(57)【要約】【課題】ブリッジ回路を形成する歪みゲージを有して構成される歪みゲージ式外力測定装置において、いずれかの歪みゲージに故障が生じても、外力を可及的高精度に計測可能となして、耐久・信頼性の向上を図る。【解決手段】外力により弾性変形する歪み部材と、歪み部材に貼設されてブリッジ回路４３を形成する歪みゲージ４２と、ブリッジ回路の出力に基づいて歪み部材に加わる外力を算出する測定器５５（５５ａ，５５ｂ）とを備える。ブリッジ回路は少なくとも２つ以上独立して形成され、測定器は各ブリッジ回路が個々に接続される複数のチャンネルを有し、各チャンネル毎に外力値を算出してその平均値を求め、当該平均値を計測値として出力する。また、測定器は計測値と各ブリッジ回路毎に算出した外力値とに基づいて、計測値に対する各ブリッジ回路毎の外力値の比率を分担率として算出・記憶し、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路毎の算出値をそれぞれの分担率で除した値の平均値を求めて計測値として出力する【選択図】　　　図７
2004028626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外力が付加されて弾性変形する歪み部材と、該歪み部材に貼設されてブリッジ回路を形成する歪みゲージと、該ブリッジ回路の出力に基づいて該歪み部材に加わる外力を算出する測定器とを備えた外力測定装置であって、
該ブリッジ回路は少なくとも２つ以上独立して形成され、該測定器は各ブリッジ回路が個々に接続される複数のチャンネルを有して該複数のチャンネル毎に外力値を算出するとともに、該複数の外力値の平均値を算出し、該平均値を計測値として出力することを特徴とする歪みゲージ式外力測定装置。
【請求項２】
前記測定器は、前記計測値に対する各ブリッジ回路毎の外力値の比率を分担率として記憶し、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路毎の算出値をそれぞれの分担率で除した値の平均値を算出して、該平均値を計測値として出力することを特徴とする歪みゲージ式外力測定装置。
【請求項３】
前記歪み部材が、緊張力を付与される緊張線材の端部に設けられた係止部材と該緊張線材の端部を固定する定着対象部との間に介在されて、該緊張線材の緊張力を測定することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の歪みゲージ式外力測定装置。
【請求項４】
前記歪み部材は、前記係止部材に当接されて前記緊張線材の緊張力を受圧する内周部と、前記定着対象部側に当接されて前記緊張力を前記定着対象部側に伝達する外周部と、これら内周部と外周部との間を連結して介設され、前記せん断歪みが生ずる梁部と、前記内周部に設けられ前記緊張線材が挿通される挿通穴部とを備え、前記梁部に前記歪みゲージが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の歪みゲージ式外力測定装置。
【請求項５】
前記歪み部材は、複数の分割片により構成されていることを特徴とする請求項４に記載の歪みゲージ式外力測定装置。
【請求項６】
外力が付加されて弾性変形する歪み部材に、ブリッジ回路を形成する歪みゲージを貼設して、該ブリッジ回路の出力に基づいて該歪み部材に加わる外力を測定器で算出して求める外力の測定方法において、
該ブリッジ回路を複数系統設けて各ブリッジ回路毎に外力を算出し、該各算出値の平均値を計測値とすることを特徴とする外力測定方法。
【請求項７】
前記計測値に対する各ブリッジ回路毎の外力値の比率を分担率として記憶し、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路の算出値をそれぞれの該分担率で除し、該除した値の平均値を計測値とすることを特徴とする請求項６記載の外力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外力が付加されて弾性変形する歪み部材にブリッジ回路を形成する歪みゲージを貼設して、このブリッジ回路の出力に基づいて歪み部材に付加された外力を測定器で算出する歪みゲージ式外力測定装置およびその測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コンクリート構造体の内部に例えばＰＣ鋼線等の緊張線材を挿通して、この緊張線材に緊張力を導入して、コンクリート構造体にあらかじめプレストレスを付与しておくことによって、コンクリート構造体の強度の増強を図るプレストレストコンクリート構造（ＰＣ構造）と呼ばれる構造が知られている。このプレストレストコンクリート構造は、従来より高度な安全性が要求される構造物、例えば原子力発電施設の原子炉格納容器等において好適に実施されている。
【０００３】
ところで、プレストレストコンクリート構造により構築された原子炉格納容器にあっては、高度な安全性が常に要求されることから、建設から所定期間、例えば、１年、３年、１０年を経過した時点で、プレストレストコンクリート構造に適用された緊張線材に十分な張力が付与されているか否か定期的に点検することが義務付けられている。従来、この点検作業にあっては、緊張線材の端部に緊張ジャッキを取り付けて当該緊張線材を引っ張り、残存張力を測定していたため、建設時と同程度の労力と時間がかかり、非常に煩雑な作業となっていた。このため、メンテナンスコストの大幅なアップを招いていた。
【０００４】
そこで、本出願人等は、上記煩雑な作業を行うことなく随時に緊張線材の張力を測定可能な測定装置の開発を進めてきた。即ち、この測定装置は、図１０と図１１とに示すように、所与の定着対象部に端部が定着されている緊張線材の緊張力によって弾性変形する歪み部材ａと、この歪み部材ａに貼設した歪みゲージｂと、上記歪み部材ａに入力されている外力を当該歪みゲージｂの出力から算出する測定器ｃとからなるものであり、歪み部材ａと歪みゲージｂとは所謂ロードセルｄを構成している。
【０００５】
ここで、ロードセルｄは４素子の歪みゲージｂ１〜ｂ４でブリッジ回路ｅを形成するのが基本であり、歪み部材ａに複数の起歪部（歪みゲージが貼られる場所）を持つロードセルでは、４の倍数個（４ｎ個）の歪みゲージｂを使用して、ひとつのブリッジ回路ｅを形成するのが通例である。例えば、歪み部材ａの所定箇所に２４個の歪みゲージｂを貼設し、これら２４個の歪みゲージｂでブリッジ回路ｅを構成する場合には、従来では図１２に示すように、それら２４素子の歪みゲージｂ１〜ｂ２４を３個ずつ組み合わせて直列接続させるとともに、当該３個ずつの組を更に並列接合させて、１つのブリッジ回路ｅを構成するようにしている。
【０００６】
このように、多数の歪みゲージｂ１〜ｂ２４を用いて１つのブリッジ回路ｅを形成すると、ブリッジ回路ｅ内の各歪みゲージｂ１〜ｂ２４の検出値はブリッジ回路ｅの働きにより平均化されて出力されるので、ロードセルｄの出力特性の直線性などを改善し得る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１２に示すように多数の歪みゲージｂ１〜ｂ２４で１つのブリッジ回路ｅを形成したような場合では、２４素子の歪みゲージｂ１〜ｂ２４のいずれか１素子が故障してもブリッジ回路ｅは正しく機能しなくなり、結果としてロードセルｄの故障となる。即ち、歪みゲージｂ１〜ｂ２４のうちのどれか１つでも故障してしまうと、ブリッジ回路ｅのバランスがくずれて正常な動作が不可能となるから、正確な外力の測定は行えなくなってしまい、耐久・信頼性の点で改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ブリッジ回路を形成する４の倍数個の歪みゲージを用いて構成され、いずれか１つの歪みゲージに故障が生じた場合でも、外力の測定を可及的高精度に計測することができる耐久・信頼性の高い、歪みゲージ式外力測定装置及びその外力測定方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にあっては、歪みゲージ式外力測定装置及びその測定方法を以下のように構成する。
【００１０】
請求項１に係る歪みゲージ式外力測定装置では、外力が付加されて弾性変形する歪み部材と、該歪み部材に貼設されてブリッジ回路を形成する歪みゲージと、該ブリッジ回路の出力に基づいて該歪み部材に加わる外力を算出する測定器とを備えた外力測定装置であって、該ブリッジ回路は少なくとも２つ以上独立して形成され、該測定器は各ブリッジ回路が個々に接続される複数のチャンネルを有して該複数のチャンネル毎に外力値を算出するとともに、該複数の外力値の平均値を算出し、該平均値を計測値として出力することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記測定器は前記計測値に対する各ブリッジ回路毎の外力値の比率を分担率として記憶し、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路の算出値をそれぞれの分担率で除した値の平均値を計測値として出力することを特徴とする。
【００１２】
請求項３に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記請求項１または２において、前記歪み部材が、緊張力を付与される緊張線材の端部に設けられた係止部材と該緊張線材の端部を固定する定着対象部との間に介在されて、該緊張線材の緊張力を測定することを特徴とする。
【００１３】
請求項４に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記請求項３において、前記歪み部材は、前記係止部材に当接されて前記緊張線材の緊張力を受圧する内周部と、前記定着対象部側に当接されて前記緊張力を前記定着対象部側に伝達する外周部と、これら内周部と外周部との間を連結して介設され、前記せん断歪みが生ずる梁部と、前記内周部に設けられ前記緊張線材が挿通される挿通穴部とを備え、前記梁部に前記歪みゲージが設けられていることを特徴とする。
【００１４】
請求項５に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記請求項４において、前記歪み部材は、複数の分割片により構成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項６に係る外力測定方法では、外力が付加されて弾性変形する歪み部材に、ブリッジ回路を形成する歪みゲージを貼設して、該ブリッジ回路の出力に基づいて該歪み部材に加わる外力を測定器で算出して求める外力の測定方法において、該ブリッジ回路を複数系統設けて各ブリッジ回路毎の外力を算出し、該各算出値の平均値を計測値とすることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に係る外力測定方法では、前記請求項６において、前記計測値に対する各ブリッジ回路毎の外力値の比率を算出して分担率として記憶し、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路の算出値をそれぞれの該分担率で除し、該除した値の平均値を計測値とすることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る歪みゲージ式外力測定装置及びその測定方法の実施の形態について添付図面を用いて説明する。図１〜図５は、本発明に係る外力の測定装置を、プレストレストコンクリート製原子炉格納容器（ＰＣＣＶ）における緊張線材の張力測定に適用した場合の一実施形態を示したものである。図１は、その原子炉格納容器全体を示した外観図であり、図２は、その原子炉格納容器の外壁部の断面構造を示した部分断面斜視図であり、図３は、その原子炉格納容器の内部に挿通されたＰＣ鋼線の定着構造を示した断面図である。図４及び図５は、そのＰＣ鋼線の定着構造部分に取り付けられた張力測定用のロードセルの平面図及び縦断面図である。
【００１８】
ここで適用される原子炉格納容器１０は、図１に示すように、下部に構築された円筒状の下部コンクリート構造体１２と、その上部に一体的に構築されたドーム状の上部コンクリート構造体１４とから構成されている。これら下部コンクリート構造体１２及び上部コンクリート構造体１４の内部には、図２に示すように、鉄筋１６等の補強材とともに、緊張線材としてＰＣ鋼線１８が多数挿通されている。このＰＣ鋼線１８は、コンクリート構造体１２，１４にプレストレスを導入して強度の向上を図るべく配設されたもので、下部コンクリート構造体１２の内部には、その周方向及び高さ方向に沿って配設されている。また、上部コンクリート構造体１４の内部には、ＰＣ鋼線１８がドーム形状に沿って縦横に交差して網目状に配設されている。
【００１９】
各ＰＣ鋼線１８は、コンクリート構造体１２，１４の内部にあらかじめ埋設されたシース管２０に各々挿通されている。各ＰＣ鋼線１８は、その両端部がそれぞれコンクリート構造体１２，１４の表面部から突出され、コンクリート構造体１２，１４の表面部に定着されている。下部コンクリート構造体１２の内部のＰＣ鋼線１８は、下部コンクリート構造体１２の外壁部に高さ方向に沿って突設されたバットレス２２に定着されている。また、上部コンクリート構造体１４の内部のＰＣ鋼線１８は下部コンクリート構造体１２の内部を通ってその下端周縁部に設けられた基礎部２４に定着されている。
【００２０】
各ＰＣ鋼線１８には、それぞれ緊張力が付与されており、各コンクリート構造体１２，１４にプレストレスを導入されていて、原子炉格納容器１０の強度が増強されて高度な安全性が確保されるようになっている。
【００２１】
このＰＣ鋼線１８の定着構造について説明する。図３は、ＰＣ鋼線１８の両端部の定着部分の構造を拡大して示したものであり、１本のシース管２０内には、多数のＰＣ鋼線１８が挿通されている。各ＰＣ鋼線１８の端部１８ａは、コンクリート構造体１２，１４側に設けられた開口部２８から突出され、そこに係止部材としてアンカーヘッド２６が一体的に装着されている。このアンカーヘッド２６は、ＰＣ鋼線１８が各々個別に１本ずつ挿通される孔部２６ａを複数備えており、各孔部２６ａにそれぞれＰＣ鋼線１８が挿通されて、複数のＰＣ鋼線１８を束ねて係止するようになっている。
【００２２】
ところで、このアンカーヘッド２６とコンクリート構造体１２，１４との間には、本願発明の外力測定装置のセンサ部を構成するロードセル３０が介設されている。このロードセル３０はＰＣ鋼線１８の緊張力を測定するための張力測定用センサとして機能するものであり、図４〜図６に示すように歪み部材３１と、歪みゲージ４２とを備えている。
【００２３】
歪み部材３１は、ＰＣ鋼線１８の外周を囲繞するように形成された所定の肉厚を有する円環状の部材で、その中央部には、アンカーヘッド２６に係止される複数本のＰＣ鋼線１８がまとめて挿通される１つの挿通穴部３２が貫通形成されている。その挿通穴部３２の外側には、アンカーヘッド２６に当接される内周部３４が設けられている。歪み部材３１は、この内周部３４でＰＣ鋼線１８の緊張力をアンカーヘッド２６を介して受圧するようになっている。
【００２４】
さらに内周部３４の外側には円環状の溝部３５が形成されている。円環状の溝部３５は、歪み部材３１の上下両側にそれぞれほぼ同サイズにかつ同軸に形成されている。これら上下２つの溝部３５を結んで当該溝部３５内に複数の貫通孔部３６が歪みゲージ４２を貼設するための起歪部として設けられている。これらの貫通孔部３６は、溝部３５に沿って等間隔に形成され、本実施形態では１２個設けられている。
【００２５】
また、溝部３５の外側には、コンクリート構造体１２，１４側に当接される外周部３８が設けられている。この外周部３８は、コンクリート構造体１２，１４側の開口部２８の周りに配設された環状の支圧板３９に当接されるようになっている。これによって、ＰＣ鋼線１８の緊張力をその内周部３４でアンカーヘッド２６から荷重として受圧して外周部３８からコンクリート構造体１２，１４側へと伝達するようになっている。
【００２６】
内周部３４と外周部３８との間は、上記のように１２個の貫通孔部３６が形成されることにより梁部４０が設けられている。すなわち、この梁部４０は内周部３４と外周部３８とを連結しており、ＰＣ鋼線１８の緊張力をアンカーヘッド２６からコンクリート構造体１２，１４側へと伝達する。その際に、梁部４０には当該緊張力を外力としてその大きさに応じたせん断歪みが発生する。歪みゲージ４２は、図５に示すように、貫通孔部３６の内部に配設されて梁部４０のせん断歪み量を検出するようになっている。本実施例では、歪みゲージ４２は各貫通孔部３６の内壁部に対向して２つずつ配設されて合計で２４個設けられる。このように歪みゲージ４２が配設されていることで、梁部４０に生じたせん断歪み量を高い感度で検出することができる。この検出により得られたせん断歪み量は、ＰＣ鋼線１８の緊張力に応じた値となることから、ＰＣ鋼線１８の緊張力を高精度にかつ効率よく測定することができる。
【００２７】
また、上記溝部３５は、内周部３４に当接されるアンカーヘッド２６と、外周部３８に当接されるコンクリート構造体１２，１４側（支圧板３９）との間を確実に縁切りする役目を果たしている。つまり、本実施形態のように、アンカーヘッド２６の内周部３４との当接部２６ｂの外径寸法が、コンクリート構造体１２，１４側の開口部２８の内径寸法よりも若干小さく設定されていて、ＰＣ鋼線１８の緊張力が直接コンクリート構造体１２，１４側に伝達されないようになっている場合には、問題はないが、アンカーヘッド２６の当接部２６ｂの外径寸法とコンクリート構造体１２，１４側の開口部２８の内径寸法とがほぼ一致している場合や、あるいはアンカーヘッド２６の当接部２６ｂの外径寸法が開口部２８の内径寸法よりも大きい場合には、ＰＣ鋼線１８の緊張力が直接コンクリート構造体１２，１４側に伝達されることがある。このため、このような溝部３５を形成しておくことによって、ＰＣ鋼線１８の緊張力が確実に梁部４０を経由するようにすることができる。なお、溝部３５の幅寸法については、アンカーヘッド２６の当接部２６ｂの外径寸法や開口部２８の内径寸法に応じて適宜設定する。
【００２８】
また、内周部３４のアンカーヘッド２６側の面は、外周部３８の面よりもアンカーヘッド側にわずかに突出する形状とする。一方、内周部３４のコンクリート構造体１２，１４側の面は、コンクリート構造体１２，１４（支圧板３９）の面よりわずかに外方（図５の上方）となる形状とする。このような形状とすることにより、溝部３５を設けることによる効果に加えて、ＰＣ鋼線１８の緊張力を一層確実に梁部４０を経由させることができる。
【００２９】
さらに、このように形成されるロードセル３０は、歪み部材３１が半割れ構造となっている。これは、このロードセル３０がＰＣ鋼線１８を外側から囲繞して配設されるためで、このように歪み部材３１が２つの半円形状の分割片より構成されることで、ＰＣ鋼線１８の端部１８ａにアンカーヘッド２６が装着された状態で、当該ロードセル３０をアンカーヘッド２６とコンクリート構造体１２，１４との間に介装することができる。これによって、ロードセル３０の取付作業または撤去作業を簡単に実施することができる。
【００３０】
また、図６及び図７に示すように、上記各貫通孔部３６にＮｏ．１〜Ｎｏ．１２までの付記号を付けるとともに、そのＮｏ．１〜Ｎｏ．１２までの各孔３６に貼設される歪みゲージ４２に１ａ，１ｂ〜１２ａ，１２ｂの付記号をつけて説明すると、Ｎｏ．１と２との貫通孔部３６に貼設された計４個の素子の歪みゲージ４２（１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ）によって、１つのブリッジ回路４３が構成されている。この図示例では、同様にＮｏ．３と４、Ｎｏ．５と６、というように隣り合う貫通孔部３６同士の４個の素子の歪みゲージ４２をそれぞれ１組として各々ブリッジ回路４３が形成され、全部で６系統のブリッジ回路４３が構成されている。なお１２個の貫通孔部３６相互の組み合わせは必ずしも隣り合うもの同士とする必要はなく、任意な組み合わせとなし得る。
【００３１】
各系統のブリッジ回路４３からの入出力信号線は、１本に纏めて束ねられて入出力ケーブル５４とされて延び、合計６本の入出力ケーブル５４がロードセル３０から引き出されることになる。即ち、各系統のブリッジ回路４３からの検知信号は、図３及び図７に示すように、歪み部材３１から延出されて防錆材（グリース等）５２を貫通してエンドキャップ５０の外部へと導出される６本の入出力ケーブル５４を通じて出力され、これら６系統の入出力ケーブル５４は第１〜第６チャンネルを有した歪み測定器５５ａの各チャンネルにそれぞれ接続され、当該歪み測定器５５ａを介してコンピュータ装置５５ｂなどに接続されて、歪みゲージ４２の検知結果に基づく外力、即ち、ＰＣ鋼線１８の緊張力をいつでもモニタできるようになっている。つまり、測定する上では６台のロードセルが存在するのと同じことになり、各系統のブリッジ回路４３の貼設部分が独立した測定点として扱われる。よって、２４個の歪みゲージ４２のうちいずれかが故障しても、それが組み込まれた系統のブリッジ回路４３のみが測定不能となるだけであって、他の健全なブリッジ回路４３では測定可能である。
【００３２】
なお、上記ロードセル３０では、歪みゲージ４２の素子を４個ずつ使用して６系統のブリッジ回路４３を構成しているが、例えば貫通孔部３６のＮｏ．１〜６およびＮｏ．７〜１２に貼り付けられている１２素子ずつの歪みゲージ４２で計２つのブリッジ回路を構成するようにしても良く、歪みゲージの総数やその組み合わせ、系統数等は適宜任意に決定し得る。
【００３３】
そして、上述のように、コンクリート構造体１２，１４にプレストレスを付与すべくその内部に挿通されたＰＣ鋼線１８の端部１８ａに一体的に設けられたアンカーヘッド２６と、コンクリート構造体１２，１４との間にロードセル３０を介設させることで、ＰＣ鋼線１８の緊張力をいつでもモニタできるので、張力を点検するために、従来のようにいちいちＰＣ鋼線１８に再度緊張力を与えるような作業をする必要がない。このため、緊張力が不足している場合にのみ緊張力を付与すれば良く、従って、定期点検を非常に簡略的に済ませることができる。しかも、このロードセル３０にあっては、ＰＣ鋼線１８の緊張力をせん断歪みとして検知して歪みゲージ４２により測定を行うから、非常に高精度に測定を行うことができ、これによって、点検精度の向上を図ることができる。
【００３４】
次に、上記定着構造の施工方法について説明する。図８は、従来の定着構造に置き換えて本発明に係る定着構造を施工する場合の手順を示したものである。
【００３５】
まず、図８（ａ）に示すように、アンカーヘッド２６から突出したＰＣ鋼線１８の端部１８ａにリフトオフジャッキ６０を取り付けて、ＰＣ鋼線の端部を把持させる。リフトオフジャッキ６０は、ジャッキチェア６２を介してコンクリート構造体１２，１４側に固定する。このジャッキチェア６２を利用して各ＰＣ鋼線１８の端部１８ａを引っ張る。次にリフトオフジャッキ６０でＰＣ鋼線１８の端部１８ａを引っ張ったまま、図８（ｂ）に示すようにシム６４を撤去する。そして、図８（ｃ）に示すように、取り外したシム６４の代わりに、前述したロードセル３０を装着する。ここで上記のようにロードセル３０は、半割れ構造となっており、２つの半円形状の分割片に分割されるようになっている。これにより、取り付け時または撤去時には、２つの分割片に分割することで、ＰＣ鋼線１８の外側へと取り付けることができ、また当該箇所から撤去することができる。そして、図８（ｄ）に示すように、リフトオフジャッキ６０を撤去し、さらにエンドキャップ５０を装着してその内部に防錆材５２を充填して作業が完了する。
【００３６】
次に、上記定着構造を新設する場合の施工方法について説明する。図９は、その施工方法を説明するためのものである。新たにプレストレストコンクリート製原子炉格納容器等を構築した場合には、ＰＣ鋼線１８の定着構造を新設することになる。この場合には、ＰＣ鋼線１８に緊張力を付与するに際し、アンカーヘッド２６とコンクリート構造体１２，１４との間にロードセル３０を介装することができる。そして、ロードセル３０を介装した後、図９に示すように、アンカーヘッド２６から突出したＰＣ鋼線１８の端部に緊張ジャッキ７０をセットしてＰＣ鋼線１８の端部１８ａを緊張ジャッキ７０に把持させて、ロードセル３０をアンカーヘッド２６とコンクリート構造体１２，１４との間に挟んだ状態で、ＰＣ鋼線１８の端部１８ａを緊張ジャッキ７０で徐々に引っ張り、ＰＣ鋼線１８に緊張力を導入してゆく。
【００３７】
なお、以上の実施形態では、本発明に係る外力測定装置を原子力格納容器の緊張線材の定着構造部に組み込んで、ＰＣ鋼線等の緊張線材の張力を測定する場合について説明したが、本発明にあってはこのような場合に限らず、例えば橋梁の吊構造の緊張線材の張力測定や、また法面、山留め壁などのグランドアンカーの張力測定にも好適に適用することができる。また、緊張線材の張力測定ばかりでなく、圧縮力が付加される部材に対しても容易に適用して、外力としてその圧縮力を測定可能である。
【００３８】
また、本実施形態では、歪み部材３１が、２つの分割片からなる半割れ構造になっているが、本発明にあってはこのような場合に限らず、３つ以上の分割片により構成されても構わない。
【００３９】
次ぎに、各系統のブリッジ回路４３からの出力信号を受けて、歪測定器５５ａ及びコンピュータ装置５５ｂ等とからなる測定器５５が行なう処理について説明する。
【００４０】
即ち、歪み測定器５５ａ及びコンピュータ装置５５ｂは各系統のブリッジ回路４３が接続された複数のチャンネル、ここでは第１〜第６チャンネル毎に外力値を算出するとともに、その算出された第１〜第６チャンネルの外力値の平均値を算出してこれを計測値として出力する。また、測定器５５は出力する計測値と各ブリッジ回路４３毎に算出した外力値とに基づいて、各ブリッジ回路４３毎の外力値が上記計測値に対してどの程度の比率になっているかを算出して、この算出した比率（以下この比率を分担率ということにする。）を各ブリッジ回路４３の分担率として記憶する。
【００４１】
つまり、測定器５５は各系統のブリッジ回路４３からの出力を受けて、これらをそれぞれ独立して計測処理し、それらの平均値を求めて当該平均値をロードセル３０で検知した出力となす。そして、６系統中のある系統のブリッジ回路が故障した時には、残りの健全な系統の平均値をもってそのロードセル３０での計測値とみなして出力することを基本とする。以下では、この多系統のブリッジ回路４３で検出した信号から算出した算出値の平均値を計測値とする計測方法を、多系統計測法と称することにする。
【００４２】
ところで、この多系統計測法では、計測精度を高く維持しようとした場合、各系統のブリッジ回路４３は全荷重に対して同一の出力をしておらず、相互にバラツキがあるという点を考慮する必要がある。このバラツキは、各系統毎の各種条件（貫通孔部３６や梁部４０の形状、あるいは荷重のかかり方、各歪みゲージ４２の感度等）がそもそも同一でなく、相互にバラツキがあることに起因するものである。従って、ある系統のブリッジ回路４３を構成する歪みゲージ４２の素子が故障して計測不能となった際に、当該系統のブリッジ回路を除いて、他の残りの計測可能な系統の算出値を単純に平均して値を取ってしまうと、極めて高精度な計測値を要求されるような場合にあっては、その誤差が無視できない大きさになってしまう懸念を生じる。
【００４３】
そこで、このように極めて高精度な計測値を要求される様な場合には、各系統毎の出力の違いを考慮して平均をとることにする。具体的には、全系統で正常に計測されていた時の各系統毎のブッリッジ回路４３の算出値を、それらを単純平均して求められた計測値（測定器からの出力計測値）で割った値（つまり、上記の分担率）を使用する。即ち、算出値が計測値（平均値）より大きな系統は分担率が１より大きくなり、逆に小さな系統は１より小さくなる。そして、各系統の算出値をその系統の分担率で割った値は平均出力（測定器出力）と一致するという関係になる。このことは、分担率さえ正確に分かっていれば、全系統のブリッジ回路の算出値を全て使わなくとも、測定器５５から出力するための計測値は求められることを意味する。つまり、一部に計測不能の系統があっても、残りの系統の出力をその系統の分担率で割った値から各系統のブリッジ回路出力を知ることが出来る。
【００４４】
しかし、一部の系統が計測不能だということは、その時の分担率は求められないということである。よって、ある系統が計測不能となる直前のデータ（全系統が健全な時）から各系統の分担率を求めて予め記憶させておき、その分担率を使用して、健全な系統のブリッジ回路出力に基づいて測定器５５からの出力計測値を求めることにする。具体的な方法としては、健全な系統のブリッジ回路出力に基づいて算出した各系統の外力値を、直前の全系統が健全であったときに記憶しておいた各々の分担率で除算し、更にそれら除算値の平均を取って測定器５５の出力計測値とする。なお、上記分担率は上述のように絶えず最新のデータを算出して更新しておけば、計測不能な系統が発生した時の計測値を極めて高精度に保ち得るという点で好ましいが、当該更新をせずに初期の分担率を別途の手段で算出して記憶させておき、この初期の分担率を用いるようにしても良く、このようにしても単純平均の計測値データよりも十分に高精度な計測値データを得ることができる。
【００４５】
そして、上記出力計測値に校正係数を掛けたものを荷重とする。なお、上記校正係数は測定器出力とその時の荷重との間の係数で、１×１０−６当りの荷重値で表わす。その値は予めロードセル出荷時に、力基準機による校正作業によって、そのロードセルの固有値として求められている。今回のロードセルでは０．００１６９４ＭＮ／１×１０−６という結果を得ている。
【００４６】
これを式に表わせば次のようになる。
【数１】
2004028626.tif 000003
【００４７】
次ぎに、以上のように構成されるロードセル３０の耐久性と多系統計測法の作用・効果について述べる。
＜１＞ロードセルの耐久性について
歪みゲージ式のロードセル３０は、そもそも機械的な可動部分をもたない構造のため、本質的に長期安定性に優れている。特に本実施形態のようなＰＣＣＶテンドン張力測定に用いる場合、ロードセル３０は外気と遮断されたエンドキャップの中に設置され、グリスで満たされている。また、働く荷董は容量のほぼ８０％で一定とされる。これらの環境条件はロードセル３０にとって極めてよい環境であるといえ、ロードセル３０の耐用年数は非常に長いものとなる。
【００４８】
ここでロードセル３０を、更にこれを構成する各要素に分けてその耐久性を考えると、次のようになる。
１）歪み部材について
歪み部材３１は荷重を受けて弾性変形を生じる部分であるが、金属で一体となった構造であることと、働く荷重が容量のほぼ８０％で一定であることから故障が生じることはないと考えられる。
【００４９】
２）歪みゲージ、接着剤、コーティング材、結線部について
歪みゲージ４２は歪み部材３１に生じる弾性変形を電気的に検出する部分である。金属、樹脂などによって構成され、仮に湿気の浸入などにより故障を生じると正確な動作ができなくなり、ロードセル３０の機能が損なわれる。しかし本実施形態では、歪みゲージ４２の取り付け部分は図３及び図８に示すような構造となっており、これらが外気にさらされることはない。従って故障を生じる確率は非常に低いが、さらに後述する「多系統計測法」を採用することにより、ロードセル３０としての故障に結びつくことを事実上なくすことができる。
また、歪みゲージ４２は貫通孔部３６の内壁に取り付けられる。貫通孔部３６は蓋および０リングによりシールされ、外気と完全に遮断されている。
【００５０】
３）入出力ケーブル〈エンドキャップ内）について
ロードセル３０内部の回路と外部に設けた歪み測定器５５ａとの間を電気的に接続する部分であり、機械的な損傷を受けること等により故障すると測定に支障をきたすことがある。ただし、本実施形態においてはエンドキャップ内の入出力ケーブル５４は取り付けられた状態で静置され、被覆されているので取付けた時に故障がなければプラント寿命中に問題になることはない。
【００５１】
以上のことから、本実施形態におけるロードセル３０の耐久性については、歪みゲージ４２、接着剤、コーティング材、結線部を考慮する。そして「多系統計測法」という計測方法を採用することにより、ロードセル３０としての故障を事実上なくすことが可能となる。
【００５２】
即ち、本実施形態における「多系統計測法」とは、独立した６つのブリッジ回路４３を形成して６系統となし、通常はそれら６系統のブリッジ回路出力の平均値をもって測定値とするとともに、仮にいずれかの歪みゲージ４２の故障によってある系統のブリッジ回路が測定不能となった場合には、残りの健全なブリッジ回路からの出力に基づく算出値の平均値を求めて、当該平均値を計測値とするというものである。これによって、歪みゲージ４２の故障がロードセル３０全体としての故障につながる率を可及的に低下させることが可能になる。
【００５３】
つまり、どれかひとつの歪みゲージ４２が故障しても、それが組み込まれたブリッジ回路４３が測定不能となるだけで、他のブリッジ回路４３は測定可能である。そして、多系統計測法においては、複数のブリッジ回路出力に基づく算出値の平均値を求めてこれを計測値とすることから、残った健全なブリッジ回路出力に基づいて平常時とほぼ同じ測定値が得られるようになる。
【００５４】
ここで、歪み部材３１の複数の起歪部にかかる力が一様でなければ、そこに誤差を生じることになるが、一般に荷重のかかり始めでは各起歪部の負担荷重はバラツキが大きいものとなるが、今回はほぼ一定荷重がかかった状態での測定であるので、各起歪部の荷重分担率が大きく変わることはない。そのため、残りの各ブリッジ回路出力に基づいて算出した算出値に、それまでの荷重分担率を考慮して加重平均値を取れば、誤差を可及的に小さくして、十分に有効な極めて高精度なデータが得られるようになる。あるいは、加重平均でなく単純平均をとったとしても、多少の精度の低下があるだけで実用上は十分なデータが得られる。
【００５５】
一方、ロードセル３０が故障する原因は、一般の場合はほとんどすべてが過負荷、ケーブルの損傷、湿気の浸入などの外的要因によるものである。これらに対しては多系統化しても故障率の引き下げは必ずしも期待できない。例えば過負荷では歪み部材３１が正常な特性を失うので、複数のブリッジ回路４３があってもそれらすべてが故障してしまう。しかし本実施形態では、これらの外的要因による不良は考えられない。
【００５６】
すなわち、荷重は容量のほぼ８０％が常にかかった状態であり、過負荷はない。またロードセル３０は取り付けられた状態で静置されるのでケーブル５４の損傷もない。さらにロードセル３０はグリスキャップ内に取り付けられるので外気とほほ完全に遮断される。これらの理由により、本実施形態において危倶されるのは歪みゲージ４２などの回路部に起因する故障であり、当該回路部の故障に対しては多系統化による故障率の引き下げが有効となる。
【００５７】
多系統化によるロードセル３０自体のコストについては、起歪部の形状や歪みゲージ点数などが変わらなければ、コスト上昇はさほど大きくない。
【００５８】
＜２＞多系統計測法における故障率
▲１▼すべての系統が故障する確率
ここでは、ロードセル３０の故障は歪みゲージ４２の故障によるもの、のみとし、その歪みゲージ４２の故障率がロードセル３０の故障率に与える影響を考える。但し、歪みゲージ４２の故障は独立事象とし、ロードセル３０の故障はすべての系統のブリッジ回路が測定不能となったときとする。
【００５９】
ここで、１枚の歪みゲージがある期間に故障する確率をα、ブリッジ回路の系統数をｍ、歪みゲージの枚数（エレメント数）をｎ（ただし、ｎ／４ｍ：整数）とすると、歪みゲージの故障によってロードセルが故障する確率βは、
【数２】
2004028626.tif 000004
となる。
【００６０】
歪みゲージ４２の枚数（エレメント数）ｎを２４とすると、取り得るブリッジの系統数ｍは、ｍ＝１，２，３，６となる。但し、ロードセルが半割れ型であることから製造上の間題を考慮してｍ＝３は除外する。
【００６１】
歪みゲージの故障率αの見積もりは大変難しいが、仮に６０年間で３％が故障すると仮定すると、ｍ＝１，２，６でのβは▲１▼式より、
【数３】
2004028626.tif 000005
となる。
【００６２】
従ってブリッジ系統数１に対する２系統６系統の故障率はそれぞれ
【数４】
2004028626.tif 000006
となる。
【００６３】
つまり故障率は２系統にすることで約５分の１、６系統にすることで約２０万分の１になる。これは、多系統化した場合には全部の系統が故障しない限り若干の精度の低下はあっても測定不能とはならないので、結果として故障率を著しく下げることができることになる。また、ロードセル３０の故障率βは歪みゲージ４２の故障率αによって決まるものであるが、歪みゲージ４２自体が外的要因によらずに故障する確率として、６０年間で３％という数値は余裕のあるものと考えられる。
【００６４】
▲２▼一部の系統が故障する確率
６系統とした場合に全部の系統が故障する確率はほぼゼロであるが、一部の系統が故障する確率を求めてみると次のようになる。
【００６５】
１枚の歪みゲージがある期間に故障する確率をα、ブリッジの系統数をｍ、歪みゲージの枚数（エレメント数）をｎ（ただし、ｎ／４ｍ：整数）、ひとつのブリッジ回路４３が故障する確率をγとすると、
【数５】
2004028626.tif 000007
【００６６】
となる。
【００６７】
ここでｍ系統中ｐ系統のブリッジ回路４３が故障する確率をδとすると、
【数６】
2004028626.tif 000008
【００６８】
となる。
【００６９】
ただしここに、
【数７】
2004028626.tif 000009
【００７０】
である。
【００７１】
ｍ＝６、ｎ＝２４、α＝０．０３としてｐ＝０、１、２、３、４、５、６のときのδを求めると
δｐ＝０＝｛１−（１−０．０３）２４／６｝０（１−０．０３）２４（６−０）／６　×６Ｃ０＝０．４８
δｐ＝１＝｛１−（１−０．０３）２４／６｝１（１−０．０３）２４（６−１）／６　×６Ｃ１＝０．３７
δｐ＝２＝｛１−（１−０．０３）２４／６｝２（１−０．０３）２４（６−２）／６　×６Ｃ２＝０．１２
δｐ＝３＝｛１−（１−０．０３）２４／６｝３（１−０．０３）２４（６−３）／６　×６Ｃ３＝２．１×１０−２
δｐ＝４＝｛１−（１−０．０３）２４／６｝４（１−０．０３）２４（６−４）／６　×６Ｃ４＝２．０×ｌ０−３
δｐ＝５＝｛１−（１−０．０３）２４／６｝５（１−０．０３）２４（６−５）／６　×６Ｃ５＝１．１×ｌ０−４
δｐ＝６＝｛１−（１−０．０３）２４／６｝６（１−０．０３）２４（６−６）／６　×６Ｃ６＝２．３×１０−６
となる。
【００７２】
上記のように、全部の系統が故障しない確率は約４８％、１系統のみ故障する確率は約３７％、２系統が故障する確率は約１２％、３系統が故障する確率は約２％となり、この４つのケースの合計で約９９％となる。つまり、約９９％の確率で３系統以上の測定が可能である。一方、６系統すべてが故障する確率は５０万分の１以下であり、事実上皆無と言える。以上のように、多系統計測法を採用することによって故障率を非常に小さくすることができる。
【００７３】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明に係る歪みゲージ式外力測定装置およびその測定方法にあっては、次のような格別な効果を奏する。
【００７４】
（１）外力を受けて弾性変形する歪み部材に歪みゲージを貼設して複数系統のブリッジ回路を構成し、この各ブリッジ回路を測定器の複数のチャンネルに接続して個別に外力値を算出し、これらの算出値の平均値を算出して、計測値とするので、いずれかの歪みゲージが故障しても、それが組み込まれた系統のブリッジ回路が測定不能となるだけで、少なくともいずれか１つの系統のブリッジ回路が測定可能であれば、その健全なブリッジ回路によって外力を測定することができ、歪みゲージ式外力測定装置が測定不能となる確率を可及的に低減でき、その耐久性の大幅な向上が図れる。
【００７５】
（２）複数のブリッジ回路出力に基づく算出値の平均値を求めてこれを計測値とすることから、歪み部材の起歪部の形状や歪みゲージの感度のバラツキ、荷重の偏在などに起因した誤差を可及的に小さくすることができ、高精度な信頼度の高い計測値を得ることができるようになる。
【００７６】
（３）また、前記計測値と各ブリッジ回路毎の外力値の比率を分担率として記憶しておき、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路の算出値をそれぞれの分担率で除した値の平均値を算出して、当該平均値を計測値として出力するようにすれば、測定不能な系統が生じた場合にも、その計測誤差が大きくなってしまうことを可及的に防止でき、高精度な信頼度の高い計測値を得ることができるようになる。
【００７７】
（４）緊張線材の端部に設けられた係止部材と定着対象部との間に歪み部材を介設して、緊張線材からの緊張力を定着対象部に伝達するとともに、その緊張力に応じたせん断歪みを歪み部材に生じさせて、この歪み部材のせん断歪み量を歪みゲージで検出して緊張線材の張力を測定するようにすれば、適宜必要な時にいつでも張力測定を行うことができ、もって原子炉格納容器の緊張線材の張力測定に適用すれば、定期的な張力測定作業をきわめて容易に済ませることができるようになる。
【００７８】
（５）前記係止部材に当接されて前記緊張線材の緊張力を受圧する内周部と、前記定着対象部側に当接されて前記緊張力を前記定着対象部側に伝達する外周部と、これら内周部と外周部との間を連結して介設され、前記せん断歪みが生ずる梁部と、前記内周部に設けられ前記緊張線材が挿通される挿通穴部とを備えて歪み部材を構成することで、緊張線材の緊張力に応じたせん断歪みを梁部に生じさせることができ、当該梁部に前記歪みゲージを設けることによって、緊張線材の緊張力を精度よく簡単に検出することができる。
【００７９】
（６）前記歪み部材を、複数の分割片によって構成することによって、係止部材と定着対象部の間からの撤去作業や取り付け作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る外力測定装置が、緊張線材の定着部に介設されるプレストレストコンクリート製原子炉格納容器（ＰＣＣＶ）の外観を示した全体斜視図である。
【図２】図１に示すプレストレストコンクリート製原子炉格納容器の外壁部の断面構造を示した部分断面斜視図である。
【図３】本発明に係る外力測定装置が取り付けられる緊張線材の定着部の一実施形態を示した断面図である。
【図４】緊張線材の定着部に取り付けられる本発明に係る外力測定装置のロードセルの一実施形態を示した平面図である。
【図５】緊張線材の定着部に取り付けられる本発明に係る外力測定装置のロードセルの一実施形態を示した断面図である。
【図６】図５のロードセルの起歪部に貼設される２４個の歪みゲージを説明する図である。
【図７】６系統の独立したブリッジ回路に形成された２４個の歪みゲージの各素子の組み合わせを示す回路図である。
【図８】本発明に係る外力測定装置を既存の定着部に置き換えて施工する場合の施工手順を示した説明図である。
【図９】本発明に係る外力測定装置を新設の緊張線材の定着部に設ける場合の施工方法を説明するための説明図である。
【図１０】ロードセルの概略構成を示す断面図である。
【図１１】従来の４つの歪みゲージで形成される基本的なブリッジ回路を示す図である。
【図１２】２４個の素子の歪みゲージで１つのブリッジ回路を形成した場合を示す図である。
【符号の説明】
１０　原子炉格納容器
１２　下部コンクリート構造体
１４　上部コンクリート構造体
１６　鉄筋
１８　ＰＣ鋼線（緊張線材）
２０　シース管
２６　アンカーヘッド（係止部材）
３０　ロードセル
３１　歪み部材
３２　挿通穴部
３４　内周部
３６　貫通孔部
３８　外周部
３９　支圧板
４０　梁部
４２　歪みゲージ
４３　ブリッジ回路
５０　エンドキャップ
５２　防錆材
５５　測定器
５５ａ　歪み測定器
５５ｂ　コンピュータ装置
【図１】
2004028626.tif 000010
【図２】
2004028626.tif 000011
【図３】
2004028626.tif 000012
【図４】
2004028626.tif 000013
【図５】
2004028626.tif 000014
【図６】
2004028626.tif 000015
【図７】
2004028626.tif 000016
【図８】
2004028626.tif 000017
【図９】
2004028626.tif 000018
【図１０】
2004028626.tif 000019
【図１１】
2004028626.tif 000020
【図１２】
2004028626.tif 000021