JP4954315B2 - 橋梁用伸縮継手の異常検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車道の橋梁に設置された橋梁用伸縮継手の異常検出方法に関する。

自動車道の橋梁では、床版の相互の接続部や、床版と橋台の接続部に、接続される各々の部材の温度変化や地震等に起因する変位を許すため、部材の相互を隔てる遊間を設けている。橋梁の遊間を路面が交差する位置には、遊間が設けられた部材の変位に伴って伸縮可能な伸縮継手を配置し、この伸縮継手の上に車両や人を通行させている。

この種の伸縮継手は、伸縮可能な材質又は構造を有し、しかも、路面を通過する車両から荷重を繰り返して受けるため、橋梁の他の部材よりも劣化の進行度合いが速い。伸縮継手の劣化は、車両の走行に伴う騒音を招き、また、車両の走行の安全性に影響を与えるので、伸縮継手を比較的高い頻度で検査する必要がある。

従来、橋梁の伸縮継手の検査方法としては、検査員が巡回車両に乗って道路を走行し、伸縮継手の上を通過する際に体感する音や振動に基づいて、伸縮継手の健全度を感覚的に判定している。体感した音や振動により、伸縮継手の異常が疑われると巡回車両を停止し、検査員が伸縮継手に接近し、目視やハンマー打音の聴取によって異常を検出する接触検査を行っている。このような検査員が体感した音や振動に基づいて行う判定は、検査員の経験に基づく技量によるため、検査の安定性と効率が低下するおそれがある。また、新たな検査員に技量を伝承するための時間と手間がかかり、検査員の慢性的な不足や、検査員の確保や教育のためのコストが嵩む問題がある。

このような検査作業の問題は、道路に関する他の構造物についても同様に存在する。例えば、舗装の透水性を検査する場合、対象の路面上に検査員が赴いて現場透水試験を行うので作業効率が悪く、また、現場透水試験を行う間は車両の通行規制が必要であるので道路交通に影響が生じる。このような問題に対して、最近、検査車両で走行しながら舗装面に向けて検査音を発射し、この検査音の舗装面での反射音を収録して、収録した反射音の検査音に対する減衰特性に基づいて、舗装の透水性を検知する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、検査対象である舗装の上を走行しながら舗装の透水性を検知できるため、検査の作業効率の向上が期待されている。

特開平６−１３８１０３

しかしながら、橋梁用伸縮継手の異常については、検査音と反射音との間の減衰特性に基づいて検知することはできない。

そこで、本発明の課題は、走行車両により収集する情報に基づいて、橋梁用伸縮継手の異常を比較的高い精度で検知でき、検査の作業効率の向上とコスト削減が可能な橋梁用伸縮継手の異常検出方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の橋梁用伸縮継手の異常検出方法は、走行車両が橋梁用伸縮継手の設置位置を通過する際に、車内で採取される車内走行音と、車外で採取された車外走行音とを収録し、収録された車内走行音の音圧値と車外走行音の音圧値との積により得られる判定値に基づいて、上記橋梁用伸縮継手の異常を判定することを特徴としている。

本発明は、検査員が巡回車両で橋梁用伸縮継手を通過する際の音や振動に基づいて行う判定を、定量的な方法によって再現することを目的とし、車両で正常な橋梁用伸縮継手と異常な橋梁用伸縮継手とを走行しながら検査員の判定を行うと共に、車内走行音と車外走行音を収録した。収録したデータを種々の方法で解析して検査員による判定と照らし合わせた結果、車内走行音の音圧値と車外走行音の音圧値との積により得られる判定値を用いれば、検査員による判定と同等程度の精度で、橋梁用伸縮継手の異常を判定できることを見出した。本発明は、このような見知に基づいてなされたものである。

上記構成によれば、走行車両が橋梁用伸縮継手の設置位置を通過する際に、車内走行音及び車外走行音を収録し、収録された車内走行音の音圧値と車外走行音の音圧値との積により判定値を得る。この判定値に基づいて橋梁用伸縮継手の異常を判定するので、検査員の経験に基づく判定よりも、安定かつ効率的に橋梁用伸縮継手の異常を検出できる。

一実施形態の橋梁用伸縮継手の異常検出方法は、上記車内走行音の音圧値と、上記車外走行音の音圧値は、異常な橋梁用伸縮継手と正常な橋梁用伸縮継手とを走行して収録された車内走行音と車外走行音に基づいて夫々特定され、異常な橋梁用伸縮継手を走行したときと、正常な橋梁用伸縮継手を走行したときとの間で異なるスペクトルが表れる周波数帯の音圧値である。

上記実施形態によれば、予め、異常な橋梁用伸縮継手と正常な橋梁用伸縮継手とを走行して車内走行音と車外走行音を収録する。これらの車内走行音及び車外走行音に基づいて、異常な橋梁用伸縮継手を走行したときと、正常な橋梁用伸縮継手を走行したときとの間で異なるスペクトルが表れる周波数帯を特定しておく。この特定された周波数帯に関して、車内走行音の音圧値と車外走行音の音圧値との積により得た判定値により、橋梁用伸縮継手の異常を判定することができる。

一実施形態の橋梁用伸縮継手の異常検出方法は、上記音圧値は、上記車外走行音及び車内走行音の上記周波数帯におけるパーシャルオーバーオール値であり、
上記車外走行音の音圧値と上記車内走行音の音圧値の積が所定の閾値を越える場合に、上記橋梁用伸縮継手が異常であると判定する。

上記実施形態によれば、車外走行音及び車内走行音の上記周波数帯におけるパーシャルオーバーオール値を求め、これら車外走行音と車内走行音のパーシャルオーバーオール値の積が所定の閾値を越える場合に、この閾値を超えた走行音に対応する橋梁用伸縮継手が異常であると判定できる。

一実施形態の橋梁用伸縮継手の異常検出方法は、上記橋梁用伸縮継手の異常は、この橋梁用伸縮継手を構成する構成部品の破損、構成部品の固定具の破損、及び、構成部品の固定状態の緩みのうちの少なくとも一つである。

上記実施形態によれば、走行車両が橋梁用伸縮継手の設置位置を通過する際に採取される車内走行音と車外走行音に基づいて、橋梁用伸縮継手を構成する構成部品の破損、構成部品の固定具の破損、及び、構成部品の固定状態の緩みのうちの少なくとも一つを判定できる。

本発明の実施形態としての橋梁用伸縮継手の異常検知方法で用いられる検査車両を示す図である。 実施形態の異常検知方法が適用される橋梁用伸縮継手の例を示す平面図である。 図２Ａの橋梁用伸縮継手の断面図である。 他の橋梁用伸縮継手の例を示す平面図である。 図３Ａの橋梁用伸縮継手の断面図である。 異常基準継手と正常基準継手における車内走行音の周波数分析の結果を重ねて示した図である。 特定された周波数帯に対応する車内走行音の音圧値の変動を示す図である。 特定された周波数帯に対応する車外走行音の音圧値の変動を示す図である。 車内走行音と車外走行音の音圧値の積の変動を示す図である。

以下、本発明の橋梁用伸縮継手の異常検知方法の実施形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本実施形態において、車内走行音と車外走行音を収録するために走行車両として用いる検査車両を示す図である。この検査車両１は、原動機を有する四輪駆動型の車両本体に、車内の走行音を収集する車内マイク２と、車外の走行音を収集する車外マイク３と、車内マイク２及び車外マイク３が収集した音を保存する記録装置４を搭載して構成されている。記録装置４は、車内マイク２及び車外マイク３が収集した音に、収集時刻を関連付けて保存する。なお、記録装置４は、走行音の収録時刻のほか、ＧＰＳ（Global Positioning System）等で検出した収録位置を関連付けて保存してもよい。

図２Ａは、本実施形態の異常検知方法によって異常が判定される伸縮継手の例を示す平面図であり、図２Ｂは図２Ａの伸縮継手の断面図である。この伸縮継手１０は、鋼で形成された櫛状のフェースプレート１１が、遊間Ｂをおいて設置された２つの床版７，７の端部に固定されて設置されている。フェースプレート１１は、板状の鋼材を、板状部１１Ａと歯状部１１Ｂとを有する櫛状に成形してなり、板状部１１Ａが床版７の端部にボルト１３，１３，・・・で固定されている。２つの床版７，７に固定された２つのフェースプレート１１は、互いの歯状部１１Ｂが係合している。フェースプレート１１の下側には、２つの床版７，７の遊間Ｂを埋めるように、止水を行う樹脂製のシール部材１４と、衝撃を緩和する樹脂製の弾性部材１５と、下方に凸状に撓んだ状態で取り付けられて止水を行うゴム製の止水部材１６とが配置されている。この伸縮継手１０は、２つのフェースプレート１１の歯状部１１Ｂの係合状態が保たれる範囲内で、各床版７の温度変化や地震に伴う変位を許しながら、床版７，７上の路面を走行する車両を通行可能にしている。なお、この伸縮継手１０は２つの床版７，７の間を接続するが、床版と橋台を接続する伸縮継手であってもよい。また、この伸縮継手１０は、止水及び衝撃緩和のため、シール部材１４、弾性部材１５及び止水部材１６を有するが、他の材質や部材による種々の止水又は衝撃緩和の構造が適用されたものであってもよい。

本実施形態の異常検出方法によれば、他の構造の伸縮継手についても走行音に基づいて異常を検知することができる。他の構造の伸縮継手としては、図３Ａの平面図と図３Ｂの断面図に示すようなものがある。この伸縮継手２０は、ゴムで形成された断面略矩形の継手本体２１が、遊間Ｂをおいて設置された２つの床版７，７の端部に固定されている。

この伸縮継手２０は、継手本体２１の両端部の底面に設けられた鋼製の取り付け板２２が、床版７の端部に形成された切り欠き部の底面に接する状態で配置される。この伸縮継手２０は、継手本体２１の表面から挿通されて取り付け板２２を貫通するボルト２３により、床版７に固定される。伸縮継手２０の継手本体２１の表面部分には、車両が走行する際の荷重に耐えるため、鋼板からなる芯材２４が埋設されている。この伸縮継手２０で床版７，７を接続することにより、各床版７の温度変化や地震に伴う変位を許しながら、床版７，７上の路面を走行する車両を通行可能にしている。なお、この伸縮継手２０は２つの床版７，７の間を接続するが、床版と橋台を接続する伸縮継手であってもよい。また、伸縮継手２０は、ゴム製の継手本体２１が鋼製の取り付け版２２を介してボルト２３で床版７に固定されたが、他の材質や構造が適用されたものであってもよい。

（走行音の収録）
検査対象の伸縮継手が存在する道路を検査車両１が走行し、検査車両１の走行に伴う音を、車内マイク２と車外マイク３とで収集する。車内マイク２及び車外マイク３が収集した音を、収集時刻を関連付けて記録装置４に保存する。車内マイク２及び車外マイク３により収集された音には、複数の伸縮継手を通過する際に、検査車両１の車輪が伸縮継手を乗り越えるに伴って生じた音が含まれる。

（周波数分析）
検査車両１の走行に伴って収集した音のうち、異常が判明している伸縮継手に関する音と、正常な伸縮継手に関する音について、周波数分析を行う。詳しくは、まず、検査車両１が走行した道路に存在する伸縮継手のうち、異常が判明している伸縮継手（以下、異常基準継手という）と、正常な伸縮継手（正常基準継手）とを特定する。ここで、上記伸縮継手１０の異常とは、フェースプレート１１や継手本体２１や芯材２４の破損、フェースプレート１１や継手本体２１を床版７に固定するボルト１３の破損、緩み及び脱落のうちの少なくとも１つである。

続いて、上記特定された異常基準継手における走行音の周波数分析と、正常基準継手における走行音の周波数分析を、記録装置４に保存された音の情報に基づいて行う。

図４は、異常基準継手と正常基準継手における車内走行音の周波数分析の結果を重ねて示した図である。図４において、横軸は周波数（Ｈｚ）であり、縦軸は音圧（Ｐａ）である。図４には、Ｊ１からＪ１０までの１０個の伸縮継手のうち、Ｊ６の伸縮継手が異常基準継手であり、それ以外の９箇所の伸縮継手が正常基準継手である。図４から分かるように、異常基準継手における周波数スペクトルが、５００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下の範囲で、正常基準継手における周波数スペクトルと明らかに異なる。これにより、異なるスペクトルが表れる５００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下を、車内走行音の音圧値を求める周波数帯として特定する。

また、図示しないが、車外走行音に関しても、異常基準継手と正常基準継手における周波数分析を行い、異なるスペクトルが表れる周波数帯域を特定し、車外走行音の音圧値を求める周波数帯とする。本実施形態では、１．５ｋＨｚ以上５．０ｋＨｚ以下が、車外走行音の音圧値を求める周波数帯として特定された。

続いて、検査車両１が収録した全区間の車内走行音と車外走行音について、特定された周波数帯に関する音圧値を求める。音圧値としては、上記周波数帯に含まれる音圧のパーシャルオーバーオール値を用いる。

図５は、車内走行音の５００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下の周波数帯に対応する音圧値が変動する様子を、一部の区間について示した図である。図５において、横軸は時刻（時、分、秒）であり、縦軸は音圧値（Ｐａ）である。図４の時間軸において、１２時３７分５２秒は、検査車両１が異常基準継手を通過した時刻である。

図６は、車外走行音の１．５ｋＨｚ以上５．０ｋＨｚ以下の周波数帯に対応する音圧値が変動する様子を、一部の区間について示した図である。図６において、横軸は時刻（時、分、秒）であり、縦軸は音圧値（Ｐａ）である。図６の時間軸において、１２時３７分５２秒は、検査車両１が異常基準継手を通過した時刻である。

（判定）
車内走行音及び車外走行音の夫々について、上記周波数帯のパーシャルオーバーオール値による音圧値が求められると、車内走行音の音圧値と、車外走行音の音圧値との積を求める。図７は、車内走行音の音圧値と、車外走行音の音圧値との乗算により得られた判定値を、時間軸に沿って示した図である。図７において、横軸は時刻（時、分、秒）であり、縦軸は判定値（Ｐａ^２）である。図７の時間軸において、１２時３７分５２秒は、検査車両１が異常基準継手を通過した時刻である。

図７から明らかなように、車内走行音の音圧値と、車外走行音の音圧値との積である判定値が、閾値としての０．０１５（Ｐａ^２）を越える場合、この車内走行音と車外走行音が収録された伸縮継手は、異常であると判断できる。この判定値を、検査車両１の記録装置４に音が保存された全ての区間について求め、伸縮継手に対応する判定値が閾値を越えるか否かを判定することにより、上記区間に含まれる伸縮継手の異常を、効率的に検出することができる。

本実施形態において、検査車両１で車内走行音と車外走行音を収録すると共に、この検査車両１に検査員が乗車して伸縮継手の異常の判定を行い、検査員の判定と、上記判定値に基づく判定とを比較する実験を行った。

この実験を、検査車両１で異常基準継手を４回通過して行ったところ、３回の通過において、判定値が閾値を超えたと共に、検査員の判定結果が異常となった。したがって、本実施形態の判定値による異常の判定方法は、検査員の経験に基づく判定と同程度の精度の判定を、定量的に行うことができるといえる。

上記実施形態によれば、検査員の経験に基づく技量による判定と同程度の精度の判定を、定量的に行うことができるので、伸縮継手の検査効率を従来よりも高めることができ、その結果、検査のコストを削減することができる。

上記実施形態において、車内走行音と車外走行音のパーシャルオーバーオール値を求める周波数帯を、車内走行音は５００Ｈｚ以上８００Ｈｚ以下とし、車外走行音は１．５ｋＨｚ以上５．０ｋＨｚ以下としたが、他の周波数帯に基づくパーシャルオーバーオール値を用いてもよい。

上記実施形態において、車内走行音のパーシャルオーバーオール値で表された音圧値と、車外走行音のパーシャルオーバーオール値で表された音圧値との積である判定値の閾値を０．０１５（Ｐａ^２）に設定したが、閾値は、検出すべき伸縮継手の異常の形態に応じて他の値を設定してもよい。

また、上記実施形態において、検査対象の伸縮継手は、鋼製のフェースプレート１１を有する伸縮継手１０や、ゴム製の継手本体２１を有する伸縮継手２０であったが、他の構造の伸縮継手についても走行音に基づいて異常を検知することができる。

また、上記実施形態において、車内及び車外で収録された走行音と共に、車内及び車外で測定された加速度を併せて収集し、伸縮継手の異常判定に用いてもよい。

また、検査車両１は、原動機を有する四輪駆動型の車両本体に車内マイク２と車外マイク３と記録装置４を搭載して構成されたが、原動機を有しないで牽引されて走行する車両に、車内マイク２と車外マイク３を搭載したものでもよい。

また、上記実施形態では、自動車道の橋梁の伸縮継手の異常を検出する例について説明したが、本発明の異常検出方法は、他の橋梁の伸縮継手についても適用できる。

１ 検査車両
２ 車内マイク
３ 車外マイク
４ 記録装置

Claims (4)

1. 走行車両が橋梁用伸縮継手の設置位置を通過する際に、車内で採取される車内走行音と、車外で採取された車外走行音とを収録し、収録された車内走行音の音圧値と車外走行音の音圧値との積により得られる判定値に基づいて、上記橋梁用伸縮継手の異常を判定することを特徴とする橋梁用伸縮継手の異常検知方法。
2. 請求項１に記載の橋梁用伸縮継手の異常検知方法において、
   上記車内走行音の音圧値と、上記車外走行音の音圧値は、異常な橋梁用伸縮継手と正常な橋梁用伸縮継手とを走行して収録された車内走行音と車外走行音に基づいて夫々特定され、異常な橋梁用伸縮継手を走行したときと、正常な橋梁用伸縮継手を走行したときとの間で異なるスペクトルが表れる周波数帯の音圧値であることを特徴とする橋梁用伸縮継手の異常検知方法。
3. 請求項２に記載の橋梁用伸縮継手の異常検知方法において、
   上記音圧値は、上記車外走行音及び車内走行音の上記周波数帯におけるパーシャルオーバーオール値であり、
   上記車外走行音の音圧値と上記車内走行音の音圧値の積が所定の閾値を越える場合に、上記橋梁用伸縮継手が異常であると判定することを特徴とする橋梁用伸縮継手の異常検知方法。
4. 請求項１に記載の橋梁用伸縮継手の異常検知方法において、
   上記橋梁用伸縮継手の異常は、この橋梁用伸縮継手を構成する構成部品の破損、構成部品の固定具の破損、及び、構成部品の固定状態の緩みのうちの少なくとも一つであることを特徴とする橋梁用伸縮継手の異常検知方法。