(57)【要約】【課題】設置や移動が容易で、かつ、構造体の損傷を容易に確認できる構造体の損傷検知装置を提供する。【解決手段】弾性体から成る平面視長方形の板材１１と、板材１１の長手方向の両端側に配置されて、構造体（鋼材２０）に吸着される２個の磁石１２Ａ、１２Ｂから成る取付部材と、板材１１に取付けられて板材１１の歪み量を計測する歪み量計測手段１３と、光源１４と、歪み量計測手段１３が検出した歪み量が、予め設定された閾値を超えた場合に、光源１４を点灯させる点灯指示手段１５とを備えた構造体の損傷検知装置１０を、構造体の表面に取付けて、構造体の損傷を確認するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材から成る構造体の表面に取付けられて、前記構造体の損傷を検知する装置であって、
弾性体から成る板材と、
前記板材の両端側に配置されて、前記構造体に吸着される２個の磁石から成る取付部材と、
前記板材に取付けられて前記板材の歪み量を計測する歪み量計測手段と、
前記歪み量計測手段が検出した歪み量が、予め設定された閾値を超えた場合に、警告を発する警告手段とを備えることを特徴とする構造体の損傷検知装置。
【請求項２】
表面に、互いに所定の間隔を隔てて設置された磁性体から成る２枚の取付け用板材を備えた構造体の損傷を検知する装置であって、
弾性体から成る板材と、
前記板材の両端側に配置されて、前記取付け用板材の表面にそれぞれ吸着される２個の磁石から成る取付部材と、
前記板材に取付けられて前記板材の歪み量を計測する歪み量計測手段と、
前記歪み量計測手段が検出した歪み量が、予め設定された閾値を超えた場合に、警告を発する警告手段とを備えることを特徴とする構造体の損傷検知装置。
【請求項３】
前記警告手段を、
光源を点灯させる手段から構成するとともに、
前記警告手段は、
前記歪み量計測手段が検出した歪み量が、予め設定された閾値を超えた場合に、前記光源を点灯させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造体の損傷検知装置。
【請求項４】
前記警告手段を、
音もしくは臭いを発する手段から構成するとともに、
前記警告手段は、
前記歪み量計測手段が検出した歪み量が、予め設定された閾値を超えた場合に、音もしくは臭いを発生させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造体の損傷検知装置。
【請求項５】
前記２つの磁石のうちの一方の磁石に固定された底板と、
前記底板の周縁部から立ち上がって前記板材を覆う蓋部とを有するケースを備え、
前記底板には、周縁部が他方の磁石とは所定の距離だけ離れるように形成された孔部もしくは切欠き部が設けられ、
前記蓋部には、前記警告手段が取付けられていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の構造体の損傷検知装置。
【請求項６】
前記警告手段を、光源を点灯させる手段から構成し、
前記光源を前記ケース内に収納するとともに、
前記ケースの少なくとも前記光源とその近傍を透明な材料から構成したことを特徴とする請求項５に記載の構造体の損傷検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材やコンクリートなどの構造体の歪み量を計測して構造体が損傷しているか否かを検知する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板巻立て工法により補強された柱状構造物の損傷を検知する方法として、補強用鋼板とモルタルとに穴部を設けて、この穴部に、２枚の透明板と、この２枚の透明板で挟持された、圧縮力により非可逆的に変色する圧力測定用シートとを備えた圧力検知体を設置して、圧力測定用シートの変色を観察する手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−８４９９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、前記特許文献１の手法では、２枚の透明板のうち、一方の透明板のモルタル側の面を傾斜させるとともに、鏡面に近い状態に研磨することで、柱の断面に平行な面内に配置された圧力測定用シートからの光を反射させて観察可能とする構成のため、設置が難しく、現場での利用のような短期間の使用には向かない、といった問題点があった。
また、損傷の度合いを複数点で計測するには、計測点のそれぞれに、圧力検知体を設置する必要があった。
また、構造体が損傷しているか否かを検知する方法としては、構造体に直接歪みゲージを貼着する方法も考えられるが、この場合も、計測が複数ある場合には、計測点のそれぞれに、歪みゲージを貼着する必要があり、技術者が現場に行かないと、設置が困難なため、費用がかかった。
【０００５】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、設置や移動が容易で、かつ、構造体の損傷を容易に確認できる鋼材の損傷検知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、開削の山留め工やトンネルの支保工などに用いられる鋼材から成る構造体の表面に取付けられて、前記構造体の損傷を検知する装置であって、弾性体から成る板材と、前記板材の両端側に配置されて、前記構造体に吸着される２個の磁石から成る取付部材と、前記板材に取付けられて前記板材の歪み量を計測する歪み量計測手段と、前記歪み量計測手段が検出した歪み量が、予め設定された閾値を超えた場合に、警告を発する警告手段とを備えることを特徴とする。
このように、歪み量計測手段が取付けられた板材を、磁石を介して鋼材から成る構造体に取付けて、板材の歪み量から前記構造体の損傷を検知するとともに、損傷が検知された場合には、警告手段により、警告を発するようにしたので、設置や移動が容易なだけでなく、前記構造体の損傷を容易に確認できる装置を提供することができる。
また、構造体が木やコンクリートから成る場合には、構造体の表面に、鉄板や鋼板などの磁性体から成る２枚の取付け用板材を、互いに所定の間隔を隔てて設置し、これらの取付け用板材に、前記装置の取付け部材である２個の磁石をそれぞれ取付けて、前記取付け用板材間の歪み量を検知してやれば、前記構造体の損傷を検知することができる。
また、本発明は、前記警告手段をＬＥＤや白熱電球などの光源を点灯させる手段から構成したので、損傷が検知されたことを、光源を点灯させることで可視化できる。したがって、鋼材の損傷を容易に確認できる。
また、前記警告手段を、音や臭いを発する手段としてもよい。
例えば、スイッチを入れることで大きな音が発生したり、臭い袋が破けて臭いがするようにすればよい。警告音や、ガスのようににおいにより危険を知らせるのは、注視していなくても、検知体に損傷があったことをできるという利点がある。
また、本発明は、前記２つの磁石のうちの一方の磁石に固定された底板と、前記底板の周縁部から立ち上がって前記板材を覆う蓋部とを有するケースを備え、前記底板には、周縁部が他方の磁石とは所定の距離だけ離れるように形成された孔部もしくは切欠き部が設けられ、前記蓋部には、前記警告手段が取付けられていることを特徴とする。
これにより、光源と検出部とを一体にできるので、損傷個所についても可視化できる。
また、前記警告手段を、光源を点灯させる手段から構成し、前記光源を前記ケース内に収納するとともに、前記ケースの少なくとも前記光源とその近傍を透明な材料から構成したので、損傷が検知されたことを、可視化できる。したがって、装置を小型化できるとともに、装置に防水性能を付加することができる。
【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構造体の損傷検知装置を示す図である。
【図２】構造体の損傷検知装置の他の構成を示す図である。
【図３】損傷検知装置の設置方法を示す図である。
【図４】本発明による構造体の損傷検知装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態を示す図で、各図において、１０は構造体の損傷検知装置（以下、損傷検知装置１０という）、２０は損傷検知対象である構造体である。
本例では、構造体２０を、（ｃ）図に示すような、開削の山留め工の切梁として使用されているＨ鋼とするとともに、損傷検知装置１０を、構造体２０であるＨ鋼のフランジ部の長さ方向の中央部下側に設置したが、上側に設置してもよいし、側面（ウェブ部）に設置してもよい。また、削孔３０の側壁に立設されたＨ鋼の場合には、長さ方向の中央部の削孔３０側もしくは側面に設置すればよい。
なお、説明の関係上、以下、損傷検知装置１０が設置されている側を上側とする。切梁としてのＨ鋼の場合には、削孔３０の底部側が上側、地上Ｇ側が下側となる。
損傷検知装置１０は、弾性体から成る変形部材としての板材１１と、取付部材としての２個の磁石１２Ａ，１２Ｂと、歪み量計測手段としての歪ゲージ１３と、可視化手段としてのＬＥＤ光源１４と、ＬＥＤ光源１４を点灯させる点灯指示手段１５と、板材１１を覆うカバー１６とを備える。
ＬＥＤ光源１４と点灯指示手段１５とが本発明の警告手段を構成する。
板材１１は、厚みが２ｍｍ程度のアクリル樹脂や、厚みが０．２〜０．８ｍｍ程度の鉄板などから構成される平面視長方形の板で、この板材１１の長手方向の両端側の下側である構造体２０側に、２個の磁石１２Ａ，１２Ｂが取付けられている。
磁石１２Ａ，１２Ｂは、Ｂａフェライトや希土類磁石などの永久磁石材料から成り、板材１１とは反対側の面である下面所にて構造体２０と磁気的に結合することで、構造体２０に吸着・固定される。すなわち、板材１１は、取付部材としての２個の磁石１２Ａ，１２Ｂを介して、構造体２０に取付けられる。
【００１０】
歪ゲージ１３は、板材の長さ方向中央部に配置されて、板材１１の変形に応じた歪み量εkを点灯指示手段１５に出力する。具体的には、歪みゲージ１３を、ブリッジ回路に組み込み、歪み量εkに対応した電圧Ｖkを点灯指示手段１５に出力する。
点灯指示手段１５は、歪入力部１５ａと、比較部１５ｂと、発光信号出力部１５ｃとを備える。
歪入力部１５ａは、歪みゲージ１３が検出した歪み量εkに対応した電圧Ｖkを入力して、比較部１５ｂに送り、比較部１５ｂは、この電圧Ｖkと、予め設定された閾値電圧Ｖ0とを比較し、その結果を発光信号出力部１５ｃに出力する。なお、ブリッジ回路を歪入力部１５ａに設け、歪みゲージ１３と接続する形態としてもよい。
発光信号出力部１５ｃは、Ｖk＞Ｖ0である場合に、ＬＥＤ光源１４にを点灯させるための指令信号をＬＥＤ光源１４に送り、ＬＥＤ光源１４を点灯させる。
【００１１】
カバー１６は、一方の磁石１２Ａに固定された平面視矩形状の底板１６ａと、底板１６ａの周縁部から上方に立ち上がる４つ側板１６ｂと、底板１６ａと同形の蓋板１６ｃとから成るアクリル製の箱で、４つ側板１６ｂと蓋板１６ｃとにより、板材１１を覆う蓋部を形成している。本例では、蓋板１６ｃを透明板とするとともに、ＬＥＤ光源１４と発光信号出力部１５ｃとを、蓋板１６ｃの下側（カバー１６の内側）に配置した。
なお、カバー１６は、アクリル製に限るものではなく、樹脂であってもよいし、一部をアルミニウムとしてもよい。また、蓋板１６ｃは、必ずしも全体が透明でなくともよく、少なくともＬＥＤ光源１４とその近傍が透明な材料から構成されていればよい。但し、透明な材料から構成されてい領域は、ＬＥＤ光源１４が点灯したときに、外部から作業者が十分に視認できる大きさとすることはいうまでもない。
カバー１６の底板１６ａには、周縁部が他方の磁石１２Ｂとは所定の距離だけ離れるように形成された孔部１６ｓが設けられている。
本例では、磁石１２Ａ，１２Ｂの形状を、上下方向に平行な軸を有する円柱状としたので、孔部１６ｓの形状を、磁石１２Ａ，１２Ｂの径よりも大きな径を有する円としたが、図１（ｂ）の一点鎖線で示すような切欠き部１６ｋであってもよい。
要は、カバー１６は、一方の磁石１２Ａには固定されて、一方の磁石１２Ａとともに移動するが、他方の磁石１２Ｂに対しては固定されておらず、かつ、前記所定の距離の大きさとしては、他方の磁石１２Ｂの移動には影響を受けないように設定されている。
なお、カバー１６の形状は、板材１１と接触することがないように設計されていることはいうまでもない。
なお、このカバー１６は、防水の機能も有するので、開削の山留め工やトンネルの支保工などの構造体２０の損傷検知に好適に用いることができる。
【００１２】
次に、損傷検知装置１０の動作について説明する。
構造体２０に圧縮力や引張力により変形するとが作用すると、磁石１２Ａ，１２Ｂの直線距離が変化する。その結果、磁石１２Ａ，１２Ｂに取付けられた板材１１も磁石１２Ａ，１２Ｂが移動した分だけ変形する、すなわち、構造体２０の歪みが、磁石１２Ａ，１２Ｂを介して、板材１１に伝達される機構となっている。。
板材１１が変形すると、歪ゲージ１３からは、板材１１の変形量に応じた歪み量εkに相当する電圧Ｖkをが検出されるので、この電圧Ｖkと予め設定しておいた閾値電圧Ｖ0とを比較し、Ｖk＞Ｖ0である場合には、構造体２０が損傷しているとして、ＬＥＤ光源１４を点灯させる。
このように、損傷検知装置１０は、構造体２０が損傷している場合には、ＬＥＤ光源１４が点灯する構成となっているので、損傷検知装置１０を設置した作業員だけでなく、専門的な知識を有しない作業員や一般の人であっても、構造体２０が損傷しているか否かを容易に視認することができる。また、損傷検知装置１０は、取付部を磁石１２Ａ，１２Ｂから構成したので、設置が容易であるだけでなく構造体２０に着脱可能なので、複数の計測箇所に順次設置することで、複数個所の損傷状態を容易に計測することができる。
なお、磁石１２Ａ，１２Ｂを、電磁石や、磁石の位置を上下できる周知のスタンド磁石とすれば、損傷検知装置１０の着脱を更に容易に行うことができる。
【００１３】
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。
【００１４】
例えば、前記実施の形態では、カバー１６の蓋板１６ｃを透明板もしくはＬＥＤ光源１４とその近傍が透明な材料から構成されている場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、ＬＥＤ光源１４をカバー１６の外側に配置すれば、蓋板１６ｃが透明板でなくても、ＬＥＤ光源１４の点灯を視認できる。
また、前記実施の形態では、ＬＥＤ光源１４と点灯指示手段１５とを、カバー１６に設置したが、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ光源１４と点灯指示手段１５とを一体として可視化ユニット１０Ｂとするとともに、この可視化ユニット１０Ｂを、板材１１、磁石１２Ａ，１２Ｂ、及び、歪ゲージ１３から成る装置本体１０Ａと別体としてもよい。装置本体１０Ａと可視化ユニット１０Ｂとは、配線１７により電気的に接続される。
装置本体１０Ａと可視化ユニット１０Ｂとを別体とすれば、計測したい箇所が見えにくい場合でも、可視化ユニット１０Ｂを見えやすい所に設置しておけば、構造体２０が損傷しているか否かを容易に視認できる。
【００１５】
また、前記実施の形態では、歪み量計測手段を歪ゲージ１３とし、この歪ゲージ１３を、板材１１に貼付けたが、図２（ｂ）に示すように、πゲージ４０を、磁石１２Ａ，１２Ｂに直接取り付ける構成としてもよい。
πゲージ４０は、磁石１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ取付けられる板状の取付部４１と、取付部４１間に配置された断面円弧状の板材から成る変形部４２と、変形部４２の円弧の中央部に貼着された計測部としての歪みゲージ４３とを備え、変形部４２の変形に応じた歪み量εkを歪みゲージ４３から点灯指示手段１５に出力する。
πゲージ４０の変形部４２が、本発明の板材に相当する。すなわち、前記実施の形態では、板材１１を、平面視長方形の板材としたが、図２（ｂ）に示すように、断面円弧状の板材であってもよい。
この場合も、歪みゲージ４３を、ブリッジ回路に組み込み、歪み量εkに対応した電圧Ｖkを歪入力部１５ａに出力するようにすればよい。
【００１６】
また、前記実施の形態では、構造体２０を、開削の山留め工の切梁として使用されているＨ鋼としたが、本発明はこれに限るものではなく、トンネルの支保工に使用される鋼材や、図３（ａ），（ｂ）に示すような、特許文献１に記載の柱状構造物５０の補強用鋼板５１などの鋼材の損傷検知などにも使用可能である。
補強用鋼板５１の場合には、（ａ）図に示すように、損傷検知装置１０を、複数の計測箇所に順次設置することで、複数個所の損傷状態を容易に計測することができる。
また、装置本体１０Ａと可視化ユニット１０Ｂとを別体とした場合には、（ｂ）図に示すように、可視化ユニット１０Ｂを図示しない作業員が保持し、この作業員が、複数の計測箇所に装置本体１０Ａを順次設置することで、複数個所の損傷状態を計測すればよい。
また、本発明の損傷検知装置は、測定が終了したら他の箇所の測定にも使用できる、すなわち、何度でも転用できるという利点もある。
【００１７】
また、前記実施の形態では、警告手段をＬＥＤ光源１４と点灯指示手段１５とから構成したが、警告手段として、圧電ブザーなどの音発生手段を用い、歪センサ１３が検出した歪み量εkが予め設定された閾値を超えた場合に、音を発生させるようにしてもよい。
あるいは、閾値を超えた場合に、臭い袋が破けることにより、臭いを発するようにしてもよい。
【００１８】
また、前記実施の形態では、構造体２０をＨ鋼などの鋼材としたが、構造体２０が木やコンクリートから成る場合には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、構造体２０の表面に、取付け用板材としての２枚の鉄板２１，２２を互いに所定の間隔を隔てて設置し、これら２枚の鉄板２１，２２に、損傷検知装置１０の取付け部材である２個の磁石１２Ａ，１２Ｂをそれぞれ取付けて、鉄板２１，２２間の歪み量を検知してやれば、構造体２０が非磁性体である場合でも、構造体２０の損傷を検知して警告することができる。
なお、取付け用板材としては、鉄板にかぎるものではなく、鋼板など、２個の磁石１２Ａ，１２Ｂを吸着可能な材料（磁性体）から成る板材であればよい。
【符号の説明】
【００１９】
１０  構造体の損傷検知装置、１１  板材、１２Ａ，１２Ｂ  磁石、１３  歪ゲージ、
１４  ＬＥＤ光源、１５  点灯指示手段、１５ａ  歪入力部、１５ｂ  比較部、
１５ｃ  発光信号出力部、１６  カバー、１６ａ  底板、１６ｂ  側板、１６ｃ  蓋板、１６ｓ  孔部、１６ｋ  切欠き部、２０  構造体（Ｈ鋼）、３０  削孔、Ｇ  地上。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019174203.tif 000006