(57)【要約】【課題】簡易かつ正確に、また測定装置の耐久性等を考慮することなく、非磁性体に作用する応力を測定する。【解決手段】磁歪効果を利用した応力測定を行うための被測定部５を設けた鉄筋４ｂを、測定対象であるコンクリート床版１に内在させておき、被測定部５に磁歪センサ１０を近接させ、鉄筋４ｂに作用する応力を測定し、鉄筋４ｂを内在させたコンクリート床版１に作用する応力を特定する。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁歪効果を利用した応力測定を行うための被測定部を設けた磁性体を、測定対象である非磁性体に予め一体化させておき、
前記被測定部に前記応力測定を行うための磁歪センサを近接させ、該磁歪センサによって前記磁性体および前記非磁性体に作用する応力を測定することを特徴とする非磁性体の応力測定方法。
【請求項２】
前記磁性体に関する歪み−応力特性を予め把握しておくことを特徴とする請求項１記載の非磁性体の応力測定方法。
【請求項３】
前記歪み−応力特性の把握に先んじて、前記磁性体の磁気特性を改良するべく該磁性体に熱処理を施すことを特徴とする請求項２記載の非磁性体の応力測定方法。
【請求項４】
前記非磁性体をコンクリート、前記磁性体を該コンクリートに内在させた鉄筋として構成されるコンクリート構造物について、前記鉄筋に設けた被測定部を前記コンクリートから露出させておくことを特徴とする請求項１、２または３記載の非磁性体の応力測定方法。
【請求項５】
前記コンクリートから露出する前記被測定部を、耐食材で被覆しておくことを特徴とする請求項４記載の非磁性体の応力測定方法。
【請求項６】
コンクリートに磁性体を内在させたコンクリート構造物であって、
前記磁性体の一部を前記コンクリートから露出させ、磁歪効果を利用した応力測定を行うための被測定部としたことを特徴とするコンクリート構造物。
【請求項７】
前記磁性体が、磁気特性を改良するべく予め熱処理されていることを特徴とする請求項６記載のコンクリート構造物。
【請求項８】
前記コンクリートから露出する前記被測定部が、耐食材で被覆されていることを特徴とする請求項６または７記載のコンクリート構造物。
【請求項９】
前記被測定部を覆い隠す蓋体が、着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項６、７または８記載のコンクリート構造物。
【請求項１０】
前記被測定部に平面が形成されていることを特徴とする請求項６、７、８または９記載のコンクリート構造物。
【請求項１１】
前記磁性体が、前記コンクリート中に配設される鉄筋であることを特徴とする請求項６、７、８、９または１０記載のコンクリート構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート等の非磁性体からなる構造物にどの程度の応力が作用しているかを測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば橋梁を構成するコンクリート床版等のような、非磁性体の構造物にどの程度の応力が作用しているかを定量的に測定することは、該構造物の安全性を評価するうえで非常に重要なことである。こういった構造物の応力測定には、歪みゲージを用いる方法が一般的である。例えば橋梁を構成する床版に歪みゲージを貼り付けておき、歪みゲージの出力値の変化によって床版に作用する応力を測定するのである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、歪みゲージを用いた従来の測定方法では、（１）測定対象である非磁性体の構造物に歪みゲージを貼り付ける樹脂や歪みゲージから出力信号を取り出すリード線の耐久性が十分でない場合が多く、長期にわたる測定を行おうとすると環境の変化が激しい屋外の使用が困難である、（２）歪みゲージ自体も欠線し易く取り扱いが難しい、といった問題があった。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ正確に、また測定装置の耐久性等を考慮することなく、非磁性体に作用する応力を測定することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、次のような構成の非磁性体の応力測定方法、およびコンクリート構造物を採用する。
すなわち本発明に係る請求項１記載の非磁性体の応力測定方法は、磁歪効果を利用した応力測定を行うための被測定部を設けた磁性体を、測定対象である非磁性体に予め一体化させておき、
前記被測定部に前記応力測定を行うための磁歪センサを近接させ、該磁歪センサによって前記磁性体および前記非磁性体に作用する応力を測定することを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の非磁性体の応力測定方法は、請求項１記載の非磁性体の応力測定方法において、前記磁性体に関する歪み−応力特性を予め把握しておくことを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の非磁性体の応力測定方法は、請求項２記載の非磁性体の応力測定方法において、前記歪み−応力特性の把握に先んじて、前記磁性体の磁気特性を改良するべく該磁性体に熱処理を施すことを特徴とする。
【０００８】
本発明においては、測定対象である非磁性体に一体化させることで、磁性体には非磁性体と同等の応力が作用することになる。そこで、非磁性体に応力が作用した状態で、磁性体について磁歪効果を利用した応力測定を行うことにより、非磁性体に作用した応力の大きさを非常に正確に測定することが可能となる。磁歪効果を利用した応力測定には、磁性体に生じた歪みの方向や大きさから磁性体に作用した応力を測定することが可能な磁歪センサを使用するが、磁歪センサは磁性体に貼り付けたりする必要がなく、磁性体に対し非接触状態でも応力測定が可能である。なお、磁性体に適当な歪み−応力特性が得られない場合、該磁性体に予め熱処理を施して磁気特性を改良しておけば、正確な測定が可能となる。
【０００９】
請求項４記載の非磁性体の応力測定方法は、請求項１、２または３記載の非磁性体の応力測定方法において、前記非磁性体をコンクリート、前記磁性体を該コンクリートに内在させた鉄筋として構成されるコンクリート構造物について、前記鉄筋に設けた被測定部を前記コンクリートから露出させておくことを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、コンクリート構造物の鉄筋はコンクリートに内在されるので、被測定部だけはコンクリートから露出させておき、この露出させた被測定部に磁歪センサを近接させて応力測定を行う。コンクリート構造物の構造材としての鉄筋を磁性体として利用することでコンクリートに作用する応力を非常に正確に測定することが可能になる。
【００１１】
請求項５記載の非磁性体の応力測定方法は、請求項４記載の非磁性体の応力測定方法において、前記コンクリートから露出する前記被測定部を、耐食材で被覆しておくことを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、被測定部を耐食材で被覆しておくことで磁性体の腐食が防止され、被測定部が長期にわたって健全な状態に保たれる。
【００１３】
請求項６記載のコンクリート構造物は、コンクリートに磁性体を内在させたコンクリート構造物であって、
前記磁性体の一部を前記コンクリートから露出させ、磁歪効果を利用した応力測定を行うための被測定部としたことを特徴とする。
【００１４】
本発明においては、非磁性体であるコンクリートに磁性体を内在させ、測定対象であるコンクリートに一体化させることで、磁性体にはコンクリートと同等の応力が作用することになる。そこで、コンクリートに応力が作用した状態で、磁性体に設けた被測定部について磁歪効果を利用した応力測定を行うことにより、コンクリート構造物に作用した応力の大きさを非常に正確に測定することが可能となる。
【００１５】
請求項７記載のコンクリート構造物は、請求項６記載のコンクリート構造物において、前記磁性体が、磁気特性を改良するべく予め熱処理されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、磁性体に適当な歪み−応力特性が得られない場合、該磁性体に予め熱処理を施して磁気特性を改良しておくことにより、コンクリート構造物に作用した応力の大きさを非常に正確に測定することが可能となる。
【００１７】
請求項８記載のコンクリート構造物は、請求項６または７記載のコンクリート構造物において、前記コンクリートから露出する前記被測定部が、耐食材で被覆されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明においては、被測定部を耐食材で被覆しておくことで磁性体の腐食が防止され、被測定部が長期にわたって健全な状態に保たれる。
【００１９】
請求項９記載のコンクリート構造物は、請求項６、７または８記載のコンクリート構造物において、前記被測定部を覆い隠す蓋体が、着脱可能に設けられていることを特徴とする。
【００２０】
本発明においては、測定を実施しない間は蓋体を取り付けておくことで磁性体の腐食が防止され、磁性体が長期にわたって健全な状態に保たれる。
【００２１】
請求項１０記載のコンクリート構造物は、請求項６、７、８または９記載のコンクリート構造物において、前記被測定部に平面が形成されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明においては、被測定部に形成した平面に磁歪センサを近接させることにより、コンクリート構造物に作用した応力の大きさを非常に正確に測定することが可能となる。
【００２３】
請求項１１記載のコンクリート構造物は、請求項６、７、８、９または１０記載のコンクリート構造物において、前記磁性体が、前記コンクリート中に配設される鉄筋であることを特徴とする。
【００２４】
本発明においては、コンクリート構造物に作用する引張力に対して耐力を発揮する鉄筋を磁性体と見なして上記のごとく応力測定を行うことにより、コンクリート構造物に作用した応力の大きさを非常に正確に測定することが可能となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る第１の実施形態を図１ないし図４に示して説明する。
図１は橋梁を構成するコンクリート床版１の構造を示している。コンクリート床版１は鉄筋コンクリート造であり、磁性体である鉄筋を内在させてはいるが、全体としてはコンクリートの塊であって非磁性体と捉えられる。コンクリート床版１の下面には、橋梁の長さ方向に離間して複数のハンチ部１ａが形成されており、このハンチ部１ａが主桁２上に配置されてコンクリート床版１が支持されている。
【００２６】
コンクリート床版１の内部には、橋梁の長さ方向に鉄筋３が、幅方向には鉄筋４がそれぞれ配設されている。鉄筋３，４はコンクリート床版１の上面側、下面側にそれぞれ配設されており、上面側に配設された鉄筋３ａ，４ａは、コンクリート床版１が上方に湾曲するように変形したときに上面側に作用する引っ張り力に対して耐力を発揮し、下面側に配設された鉄筋３ｂ，４ｂは、コンクリート床版１が下方に湾曲するように変形したときに下面側に作用する引っ張り力に対して耐力を発揮して、コンクリート床版１を健全に保つべく機能する。通常の橋梁では、自重の他にコンクリート床版１上を走行する車両の重量が作用するため、コンクリート床版１は下方に湾曲するような変形を強いられることになる。
【００２７】
隣り合うハンチ部１ａ，１ａ間のほぼ中央にあたるコンクリート床版１の下面には、図２に示すように、下面側に配設された鉄筋４ｂを一部露出させる穴１ｂが形成されている。この穴１ｂから露出している鉄筋４ｂには、磁歪効果を利用した応力測定を行うための被測定部５が一体となって形成されている。被測定部５は、鉄筋４ｂの長さ方向に直交する方向に突き出した円柱状で、その直径は鉄筋４ｂの直径にほぼ準じている。また、後述する磁歪センサを内蔵する測定プローブＰｒを突き当てられる被測定面５ａは、磁歪センサの測定精度を高めるべく平面状に形成されている。鉄筋４ｂについては、「鉄筋４ｂの歪み量に比例する磁歪センサの出力電圧−応力特性」が予め測定されている。
【００２８】
ところで、鉄筋４ｂについては、その製造方法などが原因で、鉄筋４ｂの磁気が飽和しているため、適当な「歪み量に比例する磁歪センサの出力電圧−応力特性」が得られない場合がある。その場合には、新たな材料を熱処理し磁気特性を改良した鉄筋４ｂを用い、上記の特性を予め把握しておく。
【００２９】
被測定面５ａおよびその周辺の、穴１ｂ内でコンクリートから露出している部分には、防食性を高めるために防食材６が塗布されている。防食材６の塗膜は、膜厚が０．５ｍｍ程度になるように注意して施工されている。防食材６としては、長期耐食性を有するエポキシ樹脂や亜硝酸塩を含む防錆材が用いられる。また、穴１ｂには、被測定部５を保護するために、着脱可能な樹脂製の保護キャップ（蓋体）７が用意されている。
【００３０】
続いて、磁歪効果を利用した応力測定装置について説明する。図２に示す応力測定装置は、磁歪センサ１０を内蔵する測定プローブＰｒと、磁歪センサ１０の出力信号を処理する解析用コンピュータ２０とから構成される。
【００３１】
磁歪センサ１０は、図３に示すように、一対の軸部１１ａ，１１ｂからなるコア１１、およびコア１１の配列方向に直交して配置された同じく一対の軸部１２ａ，１２ｂからなるコア１２を一体化したセンサ本体１３に、コア１１に導線１４を巻回して励磁用コイルを構成し、コア１２には導線１５を巻回して検出用コイルを構成したものである。
【００３２】
センサ本体１３には、円柱状の基部１６に、軸部１１ａ，１２ａ，１１ｂ，１２ｂが基部１６の中心軸線を取り囲むように立設されている。センサ本体１３は、円柱状の基体の一方の端面に中心軸線方向から十字に切り込みを入れることによって形成される。
【００３３】
解析用コンピュータ２０には、あらかじめ測定しておいた鉄筋４ｂに関する「磁歪センサ１０の出力電圧−応力特性」を記憶する記憶手段２１と、鉄筋４ｂを励磁するべく磁歪センサ１０に通電した励磁電流と電圧値、励磁によって誘起される出力電圧値、ならびに記憶手段２１に記憶された情報をもとに鉄筋４ｂに作用する応力の大きさを算出する演算手段２２とが設けられている。「磁歪センサ１０の出力電圧−応力特性」は、鉄筋４ｂに作用する応力に比例して鉄筋４ｂの歪み量が変化し、該歪み量の変化に比例して磁歪センサ１０の出力電圧が変化することから、鉄筋４ｂに作用する応力に比例して磁歪センサ１０の出力電圧が一次関数または二次関数的に変化するものとして捉えられる。
【００３４】
図４はリフトオフ；０．５ｍｍのときの「磁歪センサ１０の出力電圧−応力特性」を示している。ここで、”リフトオフ”とは被測定面５ａと磁歪センサ１０との間に設けられる間隔である。磁歪センサ１０を内蔵する測定プローブＰｒを被測定面５ａに押し当てて測定を行うとすれば、リフトオフは防食材６の膜厚０．５ｍｍに等しいことになる。ここで、リフトオフが変化すると磁歪センサ１０の出力電圧も変化するので注意が必要であり、磁歪センサ１０の精度を高めるためにも上記のごとく被測定面５ａを平滑に形成することは非常に有効である。
【００３５】
上記のように構成された応力測定装置を用い、コンクリート床版１に作用する応力を測定する方法について説明する。
まず、保護キャップ７を取り外して穴１ｂから被測定部５を露出させ、被測定面５ａに磁歪センサ１０を内蔵した測定プローブＰｒを押し当てる。そのうえで励磁用コイルに励磁電流を通電し、検出用コイルに誘起される出力電圧を検出する。
【００３６】
出力電圧が検出されたら、図４に示した「磁歪センサ１０の出力電圧−応力特性」を参照して出力電圧の大きさに見合う歪み量および該歪み量を生み出す応力の大きさを確定する。
【００３７】
ところで、本実施形態においてはコンクリート床版１の下面側に橋梁の幅方向に沿って配設された鉄筋４ｂに作用する応力を測定してコンクリート床版１の下面側幅方向に作用する応力を特定しているが、その他の鉄筋３ａ，３ｂ，４ａについても同様の測定を行ってそれぞれの配設箇所に作用する応力を特定することが可能である。上記以外の図示しない鉄筋についても同様である。
【００３８】
また、本実施形態においては防食材６および保護キャップ７を採用して被測定部５を二重に保護しているが、いずれか一方だけでも十分に被測定部５を保護することが可能である。例えば、防食材６を省いて保護キャップ７だけを採用すれば、防食材６の膜厚管理に伴う施工の難しさを解消することができるうえに、リフトオフを正確に設定できるので（被測定面５ａに直に測定プローブＰｒを押し当てればリフトオフは０となる）、より正確な測定が可能になる。ただし、リフトオフが相違することになるため図５に相当する「磁歪センサ１０の出力電圧−応力特性」は改めて設定する必要がある。
【００３９】
さらに、本実施形態においては、鉄筋コンクリート製の床版１の内部に配設される鉄筋を本発明の磁性体とみなした実施の形態を示したが、これ以外にも、例えばプレストレストコンクリート製の橋梁や鉄筋コンクリート造の建築物についてその内部に配設されるアンカーワイヤや鉄筋を磁性体とみなして実施することも可能である。さらに、トンネルの二次覆工コンクリートのように内部に配筋されないコンクリート構造物について、その内部に意図的に磁性体を内在させ、該磁性体に作用する応力を測定してコンクリート構造物に作用する応力を特定することも可能である。
【００４０】
本発明に係る第２の実施形態を図５に示して説明する。なお、上記実施形態において既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省略する。
本実施形態においては、断面がほぼ円形をなす鉄筋４ｂの側面の一部を削り、断面形状を四角とした部分に被測定部２５が設けられている。被測定部２５の４面のいちの１面は被測定面２５ａとされ、防食材６によって被覆されている。
上記第１の実施形態の被測定部５は、鉄筋４ｂに予め突起部を設けておく必要があるが、本実施形態の被測定部２５は、突起部等を設けなくても鉄筋４ｂの一部を削るだけでよく、加工の手間が少なくて済む等の利点がある。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、測定対象である非磁性体に一体化させることで、磁性体には非磁性体と同等の応力が作用することになる。そこで、非磁性体に応力が作用した状態で、磁性体について磁歪効果を利用した応力測定を行うことにより、非磁性体に作用した応力の大きさを非常に正確に測定することが可能となる。磁歪効果を利用した応力測定には、磁性体に生じた歪みの方向や大きさから磁性体に作用した応力を測定することが可能な磁歪センサを使用するが、磁歪センサは磁性体に貼り付けたりする必要がなく、磁性体に対し非接触状態でも応力測定が可能なので、長期にわたる測定を実施する場合にもその時々の測定に際してのみ磁歪センサを使用すればよく、屋外環境での耐久性を問われることがない。
【００４２】
本発明によれば、コンクリート構造物の鉄筋はコンクリートに内在されるので、被測定部だけはコンクリートから露出させておき、この露出させた被測定部に磁歪センサを近接させて応力測定を行う。このように、鉄筋コンクリートの構造材としての鉄筋を磁性体として利用することでコンクリート構造物に作用する応力を非常に正確に測定することが可能できる。
【００４３】
本発明によれば、被測定部を耐食材で被覆しておくことで磁性体の腐食が防止され、被測定部が長期にわたって健全な状態に保たれるので、正確な測定が可能になる。
【００４４】
本発明によれば、測定を実施しない間は蓋体を取り付けておくことで磁性体の腐食が防止され、磁性体が長期にわたって健全な状態に保たれるので、正確な測定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図であって、測定対象であるコンクリート床版の構造を示す断面図である（（ａ）は応力が作用しない状態、（ｂ）は下向きに湾曲変形して応力が作用した状態を示す）。
【図２】図１の隣り合う主桁間の要部を断面視するとともに、該断面視した部分について使用される、磁歪効果を利用した応力測定装置の構成を示す概略図である。
【図３】応力測定装置を構成する磁歪センサの構造を示す斜視図である。
【図４】防食材の膜厚；０．５ｍｍのときの「磁歪センサの出力電圧−応力特性」を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す図であって、コンクリート床版の内部に配筋される鉄筋の形状を示す図である（（ａ）は鉄筋の平面図、（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図、（ｃ）は図５（ａ）のＢ−Ｂ線矢視断面図である）。
【符号の説明】
１　　　コンクリート床版（非磁性体）
２　　　主桁
３，４　鉄筋（磁性体）
５　　　被測定部
５ａ　　被測定面
６　　　防食材
７　　　保護キャップ（蓋体）
１０　　磁歪センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004077185.tif 000006
【図５】
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