(57)【要約】【課題】実施方法が容易で、かつ構造物の損傷の箇所等の検知が可能な構造物外力検知装置、及び構造物の外力検知方法を提供する。【解決手段】応力を付加すると圧電作用により電圧を発生する圧電材料からなり主鉄筋２０６の外面に略螺旋状に巻き付けて貼付される外力応答部材１と、外力応答部材１１に電気的に接続された第１導体部材２２ａと、外力応答部材１１に電気的に接続された第２導体部材２２ｂと、第１導体部材２２ａと第２導体部材２２ｂの他端に取り付けられ電気を検出する電流計４１を備える。【選択図】        図２
2004279148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
応力を付加すると表面である分極面が電気的に分極し電圧を発生する圧電材料からなり構造物の略円柱状又は略円筒状の構造部材の外面に貼付されるように配置される外力応答部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の一方の電極となる側に電気的に接続された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の他方の電極となる側に電気的に接続された第２導体部材と、
前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の他端に取り付けられるとともに電気を検出する電気検出手段を備え、
前記構造物の構造部材に所定値を越える外力が付加された場合には、前記外力応答部材に応力が作用して電気的に分極し前記外力応答部材に電圧が発生したこと、あるいは前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て電流が流れることが前記電気検出手段により検出され、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項２】
請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記圧電材料は可撓性を有する高分子系圧電材料であり、前記外力応答部材は前記分極面として第１分極面と第２分極面を有する薄膜状部材に形成され、前記第１分極面に前記第１導体部材が電気的に接続されるとともに前記第２分極面に前記第２導体部材が電気的に接続され、前記外力の付加により前記第１分極面に正電荷が発生するとともに前記第２分極面に負電荷が発生すること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項３】
請求項２記載の構造物外力検知装置において、
前記外力応答部材は、前記薄膜状部材が細長い帯状に形成されて構成されること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項４】
請求項３記載の構造物外力検知装置において、
前記構造部材は、コンクリート構造物の鉄筋であること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項５】
請求項４記載の構造物外力検知装置において、
前記外力応答部材は、可撓性を有する絶縁体からなる被覆部材によって被覆されること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項６】
請求項５記載の構造物外力検知装置において、
前記外力応答部材は、互いに重複するようにして前記構造部材の外面に略螺旋状に巻き付けて貼付されること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項７】
請求項５記載の構造物外力検知装置において、
前記外力応答部材は、相互間に間隙を配して前記構造部材の外面に略螺旋状に巻き付けて貼付されること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項８】
請求項５記載の構造物外力検知装置において、
前記外力応答部材は、前記構造部材の外面に略直線状に貼付されること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項９】
請求項５記載の構造物外力検知装置において、
前記外力応答部材からの電気出力の値に応じて前記外力応答部材に作用している応力を検知すること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項１０】
応力を付加すると表面である分極面が電気的に分極し電圧を発生する圧電材料からなり構造物の略円柱状又は略円筒状の構造部材の外面に貼付されるように配置される外力応答部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の一方の電極となる側に電気的に接続された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の他方の電極となる側に電気的に接続された第２導体部材と、
前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の他端に取り付けられるとともに電気を検出する電気検出手段を用い、
前記構造物の構造部材に所定値を越える外力が付加された場合には、前記外力応答部材に応力が作用して電気的に分極し前記外力応答部材に電圧が発生したこと、あるいは前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て電流が流れることが前記電気検出手段により検出され、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする構造物の外力検知方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の外力が作用した場合に電気を導通させることにより検知する構造物外力検知装置と、その装置を用いて構造物の外力を検知する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、構造物に外力が作用した場合に、損傷を生じたか否かを検知するための方法としては、破壊試験（破壊検査）と、非破壊試験（非破壊検査）とがある。破壊試験（破壊検査）は、実際の材料を用いて作製した供試体に荷重を加えて破壊し、供試体における損傷の箇所やその状況等を観察又は計測し、実際の構造物の場合に当てはめて判定する方法であり、直接的な方法ということができる。
【０００３】
一方、非破壊試験（非破壊検査）は、構造物や供試体等を破壊せず、何らかの物理量を利用して構造物等の内部の状況を推定しようとする方法であり、破壊試験に比べると間接的な方法といえる。非破壊試験において利用する物理量としては、振動、超音波、放射線、磁気、材料破壊時に内部で発生する音（ＡＥ：Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）などがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１０５６６５号公報（第６−７頁、図１−３）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の方法においては、以下に述べるような各種の問題点があった。
【０００６】
破壊試験（破壊検査）の場合は、構造物ごとに供試体作製とその破壊試験を行うとすると、そのための時間、供試体作製の手間、費用がかかり、効率的ではない、という問題がある。また、破壊は、作製された供試体の形状、あるいはその寸法の影響が大きく、供試体の形状等が異なると、破壊時の挙動も異なってくる。このため、実際の構造物の場合に当てはめる場合には、破壊試験結果に人間の判断や考察等を加えることになる。このことから、実際の構造物の損傷の状況等を精度よく判定することは困難で、かつ熟練を要する、という問題もあった。
【０００７】
また、非破壊試験（非破壊検査）の場合は、構造物の内部で何らかの破壊が発生した事実、あるいは構造物の内部に何らかの損傷が存在する事実までは、検出できること多いが、その損傷の具体的な箇所、損傷の形状や寸法の明確な把握は困難であることが多い、という問題があった。
【０００８】
また、場所打ちコンクリート杭のような地下構造物は、地中に構築されるため、地震等の外力により地下構造物の内部で何らかの破壊が発生、又は何らかの損傷が存在する事実は、人間の目視による直接的な確認が非常に困難である。このため、構造物の検査は容易ではない、という問題があった。このような地下構造物の検査については、行った例はあるが、この場合には、場所打ちコンクリート杭等の地下構造物の周囲の掘り返し作業等が伴うため、多大な費用等がかかる、という問題もあった。
【０００９】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、本発明の解決しようとする課題は、実施方法が容易で、かつ構造物の損傷の箇所等の検知が可能な構造物外力検知装置、及び構造物の外力検知方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る構造物外力検知装置は、
応力を付加すると表面である分極面が電気的に分極し電圧を発生する圧電材料からなり構造物の略円柱状又は略円筒状の構造部材の外面に略螺旋状に巻き付けられるように配置される外力応答部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の一方の電極となる側に電気的に接続された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の他方の電極となる側に電気的に接続された第２導体部材と、
前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の他端に取り付けられるとともに電気を検出する電気検出手段を備え、
前記構造物の構造部材に所定値を越える外力が付加された場合には、前記外力応答部材に応力が作用して電気的に分極し前記外力応答部材に電圧が発生したこと、あるいは前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て電流が流れることが前記電気検出手段により検出され、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする。
【００１１】
上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記圧電材料は可撓性を有する高分子系圧電材料であり、前記外力応答部材は前記分極面として第１分極面と第２分極面を有する薄膜状部材に形成され、前記第１分極面に前記第１導体部材が電気的に接続されるとともに前記第２分極面に前記第２導体部材が電気的に接続され、前記外力の付加により前記第１分極面に正電荷が発生するとともに前記第２分極面に負電荷が発生する。
【００１２】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記外力応答部材は、前記薄膜状部材が細長い帯状に形成されて構成される。
【００１３】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記構造部材は、コンクリート構造物の鉄筋である。
【００１４】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記外力応答部材は、可撓性を有する絶縁体からなる被覆部材によって被覆される。
【００１５】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記外力応答部材は、互いに重複するようにして前記構造部材の外面に略螺旋状に巻き付けて貼付される。
【００１６】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記外力応答部材は、相互間に間隙を配して前記構造部材の外面に略螺旋状に巻き付けて貼付される。
【００１７】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記外力応答部材は、前記構造部材の外面に略直線状に貼付される。
【００１８】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記外力応答部材からの電気出力の値に応じて前記外力応答部材に作用している応力を検知する。
【００１９】
また、本発明に係る構造物の外力検知方法は、
応力を付加すると表面である分極面が電気的に分極し電圧を発生する圧電材料からなり構造物の略円柱状又は略円筒状の構造部材の外面に略螺旋状に巻き付けられるように配置される外力応答部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の一方の電極となる側に電気的に接続された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記外力応答部材の他方の電極となる側に電気的に接続された第２導体部材と、
前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の他端に取り付けられるとともに電気を検出する電気検出手段を用い、
前記構造物の構造部材に所定値を越える外力が付加された場合には、前記外力応答部材に応力が作用して電気的に分極し前記外力応答部材に電圧が発生したこと、あるいは前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て電流が流れることが前記電気検出手段により検出され、前記構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知すること
を特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。また、図２は、図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答部材の設置状態を示す図である。また、図３は、図１及び図２に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【００２２】
図１（Ａ）に示すように、この構造物損傷検出システム１０１は、鉄道線路３００を支持する高架橋２００の基礎である場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に設置されている外力応答部材１と、接続部材２と、外力検出・送信部４と、通信ケーブル５と、構造物管理部６を備えて構成されている。
【００２３】
図２に示すように、外力応答部材１は、場所打ちコンクリート杭２０３内の鉄筋カゴ２０５を構成する鉛直方向の主鉄筋２０６に取り付けられている。また、図１及び図２に示すように、接続部材２は、その一部が場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部や、高架橋２００のフーチング２０２等の内部に設置され、その残部が高架橋２００の外部に配置されている。
【００２４】
また、図３に示すように、接続部材２は、その内部にリード線２２を有しており、リード線２２の外側が保護部材２１によって包囲された構造となっている。また、図３（Ａ）ないし図３（Ｃ）に示すように、リード線２２は、第１導体部材２２ａと、第２導体部材２２ｂと、絶縁部材２２ｃを有して構成されている。第１導体部材２２ａ及び第２導体部材２２ｂは、電気の導体（導電体）、例えば銅（Ｃｕ）等により形成された線状部材である。また、絶縁部材２２ｃは、電気の不導体、例えば合成樹脂材料又はゴム系材料等により形成され、第１導体部材２２ａと第２導体部材２２ｂの間に所定間隔を配するとともにこれらを取り囲むように配置され、第１導体部材２２ａと第２導体部材２２ｂ、第１導体部材２２ａとその周囲、及び第２導体部材２２ｂとその周囲を電気的に絶縁している。
【００２５】
また、リード線２２の第１導体部材２２ａ及び第２導体部材２２ｂの一端は、外力応答部材１に接続され、また、リード線２２の第１導体部材２２ａ及び第２導体部材２２ｂの他端は、外力検出・送信部４の電流計４１（後述）に接続されている。また、外力検出・送信部４と構造物管理部６は、通信ケーブル５によって接続されている。なお、外力応答部材１と、接続部材２の一部は、場所打ちコンクリート杭２０３やフーチング２０２のコンクリート打設前に所定箇所に配置され、コンクリート中に埋設されて設置される。
【００２６】
次に、上記した外力応答部材１のさらに詳細な構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、図１及び図２に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答部材のさらに詳細な構成を示す断面図であり、図３（Ａ）は全体構成図を、図３（Ｂ）は接続部材２の縦断面図を、図３（Ｃ）は接続部材２の接続箇所付近の拡大縦断面図を、図３（Ｄ）は図３（Ｃ）におけるＡ−Ａ方向に見た横断面図を、それぞれ示している。
【００２７】
図３（Ａ）に示すように、外力応答部材１は、例えば、薄膜（フィルム）状でかつ面形状が細長い長方形状の帯状体（テープ状体）に形成されている。また、外力応答部材１は、略円柱状の主鉄筋２０６の外周側面に略螺旋状に巻き付けられ、接着剤１５によって接着されて貼付けられている。これにより、外力応答部材１は、全体として、主鉄筋２０６の長手方向中心線の回りを巻回する略螺旋状となり、また、外力応答部材１のなす螺旋は、全体として略円筒状となるように形成されている。主鉄筋２０６は、丸棒状でもよいし、表面に凹凸等が形成された異形鉄筋であってもよい。ここに、主鉄筋２０６は、構造物内部の構造部材に相当している。
【００２８】
外力応答部材１は、応力を付加すると表面（帯状体を構成する２つの略平行な広い表面。以下、「分極面」という。）が電気的に正の極と負の極に分極し電圧を発生する材料（以下、「圧電材料」という。）からなり、第１分極面１１ａと第２面分極１１ｂを有している。
【００２９】
また、上記した外力応答部材１の第１分極面１１ａには、接着又はハンダ付け等により、第１導体部材２２ａが電気的に接続された状態で固定され、外力応答部材１の第２分極面１１ｂには、接着又はハンダ付け等により、第２導体部材２２ｂが電気的に接続された状態で固定される。
【００３０】
ここに、圧電材料としては、セラミックス系圧電材料と、高分子系圧電材料と、単結晶系圧電材料と、複合系圧電材料が使用可能である。セラミックス系圧電材料としては、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、ジルコン・チタン酸鉛（ＰＺＴ）等が使用可能である。また、高分子系圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデンとトリフルオロエチレンの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ））、フッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンの共重合体（Ｐ（ＶＤＦ−ＴｅＦＥ））、シアノビニリデンと酢酸ビニルの共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ−ＶＡｃ））等が使用可能である。また、単結晶系圧電材料としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、ニオブ酸バリウムナトリウム（Ｂａ２ＮａＬｉＮｂ５Ｏ１５）、ニオブ酸鉛カリウム（Ｐｂ２ＫＮｂ５Ｏ１５）等が使用可能である。また、複合系圧電材料としては、２種類以上の材料を混合して形成した圧電材料であり、ポリビニリデンタスフロライトとセラミックスを複合させた材料が使用可能である。これらの圧電材料のうち、高分子系圧電材料は、他の圧電材料よりも大きな可撓性を有する。このため、略螺旋状に形成される第２部材１２の材料としては、高分子系圧電材料が好適である。
【００３１】
これらの圧電材料においては、形成された帯状体のいずれかの表面（帯状体を構成する２つの略平行な広い表面。以下、「分極面」という。）に垂直な方向（分極面を貫通する方向）に直流高電界を印加した後に、この直流高電界を除去することにより、両法の分極面に残留分極（一方の分極に正の電荷が帯電し、他方の分極面に負の電荷が帯電すること）が生じた状態となる。この状態で、帯状体の展開方向（分極面に略平行な方向）に引張り力、又は圧縮力を加えると、分極の電気分極（正電荷が帯電している側の分極面にさらに正電荷が帯電し、負電荷が帯電している側の他の分極面にさらに負電荷が帯電すること）がさらに増大し、両方の分極面の間に電圧が生じる。以下、上記の作用を「圧電作用」という。この場合に、両方の分極面を電気的導体で接続すると電流が流れる。本実施形態においては、圧電作用により第１分極面１１ａに正電荷が帯電し（正電極となり）、第２分極面１１ｂに負電荷が帯電する（負電極となる）ように設定されているものとする。
【００３２】
また、接着剤１５としては、エポキシ樹脂系接着剤、シアノアクリレート系樹脂接着剤、その他の有機系接着剤、無機系接着剤などが使用可能である。
【００３３】
また、上記した外力応答部材１の上端付近においては、接続部材２は、接着剤等の接合部材１６によって接合されている。接合部材１６の材料としては、接着剤１５と同様のものが使用可能である。
【００３４】
次に、上記した場所打ちコンクリート杭２０３に、大きな外力、例えば地震動による力が作用し、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生した場合を例にとって、この第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１の詳細な構成とその作用を説明する。
【００３５】
上記のように、場所打ちコンクリート杭２０３の内部にき裂等の損傷が発生するような大きな外力が場所打ちコンクリート杭２０３に作用すると、そのコンクリートの内部のいずれかの箇所に埋設されている主鉄筋２０６は、伸びたり、縮んだり、弓状に曲がるように変形する。一方、主鉄筋２０６の外面に設置されている外力応答部材１は、圧電材料で形成されているため、主鉄筋２０６の変形に伴って変形させられると、帯状の外力応答部材１の第１分極面１１ａと第２分極面１１ｂに略平行な方向に引張り応力、又は圧縮応力が付加され、電気的な分極が生じ、第１分極面１１ａと第２分極面１１ｂの間に電圧が発生する。
【００３６】
この場合、外力応答部材１は、帯状体が巻回されて全体として略螺旋状に形成されている。このため、帯状の外力応答部材１の第１分極面１１ａと第２分極面１１ｂに略平行な方向に作用する引張り応力、又は圧縮応力は、帯状体の長手方向への成分と、帯状体の長手方向に直角な方向への成分の両者を含む。したがって本実施形態の外力応答部材１においては、圧電材料を帯状に形成した場合に、この帯状体に、帯状体の長手方向に応力が作用した場合の分極の程度と、帯状体の長手方向に直角な方向に応力が作用した場合の分極の程度が異なる「異方性」が生じても、上記した螺旋の特性により、この異方性を緩和又は除去することができる、という利点がある。
【００３７】
図４は、図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部４のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００３８】
図４に示すように、外力検出・送信部４は、きょう体４０と、電流計４１と、増幅器４２と、Ａ／Ｄコンバータ４３と、入出力インタフェース４４ａ及び４４ｂと、ＣＰＵ４５と、ＲＯＭ４６と、ＲＡＭ４７と、送信機４９を有して構成されている。また、きょう体４０は、例えば、図１（Ａ）に示すように、高架橋２００の柱２０１に取り付けられている。
【００３９】
図４に示すように、電流計４１の陽電極（正電極）端子に第１導体部材２２ａが電気的に接続されている。また、電流計４１の陰電極（負電極）端子に第２導体部材２２ｂが電気的に接続されている。
【００４０】
上記のような構成により、外力応答部材１に外力が作用し、主鉄筋２０６の変形に伴って外力応答部材１が変形させられると、帯状の外力応答部材１の第１分極面１１ａと第２分極面１１ｂに略平行な方向に引張り応力、又は圧縮応力が付加され、電気的な分極が生じ、第１分極面１１ａに正電荷が帯電するとともに第２分極面１１ｂに負電荷が帯電し、第１分極面１１ａと第２分極面１１ｂの間に電圧が発生する。したがって、図４において矢印線で示すように、第１導体部材２２ａと第２導体部材２２ｂに電流ｉが流れる。
【００４１】
この電流ｉは、第１導体部材２２ａ及び第２導体部材２２ｂを通って電流計４１ｂに到達して検出される。電流ｉが検出されると、電流計４１ｂは、電流を検出したことを電気信号（例えば電流）として出力する。電流計４１から出力された電流は、増幅器４２により増幅される。増幅後の電流は、Ａ／Ｄコンバータ４３により、アナログ量からディジタル量に変換され、入出力インタフェース４４ａを経てＣＰＵ４５に送られる。
【００４２】
ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央演算処理装置）４５は、図示はしていないが、ＣＰＵ４５の内部での電流（信号）の授受を行うための信号線である内部バスを有しており、この内部バスに、演算部と、レジスタと、クロック生成部と、命令処理部等を有している。ＣＰＵ４５内の演算部は、一般に、レジスタに記憶されている各種データに対して、四則演算（加算、減算、乗算、及び除算）を行い、又は論理演算（論理積、論理和、否定、排他的論理和など）を行い、又はデータ比較、若しくはデータシフトなどの処理を実行する部分である。処理の結果は、レジスタに格納されるのが一般的である。
【００４３】
レジスタは、一般に、１語のデータを記憶する部分である。通常、ＣＰＵ４５内には、複数のレジスタが設けられている。クロック生成部は、ＣＰＵ４５の各部分の時間の同期をとるための刻時信号（クロック信号）を生成する部分である。ＣＰＵ４５は、このクロック信号に基づいて動作する。命令処理部は、演算部等が実行すべき命令の取り出し、その解読、及びその実行などを制御し処理する部分である。
【００４４】
ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ：読出し専用メモリ）４６は、ＣＰＵを制御するための制御プログラムや、ＣＰＵが用いる各種データ等を格納している部分である。ＲＯＭとしては、半導体チップにより構成されるものと、ハードディスク装置等が用いられる。ハードディスク装置は、図示はしていないが、その内部に、円盤状の磁気ディスクを有しており、この磁気ディスクをディスク駆動機構により回転駆動し、磁気ヘッドをヘッド駆動機構によって磁気ディスクの任意位置に移動させ、磁気ディスク表面の磁性膜を磁気ヘッドからの書込電流によって磁化することによりデータを記録し、磁化された磁性膜の上を磁気ヘッドが移動する際に磁気ヘッドのコイル等に流れる電流を検出することにより記録データを読み出す装置である。
【００４５】
上記した制御プログラムは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）等のＣＰＵ４５の基本ソフトウェアのほか、各種の処理や分析演算等をＣＰＵ４５に実行させるための命令等の処理手順が、所定のプログラム用言語で記述された文字や記号の集合である。
【００４６】
また、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ：随時書込み読出しメモリ）４７は、ＣＰＵ４５により演算された途中のデータ等を一時記憶する部分である。ＲＡＭは、半導体チップにより構成されるものが主である。
【００４７】
上記のような構成により、ＣＰＵ４５は、電流計４１からの電気信号を検出すると、「電流を発生した外力応答部材１の箇所の杭コンクリートに損傷が発生した」と判断し、「杭に損傷発生」を表現するフラグ等のデータに、杭の位置等を特定するための情報（例えば、杭の位置の位置座標等のデータ）を付加してディジタル出力信号を生成する。
【００４８】
ＣＰＵ４５によって生成されたディジタル電気信号は、入出力インタフェース４４ｂを経て送信機４９に送られる。送信機４９は、ディジタル電気信号をそのまま、または他の信号形態（例えば光信号）に変換し、通信ケーブル５によって構造物管理部６へ送信する。通信ケーブル５としては、電流を導通させる導線、光ファイバー等が用いられる。
【００４９】
構造物管理部６は、図１（Ａ）に示すような構成を有している。すなわち、構造物管理部６は、ある鉄道線区（例えば、「山手線」や「埼京線」等。）の鉄道線路に関連する構造物を統括して管理する施設であり、中央コンピュータ６１と、構造物状態表示盤６２と、記憶・出力装置６３を有して構成されている。
【００５０】
中央コンピュータ６１には、この線区の各構造物、例えば高架橋の各杭の外力検出・送信部からの通信ケーブル５ａ〜５ｄなどが接続しており、その構造物からのデータが集中するようになっている。構造物状態表示盤６２は、図１（Ｂ）に示すように、表示パネル部６２ａと、操作卓６２ｂを有している。表示パネル部６２ａには、この線区全体が表示され、杭等の構造物がランプ等によって表現されている。このような構成により、損傷が発生した箇所は、図１（Ｂ）において６２ｃで図示されるように、操作者（構造物管理者）が視認できる状態、例えばランプの点灯や点滅の状態となる。記憶・出力装置６３は、損傷の履歴等を記録媒体に記憶させたり、印字等を行う装置である。
【００５１】
上記した第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１によれば、以下のような利点がある。
【００５２】
ａ）鉄道の構造物等に大きな外力（例えば地震動等）が付加されて損傷が発生した場合に、損傷した部分の位置等を、容易に、かつリアルタイムで検出することができる。
【００５３】
ｂ）杭等の地下構造物のように、地盤Ｇの内部に構築されているため、そのままでは目視が不可能な箇所の損傷についても、支障なく検出することができる。
【００５４】
ｃ）鉄道や道路のように、線状に長い範囲にわたる施設において、各構造物の損傷の有無を集中的に監視することができる。
【００５５】
ｄ）圧電材料から形成した帯状体に圧電特性の異方性がある場合であっても、外力応答部材１が螺旋状に形成されているため、圧電特性の異方性を緩和又は除去することができる。
【００５６】
ｅ）鉄道の構造物等の内部の構造部材、例えばコンクリート構造物内の鉄筋に損傷（破断など）が発生した場合、破断する前と破断後とで、巻き付けて貼付されている外力応答部材１の出力値に変化が生じるから、構造物等の内部の構造部材（例えばコンクリート構造物内の鉄筋）の損傷の検知も、容易に、かつリアルタイムで行うことができる。
【００５７】
上記した第１実施形態において、構造物外力検知システム１０１は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。また、また、外力検出・送信部４の電流計４１とＣＰＵ４５は、特許請求の範囲における電気検出手段に相当している。また、場所打ちコンクリート杭２０３は、特許請求の範囲における構造物に相当し、主鉄筋２０６は、特許請求の範囲における構造部材に相当している。
【００５８】
（２）第２実施形態
本発明は、上記した第１実施形態以外の構成によっても実現可能である。図５は、本発明の第２実施形態である構造物損傷検出システムにおける外力応答部材の配置構成を示す図であり、図５（Ａ）は斜視図を、図５（Ｂ）は平面図を、それぞれ示している。
【００５９】
図５に示すように、外力応答部材１の配置状態を適宜に工夫することにより、例えば、杭２０４において、主鉄筋２０６Ａ１、２０６Ａ２、２０６Ａ３、２０６Ａ４に巻き付けられて貼付されている外力応答部材１Ａ１、１Ａ２、１Ａ３、１Ａ４の平面配置状態をそれぞれ異ならせて配置することにより、ＣＰＵ４５が、杭２０４の内部の損傷状態から逆算を行い、杭２０４に作用した所定外力値を定量的に算定することが可能である。
【００６０】
上記した第２実施形態において、構造物外力検知システム１０２は、特許請求の範囲における構造物外力検知装置に相当している。また、場所打ちコンクリート杭２０４は、特許請求の範囲における構造物に相当し、主鉄筋２０６Ａ１〜２０６Ａ４は、特許請求の範囲における構造部材に相当している。
【００６１】
なお、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではない。上記各実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００６２】
例えば、上記した実施形態においては、構造部材としてコンクリート構造物（例えば場所打ちコンクリート杭２０３、２０４）の内部の主鉄筋２０６を例に挙げて説明したが、本発明は、この例には限定されず、他の構成の構造部材、例えば、コンクリート構造物の内部に配置される略円柱状又は略円筒状態の鉄骨などであってもよい。
【００６３】
また、上記した実施形態では、外力応答部材（例えば外力応答部材１）が、軸方向の引張り応力や、軸方向の圧縮応力により圧電作用を発揮して電流を発生する例について説明したが、本発明はこの例には限定されず、他の構成であってもよい。上記実施形態で説明した例のほかに、分極面同士の接続方式を適宜に変えることにより、曲げ応力に反応するセンサーを作製することができる。
【００６４】
あるいは、外力応答部材（例えば外力応答部材１）の設置される構造部材（例えば主鉄筋２０６）の配置方向（例えば外力応答部材１の軸の方向）を適宜に調整することにより、軸方向応力、曲げ応力、せん断応力を検出することも可能である。
【００６５】
また、外力応答部材（例えば外力応答部材１）は、可撓性を有する絶縁体からなる被覆部材によって被覆されてもよい。このように構成することにより、外力応答部材の損傷を防止することができる。可撓性を有する絶縁体としては、プラスチックス系材料と、ゴム系材料が含まれる。プラスチックス系材料としては、いわゆる合成樹脂材料のほか、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ：繊維強化プラスチックス）等のプラスチックを用いた複合材料を含む。また、ゴム系材料としては、天然ゴム、人造ゴムのほか、ゴムを用いた複合材料も含む。
【００６６】
また、外力応答部材（例えば外力応答部材１）が貼付される構造部材は、主鉄筋（２０６等）には限定されず、他の鉄筋（フープ鉄筋、配力鉄筋等）であってもよく、コンクリート構造物の鉄筋であれば、どの鉄筋であってもよい。
【００６７】
また、外力を検出する対象である構造物は、場所打ちコンクリート杭に限定されず、他の基礎構造物、例えば既製コンクリート杭、フーチング、ケーソン基礎等であってもよい。あるいは基礎構造物以外の構造物、コンクリート構造物以外の構造物であってもよい。
【００６８】
また、外力応答部材（例えば外力応答部材１）の配置位置、配置状態は、上記した第１実施形態の例、すなわち、外力応答部材が略螺旋状で螺旋の長手方向が鉛直上下方向に略平行となる状態には限定されない。その他の状態、例えば、外力応答部材が略螺旋状で螺旋の長手方向が水平方向に略平行となる状態、あるいは外力応答部材が略螺旋状で螺旋の長手方向が杭の断面における円の接線の方向となる状態などであってもよい。
【００６９】
また、電気検出手段としては、上記した電流計のかわりに、検流計、電圧計（電位計）を用いてもよい。要は、第１部材と第２部材の間に電圧が発生したこと、あるいは、第１導体部材及び第２導体部材を経て流れる電流が存在することを検出できる手段であれば、どのような構成のものであってもよいのである。
【００７０】
また、外力応答部材（例えば外力応答部材１）は、図３（Ａ）に示すように、構造部材（例えば主鉄筋２０６）の外面において相互間に間隙を配して略螺旋状に巻き付けて貼付される例のほかに、互いに重複するようにして構造部材（例えば主鉄筋２０６）の外面に略螺旋状に巻き付けて貼付されるように構成してもよい。
【００７１】
あるいは、図６に示す第３実施形態の構造物損傷検出システムのように、外力応答部材１Ｂは、構造部材（例えば主鉄筋２０６Ｂ）の外面に略直線状に貼付されるように構成してもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、応力を付加すると表面である分極面が電気的に分極し電圧を発生する圧電材料からなり構造物の略円柱状又は略円筒状の構造部材の外面に貼付されるように配置される外力応答部材と、導電体からなり一端が外力応答部材の一方の電極となる側に電気的に接続された第１導体部材と、導電体からなり一端が外力応答部材の他方の電極となる側に電気的に接続された第２導体部材と、第１導体部材の他端と第２導体部材の他端に取り付けられるとともに電気を検出する電気検出手段を備えるように構成したので、構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が付加された場合には、外力応答部材に応力が作用して電気的に分極し外力応答部材と第２部材の間に電圧が発生したこと、あるいは第１導体部材及び第２導体部材を経て電流が流れることが電気検出手段により検出され、構造物の外力検知箇所に所定値を越える外力が作用した旨を検知することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態である構造物損傷検出システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答部材の設置状態を示す図である。
【図３】図１及び図２に示す構造物損傷検出システムにおける外力応答部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【図４】図１に示す構造物損傷検出システムにおける外力検出・送信部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２実施形態である構造物損傷検出システムにおける外力応答部材の配置構成を示す図である。
【図６】本発明の第３実施形態である構造物損傷検出システムにおける外力応答部材の設置状態を示す図である。
【符号の説明】
１、１Ａ１〜１Ａ４、１Ｂ  外力応答部材
２  接続部材
３  構造物内挿入部材
４  外力検出・送信部
５〜５ｄ  通信ケーブル
６  構造物管理部
１１ａ  第１分極面
１１ｂ  第２分極面
１５  固定部材
１６  接合部材
２１  保護部材
２２  リード線
２２ａ  第１導体部材
２２ａ１  導体接続部
２２ｂ  第２導体部材
２２ｂ１  導体接続部
２２ｃ  絶縁部材
４０  きょう体
４１  電流計
４２  増幅器
４３  Ａ／Ｄコンバータ
４４ａ、４４ｂ  入出力インタフェース
４５  ＣＰＵ
４６  ＲＯＭ
４７  ＲＡＭ
４９  送信機
６１  中央コンピュータ
６２  構造物状態表示盤
６２ａ  表示パネル部
６２ｂ  操作卓
６２ｃ  損傷発生箇所
６３  記憶・出力装置
１０１〜１０３  構造物損傷検出システム
２００  高架橋
２０１  柱
２０２  フーチング
２０３、２０４  場所打ちコンクリート杭
２０５  鉄筋カゴ
２０６〜２０６Ｂ  主鉄筋
３００  鉄道線路
Ｇ  地盤
ｉ  電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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