JP6110804B2 - PC sleeper deterioration determination system, PC sleeper deterioration determination method, and program - Google Patents
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Description
本発明は、ＰＣまくらぎ劣化判定システム、ＰＣまくらぎ劣化判定方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a PC sleeper deterioration determination system, a PC sleeper deterioration determination method, and a program.
まくらぎは、レールを支持し、軌間を保持するとともに、レールから伝達される負荷（作用）を、まくらぎの下に敷設された道床に対して分散して伝達する機能を有している。道床の種類は幾つか存在し、特に、削石等のバラスト（Ballast）が用いられる場合が多い。また、まくらぎとして、木製のまくらぎよりも寿命の長いコンクリート製のまくらぎが多く用いられている。 The sleeper has a function of supporting the rails, maintaining a gap, and distributing and transmitting a load (action) transmitted from the rails to a roadbed laid under the sleepers. There are several types of roadbeds, and in particular, ballast such as stone cutting is often used. In addition, concrete sleepers that have a longer life than wooden sleepers are often used as sleepers.
列車通過時に、まくらぎには曲げモーメントによる引張力が作用する。コンクリートは圧縮力との比較において引張力に弱く、かかる引張力によりコンクリート製のまくらぎにひび割れが発生する可能性がある。
このような引張力によるひび割れに対する対策として、ＰＣ（Prestressed Concrete、プレストレストコンクリート）まくらぎが多く用いられている。ＰＣまくらぎは、コンクリート中に鋼材（鋼線または鋼棒）が埋め込まれて構成されており、鋼材によってコンクリートに圧縮力が導入されている。
When passing through the train, a tensile force due to the bending moment acts on the sleeper. Concrete is weak in tensile force in comparison with compressive force, and the tensile force may cause cracks in the concrete sleeper.
PC (Prestressed Concrete) sleepers are often used as countermeasures against cracks due to such tensile forces. The PC sleeper is configured by embedding a steel material (steel wire or steel bar) in concrete, and compressive force is introduced into the concrete by the steel material.
このように、ＰＣまくらぎは引張力に強く、比較的寿命が長い。もっとも、ＰＣまくらぎであっても、使用や経年によって劣化する。
特に、バラスト軌道に敷設されたＰＣまくらぎの場合、列車通過時の動的な負荷によりＰＣまくらぎとバラスト粒子との間に相対運動が発生する。ＰＣまくらぎに対するバラスト粒子のすべり、転がりおよび衝突作用により、ＰＣまくらぎの底面が摩耗する。
Thus, PC sleepers are strong in tensile force and have a relatively long life. However, even PC sleepers deteriorate with use and aging.
In particular, in the case of a PC sleeper laid on a ballast track, relative motion occurs between the PC sleeper and the ballast particles due to a dynamic load when passing through the train. The bottom surface of the PC sleeper is worn due to the sliding, rolling and impacting action of the ballast particles on the PC sleeper.
また、車輪のフラットなど車輪の状態による要因や、レールの溶接継目ないしレール継目部などレール頭頂部の状態による要因により、車輪とレールとの間に過大な衝撃力が発生する場合がある。かかる衝撃力がＰＣまくらぎに伝達された場合、ＰＣまくらぎにひび割れが発生する可能性がある。
なお、非特許文献１では、ＰＣまくらぎの損傷状況の調査結果が示され、まくらぎの補修や機能向上についての検討が行われている。
In addition, an excessive impact force may be generated between the wheel and the rail due to a factor due to the state of the wheel such as a flat wheel or a factor due to the state of the rail top such as a rail welded joint or rail joint. When such an impact force is transmitted to the PC sleeper, the PC sleeper may be cracked.
Note that Non-Patent Document 1 shows the results of investigation of the damage status of PC sleepers, and studies on repair and functional improvement of sleepers are being conducted.
ＰＣまくらぎを適切に管理するために、点検時にＰＣまくらぎの劣化状況を把握することが重要である。しかしながら、バラスト軌道では、ＰＣまくらぎは上面が見えるだけで大半がバラストに埋まっているため、目視でＰＣまくらぎの底面のひび割れや摩耗の状況を確認することはできない。バラストをかき出せば、ＰＣまくらぎの底面を目視することは可能だが、ＰＣまくらぎの断面高さは通常１５０ミリメートル（ｍｍ）以上あり、バラストのかき出し作業には大きな労力を必要とする。
さらに、バラストに埋まっていない上面のひび割れについても、粉塵による目詰まりや汚れ、また、荷重積載時にしかひび割れが開かないといった理由から、上面のひび割れを目視で確認することは容易でない。バラストをかき出した場合のＰＣまくらぎ底面の目視確認についても同様である。
In order to properly manage PC sleepers, it is important to grasp the deterioration status of PC sleepers at the time of inspection. However, in the ballast track, since the PC sleeper can only see the upper surface and is mostly buried in the ballast, it is impossible to visually check the crack or wear of the bottom surface of the PC sleeper. If the ballast is scraped, it is possible to visually check the bottom surface of the PC sleeper, but the sectional height of the PC sleeper is usually 150 millimeters (mm) or more, and a large amount of labor is required for scraping the ballast.
Furthermore, it is not easy to visually check the cracks on the top surface that are not buried in the ballast because they are clogged or dirty with dust, and the cracks are opened only when loaded. The same applies to the visual confirmation of the bottom surface of the PC sleeper when the ballast is scraped.
本発明は、ＰＣまくらぎの劣化状況をより容易に把握することのできるＰＣまくらぎ劣化判定システム、ＰＣまくらぎ劣化判定方法およびプログラムを提供する。 The present invention provides a PC sleeper deterioration determination system, a PC sleeper deterioration determination method, and a program capable of more easily grasping the deterioration state of a PC sleeper.
本発明の一態様によるＰＣまくらぎ劣化判定システムは、加振されたＰＣまくらぎの振動を測定する振動測定部と、振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を選択的に検出する固有振動数検出部と、前記固有振動数検出部が検出した前記たわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定する劣化判定部と、を具備する。
前記固有振動数検出部は、前記振動の測定結果のフーリエスペクトルのうち、たわみ３次モードの固有振動数が励起される周波数帯域として予め定められている周波数帯のデータを切り出し、切り出したデータからたわみ３次モードの固有振動数を検出するようにしてもよい。
A PC sleeper deterioration determination system according to an aspect of the present invention includes a vibration measurement unit that measures vibration of a PC sleeper that has been vibrated, and a natural frequency that selectively detects a natural frequency of a third-order bending mode from the vibration measurement result. Deterioration that determines that the PC sleeper has deteriorated when it is determined that the natural frequency of the flexible tertiary mode detected by the frequency detection unit and the natural frequency detection unit is lower than a predetermined condition. And a determination unit.
The natural frequency detection unit cuts out data in a frequency band that is predetermined as a frequency band in which the natural frequency of the bending third-order mode is excited from the Fourier spectrum of the measurement result of the vibration. The natural frequency of the deflection tertiary mode may be detected.
前記劣化判定部は、複数のＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数のうち、周波数が低い側から所定割合の固有振動数を閾値として、前記固有振動数検出部が検出した前記たわみ３次モードの固有振動数が、当該閾値よりも低周波であると判定すると、判定対象の前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定するようにしてもよい。 The deterioration determining unit is configured to detect the third-order deflection detected by the first-order frequency detection unit using a predetermined ratio of the first-order natural frequency as a threshold value among the natural frequencies of the third-order bending mode of a plurality of PC sleepers. If it is determined that the natural frequency of the mode is lower than the threshold value, it may be determined that the PC sleeper to be determined is deteriorated.
前記劣化判定部は、健全なＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数に基づいて設定された閾値よりも、前記固有振動数検出部が検出した前記たわみ３次モードの固有振動数が低周波であると判定すると、判定対象の前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定するようにしてもよい。
前記ＰＣまくらぎの劣化判定結果を表示する表示部をさらに具備し、複数の前記閾値が設定されており、前記劣化判定部が、前記固有振動数検出部が検出した前記たわみ３次モードの固有振動数が、複数の前記閾値のいずれかよりも低周波であると判定した場合、前記表示部は、その閾値に応じたアラームを表示するようにしてもよい。
The deterioration determination unit is configured such that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit is lower than a threshold set based on the natural frequency of the deflection third mode of healthy PC sleeper. If it is determined that the PC sleeper is to be determined, it may be determined that the PC sleeper to be determined has deteriorated.
The display further displays a degradation determination result of the PC sleeper, a plurality of the threshold values are set, and the degradation determination unit detects the natural vibration of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit. When it is determined that the number is lower in frequency than any of the plurality of threshold values, the display unit may display an alarm corresponding to the threshold value.
前記振動測定部の振動測定用センサは、粘着性のある油脂を用いて判定対象の前記ＰＣまくらぎに設置されるようにしてもよい。 The vibration measurement sensor of the vibration measurement unit may be installed in the PC sleeper to be determined using adhesive oil.
本発明の他の一態様によるＰＣまくらぎ劣化判定方法は、加振されたＰＣまくらぎの振動を測定する振動測定ステップと、振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を選択的に検出する固有振動数検出ステップと、前記固有振動数検出ステップにて検出された前記たわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定する劣化判定ステップと、を有する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for determining deterioration of a PC sleeper, wherein a vibration measurement step for measuring vibration of a PC sleeper that has been vibrated, and a natural frequency of a bending third mode are selectively detected from the vibration measurement result. If the natural frequency of the bending tertiary mode detected in the natural frequency detecting step and the natural frequency detecting step is lower than a predetermined condition, the PC sleeper is deteriorated. And a deterioration determination step for determining.
本発明の他の一態様によるプログラムは、ＰＣまくらぎの劣化を判定するコンピュータに、ＰＣまくらぎの振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を選択的に検出する固有振動数検出ステップと、前記固有振動数検出ステップにて検出された前記たわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定する劣化判定ステップと、を実行させるためのプログラムである。 A program according to another aspect of the present invention includes a natural frequency detection step of selectively detecting a natural frequency of a deflection third-order mode from a measurement result of vibration of a PC sleeper in a computer that determines deterioration of the PC sleeper, A deterioration determination step for determining that the PC sleeper has deteriorated when it is determined that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected in the natural frequency detection step is lower than a predetermined condition; Is a program for executing
本発明によれば、ＰＣまくらぎの劣化状況をより容易に把握することができる。 According to the present invention, the deterioration state of PC sleepers can be grasped more easily.
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の一実施形態におけるＰＣまくらぎ劣化判定システムの機能構成を示す概略ブロック図である。同図において、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１は、収録・診断器１００と、振動測定部２００とを具備する。収録・診断器１００は、表示部１１０と、記憶部１８０と、制御部１９０とを具備する。制御部１９０は、固有振動数検出部１９１と、劣化判定部１９２とを具備する。振動測定部２００は、インパルスハンマ２１０と、加速度センサ２２０とを具備する。
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, the following embodiment does not limit the invention concerning a claim. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a functional configuration of a PC sleeper deterioration determination system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the PC sleeper deterioration determination system 1 includes a recording / diagnosis device 100 and a vibration measurement unit 200. The recording / diagnosis device 100 includes a display unit 110, a storage unit 180, and a control unit 190. The control unit 190 includes a natural frequency detection unit 191 and a deterioration determination unit 192. The vibration measuring unit 200 includes an impulse hammer 210 and an acceleration sensor 220.
振動測定部２００は、加振されたＰＣまくらぎ（枕木）の振動を測定する。
インパルスハンマ２１０は、ＰＣまくらぎを加振する。さらに、インパルスハンマ２１０は、加速度センサを有し、加振力を収録・診断器１００へ送信する。
加速度センサ２２０は、インパルスハンマ２１０によって加振されたＰＣまくらぎの振動を測定する。加速度センサ２２０は、例えば加速度センサを用いて構成され、加速度（加振力に対する加速度応答）の測定データを収録・診断器１００へ送信する。また、後述するように、粘着性のある油脂を用いて、加速度センサ２２０を判定対象のＰＣまくらぎに設置することができる。
The vibration measuring unit 200 measures the vibration of the shaken PC sleeper (sleeper).
The impulse hammer 210 vibrates the PC sleeper. Further, the impulse hammer 210 has an acceleration sensor and transmits an excitation force to the recording / diagnosis device 100.
The acceleration sensor 220 measures the vibration of the PC sleeper excited by the impulse hammer 210. The acceleration sensor 220 is configured using, for example, an acceleration sensor, and transmits measurement data of acceleration (acceleration response to an excitation force) to the recording / diagnosis device 100. Moreover, as will be described later, the acceleration sensor 220 can be installed on the PC sleeper to be determined using adhesive oil.
収録・診断器１００は、ＰＣまくらぎのたわみ３次固有振動数を検出して当該ＰＣまくらぎの劣化判定を行う。ここでいう劣化判定は、劣化の有無の判定である。さらに、収録・診断器１００が、ＰＣまくらぎの劣化の程度を判定するようにしてもよい。
収録・診断器１００は、例えばタブレットＰＣ（Tablet Personal Computer）などのコンピュータを用いて構成される。特に、携帯型のコンピュータを用いて収録・診断器１００を構成することで、線路の保守点検作業員が、現場で収録・診断器１００を用いて容易にまくらぎの点検を行うことができる。
The recording / diagnosis device 100 detects the third natural frequency of deflection of the PC sleeper and determines the deterioration of the PC sleeper. The deterioration determination here is determination of presence or absence of deterioration. Further, the recording / diagnosis device 100 may determine the degree of deterioration of the PC sleeper.
The recording / diagnosis device 100 is configured using a computer such as a tablet PC (Tablet Personal Computer). In particular, by configuring the recording / diagnosis device 100 using a portable computer, track maintenance and inspection workers can easily check sleepers using the recording / diagnosis device 100 in the field.
表示部１１０は、例えば液晶パネルなどの表示画面を有し、各種画像を表示する。特に、表示部１１０は、ＰＣまくらぎの劣化判定結果を表示する。
記憶部１８０は、収録・診断器１００の有する記憶デバイスを用いて構成され、各種データを記憶する。特に、記憶部１８０は、振動測定部２００によるＰＣまくらぎの振動測定データや、劣化判定の基準となる閾値を記憶する。
The display unit 110 has a display screen such as a liquid crystal panel, and displays various images. In particular, the display unit 110 displays the PC sleeper deterioration determination result.
The storage unit 180 is configured using a storage device included in the recording / diagnosis device 100 and stores various data. In particular, the storage unit 180 stores PC sleep vibration measurement data by the vibration measurement unit 200 and a threshold value serving as a criterion for deterioration determination.
制御部１９０は、収録・診断器１００の各部を制御して各種機能を実行する。制御部１９０は、例えば収録・診断器１００の有するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、記憶部１８０からプログラムを読み出して実行することで実現される。
固有振動数検出部１９１は、振動測定部２００による振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を検出する。
The control unit 190 controls each unit of the recording / diagnosis device 100 to execute various functions. The control unit 190 is realized by, for example, a CPU (Central Processing Unit) included in the recording / diagnosis device 100 reading out and executing a program from the storage unit 180.
The natural frequency detection unit 191 detects the natural frequency of the deflection tertiary mode from the vibration measurement result by the vibration measurement unit 200.
劣化判定部１９２は、固有振動数検出部１９１が検出したたわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波か否かに基づいて、ＰＣまくらぎが劣化しているか否かを判定する。より具体的には、劣化判定部１９２は、当該固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、ＰＣまくらぎが劣化していると判定する。
例えば、劣化判定部１９２は、複数のＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数のうち、周波数が低い側から所定割合（例えば５パーセント（％））の固有振動数を閾値として判定を行う。劣化判定部１９２は、固有振動数検出部１９１が検出したたわみ３次モードの固有振動数が、当該閾値よりも低周波であると判定すると、判定対象のＰＣまくらぎが劣化していると判定する。
The deterioration determination unit 192 determines whether or not the PC sleeper has deteriorated based on whether or not the natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit 191 is lower than a predetermined condition. . More specifically, when determining that the natural frequency is lower than the predetermined condition, the deterioration determining unit 192 determines that the PC sleeper has deteriorated.
For example, the deterioration determination unit 192 performs determination using a natural frequency of a predetermined ratio (for example, 5 percent (%)) from the low frequency side as a threshold value among the natural frequencies of the plurality of PC sleeper deflection third modes. When the deterioration determination unit 192 determines that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit 191 is lower than the threshold value, the deterioration determination unit 192 determines that the PC sleeper to be determined is deteriorated. To do.
図２は、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１の外形の例を示す概略外形図である。同図において、収録・診断器１００と、インパルスハンマ２１０と、加速度センサ２２０とが示されている。インパルスハンマ２１０と収録・診断器１００と、および、加速度センサ２２０と収録・診断器１００とは、それぞれＢＮＣ同軸ケーブルなどの信号線で接続されている。
加速度センサ２２０は、ＰＣまくらぎの振動データとして加速度の測定データを収録・診断器１００へ送信する。
インパルスハンマ２１０は、加振力のデータとして加速度の測定データを収録・診断器１００へ送信する。
FIG. 2 is a schematic external view showing an example of the external shape of the PC sleeper deterioration determination system 1. In the figure, a recording / diagnosis device 100, an impulse hammer 210, and an acceleration sensor 220 are shown. The impulse hammer 210 and the recording / diagnosis device 100, and the acceleration sensor 220 and the recording / diagnosis device 100 are connected to each other by a signal line such as a BNC coaxial cable.
The acceleration sensor 220 transmits acceleration measurement data to the recording / diagnosis device 100 as PC sleeper vibration data.
The impulse hammer 210 transmits acceleration measurement data to the recording / diagnosis device 100 as excitation force data.
加速度センサ２２０の測定する加速度と、インパルスハンマ２１０の測定する加振力とに基づいて、収録・診断器１００の固有振動数検出部１９１が、加速度のフーリエスペクトルを加振力で除算したアクセレランス（Accelerance）を算出し、得られたアクセレランスからたわみ３次モードの固有振動数を検出する。
なお、固有振動数検出部１９１がアクセレランスに変えて加速度のフーリエスペクトルからたわみ３次モードの固有振動数を検出するようにしてもよい。この場合、インパルスハンマ２１０は加振力を測定する必要がなく、したがって、加速度センサを有していなくてもよい。
なお、インパルスハンマ２１０と収録・診断器１００と、および／または、加速度センサ２２０と収録・診断器１００とが、無線通信を行うようにしてもよい。
Based on the acceleration measured by the acceleration sensor 220 and the excitation force measured by the impulse hammer 210, the natural frequency detector 191 of the recording / diagnosis device 100 accelerating the Fourier spectrum of the acceleration divided by the excitation force. (Accelerance) is calculated, and the natural frequency of the deflection tertiary mode is detected from the obtained acceleration.
Note that the natural frequency detection unit 191 may detect the natural frequency of the deflection third-order mode from the Fourier spectrum of acceleration instead of the acceleration. In this case, the impulse hammer 210 does not need to measure the excitation force, and therefore does not have to include an acceleration sensor.
The impulse hammer 210 and the recording / diagnosis device 100 and / or the acceleration sensor 220 and the recording / diagnosis device 100 may perform wireless communication.
次に、図３および図４を参照して、インパルスハンマ２１０による加振位値および加速度センサ２２０の設置位置の例について説明する。
図３は、インパルスハンマ２１０による加振位置および加速度センサ２２０の設置位置を、ＰＣまくらぎを上から見た図において示す説明図である。同図の例において、加速度センサ２２０は、レールより外側かつレールの近傍に設けられている。また、インパルスハンマ２１０は、加速度センサ２２０の設置位置と反対側のレールより外側かつレールの近傍にてＰＣまくらぎに加振する。
Next, an example of the excitation position value by the impulse hammer 210 and the installation position of the acceleration sensor 220 will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the excitation position by the impulse hammer 210 and the installation position of the acceleration sensor 220 in a view from the top of the PC sleeper. In the example of the figure, the acceleration sensor 220 is provided outside the rail and in the vicinity of the rail. The impulse hammer 210 vibrates the PC sleeper outside the rail opposite to the position where the acceleration sensor 220 is installed and in the vicinity of the rail.
図４は、インパルスハンマ２１０による加振位置および加速度センサ２２０の設置位置を、ＰＣまくらぎを横から見た図において示す説明図である。図４では、図３を参照して説明した位置が別の角度から示されている。図３を参照して説明したように、加速度センサ２２０は、レールより外側かつレールの近傍に設けられている。また、インパルスハンマ２１０は、加速度センサ２２０の設置位置と反対側のレールより外側かつレールの近傍にてＰＣまくらぎに加振する。
但し、インパルスハンマ２１０による加振位置や加速度センサ２２０の設置位置は、図３および図４に示す位置に限らない。特に、後述するように、加速度センサ２２０の設置位置は、ＰＣまくらぎの中央付近とすることもできるし、ＰＣまくらぎの端付近とすることもできる。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the excitation position by the impulse hammer 210 and the installation position of the acceleration sensor 220 in a view of the PC sleeper as viewed from the side. In FIG. 4, the position described with reference to FIG. 3 is shown from another angle. As described with reference to FIG. 3, the acceleration sensor 220 is provided outside the rail and in the vicinity of the rail. The impulse hammer 210 vibrates the PC sleeper outside the rail opposite to the position where the acceleration sensor 220 is installed and in the vicinity of the rail.
However, the excitation position by the impulse hammer 210 and the installation position of the acceleration sensor 220 are not limited to the positions shown in FIGS. In particular, as will be described later, the installation position of the acceleration sensor 220 may be near the center of the PC sleeper or near the end of the PC sleeper.
次に、図５〜図８を参照して、固有振動数検出部１９１が検出するたわみ３次モードの固有振動数について説明する。
図５は、ＰＣまくらぎの劣化による固有振動数の変化の例を示すグラフである。同図の横軸は曲げ剛性を示し、縦軸は固有振動数を示す。図５では、剛体としての上下、剛体としての回転、たわみ１次モード〜たわみ５次モードの各固有振動数の変動率が、曲げ剛性が１（基準値）の場合の固有振動数を１として示されている。
なお、弾性係数（ヤング率）をＥとし、断面２次モーメントをＩとして、曲げ剛性はＥＩで示される。
Next, with reference to FIGS. 5 to 8, the natural frequency of the bending tertiary mode detected by the natural frequency detection unit 191 will be described.
FIG. 5 is a graph showing an example of a change in natural frequency due to deterioration of PC sleepers. In the figure, the horizontal axis indicates the bending rigidity, and the vertical axis indicates the natural frequency. In FIG. 5, the natural frequency when the bending stiffness is 1 (reference value) when the fluctuation rate of each natural frequency in the vertical direction as the rigid body, the rotation as the rigid body, and the first-order bending to fifth-order bending mode is 1. It is shown.
The elastic modulus (Young's modulus) is E, the second moment of section is I, and the bending rigidity is EI.
図５に示す各固有振動数のうち、たわみ２次モード〜たわみ５次モードの固有振動数が、曲げ剛性の変化に応じて大きく変化している。従って、ＰＣまくらぎにひび割れや摩耗等の劣化が生じた際に、たわみ２次モード〜たわみ５次モードの固有振動数のいずれかを測定することで、劣化による曲げ剛性の変化を検出することが考えられる。 Among the natural frequencies shown in FIG. 5, the natural frequencies of the second-order bending mode to the fifth-order bending mode greatly change according to the change in bending rigidity. Therefore, when a deterioration such as cracking or wear occurs in a PC sleeper, a change in bending stiffness due to the deterioration can be detected by measuring one of the natural frequencies of the second-order bending mode to the fifth-order bending mode. Can be considered.
図６は、たわみ３次モード固有振動による、ＰＣまくらぎの各位置での振動の大きさの例を示す説明図である。
同図において、線Ｌ１１は、たわみ３次モード固有振動の波形の例を示す説明図である。線Ｌ１１にて示されるように、ＰＣまくらぎのレール部（レールが敷設される位置）付近や中央付近は、たわみ３次モード固有振動における腹の位置となる。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the magnitude of vibration at each position of the PC sleeper due to the bending third mode natural vibration.
In the same figure, line L11 is explanatory drawing which shows the example of the waveform of a bending | flexion tertiary mode natural vibration. As indicated by line L11, the vicinity of the PC sleeper rail portion (position where the rail is laid) and the vicinity of the center are antinode positions in the deflection third-order mode natural vibration.
また、領域Ａ１１およびＡ１２は、ひび割れが発生し易い領域である。
領域Ａ１１は、レール部底面の領域であり、領域Ａ１２は、中央上面の領域である。レール上を鉄道車両が通過することで、レール部に負荷がかかる。これにより、領域Ａ１１が上向き（下に凸）にたわみ、正曲げ（下に凸の曲げ）によるひび割れが発生する可能性がある。
Regions A11 and A12 are regions where cracks are likely to occur.
The region A11 is a region on the bottom surface of the rail portion, and the region A12 is a region on the center upper surface. As the railcar passes on the rail, a load is applied to the rail portion. As a result, the region A11 may bend upward (convex downward) and cracks may occur due to positive bending (downward convex bending).
また、左右両方の領域Ａ１１が上向きにたわむことで、その真ん中に位置する領域Ａ１２が下向き（上に凸）にたわみ、負曲げ（上に凸の曲げ）によるひび割れが発生する可能性がある。
振動波形の腹付近にひび割れ等の変形が生じることで、当該振動の周波数が変化することが考えられる。この点において、３次モード固有振動数は、レールを鉄道車両が通過することによるＰＣまくらぎの劣化の検出に適していると考えられる。
In addition, since both the left and right regions A11 bend upward, the region A12 located in the middle may bend downward (convex upward), and cracking may occur due to negative bending (convex upward bending).
It is conceivable that the frequency of the vibration changes due to deformation such as cracks in the vicinity of the vibration waveform. In this respect, it is considered that the natural frequency of the third mode is suitable for detecting deterioration of the PC sleeper due to the railcar passing through the rail.
図７は、バラスト道床や路盤の支持力の変化による固有振動数の変化の例を示すグラフである。同図の横軸はバラスト道床および路盤によるＰＣまくらぎに対する支持力を示す。縦軸は、固有振動数を示す。図７では、剛体としての上下、剛体としての回転、たわみ１次モード〜たわみ５次モードの各固有振動数の変動率が、支持力が１（基準値）の場合の固有振動数を１として示されている。
また、領域Ａ２１は、バラスト道床および路盤によるＰＣまくらぎに対する支持力として通常想定される範囲を示す。
FIG. 7 is a graph showing an example of changes in the natural frequency due to changes in the support force of the ballast roadbed or the roadbed. The horizontal axis of the figure shows the support force for PC sleepers by the ballast roadbed and the roadbed. The vertical axis represents the natural frequency. In FIG. 7, the natural frequency when the support force is 1 (reference value) is 1 when the fluctuation rate of each natural frequency in the vertical direction as the rigid body, the rotation as the rigid body, and the first-order bending mode to fifth-order bending mode is 1. It is shown.
Moreover, area | region A21 shows the range normally assumed as a support force with respect to PC sleeper by a ballast roadbed and a roadbed.
図７において、たわみ３次モード固有振動数の変動は、領域Ａ２１の範囲において−０．９パーセント〜１．５パーセントとなっている。このように、バラスト道床および路盤によるＰＣまくらぎに対する支持力の変動が、たわみ３次モード固有振動数の変動に及ぼす影響は小さい。従って、劣化判定部１９２が、たわみ３次モード固有振動数を用いて劣化判定を行うことで、バラスト道床および路盤によるＰＣまくらぎに対する支持力の変動をＰＣまくらぎの劣化と誤判定してしまう可能性を低くすることができる。 In FIG. 7, the variation of the flexural third-order mode natural frequency is −0.9% to 1.5% in the range of the region A21. As described above, the influence of the change in the supporting force with respect to the PC sleeper by the ballast roadbed and the roadbed has a small influence on the fluctuation of the deflection third-order mode natural frequency. Accordingly, the deterioration determination unit 192 may perform a deterioration determination using the deflection third-order mode natural frequency, so that a change in the supporting force with respect to the PC sleeper caused by the ballast roadbed and the roadbed may be erroneously determined as the deterioration of the PC sleeper. Can be lowered.
図８は、ＰＣまくらぎに対する両端支持力の変化による固有振動数の変化の例を示すグラフである。同図の横軸はＰＣまくらぎに対する両端支持力を示す。縦軸は、固有振動数を示す。図８では、剛体としての上下、剛体としての回転、たわみ１次モード〜たわみ５次モードの各固有振動数の変動率が、ＰＣまくらぎに対する両端支持力が１（基準値）の場合の固有振動数を１として示されている。 FIG. 8 is a graph showing an example of a change in natural frequency due to a change in both-end support force with respect to a PC sleeper. The horizontal axis of the figure shows the both-end support force for PC sleepers. The vertical axis represents the natural frequency. In FIG. 8, the fluctuation rate of each natural frequency in the vertical direction as a rigid body, the rotation as a rigid body, and the first-order deflection to fifth-order deflection mode is characteristic when the both-end support force for PC sleepers is 1 (reference value). The frequency is shown as 1.
同図に示すように、ＰＣまくらぎに対する両端支持力の変動が、たわみ３次モード固有振動数の変動に及ぼす影響は小さい。従って、劣化判定部１９２が、たわみ３次モード固有振動数を用いて劣化判定を行うことで、ＰＣまくらぎに対する両端支持力の変動をＰＣまくらぎの劣化と誤判定してしまう可能性を低くすることができる。 As shown in the figure, the influence of the both-end support force on the PC sleeper has little influence on the fluctuation of the deflection third-order mode natural frequency. Therefore, the deterioration determination unit 192 performs the deterioration determination using the deflection tertiary mode natural frequency, thereby reducing the possibility that the fluctuation of the both-end support force with respect to the PC sleeper is erroneously determined as the deterioration of the PC sleeper. be able to.
次に、図９〜図１２を参照して、加速度センサ２２０の設置方法について説明する。
図９は、加速度センサ２２０の設置位置を示す説明図である。同図において、領域Ａ３１は、ＰＣまくらぎの中央の領域である。領域Ａ３２は、レール直下の領域である。領域Ａ３３は、ＰＣまくらぎの端（支持直上）の領域である。
以下、領域Ａ３１、Ａ３２、Ａ３３の各々について、シリコングリス、エポキシ系接着剤、エポキシ系接着剤＋絶縁板、養生テープ＋エポキシ系接着剤＋絶縁板のそれぞれで加速度センサ２２０を設置した場合の測定状況を示す。
Next, a method for installing the acceleration sensor 220 will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the installation position of the acceleration sensor 220. In the figure, a region A31 is a central region of the PC sleeper. Region A32 is a region directly below the rail. Area A33 is an area at the end of PC sleeper (just above the support).
Hereinafter, for each of the areas A31, A32, and A33, measurement is performed when the acceleration sensor 220 is installed in each of silicon grease, epoxy adhesive, epoxy adhesive + insulating plate, curing tape + epoxy adhesive + insulating plate. Indicates the situation.
図１０は、ＰＣまくらぎ中央（領域Ａ３１）の上面に加速度センサ２２０を設置した場合に、加速度センサ２２０が測定する加速度の周波数分布の例を示す説明図である。同図の横軸は周波数を示し、縦軸は加速度を示す。
同図において、シリコングリス、エポキシ系接着剤、エポキシ系接着剤＋絶縁板、養生テープ＋エポキシ系接着剤＋絶縁板のいずれを用いて加速度センサ２２０を設置した場合も、同様の波形となっている。特に、６００ヘルツ（Ｈｚ）から１０００ヘルツまでの範囲におけるピークの周波数は、いずれの場合も同じである。このピークの周波数は、たわみ３次モード固有振動数におけるピークである。従って、上記のいずれを用いて加速度センサ２２０を設置しても同様に、固有振動数検出部１９１は、たわみ３次モード固有振動数を検出し得る。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the frequency distribution of acceleration measured by the acceleration sensor 220 when the acceleration sensor 220 is installed on the upper surface of the center of the PC sleeper (area A31). In the figure, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents acceleration.
In the same figure, when the acceleration sensor 220 is installed using any of silicon grease, epoxy adhesive, epoxy adhesive + insulating plate, curing tape + epoxy adhesive + insulating plate, the same waveform is obtained. Yes. In particular, the peak frequency in the range from 600 hertz (Hz) to 1000 hertz is the same in any case. The frequency of this peak is a peak in the deflection third-order mode natural frequency. Therefore, even if the acceleration sensor 220 is installed using any of the above, the natural frequency detection unit 191 can detect the flexural tertiary mode natural frequency.
図１１は、レール直下（領域Ａ３２）のＰＣまくらぎ上面に加速度センサ２２０を設置した場合に、加速度センサ２２０が測定する加速度の周波数分布の例を示す説明図である。同図の横軸は周波数を示し、縦軸は加速度を示す。
同図において、シリコングリス、エポキシ系接着剤、エポキシ系接着剤＋絶縁板、養生テープ＋エポキシ系接着剤＋絶縁板のいずれを用いて加速度センサ２２０を設置した場合も、同様の波形となっている。特に、６００ヘルツ（Ｈｚ）から１０００ヘルツまでの範囲におけるピークの周波数は、いずれの場合も同じである。従って、図１０の場合と同様、図１１の場合においても、上記のいずれを用いて加速度センサ２２０を設置しても同様に、固有振動数検出部１９１は、たわみ３次モード固有振動数を検出し得る。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of the frequency distribution of acceleration measured by the acceleration sensor 220 when the acceleration sensor 220 is installed on the upper surface of the PC sleeper immediately below the rail (area A32). In the figure, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents acceleration.
In the same figure, when the acceleration sensor 220 is installed using any of silicon grease, epoxy adhesive, epoxy adhesive + insulating plate, curing tape + epoxy adhesive + insulating plate, the same waveform is obtained. Yes. In particular, the peak frequency in the range from 600 hertz (Hz) to 1000 hertz is the same in any case. Therefore, similarly to the case of FIG. 10, in the case of FIG. 11, the natural frequency detection unit 191 detects the flexural tertiary mode natural frequency in the same manner regardless of which of the above is used to install the acceleration sensor 220. Can do.
図１２は、ＰＣまくらぎ端部（領域Ａ３２）の上面に加速度センサ２２０を設置した場合に、加速度センサ２２０が測定する加速度の周波数分布の例を示す説明図である。同図の横軸は周波数を示し、縦軸は加速度を示す。
同図において、シリコングリス、エポキシ系接着剤、エポキシ系接着剤＋絶縁板、養生テープ＋エポキシ系接着剤＋絶縁板のいずれを用いて加速度センサ２２０を設置した場合も、同様の波形となっている。特に、６００ヘルツ（Ｈｚ）から１０００ヘルツまでの範囲におけるピークの周波数は、いずれの場合も同じである。従って、図１０の場合と同様、図１２の場合においても、上記のいずれを用いて加速度センサ２２０を設置しても同様に、固有振動数検出部１９１は、たわみ３次モード固有振動数を検出し得る。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of the frequency distribution of acceleration measured by the acceleration sensor 220 when the acceleration sensor 220 is installed on the upper surface of the PC sleeper edge (region A32). In the figure, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents acceleration.
In the same figure, when the acceleration sensor 220 is installed using any of silicon grease, epoxy adhesive, epoxy adhesive + insulating plate, curing tape + epoxy adhesive + insulating plate, the same waveform is obtained. Yes. In particular, the peak frequency in the range from 600 hertz (Hz) to 1000 hertz is the same in any case. Accordingly, in the same way as in FIG. 10, in the case of FIG. 12, even if the acceleration sensor 220 is installed using any of the above, the natural frequency detector 191 detects the flexural tertiary mode natural frequency. Can do.
ここで、エポキシ系接着剤を用いて加速度センサ２２０を設置する場合、接着剤が固まるのを待って振動の測定を行う必要があり、測定開始までに多大な時間を要する。これに対して、シリコングリスを用いて加速度センサ２２０を設置する場合、設置後ただちに粘着性を得られ、速やかに測定可能である。また、シリコングリスを用いて加速度センサ２２０を設置した場合、加速度センサ２２０の撤去も容易に行える。このようにシリコングリスを用いて加速度センサ２２０を設置することで、エポキシ系接着剤を用いる場合よりも設置・撤去時間を大幅に短縮し得る。
また、図１０〜図１２に示すように、加速度センサ２２０をＰＣまくらぎの中央、レール下、端部のいずれに設置しても、たわみ３次モード固有振動数を検出し得る。
Here, when the acceleration sensor 220 is installed using an epoxy-based adhesive, it is necessary to measure vibration after the adhesive is hardened, and it takes a long time to start the measurement. On the other hand, when the acceleration sensor 220 is installed using silicon grease, adhesiveness can be obtained immediately after installation, and measurement can be performed quickly. Further, when the acceleration sensor 220 is installed using silicon grease, the acceleration sensor 220 can be easily removed. By installing the acceleration sensor 220 using silicon grease in this way, the installation / removal time can be significantly reduced as compared with the case where an epoxy adhesive is used.
Further, as shown in FIGS. 10 to 12, even if the acceleration sensor 220 is installed at the center of the PC sleeper, below the rail, or at the end, the bending third-order mode natural frequency can be detected.
次に、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１の動作について説明する。
図１３は、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１が行う処理の手順の例を示すフローチャートである。図１３の処理において、振動測定部２００は、ＰＣまくらぎを加振して振動を測定する（ステップＳ１０１）。具体的には、ユーザ（例えば、線路保守点検作業員）が、加速度センサ２２０をＰＣまくらぎに設置した状態で、インパルスハンマ２１０を用いてＰＣまくらぎを叩く。
Next, the operation of the PC sleeper deterioration determination system 1 will be described.
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a process procedure performed by the PC sleeper deterioration determination system 1. In the process of FIG. 13, the vibration measuring unit 200 measures vibration by exciting a PC sleeper (step S101). Specifically, a user (for example, a track maintenance inspection worker) hits the PC sleeper using the impulse hammer 210 in a state where the acceleration sensor 220 is installed on the PC sleeper.
加速度センサ２２０の設置位置は、例えば、図３および図４を参照して説明したように、レール設置部の外部１０ミリメートル（ｍｍ）から２０ミリメートルの範囲内とする。また、加振位置は、例えば、図３および図４を参照して説明したように、加速度計と反対側のレール設置部の外側１０ミリメートルから２０ミリメートルの範囲内とする。
そして、加速度センサ２２０は、ＰＣまくらぎの振動を加速度にて測定し、測定データを収録・診断器１００へ送信する。また、インパルスハンマ２１０は加振力を収録・診断器１００へ送信する。収録・診断器１００において記憶部１８０は、加速度センサ２２０からの加速度データとインパルスハンマ２１０からの加振力データとを記憶する。
For example, as described with reference to FIGS. 3 and 4, the installation position of the acceleration sensor 220 is within a range of 10 millimeters (mm) to 20 millimeters outside the rail installation portion. Further, as described with reference to FIGS. 3 and 4, for example, the excitation position is within a range of 10 millimeters to 20 millimeters outside the rail installation portion opposite to the accelerometer.
The acceleration sensor 220 measures the vibration of the PC sleeper by acceleration and transmits the measurement data to the recording / diagnosis device 100. Further, the impulse hammer 210 transmits the excitation force to the recording / diagnosis device 100. In the recording / diagnosis device 100, the storage unit 180 stores acceleration data from the acceleration sensor 220 and excitation force data from the impulse hammer 210.
次に、固有振動数検出部１９１は、加速度センサ２２０が測定した加速度に基づいて、ＰＣまくらぎのたわみ３次固有振動数を検出する（ステップＳ１０２）。
図１４は、固有振動数検出部１９１がたわみ３次固有振動数を検出する処理手順の例を示すフローチャートである。固有振動数検出部１９１は、図１３のステップＳ１０２において、図１４の処理を行う。
Next, the natural frequency detection unit 191 detects the third natural frequency of deflection of the PC sleeper based on the acceleration measured by the acceleration sensor 220 (step S102).
FIG. 14 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure in which the natural frequency detection unit 191 detects a deflection tertiary natural frequency. The natural frequency detection unit 191 performs the process of FIG. 14 in step S102 of FIG.
図１４の処理において、固有振動数検出部１９１は、記憶部１８０の記憶しているデータから、衝撃応答が記録された一定時間分を切り出す（ステップＳ２０１）。例えば、固有振動数検出部１９１は、インパルスハンマ２１０が測定した加振力が振幅最大を記録した時間から０．２秒間について、加速度センサ２２０が測定した加速度のデータと、インパルスハンマ２１０が測定した加振力のデータとを切り出す。
以下では、インパルスハンマ２１０が測定した加振力を単に「加振力」と称する。また、加速度センサ２２０が測定した加速度を「加速度応答」と称する。
In the process of FIG. 14, the natural frequency detection unit 191 cuts out a certain amount of time in which the impact response is recorded from the data stored in the storage unit 180 (step S <b> 201). For example, the natural frequency detection unit 191 measures the acceleration data measured by the acceleration sensor 220 and the impulse hammer 210 for 0.2 seconds from the time when the excitation force measured by the impulse hammer 210 records the maximum amplitude. Cut out the excitation force data.
Hereinafter, the excitation force measured by the impulse hammer 210 is simply referred to as “excitation force”. The acceleration measured by the acceleration sensor 220 is referred to as “acceleration response”.
次に、固有振動数検出部１９１は、ステップＳ２０１で切り出した加振力、加速度応答それぞれのフーリエスペクトルを算出する（ステップＳ２０２）。そして、固有振動数検出部１９１は、加速度応答のフーリエスペクトルを加振力のフーリエスペクトルで除算することで、アクセレランスを求める（ステップＳ２０３）。
さらに、固有振動数検出部１９１は、得られたアクセレランスのうち、ＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数が励起される周波数帯域を切り出す（ステップＳ２０４）。具体的には、固有振動数検出部１９１は、アクセレランスのうち６００ヘルツから１０００ヘルツまでの範囲のデータを切り出す。
Next, the natural frequency detection unit 191 calculates Fourier spectra of the excitation force and acceleration response cut out in step S201 (step S202). Then, the natural frequency detection unit 191 calculates the acceleration by dividing the Fourier spectrum of the acceleration response by the Fourier spectrum of the excitation force (step S203).
Further, the natural frequency detection unit 191 cuts out a frequency band in which the natural frequency of the third-order bending mode of the PC sleeper is excited from the obtained acceleration (step S204). Specifically, the natural frequency detection unit 191 cuts out data in the range from 600 Hz to 1000 Hz in the tolerance.
そして、固有振動数検出部１９１は、切り出したアクセレランスのデータの無次元化を行う（ステップＳ２０５）。具体的には、固有振動数検出部１９１は、切り出したデータを当該データの最大値で除算する基準化を行う。
そして、固有振動数検出部１９１は、アクセレランスが１（最大値）となる振動数（周波数）をたわみ３次モードの固有振動数として検出する（ステップＳ２０６）。
その後、図１４の処理を終了して図１３に戻る。
Then, the natural frequency detection unit 191 renders the cut-out acceleration data dimensionless (step S205). Specifically, the natural frequency detection unit 191 performs normalization by dividing the cut-out data by the maximum value of the data.
Then, the natural frequency detection unit 191 detects the frequency (frequency) at which the acceleration is 1 (maximum value) as the natural frequency of the deflection tertiary mode (step S206).
Thereafter, the processing of FIG. 14 is terminated and the processing returns to FIG.
なお、固有振動数検出部１９１が、アクセレランスに代えて、加速度応答のフーリエスペクトルからたわみ３次モードの固有振動数を検出するようにしてもよい。この場合、ステップＳ２０１やＳ２０２における加振力に対する処理、および、ステップＳ２０３の処理は不要である。また、ステップＳ２０４〜Ｓ２０６において、「アクセレランス」を「加速度応答のフーリエスペクトル」と読み替える。 Note that the natural frequency detection unit 191 may detect the natural frequency of the bending third-order mode from the Fourier spectrum of the acceleration response instead of the acceleration. In this case, the process for the excitation force in steps S201 and S202 and the process in step S203 are unnecessary. In steps S204 to S206, “acceleration” is read as “Fourier spectrum of acceleration response”.
図１３に戻って、ステップＳ１０２の後、固有振動数検出部１９１は、ステップＳ１０１およびＳ１０２の処理を所定回数繰り返したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。例えば、固有振動数検出部１９１は、ステップＳ１０１およびＳ１０２の処理を３回実行したか否かを判定する。
ステップＳ１０１およびＳ１０２の処理の所定回数繰り返しが完了していないと判定した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０１へ戻って繰り返しを実行する。
Returning to FIG. 13, after step S102, the natural frequency detection unit 191 determines whether or not the processes of steps S101 and S102 have been repeated a predetermined number of times (step S103). For example, the natural frequency detection unit 191 determines whether or not the processes of steps S101 and S102 have been executed three times.
When it is determined that the predetermined number of repetitions of the processes of steps S101 and S102 have not been completed (step S103: NO), the process returns to step S101 and repeats.
一方、繰り返しが完了したと判定した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、固有振動数検出部１９１は、繰り返しにて得られた複数の固有振動数の平均値を算出し、ＰＣまくらぎを識別するための識別情報（ＩＤ）とともに記憶部１８０に記憶させる（ステップＳ１０４）。ＰＣまくらぎの識別情報として、例えばキロ程やまくらぎ番号を用いることができる。
そして、劣化判定部１９２は、得られた固有振動数に基づいてＰＣまくらぎの劣化判定を行う（ステップＳ１０５）。
On the other hand, when it is determined that the repetition is completed (step S103: YES), the natural frequency detection unit 191 calculates an average value of a plurality of natural frequencies obtained by the repetition and identifies the PC sleeper. The identification information (ID) is stored in the storage unit 180 (step S104). For example, kilometer or sleeper number can be used as PC sleeper identification information.
And the deterioration determination part 192 performs deterioration determination of PC sleeper based on the obtained natural frequency (step S105).
図１５は、劣化判定部１９２がＰＣまくらぎの劣化判定を行う処理手順の第１の例を示す説明図である。劣化判定部１９２は、図１３のステップＳ１０５において図１５の処理を行う。
図１５の処理において、劣化判定部１９２は、固有振動数検出部１９１が算出した平均値が所定の閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ３０１）。
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a first example of a processing procedure in which the deterioration determination unit 192 performs PC sleep deterioration determination. The degradation determination unit 192 performs the process of FIG. 15 in step S105 of FIG.
In the process of FIG. 15, the deterioration determination unit 192 determines whether or not the average value calculated by the natural frequency detection unit 191 is smaller than a predetermined threshold (step S301).
ＰＣまくらぎの劣化診断データベースが構築されている場合、他のＰＣまくらぎの固有振動数に基づいて当該閾値を決定する。例えば、ステップＳ３０１において劣化判定部１９２は、データベース内の下位５パーセントに含まれるか否かを判定する。この５パーセントは、ＰＣまくらぎうち劣化しているものの割合が約５パーセントであるとの経験則に基づく値である。 When the PC sleeper deterioration diagnosis database is constructed, the threshold value is determined based on the natural frequency of other PC sleepers. For example, in step S301, the deterioration determination unit 192 determines whether or not it is included in the lower five percents in the database. This 5 percent is a value based on an empirical rule that the proportion of PC sleepers that have deteriorated is about 5 percent.
平均値が閾値以上であると判定した場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、図１５の処理を終了し、図１３の処理も終了する。
一方、平均値が閾値より小さいと判定した場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、表示部１１０は、重要監視アラームを表示する（ステップＳ３０２）。ここでいう重要監視アラームは、対象となるＰＣまくらぎが劣化している可能性があり監視が必要であることを示すアラームである。
ステップＳ３０２の後、図１５の処理を終了し、図１３の処理も終了する。
When it determines with an average value being more than a threshold value (step S301: NO), the process of FIG. 15 is complete | finished and the process of FIG. 13 is also complete | finished.
On the other hand, when it determines with an average value being smaller than a threshold value (step S301: YES), the display part 110 displays an important monitoring alarm (step S302). The important monitoring alarm here is an alarm indicating that there is a possibility that the target PC sleeper has deteriorated and monitoring is necessary.
After step S302, the process in FIG. 15 is terminated, and the process in FIG. 13 is also terminated.
なお、１つのＰＣまくらぎに限らず、一群のＰＣまくらぎを重要監視対象としてもよい。具体的には、重要監視アラームの発せられたＰＣまくらぎと同じ路線の一群のＰＣまくらぎ、または、同じ製造パッチの一群のＰＣまくらぎを重要監視対象とする。
路線を対象とする場合、地盤や通過トン数や降雨などの環境的要因の影響を把握する。また、製造パッチを対象とする場合、製造時のコンクリートの材質の影響を把握する。そして、同様のＰＣまくらぎを重要監視対象とする。
これは、過去に異常が確認されたＰＣまくらぎと同様の箇所で同様の異常が発生する可能性が比較的高いとの経験則に基づく。
In addition, it is good also considering not only one PC sleeper but a group of PC sleepers as an important monitoring object. Specifically, a group of PC sleepers on the same route as a PC sleeper for which an important monitoring alarm has been issued, or a group of PC sleepers of the same manufacturing patch is set as an important monitoring target.
When targeting routes, understand the impact of environmental factors such as the ground, passing tonnage, and rainfall. In addition, when manufacturing patches are targeted, the influence of the concrete material at the time of manufacturing is grasped. Similar PC sleepers are set as important monitoring targets.
This is based on an empirical rule that there is a relatively high possibility that a similar abnormality will occur at a location similar to a PC sleeper in which an abnormality has been confirmed in the past.
ＰＣまくらぎの劣化診断データベースが構築されていない場合、劣化判定部１９２が、健全なＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数に基づいて設定された閾値を用いて判定を行うことが考えられる。この場合、劣化判定部１９２は、固有振動数検出部１９１が検出したたわみ３次モードの固有振動数が当該閾値よりも低周波であると判定すると、判定対象の前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定する。 When the deterioration diagnosis database for PC sleepers has not been constructed, it is conceivable that the deterioration determination unit 192 performs determination using a threshold value set based on the natural frequency of the sound third-order bending mode of PC sleepers. In this case, if the deterioration determination unit 192 determines that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit 191 is lower than the threshold, the PC sleeper to be determined is deteriorated. It is determined that
図１６は、劣化判定部１９２がＰＣまくらぎの劣化判定を行う処理手順の第２の例を示す説明図である。劣化判定部１９２は、図１３のステップＳ１０５において図１５の処理に代えて図１６の処理を行う。
図１６の処理において、劣化判定部１９２は、固有振動数検出部１９１が算出した平均値が所定の第１閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ４０１）。第１閾値は、例えば健全なＰＣまくらぎの固有振動数の８５パーセントに設定する。
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating a second example of a processing procedure in which the deterioration determination unit 192 performs PC sleep deterioration determination. The degradation determination unit 192 performs the process of FIG. 16 in place of the process of FIG. 15 in step S105 of FIG.
In the process of FIG. 16, the deterioration determination unit 192 determines whether or not the average value calculated by the natural frequency detection unit 191 is smaller than a predetermined first threshold value (step S401). The first threshold is set to 85% of the natural frequency of a healthy PC sleeper, for example.
平均値が第１閾値より小さいと判定した場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、表示部１１０は、重大な劣化発生のアラームを表示する（ステップＳ４０２）。その後、図１６の処理を終了し、図１３の処理も終了する。
重大な劣化発生のアラームは、例えばひび割れが鉄筋に達する可能性があるなど、重大な劣化が発生している可能性を示すアラームである。
When it is determined that the average value is smaller than the first threshold value (step S401: YES), the display unit 110 displays a serious deterioration alarm (step S402). Thereafter, the process of FIG. 16 is terminated, and the process of FIG. 13 is also terminated.
The alarm of occurrence of serious deterioration is an alarm indicating the possibility of occurrence of serious deterioration, for example, a crack may reach the reinforcing bar.
一方、ステップＳ４０１において平均値が第１閾値以上であると判定した場合（ステップＳ４０１：ＮＯ）、劣化判定部１９２は、平均値が所定の第２閾値より小さいか否かを判定する（ステップＳ４０３）。第２閾値は、第１閾値より大きい閾値であり、例えば健全なＰＣまくらぎの固有振動数の９５パーセントに設定する。 On the other hand, when it is determined in step S401 that the average value is greater than or equal to the first threshold value (step S401: NO), the deterioration determination unit 192 determines whether or not the average value is smaller than a predetermined second threshold value (step S403). ). The second threshold is a threshold larger than the first threshold, and is set to 95% of the natural frequency of a healthy PC sleeper, for example.
平均値が第２閾値より小さいと判定した場合（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、表示部１１０は、劣化発生のアラームを表示する（ステップＳ４０４）。劣化発生のアラームは、重大な劣化発生のアラームよりは軽微な劣化が発生している可能性を示すアラームである。
ステップＳ４０４の後、図１６の処理を終了し、図１３の処理も終了する。
一方、ステップＳ４０３において平均値が第２閾値以上であると判定した場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、図１６の処理を終了し、図１３の処理も終了する。
なお、軌道の定期徒歩巡回点検終了時に、当該巡回点検で記録した全てのＰＣまくらぎの固有振動数の平均値を降順にソートし、劣化状態のランキングとしてアウトプットするようにしてもよい。
When it is determined that the average value is smaller than the second threshold (step S403: YES), the display unit 110 displays an alarm indicating the occurrence of deterioration (step S404). The deterioration occurrence alarm is an alarm indicating that there is a possibility that a slight deterioration has occurred rather than a serious deterioration occurrence alarm.
After step S404, the process in FIG. 16 is terminated, and the process in FIG. 13 is also terminated.
On the other hand, when it determines with an average value being more than a 2nd threshold value in step S403 (step S403: NO), the process of FIG. 16 is complete | finished and the process of FIG. 13 is also complete | finished.
At the end of the regular walking inspection of the track, the average values of the natural frequencies of all the PC sleepers recorded in the inspection may be sorted in descending order and output as the ranking of the deterioration state.
以上のように、振動測定部２００は、加振されたＰＣまくらぎの振動を測定する。そして、固有振動数検出部１９１は、振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を検出する。そして、劣化判定部１９２は、固有振動数検出部１９１が検出したたわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、判定対象のＰＣまくらぎが劣化していると判定する。
これにより、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１では、目視点検に頼らずにＰＣまくらぎの劣化判定を行うことができ、この点において、ＰＣまくらぎの劣化状況をより容易に把握することができる。
As described above, the vibration measurement unit 200 measures the vibration of the shaken PC sleeper. Then, the natural frequency detection unit 191 detects the natural frequency of the bending tertiary mode from the vibration measurement result. If the deterioration determining unit 192 determines that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detecting unit 191 is lower than the predetermined condition, the PC sleeper to be determined is deteriorated. judge.
Thereby, in the PC sleeper deterioration determination system 1, it is possible to determine the deterioration of the PC sleeper without relying on visual inspection, and in this respect, it is possible to more easily grasp the deterioration state of the PC sleeper.
また、劣化判定部１９２は、複数のＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数のうち、周波数が低い側から所定割合の固有振動数を閾値として、固有振動数検出部１９１が検出したたわみ３次モードの固有振動数が、当該閾値よりも低周波であると判定すると、判定対象のＰＣまくらぎが劣化していると判定する。
これにより、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１では、劣化しているＰＣまくらぎの割合に応じた閾値を用いて劣化判定を行うなど、ＰＣまくらぎの保守点検における実績に応じた閾値を用いることができる。これにより、より正確にＰＣまくらぎの劣化判定を行うことができる。
In addition, the deterioration determination unit 192 uses the natural frequency of the plurality of PC sleeper deflection third-order modes as a threshold from the low frequency side, and the deflection 3 detected by the natural frequency detection unit 191. If it is determined that the natural frequency of the next mode is lower than the threshold, it is determined that the PC sleeper to be determined has deteriorated.
As a result, the PC sleeper deterioration determination system 1 can use a threshold value according to the performance in the maintenance check of the PC sleeper, such as performing deterioration determination using a threshold value corresponding to the ratio of the deteriorated PC sleeper. Thereby, it is possible to determine the deterioration of the PC sleeper more accurately.
また、劣化判定部１９２は、健全なＰＣまくらぎのたわみ３次モードの固有振動数に基づいて設定された閾値よりも、固有振動数検出部１９１が検出したたわみ３次モードの固有振動数が低周波であると判定すると、判定対象のＰＣまくらぎが劣化していると判定する。
これにより、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１では、ユーザは、健全なＰＣまくらぎを基準として比較的容易に閾値を設定することができる。
In addition, the deterioration determination unit 192 has a lower natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit 191 than the threshold set based on the natural frequency of the deflection of the third order mode of the healthy PC sleeper. If it is determined that the frequency is a frequency, it is determined that the PC sleeper to be determined is deteriorated.
Thereby, in the PC sleeper deterioration determination system 1, the user can set the threshold value relatively easily with reference to sound PC sleepers.
また、振動測定部２００の振動測定用センサは、粘着性のある油脂を用いて判定対象のＰＣまくらぎに設置される。
これにより、ＰＣまくらぎ劣化判定システム１では、加速度センサ２２０の設置後速やかにＰＣまくらぎの劣化判定を行うことができる。また、加速度センサ２２０を速やかに撤去することができる。
In addition, the vibration measurement sensor of the vibration measurement unit 200 is installed in a PC sleeper to be determined using adhesive oil.
As a result, the PC sleeper deterioration determination system 1 can determine the deterioration of the PC sleeper immediately after the acceleration sensor 220 is installed. In addition, the acceleration sensor 220 can be quickly removed.
次に図１７〜図２２を参照して、本実施形態の方法によるＰＣまくらぎの劣化診断の例について説明する。
図１７は、プレテンションＰＣまくらぎのたわみ３次モード固有振動数の例を示すグラフである。同図の横軸は振動数（周波数）を示し、縦軸はアクセレランスをピーク値で除算して基準化した値を示す。同図に示すまくらぎＡは、健全なまくらぎである。まくらぎＢおよびＣは、比較的浅いひび割れが入ったまくらぎである。まくらぎＤおよびＥは、比較的深いひび割れが入ったまくらぎである。まくらぎＦは、試験済みのまくらぎである。
Next, an example of PC sleeper deterioration diagnosis by the method of this embodiment will be described with reference to FIGS.
FIG. 17 is a graph showing an example of a deflection tertiary mode natural frequency of a pretension PC sleeper. In the figure, the horizontal axis indicates the frequency (frequency), and the vertical axis indicates a value obtained by dividing the acceleration by the peak value and standardizing it. The sleeper A shown in the figure is a healthy sleeper. Sleepers B and C are sleepers with relatively shallow cracks. Sleepers D and E are sleepers with relatively deep cracks. Sleeper F is a tested sleeper.
図１８は、図１７から検出されるたわみ３次モード固有振動数を示すグラフである。図１８の縦軸は振動数を示し、まくらぎＡ〜Ｆの各々について図１７におけるピークにて示される固有振動数が示されている。
図１９は、図１８に示される固有振動数を相対化した値を示すグラフである。具体的には、図１９では、まくらぎＡ〜Ｆの各々の固有振動数を、健全なまくらぎであるまくらぎＡの固有振動数で除算した値が示されている。また、図１９では、第１閾値の例として、健全なＰＣまくらぎの８５パーセントの値、および、第２閾値の例として、健全なＰＣまくらぎの９５パーセントの値が示されている。
FIG. 18 is a graph showing the deflection tertiary mode natural frequency detected from FIG. The vertical axis in FIG. 18 indicates the frequency, and the natural frequency indicated by the peak in FIG. 17 for each of the sleepers A to F is shown.
FIG. 19 is a graph showing values obtained by relativizing the natural frequency shown in FIG. Specifically, FIG. 19 shows a value obtained by dividing the natural frequency of each sleeper A to F by the natural frequency of sleeper A, which is a healthy sleeper. Moreover, in FIG. 19, the value of 85 percent of healthy PC sleepers is shown as an example of the first threshold value, and the value of 95 percent of healthy PC sleepers is shown as an example of the second threshold value.
図１９において、健全なまくらぎであるまくらぎＡは、固有振動数の相対値が第２閾値より大きくなっている。
一方、劣化したまくらぎであるまくらぎＢ〜Ｅおよび試験済みのまくらぎであるまくらぎＦは、固有振動数の相対値が第２閾値より小さくなっており、劣化している可能性があることが示されている。
In FIG. 19, the sleeper A, which is a healthy sleeper, has a relative value of the natural frequency larger than the second threshold value.
On the other hand, the sleepers B to E that are deteriorated sleepers and the sleepers F that are tested sleepers have a relative value of the natural frequency smaller than the second threshold value and may be deteriorated. It has been shown.
図２０は、ポストテンションＰＣまくらぎのたわみ３次モード固有振動数の例を示すグラフである。同図の横軸は振動数（周波数）を示し、縦軸はアクセレランスをピーク値で除算して基準化した値を示す。同図に示すまくらぎＡおよびＢは、健全なまくらぎである。まくらぎＣおよびＤは、比較的浅いひび割れが入ったまくらぎである。まくらぎＥおよびＦは、比較的深いひび割れが入ったまくらぎである。まくらぎＧは、試験済みのまくらぎである。 FIG. 20 is a graph showing an example of the deflection third-order mode natural frequency of the post-tension PC sleeper. In the figure, the horizontal axis indicates the frequency (frequency), and the vertical axis indicates a value obtained by dividing the acceleration by the peak value and standardizing it. Sleepers A and B shown in the figure are healthy sleepers. Sleepers C and D are sleepers with relatively shallow cracks. Sleepers E and F are sleepers with relatively deep cracks. The sleeper G is a tested sleeper.
図２１は、図２０から検出されるたわみ３次モード固有振動数を示すグラフである。図２１の縦軸は振動数を示し、まくらぎＡ〜Ｇの各々について図２０におけるピークにて示される固有振動数が示されている。
図２２は、図２１に示される固有振動数を相対化した値を示すグラフである。具体的には、図２２では、まくらぎＡ〜Ｇの各々の固有振動数を、健全なまくらぎであるまくらぎＡの固有振動数で除算した値が示されている。また、図２２では、第１閾値の例として、健全なＰＣまくらぎの８５パーセントの値、および、第２閾値の例として、健全なＰＣまくらぎの９５パーセントの値が示されている。
FIG. 21 is a graph showing the deflection tertiary mode natural frequency detected from FIG. The vertical axis in FIG. 21 indicates the frequency, and the natural frequency indicated by the peak in FIG. 20 for each of the sleepers A to G is shown.
FIG. 22 is a graph showing values obtained by relativizing the natural frequencies shown in FIG. Specifically, FIG. 22 shows values obtained by dividing the natural frequencies of the sleepers A to G by the natural frequency of the sleeper A, which is a healthy sleeper. Moreover, in FIG. 22, the value of 85 percent of healthy PC sleepers is shown as an example of the first threshold value, and the value of 95 percent of healthy PC sleepers is shown as an example of the second threshold value.
図２２において、健全なまくらぎであるまくらぎＡおよびＢは、固有振動数の相対値が第２閾値より大きくなっている。
一方、劣化したまくらぎのうちまくらぎＤ〜Ｆおよび試験済みのまくらぎであるまくらぎＧは、固有振動数の相対値が第２閾値より小さくなっており、劣化している可能性があることが示されている。
さらに、まくらぎＦおよびＧは、固有振動数の相対値が第１閾値より小さくなっており、重大な劣化が発生している可能性があることが示されている。
In FIG. 22, sleepers A and B, which are healthy sleepers, have a relative value of the natural frequency larger than the second threshold value.
On the other hand, among the deteriorated sleepers, the sleepers D to F and the sleepers G that are tested sleepers have a relative value of the natural frequency smaller than the second threshold value and may be deteriorated. It is shown.
Furthermore, the sleepers F and G have a relative value of the natural frequency smaller than the first threshold value, which indicates that there is a possibility that significant deterioration has occurred.
なお、制御部１９０の全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
It should be noted that a program for realizing all or part of the functions of the control unit 190 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed. You may perform the process of. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
Further, the “computer system” includes a homepage providing environment (or display environment) if a WWW system is used.
The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. The program may be a program for realizing a part of the functions described above, and may be a program capable of realizing the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system.
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。 The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention.
１ ＰＣまくらぎ劣化判定システム
１００ 収録・診断器
１１０ 表示部
１８０ 記憶部
１９０ 制御部
１９１ 固有振動数検出部
１９２ 劣化判定部
２００ 振動測定部
２１０ インパルスハンマ
２２０ 加速度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 PC sleeper deterioration determination system 100 Recording / diagnosis device 110 Display part 180 Storage part 190 Control part 191 Natural frequency detection part 192 Deterioration determination part 200 Vibration measurement part 210 Impulse hammer 220 Acceleration sensor
Claims (8)
振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を選択的に検出する固有振動数検出部と、
前記固有振動数検出部が検出した前記たわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定する劣化判定部と、
を具備するＰＣまくらぎ劣化判定システム。 A vibration measurement unit that measures vibration of the PC sleeper that has been vibrated;
A natural frequency detector for selectively detecting the natural frequency of the bending third-order mode from the measurement result of vibration;
A deterioration determination unit that determines that the PC sleeper has deteriorated when it is determined that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit is lower than a predetermined condition;
PC sleeper deterioration judgment system.
複数の前記閾値が設定されており、A plurality of the threshold values are set,
前記劣化判定部が、前記固有振動数検出部が検出した前記たわみ３次モードの固有振動数が、複数の前記閾値のいずれかよりも低周波であると判定した場合、前記表示部は、その閾値に応じたアラームを表示する、請求項４に記載のＰＣまくらぎ劣化判定システム。When the deterioration determination unit determines that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected by the natural frequency detection unit is lower than any of the plurality of thresholds, the display unit The PC sleeper deterioration determination system according to claim 4, wherein an alarm according to a threshold value is displayed.
振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を選択的に検出する固有振動数検出ステップと、
前記固有振動数検出ステップにて検出された前記たわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定する劣化判定ステップと、
を有するＰＣまくらぎ劣化判定方法。 A vibration measuring step for measuring vibration of the PC sleeper that has been vibrated;
A natural frequency detection step for selectively detecting the natural frequency of the bending third-order mode from the measurement result of vibration;
A deterioration determination step for determining that the PC sleeper has deteriorated when it is determined that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected in the natural frequency detection step is lower than a predetermined condition;
PC sleeper deterioration determination method.
ＰＣまくらぎの振動の測定結果からたわみ３次モードの固有振動数を選択的に検出する固有振動数検出ステップと、
前記固有振動数検出ステップにて検出された前記たわみ３次モードの固有振動数が所定条件よりも低周波であると判定すると、前記ＰＣまくらぎが劣化していると判定する劣化判定ステップと、
を実行させるためのプログラム。 In the computer that judges the deterioration of PC sleepers,
A natural frequency detection step for selectively detecting the natural frequency of the deflection third-order mode from the measurement result of the vibration of the PC sleeper;
A deterioration determination step for determining that the PC sleeper has deteriorated when it is determined that the natural frequency of the deflection tertiary mode detected in the natural frequency detection step is lower than a predetermined condition;
A program for running
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