JP4214290B2 - Concrete structure diagnostic apparatus and diagnostic method using the same - Google Patents

Description

Translated fromJapanese

本発明は、コンクリート構造物の表面劣化と内部欠陥の有無を同時に診断する装置に関する。詳しくはハンマードリルの削孔抵抗指標と、削孔打撃に伴う弾性波の測定を容易に且つ正確に行う装置とそれを用いた診断方法に関する。  The present invention relates to an apparatus for simultaneously diagnosing the presence of surface deterioration and internal defects of a concrete structure. More particularly, the present invention relates to a drilling resistance index of a hammer drill, an apparatus for easily and accurately measuring an elastic wave accompanying drilling and a diagnostic method using the apparatus.

コンクリート構造物においては、凍害、化学的腐食、風化・老化、火災などによりスケーリング・ひび割れ等の表面劣化現象が起こる。従来の維持管理においては、通常コンクリート表面の劣化が顕在化した後に補修が行われていた。  In concrete structures, surface deterioration phenomena such as scaling and cracking occur due to frost damage, chemical corrosion, weathering / aging, fire, and the like. In conventional maintenance, repairs are usually performed after deterioration of the concrete surface becomes obvious.

劣化現象が表面に限定される場合には、劣化部を除去して健全部を露出させて断面修復による補修が行われていた。この場合、劣化部除去が不十分であると構造物の一体化を損ない、さらに構造物内部に潜在的な劣化要因を残してしまう問題が発生する。又、逆に過剰な劣化部除去は、修復コスト高を招く問題があった。このため、除去を要する劣化深さの診断・判定が重要であった。  When the deterioration phenomenon is limited to the surface, the deteriorated portion is removed to expose the healthy portion, and repair by cross-sectional repair has been performed. In this case, if the deteriorated portion is not sufficiently removed, the integration of the structure is impaired, and a problem of leaving a potential deterioration factor inside the structure occurs. On the other hand, removal of an excessively deteriorated part has a problem incurring high repair costs. For this reason, it is important to diagnose and judge the deterioration depth that needs to be removed.

特許文献１はコア貫入反力からコンクリートの深さ方向の強度を求める方法に係る発明であり、また非特許文献１ではコアドリルの電力に基づく切削効率からコンクリート強度を推定する方法に係る提案がなされている。いずれもコアドリルを用いて診断対象のコンクリート構造物に５０ｍｍ程度の欠損を与えてしまう問題があった。  Patent Document 1 is an invention related to a method for obtaining the strength in the depth direction of concrete from the core penetration reaction force, and Non-PatentDocument 1 proposes a method for estimating the concrete strength from the cutting efficiency based on the power of the core drill. ing. In either case, there was a problem of using a core drill to give a defect of about 50 mm to a concrete structure to be diagnosed.

特許文献２には、ハンマードリルを用いてコンクリート部材の圧縮強度測定装置及び圧縮強度測定方法が開示されている。この発明はハンマードリルを用いるため、コンクリート構造物に対する欠損は小さいものの、一定速度削孔における反力を指標とする方法であるため、反力以外の抵抗指標が考慮されないため、診断が正確に行えない問題があった。また、ハンマードリルの押圧に油圧ジャッキを用いているため装置が高価になる問題があった。  Patent Document 2 discloses a compressive strength measuring device and a compressive strength measuring method for a concrete member using a hammer drill. Since this invention uses a hammer drill, the defect to the concrete structure is small, but since it is a method using the reaction force in constant speed drilling as an index, a resistance index other than the reaction force is not taken into account, so the diagnosis can be performed accurately. There was no problem. In addition, since a hydraulic jack is used to press the hammer drill, there is a problem that the apparatus becomes expensive.

非特許文献２は、一定反力でハンマードリル削孔を行い、回転数、電圧、電流から抵抗指標を求め、コンクリート構造物の火災劣化を評価するものであるが、削孔方向に伴う反力制御が難しい問題があった。  Non-PatentDocument 2 performs hammer drilling with a constant reaction force, obtains a resistance index from the rotation speed, voltage, and current, and evaluates the fire deterioration of the concrete structure. There was a problem that was difficult to control.

特許文献３は、坑井掘削中の放出弾性波の三次元粒子運動解析による地下構造評価方法の発明である。この発明では、ドリルビット掘削の弾性波を坑井内に設置した３軸弾波検出器で検出し、直達波・反射波の解析により地下構造を評価するものである。しかし、ハンマードリルから発生する弾性波がコンクリート構造物の内部を伝わる直達波・反射波についての解析は、従来まったく行われていなかった。  Patent Document 3 is an invention of an underground structure evaluation method based on three-dimensional particle motion analysis of elastic waves released during well excavation. In this invention, the elastic wave of drill bit excavation is detected by the triaxial elastic wave detector installed in the well, and the underground structure is evaluated by analyzing the direct wave and the reflected wave. However, the analysis of the direct wave / reflected wave in which the elastic wave generated from the hammer drill propagates inside the concrete structure has not been performed at all.

また、従来のこれらの技術では、削孔深さに対応したコンクリート構造物の物性評価であったが、削孔深さより深い部分の情報、すなわちコンクリート構造物の内部欠陥（空洞、ジャンカ、打ち継ぎ部など）の検知はなされていなかった。  In addition, in these conventional technologies, the physical properties of the concrete structure corresponding to the drilling depth were evaluated. However, information on a portion deeper than the drilling depth, that is, internal defects (cavity, jumper, jointing) of the concrete structure. Detection).

特開２００３−１４９１０６号公報（第１、２頁、第１図）Japanese Patent Laid-Open No. 2003-149106 (Pages 1, 2 and 1)特開２００３−１３９６７０号公報（第１、２頁、第１図）JP 2003-139670 A (pages 1, 2 and 1)特開平４−２０３１９６号公報（第１、２頁、第１図）Japanese Patent Laid-Open No. 4-203196 (Pages 1, 2 and 1)太田福男：コアドリルの送り難易度による表層コンクリートの圧縮強度推定に関する実験的研究：日本建築学会大会学術講演梗概集、１９９９年９月、Ｐ６９７〜６９８Fukuo Ota: Experimental study on estimation of compressive strength of surface concrete by the difficulty of feeding core drills: Summary of Annual Conference of Architectural Institute of Japan, September 1999, P697-698Ｒｏｂｅｒｔｏ ＦＥＬＩＣＥＴＴＩ：Ｔｈｅ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｒｅｓｉｓｉｔａｎｃｅ Ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｔｈｅ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄａｍａｇｅ ｉｎ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ：Ｆｉｂ Ｔａｓｋ Ｇｒｏｕｐ ４．３ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｆｉｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：Ｗｈａｔ ｎｏｗ？ Ｗｈａｔ ｎｅｘｔ？−Ｍｉｌａｎ， Ｄｅｃ．２−４，２００４Roberto FELICTTI: The Drilling Resistance Test for the Assessment of the Thermal Damage in Concrete: Fib Task Group in Concert. What next? -Milan, Dec. 2-4, 2004

本発明は、前述の問題に鑑みてなされたもので、評価対象のコンクリート構造物に固定し、一定反力での自動削孔・抵抗指標情報の自動収集ならびに弾性波検出のための加速度計を配置するコンクリート構造物診断装置及びその測定診断方法の提供を課題とする。  The present invention has been made in view of the above-described problems. An accelerometer for fixing automatic drilling / resistance index information with a constant reaction force and detecting an elastic wave is fixed to a concrete structure to be evaluated. It is an object of the present invention to provide a concrete structure diagnostic device to be arranged and a measurement diagnostic method thereof.

本発明のコンクリート構造物診断装置は、評価対象のコンクリート構造物の表面に固定するアンカー部と、該アンカー部背面に垂直に固定された所定長四角柱状のガイドレールと、該ガイドレールの一側に嵌合されたラックギアとからなる装置固定部と、該装置固定部のガイドレールにガイド角穴を挿嵌しガイドレールを前後に摺動可能な装置移動部と、該装置移動部に支持されて振動による打撃とビット刃の回転によりコンクリート構造物に削孔するハンマードリルと、装置移動部に把持・固定された前記ハンマードリルの削孔深さを測定する変位計と、ハンマードリルの回転数を計測するセンサーと、反発硬度／原形波を測定する加速度計と、前記ハンマードリルの電源線に取り付けられた電圧コードと、電流測定用のクランプセンサーに接続した電力計と、
評価対象コンクリート構造物の表面及び背面にマトリックス状に複数取り付けられた、ハンマードリルの打撃による弾性波の反射波及び透過波を検知する加速度計と
前記の各種センサーに接続したＡＤ変換器と、ＡＤ変換器とパソコンを接続するインターフェースユニットと、計測データを記録するパソコンとから構成し、
前記装置移動部は、前記ガイド角穴の中央に前記ラックギアに噛み合うピニオンギアを備え、ピニオンギアと同軸の滑車輪に巻かれた錘用ワイヤーに取り付けた錘により一定荷重でハンマードリルのビット刃が評価対象コンクリート構造物に押し当てられ、一定反力条件で自動削孔しながらハンマードリルの抵抗指標、反発硬度、弾性波の源波形、反射波形及び透過波形を計測することを特徴とする。A concrete structure diagnostic apparatus according to the present invention includes an anchor portion that is fixed to a surface of a concrete structure to be evaluated, a rectangular guide rail that is fixed to a back surface of the anchor portion, and a side of the guide rail. A device fixing portion comprising a rack gear fitted to the device, a device moving portion in which a guide square hole is inserted into the guide rail of the device fixing portion and the guide rail can be slid back and forth, and supported by the device moving portion. Hammer drill that drills holes in concrete structures by hammering and rotation of bit blades, a displacement meter that measures the drilling depth of the hammer drill held and fixed on the moving part of the device, and the number of rotations of the hammer drill , An accelerometer that measures the rebound hardness / original wave, a voltage cord attached to the power line of the hammer drill, and a clamp sensor for current measurement And a power meter connected,
An accelerometer that detects a reflected wave and a transmitted wave of an elastic wave by hitting with a hammer drill, and an AD converter connected to the various sensors described above, which are attached in a matrix on the surface and the back of the concrete structure to be evaluated Consists of an interface unit that connects the converter to a personal computer and a personal computer that records measurement data.
The device moving unit includes a pinion gear that meshes with the rack gear in the center of the guide square hole, and a bit blade of a hammer drill is fixed at a constant load by a weight attached to a weight wire wound around a pulley wheel coaxial with the pinion gear. It is pressed against a concrete structure to be evaluated and is characterized by measuring a hammer drill resistance index, rebound hardness, elastic wave source waveform, reflection waveform and transmission waveform while automatically drilling under a constant reaction force condition.

また、本発明のコンクリート構造物診断方法は、請求項１記載のコンクリート構造物診断装置を用いたコンクリート構造物の診断方法であって、
測定対象コンクリート構造物の表面に装置固定部をアンカーで固定する装置固定工程と、
測定対象コンクリート構造物の表面及び背面にハンマードリルの打撃による弾性波の反射波及び透過波を検知する加速度計をマトリックス状に配設するセンサー設置工程と、
装置移動部の滑車輪に錘を取り付け、一定加重でハンマードリルのビット刃をコンクリート構造物の表面に押し付けながら削孔させる削孔工程と、
削孔中の削孔深さ、電流、電圧、総電力、反発硬度、弾性波の原波形及び、マトリックス状に配置された加速度計で検出される反射波形及び透過波形をリアルタイムで計測して記録する計測記録工程と、
計測された削孔深さと抵抗指標から劣化深さを評価する相関図表を作図する劣化評価工程と、
計測された弾性波の直達波、反射波の到達時間差による反射面の境界面評価図表を作図すると共に、透過波の到達時間差と減衰特性により弾性波トモグラフィーによるコンクリート構造物の内部評価図表を作成する深部評価工程とからなることを特徴とする。Moreover, the concrete structure diagnostic method of the present invention is a method for diagnosing a concrete structure using the concrete structure diagnostic apparatus according toclaim 1,
A device fixing step of fixing the device fixing portion to the surface of the concrete structure to be measured with an anchor,
A sensor installation process in which accelerometers that detect reflected waves and transmitted waves of elastic waves generated by hammer drill strikes are arranged in a matrix on the surface and back of the concrete structure to be measured;
A drilling process in which a weight is attached to the pulley wheel of the device moving unit, and the bit drill blade is pressed against the surface of the concrete structure with a constant load,
Drilling depth, current, voltage, total power, rebound hardness, elastic wave original waveform, and reflected and transmitted waveforms detected by accelerometers arranged in matrix are recorded in real time. Measuring and recording process,
A deterioration evaluation process for drawing a correlation chart for evaluating the deterioration depth from the measured drilling depth and the resistance index,
Create a boundary evaluation chart of the reflecting surface based on the arrival time difference between the measured direct wave and reflected wave, and create an internal evaluation chart of the concrete structure by elastic wave tomography based on the arrival time difference and attenuation characteristics of the transmitted wave. It consists of a deep part evaluation process.

本発明のコンクリート構造物診断装置とそれを用いた診断方法によれば、ガイドレールと錘の重力を利用した一定反力によって自動削孔するため、従来の装置に比べて人為的な操作の影響を排除し、信頼性の高い抵抗指標を得ることができる。  According to the concrete structure diagnostic apparatus of the present invention and the diagnostic method using the same, since the automatic drilling is performed by a constant reaction force using the gravity of the guide rail and the weight, the influence of human operation compared with the conventional apparatus. And a highly reliable resistance index can be obtained.

また、削孔による弾性波を同時に測定することにより、削孔深さ以深の情報を得ることができるため、コンクリート構造物全体の内部欠陥の評価を効率よく行うことができる。  Moreover, since the information beyond the drilling depth can be obtained by simultaneously measuring the elastic wave due to the drilling, internal defects of the entire concrete structure can be efficiently evaluated.

さらに、コンクリート構造物の表面に固定する構造が簡単で、垂直面、水平面、斜め面、背面のいずれの表面にも取り付け可能であり、且ついずれの状態でも錘の重力を利用して一定反力によって自動削孔させることができる。このため、従来装置では測定できなかった構造物の要所を測定評価することができる。  In addition, the structure to be fixed to the surface of the concrete structure is simple and can be attached to any of the vertical, horizontal, diagonal, and back surfaces, and in any state, constant reaction force using the weight of the weight. Can automatically drill holes. For this reason, it is possible to measure and evaluate important points of the structure that could not be measured by the conventional apparatus.

本発明のコンクリート構造物診断装置とそれを用いた診断方法について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明のコンクリート構造物診断装置の構成を示す模式図である。図２は、コンクリート構造物診断装置１００の要部を示し、（ａ）側面図、（ｂ）平面図、（ｃ）は装置移動部の正面図である。  A concrete structure diagnostic apparatus and a diagnostic method using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a concrete structure diagnostic apparatus according to the present invention. FIG. 2 shows the main part of the concrete structurediagnostic apparatus 100, where (a) is a side view, (b) is a plan view, and (c) is a front view of the apparatus moving unit.

図１、図２において、５０は評価対象のコンクリート構造物を示す  1 and 2,reference numeral 50 denotes a concrete structure to be evaluated.

コンクリート構造物診断装置１００は、装置固定部１０と、装置移動部２０と、装置移動部２０に支持されたハンマードリル１と、装置移動部２０に把持・固定されたレーザ変位計５と、レーザセンサー６と、加速度計７と、ハンマードリル１の電源線に取り付けられた電圧コード８ａと、電流測定用のクランプセンサー８ｂに接続した電力計８と、データ収集装置９と、
評価対象コンクリート構造物の表面及び背面にマトリックス状に複数取り付けられた、ハンマードリルの打撃による弾性波の反射波及び透過波を検知する加速度計７ｘ（図１には一部のみ図示）とから構成する。The concrete structurediagnostic apparatus 100 includes anapparatus fixing unit 10, anapparatus moving unit 20, ahammer drill 1 supported by theapparatus moving unit 20, alaser displacement meter 5 held and fixed to theapparatus moving unit 20, and a laser. Asensor 6, anaccelerometer 7, avoltage cord 8a attached to the power line of thehammer drill 1, awattmeter 8 connected to aclamp sensor 8b for current measurement, adata collecting device 9,
Consists of anaccelerometer 7x (only part of which is shown in FIG. 1), which is mounted in a matrix on the surface and back of the concrete structure to be evaluated and detects reflected and transmitted waves of elastic waves caused by hammer drilling. To do.

前記装置固定部１０は、評価対象のコンクリート構造物５０の表面に固定するアンカー部３ｂと、該アンカー部３ｂ背面に垂直に固定された所定長四角柱状のガイドレール３と、該ガイドレール３の一側（図１では下側）に嵌合されたラックギア３ａとからなる。アンカー部３ｂは、コンクリート構造物５０の表面に対して並行に取り付け、コンクリート構造物に固定するアンカーボルト５１の嵌合孔が設けられている。  Theapparatus fixing portion 10 includes ananchor portion 3b that is fixed to the surface of theconcrete structure 50 to be evaluated, arectangular guide rail 3 that is fixed to the back surface of theanchor portion 3b, and aguide rail 3 that has a predetermined long rectangular column shape. Therack gear 3a is fitted on one side (lower side in FIG. 1). Theanchor portion 3b is provided with fitting holes foranchor bolts 51 that are attached in parallel to the surface of theconcrete structure 50 and fixed to the concrete structure.

装置移動部２０は、ガイド角穴２１（図２（ｃ）参照）を有し、ガイドレール３にガイド角穴２１を挿嵌しガイドレール３の前後に摺動可能に形成されている。  Theapparatus moving unit 20 has a guide square hole 21 (see FIG. 2C), and is formed so as to be slidable forward and backward of theguide rail 3 by inserting the guidesquare hole 21 into theguide rail 3.

装置移動部２０はハンマードリル１を支持し、前記ガイド角穴２１の中央に前記ラックギア３ａに噛み合うピニオンギア４ａを備え、ピニオンギア４ａと同軸の滑車輪４に巻きつけた錘用ワイヤー４ｂに取り付けた重錘１５により一定荷重でハンマードリル１のビット刃１ｃをコンクリート構造物５０に押し当て、一定反力条件でハンマードリル１に自動削孔させる。  Thedevice moving unit 20 supports thehammer drill 1 and includes apinion gear 4a meshing with therack gear 3a at the center of theguide square hole 21, and is attached to aweight wire 4b wound around apulley 4 coaxial with thepinion gear 4a. Thebit 15 of thehammer drill 1 is pressed against theconcrete structure 50 with a constant load by theweight 15, and thehammer drill 1 is automatically drilled under a constant reaction force condition.

また装置移動部２０がコンクリート構造物に対面する前方には、削孔深さの測定に用いるレーザ変位計５が取り付けられ、レーザ光５ａをコンクリート構造物５０に照射し、その反射光を受光して正確な距離を測定する。  Further, alaser displacement meter 5 used for measuring the drilling depth is attached in front of thedevice moving unit 20 facing the concrete structure, and theconcrete structure 50 is irradiated with thelaser beam 5a and the reflected light is received. And measure the exact distance.

また、ハンマードリル１のチャック１ｂの表面に貼り付けたレーザセンサー専用の反射テープ６ｂにより、ハンマードリル１の回転数を測定するレーザセンサー６が装置移動部２０に固定される。なお、この実施の形態では、レーザを用いた測定距離用の変位計、回転数測定用のセンサーを用いたが、別の方式による測定器を用いて行ってもよい。  Further, thelaser sensor 6 for measuring the number of rotations of thehammer drill 1 is fixed to theapparatus moving unit 20 by areflection tape 6b dedicated to the laser sensor attached to the surface of thechuck 1b of thehammer drill 1. In this embodiment, a displacement meter for measuring distance using a laser and a sensor for measuring the number of revolutions are used. However, a measuring device using another method may be used.

また、装置移動部２０に支持されたハンマードリル１には反発硬度／原形波を測定する加速度計７を取り付ける。  Thehammer drill 1 supported by thedevice moving unit 20 is attached with anaccelerometer 7 for measuring the rebound hardness / original wave.

ハンマードリル１の電源コード１ａには、並列に電圧コード８ａを接続し電力計８に引き込み電圧を測定する。また、電源コード１ａにクランプセンサー８ｂを取付けクランププローブの出力を電力計８に接続して電流を測定する。  Avoltage cord 8a is connected in parallel to the power cord 1a of thehammer drill 1, and the voltage is drawn into thewattmeter 8 and measured. Aclamp sensor 8b is attached to the power cord 1a and the output of the clamp probe is connected to thewattmeter 8 to measure the current.

これらの各種測定器の情報は、データ収集装置９にリアルタイムで記録する。これらの接続はレーザ変位計用のアンプ５ｂ、レーザセンサー６用のアンプ６ｃ、加速度計７用のアンプ７ｂを介してマルチチャンネルの高速Ａ／Ｄ変換を行う高速アナログ計測ユニット９ａに接続され、さらに高速アナログ計測ユニット９ａからパソコンインターフェースユニット９ｂを介してデータ収集用のパソコン９ｃに入力される。  Information on these various measuring instruments is recorded in thedata collection device 9 in real time. These connections are connected to a high-speedanalog measurement unit 9a that performs multi-channel high-speed A / D conversion via anamplifier 5b for a laser displacement meter, anamplifier 6c for alaser sensor 6, and anamplifier 7b for anaccelerometer 7. The data is input from the high-speedanalog measurement unit 9a to thepersonal computer 9c for data collection through the personalcomputer interface unit 9b.

図２（ａ）に示すように、ハンマードリル１は、装置固定部１０のガイドレール３に摺動自在に挿入された装置移動部２０に前後が吊下げ保持された状態で支持されている。  As shown in FIG. 2A, thehammer drill 1 is supported in a state where the front and rear are suspended and held by adevice moving portion 20 slidably inserted into theguide rail 3 of thedevice fixing portion 10.

装置移動部２０は、ガイドレール３のラックギア３ａに噛み合うピニオンギア４ａと同軸の滑車輪４を有し、滑車輪４の外周に結ばれて捲かれ地上に向けて垂らされた錘用ワイヤー４ｂの先端に錘１５を吊り下げる。  Thedevice moving unit 20 has apulley 4 that is coaxial with thepinion gear 4a that meshes with therack gear 3a of theguide rail 3, and is connected to the outer periphery of thepulley 4 and is wound around theweight 4b. Aweight 15 is suspended from the tip.

錘１５の重力により、滑車輪４に一定の回転力が与えられ、ピニオンギア４ａがラックギア３ａ上を一定の反力で進行する。  A constant rotational force is applied to thepulley 4 by the gravity of theweight 15, and thepinion gear 4a travels on therack gear 3a with a constant reaction force.

ハンマードリル１のチャック１ｂに臨む位置にはハンマードリルの回転数を測定するためのレーザセンサー６が設けられる。一方チャック１ｂには、レーザセンサー６のレーザ光６ａ（図示省略）を反射する反射テープ６ｂを貼り付ける。  Alaser sensor 6 for measuring the number of rotations of the hammer drill is provided at a position facing thechuck 1 b of thehammer drill 1. On the other hand, areflective tape 6b that reflects a laser beam 6a (not shown) of thelaser sensor 6 is attached to thechuck 1b.

図２（ｂ）に示すように、装置移動部２０の側面には、レーザ変位計５が取り付けられ、コンクリート構造物５０の表面５０ａに向けてレーザ光５ａを発射して、距離を計測することにより、削孔深さを測定する。  As shown in FIG. 2B, alaser displacement meter 5 is attached to the side surface of theapparatus moving unit 20, and thelaser beam 5a is emitted toward thesurface 50a of theconcrete structure 50 to measure the distance. To measure the drilling depth.

ハンマードリル１の背面には、ハンマードリルの反発硬度／原形波を測定する加速度計７を取り付ける。  Anaccelerometer 7 for measuring the rebound hardness / original wave of the hammer drill is attached to the rear surface of thehammer drill 1.

図３は、装置固定部２０の実施の形態を示し、（ａ）は、アンカーボルト固定の形態、（ｂ）は、吸着固定の形態を示す断面図である。  FIGS. 3A and 3B show an embodiment of thedevice fixing portion 20, wherein FIG. 3A is a sectional view showing an anchor bolt fixing configuration, and FIG. 3B is a sectional view showing an adsorption fixing configuration.

図３（ａ）は、装置固定部２０のアンカー部３ｂに嵌合孔が設けられて、アンカーボルト５１をコンクリート構造物５０に打ち込んで固定している。図３（ｂ）は、アンカー部３ｂに、吸着空間３ｃを設け、真空ポンプ５２により擬似真空とすることにより吸着固定する。後者は複数箇所の測定に際して取り付け、撤去作業をすばやく行うことができる。  In FIG. 3A, a fitting hole is provided in theanchor portion 3 b of thedevice fixing portion 20, and theanchor bolt 51 is driven into and fixed to theconcrete structure 50. In FIG. 3B, theanchor portion 3 b is provided with asuction space 3 c and is suction-fixed by creating a pseudo vacuum with thevacuum pump 52. The latter can be attached and removed quickly when measuring at multiple locations.

図４は、本発明のコンクリート構造物診断装置１００の計測状態を示し、（ａ）は構造物の上面計測、（ｂ）は構造物の下面計測、（ｃ）は構造物の側面計測の状態を示す断面図である。  FIG. 4 shows a measurement state of the concrete structurediagnostic apparatus 100 of the present invention, where (a) is a top surface measurement of the structure, (b) is a bottom surface measurement of the structure, and (c) is a side surface measurement state of the structure. FIG.

図４に示すように、本発明のコンクリート構造物診断装置１００は、装置移動部２０が、測定対象のコンクリート構造物５０にハンマードリル１で削孔するビットの押し付け力（反力）を一定に保つ構成として錘１５の重力を用いていることから、コンクリート構造物の、上面、下面、側面、斜面のあらゆる面の計測を行うことができる。  As shown in FIG. 4, in the concrete structurediagnostic apparatus 100 of the present invention, theapparatus moving unit 20 makes the pressing force (reaction force) of the bit drilled by thehammer drill 1 constant in theconcrete structure 50 to be measured. Since the gravity of theweight 15 is used as the structure to be maintained, all surfaces of the upper surface, the lower surface, the side surface, and the slope of the concrete structure can be measured.

なお、一定の反力とするため、ハンマードリル１及び取り付けられた計測センサーを含めた装置移動部２０の重量を勘案した錘１５を取り付け姿勢により交換する。  In addition, in order to set it as a fixed reaction force, theweight 15 which considered the weight of theapparatus moving part 20 including thehammer drill 1 and the attached measurement sensor is replaced | exchanged with an attachment attitude | position.

図５は、本発明のコンクリート構造物診断装置１００の、反射波形及び透過波形の計測状態を示す断面模式図である。  FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the measurement state of the reflected waveform and transmitted waveform of the concrete structurediagnostic apparatus 100 of the present invention.

加速度計７ｘは、評価対象コンクリート構造物５０の表面５０ａ及び背面５０ｂにマトリックス状に複数個取り付ける。尚図５では、加速度計７ｘの計測信号線、アナログ信号の出力用アンプ、パソコン接続のＡ／Ｄ変換器の図示は省略している  A plurality ofaccelerometers 7x are attached in a matrix to thefront surface 50a and theback surface 50b of the evaluation targetconcrete structure 50. In FIG. 5, the measurement signal line of theaccelerometer 7x, the analog signal output amplifier, and the A / D converter connected to the personal computer are not shown.

ハンマードリル１の削孔位置の周囲の表面５０ａに一定距離間隔でマトリックス状に配置された加速度計７ｘは、ハンマードリル１の削孔打撃音源の弾性波がコンクリート構造物５０の内部構造から反射する反射波を捉え、コンクリート構造物の背面５０ｂにマトリックス状に配置された加速度計７ｘは、透過波を捉えて、内部構造の解析データを収集する。  Theaccelerometer 7x arranged in a matrix at regular intervals on thesurface 50a around the drilling position of thehammer drill 1 reflects the elastic wave of the drilling sound source of thehammer drill 1 from the internal structure of theconcrete structure 50. Theaccelerometer 7x that captures the reflected wave and is arranged in a matrix on theback surface 50b of the concrete structure captures the transmitted wave and collects analysis data of the internal structure.

コンクリート構造物内部に空洞、ジャンカ、打ち継ぎ部などの内部欠陥があれば、反射面の存在や弾性波の速度分布の違いによりその存在を特定することができる。このときドリル削孔位置を順次移動して各削孔位置に応じた弾性波を検出する。  If there are internal defects such as cavities, jumpers, joints, etc. inside the concrete structure, the presence can be specified by the presence of the reflecting surface and the difference in velocity distribution of elastic waves. At this time, the drill holes are sequentially moved to detect elastic waves corresponding to the respective positions.

図６は、反射波による境界面の評価例を示す図である。コンクリート構造物の内部に空洞、ジャンカ、打ち継ぎ部などの欠陥が存在する場合には、健全部と欠陥部の境界面が弾性波の反射面となり、コンクリート構造物の背面より浅い境界面からの弾性波の反射が検出される。  FIG. 6 is a diagram illustrating an example of evaluation of a boundary surface by a reflected wave. When there are defects such as cavities, jumpers, joints, etc. in the concrete structure, the boundary surface between the healthy part and the defective part becomes the reflection surface of the elastic wave, which is from the boundary surface shallower than the back of the concrete structure. Elastic wave reflection is detected.

反射波の解析では、ハンマードリル１に取り付けた加速度計７による音源の弾性波とドリル削孔面にアレイ配置した加速度計７ｘによる反射波の到達時間差を検討して境界面の推定図を作成する。  In the analysis of the reflected wave, an estimated drawing of the boundary surface is created by examining the arrival time difference between the elastic wave of the sound source by theaccelerometer 7 attached to thehammer drill 1 and the reflected wave by theaccelerometer 7x arranged in the drill hole surface. .

コンクリート構造物の背面からの反射波は、コンクリートの弾性波速度とコンクリート構造物の寸法から到達時間が推定されるが、内部欠陥に起因する境界面からの反射波は、背面からの反射波に比べて到達時間が短いことを利用して、識別される。本発明の測定においては、一定反力条件でのハンマードリル削孔時の打撃を音源とするため、入力弾性波の再現性が高く、解析精度を高くすることができる。  The reflected wave from the back of the concrete structure is estimated to arrive from the elastic wave velocity of the concrete and the size of the concrete structure, but the reflected wave from the interface due to internal defects is reflected in the reflected wave from the back. It is identified using the short arrival time. In the measurement of the present invention, the hammering drilling with a constant reaction force is used as a sound source, so the input elastic wave is highly reproducible and the analysis accuracy can be increased.

図７は、弾性波トモグラフィーによる低速度帯の評価例を示す図である。コンクリート構造物の内部に存在する空洞、ジャンカ、打ち継ぎ部などの欠陥部の弾性波速度は、健全部の弾性波速度に比べて低くなる。また、弾性波は、欠陥部を透過することで、減衰が大きくなる。弾性波トモグラフィーでは、このような弾性波速度の低速度帯／高減衰帯の識別を行う。  FIG. 7 is a diagram illustrating an evaluation example of a low speed band by elastic wave tomography. Elastic wave velocities of defective parts such as cavities, junkers, and joints existing inside the concrete structure are lower than those of sound parts. In addition, the acoustic wave is attenuated by passing through the defect portion. In the elastic wave tomography, the low velocity band / high attenuation band of the elastic wave velocity is identified.

弾性波トモグラフィーでは、ハンマードリル１に取り付けた加速度計７による音源の弾性波とドリル削孔面にアレイ配置した加速度計７ｘによる透過波の
到着時間差や減衰特性により低速度帯の評価や高減衰帯の評価を行ったものである。本発明の測定においては、一定反力条件でのハンマードリル削孔時の打撃を音源とするため、入力弾性波の再現性が高く、解析精度を高くすることができる。In the elastic wave tomography, the low velocity band is evaluated and the high attenuation band is determined by the arrival time difference and attenuation characteristics of the elastic wave of the sound source by theaccelerometer 7 attached to thehammer drill 1 and the transmitted wave by theaccelerometer 7x arranged in the drill hole surface. It was evaluated. In the measurement of the present invention, the hammering drilling with a constant reaction force is used as a sound source, so the input elastic wave is highly reproducible and the analysis accuracy can be increased.

次に、本発明のコンクリート構造物診断方法を説明する。図８は本発明のコンクリート構造物診断方法の流れ図である。  Next, the concrete structure diagnostic method of the present invention will be described. FIG. 8 is a flowchart of the concrete structure diagnosis method of the present invention.

まず、測定対象コンクリート構造物の表面に装置固定部をアンカーで固定する。（Ｓ１：装置固定工程）  First, the device fixing part is fixed to the surface of the concrete structure to be measured with an anchor. (S1: Device fixing process)

次に、測定対象コンクリート構造物の表面及び背面にハンマードリルの打撃による弾性波の反射波及び透過波を検知する加速度計をマトリックス状に配設する。（Ｓ２：センサー設置工程）  Next, accelerometers for detecting reflected waves and transmitted waves of elastic waves generated by hammer drills are arranged in a matrix on the front and back surfaces of the concrete structure to be measured. (S2: Sensor installation process)

次に、装置移動部の滑車輪に錘を取り付け、一定加重でハンマードリルのビット刃をコンクリート構造物の表面に押し付けながら削孔させる。（Ｓ３：削孔工程）  Next, a weight is attached to the pulley wheel of the apparatus moving part, and a bit hole of a hammer drill is drilled while pressing it against the surface of the concrete structure with a constant load. (S3: Drilling process)

同時に、削孔中の削孔深さ、電流、電圧、総電力、反発硬度、弾性波の原波形及び、マトリックス状に配置された加速度計で検出される反射波形及び透過波形をリアルタイムで計測して記録する。（Ｓ４：計測記録工程）  At the same time, the drilling depth, current, voltage, total power, rebound hardness, elastic wave original waveform, and reflected and transmitted waveforms detected by the accelerometers arranged in a matrix are measured in real time. Record. (S4: Measurement recording process)

計測された削孔深さと抵抗指標から劣化深さを評価する相関図表を作図する。（Ｓ５：劣化評価工程）  A correlation chart for evaluating the deterioration depth from the measured drilling depth and the resistance index is drawn. (S5: Degradation evaluation process)

計測された弾性波の直達波、反射波の到達時間差による反射面の境界面評価図表を作図すると共に、透過波の到達時間差と減衰特性により弾性波トモグラフィーによるコンクリート構造物の内部評価図表を作成する。（Ｓ６：深部評価工程）  Create a boundary evaluation chart of the reflecting surface based on the arrival time difference between the measured direct wave and reflected wave, and create an internal evaluation chart of the concrete structure by elastic wave tomography based on the arrival time difference and attenuation characteristics of the transmitted wave. . (S6: Deep part evaluation process)

なお、Ｓ１〜Ｓ４は、コンクリート構造物の計測箇所毎に行い、Ｓ５、Ｓ６についてはを複数箇所をまとめて実施することができる。  In addition, S1-S4 is performed for every measurement location of a concrete structure, and about S5 and S6, several locations can be implemented collectively.

本発明のコンクリート構造物診断装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the concrete structure diagnostic apparatus of this invention.コンクリート構造物診断装置１００の要部を示し、（ａ）側面図、（ｂ）平面図、（ｃ）は装置移動部の正面図である。The principal part of the concrete structurediagnostic apparatus 100 is shown, (a) Side view, (b) Plan view, (c) is a front view of the apparatus moving part.装置固定部２０の実施の形態を示し、（ａ）は、アンカーボルト固定の形態、（ｂ）は、吸着固定の形態を示す断面図である。Embodiment of the apparatus fixing | fixedpart 20 is shown, (a) is a form of anchor bolt fixation, (b) is sectional drawing which shows the form of adsorption fixation.本発明のコンクリート構造物診断装置１００の計測状態を示し、（ａ）は構造物の上面計測、（ｂ）は構造物の下面計測、（ｃ）は構造物の側面計測の状態を示す断面図である。The measurement state of the concrete structurediagnostic apparatus 100 of the present invention is shown, (a) is a top surface measurement of the structure, (b) is a bottom surface measurement of the structure, (c) is a cross-sectional view showing a state of the side surface measurement of the structure It is.本発明のコンクリート構造物診断装置１００の、反射波形及び透過波形の計測状態を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the measurement state of the reflected waveform and the transmitted waveform of the concrete structurediagnostic apparatus 100 of this invention.反射波による境界面の評価例を示す図である。It is a figure which shows the example of evaluation of the boundary surface by a reflected wave.弾性波トモグラフィーによる低速度帯の評価例を示す図である。It is a figure which shows the example of evaluation of the low speed zone by an elastic wave tomography.本発明のコンクリート構造物診断方法の流れ図である。It is a flowchart of the concrete structure diagnostic method of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ ハンマードリル
１ａ 電源コード
１ｂ チャック
１ｃ ビット刃
３ ガイドレール
３ａ ラックギア
３ｂ アンカー部
３ｃ 吸着空間
４ 滑車輪
４ａ ピニオンギア
４ｂ 錘用ワイヤー
５ レーザ変位計
５ａ レーザ光
５ｂ アンプ
６ レーザセンサー
６ａ レーザ光
６ｂ 反射テープ
６ｃ アンプ
７ 加速度計
７ｂ アンプ
７ｘ 加速度計
８ 電力計
８ａ 電圧コード
８ｂ クランプセンサー
９ データ収集装置
９ａ 高速アナログ計測ユニット
９ｂ パソコンインターフェースユニット
９ｃ パソコン
１０ 装置固定部
１５ 錘
２０ 装置移動部
２１ ガイド角穴
５０ コンクリート構造物
５０ａ 表面
５０ｂ 背面
５１ アンカーボルト
５２ 真空ポンプ
１００ コンクリート構造物診断装置DESCRIPTION OFSYMBOLS 1 Hammer drill 1aPower supplycord 1b Chuck1c Bit blade 3Guide rail3a Rack gear3b Anchor part3c Adsorption space 4Pulley wheel4a Pinion gear4b Weight wire 5Laser displacement meter5a Laserbeam 5b Amplifier 6 Laser sensor6a Laser beam 6bReflective tape 6camplifier 7accelerometer 7bamplifier 7x accelerometer 8wattmeter8a voltage code8b clamp sensor 9data collection device 9a high-speedanalog measurement unit 9b personalcomputer interface unit 9cpersonal computer 10device fixing unit 15weight 20device moving unit 21 guidesquare hole 50concreteStructure 50a Surface 50b Back 51Anchor bolt 52Vacuum pump 100 Concrete structure diagnostic device

Claims (2)

Translated fromJapanese

評価対象のコンクリート構造物の表面に固定するアンカー部と、該アンカー部背面に垂直に固定された所定長四角柱状のガイドレールと、該ガイドレールの一側に嵌合されたラックギアとからなる装置固定部と、該装置固定部のガイドレールにガイド角穴を挿嵌しガイドレールを前後に摺動可能な装置移動部と、該装置移動部に支持されて振動による打撃とビット刃の回転によりコンクリート構造物に削孔するハンマードリルと、装置移動部に把持・固定された前記ハンマードリルの削孔深さを測定する変位計と、ハンマードリルの回転数を計測するセンサーと、反発硬度／原形波を測定する加速度計と、前記ハンマードリルの電源線に取り付けられた電圧コードと、電流測定用のクランプセンサーに接続した電力計と、
評価対象コンクリート構造物の表面及び背面にマトリックス状に複数取り付けられた、ハンマードリルの打撃による弾性波の反射波及び透過波を検知する加速度計と
前記の各種センサーに接続したＡＤ変換器と、ＡＤ変換器とパソコンを接続するインターフェースユニットと、計測データを記録するパソコンとから構成し、
前記装置移動部は、前記ガイド角穴の中央に前記ラックギアに噛み合うピニオンギアを備え、ピニオンギアと同軸の滑車輪に巻かれた錘用ワイヤーに取り付けた錘により一定荷重でハンマードリルのビット刃が評価対象コンクリート構造物に押し当てられ、一定反力条件で自動削孔しながらハンマードリルの抵抗指標、反発硬度、弾性波の源波形、反射波形及び透過波形を計測することを特徴とするコンクリート構造物診断装置。An apparatus comprising an anchor portion fixed to the surface of a concrete structure to be evaluated, a guide rail having a rectangular columnar shape with a predetermined length fixed perpendicularly to the back surface of the anchor portion, and a rack gear fitted to one side of the guide rail A fixed portion, a device moving portion in which a guide square hole is inserted into a guide rail of the device fixing portion, and the guide rail can be slid back and forth, and supported by the device moving portion by vibration hitting and rotation of a bit blade A hammer drill for drilling holes in concrete structures, a displacement meter for measuring the drilling depth of the hammer drill held and fixed on the device moving part, a sensor for measuring the number of rotations of the hammer drill, and rebound hardness / original shape An accelerometer that measures waves, a voltage cord attached to the power line of the hammer drill, a wattmeter connected to a clamp sensor for current measurement,
An accelerometer that detects a reflected wave and a transmitted wave of an elastic wave by hitting with a hammer drill, and an AD converter connected to the various sensors described above, which are attached in a matrix on the surface and the back of the concrete structure to be evaluated Consists of an interface unit that connects the converter to a personal computer and a personal computer that records measurement data.
The device moving unit includes a pinion gear that meshes with the rack gear in the center of the guide square hole, and a bit blade of a hammer drill is fixed at a constant load by a weight attached to a weight wire wound around a pulley wheel coaxial with the pinion gear. A concrete structure that is pressed against a concrete structure to be evaluated and measures the resistance index, rebound hardness, elastic wave source waveform, reflection waveform and transmission waveform of a hammer drill while automatically drilling under a constant reaction force condition. Diagnostic equipment. 請求項１記載のコンクリート構造物診断装置を用いたコンクリート構造物の診断方法であって、
測定対象コンクリート構造物の表面に装置固定部をアンカーで固定する装置固定工程と、
測定対象コンクリート構造物の表面及び背面にハンマードリルの打撃による弾性波の反射波及び透過波を検知する加速度計をマトリックス状に配設するセンサー設置工程と、
装置移動部の滑車輪に錘を取り付け、一定加重でハンマードリルのビット刃をコンクリート構造物の表面に押し付けながら削孔させる削孔工程と、
削孔中の削孔深さ、電流、電圧、総電力、反発硬度、弾性波の原波形及び、マトリックス状に配置された加速度計で検出される反射波形及び透過波形をリアルタイムで計測して記録する計測記録工程と、
計測された削孔深さと抵抗指標から劣化深さを評価する相関図表を作図する劣化評価工程と、
計測された弾性波の直達波、反射波の到達時間差による反射面の境界面評価図表を作図すると共に、透過波の到達時間差と減衰特性により弾性波トモグラフィーによるコンクリート構造物の内部評価図表を作成する深部評価工程とからなることを特徴とするコンクリート構造物診断方法。A method for diagnosing a concrete structure using the concrete structure diagnostic apparatus according to claim 1,
A device fixing step of fixing the device fixing portion to the surface of the concrete structure to be measured with an anchor,
A sensor installation process in which accelerometers that detect reflected waves and transmitted waves of elastic waves generated by hammer drill strikes are arranged in a matrix on the surface and back of the concrete structure to be measured;
A drilling process in which a weight is attached to the pulley wheel of the device moving unit, and the bit drill blade is pressed against the surface of the concrete structure with a constant load,
Drilling depth, current, voltage, total power, rebound hardness, elastic wave original waveform, and reflected and transmitted waveforms detected by accelerometers arranged in matrix are recorded in real time. Measuring and recording process,
A deterioration evaluation process for drawing a correlation chart for evaluating the deterioration depth from the measured drilling depth and the resistance index,
Create a boundary evaluation chart of the reflecting surface based on the arrival time difference between the measured direct wave and reflected wave, and create an internal evaluation chart of the concrete structure by elastic wave tomography based on the arrival time difference and attenuation characteristics of the transmitted wave. A method for diagnosing a concrete structure comprising a deep evaluation step.

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