(57)【要約】【課題】簡単な構成と操作で荷重変換器の零点を管理することが可能で、測定値の零点移動などの計測における不安定要因を取り除き、長期に亘り安定して信頼性の高い測定を実現する。【解決手段】別途準備されるオイルポンプから加圧して送出されるオイルを油圧導入部４ｃを介してシリンダ室８に導入すると、可動部材５が上方へ移動する。この移動過程の終域で可動部材５の押出し部５ｃが上側台座１３を押出し、遂には上側台座２が荷重変換器３の上面から浮上り、荷重変換器３は無負荷状態とされ、その出力は最小となる。図示は省略したが、無負荷状態となったことを検知するスイッチがオフとなり、その時点での測定値を荷重零とする。【選択図】　　　　図１
2004069548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の荷重支持系中に介挿され加えられた荷重に応じた検出信号を出力する荷重変換器により前記荷重を測定する構造物の荷重測定装置において、
前記荷重変換器に並列的に配置され、任意時に前記荷重支持系中に前記荷重変換器を浮かす方向に支持力を付与したり除去したりすることによって、前記荷重変換器に負荷されている荷重を除去したり再び負荷したりすることが可能なアクチュエータと、
前記アクチュエータにより前記荷重変換器への負荷が除去されたとき無負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段と、を具備し、
前記構造物から離隔した場所から前記アクチュエータの作動を制御し、前記構造物からの荷重が前記荷重変換器に負荷された状態と前記負荷が除去された状態の前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いて、零点を確認しクリープによる誤差が排除された荷重測定を行い得るように構成したことを特徴とする構造物の荷重測定装置。
【請求項２】
構造物に負荷される荷重を荷重変換器により測定する構造物の荷重測定装置において、
前記構造物の荷重を支持する荷重支持部材と、
前記荷重支持部材と並列的に配置され、任意時に前記荷重支持部材を浮かす方向に前記荷重変換器を介して前記荷重支持部材が介挿されている前記構造物間に支持力を付与したり除去したりすることによって、前記荷重変換器に荷重を負荷したり再び除去したりすることが可能なアクチュエータと、
前記アクチュエータにより前記荷重支持部材への負荷が除去され前記荷重変換器へすべての荷重が負荷されたとき負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段とを具備し、
前記構造物から離隔した場所から前記アクチュエータの作動を制御し、前記構造物からの荷重が前記荷重支持部材に代って前記荷重変換器に荷重が負荷されている状態と前記荷重変換器に代って前記荷重支持部材に荷重が負荷された状態の前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いてクリープによる誤差が除去された荷重測定を行い得るように構成したことを特徴とする構造物の荷重測定装置。
【請求項３】
前記アクチュエータは、ほぼ円筒状を呈する支持部材と、この支持部材と嵌合する可動部材とを有し、前記可動部材が嵌合された支持部材の一方側に流体圧を印加することにより前記可動部材を往復動させるように構成してなることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項４】
前記アクチュエータは、圧電素子を複数個積層して構成されたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項５】
前記アクチュエータは、形状記憶合金により構成されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項６】
前記負荷状態検知手段から無負荷状態信号または負荷状態信号が出力されたとき、前記荷重変換器の零点出力または最大出力を取得した後、前記アクチュエータの支持力の付与を停止するように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項７】
前記支持部材と前記荷重変換器を積み重ねて前記荷重支持系中に介挿し、前記可動部材を前記支持部材の内部に嵌合し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間部に加圧された流動体を供給することで可動部材に伸長力を付与させることにより、前記荷重変換器への構造物からの荷重を除去し得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項８】
前記支持部材の内部に中空の前記可動部材を嵌合し、前記可動部材の内側に台座部材の一部と前記荷重変換器を積み重ねて構造物の支持系中に介挿し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間内に加圧された流体を供給することで可動部材を伸長させることにより、荷重変換器への構造物からの荷重を除去し得るように構成したことを特徴とする請求項２に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項９】
構造物の荷重支持系中に介挿され、常時は構造物からの荷重を支持する底部を上方に向けた有底円筒状を呈する構造物支持部材と、前記構造物支持部材の内部に配置される前記支持部材と、前記支持部材の内部に嵌合される前記可動部材と、前記可動部材に積み重ねられ前記構造物支持部材の前記底部内面に近接して配設し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間内に加圧された流体を供給することで可動部材を伸長させることにより、荷重変換器で前記構造物支持部材の前記底部を押し上げ、前記構造物からの荷重を前記構造物支持部材に代って前記荷重変換器で受けるように構成したことを特徴とする請求項２に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項１０】
前記構造物支持部材と前記構造物との間に、常時構造物からの荷重を受ける荷重変換器をさらに付設したことを特徴とする請求項９に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項１１】
前記負荷状態検知手段は、前記支持部材または構造物支持部材の荷重支持系中に少なくとも３個のスイッチを並列状に配設し、前記３個のスイッチのすべてがオフとなったとき、無負荷状態信号または負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１，２，６，７のうちのいずれか１項に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項１２】
前記負荷状態検知手段は、前記支持部材または構造物支持部材の荷重支持系中に介挿された荷重変換器からなり、その出力が所定の閾値以下となったとき、無負荷状態信号または負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１，２，６，７のうちのいずれか１項に記載の構造物の荷重測定装置。
【請求項１３】
構造物の内部に設置され構造物内に生ずる応力を荷重変換器を用いて測定する構造物の応力測定装置において、
前記構造物からの圧力を受ける一対の互いに平行な受圧部と、
前記受圧部の一方に一体に連設され、前記荷重変換器を保持する荷重変換器保持部材と、
前記受圧部の他方と一体に連設され、アクチュエータを保持するアクチュエータ保持部材と、
前記一対の受圧部間に介挿され、前記アクチュエータによって前記荷重変換器に保持力を負荷していく過程で、前記一対の受圧部が離反したとき、負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段と、
前記受圧部位以外の部分を覆い、構造物からの圧力を絶縁する絶縁部材とを具備し、
前記構造物の外部から前記アクチュエータの作動を遠隔制御し前記構造物からの応力が前記荷重変換器に負荷された状態のときと前記負荷が除去された状態のときの前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いて前記荷重変換器のクリープや温度変化の誤差が排除された応力測定を行い得るように構成したことを特徴とする構造物の応力測定装置。
【請求項１４】
前記一方の受圧部の周縁から断面凹字状に延びる荷重変換器保持部材と、前記他方の受圧部の周縁から断面逆凹字状に延びる前記アクチュエータ保持部材とが、前記一対の受圧部間に前記負荷状態検知手段を挟み且つ対称的に配設した状態で連設されてなり、前記アクチュエータを伸長させたときに限り、前記アクチュエータで前記荷重変換器を介して、荷重変換器保持部材を押圧することにより、前記受圧部が受けた応力を測定し得るように構成したことを特徴とする請求項１３に記載の構造物の応力測定装置。
【請求項１５】
前記アクチュエータは、円環筒状を呈するアクチュエータ保持部材と、このアクチュエータ保持部材と嵌合する可動部材とを有し、前記可動部材が嵌合されたアクチュエータ保持部材の一方側に流体圧を印加することにより前記可動部材を往復動させるように構成してなることを特徴とする請求項１３または１４に記載の構造物の応力測定装置。
【請求項１６】
前記アクチュエータは、圧電素子を複数個積層して構成されたものであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の構造物の応力測定装置。
【請求項１７】
前記アクチュエータは、形状記憶合金により構成されたものであることを特徴とする請求項１３または１４に記載の構造物の応力測定装置。
【請求項１８】
前記負荷状態検知手段から負荷状態信号が出力されたとき、前記荷重変換器の最大出力を取得した後、前記アクチュエータの支持力の付与を停止するように構成したことを特徴とする請求項１３乃至１７のうちいずれか１項に記載の構造物の応力測定装置。
【請求項１９】
前記負荷状態検知手段は、前記一対の受圧部間に少なくとも３個のスイッチを並列状に配設し、前記３個のスイッチのすべてがオフとなったとき、負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１３乃至１８のうちのいずれか１項に記載の構造物の応力測定装置。
【請求項２０】
前記負荷状態検知手段は、前記一対の受圧部間に介挿された荷重変換器からなり、その出力が所定の閾値以下となったとき、負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とする請求項１３乃至１８のうちのいずれか１項に記載の構造物の応力測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置に関し、たとえば、橋梁、建築物、地中構造物あるいはコンクリート構造物などに作用する荷重および応力を小型で且つ簡略な構成で、長期に亘り信頼性の高い状態で測定し得る構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
先ず、第１の従来例として、例えば、トンネルの岩盤とトンネル壁面との間に作用する荷重を測定するのに、岩盤にアースアンカーを打込み、トンネル壁面側にベースとなる台座を敷設して、岩盤に固定されたアースアンカーをトンネル壁と台座を挿通させた状態でセンターホール型荷重変換器を介挿しさらに他の台座を挿通した上で張力ナットを螺合させ、この張力ナットを締め付けることにより、アースアンカーに所定の張力を付与させておき、経時的な荷重変換器の出力をもってトンネル壁内に発生する荷重を測定するようにしている。
また、第２の従来例として、建築物の地震時の挙動や影響を測定監視するために、建築構造物の荷重支持系中に荷重変換器を予め介挿しておき、突発的な地震発生時の構造物に対する荷重を荷重変換器で計測すると共に平常時は、建築物の安全管理の上から、荷重変換器の出力（荷重）を常時監視するようにしている。
また、第３の従来例として、液体、固体または粉体などが投入された被測定容器を支持構造物上に設置された荷重変換器上に載置し、その荷重変換器の出力に基づき、被測定容器の重量を測定するようにしている。
【０００３】
さらにまた、第４の従来例として、コンクリートの応力を測定するために、一例として次のような応力測定装置が用いられている。
即ち、全体形状が長尺状を呈し、一端側に荷重変換器が設けられ、略円柱状の荷重変換器の荷重軸方向の端部のそれぞれに形成された荷重支持部と荷重導入部のうち、荷重支持部側には、被測定対象コンクリートが密に接触され、荷重導入部側には、縁切り部材で周辺のコンクリートと隔絶された状態のコンクリート柱の一端が抜け止め用の鉄筋部材と一体的に連結され、他端は、抜け止め用の鉄筋部材と共に周辺のコンクリートと一体的に連接されている。
この縁切り部材は、周辺のコンクリートに対し、長軸方向の相対変位が許容されるようなシート等で円筒状に仕切っている。このコンクリート柱は、コンクリート応力計を被測定対象コンクリートに埋設するときに同時的に形成されるもので、コンクリート柱の内部に当該コンクリートを充填することによって形成されるものである。
従って、このコンクリート柱は、被検出対象コンクリートと同じ材質で形成されており、且つコンクリート柱を周辺コンクリートとの間の長軸方向の力の伝達が縁切り部材によって絶縁されているので、短期的にみれば、そして両コンクリートがほぼ同一材令になるようにすれば、正しい応力検出を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した荷重測定装置や応力測定装置には、図２０および図２１に見られるような誤差要因が含まれている。
図２０は、建築構造物へ従来の荷重変換器を設置して、長期に亘る挙動を観測した場合の出力特性図である。
この出力特性図から分かるように、荷重変換器の設置時点を起点として建築物完成までの間は、建築工事が上層階に至る程に荷重が増大していき、建築物が完成した以降は、季節的な変動要因のため多少の変動を生じる。このような状態のとき、地震等のような大きい衝撃を受けると出力値が大きく変化し異常が観測される。そして、荷重変換器の設置から長い年月（例えば５〜１０年）を過ぎると、測定データが次第に増大することとなる。このような現象は、建築構造物に負荷される荷重が変動することもあるが、荷重測定データの中に、荷重変換器のクリープや温度影響による誤差（ドリフト）が含まれていることが要因となっているからである。
【０００５】
図２１は、コンクリートダムに埋設された従来の応力測定装置を設置した場合の応力の時間的変化を表わした特性図である。
この出力特性図から分かるように、構造物に用いられているコンクリートは、その打設時における流動状態で応力は零であるが時間の経過に伴って次第に固化して行き、コンクリートの種類によって数十日の後に略硬化し、数年後に完全硬化するが、図２１においては、測定データは、灌水時に応力の上昇が見られ、その後は季節的要因に基づく変動が見られる。
実線で示す測定データは、見かけデータであって、実際には、クリープなどの誤差が混入されており、正確なデータを示していない。このクリープ等の誤差が除去されたと考えられる実際の変動データ（図２１において破線で示す特性）が真の測定データとなる。
しかしながら、観念的には上述のような誤差が含まれていることが分かってもその誤差を除去する簡便な方法あるいは装置は、提案されていない。
例えば、上述した第３の従来例の如く被測定容器であれば、クレーン等で被測定容器を持ち上げて、荷重変換器への負荷を零として計器零点の確認を行うことは可能である。
【０００６】
この点に着目して荷重変換器への荷重を除去して零点シフトの検定を行うようにしたものとして特開平７−１２０３０２号公報に記載された被測定容器持上げ装置がある。この特開平７−１２０３０２号公報に記載された被測定容器の持上げ装置は、前記被測定容器の外縁部と支持構造物との間に介装された荷重測定装置に並設され、前記外縁部あるいは支持構造物との非接触無負荷状態から、加熱操作により伸長し、被測定容器を担持して、前記荷重測定装置にかかる負荷を零にする構成とし、これによって任意に荷重測定装置の零点確認など機能確認が行えるとしている。
しかしながら、加熱による熱膨張により被測定容器を持ち上げる持ち上げ装置は、上述した第３の従来例には、辛うじて利用できるものの、第１、第２および第４の従来例には適用不能である。
何となれば、第１に、これらの従来例の場合、荷重変換器の近傍にヒータを含む加熱手段を配設すれば、荷重変換器および被測定対象に温度影響が及ぼされ、正確な荷重測定が行えないからであり、第２に、荷重変換器とは別に加熱手段を設けるとすれば、装置が大型化し、通例荷重変換器等の設置スーペースは、極めて限定されているため、設置が不可能になるからであり、第３には、加熱手段では、所要の持ち上げ量が足りない場合があり、第４に、加熱手段では正確な持ち上げ量を付与させることができず、荷重支持系中に過大な伸長力を与えてしまい荷重支持系中の部材に損傷を与えてしまう虞れがある。
【０００７】
特に、第４の従来例のように、コンクリート中に埋設する応力測定装置にあっては、硬化時のコンクリート応力は、コンクリートの養生条件、即ち、温度、湿度、凝結、膨張、収縮、クリープ等の条件によって大きく影響を受けるので、加熱手段による伸長装置は、到底利用することはできない。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、簡単な操作で荷重変換器の零点を管理することが可能で、測定値に零点移動などの計測における不安定要因を取り除き長期に亘り信頼性の高い測定を行い得る構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置を提供することにある。
第２の目的は、アクチュエータの作動により荷重変換器への負荷が除去された状態または荷重変換器に負荷が印加された状態を的確に把握し、安全且つ合理的な測定を行い得る構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置を提供することにある。
第３の目的は、荷重変換器に構造物の荷重支持系から常時負荷が印加されており、任意時に荷重変換器への負荷を除去し、零点の確認を行い得る構造物の荷重測定装置を提供することにある。
【０００８】
第４の目的は、常時は荷重支持系からの負荷は荷重変換器へ印加されないようにし、必要時に荷重変換器へ負荷を付与し、真の測定を行い得る構造物の荷重測定装置の応力測定装置を提供することにある。
第５の目的は、アクチュエータを荷重変換器と合理的に結合し、装置の小型化を実現し得る構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置を提供することにある。第６の目的は、装置自体を地中または構造物（コンクリート構造物）中に永久的に埋設してしまっても、外部操作により、任意的にアクチュエータを駆動し零点確認をし得る構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置を提供することにある。
第７の目的は、発熱の要因となる部材を用いず、測定値に温度影響を殆んど与えない構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置を提供することにある。第８の目的は、必要にして充分なストロークを獲得して適応範囲の広い構造物の荷重測定装置および構造物の応力測定装置を提供することにある。
第９の目的は、常時はコンクリート構造物からの圧力が荷重変換器へ印加されないようにし、必要時に荷重変換器へ圧力を付与し、真の応力を測定し得る構造物の応力測定装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、構造物の荷重支持系中に介挿され加えられた荷重に応じた検出信号を出力する荷重変換器により前記荷重を測定する構造物の荷重測定装置において、
前記荷重変換器に並列的に配置され、任意時に前記荷重支持系中に前記荷重変換器を浮かす方向に支持力を付与したり除去したりすることによって、前記荷重変換器に負荷されている荷重を除去したり再び負荷したりすることが可能なアクチュエータと、
前記アクチュエータにより前記荷重変換器への負荷が除去されたとき無負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段と、を具備し、
前記構造物から離隔した場所から前記アクチュエータの作動を制御し、前記構造物からの荷重が前記荷重変換器に負荷された状態と前記負荷が除去された状態の前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いて、零点を確認しクリープによる誤差が排除された荷重測定を行い得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、構造物に負荷される荷重を荷重変換器により測定する構造物の荷重測定装置において、
前記構造物の荷重を支持する荷重支持部材と、
前記荷重支持部材と並列的に配置され、任意時に前記荷重支持部材を浮かす方向に前記荷重変換器を介して前記荷重支持部材が介挿されている前記構造物間に支持力を付与したり除去したりすることによって、前記荷重変換器に荷重を負荷したり再び除去したりすることが可能なアクチュエータと、
前記アクチュエータにより前記荷重支持部材への負荷が除去され前記荷重変換器へすべての荷重が負荷されたとき負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段とを具備し、
前記構造物から離隔した場所から前記アクチュエータの作動を制御し、前記構造物からの荷重が前記荷重支持部材に代って前記荷重変換器に荷重が負荷されている状態と前記荷重変換器に代って前記荷重支持部材に荷重が負荷された状態の前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いてクリープによる誤差が除去された荷重測定を行い得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明に係る前記アクチュエータは、ほぼ円筒状を呈する支持部材と、この支持部材と嵌合する可動部材とを有し、前記可動部材が嵌合された支持部材の一方側に流体圧を印加することにより前記可動部材を往復動させるように構成してなることを特徴とするものである。
また、請求項４に記載の発明に係る前記アクチュエータは、圧電素子を複数個積層して構成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項５に記載の発明に係る前記アクチュエータは、形状記憶合金により構成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項６に記載の発明は、前記負荷状態検知手段から無負荷状態信号または負荷状態信号が出力されたとき、前記荷重変換器の零点出力または最大出力を取得した後、前記アクチュエータの支持力の付与を停止するように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項７に記載の発明は、前記支持部材と前記荷重変換器を積み重ねて前記荷重支持系中に介挿し、前記可動部材を前記支持部材の内部に嵌合し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間部に加圧された流動体を供給することで可動部材に伸長力を付与させることにより、前記荷重変換器への構造物からの荷重を除去し得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項８に記載の発明は、前記支持部材の内部に中空の前記可動部材を嵌合し、前記可動部材の内側に台座部材の一部と前記荷重変換器を積み重ねて構造物の支持系中に介挿し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間内に加圧された流体を供給することで可動部材を伸長させることにより、荷重変換器への構造物からの荷重を除去し得るように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項９に記載の発明は、構造物の荷重支持系中に介挿され、常時は構造物からの荷重を支持する底部を上方に向けた有底円筒状を呈する構造物支持部材と、前記構造物支持部材の内部に配置される前記支持部材と、前記支持部材の内部に嵌合される前記可動部材と、前記可動部材に積み重ねられ前記構造物支持部材の前記底部内面に近接して配設し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間内に加圧された流体を供給することで可動部材を伸長させることにより、荷重変換器で前記構造物支持部材の前記底部を押し上げ、前記構造物からの荷重を前記構造物支持部材に代って前記荷重変換器で受けるように構成したことを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項１０に記載の発明は、前記構造物支持部材と前記構造物との間に、常時構造物からの荷重を受ける荷重変換器をさらに付設したことを特徴とするものである。
また、請求項１１に記載の発明に係る前記負荷状態検知手段は、前記支持部材または構造物支持部材の荷重支持系中に少なくとも３個のスイッチを並列状に配設し、前記３個のスイッチのすべてがオフとなったとき、無負荷状態信号または負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項１２に記載の発明に係る前記負荷状態検知手段は、前記支持部材または構造物支持部材の荷重支持系中に介挿された荷重変換器からなり、その出力が所定の閾値以下となったとき、無負荷状態信号または負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
また、請求項１３に記載の発明は、上記の目的を達成するために、構造物の内部に設置され構造物内に生ずる応力を荷重変換器を用いて測定する構造物の応力測定装置において、
前記構造物からの圧力を受ける一対の互いに平行な受圧部と、
前記受圧部の一方に一体に連設され、前記荷重変換器を保持する荷重変換器保持部材と、
前記受圧部の他方と一体に連設され、アクチュエータを保持するアクチュエータ保持部材と、
前記一対の受圧部間に介挿され、前記アクチュエータによって前記荷重変換器に保持力を負荷していく過程で、前記一対の受圧部が離反したとき、負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段と、
前記受圧部位以外の部分を覆い、構造物からの圧力を絶縁する絶縁部材とを具備し、
前記構造物の外部から前記アクチュエータの作動を遠隔制御し前記構造物からの応力が前記荷重変換器に負荷された状態のときと前記負荷が除去された状態のときの前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いて前記荷重変換器のクリープや温度変化の誤差が排除された応力測定を行い得るように構成したことを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項１４に記載の発明は、上記の目的を達成するために、前記一方の受圧部の周縁から断面凹字状に延びる荷重変換器保持部材と、前記他方の受圧部の周縁から断面逆凹字状に延びる前記アクチュエータ保持部材とが、前記一対の受圧部間に前記負荷状態検知手段を挟み且つ対称的に配設した状態で連設されてなり、前記アクチュエータを伸長させたときに限り、前記アクチュエータで前記荷重変換器を介して、荷重変換器保持部材を押圧することにより、前記受圧部が受けた応力を測定し得るように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１５に記載の発明に係る前記アクチュエータは、円環筒状を呈するアクチュエータ保持部材と、このアクチュエータ保持部材と嵌合する可動部材とを有し、前記可動部材が嵌合されたアクチュエータ保持部材の一方側に流体圧を印加することにより前記可動部材を往復動させるように構成してなることを特徴とするものである。
また、請求項１６に記載の発明に係る前記アクチュエータは、圧電素子を複数個積層して構成されたものであることを特徴とするものである。
【００１６】
また、請求項１７に記載の発明に係る前記アクチュエータは、形状記憶合金により構成されたものであることを特徴とするものである。
また、請求項１８に記載の発明は、前記負荷状態検知手段から負荷状態信号が出力されたとき、前記荷重変換器の最大出力を取得した後、前記アクチュエータの支持力の付与を停止するように構成したことを特徴とするものである。
また、請求項１９に記載の発明に係る前記負荷状態検知手段は、前記一対の受圧部間に少なくとも３個のスイッチを並列状に配設し、前記３個のスイッチのすべてがオフとなったとき、負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とするものである。
また、請求項２０に記載の発明に係る前記負荷状態検知手段は、前記一対の受圧部間に介挿された荷重変換器からなり、その出力が所定の閾値以下となったとき、負荷状態信号を出力するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１７】
【作用】
請求項１に係る構造物の荷重測定装置は、常時は構造物の荷重支持系中に介挿された荷重変換器により構造物から印加される荷重を測定し、任意時に荷重変換器に並列的に配置されたアクチュエータで、荷重支持系中に荷重変換器を浮かす方向に支持力を付与し、負荷状態検知手段から無負荷状態信号が出力された時点で荷重変換器の出力を得る。この無負荷状態となった荷重変換器の出力をもって零点とする。これにより、長期間負荷がかかった状態にある荷重変換器のクリープによる零点変動を排除して真の荷重値を求めることができる。
請求項２に係る構造物の荷重測定装置の応力測定装置は、常時は、構造物の荷重を荷重支持部材で受け荷重変換器に上記荷重が印加されないようにし、上記無負荷状態にあるときの荷重変換器の出力を零点として、測定した後に、アクチュエータで荷重変換器を介して荷重支持部材が介挿されている構造物間に支持力を付与して荷重変換器に荷重を負荷し、負荷状態検知手段から負荷状態信号が出力された時点でアクチュエータの伸長動作を停止すると共に荷重変換器の負荷状態における出力を得る。これにより、荷重変換器への負荷状態と無負荷状態の出力が略同時的に得られクリープによる零点変動を排除して真の荷重値を求めることができる。
【００１８】
請求項１３に係る構造物の応力測定装置は、コンクリート構造物の如き構造物からの圧力を一対の平行な受圧板で受けるが、常時は受圧部と一体の荷重変換器保持部材内の荷重変換器には荷重は伝達されないようにし、任意時に、受圧部の他方と一体に連設されたアクチュエータ保持部材内のアクチュエータで荷重変換器に保持力を負荷し、一対の受圧部間に介挿された負荷状態検知手段から負荷状態信号が出力された時点でアクチュエータの伸長動作を停止すると共に、荷重変換器の負荷状態における出力を得る。
これにより、荷重変換器の負荷状態と無負荷状態の出力が略同時的に得られ、クリープによる零点変動を排除して真の応力値を求めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明に係る構造物の荷重測定装置について、図１〜図１５を用いて説明し、構造物の応力測定装置について、図１６〜図１９を用いて、詳細に説明する。
これらのうち、図１〜図４は、第１の実施の形態に係るものであり、図１は、構造物の荷重測定装置を、構造物の壁部に配置した例を示す断面図、図２は、図１に示す構造物の荷重測定装置の負荷状態における要部の構成を示す断面図、図２は、図１に示す構造物の荷重測定装置の負荷状態における要部の構成を模式的に示す断面図、図３は、図１に示す構造物の荷重測定装置の無負荷状態における要部の構成を模式的に示す断面図である。図４は、第１の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための油圧と荷重変換器の出力との関係を示す特性図である。
また、図５および図６は、本発明の第２の実施の形態に係るものであり、このうち図５は、構造物の荷重測定装置の構成を模式的に示す断面図、図６は、図５に示す構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための油圧と荷重変換器の出力との関係を示す特性図である。
【００２０】
また、図７〜図９は、本発明の第３の実施の形態に係るものであり、このうち図７は、無負荷状態における構造物の荷重測定装置の要部の構成を模式的に示す断面図、図８は、負荷状態における要部の構成を模式的に示す断面図、図９は、図７、図８に示す構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための油圧と荷重変換器および負荷状態検知スイッチの動作の関係を示す特性図である。
また、図１０〜図１３は、本発明の第４の実施の形態に係るもので、このうち、図１０は、無負荷状態における要部の構成を示す断面図、図１１は、負荷状態における要部の構成を模式的に示す断面図、図１２は、図１０、図１１に示す構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための２つの荷重変換器の出力の関係を示す特性図である。
また、図１３〜図１５は、本発明の第５の実施の形態に係るもので、このうち、図１３は、常時負荷型の第１の荷重変換器の他に常時無負荷型の第２の荷重変換器を持つ構造物の荷重測定装置であって、第２の荷重変換器が無負荷状態にある場合の要部の構成を模式的に示す断面図、図１４は、第２の荷重変換器が負荷状態になった場合の構成を模式的に示す断面図、図１５は、図１３と図１４に示した構造物の荷重測定装置の動作を説明するための第１および第２の荷重変換器の出力および負荷状態検知スイッチの出力の相関関係を示す特性図である。
【００２１】
図１６〜図１９は、本発明に係る第６の実施の形態に係るもので、このうち、図１６は、本発明の第６の実施の形態に係る構造物の応力測定装置の概略構成を一部破断して示す斜視図、図１７は、荷重変換器が無負荷の状態を模式的に示す正面中央断面図、図１８は、荷重変換器が構造物から受ける応力に対応する荷重を受けている状態を模式的に示す正面中央断面図、図１９は、図１７と図１８に示す構造物の応力測定装置における荷重変換器の出力と、アクチュエータの変位と負荷状態検知手段の作動状態との関係を示す特性図である。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である構造物の荷重測定装置を構造物に設置した状態を示す断面図であり、図２および図３は、図１の構造物の荷重測定装置の要部を模式的に表した断面図である
図１〜図３において、１は、構造物の荷重測定装置であり、その要部は、アクチュエータ２と荷重変換器３からなる。アクチュエータ２は、ほぼ円筒状を呈する支持部材３と、この支持部材３の内部に摺動可能に嵌合する可動部材４とから構成されている。
このうち、支持部材４は、外側は円形柱状を呈するが、内壁の中間部が大径とされて大径シリンダ壁４ａが形成され、一端側（図１において下端側）が小径とされて小径シリンダ壁４ｂが形成され、一端と他端（図１において下端と上端）が開口され、全体として略円筒状を呈している。
【００２３】
この支持部材４の内部には、中間部が上記大径シリンダ壁４ａと嵌合する大径ピストン部５ａと一端部が上記小径シリンダ壁４ｂと嵌合する小径ピストン部５ｂからなる可動部材５が嵌合している。
大径ピストン部５ａと大径シリンダ壁４ａとの間および小径ピストン部５ｂと小径シリンダ壁４ｂとの間には、Ｏリング６および７が嵌合されており、可動部材５と支持部材４との間の気密を保持している。
可動部材５の大径ピストン部５ａの一端部と支持部材４の大径シリンダ壁４ａの一端部との間には、気密を保持されたシリンダ室８が形成され、このシリンダ室８には、油圧導入部４ｃが設けられており、この油圧導入部４ｃには、別途準備されるオイルポンプから送出されるオイルが、例えば電磁切換弁を介して導入されるようになっている。
荷重変換器３は、短円筒状を呈する、いわゆるセンターホール型と称されているものが用いられ、図示は省略したが、例えば、円筒の中間部の内周面および外周面の双方またはいずれか一方に、受感軸方向を円筒中心に沿う方向に向けてアクティブひずみゲージが添着され、受感軸方向を円周方向に沿う方向に向けてダミーひずみゲージが添着されているものとする。
【００２４】
可動部材の他端側（図１において上端側）の円筒状を呈する押出し部５ｃは、支持部材４の他端側より所定量突出している。その突出量は、図１に示す実施の形態において、即ち平常時においては、支持部材４の他端側に積み重ねた荷重変換器３の他端面より僅かに短く設定されており、油圧導入部４ｃから所定の圧力に加圧されたオイルがシリンダ室８に導入されたとき、その油圧によって、シリンダ室８内の圧力が上昇し、大径ピストン部５ａが他方側に押圧され、その結果、押出し部５ｃが荷重変換器３の他端側（図１における上端側）から所定量突出することになる。
このように構成され且つ作用する構造物の荷重測定装置は、種々の構造物に埋設して使用される。
図１に示す例は、例えば、道路脇等に施工したノリ面崩落防止構造の崩落監視のために、本発明の第１の実施形態に係る構造物の荷重測定装置を適用したものである。
【００２５】
即ち、図１のアースアンカー９の一端（下端）は、図には表れていないが、ノリ面１０の奥深くの硬い地盤まで打ち込まれて固定されており、他端側は、ノリ面１０から露出される。ノリ面１０の表面には、ベースコンクリート１１が敷設され、その上には、下側台座１２がアースアンカー９に嵌合されている。
下側台座１２の上には、内部に可動部材５が嵌合された支持部材４およびセンターホール型の荷重変換器３が積み重ねられその他端側には、上側台座１３を介して張力ナット１４がアースアンカー９に形成された雄ねじに螺合され且つ所定の締付力をもって締付けられている。
このようにノリ面崩落防止構造に設置された第１の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置において、予め、図１の状態、即ち、アースアンカー９に付与された張力が上側台座１３と下側台座１２との間に介挿された支持部材４を介して荷重変換器３に負荷された状態の荷重変換器３の出力をもとに負荷状態時の荷重を別途準備される荷重測定計で測定する。
【００２６】
次いで、別途準備されるオイルポンプから送出された所定圧のオイルを電磁切換弁を開けて適宜のオイルパイプと油圧導入部４ｃを介してシリンダ室８に導入するとシリンダ室８の油圧が上昇して可動部材５を一方端側から他方側へ移動させる。この移動過程の終域で可動部材５の押出し部５ｃが図３に示すように、上側台座１３を押出し、遂には下側台座１２が荷重変換器３の他端面から浮上り、図４に示すように、荷重変換器３は、無負荷状態とされ、その出力を極小となる。このとき、図示省略の負荷状態検知手段（例えば、スイッチ）から無負荷状態信号を出力するように構成しておくことにより、この時点で、電磁切換弁を閉じ、供給していた油圧を一定の状態にすると共に、荷重変換器３の零点出力を取り込み、ひずみ計で荷重値“零”を測定し記録する。
その後、電磁切換弁を切り換え、シリンダ室８内のオイルを電磁弁を介して、排出することで可動部材５は、図１または図２に示す原位置に復帰する。
尚、この復帰動作を速やかに行うようにするには、例えば、大径ピストン部５ａの上面と、大径シリンダ壁４ａの端面との間に、コイルスプリングを介挿すればよい。そして、このように原位置に復帰した時点で、荷重変換器３の出力を基に、ひずみ計により負荷状態の荷重値を求めて記録する。
【００２７】
このようにして得られた荷重変換器３の負荷状態の荷重値から無負荷状態の荷重値を減算することで、クリープ等のドリフトの影響を排除して真の荷重値、即ち、真のアースアンカー９に作用する張力を求めることができる。
また、このように正確な荷重値を求めるに当たって、上述した特開平７−１２０３０２号のように加熱手段を用いないから、アクチュエータ２を荷重変換器３と同軸且つ一連に連接して小型化を実現することができ、しかも加熱を伴う部材を用いないので、温度影響を殆ど受けることがない。
また、アクチュエータ２は、シリンダとピストンという往復運動機構を採用しているので、そのストロークおよび押出し力を自由に設定することができる。
また、負荷状態検知手段を併設することにより、アクチュエータ２の押出しストロークを迅速に且つ適正に制御でき、それにより無負荷状態における測定値を的確に測定することができ、延いては、アクチュエータ２の自動押出し、自動停止、荷重値の自動測定、アクチュエータ２の原位置への自動復帰等がプラグラムすることができ、いわば、校正を含めた完全自動荷重測定を実現することができる。
【００２８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置について、図５および図６を用いて説明する。
この第２の実施の形態は、荷重変換器１６をセンターホール型から円柱型または円筒型のものに変えた点、荷重変換器１６を支持部材４の上に重ねるのではなく、台座付心軸１５の上に重ねた点において第１の実施の形態と異なっており、この第２の実施の形態は、アースアンカーを挿通するタイプのものではなく、建築構造物の荷重支持系中、例えば、建物の支柱や基礎などの支持系中に介挿して使用されるものである。
図５において、支持部材４の内部に中空の可動部材５を嵌合し、この可動部材５の内側に台座部１５ａ付きの心軸１５と荷重変換器１６を積み重ねて構造物の支持系中に上側台座１３と台座部１５ａを介在させて介挿し、任意時（所望時）に支持部材４の大径シリンダ壁４ａと可動部材５の大径ピストン部５ａとで形成される空間、即ちシリンダ室８内に加圧された流体、この場合オイルを供給することで可動部材５を伸長させることにより押出し部５ｃで上側台座１３を押出し、荷重変換器１６への構造物からの荷重を除去し得るように構成されている。図６は、この模様を表す特性図であり、図４の特性図に極めて類似している。
従って、この第２の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置は、被測定対象は異なるものの、実質的に第１の実施の形態と同等の効果を奏するものである。
【００２９】
（第３の実施の形態）
次に、図７および図８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置について説明する。
この第３の実施の形態は、常時無負荷型に属するものであり、第１および第２の実施の形態における常時負荷型に属するものとは異なっている。
図７，図８において、２１は荷重測定装置で、その要部は、アクチュエータ２２と、荷重変換器２３と構造物支持部材２９と負荷状態検知手段としてのスイッチ２７とから構成されている。
本実施の形態の構造物の荷重測定装置は、構造物３０の荷重支持系中に介挿され、常時は構造物３０からの荷重を支持する底部２９ａを上方に向けて有底円筒状を呈する構造物支持部材２９を有する。
この構造物支持部材２９の内部には、支持部材２４とこの支持部材２４の内部に嵌合される可動部材２５および荷重変換器２３が収容されている。
【００３０】
この可動部材２５の上には、荷重変換器２３が支持部材２９の底部２９ａ内面に近接して配設されている。所望時に支持部材２４と可動部材２５とで形成される空間内、即ちシリンダ室２４ａ内に加圧された流体が油圧導入部２８ａを介して導入されると、可動部材２５が伸長し、荷重変換器２３は、構造物支持部材２９の底部２９ａに押圧される（図８参照）。
可動部材２５による押出し量が所定量に達し、構造物支持部材２９の一端（図１における下端）が下側台座２８から離反すると、構造物支持部材２９の下端と下側台座２８との間に、全面的に、または少なくとも３個設置されたスイッチ２７のすべてがオフとなり負荷状態信号が出力されることとなる（図９参照）。
負荷状態信号を受けた時点で、油圧導入部２８ａへの加圧を停止しその後、荷重変換器２３の出力を得て、別途準備される荷重測定器で負荷状態における荷重値を測定する。
【００３１】
荷重変換器２３の無負荷状態における荷重値は、上述のようにして可動部材２５を伸長させる前の測定値でもよいが、可動部材２５を図８に示すように伸長させ負荷状態での測定を行った後、シリンダ室２４ａ内の圧力を低下させ図７に示す状態に復帰させた時点での荷重変換器２３の出力を得て零点の荷重値を測定してもよい。このように、負荷状態と無負荷状態の荷重変換器２３の出力を基づいて得た測定値を減算することにより真の荷重値を得ることができる。
この第３の実施の形態における動作については、図９に示す特性図で分るように、荷重変換器２３がアクチュエータ２２で押圧され、負荷状態信号が出力された時点が正確に検知されるので、例えば、被測定物が強固に固定されていても、過大な荷重を測定してしまう虞れがない。
つまり、負荷状態信号が出力された途端にシリンダ室２４ａへの高圧のオイル供給を停止し、そのときの荷重変換器２３の出力に基づいて荷重値を求めるので、過大な荷重に基づく測定を行うことが防止される。
【００３２】
（第４の実施の形態）
次に、図１０および図１１を参照して本発明の第４の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置について説明する。
この第４の実施の形態は、常時無負荷に属する点では上述した第３の実施の形態と同様であるが、唯一異なるのは、負荷状態検出手段が、スイッチ２７に代わって荷重変換器３１を使用している点のみである。
従って油圧導入部２８ａから所定圧のオイルをシリンダ室２４ａに供給すると可動部材２５が上方向へ摺動し、荷重変換器２３が構造物支持部材２９の底部２９ａに図１２に示す特性図の時点ｔ１にて当接し、さらには、構造物支持部材２９の底部２９ａを介して構造物３０を押上げるが時点ｔ２にて構造物支持部材２９が下側台座２８から離反すると、負荷状態検知用荷重変換器３１の出力が閾値以下に低下する。このとき負荷状態検知用荷重変換器３１から負荷状態信号が出力されることになるので、アクチュエータ２２の作動を停止させ、荷重変換器２３の出力に基づいて荷重値を測定する。その他の構成、動作については、第３の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置と同様であるので、重複した説明は省略する。
【００３３】
（第５の実施の形態）
次に、図１３および図１４を参照して本発明の第５の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置について説明する。
この第５の実施の形態は、常時無負荷型に属する点では、第３、第４の実施の形態と同様であり、第４の実施の形態とは構造物支持部材２９の底部２９ａと構造物３０との間に、常時負荷型の第２の荷重変換器３２が別途介挿されている点が唯一異なっているだけであり、その他の構成および動作については、ほぼ同様である。
即ち、アクチュエータ２２が圧力によって図１４において上方に摺動し、
荷重変換器２３が構造物支持部材２９の底部２９ａに当設した時点ｔ１からさらに上方へ移動していくと、第１の荷重変換器２３の出力は図１５に示すように次第に増大していくが、常時負荷型の第２の荷重変換器３２の出力は、構造物から受ける荷重値に対応して一定となる。
【００３４】
そして、構造物３０から受ける荷重が、構造物支持部材２９から荷重変換器２３へ乗り移った時点ｔ２にて、スイッチ２７がオンからオフへと転換して負荷状態信号が出力されると、油圧導入部２８ａへの油圧の上昇が停止されその状態を暫時維持し、荷重変換器２３の出力が取り込まれ、荷重測定器にて荷重値が求められる。従って真の荷重値は、負荷状態の荷重値から無負荷状態の荷重値を差し引いた値である。第２の荷重変換器３２の出力は、常時負荷されているので、クリープ等による誤差が含まれた測定値を示すが、上述のようにして荷重変換器２３の出力に基づいて求められたクリープ等の誤差が除去された荷重値と対比して較正することにより、常時、真の荷重値に対応した荷重値を求めることができる。
【００３５】
（第６の実施の形態）
次に、図１６〜図１８を参照して、本発明の第６の実施の形態に係る構造物の応力測定装置について説明する。
第１〜第５の実施の形態は、構造物の荷重測定装置に関するものであったが、第６の実施の形態は、応力測定装置に関する点で相違し、応力に対応した荷重を検出する荷重変換器に対し、アクチュエータを介して負荷状態としたり無負荷状態にしたりする点では共通する。
図１６〜図１８において、第６の実施の形態に係る構造物の応力測定装置４１は、主要部として、アクチュエータ４２、荷重変換器４３、一対の受圧部４４，４５、アクチュエータ保持部材４６、荷重変換器保持部材４７、負荷状態検知手段としての接点４８および絶縁材４９等を有している。
厚肉で剛性の大きい一対の受圧部４４と４５は、間に負荷状態検知手段としての接点（スイッチ）４８を介挿した状態で平常時は互いに当接している。
一方の円板状を呈する受圧部４４の周縁部（図１７の正面断面より見て両端部）から断面凹字状に延びる荷重変換器保持部材４７が一体に連設されている。
【００３６】
他方の円板状を呈する受圧部４５の周縁部（図１７の正面断面より見て両端部）から断面凹字状に延びる荷重アクチュエータ保持部材４６が当接されている。これら一対の受圧部４４と４５およびアクチュエータ保持部材４６と荷重変換器保持部材４７とは、接点４８を挟み且つ対称的に配設した状態で一定の変位を許容するようにしてに連接されている。
平常時においては、一対の受圧部４４と４５との間は当接しており、荷重変換器４３とアクチュエータ４２との間には、所定の間隙を設けてあるので、受圧部４４と４５との間に印加されている構造物からの圧力は、荷重変換器４３には伝達されない。また、接点４８は、オンの状態となっている。
従って、平常時には、無負荷状態での応力値（零）の測定をなし得ることになる。
【００３７】
次に、第６の実施の形態における構造物の応力測定装置を、例えばダムを形成するコンクリート構造物中に埋設して応力を測定する方法を説明すると、応力測定装置４１は、構造物としてコンクリートを打設すると同時に埋設される。打設されたコンクリートは、図２１に示したように硬化する過程で応力が次第に増大していくが、コンクリート打設後所望の段階で、応力を測定する場合には、図示省略のオイルポンプ、電磁切換弁、オイルパイプ等を介して加圧されたオイルをアクチュエータ４２に導入する。図１６〜図１８には、詳細は省略したが、例えば、図１０に示すようなシリンダ室２４ａに加圧オイルを供給することにより、アクチュエータ４２が上方に摺動し、図１９に示す時点ｔ１に至ると、アクチュエータ４２の上端が荷重変換器４３の底部に当設し、その後のアクチュエータ４２の摺動（変位）に応じて荷重変換器４３の出力も図１９に示すように増大していくが、時点ｔ２に至ると、接点４８がオン状態からオフ状態に転換されるので、その時点ｔ２における荷重変換器４３の出力に基づいて別途準備される応力計を用いて応力値を測定することができる。
【００３８】
図１９においては、荷重変換器４３の出力が時点ｔ２に至っても増大し続けるが、接点がＯＦＦとなる時点ｔ２をもって、アクチュエータ４２の伸長動作を停止させることが望ましい。無駄な動力の供給を続行するのを避けることおよびアクチュエータ４２の伸長を続行し続けると応力測定装置４１の周辺のコンクリートの応力を乱したり、コンクリートの弾性変形を超えた変形をさせたりして、以降の応力測定値に悪影響を与える虞れがあるからである。
応力測定装置４１の受圧部４４と４５を除いて、外周面のすべてに絶縁材４９を添着する。絶縁材４９は、例えば防水性のシートや熱収縮性チューブなどが用いられる。
尚、本発明は、上述し且つ図示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、アクチュエータとして、ピストンとシリンダよりなる往復運動機構について説明したが、これに代えて、圧電素子を複数個積層したものでもよいし、形状記憶合金、ＥＲ流体、電磁ひずみセンサーなどを用いてもよい。
【００３９】
また、負荷状態検知手段として、接片スイッチと荷重変換器を用いたが、発光素子と受光素子からなるフォトインタラプタなどを用いてもよい。
また、図１〜図３および図５に示した第１および第２の実施の形態には、負荷状態検知手段としてのスイッチを図示していないが、例えば、図７，図８に示すスイッチ２７あるいは図１０，図１１に示す荷重変換器３１のようなものを用いてもよいことは勿論である。
また、図１６〜図１８に示した第６の実施の形態では、常時無負荷型のものについて説明したが、常時負荷型のものとし、任意時に、アクチュエータを用いて荷重変換器保持部材４７とアクチュエータ保持部材４６との間を伸長させるように構成すればよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に係る発明によれば、構造物の荷重支持系中に介挿され加えられた荷重に応じた検出信号を出力する荷重変換器により前記荷重を測定する構造物の荷重測定装置において、
前記荷重変換器に並列的に配置され、任意時に前記荷重支持系中に前記荷重変換器を浮かす方向に支持力を付与したり除去したりすることによって、前記荷重変換器に負荷されている荷重を除去したり再び負荷したりすることが可能なアクチュエータと、
前記アクチュエータにより前記荷重変換器への負荷が除去されたとき無負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段と、を具備し、
前記構造物から離隔した場所から前記アクチュエータの作動を制御し、前記構造物からの荷重が前記荷重変換器に負荷された状態と前記負荷が除去された状態の前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いて、零点を確認しクリープによる誤差が排除された荷重測定を行い得るように構成したので、
第１に、簡単な操作で荷重変換器の零点を任意に管理することができ、測定値に含まれるクリープなど不安定要因を取り除き、信頼性の高い荷重測定を行い得ること、第２に、アクチュエータの作動により荷重変換器への負荷が除去された状態を的確に検知でき、それによって安全且つ合理的な測定を行い得ること、第３に、アクチュエータと荷重変換器と一体化することで大幅な小型化が実現でき、第４に、永久的に荷重測定装置を埋設してしまっても、外部操作により任意的にアクチュエータを駆動し零点確認をし得ること、
第５に、発熱の要因となる部材を用いないので、測定値に温度影響を及ぼすことが少ないこと、第６に、必要にして充分なストロークを獲得し適応範囲を広げ得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
【００４１】
請求項２に記載の発明によれば、構造物に負荷される荷重を荷重変換器により測定する構造物の荷重測定装置において、
前記構造物の荷重を支持する荷重支持部材と、
前記荷重支持部材と並列的に配置され、任意時に前記荷重支持部材を浮かす方向に前記荷重変換器を介して前記荷重支持部材が介挿されている前記構造物間に支持力を付与したり除去したりすることによって、前記荷重変換器に荷重を負荷したり再び除去したりすることが可能なアクチュエータと、
前記アクチュエータにより前記荷重支持部材への負荷が除去され前記荷重変換器へすべての荷重が負荷されたとき負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段とを具備し、
前記構造物から離隔した場所から前記アクチュエータの作動を制御し、前記構造物からの荷重が前記荷重支持部材に代って前記荷重変換器に荷重が負荷されている状態と前記荷重変換器に代って前記荷重支持部材に荷重が負荷された状態の前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いてクリープによる誤差が除去された荷重測定を行い得るように構成したので、請求項１に係る発明と同様の効果を奏するほか、アクチュエータの作動により荷重変換器に負荷が印加された状態を的確に検知し、安全且つ合理的な測定を行い得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
【００４２】
請求項３に記載の発明に係る前記アクチュエータは、ほぼ円筒状を呈する支持部材と、この支持部材と嵌合する可動部材とを有し、前記可動部材が嵌合された支持部材の一方側に流体圧を印加することにより前記可動部材を往復動させるように構成したので、必要にして充分なストロークと押出し力を確保し得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
請求項４に記載の発明に係る前記アクチュエータは、圧電素子を複数個積層して構成したので、応答速度が早い上、押出し量を充分確保し得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
請求項５に記載の発明に係る前記アクチュエータは、形状記憶合金により構成したので、埋込み性、押出し力、押出しストローク、応答性に優れた構造物の荷重測定装置を提供することができる。
請求項６に記載の発明は、前記負荷状態検知手段から無負荷状態信号または負荷状態信号が出力されたとき、前記荷重変換器の零点出力または最大出力を取得した後、前記アクチュエータの支持力の付与を停止するように構成したので、計測の自動化を図り易く且つ安全性の高い構造物の荷重測定装置を提供することができる。
【００４３】
請求項７に記載の発明によれば、前記支持部材と前記荷重変換器を積み重ねて前記荷重支持系中に介挿し、前記可動部材を前記支持部材の内部に嵌合し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間部に加圧された流動体を供給することで可動部材に伸長力を付与させることにより、前記荷重変換器への構造物からの荷重を除去し得るように構成したので、押出し力、押出しストロークを充分に確保し得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
請求項８に記載された発明によれば、前記支持部材の内部に中空の前記可動部材を嵌合し、前記可動部材の内側に台座部材の一部と前記荷重変換器を積み重ねて構造物の支持系中に介挿し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間内に加圧された流体を供給することで可動部材を伸長させることにより、荷重変換器への構造物からの荷重を除去し得るように構成したので、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏し得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
【００４４】
請求項９に記載の発明によれば、構造物の荷重支持系中に介挿され、常時は構造物からの荷重を支持する底部を上方に向けた有底円筒状を呈する構造物支持部材と、前記構造物支持部材の内部に配置される前記支持部材と、前記支持部材の内部に嵌合される前記可動部材と、前記可動部材に積み重ねられ前記構造物支持部材の前記底部内面に近接して配設し、所望時に前記支持部材と前記可動部材とで形成される空間内に加圧された流体を供給することで可動部材を伸長させることにより、荷重変換器で前記構造物支持部材の前記底部を押し上げ、前記構造物からの荷重を前記構造物支持部材に代って前記荷重変換器で受けるように構成したので、請求項２に記載の発明の効果と同様の効果を奏し得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
請求項１０に記載の発明によれば、前記構造物支持部材と前記構造物との間に、常時構造物からの荷重を受ける荷重変換器をさらに付設したので、常時負荷型の荷重変換器を管理計器とし、常時無負荷型の荷重変換器を正確な荷重測定を得る必要がある場合に好適な構造物の荷重測定装置を提供することができる。
【００４５】
請求項１１に記載の発明に係る前記負荷状態検知手段は、前記支持部材または構造物支持部材の荷重支持系中に少なくとも３個のスイッチを並列状に配設し、前記３個のスイッチのすべてがオフとなったとき、無負荷状態信号または負荷状態信号を出力するように構成したので、無負荷状態と負荷状態との間の状態検知を正確に行い得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
請求項１２に記載の発明に係る前記負荷状態検知手段は、前記支持部材または構造物支持部材の荷重支持系中に介挿された荷重変換器からなり、その出力が所定の閾値以下となったとき、無負荷状態信号または負荷状態信号を出力するように構成したので、無負荷状態と負荷状態との間の状態検知を正確に行い得る構造物の荷重測定装置を提供することができる。
【００４６】
請求項１３に記載の発明によれば、構造物の内部に設置され構造物内に生ずる応力を荷重変換器を用いて測定する構造物の応力測定装置において、
前記構造物からの圧力を受ける一対の互いに平行な受圧部と、
前記受圧部の一方に一体に連設され、前記荷重変換器を保持する荷重変換器保持部材と、
前記受圧部の他方と一体に連設され、アクチュエータを保持するアクチュエータ保持部材と、
前記一対の受圧部間に介挿され、前記アクチュエータによって前記荷重変換器に保持力を負荷していく過程で、前記一対の受圧部が離反したとき、負荷状態信号を出力する負荷状態検知手段と、
前記受圧部位以外の部分を覆い、構造物からの圧力を絶縁する絶縁部材とを具備し、
前記構造物の外部から前記アクチュエータの作動を遠隔制御し前記構造物からの応力が前記荷重変換器に負荷された状態のときと前記負荷が除去された状態のときの前記荷重変換器のそれぞれの出力に基いて前記荷重変換器のクリープや温度変化の誤差が排除された応力測定を行い得るように構成したので、
第１に、簡単な操作で荷重変換器の零点を任意に管理することができ、測定値を含まれるクリープなど不安定要因を取り除き、信頼性の高い応力の測定を行い得ること、第２に、アクチュエータの作動により荷重変換器に負荷が印加された状態を的確に検知でき、それによって安全且つ合理的な応力測定を行い得ること、第３に、アクチュエータと荷重変換器と一体化することで大幅な小型化が実現でき、第４に、永久的に応力測定装置を埋設してしまっても、外部操作により任意的にアクチュエータを駆動し零点確認をし得ること、第５に、発熱の要因となる部材を用いないので、測定値に温度影響を及ぼすことが少ないこと、第６に、必要にして充分なストロークを獲得し適応範囲を広げ得る構造物の応力測定装置を提供することができる。
【００４７】
請求項１４に記載の発明によれば、前記一方の受圧部の周縁から断面凹字状に延びる荷重変換器保持部材と、前記他方の受圧部の周縁から断面逆凹字状に延びる前記アクチュエータ保持部材とが、前記一対の受圧部間に前記負荷状態検知手段を挟み且つ対称的に配設した状態で連設されてなり、前記アクチュエータを伸長させたときに限り、前記アクチュエータで前記荷重変換器を介して、荷重変換器保持部材を押圧することにより、前記受圧部が受けた応力を測定し得るように構成したので、請求項１３に記載に係る発明と同様の効果を奏し得る構造物の応力測定装置を提供することができる。
請求項１５に記載の発明によれば、前記アクチュエータは、円環筒状を呈するアクチュエータ保持部材と、このアクチュエータ保持部材と嵌合する可動部材とを有し、前記可動部材が嵌合されたアクチュエータ保持部材の一方側に流体圧を印加することにより前記可動部材を往復動させるように構成したので、必要にして充分なストロークと押出し力を確保し得る構造物の応力測定装置を提供することができる。
【００４８】
請求項１６に記載の発明に係る前記アクチュエータは、圧電素子を複数個積層して構成したので、応答速度が早い上、押出し量を充分確保し得る構造物の応力測定装置を提供することができる。
請求項１７に記載の発明によれば、前記アクチュエータは、形状記憶合金により構成したので、埋込み性、押出し力、押出しストローク、応答性に優れた構造物の応力測定装置を提供することができる。
請求項１８に記載の発明によれば、前記負荷状態検知手段から負荷状態信号が出力されたとき、前記荷重変換器の最大出力を取得した後、前記アクチュエータの支持力の付与を停止するように構成したので、計測の自動化を図り易く且つ安全性の高い構造物の応力測定装置を提供することができる。
【００４９】
請求項１９に記載の発明によれば、前記負荷状態検知手段は、前記一対の受圧部間に少なくとも３個のスイッチを並列状に配設し、前記３個のスイッチのすべてがオフとなったとき、負荷状態信号を出力するように構成したので、無負荷状態から負荷状態へ移行したことを正確に検知することができ、正確な応力測定が実現可能な構造物の応力測定装置を提供することができる。
請求項２０に記載の発明によれば、前記負荷状態検知手段は、前記一対の受圧部間に介挿された荷重変換器からなり、その出力が所定の閾値以下となったとき、負荷状態信号を出力するように構成したので、無負荷状態から負荷状態へ移行したことを正確に検知することができ、正確な応力測定が実現可能な構造物の応力測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置を、構造物の壁部に配置した例を示す断面図である。
【図２】図１に示す構造物の荷重測定装置の負荷状態における要部の構成を示す断面図である。
【図３】図１に示す構造物の荷重測定装置の無負荷状態における要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図４】第１の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための油圧と荷重変換器の出力との関係を示す特性図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に示す構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための油圧と荷重変換器の出力との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る無負荷状態における構造物の荷重測定装置の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置の負荷状態における要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】図７、図８に示す構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための油圧と荷重変換器および負荷状態検知スイッチの動作の関係を示す特性図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置の無負荷状態における要部の構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置の負荷状態における要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】図１０、図１１に示す構造物の荷重測定装置の動作原理を説明するための荷重測定用と負荷状態検知用の２つの荷重変換器の出力の関係を示す特性図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る構造物の荷重測定装置の常時無負荷型の第１の荷重変換器の他に常時負荷型の第２の荷重変換器を持つ構造物の荷重測定装置であって、第１の荷重変換器が無負荷状態にある場合の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係る構造物の応力測定装置の第１の荷重変換器が負荷状態になった場合の構成を模式的に示す断面図である。
【図１５】図１３と図１４に示した構造物の荷重測定装置の動作を説明するための第１および第２の荷重変換器の出力と負荷状態検知スイッチの出力との相関関係を示す特性図である。
【図１６】本発明の第６の実施の形態に係る構造物の応力測定装置の概略構成を一部破断して示す斜視図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態に係る構造物の応力測定装置の荷重変換器が無負荷の状態を模式的に示す正面中央断面図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係る構造物の応力測定装置の荷重変換器が構造物から受ける応力に対応する荷重を受けている状態を模式的に示す正面中央断面図である。
【図１９】図１７と図１８に示す構造物の応力測定装置における荷重変換器の出力と、アクチュエータの変位と負荷状態検知手段の作動状態との関係を示す特性図である。
【図２０】建築構造物へ従来の荷重変換器を設置して、長期に亘る挙動を観測した場合の出力特性図である。
【図２１】コンクリートダムに埋設された従来の応力測定装置を設置した場合の応力の時間的変化を表わした特性図である。
【符号の説明】
１，２１　荷重測定装置
２，２２，４２　アクチュエータ
３，１６，２３，３２，４３　荷重変換器
４，２４　支持部材
４ａ　大径シリンダ壁
４ｂ　小径シリンダ壁
４ｃ　油圧導入部
５，２５　可動部材
５ａ　大径ピストン部
５ｂ　小径ピストン部
６，７，２６　Ｏリング
８，２４ａ　シリンダ室
９　アースアンカー
１０　ノリ面
１１　ベースコンクリート
１２，２８　下側台座
１３　上側台座
１４　張力ナット
１５　台座付心軸
１５ａ　台座部
２５　可動部材
２７　スイッチ
２９　構造物支持部材
２９ａ　底部
３０　構造物
３１　負荷状態検知用荷重変換器
４１　応力測定装置
４４，４５　受圧部
４６　アクチュエータ保持部材
４７　荷重変換器保持部材
４８　接点
４９　絶縁材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
2004069548.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2004069548.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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