メンテナンス用グラウンドアンカーの残留応力推定への赤外線サーモグラフィーの応用

Scientific Reports volume 13、記事番号: 36 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

グラウンドアンカーの完全性を特徴付けることは、土壌構造の維持におけるグラウンドアンカーの有用性を検討するために不可欠です。 ただし、この目的で一般的に使用されるリフトオフ テストは、設置されたすべてのグラウンド アンカーを対象に適用するには限界があります。 この研究の目的は、既存の技術に伴う欠点を回避する非接触技術として、赤外線サーモグラフィーを使用してグラウンドアンカーの残留応力を測定する可能性を評価することです。 予備実験は、テストされた材料の正確な放射率を決定するために実行されます。 赤外線サーモグラフィーの代表的な技術として、パッシブ方式とアクティブ方式の両方が適用されます。 大規模実験では、100 kPa 間隔で 0 ～ 400 kPa の範囲で応力を成長させた 4 本の設置済みストランドの赤外線画像が受動的な測定方法で使用されます。 アクティブな方法では、UTM マシンを使用して、これらと同じ応力範囲が加熱されたアンカー ヘッドに適用されます。 パッシブ手法の結果は、ロードおよびアンロードのステップに応じて温度が増減することを示しています。 冷却速度指数の値はアクティブなメソッドの結果を通じて推定され、信頼性の高い挙動が 10 分および 15 分で観察されます。 温度変化が大きいピクセルの数も、パッシブ方式とアクティブ方式の両方で負荷ステップによって変化しました。 この研究は、赤外線サーモグラフィーが非接触技術の一種としてグラウンドアンカーの残留応力を評価するための適切な代替方法であることを実証しています。

グラウンドアンカーは、斜面での建設において地盤構造を安定させるための高い耐荷重を提供しますが、劣化および老朽化したアンカーの性能を評価するには定期的な検査が必要です1、2。 アンカーの残留応力を見積もるには一般的にリフトオフ試験が使用されます3、4。油圧ジャッキを使用してアンカーヘッドを引き抜きますが、この方法は高価で時間がかかるため、適用には制限があります5。 同じ現場に建設されたすべてのアンカーを調査することは不可能であるため、残留応力は通常、サンプリング試験を通じて少数のアンカーについてのみ評価されます。 十分な数のアンカーの性能を評価するための非破壊技術が提案されています。 Zima と Rucka6 は、誘導波によって生成されるエネルギー伝達に基づいて、さまざまに固定された長さのグラウンドアンカーの応力特性を検査することを試みました。エネルギー伝達は、腱と周囲のアンカー本体の間の幾何学的パラメータによって引き起こされます。 Tamrakar et al.7 は、超音波を使用してグラウンドアンカーの残留応力を推定し、支持プレートの表面の波形と最大振幅の両方を測定しました。 引張応力と測定値の間の一般化された関係は、実験室および野外実験を通じて示唆されました。 周波数領域反射率測定は、地面の下のコンクリートに埋められたアンカーロッドの特性評価にも選択され、この方法はメンテナンスのための劣化箇所に関する情報も提供します8。 提案された方法は、センサーをアンカーヘッドに接触させることに関しても面倒です。 したがって、非接触型のメンテナンス方法の開発が必要です。 この研究では、グラウンドアンカーの応力レベルを推定するためのメンテナンス技術としての赤外線サーモグラフィーの適用を評価します。

赤外線サーモグラフィー (IRT) は、当初は軍事目的で使用されていました 9,10 が、最近では物体の特性や欠陥を特定するために工学分野で使用されています 11,12,13,14,15,16,17,18。 物体から発生する熱は輻射、対流、伝導に依存しますが、このうち輻射が熱エネルギーの拡散に最も大きな影響を及ぼします19,20,21。 熱エネルギーは、-273 °C (0 K) を超える温度条件で、0.7 ～ 1000 μm の範囲の波長ですべての物体から放出されます。 IRT は、特定の条件下で物体から放出される熱エネルギーを測定するために使用され、サーモグラフィー技術は、実験と分析のためにアクティブ、ハイブリッド、およびパッシブな方法に分類されます22。 アクティブ法は、人工熱源を介して加熱または冷却状態にある物体の温度を測定し、パッシブ法は追加の熱源を使用せずに物体の温度分布を測定します。 したがって、アクティブ法は定量的な分析手法であり、測定値を相対的に比較することで対象物の特性を把握することができます。 パッシブ法では、温度に応じた異常状態を事前に認識した上で定性分析を行う23,24,25。 この論文では、グラウンドアンカーの性能を評価するための有用な方法を導き出すことを試み、アクティブな方法とパッシブな方法の両方を検討します。