(57)【要約】【課題】コンクリート部材に大きな損傷が生じた後においても、ひずみ、曲率等を精度良く測定する。【解決手段】棒状の弾性部材にひずみを計測する計測部材を弾性部材の軸方向に所定間隔で複数設け、この弾性部材をコンクリート部材の内部に付着した状態で配設する。コンクリート部材が変形し損傷しても弾性部材は損傷せず、計測部材も破損しない。したがって、コンクリート部材に大きな損傷が生じた後においても、ひずみを精度良く計測することができる。また、計測部材を、弾性部材の軸中心を挟んで対向する位置に設け、それらのひずみに基づきコンクリート部材の曲率等を求める。また、弾性部材をコンクリート部材の内部に付着しない状態で配設して、弾性部材のひずみを計測し、それらのひずみに基づきコンクリート部材の曲率等を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート部材の内部に付着した状態で配設される棒状の弾性部材と、
この弾性部材にその軸方向に所定間隔で複数設けられ、前記コンクリート部材のひずみを計測する計測部材と、
を備えることを特徴とするコンクリート部材のひずみ測定装置。
【請求項２】
前記計測部材は、前記弾性部材の内部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート部材のひずみ測定装置。
【請求項３】
前記計測部材は、前記弾性部材の軸中心を挟んで対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のコンクリート部材のひずみ測定装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載のコンクリート部材のひずみ測定装置をコンクリート部材の内部に配設し、
前記計測部材が計測した前記弾性部材のひずみに基づき前記コンクリート部材のひずみを測定することを特徴とするコンクリート部材のひずみ測定方法。
【請求項５】
請求項１から３の少なくとも一項に記載のコンクリート部材のひずみ測定装置を、前記計測部材が前記コンクリート部材の同一断面内の複数箇所に位置するように、コンクリート部材の内部に配設し、
前記計測部材が計測した前記弾性部材のひずみに基づき前記コンクリート部材の同一断面内の複数箇所のひずみを測定し、
これらのひずみに基づきコンクリート部材の曲率を求めることを特徴とするコンクリート部材の曲率測定方法。
【請求項６】
コンクリート部材の内部に付着しない状態で棒状の弾性部材を配設し、
この弾性部材にはその軸方向に所定間隔で、前記コンクリート部材の曲げ変形によって生じる弾性部材のひずみを計測する計測部材が複数設けられており、
前記計測部材が計測した前記弾性部材のひずみに基づきコンクリート部材の曲率を求めることを特徴とするコンクリート部材の曲率測定方法。
【請求項７】
前記計測部材は、前記弾性部材の内部に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のコンクリート部材の曲率測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材、試験部材等のコンクリート部材に生じる変形を測定するための、コンクリート部材のひずみ測定装置およびこれを用いたコンクリート部材のひずみ測定方法、曲率測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート部材に生じるひずみを正確に計測し、曲率、たわみ等を測定することはコンクリート部材の変形性能を確認する上で重要である。従来、コンクリート部材に生じる変形を測定する方法として、コンクリート部材の表面にひずみゲージを貼り付けて固定し、その計測値に基づいて曲率、たわみ等を求める方法が広く用いられてきた。
【０００３】
しかし、コンクリート部材に発生する応力によっては、コンクリート部材にひび割れが発生して、ひずみゲージの破損等により、その後のひずみの計測ができなくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、コンクリート部材である供試体の断面の圧縮縁、引張縁に変位計を設置し、平面保持の原則が成立することを前提として、これらの変位計の値から、曲率を測定する方法が行われている（例えば、非特許文献１参照。）。すなわち、供試体にある程度の損傷が生じても曲率が測定できるように、測点部に細い鋼棒を内部コンクリートに定着させるとともに、かぶりコンクリートと鋼棒の付着を絶つようにしている。
【非特許文献１】建設省土木研究所、日本道路公団、首都高速道路公団、阪神高速道路公団，「鉄筋コンクリート橋脚の耐震性に及ぼす寸法効果の影響に関する共同研究報告書」，１９９９年１１月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような方法でも、かぶりコンクリートの剥落、鉄筋のはらみ等が発生するなど、供試体の損傷が大きくなると、変位の測定を精度良く行うことができず、結果として曲率等を精度良く計測できない。
【０００６】
本発明の課題は、コンクリート部材に大きな損傷が生じた後においても、ひずみ、曲率等を精度良く測定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明のコンクリート部材のひずみ測定装置は、例えば図１に示すように、コンクリート部材２の内部に付着した状態で配設される棒状の弾性部材３と、この弾性部材３にその軸方向に所定間隔で複数設けられ、前記コンクリート部材２のひずみεを計測する計測部材４と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
ここで、コンクリート部材２としては、例えば、構造物の梁、柱、床、壁等の構造部材、コンクリートの水平交番載荷試験等に用いられる供試体等の試験部材などが挙げられる。コンクリート部材２の構成材料としては、コンクリート製に限らず、例えばモルタル製、鉄筋コンクリート製、プレストレストコンクリート製、鉄骨鉄筋コンクリート製、コンクリート充填鋼管製などがある。
【０００９】
また、弾性部材３は、外力が加えられるとコンクリート部材２とともに変形し、コンクリートが塑性領域に入りその損傷が大きくなっても、弾性を保持する性質を有するものである。
【００１０】
また、計測部材４としては、例えば、測定対象物の伸縮に比例して金属（抵抗体）が伸縮し抵抗値が変化することを利用したひずみゲージ（電気抵抗式）などが挙げられる。
【００１１】
このように、棒状の弾性部材３をコンクリート部材２の内部に配設する場合、コンクリート部材２が損傷しても、弾性部材３が損傷することはない。すなわち、コンクリート部材２が塑性変形し損傷を受けていても、弾性部材３が損傷を受けているコンクリート部材２の変形に従って弾性変形する。このような弾性部材３に、ひずみを計測する計測部材４が設けられることにより、計測部材４が破損することがない。そして、弾性部材３のひずみを計測することにより、コンクリート部材２に大きな損傷が生じた後においても、精度の良いひずみの計測が可能である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコンクリート部材のひずみ測定装置において、例えば図１に示すように、前記計測部材４は、前記弾性部材３の内部に設けられていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、計測部材４が弾性部材３の内部に設けられる形態としては、例えば、計測部材４が弾性部材３内に埋め込まれたり、弾性部材３を筒状としてその内面に取り付けたりすることが挙げられる。また、計測部材４が弾性部材３の外面に取り付けられ、その外面が被覆されるような構成としてもよい。
【００１４】
このように、弾性部材３の内部に計測部材４を設けることにより、コンクリート部材２の製作時またはコンクリート部材２の損傷時に、計測部材４を確実に保護することが可能である。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のコンクリート部材のひずみ測定装置において、例えば図１に示すように、前記計測部材４は、前記弾性部材３の軸中心を挟んで対向する位置に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
このように、計測部材４を、弾性部材３の軸中心を挟んで対向する位置に取り付けることにより、コンクリート部材２の同一断面における対向する箇所の異なったひずみの計測が可能である。例えば、コンクリート部材２が曲げを受ける場合、対向する計測部材４が、それぞれ圧縮ひずみ、引張ひずみを同時に計測することができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明のコンクリート部材のひずみ測定方法は、例えば図２において、請求項１から３のいずれか一項に記載のコンクリート部材２のひずみ測定装置１をコンクリート部材２の内部に配設し、前記計測部材４が計測した前記弾性部材３のひずみに基づき前記コンクリート部材２のひずみεを測定することを特徴とする。
【００１８】
このように、ひずみ測定装置１をコンクリート部材２の内部に配設し、計測部材４が計測した前記弾性部材３のひずみに基づきコンクリート部材２のひずみを測定する。よって、コンクリート部材２に大きな損傷が生じた後においても、ひずみεを精度良く計測することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明のコンクリート部材の曲率測定方法は、例えば図２において、請求項１から３の少なくとも一項に記載のコンクリート部材のひずみ測定装置を、前記計測部材４が前記コンクリート部材２の同一断面内の複数箇所に位置するように、コンクリート部材２の内部に配設し、前記計測部材４が計測した前記弾性部材３のひずみに基づき前記コンクリート部材２の同一断面内の複数箇所のひずみεを測定し、これらのひずみεに基づきコンクリート部材２の曲率φを求めることを特徴とする。
【００２０】
このように、計測部材４がコンクリート部材２の同一断面内の複数箇所に位置するように、ひずみ測定装置１をコンクリート部材２の内部に配設する。そして、計測部材４が計測した弾性部材３のひずみに基づき、コンクリート部材２の同一断面内の複数箇所のひずみεを測定し、これらのひずみεに基づきコンクリートの曲率φを求める。例えば、コンクリート部材２の同一断面内の任意の２箇所に位置する計測部材により、コンクリート部材２の２箇所のひずみを測定し、その２箇所を結ぶ方向の曲率φを求める。よって、コンクリート部材２に大きな損傷が生じた後においても、精度良くひずみεを計測し、コンクリート部材２の曲率φを測定することができる。
【００２１】
計測部材４をコンクリート部材２の同一断面内に配置する形態としては、例えば、計測部材４が一列で設けられた弾性部材３を複数配置するもの、計測部材４が対向して設けられた弾性部材３を一つ配置するもの、又はそれらを組み合わるものなど様々な形態が考えられる。
【００２２】
ここで、曲率は、同一断面内に位置する２箇所の計測部材４によって計測された弾性部材３のひずみの値の差を、その２箇所の計測部材４の距離で除して算定される。また、この曲率を積分すればコンクリート部材２の傾きが求められ、さらにこの傾きを積分すればコンクリート部材２のたわみが求められる。
【００２３】
請求項６に記載の発明のコンクリート部材の曲率測定方法は、例えば図２において、コンクリート部材２の内部に付着しない状態で棒状の弾性部材３を配設し、この弾性部材３にはその軸方向に所定間隔で、前記コンクリート部材２の曲げ変形によって生じる弾性部材３のひずみを計測する計測部材４が複数設けられており、前記計測部材４が計測した前記弾性部材３のひずみに基づきコンクリート部材２の曲率を求めることを特徴とする。
【００２４】
ここで、コンクリート部材２、弾性部材３、計測部材４は、前述したものとほぼ同様のものが考えられる。
【００２５】
このように、棒状の弾性部材３をコンクリート部材２の内部に配設する場合、コンクリート部材２が損傷しても、弾性部材３が損傷することはない。すなわち、コンクリート部材２が塑性変形し損傷を受けていても、弾性部材３が損傷を受けているコンクリート部材２の変形に対応して弾性変形する。このような弾性部材３にひずみを計測する計測部材４が設けられることにより、計測部材４が破損することがない。そして、コンクリート部材２の曲げ変形によって生じる弾性部材３のひずみを計測することにより、コンクリート部材２に大きな損傷が生じた後においても、弾性部材３のひずみに基づき精度良くコンクリート部材２の曲率φを測定することができる。
【００２６】
ここで、曲率は、コンクリート部材２と弾性部材３が付着していないことによって弾性部材３の中立軸がその中心に位置するので、計測部材４によって計測されたひずみの値を、計測部材４と弾性部材３の中心との距離で除して算定される。また、この曲率を積分すればコンクリート部材２の傾きが求められ、さらにこの傾きを積分すればコンクリート部材２のたわみが求められる。
【００２７】
なお、コンクリート部材２と弾性部材３とが付着しない状態は、例えば、外面が平滑な弾性部材を用いたり、さらにその表面に潤滑材等を塗布したりすることで得られる。また、弾性部材を二重管の構造とし、外管はコンクリートに付着させ、内管は外管に対して摺動可能にする構成が考えられる。
【００２８】
請求項７に記載の発明は、例えば図２において、請求項６に記載のコンクリート部材の曲率測定方法において、前記計測部材は、前記弾性部材の内部に設けられていることを特徴とする。
【００２９】
このように、弾性部材３の内部に計測部材４を設けることにより、コンクリート部材２の製作時またはコンクリート部材２の損傷時に、計測部材４を確実に保護することが可能である。
【００３０】
なお、以上において、弾性部材３を配設する位置は、最も損傷が少ないコンクリート部材２の中立軸付近、例えばコンクリート部材２の断面の中心付近に配設するのが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
請求項１又は４に記載の発明によれば、棒状の弾性部材をコンクリート部材の内部に配設するので、コンクリート部材が変形し損傷しても弾性部材は損傷せず、このような弾性部材にひずみを計測する計測部材を設けているので、計測部材も破損しない。したがって、コンクリート部材に大きな損傷が生じた後においても、コンクリート部材に付着した状態での弾性部材のひずみに基づき、コンクリート部材のひずみを精度良く計測することができる。
【００３２】
請求項３に記載の発明によれば、計測部材を、弾性部材の軸中心を挟んで対向する位置に設けているので、コンクリート部材の同一断面における対向する箇所の異なったひずみを計測することができる。
【００３３】
請求項５に記載の発明によれば、計測部材をコンクリート部材の同一断面内の複数箇所に位置するように、コンクリート部材の内部に配設し、計測部材が計測した弾性部材のひずみに基づきコンクリート部材の同一断面内の複数箇所のひずみを測定する。これらのひずみに基づきコンクリート部材の曲率を、コンクリート部材に大きな損傷が生じた後においても、精度良く計測することができる。
【００３４】
請求項６に記載の発明によれば、棒状の弾性部材をコンクリート部材の内部に配設するので、コンクリート部材が変形し損傷しても弾性部材は損傷せず、このような弾性部材にひずみを計測する計測部材を弾性部材の軸方向に所定間隔で複数設けているので、計測部材も破損しない。したがって、コンクリート部材に大きな損傷が生じた後においても、コンクリート部材に付着しない状態での弾性部材のひずみに基づき、曲率を精度良く計測することができる。
【００３５】
請求項２または７に記載の発明によれば、計測部材を弾性部材の内部に設けているので、計測部材を確実に保護することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
〔第１の実施の形態〕
図１に示すように、コンクリート部材のひずみ測定装置１は、棒状の弾性部材３と、ひずみを計測する複数の計測部材４とを備えるものとして構成されている。
【００３７】
弾性部材３は、その内部に中空部３ａを有して円形筒状に形成されている。また、弾性部材３は、外力が加えられるとコンクリート部材とともに変形し、コンクリートが塑性領域に入りその損傷が大きくなっても、弾性を保持するものである。この実施の形態においては、弾性部材３はコンクリート部材の内部に付着した状態となっている。
【００３８】
計測部材４は、コンクリート部材の所定箇所に生じるひずみを計測するために、弾性部材３の内部に所定間隔で設けられている。具体的には、弾性部材３の内面に、その軸中心を挟んで対向するように２列をなして、その軸方向に所定間隔で複数貼り付けられている。
【００３９】
ここで、計測部材４は、例えば測定対象物の伸縮に比例して金属（抵抗体）が伸縮し抵抗値が変化することを利用したひずみゲージ（電気抵抗式）などである。計測部材４がひずみゲージである場合には、ひずみゲージに接続するリード線（図示省略）は、弾性部材３の中空部３ａを挿通させ、その端部側に延出するようになる。
【００４０】
以上のようなひずみ測定装置１によれば、コンクリート部材が変形して損傷しても、弾性部材３が損傷しないので、このような弾性部材３にひずみεを計測する計測部材４を設けてその破損（例えば、ひずみゲージおよびリード線の破損）を防ぐことができる。したがって、コンクリート部材に大きな損傷が生じた後においても、コンクリート部材の中立軸付近に付着した状態での弾性部材３のひずみを計測することにより、コンクリート部材のひずみを精度良く計測することができる。
【００４１】
そして、計測部材４を弾性部材３の内部に設けているので、計測部材４を確実に保護することができる。さらに、計測部材４を、弾性部材３の軸中心を挟んで対向する位置に設けているので、コンクリート部材２の同一断面内の対向する箇所の異なったひずみを計測することができる。例えば、コンクリート部材２が曲げを受けた場合に、圧縮ひずみおよび引張ひずみをそれぞれ計測することができる。
【００４２】
次に、上記のように構成したコンクリート部材のひずみ測定装置１を用いて、コンクリート部材のひずみ、曲率測定方法について説明する。
【００４３】
図２に示すように、コンクリート部材２は、コンクリートで作製した試験用部材である柱状の供試体である。予め製作したひずみ測定装置１を供試体断面の中央付近に位置するように型枠内に配設し、型枠内にコンクリートを打設して作製される。また、コンクリート内には鉄筋などが適宜配設される。供試体の上端部は自由端であり、下端部が基礎部５に固定され、ひずみ測定装置１（弾性部材３）の下端部は基礎部５に埋め込まれ固定されている。
【００４４】
弾性部材３に設けられた対向する２列の計測部材４の配置は、最大および最少のひずみを計測できるように、荷重Ｈを加える方向（曲げ方向）に一致させてある。
【００４５】
ここで、垂直状態に支持された供試体は、その上端部において水平方向に荷重Ｈを受けると、図２（ａ）に示すように、点線の状態から実線の状態に下端部が固定された状態で上端部が水平方向（曲げ方向）にたわむように変形する。そのため、供試体の内部に設けられた弾性部材３も、基礎部５に固定された下端部分を支点として湾曲した状態に変形する。このとき、弾性部材の外面は供試体の内面と付着しているので、その両面において等しいひずみが発生する。そして、弾性部材３に設けられた各計測部材４により、供試体の曲げ方向のひずみを計測する。
【００４６】
供試体に加わる荷重Ｈが増加し、供試体の内部に配された鉄筋などの降伏応力を超えて、供試体に大きな損傷が生じても、その損傷した状態の供試体のひずみは、弾性部材３のひずみとなって反映される。この状態においても、計測部材４は破損していないので、コンクリートのひずみを精度良く計測することができる。
【００４７】
また、図２（ｂ）に示すように、上記のように供試体が変形する場合、供試体のひずみεの分布は、弾性部材３のひずみから求められる。さらに、図２（ｃ）に示すように、供試体の曲率φは、弾性部材３の曲率から求められる。弾性部材３の曲率は、一対の対向する計測部材４により計測されたひずみの計測値の差を、これらの計測部材４の距離で除して求められる。さらに、供試体の傾きは曲率を積分すれば求められ、供試体のたわみは傾きを積分すれば求められる。
【００４８】
弾性部材３が供試体のほぼ全長にわたる長さで配設され、計測部材４が弾性部材３の全長にわたって設けられているため、供試体の全長にわたる断面のひずみ及びひずみ分布を求めることができ、供試体の全長にわたる曲率分布を測定することができる。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態におけるコンクリート部材の曲率の測定方法は、第１の実施の形態のコンクリート部材の曲率の測定方法において、弾性部材３を供試体の内部に付着しない状態で配設した実施例である。なお、その他の構成については、第１の実施の形態とほぼ同様であるので、共通する部分については説明を簡略化し、図２において、弾性部材３と供試体が付着していないものとして同一符号を用いて説明する。なお、この実施の形態において、計測部材４の配置は２列である必要はなく、１列であってもよい。
【００５０】
なお、供試体と弾性部材３とが付着しない状態は、例えば、外面が平滑な弾性部材を用いたり、さらにその表面に潤滑材を塗布したりすることで得られる。
【００５１】
図２（ａ）に示すように、垂直状態に支持された供試体は、その上端部において水平方向に荷重Ｈを受けると、点線の状態から実線の状態に下端部が固定された状態で上端部が水平方向（曲げ方向）にたわむように変形する。そのため、供試体の内部に設けられた弾性部材３も、基礎部５に固定された下端部分を支点として湾曲した状態に変形する。このとき、弾性部材３の外面は供試体の内面と付着していないので、弾性部材３はその中立軸をその中心位置に保ったまま、供試体のひずみではなく弾性部材３自身のひずみが発生する。そして、弾性部材３に設けられた各計測部材４により、弾性部材３のひずみを計測し、このひずみに基づき供試体の曲率φを測定する。
【００５２】
供試体の曲率φは、弾性部材３の曲率から求められる。弾性部材３の曲率は、コンクリート部材と弾性部材が付着していないことによって、弾性部材の中立軸がその中心に位置するので、計測部材４によって計測されたひずみの値を計測部材４と弾性部材の中心との距離で除して算定される。さらに、供試体の傾きは曲率φを積分すれば求められ、供試体のたわみは傾きを積分すれば求められる。
【００５３】
供試体に加わる荷重Ｈが増加し、供試体の内部に配置された鉄筋などの降伏応力を超えて、供試体に大きな損傷が生じても、その損傷した状態の供試体の変形は、弾性部材３の変形に反映される。この状態においても、計測部材４は破損していないので、コンクリートの曲率φを精度良く計測することができる。
【００５４】
なお、以上の実施の形態においては、ひずみ、曲率等の測定対象を供試体としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、構造物の梁、柱、床、壁等の構造部材であっても良い。また、弾性部材を円形筒状としたが、その断面形状、大きさ等も任意であり、楕円形筒状、多角形筒状、板状としてもよく、計測対象、荷重作用方向等に応じて適宜選定することができる。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００５５】
また、計測部材の配置も、一対である必要はなく、複数対としてそれぞれ均等に配設してもよい。また、一対の計測部材を設けた一つの弾性部材をコンクリート部材の断面中央付近に配設し、ひずみ分布、曲率等を求めるようにしたが、対にはなっていない（１列のみの）計測部材を設けた複数の弾性部材を、コンクリート部材の軸中心を挟んで対向する位置に配設して、それらを求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用した一実施の形態のひずみ測定装置の構成を示す概略斜視図である。
【図２】本発明を適用した一実施の形態のひずみ、曲率測定方法を説明する図であり、（ａ）はコンクリート部材が変形する様子を示す概略断面図、（ｂ）はコンクリート部材のひずみ分布を示す模式図、（ｃ）はコンクリート部材の曲率分布を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  ひずみ測定装置
２  コンクリート部材
３  弾性部材
３ａ  中空部
４  計測部材
Ｈ  荷重
ε  コンクリート部材のひずみ
φ  コンクリート部材の曲率
【図１】
2006078214.tif 000003
【図２】
2006078214.tif 000004