JP7794708B2 - 締固め評価システム - Google Patents
締固め評価システムInfo
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Description
図1は、本実施形態の締固め評価システムの機能構成図である。締固め評価システム100は、例えば、ダム建設の所定の打設範囲に搬送されたコンクリートCの締固めを評価するシステムである。締固め評価システム100は、演算装置1と、締固め装置2とを備える。演算装置1は、所定の情報処理を実行するコンピュータである。締固め装置2は、コンクリートCに振動(締固めエネルギー)を付与する装置であり、ベースマシンである油圧ショベル3のアーム31先端に取り付けられている。演算装置1は、油圧ショベル3が備える機器(後記する受信機33を含む。)と通信可能に接続されている。演算装置1は、入力部、出力部、制御部、および、記憶部といったハードウェアを備えている。例えば、制御部がCPU(Central Processing Unit)から構成される場合、その制御部を含むコンピュータによる情報処理は、CPUによるプログラム実行処理で実現される。また、そのコンピュータに含まれる記憶部は、CPUの指令により、そのコンピュータの機能を実現するためのさまざまなプログラムを記憶する。これによりソフトウェアとハードウェアの協働が実現される。前記プログラムは、記録媒体に記録したり、ネットワークを経由したりすることで提供可能となる。
例えば、計算部12は、バイブレータ21がコンクリートに内部振動を加えたときの締固めエネルギーを以下の式1で計算できる。
ここで、Eは加振時間t(s)の間にコンクリートが受ける締固めエネルギー(J/L)であり、ρ0はコンクリートの単位容積質量(kg/L)であり、αsurは振動機表面の見かけ最大加速度(m/s2)であり、Ωは材料減衰係数であり、xは内部振動機の軸心からの距離(m)であり、fは振動数(s-1)である。
αsurは、バイブレータ21の軸心からの距離が0(m)(バイブレータ21の直径を0(m)とみなす)の位置での振動の加速度を表す。なお、αsurは、バイブレータ21をコンクリートに挿入して、バイブレータ21から一定の距離における加速度を複数個所で測定後に、逆算することでバイブレータ21の軸心からの距離0(m)の位置の加速度を算定することができる。Ωは、例えば、コンクリートのコンシステンシーに起因して求めることができる。加振時間(s)は、例えば、バイブレータ21の振動のオンオフに関する電気信号を取得することで求めることができる。油圧ショベル3は、例えば、バイブレータ21と配線で接続されている操作レバーを備えている。操作レバーの操作によって、バイブレータ21の振動のオンオフを設定でき、加振時間(s)を取得できる。
また、計算部12は、打設範囲を任意のサイズに分割した各部分範囲において、締固めエネルギーの積算値を計算できる。
締固め完了エネルギーは、締固めエネルギーの目標値であり、コンクリートごとに設定することができる。締固め完了エネルギーは、専用の締固め試験装置を用いた測定方法によって予め求めることができる。測定方法は周知であるため概要を説明する。コンクリートの締固めとは、コンクリートを、締固め前における型枠中のコンクリートが見掛けのかさ密度から、コンクリートの配合の理論密度に至るまで変形させることであると考えることができる。そこで、締固めの程度は、締固め試験装置が備える円筒容器中の試料の最も高い部分を高さとする円筒体積に対するコンクリート試料の真の体積の比として捉え、この比を締固め度γとする。なお、締固め試験装置は、円筒容器中の試料に振動を加えることができる振動機を備える。締固め度γは、配合に基づく理論上の単位容積質量まで締め固められたときの試料の高さに対する、任意の締固め時間における試料の高さの比として求めることができる。そして、例えば、締固め度γが99.5%に到達するのに要した締固めエネルギーを締固め完了エネルギーと設定することができる。
打設作業において、油圧ショベル3は、打設範囲の任意の部分範囲のコンクリート内にバイブレータ21を挿入し、所定時間振動を加えて締固めた後、バイブレータ21をコンクリートから抜き出す。油圧ショベル3は、このような動作を、打設範囲の異なる部分範囲に対して複数回行う。その結果、打設範囲の各部分範囲における締固めエネルギーが累積し、計算部12は、打設範囲の各部分範囲における締固めエネルギーの積算値を計算することができる。計算部12は、計算した積算値を用いて締固め評価結果を求めることができる。締固め評価結果は、打設範囲の各部分範囲における締固めエネルギーの積算値を、打設範囲に亘って集めた集合体となり得る。表示制御部13は、所定の表示形式で締固め評価結果をディスプレイ4に表示させる。
次に、演算装置1が行う締固め評価処理について説明する。図4は、締固め評価処理のフローチャートである。演算装置1は、プログラムからの指令により、サイクル(例えば、1秒)ごとに締固め評価処理を行う。また、締固め評価処理は、例えば、油圧ショベル3及び締固め装置2が始動することで開始することができる。まず、演算装置1は、打設に用いるコンクリートに対して、締固め試験装置が予め計測した締固め完了エネルギーを取得する(ステップS1)。なお、ステップS1は、最初のサイクルで行えばよく、次回以降のサイクルでは省略可能である。次に、演算装置1の位置取得部11は、GNSSセンサ23及び受信機33を介してバイブレータ21の各々の位置を取得する(ステップS2)。次に、演算装置1は、バイブレータ21が加振中であるか否か判定する(ステップS3)。具体的には、演算装置1は、油圧ショベル3が備える操作レバーのオンオフによって、バイブレータ21の振動のオンオフに関する電気信号を取得して判定できる。
また、確認作業に起因する過振動、つまり過度の締固めを回避できる。さらに、従来の施工管理は、決められた順番、決められた範囲、決められた間隔での締固めを要求するものであり、作業の自由度が著しく制限されていた。これに対し、本実施形態は、コンクリート内部の締固め状態を定量的に評価することで、必要となる作業をリアルタイムで変更できる柔軟性を獲得することができ、作業の自由度を高くすることができる。
また、締固めが過剰な部分範囲を可視化することができるため、加振禁止が必要な部分範囲を容易に確認することができる。
また、本実施形態の締固め評価システム100の構成によれば、締固め装置の姿勢を把握することができる。また、位置センサとバイブレータとの位置関係は予め取得できるため、位置センサの各々の位置を用いてバイブレータの各々の位置及び姿勢を把握することができる。その結果、バイブレータによる加振位置を特定する、締固めエネルギーを計算する、などの演算装置による処理の精度を向上させることができる。
(a):本実施形態の演算装置1は、油圧ショベル3と通信可能に外付けで接続されていた。しかし、演算装置1を油圧ショベル3に組み込む構成であってもよい。ディスプレイ4についても同様である。また、油圧ショベル3に限らず、クレーン等の他の種類の建設機械であってもよい。
(b):本実施形態では、バイブレータ21がコンクリート内に垂直に挿入された場合(図2参照)における締固めエネルギーの計算について説明した。しかし、バイブレータ21がコンクリート内に斜めに挿入された場合であっても、周知の幾何学的なオフセット補正をすることで、締固めエネルギーの計算は可能である。
(c):本実施形態では、GNSSセンサ23を用いてバイブレータ21の位置を検出するようにした。しかし、例えば、トータルステーションによってバイブレータ21の位置を自動追尾してもよい。
(d):本実施形態では、油圧ショベル3が備える操作レバーの操作によって、バイブレータ21の振動のオンオフに関する電気信号を取得することで、バイブレータ21の加振時間を取得した。このように取得された加振時間は、バイブレータ21の挿入及び抜き出しのタイミングと、バイブレータ21の振動のオンオフのタイミングが一致するときは正確であり、両タイミングの差分が極めて小さいときは十分に正確な加振時間が得られる。ここで、バイブレータ21の振動加速度を検出する加速度センサを、バイブレータ21、取付部材22などに設け、コンクリートのコンシステンシーに依存する振動加速度をモニタリングするとよい。これにより、振動加速度の増減のタイミングを追跡することで、バイブレータ21の挿入及び抜き出しのタイミングと、バイブレータ21の振動のオンオフのタイミングとを確実に求めることができ、コンクリートに挿入している間のバイブレータ21の振動の時間として正確な加振時間を取得することができる。つまり、未挿入時でのバイブレータ21の空振動の時間を計測せずに済ませることができる。よって、計算部12は、式1等を用いて正確な締固めエネルギーを計算できる。
(e):本実施形態の演算装置1として機能させるプログラムを、打設を行うロボットにインストールし打設作業を行うことで、無人化した自動打設を実現できる。
(g):本実施形態で説明したソフトウェアをハードウェアとして実現することもでき、ハードウェアをソフトウェアとして実現することもできる。
(h):その他、本発明の構成要素について、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
1 演算装置
11 位置取得部
12 計算部
13 表示制御部
2 締固め装置
21 バイブレータ
22 取付部材
23 GNSSセンサ
3 油圧ショベル
31 アーム
32 ブーム
33 受信機
4 ディスプレイ(表示部)
C コンクリート
R1,R2 締固め完了範囲
R3 締固め過剰範囲
Claims (4)
- 打設範囲のコンクリート内に挿入される複数のバイブレータと、
演算装置と、を備え、
前記演算装置は、
前記バイブレータの各々の位置を取得する位置取得部と、
前記バイブレータの軸心からの距離、及び加振時間に基づいて、前記打設範囲の各部分範囲における締固めエネルギーの積算値を計算する計算部と、
前記計算した積算値を用いて締固め評価結果を表示部に表示させる表示制御部と、を備える締固め評価システム。 - 前記表示制御部は、前記締固め評価結果として、前記コンクリートの締固め完了エネルギーに対する前記積算値の割合を、前記各部分範囲ごとに、前記表示部に表示させる請求項1に記載の締固め評価システム。
- 前記表示制御部は、前記締固め評価結果として、前記積算値が前記締固め完了エネルギーを超えた部分範囲を前記表示部に表示させる請求項2に記載の締固め評価システム。
- 複数の位置センサと、建設機械に取り付けられる取付部材を備える締固め装置と、をさらに備え、
前記複数のバイブレータ及び前記複数の位置センサが前記取付部材に取り付けられており、
前記位置取得部は、前記位置センサの各々からの信号により、前記バイブレータの各々の位置、及び前記締固め装置の向きを取得する請求項1から請求項3の何れか1項に記載の締固め評価システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022117726A JP7794708B2 (ja) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 締固め評価システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2022117726A JP7794708B2 (ja) | 2022-07-25 | 2022-07-25 | 締固め評価システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024015580A JP2024015580A (ja) | 2024-02-06 |
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| JP2014037690A (ja) | 2012-08-13 | 2014-02-27 | Shimizu Corp | コンクリート締め固め管理システム |
| JP2014231691A (ja) | 2013-05-29 | 2014-12-11 | 大成建設株式会社 | コンクリート締固め確認方法および型枠構造 |
| JP2020041356A (ja) | 2018-09-12 | 2020-03-19 | 東急建設株式会社 | 締固め作業状態判定装置、締固め管理装置及び締固め管理方法 |
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2022
- 2022-07-25 JP JP2022117726A patent/JP7794708B2/ja active Active
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