JP2015036661A - Soundness evaluation method and soundness evaluation device for guard fence support post - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、防護柵支柱の健全度を非破壊にて評価するための健全度評価方法及び健全度評価装置に関する。 The present invention relates to a soundness evaluation method and a soundness evaluation apparatus for nondestructively evaluating the soundness of a protective fence support.
従来、建築・土木構造物及びこれに使用される各種構造部材の劣化、損傷度合いを検査し、その健全度を評価する方法としては例えば保全員による目視点検が行われている。
その他の方法としては例えば構造物を所定位置で加振し、その振動波形を測定することで構造物の固有振動数を求める。そして、求めた固有振動数と振動試験により予め算出しておいた固有振動数との変動を振動モード毎に求め、振動モード毎に固有振動数の変動幅に応じた健全度を評価する方法が知られている（特許文献１）。
また、構造物を加振して算出した固有振動数や、評価時における構造物のヤング率、厚み等に基づいて構造物に加わる最大応力を算出し、この最大応力から構造物の健全度を評価する方法も知られている（特許文献２）。
Conventionally, visual inspection by maintenance personnel, for example, has been performed as a method for inspecting the degree of deterioration and damage of building / civil engineering structures and various structural members used therefor, and evaluating their soundness.
As another method, for example, the natural frequency of the structure is obtained by exciting the structure at a predetermined position and measuring the vibration waveform. Then, a method of obtaining a fluctuation between the obtained natural frequency and the natural frequency calculated in advance by a vibration test for each vibration mode, and evaluating the soundness according to the fluctuation range of the natural frequency for each vibration mode. Known (Patent Document 1).
Also, the maximum stress applied to the structure is calculated based on the natural frequency calculated by exciting the structure, the Young's modulus of the structure at the time of evaluation, the thickness, etc., and the soundness of the structure is calculated from this maximum stress. An evaluation method is also known (Patent Document 2).
ところが、上記従来技術を道路脇に設置される防護柵（ガードレール）の支柱に対する健全度評価に適用する場合、以下のような問題がある。
すなわち、防護柵の支柱はその基部に防食テープが巻きつけられていることがあるため、支柱基部の劣化、損傷度合いを外観から目視点検によって判断し辛いという問題や、防食テープを剥がす作業に手間がかかるという問題がある。
また、防食テープを剥がして支柱の基部を露出させた場合であっても、基部に層状剥離が生じている場合や、内部にコンクリートが充填されている場合には超音波厚さ計等を用いた正確な肉厚測定ができないという問題もある。
However, when the above prior art is applied to the evaluation of the soundness level of a guard fence (guard rail) post installed on the side of a road, there are the following problems.
In other words, since the anti-corrosion tape may be wound around the base of the protective fence post, it is difficult to judge the deterioration and damage degree of the post base by visual inspection from the appearance, and the work to remove the anti-corrosion tape is troublesome. There is a problem that it takes.
Even when the anticorrosion tape is peeled off and the base of the column is exposed, an ultrasonic thickness meter or the like is used when the base is delaminated or when the concrete is filled inside. There is also a problem that accurate wall thickness measurement cannot be performed.
また、上記特許文献１に開示された方法を用いる場合、評価精度を高めるには支柱設置直後の健全な状態で行なった振動試験に基づく固有振動数の算出が必要になる。しかし、一般的には設置直後の支柱の固有振動数を算出しているケースは少ないため、支柱の健全度を精度よく評価できるケースがほとんどないという問題がある。
また、設置直後の支柱の固有振動数を設計図面等に記載された材料強度、寸法、支柱基部の拘束条件（支持条件）等に基づいて算出し、この固有振動数（推定値）と現場で実際の支柱に対して行なった振動試験により算出した固有振動数とを比較する評価手法も考えられる。
In addition, when using the method disclosed in
In addition, the natural frequency of the strut immediately after installation is calculated based on the material strength, dimensions, restraint conditions (support conditions) of the strut base, etc. described in the design drawings, etc., and this natural frequency (estimated value) and on-site An evaluation method that compares the natural frequency calculated by a vibration test performed on an actual support is also conceivable.
ここで、防護柵の支柱はその設置場所に応じて基部の埋設方法が異なっている。例えば、盛土道路であれば基部を単純に２ｍ程度の深さで埋設する方法が一般的であり、橋梁・高架等ではアンカーボルトの使用や、埋設部分の周囲をモルタル等で固めたり、埋設部分の上下をアスファルトやモルタルでキャッピングしてその間に砂を充填し、更に水平方向に延びる補強鉄筋を埋設する方法等が採用される。
このように支柱基部の埋設方法は多様であるため、これに伴って支柱基部の支持条件も多様となる。特に設置から長期間を経た支柱の場合、周囲のモルタル等に亀裂が入ったり、砂が雨水により流出してしまっている等の強度上の不具合が生じていることがある。つまり、支柱基部の支持条件が設計段階の支持条件とは大きく異なってしまっており、これが各次数のモード形状にとって大きな変動要因となる。
このような支柱基部の支持条件が設計段階と大きく異なってしまっている支柱に対して現場で振動試験を行い、その固有振動数を算出したとしても、この値を設計図面等に基づいて算出した固有振動数（推定値）と比較しながら健全度を正確に評価することは極めて困難である。また、このような問題は上記特許文献２の技術に関しても同様に生じる。
なお、部材の支持条件が経年変化によって変化するという防護柵支柱に特有の問題は本願発明者の研究によって初めて見出されたものである。
Here, the method of burying the base of the guard fence differs depending on the installation location. For example, for embankment roads, it is common to embed the base simply at a depth of about 2 m. For bridges and overpasses, anchor bolts are used, and the area around the buried part is solidified with mortar, etc. For example, a method of capping the upper and lower sides with asphalt or mortar, filling sand between them, and further embedding reinforcing bars extending in the horizontal direction is adopted.
As described above, since there are various methods for embedding the column bases, the support conditions for the column bases also vary accordingly. In particular, in the case of a support post that has been installed for a long time, there may be a problem in strength such as cracks in the surrounding mortar or sand flowing out by rainwater. That is, the support conditions of the support base are greatly different from the support conditions at the design stage, which is a large variation factor for the mode shape of each order.
Even if the vibration test was performed on-site for a column whose support condition for the column base was significantly different from the design stage, and its natural frequency was calculated, this value was calculated based on the design drawing etc. It is extremely difficult to accurately evaluate the soundness while comparing with the natural frequency (estimated value). In addition, such a problem also occurs with respect to the technique of
The problem peculiar to the protective fence support that the support condition of the member changes due to aging is found for the first time by the research of the present inventor.
本発明は、このような問題を考慮して、設置から長期間が経過して支柱基部の支持条件が設計段階とは変化している場合であっても健全度を非破壊にて正確に評価できる防護柵支柱の健全度評価方法及び健全度評価装置を提供することを目的とする。 In consideration of such problems, the present invention accurately evaluates the soundness in a non-destructive manner even when the support condition of the column base has changed from the design stage after a long period of time has elapsed since installation. An object of the present invention is to provide a soundness evaluation method and a soundness evaluation device for a protective fence post.
本発明の防護柵支柱の健全度評価方法は、防護柵支柱モデルに対して振動モード解析を行うことで当該モデルの振動モードを得るステップと、前記振動モードのうち任意の次数の振動モードを基準モードとするステップと、評価対象となる防護柵支柱に対して所定位置で振動を加えることで、当該防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから当該複数位置における振幅値を得るステップと、前記複数位置における振幅値に基づいて実測モードを得るステップと、前記実測モードを構成する各振幅値と前記基準モードに含まれる振幅値との差の二乗和が最小になる位置を算出することでカーブフィット処理を行うステップと、前記カーブフィット処理を行った後の状態における前記基準モードと実測モードのＭＡＣ値（ＭＡＣ:Modal Assurance Criterion）を算出するステップと、算出したＭＡＣ値から防護柵支柱の健全度を評価するステップを含むことを特徴とする。
また、防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから当該複数位置における振幅値を得る際に、防護柵支柱の一部に取り付けた加振手段によって当該防護柵支柱を共振させることを特徴とする。
The method for evaluating the health level of a guard fence post according to the present invention includes obtaining a vibration mode of the model by performing a vibration mode analysis on the guard fence pillar model, and using a vibration mode of an arbitrary order as a reference among the vibration modes. The step of setting the mode, the step of obtaining the amplitude values at the plurality of positions from the sensors arranged at the plurality of positions of the guard fence post by applying vibration to the guard fence pillar to be evaluated at a predetermined position; Curve fitting by obtaining a measurement mode based on the amplitude value at the position, and calculating a position where the sum of squares of the difference between each amplitude value constituting the measurement mode and the amplitude value included in the reference mode is minimized And a MAC value (MAC: Modal Assurance Criterio) of the reference mode and the actual measurement mode in the state after the curve fitting process is performed. n), and a step of evaluating the soundness of the guard fence post from the calculated MAC value.
Further, when the amplitude values at the plurality of positions are obtained from the sensors arranged at a plurality of positions of the protective fence column, the protective fence column is resonated by the vibration means attached to a part of the protective fence column.
本発明の防護柵支柱の健全度評価装置は、防護柵支柱モデルに対して振動モード解析を行うことで当該モデルの振動モードを得る振動モード取得部と、前記振動モードのうち任意の次数の振動モードを基準モードとする基準モード選択部と、評価対象となる防護柵支柱に対して所定位置で振動を加えることで、当該防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから当該複数位置における振幅値を得る振幅値取得部と、前記複数位置における振幅値に基づいて実測モードを得る実測モード取得部と、前記実測モードを構成する各振幅値と前記基準モードに含まれる振幅値との差の二乗和が最小になる位置を算出することでカーブフィット処理を行うカーブフィット処理部と、前記カーブフィット処理を行った後の状態における前記基準モードと実測モードのＭＡＣ値（ＭＡＣ:Modal Assurance Criterion）を算出するＭＡＣ値算出部と、算出したＭＡＣ値から防護柵支柱の健全度を評価する健全度評価部を含むことを特徴とする。
また、防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから当該複数位置における振幅値を得る際に、防護柵支柱の一部に取り付けた加振手段によって当該防護柵支柱を共振させることを特徴とする。
The apparatus for evaluating the health level of a guard fence support according to the present invention includes a vibration mode acquisition unit that obtains a vibration mode of the model by performing vibration mode analysis on the guard fence support model, and vibrations of an arbitrary order among the vibration modes. By applying vibration at a predetermined position to the reference mode selection unit that sets the mode as the reference mode and the guard fence support to be evaluated, the amplitude values at the multiple positions are obtained from the sensors arranged at the multiple positions of the guard fence support. An amplitude value acquisition unit to obtain, an actual measurement mode acquisition unit to obtain an actual measurement mode based on amplitude values at the plurality of positions, and a sum of squares of the difference between each amplitude value constituting the actual measurement mode and the amplitude value included in the reference mode A curve fit processing unit that performs a curve fitting process by calculating a position at which the curve is minimized, and the reference mode and actual measurement in a state after the curve fitting process is performed. MAC values over de: the MAC value calculation section (MAC Modal Assurance Criterion) calculates a, characterized in that it comprises a soundness evaluation unit for evaluating the health of the guard fence posts from the calculated MAC value.
Further, when the amplitude values at the plurality of positions are obtained from the sensors arranged at a plurality of positions of the protective fence column, the protective fence column is resonated by the vibration means attached to a part of the protective fence column.
本発明では防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから得た当該複数位置における各振幅値、すなわち実測モードを構成している各振幅値と、基準モードに含まれる振幅値との差の二乗和が最小になる位置を算出してカーブフィット処理を行う。
上述の通り、経年変化によって支柱基部の支持条件が設計段階の支持条件と異なっていることがある。例えば設計段階では支柱基部の支点が地表面と一致しており、評価時点では支点が実質的に地表面より数十センチ程度下方に位置しているような場合がある。このような場合でもカーブフィット処理を行うことで、基準モードの節の位置（設計段階での支点の位置）まで実測モードの節の位置を補正して同定することができる。
In the present invention, the sum of squares of the difference between each amplitude value obtained from sensors arranged at a plurality of positions of the protective fence post, that is, each amplitude value constituting the actual measurement mode and the amplitude value included in the reference mode. The curve fitting process is performed by calculating the position where the minimum is.
As described above, the support conditions for the column base may differ from the support conditions at the design stage due to aging. For example, the fulcrum of the column base may coincide with the ground surface at the design stage, and the fulcrum may be located substantially several tens of centimeters below the ground surface at the time of evaluation. Even in such a case, by performing the curve fitting process, it is possible to correct and identify the position of the node in the measurement mode up to the position of the node in the reference mode (the position of the fulcrum in the design stage).
そして、基準モードと実測モードの節の位置をほぼ一致させた状態で、ＭＡＣ値を用いて両モード間の相関の程度を算出し、対象となる防護柵支柱の健全度を評価する。
このように本発明は部材の支持条件が経年変化によって変化するという防護柵支柱に特有の問題をカーブフィット処理により解消し、これによって部材の支持条件の変化の影響を受けずに、評価対象である防護柵支柱単体の健全度を非破壊にて高精度で評価することを可能にするものである。
なお、防護柵支柱の一部にピエゾ素子等の加振手段を取り付けておき、防護柵支柱を共振させた状態で、防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから当該複数位置における振幅値を得ることにすれば、より安定した状態で実測モードを測定することができ、健全度評価の精度をより向上できる。
Then, in a state where the positions of the nodes in the reference mode and the actual measurement mode are substantially matched, the degree of correlation between both modes is calculated using the MAC value, and the soundness level of the target protective fence post is evaluated.
As described above, the present invention solves the problem peculiar to the protective fence column that the support condition of the member changes due to secular change by the curve fitting process, so that the evaluation target is not affected by the change of the support condition of the member. This makes it possible to evaluate the soundness of a single protective fence column with high accuracy in a non-destructive manner.
In addition, a vibration means such as a piezo element is attached to a part of the protective fence post, and the amplitude values at the plurality of positions are obtained from sensors arranged at multiple positions of the protective fence post in a state where the protective fence post is resonated. By doing so, the actual measurement mode can be measured in a more stable state, and the accuracy of soundness evaluation can be further improved.
なお、本明細書において「防護柵」とは、国土交通省「防護柵の設置基準」と同様に、主として進行方向を誤った車両が路外、対向車線または歩道等に逸脱するのを防ぐとともに、車両乗員の傷害および車両の破損を最小限にとどめて、車両を正常な進行方向に復元させることを目的とし、また、歩行者および自転車(以下、「歩行者等」という。)の転落もしくはみだりな横断を抑制するなどの目的をそなえた施設をいう。また、防護柵は車両を対象とする車両用防護柵と歩行者等を対象とする歩行者自転車用柵に区分されるが、本明細書中では両者を共に「防護柵」と表記する。
また、本明細書において「健全度」とは、評価対象となる防護柵支柱についての安全性を示す指標のことをいい、この健全度が高いと損傷、劣化によって防護柵支柱が崩壊する危険性が低く、これが低いと崩壊する危険性が高いことを意味する。
In this specification, “protective fence” means that, in the same way as the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism's “protective fence installation standard”, a vehicle with a wrong traveling direction is prevented from deviating outside the road, on the opposite lane or sidewalk. The purpose is to restore the vehicle to the normal traveling direction while minimizing the injury of the vehicle occupant and the vehicle damage, and the fall of pedestrians and bicycles (hereinafter referred to as “pedestrians”) or A facility that has the purpose of suppressing unreasonable crossings. The protective fence is divided into a vehicle protective fence intended for vehicles and a pedestrian bicycle fence intended for pedestrians and the like. In the present specification, both are referred to as “protective fences”.
In this specification, “soundness” refers to an index indicating the safety of the guard fence post to be evaluated. If this soundness is high, there is a risk that the guard fence pillar will collapse due to damage or deterioration. Means that there is a high risk of collapse.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
健全度の評価対象となる防護柵支柱は実際に道路脇に設置されているものであり、その基部が上述したような方法によって土中等に埋設されることで支持されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
The guard fence post that is subject to soundness evaluation is actually installed on the side of the road, and is supported by the base portion being buried in the soil or the like by the method described above.
図１に示すように、防護柵支柱の健全度評価装置１０はセンサ２０と情報処理装置３０とにより概略構成されている。
センサ２０は、防護柵支柱１１に振動を加えた場合における防護柵支柱１１の振動による加速度、速度、変位等の振動データを検出するために設けられるものであり、本実施の形態では圧電型加速度計を使用している。
センサ２０は、防護柵支柱１１の基部１１ａに上下方向に一定間隔で複数（本実施の形態では５つ）取り付けられる。なお、予め複数のセンサ２０を一定間隔で治具に取り付けておき、この治具自体を防護柵支柱１１に押し当てた状態で固定するようにしてもよい。
センサ２０を設置する個数は特に限定されるものではなく、また、必ず一定間隔で設置しなければならないというわけではない。センサ２０の設置は通常健全度評価作業を行う保全員によって行われる。センサ２０の種類としては圧電型加速度計以外にも例えば可動板が用いられたサーボ型センサ２０等の公知のものを使用できる。
As shown in FIG. 1, the
The
The plurality of sensors 20 (five in this embodiment) are attached to the base 11a of the protective fence support 11 at regular intervals in the vertical direction. Note that a plurality of
The number of
情報処理装置３０は各センサ２０が検出した振動データを受信し、これを解析するために設けられる。情報処理装置３０と各センサ２０との接続は有線でも無線でもよい。
センサ２０による振動データの検出は時系列に行なわれる。検出された振動データはアナログデータであり、これを情報処理装置３０に格納されているＡ／Ｄ変換装置よってデジタル情報に変換する。なお、Ａ／Ｄ変換をセンサ２０側で行なってもよく、また、センサ２０が検出した振動データをアンプで増幅してからＡ／Ｄ変換することにしてもよい。
防護柵支柱１１への加振方法としては、保全員が防護柵支柱１１の所定位置（例えば地表面Ｇから４０ｃｍ）をハンマーＨ等で叩く方法や、あるいは振り子状の錘を所定高さから円弧状に自由落下させ、その最下点で防護柵支柱の上記所定位置に衝突させる方法などが挙げられる。
The
Detection of vibration data by the
As a method of oscillating the
情報処理装置３０は、振動モード取得部３１、基準モード選択部３２、振幅値取得部３３、実測モード取得部３４、カーブフィット処理部３５、ＭＡＣ値算出部３６、健全度評価部３７、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３８、メモリ３９、ディスプレイ４０等のハードウェア等によって概略構成されている。情報処理装置３０としては運搬可能な市販のラップトップ型コンピュータや、健全度評価専用に開発した携帯型端末を利用できる。
詳しい説明は後述するが、メモリ３９内には上記各構成要素を動作させるためのプログラムの他、振動モードに関するデータ、基準モードに関するデータ、センサ２０から得られた振幅値、実測モードに関するデータ、カーブフィット処理を行った後の実測モードに関するデータ、カーブフィット処理を行った後の状態の基準モードと実測モードのＭＡＣ値（評価値）、防護柵支柱１１の健全度を評価する際の基準となるデータ（ＭＡＣ値（指標値））等も格納される。
The
Although detailed description will be given later, in the
次に図２のフローチャートを用いて本発明の健全度評価方法について説明する。
まず、作業者は健全度の評価対象となる防護柵支柱１１を想定した防護柵支柱モデルを作成する（ステップＳ１）。防護柵支柱モデルとしては有限要素法（FEM）による解析モデルが挙げられる。ここで、解析モデルは梁要素やシェル要素（板要素）を用いてモデル化する。さらに、耐荷力まで解析する場合は、材料非線形を考慮したモデル化を行う。
次に、防護柵支柱モデルを使用して振動モード取得部３１に周知の計算手法による固有振動解析を実行させ、当該モデルの固有振動数と振動モードデータを算出させる（ステップＳ２）。
算出された振動モードデータには１次、２次、３次・・・と複数の励起次数の振動モードが含まれており、このデータはメモリ３９に格納される。
Next, the soundness evaluation method of the present invention will be described using the flowchart of FIG.
First, the worker creates a guard fence support model that assumes the
Next, the vibration
The calculated vibration mode data includes first, second, third,... And a plurality of excitation order vibration modes, and this data is stored in the
次に、基準モード選択部３２によってメモリ３９に格納された振動モードデータを呼び出し、当該データの中から任意の次数の振動モードを「基準モード」として選択してメモリ３９に記憶させておく（ステップＳ３）。なお、通常、基準モードは防護柵支柱モデルの支点である地表面Ｇの位置に節がくるような振動モード形状になる。
次に、保全員が評価対象となる防護柵支柱１１の基部１１ａに複数のセンサ２０を一定間隔で取り付け、防護柵支柱１１の所定位置に振動を加えると、当該複数位置における振動データが情報処理装置３０に送信される。なお、当然のことながら上記作業者と保全員は同一人物であっても異なる人物であってもよい。また、振動を加えた位置がモードの腹になることを考慮すると腐食の程度が激しいと推測される位置（例えば地表面Ｇから近い位置）に振動を加えるのが好ましい。
Next, the vibration mode data stored in the
Next, when a maintenance worker attaches a plurality of
情報処理装置３０の振幅値取得部３３では受信した振動データを解析し、各位置における振幅値を算出する（ステップＳ４）。算出したデータはメモリ３９に記憶される。
次に、実測モード取得部３４は、メモリ３９に記憶されている各センサ２０の振幅値を呼び出し、この値を縦軸（Ｙ軸）、防護柵支柱１１上の各センサ２０の位置を横軸（Ｘ軸）とする実測モードを算出する（ステップＳ５）。具体的には、センサ２０が検出した波形データとしての振動データを高速フーリエ変換によって周波数分析し、バンドパスフィルタを用いた後、フーリエ逆変換により振動次数ごとの振幅値を得る方法やＥＲＡ（Eigensystem Realization Algorithm）等の周知の手法によって実測モードを算出する。算出した実測モードはメモリ３９に記憶される。なお、防護柵支柱１１上の各センサ２０の位置を決める際の始点（原点）は例えば地表面Ｇや、あるいは防護柵支柱１１の上端部又は下端部のいずれかにするなど適宜選択可能である。
The amplitude
Next, the actual measurement
次に、カーブフィット処理部３５はメモリ３９に記憶されている上記実測モードと基準モードを呼び出して最小二乗法によるカーブフィット処理を行う（ステップＳ６）。具体的には、カーブフィット処理部３５は、実測モードを構成する各センサ２０の位置での振幅値と基準モードにおける同位置での振幅値との差の二乗和が最小になる位置を算出してカーブフィット処理、つまり、実測モード全体をＸ軸上で伸縮および移動させて、実測モードと基準モードとの重なり度合いが最も高くなるように同定する。
カーブフィット処理を行うことで、経年変化等によって支柱基部１１ａの支持条件が設計段階の支持条件と異なっている場合でも、基準モードの節の位置（設計段階での支点の位置）まで実測モードの節の位置を補正して同定することができる。
Next, the curve
By performing the curve fitting process, even when the support condition of the support base 11a is different from the support condition at the design stage due to secular change or the like, the measurement mode is maintained up to the position of the reference mode node (the position of the fulcrum at the design stage). The position of the node can be corrected and identified.
次に、ＭＡＣ値算出部３６はカーブフィット処理を行った後の状態における基準モードと実測モードを用いてＭＡＣ値を算出する（ステップＳ７）。
ＭＡＣ値とは２つのモードシェイプがどの程度一致しているかを定量的に示す値をいい、次式により求められる。
The MAC value is a value that quantitatively indicates how much the two mode shapes match, and is obtained by the following equation.
次に、健全度評価部３７はメモリ３９に記憶されているＭＡＣ値（評価値）を呼び出すと共に、作業員が予め設定してメモリ３９に記憶させていたＭＡＣ値（指標値）も呼び出し、両値を比較して健全度を評価する（ステップＳ８）。具体的には、ＭＡＣ値（指標値）が例えば0.995と設定されている場合に、ＭＡＣ値（評価値）≧ＭＡＣ値（指標値）の関係が成立すれば健全と評価し、ＭＡＣ値（評価値）＜ＭＡＣ値（指標値）の関係が成立すれば不健全（損傷）、つまり要交換等と評価する。評価結果はディスプレイ４０に表示されると共にメモリ３９に記憶される。
Next, the
次に、本発明の実施例について説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）は防護柵支柱モデルに対して振動モード解析を行うことで得た各次数の振動モードであり、縦軸（Ｙ軸）は振幅値（モード振幅）、横軸（Ｘ軸）は地表面からの距離を防護柵支柱モデルの長さで割って無次元化した値を示している。
評価対象とした振動モード（支柱高700mmの場合）は（ａ）8次振動（2次系，パターン1）、（ｂ）13次振動（2次系，パターン2）、（ｃ）15次振動（3次系，パターン1）、（ｄ）17次振動（3次系，パターン2）である。
防護柵支柱モデルは全長1,100ｍｍ、直径139.8ｍｍ、肉厚4.5ｍｍの実物支柱（STK400、引張強さ472-476N/ｍｍ2）を下端から400ｍｍの位置で固定支持してモデル化したものである。
本実施例ではこれら各次数の振動モードのうち、図３に示した２次モード形状（パターン２）を基準モードとして選択した。その理由としては、基部に近い部分が腹になっている振動モードであり、加振により励起しやすい振動モード（2000Hz付近）だからである。
Next, examples of the present invention will be described.
3A to 3D are vibration modes of respective orders obtained by performing vibration mode analysis on the guard fence support model, and the vertical axis (Y axis) is the amplitude value (mode amplitude), and the horizontal axis. (X-axis) shows a dimensionless value obtained by dividing the distance from the ground surface by the length of the protective fence support model.
The vibration modes to be evaluated (when the column height is 700 mm) are (a) 8th vibration (secondary system, pattern 1), (b) 13th vibration (secondary system, pattern 2), and (c) 15th vibration. (3rd order system, pattern 1), (d) 17th order vibration (3rd order system, pattern 2).
The guard fence prop model is a model with a real support (STK400, tensile strength 472-476N / mm 2 ) with a total length of 1,100mm, a diameter of 139.8mm, and a thickness of 4.5mm, fixed and supported at a position 400mm from the lower end. .
In the present embodiment, the secondary mode shape (pattern 2) shown in FIG. 3 is selected as the reference mode among the vibration modes of the respective orders. The reason for this is that the vibration mode has a belly portion near the base, and is a vibration mode (around 2000 Hz) that is easily excited by excitation.
そして、評価対象となる防護柵支柱に対して７個のセンサを地表面高さから５０ｍｍずつそれぞれ配置した。
図４は各センサから得た振幅値に基づいて得た実測モードであり、上記基準モードと比較するとＸ軸方向にシフトしていることが分かる。
図５は実測モードに対してカーブフィット処理を行った状態を示しており、実測モードと基準モードの重なり度合いが高くなったことが分かる。
カーブフィット処理を行った後の状態における基準モードと実測モードのＭＡＣ値（評価値）は0.996となった。
Then, seven sensors were arranged 50 mm each from the height of the ground surface with respect to the protective fence column to be evaluated.
FIG. 4 shows an actual measurement mode obtained based on the amplitude value obtained from each sensor, and it can be seen that it is shifted in the X-axis direction as compared with the reference mode.
FIG. 5 shows a state in which the curve fitting process is performed on the actual measurement mode, and it can be seen that the degree of overlap between the actual measurement mode and the reference mode is increased.
The MAC value (evaluation value) in the reference mode and the actual measurement mode after the curve fitting process was 0.996.
ここで、図６は11種類の試験体のパラメータを示しており、図７は各試験体に対して行なった曲げ試験（非線形解析）の結果を示している。図中、例えば「case_036_00_10」と記載されている試験体は、試験体の基部のうち地表面から露出している箇所をその中心点から36度の角度範囲で幅10ｍｍを切り欠いた（円弧状の開口を設けた）ことを表しており、これは試験体の一部が腐食により穴が空いた状態を模擬している。また、例えば「case_360_25_10」と記載されている試験体は、その外周全体（360°）を厚み2.5ｍｍ、幅10ｍｍの寸法で切除したことを表しており、これは試験体の全周において穴が空くことなく腐食した状態（肉厚が薄くなった状態）を模擬している。
図７より、試験体の先端（自由端）から100ｍｍの位置に荷重を載荷する曲げ試験において、国土交通省「防護柵の設置基準」で定める60kNまで耐えられたのは健全状態の試験体を含む全5体であることが分かる。
Here, FIG. 6 shows the parameters of 11 types of test specimens, and FIG. 7 shows the results of a bending test (nonlinear analysis) performed on each specimen. In the figure, for example, a test body described as “case_036_00_10” is a portion of the base of the test body that is exposed from the ground surface with a 10 mm width cut out at an angle range of 36 degrees from the center point (arc-shaped). This is a simulation of a state in which a part of the specimen is punctured due to corrosion. For example, the specimen described as “case_360_25_10” indicates that the entire outer circumference (360 °) was cut out with a thickness of 2.5 mm and a width of 10 mm. Simulates the state of corrosion without becoming empty (thickness is reduced).
From Fig. 7, in a bending test in which a load is loaded at a position of 100 mm from the tip (free end) of the test specimen, the test specimen in a healthy state was able to withstand 60 kN as defined by the Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism "protection fence installation standards". It turns out that it is all 5 including.
図８は同じスペックの11種類の試験体のＭＡＣ値を示しており、これを上記曲げ試験の結果と照らし合わせると、評価対象である防護柵支柱のＭＡＣ値が解析上0.995以上であれば60kNの荷重に耐えられるとの推定が成り立つ。したがって、本実施例ではＭＡＣ値（指標値）＝0.995と決定した。
以上より、上記［ＭＡＣ値（評価値）:0.996≧［ＭＡＣ値（指標値）:0.995］が成立するので、評価対象の防護柵支柱は充分な健全度を有していると評価することができる。
なお、当然のことながらＭＡＣ値（指標値）は上記手法以外の方法で決定しても良い。また、本実施例ではＭＡＣ値（指標値）＝0.995としたが、この値はあくまで解析上得られたものにすぎず、本発明に係る方法及び装置を実際に使用する際には異なる値を採用してもよい。
FIG. 8 shows the MAC values of 11 types of specimens with the same specifications. When this is compared with the results of the above bending test, 60 kN if the MAC value of the guard fence post to be evaluated is 0.995 or more in the analysis. It is estimated that it can withstand this load. Therefore, in this embodiment, the MAC value (index value) is determined to be 0.995.
From the above, since [MAC value (evaluation value): 0.996 ≧ [MAC value (index value): 0.995] is established, it is possible to evaluate that the protection fence post subject to evaluation has sufficient soundness. it can.
As a matter of course, the MAC value (index value) may be determined by a method other than the above method. In this embodiment, the MAC value (index value) is set to 0.995. However, this value is merely obtained by analysis, and a different value is used when the method and apparatus according to the present invention are actually used. It may be adopted.
本発明は、設置から長期間が経過して支柱基部の支持条件が設計段階とは変化した場合であっても健全度を非破壊にて正確に評価できる防護柵支柱の健全度評価方法及び健全度評価装置に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。 The present invention relates to a method for evaluating the health level of a protective fence post and a soundness that can accurately evaluate the soundness in a non-destructive manner even when the support condition of the support base changes from the design stage after a long period of time has elapsed since installation. It relates to a degree evaluation device and has industrial applicability.
１０ 健全度評価装置
１１ 防護柵支柱
１１ａ 基部
２０ センサ
３０ 情報処理装置
３１ 振動モード取得部
３２ 基準モード選択部
３３ 振幅値取得部
３４ 実測モード取得部
３５ カーブフィット処理部
３６ ＭＡＣ値算出部
３７ 健全度評価部
３８ ＣＰＵ
３９ メモリ
４０ ディスプレイ
DESCRIPTION OF
39 Memory 40 Display
Claims (4)
前記振動モードのうち任意の次数の振動モードを基準モードとするステップと、
評価対象となる防護柵支柱に対して所定位置で振動を加えることで、当該防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから当該複数位置における振幅値を得るステップと、
前記複数位置における振幅値に基づいて実測モードを得るステップと、
前記実測モードを構成する各振幅値と前記基準モードに含まれる振幅値との差の二乗和が最小になる位置を算出することでカーブフィット処理を行うステップと、
前記カーブフィット処理を行った後の状態における前記基準モードと実測モードのＭＡＣ値（ＭＡＣ:Modal Assurance Criterion）を算出するステップと、
算出したＭＡＣ値から防護柵支柱の健全度を評価するステップを含むことを特徴とする防護柵支柱の健全度評価方法。 Obtaining a vibration mode of the model by performing a vibration mode analysis on the guard fence support model;
A step of setting a vibration mode of an arbitrary order among the vibration modes as a reference mode;
Obtaining amplitude values at the plurality of positions from sensors arranged at a plurality of positions of the protection fence column by applying vibration at a predetermined position to the protection fence column to be evaluated;
Obtaining an actual measurement mode based on amplitude values at the plurality of positions;
Performing curve fitting processing by calculating a position where the sum of squares of the difference between each amplitude value constituting the actual measurement mode and the amplitude value included in the reference mode is minimized;
Calculating a MAC value (MAC: Modal Assurance Criterion) of the reference mode and the actual measurement mode in a state after performing the curve fitting process;
A method for evaluating the degree of health of a guard fence post, comprising the step of evaluating the degree of health of the guard fence post from the calculated MAC value.
前記振動モードのうち任意の次数の振動モードを基準モードとする基準モード選択部と、
評価対象となる防護柵支柱に対して所定位置で振動を加えることで、当該防護柵支柱の複数位置に配置したセンサから当該複数位置における振幅値を得る振幅値取得部と、
前記複数位置における振幅値に基づいて実測モードを得る実測モード取得部と、
前記実測モードを構成する各振幅値と前記基準モードに含まれる振幅値との差の二乗和が最小になる位置を算出することでカーブフィット処理を行うカーブフィット処理部と、
前記カーブフィット処理を行った後の状態における前記基準モードと実測モードのＭＡＣ値（ＭＡＣ:Modal Assurance Criterion）を算出するＭＡＣ値算出部と、
算出したＭＡＣ値から防護柵支柱の健全度を評価する健全度評価部を含むことを特徴とする防護柵支柱の健全度評価装置。 A vibration mode acquisition unit that obtains a vibration mode of the model by performing vibration mode analysis on the guard fence support model,
A reference mode selection unit having a vibration mode of any order among the vibration modes as a reference mode;
An amplitude value acquisition unit that obtains amplitude values at the plurality of positions from sensors arranged at a plurality of positions of the protection fence column by applying vibration at a predetermined position to the protection fence column to be evaluated;
An actual measurement mode obtaining unit for obtaining an actual measurement mode based on amplitude values at the plurality of positions;
A curve fit processing unit that performs a curve fit process by calculating a position at which the sum of squares of the difference between each amplitude value constituting the actual measurement mode and the amplitude value included in the reference mode is minimized;
A MAC value calculation unit for calculating a MAC value (MAC: Modal Assurance Criterion) of the reference mode and the actual measurement mode in a state after performing the curve fitting process;
A device for evaluating the degree of health of a protective fence post, comprising a degree of health evaluation unit for evaluating the degree of health of the protective fence post from the calculated MAC value.
4. When the amplitude values at the plurality of positions are obtained from sensors arranged at a plurality of positions on the guard fence post, the guard fence pillar is resonated by vibration means attached to a part of the guard fence pillar. The soundness evaluation device described.
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