安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラム
【課題】石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することのできる安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラムを得る。
【解決手段】ＰＣ１２は、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの当該評価対象石材５０における並進加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該並進加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報をディスプレイにより表示する。
【解決手段】ＰＣ１２は、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの当該評価対象石材５０における並進加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該並進加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報をディスプレイにより表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラムに係り、より詳しくは、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣における各石材の安定状態を評価する安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
城郭は日本全国に広く分布しているが、文化財としての価値を考えると、天守閣や櫓等の建築物に加えて、石垣もその重要な要素である。こうした城郭の石垣は、何れも築造から４００年程度経過しているが、明治時代以降はメンテナンスが不十分であり、１５０程度の城郭で補修が必要と考えられる。
【０００３】
しかしながら、城郭石垣、特に空積み石垣に関する評価・補修技術は確立されておらず、石工の経験に頼って施工するのが現状であり、技術の確立が望まれている。石垣のメンテナンスにあたっては、補修すべき石垣を判別するため、石垣の健全性を評価する方法が必要である。
【０００４】
こうした石垣の健全性を評価するためには、個々の石材を積み上げた石垣が、どのような力学的安定状態にあるかを知ることが重要である。このようなブロック状の物体を積み上げた構造物では、個々の物体の接触状態や相互の位置関係から物体間の接触力が変化し、このため大きな接触力が作用する石材と、あまり接触力が作用しない、いわば遊んでいる石材とが生じることが知られている。このような接触力のばらつきが生じると、大きな接触力が作用する石材に割れが生じたり、あまり接触力が作用しない石材が背後の地盤の圧力に押されて、はらみ出しが生じたりして、結果として石垣を不安定にする要因となる。
【０００５】
従来、こうした石材の安定状態を評価するために適用できる技術として、非特許文献１には、外側からわかる石垣の個々の石材の位置関係から、石垣相互の力を計算する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献１には、石垣の内部に向かって電磁波を発信すると共に、反射した電磁波を受信し、当該受信波に基づいて石材の控え長さや石垣背面構造を推定する技術が開示されている。
【非特許文献１】長瀬、久徳，「飛鳥時代古墳石室の石積み構造について」，第７回電子計算機利用シンポジウム，日本建築学会，１９８５年
【特許文献１】特開２０００−３５２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記非特許文献１に開示されている技術では、当該非特許文献１が対象としているような石材全体が観察できる石積み構造物の場合には有効であるが、石垣のように各石材の大部分が観察できない対象に対しては適用することが難しく、適用するためには石垣を解体する必要がある、という問題点があった。また、石材の接触力は当該石材の微妙な突起や窪み等によって大きく変化するため、上記非特許文献１に開示されている技術では、必ずしも精度のよい評価を行うことができるとは限らない、という問題点があった。
【０００８】
また、上記特許文献１に開示されている技術では、石垣を構成する石材の見えない部分の状態を或る程度は評価することができるものの、この技術においても、石材に微妙な突起や窪み等が存在する場合には、必ずしも精度のよい評価を行うことができるとは限らない、という問題点があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することのできる安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラ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】
【００１０】
ここで、本発明の原理を説明する。
【００１１】
本発明の発明者らは、石垣に対して打撃を行ったときの加速度応答を計測することによる以下に示す各種実験を行った。
１．切込直積実験（以下、「実験ＥＡ」という。）
１−１．目的
石材を２個積み重ねた場合の下の石材とブルーシートの間のバネ定数の評価。
１−２．解説
本発明の発明者らは、石垣模型のバネ定数を打撃実験の動的剛性から推定することを試みているが、下の石材を打撃した場合にも上の石材が応答してしまい、２自由度系の影響が出てしまう。このため、下の石材の剛性を正しく評価することができない。そこで、図１５に示すように、石材と石材との間を石膏で固め、上の石材が独立に運動しないように、単なる質量として働くようにしてバネ定数を推定する。
１−３．結果
上の石材と下の石材との間を石膏で固定したため、上下の石材は一体として挙動し、上下の加速度はほぼ等しくなる（その差は石材自体の弾性変形であるため僅かとなる）はずであったが、図１６及び図１７から、上の石材は下の石材に比較してかなり大きな加速度となった。
【００１２】
このため、主要な運動は上下の石材が同じように動く並進運動ではなく、底面を中心とした回転運動であると考え、これに基づいて計算した角加速度のアクセレランスを図１８に示す。予想した通り、６０Ｈｚ以下ではぴったり一致し、この振動数帯の主要な運動が石材の底面を中心とした回転運動であることがわかった。なお、以下では、並進運動を「Ｓｗａｙ」ともいい、回転運動を「Ｒｏｃｋｉｎｇ」ともいう。
【００１３】
Ｓｗａｙ（Ａ）は上下で同じで、加速度センサの位置からＲｏｃｋｉｎｇ（Ｂ）は３倍とすると、下の石材は‘Ａ（ｔ）＋Ｂ（ｔ）’で、上の石材は‘Ａ（ｔ）＋３Ｂ（ｔ）’となり、ＳｗａｙとＲｏｃｋｉｎｇ（下の石材の位置での加速度で表示）を分離することができる。こうした前提で計算したものが図１９及び図２０である。また、これらのフーリエ・スペクトルを図２１（Ａ），（Ｂ）に示す。これらから、Ｒｏｃｋｉｎｇの卓越振動数は２０Ｈｚ及び５０Ｈｚ付近に、Ｓｗａｙの卓越振動数は１３０Ｈｚ付近に各々存在することが分かる。
【００１４】
一連の結果から、石材の運動はＳｗａｙとＲｏｃｋｉｎｇを分けて考えなければならないことが分かった。
２．切込底部固定直積実験（以下、「実験Ｇ」という。）
２−１．目的
石材が１個の状態で、石材への打撃による振動が、石材の運動なのか床の変形なのかを確認する。
【００１５】
また、石材を２個積み重ねた場合の石材の運動の様子を調べる。
２−２．解説
実験ＥＡで、石材の運動は石材底面（床との接触部分）を中心とした回転運動が支配的であることが分かった。
【００１６】
そこで、これがブルーシートの影響なのか、床の変形の問題なのかを確かめるため、図２２に示されるように、石材１個の実験を行う。石材は石膏で床に完全に固定されているため、これで回転運動が検出されれば床が変形していると見なせる。なお、床の振動が極力発生しないように、実験は基礎ばりの上で行う。
【００１７】
床の振動が発生していないことを確認した後、石材を２個積み重ねた場合の打撃による石材の挙動を調べる。
２−３．結果
図２３に、石材１個のモデルの結果を示す。実験ＥＡとは異なり、卓越振動数は７００Ｈｚ付近であり、床の振動ではないことを確認した。動的剛性では、上と下とで２．０×１０９と６．０×１０９と剛性が異なっているが、これは石材自身のせん断あるいは曲げ変形によるものと考えられる。
【００１８】
次に、図２４に示される石材２個を積み重ねたモデルにより実験を行う。なお、加速度センサの数が不足しているため、このモデルでは下の石材の挙動を正確に捉えることができない。そのため、ここでは石材（１）と石材（２）との相対運動ではなく、石材（２）の絶対運動を議論することとする。図２５及び図２６は、図２４に示される配置１の状態で石材（１）を打撃した結果である。この結果から、Ｓｗａｙ（石材（１）の動きを含む石材（２）の並進運動）の剛性は１０１１Ｎ／ｍ程度、Ｒｏｃｋｉｎｇ（石材（１）の回転を含む石材（２）の回転運動）の剛性は１０８Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であることが分かる。
【００１９】
図２７に、観測した加速度と、それに基づいて算出した石材（２）のＳｗａｙ及びＲｏｃｋｉｎｇの加速度の時刻歴を示す。同図において回転分とは、Ｒｏｃｋｉｎｇによって石材（２）の中央で生じた加速度で、これをＳｗａｙと比較すると、ほぼ同じ大きさになっていることが分かる。
【００２０】
図２８は同じ配置１で、石材（２）を打撃した結果である。この結果から、Ｒｏｃｋｉｎｇの剛性は１０７Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であることが分かる。打撃位置によって剛性が異なるのは、石材（２）を打撃した場合にはその力がすべて石材（１）に向かって流れるのに対して、石材（１）を打撃した場合には石材（２）に向かうと同時に床に向かっても流れるためと考えられる。
【００２１】
次に、図２４に示される配置２で石材（１）を打撃した結果を図２９に示す。Ｒｏｃｋｉｎｇの剛性は１０８Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度で図２６と比較して若干小さくなっているものの、石材と石材との間に砂を挟んでいるにもかかわらず、大きな変化とは言えない。これは、石材（１）を打撃した場合、力の流れは床に向かうものが主であることを示していると考えられる。なお、図３０には、配置２の実際の計測状態が示されている。
【００２２】
次に、同じ配置２で石材（２）を打撃した結果を図３１に示す。Ｒｏｃｋｉｎｇの剛性は１０４〜１０５Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度で、図２８に比較して１０２程度小さくなっている。また、振動数帯も図２８が１００Ｈｚ付近であるのに対して、図３１では１０Ｈｚ付近と大きく異なっている。
【００２３】
一連の結果をまとめると、次の表１のようになる。この結果から、不具合箇所（この実験では配置２の石材（１）と石材（２）との間の砂）の上の石材を打撃したときに動的剛性が大きく変わることが分かった。
【００２４】
【表１】
剛性では判断がつかなかった配置２の打撃位置（１）の場合について更に詳しく検討すると、図３２に示すように、図２７の場合とはかなり異なる波形であることが分かる。図２７では石材（１）の波形は石材（２）の波形と沿う形であったが、図３２ではまったく異なっている。また、図２７では石材（２）の下の加速度よりも上の加速度のほうが大きいが、図３２では逆に上のほうが小さく、ほとんど振動していない。
【００２５】
各加速度のアクセレランスを図３３に、比較のため配置１の結果を図３４に示す。図３４により示されるように、配置１では石材（１）と石材（２）の卓越振動数は同じであるが、図３３では、石材（２）の卓越振動数付近に石材（１）のピークは存在しない。これは、配置２での石材間の砂によって石材（２）の振動が石材（１）に伝わらず、配置２では、石材（１）は本来の石材（１）の卓越振動数で振動していることを示している。
【００２６】
これらの特徴を考慮すれば、不具合箇所の下の石材を打撃した場合でも不具合を判別することができるものと考えられる。
３．コンクリートブロック布積実験（以下、「実験Ｈ」という。）
３−１．目的
実際の石垣に近い状態で石材の運動における回転運動と並進運動のどちらが支配的かを調べる。
３−２．解説
実験Ｇによって、直積石材の運動は並進運動と回転運動とで説明できることが分かった。また、上記の運動は加速度センサを石材の上下に並べて設置することで完全に分離して取り出すことができることが分かった。
【００２７】
直積石材はその形状から回転運動が起こりやすいと考えられるが、実際の石垣の振動で回転運動の影響がどの程度かを、図３５及び図３６に示されるモデルにより調べる。
【００２８】
これまでの実験と異なり、歪ゲージ型の加速度センサを６個使用して、中心となる石材（３）の挙動を分析できるようにする。
３−３．結果
図３５に示される配置１での結果を図３７に、配置２での結果を図３８に各々示す。同図における「相対回転分」は、石材の中心部分での相対回転による加速度を表す。回転運動（石材（３）・（１）相対回転分）は、配置１の場合で並進運動（石材（３）・（１）相対）のほぼ半分、配置２の場合で１／３程度あり、やはり石材の挙動を検討する上で無視できないことが分かった。
【００２９】
次に、配置１における並進運動と回転運動を検討する。図３９から、底部の石材（石材（１）及び石材（２））の並進運動の剛性は１０８Ｎ／ｍ程度であり、中央の石材（石材（３））の剛性は１０７Ｎ／ｍ程度であることが分かる。また、図４０から、底部の石材の回転運動の剛性は１０７Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であり、中央の石材の剛性は１０６Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であることが分かる。いずれの場合も、１００Ｈｚ付近に卓越振動数がある。
【００３０】
次に、配置２（石材（１）及び石材（２）と石材（３）との間に砂を挟んだもの）の結果を図４１及び図４２に示す。底部の石材の並進運動の剛性は１０８Ｎ／ｍ程度であり、中央の石材（石材（３））の剛性は１０５Ｎ／ｍ程度であり、配置１に比較して１０２程度小さくなっていることが分かる。また、中央の石材の卓越振動数は５０Ｈｚ付近にあり、配置１よりも低くなっている。
【００３１】
回転運動については、底部の石材の剛性は１０７Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であり、一方、中央の石材の剛性は石材（３）と石材（２）との相対運動において１０４Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であり、配置１に比べて１０２程度小さくなっていることが分かる。また、中央の石材の卓越振動数は石材（３）と石材（２）との相対運動において２０Ｈｚ付近にあり、配置１よりも低くなっている。なお、石材（３）と石材（１）との相対運動においては、２０Ｈｚ付近には動的剛性のグラフで明確な平坦部分は認められず、１００Ｈｚ付近で１０５Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であった。
【００３２】
以上の結果から、不具合箇所の特定は、動的剛性により、定性的には可能であることを確認することができた。
【００３３】
一方、本発明の発明者らは、石垣における石材間の接触状態の定量的評価法の確立を目的として、石材間の介在物による石材の動的挙動（バネ定数、減衰定数、加速度スペクトル、その他）の比較から、介在物や空隙の有無を評価することを試みた。
【００３４】
建設時の石垣は石材が直接接触しており、石垣構造全体の安定性は、背面土の滑り抵抗と石材接触面の摩擦・噛み合わせを期待して成立している。経年変化により空隙や異物が侵入・介在するようになると、接触面の摩擦・噛み合わせによる力の伝達は介在物の変形特性の影響を受けた伝達に変わる。この変化を、石材接触面の滑り、あるいは介在物のせん断変形における石材間の相対変位特性の変化として測定し、石垣構造物全体の相対変位特性値マップを作成し、健全部と不健全部を判別すると共に、数値解析的予測により地震時の安定性を評価する。
【００３５】
三種類の石垣構造模型で、打撃によるインパルス応答振動実験を行った（図４３，図４９，図５１）。ここで、水平に隣接する石材間は非接触状態とした。石材を紙面直交方向にハンマーにより打撃し、打撃された石材及びそれと接触している下方の石材に加速度センサを設置した。
【００３６】
なお、以下で示す実験は、その一部が上述した各種実験と重複するが、説明の便宜上、以下では、参照する図面を、上述した実験に対応する図面と一部重複した状態で示す。
【００３７】
また、表２には、各実験（実験Ｇ，実験Ｈ，実験Ｊ４）で適用された石材の諸元が示されている。なお、実験Ｇにおいて用いられた石材は安山岩であり、実験Ｈ及び実験Ｊ４において用いられた石材はモルタル・ブロックである。
【００３８】
【表２】
実験Ｇ（図４３）では、配置１は石材を直接接触させ、配置２は砂詰め袋を石材間に介在させた。石材（１）（下側）はＲＣ床に石膏で接着し固定した。図４５は、配置２で石材（２）を打撃した時の、ハンマーのロードセル測定値（最大１７７Ｎ）の時刻歴波形である。
【００３９】
石材の運動を図４４に示す石材間の並進運動と石材底の回転運動と考えて算出した石材（２）の石材（１）に対する並進運動の相対加速度波形が図４６である。配置１は剛塑性的摩擦モデルの挙動に近く、配置２は砂・袋・石材面の弾性的挙動に近い。
【００４０】
図４７は、ハンマーによる打撃力を相対変位で除して求めた石材接触面の動的せん断ばね定数である。平坦な部分の値が静的なばね定数と考えられる。配置１のばね定数は１．０×１０８Ｎ／ｍ、配置２のばね定数は１．０×１０６Ｎ／ｍ程度であり、介在物がある場合とない場合とで、ばね定数が大きく異なることが分かる。
【００４１】
こうして求めたばね定数を元に、更にパラメータ・チューニングした質点系解析結果の例として図４８に配置１の一番上の加速度センサの時刻歴を解析と実験とで比較して示す。チューニング後のせん断ばね定数は７．５×１０７Ｎ／ｍであり、動的せん断ばね定数から予想した１．０×１０８Ｎ／ｍに近い値となり、解析と実験とが整合していることを確認した。
【００４２】
モルタル・ブロックを４段布積みしてインパルス応答振動実験をしたのが実験Ｈ（図４９）である。実験方法は実験Ｇと同じである。石材（３）を紙面直交方向に打撃し、石材（１）及び石材（２）との間のせん断ばね定数を求めた。石材（３）と石材（２）及び石材（１）との接触面は、配置１は直接触であり、配置２は砂詰め袋が介在された接触である。
【００４３】
図５０に動的せん断ばね定数の測定結果を示す。石材（３）・（１）と石材（３）・（２）の動的せん断ばね定数の測定値が併記してあるが、両者はほぼ等しい。同様に、せん断ばね定数を読み取ると、配置１は１．０×１０７Ｎ／ｍ（２０〜１５０Ｈｚ）、配置２は１．０×１０５Ｎ／ｍ（１０〜４０Ｈｚ）程度である。せん断ばね定数の配置１と配置２との大小関係は実験Ｇと類似している。
【００４４】
次に、積み方の都合による斜め階段付近の影響を排除し、実際の石垣に近い振動特性を計測するため、５段布積み実験Ｊ４（図５１）を実施した。石材の材質は、モルタル・ブロックである。図中の石材（２１）を打撃した場合の石材（３０）との動的せん断ばね定数と、石材（２４）を打撃して石材（３２）との同定数とを計測したものが図５２である。石材（２１）と石材（３０）との間には梱包材（気泡シート４枚）を介在させ、石材（２４）と石材（３２）との間は直接触である。同図から、実験Ｇ及び実験Ｈと同じ要領でせん断ばね定数を読み取ると、石材（２１）と石材（３０）との間は１．０×１０６Ｎ／ｍ（１０〜７０Ｈｚ）、石材（２４）と石材（３２）との間は１．０×１０８Ｎ／ｍ（５０〜１００Ｈｚ）程度であり、実験Ｇ，Ｈとばね定数の大小関係は類似している。
【００４５】
以上のように、布積み石積を中心に、石垣構造物の石材間介在物の有無を判定するために、インパルス応答実験を実施した。石材間相対加速度から動的特性を求め、特性値のうち、動的せん断ばね定数の測定結果を示した。特性値の比較から介在物の有無の評価が可能であり、算出したばね定数が数値解析とも整合することが判明した。
【００４６】
以上の原理に基づき、請求項１記載の安定状態評価装置は、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価手段と、前記評価手段による評価結果を示す情報を表示する表示手段と、を備えている。
【００４７】
請求項１記載の安定状態評価装置によれば、取得手段により、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方が取得されると共に、前記打撃力の時刻歴情報が取得される。なお、上記石材には、花こう岩、安山岩などのＪＩＳ Ａ５００３に規定される石材及びコンクリートブロックが含まれる。
【００４８】
ここで、本発明では、検出手段により、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性が検出され、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性が検出される。
【００４９】
そして、本発明では、評価手段により、前記検出手段によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態が評価され、当該評価結果を示す情報が表示手段によって表示される。なお、上記表示手段による表示には、液晶ディスプレイ装置、プラズマ・ディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置、ＣＲＴディスプレイ装置等の各種ディスプレイ装置による可視表示の他、プリンタ装置等の画像形成装置による永久可視表示、音声合成装置等の音声出力装置による可聴表示が含まれる。
【００５０】
すなわち、本発明では、前述した原理に基づき、並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方に基づいて静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材の安定状態を評価しており、この結果として、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができるようにしている。
【００５１】
このように、請求項１記載の安定状態評価装置によれば、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、前記並進加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記回転加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示手段によって表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【００５２】
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記検出手段が、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出する導出手段と、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出するアクセレランス算出手段と、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出する動的剛性算出手段と、を備え、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出するものとしてもよい。これにより、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５３】
特に、請求項２に記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、前記評価手段が、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価するものとしてもよい。これにより、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５４】
また、請求項２又は請求項３に記載の発明は、請求項４に記載の発明のように、全ての前記評価対象石材について、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出する減衰定数算出手段を更に備え、前記評価手段が、前記減衰定数算出手段によって算出された全ての前記評価対象石材の前記減衰定数と前記静的剛性に基づいて質点系解析を行うことにより、前記評価対象石材の全体的な安定状態を評価するものとしてもよい。これにより、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５５】
特に、請求項４に記載の発明は、請求項５に記載の発明のように、前記減衰定数と前記静的剛性を、前記取得手段によって取得された、対応する並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を用いた逆解析によって調整する調整手段を更に備えてもよい。これにより、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５６】
また、請求項５に記載の発明は、前記調整手段が、前記逆解析を、遺伝的アルゴリズムを用いて行うものとしてもよい。これにより、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５７】
さらに、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記取得手段が、前記並進加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられ、前記回転加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の上端部近傍と下端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記並進加速度ＨＡＣ及び前記回転加速度ＫＡＣを次の演算式により算出することによって算出するものとしてもよい。
【００５８】
【数１】
これにより、より簡易に並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５９】
一方、上記目的を達成するために、請求項７記載の安定状態評価方法は、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得工程と、前記取得工程によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得工程によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出工程と、前記検出工程によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価工程と、前記評価工程による評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示工程と、を有するものである。
【００６０】
従って、請求項７記載の安定状態評価方法によれば、請求項１記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【００６１】
一方、上記目的を達成するために、請求項８記載の安定状態評価プログラムは、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得ステップと、前記取得ステップによって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得ステップによって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価ステップと、前記評価ステップによる評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示ステップと、をコンピュータに実行させるものである。
【００６２】
従って、請求項８記載の安定状態評価プログラムによれば、コンピュータに対して請求項１記載の発明と同様に作用させることができるので、請求項１記載の発明と同様に、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、前記並進加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記回転加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示手段によって表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００６５】
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明が適用された安定状態評価システム１０の構成を説明する。
【００６６】
同図に示すように、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０は、当該システム１０の中核的な役割を担うパーソナル・コンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）１２と、加速度センサ１４と、インパルス・ハンマー１６と、アンプ１８と、データ・レコーダ２０と、記録・出力装置２２とを備えている。
【００６７】
加速度センサ１４の加速度の計測結果を示す加速度情報を出力する出力端子、及びインパルス・ハンマー１６による打撃力を示す打撃力情報を出力する出力端子は、共にアンプ１８の入力端子に接続されており、アンプ１８の出力端子はデータ・レコーダ２０の入力部に接続されている。従って、上記加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。
【００６８】
一方、データ・レコーダ２０の出力部はＰＣ１２の入力部に接続される一方、ＰＣ１２の出力部は記録・出力装置２２の入力部に接続されている。従って、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された加速度情報及び打撃力情報を読み出すことにより取得することができる一方、当該加速度情報及び打撃力情報に基づく各種情報を記録・出力装置２２によって記録し、かつ出力することができる。なお、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、記録・出力装置２２として、上記各種情報を記録するためのものとしてハードディスク装置が、上記各種情報を出力するためのものとしてプリンタが、各々搭載されているが、各種情報を記録ないし出力することができるものであれば、この装置に限らないことは言うまでもない。
【００６９】
次に、図２を参照して、本システムにおいて特に重要な役割を有するＰＣ１２の電気系の要部構成を説明する。
【００７０】
同図に示すように、本実施の形態に係るＰＣ１２は、ＰＣ１２全体の動作を司るＣＰＵ（中央処理装置）１２Ａと、ＣＰＵ１２Ａによる各種処理プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ１２Ｂと、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ１２Ｃと、各種情報を記憶するために用いられる二次記憶部（ここでは、ハードディスク装置）１２Ｄと、各種情報を入力するために用いられるキーボード１２Ｅと、各種情報を表示するために用いられるディスプレイ１２Ｆと、外部装置等との間の各種信号の授受を司る入出力Ｉ／Ｆ（インタフェース）１２Ｇと、が備えられており、これら各部はシステムバスＢＵＳにより電気的に相互に接続されている。
【００７１】
従って、ＣＰＵ１２Ａは、ＲＡＭ１２Ｂ、ＲＯＭ１２Ｃ、及び二次記憶部１２Ｄに対するアクセス、キーボード１２Ｅを介した各種入力情報の取得、ディスプレイ１２Ｆに対する各種情報の表示、及び入出力Ｉ／Ｆ１２Ｇを介した外部装置等との間の各種情報の授受を各々行うことができる。なお、入出力Ｉ／Ｆ１２Ｇには、前述したデータ・レコーダ２０及び記録・出力装置２２が電気的に接続されている。
【００７２】
一方、図３には、ＰＣ１２に備えられた二次記憶部１２Ｄの主な記憶内容が模式的に示されている。同図に示すように、二次記憶部１２Ｄには、各種データベースを記憶するためのデータベース領域ＤＢと、各種処理を行うためのプログラム等を記憶するためのプログラム領域ＰＧと、が設けられている。
【００７３】
なお、データベース領域ＤＢには、石垣情報データベースＤＢ１と、計測情報データベースＤＢ２とが含まれている。
【００７４】
本実施の形態に係る石垣情報データベースＤＢ１は、一例として図４に模式的に示されるように、石材番号及び位置の各情報が、安定状態評価システム１０により評価対象としている石垣を構成する石材毎に記憶されるように構成されている。
【００７５】
上記石材番号情報は、評価対象とする石垣に含まれる各石材を識別するために、当該各石材に対し、互いに異なるものとして予め付与された情報である。
【００７６】
一方、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、一例として図５に模式的に示されるように、評価対象とする石垣に含まれる各石材の位置を、予め定められた基準位置（同図に示す例では、左上角点の位置）に位置する石材の位置を原点座標（１，１）としたＸ−Ｙ座標系で表現する。例えば、上記基準位置に位置する石材の右隣に隣接する石材の位置は（２，１）であり、上記基準位置に位置する石材の下に隣接する石材の位置は（１，２）である。
【００７７】
上記石垣情報データベースＤＢ１における位置情報は、このＸ−Ｙ座標系により対応する石材の位置を示す情報であり、当該データベースを参照することによって、一例として図５に示されるような、評価対象とする石垣を示す画像を模式的に再現することができる。
【００７８】
一方、本実施の形態に係る計測情報データベースＤＢ２は、一例として図６に模式的に示されるように、石材番号、打撃力時刻歴、及び加速度時刻歴の各情報が、上記石材毎に記憶されるように構成されている。
【００７９】
上記石材番号情報は、石垣情報データベースＤＢ１と同一のものであり、上記打撃力時刻歴情報は、インパルス・ハンマー１６から出力され、アンプ１８を介してデータ・レコーダ２０により記憶された打撃力の時刻歴を示す情報であり、上記加速度時刻歴情報は、インパルス・ハンマー１６により対応する打撃力で、対応する石材を打撃した際に加速度センサ１４から出力され、アンプ１８を介してデータ・レコーダ２０に記録された加速度応答を示す情報である。
【００８０】
ところで、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、石垣を構成する個々の石材の運動が、一例として図４４に示されるように、石材間における石材と石材との界面での並進運動と、石材の底面を中心とした回転運動とに分けられるものと考え、図１に示されるように、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣（図示省略。）における当該複数の石材のうちの安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度応答を示す加速度時刻歴情報を加速度センサ１４を介して取得し、取得した加速度時刻歴情報により示される加速度応答に基づいて評価対象石材５０の静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価するものとされている。
【００８１】
ここで、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、上記加速度時刻歴情報として、並進加速度の時刻歴情報を採用しており、一例として図４９に示されるように、加速度センサ１４を、評価対象石材５０の下端部近傍と当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍に設け、評価対象石材５０の正面視略中央部に対してインパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度時刻歴情報を各加速度センサ１４によって取得し、計測情報データベースＤＢ２に記録するものとされている。ここで、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に石材が存在しないが、この場合は評価対象石材５０の下端部近傍にのみ加速度センサ１４を設ける。
【００８２】
なお、図２４で示したものでは、評価対象石材の下部に隣接する石材に対する加速度センサの配設位置を当該石材の鉛直方向中央部としたが、並進加速度は、評価対象石材の下端部の加速度と当該評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部の加速度の差を示すものであるので、評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部に極力近づけたほうが好ましく、本実施の形態では、この形態を適用している。なお、この形態に限らず、例えば、評価対象石材の下部に隣接する石材の鉛直方向の異なる２点に加速度センサを設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、上端部における加速度を算出する形態とすることもできる。また、同様に、評価対象石材についても、加速度センサを鉛直方向の異なる２点に設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、下端部における加速度を算出する形態とすることもできる。
【００８３】
次に、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【００８４】
まず、複数の評価対象石材５０における加速度時刻歴情報を取得する際の安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【００８５】
このとき、作業員は、上述したように、複数の評価対象石材５０のうちの何れか１つの下端部近傍に加速度センサ１４を設ける一方、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材が存在する場合には、当該石材の上端部近傍に加速度センサ１４を設ける。そして、作業員は、インパルス・ハンマー１６により評価対象石材５０の正面視略中央部に対して打撃力を与える。
【００８６】
この打撃力の付与に応じて加速度センサ１４から加速度の計測結果を示す加速度情報が出力される一方、インパルス・ハンマー１６からは上記打撃力を示す打撃力情報が出力される。
【００８７】
この加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。このとき、加速度情報については、インパルス・ハンマー１６により打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムで加速度センサ１４から出力されるため、これを加速度時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。また、打撃力情報については、評価対象石材５０に打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムでインパルス・ハンマー１６から出力されるため、これを打撃力時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。
【００８８】
なお、このとき、作業員は、インパルス・ハンマー１６による評価対象石材５０に対する打撃を、予め定められた順に実施する。これにより、上記予め定められた順に、打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報がデータ・レコーダ２０に記録されるので、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された順に応じて、対応する石材番号に関連付けた状態で打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を計測情報データベースＤＢ２に登録する。なお、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍における加速度時刻歴情報として、加速度がないことを示す０（零）を計測情報データベースＤＢ２に登録する。
【００８９】
以上の処理により、一例として図６に示される計測情報データベースＤＢ２が構築されることになる。
【００９０】
次に、図７を参照して、以上の手順により構築された計測情報データベースＤＢ２を用いて評価対象石材５０の安定状態を評価する際の本実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。なお、図７は、ユーザにより、ＰＣ１２に設けられているキーボード等の入力装置（図示省略。）を介して安定状態の評価の実行指示が入力された際にＰＣ１２のＣＰＵ１２Ａによって実行される安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するために、石垣情報データベースＤＢ１及び計測情報データベースＤＢ２が予め構築されている場合について説明する。
【００９１】
同図のステップ１００では、計測情報データベースＤＢ２から何れか１つの評価対象石材５０に対応する打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を読み出し、次のステップ１０２にて、次の（１）式により並進加速度の時刻歴情報を算出する。なお、（１）式において、ＡＣ２は評価対象石材５０の下端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、ＡＣ３は評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、ＨＡＣは並進加速度を表し、同一時刻に対応する加速度ＡＣ２と加速度ＡＣ３を（１）式に代入することにより、並進加速度の時刻歴情報を算出する。
【００９２】
【数２】
次のステップ１０４では、上記ステップ１００の処理によって読み出された打撃力時刻歴情報をフーリエ変換することによって打撃力のスペクトルを導出すると共に、上記ステップ１０２の処理によって算出された並進加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって並進加速度のスペクトルを導出する。
【００９３】
次のステップ１０６では、上記ステップ１０４の処理によって導出された並進加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって並進運動に関するアクセレランスを算出し、次のステップ１０８では、上記打撃力のスペクトルを、上記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより並進運動に関する動的剛性を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【００９４】
次のステップ１１０では、上記ステップ１０８の処理によって算出された並進運動に関する動的剛性から、上記ステップ１０６の処理によって算出された並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を静的剛性として検出する。
【００９５】
すなわち、ハンマーの加振力ｆ（ｔ）と、石材の運動方程式は次の式のように表される。ここで、ｍは石材の質量を表し、ｃは減衰定数を表し、ｋはばね定数（静的剛性）を表す。また、ａ（ｔ）は石材の加速度を表し、ｖ（ｔ）は石材の速度を表し、ｄ（ｔ）は石材の変位を表す。
【００９６】
【数３】
これをフーリエ変換して加振力スペクトルを求めると、次の式となる。ここで、Ｆ（ω）は加振力スペクトルを表し、Ａ（ω）は石材の加速度スペクトルを表し、Ｖ（ω）は石材の速度スペクトルを表し、Ｄ（ω）は石材の変位スペクトルを表す。
【００９７】
【数４】
これを変位スペクトルＤ（ω）で割り、動的剛性を求めると、次の式のようになる。
【００９８】
【数５】
ところで、速度スペクトルＶ（ω）及び加速度スペクトルＡ（ω）は次の式で表される。
【００９９】
【数６】
そこで、この式を代入することにより、動的剛性は次の式で表される。
【０１００】
【数７】
質量ｍ，減衰定数ｃ，ばね定数ｋと、ωの大きさにより、特定のωにおいて、第１項〜第３項のどの部分が支配的になるかが決まる。第１項はωの２次の項であり、第２項はωの１次の項、第３項は定数となっているので、動的剛性の中で定数になっている（グラフにおいては平坦となっている）部分がばね定数ｋ、すなわち静的剛性となる。
【０１０１】
なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ１１０の処理で用いる上記所定範囲として、当該範囲内に上記変化量が含まれていれば、静的剛性であるものと判断することのできる範囲として予め実験等により得られた範囲を適用しているが、これに限るものではない。
【０１０２】
次のステップ１１２では、上記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１０３】
なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、一例として図８に示されるように、上記変位時刻歴の第１のピーク値をｄ１とし、第２のピーク値をｄ２として、第１のピーク値ｄ１及び第２のピーク値ｄ２を次の（２）式に代入することにより、減衰定数ｈを算出する。
【０１０４】
【数８】
なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記変位時刻歴を、上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出している。
【０１０５】
次のステップ１１４では、全ての評価対象石材５０について上記ステップ１００〜ステップ１１２の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ１００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ１１６に移行する。なお、上記ステップ１００〜ステップ１１４の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった評価対象石材５０を処理対象とするようにする。
【０１０６】
ステップ１１６では、上記ステップ１１０の処理によって記憶された全ての評価対象石材５０の静的剛性を読み出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を判定（評価）する。なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ１１６の処理を、静的剛性が他の評価対象石材５０に比較して所定レベルより小さい評価対象石材５０を、固定度が低く、不安定である石材であるものとして同定することにより行っている。
【０１０７】
本実施の形態では、上記所定レベルとして、各評価対象石材５０の静的剛性の最大値の所定割合（一例として、５０％）の値を適用しているが、これに限らず、安定状態評価システム１０の用途や、要求される精度等に応じて上記所定レベルを適宜設定するようにしてもよい。また、上記ステップ１１６において行われる判定処理は、このような他の評価対象石材５０との比較による相対的な判定処理に限らず、例えば、安定している状態の石材における静的剛性を基準値として予め得ておき、当該基準値より静的剛性が所定値以上小さな評価対象石材５０を不具合のある石材であるものとして同定する形態等、算出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価する形態であれば、如何なる形態も適用することができる。
【０１０８】
次のステップ１１８では、上記ステップ１１６の処理によって得られた評価対象石材５０の安定状態の判定結果に基づいて、予め定められたフォーマットとされた評価結果を示す結果画面を示す情報を構成し、次のステップ１２０にて、構成した情報に基づいて上記結果画面をディスプレイ１２Ｆによって表示させ、その後に本安定状態評価処理プログラムを終了する。
【０１０９】
図９には、本安定状態評価処理プログラムのステップ１２０の処理によってディスプレイ１２Ｆにより表示された結果画面の表示状態例が示されている。同図に示されるように、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ１１６の処理によって固定度が低いものと判定された石材が表示される。従って、安定状態評価システム１０の利用者は、当該結果画面を参照することにより、対策する場合に優先すべき石材を容易に把握することができる。
【０１１０】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該並進加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出し、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出し、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出しているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１１２】
特に、本実施の形態では、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価しているので、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１１３】
更に、本実施の形態では、前記評価対象石材の下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３としたとき、前記並進加速度ＨＡＣを上記（１）式により算出しているので、より簡易に並進加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１１４】
［第２の実施の形態］
本第２の実施の形態では、回転加速度の時刻歴情報を用いて石材の安定状態を評価する場合の形態例について説明する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の構成、及び各データベースＤＢ１，ＤＢ２のデータ構造は、上記第１の実施の形態に係るもの（図１〜図６参照。）と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０においても、石垣を構成する個々の石材の運動が、一例として図４４に示されるように、石材間における石材と石材との界面での並進運動と、石材の底面を中心とした回転運動とに分けられるものと考え、図１に示されるように、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣（図示省略。）における当該複数の石材のうちの安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度応答を示す加速度時刻歴情報を加速度センサ１４を介して取得し、取得した加速度時刻歴情報により示される加速度応答に基づいて評価対象石材５０の静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価するものとされている。
【０１１６】
ここで、本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、上記加速度時刻歴情報として、回転加速度の時刻歴情報を採用しており、一例として図４９に示されるように、加速度センサ１４を、評価対象石材５０の上端部近傍と下端部近傍に設け、評価対象石材５０の正面視略中央部に対してインパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度時刻歴情報を各加速度センサ１４によって取得し、計測情報データベースＤＢ２に記録するものとされている。
【０１１７】
次に、本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１１８】
まず、複数の評価対象石材５０における加速度時刻歴情報を取得する際の安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１１９】
このとき、作業員は、上述したように、複数の評価対象石材５０のうちの何れか１つの上端部近傍と下端部近傍に加速度センサ１４を設ける。そして、作業員は、インパルス・ハンマー１６により評価対象石材５０の正面視略中央部に対して打撃力を与える。
【０１２０】
この打撃力の付与に応じて各加速度センサ１４から加速度の計測結果を示す加速度情報が出力される一方、インパルス・ハンマー１６からは上記打撃力を示す打撃力情報が出力される。
【０１２１】
この加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。このとき、加速度情報については、インパルス・ハンマー１６により打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムで加速度センサ１４から出力されるため、これを加速度時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。また、打撃力情報については、評価対象石材５０に打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムでインパルス・ハンマー１６から出力されるため、これを打撃力時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。
【０１２２】
なお、このとき、作業員は、インパルス・ハンマー１６による評価対象石材５０に対する打撃を、予め定められた順に実施する。これにより、上記予め定められた順に、打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報がデータ・レコーダ２０に記録されるので、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された順に応じて、対応する石材番号に関連付けた状態で打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を計測情報データベースＤＢ２に登録する。
【０１２３】
以上の処理により、一例として図６に示される計測情報データベースＤＢ２が構築されることになる。
【０１２４】
次に、図１０を参照して、以上の手順により構築された計測情報データベースＤＢ２を用いて評価対象石材５０の安定状態を評価する際の本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。なお、図１０は、ユーザにより、ＰＣ１２に設けられているキーボード等の入力装置（図示省略。）を介して安定状態の評価の実行指示が入力された際にＰＣ１２のＣＰＵ１２Ａによって実行される、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するために、石垣情報データベースＤＢ１及び計測情報データベースＤＢ２が予め構築されている場合について説明する。
【０１２５】
同図のステップ２００では、計測情報データベースＤＢ２から何れか１つの評価対象石材５０に対応する打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を読み出し、次のステップ２０２にて、次の（３）式により回転加速度の時刻歴情報を算出する。なお、（３）式において、ＡＣ１は評価対象石材５０の上端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、ＡＣ２は評価対象石材５０の下端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、Ｄは前記評価対象石材５０の上端部近傍に設けられた加速度センサと下端部近傍に設けられた加速度センサの距離を表し、ＫＡＣは回転加速度を表し、同一時刻に対応する加速度ＡＣ１と加速度ＡＣ２を（３）式に代入することにより、回転加速度の時刻歴情報を算出する。
【０１２６】
【数９】
次のステップ２０４では、上記ステップ２００の処理によって読み出された打撃力時刻歴情報をフーリエ変換することによって打撃力のスペクトルを導出すると共に、上記ステップ２０２の処理によって算出された回転加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって回転加速度のスペクトルを導出する。
【０１２７】
次のステップ２０６では、上記ステップ２０４の処理によって導出された回転加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって回転運動に関するアクセレランスを算出し、次のステップ２０８では、上記打撃力のスペクトルを、上記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより回転運動に関する動的剛性を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１２８】
次のステップ２１０では、上記ステップ２０８の処理によって算出された回転運動に関する動的剛性から、上記ステップ２０６の処理によって算出された回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を静的剛性として検出する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定範囲として、当該範囲内に上記変化量が含まれていれば、静的剛性であるものと判断することのできる範囲として予め実験等により得られた範囲を適用しているが、これに限るものではない。
【０１２９】
次のステップ２１２では、上記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１３０】
なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムにおいても、上記（２）式を用いて減衰定数ｈを算出する。
【０１３１】
本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記変位時刻歴を、上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出している。
【０１３２】
次のステップ２１４では、全ての評価対象石材５０について上記ステップ２００〜ステップ２１２の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ２００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ２１６に移行する。なお、上記ステップ２００〜ステップ２１４の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった評価対象石材５０を処理対象とするようにする。
【０１３３】
ステップ２１６では、上記ステップ２１０の処理によって記憶された全ての評価対象石材５０の静的剛性を読み出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を判定（評価）する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ２１６の処理を、静的剛性が他の評価対象石材５０に比較して所定レベルより小さい評価対象石材５０を、固定度が低く、不安定である石材であるものとして同定することにより行っている。
【０１３４】
本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定レベルとして、各評価対象石材５０の静的剛性の最大値の所定割合（一例として、５０％）の値を適用しているが、これに限らず、安定状態評価システム１０の用途や、要求される精度等に応じて上記所定レベルを適宜設定するようにしてもよい。また、上記ステップ２１６において行われる判定処理は、このような他の評価対象石材５０との比較による相対的な判定処理に限らず、例えば、安定している状態の石材における静的剛性を基準値として予め得ておき、当該基準値より静的剛性が所定値以上小さな評価対象石材５０を不具合のある石材であるものとして同定する形態等、算出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価する形態であれば、如何なる形態も適用することができる。
【０１３５】
次のステップ２１８では、上記ステップ２１６の処理によって得られた評価対象石材５０の安定状態の判定結果に基づいて、予め定められたフォーマットとされた評価結果を示す結果画面を示す情報を構成し、次のステップ２２０にて、構成した情報に基づいて上記結果画面をディスプレイ１２Ｆによって表示させ、その後に本安定状態評価処理プログラムを終了する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムのステップ２２０の処理においても、図９に示される結果画面がディスプレイ１２Ｆにより表示される。従って、安定状態評価システム１０の利用者は、当該結果画面を参照することにより、対策する場合に優先すべき石材を容易に把握することができる。
【０１３６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における回転加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該回転加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【０１３７】
また、本実施の形態では、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出し、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出し、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出し、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出しているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１３８】
特に、本実施の形態では、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価しているので、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１３９】
更に、本実施の形態では、前記評価対象石材の上端部近傍と下端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記回転加速度ＫＡＣを（３）式により算出しているので、より簡易に回転加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１４０】
［第３の実施の形態］
本第３の実施の形態では、並進加速度及び回転加速度の各々の時刻歴情報を用いて石材の安定状態を評価する場合の形態例について説明する。なお、本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の構成、及び各データベースＤＢ１，ＤＢ２のデータ構造は、上記第１の実施の形態に係るもの（図１〜図６参照。）と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【０１４１】
本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０においても、石垣を構成する個々の石材の運動が、一例として図４４に示されるように、石材間における石材と石材との界面での並進運動と、石材の底面を中心とした回転運動とに分けられるものと考え、図１に示されるように、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣（図示省略。）における当該複数の石材のうちの安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度応答を示す加速度時刻歴情報を加速度センサ１４を介して取得し、取得した加速度時刻歴情報により示される加速度応答に基づいて評価対象石材５０の静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価するものとされている。
【０１４２】
ここで、本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、上記加速度時刻歴情報として、並進加速度と回転加速度の双方の時刻歴情報を採用しており、一例として図４９に示されるように、加速度センサ１４を、評価対象石材５０の上端部近傍及び下端部近傍に設けると共に、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍に設け、評価対象石材５０の正面視略中央部に対してインパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度時刻歴情報を各加速度センサ１４によって取得し、計測情報データベースＤＢ２に記録するものとされている。ここで、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に石材が存在しないが、この場合は評価対象石材５０の上端部近傍及び下端部近傍にのみ加速度センサ１４を設ける。
【０１４３】
なお、図２４で示したものでは、評価対象石材の下部に隣接する石材に対する加速度センサの配設位置を当該石材の鉛直方向中央部としたが、並進加速度は、評価対象石材の下端部の加速度と当該評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部の加速度の差を示すものであるので、評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部に極力近づけたほうが好ましく、本実施の形態では、この形態を適用している。なお、この形態に限らず、例えば、評価対象石材の下部に隣接する石材の鉛直方向の異なる２点に加速度センサを設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、上端部における加速度を算出する形態とすることもできる。また、同様に、評価対象石材についても、加速度センサを鉛直方向の異なる２点に設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、下端部における加速度を算出する形態とすることもできる。
【０１４４】
次に、本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１４５】
まず、複数の評価対象石材５０における加速度時刻歴情報を取得する際の安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１４６】
このとき、作業員は、上述したように、複数の評価対象石材５０のうちの何れか１つの上端部近傍と下端部近傍に加速度センサ１４を設ける一方、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材が存在する場合には、当該石材の上端部近傍に加速度センサ１４を設ける。そして、作業員は、インパルス・ハンマー１６により評価対象石材５０の正面視略中央部に対して打撃力を与える。
【０１４７】
この打撃力の付与に応じて各加速度センサ１４から加速度の計測結果を示す加速度情報が出力される一方、インパルス・ハンマー１６からは上記打撃力を示す打撃力情報が出力される。
【０１４８】
この加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。このとき、加速度情報については、インパルス・ハンマー１６により打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムで加速度センサ１４から出力されるため、これを加速度時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。また、打撃力情報については、評価対象石材５０に打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムでインパルス・ハンマー１６から出力されるため、これを打撃力時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。
【０１４９】
なお、このとき、作業員は、インパルス・ハンマー１６による評価対象石材５０に対する打撃を、予め定められた順に実施する。これにより、上記予め定められた順に、打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報がデータ・レコーダ２０に記録されるので、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された順に応じて、対応する石材番号に関連付けた状態で打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を計測情報データベースＤＢ２に登録する。なお、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍における加速度時刻歴情報として、加速度がないことを示す０（零）を計測情報データベースＤＢ２に登録する。
【０１５０】
以上の処理により、一例として図６に示される計測情報データベースＤＢ２が構築されることになる。
【０１５１】
次に、図１１を参照して、以上の手順により構築された計測情報データベースＤＢ２を用いて評価対象石材５０の安定状態を評価する際の本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。なお、図１１は、ユーザにより、ＰＣ１２に設けられているキーボード等の入力装置（図示省略。）を介して安定状態の評価の実行指示が入力された際にＰＣ１２のＣＰＵ１２Ａによって実行される安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するために、石垣情報データベースＤＢ１及び計測情報データベースＤＢ２が予め構築されている場合について説明する。
【０１５２】
同図のステップ３００では、計測情報データベースＤＢ２から何れか１つの評価対象石材５０に対応する打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を読み出し、次のステップ３０２にて、上記（１）式により並進加速度の時刻歴情報を算出すると共に、上記（３）式により回転加速度の時刻歴情報を算出する。
【０１５３】
次のステップ３０４では、上記ステップ３００の処理によって読み出された打撃力時刻歴情報をフーリエ変換することによって打撃力のスペクトルを導出すると共に、上記ステップ３０２の処理によって算出された並進加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって並進加速度のスペクトルを導出し、かつ上記ステップ３０２の処理によって算出された回転加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって回転加速度のスペクトルを導出する。
【０１５４】
次のステップ３０６では、上記ステップ３０４の処理によって導出された並進加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって並進運動に関するアクセレランスを算出すると共に、上記ステップ３０４の処理によって導出された回転加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって回転運動に関するアクセレランスを算出し、次のステップ３０８では、上記打撃力のスペクトルを、上記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより並進運動に関する動的剛性を算出すると共に、上記打撃力のスペクトルを、上記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより回転運動に関する動的剛性を算出して、各動的剛性を示す情報を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１５５】
次のステップ３１０では、上記ステップ３０８の処理によって算出された並進運動に関する動的剛性から、上記ステップ３０６の処理によって算出された並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を並進運動に関する静的剛性として検出すると共に、上記ステップ３０８の処理によって算出された回転運動に関する動的剛性から、上記ステップ３０６の処理によって算出された回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を回転運動に関する静的剛性として検出して、検出した静的剛性を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定範囲として、当該範囲内に上記変化量が含まれていれば、静的剛性であるものと判断することのできる範囲として、並進運動及び回転運動の各々別に予め実験等により得られた範囲を適用しているが、これに限るものではない。
【０１５６】
次のステップ３１２では、上記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより並進運動の変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて並進運動の減衰定数を算出すると共に、上記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより回転運動の変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて回転運動の減衰定数を算出して、算出した減衰定数を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１５７】
なお、本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムにおいても、上記（２）式を用いて減衰定数ｈを算出する。
【０１５８】
本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記並進運動の変位時刻歴を、上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出すると共に、上記回転運動の変位時刻歴を、上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出している。
【０１５９】
次のステップ３１４では、全ての評価対象石材５０について上記ステップ３００〜ステップ３１２の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ３００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ３１６に移行する。なお、上記ステップ３００〜ステップ３１４の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった評価対象石材５０を処理対象とするようにする。
【０１６０】
ステップ３１６では、上記ステップ３１０の処理によって記憶された全ての評価対象石材５０の静的剛性を読み出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を判定（評価）して、当該判定結果を示す情報を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。なお、本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ３１６の処理を、並進運動に関する静的剛性及び回転運動に関する静的剛性の少なくとも一方が他の評価対象石材５０に比較して所定レベルより小さい評価対象石材５０を、固定度が低く、不安定である石材であるものとして同定することにより行っている。
【０１６１】
本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定レベルとして、各評価対象石材５０の対応する静的剛性の最大値の所定割合（一例として、５０％）の値を適用しているが、これに限らず、安定状態評価システム１０の用途や、要求される精度等に応じて上記所定レベルを適宜設定するようにしてもよい。また、上記ステップ３１６において行われる判定処理は、このような他の評価対象石材５０との比較による相対的な判定処理に限らず、例えば、安定している状態の石材における静的剛性を基準値として予め得ておき、当該基準値より静的剛性が所定値以上小さな評価対象石材５０を不具合のある石材であるものとして同定する形態等、算出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価する形態であれば、如何なる形態も適用することができる。
【０１６２】
ところで、石材を打撃した力は周囲の石材全てに流れるため、上下の石材の間に作用した力はインパルス・ハンマーで計測された力よりも小さくなる。従って、計測により求められた動的剛性が必ずしも上下の石材の間の剛性を表すわけではない。そのため、求められた静的剛性（ばね定数）及び減衰定数を初期値として打撃試験を模擬するように調整することで、より正確なパラメータを求めれば、より正確な安定性評価を行うことができる。
【０１６３】
そこで、次のステップ３１８では、以上の処理によって得られた静的剛性及び減衰定数を、対応する加速度の時刻歴情報を用いた逆解析（本実施の形態では、遺伝的アルゴリズムによる逆解析）によって調整する調整処理ルーチン・プログラムを実行する。なお、遺伝的アルゴリズムは、ダーウィンの進化論を応用して、ある解空間のなかでの最適解を探索する手法であり、微分不可能な問題にも適用可能であり、拘束条件が複雑な問題にも適用可能といった特徴をもっている。
【０１６４】
以下、図１２を参照して、調整処理ルーチン・プログラムについて説明する。なお、図１２は、当該調整処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムも二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。
【０１６５】
まず、ステップ３５０では、上記ステップ３１０の処理によって記憶された静的剛性（ばね定数）及び上記ステップ３１２の処理によって記憶された減衰定数を二次記憶部１２Ｄから読み出し、読み出した静的剛性及び減衰定数を２進数にコーディングし、乱数により複数の解の候補群（以下、「個体群」という。）を作成する。
【０１６６】
次のステップ３５２では、各個体が、どの程度解としてふさわしいか（適応度）を評価し、次のステップ３５４にて、ふさわしくない個体を削除する淘汰を行い、次のステップ３５６にて、２つの個体から新たな個体（解候補）を作成する交叉を行い、更に、次のステップ３５８にて、乱数によって新たな解候補を作成する突然変異を行う。
【０１６７】
次のステップ３６０では、予め定められた終了条件を満足したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ３５２に戻る一方、肯定判定となった時点で本調整処理ルーチン・プログラムを終了する。なお、本第３の実施の形態に係る調整処理ルーチン・プログラムでは、上記ステップ３６０における終了条件として、上記ステップ３５２〜ステップ３５８の処理の繰り返し実行回数が予め定められた回数（一例として１万回）に達した、との条件を適用しているが、これに限らず、例えば、適応度が所定値以上となった、との条件を適用する形態等、他の形態とすることもできる。
【０１６８】
ここで、上記個体のコーディングや適応度の評価には様々な手法があるが、例えば、静的剛性や減衰定数の値の範囲を適切に設定し、その範囲のなかで各定数を０から１までの範囲内の固定小数点として２進コード化する手法が例示できる。また、適応度の評価としては、次の（４）式に示されるように、実験で得られた加速度ｆ（ｔ）と、解析で得られた加速度ｇ（ｔ）との相関係数を求め、相関係数が大きいものの適応度が大きいとすることで解析を行うことができる。
【０１６９】
【数１０】
なお、遺伝的アルゴリズムは従来既知の手法であるので、これ以上のここでの説明は省略する。
【０１７０】
調整処理ルーチン・プログラムが終了すると、安定状態評価処理プログラムのステップ３２０に移行し、以上の処理によって得られた、上記調整処理ルーチン・プログラムによる調整後の静的剛性及び減衰定数を用いて、以下に示すように質点系解析を行う。
【０１７１】
まず、上記静的剛性及び減衰定数を用いて質点系の振動モデルを構築する。
【０１７２】
すなわち、一例として図１３の左図に示されるような石垣の各石材の運動を、並進運動と石材底面を中心とした回転運動と考えると、石材と石材との間に設置した並進ばねと回転ばねを用いた、一例として図１３の右図に示されるような質点系解析モデルが作成される。同図では、煩雑さを避けるために石材（６）は省略している。なお、同図におけるｈｉは石材ｉの高さを表し、ｕｉは石材ｉの変位を表し、θｉは石材ｉの回転角を表し、ｋｈｉｊは石材ｉと石材ｊとの間の並進ばね定数を表し、ｋｒｉｊは石材ｉと石材ｊとの間の回転ばね定数を表す。
【０１７３】
これに対し、一般的な運動方程式は次の（５）式で示される。
【０１７４】
【数１１】
この一般的な運動方程式と図１３右図の解析モデルから、一例として次式に示される運動方程式が得られる。なお、次式におけるｍｉは石材ｉの質量を表し、ｆｉは石材ｉに作用する外力を表し、Ｉｉは石材ｉの慣性モーメントを表す。また、次式では、石材（５）に対応する演算式は省略している。
【０１７５】
【数１２】
この運動方程式をマトリクス形式とすることにより、剛性マトリクスＫ及び質量マトリクスＭを求める。また、減衰マトリクスＣは、次式に示すように剛性比例減衰とし、比例定数βは変位から求めた減衰定数に適合するように設定する。
【０１７６】
【数１３】
この質点系解析モデルに対し、外力として阪神大震災等の過去の観測記録や建築センター等が定めている設計用地震波等、適切に設定した地震波を入力し、各石材の変位を求める。
【０１７７】
こうした運動方程式に基づいて地震波による揺れを解析する地震応答解析の方法には、例えば、モード解析法や直接数値積分法等がある。算出された変位から各石材の最大変位を求め、予め定められた量より大きな変位を生じた石材が存在する場合、その石垣は安定性が低いものと判断する。
【０１７８】
次のステップ３２２では、以上の質点系解析の結果、及び上記ステップ３１６の処理によって得られた評価対象石材５０の安定状態の判定結果に基づいて、予め定められたフォーマットとされた評価結果を示す結果画面を示す情報を構成し、次のステップ３２４にて、構成した情報に基づいて上記結果画面をディスプレイ１２Ｆによって表示させ、その後に本安定状態評価処理プログラムを終了する。
【０１７９】
図１４には、本安定状態評価処理プログラムのステップ３２４の処理によってディスプレイ１２Ｆにより表示された結果画面の表示状態例が示されている。同図に示されるように、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記質点系解析の結果、倒壊するおそれがあることが判明したことを示す情報が表示されると共に、上記ステップ３１６の処理によって固定度が低いものと判定された石材が表示される。従って、安定状態評価システム１０の利用者は、当該結果画面を参照することにより、地震による倒壊のおそれの有無や、対策する場合に優先すべき石材を容易に把握することができる。
【０１８０】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該並進加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出すると共に、当該回転加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【０１８１】
また、本実施の形態では、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、かつ前記回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出し、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出すると共に、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出し、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出すると共に、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出し、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出すると共に、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出しているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８２】
特に、本実施の形態では、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価しているので、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８３】
また、本実施の形態では、全ての前記評価対象石材について、前記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出すると共に、前記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出し、算出した全ての前記評価対象石材の前記減衰定数と前記静的剛性に基づいて質点系解析を行うことにより、前記評価対象石材の全体的な安定状態を評価しているので、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８４】
特に、本実施の形態では、前記減衰定数と前記静的剛性を、対応する並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を用いた逆解析によって調整しているので、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８５】
特に、本実施の形態では、前記逆解析を、遺伝的アルゴリズムを用いて行っているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８６】
更に、本実施の形態では、前記評価対象石材の上端部近傍及び下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられ、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記並進加速度ＨＡＣ及び前記回転加速度ＫＡＣを（１）式及び（３）式により算出しているので、より簡易に並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１８８】
また、上記の実施の形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。上記の実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明を抽出できる。上記の実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１８９】
例えば、上記各実施の形態では、変位時刻歴を並進運動又は回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、並進加速度の時刻歴情報又は回転加速度の時刻歴情報を２回積分することにより変位時刻歴を算出する形態とすることもできる。この場合も、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１９０】
その他、上記各実施の形態で説明した安定状態評価システム１０の構成（図１〜図３参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したりすることができることは言うまでもない。
【０１９１】
また、上記各実施の形態で示した各データベースのデータ構造（図４，図６参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要な情報を削除したり、新たな情報を追加したりすることができることは言うまでもない。
【０１９２】
また、上記各実施の形態で示した各種処理プログラムの処理の流れ（図７，図１０，図１１，図１２参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりすることができることは言うまでもない。
【０１９３】
更に、上記各実施の形態で示した結果画面の構成（図９，図１４参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において変更することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】実施の形態に係る安定状態評価システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係るＰＣの電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係るＰＣに備えられた二次記憶部の主な記憶内容を示す模式図である。
【図４】実施の形態に係る石垣情報データベースのデータ構造を示す模式図である。
【図５】実施の形態に係る石垣情報データベースの説明に供する図であり、石材番号情報及び位置情報の具体例を示す石垣の正面図である。
【図６】実施の形態に係る計測情報データベースのデータ構造を示す模式図である。
【図７】第１の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムにおける減衰定数の算出の説明に供するグラフである。
【図９】第１，第２の実施の形態に係る結果画面の表示状態例を示す概略図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施の形態に係る調整処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施の形態に係る質点系解析の説明に供する運動モデルの一例を示す模式図である。
【図１４】第３の実施の形態に係る結果画面の表示状態例を示す概略図である。
【図１５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡの実験モデルを示す概略正面図である。
【図１６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図１７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図１８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによるアクセレランスを示すグラフである。
【図１９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図２０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図２１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度のフーリエ・スペクトルを示すグラフである。
【図２２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実験モデルを示す概略正面図である。
【図２３】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図２４】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実験モデルを示す概略正面図である。
【図２５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる並進運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図２６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図２７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図２８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図２９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図３０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実際の計測状態を示す図である。
【図３１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図３２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図３３】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによるアクセレランスを示すグラフである。
【図３４】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによるアクセレランスを示すグラフである。
【図３５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈの実験モデルを示す概略正面図である。
【図３６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈの実際の計測状態を示す図である。
【図３７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図３８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図３９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４３】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実験モデルを示す概略正面図である。
【図４４】本発明の原理の説明に供する図であり、石材の運動モデルを示す模式図である。
【図４５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる打撃力の時刻歴情報を示すグラフである。
【図４６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図４７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる並進運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図４８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図４９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈの実験モデルを示す概略正面図である。
【図５０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによる動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図５１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｊ４の実験モデルを示す概略正面図である。
【図５２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｊ４による動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１９５】
１０ 安定状態評価システム
１２ パーソナル・コンピュータ
１２Ａ ＣＰＵ（取得手段，検出手段，評価手段）
１２Ｂ ＲＡＭ
１２Ｃ ＲＯＭ
１２Ｄ 二次記憶部
１２Ｅ キーボード
１２Ｆ ディスプレイ（表示手段）
１２Ｇ 入出力インタフェース
１４ 加速度センサ
１６ インパルス・ハンマー
１８ アンプ
２０ データ・レコーダ
２２ 記録・出力装置
５０ 評価対象石材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラムに係り、より詳しくは、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣における各石材の安定状態を評価する安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
城郭は日本全国に広く分布しているが、文化財としての価値を考えると、天守閣や櫓等の建築物に加えて、石垣もその重要な要素である。こうした城郭の石垣は、何れも築造から４００年程度経過しているが、明治時代以降はメンテナンスが不十分であり、１５０程度の城郭で補修が必要と考えられる。
【０００３】
しかしながら、城郭石垣、特に空積み石垣に関する評価・補修技術は確立されておらず、石工の経験に頼って施工するのが現状であり、技術の確立が望まれている。石垣のメンテナンスにあたっては、補修すべき石垣を判別するため、石垣の健全性を評価する方法が必要である。
【０００４】
こうした石垣の健全性を評価するためには、個々の石材を積み上げた石垣が、どのような力学的安定状態にあるかを知ることが重要である。このようなブロック状の物体を積み上げた構造物では、個々の物体の接触状態や相互の位置関係から物体間の接触力が変化し、このため大きな接触力が作用する石材と、あまり接触力が作用しない、いわば遊んでいる石材とが生じることが知られている。このような接触力のばらつきが生じると、大きな接触力が作用する石材に割れが生じたり、あまり接触力が作用しない石材が背後の地盤の圧力に押されて、はらみ出しが生じたりして、結果として石垣を不安定にする要因となる。
【０００５】
従来、こうした石材の安定状態を評価するために適用できる技術として、非特許文献１には、外側からわかる石垣の個々の石材の位置関係から、石垣相互の力を計算する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献１には、石垣の内部に向かって電磁波を発信すると共に、反射した電磁波を受信し、当該受信波に基づいて石材の控え長さや石垣背面構造を推定する技術が開示されている。
【非特許文献１】長瀬、久徳，「飛鳥時代古墳石室の石積み構造について」，第７回電子計算機利用シンポジウム，日本建築学会，１９８５年
【特許文献１】特開２０００−３５２５０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記非特許文献１に開示されている技術では、当該非特許文献１が対象としているような石材全体が観察できる石積み構造物の場合には有効であるが、石垣のように各石材の大部分が観察できない対象に対しては適用することが難しく、適用するためには石垣を解体する必要がある、という問題点があった。また、石材の接触力は当該石材の微妙な突起や窪み等によって大きく変化するため、上記非特許文献１に開示されている技術では、必ずしも精度のよい評価を行うことができるとは限らない、という問題点があった。
【０００８】
また、上記特許文献１に開示されている技術では、石垣を構成する石材の見えない部分の状態を或る程度は評価することができるものの、この技術においても、石材に微妙な突起や窪み等が存在する場合には、必ずしも精度のよい評価を行うことができるとは限らない、という問題点があった。
【０００９】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することのできる安定状態評価装置、安定状態評価方法及び安定状態評価プログラ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】
【００１０】
ここで、本発明の原理を説明する。
【００１１】
本発明の発明者らは、石垣に対して打撃を行ったときの加速度応答を計測することによる以下に示す各種実験を行った。
１．切込直積実験（以下、「実験ＥＡ」という。）
１−１．目的
石材を２個積み重ねた場合の下の石材とブルーシートの間のバネ定数の評価。
１−２．解説
本発明の発明者らは、石垣模型のバネ定数を打撃実験の動的剛性から推定することを試みているが、下の石材を打撃した場合にも上の石材が応答してしまい、２自由度系の影響が出てしまう。このため、下の石材の剛性を正しく評価することができない。そこで、図１５に示すように、石材と石材との間を石膏で固め、上の石材が独立に運動しないように、単なる質量として働くようにしてバネ定数を推定する。
１−３．結果
上の石材と下の石材との間を石膏で固定したため、上下の石材は一体として挙動し、上下の加速度はほぼ等しくなる（その差は石材自体の弾性変形であるため僅かとなる）はずであったが、図１６及び図１７から、上の石材は下の石材に比較してかなり大きな加速度となった。
【００１２】
このため、主要な運動は上下の石材が同じように動く並進運動ではなく、底面を中心とした回転運動であると考え、これに基づいて計算した角加速度のアクセレランスを図１８に示す。予想した通り、６０Ｈｚ以下ではぴったり一致し、この振動数帯の主要な運動が石材の底面を中心とした回転運動であることがわかった。なお、以下では、並進運動を「Ｓｗａｙ」ともいい、回転運動を「Ｒｏｃｋｉｎｇ」ともいう。
【００１３】
Ｓｗａｙ（Ａ）は上下で同じで、加速度センサの位置からＲｏｃｋｉｎｇ（Ｂ）は３倍とすると、下の石材は‘Ａ（ｔ）＋Ｂ（ｔ）’で、上の石材は‘Ａ（ｔ）＋３Ｂ（ｔ）’となり、ＳｗａｙとＲｏｃｋｉｎｇ（下の石材の位置での加速度で表示）を分離することができる。こうした前提で計算したものが図１９及び図２０である。また、これらのフーリエ・スペクトルを図２１（Ａ），（Ｂ）に示す。これらから、Ｒｏｃｋｉｎｇの卓越振動数は２０Ｈｚ及び５０Ｈｚ付近に、Ｓｗａｙの卓越振動数は１３０Ｈｚ付近に各々存在することが分かる。
【００１４】
一連の結果から、石材の運動はＳｗａｙとＲｏｃｋｉｎｇを分けて考えなければならないことが分かった。
２．切込底部固定直積実験（以下、「実験Ｇ」という。）
２−１．目的
石材が１個の状態で、石材への打撃による振動が、石材の運動なのか床の変形なのかを確認する。
【００１５】
また、石材を２個積み重ねた場合の石材の運動の様子を調べる。
２−２．解説
実験ＥＡで、石材の運動は石材底面（床との接触部分）を中心とした回転運動が支配的であることが分かった。
【００１６】
そこで、これがブルーシートの影響なのか、床の変形の問題なのかを確かめるため、図２２に示されるように、石材１個の実験を行う。石材は石膏で床に完全に固定されているため、これで回転運動が検出されれば床が変形していると見なせる。なお、床の振動が極力発生しないように、実験は基礎ばりの上で行う。
【００１７】
床の振動が発生していないことを確認した後、石材を２個積み重ねた場合の打撃による石材の挙動を調べる。
２−３．結果
図２３に、石材１個のモデルの結果を示す。実験ＥＡとは異なり、卓越振動数は７００Ｈｚ付近であり、床の振動ではないことを確認した。動的剛性では、上と下とで２．０×１０９と６．０×１０９と剛性が異なっているが、これは石材自身のせん断あるいは曲げ変形によるものと考えられる。
【００１８】
次に、図２４に示される石材２個を積み重ねたモデルにより実験を行う。なお、加速度センサの数が不足しているため、このモデルでは下の石材の挙動を正確に捉えることができない。そのため、ここでは石材（１）と石材（２）との相対運動ではなく、石材（２）の絶対運動を議論することとする。図２５及び図２６は、図２４に示される配置１の状態で石材（１）を打撃した結果である。この結果から、Ｓｗａｙ（石材（１）の動きを含む石材（２）の並進運動）の剛性は１０１１Ｎ／ｍ程度、Ｒｏｃｋｉｎｇ（石材（１）の回転を含む石材（２）の回転運動）の剛性は１０８Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であることが分かる。
【００１９】
図２７に、観測した加速度と、それに基づいて算出した石材（２）のＳｗａｙ及びＲｏｃｋｉｎｇの加速度の時刻歴を示す。同図において回転分とは、Ｒｏｃｋｉｎｇによって石材（２）の中央で生じた加速度で、これをＳｗａｙと比較すると、ほぼ同じ大きさになっていることが分かる。
【００２０】
図２８は同じ配置１で、石材（２）を打撃した結果である。この結果から、Ｒｏｃｋｉｎｇの剛性は１０７Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であることが分かる。打撃位置によって剛性が異なるのは、石材（２）を打撃した場合にはその力がすべて石材（１）に向かって流れるのに対して、石材（１）を打撃した場合には石材（２）に向かうと同時に床に向かっても流れるためと考えられる。
【００２１】
次に、図２４に示される配置２で石材（１）を打撃した結果を図２９に示す。Ｒｏｃｋｉｎｇの剛性は１０８Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度で図２６と比較して若干小さくなっているものの、石材と石材との間に砂を挟んでいるにもかかわらず、大きな変化とは言えない。これは、石材（１）を打撃した場合、力の流れは床に向かうものが主であることを示していると考えられる。なお、図３０には、配置２の実際の計測状態が示されている。
【００２２】
次に、同じ配置２で石材（２）を打撃した結果を図３１に示す。Ｒｏｃｋｉｎｇの剛性は１０４〜１０５Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度で、図２８に比較して１０２程度小さくなっている。また、振動数帯も図２８が１００Ｈｚ付近であるのに対して、図３１では１０Ｈｚ付近と大きく異なっている。
【００２３】
一連の結果をまとめると、次の表１のようになる。この結果から、不具合箇所（この実験では配置２の石材（１）と石材（２）との間の砂）の上の石材を打撃したときに動的剛性が大きく変わることが分かった。
【００２４】
【表１】
剛性では判断がつかなかった配置２の打撃位置（１）の場合について更に詳しく検討すると、図３２に示すように、図２７の場合とはかなり異なる波形であることが分かる。図２７では石材（１）の波形は石材（２）の波形と沿う形であったが、図３２ではまったく異なっている。また、図２７では石材（２）の下の加速度よりも上の加速度のほうが大きいが、図３２では逆に上のほうが小さく、ほとんど振動していない。
【００２５】
各加速度のアクセレランスを図３３に、比較のため配置１の結果を図３４に示す。図３４により示されるように、配置１では石材（１）と石材（２）の卓越振動数は同じであるが、図３３では、石材（２）の卓越振動数付近に石材（１）のピークは存在しない。これは、配置２での石材間の砂によって石材（２）の振動が石材（１）に伝わらず、配置２では、石材（１）は本来の石材（１）の卓越振動数で振動していることを示している。
【００２６】
これらの特徴を考慮すれば、不具合箇所の下の石材を打撃した場合でも不具合を判別することができるものと考えられる。
３．コンクリートブロック布積実験（以下、「実験Ｈ」という。）
３−１．目的
実際の石垣に近い状態で石材の運動における回転運動と並進運動のどちらが支配的かを調べる。
３−２．解説
実験Ｇによって、直積石材の運動は並進運動と回転運動とで説明できることが分かった。また、上記の運動は加速度センサを石材の上下に並べて設置することで完全に分離して取り出すことができることが分かった。
【００２７】
直積石材はその形状から回転運動が起こりやすいと考えられるが、実際の石垣の振動で回転運動の影響がどの程度かを、図３５及び図３６に示されるモデルにより調べる。
【００２８】
これまでの実験と異なり、歪ゲージ型の加速度センサを６個使用して、中心となる石材（３）の挙動を分析できるようにする。
３−３．結果
図３５に示される配置１での結果を図３７に、配置２での結果を図３８に各々示す。同図における「相対回転分」は、石材の中心部分での相対回転による加速度を表す。回転運動（石材（３）・（１）相対回転分）は、配置１の場合で並進運動（石材（３）・（１）相対）のほぼ半分、配置２の場合で１／３程度あり、やはり石材の挙動を検討する上で無視できないことが分かった。
【００２９】
次に、配置１における並進運動と回転運動を検討する。図３９から、底部の石材（石材（１）及び石材（２））の並進運動の剛性は１０８Ｎ／ｍ程度であり、中央の石材（石材（３））の剛性は１０７Ｎ／ｍ程度であることが分かる。また、図４０から、底部の石材の回転運動の剛性は１０７Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であり、中央の石材の剛性は１０６Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であることが分かる。いずれの場合も、１００Ｈｚ付近に卓越振動数がある。
【００３０】
次に、配置２（石材（１）及び石材（２）と石材（３）との間に砂を挟んだもの）の結果を図４１及び図４２に示す。底部の石材の並進運動の剛性は１０８Ｎ／ｍ程度であり、中央の石材（石材（３））の剛性は１０５Ｎ／ｍ程度であり、配置１に比較して１０２程度小さくなっていることが分かる。また、中央の石材の卓越振動数は５０Ｈｚ付近にあり、配置１よりも低くなっている。
【００３１】
回転運動については、底部の石材の剛性は１０７Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であり、一方、中央の石材の剛性は石材（３）と石材（２）との相対運動において１０４Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であり、配置１に比べて１０２程度小さくなっていることが分かる。また、中央の石材の卓越振動数は石材（３）と石材（２）との相対運動において２０Ｈｚ付近にあり、配置１よりも低くなっている。なお、石材（３）と石材（１）との相対運動においては、２０Ｈｚ付近には動的剛性のグラフで明確な平坦部分は認められず、１００Ｈｚ付近で１０５Ｎ／ｒａｄｉａｎ程度であった。
【００３２】
以上の結果から、不具合箇所の特定は、動的剛性により、定性的には可能であることを確認することができた。
【００３３】
一方、本発明の発明者らは、石垣における石材間の接触状態の定量的評価法の確立を目的として、石材間の介在物による石材の動的挙動（バネ定数、減衰定数、加速度スペクトル、その他）の比較から、介在物や空隙の有無を評価することを試みた。
【００３４】
建設時の石垣は石材が直接接触しており、石垣構造全体の安定性は、背面土の滑り抵抗と石材接触面の摩擦・噛み合わせを期待して成立している。経年変化により空隙や異物が侵入・介在するようになると、接触面の摩擦・噛み合わせによる力の伝達は介在物の変形特性の影響を受けた伝達に変わる。この変化を、石材接触面の滑り、あるいは介在物のせん断変形における石材間の相対変位特性の変化として測定し、石垣構造物全体の相対変位特性値マップを作成し、健全部と不健全部を判別すると共に、数値解析的予測により地震時の安定性を評価する。
【００３５】
三種類の石垣構造模型で、打撃によるインパルス応答振動実験を行った（図４３，図４９，図５１）。ここで、水平に隣接する石材間は非接触状態とした。石材を紙面直交方向にハンマーにより打撃し、打撃された石材及びそれと接触している下方の石材に加速度センサを設置した。
【００３６】
なお、以下で示す実験は、その一部が上述した各種実験と重複するが、説明の便宜上、以下では、参照する図面を、上述した実験に対応する図面と一部重複した状態で示す。
【００３７】
また、表２には、各実験（実験Ｇ，実験Ｈ，実験Ｊ４）で適用された石材の諸元が示されている。なお、実験Ｇにおいて用いられた石材は安山岩であり、実験Ｈ及び実験Ｊ４において用いられた石材はモルタル・ブロックである。
【００３８】
【表２】
実験Ｇ（図４３）では、配置１は石材を直接接触させ、配置２は砂詰め袋を石材間に介在させた。石材（１）（下側）はＲＣ床に石膏で接着し固定した。図４５は、配置２で石材（２）を打撃した時の、ハンマーのロードセル測定値（最大１７７Ｎ）の時刻歴波形である。
【００３９】
石材の運動を図４４に示す石材間の並進運動と石材底の回転運動と考えて算出した石材（２）の石材（１）に対する並進運動の相対加速度波形が図４６である。配置１は剛塑性的摩擦モデルの挙動に近く、配置２は砂・袋・石材面の弾性的挙動に近い。
【００４０】
図４７は、ハンマーによる打撃力を相対変位で除して求めた石材接触面の動的せん断ばね定数である。平坦な部分の値が静的なばね定数と考えられる。配置１のばね定数は１．０×１０８Ｎ／ｍ、配置２のばね定数は１．０×１０６Ｎ／ｍ程度であり、介在物がある場合とない場合とで、ばね定数が大きく異なることが分かる。
【００４１】
こうして求めたばね定数を元に、更にパラメータ・チューニングした質点系解析結果の例として図４８に配置１の一番上の加速度センサの時刻歴を解析と実験とで比較して示す。チューニング後のせん断ばね定数は７．５×１０７Ｎ／ｍであり、動的せん断ばね定数から予想した１．０×１０８Ｎ／ｍに近い値となり、解析と実験とが整合していることを確認した。
【００４２】
モルタル・ブロックを４段布積みしてインパルス応答振動実験をしたのが実験Ｈ（図４９）である。実験方法は実験Ｇと同じである。石材（３）を紙面直交方向に打撃し、石材（１）及び石材（２）との間のせん断ばね定数を求めた。石材（３）と石材（２）及び石材（１）との接触面は、配置１は直接触であり、配置２は砂詰め袋が介在された接触である。
【００４３】
図５０に動的せん断ばね定数の測定結果を示す。石材（３）・（１）と石材（３）・（２）の動的せん断ばね定数の測定値が併記してあるが、両者はほぼ等しい。同様に、せん断ばね定数を読み取ると、配置１は１．０×１０７Ｎ／ｍ（２０〜１５０Ｈｚ）、配置２は１．０×１０５Ｎ／ｍ（１０〜４０Ｈｚ）程度である。せん断ばね定数の配置１と配置２との大小関係は実験Ｇと類似している。
【００４４】
次に、積み方の都合による斜め階段付近の影響を排除し、実際の石垣に近い振動特性を計測するため、５段布積み実験Ｊ４（図５１）を実施した。石材の材質は、モルタル・ブロックである。図中の石材（２１）を打撃した場合の石材（３０）との動的せん断ばね定数と、石材（２４）を打撃して石材（３２）との同定数とを計測したものが図５２である。石材（２１）と石材（３０）との間には梱包材（気泡シート４枚）を介在させ、石材（２４）と石材（３２）との間は直接触である。同図から、実験Ｇ及び実験Ｈと同じ要領でせん断ばね定数を読み取ると、石材（２１）と石材（３０）との間は１．０×１０６Ｎ／ｍ（１０〜７０Ｈｚ）、石材（２４）と石材（３２）との間は１．０×１０８Ｎ／ｍ（５０〜１００Ｈｚ）程度であり、実験Ｇ，Ｈとばね定数の大小関係は類似している。
【００４５】
以上のように、布積み石積を中心に、石垣構造物の石材間介在物の有無を判定するために、インパルス応答実験を実施した。石材間相対加速度から動的特性を求め、特性値のうち、動的せん断ばね定数の測定結果を示した。特性値の比較から介在物の有無の評価が可能であり、算出したばね定数が数値解析とも整合することが判明した。
【００４６】
以上の原理に基づき、請求項１記載の安定状態評価装置は、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得手段と、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価手段と、前記評価手段による評価結果を示す情報を表示する表示手段と、を備えている。
【００４７】
請求項１記載の安定状態評価装置によれば、取得手段により、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方が取得されると共に、前記打撃力の時刻歴情報が取得される。なお、上記石材には、花こう岩、安山岩などのＪＩＳ Ａ５００３に規定される石材及びコンクリートブロックが含まれる。
【００４８】
ここで、本発明では、検出手段により、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性が検出され、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性が検出される。
【００４９】
そして、本発明では、評価手段により、前記検出手段によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態が評価され、当該評価結果を示す情報が表示手段によって表示される。なお、上記表示手段による表示には、液晶ディスプレイ装置、プラズマ・ディスプレイ装置、有機ＥＬディスプレイ装置、ＣＲＴディスプレイ装置等の各種ディスプレイ装置による可視表示の他、プリンタ装置等の画像形成装置による永久可視表示、音声合成装置等の音声出力装置による可聴表示が含まれる。
【００５０】
すなわち、本発明では、前述した原理に基づき、並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方に基づいて静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材の安定状態を評価しており、この結果として、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができるようにしている。
【００５１】
このように、請求項１記載の安定状態評価装置によれば、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、前記並進加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記回転加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示手段によって表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【００５２】
なお、本発明は、請求項２に記載の発明のように、前記検出手段が、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出する導出手段と、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出するアクセレランス算出手段と、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出する動的剛性算出手段と、を備え、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出するものとしてもよい。これにより、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５３】
特に、請求項２に記載の発明は、請求項３に記載の発明のように、前記評価手段が、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価するものとしてもよい。これにより、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５４】
また、請求項２又は請求項３に記載の発明は、請求項４に記載の発明のように、全ての前記評価対象石材について、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出する減衰定数算出手段を更に備え、前記評価手段が、前記減衰定数算出手段によって算出された全ての前記評価対象石材の前記減衰定数と前記静的剛性に基づいて質点系解析を行うことにより、前記評価対象石材の全体的な安定状態を評価するものとしてもよい。これにより、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５５】
特に、請求項４に記載の発明は、請求項５に記載の発明のように、前記減衰定数と前記静的剛性を、前記取得手段によって取得された、対応する並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を用いた逆解析によって調整する調整手段を更に備えてもよい。これにより、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５６】
また、請求項５に記載の発明は、前記調整手段が、前記逆解析を、遺伝的アルゴリズムを用いて行うものとしてもよい。これにより、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５７】
さらに、本発明は、請求項６に記載の発明のように、前記取得手段が、前記並進加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられ、前記回転加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の上端部近傍と下端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記並進加速度ＨＡＣ及び前記回転加速度ＫＡＣを次の演算式により算出することによって算出するものとしてもよい。
【００５８】
【数１】
これにより、より簡易に並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【００５９】
一方、上記目的を達成するために、請求項７記載の安定状態評価方法は、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得工程と、前記取得工程によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得工程によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出工程と、前記検出工程によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価工程と、前記評価工程による評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示工程と、を有するものである。
【００６０】
従って、請求項７記載の安定状態評価方法によれば、請求項１記載の発明と同様に作用するので、請求項１記載の発明と同様に、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【００６１】
一方、上記目的を達成するために、請求項８記載の安定状態評価プログラムは、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得ステップと、前記取得ステップによって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得ステップによって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出ステップと、前記検出ステップによって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価ステップと、前記評価ステップによる評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示ステップと、をコンピュータに実行させるものである。
【００６２】
従って、請求項８記載の安定状態評価プログラムによれば、コンピュータに対して請求項１記載の発明と同様に作用させることができるので、請求項１記載の発明と同様に、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【発明の効果】
【００６３】
本発明によれば、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、前記並進加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記回転加速度の時刻歴情報を取得した場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示手段によって表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる、という効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。
【００６５】
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明が適用された安定状態評価システム１０の構成を説明する。
【００６６】
同図に示すように、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０は、当該システム１０の中核的な役割を担うパーソナル・コンピュータ（以下、「ＰＣ」という。）１２と、加速度センサ１４と、インパルス・ハンマー１６と、アンプ１８と、データ・レコーダ２０と、記録・出力装置２２とを備えている。
【００６７】
加速度センサ１４の加速度の計測結果を示す加速度情報を出力する出力端子、及びインパルス・ハンマー１６による打撃力を示す打撃力情報を出力する出力端子は、共にアンプ１８の入力端子に接続されており、アンプ１８の出力端子はデータ・レコーダ２０の入力部に接続されている。従って、上記加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。
【００６８】
一方、データ・レコーダ２０の出力部はＰＣ１２の入力部に接続される一方、ＰＣ１２の出力部は記録・出力装置２２の入力部に接続されている。従って、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された加速度情報及び打撃力情報を読み出すことにより取得することができる一方、当該加速度情報及び打撃力情報に基づく各種情報を記録・出力装置２２によって記録し、かつ出力することができる。なお、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、記録・出力装置２２として、上記各種情報を記録するためのものとしてハードディスク装置が、上記各種情報を出力するためのものとしてプリンタが、各々搭載されているが、各種情報を記録ないし出力することができるものであれば、この装置に限らないことは言うまでもない。
【００６９】
次に、図２を参照して、本システムにおいて特に重要な役割を有するＰＣ１２の電気系の要部構成を説明する。
【００７０】
同図に示すように、本実施の形態に係るＰＣ１２は、ＰＣ１２全体の動作を司るＣＰＵ（中央処理装置）１２Ａと、ＣＰＵ１２Ａによる各種処理プログラムの実行時のワークエリア等として用いられるＲＡＭ１２Ｂと、各種制御プログラムや各種パラメータ等が予め記憶されたＲＯＭ１２Ｃと、各種情報を記憶するために用いられる二次記憶部（ここでは、ハードディスク装置）１２Ｄと、各種情報を入力するために用いられるキーボード１２Ｅと、各種情報を表示するために用いられるディスプレイ１２Ｆと、外部装置等との間の各種信号の授受を司る入出力Ｉ／Ｆ（インタフェース）１２Ｇと、が備えられており、これら各部はシステムバスＢＵＳにより電気的に相互に接続されている。
【００７１】
従って、ＣＰＵ１２Ａは、ＲＡＭ１２Ｂ、ＲＯＭ１２Ｃ、及び二次記憶部１２Ｄに対するアクセス、キーボード１２Ｅを介した各種入力情報の取得、ディスプレイ１２Ｆに対する各種情報の表示、及び入出力Ｉ／Ｆ１２Ｇを介した外部装置等との間の各種情報の授受を各々行うことができる。なお、入出力Ｉ／Ｆ１２Ｇには、前述したデータ・レコーダ２０及び記録・出力装置２２が電気的に接続されている。
【００７２】
一方、図３には、ＰＣ１２に備えられた二次記憶部１２Ｄの主な記憶内容が模式的に示されている。同図に示すように、二次記憶部１２Ｄには、各種データベースを記憶するためのデータベース領域ＤＢと、各種処理を行うためのプログラム等を記憶するためのプログラム領域ＰＧと、が設けられている。
【００７３】
なお、データベース領域ＤＢには、石垣情報データベースＤＢ１と、計測情報データベースＤＢ２とが含まれている。
【００７４】
本実施の形態に係る石垣情報データベースＤＢ１は、一例として図４に模式的に示されるように、石材番号及び位置の各情報が、安定状態評価システム１０により評価対象としている石垣を構成する石材毎に記憶されるように構成されている。
【００７５】
上記石材番号情報は、評価対象とする石垣に含まれる各石材を識別するために、当該各石材に対し、互いに異なるものとして予め付与された情報である。
【００７６】
一方、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、一例として図５に模式的に示されるように、評価対象とする石垣に含まれる各石材の位置を、予め定められた基準位置（同図に示す例では、左上角点の位置）に位置する石材の位置を原点座標（１，１）としたＸ−Ｙ座標系で表現する。例えば、上記基準位置に位置する石材の右隣に隣接する石材の位置は（２，１）であり、上記基準位置に位置する石材の下に隣接する石材の位置は（１，２）である。
【００７７】
上記石垣情報データベースＤＢ１における位置情報は、このＸ−Ｙ座標系により対応する石材の位置を示す情報であり、当該データベースを参照することによって、一例として図５に示されるような、評価対象とする石垣を示す画像を模式的に再現することができる。
【００７８】
一方、本実施の形態に係る計測情報データベースＤＢ２は、一例として図６に模式的に示されるように、石材番号、打撃力時刻歴、及び加速度時刻歴の各情報が、上記石材毎に記憶されるように構成されている。
【００７９】
上記石材番号情報は、石垣情報データベースＤＢ１と同一のものであり、上記打撃力時刻歴情報は、インパルス・ハンマー１６から出力され、アンプ１８を介してデータ・レコーダ２０により記憶された打撃力の時刻歴を示す情報であり、上記加速度時刻歴情報は、インパルス・ハンマー１６により対応する打撃力で、対応する石材を打撃した際に加速度センサ１４から出力され、アンプ１８を介してデータ・レコーダ２０に記録された加速度応答を示す情報である。
【００８０】
ところで、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、石垣を構成する個々の石材の運動が、一例として図４４に示されるように、石材間における石材と石材との界面での並進運動と、石材の底面を中心とした回転運動とに分けられるものと考え、図１に示されるように、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣（図示省略。）における当該複数の石材のうちの安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度応答を示す加速度時刻歴情報を加速度センサ１４を介して取得し、取得した加速度時刻歴情報により示される加速度応答に基づいて評価対象石材５０の静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価するものとされている。
【００８１】
ここで、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、上記加速度時刻歴情報として、並進加速度の時刻歴情報を採用しており、一例として図４９に示されるように、加速度センサ１４を、評価対象石材５０の下端部近傍と当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍に設け、評価対象石材５０の正面視略中央部に対してインパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度時刻歴情報を各加速度センサ１４によって取得し、計測情報データベースＤＢ２に記録するものとされている。ここで、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に石材が存在しないが、この場合は評価対象石材５０の下端部近傍にのみ加速度センサ１４を設ける。
【００８２】
なお、図２４で示したものでは、評価対象石材の下部に隣接する石材に対する加速度センサの配設位置を当該石材の鉛直方向中央部としたが、並進加速度は、評価対象石材の下端部の加速度と当該評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部の加速度の差を示すものであるので、評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部に極力近づけたほうが好ましく、本実施の形態では、この形態を適用している。なお、この形態に限らず、例えば、評価対象石材の下部に隣接する石材の鉛直方向の異なる２点に加速度センサを設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、上端部における加速度を算出する形態とすることもできる。また、同様に、評価対象石材についても、加速度センサを鉛直方向の異なる２点に設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、下端部における加速度を算出する形態とすることもできる。
【００８３】
次に、本実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【００８４】
まず、複数の評価対象石材５０における加速度時刻歴情報を取得する際の安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【００８５】
このとき、作業員は、上述したように、複数の評価対象石材５０のうちの何れか１つの下端部近傍に加速度センサ１４を設ける一方、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材が存在する場合には、当該石材の上端部近傍に加速度センサ１４を設ける。そして、作業員は、インパルス・ハンマー１６により評価対象石材５０の正面視略中央部に対して打撃力を与える。
【００８６】
この打撃力の付与に応じて加速度センサ１４から加速度の計測結果を示す加速度情報が出力される一方、インパルス・ハンマー１６からは上記打撃力を示す打撃力情報が出力される。
【００８７】
この加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。このとき、加速度情報については、インパルス・ハンマー１６により打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムで加速度センサ１４から出力されるため、これを加速度時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。また、打撃力情報については、評価対象石材５０に打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムでインパルス・ハンマー１６から出力されるため、これを打撃力時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。
【００８８】
なお、このとき、作業員は、インパルス・ハンマー１６による評価対象石材５０に対する打撃を、予め定められた順に実施する。これにより、上記予め定められた順に、打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報がデータ・レコーダ２０に記録されるので、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された順に応じて、対応する石材番号に関連付けた状態で打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を計測情報データベースＤＢ２に登録する。なお、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍における加速度時刻歴情報として、加速度がないことを示す０（零）を計測情報データベースＤＢ２に登録する。
【００８９】
以上の処理により、一例として図６に示される計測情報データベースＤＢ２が構築されることになる。
【００９０】
次に、図７を参照して、以上の手順により構築された計測情報データベースＤＢ２を用いて評価対象石材５０の安定状態を評価する際の本実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。なお、図７は、ユーザにより、ＰＣ１２に設けられているキーボード等の入力装置（図示省略。）を介して安定状態の評価の実行指示が入力された際にＰＣ１２のＣＰＵ１２Ａによって実行される安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するために、石垣情報データベースＤＢ１及び計測情報データベースＤＢ２が予め構築されている場合について説明する。
【００９１】
同図のステップ１００では、計測情報データベースＤＢ２から何れか１つの評価対象石材５０に対応する打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を読み出し、次のステップ１０２にて、次の（１）式により並進加速度の時刻歴情報を算出する。なお、（１）式において、ＡＣ２は評価対象石材５０の下端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、ＡＣ３は評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、ＨＡＣは並進加速度を表し、同一時刻に対応する加速度ＡＣ２と加速度ＡＣ３を（１）式に代入することにより、並進加速度の時刻歴情報を算出する。
【００９２】
【数２】
次のステップ１０４では、上記ステップ１００の処理によって読み出された打撃力時刻歴情報をフーリエ変換することによって打撃力のスペクトルを導出すると共に、上記ステップ１０２の処理によって算出された並進加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって並進加速度のスペクトルを導出する。
【００９３】
次のステップ１０６では、上記ステップ１０４の処理によって導出された並進加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって並進運動に関するアクセレランスを算出し、次のステップ１０８では、上記打撃力のスペクトルを、上記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより並進運動に関する動的剛性を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【００９４】
次のステップ１１０では、上記ステップ１０８の処理によって算出された並進運動に関する動的剛性から、上記ステップ１０６の処理によって算出された並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を静的剛性として検出する。
【００９５】
すなわち、ハンマーの加振力ｆ（ｔ）と、石材の運動方程式は次の式のように表される。ここで、ｍは石材の質量を表し、ｃは減衰定数を表し、ｋはばね定数（静的剛性）を表す。また、ａ（ｔ）は石材の加速度を表し、ｖ（ｔ）は石材の速度を表し、ｄ（ｔ）は石材の変位を表す。
【００９６】
【数３】
これをフーリエ変換して加振力スペクトルを求めると、次の式となる。ここで、Ｆ（ω）は加振力スペクトルを表し、Ａ（ω）は石材の加速度スペクトルを表し、Ｖ（ω）は石材の速度スペクトルを表し、Ｄ（ω）は石材の変位スペクトルを表す。
【００９７】
【数４】
これを変位スペクトルＤ（ω）で割り、動的剛性を求めると、次の式のようになる。
【００９８】
【数５】
ところで、速度スペクトルＶ（ω）及び加速度スペクトルＡ（ω）は次の式で表される。
【００９９】
【数６】
そこで、この式を代入することにより、動的剛性は次の式で表される。
【０１００】
【数７】
質量ｍ，減衰定数ｃ，ばね定数ｋと、ωの大きさにより、特定のωにおいて、第１項〜第３項のどの部分が支配的になるかが決まる。第１項はωの２次の項であり、第２項はωの１次の項、第３項は定数となっているので、動的剛性の中で定数になっている（グラフにおいては平坦となっている）部分がばね定数ｋ、すなわち静的剛性となる。
【０１０１】
なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ１１０の処理で用いる上記所定範囲として、当該範囲内に上記変化量が含まれていれば、静的剛性であるものと判断することのできる範囲として予め実験等により得られた範囲を適用しているが、これに限るものではない。
【０１０２】
次のステップ１１２では、上記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１０３】
なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、一例として図８に示されるように、上記変位時刻歴の第１のピーク値をｄ１とし、第２のピーク値をｄ２として、第１のピーク値ｄ１及び第２のピーク値ｄ２を次の（２）式に代入することにより、減衰定数ｈを算出する。
【０１０４】
【数８】
なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記変位時刻歴を、上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出している。
【０１０５】
次のステップ１１４では、全ての評価対象石材５０について上記ステップ１００〜ステップ１１２の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ１００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ１１６に移行する。なお、上記ステップ１００〜ステップ１１４の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった評価対象石材５０を処理対象とするようにする。
【０１０６】
ステップ１１６では、上記ステップ１１０の処理によって記憶された全ての評価対象石材５０の静的剛性を読み出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を判定（評価）する。なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ１１６の処理を、静的剛性が他の評価対象石材５０に比較して所定レベルより小さい評価対象石材５０を、固定度が低く、不安定である石材であるものとして同定することにより行っている。
【０１０７】
本実施の形態では、上記所定レベルとして、各評価対象石材５０の静的剛性の最大値の所定割合（一例として、５０％）の値を適用しているが、これに限らず、安定状態評価システム１０の用途や、要求される精度等に応じて上記所定レベルを適宜設定するようにしてもよい。また、上記ステップ１１６において行われる判定処理は、このような他の評価対象石材５０との比較による相対的な判定処理に限らず、例えば、安定している状態の石材における静的剛性を基準値として予め得ておき、当該基準値より静的剛性が所定値以上小さな評価対象石材５０を不具合のある石材であるものとして同定する形態等、算出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価する形態であれば、如何なる形態も適用することができる。
【０１０８】
次のステップ１１８では、上記ステップ１１６の処理によって得られた評価対象石材５０の安定状態の判定結果に基づいて、予め定められたフォーマットとされた評価結果を示す結果画面を示す情報を構成し、次のステップ１２０にて、構成した情報に基づいて上記結果画面をディスプレイ１２Ｆによって表示させ、その後に本安定状態評価処理プログラムを終了する。
【０１０９】
図９には、本安定状態評価処理プログラムのステップ１２０の処理によってディスプレイ１２Ｆにより表示された結果画面の表示状態例が示されている。同図に示されるように、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ１１６の処理によって固定度が低いものと判定された石材が表示される。従って、安定状態評価システム１０の利用者は、当該結果画面を参照することにより、対策する場合に優先すべき石材を容易に把握することができる。
【０１１０】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該並進加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態では、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出し、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出し、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出しているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１１２】
特に、本実施の形態では、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価しているので、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１１３】
更に、本実施の形態では、前記評価対象石材の下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３としたとき、前記並進加速度ＨＡＣを上記（１）式により算出しているので、より簡易に並進加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１１４】
［第２の実施の形態］
本第２の実施の形態では、回転加速度の時刻歴情報を用いて石材の安定状態を評価する場合の形態例について説明する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の構成、及び各データベースＤＢ１，ＤＢ２のデータ構造は、上記第１の実施の形態に係るもの（図１〜図６参照。）と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【０１１５】
本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０においても、石垣を構成する個々の石材の運動が、一例として図４４に示されるように、石材間における石材と石材との界面での並進運動と、石材の底面を中心とした回転運動とに分けられるものと考え、図１に示されるように、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣（図示省略。）における当該複数の石材のうちの安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度応答を示す加速度時刻歴情報を加速度センサ１４を介して取得し、取得した加速度時刻歴情報により示される加速度応答に基づいて評価対象石材５０の静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価するものとされている。
【０１１６】
ここで、本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、上記加速度時刻歴情報として、回転加速度の時刻歴情報を採用しており、一例として図４９に示されるように、加速度センサ１４を、評価対象石材５０の上端部近傍と下端部近傍に設け、評価対象石材５０の正面視略中央部に対してインパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度時刻歴情報を各加速度センサ１４によって取得し、計測情報データベースＤＢ２に記録するものとされている。
【０１１７】
次に、本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１１８】
まず、複数の評価対象石材５０における加速度時刻歴情報を取得する際の安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１１９】
このとき、作業員は、上述したように、複数の評価対象石材５０のうちの何れか１つの上端部近傍と下端部近傍に加速度センサ１４を設ける。そして、作業員は、インパルス・ハンマー１６により評価対象石材５０の正面視略中央部に対して打撃力を与える。
【０１２０】
この打撃力の付与に応じて各加速度センサ１４から加速度の計測結果を示す加速度情報が出力される一方、インパルス・ハンマー１６からは上記打撃力を示す打撃力情報が出力される。
【０１２１】
この加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。このとき、加速度情報については、インパルス・ハンマー１６により打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムで加速度センサ１４から出力されるため、これを加速度時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。また、打撃力情報については、評価対象石材５０に打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムでインパルス・ハンマー１６から出力されるため、これを打撃力時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。
【０１２２】
なお、このとき、作業員は、インパルス・ハンマー１６による評価対象石材５０に対する打撃を、予め定められた順に実施する。これにより、上記予め定められた順に、打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報がデータ・レコーダ２０に記録されるので、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された順に応じて、対応する石材番号に関連付けた状態で打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を計測情報データベースＤＢ２に登録する。
【０１２３】
以上の処理により、一例として図６に示される計測情報データベースＤＢ２が構築されることになる。
【０１２４】
次に、図１０を参照して、以上の手順により構築された計測情報データベースＤＢ２を用いて評価対象石材５０の安定状態を評価する際の本第２の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。なお、図１０は、ユーザにより、ＰＣ１２に設けられているキーボード等の入力装置（図示省略。）を介して安定状態の評価の実行指示が入力された際にＰＣ１２のＣＰＵ１２Ａによって実行される、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するために、石垣情報データベースＤＢ１及び計測情報データベースＤＢ２が予め構築されている場合について説明する。
【０１２５】
同図のステップ２００では、計測情報データベースＤＢ２から何れか１つの評価対象石材５０に対応する打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を読み出し、次のステップ２０２にて、次の（３）式により回転加速度の時刻歴情報を算出する。なお、（３）式において、ＡＣ１は評価対象石材５０の上端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、ＡＣ２は評価対象石材５０の下端部近傍に設けられた加速度センサにより測定された加速度を表し、Ｄは前記評価対象石材５０の上端部近傍に設けられた加速度センサと下端部近傍に設けられた加速度センサの距離を表し、ＫＡＣは回転加速度を表し、同一時刻に対応する加速度ＡＣ１と加速度ＡＣ２を（３）式に代入することにより、回転加速度の時刻歴情報を算出する。
【０１２６】
【数９】
次のステップ２０４では、上記ステップ２００の処理によって読み出された打撃力時刻歴情報をフーリエ変換することによって打撃力のスペクトルを導出すると共に、上記ステップ２０２の処理によって算出された回転加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって回転加速度のスペクトルを導出する。
【０１２７】
次のステップ２０６では、上記ステップ２０４の処理によって導出された回転加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって回転運動に関するアクセレランスを算出し、次のステップ２０８では、上記打撃力のスペクトルを、上記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより回転運動に関する動的剛性を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１２８】
次のステップ２１０では、上記ステップ２０８の処理によって算出された回転運動に関する動的剛性から、上記ステップ２０６の処理によって算出された回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を静的剛性として検出する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定範囲として、当該範囲内に上記変化量が含まれていれば、静的剛性であるものと判断することのできる範囲として予め実験等により得られた範囲を適用しているが、これに限るものではない。
【０１２９】
次のステップ２１２では、上記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出して、二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１３０】
なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムにおいても、上記（２）式を用いて減衰定数ｈを算出する。
【０１３１】
本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記変位時刻歴を、上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出している。
【０１３２】
次のステップ２１４では、全ての評価対象石材５０について上記ステップ２００〜ステップ２１２の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ２００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ２１６に移行する。なお、上記ステップ２００〜ステップ２１４の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった評価対象石材５０を処理対象とするようにする。
【０１３３】
ステップ２１６では、上記ステップ２１０の処理によって記憶された全ての評価対象石材５０の静的剛性を読み出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を判定（評価）する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ２１６の処理を、静的剛性が他の評価対象石材５０に比較して所定レベルより小さい評価対象石材５０を、固定度が低く、不安定である石材であるものとして同定することにより行っている。
【０１３４】
本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定レベルとして、各評価対象石材５０の静的剛性の最大値の所定割合（一例として、５０％）の値を適用しているが、これに限らず、安定状態評価システム１０の用途や、要求される精度等に応じて上記所定レベルを適宜設定するようにしてもよい。また、上記ステップ２１６において行われる判定処理は、このような他の評価対象石材５０との比較による相対的な判定処理に限らず、例えば、安定している状態の石材における静的剛性を基準値として予め得ておき、当該基準値より静的剛性が所定値以上小さな評価対象石材５０を不具合のある石材であるものとして同定する形態等、算出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価する形態であれば、如何なる形態も適用することができる。
【０１３５】
次のステップ２１８では、上記ステップ２１６の処理によって得られた評価対象石材５０の安定状態の判定結果に基づいて、予め定められたフォーマットとされた評価結果を示す結果画面を示す情報を構成し、次のステップ２２０にて、構成した情報に基づいて上記結果画面をディスプレイ１２Ｆによって表示させ、その後に本安定状態評価処理プログラムを終了する。なお、本第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムのステップ２２０の処理においても、図９に示される結果画面がディスプレイ１２Ｆにより表示される。従って、安定状態評価システム１０の利用者は、当該結果画面を参照することにより、対策する場合に優先すべき石材を容易に把握することができる。
【０１３６】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における回転加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該回転加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【０１３７】
また、本実施の形態では、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出し、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出し、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出し、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出しているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１３８】
特に、本実施の形態では、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価しているので、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１３９】
更に、本実施の形態では、前記評価対象石材の上端部近傍と下端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記回転加速度ＫＡＣを（３）式により算出しているので、より簡易に回転加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１４０】
［第３の実施の形態］
本第３の実施の形態では、並進加速度及び回転加速度の各々の時刻歴情報を用いて石材の安定状態を評価する場合の形態例について説明する。なお、本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の構成、及び各データベースＤＢ１，ＤＢ２のデータ構造は、上記第１の実施の形態に係るもの（図１〜図６参照。）と同一であるので、ここでの説明は省略する。
【０１４１】
本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０においても、石垣を構成する個々の石材の運動が、一例として図４４に示されるように、石材間における石材と石材との界面での並進運動と、石材の底面を中心とした回転運動とに分けられるものと考え、図１に示されるように、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣（図示省略。）における当該複数の石材のうちの安定状態の評価対象とする評価対象石材５０に対し、インパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度応答を示す加速度時刻歴情報を加速度センサ１４を介して取得し、取得した加速度時刻歴情報により示される加速度応答に基づいて評価対象石材５０の静的剛性を検出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価するものとされている。
【０１４２】
ここで、本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０では、上記加速度時刻歴情報として、並進加速度と回転加速度の双方の時刻歴情報を採用しており、一例として図４９に示されるように、加速度センサ１４を、評価対象石材５０の上端部近傍及び下端部近傍に設けると共に、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍に設け、評価対象石材５０の正面視略中央部に対してインパルス・ハンマー１６により打撃力を与えたときの加速度時刻歴情報を各加速度センサ１４によって取得し、計測情報データベースＤＢ２に記録するものとされている。ここで、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に石材が存在しないが、この場合は評価対象石材５０の上端部近傍及び下端部近傍にのみ加速度センサ１４を設ける。
【０１４３】
なお、図２４で示したものでは、評価対象石材の下部に隣接する石材に対する加速度センサの配設位置を当該石材の鉛直方向中央部としたが、並進加速度は、評価対象石材の下端部の加速度と当該評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部の加速度の差を示すものであるので、評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部に極力近づけたほうが好ましく、本実施の形態では、この形態を適用している。なお、この形態に限らず、例えば、評価対象石材の下部に隣接する石材の鉛直方向の異なる２点に加速度センサを設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、上端部における加速度を算出する形態とすることもできる。また、同様に、評価対象石材についても、加速度センサを鉛直方向の異なる２点に設け、当該２点の加速度センサによる計測値を用いた補間により、下端部における加速度を算出する形態とすることもできる。
【０１４４】
次に、本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１４５】
まず、複数の評価対象石材５０における加速度時刻歴情報を取得する際の安定状態評価システム１０の作用を説明する。
【０１４６】
このとき、作業員は、上述したように、複数の評価対象石材５０のうちの何れか１つの上端部近傍と下端部近傍に加速度センサ１４を設ける一方、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材が存在する場合には、当該石材の上端部近傍に加速度センサ１４を設ける。そして、作業員は、インパルス・ハンマー１６により評価対象石材５０の正面視略中央部に対して打撃力を与える。
【０１４７】
この打撃力の付与に応じて各加速度センサ１４から加速度の計測結果を示す加速度情報が出力される一方、インパルス・ハンマー１６からは上記打撃力を示す打撃力情報が出力される。
【０１４８】
この加速度情報及び打撃力情報はアンプ１８によって所定のレベル範囲にまで増幅された後、データ・レコーダ２０により記録される。このとき、加速度情報については、インパルス・ハンマー１６により打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムで加速度センサ１４から出力されるため、これを加速度時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。また、打撃力情報については、評価対象石材５０に打撃力が与えられた直後から時系列に順次リアルタイムでインパルス・ハンマー１６から出力されるため、これを打撃力時刻歴情報としてデータ・レコーダ２０に記録する。
【０１４９】
なお、このとき、作業員は、インパルス・ハンマー１６による評価対象石材５０に対する打撃を、予め定められた順に実施する。これにより、上記予め定められた順に、打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報がデータ・レコーダ２０に記録されるので、ＰＣ１２は、データ・レコーダ２０に記録された順に応じて、対応する石材番号に関連付けた状態で打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を計測情報データベースＤＢ２に登録する。なお、評価対象石材５０が評価対象とする石垣の下端部に位置する場合には、当該評価対象石材５０の下部に隣接する石材の上端部近傍における加速度時刻歴情報として、加速度がないことを示す０（零）を計測情報データベースＤＢ２に登録する。
【０１５０】
以上の処理により、一例として図６に示される計測情報データベースＤＢ２が構築されることになる。
【０１５１】
次に、図１１を参照して、以上の手順により構築された計測情報データベースＤＢ２を用いて評価対象石材５０の安定状態を評価する際の本第３の実施の形態に係る安定状態評価システム１０の作用を説明する。なお、図１１は、ユーザにより、ＰＣ１２に設けられているキーボード等の入力装置（図示省略。）を介して安定状態の評価の実行指示が入力された際にＰＣ１２のＣＰＵ１２Ａによって実行される安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムは二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。また、ここでは、錯綜を回避するために、石垣情報データベースＤＢ１及び計測情報データベースＤＢ２が予め構築されている場合について説明する。
【０１５２】
同図のステップ３００では、計測情報データベースＤＢ２から何れか１つの評価対象石材５０に対応する打撃力時刻歴情報及び加速度時刻歴情報を読み出し、次のステップ３０２にて、上記（１）式により並進加速度の時刻歴情報を算出すると共に、上記（３）式により回転加速度の時刻歴情報を算出する。
【０１５３】
次のステップ３０４では、上記ステップ３００の処理によって読み出された打撃力時刻歴情報をフーリエ変換することによって打撃力のスペクトルを導出すると共に、上記ステップ３０２の処理によって算出された並進加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって並進加速度のスペクトルを導出し、かつ上記ステップ３０２の処理によって算出された回転加速度の時刻歴情報をフーリエ変換することによって回転加速度のスペクトルを導出する。
【０１５４】
次のステップ３０６では、上記ステップ３０４の処理によって導出された並進加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって並進運動に関するアクセレランスを算出すると共に、上記ステップ３０４の処理によって導出された回転加速度のスペクトルを打撃力のスペクトルで除算することによって回転運動に関するアクセレランスを算出し、次のステップ３０８では、上記打撃力のスペクトルを、上記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより並進運動に関する動的剛性を算出すると共に、上記打撃力のスペクトルを、上記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより回転運動に関する動的剛性を算出して、各動的剛性を示す情報を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１５５】
次のステップ３１０では、上記ステップ３０８の処理によって算出された並進運動に関する動的剛性から、上記ステップ３０６の処理によって算出された並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を並進運動に関する静的剛性として検出すると共に、上記ステップ３０８の処理によって算出された回転運動に関する動的剛性から、上記ステップ３０６の処理によって算出された回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を回転運動に関する静的剛性として検出して、検出した静的剛性を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。なお、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定範囲として、当該範囲内に上記変化量が含まれていれば、静的剛性であるものと判断することのできる範囲として、並進運動及び回転運動の各々別に予め実験等により得られた範囲を適用しているが、これに限るものではない。
【０１５６】
次のステップ３１２では、上記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより並進運動の変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて並進運動の減衰定数を算出すると共に、上記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより回転運動の変位時刻歴を算出し、当該変位時刻歴に基づいて回転運動の減衰定数を算出して、算出した減衰定数を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。
【０１５７】
なお、本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムにおいても、上記（２）式を用いて減衰定数ｈを算出する。
【０１５８】
本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記並進運動の変位時刻歴を、上記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出すると共に、上記回転運動の変位時刻歴を、上記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出している。
【０１５９】
次のステップ３１４では、全ての評価対象石材５０について上記ステップ３００〜ステップ３１２の処理が終了したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ３００に戻る一方、肯定判定となった時点でステップ３１６に移行する。なお、上記ステップ３００〜ステップ３１４の処理を繰り返し実行する際には、それまでに処理対象としなかった評価対象石材５０を処理対象とするようにする。
【０１６０】
ステップ３１６では、上記ステップ３１０の処理によって記憶された全ての評価対象石材５０の静的剛性を読み出し、当該静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を判定（評価）して、当該判定結果を示す情報を二次記憶部１２Ｄの所定領域に記憶する。なお、本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記ステップ３１６の処理を、並進運動に関する静的剛性及び回転運動に関する静的剛性の少なくとも一方が他の評価対象石材５０に比較して所定レベルより小さい評価対象石材５０を、固定度が低く、不安定である石材であるものとして同定することにより行っている。
【０１６１】
本第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記所定レベルとして、各評価対象石材５０の対応する静的剛性の最大値の所定割合（一例として、５０％）の値を適用しているが、これに限らず、安定状態評価システム１０の用途や、要求される精度等に応じて上記所定レベルを適宜設定するようにしてもよい。また、上記ステップ３１６において行われる判定処理は、このような他の評価対象石材５０との比較による相対的な判定処理に限らず、例えば、安定している状態の石材における静的剛性を基準値として予め得ておき、当該基準値より静的剛性が所定値以上小さな評価対象石材５０を不具合のある石材であるものとして同定する形態等、算出した静的剛性に基づいて評価対象石材５０の安定状態を評価する形態であれば、如何なる形態も適用することができる。
【０１６２】
ところで、石材を打撃した力は周囲の石材全てに流れるため、上下の石材の間に作用した力はインパルス・ハンマーで計測された力よりも小さくなる。従って、計測により求められた動的剛性が必ずしも上下の石材の間の剛性を表すわけではない。そのため、求められた静的剛性（ばね定数）及び減衰定数を初期値として打撃試験を模擬するように調整することで、より正確なパラメータを求めれば、より正確な安定性評価を行うことができる。
【０１６３】
そこで、次のステップ３１８では、以上の処理によって得られた静的剛性及び減衰定数を、対応する加速度の時刻歴情報を用いた逆解析（本実施の形態では、遺伝的アルゴリズムによる逆解析）によって調整する調整処理ルーチン・プログラムを実行する。なお、遺伝的アルゴリズムは、ダーウィンの進化論を応用して、ある解空間のなかでの最適解を探索する手法であり、微分不可能な問題にも適用可能であり、拘束条件が複雑な問題にも適用可能といった特徴をもっている。
【０１６４】
以下、図１２を参照して、調整処理ルーチン・プログラムについて説明する。なお、図１２は、当該調整処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートであり、当該プログラムも二次記憶部１２Ｄのプログラム領域ＰＧに予め記憶されている。
【０１６５】
まず、ステップ３５０では、上記ステップ３１０の処理によって記憶された静的剛性（ばね定数）及び上記ステップ３１２の処理によって記憶された減衰定数を二次記憶部１２Ｄから読み出し、読み出した静的剛性及び減衰定数を２進数にコーディングし、乱数により複数の解の候補群（以下、「個体群」という。）を作成する。
【０１６６】
次のステップ３５２では、各個体が、どの程度解としてふさわしいか（適応度）を評価し、次のステップ３５４にて、ふさわしくない個体を削除する淘汰を行い、次のステップ３５６にて、２つの個体から新たな個体（解候補）を作成する交叉を行い、更に、次のステップ３５８にて、乱数によって新たな解候補を作成する突然変異を行う。
【０１６７】
次のステップ３６０では、予め定められた終了条件を満足したか否かを判定し、否定判定となった場合は上記ステップ３５２に戻る一方、肯定判定となった時点で本調整処理ルーチン・プログラムを終了する。なお、本第３の実施の形態に係る調整処理ルーチン・プログラムでは、上記ステップ３６０における終了条件として、上記ステップ３５２〜ステップ３５８の処理の繰り返し実行回数が予め定められた回数（一例として１万回）に達した、との条件を適用しているが、これに限らず、例えば、適応度が所定値以上となった、との条件を適用する形態等、他の形態とすることもできる。
【０１６８】
ここで、上記個体のコーディングや適応度の評価には様々な手法があるが、例えば、静的剛性や減衰定数の値の範囲を適切に設定し、その範囲のなかで各定数を０から１までの範囲内の固定小数点として２進コード化する手法が例示できる。また、適応度の評価としては、次の（４）式に示されるように、実験で得られた加速度ｆ（ｔ）と、解析で得られた加速度ｇ（ｔ）との相関係数を求め、相関係数が大きいものの適応度が大きいとすることで解析を行うことができる。
【０１６９】
【数１０】
なお、遺伝的アルゴリズムは従来既知の手法であるので、これ以上のここでの説明は省略する。
【０１７０】
調整処理ルーチン・プログラムが終了すると、安定状態評価処理プログラムのステップ３２０に移行し、以上の処理によって得られた、上記調整処理ルーチン・プログラムによる調整後の静的剛性及び減衰定数を用いて、以下に示すように質点系解析を行う。
【０１７１】
まず、上記静的剛性及び減衰定数を用いて質点系の振動モデルを構築する。
【０１７２】
すなわち、一例として図１３の左図に示されるような石垣の各石材の運動を、並進運動と石材底面を中心とした回転運動と考えると、石材と石材との間に設置した並進ばねと回転ばねを用いた、一例として図１３の右図に示されるような質点系解析モデルが作成される。同図では、煩雑さを避けるために石材（６）は省略している。なお、同図におけるｈｉは石材ｉの高さを表し、ｕｉは石材ｉの変位を表し、θｉは石材ｉの回転角を表し、ｋｈｉｊは石材ｉと石材ｊとの間の並進ばね定数を表し、ｋｒｉｊは石材ｉと石材ｊとの間の回転ばね定数を表す。
【０１７３】
これに対し、一般的な運動方程式は次の（５）式で示される。
【０１７４】
【数１１】
この一般的な運動方程式と図１３右図の解析モデルから、一例として次式に示される運動方程式が得られる。なお、次式におけるｍｉは石材ｉの質量を表し、ｆｉは石材ｉに作用する外力を表し、Ｉｉは石材ｉの慣性モーメントを表す。また、次式では、石材（５）に対応する演算式は省略している。
【０１７５】
【数１２】
この運動方程式をマトリクス形式とすることにより、剛性マトリクスＫ及び質量マトリクスＭを求める。また、減衰マトリクスＣは、次式に示すように剛性比例減衰とし、比例定数βは変位から求めた減衰定数に適合するように設定する。
【０１７６】
【数１３】
この質点系解析モデルに対し、外力として阪神大震災等の過去の観測記録や建築センター等が定めている設計用地震波等、適切に設定した地震波を入力し、各石材の変位を求める。
【０１７７】
こうした運動方程式に基づいて地震波による揺れを解析する地震応答解析の方法には、例えば、モード解析法や直接数値積分法等がある。算出された変位から各石材の最大変位を求め、予め定められた量より大きな変位を生じた石材が存在する場合、その石垣は安定性が低いものと判断する。
【０１７８】
次のステップ３２２では、以上の質点系解析の結果、及び上記ステップ３１６の処理によって得られた評価対象石材５０の安定状態の判定結果に基づいて、予め定められたフォーマットとされた評価結果を示す結果画面を示す情報を構成し、次のステップ３２４にて、構成した情報に基づいて上記結果画面をディスプレイ１２Ｆによって表示させ、その後に本安定状態評価処理プログラムを終了する。
【０１７９】
図１４には、本安定状態評価処理プログラムのステップ３２４の処理によってディスプレイ１２Ｆにより表示された結果画面の表示状態例が示されている。同図に示されるように、本実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムでは、上記質点系解析の結果、倒壊するおそれがあることが判明したことを示す情報が表示されると共に、上記ステップ３１６の処理によって固定度が低いものと判定された石材が表示される。従って、安定状態評価システム１０の利用者は、当該結果画面を参照することにより、地震による倒壊のおそれの有無や、対策する場合に優先すべき石材を容易に把握することができる。
【０１８０】
以上詳細に説明したように、本実施の形態では、複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得し、当該並進加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出すると共に、当該回転加速度の時刻歴情報及び打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出し、検出した静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価し、当該評価結果を示す情報を表示しているので、石垣を解体することなく、当該石垣を構成する石材の安定状態を高精度に評価することができる。
【０１８１】
また、本実施の形態では、前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、かつ前記回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出し、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出すると共に、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出し、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出すると共に、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出し、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出すると共に、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出しているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８２】
特に、本実施の形態では、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価しているので、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８３】
また、本実施の形態では、全ての前記評価対象石材について、前記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出すると共に、前記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出し、算出した全ての前記評価対象石材の前記減衰定数と前記静的剛性に基づいて質点系解析を行うことにより、前記評価対象石材の全体的な安定状態を評価しているので、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８４】
特に、本実施の形態では、前記減衰定数と前記静的剛性を、対応する並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を用いた逆解析によって調整しているので、より高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８５】
特に、本実施の形態では、前記逆解析を、遺伝的アルゴリズムを用いて行っているので、より簡易かつ高精度に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８６】
更に、本実施の形態では、前記評価対象石材の上端部近傍及び下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられ、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記並進加速度ＨＡＣ及び前記回転加速度ＫＡＣを（１）式及び（３）式により算出しているので、より簡易に並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報を取得することができる結果、より簡易に石垣を構成する石材の安定状態を評価することができる。
【０１８７】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０１８８】
また、上記の実施の形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施の形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。上記の実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組み合わせにより種々の発明を抽出できる。上記の実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０１８９】
例えば、上記各実施の形態では、変位時刻歴を並進運動又は回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより算出する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、並進加速度の時刻歴情報又は回転加速度の時刻歴情報を２回積分することにより変位時刻歴を算出する形態とすることもできる。この場合も、上記各実施の形態と同様の効果を奏することができる。
【０１９０】
その他、上記各実施の形態で説明した安定状態評価システム１０の構成（図１〜図３参照。）は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要な部分を削除したり、新たな部分を追加したりすることができることは言うまでもない。
【０１９１】
また、上記各実施の形態で示した各データベースのデータ構造（図４，図６参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要な情報を削除したり、新たな情報を追加したりすることができることは言うまでもない。
【０１９２】
また、上記各実施の形態で示した各種処理プログラムの処理の流れ（図７，図１０，図１１，図１２参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において、不要なステップを削除したり、新たなステップを追加したり、処理順序を入れ替えたりすることができることは言うまでもない。
【０１９３】
更に、上記各実施の形態で示した結果画面の構成（図９，図１４参照。）も一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲内において変更することができることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１９４】
【図１】実施の形態に係る安定状態評価システムの構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態に係るＰＣの電気系の要部構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係るＰＣに備えられた二次記憶部の主な記憶内容を示す模式図である。
【図４】実施の形態に係る石垣情報データベースのデータ構造を示す模式図である。
【図５】実施の形態に係る石垣情報データベースの説明に供する図であり、石材番号情報及び位置情報の具体例を示す石垣の正面図である。
【図６】実施の形態に係る計測情報データベースのデータ構造を示す模式図である。
【図７】第１の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムにおける減衰定数の算出の説明に供するグラフである。
【図９】第１，第２の実施の形態に係る結果画面の表示状態例を示す概略図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】第３の実施の形態に係る安定状態評価処理プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】第３の実施の形態に係る調整処理ルーチン・プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施の形態に係る質点系解析の説明に供する運動モデルの一例を示す模式図である。
【図１４】第３の実施の形態に係る結果画面の表示状態例を示す概略図である。
【図１５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡの実験モデルを示す概略正面図である。
【図１６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図１７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図１８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによるアクセレランスを示すグラフである。
【図１９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図２０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度の時刻歴を示すグラフである。
【図２１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験ＥＡによる加速度のフーリエ・スペクトルを示すグラフである。
【図２２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実験モデルを示す概略正面図である。
【図２３】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図２４】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実験モデルを示す概略正面図である。
【図２５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる並進運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図２６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図２７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図２８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図２９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図３０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実際の計測状態を示す図である。
【図３１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる回転運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図３２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図３３】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによるアクセレランスを示すグラフである。
【図３４】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによるアクセレランスを示すグラフである。
【図３５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈの実験モデルを示す概略正面図である。
【図３６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈの実際の計測状態を示す図である。
【図３７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図３８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図３９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによるアクセレランス及び動的剛性を示すグラフである。
【図４３】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇの実験モデルを示す概略正面図である。
【図４４】本発明の原理の説明に供する図であり、石材の運動モデルを示す模式図である。
【図４５】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる打撃力の時刻歴情報を示すグラフである。
【図４６】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図４７】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる並進運動に関する動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図４８】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｇによる加速度の時刻歴情報を示すグラフである。
【図４９】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈの実験モデルを示す概略正面図である。
【図５０】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｈによる動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【図５１】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｊ４の実験モデルを示す概略正面図である。
【図５２】本発明の原理の説明に供する図であり、実験Ｊ４による動的剛性のスペクトルを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１９５】
１０ 安定状態評価システム
１２ パーソナル・コンピュータ
１２Ａ ＣＰＵ（取得手段，検出手段，評価手段）
１２Ｂ ＲＡＭ
１２Ｃ ＲＯＭ
１２Ｄ 二次記憶部
１２Ｅ キーボード
１２Ｆ ディスプレイ（表示手段）
１２Ｇ 入出力インタフェース
１４ 加速度センサ
１６ インパルス・ハンマー
１８ アンプ
２０ データ・レコーダ
２２ 記録・出力装置
５０ 評価対象石材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得手段と、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価手段と、
前記評価手段による評価結果を示す情報を表示する表示手段と、
を備えた安定状態評価装置。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出する導出手段と、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出するアクセレランス算出手段と、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出する動的剛性算出手段と、
を備え、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出する
請求項１記載の安定状態評価装置。
【請求項３】
前記評価手段は、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価する
請求項２記載の安定状態評価装置。
【請求項４】
全ての前記評価対象石材について、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出する減衰定数算出手段を更に備え、
前記評価手段は、前記減衰定数算出手段によって算出された全ての前記評価対象石材の前記減衰定数と前記静的剛性に基づいて質点系解析を行うことにより、前記評価対象石材の全体的な安定状態を評価する
請求項２又は請求項３記載の安定状態評価装置。
【請求項５】
前記減衰定数と前記静的剛性を、前記取得手段によって取得された、対応する並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を用いた逆解析によって調整する調整手段
を更に備えた請求項４記載の安定状態評価装置。
【請求項６】
前記取得手段は、前記並進加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられ、前記回転加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の上端部近傍と下端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記並進加速度ＨＡＣ及び前記回転加速度ＫＡＣを次の演算式により算出することによって取得する
【数１】
請求項１〜請求項５の何れか１項記載の安定状態評価装置。
【請求項７】
複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得工程と、
前記取得工程によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得工程によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価工程と、
前記評価工程による評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示工程と、
を有する安定状態評価方法。
【請求項８】
複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップによって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得ステップによって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価ステップと、
前記評価ステップによる評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示ステップと、
をコンピュータに実行させる安定状態評価プログラム。
【請求項１】
複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得手段と、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価手段と、
前記評価手段による評価結果を示す情報を表示する表示手段と、
を備えた安定状態評価装置。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記打撃力の時刻歴情報に基づいて当該打撃力のスペクトルを導出すると共に、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報に基づいて並進加速度のスペクトルを導出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報に基づいて回転加速度のスペクトルを導出する導出手段と、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより並進運動に関するアクセレランスを算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度のスペクトルを前記打撃力のスペクトルで除算することにより回転運動に関するアクセレランスを算出するアクセレランス算出手段と、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記並進加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた並進運動の変位スペクトルで除算することにより前記並進運動に関する動的剛性を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記打撃力のスペクトルを、前記回転加速度のスペクトルを２回積分することにより得られた回転運動の変位スペクトルで除算することにより前記回転運動に関する動的剛性を算出する動的剛性算出手段と、
を備え、
前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進運動に関する動的剛性から前記並進運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記並進運動に関する静的剛性として検出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転運動に関する動的剛性から前記回転運動に関するアクセレランスにおける卓越振動数近傍の、所定振動数当たりの変化量が所定範囲内とされている剛性を前記回転運動に関する静的剛性として検出する
請求項１記載の安定状態評価装置。
【請求項３】
前記評価手段は、前記静的剛性が他の評価対象石材に比較して所定レベルより小さい評価対象石材の固定度が低く、不安定であるものと評価することにより、前記評価対象石材の安定状態を評価する
請求項２記載の安定状態評価装置。
【請求項４】
全ての前記評価対象石材について、前記取得手段によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記並進加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記並進運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出し、前記取得手段によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、前記回転加速度の時刻歴情報を２回積分するか、又は前記回転運動の変位スペクトルをフーリエ逆変換することにより変位時刻歴を算出して当該変位時刻歴に基づいて減衰定数を算出する減衰定数算出手段を更に備え、
前記評価手段は、前記減衰定数算出手段によって算出された全ての前記評価対象石材の前記減衰定数と前記静的剛性に基づいて質点系解析を行うことにより、前記評価対象石材の全体的な安定状態を評価する
請求項２又は請求項３記載の安定状態評価装置。
【請求項５】
前記減衰定数と前記静的剛性を、前記取得手段によって取得された、対応する並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を用いた逆解析によって調整する調整手段
を更に備えた請求項４記載の安定状態評価装置。
【請求項６】
前記取得手段は、前記並進加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の下端部近傍と、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍とに加速度センサが設けられ、前記回転加速度の時刻歴情報を取得する場合は、前記評価対象石材の上端部近傍と下端部近傍とに加速度センサが設けられて、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ１とし、前記評価対象石材の下端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ２とし、前記評価対象石材の下部に隣接する石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサにより検出された加速度を加速度ＡＣ３とし、前記評価対象石材の上端部近傍に設けられた前記加速度センサと下端部近傍に設けられた前記加速度センサの距離をＤとしたとき、前記並進加速度ＨＡＣ及び前記回転加速度ＫＡＣを次の演算式により算出することによって取得する
【数１】
請求項１〜請求項５の何れか１項記載の安定状態評価装置。
【請求項７】
複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得工程と、
前記取得工程によって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得工程によって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出工程と、
前記検出工程によって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価工程と、
前記評価工程による評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示工程と、
を有する安定状態評価方法。
【請求項８】
複数の石材が積み重ねられて構成された石垣の安定状態の評価対象とする評価対象石材に対して打撃力を与えたときの当該評価対象石材における並進加速度の時刻歴情報及び回転加速度の時刻歴情報の少なくとも一方を取得すると共に、前記打撃力の時刻歴情報を取得する取得ステップと、
前記取得ステップによって前記並進加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該並進加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて並進運動に関する静的剛性を検出し、前記取得ステップによって前記回転加速度の時刻歴情報が取得された場合は、当該回転加速度の時刻歴情報及び前記打撃力の時刻歴情報に基づいて回転運動に関する静的剛性を検出する検出ステップと、
前記検出ステップによって検出された静的剛性に基づいて前記評価対象石材の安定状態を評価する評価ステップと、
前記評価ステップによる評価結果を示す情報を表示手段によって表示する表示ステップと、
をコンピュータに実行させる安定状態評価プログラム。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３１】
【図３２】
【図３５】
【図３７】
【図３８】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図１８】
【図２３】
【図３０】
【図３３】
【図３４】
【図３６】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３１】
【図３２】
【図３５】
【図３７】
【図３８】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図４７】
【図４８】
【図１８】
【図２３】
【図３０】
【図３３】
【図３４】
【図３６】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４９】
【図５０】
【図５１】
【図５２】
【公開番号】特開２００９−１６２５０７（Ｐ２００９−１６２５０７Ａ）
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３３９４１９（Ｐ２００７−３３９４１９）
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年７月３１日 社団法人 日本建築学会発行の「２００７年度大会（九州）学術講演梗概集」に発表
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月２３日（２００９．７．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月２８日（２００７．１２．２８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年７月３１日 社団法人 日本建築学会発行の「２００７年度大会（九州）学術講演梗概集」に発表
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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