專利名稱：塊裝結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性的評價方法及其所用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及塊狀結(jié)構(gòu)物(橋墩、橋臺、防塌堤和護(hù)岸堤等)相對于傾倒的穩(wěn)定完整性的評價方法及其所用的裝置。
目前，橋梁的橋墩經(jīng)常處于被沖刷掘出的險境中，因此確立可用于橋墩相對于傾倒的穩(wěn)定完整性的簡單的評價方法是非常重要的。
已有的橋墩穩(wěn)定完整性的評價方法包括下述步驟首先通過對所有的橋墩進(jìn)行目視檢查，評價其相對于傾倒的穩(wěn)定完整性，然后根據(jù)這個評價結(jié)果，對危險性較大的橋墩進(jìn)行沖擊檢查，用30kg左右的重錘接觸沖擊橋墩，測量由該沖擊產(chǎn)生的固有振動的頻率，并根據(jù)該固有頻率的變化，評價橋墩相對于傾倒的穩(wěn)定完整性。
然而，因為在目視檢查時要受到檢查者的個人經(jīng)驗影響，所以被確認(rèn)的變化狀態(tài)在進(jìn)行復(fù)查時發(fā)現(xiàn)是錯誤的現(xiàn)象是相當(dāng)普遍的。此外還往往會發(fā)生漏看以及不能發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的缺陷等問題，而且當(dāng)橋墩的基礎(chǔ)部分處于水中或土中時，也不能用直接目視進(jìn)行確認(rèn)。
在進(jìn)行沖擊檢查時，不僅有損傷橋墩本身和支持該橋墩的結(jié)構(gòu)的危險，還需要對周圍的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行考慮，并對檢查員的安全進(jìn)行特別的注意。由于必須使用較大型的裝置，所以限制了可進(jìn)行檢查的場所，還由于要花時間進(jìn)行必需的準(zhǔn)備，所以限制了可進(jìn)行檢查的時間，由于這些原因，很難對所有的橋墩進(jìn)行這種檢查。
如上所述，目視檢查會較大地受到個人經(jīng)驗的影響，且存在有漏看和不能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷的缺點。而沖擊檢查有損傷結(jié)構(gòu)物和檢查員的危險，且由于可進(jìn)行檢查的場所和時間的限制，而存在難于對很多個位置進(jìn)行檢查的缺點。
本發(fā)明的目的是為了克服上述的那些缺點而提供一種可以簡便全面地對多個塊狀結(jié)構(gòu)物進(jìn)行穩(wěn)定完整性評價的方法及其所用的裝置，利用該裝置和方法評價塊狀結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定完整性時，可以防止出現(xiàn)在用目視檢測情況下往往出現(xiàn)的漏看問題，并能發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部缺陷，而且可以不再受到在沖擊檢測情況下存在的結(jié)構(gòu)物和檢查員安全問題的困擾，也不會再受到?jīng)_擊檢查情況下存在的對檢查場所和檢查時間的限制。
由人工振動或氣象等自然現(xiàn)象引起的微動，會使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生常時振動。因此，測定這種由常時微動產(chǎn)生的塊狀結(jié)構(gòu)物(例如橋墩)的振動響應(yīng)，便可以評價該塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性。
也就是說，本發(fā)明的可用于塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性的評價方法的特征包括測定塊狀結(jié)構(gòu)物的常時微動，根據(jù)已測定的常時微動波形的水平方向分量和垂直方向分量，利用表示在整個振動中所占比例的擺動振動的影響程度，計算出在任意塊狀結(jié)構(gòu)物中的搖擺振動的程度，根據(jù)對計算出的任意塊狀結(jié)構(gòu)物搖擺振動程度是否超過1的判斷，來評價該塊狀結(jié)構(gòu)物是否處在相對于傾倒的不穩(wěn)定狀態(tài)。
剛體結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性與抗傾倒的安全性相關(guān)聯(lián)，且一般認(rèn)為在存在傾倒危險性的結(jié)構(gòu)物的振動中，剛體的搖擺振動是起支配作用的。
圖1是表示說明搖擺振動概念的示意圖。
圖2是表示搖擺振動的上下振動分量的示意圖。
圖3(a)是表示對本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性進(jìn)行評價的橋墩的示意圖。
圖3(b)是表示對用于進(jìn)行本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性評價的橋墩基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷掘出式的挖掘的事件1的示意圖。
圖3(c)是表示對用于進(jìn)行本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性評價的橋墩基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷掘出式的挖掘的事件2的示意圖。
圖3(d)是表示對用于進(jìn)行本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性評價的橋墩基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷掘出式的挖掘后再填充的實驗的事件3的示意圖。
圖3(e)是表示對用于進(jìn)行本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性評價的橋墩基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷掘出式的挖掘后再填充的實驗的事件4的示意圖。
圖3(f)是表示對用于進(jìn)行本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性評價的橋墩基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷掘出式的挖掘后再填充試驗時的事件5的示意圖。
圖4是表示將本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定完整性的評價方法用在橋墩上的實施例中，首先對橋墩的基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷掘出式挖掘，然后進(jìn)行再充填的試驗時的各測定事件中的搖擺振動中心位置的示意圖。
圖5是表示將本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性評價方法用在橋墩上的實施例中，首先對橋墩的基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷掘出式的挖掘，然后再進(jìn)行充填的試驗時各測定事件中的影響程度ρ和R值的示意圖。
圖6是表示實際測定結(jié)果的示意圖。
下面參照


本發(fā)明的第一實施例。
在圖1和圖2中，1是塊狀結(jié)構(gòu)物，3是配置在塊狀結(jié)構(gòu)物I側(cè)的三方向檢測器，13是配置在塊狀結(jié)構(gòu)物II側(cè)的三方向檢測器。圖中，H1是檢測器3的水平方向的振動分量，H2是檢測器13的水平方向振動分量，V1是檢測器3的上下方向的振動分量，V2是檢測器13的上下方向的振動分量，VN是除搖擺振動以外的上下方向振動分量，VR1是與搖振動有關(guān)的檢測器3的上下方向振動分量，VR2是與搖擺振動有關(guān)的檢測器13的上下方向振動分量，B是從塊狀結(jié)構(gòu)物1的中心到三方向檢測器3，13的距離。B1是從搖擺振動中心A至I側(cè)的三方向檢測器3的距離，B2是從搖擺振動中心A到檢測器13的距離，e是從搖擺振動中心A到塊狀結(jié)構(gòu)物1中心的距離，L是從搖擺振動中心到塊狀結(jié)構(gòu)物1上端的距離，θ是搖擺振動的角度。
這樣，便可利用圖中的符號，根據(jù)下式求出上述的L和eL＝B(H1＋H2)/(V1＋V2)e＝B(V1－V2)/(V1＋V2)＝B(1－V2/V1)/(1＋V2/V1)在計算時要用到常時微動的頻譜比。
在此，將在塊狀結(jié)構(gòu)物1上觀測到的上下振動分量和水平振動分量，按照以下所述的搖擺振動及其另外的其他振動分別研究。
V1＝VRi＋VNV2＝VR2＋VNH1＝H2＝HR1(HR2)＋HN其中，HR、VR是與搖擺振動有關(guān)的水平振動分量和上下振動分量，HN、VN是除搖擺振動以外的噪音振動。
從圖1中可以看出，當(dāng)在塊狀結(jié)構(gòu)物1上設(shè)置三方向檢測器3和13，進(jìn)行常時微動測定時，可根據(jù)該測定結(jié)果用HR1＝HR2＝LθVR1＝B1θVR2＝B2θ來表示與搖擺振動有關(guān)的水平振動分量和上下振動分量。在這兒，HR1是與搖擺振動有關(guān)的檢測器3的水平振動分量，HR2是與搖擺振動有關(guān)的檢測器13的水平振動分量。一般把如上所述的搖擺振動認(rèn)為是與這種上下移動和水平移動具有相關(guān)性的振動。
因此，可將在整個振動中，搖擺振動所占的影響程度ρ，用下式定義影響程度ρ={Σi=1nHi×Vi}2Σi=1nHi2×Σi=1nVi2--(1)]]>在這里，n是采樣的數(shù)目，Hi(水平分量)是數(shù)字化后的第i步驟中的水平振動分量的常時微動振幅值，Vi(上下分量)是數(shù)字化后的第i步驟中的上下振動分量的常時微動振幅值。隨著被測定的塊狀結(jié)構(gòu)物的水平振動分量與上下振動分量的相關(guān)性的增加，即隨著搖擺振動逐步成為振動主體，影響程度ρ亦將從0逐漸增加而趨于1。這個變化可被認(rèn)為是被測定的塊狀結(jié)構(gòu)物基礎(chǔ)支持力下降的過程的一種表征。
但是，影響程度ρ是隨著從擺動中心到檢測器的水平距離(以下簡稱為檢測器的距離)的變化而變化的，從其定義中也可以容易預(yù)見到這一點。若使檢測的距離在前后測定中保持相同，在各個塊狀結(jié)構(gòu)物中選取同樣大小的距離時，可以利用影響程度ρ，對搖擺振動的程度進(jìn)行相對的比較。但是對于檢測器的距離在前后測定時不同的情況下，即在檢測器距離相差很大的幾個同樣塊狀結(jié)構(gòu)物之間，便不能進(jìn)行這種比較。為此，可以利用下式，計算出與距離無關(guān)的、表示擺動振動程度的影響程度ρ的替代指示。
對上述(1)式進(jìn)行如下的變換影響程度ρ=1(1+Σi=1n(HNi)2/Σi=1n(Lθi)2)]]>×1(1+Σi=1n(VNi)2/Σi=1n(Bθi)2)--(2)]]>其中，HNi是第i步驟中的除搖擺振動以外的水平振動分量，VNi是第i步驟中的除搖擺振動以外的上下振動分量，θi是第i步驟中的除搖擺振動以外的角度?？梢匀ˇ磷鳛閴K狀結(jié)構(gòu)物上端的振動放大倍數(shù)，即有Σi=1n(HNi)2/Σi=1n(Lθi)2=1/α2,]]>換言之，可以取作為上述(2)式的分母Σi=1n(HNi)2/Σi=1n(Lθi)2=1/α2]]>的平方根的倒數(shù)的α，為塊狀結(jié)構(gòu)物上端的振動放大倍數(shù)因此，α通常為大于1的值，且即使存在有搖擺振動1+Σi=1n(HNi)2/Σi=1n(Lθi)2=1+1/α2]]>與1相比也大得不多。所以可以用影響程度ρ=11+Σi=1n(VNi)2/Σi=1n(Bθi)2]]>＝1/(1＋1/R(B))來近似表示影響程度ρ。
式中，B是從結(jié)構(gòu)物中心到檢測器的距離，R(B)可以由下式定義R(B)=Σi=1n(Bθi)2/Σi=1n(VNi)2=ρ(1·ρ)--(3)]]>
這時，R(B)表示搖擺振動的上下振動動分量VR與除搖擺振動以外的上下振動分量VN的比例。即R(B)與影響程度ρ同樣是表示搖擺振動程度的指標(biāo)。
這里的R(B)還表示檢測器的距離為B時的搖擺振動的程度。因此，為了把R(B)作為與檢測器距離無關(guān)的量，可以按將檢測器的距離設(shè)為1.0m，按作為表示在該位置上的搖擺振動的量，按下述方式重新對R值定義。利用上述(3)式，可有R(1)=Σi=1n(1·θi2)/Σi=1n(VNi)2]]>R值＝ρ/β(1-ρ)(4)式中β＝(B/1)2＝B2，β是變換系數(shù)。
這樣，即使對檢測器距離與前次測定不相同的情況或檢測器距離相同而塊狀結(jié)構(gòu)物不同的情況，也可以利用上述(4)式計算出R值，然后利用該R值就塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性進(jìn)行相對比較。
另外，由于支持狀態(tài)越不穩(wěn)定，搖擺振動就越顯著，所以可以根據(jù)搖擺振動是否顯著、即R值是否超過1，來評價塊狀結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定的完整性。
下面參照附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實施例。
象如圖3(a)～(f)所示的那樣，對真實橋墩的基礎(chǔ)部分進(jìn)行模擬沖刷挖掘式的挖掘，然后進(jìn)行再填充的試驗。在這里，測定裝置，如圖4所示，為配置在橋墩兩側(cè)的三方向檢測器3，13，從這兩個三方向檢測器3，13輸出的信號，被由放大器14A、A/D變換器14B，濾波器14C、微處理器14D組成的測定裝置14(見圖4)處理后，便可以計算出搖擺振動中心位置L，以及影響程度ρ、R值。
(1)如圖3(a)所示，設(shè)置在地中11上的作為測定對象的橋墩12，為其全長8.75m，寬3.9m，地上高度3.00m(基礎(chǔ)部分的入土深度5.75m)的橋墩，配置在橋墩12的寬度3.9m的兩端上的三方向檢測器3，13的輸出信號，用上述測定裝置14進(jìn)行處理，以測定常時微動，根據(jù)該測定出的常時微動波形的水平方向分量和垂直方向分量，利用在整個振動中所占比例的搖擺振動的影響程度ρ，求出在任意位置上的搖擺振動的程度(先進(jìn)行的測定)。
(2)其后，象圖3(b)所示那樣，對基礎(chǔ)部分進(jìn)行1.5m的挖掘(基礎(chǔ)部分入土深度為4.25m)，然后進(jìn)行與上述相同的測定(事件1)(3)其后，按圖3(c)所示的那樣，對基礎(chǔ)部分繼續(xù)挖掘到3.0m(基礎(chǔ)部分入土深度為2.75m)，然后進(jìn)行測定(事件2)(4)其后，按圖3(d)所示的那樣，對橋墩入土部分進(jìn)行試掘后再進(jìn)行充填，然后進(jìn)行測定(事件3)(5)按圖3(d)所示的那樣，將挖掘過的基礎(chǔ)部分的地方再充填到1.5m(基礎(chǔ)部分入土深度為4.25m)，然后進(jìn)行測定(事件4)。
(6)最后按圖3(f)所示的那樣，將基礎(chǔ)部分再充填到初始狀態(tài)，然后進(jìn)行測定(事件5)。
與這些結(jié)果相關(guān)的上述各測定事件中的搖擺中心位置示出在圖4中。也就是說，在事件1中，搖擺中心在0位置處，在事件2中搖擺中心在□的位置處，在事件3中，搖擺中心在△位置上。另外，在圖4中，*表示橋墩12的重心。
根據(jù)上述情況，可以看出在各測定事件中的搖擺中心位置，隨著挖掘量的增加而降低，根據(jù)這些試驗中的挖掘與實際橋墩的沖刷掘出的相對應(yīng)的關(guān)系，可以發(fā)現(xiàn)受到?jīng)_刷掘出的橋墩的搖擺中心位置要比未受到?jīng)_刷掘出的完整的橋墩低。
上述的各測定事件中的影響程度ρ與R值示出在圖5中。即也可以看出，影響程度ρ和R值的變化也同基礎(chǔ)部分的挖掘狀態(tài)相對應(yīng)。特別是，挖掘量較大的事件2和事件3中的R值，增加的也比較多。
這些實際測定結(jié)果示出在圖6中。
據(jù)此，在先行進(jìn)行的事件[見圖3(a)]中，影響程度ρ在檢測器3側(cè)是0.23，在檢測器13側(cè)是0.27，R值在檢測器3側(cè)是0.09，在檢測器13側(cè)是0，10。
與此相對應(yīng)的是，在事件1中，影響程度ρ在檢測器3側(cè)是0.57，在檢測器13側(cè)是0.65，R值在檢測器3側(cè)是0.44，在檢測器13側(cè)是0.50。
在事件2中，影響程度ρ在檢測器3側(cè)是0.80，在檢測器13側(cè)是0.84，R值在檢測器3側(cè)是1.30，在檢測器13側(cè)是1.38。
在事件3中，影響程度ρ在檢測器3側(cè)是0.81，在檢測器13側(cè)是0.84，R值在檢測器3側(cè)是1.50，在檢測器13側(cè)是1.52。
在事件4中，影響程度ρ在檢測器3側(cè)是0.61、在檢測器13側(cè)是0.79，R值在檢測器3側(cè)是0.61、在檢測器13側(cè)是0.81。
在事件5中，影響程度ρ在檢測器3側(cè)是0.32、在檢測器13側(cè)是0.62，R值在檢測器3側(cè)是0.18、在檢測器13側(cè)是0.34。
在這些測定事件中，事件2和事件3中的R值是比較大的，超過了1，故可以作出這個橋墩相對于傾倒處在不穩(wěn)定狀態(tài)的評價。
另外，例如對于鐵路用橋墩的情況，還可以用通過該橋墩的列車，作為施加測定用振動的組件。
雖然以上的實施倒是對將本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性評價方法應(yīng)用在橋墩的情況下進(jìn)行說明的，但是本發(fā)明的塊狀結(jié)構(gòu)物穩(wěn)定完整性評價方法，也同樣可以應(yīng)用在對橋臺、防塌堤、護(hù)岸提、斜面上的巨礫、露巖等可能產(chǎn)生剛體移動的塊狀結(jié)構(gòu)物上，從而可以對這些結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定完整性進(jìn)行評價。
如以上所述，若采用本發(fā)明，便可以在評價塊狀結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定完整性時，防止在進(jìn)行目視檢查中存在的漏看問題，并且能發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部缺陷，進(jìn)而可以確保不再出現(xiàn)在進(jìn)行沖擊檢測時往往會出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)物和檢查員的安全問題，以及可以進(jìn)行不受檢查場所和時間的限制的方便、全面的多次檢查。
權(quán)利要求
1.一種用于塊狀結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定完整性的評價方法，其特征在于它包括(a)根據(jù)塊狀結(jié)構(gòu)物上的至少二個三方向檢測器的輸出測定常時微動；(b)利用測定出的該常時微動波形的水平方向分量和垂直方向分量，計算出在整個振動中所占一定比例的搖擺振動的影響程度；(c)利用該搖擺振動的影響程度，計算出在任意位置中的搖擺振動的程度；(d)根據(jù)所計算出的任意位置上的搖擺振動的程度超過1的這個判斷，給出上述塊狀結(jié)構(gòu)物處在相對于傾倒的不穩(wěn)定狀態(tài)的評價。
2.一種用于塊狀結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定完整性的評價方法，其特征在于它包括(a)將測定用振動加在塊狀結(jié)構(gòu)物上；(b)根據(jù)塊狀結(jié)構(gòu)物上的至少二個三方向檢測器的輸出測定其振動；(c)利用測定出的該振動的波形的水平方向分量和垂直方向分量，計算出在整個振動中占一定比例的搖擺振動的影響程度；(d)利用該搖擺振動的影響程度計算出任意位置上的振動的程度；(e)根據(jù)所計算出的任意位置上的振動程度超過1的判斷，給出上述塊狀結(jié)構(gòu)物處在相對于傾倒的不穩(wěn)定狀態(tài)的評價。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性的評價方法，其特征在于上述塊狀結(jié)構(gòu)物是下部埋入在地中的橋墩、橋臺、防塌堤和坊岸堤等塊狀結(jié)構(gòu)物。
4.如權(quán)利要求2所述的用于塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性的評價方法，其特征在于在上述塊狀結(jié)構(gòu)物上施加測定用振動。
5.一種用于評價塊狀結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定完整性的評價裝置，其特征在于它包括(a)設(shè)置在塊狀結(jié)構(gòu)物上的至少二個三方向檢測器組，(b)根據(jù)上述三方向檢測器的輸出測定常時微動的單元，(c)根據(jù)測定的該常時微動波形的水平方向分量和垂直方向分量，計算出在整個振動中占一定比例的擺動振動的影響程度的單元，(d)根據(jù)計算出的任意位置上的搖擺振動的程度超過1這個判斷，給出上述結(jié)構(gòu)物處在相對于傾倒的不穩(wěn)定狀態(tài)的評價的組件。
6.一種用于評價塊狀結(jié)構(gòu)物相對于傾倒的穩(wěn)定完整性的裝置，其特征在于它包括(a)設(shè)置在塊狀結(jié)構(gòu)物上的至少二個三方向檢測器組，(b)在該塊狀結(jié)構(gòu)物上施加振動的單元，(c)根據(jù)上述三方向檢測器的輸出測定振動的單元，(d)利用所測定的振動的波形的水平方向分量和垂直方向分量，計算出在整個振動中占一定比例的搖擺振動的影響程度的單元，(e)根據(jù)所計算出的任意位置上的搖擺振動的程度超過1的這個判斷，給出上述結(jié)構(gòu)物處在相對于傾倒的不穩(wěn)定狀態(tài)的評價的單元。
7.如權(quán)利要求6所述的用于塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性的評價裝置，其特征在于還包括在上述塊狀結(jié)構(gòu)物上施加測定用振動的單元。
8.如權(quán)利要求7所述的用于塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性的評價裝置，其特征在于上述塊狀結(jié)構(gòu)物是鐵路用橋墩，用于施加上述測定用振動的單元，是通過該橋墩的列車。
全文摘要
在本發(fā)明的用于塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性的評價中，是在該結(jié)構(gòu)物上配置至少二個三方向檢測器作為一組的檢測器，進(jìn)行常時微動測定，并根據(jù)這個常時微動測定的結(jié)果，計算出在整個振動中占一定比例的搖擺振動的影響程度，再根據(jù)該影響程度計算出在任意位置上的搖擺振動的程度。因為支持狀態(tài)越不穩(wěn)定，擺動振動就越顯著，所以可以根據(jù)搖擺振動顯著越過1的現(xiàn)象，對該塊狀結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定完整性進(jìn)行評價。
文檔編號G01M7/06GK1134546SQ9510574
公開日1996年10月30日 申請日期1995年4月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月27日
發(fā)明者中村豐, 田母神宗幸, 佐藤新二, 立花三裕 申請人:財團(tuán)法人鐵道總合技術(shù)研究所, 株式會社系統(tǒng)及資料研究