JP3876247B2 - Diagnosis method and diagnosis system of structure by microtremor observation - Google Patents
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Description
本発明は、自然物或いは人工物である構造物の安全性や健全性を評価する、構造物の診断方法及び診断システムに関するものである。 The present invention relates to a structure diagnosis method and a diagnosis system for evaluating safety and soundness of a structure that is a natural object or an artificial object.
構造物（建物、構築物などの人工物、地盤、崖、岩石、樹木などの自然物）の安全性や健全性を評価診断することは、防災、構造物の維持管理、構造物の新改装時の中間・完了検査、地震等の突発的な外力への事前・事後の対策等のために必要とされている。例えば、構造物が地震動の作用によって破壊する危険性の評価は、新築、改築後の品質検査、既存の構造物の維持管理、修繕計画の立案、さらに、被災した構造物の使用の可否、補強または取り壊しの必要性を判断する上で重要である。前記構造物は、工場で大量に生産される製品とは異なり、品質の評価、管理が困難である。 Assessing and diagnosing the safety and soundness of structures (natural objects such as buildings, structures, and other artifacts, ground, cliffs, rocks, trees, etc.) is important for disaster prevention, structure maintenance, and new renovation of structures. Necessary for intermediate / completion inspections, pre / post measures against sudden external forces such as earthquakes. For example, assessing the risk of damage to structures due to the effects of seismic motion includes new construction, quality inspection after renovation, maintenance and management of existing structures, preparation of repair plans, availability of damaged structures, reinforcement Or it is important in determining the need for demolition. The product is difficult to evaluate and manage, unlike a product produced in large quantities at a factory.
特に、突発的外力（地震、台風、爆発等）の作用による破壊に対する危険性を評価することは、外力の性質や大きさに不確定性が伴うこと、構造物に対して地震の外力を実際に作用させる試験が出来ないこと、経年や使用条件により品質が変化することなどの理由で極めて困難である。 In particular, assessing the risk of destruction due to the action of sudden external forces (earthquakes, typhoons, explosions, etc.) is accompanied by uncertainties in the nature and magnitude of external forces, and the actual external forces of earthquakes on structures. It is extremely difficult because of the fact that it cannot be tested and the quality changes due to aging and use conditions.
従来、構造物が人工物である場合は、構造物の安全性、健全性の評価や、構造物が地震動の作用によって破壊する危険性の評価には、（１）建設途中または完成直後に、構造物が設計図面に規定された通りに施工されていることを目視によって確認する方法、或いは構造物を打撃して打撃音等を判定する方法、（２）構造物の設計図面または、現況調査によって作成した構造図面、コア抜き検査によって得たコンクリート強度、構造物の経過年数等の情報を総合し、構造計算した結果を集計し、構造耐震指標（Is）、並びに累積強度指標CT、形状指標SDを算出し、これらと過去の地震災害事例を分析した結果の基準値の大小関係を比較することによって診断する方法が日本建築防災協会によって基準化され広く用いられている。 Conventionally, when the structure is an artificial object, the safety and soundness of the structure and the risk of the structure being destroyed by the action of seismic motion are: (1) during construction or immediately after completion. A method of visually confirming that the structure is constructed as specified in the design drawing, or a method of hitting the structure to determine the impact sound, etc. (2) Design drawing of the structure or survey of the current situation Compiles the structural drawings created by, information on the concrete strength obtained by coreless inspection, the age of the structure, etc., aggregates the results of the structural calculation, structural earthquake resistance index (Is), cumulative strength index CT, shape index A method of diagnosing by calculating SD and comparing the magnitude relationship between these and the standard values of the results of analyzing past earthquake disaster cases has been standardized and widely used by the Japan Building Disaster Prevention Association.
また、地震で構造物が被災した場合には、（３）目視調査によって構造部材の損傷度、構造物の残留変形等をチェックシートに記入し、これから計算したスコアによって構造物の安全性を診断する緊急被災度判定と呼ばれる方法も広く用いられている。 In addition, when a structure is damaged by an earthquake, (3) fill the check sheet with the degree of damage to the structural member, residual deformation of the structure, etc. by visual inspection, and diagnose the safety of the structure with the score calculated from this A method called emergency damage determination is also widely used.
また、（４）構造物に起振機を搭載し弾性波等を強制的に生じさせて評価する方法、（５）構造物から自然に放出される赤外線などを利用して評価する方法、（６）Ｘ線や電磁波等を用いて評価する方法、（７）構造物に受振器を設置し微動観測を用いて評価する方法等が用いられている。 Also, (4) a method for evaluating by mounting an exciter on a structure and forcibly generating an elastic wave or the like, (5) a method for evaluating by using infrared rays or the like naturally emitted from the structure, ( 6) A method of evaluating using X-rays, electromagnetic waves, or the like, and (7) a method of installing a geophone on a structure and evaluating using microtremor observation are used.
微動観測を用いた評価方法としては、（８）受振器で測定された構造物の微動データのフーリエ振幅スペクトルの最大値（卓越周期）を、構造物（地盤や構造物）の固有周期と考えてこれを評価指標とする方法、（９）微動速度時刻歴の上下動部分と水平動部分とのフーリエスペクトルの比、及び構造物の寸法を用いて算出した結果を評価指標とする方法等がある。また、（１０）前記（９）の方法で算出したスペクトル比もしくは、２つの観測時刻歴成分のフーリエスペクトル比を伝達関数であると考えて、前記構造物の複数の観測点の地震時の振動の最大値を予測し、これらの予測値に構造物の寸法、形状等の幾何学条件を用いてさらに演算を加えて、構造物の診断に必要な層間変形角の最大値等の数値を計算する方法がある。 As an evaluation method using microtremor observation, (8) the maximum value (dominant period) of the Fourier amplitude spectrum of the microtremor data of the structure measured by the geophone is considered as the natural period of the structure (ground or structure). And (9) a method using the result calculated using the ratio of the Fourier spectrum of the vertical movement portion and the horizontal movement portion of the fine movement speed time history, and the dimensions of the structure, etc. is there. Further, (10) considering the spectral ratio calculated by the method of (9) or the Fourier spectral ratio of two observation time history components as a transfer function, vibrations at a plurality of observation points of the structure at the time of earthquake Predict the maximum value of the material, and further calculate the predicted value using geometric conditions such as the size and shape of the structure to calculate numerical values such as the maximum value of the inter-layer deformation angle required for the diagnosis of the structure There is a way to do it.
しかしながら、上記（１）の方法は、設計基準が地震の作用に対して十分な強度を構造物に与えていることを前提としているが、日本では、耐震設計基準の改定以前に建設された１０００万棟以上の建物が、現行基準では耐震性が不十分であると判定される。また、目視、聴覚等の人間の五感を利用するため、主観的な判断に依存する課題がある。 However, the method (1) above is based on the premise that the design standard gives the structure a sufficient strength against the action of earthquakes. In Japan, however, the 1000 was constructed before the revision of the seismic design standard. More than ten thousand buildings are judged to have insufficient earthquake resistance according to the current standards. In addition, since the human senses such as visual and auditory senses are used, there is a problem that depends on subjective judgment.
上記（２）の方法は、情報源とした図面や計測値が実際の構造物の現状を十分に反映していない場合、得られた指標が実際の安全性を表さないこと、時間と費用が掛かること、経年劣化指標値を決定することに主観が入る余地があること、構造物の耐震性の微妙な経時変化等をモニタするには向かないことなどの課題がある。 In the method (2) above, when the drawing or measurement value used as the information source does not sufficiently reflect the actual state of the actual structure, the obtained index does not represent the actual safety, time and cost. There is a problem that it is difficult to monitor the secular change of the seismic resistance of the structure and the like.
上記（３）の方法は、目視検査が中心であるために主観的な判断に依存する可能性がある。また、本来構造物の耐震性は対象とする地震動の大きさによって異なるが、上記（２）と（３）の方法は、これを明確に反映する方法ではない。 The method (3) may depend on subjective judgment since visual inspection is the center. Moreover, although the earthquake resistance of the structure originally varies depending on the magnitude of the target earthquake motion, the methods (2) and (3) are not methods that clearly reflect this.
上記（４）の方法は、費用と時間がかかる上に、起振機による強制振動のエネルギを構造物の応答特性を確定する程十分に大きくとることが技術的、経済的に困難な場合が多いなどの理由で実施例は橋梁などの特殊な構造物に限られている。また、弾性波を強制的に起こさせることで構造物への影響度が皆無とはいえない。また、構造物の特定な点に対する強制加振の物理的効果は、実際の地震力が構造物の境界面から入力した場合とは異なる。 The method (4) is costly and time consuming, and it may be technically and economically difficult to make the energy of the forced vibration generated by the vibrator sufficiently large to determine the response characteristics of the structure. For many reasons, the embodiments are limited to special structures such as bridges. In addition, it cannot be said that there is no influence on the structure by forcibly generating elastic waves. Further, the physical effect of forced excitation on a specific point of the structure is different from the case where the actual seismic force is input from the boundary surface of the structure.
上記（５）と（６）の方法は、構造物の表面等の一部からの情報であり、構造物の健全性等の全般的な診断に用いる程の情報量を得るには、多くの費用と時間を要することが課題である。 The methods (5) and (6) above are information from a part of the surface of the structure, etc., and in order to obtain an information amount sufficient for general diagnosis such as the soundness of the structure, The problem is that it takes money and time.
上記（７）の微動観測を用いる方法のうち（８）の方法では、卓越周期と構造物の安全性との相関は、理論的にも統計的にも安全性の評価に用いることが出来るほど高くはなく、精度が低いことが課題である。（８）、（９）の方法とも、フーリエスペクトルは、測定パラメータに依存し、凹凸が多く、この最大値の判定は主観に頼らざるを得ない場合があり、客観的な指標とは言いがたいこと、判定を自動化することが困難であることが課題である。上記（１０）の方法は、時刻歴に対して最大値等の統計的な指標を求める演算と、時刻歴と構造物の寸法等の幾何学条件から、層間変形角等の注目時刻歴を算出する演算は、極めて特殊な場合を除き、一般には順序を入れ替えることによって結果が異なり、物理的な意味がなくなるので、診断に用いるには適さないという課題がある。 Of the methods using microtremor observation in (7) above, in the method (8), the correlation between the dominant period and the safety of the structure can be used for safety evaluation both theoretically and statistically. The problem is that it is not high and the accuracy is low. In both methods (8) and (9), the Fourier spectrum depends on the measurement parameters, and there are many irregularities, and the determination of the maximum value may be dependent on the subjectivity, which is not an objective index. The problem is that it is difficult to automate the determination. In the method (10), a time history of interest such as an interlayer deformation angle is calculated from an operation for obtaining a statistical index such as a maximum value with respect to the time history and geometric conditions such as the time history and the dimensions of the structure. Except for a very special case, the result of the operation is generally different by changing the order, and the physical meaning is lost. Therefore, there is a problem that it is not suitable for use in diagnosis.
従来、微動観測は、安全性や健全性の診断や評価に用いるというよりは、むしろ地盤や構造物の固有振動周期を計測によって求める目的で実施されている。そのため、測定器は、観測データの時刻歴やスペクトルを表示する機能は備えているが、微動観測データを詳細に分析するためには、データを持ち帰って計算、図化を行う必要があり、時間と費用を要することが課題であった。 Conventionally, microtremor observation has been carried out for the purpose of determining the natural vibration period of the ground or structure by measurement rather than using it for diagnosis and evaluation of safety and soundness. Therefore, the measuring instrument has a function to display the time history and spectrum of the observation data, but in order to analyze the microtremor observation data in detail, it is necessary to bring back the data and perform calculation and plotting. It was a problem to require cost.
また、ビルのような構造物を診断対象とする場合、現行の耐震設計計算においても、過去の被災事例の分析においても回転の影響を考慮することが重要であると認識され実行されているが、上記いずれの従来の方法も構造物の回転に関しては直接の計算、計測を行っていない。 In addition, when a structure such as a building is to be diagnosed, it has been recognized and implemented that it is important to consider the effects of rotation in both the current seismic design calculation and the analysis of past damage cases. None of the above conventional methods perform direct calculation or measurement with respect to the rotation of the structure.
本発明は、このような問題に鑑みて行われたもので、その目的とするところは、自然物或いは人工物である構造物の安全性や健全性の診断を、簡易・迅速かつ安価に行う診断方法及び診断システムを提供することである。 The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to make a diagnosis of safety and soundness of a structure that is a natural object or an artificial object easily, quickly, and inexpensively. It is to provide a method and a diagnostic system.
前述した目的を達成するための本発明による構造物の診断方法は、構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いる構造物の診断法において、
前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする。
The structure diagnosis method according to the present invention for achieving the above-described object is the structure diagnosis method using the results of observation of the fine movement time history of the structure at a plurality of observation points and reference points.
Obtain the observation time history from the microtremor time history observed simultaneously at the reference point and a plurality of observation points, calculate the attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
Diagnosis is made by comparing the energy transfer rates with each other.
前記の診断方法においては、前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することが好ましい。
前記診断方法においては、複数の受信器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとにより診断を行うものであって、前記受振器が前記構造物の基準面と境界面に配置されており、前記境界面が複数面設定されていることが好ましい。
前記複数の境界面の少なくとも１面に複数個の受振器が配置されていることが好ましい。前記受振器と測定器が一つのケースに収められており、測定器の振動が受振器に感知されないようになっていてもよい。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも１つであってよい。前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも１つの時刻歴であってよい。
In the diagnosis method, it is preferable to make a diagnosis by comparing the energy transfer rate with a value calculated in advance from a design drawing of the structure or an analysis result.
In the diagnostic method, diagnosis is performed by a plurality of receivers, communication means, measuring instruments, and a computer, and the geophone is disposed on a reference plane and a boundary plane of the structure, It is preferable that a plurality of boundary surfaces are set.
It is preferable that a plurality of geophones are disposed on at least one of the plurality of boundary surfaces. The geophone and the measuring device may be housed in one case so that the vibration of the measuring device is not sensed by the geophone.
The fine movement observation value may be at least one of displacement, velocity, and acceleration of the observation point or plane. The attention time history may be a time history of at least one of the observation point or plane displacement, interlayer displacement, rotation angle, and strain.
本発明の他のアスペクトによる構造物の診断システムは、構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いる構造物の診断システムにおいて、
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を測定して通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする。
A structure diagnosis system according to another aspect of the present invention is a structure diagnosis system using a result of observation of a fine movement time history of a structure at a plurality of observation points and reference points.
A plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a communication means, a measuring instrument, and a computer,
The plurality of geophones measure fine movement applied to the structure and send it to the measuring device via communication means,
The measuring device sends the microtremor observation value to the computer via communication means,
The computer obtains an observation time history from the microtremor time history observed simultaneously at the reference point and a plurality of observation points, calculates an attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
Diagnosis is made by comparing the energy transfer rates with each other.
本発明の診断システムにおいては、前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することを特徴とする。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも１つであってよい。
前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも１つの時刻歴であってよい。
前記通信手段は、有線または無線のものであってよい。前記通信手段は、ケーブルであってよい。前記通信手段は、電波、あるいはフレキシブルディスク、メモリーカード等の媒体であってよい。
本発明の診断システムは、診断結果を表示する表示装置を更に備えていることが好ましい。
The diagnosis system of the present invention is characterized in that the diagnosis is performed by comparing the energy transfer rate with a value calculated in advance from a design drawing of the structure or an analysis result.
The fine movement observation value may be at least one of displacement, velocity, and acceleration of the observation point or plane.
The attention time history may be a time history of at least one of the observation point or plane displacement, interlayer displacement, rotation angle, and strain.
The communication means may be wired or wireless. The communication means may be a cable. The communication means may be a radio wave or a medium such as a flexible disk or a memory card.
The diagnostic system of the present invention preferably further includes a display device for displaying the diagnostic result.
前記受振器は、前記構造物の基準面と層境界面に配置されており、前記境界面が複数面設定されていることが好ましい。前記複数の境界面の少なくとも１面に複数個の受振器が配置されていることが好ましい。前記受振器と測定器が一つのケースに収められており、測定器の振動が受振器に感知されないようになっていることが好ましい。 It is preferable that the geophone is disposed on a reference plane and a layer boundary surface of the structure, and a plurality of boundary surfaces are set. It is preferable that a plurality of geophones are disposed on at least one of the plurality of boundary surfaces. It is preferable that the geophone and the measuring device are housed in one case so that the vibration of the measuring device is not sensed by the geophone.
本発明の他のアスペクトによるコンピュータは、構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いて構造物の診断を行うコンピュータにおいて、
前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とするものである。
A computer according to another aspect of the present invention is a computer for diagnosing a structure using a result of observation of a fine movement time history of the structure at a plurality of observation points and reference points.
Obtain the observation time history from the microtremor time history observed simultaneously at the reference point and a plurality of observation points, calculate the attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
Diagnosis is made by comparing the energy transfer rates with each other.
本発明のコンピュータにおいては、前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することを特徴とする。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも１つであってよい。前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも１つの時刻歴であってよい。
The computer according to the present invention is characterized by making a diagnosis by comparing the energy transfer rate with a value calculated in advance from a design drawing of the structure or an analysis result.
The fine movement observation value may be at least one of displacement, velocity, and acceleration of the observation point or plane. The attention time history may be a time history of at least one of the observation point or plane displacement, interlayer displacement, rotation angle, and strain.
本発明の他のアスペクトは、コンピュータを前記コンピュータのように機能させるためのプログラムである。
本発明の他のアスペクトは、前記プログラムを記録した記録媒体である。
本発明の更に他のアスペクトによる構造物の診断装置は、構造物の微動時刻歴を、複数の観測点および基準点で観測した結果を用いる構造物の診断装置において、
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を同時に測定して、そのデータを前記通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とするものである。
Another aspect of the present invention is a program for causing a computer to function like the computer.
Another aspect of the present invention is a recording medium on which the program is recorded.
A structure diagnosis apparatus according to still another aspect of the present invention is a structure diagnosis apparatus that uses a result of observation of fine movement time history of a structure at a plurality of observation points and reference points.
A plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a communication means, a measuring instrument, and a computer,
The plurality of geophones simultaneously measure the fine movement applied to the structure, and send the data to the measuring device via the communication means,
The measuring device sends the microtremor observation value to the computer via communication means,
The computer obtains an observation time history from the microtremor time history observed at the reference point and a plurality of observation points, calculates an attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
Diagnosis is made by comparing the energy transfer rates with each other.
本発明の診断装置においては、前記エネルギ伝達率を前記構造物の設計図面、あるいは解析結果から予め計算された値と比較することによって診断することを特徴とする。
前記微動観測値は、前記観測点又は平面の変位、速度、加速度のうち少なくとも１つであってよい。
前記注目時刻歴は、前記観測点又は平面の変位、層間変位、回転角、歪のうち少なくとも１つの時刻歴であってよい。
前記通信手段は、有線または無線のものであってよい。前記通信手段は、ケーブルであってよい。前記通信手段は、電波、あるいはフレキシブルディスク、メモリーカード等の媒体であってよい。
本発明の診断システムは、診断結果を表示する表示装置を更に備えていることが好ましい。
In the diagnostic apparatus of the present invention, the energy transfer rate is diagnosed by comparing with a value calculated in advance from a design drawing of the structure or an analysis result.
The fine movement observation value may be at least one of displacement, velocity, and acceleration of the observation point or plane.
The attention time history may be a time history of at least one of the observation point or plane displacement, interlayer displacement, rotation angle, and strain.
The communication means may be wired or wireless. The communication means may be a cable. The communication means may be a radio wave or a medium such as a flexible disk or a memory card.
The diagnostic system of the present invention preferably further includes a display device for displaying the diagnostic result.
前記受振器は、前記構造物の基準面と層境界面に配置されており、前記境界面が複数面設定されていることが好ましい。前記複数の境界面の少なくとも１面に複数個の受振器が配置されていることが好ましい。前記受振器と測定器が一つのケースに収められており、測定器の振動が受振器に感知されないようになっていることが好ましい。 It is preferable that the geophone is disposed on a reference plane and a layer boundary surface of the structure, and a plurality of boundary surfaces are set. It is preferable that a plurality of geophones are disposed on at least one of the plurality of boundary surfaces. It is preferable that the geophone and the measuring device are housed in one case so that the vibration of the measuring device is not sensed by the geophone.
構造物とは、地盤、岩盤、崖、岩石、樹木などの自然物、もしくは盛土、擁壁、ダム、護岸、橋梁、桟橋、建物などの人工的に造られた構造物であり、その安全性や健全性を診断する対象となるものをさす。 Structures are natural objects such as ground, bedrock, cliffs, rocks, trees, or artificially constructed structures such as embankments, retaining walls, dams, revetments, bridges, piers, and buildings. Refers to the object of diagnosing soundness.
常時微動とは、構造物に常時生じている微小な振動である。この振動エネルギは、構造物と外界との境界面から観測者の行為とは関係なく自然に入力される。空気と接している面からは風の影響により、水と接している境界からは波浪、潮汐などの影響により、他の構造物と接している境界からは他の構造物の作用により、地盤と接している境界からは交通振動等の影響により、振動エネルギが供給される。
高層建物、搭、煙突などや、河川や海岸に位置する橋梁などでは、常時微動のほとんどのエネルギが風、水流や波浪などで供給されている。従って、これらの構造物では常時微動によって地震の影響を推定することは困難である。しかし、木造家屋、中層の鉄筋コンクリート造ビルなど通常の構造物に置いては、特に風雨が強い等の特殊な環境条件である場合を除いて、常時微動のエネルギの大部分が地盤と構造物の境界から入力していると考えてよいので、微動観測によって得た情報から、地震動が作用した場合の構造物の変位を計算によって求めることが出来る。また、高層建築物等でも、地盤と構造物の境界から振動エネルギが主に入力していると考えられる観測時間帯を選ぶことによって、地震動が作用した場合の変位を推定することができる。
The constant fine movement is a minute vibration constantly generated in the structure. This vibration energy is naturally input from the interface between the structure and the outside world regardless of the action of the observer. From the surface in contact with the air due to the influence of the wind, from the boundary in contact with the water due to the effects of waves, tides, etc., from the boundary in contact with the other structure due to the action of the other structure, Vibration energy is supplied from the borders in contact with each other due to traffic vibrations.
In high-rise buildings, towers, chimneys, and bridges located on rivers and coasts, most of the energy of microtremors is always supplied by wind, water currents and waves. Therefore, it is difficult to estimate the effects of earthquakes by microtremors at these structures. However, when placed in a normal structure such as a wooden house or a medium-rise reinforced concrete building, most of the energy of microtremors is always between the ground and the structure except in special environmental conditions such as strong wind and rain. Since it may be considered that the input is from the boundary, the displacement of the structure when the earthquake motion acts can be obtained by calculation from the information obtained by the microtremor observation. Moreover, even in a high-rise building or the like, by selecting an observation time zone in which vibration energy is considered to be mainly input from the boundary between the ground and the structure, it is possible to estimate the displacement when earthquake motion is applied.
観測点とは、構造物内部又は表面に観測者が設定した点であり、この上に受振器を設置してその変位時刻歴等を観測する位置を指す。
観測時刻歴は、観測点に設置した受振器で、構造物の常時微動を、変位、速度、加速度等の時刻歴のアナログ振動として受振し、これをＡＤ変換してデジタル時刻歴として記録することにより得られる時刻歴である。
観測時間帯とは、一連の観測時刻歴の観測された時間帯域（開始時刻、終了時刻、継続時間）を言う。
観測周波数帯域とは、受振器の特性、信号のサンプル採取周波数等から決まる周波数帯域であり、観測時刻歴が、実際の変位もしくは速度等であると考えられる周波数帯域である。
分析時間帯とは、観測時間帯の部分集合であり、観測時刻歴を計算する時間帯域である。
分析周波数帯域とは、観測周波数帯域の部分集合であり、観測時刻歴を計算する周波数帯域である。
The observation point is a point set by the observer inside or on the surface of the structure, and refers to a position where a geophone is installed and the displacement time history is observed.
The observation time history is a geophone installed at the observation point. The microtremors of the structure are received as analog vibrations of time history such as displacement, velocity, acceleration, etc., and this is AD converted and recorded as digital time history. Is a time history obtained by.
The observation time zone means a time zone (start time, end time, duration) in which a series of observation time histories are observed.
The observation frequency band is a frequency band determined from the characteristics of the geophone, the sampling frequency of the signal, and the like, and is a frequency band in which the observation time history is considered to be actual displacement or speed.
The analysis time zone is a subset of the observation time zone, and is a time zone for calculating the observation time history.
The analysis frequency band is a subset of the observation frequency band and is a frequency band for calculating the observation time history.
安全性とは、地震、大風、波浪などの突発的な外力によるか、もしくは老朽化等の経年作用によって、構造物が部分破壊もしくは全体破壊等を生ずることに対しての安全性をさす。健全性とは、構造物の全部または一部が設計図書、他の調査結果、経験的な法則などに照らして期待される性質または品質を有しているかどうかを指す。 Safety refers to the safety against partial or total destruction of structures due to sudden external forces such as earthquakes, winds and waves, or due to aging and other aging effects. Soundness refers to whether all or part of the structure has the properties or quality expected in light of design books, other findings, empirical rules, and the like.
注目物理量とは、診断で注目する運動学、弾性力学、構造力学上の量であり、構造物内部の点、平面の変位もしくは相対変位、もしくは、構造物内部の点間、平面間の相対回転角もしくは、構造物内部の平均圧縮歪、平均せん断歪、平均曲げ歪、平均ねじり歪等の量である。
注目時刻歴とは、観測時刻歴、観測点の座標、構造物の寸法等から計算した注目物理量の時刻歴である。
A physical quantity of interest is a kinematic, elastic mechanics, or structural mechanics quantity that is of interest in diagnosis. Points within the structure, displacement or relative displacement of the plane, or relative rotation between points within the structure or between the planes. The amount of corners or average compressive strain, average shear strain, average bending strain, average torsional strain, etc. inside the structure.
The attention time history is a time history of an attention physical quantity calculated from observation time history, observation point coordinates, structure dimensions, and the like.
基準点は、構造物と外界との境界面の近傍に設置した観測点で、振動エネルギが外界から構造物へ流入する流入量を測定する基準として用いる点である。
基準平面とは、上記の基準点と同じ役割を持つ平面である。
The reference point is an observation point installed in the vicinity of the boundary surface between the structure and the outside, and is a point used as a reference for measuring the amount of vibration energy flowing into the structure from the outside.
The reference plane is a plane having the same role as the reference point.
構造物の層とは、構造物の変形性状を記述するときに一体として考えることが出来る構造物の部分である。例えば、建物であれば、通常各階の床、梁と柱、壁で構成される構造部分を層と呼んでいる。新幹線や在来線のコンクリートラーメン形式の高架橋のような構造物の場合には、地表面からほぼ同じ高さの梁と柱で構成される構造部分を層とすることが出来る。地盤においてもほぼ同一の力学的特性をもつ地層を構造的な層として一体として考え変形性状を記述することが通常行われている。層には、番号、厚さ、座標、および、せん断剛性、減衰定数などの力学的物性値を付与し、層の内部、境界に変位、速度などの属性を定義し、これらを注目物理量とする。 A structure layer is a portion of a structure that can be considered as a unit when describing the deformation properties of the structure. For example, in the case of a building, a structural part composed of floors, beams and columns, and walls on each floor is generally called a layer. In the case of a structure such as a Shinkansen or conventional concrete ramen type viaduct, a structural part composed of beams and columns of almost the same height from the ground surface can be made into a layer. In the ground as well, it is common practice to describe the deformation properties by considering the strata having almost the same mechanical properties as structural layers. Layers are given physical properties such as numbers, thicknesses, coordinates, shear stiffness and damping constants, and attributes such as displacement and velocity are defined at the inside and boundary of the layer, and these are used as physical quantities of interest. .
層の間の境界は通常の構造物では、水平面と鉛直面で構成される。通常は、層境界面は、変形しないものと仮定し、構造物の変形は層内部で起こり、層境界面間の相対変位によって記述できると考える。一般に、層境界の変位は時刻をパラメータとする時刻歴であり、並進方向に水平２成分、鉛直成分の合計３成分と、同３方向廻りにそれぞれ回転成分を考えることができる。層間変位とは、層の境界間の相対変位である。層間変形角とは、層境界間の水平並進２方向の相対変位を層の厚さで除した値であり、層を構成する構造要素（部材）の力学的な性状、破壊に対する安全性などに関する多くの研究成果は、層間変位または、層間変形角を指標として整理されている。観測平面を構造物の層境界面とし、平均歪等を注目物理量とすることにより、容易に動的構造解析などの他の方法による計算結果と比較することができる。 The boundary between layers is composed of a horizontal plane and a vertical plane in a normal structure. Normally, it is assumed that the layer boundary surface does not deform, and the deformation of the structure occurs inside the layer and can be described by the relative displacement between the layer boundary surfaces. In general, the displacement of the layer boundary is a time history with time as a parameter, and a total of three components of two horizontal components and a vertical component in the translation direction and rotational components around the three directions can be considered. Interlayer displacement is the relative displacement between layer boundaries. The inter-layer deformation angle is a value obtained by dividing the relative displacement in two horizontal translation directions between the layer boundaries by the thickness of the layer, and relates to the mechanical properties of the structural elements (members) constituting the layer, safety against destruction, and the like. Many research results are organized using inter-layer displacement or inter-layer deformation angle as an index. By using the observation plane as the layer boundary surface of the structure and the average strain or the like as the physical quantity of interest, it can be easily compared with the calculation results by other methods such as dynamic structure analysis.
エネルギ伝達率は、構造物内の振動伝達特性を表すスカラ量である。前記エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）は、同じ時間帯上で定義された観測時刻歴の二乗平均値と他の観測時刻歴の二乗平均値（ＲＭＳ）との比である。両者の時刻歴を線形システムの入力と出力であると考えた時、入力時刻歴のパワースペクトルに相似な任意の入力に対して、出力の二乗平均値（ＲＭＳ）を与えるという意味での伝達特性の指標となる。通常、基準点又は基準平面のある観測時刻歴二乗平均値を分母とする。 The energy transfer rate is a scalar quantity representing the vibration transfer characteristics in the structure. The energy transfer rate (RMS ratio) is a ratio between the mean square value of observation time histories defined over the same time zone and the mean square value (RMS) of other observation time histories. When considering both time histories as the input and output of the linear system, transfer characteristics in the sense of giving the root mean square (RMS) of the output for any input similar to the power spectrum of the input time history It becomes an index. Usually, an observation time history average with a reference point or a reference plane is used as a denominator.
基準推定変位量とは、構造物の安全性を評価するときに考慮する突発的な外力の作用によって基準点又は基準面に生ずると推定される最大変位量である。 The reference estimated displacement amount is a maximum displacement amount that is estimated to be generated at the reference point or the reference surface due to the action of a sudden external force considered when the safety of the structure is evaluated.
地震による構造物の破壊の危険性を評価するに先立って、まず、構造物を事前に調査し、構造物の変形を記述する層、地震力が入力する基準面を決定し、これに対応して受振器（微動計）の設置位置を決定する。次に、設置した受振器（微動計）によって常時微動データ（速度時刻歴または変位時刻歴）を記録し、このデータから注目する境界面間の相対変位時刻歴、回転角時刻歴、基準面の変位時刻歴を計算し、これらのフーリエスペクトルを計算する。一般的には、線形システムの理論を用いて、入力と出力のフーリエスペクトルの関係から構造物が線形に挙動すると仮定したときの任意の入力に対する応答を計算することができる。 Prior to evaluating the risk of damage to a structure due to an earthquake, first, the structure is examined in advance, and the layer describing the deformation of the structure and the reference plane for the input of seismic force are determined. Determine the installation location of the geophone (microtremor meter). Next, always record the microtremor data (speed time history or displacement time history) with the installed geophone (microtremor meter), and the relative displacement time history, rotation angle time history, rotation angle time history, and reference surface Displacement time history is calculated and these Fourier spectra are calculated. In general, using linear system theory, the response to any input can be calculated when the structure is assumed to behave linearly from the relationship between the input and output Fourier spectra.
本発明の方法では、常時微動に関する以下の４つの仮定に基づいている。（１）常時微動を生じさせている外部からの振動エネルギの供給源の種類と大きさの割合は、構造物の特徴と環境から推定することができるので、観測時間帯を環境条件に応じて選択し、分析時間帯と分析周波数帯を構造物の特徴に応じて選択すれば、ある１種類の振動エネルギが卓越しており、これがある特定の境界面から入射していると考え得る観測時刻歴を得ることができる。（２）常時微動は、振幅が１〜１０ミクロン程度と極めて小さいので、構造物の如何に拘らず微小変形弾性振動論ならびに線形システムの理論によって構造物の応答を記述することが可能である。（３）構造物の特徴と環境から、地震、暴風などの突発的な外力が入射する面を予め予測することができ、かつ常時この面から突発的な外力と同種の微小な外力のエネルギが入射している。（４）前記突発的な外力が入射した場合と、これに対応する微小な常時外力で生ずる基準点もしくは基準面の微動変位時刻歴のパワースペクトルは互いに相似になる観測時間帯がある。従って、以上から観測時間帯等を選択することによって、前記突発的外力に対応する微小な外力が卓越する微動観測を行うことが可能である。
さらに、本発明の方法では、構造物の設計に於いて通常設けられている次のような仮定を用いて、簡単に構造物の地震動に対する応答を計算する。即ち、（１）構造物の応答の各成分は互いに独立である。（２）大地震等の大きな外力に対して構造物は非線形性を呈するが、このときの最大応答を構造物が線形に振舞うと仮定して計算した応答から、エネルギ一定則と呼ばれている仮定を用いて計算することが出来る。（３）常時微動によって生ずる構造物の変位は微小である。さらに、本方法では、（４）構造物の地盤に近い層境界面で観測される常時微動のスペクトルは、大地震で地盤や構造物が線形に振舞うとした場合に観測されるであろうスペクトルと相似形であると仮定する。
The method of the present invention is based on the following four assumptions regarding microtremors. (1) The type and size ratio of external vibration energy sources that cause microtremors can be estimated from the characteristics of the structure and the environment. If you select and select the analysis time zone and analysis frequency band according to the characteristics of the structure, an observation time at which it can be considered that a certain type of vibration energy is prevalent and is incident from a specific interface You can get a history. (2) Since the fine tremor has an extremely small amplitude of about 1 to 10 microns, the response of the structure can be described by the micro-deformation elastic vibration theory and the theory of the linear system regardless of the structure. (3) From the features and environment of the structure, it is possible to predict in advance the surface on which sudden external forces such as earthquakes and storms are incident. Incident. (4) There are observation time zones in which the power spectrum of the reference point or the fine movement displacement time history of the reference surface generated by the sudden external force corresponding to the sudden external force is similar to each other. Therefore, by selecting an observation time zone or the like from the above, it is possible to perform fine motion observation in which a minute external force corresponding to the sudden external force is excellent.
Furthermore, in the method of the present invention, the response to the earthquake motion of the structure is simply calculated using the following assumptions usually provided in the design of the structure. (1) Each component of the response of the structure is independent of each other. (2) The structure exhibits non-linearity against large external forces such as a large earthquake, but it is called the constant energy law from the response calculated assuming that the structure behaves linearly at this time. It can be calculated using assumptions. (3) The displacement of the structure caused by the constant fine movement is very small. Furthermore, in this method, (4) the spectrum of microtremors observed at the layer boundary near the ground of the structure is the spectrum that would be observed when the ground and structures behave linearly in a large earthquake. And the similar shape.
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。まず、診断システム１について説明する。図１は診断システム１の構成図である。図１に示すように、診断システム１は、受振器５、測定器７、コンピュータ９などで構成される。受振器５−１、受振器５−２、受振器５−３は構造物２１の微動観測を行う各層境界面３−１、層境界面３−２、層境界面３−３に配置される。受振器５−１、受振器５−２、受振器５−３と測定器７はケーブル１１で、測定器７とコンピュータ９は、ケーブル１３で接続される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the
受振器５−１、受振器５−２、受振器５−３はその点の絶対速度、変位を測定する。受振器５−１、受振器５−２、受振器５−３としては、例えばＧＥＯ−ＳＰＡＣＥ社製のＭＰＵ３−４などを用い、測定器７としては、ＡＤ変換機とアンプを用いる。受振器５と測定器７は同一ケースに収めることも可能であるが、この場合には、測定器７の振動やノイズが受振器５に感知されないようにする。 The geophone 5-1, the geophone 5-2, and the geophone 5-3 measure the absolute speed and displacement at that point. As the geophone 5-1, geophone 5-2, and geophone 5-3, for example, MPU3-4 manufactured by GEO-SPACE is used, and as the measuring device 7, an AD converter and an amplifier are used. The geophone 5 and the measuring device 7 can be housed in the same case, but in this case, vibration and noise of the measuring device 7 are prevented from being detected by the geophone 5.
図２は診断システム１で収集したデータの変換のフローチャートである。図２に示すように、診断システム１では、受振器５を使用して、微動すなわち層境界面３の振動を測定し（ステップ２０１）、受振器５で収集した変位、速度波形などのアナログデータを得る（ステップ２０２）。このアナログデータをケーブル１１を介して測定器７へ送信し、デジタル変換し、（ステップ２０３）、デジタルデータを得る（ステップ２０４）。このデジタルデータをケーブル１３を介してコンピュータ９に送信し、層間変位７３や回転角８３等を計算する（ステップ２０５）。
FIG. 2 is a flowchart of conversion of data collected by the
ステップ２０５のコンピュータ９内のデータ処理では、繰り返し計算や収束計算等の複雑な数値演算は必要としない。ソフトウェアとして通常の表計算ソフト（マイクロソフト社製のエクセル（商標名）など）の組み込み関数を用いたり、Ｃ等のプログラミング言語で簡単なプログラムを作って演算を行う。
The data processing in the computer 9 in
このように、診断システム１を用いることにより、構造物２１の微動データの計測から、数値指標の算出まで短時間に低コストで実施することが出来る。なお、ケーブル１１およびケーブル１３は、ワイヤレスの通信手段とすることもできる。例えば、モデム等を介してインターネット接続する。または、フロッピー（登録商標）等によってデータを運搬する方法でも良い。
Thus, by using the
また、測定器７ならびにコンピュータ９の設置位置は、建物内に限らず、同一のケースに収めておいても、互いに遠隔地にあっても良い。前者の場合には、計測場所で直ちに結果を得られる。後者の場合には、多数の建物のデータを同時に処理できる。後者の場合でも、計算結果を計測器の表示装置に送信して表示すれば、計測地点で直ちに結果を得られる。このように、即時的に観測結果を評価できるので、受振器５の移動による観測点の変更、観測時間帯の変更等が可能になる。 In addition, the installation positions of the measuring instrument 7 and the computer 9 are not limited to being in the building, and may be stored in the same case or remote from each other. In the former case, the result can be obtained immediately at the measurement location. In the latter case, data of a large number of buildings can be processed simultaneously. Even in the latter case, if the calculation result is transmitted to the display device of the measuring instrument and displayed, the result can be obtained immediately at the measurement point. As described above, since the observation result can be immediately evaluated, the observation point can be changed, the observation time zone can be changed by moving the geophone 5.
次に、図３に示す診断方法のフローチャートに沿って、図５および図６に示す構造物２１を例として診断方法を説明する。まず、構造物２１の事前調査を行い、受振器５の設置位置、基準面２５を決定する（ステップ３０３）。図４は評価対象となる振動および構造物２１の概略図である。一般に、図４に示すように、基準面２５は、微動２９または地震動３１が入力する地表面２３に近い層２７−４の層境界面とする。また、構造物２１の変形を記述する層２７を選出し、隣り合う層２７の層境界面３上に受振器５の設置位置を決定する。
Next, according to the flowchart of the diagnostic method shown in FIG. 3, the diagnostic method will be described using the
診断例では、図５および図６に示す位置に受振器５を設置する。図５および図６は診断例での受振器５の設置位置である。受振器５は、中間階の層境界面３−２から層境界面３−５と基準面２５では、中央付近に設置してある。また、屋上階（ＲＦ）の層境界面３−１では、対角線上に３つの受振器５−１−１、受振器５−１−２、受振器５−１−３を設置することにより、この層の回転成分を計測する。ここでは、層境界面３−１で構造物２１全体のねじれ、回転の有無を計測したが、必要に応じて中間階の層境界面３でも同様の計測を行う。
In the diagnosis example, the geophone 5 is installed at the position shown in FIGS. 5 and 6 are installation positions of the geophone 5 in the diagnosis example. The geophone 5 is installed near the center from the layer boundary surface 3-2 to the layer boundary surface 3-5 and the
受振器５により層境界面３の変位と基準面２５の変位を測定する（ステップ３０４）。図７は、構造物２１の変位を示す図である。図７の構造物２１は変形前の状態、構造物２１ａは変形後の状態を示す。微動２９により、基準面２５が基準面２５ａの位置に変形した場合、原点３３−１から原点３３−１ａまでの変位が基準面２５の層変位７１−１である。同様に、原点３３−３から原点３３−３ａまでの変位が層境界面３−１の層変位７１−３である。基準面２５と各層境界面３の層変位７１をそれぞれ求め、その時刻変化を層変位７１の時刻歴とする。なお、それぞれの原点３３の速度時刻歴から、基準面２５と各層境界面３の層変位７１の時刻歴を算出してもよい。
The displacement of the
次に、層間変位７３の時刻歴及び回転角８３の時刻歴を算出する（ステップ３０５）。層間変位７３は、層境界面３の相対変位である。通常は、層境界面３は、変形しないものと仮定し、構造物２１の変形は層２７内部で起こり、層間変位７３によって記述できると考える。層間変位７３は、隣り合う層境界面３の層変位７１のベクトルの差として求める。例えば、図７の層変位７１−１と層変位７１−２の時刻歴のベクトルの差から層間変位７３の時刻歴のベクトルを求めると、
Next, the time history of the interlayer displacement 73 and the time history of the
となる。層間変位７３の時刻歴のベクトルはｘ、ｙ、ｚの各座標軸に従って3つの成分を持つ。例えば、層変位７１−１の時刻歴のｙ成分をｙ１（ｔ）、層変位７１−２の時刻歴のｙ成分をｙ２（ｔ）とすると、層間変位７３の時刻歴のｙ成分は、
ｄ１２ｙ（ｔ）＝ｙ１（ｔ）−ｙ２（ｔ） ……（２）
となる。同様にして、各層境界面３間の層間変位７３の時刻歴を算出する。
It becomes. The time history vector of the interlayer displacement 73 has three components according to the x, y, and z coordinate axes. For example, if the y component of the time history of the layer displacement 71-1 is y1 (t) and the y component of the time history of the layer displacement 71-2 is y2 (t), the y component of the time history of the interlayer displacement 73 is
d12y (t) = y1 (t) -y2 (t) (2)
It becomes. Similarly, the time history of the interlayer displacement 73 between the layer boundary surfaces 3 is calculated.
図８は構造物２１の回転変位を示す図である。図８に示すように、基準面２５や層境界面３の変位には、Ｘ軸４１方向の水平成分、Ｙ軸４３方向の水平成分、Ｚ軸４５方向の鉛直成分の他に、同３方向廻りの回転成分がある。ある層境界面３内の埋め込み座標の慣性系座標に対する回転角８３の時刻歴をθ０（ｔ）、同じ層境界面３内の埋めこみ座標の原点３３の層変位７１の時刻歴をｄ０（ｔ）、任意の点の層変位７１の時刻歴をｄａ（ｔ）、任意の点の埋めこみ座標値をｒａとすると、次のような関係が成立する。ただし、演算記号×はベクトル積を表す。
FIG. 8 is a view showing the rotational displacement of the
通常は、層境界面３は平面であり、この面内にＸ軸４１、Ｙ軸４３を埋め込むので、例えば、図６に示す層境界面３−１では、受振器５−１−３、受振器５−１−１、受振器５−１−２を設置した３点の埋めこみ座標であるＡ（Ｘａ，Ｙａ，０）、Ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ，０）、Ｃ（Ｘｃ，Ｙｃ，０）と、式（２）の関係とから、層境界面３−１の埋め込み座標の原点３３の層変位７１の時刻歴ｄ０（ｔ）、回転角８３の時刻歴θ０（ｔ）のＸ、Ｙ、Ｚ成分を算出する。それぞれの成分は、次のように表せる。
Normally, the
次に、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）７５（変位）、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）８５（回転角）を算出する（ステップ３０６）。一般に、時刻歴ａ（ｔ）の二乗平均値σａは、式（１０）で表される。 Next, an energy transfer rate (RMS ratio) 75 (displacement) and an energy transfer rate (RMS ratio) 85 (rotation angle) are calculated (step 306). In general, the root mean square value σa of the time history a (t) is expressed by Expression (10).
微動２９による第ｉ層と第ｊ層の層間変位７３のｘ成分の二乗平均値をσｄｉｊｘ、基準面２５の層変位７１のｘ成分の二乗平均値をσｂｘとすると、第ｉ層と第ｊ層の層間変位７３のx成分の、基準面２５の層変位７１に対するエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）７５（ｈｄｉｊｘ）は、
ｈｄｉｊｘ＝σｄｉｊｘ／σｂｘ ……（１１）
で算出される。ｙ成分に関しても同様である。
Assuming that the root mean square value of the x component of the inter-layer displacement 73 of the i-th layer and the j-th layer by the fine movement 29 is σdijx and the mean square value of the x-component of the layer displacement 71 of the
hdijx = σdijx / σbx (11)
Is calculated by The same applies to the y component.
図１０は診断例での並進変位の実測・計算結果を示す図である。診断例では、並進変位の層間変位７３の二乗平均値、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）７５の算出結果は、図１０に示す値となる。 FIG. 10 is a diagram showing actual measurement / calculation results of translational displacement in a diagnosis example. In the diagnosis example, the calculation result of the mean square value of the inter-layer displacement 73 of the translational displacement and the energy transfer rate (RMS ratio) 75 is a value shown in FIG.
また、微動２９による第ｉ層のｘ軸４１回りの回転角８３の二乗平均値をσθｉｘ、基準面２５の層変位７１の水平２成分の二乗平均値をσｂｘｙ（ただし、σｂｘｙ＝（σｂｘ２＋σｂｙ２）１／２）とすると、第ｉ層のｘ軸４１回りの回転角８３の、基準面２５の層変位７１に対するエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）８５ｈθｉｘは、
ｈθｉｘ＝σθｉｘ／σｂｘｙ ……（１２）
で算出される。ｙ軸周り、ｚ軸周りについても同様である。
Further, the mean square value of the
hθix = σθix / σbxy (12)
Is calculated by The same applies to the y axis and the z axis.
図１１は診断例での回転変位の実測・計算結果を示す図である。診断例では、回転変位の回転角８３の二乗平均値、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）８５の算出結果は、図１１に示す値となる。
FIG. 11 is a diagram showing the actual measurement / calculation results of the rotational displacement in the diagnosis example. In the diagnosis example, the calculation result of the root mean square value of the
ステップ３０３からステップ３０６と並行して、地震動３１の大きさを決定し（ステップ３０１）、地震動３１の作用による基準面２５の変位を算出する（ステップ３０２）。図９は診断例での危険度の評価対象となる地震動３１のデータを示す図である。ここでは、構造物２１の近辺での兵庫県南部地震による地震動３１のデータを仮に使用する。ステップ３０１では、図９に示すように、危険度判定の対象となる地震動３１の、構造物２１の近辺での最大加速度５１、最大速度５３、中心周期５５を決定する。ステップ３０２では、これらのデータから基準面２５の最大変位５７を算出する。
In parallel with step 303 to step 306, the magnitude of the ground motion 31 is determined (step 301), and the displacement of the
次に、地震動３１による地震時推定変位（最大値）８１、８７を算出する（ステップ３０７）。即ち、図９に示す評価の対象とする地震動３１による基準面２５の最大変位５７と、図１０および図１１にそれぞれ示す微動観測結果６３、微動観測結果８４を用いて、地震時推定変位（最大値）８１および地震時推定変位（最大値）８７を算出する。
Next, estimated displacements (maximum values) 81 and 87 during earthquake due to the earthquake motion 31 are calculated (step 307). That is, by using the
一般に、定常な不規則入力を受ける線形システムの入力をｘ（ｔ）、出力をｙ（ｔ）とすると、出力の二乗平均値σｙと入力のパワースペクトル密度関数Ｓｘ（ω）の間には次のような関係がある。 In general, when the input of a linear system that receives a stationary random input is x (t) and the output is y (t), the mean square value σy of the output and the power spectral density function Sx (ω) of the input are There is a relationship like
Ｈ（ω）は、伝達関数と呼ばれている。定常過程では、二乗平均値（平均パワーの平方根）と、ある継続時間の間に観測される最大値の期待値の間には次の関係がある。 H (ω) is called a transfer function. In a stationary process, the following relationship exists between the root mean square value (the square root of the average power) and the maximum expected value observed during a certain duration.
γは、ピーク係数と呼ばれる係数で定常過程ｙ（ｔ）の継続時間Ｓ０と分布関数の関数である。定常ガウス過程では、次のようになる。Ｔ０は、定常過程の中心周期である。 γ is a coefficient called a peak coefficient, and is a function of the duration S0 of the steady process y (t) and the distribution function. In a stationary Gaussian process: T0 is the central period of the steady process.
一般に、構造物２１を破壊するような地震力３１等の突発的な外力は、有限な継続時間と非定常なスペクトルを持っている。パワースペクトル密度関数を計算するときに式（１４）から（１６）までを用いて、等価な継続時間Ｓ０を求め、これを用いて定常ガウス過程を対応させることが出来るという研究成果がある。即ち、パワースペクトル密度関数を計算するときに、次のように計算する。
Ｓｘ（ω）＝｜Ｘ（ω）｜２／（２πＳ０）……（１７）
ただし、Ｘ（ω）は、ｘ(t)のフーリエ変換である。即ち、
In general, a sudden external force such as a seismic force 31 that destroys the
Sx (ω) = | X (ω) | 2 / (2πS0) (17)
Where X (ω) is the Fourier transform of x (t). That is,
また、伝達関数は、入力と出力のフーリエ変換の商として、次のように計算される。
Ｈ（ω）＝Ｙ（ω）／Ｘ（ω） ……（１９）
ただし、出力のフーリエ変換も出力の時刻歴ｙ(t)から、式（１８）の要領で計算される。
The transfer function is calculated as the quotient of the Fourier transform of the input and output as follows.
H (ω) = Y (ω) / X (ω) (19)
However, the Fourier transform of the output is also calculated from the output time history y (t) in accordance with the equation (18).
ステップ３０７では、簡便な方法として、構造物２１の地盤２３に近い基準面２５で観測される微動２９のスペクトルは、大地震で地盤２３や構造物２１が線形に振舞うとした場合に観測されるであろうスペクトルと相似形であると仮定する。すると、基準面２５の地震動３１による入力ｘｇ（ｔ）のパワースペクトル密度関数Ｓｘｇ（ω）と微動２９ｘｂ（ｔ）のパワースペクトル密度関数Ｓｘｂ（ω）の間には、
Ｓｘｇ（ω）＝ｃ２Ｓｘｂ（ω） ……（２０）
の関係が成立する。
In step 307, as a simple method, the spectrum of microtremor 29 observed on the
Sxg (ω) = c2Sxb (ω) (20)
The relationship is established.
この仮定を式（１３）に用いると、地震動３１による層間変位の二乗平均値σｄｇと微動２９による層間変位７３の二乗平均値σｄｂも相似となる。
σｄｇ２＝ｃ２σｄｂ２ ……（２１）
従って、地震動３１による基準面２５の層変位の二乗平均値σｇと層間変位の二乗平均値σｄｇの間には、次の関係がある。
σｄｇ＝ｃσｄｂ＝ｃｈσｂ＝ｈｃσｂ＝ｈσｇ ……（２２）
When this assumption is used in the equation (13), the mean square value σdb of the interlayer displacement caused by the earthquake motion 31 and the mean square value σdb of the interlayer displacement 73 caused by the fine motion 29 are similar.
σdg2 = c2σdb2 (21)
Therefore, the following relationship exists between the mean square value σg of the layer displacement of the
σdg = cσdb = chσb = hcσb = hσg (22)
また、最大値の間にも、ピークファクターを介して上記の式と同様の関係がある。即ち、受振器５によって直接計測した、微動２９による層間変位７３の時刻歴ならびに基準面２５の層変位７１の時刻歴から計算したエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）７５（ｈ）と、地震動３１による基準面２５の変位の二乗平均値σｇから、地震動３１による層間変位の二乗平均値σｄｇならびに最大値γσｄｇを予測することができる。
Also, there is a relationship between the maximum values similar to the above formula via the peak factor. That is, the energy transfer rate (RMS ratio) 75 (h) calculated from the time history of the interlayer displacement 73 caused by the fine movement 29 and the time history of the layer displacement 71 of the
このことから、対象とする地震動３１による基準面２５のｘ成分の最大変位５７をｂｘｍａｘとすると、地震動３１によって生ずる第ｉ層と第ｊ層の層間変位のｘ成分の最大値ｄｉｊｘｍａｘは、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）７５ｈｄｉｊｘを用いて、
ｄｉｊｘｍａｘ＝ｆｈｄｉｊｘｂｘｍａｘ ……（２３）
で算出される。ｙ成分に関しても同様である。
Therefore, if the
dijxmax = fhdijxbxmax (23)
Is calculated by The same applies to the y component.
同様に、対象とする地震動３１による基準面２５のｘ成分の最大変位５７をｂｘｍａｘ、ｙ成分の最大変位５７をｂｙｍａｘとすると、地震動３１によって生ずる第ｉ層の回転角８９のｘ成分の最大値θｉｘｍａｘは、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）８５ｈθｉｘを用いて、
θｉｘｍａｘ＝ｆｈθｉｘｂｘｍａｘ ……（２４）
で算出される（ただし、ｂｍａｘ＝（ｂｘｍａｘ２＋ｂｙｍａｘ２）１／２）。ｙ軸周り、ｚ軸周りに関しても同様に算出する。
Similarly, assuming that the
θixmax = fhθixbxmax (24)
(Where bmax = (bxmax2 + bymax2) 1/2). The same calculation is performed for the y axis and the z axis.
式（２３）で用いられているｆ６７、式（２４）で用いられているｆ（図示せず）は、応答の非線形性を考慮した係数である。ｆ６７は、降伏点変位ｄｙと構造が非線形性を呈しないで線型システムとして挙動したとして計算された変位、即ち、ｈｄｉｊｘｂｘｍａｘ（図１０の等価弾性変位６５）を用いて、次のように表される。
ｆ＝１／２（η＋１／η）、（ただし、η＝ｈｄｉｊｘｂｘｍａｘ／ｄｙで、η＞１のときのみ用いる） ……（２５）
ｙ成分に関しても同様である。
F67 used in the equation (23) and f (not shown) used in the equation (24) are coefficients in consideration of the nonlinearity of the response. f67 is expressed as follows using the yield point displacement dy and the displacement calculated as if the structure behaved as a linear system without exhibiting nonlinearity, that is, hdijxbxmax (equivalent elastic displacement 65 in FIG. 10). .
f = 1/2 (η + 1 / η) (however, only when η = hdijxbxmax / dy and η> 1) (25)
The same applies to the y component.
降伏点変位ｄｙは、通常、建物の場合には、層間変形角（層間変位を階高で除した値）にして、２００分の１から、１００分の１であると考えられている。式（２４）で用いられているｆも、ｆ６７と同様の考え方で算出されるが、回転角に関しては具体的な研究成果は現在のところは無いので、本方法ではｆ＝１としている。 Yield point displacement dy is generally considered to be 1/200 to 1/100 in terms of interlayer deformation angle (value obtained by dividing interlayer displacement by floor height) in the case of buildings. F used in the equation (24) is also calculated in the same way as f67. However, since there is no specific research result regarding the rotation angle, f = 1 is set in the present method.
上記の方法では、システムは線形であり、変位成分は互いに独立で、入力は定常であると仮定している。通常の構造物２１の微動２９に関しては、この仮定は概ね現実にも当てはまる。構造物２１が破壊するような大きな外力、例えば地震力３１の作用を受けた場合には、殆どの構造物２１が著しい非線形性を呈する。また、外力自体も、有限な継続時間を持ち著しい否定常性をもつ。この問題に関して、構造力学と構造設計理論では、線形システムの定常過程に対する応答を基本に、非線形、非定常効果を係数ｆによって考慮するという立場をとっている。
The above method assumes that the system is linear, the displacement components are independent of each other, and the input is stationary. With regard to the fine movement 29 of the
本発明の方法は、この立場に添うものであり、通常用いられている上記非線形効果を表す係数ｆをそのまま用いることが出来る。しかしながら、構造設計基準で振動の各成分の連成や、非線形性を計算することが要求されている構造物に対しては、本発明の方法を適用する場合に、ステップ３０７の説明の前半で述べた一般的な方法や、３次元的な解析を行うことを考慮する必要がある。 The method of the present invention follows this standpoint, and the coefficient f representing the nonlinear effect that is normally used can be used as it is. However, in the first half of the description of step 307, when applying the method of the present invention to a structure for which it is required to calculate the coupling of each component of vibration or nonlinearity according to the structural design standard. It is necessary to consider performing the general method described and three-dimensional analysis.
式（２３）、式（２４）の計算について診断例を用いて具体的に述べると、例えば、図１０において、図９で示す最大変位５７を仮に４ｃｍとした場合、最大変位５７とエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）７５を乗算すると等価弾性変位６５となる。そして、等価弾性変位６５にｆ６７を掛けると弾塑性変位６９ｄｉｊｍａｘが得られ、更に弾塑性変位６９を層２７の厚さで割ると層間変形角８２が得られる。また、図１１において、図９で示す最大変位５７の水平２成分（ｘ成分とｙ成分）の二乗平均値とエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）８５を乗算すると回転角８９θｉｍａｘが得られる。
The calculation of Expression (23) and Expression (24) will be specifically described using diagnosis examples. For example, in FIG. 10, when the
ステップ３０３からステップ３０７と並行して、構造物２１の危険度判定を行う上で重要な層、変位成分、判定基準変位量を決定し（ステップ３０８）、基準変形量（層間変位角、回転角）を算出する（ステップ３０９）。即ち、構造物２１の設計条件や、同種の構造物の被災事例、実験データなどを収集し、ステップ３０１からステップ３０７の手順で算出した層間変形角８２や回転角８９などのデータに対する判定基準値を、それらのデータを用いて決定する。
In parallel with step 303 to step 307, layers, displacement components, and determination reference displacement important for determining the risk of the
次に、危険度を判定する（ステップ３１０）。即ち、図１０および図１１に示す地震時推定変位（最大値）８１、地震時推定変位（最大値）８７と、ステップ３０９で決定した判定基準値を比較し、構造物２１の地震動３１による危険度を判定する。図１０に示す層間変形角８２は、弾塑性変位６９を層２７の厚さで除した値であり、層２７を構成する構造要素（部材）の力学的な性状、破壊に対する安全性などに関する多くの研究成果は、弾塑性変位６９または、層間変形角８２を指標として整理される。
Next, the degree of risk is determined (step 310). That is, the earthquake estimated displacement (maximum value) 81 and the earthquake estimated displacement (maximum value) 87 shown in FIGS. 10 and 11 are compared with the determination reference value determined in step 309, and the danger caused by the earthquake motion 31 of the
地震時の層間変形角８２は、１％を超えると層２７の崩壊が生じる危険性が高いと考えられている。図１０に示すように、診断例では、地震動３１により生じると推定される層間変形角８２が１％を超えるのは、下線を付したＸ方向2階から4階までと、Ｙ方向の全ての階であり、本診断方法で崩壊の危険性があると判定される。尚、２階Ｘ方向の層間変形角８２は、０．９９％であり、１％をごく僅かしか下回っていないので、危険と判定した。
If the
図１１に示すように、診断例での、回転変位の地震時推定変位（最大値）８７は、Ｙ軸４３、Ｚ軸４５周りに関しては、１％程度であるので、構造物２１の基礎形式がべた基礎であることを考慮すると直ちに危険であるとは言いがたい。Ｘ軸４１周りには、３％の回転が予測されている。この値は大きく、若干の塑性変形（傾き）が残ると予測されるが、転倒の危険があるとは言いがたい。
As shown in FIG. 11, the estimated displacement (maximum value) 87 of the rotational displacement at the time of earthquake in the diagnosis example is about 1% with respect to the Y axis 43 and the Z axis 45, so the basic form of the
本方法と、既存の方法との整合性を確認するため、図１０に日本建築防災協会の指針に従って計算した耐震指標Ｉｓ７７、強度指標ＣＴ・ＳＤ７９の値を示す。建築防災協会指針では、耐震性指標Ｉｓ７７が０．６を下回る場合、また、強度指標ＣＴ・ＳＤ７９が０．３を下回る場合、大地震でその層が崩壊する危険性があると判定する。耐震指標Ｉｓ７７による判定、本方法の層間変形角８２による判定ともに、崩壊の危険性があるのは、Ｘ方向では２階から４階まで、Ｙ方向では、ＢＦ階の耐震指標Ｉｓ７７の０．６１は基準値の０．６０を極僅かしか上回っていないので危険性があると考えると、４階を除く全ての階であると判定される。
In order to confirm the consistency between this method and existing methods, FIG. 10 shows the values of the earthquake resistance index Is77 and the strength index CT · SD79 calculated according to the guidelines of the Japan Building Disaster Prevention Association. According to the Building Disaster Prevention Association Guidelines, if the earthquake resistance index Is77 is less than 0.6, or if the strength index CT · SD79 is less than 0.3, it is determined that there is a risk of the layer collapsing due to a large earthquake. In both the determination by the seismic index Is77 and the determination by the
４階のＹ方向に関しては、本方法では危険、耐震性指標Ｉｓ７７では安全と判定が分かれているが、その他の全ての階と方向で両方法の判定は整合性がある。耐震性指標Ｉｓ７７の判定基準値は、地震動のエネルギが大きくなるほど大きくなる。これを仮に現行の０．６から０．７８に上げて考えれば、両方法の判定結果を完全に一致させることができる。これは、ここに例示した実際の地震動３１は、日本建築防災協会の指針作成時点で用いられた過去の被災事例の地震動より大きかったとされている事実と整合する。 Regarding the Y direction of the fourth floor, the method is classified as dangerous and the earthquake resistance index Is77 is classified as safe, but the determination of both methods is consistent in all other floors and directions. The criterion value for the earthquake resistance index Is77 increases as the seismic motion energy increases. If this is considered to be increased from the current 0.6 to 0.78, the determination results of both methods can be made completely coincident. This is consistent with the fact that the actual seismic motion 31 exemplified here is greater than the seismic motion of the past disaster cases used at the time of the creation of the guidelines of the Japan Building Disaster Prevention Association.
診断例の構造物２１は、実際の地震動３１で2階と３階部分の柱にＸ方向の変形による大きな被害を受けており、判定結果は被災状況にも適合している。４階Ｘ方向とＢＦから３階までのＹ方向に関して、両方法とも危険と判定されながら実際には大きな構造被害を受けなかったが、２、３階がＸ方向に被災したことによって地震動３１のエネルギが吸収され、上層階（4階）とＹ方向の被害が小さかったと考えられる。このように、部分的に被災した後の挙動に関して考慮していないことは、現行の設計法全般に共通する課題である。
The
このように、本実施の形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
（１）計測から計算と評価まで短時間に実施することが出来る。計測は、機械の設置、計測でおよそ２時間程度、計算は数分で終了する。日本建築防災協会の方法を用いる場合には、構造図面データの入力、コンクリートコア抜き試験の実施と評価等で通常は２週間程度、多量に人員を投入し、コンクリート試験を短期間で実施しても少なくとも２から３日は掛かる。
Thus, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) It can be implemented in a short time from measurement to calculation and evaluation. The measurement takes about 2 hours by installing and measuring the machine, and the calculation is completed in a few minutes. When using the method of the Japan Association for Building Disaster Prevention, input a structural drawing data, conduct and evaluate a concrete core removal test, etc. Usually, a large amount of personnel are invested for about two weeks, and the concrete test is carried out in a short period of time. It takes at least 2 to 3 days.
（２）計測から計算と評価まで低コストで実施することが出来る。計測と計算に掛かるコストは、機械の損料と人件費等であるが、従来の方法では、構造物一棟あたり、数百万円要しているものが、本発明の方法では、数十万円で出来る。 (2) It can be implemented at low cost from measurement to calculation and evaluation. The costs required for measurement and calculation are mechanical loss and labor costs, etc., but the conventional method requires several million yen per building, but the method of the present invention requires several hundred thousand. You can do it in a circle.
（３）各種の想定地震動３１に対する危険度を定量的に評価することが出来る。即ち、特定の地震動３１に対して基準面２５の変位を計算し、これに対して本発明の方法を用いる。建築防災協会の方法では、過去の大震災での被災事例の分析からＩｓ＝０．６を評価基準としており、対象とする地震動３１が明確ではないので、地震危険度のレベルを定量的に評価することが出来なかった。本発明の方法を用いれば、どのような地震動３１に対して安全か危険かを定量的に判断することができる。
(3) It is possible to quantitatively evaluate the degree of risk for various assumed ground motions 31. That is, the displacement of the
（４）層２７並びに層間の回転角８９に対しても計測結果に基づいて、危険度を判定することが出来る。日本建築防災協会の方法では、ねじれに関しては直接の規定がない。しかし、建築設計基準では、新築建物に対しては、ねじれに対する検討を行うことになっており、本発明の方法はこれに対応させることが出来る。ねじれ、回転の構造物への影響に関しては現在も学会等で盛んに研究が進んでいる分野であり、本発明の方法でねじれ、回転が予測できるので、学会等で得られた知見を危険度判定に反映することが出来るという効果がある。
(4) The degree of risk can be determined for the layer 27 and the
（５）構造物の耐震性に関する設計で用いられている指標（層間変位、弾塑性変位６９、回転角８９など）を直接計測と計算で得ることが出来るので、建物の地震危険度判定と設計を直接関連付けることができる。従来の方法は、耐震性指標（Ｉｓ）、強度指標（ＣｔＳｄ）（以上日本建築防災協会）スペクトル比、地震危険度指標など、地震危険度判定専用の指標を計算しているので、耐震設計の理論的枠組み、実験データなどを用いることが困難である。これに対して、本発明の方法は、上記の膨大な知識の集積を地震危険度判定に直接用いることを可能にする効果がある。
(5) Indexes used in the design related to earthquake resistance of structures (interlaminar displacement, elasto-
（６）想定地震動３１に対する基準面２５の変位から、層間変位（弾塑性変位６９）等を計算する方法であるので、地震動３１に対する正確な評価が出来る。
（７）構造物２１の非線形性を考慮して計算しているため、正確な評価ができる。これは、本発明の方法が設計計算に用いられている理論的体系に準拠していることによる効果である。
(6) Since the method is to calculate the inter-layer displacement (elasto-plastic displacement 69) from the displacement of the
(7) Since the calculation is performed in consideration of the nonlinearity of the
（８）既存建物の地震危険度評価だけでなく、建設中の建物の品質管理に用いることもできる。本方法は、設計計算に用いられている指標を直接計測するので、建設途上または竣工後に建物が設計で期待した性能を持つかどうかの評価に用いることが出来る。 (8) It can be used not only for earthquake risk assessment of existing buildings but also for quality control of buildings under construction. Since this method directly measures the index used in the design calculation, it can be used to evaluate whether the building has the performance expected by the design during construction or after completion.
次に、本発明の別の実施の形態について説明する。前述の実施の形態では、人工的構造物に、地震等の突発的外力が加わる時の該構造物の安全性を評価した。ここでは、評価対象を人工物だけでなく自然物にも広げ、該構造物の微動観測を行うことで、安全性と健全性とを評価する。安全性とは構造物の破壊の危険性を評価することを指し、健全性とは構造物が設計上期待される性質や品質に対する達成度を評価することを指す。 Next, another embodiment of the present invention will be described. In the above-described embodiment, the safety of the artificial structure when the sudden external force such as an earthquake is applied is evaluated. Here, the evaluation object is extended not only to an artificial object but also to a natural object, and the safety and soundness are evaluated by performing microtremor observation of the structure. Safety refers to evaluating the risk of structural destruction, and soundness refers to evaluating the degree of achievement of the properties and quality expected of the structure in design.
図１２は、本発明の別の実施の形態に係る診断システム１を示す。構造物９１は、人工的な構造物に限らず、自然物である崖、岩石、地盤等を含む。構造物９１の内部や表面に複数の受振器５が設置される。受振器５は、ケーブル１１で測定器７に接続され、測定器７はケーブル１３でコンピュータ９に接続される。受振器５や測定器７については図１で説明したので省略する。尚、受振器５と測定器７との接続、或いは測定器７とコンピュータ９との接続は、無線通信手段による接続であっても良い。
FIG. 12 shows a
受振器５は、構造物９１の任意の内部や表面、或いは受振器５−７〜５−９のように構造物内の平面３上に設置される。受振器５で得られるデータの変換の手順は図２で示したものと同様であり、説明を省略する。
The geophone 5 is installed on an arbitrary inside or surface of the structure 91 or on the
図１３、１４は、構造物９１の観測点（即ち受振器５の設置点）の配置計画の例を示す。受振器５の設置点は、構造物９１の特徴、環境条件、診断項目等を考慮して、構造物９１の注目点（もしくは注目面）、基準点（もしくは基準面）に配置される。 13 and 14 show an example of an arrangement plan of observation points of the structure 91 (that is, installation points of the geophone 5). The installation point of the geophone 5 is arranged at the attention point (or attention surface) and the reference point (or reference surface) of the structure 91 in consideration of the characteristics of the structure 91, environmental conditions, diagnosis items, and the like.
図１３は、構造物９１が同一の基盤９３（地盤、岩盤、床等）に乗っていると考えられる場合である。構造物内部に性質が変化している部分があれば、その位置を診断する目的の受振器５の配置計画である。例えば本実施の形態で微動による診断を行うと、Ａ点・Ｃ点とＢ点との微動時間歴の特性が異なることが判明する。即ち図１３のＢ点近傍が、構造物性質変化部分９５であることが判明する。 FIG. 13 shows a case where the structure 91 is considered to be on the same base 93 (ground, bedrock, floor, etc.). If there is a portion whose properties have changed inside the structure, the plan is to place the geophone 5 for the purpose of diagnosing the position. For example, if the diagnosis by fine movement is performed in the present embodiment, it is found that the characteristics of the fine movement time history are different between the points A and C and the point B. That is, it is found that the vicinity of the point B in FIG.
さらに受振器５の位置を点Ａから点Ａ１、点Ａ２へ、点Ｃから点Ｃ１、点Ｃ２へと移動させて診断を実施すると構造物の性質変化部分９５を診断することができる。 Further, when the diagnosis is performed by moving the position of the geophone 5 from the point A to the point A1 and the point A2, and from the point C to the point C1 and the point C2, the property change portion 95 of the structure can be diagnosed.
図１４は構造物９１と基盤９３の間の境界条件の違いを検出し診断を行う場合である。構造物上の点Ａ４、点Ｂ４、点Ｃ４と、それぞれの近傍の基盤９３上の点Ａ３、点Ｂ３、点Ｃ３との間でエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）を計算して診断を行う。
FIG. 14 shows a case where a difference in boundary condition between the structure 91 and the
また、構造物９１内部の性質の変化部分を診断する場合は、図４から図６に示したように、構造物９１を層に分けて基準面、注目面を決めて観測点（受振器５）を配置する。 Further, when diagnosing a changed portion of the properties inside the structure 91, as shown in FIGS. 4 to 6, the structure 91 is divided into layers, the reference plane and the attention plane are determined, and the observation point (the geophone 5) is determined. ).
次に、図１５のフローチャートに従い、微動による診断の手順を説明する。まず、安全性、健全性を評価診断する構造物９１と、その周辺環境の事前調査を行う（ステップ１００１）。 Next, a procedure for diagnosis by fine movement will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the structure 91 for evaluating and diagnosing safety and soundness and the surrounding environment are preliminarily investigated (step 1001).
次に構造物９１の診断項目を決定する（ステップ１００２）。即ち診断項目が突発性外力に対する安全性診断か、又は健全性診断かあるいは両方かを決定する。 Next, the diagnosis item of the structure 91 is determined (step 1002). That is, it is determined whether the diagnostic item is a safety diagnosis against sudden external force, a soundness diagnosis, or both.
次に構造物９１の注目物理量とこれを計算する点、面、層等を決定する（ステップ１００３）。注目物理量とは、構造物内部の点や平面の変位もしくは相対変位、点間の回転角、平均圧縮歪、平均せん断歪、平均曲げ歪、平均ねじり歪等の量である。例えば前述の実施例では、注目物理量が「層間変位」と「回転角」であった。建物や橋梁等の構造物では、設計計算で考慮する層や部材を参考にして注目物理量とこれを計算する点、面、層等を決定する。崖、地盤等の自然物でも、人工的な構造物を対象とする場合と同様に、防災や補強等の設計計算、安定計算で用いる力学的なモデルを参考にして、注目物理量とこれを計算する点、面、層等を決定する。 Next, the physical quantity of interest of the structure 91 and the points, planes, layers, etc. for calculating it are determined (step 1003). The physical quantity of interest is an amount such as a displacement or relative displacement of a point or a plane inside a structure, a rotation angle between points, an average compression strain, an average shear strain, an average bending strain, an average torsion strain, or the like. For example, in the above-described embodiment, the physical quantities of interest are “interlayer displacement” and “rotation angle”. For structures such as buildings and bridges, the physical quantity of interest and the points, planes, layers, etc. to be calculated are determined with reference to the layers and members considered in the design calculation. As with natural objects such as cliffs and grounds, calculate the physical quantity of interest and this with reference to the mechanical model used for design calculations and stability calculations for disaster prevention and reinforcement, as in the case of artificial structures. Determine points, planes, layers, etc.
突発的外力を考慮する場合には、その入力基準面と観測時間帯とを決定する（ステップ１００４）。 When the sudden external force is considered, the input reference plane and the observation time zone are determined (step 1004).
次にステップ１００５は、本診断システム１のソフトウエアの処理手順を示している。図１６は、ステップ１００５の入力、計算、表示、出力を行う機能を詳細に示しているので、以降図１５、図１６とを合わせて説明する。
Next,
入力項目として、観測計画（即ち観測点の総数・位置、観測時間帯、観測周波数帯域、卓越振動エネルギ、基準点、基準面、注目点、注目物理量、観測時刻歴計算項目等）を決定する（ステップ１００６）。これは図１６の観測点属性の入力２００６に対応する。
As an input item, an observation plan (that is, total number / position of observation points, observation time zone, observation frequency band, dominant vibration energy, reference point, reference plane, attention point, attention physical quantity, observation time history calculation item, etc.) is determined ( Step 1006). This corresponds to the observation
次に、上記計画に基づいて、受振器５を構造物９１に設置し、微動観測を実施する（ステップ１００７）。即ち微動観測値から、図１６の観測時刻歴２００３を得、同時に観測時間・観測周波数帯域２００４、分析時間・分析周波数帯域２００５を決定する。分析時間のデータの取り出しは、観測時間帯の中に分析開始時刻と分析終了時刻とを設定することで行う。分析周波数帯域のデータの取り出しは、分析時間の時刻歴に関してＦＦＴ変換を行い、周波数領域のフィルタ演算を行い、逆ＦＦＴ変換によって注目時刻歴を計算する元になる分析時間と分析周波数帯域の時刻歴データを得る。これらの計算は予備計算ルーチン２０１３を利用する。
Next, based on the above plan, the geophone 5 is installed on the structure 91 and fine movement observation is performed (step 1007). That is, the observation time history 2003 of FIG. 16 is obtained from the micromotion observation values, and at the same time, the observation time /
次に、注目時刻歴の計算（図１６の２０１１）と、パワースペクトルの計算を行い（ステップ１００８）、さらにエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）の計算（図１６の２０１２）を行う（ステップ１００９）。以下詳細に説明する。（即ち図１６の計算ルーチン２００９に入る。） Next, the attention time history is calculated (2011 in FIG. 16), the power spectrum is calculated (step 1008), and the energy transfer rate (RMS ratio) is calculated (2012 in FIG. 16) (step 1009). This will be described in detail below. (That is, the calculation routine 2009 of FIG. 16 is entered.)
常時微動は振幅が極めて小さく、構造物が線形に応答していると仮定すると、入力（即ち観測時刻歴）ｘ(ｔ)と、出力（即ち注目時刻歴）ｙ(ｔ)との間には、前述の式（１３）から式（１９）に示される関係がある。尚、式（１３）から式（１９）の例では入力（即ち観測時刻歴）ｘ(ｔ)は構造物２１の層変位７１の時刻歴に対応し、出力（即ち注目時刻歴）ｙ(ｔ)は、層間変位７３の時刻歴と回転角８３の時刻歴に対応する。
Assuming that microtremor has a very small amplitude and the structure is responding linearly, there is a gap between the input (ie observation time history) x (t) and the output (ie attention time history) y (t). There is a relationship represented by the above-described equations (13) to (19). In the examples of Expression (13) to Expression (19), the input (that is, the observation time history) x (t) corresponds to the time history of the layer displacement 71 of the
従ってある観測時刻歴から、伝達関数Ｈ(ω)を前述の式（１３）から式（１９）を用いて計算し、任意の波形の基準点もしくは基準面での入力（即ち観測時刻歴）ｘ(ｔ)に対する出力（即ち注目時刻歴）ｙ(ｔ)を計算することができる。ただしこれは入力が基準面に限られている場合であり、構造物９１にその他の面から入力がある場合にはこの効果も重ね合わせる必要がある。 Therefore, from a certain observation time history, the transfer function H (ω) is calculated using the above-mentioned equations (13) to (19), and the input at the reference point or reference plane of an arbitrary waveform (ie observation time history) x The output for (t) (ie, the time of interest history) y (t) can be calculated. However, this is a case where the input is limited to the reference surface, and when the structure 91 has inputs from other surfaces, it is necessary to superimpose this effect.
前述の式（１３）から式（１９）を用いて注目時刻歴の計算とパワースペクトルＳｘ(ω)の計算を行い（ステップ１００８）、続いてエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）計算を行う（ステップ１００９）。 The time history of interest and the power spectrum Sx (ω) are calculated using the above-described equations (13) to (19) (step 1008), and then the energy transfer rate (RMS ratio) is calculated (step 1009). ).
エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）ｈは、入力である観測時刻歴ｘ(ｔ)の二乗平均値σｘと、出力である注目時刻歴ｙ(ｔ)の二乗平均値σｙとを用いて以下のように定義される。尚、σｘ、σｙは前述の式（１０）で定義される。
ｈｘｙ＝σｙ／σｘ ……（２６）
The energy transfer rate (RMS ratio) h is as follows using the mean square value σx of the observation time history x (t) as an input and the mean square value σy of the attention time history y (t) as an output. Defined. Here, σx and σy are defined by the above-described equation (10).
hxy = σy / σx (26)
エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）ｈは、微動観測による基準点又は基準面の観測時刻歴の二乗平均値に対する、注目時刻歴の二乗平均値の比である。二乗平均値は、ピーク係数γを介して最大値と関係付けられるので、近似的には、最大値の比である。 The energy transfer rate (RMS ratio) h is the ratio of the mean square value of the time of interest history to the mean square value of the observation time history of the reference point or reference surface by the fine motion observation. Since the mean square value is related to the maximum value via the peak coefficient γ, it is approximately the ratio of the maximum values.
突発性外力に対する安全性診断を行う場合は、突発的外力に対する基準点変位の予測を行い（ステップ１０１０）、図１６の基準点変位（予測値）２００２を入力データとして入力する。微動観測値から算出したエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）ｈと、基準点変位（予測値）２００２とから、注目物理量の予測最大値の計算を行う（ステップ１０１２）。 When performing safety diagnosis against sudden external force, the reference point displacement with respect to sudden external force is predicted (step 1010), and the reference point displacement (predicted value) 2002 in FIG. 16 is input as input data. The predicted maximum value of the physical quantity of interest is calculated from the energy transfer rate (RMS ratio) h calculated from the microtremor observation value and the reference point displacement (predicted value) 2002 (step 1012).
前述の式（２０）から式（２２）で説明したように、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）ｈは、線形システムの応答を計算する係数となる。即ち、観測時刻歴から計算したエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）ｈｘｙと地震動などの突発的外力によって生ずると予測される基準面変位の二乗平均値σｘｇから、この外力によって生ずる注目点もしくは層などの変位、歪等の時刻歴の二乗平均値σｙｇ並びに最大値γσｙｇを予測することができる。即ち以下の関係がある。
σｙｇ＝ｈｘｙσｘｇ ……（２７）
As described in the above equations (20) to (22), the energy transfer rate (RMS ratio) h is a coefficient for calculating the response of the linear system. That is, the energy transfer rate (RMS ratio) hxy calculated from the observation time history and the mean square value σxg of the reference plane displacement predicted to be generated by a sudden external force such as an earthquake motion, the displacement of the attention point or layer generated by this external force The mean square value σyg and the maximum value γσyg of the time history such as distortion can be predicted. That is, there is the following relationship.
σyg = hxyσxg (27)
上記においては、システムは線形であり、変位成分は互いに独立で入力は定常であると仮定している。然しながら、構造物が破壊するような突発的な外力の作用を受けた場合は、殆どの構造物が著しい非線形性を呈する。また、突発的な外力自体も有限な継続時間を持ち、著しい非線形性を持つ。この場合、構造力学と構造設計理論では、線形システムの定常過程に対する応答を基本に、非線形、非定常効果を係数によって考慮する。 In the above, it is assumed that the system is linear, the displacement components are independent of each other, and the input is stationary. However, when subjected to sudden external forces that cause the structure to break, most structures exhibit significant nonlinearity. In addition, sudden external force itself has a finite duration and has significant nonlinearity. In this case, in structural mechanics and structural design theory, nonlinear and unsteady effects are considered by coefficients based on the response of a linear system to a stationary process.
突発的外力に対する注目物理量の予測最大値を算出後、構造物９１の安全性診断を行う（ステップ１０１３）。構造物９１が構造物２１の場合は、算出した地震時推定変位（最大値）８１、回転角の地震時推定変位（最大値）８７と、判定基準値（即ち図１６に示す許容最大変位２００８）とを比較して安全性を診断する。
After calculating the predicted maximum value of the physical quantity of interest for the sudden external force, the safety diagnosis of the structure 91 is performed (step 1013). When the structure 91 is the
構造物９１の健全性診断を行う場合は、構造物９１の構造が期待される状態であるかどうかを判定する。即ち、構造物９１に期待されるエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）（期待値）の予測を行い（ステップ１０１１）、微動観測で得たエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）と比較することで、構造物９１の健全性診断を行う（ステップ１０１４）。即ち構造物９１が、設計に相応して期待される性質又は品質からどのくらいずれているかを判定することで、構造物９１の健全性の診断を行う。尚、構造物９１に期待されるエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）（期待値）２００７は診断者が入力する入力データ２００１（図１６）である。 When the soundness diagnosis of the structure 91 is performed, it is determined whether or not the structure of the structure 91 is expected. That is, the energy transfer rate (RMS ratio) (expected value) expected for the structure 91 is predicted (step 1011), and compared with the energy transfer rate (RMS ratio) obtained by microtremor observation. The soundness diagnosis is performed (step 1014). That is, the soundness of the structure 91 is diagnosed by determining how much the structure 91 is based on the property or quality expected in accordance with the design. The energy transfer rate (RMS ratio) (expected value) 2007 expected for the structure 91 is input data 2001 (FIG. 16) input by the diagnostician.
尚、微動観測時に、従来は測定器７等にフーリエ振幅スペクトルを表示させて目視し、その形状から微動の性質を経験的に判断したり、振幅最大値に対応する周波数を卓越周波数と考えて診断指標にしたりして、分析を行っていた。本発明では、診断者が微動観測時にパワースペクトルを観測と同時に、測定器７又はコンピュータ９画面に表示させて目視する。さらに、中心振動数とバンド幅指数を算出してスペクトル形状を定量化して判断材料とする。即ち、任意の観測時刻歴ｘ(ｔ)に対して、スペクトルの中心振動数ωｃは式（２８）で、バンド幅指数αは式（２９）で表すことができる。 At the time of microtremor observation, conventionally, a Fourier amplitude spectrum is displayed on the measuring instrument 7 or the like and visually observed, and the nature of the tremor is empirically determined from its shape, or the frequency corresponding to the maximum amplitude is considered as the dominant frequency. It was used as a diagnostic index for analysis. In the present invention, the diagnostician displays the power spectrum on the screen of the measuring instrument 7 or the computer 9 at the same time as the observation of the fine movement, and visually observes it. Further, the center frequency and the bandwidth index are calculated, and the spectrum shape is quantified to make a judgment material. That is, for an arbitrary observation time history x (t), the center frequency ωc of the spectrum can be expressed by equation (28), and the bandwidth index α can be expressed by equation (29).
ただし、式（２８）、式（２９）のλｉは、観測時刻歴ｘ(ｔ)のパワースペクトルのＩ次モーメントであり、式（３０）で表される。 However, λi in the equations (28) and (29) is the I-th moment of the power spectrum of the observation time history x (t) and is expressed by the equation (30).
λ０は、ｘ(ｔ)の二乗平均値である。不規則振動論によれば、中心振動数ωｃは、時刻歴の平均ゼロクロス周波数の期待値になる。また、バンド幅指数αは、１とゼロとの間を取り、正弦波でα＝１、ホワイトノイズでα＝０となる。これらの指標を用いることにより、観測者の主観に頼らずに、観測時刻歴の周波数特性を評価することができる。 λ0 is the root mean square value of x (t). According to the irregular vibration theory, the center frequency ωc is an expected value of the average zero cross frequency of the time history. Further, the bandwidth index α is between 1 and zero, and α = 1 for a sine wave and α = 0 for white noise. By using these indices, it is possible to evaluate the frequency characteristics of the observation time history without depending on the subjectivity of the observer.
特に、従来はフーリエスペクトルの最大値に対応する周波数を卓越周波数としていたが、この値は統計的な意味が薄く観測によって変動する標本値の１つであった。これに対し中心振動数ωｃは、卓越周波数の期待値になる。 In particular, the frequency corresponding to the maximum value of the Fourier spectrum is conventionally the dominant frequency, but this value is one of the sample values that have little statistical meaning and vary depending on observation. On the other hand, the center frequency ωc is an expected value of the dominant frequency.
注目時刻歴の算出（ステップ１００８）は、構造物９１の特徴や注目する変位、歪に応じて任意に定義し、計算することができる。例えば、構造物９１が建物や橋梁、地盤などのように水平な層に分けられ、この層内のせん断、捻り、曲げなどの歪に注目して診断を行う場合を例にして具体的な注目時刻歴の計算方法を説明する。 The calculation of the attention time history (step 1008) can be arbitrarily defined and calculated according to the characteristics of the structure 91, the displacement and distortion to be noted. For example, when the structure 91 is divided into horizontal layers such as buildings, bridges, ground, etc., and a diagnosis is performed by paying attention to strains such as shearing, twisting, bending, etc. in this layer, a specific attention is given. A method for calculating the time history will be described.
構造物９１を水平な平面で層に分割し、その境界面に３つの観測点（受振器５）を設置する。微動変位は微小であると仮定し、ある層境界面の埋め込んだ座標系の慣性系座標に対する回転角時刻歴θ０（ｔ）と、原点の変位時刻歴ｄ０（ｔ）と、任意の点の変位時刻歴ｄａ（ｔ）と、任意の点の埋め込み座標値ｒａには前述の式（３）の関係が成立する。 The structure 91 is divided into layers on a horizontal plane, and three observation points (the geophone 5) are installed on the boundary surface. Assuming that the fine displacement is very small, the rotational angle time history θ0 (t) with respect to the inertial coordinate of the coordinate system embedded in a certain layer boundary surface, the displacement time history d0 (t) of the origin, and the displacement of an arbitrary point The relationship of the above formula (3) is established between the time history da (t) and the embedded coordinate value ra of an arbitrary point.
また、３点それぞれの埋め込み座標の原点の注目時刻歴、及び注目微動回転変位時刻歴のＸ、Ｙ、Ｚ成分は、前述の式（４）から式（９）で表される。これらの計算式を、観測点の観測時刻歴に適用し、観測点（受振器５）の設置された平面の注目時刻歴を計算する。 The attention time history at the origin of each of the three embedded coordinates and the X, Y, and Z components of the attention fine movement rotation displacement time history are expressed by the above equations (4) to (9). These calculation formulas are applied to the observation time history of the observation point, and the attention time history of the plane where the observation point (vibrator 5) is installed is calculated.
さらに、注目時刻歴としての、微動層間変位時刻歴、微動層間回転角時刻歴及び、層内の微動歪時刻歴に注目して計算し診断する。微動層間変位時刻歴は、層境界面ｉとｊの間の相対変位時刻歴であり、前述の式（１）で示される。（式（１）には、ｉ＝１、ｊ＝２の場合が示されている。） Further, calculation and diagnosis are performed by paying attention to the fine movement interlayer displacement time history, the fine movement interlayer rotation angle time history, and the fine movement distortion time history in the layer as the attention time history. The fine movement interlayer displacement time history is a relative displacement time history between the layer boundary surfaces i and j, and is represented by the above-described equation (1). (Formula (1) shows the case of i = 1 and j = 2.)
扁平な建物の中間階のように、層境界面の回転運動に注目しなくても良い場合には、層境界面に１つずつの受振器５を設置し、この変位の観測時刻歴を代表点の変位とする。例えばｙ成分については、式（３１）が成立する。
ｄｉｊｙ(ｔ)＝ｙｉ(ｔ)−ｙｊ(ｔ) ……（３１）
When it is not necessary to pay attention to the rotational movement of the layer boundary surface as in the middle floor of a flat building, one geophone 5 is installed on the layer boundary surface, and the observation time history of this displacement is represented. The displacement of the point. For example, Expression (31) is established for the y component.
diji (t) = yi (t) −yj (t) (31)
ｙｉ(ｔ)、ｙｊ(ｔ)は、それぞれ構造物内の注目する層境界ｉとｊの埋め込み座標の原点もしくは代表点の微動変位時刻歴のｙ成分である。 yi (t) and yj (t) are y components of the fine movement displacement time history of the origin or representative point of the embedded coordinates of the layer boundaries i and j of interest in the structure, respectively.
また、層内のせん断歪もしくは軸歪は、層間変位を層の厚さｌｙで割ることで計算できる。また、微動捩り率時刻歴ψｉｊｚ(ｔ)は、Ｚ軸廻りの微動回転角時刻歴の差と層厚ｌｙとを用いて式（３２）で示される。
ψｉｊｚ(ｔ)＝（θｉｚ(ｔ)−θｊｚ(ｔ)）／ｌｉｊ……（３２）
The shear strain or axial strain in the layer can be calculated by dividing the interlayer displacement by the layer thickness ly. Further, the fine motion torsion rate time history ψijz (t) is expressed by equation (32) using the difference in the fine motion rotation angle time history around the Z axis and the layer thickness ly.
ψijz (t) = (θiz (t) −θjz (t)) / lij (32)
また、微動曲率時刻歴は、Ｘ軸とＹ軸廻りの微動回転角時刻歴の差と、層厚ｌｙとを用いて式（３３）、式（３４）で示される。
ψｉｊｘ(ｔ)＝（θｉｘ(ｔ)−θｊｘ(ｔ)）／ｌｉｊ……（３３）
ψｉｊｙ(ｔ)＝（θｉｙ(ｔ)−θｊｙ(ｔ)）／ｌｉｊ……（３４）
Further, the fine movement curvature time history is expressed by Expression (33) and Expression (34) using the difference between the fine movement rotation angle time history around the X axis and the Y axis and the layer thickness ly.
ψijx (t) = (θix (t) −θjx (t)) / lij (33)
ψijy (t) = (θiiy (t) −θjiy (t)) / lij (34)
以上のように、観測された観測時刻歴ｘ(ｔ)に対する出力ｙ(ｔ)として注目時刻歴を計算し、さらにエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）ｈを計算してこれを指標とし、構造物９１の健全度診断および突発的な外力に対する安全性診断行う。 As described above, the attention time history is calculated as the output y (t) with respect to the observed observation time history x (t), the energy transfer rate (RMS ratio) h is calculated, and this is used as an index. Diagnosis of health and safety diagnosis against sudden external force.
ここで、図１６に示した機能について説明を補足する。本実施の形態のソフトウエアの機能は、図１６に示すように入力データ２００１機能、計算ルーチン２００９機能、表示ルーチン２０１４機能、出力・転送ルーチン２０１７機能からなる。
Here, the description of the function shown in FIG. 16 will be supplemented. As shown in FIG. 16, the software functions of the present embodiment include an input data 2001 function, a calculation routine 2009 function, a
入力データ２００１部で、観測者が入力するのは、基準点変位（予測値）２００２、受振器５の設置情報を含む観測点属性２００６、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）（期待値）２００７、安全性判定のための許容最大変位（設計値）２００８である。観測時刻歴２００３は、受振器５で観測されたデータである。観測時間・観測周波数帯域２００４、分析時間・分析周波数帯域２００５は、観測時刻歴２００３から観測者が設定するデータである。
In the input data 2001 part, the observer inputs the reference point displacement (predicted value) 2002, the
計算ルーチン２００９部は、本計算ルーチン２０１０部と、予備計算ルーチン２０１３部とから成る。本計算ルーチン２０１０は、注目時刻歴の計算２０１１（図１５のステップ１００８）と、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）の計算２０１２（図１５のステップ１００９）である。予備計算ルーチン２０１３は、数値情報の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）や逆変換、フィルタ演算、パワースペクトル計算、ゼロ点補正等の演算機能であり、本計算ルーチン２０１０計算時に、必要な予備計算ルーチン２０１３を組み合わせて計算し演算の高速化を図る。
The calculation routine 2009 includes a
表示ルーチン２０１４は、観測者や診断者が、微動観測と同時に観測時刻歴をモニタし観測が正常に実施されているかどうかを確認する。また観測時刻歴が計測した属性を備えているか等の確認、診断に必要な数値情報の確認、必要に応じた観測点の数・位置等の観測計画の変更等を行う場合に用いる。
In the
表示項目は、入力データ、観測時刻歴等を表示（２０１５部）し、計算結果として時刻歴、パワースペクトル等を表示（２０１６部）する。 The display items display input data, observation time history, etc. (2015 part), and display time history, power spectrum, etc. as a calculation result (2016 part).
出力・転送ルーチン２０１７は、観測結果や算出結果を、ハード記憶媒体や出力媒体に出力、或いはインターネット等へ転送する。例えば遠隔地にいる診断者が、観測と同時に診断することができる。 The output / transfer routine 2017 outputs observation results and calculation results to a hard storage medium or an output medium, or transfers them to the Internet or the like. For example, a diagnostician at a remote location can make a diagnosis simultaneously with observation.
このように、本実施の形態によれば、以下のような効果を奏することができる。（１）構造物の健全性、安全性を、構造物に直接外力を作用させることなく、迅速かつ安価に診断することができる。 Thus, according to the present embodiment, the following effects can be obtained. (1) The soundness and safety of a structure can be diagnosed quickly and inexpensively without external force acting directly on the structure.
（２）診断に用いる時刻歴相互の関係を二乗平均値（ＲＭＳ）の比であるエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）という、計算が容易で、客観的で、物理的・不規則振動論的に意味のある数値によって表現することにより、微動観測によって得られる情報を直接診断に用いることを可能にした。 (2) The relationship between time histories used for diagnosis is the energy transfer rate (RMS ratio), which is the ratio of the root mean square (RMS), which is easy to calculate, objective, and physically and irregularly vibrationally meaningful By expressing with a certain numerical value, the information obtained by microtremor observation can be directly used for diagnosis.
（３）微動観測によって得られた時刻歴から、構造物の安全性、健全性の判断に必要な物理量の時刻歴を直接計算することによって、微動観測によって得られる情報を、直接診断に用いることを可能にした。 (3) By directly calculating the time history of physical quantities necessary for judging the safety and soundness of structures from the time history obtained by microtremor observation, the information obtained by microtremor observation should be used for direct diagnosis. Made possible.
（４）注目時刻歴に、変位、層間変位、せん断歪、曲げ歪等の通常の構造力学、安定計算、構造計算で用いられている量を選択することで、本診断の経過と結果を他の方法の結果と、容易に比較検討することができる。従って診断結果の信頼性を高め、他の方法と総合した診断を行うことができる。 (4) By selecting the amount used in normal structural mechanics such as displacement, inter-layer displacement, shear strain, bending strain, stability calculation, and structural calculation as the attention time history, the progress and results of this diagnosis can be changed. The results of this method can be easily compared. Therefore, the reliability of the diagnosis result can be improved and a diagnosis integrated with other methods can be performed.
（５）微動観測中に観測状況をモニタし、観測と平行して診断計算を行うことにより、健全性・安全性の診断を迅速に行うことができる。 (5) By monitoring the observation status during microtremor observation and performing diagnostic calculations in parallel with the observation, diagnosis of soundness and safety can be performed quickly.
（６）微動観測中に、観測状況・診断結果等の表示を基に、観測点や観測時間帯等の観測計画を変更し、現場の制約条件下で最適な結果を得る観測と診断を実施することができる。 (6) During observation of tremors, change the observation plan such as observation points and observation time zone based on the display of observation status and diagnosis results, and conduct observation and diagnosis to obtain optimal results under on-site constraints. can do.
（７）微動観測と診断の中間的なデータや結果等をインターネット等で転送することによって、遠隔地の診断者が診断に参加することができる。従って、診断結果の信頼性を高め、観測点の配置等の診断計画の最適化を迅速に行うことができる。 (7) By transferring intermediate data and results between microtremor observation and diagnosis over the Internet or the like, a remote diagnostician can participate in the diagnosis. Therefore, the reliability of the diagnosis result can be improved and the diagnosis plan such as the arrangement of observation points can be optimized quickly.
（８）構造物の安全性・健全性の診断に直接関わる量を、注目時刻歴として算出し、注目時刻歴と基準面の振動との関係をエネルギ伝達率（ＲＭＳ比）によって表し、微動観測によって得られる情報を直接診断に用いることを可能にした。 (8) The amount directly related to the safety / soundness diagnosis of the structure is calculated as the time history of attention, and the relationship between the time history of attention and the vibration of the reference plane is expressed by the energy transfer rate (RMS ratio). It is possible to directly use the information obtained by
（９）観測時刻歴の周波数特性を、中心振動数・バンド幅指数という指標を算出して表すこととし、客観的な判断を可能にした。 (9) The frequency characteristics of the observation time history are expressed by calculating an index called a center frequency / bandwidth index, enabling objective judgment.
尚、本発明は、実施例に示した例に限定されることなく、他の分野においても応用することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the example shown in the Example, It can be applied also in another field | area.
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、構造物の微動観測から、エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）を指標として用い、自然物或いは人工物である構造物の安全性や健全性の診断を、簡易・迅速かつ安価に行う診断方法及び診断システムを提供することができる。 As described above in detail, according to the present invention, from the microtremor observation of a structure, the energy transfer rate (RMS ratio) is used as an index to diagnose the safety and soundness of the structure that is a natural object or an artificial object. Therefore, it is possible to provide a diagnosis method and a diagnosis system that can be performed simply, quickly and inexpensively.
１………診断システム
３………層境界面
５………受振器
７………測定器
９………コンピュータ
２１………構造物
２３………地表面
２５………基準面
２９………微動
３１………地震動
５７………最大変位
７３………層間変位
７５………エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）
８１………地震時推定変位（最大値）
８３………回転角
８５………エネルギ伝達率（ＲＭＳ比）
８７………地震時推定変位（最大値）
９１………構造物
９３………基盤
９５………構造物の性質変化部分
９７………Ａ点
９９………Ｂ点
１０１………Ｃ点
１０３………構造物表面
DESCRIPTION OF
81 ......... Estimated displacement during earthquake (maximum value)
83 .........
87 ……… Estimated displacement during earthquake (maximum value)
91 .........
Claims (35)
前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする診断方法。 In the structure diagnostic method using the results of observation of the microtremor time history of the structure at multiple observation points and reference points,
Obtain the observation time history from the microtremor time history observed simultaneously at the reference point and a plurality of observation points, calculate the attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
A diagnosis method comprising diagnosing by mutual comparison of the energy transfer rates.
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を測定して通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする構造物の診断システム。 In the structure diagnostic system using the results of observation of microtremor time history of the structure at multiple observation points and reference points,
A plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a communication means, a measuring instrument, and a computer,
The plurality of geophones measure fine movement applied to the structure and send it to the measuring device via communication means,
The measuring device sends the microtremor observation value to the computer via communication means,
The computer obtains an observation time history from the microtremor time history observed simultaneously at the reference point and a plurality of observation points, calculates an attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
A diagnostic system for a structure, characterized in that a diagnosis is made by mutual comparison of the energy transfer rates.
前記基準点と複数の観測点において同時に観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とするコンピュータ。 In a computer that diagnoses a structure using the results of microtremor time history of the structure observed at multiple observation points and reference points,
Obtain the observation time history from the microtremor time history observed simultaneously at the reference point and a plurality of observation points, calculate the attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
Diagnosis by mutual comparison of the energy transfer rates.
構造物の観測点又は平面に設置する複数の受振器と、通信手段と、測定器と、コンピュータとを備え、
前記複数の受振器は、前記構造物に加わる微動を同時に測定して、そのデータを前記通信手段を介して前記測定器に送り、
前記測定器は、前記微動観測値を通信手段を介して前記コンピュータに送り、
前記コンピュータは、前記基準点と複数の観測点において観測された前記微動時刻歴から観測時刻歴を得、該観測時刻歴から時間領域で注目時刻歴を算出し、
次に該注目時刻歴の二乗平均値と該基準点の時刻歴の二乗平均値の比であるエネルギ伝達率を算出し、
該エネルギ伝達率の相互比較によって診断することを特徴とする構造物の診断装置。 In the structure diagnostic device using the results of microtremor time history of the structure observed at multiple observation points and reference points,
A plurality of geophones installed at an observation point or a plane of the structure, a communication means, a measuring instrument, and a computer,
The plurality of geophones simultaneously measure the fine movement applied to the structure, and send the data to the measuring device via the communication means,
The measuring device sends the microtremor observation value to the computer via communication means,
The computer obtains an observation time history from the microtremor time history observed at the reference point and a plurality of observation points, calculates an attention time history in the time domain from the observation time history,
Next, an energy transfer rate that is a ratio of the mean square value of the time history of interest and the mean square value of the time history of the reference point is calculated,
A diagnostic apparatus for a structure, wherein the diagnosis is performed by comparing the energy transfer rates.
The diagnostic device for a structure according to any one of claims 25 to 34, wherein the attention time history is at least one of the observation point or plane displacement, interlayer displacement, rotation angle, and strain.
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