JP2012172997A - コンクリート柱の加振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点検者の疲労を軽減でき、さらに、より精度の高い振動データを取得することができるコンクリート柱の加振装置を提供する。
【解決手段】コンクリート柱５を打撃して加振させるためのハンマー１１と、ハンマー１１に付勢力を与える弓形バネ構造からなるクロスボウ部２と、引き金を引くことによってハンマー１１を引き寄せて弓形バネ構造に付勢力を蓄え、引き金を引ききることよって弓形バネ構造の付勢力でハンマーを打撃させ、打撃後に引き金が元の位置に戻る銃型構造の本体部と３、板バネ構造を有し、板バネの板体面でコンクリート柱５を挟むように、かつコンクリート柱５の円周面に沿うようにして本体部３に設けられた加振方向固定部４を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート柱のひび割れや鉄筋破断などの劣化状態を打撃固有振動解析によって点検診断する技術において、コンクリート柱を加振させる装置に関するものである。

一般的にコンクリート構造物の表面を打撃し、コンクリート構造物を加振させる装置としてはインパルスハンマーが用いられている。小型のハンマーでコンクリート表面を打撃することによって得られる反発度からコンクリート強度推定値、劣化度合い、表面近傍の剥離・浮きを検知することができる。

また、橋梁などの鉄鋼製の構造物に対しては、インパルスハンマー、加速度計、データロガー（アンプ）およびパソコン等を組み合わせたシステムにより剛性が低下している劣化箇所を調べる技術がある。

そして、橋梁の橋脚などのコンクリート構造物に対しては、橋梁の高欄から吊り下げた重さ１０〜５０ｋｇｆ程度の重錘（一般的には３０ｋｇｆ程度の硬質ゴム製）で橋脚を打撃したり、また、大型の硬質ゴム製ハンマーで打撃したりして、橋脚の振動を加速度計で測定し、パソコンに収録し、得られた固有振動数を標準値（既存の測定データから設定した固有振動数あるいは設計上の固有振動数）と対比することにより、橋脚の健全度を判定する衝撃振動測定技術も一般的に利用されている。

一方、コンクリート柱に対しては、折損防止のため、主に目視によるひび割れ発生状況の点検を実施している。更に、点検精度の向上のため、コンクリート柱を打撃し振動を与えることによって得られる固有振動数を解析することで、コンクリート柱の健全度を診断することが行われている（特許文献１参照）。

特開２０１０−０７１７４８号公報

コンクリート柱を加振させるためには、点検者はゴムハンマーを用いて打撃することになるが、打撃固有振動解析を実施するうえで複数回（約３０回）の打撃が必要である。そのため、点検者が疲労するという課題がある。また、コンクリート柱の打撃面は曲面であることから、点検者自身によるハンマー打撃の方向や加重が不均一になりやすく、有効な振動データが収録できない場合がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、点検者の疲労を軽減でき、さらに、より精度の高い振動データを取得することができるコンクリート柱の加振装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のコンクリート柱の加振装置は、コンクリート柱を打撃して加振させるためのハンマーと該ハンマーに付勢力を与える弓形バネ構造からなる加振部と、引き金を引くことによってハンマーを引き寄せて前記弓形バネ構造に付勢力を蓄え、引き金を引ききることよって前記弓形バネ構造の付勢力でハンマーを打撃させ、打撃後に引き金が元の位置に戻る銃型構造の本体部と、板バネ構造を有し、板バネの板体面で前記コンクリート柱を挟むように、かつ前記コンクリート柱の円周面に沿うようにして前記本体部に設けられた円弧状の加振方向固定部と、を備えることを特徴とする。

前記振方向固定部は、先端部に免震材を備えることが好ましい。また、前記加振方向固定部は、前記本体部との接続部において、前記板バネを一部二重構造とし、前記ハンマーの打撃後に、前記本体部の角において、前記本体部の側面から前面へ角を介し、曲面加工した板バネの二重構造部が移動することが好ましい。

本発明によれば、コンクリート柱を加振させる際に、計測者の疲労を軽減でき、また、打撃の力と方向を安定させることができるため、より精度の高い振動データを取得することができる。また、本発明によれば、弓を引く際に両手を使わなくても良いように工夫されていることから、片手操作での連続打撃が可能となる。そして、打撃の力はゴムハンマーと同等以上であるうえに、片手操作ができる程度まで装置の小型・軽量化が可能となる。

本発明の実施の形態を係る加振装置の平面図である。 本発明の実施の形態を係る加振装置の側面図である。 本発明の実施の形態を係る加振装置のクロスボウ部の構成を示す図である。 ハンマーの構成を示す図である。 加振装置の本体部を構成する各構成部材を説明する図である。 カムギア２２と回転ギア２６とカムギア２７の関係を説明する図である。 ハンマーと回転ギア１９とカムギア２２の位置関係を説明する図である。 引き金を引ききった後に、引き金が元の位置に磁力によって戻る状態を説明する図である。 図１のＡ部を拡大して示す図である。 加振方向固定部の動作を説明する図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明の加振装置は、コンクリート柱の打撃固有振動解析に用いられる加振装置である。図１は、本発明の実施の形態を係る加振装置の平面図であり、図２は、加振装置の側面図である。加振装置１は、コンクリート柱５を打撃して加振させるためのハンマー１１と、ハンマー１１に付勢力を与える弓形バネ構造からなるクロスボウ部２（加振部）と、引き金を引くことによってハンマー１１を引き寄せて弓形バネ構造に付勢力を蓄え、引き金を引ききることよって弓形バネ構造の付勢力でハンマーを打撃させ、打撃後に引き金が元の位置に戻る銃型構造の本体部３と、板バネ構造を有し、板バネの板体面でコンクリート柱５を挟むように、かつコンクリート柱５の円周面に沿うようにして本体部３に設けられた加振方向固定部４からなる。

加振方向固定部４は、直径が異なるコンクリート柱にも対応できるように板バネ構造を採用しており、また、板バネの板体面でコンクリート柱５を挟むように、かつコンクリート柱５の円周面に沿うようにして本体部３の左右両側に設けられているため、ハンマー１１が飛び出す方向を一定に保つことができる。なお、図１では、加振方向固定部４の本体部３への接続部は、簡略化して示されている。板バネで構成された加振方向固定部４の先端部分には振動を吸収するための免震材６が設けられている。この免震材６は、加振方向固定部４がコンクリート柱５の振動を抑制すると、有効な振動データを取得できなくなるので、加振時に、加振方向固定部４がコンクリート柱５の振動を抑制することのないようにするためのものである。

図３は、本発明の実施の形態を係る加振装置のクロスボウ部（加振部）の構成を示す図である。クロスボウ部２は、コンクリート柱を加振させるためのハンマー１１と、そのハンマー１１をコンクリート柱に打撃させるための弓部１２からなる。弓部１２は、付勢力を蓄えることのできる板バネを用いて弓型に成形されている。

図４は、ハンマーの構成を示す図である。コンクリート柱５の表面を打撃するハンマー１１の先端部１３は、ゴムまたは樹脂で、形状は半球状で成形され、摩耗による取り換えが可能となっている。先端部以外のハンマー本体部１４は金属で成形されている。なお、ハンマー１１は、ハンマー本体部１４の内部に鉄球が組み込まれたショックレスハンマータイプが好ましい。ショックレスハンマーは、打撃時に受ける反発力を軽減するとともに打撃力を増大させることができる。

図５は、本発明の実施の形態を係る加振装置の本体部を構成する各構成部材を説明する図である。なお、以下の図において、回転ギアおよびカムギアは、形状を簡略化して示している。加振装置の本体部は、ハンマー１１を後方から引っ張るワイヤー１７（図５（ａ））と、ワイヤー１７を巻き取る軸１８に固定され、軸１８と共に回転する回転ギア１９（図５（ｂ））と、回転ギア１９を回転および解除するカムギア２０（図５（ｃ））と、カムギア２０を回転させる引き金２１（図５（ｄ））と、引き金２１を回転させる磁石１６（図５（ｄ））を備えている。引き金２１は、両先端部に引き金を引くための指掛かり部２５を有している。ワイヤー１７には、ピアノ線等が用いられる。

カムギア２０と引き金２１は、軸２２を介して連動する構造になっており、引き金２１で引ける回転ストロークがカムギア２０の回転で必要なストロークを生み出す複数ギアまたはギア比構造で構成されている。

引き金２１は、引く方向（一方向）のみの回転となっており、引き金２１を引ききった後は、Ｓ極、Ｎ極の磁石１６の磁力によって回転して、引き金２１を引く前の状態（定位置）に戻る構造になっている。

また、図６に示すように、カムギア２０の軸２２には、カムギア２０と共に回転する回転ギア２６が設けられており、回転ギア２６には、カムギア２７が噛み合うようになっている。

図７は、引き金を引く前と引き金を引ききったときのハンマーと回転ギアとカムギアの位置関係を説明する図である。図７（ａ）は、引き金２１を引く前の状態を示す図である。引き金２１を引くと、引き金２１を引いている間は、ワイヤー１７が軸１８に巻き取られ、弓部１２の板バネは圧縮される。回転ギア１９とカムギア２０のギア比を調整することで、引き金２１の限られた回転角でハンマー１１の牽引ストロークの必要長を得ることができる。図７（ｂ）は、引き金２１を引ききった状態を示す図である。引き金２１を引ききると、カムギア２０のギアが外れ、弓部１２の板バネの圧縮が解放され、ハンマー１１が前方に移動する。

図８は、引き金を引ききった後に、引き金が元の位置に磁力によって戻る状態を説明する図である。図８（ａ）は、引き金２１を引ききった後に、磁石１６の磁力により引き金２１が回転を始めた状態を示しており、図８（ｂ）は、磁石１６の磁力により１／４回転して元の位置（定位置）に戻った状態を示している。磁石１６は、磁力に強弱をつけて、引き金２１の回転を促進する。

図９は、加振方向固定部の本体部への接続部である図１のＡ部を拡大して示す図である。なお、図９は、本体部３に接続された一方側の加振方向固定部のみを示す。他方側の加振方向固定部は、一方側の加振方向固定部と対称であり、同様であるので説明は省略する。図９（ａ）は、引き金を引ききる直前の加振方向固定部の状態を示す図であり、図９（ｂ）は、引き金を引ききった直後の加振方向固定部の状態を示す図である。加振方向固定部４は、カムギア２０およびカムギア２７と連動し、引き金２１を引ききると打撃前の状態に戻る。そして、打撃（加振）の衝撃によって、加振方向固定部４は、ハンマー１１の先端とコンクリート柱５の表面との離隔を保つ。

加振方向固定部４は、本体部３との接続部において、板バネを一部二重構造とし、本体部３の角Ｂにおいては、本体部３の側面から前面へ角Ｂを介し、曲面加工した板バネの凸部（二重構造部）Ｃが移動することで、ハンマー１１の先端とコンクリート柱５の表面との離隔が長く保たれるようになっている。このため、加振方向固定部４と本体部３との接続部は、打撃前に所定の離隔が保てるようなスライド可能な構造となっている。

図１０は、加振方向固定部の動作を説明する図である。加振方向固定部４は、カムギア２７のヒンジ２４にピアノ線等のワイヤー２３によりに連結されている。ヒンジ２４は、カムギア２７の外周部に３６０度回転可能に設けられている。図１０（ａ）は、引き金を引き始めるときの状態を示す図である。引き金２１を引き始めると、カムギア２０と共に回転ギア２６が回転し、回転ギア２６と噛み合うカムギア２７が回転する。カムギア２７が回転すると、カムギア２７にワイヤー２３を介して連結されている加振方向固定部４が引き寄せられ、引き金２１を引ききる直前においては、本体部３の角Ｂにおいて、本体部３の前面から側面へ、曲面加工した板バネの二重構造部（凸部）Ｃが移動する。図１０（ｂ）は、引き金２１を引ききる直前の状態を示している。引き金２１を引ききってハンマー１１を打撃させた後は、図９（ｂ）の状態に戻り、本体部３の角Ｂにおいて、本体部３の側面から前面へ、凸部Ｃが移動し、ハンマー１１がコンクリート柱５の表面を打撃できるように、所定の離隔を保てるようになる。

上述したように、本発明の加振装置は、加振方向固定部が板バネ構造であり、また、板バネの板体面でコンクリート柱を挟むように、かつコンクリート柱の円周面に沿うようにして本体部の左右両側に設けられているため、コンクリート柱の太さによらず、打撃方向を固定することができるので、加振よる安定したデータ取得を実現することができる。
また、本発明の加振装置は、加振方向固定部が、本体部との接続部において、板バネを一部二重構造としており、さらに、ハンマーの先端とコンクリート柱の表面とが所定の離隔を保てるようにしているので、ハンマー打撃時にハンマーがコンクリート柱を二度打ちしないようにすることができる。

１ 加振装置
２ クロスボウ部
３ 本体部
４ 加振方向固定部
５ コンクリート柱
６ 免震材
１１ ハンマー
１２ 弓部
１３ 先端部
１４ ハンマー本体部
１６ 磁石
１７、２３ ワイヤー
１８、２２ 軸
１９、２６ 回転ギア
２０、２７ カムギア
２１ 引き金
２４ ヒンジ
２５ 指掛かり部

Claims (3)

1. コンクリート柱を打撃して加振させるためのハンマーと該ハンマーに付勢力を与える弓形バネ構造からなる加振部と、
   引き金を引くことによってハンマーを引き寄せて前記弓形バネ構造に付勢力を蓄え、引き金を引ききることよって前記弓形バネ構造の付勢力でハンマーを打撃させ、打撃後に引き金が元の位置に戻る銃型構造の本体部と、
   板バネ構造を有し、板バネの板体面で前記コンクリート柱を挟むように、かつ前記コンクリート柱の円周面に沿うようにして前記本体部に設けられた円弧状の加振方向固定部と、
   を備えることを特徴とするコンクリート柱の加振装置。
2. 前記振方向固定部は、先端部に免震材を備えることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート柱の加振装置。
3. 前記加振方向固定部は、前記本体部との接続部において、前記板バネを一部二重構造とし、前記ハンマーの打撃後に、前記本体部の角において、前記本体部の側面から前面へ角を介し、曲面加工した板バネの二重構造部が移動することを特徴とする請求項１または２に記載のコンクリート柱の加振装置。

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