appearing on the surface of the reinforced concrete structural member.
また、目視では確認することができないコンクリート部材内部のひび割れも評価する方法として、鉄筋コンクリート構造物の剛性や固有振動数をモニタリングして建物の健全性を診断する方法もある。この方法では、ひび割れ発生前後で剛性や固有振動数を比較してこれらの値が変化していなければ健全である一方で値が変化している場合には健全性が損なわれて何らかの不具合があると判定される（特許文献１）。なお、コンクリート構造物や部材に損傷が発生して健全性が損なわれると当該コンクリート構造物や部材の固有振動数は一般的に低下する性質がある。 In addition, as a method of evaluating cracks inside a concrete member that cannot be visually confirmed, there is a method of diagnosing the soundness of a building by monitoring the rigidity and natural frequency of a reinforced concrete structure. In this method, the rigidity and natural frequency are compared before and after the occurrence of cracks. If these values do not change, the soundness is sound. (Patent Document 1). Note that when the concrete structure or member is damaged and the soundness is impaired, the natural frequency of the concrete structure or member generally decreases.
コンクリートに発生したひび割れの中には、例えば地震を受けて地震中の揺れている状態では開いているが、地震後には完全に閉じてしまうものがある。そして、ひび割れが閉じてしまうとひび割れによる剛性の低下を小さく見積もってしまい健全性の評価を誤ってしまう虞がある。すなわち、一旦発生してしまったひび割れは次の地震による揺れによって再び開くので、コンクリート部材の健全性評価においては、平常時には閉じてしまっているひび割れも本来は考慮されなければならない。 Some cracks that occur in concrete, for example, are open in the state of shaking during an earthquake, but close completely after the earthquake. And if a crack closes, the fall of the rigidity by a crack will be estimated small, and there exists a possibility that soundness evaluation may be mistaken. That is, once a crack has occurred, it is reopened due to the shaking caused by the next earthquake. Therefore, in a soundness evaluation of a concrete member, a crack that is normally closed must be taken into consideration.
しかしながら、特許文献１の建物の健全性診断法では、閉じてしまったひび割れが構造部材の剛性に与える影響を健全性の評価に反映することはできない。 However, according to the soundness diagnostic method for buildings disclosed in Patent Document 1, it is not possible to reflect the effect of the closed crack on the rigidity of the structural member in the soundness evaluation.
そこで、本発明は、平常時には閉じているひび割れが剛性に与える影響も反映して構造部材の健全性を評価することができるコンクリート部材の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a soundness diagnosis method, a soundness diagnosis apparatus, and a soundness diagnosis program for a concrete member that can evaluate the soundness of a structural member reflecting the influence of a crack that is closed in normal times on rigidity. The purpose is to provide.
本発明者は、平常時には閉じているひび割れが剛性に与える影響も反映し得るコンクリート部材の健全性評価方法の検討を行う中で、コンクリート部材に高周波振動を励起した上で固有振動数を測定することで閉じているひび割れの影響も反映し得ることを突き止めた。本発明に特有のこの技術的思想の妥当性を検証するための試験（以下、検証試験と呼ぶ）を以下に説明する。なお、本発明では、コンクリート部材に人為的に振動を生じさせることを「振動を励起する」若しくは「振動モードを励起する」という。 The present inventor measures the natural frequency after exciting high frequency vibration in the concrete member while examining the soundness evaluation method of the concrete member that can reflect the influence of the crack that is closed in normal times on the rigidity. It was found that this could also reflect the effect of closed cracks. A test for verifying the validity of this technical idea unique to the present invention (hereinafter referred to as a verification test) will be described below. In the present invention, artificially generating vibration in a concrete member is referred to as “exciting vibration” or “exciting vibration mode”.
検証試験として、異型鉄筋Ｄ１０が四本配筋された外形寸法１０×１０×１００〔cm〕の鉄筋コンクリート試験柱を用い、１）無載荷自由振動試験，２）高周波スイープ試験，３）高周波付与自由振動試験を行った。なお、鉄筋コンクリート試験柱として、打設後４週間は２０℃で水中養生しその後４週間は２０℃で気中養生した直後のもの（言い換えると、人為的な損傷を有しないもの）を用いた。 As verification tests, we used reinforced concrete test columns with external dimensions of 10 × 10 × 100 [cm] with four atypical reinforcing bars D10, 1) no-load free vibration test, 2) high frequency sweep test, 3) free high frequency application A vibration test was performed. In addition, as a reinforced concrete test column, a column immediately after being placed under water at 20 ° C. for 4 weeks after placing and then aged at 20 ° C. for 4 weeks (in other words, one having no human damage) was used.
鉄筋コンクリート試験柱１（以下、単に試験柱１と呼ぶ）は、図３に示すように、部材軸方向(即ち上下方向)両端の境界条件を自由端(上端)−完全固定(下端)とした。そして、部材軸方向に高周波振動を付与して縦振動モードを励起したり、縦振動モードを励起した上で自由端側を部材軸直角方向に打撃して横振動モードを更に励起したりして、加速度計によって部材の自由振動を計測した。なお、図３中、記号●は水平成分Ｘ軸方向の振動，記号▲は水平成分Ｙ軸方向の振動，記号■は垂直成分Ｚ軸方向の振動をそれぞれ計測する加速度計の設置位置を示す。なお、水平成分(Ｘ軸方向，Ｙ軸方向)を計測する加速度計は低振動数域に感度を有する１０Ｇセンサを用い、垂直成分(Ｚ軸方向)を計測する加速度計は高周波数範囲まで感度を有する５０Ｇセンサを用いた。 As shown in FIG. 3, the reinforced concrete test column 1 (hereinafter simply referred to as the test column 1) has a boundary condition of both ends in the member axial direction (that is, the vertical direction) as a free end (upper end) −completely fixed (lower end). Then, high-frequency vibration is applied in the member axis direction to excite the longitudinal vibration mode, or after exciting the longitudinal vibration mode, the free end side is struck in the direction perpendicular to the member axis to further excite the transverse vibration mode. The free vibration of the member was measured with an accelerometer. In FIG. 3, the symbol ● indicates the vibration in the horizontal component X-axis direction, the symbol ▲ indicates the vibration in the horizontal component Y-axis direction, and the symbol ■ indicates the installation position of the accelerometer that measures the vibration in the vertical component Z-axis direction. The accelerometer that measures the horizontal component (X-axis direction and Y-axis direction) uses a 10G sensor that has sensitivity in the low frequency range, and the accelerometer that measures the vertical component (Z-axis direction) is sensitive to the high frequency range. A 50G sensor having
試験柱１の下端部は、具体的には、二枚の鋼製ベース板２，２を介して振動台３にボルト四本によって完全固定した。 Specifically, the lower end portion of the test column 1 was completely fixed to the vibration table 3 with four bolts via the two steel base plates 2 and 2.
試験柱１の上端部には高周波振動を付与するための二つの圧電アクチュエータ４，４（最大荷重３．５〔kN〕）を設置した。圧電アクチュエータ４は荷重計５と共にアルミ製留め具６と鋼製キャップ板７とで挟み込んで固定し、さらに、アルミ製留め具６は固定用金具６ａによって試験柱１の上端寄りの位置に固定した。 Two piezoelectric actuators 4 and 4 (maximum load 3.5 [kN]) for applying high-frequency vibration were installed at the upper end of the test column 1. The piezoelectric actuator 4 is fixed by being sandwiched between an aluminum fastener 6 and a steel cap plate 7 together with a load meter 5, and the aluminum fastener 6 is fixed at a position near the upper end of the test column 1 by a fixing bracket 6a. .
上述の構成により、圧電アクチュエータ４に発生する部材軸方向の高周波荷重は荷重計５とアルミ製留め具６と鋼製キャップ板７とを介して試験柱１に伝達され、試験柱１の上端付近に部材軸方向の高周波ひずみが発生し、その結果として試験柱１に部材軸方向の縦振動モードが励起される。 With the above-described configuration, the high-frequency load in the axial direction of the member generated in the piezoelectric actuator 4 is transmitted to the test column 1 via the load meter 5, the aluminum fastener 6, and the steel cap plate 7, and near the upper end of the test column 1. As a result, a longitudinal vibration mode in the member axial direction is excited in the test column 1.
また、鋼製キャップ板７の図３中記号●の位置をＸ軸(即ち部材軸直角方向)の負の向きにハンマーで打撃することによって横振動モードの自由振動が励起される。 Further, the free vibration of the transverse vibration mode is excited by striking the position of the symbol ● in the steel cap plate 7 with a hammer in the negative direction of the X axis (that is, the direction perpendicular to the member axis).
そして、二つの圧電アクチュエータ４，４の発生荷重、及び、試験柱１の部材軸方向下端Ａから上端Ｅまでの等間隔五箇所での加速度を測定項目とし、時間刻み１００〔μ秒〕で時系列データを記録した。 Then, the load generated by the two piezoelectric actuators 4 and 4 and the acceleration at five equidistant points from the lower end A to the upper end E in the member axis direction of the test column 1 are measured items, and the time is 100 [μsec]. Series data was recorded.
１）無載荷自由振動試験
無載荷自由振動試験は、打撃時の最大応答が１，２，３，５，１０〔Ｇ〕の五種類になるようにハンマーによる打撃力を変えて励起させた部材軸直角方向の横振動モードの自由振動データを記録することによって行った。なお、本試験では試験柱１に高周波振動を付与しないので無載荷時における試験柱１の部材軸直角方向の横振動モードに関するデータが得られる。そして、記録された自由振動データを用い、減衰波形を自己回帰モデル（Ａutoregressive model：ＡＲモデルとも呼ばれる）に当てはめて固有振動数と減衰定数とを推定した。
1) No-load free vibration test The no-load free vibration test is a member excited by changing the striking force with a hammer so that the maximum response at impact is five types of 1, 2, 3, 5, 10 [G]. This was done by recording free vibration data of transverse vibration mode in the direction perpendicular to the axis. In this test, since no high-frequency vibration is applied to the test column 1, data on the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis of the test column 1 when no load is applied can be obtained. Then, using the recorded free vibration data, a damping waveform was applied to an autoregressive model (also referred to as an AR model) to estimate a natural frequency and a damping constant.
無載荷自由振動試験により、無載荷時における横振動モードの打撃時最大応答別の振幅−固有振動数の関係として図４に示す結果が得られると共に振幅−減衰の関係として図５に示す結果が得られた。 As a result of the no-load free vibration test, the result shown in FIG. 4 is obtained as the relationship between the amplitude and the natural frequency for each maximum response at the time of impact in the transverse vibration mode when there is no load, and the result shown in FIG. Obtained.
図４に示す結果から、振幅が大きくなるほど固有振動数は小さくなることが確認される。これは、揺れ幅が大きくなるとコンクリートの剛性が低下して振動数が小さくなって周期が長くなるという固有振動数の振動振幅依存性が現れているためと考えられる。 From the results shown in FIG. 4, it is confirmed that the natural frequency decreases as the amplitude increases. This is considered to be due to the vibration amplitude dependence of the natural frequency in which the stiffness of the concrete decreases, the frequency decreases and the period increases as the swing width increases.
また、図５に示す結果から、振幅が大きくなるほど減衰は大きくなる傾向が確認される。これは、揺れ幅が大きくなるとコンクリートの内部摩擦が増加して減衰が大きくなるという減衰の振動振幅依存性が現れているためと考えられる。 Further, from the results shown in FIG. 5, it is confirmed that the attenuation tends to increase as the amplitude increases. This is considered to be due to the vibration amplitude dependence of the damping, in which the internal friction of the concrete increases and the damping increases as the swing width increases.
なお、ハンマーで打撃することによって試験柱１に外部要因によるものとしての実損傷が発生していないことを確認するため、五種類の打撃力を与えて計測を行った後に加速度１〔Ｇ〕の打撃を再度与えて計測を行った。図４における加速度１〔Ｇ〕での１回目の打撃の場合（図中記号○）と２回目の打撃の場合（図中記号▼）との結果を比較すると、１回目と比較した場合の２回目の固有振動数の低下量は非常に小さく、今回の試験条件であれば打撃を与えても試験体の状態は変化しないことが確認される。 In addition, in order to confirm that the actual damage as a result of external factors has not occurred in the test column 1 by hitting with a hammer, the acceleration of 1 [G] is measured after measurement with five types of hitting forces. The measurement was performed with a blow again. When comparing the results of the first impact with the acceleration 1 [G] in FIG. 4 (symbol ◯ in the figure) and the second impact (symbol ▼ in the figure), it is 2 when compared with the first impact. The amount of decrease in the natural frequency of the second round is very small, and it is confirmed that the state of the test specimen does not change even if an impact is given under the current test conditions.
２）高周波スイープ試験
高周波スイープ試験は、一定振幅の正弦波電圧(３０〔Ｖ〕)をピエゾアンプから二つの圧電アクチュエータ４，４に等しく入力し、周波数５０〔Hz〕から３０００〔Hz〕までの連続スイープ波(５０秒間)によって試験柱１を加振することによって行った。なお、本試験では高周波振動を付与することで励起される試験柱１の部材軸方向の縦振動モードに関するデータが得られる。
2) High-frequency sweep test In the high-frequency sweep test, a sine wave voltage (30 [V]) with a constant amplitude is inputted equally to the two piezoelectric actuators 4 and 4 from a piezo amplifier, and the frequency from 50 [Hz] to 3000 [Hz]. The test column 1 was vibrated by a continuous sweep wave (50 seconds). In this test, data relating to the longitudinal vibration mode in the member axial direction of the test column 1 excited by applying high-frequency vibration is obtained.
高周波スイープ試験により、計測点Ｃ・Ｅ別の部材軸方向(Ｚ軸方向)の周波数−加速度振幅の関係として図６に示す結果が得られ、計測点Ｃ・Ｅ別の部材軸直角方向(Ｘ軸方向)の周波数−加速度振幅の関係として図７に示す結果が得られた。 The result shown in FIG. 6 is obtained as a relationship between the frequency and acceleration amplitude in the member axis direction (Z-axis direction) for each of the measurement points C and E by the high-frequency sweep test. The result shown in FIG. 7 was obtained as the relationship between the frequency in the axial direction and the acceleration amplitude.
図６に示す結果から、Ｚ軸方向に卓越する共振ピークとして周波数７０７〔Hz〕，１２９１〔Hz〕及び２１１１〔Hz〕の三つが確認される。また、図７に示す結果から、前記三つの周波数ではＸ軸方向にも共振ピークが存在することが確認される。 From the results shown in FIG. 6, three frequencies 707 [Hz], 1291 [Hz] and 2111 [Hz] are confirmed as resonance peaks that are dominant in the Z-axis direction. Also, from the results shown in FIG. 7, it is confirmed that resonance peaks also exist in the X-axis direction at the three frequencies.
そして、前記三つの共振ピークに着目し、高周波スイープ試験に基づく試験柱１の共振時の振動モード形状を推定して図８に示す結果が得られた。 Then, paying attention to the three resonance peaks, the vibration mode shape at the time of resonance of the test column 1 based on the high frequency sweep test was estimated, and the result shown in FIG. 8 was obtained.
図８(Ａ)に示す結果から、周波数７０７〔Hz〕及び２１１１〔Hz〕のＺ軸方向の振動モード形状はそれぞれ１次と２次とのモード形状の特徴を示し、周波数１２９１〔Hz〕のＺ軸方向の振動モード形状は１次と２次との両方のモード形状の特徴が含まれていることが確認される。また、図８(Ｂ)に示す結果から、前記三つの振動特性はＸ軸方向には３次モードとして応答していることが確認される。 From the results shown in FIG. 8 (A), the vibration mode shapes in the Z-axis direction at frequencies 707 [Hz] and 2111 [Hz] show the characteristics of the primary and secondary mode shapes, respectively, and have the frequency of 1291 [Hz]. It is confirmed that the vibration mode shape in the Z-axis direction includes characteristics of both primary and secondary mode shapes. Further, from the result shown in FIG. 8B, it is confirmed that the three vibration characteristics respond as a tertiary mode in the X-axis direction.
以上より、共振周波数７０７〔Hz〕及び２１１１〔Hz〕は１次と２次との縦振動モードに対応し、共振周波数１２９１〔Hz〕は横振動モードと縦振動モードとが混在したモードに対応していると考えられる。 From the above, the resonance frequencies 707 [Hz] and 2111 [Hz] correspond to the primary and secondary longitudinal vibration modes, and the resonance frequency 1291 [Hz] corresponds to the mode in which the transverse vibration mode and the longitudinal vibration mode coexist. it seems to do.
３）高周波付与自由振動試験
高周波振動を付与した状態での自由振動試験は、周波数と振幅とを固定した正弦波電圧を二つの圧電アクチュエータ４，４に同位相で入力して試験柱１を部材軸方向の縦振動モードで定常振動させた状態でハンマー打撃によって励起した部材軸直角方向の横振動モードの自由振動データを記録することによって行った。そして、記録された自由振動データを用い、無載荷自由振動試験と同様に、減衰波形を自己回帰モデルに当てはめて固有振動数と減衰定数とを推定した。本試験では、高周波振動が付与された状態で励起される試験柱１の部材軸直角方向の横振動モードに関するデータが得られる。
3) High-frequency imparted free vibration test In the free vibration test with high-frequency vibration applied, a sine wave voltage with a fixed frequency and amplitude is input to the two piezoelectric actuators 4 and 4 in the same phase, and the test column 1 is a member This was performed by recording free vibration data in the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis excited by hammering in a state of steady vibration in the longitudinal vibration mode in the axial direction. Then, using the recorded free vibration data, the natural frequency and the damping constant were estimated by applying the damping waveform to the autoregressive model as in the no-load free vibration test. In this test, data relating to the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis of the test column 1 excited in a state where high-frequency vibration is applied is obtained.
上述の高周波スイープ試験の結果に基づいて周波数７０７〔Hz〕，１２９１〔Hz〕及び２１１１〔Hz〕の三つの加振周波数を高周波振動として付与した状態での横振動モードの自由振動試験を行い、加振周波数別に、横振動モードの加速度振幅−振動数の関係として図９に示す結果が得られた。図９では、圧電アクチュエータ４，４の荷重値(高周波振幅)について二段階の結果と共に前述の無載荷自由振動試験の結果(図４)が無載荷(高周波なし)として整理されている。 Based on the result of the above-described high-frequency sweep test, a free vibration test in a transverse vibration mode is performed in a state where three excitation frequencies of frequencies 707 [Hz], 1291 [Hz] and 2111 [Hz] are applied as high-frequency vibrations, The results shown in FIG. 9 were obtained as the relationship between the acceleration amplitude and the frequency in the transverse vibration mode for each excitation frequency. In FIG. 9, the results of the above-mentioned no-load free vibration test (FIG. 4) are arranged as no load (no high frequency) together with the two-stage results for the load values (high frequency amplitude) of the piezoelectric actuators 4 and 4.
図９に示す結果から、いずれの加振周波数においても高周波振動を与えることによって無載荷時よりも固有振動数が低下する傾向が確認され、加振周波数が１２９１〔Hz〕の場合に特に顕著にこの傾向が現れていることが確認される。なお、本検証試験では養生直後であって外部要因による実損傷が発生していない試験柱を用いているので、モルタルと骨材との間に微細なクラックが存在して当該クラックが影響して図９に示される傾向が現れると考えられる。 From the results shown in FIG. 9, it is confirmed that the natural frequency tends to be lower than when no load is applied by applying high-frequency vibration at any excitation frequency. This is particularly remarkable when the excitation frequency is 1291 [Hz]. It is confirmed that this tendency appears. In this verification test, a test column that is immediately after curing and that does not cause actual damage due to external factors is used, so there is a fine crack between the mortar and the aggregate, and the crack is affected. It is considered that the tendency shown in FIG. 9 appears.
このことから、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モード(疎密波)を励起することによって平常時には閉じているひび割れを開かせた若しくは滑らせた状態での剛性の評価が可能であり、コンクリート部材に高周波振動を励起した上で固有振動数や剛性を測定することで閉じているひび割れの影響も反映するという本発明に特有の技術的思想の妥当性が確認される。なお、本検証試験では試験柱１は鉄筋コンクリート構造部材であるが、本検証試験によって得られる知見はコンクリート部分に生じているひび割れの影響を反映することができるということであり、すなわち鉄筋が配筋されているか否かは問題ではないので、上記の技術的思想は鉄筋を有しないコンクリート部材に対しても当てはめ得るものである。 From this, it is possible to evaluate the rigidity in a state where the cracks that are normally closed are opened or slid by exciting a longitudinal vibration mode (dense wave) in the axial direction of the concrete member. The validity of the technical idea peculiar to the present invention that reflects the influence of the closed cracks by measuring the natural frequency and rigidity after exciting high frequency vibrations is confirmed. In this verification test, test column 1 is a reinforced concrete structural member, but the knowledge obtained by this verification test is that the effect of cracks occurring in the concrete portion can be reflected, that is, the reinforcing bars are arranged. Since it does not matter whether or not it is done, the above technical idea can be applied to a concrete member having no reinforcing bars.
付け加えると、一般に、梁や柱などの構造部材においては部材軸方向の縦振動モードの固有振動数は部材軸直角方向の横振動モードの固有振動数よりも高い。したがって、横振動モードが１周期繰り返される間に縦振動モードは何度も繰り返されるので、横振動モードが１周期発生する間に縦振動モードによってひび割れの開閉は何度も繰り返されることになる。よって、縦振動モードを励起した状態での横振動モードには、ひび割れが閉じている時の剛性に加えてひび割れが開いている時の剛性も反映されることになり、平常時には閉じているひび割れが剛性に与える影響が反映される。 In addition, in general, in a structural member such as a beam or a column, the natural frequency of the longitudinal vibration mode in the member axis direction is higher than the natural frequency of the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis. Therefore, since the longitudinal vibration mode is repeated many times while the transverse vibration mode is repeated for one cycle, the opening and closing of cracks is repeated many times by the longitudinal vibration mode while the transverse vibration mode is generated for one cycle. Therefore, the transverse vibration mode with the longitudinal vibration mode excited reflects the rigidity when the crack is open in addition to the rigidity when the crack is closed. This reflects the effect of the stiffness on the stiffness.
また、加振周波数が１２９１〔Hz〕の場合に、高周波加振の荷重振幅を増加させると加速度振幅と共に固有振動数が低下する性質(即ち固有振動数の振動振幅依存性)が緩和される（荷重振幅別のプロット群の右下がりの傾きが緩やかになる）傾向も確認される。この現象は、コンクリート内部のモルタルと骨材との間のクラックが高周波振動によって開閉し、高周波振動が強くなるほど開くクラックの数が増加して弾性係数が低下するというメカニズムによって説明できる。特に、固有振動数の振動振幅依存性の緩和現象は、自由振動を励起させるための打撃力が小さくてもコンクリートの正しい剛性評価が可能であることを示唆しており、損傷を拡大させない診断が可能であることが確認される。 Further, when the excitation frequency is 1291 [Hz], the property that the natural frequency decreases with the acceleration amplitude when the load amplitude of high-frequency excitation is increased (that is, the vibration amplitude dependency of the natural frequency) is relaxed ( There is also a tendency for the slope of the right-hand side of the plot group by load amplitude to become gentle. This phenomenon can be explained by a mechanism in which the crack between the mortar and the aggregate in the concrete is opened and closed by high-frequency vibration, and the number of cracks that open increases as the high-frequency vibration becomes stronger and the elastic modulus decreases. In particular, the relaxation phenomenon depending on the vibration amplitude dependence of the natural frequency suggests that the correct rigidity evaluation of concrete is possible even if the striking force for exciting free vibration is small, and the diagnosis that does not expand the damage It is confirmed that it is possible.
本発明は上述の知見に基づくものであり、具体的には、請求項１記載のコンクリート部材の健全性診断方法は、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して横振動モードの固有振動数を測定することを基準時と評価時とで行い、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を診断するようにしている。 The present invention is based on the above-mentioned knowledge. Specifically, the soundness diagnosis method for a concrete member according to claim 1 is a member in a state in which high-frequency vibration in a longitudinal vibration mode in the member axial direction is excited on the concrete member. Excitation of transverse vibration mode in the direction perpendicular to the axis to measure the natural frequency of the transverse vibration mode is performed at the reference time and at the evaluation time, and the natural frequency at the reference time and the natural frequency at the evaluation time are compared. By doing so, the soundness of the concrete member is diagnosed.
また、請求項３記載のコンクリート部材の健全性診断装置は、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して計測された基準時の横振動モードの振動データ及び評価時の横振動モードの振動データが蓄積されている記憶手段と、該記憶手段から基準時の横振動モードの振動データを読み込む手段と、記憶手段から評価時の横振動モードの振動データを読み込む手段と、基準時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する手段と、評価時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する手段と、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を判定する手段とを有するようにしている。 Further, the soundness diagnostic apparatus for a concrete member according to claim 3 is measured by exciting the vibration in the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis in the state where the high frequency vibration in the longitudinal vibration mode in the member axis direction is excited in the concrete member. Storage means for storing vibration data of the transverse vibration mode at the reference time and vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation, means for reading vibration data of the transverse vibration mode at the reference time from the storage means, and from the storage means Means for reading the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation, means for calculating the natural frequency using the vibration data of the transverse vibration mode at the reference time, and the natural frequency using the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation And means for determining the soundness of the concrete member by comparing the natural frequency at the reference time and the natural frequency at the time of evaluation.
また、請求項５記載のコンクリート部材の健全性診断プログラムは、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して計測された基準時の横振動モードの振動データが蓄積されている基準時振動データベース及び評価時の横振動モードの振動データが蓄積されている評価時振動データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、基準時振動データベースから基準時の横振動モードの振動データを読み込む処理と、評価時振動データベースから評価時の横振動モードの振動データを読み込む処理と、基準時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する処理と、評価時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する処理と、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を判定する処理とを行わせるようにしている。 Further, the concrete member health diagnosis program according to claim 5 is measured by exciting a vibration in a transverse vibration mode in a direction perpendicular to the member axis in a state where a high frequency vibration in a longitudinal vibration mode in the member axis direction is excited in the concrete member. A computer capable of accessing a storage means storing a reference vibration database storing vibration data of a reference transverse vibration mode and an evaluation vibration database storing vibration data of an evaluation transverse vibration mode In addition, the process of reading the vibration data of the transverse vibration mode at the reference time from the vibration database of the reference time, the process of reading the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation from the vibration database at the time of evaluation, and the vibration data of the transverse vibration mode at the reference time To calculate the natural frequency using the processing to calculate the natural frequency and the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation And management, so that to perform a process of determining the integrity of the concrete member by comparing the reference natural frequency at the time of evaluation with the natural frequency of the time.
したがって、これらのコンクリート部材の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによると、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して計測された横振動モードの振動データを用いて計算される固有振動に基づいてコンクリート部材の健全性を判定するようにしているので、平常時には閉じているひび割れを開かせた若しくは滑らせた状態でのコンクリート部材の剛性が評価される。 Therefore, according to the soundness diagnosis method, soundness diagnosis apparatus, and soundness diagnosis program of these concrete members, the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis is excited in the state where the high frequency vibration in the longitudinal vibration mode in the member axis direction is excited in the concrete member. Because the soundness of concrete members is judged based on the natural vibration calculated using the vibration data of the transverse vibration mode measured by exciting the vibration of the concrete, the closed crack was opened in normal times. Or the rigidity of the concrete member in the slid state is evaluated.
また、請求項２，４，６記載の発明は、請求項１，３，５記載のコンクリート部材の健全性診断方法，健全性診断装置，健全性診断プログラムにおいて、縦振動モードの高周波振動の振動数が縦振動モードの共振周波数であるようにしている。この場合には、縦振動モードの共振周波数でコンクリート部材を高周波振動させることになるので、コンクリート部材の縦振動モードの応答が大きくなって閉じたひび割れが開いてスリップが起こり易くなる。その結果として、閉じた状態のひび割れを考慮したコンクリート部材の剛性や損傷が正しく評価できるようになる。 Further, the inventions according to claims 2, 4 and 6 are the vibration diagnosis of the high frequency vibration of the longitudinal vibration mode in the soundness diagnosis method, soundness diagnosis apparatus and soundness diagnosis program for concrete members according to claims 1, 3 and 5, respectively. The number is the resonance frequency of the longitudinal vibration mode. In this case, since the concrete member is vibrated at a high frequency with the resonance frequency of the longitudinal vibration mode, the response of the concrete member in the longitudinal vibration mode is increased, and the closed crack is opened and slipping is likely to occur. As a result, it is possible to correctly evaluate the rigidity and damage of the concrete member in consideration of the closed crack.
請求項１，３，５記載のコンクリート部材の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、平常時には閉じているひび割れを開かせた若しくは滑らせた状態でのコンクリート部材の剛性を評価することができるので、平常時には閉じているひび割れが剛性に与える影響も反映してコンクリート部材の健全性を判定することができ、健全性診断の性能の向上を図り、有用性と信頼性との向上を図ることが可能になる。 According to the soundness diagnosis method, soundness diagnosis apparatus, and soundness diagnosis program for concrete members according to claims 1, 3, and 5, the concrete member in a state in which a crack that is normally closed is opened or slid. Since the rigidity can be evaluated, the soundness of concrete members can be judged reflecting the influence of closed cracks on the rigidity under normal conditions, and the performance of soundness diagnosis is improved. It is possible to improve the performance.
また、請求項２，４，６記載のコンクリート部材の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、さらに、コンクリート部材の縦振動モードの応答を大きくして閉じたひび割れを開かせてスリップを起こり易くすることができるので、平常時には閉じているひび割れが剛性に与える影響をより一層確実に反映してコンクリート部材の健全性を判定することができ、健全性診断の性能・精度の更なる向上を図り、有用性と信頼性との更なる向上を図ることが可能になる。 In addition, according to the soundness diagnosis method, soundness diagnosis apparatus, and soundness diagnosis program for a concrete member according to claims 2, 4 and 6, further, the crack in the concrete member is increased by increasing the response of the longitudinal vibration mode. Since it can be easily opened and slipped, it is possible to judge the soundness of concrete members more accurately reflecting the effect of cracks that are closed in normal times on rigidity. It is possible to further improve accuracy and to further improve usability and reliability.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
図１及び図２に、本発明のコンクリート部材の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムの実施形態の一例を示す。本発明のコンクリート部材の健全性診断方法は、図１に示すように、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して横振動モードの固有振動数を測定することを基準時と評価時とで行い（Ｓ１）、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を診断する（Ｓ２）ようにしている。 FIG. 1 and FIG. 2 show an example of embodiments of a soundness diagnosis method, a soundness diagnosis apparatus, and a soundness diagnosis program for a concrete member of the present invention. As shown in FIG. 1, the method for diagnosing the soundness of a concrete member according to the present invention excites a vibration in a transverse vibration mode in a direction perpendicular to the member axis while exciting high frequency vibration in a longitudinal vibration mode in the member axis direction on the concrete member. The natural frequency of the transverse vibration mode is measured at the reference time and the evaluation time (S1), and the soundness of the concrete member is determined by comparing the natural frequency at the reference time with the natural frequency at the time of evaluation. Diagnose (S2).
また、本発明のコンクリート部材の健全性診断装置は、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して計測された基準時の横振動モードの振動データ及び評価時の横振動モードの振動データが蓄積されている記憶手段(１６)と、該記憶手段(１６)から基準時の横振動モードの振動データを読み込む手段(１１ａ)と、記憶手段(１６)から評価時の横振動モードの振動データを読み込む手段(１１ｂ)と、基準時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する手段(１１ｃ)と、評価時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する手段(１１ｄ)と、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を判定する手段(１１ｅ)とを備えている。 In addition, the soundness diagnostic apparatus for a concrete member according to the present invention is a standard measured by exciting a vibration in a transverse vibration mode in a direction perpendicular to the member axis in a state where a high frequency vibration in a longitudinal vibration mode in the member axis direction is excited in the concrete member. Storage means (16) storing the vibration data of the transverse vibration mode at the time and the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation, and means for reading the vibration data of the reference transverse vibration mode from the storage means (16) ( 11a), means (11b) for reading the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation from the storage means (16), and means (11c) for calculating the natural frequency using the vibration data of the transverse vibration mode at the reference time The means (11d) for calculating the natural frequency using the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation and the soundness of the concrete member are compared by comparing the natural frequency at the reference time and the natural frequency at the time of evaluation. And a constant to means (11e).
上述のコンクリート部材の健全性診断方法及びコンクリート部材の健全性診断装置は、本発明のコンクリート部材の健全性診断プログラムをコンピュータ上で実行することによっても実現される。本発明のコンクリート部材の健全性診断プログラムは、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して計測された基準時の横振動モードの振動データが蓄積されている基準時振動データベース及び評価時の横振動モードの振動データが蓄積されている評価時振動データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、基準時振動データベースから基準時の横振動モードの振動データを読み込む処理と、評価時振動データベースから評価時の横振動モードの振動データを読み込む処理と、基準時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する処理と、評価時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する処理と、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を判定する処理とを行わせるようにしている。 The above-described concrete member soundness diagnosis method and concrete member soundness diagnosis device can also be realized by executing the concrete member soundness diagnosis program of the present invention on a computer. The concrete member soundness diagnosis program of the present invention is based on the reference time measured by exciting the vibration of the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis while exciting the high frequency vibration of the longitudinal vibration mode in the member axis direction on the concrete member. The reference time database is connected to the computer that can access the storage means storing the reference vibration database storing the vibration data of the transverse vibration mode and the evaluation vibration database storing the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation. Processing to read the vibration data of the transverse vibration mode at the reference time from the vibration database, processing to read the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation from the vibration database at the time of evaluation, and natural vibration using the vibration data of the transverse vibration mode at the reference time Processing to calculate the natural frequency using the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation, the standard So that to perform a process of determining the integrity of the concrete member by comparing the natural frequency and the rated natural frequency at the time.
本実施形態では、コンクリート部材の健全性診断プログラムをコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。 In this embodiment, a case where a concrete member soundness diagnosis program is executed on a computer will be described as an example.
コンクリート部材の健全性診断プログラム１７を実行するためのコンピュータ１０（即ちコンクリート部材の健全性診断装置１０；以下、単に健全性診断装置１０と呼ぶ）の全体構成を図２に示す。この健全性診断装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４及びメモリ１５を備え相互にバス等の信号回線により接続されている。また、健全性診断装置１０にはデータサーバ１６がバス等の信号回線により接続されており、その信号回線を介して相互にデータや制御指令等の信号の送受信（即ち出入力）が行われる。 FIG. 2 shows an overall configuration of a computer 10 (that is, a concrete member soundness diagnosis apparatus 10; hereinafter simply referred to as a soundness diagnosis apparatus 10) for executing the concrete member soundness diagnosis program 17. The soundness diagnosis apparatus 10 includes a control unit 11, a storage unit 12, an input unit 13, a display unit 14, and a memory 15, and is connected to each other by a signal line such as a bus. The health diagnostic apparatus 10 is connected to a data server 16 through a signal line such as a bus, and signals such as data and control commands are transmitted and received (that is, input / output) through the signal line.
制御部１１は記憶部１２に記憶されているコンクリート部材の健全性診断プログラム１７によって健全性診断装置１０全体の制御並びにコンクリート部材の健全性の診断に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。記憶部１２は少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。メモリ１５は制御部１１が各種の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）である。 The control unit 11 performs the calculation related to the control of the whole soundness diagnosis apparatus 10 and the soundness diagnosis of the concrete member by the soundness diagnosis program 17 of the concrete member stored in the storage unit 12. Arithmetic processing unit). The storage unit 12 is a device that can store at least data and programs, and is, for example, a hard disk. The memory 15 serves as a memory space that is a work area when the control unit 11 executes various controls and calculations, and is, for example, a RAM (abbreviation of Random Access Memory).
入力部１３は少なくとも作業者の命令を制御部１１に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。 The input unit 13 is an interface for giving at least an operator's command to the control unit 11, and is, for example, a keyboard.
表示部１４は制御部１１の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。 The display unit 14 performs drawing / display of characters, graphics, and the like under the control of the control unit 11, and is a display, for example.
そして、コンクリート部材の健全性診断プログラム１７を実行することにより、データサーバ１６にアクセス可能なコンピュータである健全性診断装置１０の制御部１１には、基準時振動データベース１８から基準時の横振動モードの振動データを読み込む処理を行う基準時振動データ読込部１１ａと、評価時振動データベース１９から評価時の横振動モードの振動データを読み込む処理を行う評価時振動データ読込部１１ｂと、基準時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する処理を行う基準時固有振動数計算部１１ｃと、評価時の横振動モードの振動データを用いて固有振動数を計算する処理を行う評価時固有振動数計算部１１ｄと、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数とを比較することによってコンクリート部材の健全性を判定する処理を行う健全性判定部１１ｅとが構成される。 Then, by executing the concrete member soundness diagnosis program 17, the control unit 11 of the soundness diagnosis device 10 which is a computer accessible to the data server 16 receives the reference time vibration database 18 from the reference time vibration database 18. Reference vibration data reading unit 11a that performs processing of reading vibration data of the vibration, evaluation vibration data reading unit 11b that performs processing of reading vibration data of the lateral vibration mode at the time of evaluation from the vibration database 19 at evaluation time, and lateral at the reference time Reference natural frequency calculation unit 11c that performs processing for calculating natural frequency using vibration data of vibration mode, and evaluation time that performs processing for calculating natural frequency using vibration data of lateral vibration mode at the time of evaluation By comparing the natural frequency calculation unit 11d with the natural frequency at the reference time and the natural frequency at the time of evaluation, the concrete part And soundness determination unit 11e for performing processing soundness determining is configured.
なお、本実施形態では、データサーバ１６が、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して計測された基準時の横振動モードの振動データが蓄積されている基準時振動データベース１８及び評価時の横振動モードの振動データが蓄積されている評価時振動データベース１９が格納されている記憶手段として機能する。 In the present embodiment, the data server 16 is measured at the reference time measured by exciting the vibration in the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis while exciting the high frequency vibration in the longitudinal vibration mode in the member axis direction on the concrete member. It functions as a storage means in which a reference vibration database 18 in which vibration data in the transverse vibration mode is accumulated and an evaluation vibration database 19 in which vibration data in the transverse vibration mode at the time of evaluation is accumulated are stored.
本発明の実施にあたっては、まず、コンクリート部材の基準時と評価時との部材軸直角方向の横振動モードの固有振動数が測定される（Ｓ１）。なお、診断対象のコンクリート部材が複数ある場合には、Ｓ１の処理は診断対象のコンクリート部材毎に行われる。 In carrying out the present invention, first, the natural frequency of the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis at the time of reference and evaluation of the concrete member is measured (S1). If there are a plurality of concrete members to be diagnosed, the process of S1 is performed for each concrete member to be diagnosed.
本発明では、基準時と評価時とにおいて、コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起した状態で部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起して横振動モードの振動が計測される（Ｓ１−１，Ｓ１−１'）。なお、健全性評価時が複数時点ある場合には、Ｓ１−１'の処理は評価時毎に行われる。 In the present invention, at the time of reference and at the time of evaluation, the vibration in the transverse vibration mode is excited by exciting the vibration in the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis while exciting the high frequency vibration in the longitudinal vibration mode in the member axis direction on the concrete member. It is measured (S1-1, S1-1 ′). In addition, when there are a plurality of time points for soundness evaluation, the process of S1-1 ′ is performed for each evaluation time.
基準時は、特定の時点に限られるものではなく、例えば、構造物が新設や構造補強された時点、或いは、現状を基準にして将来における健全性を診断する場合の現時点などが該当する。 The reference time is not limited to a specific point in time, and corresponds to, for example, a point in time when a structure is newly established or reinforced, or a point in time when diagnosing future soundness based on the current state.
本発明によって健全性が診断されるコンクリート部材としては、例えば、コンクリート構造物を構成する個々の柱や梁などが考えられる。なお、本発明におけるコンクリート部材は鉄筋コンクリート部材でも良いし無筋コンクリート部材でも良い。 As concrete members whose soundness is diagnosed by the present invention, for example, individual columns and beams constituting a concrete structure can be considered. The concrete member in the present invention may be a reinforced concrete member or an unreinforced concrete member.
コンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を励起する方法は、高周波振動をコンクリート部材に生じさせるものであれば特定の方法に限定されるものではない。具体的には例えば、高周波加振器（＝ピエゾ素子）をコンクリート部材に固定して取り付け、該高周波加振器によってコンクリート部材に部材軸方向の縦振動モードの高周波振動を生じさせることが考えられる。なお、高周波加振器は、少ないエネルギーで診断対象のコンクリート部材を大きく振動させることができるように、当該高周波加振器によって与える振動数で振動させたときに診断対象のコンクリート部材の縦振動モードの振動振幅が最も大きくなる部分に設置することが好ましい。具体的には例えば、診断対象のコンクリート部材の軸方向両端が他の構造部材と結合するなどによって固定されている場合には軸方向中央位置に高周波加振器を設置することが好ましい。 The method for exciting the high-frequency vibration in the longitudinal vibration mode in the member axis direction on the concrete member is not limited to a specific method as long as the high-frequency vibration is generated in the concrete member. Specifically, for example, it is conceivable that a high-frequency vibrator (= piezo element) is fixedly attached to a concrete member, and the high-frequency vibrator causes a high-frequency vibration in a longitudinal vibration mode in the member axial direction to the concrete member. . In addition, the high frequency exciter allows the concrete member to be diagnosed to vibrate greatly with a small amount of energy, so that the longitudinal vibration mode of the concrete member to be diagnosed is vibrated at the frequency given by the high frequency exciter. It is preferable to install it at a portion where the vibration amplitude of the Specifically, for example, in the case where both ends in the axial direction of the concrete member to be diagnosed are fixed together with other structural members, it is preferable to install a high-frequency vibrator at the axial center position.
また、本発明では、数十から数千ヘルツの周波数の縦振動モードの振動をコンクリート部材に生じさせるようにする。具体的には例えば５０〔Hz〕から３０００〔Hz〕程度の周波数の縦振動モードの振動を生じさせる。 Further, in the present invention, vibration in the longitudinal vibration mode having a frequency of several tens to several thousand hertz is generated in the concrete member. Specifically, for example, vibration in the longitudinal vibration mode having a frequency of about 50 [Hz] to 3000 [Hz] is generated.
コンクリート部材に励起させる縦振動モードの高周波振動の周波数は、高周波スイープ加振を予め行って部材軸方向の縦振動モードの共振ピーク周波数を見つけておいて当該共振ピーク周波数のうちのいずれかとすることが好ましく、当該共振ピーク周波数のうちで一番卓越しているものとすることがより一層好ましい。なお、部材軸方向の縦振動モードの共振周波数はコンクリート部材の損傷や状態の変化と共に変化するので、各評価時における診断の前に高周波スイープ加振を行って縦振動モードの共振周波数を推定する。 The frequency of the high-frequency vibration in the longitudinal vibration mode to be excited by the concrete member should be one of the resonance peak frequencies by performing a high-frequency sweep excitation in advance to find the resonance peak frequency in the longitudinal vibration mode in the member axial direction. It is more preferable that the resonance peak frequency is the most prominent. In addition, since the resonance frequency of the longitudinal vibration mode in the member axial direction changes with the damage of the concrete member and changes in the state, the resonance frequency of the longitudinal vibration mode is estimated by performing high-frequency sweep excitation before diagnosis at each evaluation. .
また、コンクリート部材に部材軸直角方向の横振動モードの振動を励起する方法も特定の方法に限定されるものではない。具体的には例えば、ハンマーで打撃することによってコンクリート部材に部材軸直角方向の横振動モードの振動を生じさせることが考えられる。なお、本発明は建物を構成する個々のコンクリート部材を診断するものであるところ、建物の固有周期の範囲に一致するようにゆっくりと打撃した場合には打撃力は建物全体に伝達されて建物全体が揺れるようになってしまうので、部材周期に合わせた短時間のパルスの打撃力を与えて診断対象のコンクリート部材のみを自由振動させるようにする。 Further, the method for exciting the concrete member in the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis is not limited to a specific method. Specifically, for example, it is conceivable to cause the concrete member to vibrate in the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis by hitting with a hammer. Note that the present invention is for diagnosing individual concrete members constituting a building, and when hitting slowly so as to match the range of the natural period of the building, the striking force is transmitted to the entire building and Therefore, only a concrete member to be diagnosed is allowed to vibrate freely by applying a striking force of a short pulse in accordance with the member period.
そして、例えば加速度計・振動センサを用いてコンクリート部材の部材軸直角方向の横振動モードの振動の計測が行われ、本実施形態では、基準時の横振動モードの振動データは基準時振動データベース１８として、また、評価時の横振動モードの振動データは評価時振動データベース１９としてデータサーバ１６に蓄積される。なお、診断対象のコンクリート部材が複数ある場合には、基準時及び評価時の横振動モードの振動データは個々のコンクリート部材を識別する情報(例えばＩＤ)と対応づけられた上で基準時振動データベース１８及び評価時振動データベース１９としてデータサーバ１６に蓄積される。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、評価時の横振動モードの振動データは計測時点の情報と対応づけられた上で評価時振動データベース１９としてデータサーバ１６に蓄積される。 Then, for example, the vibration of the transverse vibration mode in the direction perpendicular to the member axis of the concrete member is measured using an accelerometer / vibration sensor. In this embodiment, the vibration data of the transverse vibration mode at the reference time is the reference vibration database 18. In addition, vibration data in the transverse vibration mode at the time of evaluation is stored in the data server 16 as an evaluation time vibration database 19. When there are multiple concrete members to be diagnosed, the vibration data in the transverse vibration mode at the reference time and at the time of evaluation is associated with information (for example, ID) for identifying each concrete member, and then the reference time vibration database. 18 and the evaluation vibration database 19 are stored in the data server 16. Further, when there are a plurality of times of soundness evaluation, the vibration data in the transverse vibration mode at the time of evaluation is stored in the data server 16 as the evaluation vibration database 19 after being associated with the information at the time of measurement.
そして、Ｓ１−１，Ｓ１−１'の処理によって整備された横振動モードの振動データを用いて基準時と評価時とのそれぞれにおける横振動モードの固有振動数が計算される（Ｓ１−２，Ｓ１−２'）。なお、健全性評価時が複数時点ある場合には、Ｓ１−２'の処理は評価時毎に行われる。 Then, the natural frequency of the transverse vibration mode at each of the reference time and the evaluation time is calculated using the vibration data of the transverse vibration mode prepared by the processing of S1-1 and S1-1 ′ (S1-2, S1-2). S1-2 '). In addition, when there are a plurality of times of soundness evaluation, the process of S1-2 ′ is performed for each evaluation time.
具体的には、制御部１１の基準時振動データ読込部１１ａが基準時振動データベース１８として蓄積されている基準時の横振動モードの振動データをデータサーバ１６から読み込んで当該振動データをメモリ１５に記憶させ、さらに、制御部１１の評価時振動データ読込部１１ｂが評価時振動データベース１９として蓄積されている評価時の横振動モードの振動データをデータサーバ１６から読み込んで当該振動データをメモリ１５に記憶させる。 Specifically, the reference-time vibration data reading unit 11 a of the control unit 11 reads vibration data in the reference transverse vibration mode stored as the reference-time vibration database 18 from the data server 16 and stores the vibration data in the memory 15. Further, the vibration data reading unit 11b of the control unit 11 of the control unit 11 reads the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation stored as the evaluation vibration database 19 from the data server 16 and stores the vibration data in the memory 15. Remember.
そして、制御部１１の基準時固有振動数計算部１１ｃがメモリ１５に記憶された基準時の横振動モードの振動データを読み込んで当該振動データを用いてコンクリート部材の基準時の固有振動数を計算し、さらに、制御部１１の評価時固有振動数計算部１１ｄがメモリ１５に記憶された評価時の横振動モードの振動データを読み込んで当該振動データを用いてコンクリート部材の評価時の固有振動数を計算する。 Then, the reference natural frequency calculation unit 11c of the control unit 11 reads the vibration data of the reference transverse vibration mode stored in the memory 15 and calculates the reference natural frequency of the concrete member using the vibration data. Further, the natural frequency calculation unit 11d at the time of evaluation of the control unit 11 reads the vibration data of the transverse vibration mode at the time of evaluation stored in the memory 15 and uses the vibration data to evaluate the natural frequency at the time of evaluation of the concrete member. Calculate
コンクリート部材の固有振動数の計算は、例えば、固有値解析法，モード解析法，スペクトル解析法（金澤健司・平田和太：クロススペクトル推定法による多自由度系構造物の振動モード同定，日本建築学会構造系論文集，NO.529，pp.89-98, 2000年３月）などによって行う。 Calculation of natural frequency of concrete member is, for example, eigenvalue analysis method, mode analysis method, spectrum analysis method (Kenzawa Kenji, Kazuta Hirata: vibration mode identification of multi-degree-of-freedom structure by cross spectrum estimation method, Architectural Institute of Japan Structured papers, NO.529, pp.89-98, March 2000).
そして、基準時固有振動数計算部１１ｃは算出したコンクリート部材の基準時の固有振動数の値をメモリ１５に記憶させ、さらに、評価時固有振動数計算部１１ｄは算出したコンクリート部材の評価時の固有振動数の値をメモリ１５に記憶させる。なお、診断対象のコンクリート部材が複数ある場合には、基準時及び評価時の固有振動数の値は個々のコンクリート部材を識別する情報と対応づけられた上でメモリ１５に記憶させられる。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、評価時の固有振動数の値は計測時点の情報と対応づけられた上でメモリ１５に記憶させられる。 Then, the reference natural frequency calculation unit 11c stores the value of the calculated natural frequency of the concrete member at the reference time in the memory 15, and the evaluation natural frequency calculation unit 11d further calculates the calculated concrete member at the time of evaluation. The value of the natural frequency is stored in the memory 15. When there are a plurality of concrete members to be diagnosed, the natural frequency values at the time of reference and evaluation are stored in the memory 15 after being associated with information for identifying individual concrete members. In addition, when there are a plurality of time points when soundness evaluation is performed, the value of the natural frequency at the time of evaluation is stored in the memory 15 after being associated with information at the time of measurement.
続いて、Ｓ１の処理によって得られた基準時と評価時との固有振動数が比較され（Ｓ２）、コンクリート部材の健全性が判定される（Ｓ３）。なお、診断対象のコンクリート部材が複数ある場合には、Ｓ２及びＳ３の処理は診断対象のコンクリート部材毎に行われる。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、Ｓ２及びＳ３の処理は評価時毎に行われる。 Subsequently, the natural frequency at the reference time and the evaluation time obtained by the processing of S1 are compared (S2), and the soundness of the concrete member is determined (S3). When there are a plurality of concrete members to be diagnosed, the processes of S2 and S3 are performed for each concrete member to be diagnosed. Further, when there are a plurality of times of soundness evaluation, the processes of S2 and S3 are performed for each evaluation time.
具体的には、制御部１１の健全性判定部１１ｅは、Ｓ１の処理においてメモリ１５に記憶されたコンクリート部材の基準時の固有振動数の値と評価時の固有振動数の値とをメモリ１５から読み込む。 Specifically, the soundness determination unit 11e of the control unit 11 stores the value of the natural frequency at the reference time and the value of the natural frequency at the time of evaluation stored in the memory 15 in the process of S1. Read from.
そして、健全性判定部１１ｅは、基準時の固有振動数と評価時の固有振動数との差分を計算し、当該差分が健全性判定閾値未満の場合にはコンクリート部材の健全性が保たれていると判定し、健全性判定閾値以上の場合にはコンクリート部材の健全性が損なわれていると判定する。 And the soundness determination part 11e calculates the difference of the natural frequency at the time of a reference | standard, and the natural frequency at the time of evaluation, and the soundness of a concrete member is maintained when the said difference is less than a soundness determination threshold value. If it is equal to or greater than the soundness determination threshold, it is determined that the soundness of the concrete member is impaired.
ここで、健全性判定閾値は、損傷が発生してコンクリート部材の健全性が損なわれていると判定される固有振動数の低下の程度・幅である。健全性判定閾値は特定の値に限られるものではなく、例えば基準時の固有振動数の値に基づいて適当な値が適宜設定される。例えば、基準時の固有振動数の数％程度の値として設定することが考えられる。なお、健全性判定閾値は例えばコンクリート部材の健全性診断プログラム１７の中に予め規定される。 Here, the soundness determination threshold is the degree and width of a decrease in the natural frequency at which it is determined that damage has occurred and the soundness of the concrete member is impaired. The soundness determination threshold value is not limited to a specific value, and for example, an appropriate value is appropriately set based on the value of the natural frequency at the reference time. For example, it may be set as a value of about several percent of the natural frequency at the reference time. The soundness determination threshold value is defined in advance in the soundness diagnosis program 17 for concrete members, for example.
そして、健全性判定部１１ｅは、Ｓ２及びＳ３の処理における判定結果として、建物の健全性が保たれている旨若しくは損なわれている旨を、必要な場合には診断対象のコンクリート部材別・評価時毎に、表示部１４に表示したり、例えば記憶部１２やデータサーバ１６内に診断結果データファイルとして保存したりする。 The soundness determination unit 11e then determines that the soundness of the building is maintained or has been damaged as a result of the determination in the processes of S2 and S3. Every time, the data is displayed on the display unit 14 or stored as a diagnosis result data file in the storage unit 12 or the data server 16, for example.
そして、制御部１１は、コンクリート部材の健全性診断の処理を終了する（ＥＮＤ）。 And the control part 11 complete | finishes the process of the soundness diagnosis of a concrete member (END).
以上の構成を有する本発明のコンクリート部材の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、平常時には閉じているひび割れが剛性に与える影響も反映してコンクリート部材の健全性を判定することができ、健全性診断の性能の向上を図り、有用性と信頼性との向上を図ることが可能になる。 According to the soundness diagnosis method, soundness diagnosis apparatus, and soundness diagnosis program of the concrete member of the present invention having the above-described configuration, the soundness of the concrete member is also reflected by reflecting the influence of a crack that is normally closed on the rigidity. Therefore, it is possible to improve the performance of soundness diagnosis and to improve the usefulness and reliability.
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、振動データが蓄積される記憶手段をデータサーバ１６としているが、記憶部１２でも良いし、他の記憶装置を用いるようにしても良い。 In addition, although the above-mentioned form is an example of the suitable form of this invention, it is not limited to this, A various deformation | transformation implementation is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the present embodiment, the storage means for storing vibration data is the data server 16, but the storage unit 12 may be used, or another storage device may be used.
１ 鉄筋コンクリート試験柱
１０ コンクリート部材の健全性診断装置
１７ コンクリート部材の健全性診断プログラム
1 Reinforced concrete test column 10 Concrete member soundness diagnosis device 17 Concrete member soundness diagnosis program
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