充填検知方法、モルタルまんじゅう作製装置及び充填検知システム
【課題】 形がいびつになったり、切り欠け部ができたりすることのないモルタルまんじゅうが作製でき、また柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間への充填材の充填状況を確実に検出できる充填検知方法、モルタルまんじゅう作製装置及び充填検知システムを得る。
【解決手段】 リング状枠体２１を有するモルタルまんじゅう作製装置２を備える。このモルタルまんじゅう作製装置２には、リング枠体２１の外周面に、圧電スピーカ２２が配置されており、圧電スピーカ２２は充填検知装置３と接続されている。前記充填検知装置３は前記圧電スピーカ２２に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して得られた振動周波数特性から充填材の充填状況を検知する。
【解決手段】 リング状枠体２１を有するモルタルまんじゅう作製装置２を備える。このモルタルまんじゅう作製装置２には、リング枠体２１の外周面に、圧電スピーカ２２が配置されており、圧電スピーカ２２は充填検知装置３と接続されている。前記充填検知装置３は前記圧電スピーカ２２に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して得られた振動周波数特性から充填材の充填状況を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨造やＣＦＴ(Concrete Filled steel Tube)造の柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みにおける柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間への充填材の充填状況を検知する充填検知方法、並びに柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込み時に基礎コンクリート面上で且つ柱脚ベースプレート直下部分に施工されるモルタルまんじゅうを作製するためのモルタルまんじゅう作製装置及びモルタルまんじゅう作製装置を備えた充填検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築基礎構造において鉄骨柱を基礎コンクリートに建て込む場合、鉄骨柱に接続した柱脚ベースプレートのアンカーボルト穴に、基礎コンクリートに固定したアンカーボルトを嵌め込み、アンカーボルト穴より突出したアンカーボルトにナットを締め付けて建て込みを行う工法がある。この建築工法において、鉄骨柱を基礎コンクリートに建て込む際に、基礎コンクリート上面中央部分に“モルタルまんじゅう”と呼ばれる鉄骨柱の支持に必要な無収縮グラウト材（堅練りのモルタル）を所定の高さに塗り付けた物を施工する。モルタルまんじゅうを施工後は柱脚ベースプレートの建て込みを行うが、その際、モルタルまんじゅう周囲の基礎コンクリートと柱脚ベースプレートとの間に生ずる隙間を埋めるために、後詰めモルタルと呼ばれる、セメントミルクやモルタルを含む充填材が注入される。
【０００３】
基礎コンクリートと柱脚ベースプレートとの間に注入される充填材の充填状況検出については、柱脚ベースプレートのアンカーボルト穴を大きく形成し、さらに、このアンカーボルト穴に連通する充填材注入穴、及び充填材検知穴を設けて充填材注入穴から充填材を注入し、この注入によって充填検知穴から充填材が溢れたときに、充填材が充満状態に充填されたとする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０２６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間を埋めるために行う充填材検出の従来方法においては、アンカーボルトの周辺部の充填状況しか確認できず、充填材の注入の仕方（例えば充填材を断続的に注入した場合）や、モルタルまんじゅうの大きさ並びに形状によって、モルタルまんじゅうの周囲では未充填部分が残ってしまうという問題がある。
【０００６】
特に、モルタルまんじゅうの形状は、通常、丸型と角型が多いが、角型形状のモルタルまんじゅうの場合には、充填材を連続的に注入しても、モルタルまんじゅうの周囲、特に充填位置から見て、モルタルまんじゅうの裏側となる下流側において空気溜りによる未充填部分が発生しやすい。これは、充填材の流動距離が長くなると、モルタルまんじゅうの角部で充填材の流れが変化するため、流れが遅くなった先で空気溜りによる未充填部分が発生しやすいことによる。したがって、モルタルまんじゅうは角型にするより丸型にすることが未充填部分の発生を抑えるうえで好ましい。しかしながら、通常、モルタルまんじゅうは無収縮モルタルを柱脚ベースプレートの中央部分に積み上げて、所定の高さとなるように手作業で成型するため、いびつになったり、切り欠け部ができたりして、角型形状のモルタルまんじゅうで発生したような要因で未充填部分が発生する虞がある。
【０００７】
また、従来方法では、充填材検知穴からの充填材の流出を目視で判定することで充填状況の確認を行うようにしているが、工事現場では脚注や鉄筋、鉄骨が過密になることが多く、そのような場合には充填材検知穴を目視し難く、充填状況の確認を容易に行えないという問題もある。
【０００８】
この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、形がいびつになったり、切り欠け部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製でき、またモルタルまんじゅう周りにおける柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間への充填材の充填状況を確実に検出できる充填検知方法、モルタルまんじゅう作製装置及び充填検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は下記方法及び構成により達成される。
（１） 柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知方法において、前記基礎コンクリート面上の前記柱脚ベースプレート直下に略リング状の枠体を配置して、その枠体内にモルタルまんじゅうを作製するための無収縮モルタルの打ち込みを行った後、前記鉄骨柱を前記基礎コンクリートに建て込む際の前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に前記充填材を注入する工程時に、予め前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号を取り込み、この出力信号に基づいて前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する。
【００１０】
（２） 上記（１）に記載の充填検知方法において、前記センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを使用し、前記センサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して、センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出したセンサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する。
【００１１】
（３） モルタルまんじゅう作製装置であって、柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作製するための略リング状の枠体を備える。
【００１２】
（４） 上記（３）に記載のモルタルまんじゅう作製装置において、前記略リング状の枠体の高さ方向の調整を可能とする高さ調整手段を備える。
【００１３】
（５） 上記（３）又は（４）に記載のモルタルまんじゅう作製装置において、前記略リング状の枠体の外周面上に離間配置され、夫々が電気エネルギを機械エネルギに変換する複数個のセンサ素子を備える。
【００１４】
（６） 柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知システムにおいて、前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作成するための略リング状の枠体を有するモルタルまんじゅう作製装置と、前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号に基づいて前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に注入する前記充填材の充填状況を検知する充填検知装置と、を備える。
【００１５】
（７） 上記（６）に記載の充填検知システムにおいて、前記センサ素子は、電気エネルギを機械エネルギに変換するものであり、前記充填検知装置は、複数の前記センサ素子夫々に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して各センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出した各センサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する。
【発明の効果】
【００１６】
上記（１）に記載の充填検知方法では、基礎コンクリート上に設けるモルタルまんじゅうの作製に略リング状の枠体を使用することで、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製することができる。そして、モルタルまんじゅうの作製後、モルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間に充填材を注入する工程時に、充填材の注入が断続的に行われたとしても、略リング状の枠体の外周面上にセンサ素子を配置させて、センサ素子の出力信号を取り込み、この出力信号値に基づいて充填材の充填状況を検知しているので、未充填部分があった場合には、直ちにこれを検出することができる。これにより、注入方法の見直しができることや、施工のし直しの判断を確実にすることができる。また、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。
【００１７】
上記（２）に記載の充填検知方法では、センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを使用し、そのセンサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して振動周波数特性を判定することで、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。
【００１８】
上記（３）に記載のモルタルまんじゅう作製装置では、略リング状の枠体を備えるので、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを容易に作製することができる。これにより、未充填の発生割合を低く抑えることができ、鉄骨柱と基礎コンクリートの確実な接続が可能となる。
【００１９】
上記（４）に記載のモルタルまんじゅう作製装置では、略リング状の枠体が高さ調整手段を備えるので、モルタルまんじゅう作製時のモルタルまんじゅうの高さや、水平出しを容易に行うことができる。
【００２０】
上記（５）に記載のモルタルまんじゅう作製装置では、略リング状の枠体に複数のセンサ素子を備えるので、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。特に、センサ素子をリング状枠体の外周面全域に亘って設けることで、充填材の充填状況を余すことなく検知することが可能となる。
【００２１】
上記（６）に記載の充填検知システムでは、モルタルまんじゅうを作製するための略リング状の枠体を備えるので、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製することができる。また、モルタルまんじゅう作製後にモルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間に充填材を注入する工程において、たとえ充填材の注入が断続的に行われたとしても、モルタルまんじゅう作製装置のセンサ素子と充填検知装置とにより充填材の充填状況を検知するので、未充填があった場合には、直ちにこれを検出することができる。これにより、注入方法の見直しができることや、施工のし直しの判断を確実にできる。また、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。
【００２２】
上記（７）に記載の充填検知システムでは、センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを備え、そのセンサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して振動周波数特性を判定するので、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。特に、複数個のセンサ素子を略リング状の枠体の外周面全域に亘って設けることで、充填材の充填状況を余すことなく検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る充填検知システムの概略構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態に係る充填検知システム１は、モルタルまんじゅう作製装置２と、充填検知装置３とを備えて構成される。
【００２５】
モルタルまんじゅう作製装置２は、図７に示すように、柱脚ベースプレート５を接続した鉄骨柱６の基礎コンクリート７への建て込みの際に、基礎コンクリート７面上に設けるモルタルまんじゅう８の作製のために用いられるとともに、モルタルまんじゅう８の作成後、モルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間に生ずる隙間に充填材（セメントミルク、モルタル等）９を注入した際の充填材の充填状況を検知するために用いられる。なお、充填材９は、柱脚ベースプレート５の周りに仮設される充填材流れ止め型枠１０と柱脚ベースプレート５との間より注入する。
【００２６】
図１に戻り、モルタルまんじゅう作製装置２は、略円形に形成されたリング状枠体２１と、それぞれが電気エネルギを機械エネルギに変換する複数個（本実施形態では６個）の圧電スピーカ（センサ素子）２２とを備えている。なお、圧電スピーカの代わりに圧電セラミック振動板を用いても良い。また、センサ素子としての圧電スピーカ又は圧電セラミック振動板の数は６個に限定されるものではなく、それ以下又はそれ以上であっても構わない。
【００２７】
モルタルまんじゅう作製装置２のリング状枠体２１は、図２に示すように、金属（又は樹脂）でできており、その外周側の上縁には、それぞれＬ字状に形成されたセンサ取り付け金具２１ａが６０度の間隔で取り付けられている。
センサ取り付け金具２１ａは、図３に示すように、スポット溶接２５でリング状枠体２１の本体に取り付けられる。なお、スポット溶接で取り付ける以外には、図４に示すように、ネジ（又はリベット）２６で取り付ける方法や、図５に示すように、リング状枠体２１に厚みを持たせてその周方向に複数の穴２７を形成し、各穴２７内にセンサ取り付け金具２１ａの一端部を差し込むことで取り付ける方法などがある。
【００２８】
また、モルタルまんじゅう作製装置２のリング状枠体２１の外周面には、図６に示すように、作製するモルタルまんじゅうの高さと水平出しを行うための高さ調整金具２１ｂが取り付けられている。この高さ調整金具２１ｂは、Ｌ字状に形成されてその一片にネジ穴が切られた本体３０と、この本体３０のネジ穴に螺合する高さ調整用ネジ３１とから構成され、リング状枠体２１の周方向に沿って１２０度の間隔で３個設けられる。なお、高さ調整金具２１ｂの本体に対する取り付けもセンサ取り付け金具２１ａの取り付けと同様、スポット溶接、ネジ（リベット）、差込み等が挙げられる。なお、リング状枠体２１に取り付ける高さ調整金具２１ｂの個数も３個に限定されるものではなく、それ以上又はそれ以下であっても良い。
【００２９】
高さ調整金具２１ｂの高さ調整用ネジ３１を本体３０に入り込む方向に廻すことで、高さ調整用ネジ３１の先端が基礎コンクリート７に当たり、その後、さらに廻し込んで行くことでリング状枠体２１が持ち上がり、作製するモルタルまんじゅうの高さＬが高くなる。このように高さ調整金具２１ｂによって、基礎コンクリート７面に合わせて作製するモルタルまんじゅうの高さを所望の値に設定することができ、さらにモルタルまんじゅうの水平出しも容易に行うことができる。
【００３０】
６個の圧電スピーカ２２は、それぞれ圧電素子を使用したものであり、電気信号を機械信号に変換して出力する。各圧電スピーカ２２は、図３、図４又は図５に示すように、リング状枠体２１から突出したセンサ取り付け金具２１ａの下面に取り付けられる。
圧電スピーカ２２をセンサ取り付け金具２１ａの下面に取り付けることで、充填材９がモルタルまんじゅう８の高さまで充填されたときに充填材９の充填状況を検知できることになり、モルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間に対して充填材９を確実に充填させることが可能となる。なお、リング状枠体２１の高さ方向に沿って複数個の圧電スピーカ２２を取り付ければ、充填状況の進行を逐次把握することが可能である。即ち、充填材の注入の進行に応じて下の方の圧電スピーカ２２から順次充填材を検知して行くので、充填状況の進行が分かる。
【００３１】
次に、モルタルまんじゅう作製装置２の使用方法について、図７を参照して説明する。
まず、モルタルまんじゅう作製装置２を基礎コンクリート７上面で、かつ、柱脚ベースプレート５の中央下部に相当する位置に配置した後、高さ調整金具２１ｂの高さ調整用ネジ３１を調整して高さ調整を行うとともに、リング状枠体２１上端の水平出しを行う。高さ調整及び水平出しを行った後、リング状枠体２１内に無収縮モルタルを打ち込み、その後、リング状枠体２１の上端部をコテで均して柱脚ベースプレートとの間で隙間ができないように水平出しを行う。
【００３２】
モルタルまんじゅう作製装置２は、そのリング状枠体２１が最初から真円に近いことと、高さ調整金具２１ｂを備えることから、極めて容易に柱脚ベースプレート５に密着するモルタルまんじゅう８を作製することができる。また、真円に近いモルタルまんじゅうが作製できることから、後工程の充填材を注入する工程において、充填材の流れに変化を生じ難くして、従来技術で生じた空気溜りによる未充填部分の発生を低く抑えることができる。
柱脚ベースプレート下のモルタルまんじゅう周りに生じる充填材の未充填部分は目視することができないので、充填材注入時に何等かの方法で未充填部分を検知することが未充填部分を減らす意味で有効である。そして、未充填部分が検知できれば、注入方法の見直しができることや、施工のやり直しの判断が確実にできる。
本実施の形態の充填検知システム１では、モルタルまんじゅう作製装置２の６個の圧電スピーカ２２と充填検知装置３により充填材の充填状況を検知するので、ユーザはその結果から充填状況を容易に判断することができる。
【００３３】
次に、充填検知装置３について説明する。
図８は、充填検知装置３の概略構成を示すブロック図である。この図において、充填検知装置３は、信号発生・印加部５０と、モルタルまんじゅう作製装置２の圧電スピーカ２２の個数と同数の周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６と、判定部７０と、表示部８０とを備えて構成される。
信号発生・印加部５０は、同期信号発生器５１と、可変周波数発振器５２と、増幅器５３とから構成される。同期信号発生器５１は、可変周波数発振器５２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。
可変周波数発振器５２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器５１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。
増幅器５３は、可変周波数発振器５２からの正弦波信号を、モルタルまんじゅう作製装置２の圧電スピーカ２２を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。
【００３４】
各周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６は、モルタルまんじゅう作製装置２の各圧電スピーカ２２と１対１の関係となっており、夫々、抵抗６１と、差動増幅器６２と、４象限掛け算器６３と、ローパスフィルタ６４とから構成される。
抵抗６１は、信号発生・印加部５０の増幅器５３と、モルタルまんじゅう作製装置２との間に直列に介挿され、その両端に、モルタルまんじゅう作製装置２の１つの圧電スピーカ２２に流れる電流に対応する電圧が発生する。
圧電スピーカ２２に流れる電流の振幅と位相は周波数の変化に応じて変化することから、抵抗６１の両端に発生する電圧は圧電スピーカ２２の周波数特性を反映したものになる。
【００３５】
差動増幅器６２は、抵抗６１の両端に発生する電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。
４象限掛け算器６３は、信号発生・印加部５０の増幅器５３から出力される加振用信号Ｖｒと差動増幅器６２から出力される電圧Ｖｉを乗算して、これらの電圧に対するノイズの影響を除去する。
ローパスフィルタ６４は、４象限掛け算器６３の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。なお、本実施の形態では、図１に示すように、６つの周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６に対して１つの信号発生・印加部５０を設けているが、６つの周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６夫々に対して１つの信号発生・印刷部５０を設けても構わない。
【００３６】
判定部７０は、図示せぬマイコン、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＡ／Ｄ変換器を備えており、モルタルまんじゅう作製装置２の各圧電スピーカ２２に充填材を接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ６４から出力される信号から、各圧電スピーカ２２に対する充填材の接触・非接触を判定し、その結果（良否）を表示部８０に表示する。なお、各圧電スピーカ２２の固有の振動周波数特性を一度設定しておくことで以後メンテナンス時以外、再設定する必要はなくなる。また、各圧電スピーカ２２の固有の振動周波数特性は、上記したＲＡＭに記憶される。また、マイコンを制御するためのプログラムは、上記したＲＯＭに記憶されている。
【００３７】
次に、上記構成の充填検知装置３の動作について説明する。
可変周波数発振器５２にて発生した正弦波信号が増幅器５３で増幅された後、加振用電圧Ｖｒとして、モルタルまんじゅう作製装置２の６個の圧電スピーカ２２夫々に印加される。以後、６個の圧電スピーカ２２夫々に対応する動作が全て同じであるので、１個の圧電スピーカ２２に注目して説明を続ける。
加振用電圧Ｖｒが圧電スピーカ２２に印加されることによって機械的振動が発生し、その圧電スピーカ２２に流れる電流に対応する電圧が抵抗６１に発生する。抵抗６１に発生した電圧が差動増幅器６２にて増幅されて電圧Ｖｉが得られ、その電圧Ｖｉが４象限掛け算器６３に入力される。
【００３８】
一方、信号発生・印加部５０の増幅器５３からの加振用電圧Ｖｒは４象限掛け算器６３にも入力され、加振用電圧Ｖｒと差動増幅器６２からの電圧Ｖｉとが乗算されて、これらの電圧に対するノイズが除去される。そして、ノイズが除去された４象限掛け算器６３からの出力信号がローパスフィルタ６４に入力され、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。この出力電圧Ｖｏは、加振用電圧Ｖｒの周波数変化に対する圧電スピーカ２２の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このとき、圧電スピーカ２２の表面に充填材９が接触していない（空気が接触している）と、図９に示すように、圧電スピーカ２２の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる。これに対して、圧電スピーカ２２の周囲に充填材９が充填されていると、図１０に示すように、圧電スピーカ２２の振動特性が変化してピーク電圧の位置と大きさが変化する。すなわち、ピーク電圧が殆ど無い状態になる。判定部７０は、このピーク電圧の変化から充填材の充填状況を判定し、その結果を表示部８０に表示する。
【００３９】
特に、判定部７０は、各周波数特性検出部６０−１〜６０−６を短時間に切り替えて、各周波数特性検出部６０−１〜６０−６の出力電圧Ｖｏを取り込み、それぞれについて判定を行う。因みに、充填材の検知は、例えば図１において、矢印９０で示す方向から充填材が注入されたとすると、それに一番近い圧電スピーカ２２から検知が行われ、その後、充填される充填材に近い順で検知が行われる。そして、最も遠い圧電スピーカ２２にて充填検知が行われる。全ての圧電スピーカ２２にて検知が行われると充填が完了し、１つでも検知が行われない場合は空気溜りによる未充填箇所が生じていると判定して、注入方法の見直しや、施工のし直しの判断とする。
【００４０】
ここで、図１１は充填材を連続して注入したときの充填検知結果の一例である。また、図１２は充填材を断続して注入したときの充填検知結果の一例である。図１１及び図１２において、縦軸は経過時間を示しており、横軸はセンサ番号を示している。センサ番号は、６個の圧電スピーカ２２に対し、例えば図１に示すように、反時計周りに（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）と割り当てている。充填材を連続して注入した場合は、図１１に示すように、注入を開始してから６分０６秒後に、（１）〜（６）全ての圧電スピーカ２２にて充填材の充填を検知しているのに対し、充填材を断続して注入した場合は、図１２に示すように、注入を開始してから１９分２６秒後でも注入口直前の（１）の圧電スピーカ２２でしか充填を検知しておらず、（２）〜（６）の圧電スピーカ２２では充填を検知していないことが判る。このように、モルタルまんじゅう作製装置２はリング状枠体２１の全周囲に対する充填材９の充填状況を検知することができる。
【００４１】
次に、上記動作原理を、数式を用いて説明する。
ここで、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ …（１）
【００４２】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ６４を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００４３】
図９及び図１０で示したように、モルタルまんじゅう８周りの柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間に充填材９が充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することから、その状況を検知することができる。
【００４４】
このように、本実施の形態の充填検知システム１によれば、リング状枠体２１を有するモルタルまんじゅう作製装置２を備えるので、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅう８を作製することができる。また、モルタルまんじゅう作製装置２に、高さ調整を可能とする高さ調整２１ｂを設けたので、モルタルまんじゅう８の高さを所望の値に設定することができ、更にモルタルまんじゅう８の水平出しも容易に行うことができる。また、モルタルまんじゅう作製後のモルタルまんじゅう８周りにおける柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間に充填材９を注入する工程において、その注入が断続的に行われたとしても、モルタルまんじゅう作製装置２の６個の圧電スピーカ２２と充填検知装置３とで充填材９の充填状況を非破壊で検知するので、未充填部分を検知した場合には充填材９の注入が断続的になったことが分かり、注入方法の見直しができることや、施工のし直しの判断を確実にできる。これにより、柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間への充填材９の充填を確実に行うことができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしても良い。この場合、可変周波数発振器５２は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、柱脚ベースプレートと基礎コンクリートの構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、より精度の高い測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、形がいびつになったり、切り欠け部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製でき、またモルタルまんじゅう周りにおける柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間への充填材の充填を確実に行うことができるといった効果を有し、鉄骨造やＣＦＴ造の柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みにおけるモルタルまんじゅうの作製や、柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間への充填材の充填状況を非破壊で検出する充填検知装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る充填検知システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のモルタルまんじゅう作製装置のリング状枠体の概観を示す斜視図である。
【図３】図２のリング状枠体におけるセンサ取り付け金具の取り付け例を示す図である。
【図４】図２のリング状枠体におけるセンサ取り付け金具の他の取り付け例を示す図である。
【図５】図２のリング状枠体におけるセンサ取り付け金具の他の取り付け例を示す図である。
【図６】図２のリング状枠体における高さ調整金具を示す図である。
【図７】柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込み後の状態を示す図である。
【図８】図１の充填材検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図１の充填材検知装置での測定結果の一例を示し、圧電スピーカに充填材が接触していないときの出力電圧波形図である。
【図１０】図１の充填材検知装置での測定結果の一例を示し、圧電スピーカに充填材が接触しているときの出力電圧波形図である。
【図１１】充填材を連続注入した時の充填検知結果を示す図である。
【図１２】充填材を断続的に注入した時の充填検知結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 充填検知システム
２ モルタルまんじゅう作製装置
３ 充填検知装置
５ 柱脚ベースプレート
６ 鉄骨柱
７ 基礎コンクリート
８ モルタルまんじゅう
９ 充填材
１０ 充填材流れ止め型枠
２１ リング状枠体
２１ａ センサ取り付け金具
２１ｂ 高さ調整金具
２２ 圧電スピーカ
３１ 高さ調整用ネジ
５０ 信号発生・印加部
５１ 同期信号発生器
５２ 可変周波数発振器
５３ 増幅器
６０−１〜６０−６ 周波数特性検出部
６１ 抵抗
６２ 差動増幅器
６３ ４象限掛け算器
６４ ローパスフィルタ
７０ 判定部
８０ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨造やＣＦＴ(Concrete Filled steel Tube)造の柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みにおける柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間への充填材の充填状況を検知する充填検知方法、並びに柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込み時に基礎コンクリート面上で且つ柱脚ベースプレート直下部分に施工されるモルタルまんじゅうを作製するためのモルタルまんじゅう作製装置及びモルタルまんじゅう作製装置を備えた充填検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築基礎構造において鉄骨柱を基礎コンクリートに建て込む場合、鉄骨柱に接続した柱脚ベースプレートのアンカーボルト穴に、基礎コンクリートに固定したアンカーボルトを嵌め込み、アンカーボルト穴より突出したアンカーボルトにナットを締め付けて建て込みを行う工法がある。この建築工法において、鉄骨柱を基礎コンクリートに建て込む際に、基礎コンクリート上面中央部分に“モルタルまんじゅう”と呼ばれる鉄骨柱の支持に必要な無収縮グラウト材（堅練りのモルタル）を所定の高さに塗り付けた物を施工する。モルタルまんじゅうを施工後は柱脚ベースプレートの建て込みを行うが、その際、モルタルまんじゅう周囲の基礎コンクリートと柱脚ベースプレートとの間に生ずる隙間を埋めるために、後詰めモルタルと呼ばれる、セメントミルクやモルタルを含む充填材が注入される。
【０００３】
基礎コンクリートと柱脚ベースプレートとの間に注入される充填材の充填状況検出については、柱脚ベースプレートのアンカーボルト穴を大きく形成し、さらに、このアンカーボルト穴に連通する充填材注入穴、及び充填材検知穴を設けて充填材注入穴から充填材を注入し、この注入によって充填検知穴から充填材が溢れたときに、充填材が充満状態に充填されたとする方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１０２６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間を埋めるために行う充填材検出の従来方法においては、アンカーボルトの周辺部の充填状況しか確認できず、充填材の注入の仕方（例えば充填材を断続的に注入した場合）や、モルタルまんじゅうの大きさ並びに形状によって、モルタルまんじゅうの周囲では未充填部分が残ってしまうという問題がある。
【０００６】
特に、モルタルまんじゅうの形状は、通常、丸型と角型が多いが、角型形状のモルタルまんじゅうの場合には、充填材を連続的に注入しても、モルタルまんじゅうの周囲、特に充填位置から見て、モルタルまんじゅうの裏側となる下流側において空気溜りによる未充填部分が発生しやすい。これは、充填材の流動距離が長くなると、モルタルまんじゅうの角部で充填材の流れが変化するため、流れが遅くなった先で空気溜りによる未充填部分が発生しやすいことによる。したがって、モルタルまんじゅうは角型にするより丸型にすることが未充填部分の発生を抑えるうえで好ましい。しかしながら、通常、モルタルまんじゅうは無収縮モルタルを柱脚ベースプレートの中央部分に積み上げて、所定の高さとなるように手作業で成型するため、いびつになったり、切り欠け部ができたりして、角型形状のモルタルまんじゅうで発生したような要因で未充填部分が発生する虞がある。
【０００７】
また、従来方法では、充填材検知穴からの充填材の流出を目視で判定することで充填状況の確認を行うようにしているが、工事現場では脚注や鉄筋、鉄骨が過密になることが多く、そのような場合には充填材検知穴を目視し難く、充填状況の確認を容易に行えないという問題もある。
【０００８】
この発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、形がいびつになったり、切り欠け部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製でき、またモルタルまんじゅう周りにおける柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間への充填材の充填状況を確実に検出できる充填検知方法、モルタルまんじゅう作製装置及び充填検知システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は下記方法及び構成により達成される。
（１） 柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知方法において、前記基礎コンクリート面上の前記柱脚ベースプレート直下に略リング状の枠体を配置して、その枠体内にモルタルまんじゅうを作製するための無収縮モルタルの打ち込みを行った後、前記鉄骨柱を前記基礎コンクリートに建て込む際の前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に前記充填材を注入する工程時に、予め前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号を取り込み、この出力信号に基づいて前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する。
【００１０】
（２） 上記（１）に記載の充填検知方法において、前記センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを使用し、前記センサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して、センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出したセンサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する。
【００１１】
（３） モルタルまんじゅう作製装置であって、柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作製するための略リング状の枠体を備える。
【００１２】
（４） 上記（３）に記載のモルタルまんじゅう作製装置において、前記略リング状の枠体の高さ方向の調整を可能とする高さ調整手段を備える。
【００１３】
（５） 上記（３）又は（４）に記載のモルタルまんじゅう作製装置において、前記略リング状の枠体の外周面上に離間配置され、夫々が電気エネルギを機械エネルギに変換する複数個のセンサ素子を備える。
【００１４】
（６） 柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知システムにおいて、前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作成するための略リング状の枠体を有するモルタルまんじゅう作製装置と、前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号に基づいて前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に注入する前記充填材の充填状況を検知する充填検知装置と、を備える。
【００１５】
（７） 上記（６）に記載の充填検知システムにおいて、前記センサ素子は、電気エネルギを機械エネルギに変換するものであり、前記充填検知装置は、複数の前記センサ素子夫々に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して各センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出した各センサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する。
【発明の効果】
【００１６】
上記（１）に記載の充填検知方法では、基礎コンクリート上に設けるモルタルまんじゅうの作製に略リング状の枠体を使用することで、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製することができる。そして、モルタルまんじゅうの作製後、モルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間に充填材を注入する工程時に、充填材の注入が断続的に行われたとしても、略リング状の枠体の外周面上にセンサ素子を配置させて、センサ素子の出力信号を取り込み、この出力信号値に基づいて充填材の充填状況を検知しているので、未充填部分があった場合には、直ちにこれを検出することができる。これにより、注入方法の見直しができることや、施工のし直しの判断を確実にすることができる。また、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。
【００１７】
上記（２）に記載の充填検知方法では、センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを使用し、そのセンサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して振動周波数特性を判定することで、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。
【００１８】
上記（３）に記載のモルタルまんじゅう作製装置では、略リング状の枠体を備えるので、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを容易に作製することができる。これにより、未充填の発生割合を低く抑えることができ、鉄骨柱と基礎コンクリートの確実な接続が可能となる。
【００１９】
上記（４）に記載のモルタルまんじゅう作製装置では、略リング状の枠体が高さ調整手段を備えるので、モルタルまんじゅう作製時のモルタルまんじゅうの高さや、水平出しを容易に行うことができる。
【００２０】
上記（５）に記載のモルタルまんじゅう作製装置では、略リング状の枠体に複数のセンサ素子を備えるので、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。特に、センサ素子をリング状枠体の外周面全域に亘って設けることで、充填材の充填状況を余すことなく検知することが可能となる。
【００２１】
上記（６）に記載の充填検知システムでは、モルタルまんじゅうを作製するための略リング状の枠体を備えるので、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製することができる。また、モルタルまんじゅう作製後にモルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間に充填材を注入する工程において、たとえ充填材の注入が断続的に行われたとしても、モルタルまんじゅう作製装置のセンサ素子と充填検知装置とにより充填材の充填状況を検知するので、未充填があった場合には、直ちにこれを検出することができる。これにより、注入方法の見直しができることや、施工のし直しの判断を確実にできる。また、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。
【００２２】
上記（７）に記載の充填検知システムでは、センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを備え、そのセンサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して振動周波数特性を判定するので、充填材の充填状況を非破壊で確認することができる。特に、複数個のセンサ素子を略リング状の枠体の外周面全域に亘って設けることで、充填材の充填状況を余すことなく検知することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１は、本発明の一実施の形態に係る充填検知システムの概略構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態に係る充填検知システム１は、モルタルまんじゅう作製装置２と、充填検知装置３とを備えて構成される。
【００２５】
モルタルまんじゅう作製装置２は、図７に示すように、柱脚ベースプレート５を接続した鉄骨柱６の基礎コンクリート７への建て込みの際に、基礎コンクリート７面上に設けるモルタルまんじゅう８の作製のために用いられるとともに、モルタルまんじゅう８の作成後、モルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間に生ずる隙間に充填材（セメントミルク、モルタル等）９を注入した際の充填材の充填状況を検知するために用いられる。なお、充填材９は、柱脚ベースプレート５の周りに仮設される充填材流れ止め型枠１０と柱脚ベースプレート５との間より注入する。
【００２６】
図１に戻り、モルタルまんじゅう作製装置２は、略円形に形成されたリング状枠体２１と、それぞれが電気エネルギを機械エネルギに変換する複数個（本実施形態では６個）の圧電スピーカ（センサ素子）２２とを備えている。なお、圧電スピーカの代わりに圧電セラミック振動板を用いても良い。また、センサ素子としての圧電スピーカ又は圧電セラミック振動板の数は６個に限定されるものではなく、それ以下又はそれ以上であっても構わない。
【００２７】
モルタルまんじゅう作製装置２のリング状枠体２１は、図２に示すように、金属（又は樹脂）でできており、その外周側の上縁には、それぞれＬ字状に形成されたセンサ取り付け金具２１ａが６０度の間隔で取り付けられている。
センサ取り付け金具２１ａは、図３に示すように、スポット溶接２５でリング状枠体２１の本体に取り付けられる。なお、スポット溶接で取り付ける以外には、図４に示すように、ネジ（又はリベット）２６で取り付ける方法や、図５に示すように、リング状枠体２１に厚みを持たせてその周方向に複数の穴２７を形成し、各穴２７内にセンサ取り付け金具２１ａの一端部を差し込むことで取り付ける方法などがある。
【００２８】
また、モルタルまんじゅう作製装置２のリング状枠体２１の外周面には、図６に示すように、作製するモルタルまんじゅうの高さと水平出しを行うための高さ調整金具２１ｂが取り付けられている。この高さ調整金具２１ｂは、Ｌ字状に形成されてその一片にネジ穴が切られた本体３０と、この本体３０のネジ穴に螺合する高さ調整用ネジ３１とから構成され、リング状枠体２１の周方向に沿って１２０度の間隔で３個設けられる。なお、高さ調整金具２１ｂの本体に対する取り付けもセンサ取り付け金具２１ａの取り付けと同様、スポット溶接、ネジ（リベット）、差込み等が挙げられる。なお、リング状枠体２１に取り付ける高さ調整金具２１ｂの個数も３個に限定されるものではなく、それ以上又はそれ以下であっても良い。
【００２９】
高さ調整金具２１ｂの高さ調整用ネジ３１を本体３０に入り込む方向に廻すことで、高さ調整用ネジ３１の先端が基礎コンクリート７に当たり、その後、さらに廻し込んで行くことでリング状枠体２１が持ち上がり、作製するモルタルまんじゅうの高さＬが高くなる。このように高さ調整金具２１ｂによって、基礎コンクリート７面に合わせて作製するモルタルまんじゅうの高さを所望の値に設定することができ、さらにモルタルまんじゅうの水平出しも容易に行うことができる。
【００３０】
６個の圧電スピーカ２２は、それぞれ圧電素子を使用したものであり、電気信号を機械信号に変換して出力する。各圧電スピーカ２２は、図３、図４又は図５に示すように、リング状枠体２１から突出したセンサ取り付け金具２１ａの下面に取り付けられる。
圧電スピーカ２２をセンサ取り付け金具２１ａの下面に取り付けることで、充填材９がモルタルまんじゅう８の高さまで充填されたときに充填材９の充填状況を検知できることになり、モルタルまんじゅう周りの柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間に対して充填材９を確実に充填させることが可能となる。なお、リング状枠体２１の高さ方向に沿って複数個の圧電スピーカ２２を取り付ければ、充填状況の進行を逐次把握することが可能である。即ち、充填材の注入の進行に応じて下の方の圧電スピーカ２２から順次充填材を検知して行くので、充填状況の進行が分かる。
【００３１】
次に、モルタルまんじゅう作製装置２の使用方法について、図７を参照して説明する。
まず、モルタルまんじゅう作製装置２を基礎コンクリート７上面で、かつ、柱脚ベースプレート５の中央下部に相当する位置に配置した後、高さ調整金具２１ｂの高さ調整用ネジ３１を調整して高さ調整を行うとともに、リング状枠体２１上端の水平出しを行う。高さ調整及び水平出しを行った後、リング状枠体２１内に無収縮モルタルを打ち込み、その後、リング状枠体２１の上端部をコテで均して柱脚ベースプレートとの間で隙間ができないように水平出しを行う。
【００３２】
モルタルまんじゅう作製装置２は、そのリング状枠体２１が最初から真円に近いことと、高さ調整金具２１ｂを備えることから、極めて容易に柱脚ベースプレート５に密着するモルタルまんじゅう８を作製することができる。また、真円に近いモルタルまんじゅうが作製できることから、後工程の充填材を注入する工程において、充填材の流れに変化を生じ難くして、従来技術で生じた空気溜りによる未充填部分の発生を低く抑えることができる。
柱脚ベースプレート下のモルタルまんじゅう周りに生じる充填材の未充填部分は目視することができないので、充填材注入時に何等かの方法で未充填部分を検知することが未充填部分を減らす意味で有効である。そして、未充填部分が検知できれば、注入方法の見直しができることや、施工のやり直しの判断が確実にできる。
本実施の形態の充填検知システム１では、モルタルまんじゅう作製装置２の６個の圧電スピーカ２２と充填検知装置３により充填材の充填状況を検知するので、ユーザはその結果から充填状況を容易に判断することができる。
【００３３】
次に、充填検知装置３について説明する。
図８は、充填検知装置３の概略構成を示すブロック図である。この図において、充填検知装置３は、信号発生・印加部５０と、モルタルまんじゅう作製装置２の圧電スピーカ２２の個数と同数の周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６と、判定部７０と、表示部８０とを備えて構成される。
信号発生・印加部５０は、同期信号発生器５１と、可変周波数発振器５２と、増幅器５３とから構成される。同期信号発生器５１は、可変周波数発振器５２を繰り返し動作させるための同期信号を発生する。
可変周波数発振器５２は、周波数が所定の周波数範囲（例えば１ｋＨｚから２０ｋＨｚ）で連続的に変化する正弦波の電気信号を発生する。この場合、同期信号発生器５１から同期信号が出力される毎に初期周波数（例えば１ｋＨｚ）から繰り返し正弦波信号を発生する。
増幅器５３は、可変周波数発振器５２からの正弦波信号を、モルタルまんじゅう作製装置２の圧電スピーカ２２を駆動できるレベルまで増幅し、加振用信号Ｖｒとして出力する。
【００３４】
各周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６は、モルタルまんじゅう作製装置２の各圧電スピーカ２２と１対１の関係となっており、夫々、抵抗６１と、差動増幅器６２と、４象限掛け算器６３と、ローパスフィルタ６４とから構成される。
抵抗６１は、信号発生・印加部５０の増幅器５３と、モルタルまんじゅう作製装置２との間に直列に介挿され、その両端に、モルタルまんじゅう作製装置２の１つの圧電スピーカ２２に流れる電流に対応する電圧が発生する。
圧電スピーカ２２に流れる電流の振幅と位相は周波数の変化に応じて変化することから、抵抗６１の両端に発生する電圧は圧電スピーカ２２の周波数特性を反映したものになる。
【００３５】
差動増幅器６２は、抵抗６１の両端に発生する電圧を増幅して電圧Ｖｉを出力する。
４象限掛け算器６３は、信号発生・印加部５０の増幅器５３から出力される加振用信号Ｖｒと差動増幅器６２から出力される電圧Ｖｉを乗算して、これらの電圧に対するノイズの影響を除去する。
ローパスフィルタ６４は、４象限掛け算器６３の出力信号から以下で説明するｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）分を除去した信号（出力電圧Ｖｏ）を出力する。なお、本実施の形態では、図１に示すように、６つの周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６に対して１つの信号発生・印加部５０を設けているが、６つの周波数特性検出部６０−１、６０−２、…、６０−６夫々に対して１つの信号発生・印刷部５０を設けても構わない。
【００３６】
判定部７０は、図示せぬマイコン、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＡ／Ｄ変換器を備えており、モルタルまんじゅう作製装置２の各圧電スピーカ２２に充填材を接触させないときの固有の振動周波数特性を基準として、ローパスフィルタ６４から出力される信号から、各圧電スピーカ２２に対する充填材の接触・非接触を判定し、その結果（良否）を表示部８０に表示する。なお、各圧電スピーカ２２の固有の振動周波数特性を一度設定しておくことで以後メンテナンス時以外、再設定する必要はなくなる。また、各圧電スピーカ２２の固有の振動周波数特性は、上記したＲＡＭに記憶される。また、マイコンを制御するためのプログラムは、上記したＲＯＭに記憶されている。
【００３７】
次に、上記構成の充填検知装置３の動作について説明する。
可変周波数発振器５２にて発生した正弦波信号が増幅器５３で増幅された後、加振用電圧Ｖｒとして、モルタルまんじゅう作製装置２の６個の圧電スピーカ２２夫々に印加される。以後、６個の圧電スピーカ２２夫々に対応する動作が全て同じであるので、１個の圧電スピーカ２２に注目して説明を続ける。
加振用電圧Ｖｒが圧電スピーカ２２に印加されることによって機械的振動が発生し、その圧電スピーカ２２に流れる電流に対応する電圧が抵抗６１に発生する。抵抗６１に発生した電圧が差動増幅器６２にて増幅されて電圧Ｖｉが得られ、その電圧Ｖｉが４象限掛け算器６３に入力される。
【００３８】
一方、信号発生・印加部５０の増幅器５３からの加振用電圧Ｖｒは４象限掛け算器６３にも入力され、加振用電圧Ｖｒと差動増幅器６２からの電圧Ｖｉとが乗算されて、これらの電圧に対するノイズが除去される。そして、ノイズが除去された４象限掛け算器６３からの出力信号がローパスフィルタ６４に入力され、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）成分が除去されて出力電圧Ｖｏが得られる。この出力電圧Ｖｏは、加振用電圧Ｖｒの周波数変化に対する圧電スピーカ２２の周波数特性（振幅と位相）を反映した信号になる。このとき、圧電スピーカ２２の表面に充填材９が接触していない（空気が接触している）と、図９に示すように、圧電スピーカ２２の持つ固有振動数付近の周波数にピークを持った電圧が現れる。これに対して、圧電スピーカ２２の周囲に充填材９が充填されていると、図１０に示すように、圧電スピーカ２２の振動特性が変化してピーク電圧の位置と大きさが変化する。すなわち、ピーク電圧が殆ど無い状態になる。判定部７０は、このピーク電圧の変化から充填材の充填状況を判定し、その結果を表示部８０に表示する。
【００３９】
特に、判定部７０は、各周波数特性検出部６０−１〜６０−６を短時間に切り替えて、各周波数特性検出部６０−１〜６０−６の出力電圧Ｖｏを取り込み、それぞれについて判定を行う。因みに、充填材の検知は、例えば図１において、矢印９０で示す方向から充填材が注入されたとすると、それに一番近い圧電スピーカ２２から検知が行われ、その後、充填される充填材に近い順で検知が行われる。そして、最も遠い圧電スピーカ２２にて充填検知が行われる。全ての圧電スピーカ２２にて検知が行われると充填が完了し、１つでも検知が行われない場合は空気溜りによる未充填箇所が生じていると判定して、注入方法の見直しや、施工のし直しの判断とする。
【００４０】
ここで、図１１は充填材を連続して注入したときの充填検知結果の一例である。また、図１２は充填材を断続して注入したときの充填検知結果の一例である。図１１及び図１２において、縦軸は経過時間を示しており、横軸はセンサ番号を示している。センサ番号は、６個の圧電スピーカ２２に対し、例えば図１に示すように、反時計周りに（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）と割り当てている。充填材を連続して注入した場合は、図１１に示すように、注入を開始してから６分０６秒後に、（１）〜（６）全ての圧電スピーカ２２にて充填材の充填を検知しているのに対し、充填材を断続して注入した場合は、図１２に示すように、注入を開始してから１９分２６秒後でも注入口直前の（１）の圧電スピーカ２２でしか充填を検知しておらず、（２）〜（６）の圧電スピーカ２２では充填を検知していないことが判る。このように、モルタルまんじゅう作製装置２はリング状枠体２１の全周囲に対する充填材９の充填状況を検知することができる。
【００４１】
次に、上記動作原理を、数式を用いて説明する。
ここで、Ｖｒ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）、Ｖｉ＝Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）とする。但し、Ａ，Ｂは振幅、ωｔは周波数、αとβは位相のずれとする。
Ｖｒ×Ｖｉ＝Ａｓｉｎ（ωｔ＋α）×Ｂｓｉｎ（ωｔ＋β）
＝ＡＢ［ｃｏｓ（β−α）−ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）］／２ …（１）
【００４２】
式（１）のｃｏｓ（β−α）の部分は、位相差に合わせて変化する直流成分であり、ここに電圧Ｖｉの振幅成分も含まれる。また、ｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の部分は、元の加振用電圧Ｖｒと電圧Ｖｉの２倍の周波数の信号である。必要とする周波数特性の情報は、電圧Ｖｉの振幅（大きさ）であるので、式（１）のｃｏｓ（β−α）のみで良い。したがって、ローパスフィルタ６４を通過させてｃｏｓ（２ωｔ＋α＋β）の成分を除去すればよい。このようにして出力電圧Ｖｏには周波数特性が電圧の形で現れる。
【００４３】
図９及び図１０で示したように、モルタルまんじゅう８周りの柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間に充填材９が充填されると、ピークの周波数とレベルが変化することから、その状況を検知することができる。
【００４４】
このように、本実施の形態の充填検知システム１によれば、リング状枠体２１を有するモルタルまんじゅう作製装置２を備えるので、形がいびつになったり、切り欠き部ができたりすることのないモルタルまんじゅう８を作製することができる。また、モルタルまんじゅう作製装置２に、高さ調整を可能とする高さ調整２１ｂを設けたので、モルタルまんじゅう８の高さを所望の値に設定することができ、更にモルタルまんじゅう８の水平出しも容易に行うことができる。また、モルタルまんじゅう作製後のモルタルまんじゅう８周りにおける柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間に充填材９を注入する工程において、その注入が断続的に行われたとしても、モルタルまんじゅう作製装置２の６個の圧電スピーカ２２と充填検知装置３とで充填材９の充填状況を非破壊で検知するので、未充填部分を検知した場合には充填材９の注入が断続的になったことが分かり、注入方法の見直しができることや、施工のし直しの判断を確実にできる。これにより、柱脚ベースプレート５と基礎コンクリート７との間の隙間への充填材９の充填を確実に行うことができる。
【００４５】
なお、上記実施の形態では、単一の周波数範囲の正弦波を用いたが、周波数範囲を切り替える周波数範囲切替器（図示略）を設けて、複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにしても良い。この場合、可変周波数発振器５２は、周波数範囲切替器にて切り替えられた範囲の周波数帯で正弦波信号を繰り返し発生させる機能を有することになる。このように複数の周波数範囲の正弦波を択一的に選択できるようにすることで、柱脚ベースプレートと基礎コンクリートの構造や材質等の物理的な特性に応じて測定に最適な周波数範囲を選択することができ、より精度の高い測定が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、形がいびつになったり、切り欠け部ができたりすることのないモルタルまんじゅうを作製でき、またモルタルまんじゅう周りにおける柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間への充填材の充填を確実に行うことができるといった効果を有し、鉄骨造やＣＦＴ造の柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みにおけるモルタルまんじゅうの作製や、柱脚ベースプレートと基礎コンクリートとの間の隙間への充填材の充填状況を非破壊で検出する充填検知装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る充填検知システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１のモルタルまんじゅう作製装置のリング状枠体の概観を示す斜視図である。
【図３】図２のリング状枠体におけるセンサ取り付け金具の取り付け例を示す図である。
【図４】図２のリング状枠体におけるセンサ取り付け金具の他の取り付け例を示す図である。
【図５】図２のリング状枠体におけるセンサ取り付け金具の他の取り付け例を示す図である。
【図６】図２のリング状枠体における高さ調整金具を示す図である。
【図７】柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込み後の状態を示す図である。
【図８】図１の充填材検知装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】図１の充填材検知装置での測定結果の一例を示し、圧電スピーカに充填材が接触していないときの出力電圧波形図である。
【図１０】図１の充填材検知装置での測定結果の一例を示し、圧電スピーカに充填材が接触しているときの出力電圧波形図である。
【図１１】充填材を連続注入した時の充填検知結果を示す図である。
【図１２】充填材を断続的に注入した時の充填検知結果を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１ 充填検知システム
２ モルタルまんじゅう作製装置
３ 充填検知装置
５ 柱脚ベースプレート
６ 鉄骨柱
７ 基礎コンクリート
８ モルタルまんじゅう
９ 充填材
１０ 充填材流れ止め型枠
２１ リング状枠体
２１ａ センサ取り付け金具
２１ｂ 高さ調整金具
２２ 圧電スピーカ
３１ 高さ調整用ネジ
５０ 信号発生・印加部
５１ 同期信号発生器
５２ 可変周波数発振器
５３ 増幅器
６０−１〜６０−６ 周波数特性検出部
６１ 抵抗
６２ 差動増幅器
６３ ４象限掛け算器
６４ ローパスフィルタ
７０ 判定部
８０ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知方法において、
前記基礎コンクリート面上の前記柱脚ベースプレート直下に略リング状の枠体を配置して、その枠体内にモルタルまんじゅうを作製するための無収縮モルタルの打ち込みを行った後、前記鉄骨柱を前記基礎コンクリートに建て込む際の前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に前記充填材を注入する工程時に、予め前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号を取り込み、この出力信号に基づいて前記充填材の充填状況を検知する充填検知方法。
【請求項２】
前記センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを使用し、前記センサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して、センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出したセンサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する請求項１に記載の充填検知方法。
【請求項３】
柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作製するための略リング状の枠体を備えるモルタルまんじゅう作製装置。
【請求項４】
前記略リング状の枠体の高さ方向の調整を可能とする高さ調整手段を備える請求項３に記載のモルタルまんじゅう作製装置。
【請求項５】
前記略リング状の枠体の外周面上に離間配置され、夫々が電気エネルギを機械エネルギに変換する複数個のセンサ素子を備える請求項３又は請求項４に記載のモルタルまんじゅう作製装置。
【請求項６】
柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知システムにおいて、
前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作成するための略リング状の枠体を有するモルタルまんじゅう作製装置と、
前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号に基づいて前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に注入する前記充填材の充填状況を検知する充填検知装置と、
を備える充填検知システム。
【請求項７】
前記センサ素子は、電気エネルギを機械エネルギに変換するものであり、
前記充填検知装置は、複数の前記センサ素子夫々に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して各センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出した各センサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する請求項６に記載の充填検知システム。
【請求項１】
柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知方法において、
前記基礎コンクリート面上の前記柱脚ベースプレート直下に略リング状の枠体を配置して、その枠体内にモルタルまんじゅうを作製するための無収縮モルタルの打ち込みを行った後、前記鉄骨柱を前記基礎コンクリートに建て込む際の前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に前記充填材を注入する工程時に、予め前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号を取り込み、この出力信号に基づいて前記充填材の充填状況を検知する充填検知方法。
【請求項２】
前記センサ素子として、電気エネルギを機械エネルギに変換するものを使用し、前記センサ素子に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して、センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出したセンサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する請求項１に記載の充填検知方法。
【請求項３】
柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作製するための略リング状の枠体を備えるモルタルまんじゅう作製装置。
【請求項４】
前記略リング状の枠体の高さ方向の調整を可能とする高さ調整手段を備える請求項３に記載のモルタルまんじゅう作製装置。
【請求項５】
前記略リング状の枠体の外周面上に離間配置され、夫々が電気エネルギを機械エネルギに変換する複数個のセンサ素子を備える請求項３又は請求項４に記載のモルタルまんじゅう作製装置。
【請求項６】
柱脚ベースプレートを接続した鉄骨柱の基礎コンクリートへの建て込みに際して、前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間の隙間に注入する充填材の充填状況を検知する充填検知システムにおいて、
前記基礎コンクリート面上で且つ前記柱脚ベースプレート直下部分に無収縮モルタルを用いたモルタルまんじゅうを作成するための略リング状の枠体を有するモルタルまんじゅう作製装置と、
前記略リング状の枠体に配置したセンサ素子の出力信号に基づいて前記モルタルまんじゅう周りの前記柱脚ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に注入する前記充填材の充填状況を検知する充填検知装置と、
を備える充填検知システム。
【請求項７】
前記センサ素子は、電気エネルギを機械エネルギに変換するものであり、
前記充填検知装置は、複数の前記センサ素子夫々に周波数が経時的に変化する電気信号を印加して各センサ素子の振動周波数特性を検出し、検出した各センサ素子の振動周波数特性に基づいて前記充填材の充填状況を検知する請求項６に記載の充填検知システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−４６９４０（Ｐ２００７−４６９４０Ａ）
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２９３３８（Ｐ２００５−２２９３３８）
【出願日】平成１７年８月８日（２００５．８．８）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【出願人】（５９８１５９３３３）伊藤忠丸紅テクノスチール株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月２２日（２００７．２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月８日（２００５．８．８）
【出願人】（００００００５１６）曙ブレーキ工業株式会社 (621)
【出願人】（５９８１５９３３３）伊藤忠丸紅テクノスチール株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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