弾性波トモグラフィ法によるコンクリート構造物の定量的な健全性評価基準の構築

弹性波层析成像法建立混凝土结构定量健全性评价标准

• 批准号: 22K20446
• 负责人: 小椋 紀彦
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20446/
• 关键词: 弾性波トモグラフィ; 社会インフラ; コンクリート構造物; 維持管理; 健全性評価

国内外において社会インフラの経年劣化、激甚化する自然災害による構造物の損傷等、構造物の機能低下による社会基盤の大幅な低下がリスクとなっている。コンクリート構造物内部のひび割れや施工不良に伴う空洞の劣化位置を計測する調査方法として、弾性波トモグラフィ法がある。しかしながら、劣化位置の特定はできるものの、損傷の寸法や範囲を定量的に評価するまでには至っていない。本研究の目的は、定量的な健全性評価基準を構築することである。今年度は研究計画に準じて、シミュレーションの実施と模擬供試体を作製し検証を行った。シミュレーションでは、2次元の弾性波動方程式について近似値を計算するソフトを使用し、1.5×1.5mのモデルサイズに、①ひび割れが発生したケース、②内部に空洞があるケースの2種類の損傷が発生した場合での伝搬速度の低下やその影響を可視化および数値化した。これらで得られた結果の妥当性を検証するため、同じ大きさの供試体をコンクリートで製作した。ひび割れの損傷は鉄板で模擬し、硬化後に撤去して再現した。空洞は発泡スチロールブロック(0.4×0.4×0.4mmと0.4×0.4×0.4mの大小2つ)で模擬することにした。②の空洞モデルの模擬供試体の測定した結果から、0.4m角の大きな立方体は検出することができたが、小さな空隙(0.4×0.4×0.1m)を検出することはできなかった。またこの空隙を検出する際、空洞の位置に対応する領域の伝搬速度は概ね4000-4500m/sの範囲であり、これは通常健全なコンクリートと評価される伝搬速度の範囲(3500m/s以上)に相当するものであった。つまり、このような欠陥を特定するには、従来の伝搬速度の基準値を適用するだけでなく、対象となる構造物の例えば輪郭部の伝搬速度と比較して、低下した領域を探すことやセンサ配置が重要であることが分かった。

风险包括由于结构功能恶化而导致的社会基础设施大幅下降，例如随着时间的流逝，社会基础设施的恶化以及由于严重的自然灾害而造成的结构损害等。弹性波断层扫描是一种研究由于混凝土结构内部裂纹和结构较差而引起的空腔恶化位置的方法。但是，尽管可以确定劣化的位置，但尚未对损害的大小和范围进行定量评估。这项研究的目的是建立定量健康评估标准。今年，进行了模拟，并根据研究计划制备模拟标本并验证。在模拟中，使用计算二维弹性波方程的近似值的软件用于可视化和量化传播速度的降低及其在两种损坏的情况下的效果，1）破裂的情况和2）模型内有空腔的情况。为了验证从这些结果获得的结果的有效性，由混凝土制成相同尺寸的标本。用钢板模拟裂缝的损坏，在硬化后去除并再现。用聚苯乙烯泡沫塑料块（2个大小和小，0.4 x 0.4 x 0.4 mm和0.4 x 0.4 x 0.4 x 0.4 x 0.4 m）模拟腔。从腔模型的模拟标本的测量结果中，可以检测到一个0.4m平方的大立方体，但无法检测到一个小的间隙（0.4x0.4x0.1m）。此外，当检测到这一差距时，与腔位置相对应的区域的传播速度通常在4000-4500 m/s的范围内，与通常被认为是健康混凝土的传播速度（3500 m/s或更多）相对应。换句话说，已经发现，为了识别此类缺陷，重要的是，不仅要应用传播速度的常规标准值，而且要与例如目标结构的轮廓部分相比，找到传播速度的降低面积和放置。

项目成果

Application of elastic wave tomography method for damage evaluation in a large-scale reinforced concrete structure

弹性波层析成像方法在大型钢筋混凝土结构损伤评估中的应用

• DOI: 10.1016/j.dibe.2023.100127
• 发表时间: 2023
• 期刊: Developments in the Built Environment
• 影响因子: 8.2
• 作者: Sagradyan Artur;Ogura Norihiko;Shiotani Tomoki
• 通讯作者: Shiotani Tomoki