(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造要素（１０）内の応力を測定する方法であって、
変位測定手段（１５，１６）を測定ゾーン（Ｚ）内の前記構造要素の上に取り付ける段階と、
前記測定ゾーン内の前記構造要素に穴（２０，２１）をあける段階と、
前記穴にアクチュエータ（２４）を入れる段階と、
前記アクチュエータに供給圧力を加える段階と、
前記測定ゾーン内の前記構造要素の応力の程度を評価するために、測定された変位を前記アクチュエータの供給圧力の関数として分析する段階とを有する、構造要素内の応力を測定する方法において、
前記変位測定手段は、測定方向（Ｂ）に平行に一直線に並んでいる２つの固定点（Ｘ）において各々前記構造要素に取り付けられる２つのアーム（１５）と、前記両固定点の各側で前記両アーム上に設置され、前記両アームの互いに向かい合う２つの部分（１７）の間の、前記測定方向に平行な相対変位を測定する、少なくとも２つの変位センサ（１６）とを有し、前記両アームはそれらの間に隙間を残し、前記穴（２０，２１）が前記隙間を貫通して前記両固定点の中央位置にあけられていることを特徴とする、応力を測定する方法。
【請求項２】
前記穴は、前記両固定点（Ｘ）を通る軸（Ｂ’）に関して対称に配置され、かつ前記測定方向（Ｂ）に対し直交するスロット（２０）を含み、前記アクチュエータ（２４）は該スロット内に入れられるフラットアクチュエータである、請求項１に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項３】
前記穴は、前記スロット（２０）の両端に各々１つずつ配置され、かつ前記スロットの厚さよりも大きい直径を有する２つの円筒形のボアホール（２１）をさらに含んでいる、請求項２に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項４】
前記フラットアクチュエータ（２４）は手動操作のポンプ（２８）によって作動油を供給され、かつ供給圧力（Ｐ）を測定する手段（２９）が付属している、請求項２または３に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項５】
少なくとも１つのくさび形プレート（２５）が挿入されるとともに、前記フラットアクチュエータ（２４）が前記スロット（２０）の中に入れられる、請求項２から４のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項６】
分析される前記変位は、前記両変位センサ（１６）によってそれぞれ測定された変位（ｄ１、ｄ２）の平均値から得られる、前記両固定点（Ｘ）の間隔の変化を表す、請求項１から５のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項７】
前記測定ゾーン（Ｚ）の外側に位置し、前記測定方向（Ｂ）に沿って配置され、かつ前記測定ゾーン内の前記両固定点（Ｘ）間の距離にほぼ等しい距離を間に有する２つの固定点（Ｘ’）において、追加の変位測定手段（１８，１９）が前記構造要素に取り付けられ、該追加の測定手段は、前記測定ゾーンの外側にある前記両固定点（Ｘ’）の間隔の変化を表し、かつ分析段階において前記両変位の前記平均値から減じられる補正項（ｄ３）を出力する、請求項６に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項８】
前記変位センサ（１６，１９）は１ミクロンオーダーの測定精度を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項９】
前記穴（２０，２１）があけられている間も、および前記供給圧力が前記アクチュエータ（２４）に加えられている間も、変位および供給圧力の測定値が連続して記録される、請求項１から８のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項１０】
前記穴（２０，２１）をあけることによる前記構造要素の変形をほぼ相殺する前記供給圧力が得られるまで、前記アクチュエータ（２４）の前記供給圧力が増大され、次に変位測定値の記録を継続しながら前記供給圧力が徐々に下げられ、前記測定ゾーンにおける圧縮の程度が、前記構造要素の変形がほぼ相殺される前記供給圧力から評価される、請求項１から９のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項１１】
測定された前記変位の変化が前記アクチュエータの前記供給圧力の関数として記録され、もし前記穴をあけることによる前記構成要素の変形をほぼ相殺する前記供給圧力が得られなければ、前記測定ゾーンの前記構成要素内の応力の程度を評価するために、測定された前記変位の変化が外挿される、請求項１から９のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項１２】
前記外挿が高圧側に向かっていれば前記測定ゾーンは圧縮状態にあると決定され、前記外挿が負圧側に向かっていれば前記測定ゾーンは引張状態にあると決定される、請求項１１に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項１３】
測定がなされた後に、加圧された物質を含むアクチュエータが前記穴の中に残される、請求項１から１２のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項１４】
前記構造要素（１０）の前記中立軸（Ｂ）にほぼ沿って位置する測定ゾーン（Ｚ）が使用される、請求項１から１３のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【請求項１５】
前記構造要素（１０）の前記中立軸（Ｂ）に関してほぼ対称に位置する少なくとも２つの測定ゾーン（Ｚ）が使用され、前記測定ゾーン内で測定された応力の平均値を用いて重心における応力が評価される、請求項１から１３のいずれか１項に記載の構造要素内の応力を測定する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、構造要素内の応力測定方法に関する。
【０００２】
それは特に、これに限定されるものではないが、一方では構造物への荷重のために、他方では圧縮元応力のために生じる曲げ作用力を受けるコンクリート構造物の構成要素における残留元応力の測定に関する。このような構成要素は典型的には、プレストレスコンクリート梁（はり）である。
【０００３】
（背景技術）
プレストレス梁には、スチールケーブルが含まれており、その両端間において充分な力で張力をかけられているので、この梁のコンクリートは梁が支える荷重に起因する曲げ作用力にも係わらず、圧縮応力のみを受ける。
【０００４】
時の経過と共に、プレストレスケーブルにおける張力は減少する傾向があり、これは、こうしたケーブルによって生じる圧縮応力が不十分になって、梁の曲げに起因する引張応力を相殺できなくなる恐れがあることを意味する。こうした引張応力は、コンクリートの亀裂を招くことも、あるいは梁の破断さえも引き起こす恐れもある。
【０００５】
したがって、必要とあれば、適宜な措置を実施できるように、プレストレスケーブルにより生じる圧縮応力の残留値を監視できることは、有用である。
【０００６】
仏国特許第２  ７１７  ５７６号には、垂直の曲げ作用力と縦方向の圧縮元応力とを受ける補強コンクリート梁であって、この梁の断片は、曲げ中立軸として知られている横断線を有し、この線にそっては曲げ作用力は引張応力も圧縮応力も生じない、この補強コンクリート梁における残留元応力測定方法が記載されているが、この残留元応力測定方法には、以下のような段階、即ち、
−  梁の任意の断片における曲げ中立軸の位置を決定する段階と、
−  梁を横切る上記曲げ中立軸にそって穿孔する段階であって、この穿孔はその近辺において、ある程度の弾性変形を引き起こす段階と、
−  ボアホールがあけられるに先立つ初期状態に関して、穿孔の近辺における梁の変形を測定する段階と、
−  ほぼ半円筒形の２つのシェルを含む流体アクチュエータをボアホールに導入する段階であって、これらのシェルは、ボアホールのほぼ全横断面を占め、そしてアクチュエータが与圧を与えられるとき、互いに遠ざかるように設計されており、このアクチュエータは、２つのシェルが元応力に平行に互いに遠ざかるように移動できるように、配置されている段階と、
−  流体アクチュエータを与圧し、同時に、ボアホールの近辺における梁の変形を測定する段階と、
−  ボアホールが相殺されたために生じる梁の変形に相当する、アクチュエータの流体圧力を記録する段階と、そして、
−  このようにして測定された流体圧力値から、曲げ中立軸にそった平均残留元応力を決定する段階とが含まれる。
【０００７】
本発明の目的の１つは、応力と測定される変位との関係をより良く制御できるようにすることによって、この残留元応力測定方法を改善することである。
【０００８】
（発明の開示）
本発明の構造要素内の応力測定方法は、以下の段階、即ち、
−  測定ゾーンにおいて変位測定手段を構造要素に取り付ける段階と、
−  測定ゾーンにおいて構造要素に１つの穴をあける段階と、
−  この穴にアクチュエータを導入する段階と、
−  アクチュエータに供給圧力を与える段階と、
−  測定ゾーンにおいて構造要素内の応力の程度を推定するために、アクチュエータの供給圧力の関数として測定された変位を分析する段階とを含む。
【０００９】
本発明によると、変位測定手段には、測定方向に平行に一直線に並んでいる２カ所の各固定点において構造要素に取り付けられている２つのアームと、そして固定点のそれぞれの側においてアームに設置されている、少なくとも２つの変位センサとが含まれ、更に各センサは、互いに向かい合っているアームの２つの各部分における測定方向に平行である相対的変位を測定する。２つのアームはその間にすき間を残しており、このすき間を貫通して両固定点の中央の位置に１つの穴があけられている。
【００１０】
このようにして、変位測定のための基盤として作用する固定点は、穴の穿孔や測定ゾーンの機器の設置をいさかかも妨げることがないように、穴および測定方向に関して最適に位置決めされる。
【００１１】
穴があけられ、そして供給圧力がアクチュエータに加えられている間、変位および供給圧力の測定値を常に記録することを、この方法は、特に有利な方法で可能にし、これは、その結果の詳細な分析を可能にする。
【００１２】
好ましい実施例では、穴には、固定点を通る軸に関して対称に、測定方向に直角に延びているスロットが含まれ、アクチュエータはこのスロットに導入されるフラットアクチュエータである。
【００１３】
スロットと測定軸は互いに直角を成していることと、そしてスロットは両固定点の中央に位置していることは、変位測定値の信頼性を高め、そして所望の応力との相関関係を改善する。
【００１４】
このスロットは構成要素を完全に貫通してもよいが、充分な深さがあれば、必ずしもその必要はない。
【００１５】
フラットアクチュエータは、手動操作のポンプによって圧媒液を供給され、そして供給圧力を測定する手段を伴っている。
【００１６】
フラットアクチュエータがスロットの中に導入され、このスロットには、アクチュエータにより加えられる力をスロットの範囲全体にわたって均等に配分する少なくとも１つのくさびプレートを挿入することができる。
【００１７】
分析される変位は、２箇所の固定点間の間隔における変化を表していることが有利な点であり、この変化は、それぞれセンサによって測定された変位の平均から得られる。好ましい実施例では、測定ゾーンの外側に位置しそして測定方向に整列し、かつ測定ゾーン内にある２箇所の固定点間の距離にほぼ等しい距離をその間に有する２カ所の固定点において、追加変位測定手段が構造要素に取り付けられている。これらの追加測定手段は、測定ゾーンの外側にある２カ所の固定点間の間隔の変化を表す補正項を提供し、上記補正項は、分析段階において変位値の上記平均から減じられる。
【００１８】
この方法における幾つかの特定の実施例では、
−  変位センサはおよそ１ミクロンの測定精度を有し、
−  穴の穿孔に起因する構成要素の変形をほぼ相殺する供給圧力が達成されるまで、アクチュエータの供給圧力が増大させられ、次に、変位測定値の記録を継続しながら、次第に供給圧力が減少させられ、そして構成要素の変形をほぼ相殺した供給圧力から測定ゾーンにおける圧縮度が推定され、
−  測定された変位における変化は、アクチュエータの供給圧力の関数として記録され、そしてもし穴の穿孔に起因する構成要素の変形をほぼ相殺する供給圧力が達成されなければ、測定ゾーンにおける構成要素の応力の程度を推定するために、測定された変位における変化が外挿され、外挿が高圧に向かっていれば、測定ゾーンは圧縮状態にあることが決定できるが、外挿が負の圧力に向かっていれば、測定ゾーンは引張状態にあることが決定されることができ、
−  一旦、測定がなされた後に、圧力を与えられている物質を含むアクチュエータが穴の中に残され、
−  構造要素の中立軸にほぼそって位置している測定ゾーンが利用され、
−  構造要素の中立軸に関してほぼ対称に配置されている、少なくとも２つの測定ゾーンが利用され、そして上記測定ゾーン内で測定された応力の平均値を用いて、中立軸にそった応力が求められる。
【００１９】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら以下に行われる、非限定的な幾つかの実施例の説明によって明らかになるであろう。
【００２０】
図１は、プレストレス補強コンクリート梁１０における残留元応力の測定に本発明を応用したものを示している。この梁１０は、その頂面に、その自重に加えて、これを湾曲させる恐れがある可変荷重を受けている。その結果、梁の上部では、荷重はコンクリートに圧縮応力（正の応力）を生むが、梁の下部のコンクリートには引張応力（負の応力）を生じさせる。
【００２１】
図１における線Ｂは、梁の中立軸、即ち、梁が支える荷重およびその自重によって生じる応力がこれを境にその符号を変える軸を示している。このコンクリートを正常に作動させるために、プレストレスケーブルが縦方向に梁を圧縮し、その結果、中立軸にそった全応力は正の圧縮応力に相応する。
【００２２】
図１において、線Ａは梁１０の対称軸を示し、そして点Ｃは中立軸Ｂとのその交点を示す。
【００２３】
図１に示されている実施例では、中立軸（点Ｃ）におけるコンクリート内の残留応力を測定するには、点Ｃに関して対称に配置されている２つの測定ゾーンＺが用いられる。
【００２４】
各測定ゾーンＺにおいて、測定方向Ｂに平行な圧縮応力の値が決定される。点Ｃにおける残留応力の値を得るためには、２つの測定値の算術平均を計算すればよい。
【００２５】
点Ｃがアクセス可能ならば、その直近の所で１回だけ測定してすませることもできる。
【００２６】
この応力測定方法における第１の段階は、各測定ゾーンＺにおいてそれぞれ２箇所の固定点Ｘを定めることである。これら２つの固定点は、測定方向Ｂに平行に一直線に並んでおり、そしてそれらの距離は、２つの開口を有するテンプレート１１を用いて正確に定められ、これらの開口を通して穴が開けられ、その穴の中にアンカーボルトが設置される。
【００２７】
各測定ゾーンＺは、対照ゾーンＺ’を伴っており、この対照ゾーンには、他の２つの固定点Ｘ’があり、これらの点もまた、測定方向Ｂに平行に一直線に並んでおり、そして固定点Ｘどうし間と同じ距離だけ離れている。固定点Ｘ’は、測定ゾーンＺにおいて用いられたものと同様なテンプレート１２を使用して、位置決めすることができる。
【００２８】
次の段階は、図２に示されているもののような変位測定手段を測定ゾーンＺに設置することである。
【００２９】
こうした手段には、２つのアーム１５が含まれており、これらのアームはそれぞれその中央部において、固定点Ｘにおいてコンクリートにあけられた穴に封じ込まれているロッドに、固定されている。アーム１５は、測定方向Ｂに対して一般的に直角を成す方向に延びている。それらの端は、内側に向かって屈曲し、そしてアーム１５の屈曲端の両端面部分１７間に、変位センサ１６が挿入されている。
【００３０】
変位センサ１６は、±１ｍｍの変位範囲内においておよそ１ミクロンの測定精度を有する電気機械式すき間ゲージにすることができる。
【００３１】
２つのセンサ１６は、測定方向Ｂに平行である、２つの固定点Ｘを通過する軸Ｂ’に関して対称に配置されている。したがって、センサ１６によって提供された２つの変位測定値ｄ1 、ｄ2 の算術平均（ｄ1 ＋ｄ2 ）／２が、２つの固定点Ｘ間における間隔の変化量を表す。
【００３２】
追加変位測定手段（図３）が、対照ゾーンＺ’内に設置されている。これらの手段には、２つの固定点Ｘ’においてコンクリートにあけられている穴に封じ込まれているロッドに、それぞれ固定されている２つの小板１８が含まれている。測定ゾーンＺに設置されている変位センサ１６と同様な変位センサ１９が、２つの小板１８の間に配置されている。このセンサ１９により提供された変位値ｄ3 は、２つの固定点Ｘ’間における間隔の変化量を表している。
【００３３】
この方法における次の段階は、測定ゾーンＺにおいてコンクリートの構造要素１０に１つの穴２０、２１をあけることである。この穴は、図２に点線で示されているように、変位測定装置の２つのアーム１５の間に残されている空所にあけられる。
【００３４】
この穴には、測定方向Ｂに対して直角を成して延びているスロット２０が含まれる。このスロット２０は、２つの固定点Ｘ間の中心に位置し、そしてこれら２つの固定点Ｘを通過する軸Ｂ’は、スロット２０の中央を通過する。スロット２０は、およそ１センチメータの厚さと、そしてその約１０倍の長さを有する。
【００３５】
測定ゾーンＺ内にあけられた穴は、スロット２０の両端においてそれぞれ円筒形のボアホール２１を有し、その直径は、例えば、およそ数センチメートルである。
【００３６】
穴２０、２１を穿孔するには、先ず、液圧式のコンクリートコアドリルを用いて、ボアホール２１をあけ、次に、液圧式のコンクリートカッターを用いて、スロット２０をあける。コアドリルとカッターは、コンクリート構造に固定されているシャーシに取り付けることができる。
【００３７】
穴２０、２１は、梁１０を完全に貫通していてもよい。場合によっては、貫通しなくとも、充分な深さまでコンクリートに入り込んでいればよい。
【００３８】
次の段階（図４）は、スロット２０にフラットアクチュエータ２４を導入することである。このアクチュエータは、周縁にそって互いに溶接された２つの金属プレートから成る。図示されてはいないが、注入口によって、２つのプレート間のスペースが流体回路と連絡されている。図４に示されているように、適宜な厚さのくさびプレート２５（または幾つかのシートのスタック）を、フラットアクチュエータ２４と共に、スロット２０内に配置することもできる。このくさびプレート２５によって、スロット２０の範囲全体にわたり、フラットアクチュエータ２４により及ぼされるスラストのより均等な配分が可能になる。
【００３９】
図５には、流体回路が図式的に示されている。タンク２７からの圧媒液は、ポンプ２８によって圧力をかけられて、フラットアクチュエータ２４に送られる。１例をあげれば、供給圧力は約２００バールから３００バールまでの範囲であってよい。ポンプ２８とアクチュエータ２４との間にある圧力計２９は、アクチュエータの供給圧力を測定するために用いられる。段階的に圧力を上げて、高圧に達するためには、ポンプ２８は手動で操作する方が有利である。
【００４０】
図５にはまた、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）タイプの携帯コンピュータから成る、計算装置３０が示されており、この装置は、センサ１６、１９および２９によって測定された様々なパラメータを収集する。計算装置３０は、測定ゾーンＺ内に生じる応力の数値を求めるために、変位および圧力の測定値を利用する。この利用はリアルタイムで行うことができ、これは、応力の測定値を直ちに利用できることを意味する。
【００４１】
計算装置３０により記録されたデータは、フラットアクチュエータ２４にかかる供給圧力Ｐの関数としての２つの固定点Ｘ間における間隔の変化に対応する。２つの固定点Ｘ間において測定された間隔（ｄ1 ＋ｄ2 ）／２は、固定点Ｘ’間において測定された間隔ｄ3 を用いて補正される。したがって、関連の変位変数は（ｄ1 ＋ｄ2 ）／２−ｄ3 である。
【００４２】
圧力の関数としてのこの変数（ｄ1 ＋ｄ2 ）／２−ｄ3 における変化の１例が、図６のグラフに示されている。曲線ＩおよびＩＩはそれぞれ、フラットアクチュエータ２４内における圧力の上昇と圧力の下降とに対応している。測定された変数（ｄ1 ＋ｄ2 ）／２−ｄ3 が、穴があけられる前に記録された数値に相当する変位値ｄ0 に達するとき、上昇は停止される。その瞬間に測定された圧力Ｐは、所望の圧縮応力に相当する。
【００４３】
アクチュエータ２４がその最大圧力を供給されているときでも、変位値ｄ0 がまだ達成されていなければ、その時、コンピュータ３０は、ｙ軸の値ｄ0 と外挿された線との交点のｘ軸の値によって与えられる応力量を得るために、ほぼ線形である、得られた曲線を外挿する。
【００４４】
穴２０、２１があけられているとき、供給圧力の関数としての変位の変動もまた記録され、そしてこれによって、構造物の挙動を観察することが可能になり、そして恐らくは穴をどの位まで深くする必要があるか推測することもでき、そしてそれは、この深さを越えると、固定点において測定される追加変位がもはや有意ではない深さである。
【００４５】
測定方向Ｂに垂直なスロット２０の中にフラットアクチュエータ２４を配置することによって、考慮しなければならない他の望ましくない応力を引き起こす穴の幾何学的構造を避けて、この方向における信頼できる測定を可能にする。スロット２０の両端におけるボアホール２１は、これら両端における寄生的応力を制限し、そしてスロット２０の切り抜きを容易にする。また、装置の取り付けを容易にすることができる。
【００４６】
穴２０、２１をうがつことは、その寸法が小さいので、一般的には構造を乱すことはない。しかし、このような混乱が心配ならば、測定が終わった後に、与圧された物質を含むアクチュエータを穴に残すことによって、これを克服することができる。こうした物質は、例えば、測定された残留応力に相当する圧力で、フラットアクチュエータに注入される樹脂であって、これは、現場に残されるであろうアクチュエータ内に残され、硬化する。
【００４７】
（産業上の利用可能性）
この構造要素内の応力測定方法は、測定ゾーンが圧縮状態ではなく引張状態にあるときにも、応用できることに留意すべきである。この場合、穴の穿孔に続く弛緩によって、アーム１５は、圧縮応力の場合（図６）のように互いに接近するように動かされるのではなく、互いに離れるように動かされる傾向がある。更に、アクチュエータが供給されると、対照値ｄ0 から更に離れるように測定点（ｄ1 ＋ｄ2 ）／２−ｄ3 を移動させる追加引き離しが生じる。これは、上述の外挿法を用いて測定ゾーンにおける応力量を推定することを妨げるものではない。全く単純に、外挿は、（より高い圧力に向かってではなく）負の圧力に向かってなされる。外挿された測定値の直線が、図６にしたがった図表内のｙ軸の値ｄ0 に達する、対向するｘ軸の値が、引張応力の推定値である。
【００４８】
更に、この構造要素内の応力測定方法は、必ずしもコンクリート製ではない、例えば、石造りの構造のような、あらゆるタイプの構造にも応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にしたがって応力測定が行われる梁の正面図である。
【図２】  応力測定ゾーンにある変位測定手段の図式的な正面図である。
【図３】  応力測定ゾーンの外にある他の変位測定手段の図式的な正面図である。
【図４】  応力測定ゾーンの断面図である。
【図５】  本発明において用いることができる制御および測定シーケンスのブロック線図である。
【図６】  本発明にしたがって作成されたグラフの１例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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