JP2014202682A - アンカーの健全性検査装置およびアンカーの健全性検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート面に埋設されているアンカーの健全性を定量的に検査、判定することのできる検査装置を提供する。【解決手段】アンカーボルト３０の埋設位置周囲のコンクリート面４０を鎚打して弾性波を発生させる打撃手段１２と、アンカーボルト３０の露出部位３０ａに伝播された弾性波を検出する受振手段１４と、アンカーボルト３０における露出部位３０ａに軸線方向荷重を負荷する加負荷手段１６と、受振手段１４により検出された、軸線方向荷重負荷前における第１弾性波と、軸線方向荷重負荷後における第２弾性波とを比較し、第１弾性波に対する第２弾性波の変化に基づいて、アンカーボルト３０の埋設状態の健全性を判定する演算手段１８を備えたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリートに設けられたケミカルアンカーおよびホールインアンカーの健全性を検査する装置、および方法に係り、特にコンクリート面を非破壊で検査する場合に好適な検査装置、および方法に関する。

コンクリート等から成る壁や床、および天井などに後付けで外ネジを立てるための手段として、アンカーボルトが知られている。そして、アンカーボルトとしては、主に、ケミカルアンカーと呼ばれるものや、ホールインアンカーと呼ばれるものが知られている。ケミカルアンカーと呼ばれるものは、例えば特許文献１に開示されているように、コンクリート面に形成した穴に対してアンカーボルトを接着剤等の薬剤を介して固定するタイプのアンカーボルトである。一方、ホールインアンカーと呼ばれるものは、例えば特許文献２に開示されているように、穴の内壁に対して爪を付勢させ、爪と壁面との摩擦力により抜け止めを図るタイプのアンカーボルトである。

このように埋設されたアンカーボルトは、設置後の経年変化等によりアンカー強度が低下することが懸念されている。このような実状に鑑み、コンクリート面を破壊しないで、設置状態の健全性を検査する手段として従来は、金槌などでアンカーやアンカー周囲のコンクリート面を叩く、叩き検査が行われてきた。しかし、この方法は、検査者の技術や熟練度により検査結果が大きく異なることとなり、定量的な結果を得ることができないという問題があった。

このような問題を解決し、アンカーボルトの埋設状態を非破壊で検査し、かつその結果を定量的に得ることができる技術として特許文献３に開示されているような技術が知られている。

特許文献３には、一部をコンクリート表面から露出させた状態で埋設されたアンカーボルトの露出部分を鎚打ちし、鎚打ちによって生じた弾性波を受振器により検出し、その解析によって健全性を判断する技術が開示されている。ここで、受振器は、アンカーボルト本体に備える場合の他、アンカーボルトを埋設した位置周辺のコンクリート表面に配置する場合などが挙げられている。

このような技術では、アンカーボルト内部の弾性波の反射状態から、アンカーボルト周囲におけるコンクリートの剥離状態を知ることができる。また、アンカーボルト周辺のコンクリート表面において検出した弾性波の反射状態から、周辺コンクリート内に生じている破壊面の有無を知ることができる。

特開昭６１−２３７７２８号公報 特開平８−１４２２８号公報 特開２０１０−２０３８１０号公報

確かに、特許文献３に開示されている技術では、アンカーボルトが埋設されているコンクリートに関し、剥離や亀裂が生じているか否かを知ることができる。しかし、特許文献３に開示されている技術で知ることができる情報は、アンカーボルトが埋設されているコンクリートの状態であり、引張強度に関する健全性などについての判断は、検査者の経験に依存せざるを得ない。

そこで本発明では、コンクリート面に埋設されているアンカーの健全性を定量的に検査、判定することのできる検査装置、および方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るアンカーの健全性検査装置は、コンクリート面から一部が露出するように埋設されているアンカーの健全性を検査する装置であって、前記アンカーの埋設位置周囲の前記コンクリート面を鎚打して弾性波を発生させる打撃手段と、前記アンカーの露出部位に伝播された前記弾性波を検出する受振手段と、前記アンカーにおける前記露出部位に軸線方向荷重を負荷する加負荷手段と、前記受振手段により検出された、前記軸線方向荷重負荷前における第１弾性波と、前記軸線方向荷重負荷後における第２弾性波とを比較し、前記第１弾性波に対する前記第２弾性波の変化に基づいて、前記アンカーの健全性を判定する演算手段を備えたことを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するアンカーの健全性検査装置では、前記打撃手段は、機械的な鎚打を可能とする構成とすると良い。

また、上記のような特徴を有するアンカーの健全性検査装置では、前記演算手段による前記第１弾性波と前記第２弾性波の比較は、前記アンカーの埋設位置から前記打撃手段によるコンクリート面の鎚打位置までの平面距離の変化量に対する伝達度の変化量を比較し、前記演算手段による前記アンカーの健全性の判定は、両者の値の差が、予め定めた範囲を超えた場合には、前記演算手段による判定を不健全と判定するものであると良い。

また、上記目的を達成するための本発明に係るアンカーの健全性検査方法は、コンクリート面から一部が露出するように埋設されているアンカーの健全性を検査する方法であって、前記アンカーの埋設位置周囲の前記コンクリート面を鎚打して弾性波を発生させる第１打撃工程と、前記アンカーの露出部位に伝播された前記第１打撃工程に起因する第１弾性波を検出する第１受振工程と、前記アンカーの露出部位に軸線方向荷重を負荷した状態で前記アンカーの埋設位置周囲の前記コンクリート面を鎚打して弾性波を発生させる第２打撃工程と、前記アンカーの露出部位に伝播された前記第２打撃工程に起因する第２弾性波を検出する第２受振工程と、前記第１弾性波と前記第２弾性波とを比較し、前記第１弾性波に対する前記第２弾性波の変化に基づいて、前記アンカーの健全性を判定する判定工程と、を有することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するアンカーの健全性検査方法において、前記第１打撃工程と前記第２打撃工程とは、前記コンクリート面の鎚打位置を同じにすることが望ましい。

また、上記のような特徴を有するアンカーの健全性検査方法では、前記アンカーの露出部位から前記鎚打位置までの平面距離を変えて、前記第１打撃工程と前記第２打撃工程を複数回繰り返すようにすると良い。

さらに、上記のような特徴を有するアンカーの健全性検査方法において、前記第１弾性波と前記第２弾性波の比較は、前記アンカーの露出部位から前記鎚打位置までの平面距離の変化量に対する伝達度の変化量を比較し、両者の値の差が、予め定めた範囲を超えた場合には、前記健全性が不健全であるとする判定を行うようにすると良い。

上記のような特徴を有するアンカーの健全性検査装置、および方法によれば、コンクリート面に埋設されているアンカーの健全性を定量的に検査、判定することが可能となる。

実施形態に係るアンカーの健全性検査装置の全体構成を示す図である。 アンカーが側壁面に設けられている場合における加負荷手段の一例を示す図である。 実施形態に係るアンカーの健全性検査方法を実施する場合の流れを示す図である。 負荷をかけない状態における弾性波の伝達度の変化と、負荷をかけた場合における弾性波の伝達度の変化の様子を示すグラフである。 ホールインアンカーに、実施形態に係るアンカーの健全性検査装置を適用する場合の例を示す図である。

以下、本発明のアンカーの健全性検査装置、および方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細な説明をする。
本実施形態では、図１に示すように、コンクリート面４０から、一部を露出させるように埋設されたアンカー（実施形態においては、具体的な一例としてアンカーボルト３０）を対象として、その健全性を検査する。実施形態に係るアンカーの健全性検査装置（以下、単に検査装置１０と称す）は、打撃手段１２と受振手段１４、加負荷手段１６、および演算手段１８を基本として構成される。なお、図１に示すアンカーボルト３０は、コンクリート面４０に形成された穴４２に挿入され、穴４２とアンカーボルト３０の埋設部位３０ｂとの隙間を、硬化性の接着剤４４で埋める事により固定されている、いわゆるケミカルアンカーである。

打撃手段１２は、アンカーボルト３０が埋設されている位置の周囲にあたるコンクリート面４０を鎚打する手段である。打撃手段１２としては、荷重や速度等の調節が可能であれば、ハンマー等、手動により機能させるものでも良いが、リバウンドハンマー等の機械的に機能させるものを利用することが望ましい。機械的に機能させる打撃手段を採用することにより、コンクリート面４０に対して与える打撃力を一定の速度、および一定の荷重とすることができるからである。なお、打撃手段１２としてリバウンドハンマーを採用した場合には、アンカーボルト３０が埋設されている部位周囲におけるコンクリートの圧縮強度も調べることができる。

受振手段１４は、打撃手段１２によって発生させた弾性波を検出するための手段である。受振手段１４としては、加速度センサなど、振動の検出が可能なものであれば良く、例えば、センサ部１４ａと本体１４ｂとが別体とされるものでも良い。受振手段１４は、アンカーボルト３０におけるコンクリート面４０からの露出部位３０ａに取り付けられ、アンカーボルト３０を伝播して来た弾性波を検出する。受振手段１４の取り付け位置としては、アンカーボルト３０そのものであっても良いし、図１に示すように、アンカーボルト３０に螺着されたナット３２であっても良い。なお、受振手段１４がセンサ部１４ａと本体１４ｂに分かれている場合には、図１に示すように、センサ部１４ａのみを、アンカーボルト３０、あるいはその付帯物に取り付けるようにすれば良い。

加負荷手段１６は、アンカーボルト３０に対して、軸線方向に新たな負荷をかける手段である。例えば、天井から鉛直下方向に露出部位３０ａを露出させるように埋設されているアンカーボルト３０に対する加負荷手段１６としては図１に示すように、アンカーボルト３０に吊下する錘などであれば良い。一方、床面から鉛直上方向に露出部位３０ａを露出させるように埋設されている場合や、側壁面に埋設されているアンカーボルト３０に対しては、図２に示すように、ジャッキ１６ａや固定治具１６ｂを使用して、アンカーボルト３０の軸線方向に引っ張りや圧縮の力を負荷することができるようにすれば良い。なお、アンカーボルト３０に負荷した荷重については、アンカーボルト３０における軸線方向の歪を検出するセンサを取り付けるようにすれば良い。センサに関しては、ロードセル２２等であれば良い。ロードセル２２は、ロードセルセンサ部２２ａとロードセル表示部２２ｂを基本として構成される。このような基本構成を有するロードセル２２では、アンカーボルト３０の露出部位３０ａにロードセルセンサ部２２ａを取り付け、ロードセル表示部２２ｂに、負荷荷重を視認可能に表示することができる。負荷荷重の検出を可能な構成とすることにより、負荷荷重の再現性を得ることができ、複数個所での検査において、検査条件の均一化を図ることができるからである。

演算手段１８は、受振手段１４によって検出された弾性波の解析を行うための手段である。よって、演算手段１８は、受振手段１４や加付加手段１６と電気的に接続されている。演算手段１８は、少なくともインターフェース１８ａと、補助記憶部１８ｂ、主記憶部１８ｃ、および演算部１８ｄを備えて構成される。インターフェース１８ａは、外部機器との接続を成す部位であり、各種データ信号の変換等を行う。補助記憶部１８ｂは、ハードディスクドライブなど、大容量の記憶手段である。受振手段１４により検出された弾性波のデータや、解析結果、判定結果等のデータ、および演算を行うためのプログラム等は、補助記憶部１８ｂに記録される。主記憶部１８ｃは、メモリ等であり、後述する演算部１８ｄによる演算を行う際に、必要とするデータを一時的に読み出すための記録部である。演算部１８ｄは、ＣＰＵなどの処理装置である。演算部１８ｄは、補助記憶部１８ｂに記録された演算用プログラム、およびデータから、必要とされるデータを読み出し、主記憶部１８ｃに展開し、演算や判定処理を行う。判定の結果は、検査対象としたアンカーボルト３０のデータと関連付けて、補助記憶部１８ｂに記録する。また、演算部１８ｄでは必要に応じて、判定の結果を表示手段２０等へ出力するための処理を行う。

次に、上記のような基本構成を有する検査装置を用いたアンカーボルトの健全性検査方法について、図３を参照して説明する。
まず、検査対象とするアンカーボルト３０の露出部位３０ａに、受振手段１４を取り付ける。取り付け箇所としては、アンカーボルト３０そのものであっても良いし、図１に示すように、アンカーボルト３０に螺着されたナット３２等であっても良い（ステップ１０）。次に、アンカーボルト３０が埋設されている位置の周囲のコンクリート面４０にて、打撃手段１２による鎚打位置を定める（ステップ２０）。鎚打位置を定めた後、アンカーボルト３０の埋設位置を基点として、鎚打位置までの平面距離Ｘｉを計測する（ステップ３０）。

平面距離Ｘｉの計測が終了した後、打撃手段１２により、鎚打位置におけるコンクリート面４０を鎚打する。鎚打により発生した弾性波は、アンカーボルト３０が埋設されたコンクリート内を伝播し、アンカーボルト３０の埋設部位３０ｂに伝達される。アンカーボルト３０の埋設部位３０ｂに伝達された弾性波は、アンカーボルト３０を固定している接着剤４４、およびアンカーボルト３０内を伝播し、アンカーボルト３０の露出部位３０ａに到達する（ステップ４０）。

露出部位３０ａに到達した弾性波を受振手段１４により検出する（ステップ５０）。検出された弾性波の情報は、電気信号として演算手段１８に入力される。演算手段１８では、入力された情報に基づき、検出された弾性波により与えられた振動の伝達度（伝達率）を求める（ステップ６０）。

次に、アンカーボルト３０の露出部位３０ａに、加負荷手段１６による新たな負荷を軸線方向に沿った方向へ加える（ステップ７０）。加負荷後、打撃手段１２により鎚打位置におけるコンクリート面４０を再び鎚打する。鎚打により発生した弾性波は、前述の通り、アンカーボルト３０が埋設されたコンクリート内を伝播し、アンカーボルト３０の埋設部位３０ｂ、アンカーボルト３０の露出部位３０ａへと伝わる。なお、加負荷後の鎚打位置は、加付加前の鎚打位置と同じ位置とする。同じ位置から同じ振動を与えた場合における伝達度の変化が、最も外乱的要素が少なく、健全性の判定を判断するのに適することとなるからである（ステップ８０）。

そして、露出部位３０ａに到達した弾性波を再び受振手段１４により検出し（ステップ９０）、演算手段１８により解析・記憶する（ステップ１００）。

第１弾性波と第２弾性波の検出が完了した後、演算手段１８は、検出結果の比較を行う。比較は、鎚打位置から特定の距離における第１弾性波の伝達度と、鎚打位置から特定の距離における第２弾性波の伝達度との差分を求めることにより行う。図４に、鎚打位置と埋設位置との間の距離である平面距離Ｘｉと、弾性波の伝達度の関係を示す。図４において、ＴＲで示す曲線が、加負荷手段１６による負荷荷重をかけていない場合の振動（弾性波）の伝達度の変化を示すグラフである。一方、ＴＲ_Ｗで示す曲線は、加付加手段１６により追加荷重をかけた状態で鎚打を行った際の振動（弾性波）の伝達度の変化を示すグラフである。アンカーボルト３０の健全性が高いほど、伝達度の差分が小さく、ＴＲで示す曲線とＴＲ_Ｗで示す曲線とが近似することとなり、健全性が低い場合には、両者が乖離することとなる。

差分には、アンカーボルト３０の埋設状態の健全性判定において、「健全」と判断することができる許容値を予め定め、これを閾値とする。そして、比較の結果、伝達度の差分が、予め定めた閾値を超えた場合には、「不健全」との判定を下す。一方、伝達度の差分が、閾値よりも小さい場合には、「健全」との判定を下す（ステップ１１０）。なお、伝達度を算出する手段は、特に定めるものではないが、例えば伝達度はＦ／Ｆ０（Ｆは検出振動力、Ｆ０はコンクリート面に付与する振動力（基準振動力Ｆ０））で求められる。ここで、Ｆは、受信手段１４により検出される振動力であり、Ｆ０は、打撃手段１２によりコンクリート面４０に与えられる振動力である。打撃手段１２としてリバウンドハンマー等を採用した場合には、コンクリート面４０に与える振動力を一定とみなすことができる。よって、予め定められた（あるいは求められた）一定の振動力を基準振動力（Ｆ０）として、伝達度を算出するようにしても良い。また、打撃手段１２によって与えられる振動力が不明である場合には、鎚打位置に基準振動力Ｆ０を検出するための受振手段（不図示）を設けるようにすれば良い。

演算手段１８によって導かれた判定結果は、表示手段２０に表示されると共に、補助記憶部１８ｂに記録される。補助記憶部１８ｂに記録される情報は、検査対象としたアンカーボルト３０を特定する情報と、検査を実施した年月日等と関連付けて記録される（ステップ１２０）。

上記のような検査装置１０を用いて、アンカーボルト３０の健全性検査を実施することによれば、コンクリート面４０に埋設されているアンカーボルト３０の健全性を非破壊で、定量的に検査、判定することができる。また、上記のような検査方法によれば、アンカーボルト３０が埋設されている周囲のコンクリート面４０への打撃と、アンカーボルト３０またはアンカーボルト３０の付帯物からの弾性波の受振を行えば良いため、既存の構造系を変更することなく実施することができる。

また、上記実施形態では、第１打撃工程と第２打撃工程、第１受振工程、および第２受振工程は、それぞれ１回づつとしていた。しかしながら、図３におけるステップ４０からステップ１００の工程は、平面距離Ｘｉや、アンカーボルト３０の埋設位置を基点とした円周位置を変えて複数回行うようにしても良い。種々の方向、および距離から検査を繰り返すことにより、健全性の判定精度を向上させることができるからである。

また、上記実施形態では、アンカーボルト３０として、いわゆるケミカルアンカーを対象として検査を行う旨記載した。しかしながら、上記実施形態に係る検査装置１０による検査は、図５に示すような、いわゆるホールインアンカー型のアンカーボルト３１であっても検査対象とすることができる。ホールインアンカー型のアンカーボルト３１であっても、コンクリート面４０に形成された穴４２の内壁面に引っ掛かる爪部３１ｂを介して、弾性波が露出部位３１ａに伝達されるからである。

また、上記実施形態では、加負荷に関し、主に、露出部位３０ａ，３１ａに対して引っ張りの荷重をかけることを前提として説明している。しかしながら、加負荷は、アンカーの軸線方向であれば、圧縮荷重であっても良い。既設の状態と、加負荷時との間における弾性波の伝播状態の違いを得ることができれば良いからである。

上記検査装置１０および検査方法は、アンカーに限らず、異種材料間における結合状態を検査する場合にも適用することができる。

１０………検査装置、１２………打撃手段、１４………受振手段、１４ａ………センサ部、１４ｂ………本体、１６………加負荷手段、１６ａ………ジャッキ、１６ｂ………固定治具、１８………演算手段、１８ａ………インターフェース、１８ｂ………補助記憶部、１８ｃ………主記憶部、１８ｄ………演算部、２０………表示手段、２２………ロードセル、２２ａ………ロードセルセンサ部、２２ｂ………ロードセル表示部、３０………アンカーボルト、３０ａ………露出部位、３０ｂ………埋設部位、３１………アンカーボルト、３１ａ………露出部位、３１ｂ………爪部、３２………ナット、４０………コンクリート面、４０ａ………側壁面、４２………穴、４４………接着剤。

Claims (7)

1. コンクリート面から一部が露出するように埋設されているアンカーの健全性を検査する装置であって、
   前記アンカーの埋設位置周囲の前記コンクリート面を鎚打して弾性波を発生させる打撃手段と、
   前記アンカーの露出部位に伝播された前記弾性波を検出する受振手段と、
   前記アンカーにおける前記露出部位に軸線方向荷重を負荷する加負荷手段と、
   前記受振手段により検出された、前記軸線方向荷重負荷前における第１弾性波と、前記軸線方向荷重負荷後における第２弾性波とを比較し、前記第１弾性波に対する前記第２弾性波の変化に基づいて、前記アンカーの健全性を判定する演算手段を備えたことを特徴とするアンカーの健全性検査装置。
2. 前記打撃手段は、機械的な鎚打を可能とする構成としたことを特徴とする請求項１に記載のアンカーの健全性検査装置。
3. 前記演算手段による前記第１弾性波と前記第２弾性波の比較は、前記アンカーの埋設位置から前記打撃手段によるコンクリート面の鎚打位置までの平面距離の変化量に対する伝達度の変化量を比較し、
   前記演算手段による前記アンカーの健全性の判定は、両者の値の差が、予め定めた範囲を超えた場合には、前記演算手段による判定を不健全と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のアンカーの健全性検査装置。
4. コンクリート面から一部が露出するように埋設されているアンカーの健全性を検査する方法であって、
   前記アンカーの埋設位置周囲の前記コンクリート面を鎚打して弾性波を発生させる第１打撃工程と、
   前記アンカーの露出部位に伝播された前記第１打撃工程に起因する第１弾性波を検出する第１受振工程と、
   前記アンカーの露出部位に軸線方向荷重を負荷した状態で前記アンカーの埋設位置周囲の前記コンクリート面を鎚打して弾性波を発生させる第２打撃工程と、
   前記アンカーの露出部位に伝播された前記第２打撃工程に起因する第２弾性波を検出する第２受振工程と、
   前記第１弾性波と前記第２弾性波とを比較し、前記第１弾性波に対する前記第２弾性波の変化に基づいて、前記アンカーの健全性を判定する判定工程と、
   を有することを特徴とするアンカーの健全性検査方法。
5. 前記第１打撃工程と前記第２打撃工程とは、前記コンクリート面の鎚打位置を同じにすることを特徴とする請求項４に記載のアンカーの健全性検査方法。
6. 前記アンカーの露出部位から前記鎚打位置までの平面距離を変えて、前記第１打撃工程と前記第２打撃工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項５に記載のアンカーの健全性検査方法。
7. 前記第１弾性波と前記第２弾性波の比較は、前記アンカーの露出部位から前記鎚打位置までの平面距離の変化量に対する伝達度の変化量を比較し、両者の値の差が、予め定めた範囲を超えた場合には、前記健全性が不健全であるとする判定を行うことを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載のアンカーの健全性検査方法。

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