(57)【要約】【課題】地震などにより構造物に発生する動的ひずみを計測する装置を提供する。【解決手段】構造物１の表面に塗布された応力発光体２の発光状態から、構造物１に作用する動的ひずみを計測する構造物の動的ひずみの計測装置１０を、応力発光体２の表面を外光から遮蔽する遮光用容器１１と、応力発光体２の発光状態を連続的に撮影する撮影手段１２と、所定時間毎に応力発光体２に励起光を照射する照射手段１３とから構成するとともに、撮影手段１２と照射手段１３とを、遮光用容器１１の内側に配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の表面に塗布された応力発光体の発光状態から、前記構造物に作用する動的ひずみを計測する装置であって、
前記応力発光体の発光状態を連続的に撮影する撮影手段と、
所定時間毎に前記応力発光体に励起光を照射する照射手段と、
前記応力発光体の表面を外光から遮蔽する遮光用容器と、を備え、
前記撮影手段と前記照射手段とが、前記遮光用容器の内側に配置されていることを特徴とする構造物の動的ひずみの計測装置。
【請求項２】
前記撮影された応力発光体の画像から、前記構造物に発生する動的ひずみの大きさを計算するひずみ計算手段を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の構造物の動的ひずみの計測装置。
【請求項３】
前記構造物に取付けられて、前記構造物に入力する振動を検知する振動検出手段を設けるとともに、前記振動検出手段に入力した振動の大きさが予め設定された閾値を超えた場合のみ、前記応力発光体を撮影することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の動的ひずみの計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＣ柱や梁などの構造物の動的ひずみを計測する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、応力発光体を構造物に取付け、その発光状態から構造物の縦ひずみ量を計測する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
応力発光体は、紫外線、電子線、Ｘ線などの光により励起され、応力がかかると発光するもので、構造物のひずみの変化量が大きいほど発光強度が大きくなることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−４４６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の特許文献１だけでなく、従来の応力発光体による構造物のひずみ計測は、静的な負荷状態における発光強度の計測が一般的であり、構造物の動的な変形については、出願人の知る限りでは、知見がなかった。
そこで、地震などの大きさが周期的に変化する応力が作用した時に発生する構造物のひずみ（以下、動的ひずみという）を計測する技術の開発が求められている。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、地震などにより構造物に発生する動的ひずみを計測する装置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】
【０００６】
本発明は、ＲＣ柱や梁などの構造物の表面に塗布された応力発光体の発光状態から、前記構造物に作用する動的ひずみを計測する装置であって、前記応力発光体の発光状態を連続的に撮影する撮影手段と、所定時間毎に前記応力発光体に励起光を照射する照射手段と、前記応力発光体の表面を外光から遮蔽する遮光用容器と、を備え、前記撮影手段と前記照射手段とが、前記遮光用容器の内側に配置されていることを特徴とする。
これにより、地震などにより構造物に発生した動的ひずみの大きさとその分布状態の時間的変化のデータを動画として取得することができるので、構造物に作用する動的ひずみの状態を正確に把握することができる。
また、遮光用容器の内側に撮影手段を配置して応力発光体の発光状態を撮影するようにしたので、鮮明な動画を取得することができる。したがって、動的ひずみの大きさと分布とを精度よく計測することができる。
また、前記遮光用容器の内側に、所定時間毎に前記応力発光体に励起光を照射する照射手段を配置したので、構造物の動的ひずみを長時間に亘って精度よく計測できる。
また、前記撮影された応力発光体の画像から、前記構造物に発生する動的ひずみの大きさを計算するひずみ計算手段を設けたので、計算された動的ひずみの大きさや分布のデータを、地震による損傷の大きさやその範囲と対応づけすれば、動的ひずみの大きさや分布から地震による損傷箇所を特定することができる。
また、前記構造物に取付けられて、前記構造物に入力する振動を検知する振動検出手段を設けるとともに、前記振動検出手段に入力した振動の大きさが予め設定された閾値を超えた場合のみ、前記応力発光体を撮影するようにしたので、構造物の動的ひずみのデータを効率よく取得することができる。
【０００７】
なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施の形態に係る動的ひずみの計測装置を示す図である。
【図２】動的ひずみと応力発光体の発光との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１（ａ），（ｂ）は、本実施の形態を示す図で、（ａ）図は、動的ひずみの計測装置（以下、計測装置１０という）の設置状態を示す図で、（ｂ）図は、計測装置１０の機能ブロック図である。
本例では、構造物であるＲＣ柱１の表面の動的歪みを観測したい範囲に応力発光体２を塗布しておき、計測装置１０にて、ＲＣ柱１に、地震による応力が作用したとき応力発光体２の発光状態を撮影して、ＲＣ柱１の動的ひずみを計測する。
応力発光体２は、応力発光材料に塗料を配合したもので、観測したいひずみ量により、応力発光材料の含有量を調節してある。
計測装置１０は、遮光用容器１１と、撮影手段としてのカラーＣＣＤカメラ(以下、カメラ１２という)と、照射手段としての紫外線照射器１３と、記憶手段１４と、ひずみ計算手段１５と、振動検出手段としての加速度センサ１６と、スイッチ１７とを備える。カメラ１２と紫外線照射器１３とは遮光用容器１１の内側に配置される。
なお、（ａ）図では、カメラ１２、紫外線照射器１３、加速度センサ１６の電源線、及び、信号線については省略している。
【００１０】
遮光用容器１１は、取付側に、応力発光体２よりも大きな開口部を有する箱体１１ａと、箱体１１ａの開口部の周縁に取付けられた取付部材としてのゴム部材１１ｂとを備えたもので、ゴム部材１１ｂをＲＣ柱１に取付けたときに、カメラ１２と紫外線照射器１３とが暗所になるように密閉された箱を形成する。なお、ゴム部材１１ｂに代えて、箱体１１ａの開口部の周縁に取付部材を設けてもよいが、ゴム部材１１ｂを用いる方が密閉性を高める上で好ましい。
カメラ１２は、ＲＣ柱１の応力発光体２が塗布された範囲を含むカラー画像を連続的（１/３０秒〜１/５０秒毎）に撮影するとともに、撮影されたカラー画像のデータを記憶手段１４に送る。なお、後述するように、応力発光体２の撮影は、ＲＣ柱１に地震などの振動が入力された場合のみ行う。上記のように、カメラ１２は、外光が入らないように、遮光用容器１１の内側に配置されているので、応力発光体２の発光時には、鮮明な動画を取得することができる。
紫外線照射器１３は、所定時間毎に応力発光体２に励起光を照射する。なお、励起後の応力発光体２は、応力が作用しない場合には、ほぼ励起状態を維持するので、計測する毎に励起光を照射する必要はないが、応力発光体２を確実に発光させるためには、図示しないタイマーにより、例えば、２４時間おきに５分程度照射すればよい。なお、照射間隔や照射時間については、応力発光材料の組成や含有量により、適宜決定すればよい。
【００１１】
記憶手段１４は、動画保存部１４ａと、ひずみ−輝度テーブル保存部１４ｂと、計算結果保存部１４ｃとを備える。
動画保存部１４ａは、撮影したカメラ１２の画像データを動画データとして保存し、ひずみ−輝度テーブル保存部１４ｂは、予め求めておいたひずみの大きさと撮影された画像の輝度との関係を示すひずみ−輝度テーブル（σ−ＬテーブルＴ）を保存する。また、計算結果保存部１４ｃは、ひずみ計算手段１５の計算結果を保存する。
ひずみ計算手段１５は、記憶手段１４に保存された画像データを用いて、ＲＣ柱１に発生する動的ひずみを計算する。具体的には、画像データの各セルの輝度を算出して画像の輝度分布を求めた後、σ−ＬテーブルＴを用いて、輝度分布を動的ひずみの分布に変換し、この変換された動的ひずみの分布のデータを計算結果として記憶手段１４の計算結果保存部１４ｃに保存する。
記憶手段１４とひずみ計算手段１５とは記憶・演算器１８を構成する。記憶・演算器１８は、例えば、マイクロコンピュータのメモリーとソフトウェアにより構成される。
本例では、地震後に上記メモリーが取出し易いように、記憶・演算器１８を遮光用容器１１の外側に取付けている。
なお、地震後には、地震の大小にかかわらず、計測装置１０全体を付替える場合には、記憶・演算器１８を遮光用容器１１の内側に設置してもよい。
【００１２】
加速度センサ１６は、ＲＣ柱１の表面に取付けられて、ＲＣ柱１に入力する振動を検知する。加速度センサ１６の設置箇所としては、応力発光体２の近くに設置することが好ましく、遮光用容器１１の覆う領域内に設置すれば、更に好ましい。
加速度センサ１６の出力はスイッチ１７に送られる。
スイッチ１７は、加速度センサ１６で検知された振動の大きさが予め設定された閾値を超えた場合に、カメラ１２に応力発光体２の撮影を開始するための信号を出力する。
なお、加速度センサ１６の情報に代えて、地震情報を取得する手段を設け、地震情報が入ったときに、カメラ１２に応力発光体２の撮影を開始するための信号を出力するようにしてもよい。
また、励起光の照射時には、応力発光体２の発光を撮影できないので、スイッチ１７に、地震の発生時に励起光が照射されていた場合には、直ちに、励起光の照射を中止する信号を紫外線照射器１３に送る機能を持たせることが好ましい。
【００１３】
次に、計測装置１０の動作について説明する。
なお、遮光用容器１１は、応力発光体２が塗布されたＲＣ柱１に予め設置されているものとする。
加速度センサ１６が、ＲＣ柱１に地震などによる振動を検知し、その振動の大きさが予め設定された閾値（例えば、０．２Ｇ）を超えた場合に、スイッチ１７が作動して、カメラ１２は撮影を開始する。
応力発光体２は、下記の実験例に示すように、動的ひずみの大きさが所定の値を超えたときに発光する。
図２（ａ）は、小型振動体にて、鋼板に、地震による振動の周期に近い周期（約１sec.）の周期の振動を与えたとき動的ひずみの履歴を示すグラフで、横軸は時間（sec.）、縦軸はひずみ（μ）である。同図の実線が、±１０００μ（±１×１０-3）のひずみが発生する大振幅の振動を鋼板に与えたときのグラフで、破線が±５００μのひずみが発生する中振幅の振動を鋼板に与えたときのグラフである。また、丸印は応力発光体２が発光したところを示す。なお、ひずみは、鋼板にひずみゲージを取付けて測定した。
同図に示すように、応力発光体２は、ひずみの変化量が所定の大きさ以上でないと発光しないことが分かる。
一方、図２（ｂ）に示すように、小型振動体にて、鋼板に、地震による振動の周期よりも短い周期（約０．２sec.）の振動を与えた場合には、応力発光体２は発光しなかった。
なお、実際の地震動では、建物に短周期で大振幅なひずみは発生しにくいので、鋼板に中振幅のひずみが発生する振動を与えた場合と、小振幅（±２５０μ）ひずみが発生する振動を与えた場合とについて実験した。
また、図２（ｃ）のグラフは、鋼板を手動にて一定間隔で曲げて応力発光体２の発光を確認したものである。手動実験では、ひずみの負側のみ載荷しているが、応力発光体２が発光したのは、正側にも振動させたと仮定したときの与えたひずみが、±１０００μの大振幅に相当するためである。
また、これらのグラフから、応力発光体２は、静的な応力だけでなく、地震の振動に近い、長い周期の振動に対しても応答することが分かる。
カメラ１２は、ＲＣ柱１に振動が入力した時の応力発光体２を撮影し、撮影された画像データを順次記憶手段１４に送る。画像データは、記憶手段１４の動画保存部１４ａに動画データとして時系列的に保存される。
そして、各画像データをひずみ計算手段１５にて画像の輝度分布を求めた後、ひずみ−輝度テーブルＴを用いて、輝度分布を動的ひずみの分布に変換する。動的ひずみの分布は、記憶手段１４の計算結果保存部１４ｃに保存される。
なお、計測装置１０をＲＣ柱１に取付けた状態では、応力発光体２は、遮光用容器１１により外光から遮断されているので、紫外線照射器１３により、所定時間毎に応力発光体２に励起光を照射する必要があることはいうまでもない。
【００１４】
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前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【００１５】
例えば、前記実施の形態では、構造物をＲＣ柱１としたが、鋼製の梁、鋼柱、あるいは、鋼板などの他の構造部材であってもよい。要は、加えられた応力の大きさに応じたひずみを発生する構造物であればよい。
また、前記実施の形態では、画像データの各セルの輝度を算出して、画像の輝度分布を求めてこれを動的ひずみの分布としたが、応力発光体２が発光を繰り返す動画データそのものを、動的ひずみの計測結果としてもよい。すなわち、動画データのうち、発光している部分が所定の大きさ以上のひずみが発生している領域であり、暗い部分がひずみがないか、もしくは、ひずみの少ない領域であるとすればよい。
また、前記実施の形態では、記憶・演算器１８を遮光用容器１１の外壁部に取付けたが、更に送信機を取付けて、記憶手段１４の計算結果保存部１４ｃに保存されている動的ひずみの分布のデータを、図示しない建物管理センター等に送るようにしてもよい。
あるいは、ひずみ計測手段１５を建物管理センターに設け、撮影したカメラ１２の画像データを、送信機から、建物管理センターに送るようにしてもよい。
【符号の説明】
【００１６】
１  ＲＣ柱、２  応力発光体、
１０  動的ひずみの計測装置、１１  遮光用容器、１１ａ  箱体、１１ｂ  ゴム部材、
１２  カラーＣＣＤカメラ、１３  紫外線照射器、１４  記憶手段、
１４ａ  動画保存部、１４ｂ  ひずみ−輝度テーブル保存部、１４ｃ  計算結果保存部、
１５  ひずみ計算手段、１６  加速度センサ、１７  スイッチ、１８  記憶・演算器、
Ｔ  ひずみ−輝度テーブル。
【図１】
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【図２】
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