(57)【要約】【課題】実施方法が容易で、かつ構造物の構造部材の残留変形を計測し得る構造物残留変形計測装置、及び構造物残留変形計測方法を提供する。【解決手段】残留変形計測部４のＣＰＵ４５は、場所打ちコンクリート杭２０３の主鉄筋２０６に所定の判別値を越える過大外力が付加されたことを検知した場合は、タイマーの出力から過大外力の検知後第１時間の経過を検出した後、切換スイッチ５４を閉じさせて外力応答部材１とコンデンサ５１を導通させ外力応答部材１の残留電荷をコンデンサ５１に蓄電させ、次いで切換スイッチ５５を閉じさせてコンデンサ５１の電圧を電圧計５２に計測させ、これに基づき残留電荷を演算し、これに基づき残留変形の値を演算する。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形を生じると表面である分極面が電気的に分極し一方の分極面に正電荷が発生するとともに他方の分極面に負電荷が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分極面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分極面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導体部材又は前記第２導体部材に取り付けられ回路を開閉するスイッチ手段と、
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、前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の間の電荷を計測する電荷測定手段と、
時間を計測する計時手段と、
制御演算手段を備え、
前記制御演算手段は、前記構造物の構造部材に所定の第１外力値を越える過大外力が付加されたことを検知した場合には、前記計時手段に時間の計測を開始させ、前記計時手段の出力から前記過大外力の検知後第１時間の経過を検出した場合には、前記スイッチ手段を閉じるように制御して前記外力応答部材と前記電荷測定手段とを電気的に導通させ、前記電荷計測手段が検出した電荷である残留電荷の計測値に基づいて、前記構造物の残留変形計測箇所における残留変形を演算することを特徴とする構造物残留変形計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の構造物残留変形計測装置において、
前記制御演算手段は、第１静電容量値Ｃファラッドを有するコンデンサと、前記コンデンサの一方の電極と他方の電極の間の電圧を計測する電圧計と、前記電圧計の計測値に基づいて前記電荷を演算する電荷演算手段を有し、前記電荷演算手段は、前記第１時間の期間に前記外力応答部材から前記コンデンサに流入した電荷によって前記コンデンサの両極間に生じた第１電圧値Ｖボルトから、第１式Ｑ＝Ｃ×Ｖにより前記残留電荷値Ｑクーロンを算出することを特徴とする構造物残留変形計測装置。
【請求項３】
請求項２記載の構造物残留変形計測装置において、
前記制御演算手段は、前記外力応答部材における前記残留電荷の値Ｑと、前記外力応答部材における残留変形の値δの関数関係式である第２式δ＝ｆ（Ｑ）に基づき、前記算出された残留電荷値を前記第２式の右辺に代入することにより、前記外力応答部材における残留変形の値を演算することを特徴とする構造物残留変形計測装置。
【請求項４】
請求項１記載の構造物残留変形計測装置において、
前記構造物の構造部材に外力が付加されたことを検知する外力検知手段をさらに備え、
前記制御演算手段は、前記外力の値が、設定された過大外力発生判別値を越えた場合には、前記構造物の構造部材に所定の第１外力値を越える過大外力が付加されたと判別することを特徴とする構造物残留変形計測装置。
【請求項５】
請求項４記載の構造物残留変形計測装置において、
前記外力検知手段は、電流計を有することを特徴とする構造物残留変形計測装置。
【請求項６】
請求項４記載の構造物残留変形計測装置において、
前記外力検知手段は、電圧計を有することを特徴とする構造物残留変形計測装置。
【請求項７】
変形を生じると表面である分極面が電気的に分極し一方の分極面に正電荷が発生するとともに他方の分極面に負電荷が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分極面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分極面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導体部材又は前記第２導体部材に取り付けられ回路を開閉するスイッチ手段と、
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、前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の間の電荷を計測する電荷測定手段と、
時間を計測する計時手段と、
制御演算手段を用い、
前記制御演算手段により、前記構造物の構造部材に所定の第１外力値を越える過大外力が付加されたことを検知した場合には、前記計時手段に時間の計測を開始させ、前記計時手段の出力から前記過大外力の検知後第１時間の経過を検出した場合には、前記スイッチ手段を閉じるように制御して前記外力応答部材と前記電荷測定手段とを電気的に導通させ、前記電荷計測手段が検出した電荷である残留電荷の計測値に基づいて、前記構造物の残留変形計測箇所における残留変形を演算することを特徴とする構造物残留変形計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物等に所定値を越える外力が作用した場合に、その箇所の残留電荷を検出することにより構造物の残留変形を計測する構造物残留変形計測装置、その装置を用いて構造物の残留変形を計測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】
そして、構造物に地震力のような過大な外力が作用した場合には、構造物の部材、例えば鉄筋等に生じると考えられる残留変形の値を知りたい場合もある。
【００１０】
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、かつ構造物の構造部材の残留変形を計測し得る構造物残留変形計測装置、及び構造物残留変形計測方法を提供することにある。
【００１１】
【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残留変形計測装置は、
変形を生じると表面である分極面が電気的に分極し一方の分極面に正電荷が発生するとともに他方の分極面に負電荷が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分極面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分極面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導体部材又は前記第２導体部材に取り付けられ回路を開閉するスイッチ手段と、
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、前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の間の電荷を計測する電荷測定手段と、
時間を計測する計時手段と、
制御演算手段を備え、
前記制御演算手段は、前記構造物の構造部材に所定の第１外力値を越える過大外力が付加されたことを検知した場合には、前記計時手段に時間の計測を開始させ、前記計時手段の出力から前記過大外力の検知後第１時間の経過を検出した場合には、前記スイッチ手段を閉じるように制御して前記外力応答部材と前記電荷測定手段とを電気的に導通させ、前記電荷計測手段が検出した電荷である残留電荷の計測値に基づいて、前記構造物の残留変形計測箇所における残留変形を演算することを特徴とする。
【００１２】
上記の構造物残留変形計測装置において、好ましくは、前記制御演算手段は、第１静電容量値Ｃファラッドを有するコンデンサと、前記コンデンサの一方の電極と他方の電極の間の電圧を計測する電圧計と、前記電圧計の計測値に基づいて前記電荷を演算する電荷演算手段を有し、前記電荷演算手段は、前記第１時間の期間に前記外力応答部材から前記コンデンサに流入した電荷によって前記コンデンサの両極間に生じた第１電圧値Ｖボルトから、第１式Ｑ＝Ｃ×Ｖにより前記残留電荷値Ｑクーロンを算出する。
【００１３】
また、上記の構造物残留変形計測装置において、好ましくは、前記制御演算手段は、前記外力応答部材における前記残留電荷の値Ｑと、前記外力応答部材における残留変形の値δの関数関係式である第２式δ＝ｆ（Ｑ）に基づき、前記算出された残留電荷値を前記第２式の右辺に代入することにより、前記外力応答部材における残留変形の値を演算する。
【００１４】
また、上記の構造物残留変形計測装置において、好ましくは、
前記構造物の構造部材に外力が付加されたことを検知する外力検知手段をさらに備え、
前記制御演算手段は、前記外力の値が、設定された過大外力発生判別値を越えた場合には、前記構造物の構造部材に所定の第１外力値を越える過大外力が付加されたと判別する。
【００１５】
また、上記の構造物残留変形計測装置において、好ましくは、前記外力検知手段は、電流計を有する。
【００１６】
また、上記の構造物残留変形計測装置において、好ましくは、前記外力検知手段は、電圧計を有する。
【００１７】
また、本発明に係る構造物残留変形計測方法は、
変形を生じると表面である分極面が電気的に分極し一方の分極面に正電荷が発生するとともに他方の分極面に負電荷が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分極面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分極面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導体部材又は前記第２導体部材に取り付けられ回路を開閉するスイッチ手段と、
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、前記第１導体部材の他端と前記第２導体部材の間の電荷を計測する電荷測定手段と、
時間を計測する計時手段と、
制御演算手段を用い、
前記制御演算手段により、前記構造物の構造部材に所定の第１外力値を越える過大外力が付加されたことを検知した場合には、前記計時手段に時間の計測を開始させ、前記計時手段の出力から前記過大外力の検知後第１時間の経過を検出した場合には、前記スイッチ手段を閉じるように制御して前記外力応答部材と前記電荷測定手段とを電気的に導通させ、前記電荷計測手段が検出した電荷である残留電荷の計測値に基づいて、前記構造物の残留変形計測箇所における残留変形を演算することを特徴とする。
【００１８】
【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。図１は、本発明の一実施形態である構造物残留変形計測システムの構成を示す図である。また、図２は、図１に示す構造物残留変形計測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に示す構造物残留変形計測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。また、図４は、図１に示す構造物残留変形計測システムにおける残留変形計測部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１（Ａ）に示すように、この構造物残留変形計測システム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、残留変形計測部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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、残留変形計測部４の電荷検出部４１（後述）に接続されている。また、残留変形計測部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。
【００２３】
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に示す構造物残留変形計測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。
【００２４】
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（テープ状の部材）に形成されている。また、外力応答部材１は、接着剤１５により、略円柱状の主鉄筋２０６の外周側面に、主鉄筋２０６の長手方向に沿って略直線状に貼付されている。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。
【００２５】
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位差（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、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。
【００２８】
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位差（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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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の内部の主鉄筋２０６に残留変形が発生した場合を例にとって、本実施形態の構造物残留変形計測システム１０１の詳細な構成とその作用を説明する。
【００３２】
上記のように、場所打ちコンクリート杭２０３の内部の主鉄筋２０６に残留変形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。
【００３３】
この場合、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に略平行な方向への伸び変形、又は縮み変形が付加される。外力応答部材１は圧電材料で形成されているため、この変形により、電気的な分極が生じる。すなわち、第１分極面１１ａには電荷（例えば正電荷）が発生し、かつ第２分極面１１ｂには第１分極面１１ａの電荷とは逆の電荷（例えば負電荷）が発生する。このため、第１分極面１１ａと第２分極面１１ｂの間には、電圧が発生する。
【００３４】
第１分極面１１ａに発生した電荷と、第２分極面１１ｂに発生した電荷は、主鉄筋２０６の表面の変形にほぼ比例している。このため、主鉄筋２０６への外力の付加が終了し停止した場合であっても、主鉄筋２０６の表面に変形が残留している場合には、その変形（以下、「残留変形」という。）の値に略比例した電荷（以下、「残留電荷」という。）が、第１分極面１１ａと第２分極面１１ｂのそれぞれに残留している。
【００３５】
本実施形態の構造物残留変形計測システム１０１における電荷検出部４１は、上記した残留電荷を検出する部分である。
【００３６】
図４は、図１に示す構造物残留変形計測システムにおける残留変形計測部４のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【００３７】
図４に示すように、残留変形計測部４は、きょう体４０と、電荷検出部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。
【００３８】
上記の構成要素のうち、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、ＣＰＵ４５によって生成されたディジタル電気信号、又はＣＰＵ４５へ入力されるディジタル電気信号は、入出力インタフェース４４ａ及び４４ｂを経て外部と授受される。また、Ａ／Ｄコンバータ４３は、アナログ信号をディジタル信号に変換する装置である。
【００４４】
また、残留変形計測部４は、時間を計測するタイマー（図示せず）を備えている。このタイマーは、ＣＰＵ４５の制御により始動し、計測開始時刻からの経過時間を、例えばＣＰＵ４５のクロック信号などに基づいて計測し、設定された所定時間（例えば、後述する時間τなど）が経過した場合に、ＣＰＵ４５に「設定時間の経過」を出力するものである。このタイマーのハードウェア的な構成は、図４に示されたＣＰＵ４５とＲＯＭ４６とＲＡＭ４７からなるコンピュータと基本的には同じ構成を有しており、タイマーの機能は、ソフトウェアで実現されている。このタイマーは、特許請求の範囲における計時手段に相当している。
【００４５】
図５は、図４に示す残留変形計測部４における電荷検出部４１のさらに詳細な構成を示すブロック図である。図５に示すように、電荷検出部４１は、コンデンサ５１と、電圧計５２と、電流計５３と、切換スイッチ５４及び５５及び５６を有している。
【００４６】
また、電荷検出部４１において、コンデンサ５１と切換スイッチ５４を有する直列回路（以下、「第１回路」という。）は、外力応答部材１に対して電気的に直列となるように、第１導体部材２２ａ及び第２導体部材２２ｂによって接続されている。切換スイッチ５４は、制御線Ｌ１によってＣＰＵ４５に電気的に接続され、ＣＰＵ４５によって制御されるようになっている。
【００４７】
また、電圧計５２と切換スイッチ５５を有する直列回路（以下、「第２回路」という。）が、上記した第１回路に対して電気的に並列となるように導線によって接続されている。電圧計５２の出力は、出力線Ｌ４により増幅器４２に送られるようになっている。また、切換スイッチ５５は、制御線Ｌ２によってＣＰＵ４５に電気的に接続され、ＣＰＵ４５によって制御されるようになっている。
【００４８】
また、電流計５３と切換スイッチ５６を有する直列回路（以下、「第３回路」という。）が、上記した第１回路に対して電気的に並列となるように導線によって接続されている。電流計５３の出力は、出力線Ｌ５により増幅器４２に送られるようになっている。また、切換スイッチ５６は、制御線Ｌ３によってＣＰＵ４５に電気的に接続され、ＣＰＵ４５によって制御されるようになっている。
【００４９】
以下、残留変形計測部４の作用について説明を行う。まず、通常の状態、すなわち主鉄筋２０６に地震力のような過大な外力が検知されてはいない状態（以下、「過大外力非検知状態」という。）では、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ３により、切換スイッチ５６にスイッチオン制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５６が閉じ、外力応答部材１と電流計５３は電気的に導通された状態となる。
【００５０】
また、この過大外力非検知状態においては、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ１により、切換スイッチ５４にスイッチオフ制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５４は開放状態となり、コンデンサ５１と外力応答部材１は電気的に不導通の状態となる。
【００５１】
また、過大外力非検知状態においては、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ２により、切換スイッチ５５にスイッチオフ制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５５は開放状態となり、電圧計５２と外力応答部材１は電気的に不導通の状態となる。
【００５２】
この状態で、外力応答部材１に外力（たとえば地震力）が付加されると、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、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、第１導体部材２２ａと第２導体部材２２ｂに電流（図示せず。以下、「外力検知電流」という。単位：アンペア）が流れる。
【００５３】
この外力検知電流は、第１導体部材２２ａ及び第２導体部材２２ｂを通って電荷検出部４１に到達し、切換スイッチ５６から電流計５３に入力されて検出される。このような外力検知電流が検出されると、電流計５３は、検出した電流値をアナログ電気信号として出力線Ｌ５により増幅器４２に出力する。このアナログ電気信号は、増幅器４２により増幅される。増幅器４２によって増幅された電流信号は、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。
【００５４】
ＣＰＵ４５は、電流計５３からの外力検知電流の信号を検出すると、この電気信号の値を、あらかじめ設定された過大外力発生判別値ｉＲ１と比較する。その結果、電流計５３からの電気信号の値が過大外力発生判別値ｉＲ１を越えている場合には、ＣＰＵ４５は、「電流を発生した外力応答部材１の箇所の主鉄筋２０６に過大な外力が作用した」と判別する。
【００５５】
図６は、残留変形計測部４における作用を説明するグラフ図である。図６に示すように、この例では、時刻ｔ１において、電流計５３の出力は、過大外力発生判別値ｉＲ１を越えており、ＣＰＵ４５は、この時点で、「電流を発生した外力応答部材１の箇所の主鉄筋２０６に過大な外力が作用した」と判別することとなる。この場合、電流計５３は、特許請求の範囲における外力検知手段に相当している。また、電流値である過大外力発生判別値ｉＲ１に対応する外力の値は、特許請求の範囲における第１外力値に相当している。
【００５６】
上記の過大外力発生の判別の後、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ３により、切換スイッチ５６にスイッチオフ制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５６が開き、外力応答部材１と電流計５３は電気的に不導通の状態となる。
【００５７】
また同時に、ＣＰＵ４５は、上記したタイマーを始動させ、経過時間の計測を開始する。そして、時刻ｔ１から時間τが経過し時刻ｔ２（図６参照）となると、タイマーからの設定時間経過の出力により、ＣＰＵ４５は、「時刻ｔ１から時間τが経過した」と判別する。τの値としては、例えば、時刻ｔ１の後、５分、１０分などの値（任意の値）が用いられる。この場合、設定された経過時間τは、特許請求の範囲における第１時間に相当している。経過時間τは、外力応答部材１に残留する電荷の計測を開始するまでの時間であるから、残留電荷測定時は、外力応答部材１に地震等の過大な外力が作用したのちであって、この外力の付加が終息している必要がある。したがって、τの値は約３分以上の値が好ましい。
【００５８】
この設定時間τ経過の時刻ｔ２において、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ１により、切換スイッチ５４にスイッチオン制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５４が閉じ、外力応答部材１とコンデンサ５１は電気的に導通した状態となる。これにより、この時点（主鉄筋２０６への過大外力の作用開始から時間τ経過後の時刻ｔ２の時点）で外力応答部材１に残留している電荷（残留電荷）は、電流となってコンデンサ５１の両側端子に流入し、外力応答部材１にあった残留電荷に等しい電荷がコンデンサに蓄電される。
【００５９】
上記した時刻ｔ２の切換スイッチ５４のＯＮの後、所定の第２時間（例えば５秒、１０秒、３０秒などの任意の値）が経過すると、この第２時間の経過を上記した第１時間の場合のタイマー（図示せず）と同様の作用によりＣＰＵ４５が検知し、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ２により、切換スイッチ５５にスイッチオン制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５５が閉じ、コンデンサ５１と電圧計５２は電気的に導通した状態となる。
【００６０】
このようにして、コンデンサ５１の一方の電極と他方の電極の間の電圧Ｖ（コンデンサ５１の両極の間の電圧。単位：ボルト）が計測される。この場合、電圧Ｖは、特許請求の範囲における第１電圧値に相当している。ここに、コンデンサ５１と電圧計５２は、特許請求の範囲における電荷測定手段を構成している。また、切換スイッチ５４及び５５は、特許請求の範囲におけるスイッチ手段に相当している。
【００６１】
電圧計５２は、検出した電圧値をアナログ電気信号として出力線Ｌ４により増幅器４２に出力する。このアナログ電気信号は、増幅器４２により増幅される。増幅器４２によって増幅された電圧信号は、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。
【００６２】
ＣＰＵ４５は、電圧計５２からの電流信号を検出すると、この電気信号の値に基づき、コンデンサ５１に蓄えられた電荷量を演算する。コンデンサ５１の静電容量値（以下、「第１静電容量値」という。）Ｃ（単位：ファラッド）は、既知の値であり、あらかじめＲＯＭ４６に記憶されている。ＣＰＵ４５は、このＣの値をＲＯＭ４６から読み出し、第１電圧値Ｖから、下式（以下、「第１式」という。）
Ｑ＝Ｃ×Ｖ      ………（１）
により、コンデンサ５１に蓄電されている電荷の値Ｑ（単位：クーロン）を算出する。この電荷値Ｑは、時刻ｔ２において外力応答部材１に残留していた残留電荷の量と等しい。
【００６３】
本出願の発明者らは、上記のようにして測定された残留電荷の量Ｑの値が、外力応答部材１が貼付されている構造部材である主鉄筋２０６の残留変形（あるいは残留歪み）の値と密接な関係があることを発見した。この関係は、例えば、正比例関係のような直線的関係のほか、条件によっては、非直線的な関係もありうる。一般には、残留電荷値をＱとすると、残留変形量δは、下式（以下、「第２式」という。）
δ＝ｆ（Ｑ）      ………（２）
により、表される。
【００６４】
上記の関数ｆ（Ｑ）は、構造物、構造部材により異なるから、事前の実験などにより、あらかじめ把握しておく必要がある。本実施形態では、関数ｆの式、又は数値計算式は、あらかじめＲＯＭ４６に記憶されている。ＣＰＵ４５は、関数ｆに基づき、残留電荷量Ｑから、上記の第２式により、構造部材である主鉄筋２０６に残ると推測される残留変形の値δを算出する。
【００６５】
上記のように、ＣＰＵ４５によって算出された主鉄筋２０６の残留変形推測値は、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。
【００６６】
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。
【００６７】
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残留変形計測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、残留変形が発生した箇所は、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、残留変形の値やその履歴などを記録媒体に記憶させたり、印字等を行う装置である。
【００６８】
上記した実施形態の構造物残留変形計測システム１０１によれば、以下のような利点がある。
【００６９】
ａ）鉄道の構造物等に大きな外力（例えば地震動等）が付加されて構造部材（例えば鉄筋等）に残留変形が発生した場合に、構造物内部の構造部材において予想される残留変形の値を容易に、かつリアルタイムで計測することができる。このため、構造部材の残留変形が発生傷した箇所の位置等を、容易に推測することができる。
【００７０】
ｂ）杭等の地下構造物のように、地盤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残留変形についても、支障なく計測することができる。
【００７１】
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、各構造物の内部の残留変形の有無を集中的に監視することができる。
【００７２】
上記した実施形態において、構造物残留変形計測システム１０１は、特許請求の範囲における構造物残留変形計測装置に相当している。また、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。また、ＣＰＵ４５とＲＯＭ４６とＲＡＭ４７は、特許請求の範囲における制御演算手段を構成している。
【００７３】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、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。
【００７４】
例えば、上記した実施形態においては、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、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。また、外力応答部材の貼付される構造部材は、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部材などであってもよい。
【００７５】
また、外力を計測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。
【００７６】
また、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、軸方向の残留変形、曲げ方向の残留変形、せん断方向の残留変形、ねじり方向の残留変形を検出することも可能である。
【００７７】
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。
【００７８】
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、構造部材である主鉄筋２０６の長手方向に沿って略直線状に貼付される例に限定されず、他の配置位置又は配置状態、例えば、構造部材の長手方向中心線のまわりに略螺旋状に巻き付けられるようにして貼付されてもよい。
【００７９】
また、上記の実施形態のように、集中管理型の構造物管理部６を設けず、分散型の構成としてもよい。すなわち、図示はしていないが、残留変形計測部４には送信機４９を設けず、個々の残留変形計測部４の電源として、個々に電池（水銀電池等の公知の長寿命型電池）を用い、地震などの過大外力作用後に、構造物検査担当者が、該当する箇所の残留変形計測部４を巡回し、ＲＡＭ４７等から直接に残留変形履歴データ等を回収するようにしてもよい。この場合には、ＲＡＭ４７は、データを長期間保持可能なものを採用する必要がある。あるいは、ＲＡＭ４７として、供給電源が切れてもデータが揮発しない「不揮発型メモリ」を採用するようにしてもよい。
【００８０】
また、上記した第３回路、すなわち、電流計５３と切換スイッチ５６を有する直列回路は、設けなくてもよい。この場合には、外力検知を第２回路（電圧計５２と切換スイッチ５５を有する直列回路）によって行うことになる。以下に、この場合の過大外力検知の方法と、残留電荷計測の方法について説明する。
【００８１】
この場合には、図５において第３回路（電流計５３及び切換スイッチ５６）は接続されない。
【００８２】
まず、過大外力非検知状態においては、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ２により、切換スイッチ５５にスイッチオン制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５５は閉じ、電圧計５２と外力応答部材１は電気的に導通された状態となる。
【００８３】
また、過大外力非検知状態においては、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ１により、切換スイッチ５４にスイッチオフ制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５４は開放状態となり、コンデンサ５１と外力応答部材１は電気的に不導通の状態となる。
【００８４】
この状態で、外力応答部材１に外力（たとえば地震力）が付加されると、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、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（図示せず。以下、「外力検知電圧」という。単位：ボルト）が発生する。
【００８５】
この外力検知電圧は、第１導体部材２２ａ及び第２導体部材２２ｂ及び切換スイッチ５５を介して電圧計５２に達し検出される。このような外力検知電圧が検出されると、電圧計５２は、検出した電圧値をアナログ電気信号として出力線Ｌ４により増幅器４２に出力する。このアナログ電気信号は、増幅器４２により増幅される。増幅器４２によって増幅された電流信号は、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。
【００８６】
ＣＰＵ４５は、電圧計５２からの外力検知電圧の信号を検出すると、この電気信号の値を、あらかじめ設定された過大外力発生判別値ｉＲ２と比較する。その結果、電圧計５２からの電気信号の値が過大外力発生判別値ｉＲ２を越えている場合には、ＣＰＵ４５は、「電圧を発生した外力応答部材１の箇所の主鉄筋２０６に過大な外力が作用した」と判別する。
【００８７】
図６における電流計出力を電圧計出力と読み替え、値ｉＲ１をｉＲ２と読み替えることにより、この場合の残留変形計測部４における作用を説明することができる。すなわち、時刻ｔ１において、電圧計５２の出力は、過大外力発生判別値ｉＲ２を越えており、ＣＰＵ４５は、この時点で、「電圧を発生した外力応答部材１の箇所の主鉄筋２０６に過大な外力が作用した」と判別することとなる。この場合、電圧計５２は、特許請求の範囲における外力検知手段に相当している。また、電圧値である過大外力発生判別値ｉＲ２に対応する外力の値は、特許請求の範囲における第１外力値に相当している。
【００８８】
上記の過大外力発生の判別の後、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ２により、切換スイッチ５５にスイッチオフ制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５５が開き、外力応答部材１と電圧計５２は電気的に不導通の状態となる。
【００８９】
また同時に、ＣＰＵ４５は、上記したタイマーを始動させ、経過時間の計測を開始する。そして、時刻ｔ１から時間τが経過し時刻ｔ２（図６参照）となると、タイマーからの設定時間経過の出力により、ＣＰＵ４５は、「時刻ｔ１から時間τが経過した」と判別する。τの値としては、例えば、時刻ｔ１の後、５分、１０分などの値（任意の値）が用いられる。この場合、設定された経過時間τは、特許請求の範囲における第１時間に相当している。経過時間τは、上記の例の場合と同様に、約３分以上の値が好ましい。
【００９０】
この設定時間τ経過の時刻ｔ２において、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ１により、切換スイッチ５４にスイッチオン制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５４が閉じ、外力応答部材１とコンデンサ５１は電気的に導通した状態となる。これにより、この時点（主鉄筋２０６への過大外力の作用開始から時間τ経過後の時刻ｔ２の時点）で外力応答部材１に残留している電荷（残留電荷）は、電流となってコンデンサ５１の両側端子に流入し、外力応答部材１にあった残留電荷に等しい電荷がコンデンサに蓄電される。
【００９１】
上記した時刻ｔ２の切換スイッチ５４のＯＮの後、所定の第２時間（例えば５秒、１０秒、３０秒などの任意の値）が経過すると、この第２時間の経過を上記した第１時間の場合のタイマー（図示せず）と同様の作用によりＣＰＵ４５が検知し、ＣＰＵ４５は、制御線Ｌ２により、切換スイッチ５５にスイッチオン制御信号を出力する。これにより、切換スイッチ５５が閉じ、コンデンサ５１と電圧計５２は電気的に導通した状態となる。
【００９２】
このようにして、コンデンサ５１の一方の電極と他方の電極の間の電圧Ｖ（コンデンサ５１の両極の間の電圧。単位：ボルト）が計測される。この場合、電圧Ｖは、特許請求の範囲における第１電圧値に相当している。ここに、コンデンサ５１と電圧計５２は、特許請求の範囲における電荷測定手段を構成している。また、切換スイッチ５４及び５５は、特許請求の範囲におけるスイッチ手段に相当している。
【００９３】
電圧計５２は、検出した電圧値をアナログ電気信号として出力線Ｌ４により増幅器４２に出力する。このアナログ電気信号は、増幅器４２により増幅される。増幅器４２によって増幅された電圧信号は、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。
【００９４】
ＣＰＵ４５は、電圧計５２からの電圧信号を検出すると、この電気信号の値に基づき、コンデンサ５１に蓄えられた電荷量を演算する。コンデンサ５１の静電容量値である第１静電容量値Ｃ（単位：ファラッド）は、既知の値であり、あらかじめＲＯＭ４６に記憶されている。ＣＰＵ４５は、このＣの値をＲＯＭ４６から読み出し、第１電圧値Ｖから、上記した第１式（１）により、コンデンサ５１に蓄電されている電荷の値Ｑ（単位：クーロン）を算出する。この電荷値Ｑは、時刻ｔ２において外力応答部材１に残留していた残留電荷の量と等しい。
【００９５】
また、ＣＰＵ４５は、ＲＯＭ４６に記憶されている上記した第２式（２）に基づき、残留電荷量Ｑから、構造部材である主鉄筋２０６に残ると推測される残留変形の値δを算出する。
【００９６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、変形を生じると表面である分極面が電気的に分極し一方の分極面に正電荷が発生するとともに他方の分極面に負電荷が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分極面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分極面となる側に電気的に接続された第２導体部材と、第１導体部材又は第２導体部材に取り付けられ回路を開閉するスイッチ手段と、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第１導体部材の他端と第２導体部材の間の電荷を計測する電荷測定手段と、時間を計測する計時手段と、制御演算手段を備えるように構成したので、制御演算手段により、構造物の構造部材に所定の第１外力値を越える過大外力が付加されたことを検知した場合には、計時手段に時間の計測を開始させ、計時手段の出力から過大外力の検知後第１時間の経過を検出した場合には、スイッチ手段を閉じるように制御して外力応答部材と電荷測定手段とを電気的に導通させ、電荷計測手段が検出した電荷である残留電荷の計測値に基づいて、構造物の残留変形計測箇所における残留変形を演算することができる、という利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である構造物残留変形計測システムの構成を示す図である。
【図２】図１に示す構造物残留変形計測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に示す構造物残留変形計測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に示す構造物残留変形計測システムにおける残留変形計測部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図５】図４に示す残留変形計測部における電荷検出部のさらに詳細な構成を示すブロック図である。
【図６】図４に示す残留変形計測部における作用を説明するグラフ図である。
【符号の説明】
１  外力応答部材
２  接続部材
４  残留変形計測部
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  電荷検出部
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
５１  コンデンサ
５２  電圧計
５３  電流計
５４〜５６  切換スイッチ
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  残留変形発生箇所
６３  記憶・出力装置
１０１  構造物残留変形計測システム
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  主鉄筋
３００  鉄道線路
Ｇ  地盤
Ｌ１〜Ｌ３  制御線
Ｌ４、Ｌ５  出力線
【図１】
2005017109.tif 000003
【図２】
2005017109.tif 000004
【図３】
2005017109.tif 000005
【図４】
2005017109.tif 000006
【図５】
2005017109.tif 000007
【図６】
2005017109.tif 000008