(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返し荷重を受ける構造物と同じ挙動を取るように構造物全体に磁石線を配置し、前記磁石線の磁束密度を測定し、前記構造物に繰り返し加えられた累積荷重を推測する累積荷重推測方法。
【請求項２】
磁場、熱等の外的環境の影響を受けないように、前記磁石線を保護したことを特徴とする請求項１に記載の累積荷重推測方法。
【請求項３】
磁場、熱等の外的環境の影響による前記磁石線の磁束密度の低下を予め求め、繰り返し荷重を受けることで低下した磁石線の磁束密度の値を補正することを特徴とする請求項１に記載の累積荷重推測方法。
【請求項４】
繰り返し荷重を受けない基準磁石線を前記磁石線と同一の外的環境下に配置し、両者の磁束密度を比較することを特徴とする請求項１に記載の累積荷重推測方法。
【請求項５】
繰り返し荷重を受ける構造物と同じ挙動を取るように構造物全体に配置された磁石線と、前記磁石線の磁束密度を測定する磁束計と、を有することを特徴とする累積荷重推測構造。
【請求項６】
前記磁石線が合金線で構成されており、その組成率が、Ｃｒ：２１〜２７％、Ｃｏ：１３〜１７％、残りがＦｅとされ、且つＦｅ−Ｃｒ−Ｃｏの３元状態図において、α１、α２のスピノーダル分解を起こすように熱処理調質されたことを特徴とする請求項５に記載の累積荷重推測構造。
【請求項７】
前記磁石線を直線状態として前記構造物に埋設し、その両端部を構造物から露出させたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の累積荷重推測構造。
【請求項８】
前記磁石線を前記構造物に埋設し、中央部分を折り返して両端部を構造物から近接させて露出させたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の累積荷重推測構造。
【請求項９】
前記磁石線が面を構成するように、前記構造物に埋設したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の累積荷重推測構造。
【請求項１０】
前記磁石線が立体形状を構成するように、前記構造物に埋設したことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の累積荷重推測構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物へ加わる繰り返し荷重を推測する累積荷重推測方法及び累積荷重推測構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路、橋梁、トンネル、ダム、測溝、鉄道の枕木、電信柱、及び住宅用基礎等のコンクリート構造物、さらには、自動車のフレーム、ホイール等の金属構造物は、外部から繰り返し荷重を受けることで、亀裂が発生する。この亀裂は、次第に成長して構成物を脆弱化或い劣化させ、又は構造物を崩壊に至らせる。
【０００３】
このような繰り返し荷重によって、構造物を崩壊させないためには、構造物が受けた繰り返し荷重を推測し、構造物の寿命が尽きる前に修復する必要がある。
【０００４】
構造物の寿命を予測する方法として、特開昭６１−２７７０３４号公報、特開平７−５５６５０号公報には、亀裂の成長を観察する方法が提案されている。
【０００５】
特開昭６１−２７７０３４号公報では、構造物の亀裂を跨ぐ２点間の電位差を測定することで構造物の寿命を予測し、また、特開平７−５５６５０号公報では、亀裂の上に抵抗体を接着し、その抵抗体の破断を電気抵抗の変化として測定することで構造物の寿命を予測している。さらに、特開平７−２１８２１４号公報では、構造物に歪みゲージを貼付け、歪みゲージの値から構造物に作用する繰り返し荷重を推測している。
【０００６】
しかし、上述した方法は、構造物の表面で発生する亀裂や、繰り返し荷重を観測する方法であり、構造物の特定の箇所についての寿命予測しかできない。また、橋梁等の構造物が構築された後、交通事情、使用状況、気象状況の変化に応じて、繰り返し荷重を受ける部位及び大きさが変化するため、この変化に対応できるようにするには、数多くの歪みゲージ等のセンサを設置する必要があり、構造物の寿命を予測する方法として現実的ではない。
【０００７】
さらに、亀裂の成長を観測する方法では、構造物に加えられた繰り返し荷重の履歴を知ることができず、また、歪みゲージで観測する方法では、繰り返し荷重の履歴を知るには、定常的に歪みをモニタリングする必要があり、観測に要するコストが高い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は係る事実を考慮し、構造物に繰り返し加えられる累積荷重及びその履歴を簡便且つ安価に推測することができる累積荷重推測方法及び累積荷重推測構造を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、磁石線が構造物全体に埋設又は外面に貼着されており、構造物が繰り返し荷重を受けたとき、構造物と同じ挙動を取るようになっている。この磁石線は、繰り返し荷重を受けると、磁束密度が変化（低下）する性質を有している。従って、磁束密度を測定することによって、構造物に繰り返し加えられた累積荷重及びその履歴を推測することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、磁石線が保護され、磁場、熱等の外的環境の影響を受けて、磁束密度が低下しないように考慮されている。すなわち、磁石線の磁束密度が低下する要因として、繰り返し荷重の他に磁場、熱等の外的環境の影響が考えられるが、これらの影響を排除することで、正確に累積荷重を推測することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、構造物の構造上、請求項２に記載したような保護処置を施すことができないような場合、磁場、熱等の外的環境の影響による磁石線の磁束密度の低下を実験的に予め求め、繰り返し荷重を受けることで低下した磁石線の磁束密度の値を補正する。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、同一の外的環境下において、繰り返し荷重を受けない場所に基準磁石線を配置し、繰り返し荷重を受ける場所に測定用の磁石線を配置する。この基準磁石線と測定用の磁石線は同一のものであり、両者の磁束密度を比較することによって、繰り返し荷重を受けることで低下した磁石線の磁束密度の値を正確に知ることができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、繰り返し荷重を受ける構造物と同じ挙動を取るように構造物全体に配置された磁石線の磁束密度を、磁束計で測定することによって、構造物に繰り返し加えられた累積荷重及びその履歴を推測することができる。
【００１４】
請求項６に記載の発明では、磁石線が合金線で構成されており、その組成率が、Ｃｒ：２１〜２７％、Ｃｏ：１３〜１７％、残りがＦｅとされている。また、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏの３元状態図において、α１、α２のスピノーダル分解を起こすように熱処理調質されている。これにより、組織が周期的な変調構造を呈し、繰り返し荷重によって磁束密度が変化し易い。
【００１５】
請求項７に記載の発明では、構造物内部の一次元的な領域を測定するため、磁石線が直線状態となって、構造物に埋設されている。そして、磁石線の両端部は、構造物から露出している。このように、磁石線を構造物から露出させることで、磁束密度の測定が容易となる。
【００１６】
請求項８に記載の発明では、磁石線を構造物に埋設し、その中央部分を折り返して両端部を構造物から露出させている。磁石線の両端部は近接しているので、平行な外部磁界が形成され、磁石線の磁束密度を精度よく測定できる。
【００１７】
請求項９に記載の発明では、磁石線が面を構成するように、構造物に埋設されている。このため、構造物内部の二次元的な領域を測定することができる。
【００１８】
請求項１０に記載の発明では、磁石線が立体形状を構成するように、構造物に埋設されている。このため、構造物内部の三次元的な領域を測定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
最初に、本形態に用いられる磁石線の製造方法と特性を説明する。
【００２０】
磁石線は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｃｏ系の合金線を０．９２ｍｍの線径になるまで伸線した後、１３００℃以上に保持してα単層化し、水中で急冷し、その後６４０℃で３０分間高温磁化処理を行い、Ｆｅに富む強磁性ｂｂｃ相（α１）とＣｒに富むｂｂｃ相（α２）との２相分離変態を起こして着磁処理したものである。この磁石線の磁気特性は、Ｂ値オープンフラクス（ガウス）で２５０〜３５０である。
【００２１】
このように製造した磁石線を１５０ｍｍの長さにカットして、ハンター式回転曲げ疲労試験機にセットし、繰り返し回転曲げ荷重を加えた後、ホール効果を利用したガウスメーターで磁石線の磁束密度を測定した。
【００２２】
【表１】
0003667924.tif 000002
【００２３】
上記の（表１）に示す比率は、繰り返し回転曲げ荷重を加えた後の磁石線の磁束密度を、繰り返し回転曲げ荷重を加える前の磁石線の磁束密度で割った値である。この結果から判断できるように、繰り返し数を１０4 回から１０6 回へ増やしていくに従って、磁石線の磁束密度が低下していくのが判る。また、回転曲げ荷重（付加応力）が大きくなるに従い、磁石線の磁束密度が低下していくことが判る。ここで、付加応力として耐力の概念を用いている。耐力とは、磁石線の引張試験において除荷後の残留歪みが０．２％に達するような力であり、磁石線の場合、降伏点が明瞭に現れないため、降伏応力の代わりに用いたものである。
【００２４】
この実験を踏まえて、磁石線の磁束密度の変化から繰り返し回転曲げ荷重と繰り返し回数が推測できる。なお、実際に磁石線を構造物に配置する場合は、構造物の変形特性によって、磁石線の線径を選定する必要がある。例えば、構造物に大きな曲げ力が作用する場合、小径の磁石線の方が好ましい。これは、曲げ入力時に、磁石線の表面を微視的に見ると、線径の大きさに比例した引張応力が入力されるからである。そして、この応力が、耐力を越えると、磁石線の表面が破壊若しくは疲労破壊を起こして計測することが困難となる。
【００２５】
次に、磁石線の配置の形態について説明する。
図１には、磁石線１０が梁１２に直線状に埋設された第１形態が示されている。これによって、梁１２の内部の一次元的な領域に作用した累積荷重を測定することができる。また、磁石線１０の両端部は、梁１２から露出しているので、磁束計１４による磁束密度の測定が容易にできる。
【００２６】
さらに、図２に示す第２形態では、磁石線１０がＵ字状とされ、梁１２の内部に埋設されており、その両端面が互いに対向するように近接して、梁１２から露出している。この磁石線１０の端部間で、平行な外部磁界が形成されるので、磁石線１０の磁束密度を磁束計１４で精度よく測定できる。
【００２７】
図３に示す第３形態では、磁石線１０が面を描くように梁１２の中に埋設されており、その両端面が互いに対向するように近接して、梁１２から露出している。このように磁石線１０を平面的に配置することで、梁１２の内部の二次元的な領域に作用した累積荷重を測定することができる。
【００２８】
また、図４に示す第４形態では、磁石線１０が螺旋状とされ梁１６の中で立体状となっており、また、両端面が互いに対向するように近接して、梁１６から露出している。このように、磁石線１０を立体的に配置することで、梁１６の内部の三次元的な領域に作用した累積荷重を測定することができる。
【００２９】
一方、図５に示す第５形態では、磁石線１０の磁束密度の変化を正確に測定するために、梁１２の周囲が透磁率の高いパーマロイ１８（電磁シールド材）で覆われている。このパーマロイ１８は接地されており、磁界の中に梁１２がある場合、磁界の侵入を防ぎ、磁石線１０が繰り返し荷重以外の要因で、磁束密度を低下させないように工夫されている。
【００３０】
このように、磁石線１０を保護し、磁場、熱等の外的環境の影響を排除することで、正確に累積荷重を推測することができる。
【００３１】
また、パーマロイ１８等の電磁シールド材を用いない場合は、磁場、熱等の外的環境の影響による磁石線１０の磁束密度の低下を実験的に予め求め、繰り返し荷重を受けることで低下した磁石線１０の磁束密度の値を補正することもできる。
【００３２】
さらに、図６に示す第６形態ように、繰り返し荷重を受けない場所に、梁１２に埋設した磁石線１０と同一の基準磁石線２０を配置する。そして、磁石線１０と基準磁石線２０とを比較することによって、繰り返し荷重を受けることで低下した磁石線１０の磁束密度の値を正確に知ることができる。
【００３３】
ここで、図７に示す鉄筋２２で補強されたモルタル製の円柱２４をモデルとして、歪みと磁束密度との関係を実験して見る。
【００３４】
円柱２４は、直径が５ｃｍ、長さが１０ｃｍで、中心軸には、Φ３ｍｍの鉄筋２２が配筋されている。また、鉄筋２２と平行に円柱２４には、磁石線１０が埋め込まれている。
【００３５】
この磁石線１０は、中央部が折り返されＵ字状となっており、両端部が円柱２４の端面から露出した状態で近接している。なお、磁石線１０は、線径が０．９２ｍｍ、組成率が、Ｃｒ＝２５％、Ｃｏ＝１５％、Ｆｅ＝６０％の合金線で、３００ガウスの磁気特性を持っている。一方、円柱２４の外周面には、歪み測定器２６の検出部２８が貼付けられており、円柱２４の歪みを検出するようになっている。
【００３６】
以上のような実験条件で、円柱２４の端面から突出した鉄筋２２の両端部を、万能試験機で把持し、所定の繰り返し数で所定の引張り応力を加え、円柱２４に歪みを発生させることで、下記の（表２）に示すような結果を得た。
【００３７】
【表２】
0003667924.tif 000003
【００３８】
（表２）に示すように、磁石線１０は、繰り返し数及び付加歪みに比例して、磁束密度の低下率が大きくなることが判る。なお、表の比率は、繰り返し歪みを加えた後の磁石線の磁束密度を、繰り返し歪み加える前の磁石線の磁束密度で割った値である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、構造物に繰り返し加えられる累積荷重及びその履歴を簡便且つ安価に推測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１形態に係る累積荷重推測構造を説明する斜視図である。
【図２】第２形態に係る累積荷重推測構造を説明する斜視図である。
【図３】第３形態に係る累積荷重推測構造を説明する斜視図である。
【図４】第４形態に係る累積荷重推測構造を説明する斜視図である。
【図５】第５形態に係る累積荷重推測構造を説明する斜視図である。
【図６】第６形態に係る累積荷重推測構造を説明する斜視図である。
【図７】累積荷重推測構造の基本モデルを示した斜視図である。
【符号の説明】
１０    磁石線
１２    梁（構造物）
１４    磁束計
１８    パーマロイ
【図１】
0003667924.tif 000004
【図２】
0003667924.tif 000005
【図３】
0003667924.tif 000006
【図４】
0003667924.tif 000007
【図５】
0003667924.tif 000008
【図６】
0003667924.tif 000009
【図７】
0003667924.tif 000010