(57)【要約】【課題】振動によって吊り下げ状態の異常を検出することにより、簡単にセンサを設置でき、様々な構造物の異常を検出できる吊り下げ構造及び吊り下げ構造の異常検出システムを提供する。【解決手段】トンネル内のトンネル天井壁１６からジェットファン１０を吊り下げる吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）と、吊り下げ部材の固有振動数を検知するセンサ部とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の天井部から構造体を吊り下げる吊り下げ部材と、
前記吊り下げ部材の固有振動数を検知するセンサ部と
を備えることを特徴とする吊り下げ構造。
【請求項２】
前記固有振動数の変化により前記吊り下げ部材のバランス異常を判断する異常判断部を備えることを特徴とする請求項１に記載の吊り下げ構造。
【請求項３】
前記吊り下げ部材は複数であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吊り下げ構造。
【請求項４】
前記センサ部は、前記吊り下げ部材が振動する振幅が最大になる部位の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の吊り下げ構造。
【請求項５】
前記センサ部は自立電源を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の吊り下げ構造。
【請求項６】
トンネル内の天井部から構造体を吊り下げる吊り下げ部材と、前記吊り下げ部材の固有振動数を検知するセンサ部とを備える吊り下げ構造と、
前記センサ部により検出された固有振動数に基づいて前記吊り下げ構造における支持構造の異常であるか否かを判断する異常判断部と
を備えることを特徴とする吊り下げ構造の異常検出システム。
【請求項７】
前記異常判断部は、前記固有振動数の変化に基づいて、前記吊り下げ部材のバランス異常を判断することを特徴とする請求項６に記載の吊り下げ構造の異常検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内に構造体を吊り下げる吊り下げ構造及び吊り下げ構造の異常検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
１９６０〜７０年代の高度経済成長期に多く建設された社会インフラが、一斉に老朽化の問題を迎える時期にきている。
【０００３】
現状におけるトンネルの維持管理は、マニュアルに基づいた綿密な点検によって行われている。このトンネルの維持管理は、１年から５年間隔で、作業員による点検によって行われている。主な点検方法は、必要なスキルを有する作業員による目視、打音検査である。このような検査方法は、トンネルの維持管理には大変有効な方法である。しかし、高所作業・上向き作業であり作業員への負担が大きいこと、点検のための交通規制が必要なこと、などの人的作業に起因する課題が存在している。
【０００４】
また、トンネルには天井面や壁面に取り付けられた付帯構造物が存在する。この付帯構造物としては、例えば、ジェットファン等の換気設備、標識板、天井板、吸音板、照明器具などがある。これらの付帯構造物は、基本的に覆工コンクリートに対して、アンカーボルト等で固定されている。しかし、この固定構造の点検には作業員による点検以外の有効な手段がない。さらに、老朽化するトンネル数の増加は、点検コストの増大につながる。したがって、センサ等を用いた無人状態により固定構造を監視するなどの有効な補完技術が求められている。
【０００５】
トンネルの天井部から吊り下げられた種々の構造物を支持する技術があるが、例えばジェットファンを支持する技術として、下記の特許文献１が知られている。
【０００６】
この特許文献１には、トンネルの天井壁に連結してジェットファンを支持する複数の吊設部材を設けることが記載されている。このようなジェットファンにおいて、特許文献１には、ジェットファンを支持・吊り持ち・吊り設・規制する部材の連結部分に、ジェットファンによる引張荷重が加わるように荷重センサを配設している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2004-044541号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献における荷重センサは、同心状配置の２個の円環部を円板部で接続した構成のセンサー本体における内側の円環部をケーシングにつなぎ、外側の円環部を、ケーシングの側部を支持するターンバックルにつないでいる。あるいは、荷重センサは、内側の円環部をターンバックルにつなぎ、外側の円環部をケーシングにつないでいる。そして、円板部を荷重により変形するダイヤフラムと見做し、円板部にストレンゲージを固定して、吊り具異常に伴い円板部からストレンゲージに伝わる変形を電気抵抗の変化で捉えて、吊り具の異常を検出するようにしている。
【０００９】
上述した特許文献１において、荷重センサをケーシングと吊り具の間に設け、ターンバックルを内側の円環部や外側の円環部を挿通する構成としている。したがって、ジェットファンの規模（重量）に合う荷重センサや取り付け金具を必要とする。また、この荷重センサは汎用性が低く、荷重センサを交換したい場合には、ターンバックルを緩めて交換する必要があり、交換に手間が掛かる。さらに、取り付け金具を持たないジェットファンでは、新たに取り付け金具を設ける必要もあった。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、振動によって吊り下げ状態の異常を検出することにより、簡単にセンサを設置でき、様々な構造物の異常を検出できる吊り下げ構造及び吊り下げ構造の異常検出システム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】
【００１１】
本発明の第１の態様に係る吊り下げ構造は、トンネル内の天井部から構造体を吊り下げる吊り下げ部材と、前記吊り下げ部材の固有振動数を検知するセンサ部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第２の態様に係る吊り下げ構造は、第１の態様の吊り下げ構造であって、前記固有振動数の変化により前記吊り下げ部材のバランス異常を判断する異常判断部を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様に係る吊り下げ構造は、上記第１又は第２の態様の吊り下げ構造であって、前記吊り下げ部材は複数であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の第４の態様に係る吊り下げ構造は、上記第１乃至第３の態様の何れかの吊り下げ構造であって、前記センサ部は、前記吊り下げ部材が振動する振幅が最大になる部位の近傍に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の第５の態様に係る吊り下げ構造は、上記第１乃至第４の態様の何れかの吊り下げ構造であって、前記センサ部は自立電源を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第６の態様に係る吊り下げ構造の異常検出システムは、トンネル内の天井部から構造体を吊り下げる吊り下げ部材と、前記吊り下げ部材の固有振動数を検知するセンサ部とを備える吊り下げ構造と、前記センサ部により検出された固有振動数に基づいて前記吊り下げ構造における支持構造の異常であるか否かを判断する異常判断部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第７の態様に係る吊り下げ構造の異常検出システムは、前記異常判断部は、前記固有振動数の変化に基づいて、前記吊り下げ部材のバランス異常を判断することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、振動によって吊り下げ状態の異常を検出することにより、簡単にセンサを設置でき、様々な構造物の異常を検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態として示す吊り下げ構造の構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施形態として示す吊り下げ構造の構成を示す正面図である。
【図３】本発明の実施形態として示す吊り下げ構造の異常検出システムの機能的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
本発明の実施形態として示す吊り下げ構造は、例えば図１及び図２に示すように構成されている。図１は、ジェットファン１０の支持構造の一例を円筒状ケーシング１２の横から見た図である。図２は、図１のジェットファン１０を軸方向から見た図である。なお、本実施形態ではジェットファン１０（換気設備）の吊り下げ構造について説明するが、吊り下げる構造体としてはジェットファン１０に限るものではない。例えば、標識板、天井板、吸音板、照明器具の吊り下げ構造にも適用可能なことは勿論である。
【００２２】
この吊り下げ構造は、ジェットファン１０をトンネル天井壁１６（天井部）から吊り下げるように構成されている。このジェットファン１０は、道路トンネル内の換気を行うためのものである。ジェットファン１０は、吊り下げ構造によって、道路トンネルのトンネル天井壁に吊り下げて設置される。
【００２３】
ジェットファン１０は、円筒状ケーシング１２内に、駆動モータ４０、羽根車４２を有する。ジェットファン１０は、駆動モータ４０が配設され、当該駆動モータ４０の回転軸に羽根車４２が固定される。ジェットファン１０は、駆動モータ４０が運転されると、羽根車４２が回転され、軸方向に送風が行われる。
【００２４】
図１及び図２に示すように、吊り下げ構造は、以下に説明する吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）を含む。なお、本実施形態においては、ジェットファン１０を吊り下げる構成として図１、図２のような形態について説明するが、図１、図２の形態は一例であり、これに限るものではない。
【００２５】
円筒状ケーシング１２の２ヶ所の側部外壁に、側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄが設けられている。側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄは、円筒状ケーシング１２における軸方向の略中央部であって軸方向にずらして２ヶ所にそれぞれ設けられている。側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄにおける略上方又は略斜め上方位置のトンネル天井壁１６に、側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄがそれぞれ設けられる。対応する側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄとは、吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄによりそれぞれに連結される。
【００２６】
円筒状ケーシング１２における軸方向両端部の端部外壁の頂部には、頂部支持部材２２ａ，２２ｂがそれぞれ設けられている。頂部支持部材２２ａ，２２ｂの略軸方向斜め上方位置のトンネル天井壁１６には、頂部吊持部材２４ａ，２４ｂがそれぞれ設けられる。対応する頂部支持部材２２ａ，２２ｂと頂部吊持部材２４ａ，２４ｂとは、規制部材２６ａ，２６ｂによってそれぞれに連結される。
【００２７】
ジェットファン１０は、その運転中に振動が生ずることがある。このために、ジェットファン１０は、吊り下げている状態のバランスに異常が生ずる可能性がある。また、ジェットファン１０においては、上述した吊り下げ構造自体の異常が生ずる可能性がある。
【００２８】
このために、吊り下げ構造においては、図３に示すように、当該ジェットファン１０における吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の各部に、センサ部１Ａ〜１Ｎを設ける。なお、センサ部１Ａ〜１Ｎを設ける位置は、任意であってもよい。例えば、頂部吊持部材２４ａ，２４ｂや側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄをトンネル天井壁１６に固定するアンカーボルトに設けても良い。さらに、センサ部１Ａ〜１Ｎは、ジェットファン１０と吊設部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄや規制部材２６ａ，２６ｂとジェットファン１０とを接続する頂部支持部材２２ａ，２２ｂや側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに設けられていてもよい。なお、本実施形態においては、複数のセンサ部１Ａ〜１Ｎが設けられているが、単一であってもよい。
【００２９】
センサ部１Ａ〜１Ｎは、吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の固有振動数を検知する。吊り下げ部材の各部は、ジェットファン１０を吊り下げている状態において、その変状により荷重が変化する。この荷重の変化は、アンカーボルトで固定している頂部吊持部材２４ａ，２４ｂや側部吊持部材１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ、側部支持部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄや支持構造異常判断部２２における緩み、腐食、コンクリート等のクラック等によって生じる。すなわち、荷重の変化は、固定部の変状によって生ずる。この荷重の変化は、吊り下げ部材における張力変化となり、結果的に吊り下げ部材の固有振動数に変化をもたらす。したがって、吊り下げ構造においては、吊り下げ部材の荷重を測る手段を振動による手段系に置き換えて、センサ部１Ａ〜１Ｎによって固有振動数を検出している。したがって、この吊り下げ構造は、振動によって吊り下げ状態の異常を検出できる。
【００３０】
この吊り下げ構造によれば、振動によって吊り下げ状態の異常を検出することにより、簡単にセンサを設置でき、様々な構造物の異常を検出できる。また、この吊り下げ構造によれば、例えば、検出した固有振動数を外部に送信して、吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の異常を検出させることができる。さらに、吊り下げ構造は、検出した固有振動数を検査者に提示できればよい。例えば、固有振動数を送信してもよく、固有振動数を表示等してもよい。このように、吊り下げ構造は、固有振動数から、吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の異常として検出でき、簡単に吊り下げ状態の異常を検出できる。
【００３１】
さらに、この吊り下げ構造によれば、吊り下げ部材の振動によって吊り下げ状態の異常を検出できるので、特定構造のジェットファン１０のみならず、その他の換気設備、標識板、天井板、吸音板、照明器具などを吊り下げる吊り下げ部材の異常も検出できる。
【００３２】
さらに、この吊り下げ構造によれば、センサ部１Ａ〜１Ｎの設置のためにジェットファン１０等の吊り状態を外す必要を無くすことができる。
【００３３】
さらに、吊り下げ構造は、センサ部１Ａ〜１Ｎにより検出された固有振動数の変化により吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）のバランス異常を判断してもよい（異常判断部）。このバランス異常とは、複数の吊り下げ部材間の荷重バランスが変化することである。このバランス異常は、１箇所の吊り下げ部材の変状が他の吊り下げ部材の変状としても現れることによって生じる。すなわち、吊り下げ構造全体における荷重バランスが変わる。このことから、吊り下げ構造は、複数の吊り下げ部材に設けたセンサ部１Ａ〜１Ｎによりセンシングを行ってバランス異常を判断し、変状の生じた一箇所の吊り下げ部材を推定することができる。
【００３４】
さらに、吊り下げ構造は、上述したように、吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）が複数であることが望ましい。吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）を複数とし、センサ部１Ａ〜１Ｎを複数とする。これにより、吊り下げ構造は、複数箇所の固有振動数を検出でき、より簡単且つ高い精度で吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の異常を検出できる。
【００３５】
さらに、センサ部１Ａ〜１Ｎは、吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）が振動する振幅が最大になる部位の近傍に配置されていることが望ましい。これにより、センサ部１Ａ〜１Ｎは、振動による吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の異常により固有振動数が変動したことを検出できる。これにより、吊り下げ構造は、簡単且つ高い精度で吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の異常を検出できる。
【００３６】
さらに、センサ部１Ａ〜１Ｎは自立電源１１を有することがのぞましい。自立電源１１は、例えば、吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の振動や、トンネル内における気流を受けて発電する発電素子が挙げられる。センサ部１Ａ〜１Ｎは、発電した電力を利用して、自身で検出した固有振動数を記憶、送信等をすることができる。したがって、この吊り下げ構造によれば、センサ部１Ａ〜１Ｎに電力線を接続する必要が無く、簡単なシステム構成で、固有振動数を送信等できる。
【００３７】
さらに、吊り下げ構造は、図３に示したように、吊り下げ構造に加えて、当該吊り下げ構造とは別に、異常判断部２を備えていてもよい。吊り下げ構造と異常判断部２とにより、吊り下げ構造の異常検出システムを構成する。
【００３８】
異常判断部２は、センサ部１Ａ〜１Ｎにより検出された固有振動数を取得する。異常判断部２は、支持構造異常判断部２３により、センサ部１Ａ〜１Ｎにより検出された固有振動数に基づいて吊り下げ構造における支持構造の異常であるか否かを判断する。異常判断部２は、固有振動数に基づいて吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）における異常を判断する。異常判断部２は、予め吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）についての正常な固有振動数又は異常な固有振動数を記憶しておき、異常を判断してもよい。また、異常判断部２は、固有振動数の変化を判断して、異常を判断してもよい。この異常検出システムによれば、支持構造としての吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）に異常がある場合でも、簡単な構成で検出できる。
【００３９】
さらに、この異常検出システムは、異常判断部２におけるバランス異常判断部２１によって、センサ部１Ａ〜１Ｎにより検出された固有振動数に基づいて、吊り下げ部材のバランス異常を判断してもよい。これにより、異常検出システムは、例えばバランス異常を外部に送信して、吊り下げ部材（１４，１８，２０，２２，２４，２６）の異常を知らせることができる。
【００４０】
なお、上述の実施の形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施の形態以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ〜１Ｎ  センサ部
２  異常判断部
１０  ジェットファン
１１  自立電源
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ  側部支持部材
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ  側部吊持部材
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  吊設部材
２１  バランス異常判断部
２２ａ，２２ｂ  頂部支持部材
２３  支持構造異常判断部
２４ａ，２４ｂ  頂部吊持部材
２６ａ，２６ｂ  規制部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
2015021302.tif 000005