(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に成形され、測定する鉄筋コンクリート構造物の鉄筋をその中空部に挿嵌する中空部材と、前記中空部材の内側周囲に巻回した２次コイルと、前記中空部材の外側周囲に巻回した１次コイルと、前記鉄筋の温度を検出する温度計とを備えた応力測定センサを用いて、鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力を測定するシステムであって、
前記応力測定センサを前記測定する鉄筋に設置する前に、前記測定する鉄筋と同種のキャリブレーション用鉄筋を前記応力測定センサに挿嵌し、前記１次コイルにパルス電流を加えることで前記２次コイルを介して得られた誘導電流値と、前記温度計で検出した温度とを用いてキャリブレーションし変換式を求める変換式算出手段と、
前記測定する鉄筋に設置された前記応力測定センサを用いて、前記１次コイルに加えられたパルス電流により前記２次コイルを介して誘導電流値を検出すると共に、前記温度計で温度を検出する検出手段と、
前記検出された誘導電流値及び温度を前記変換式を用いて演算することで前記鉄筋の現有応力を求める応力演算手段と、
を有することを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システム。
【請求項２】
既設の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋に前記応力測定センサを設置する際には、測定対象となる前記鉄筋の周囲のコンクリート部分をはつり出す手順と、前記応力測定センサを前記測定する鉄筋に設置する手順と、前記はつり出し位置にコンクリートを埋めて前記既設の鉄筋コンクリート構造物を復旧する手順とを有する請求項１に記載の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システム。
【請求項３】
前記中空部材は、２つ割りにした筒形状である請求項１又は２に記載の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システム。
【請求項４】
前記変換式は、前記誘導電流から得られる透磁率と前記測定する鉄筋の温度と前記鉄筋にかかる応力との関係式である請求項１〜３のいずれかに記載の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋の現有応力を測定するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート柱部分（鉄筋コンクリート構造物）１には、図１３に示すように、各階毎に設置される鉄筋コンクリート造梁４が接続されている。この鉄筋コンクリート造梁４は、引張応力に対向できるように常法に従って鉄筋５，６を配筋し、次いで型枠を設置してその内部にコンクリートを打設して形成されている。なお、鉄筋コンクリート造梁４で配筋される鉄筋５，６は、一般的に、その長手方向に配置される複数の梁主筋５とこれらの梁主筋５を内包するように横断方向に配筋された複数のせん断補強筋（スターラップ）６とを密かに組んで構成されている。
【０００３】
ところで、既設の鉄筋コンクリート構造物の劣化度合を鉄筋の応力を検査することで把握することが行われている。従来の応力測定方法として、例えば、測定箇所のコンクリート部分をはつり、露出した鉄筋を部分的にヤスリ等で平滑に削り、歪みゲージを設置した後、発生した歪みを測定して応力を求めていた。
【０００４】
また、従来鉄筋応力を測定する鉄筋計が知られており、この従来の鉄筋計は、図１３に示すように、鉄筋計７の両端を鉄筋５に溶接し、新設の鉄筋コンクリート構造物の施工の際に、埋め込んでおき、適宜応力を検出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の応力測定方法において、歪みゲージを用いる方法では、鉄筋を部分的にヤスリ等で平滑に削らねばならず、鉄筋を傷つけ鉄筋の強度を弱めてしまうといった問題があった。
【０００６】
一方、鉄筋計を用いる方法では、鉄筋を切断して鉄筋計を設置する必要があり、新設の鉄筋コンクリート構造物に用いることができても、既設の鉄筋コンクリート構造物には用いることができない。また、予め埋め込まれた鉄筋計が故障した場合、鉄筋を切断しなければならず、結果的に交換できない。
【０００７】
また、既設コンクリート構造物において、歪みゲージを用いて鉄筋応力を測定する場合、その測定値は、ゲージ設置後の増分であり、現有応力を測定することはできないという問題がある。
【０００８】
更に、従来の鉄筋計は高価であり、鉄筋を切断して鉄筋計を設置する施工方法も手間がかかることから、コストアップになる。
【０００９】
以上から本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、既設、新設を問わず、鉄筋に損傷を与えることなく、安価で容易に鉄筋の応力を測定できる鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システムを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、本発明の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システムは、筒状に成形され、測定する鉄筋コンクリート構造物の鉄筋をその中空部に挿嵌する中空部材と、前記中空部材の内側周囲に巻回した２次コイルと、前記中空部材の外側周囲に巻回した１次コイルと、前記鉄筋の温度を検出する温度計とを備えた応力測定センサを用いて、鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力を測定するシステムであって、前記応力測定センサを前記測定する鉄筋に設置する前に、前記測定する鉄筋と同種のキャリブレーション用鉄筋を前記応力測定センサに挿嵌し、前記１次コイルにパルス電流を加えることで前記２次コイルを介して得られた誘導電流値と、前記温度計で検出した温度とを用いてキャリブレーションし変換式を求める変換式算出手段と、前記測定する鉄筋に設置された前記応力測定センサを用いて、前記１次コイルに加えられたパルス電流により前記２次コイルを介して誘導電流値を検出すると共に、前記温度計で温度を検出する検出手段と、前記検出された誘導電流値及び温度を前記変換式を用いて演算することで前記鉄筋の現有応力を求める応力演算手段と、を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成において、応力測定センサは、設置する際、鉄筋を部分的にヤスリ等で平滑に削ったり、鉄筋を切断する必要がない。また、その設置も、鉄筋に挿嵌した中空部材の内側及び外側にコイルを巻回するだけである。従って、本発明はセンサ設置の際に鉄筋の強度を弱めてしまうことはない。また、センサの構造は簡単で安価なので、既設、新設を問わず、設置作業や交換作業も容易である。
【００１２】
〈本発明における付加的構成〉
本発明に係る鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システムは、前述した必須の構成要素からなるが、その構成要素に更に以下のような構成を付加した場合であっても成立する。
【００１３】
すなわち、本発明において、既設の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋に前記応力測定センサを設置する際には、測定対象となる前記鉄筋の周囲のコンクリート部分をはつり出す手順と、前記応力測定センサを前記測定する鉄筋に設置する手順と、前記はつり出し位置にコンクリートを埋めて前記既設の鉄筋コンクリート構造物を復旧する手順とを有するものも含まれる。
【００１４】
この構成によれば、既設の鉄筋コンクリート構造物に鉄筋を傷つけることなく応力測定センサを設置することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記中空部材は、２つ割りにした筒形状である構成のものも含まれる。この構成によれば、応力測定センサを設置する施工が一層容易になる。
【００１６】
更に、本発明において、前記変換式は、前記誘導電流から得られる透磁率と前記測定する鉄筋の温度と前記鉄筋にかかる応力との関係式である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態にかかる鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システムを図面に基づき説明する。
【００１８】
［応力測定センサの説明］
まず、本発明の一実施の形態にかかる応力測定センサを説明する。
応力測定センサ１１は、図６及び図７に示すように、測定する鉄筋（例えば、鉄筋コンクリート造梁４の梁主筋）５をその中空部に挿嵌する中空部材１２と、中空部材１２の内側周囲に巻回した２次コイル１３と、中空部材１２の外側周囲に巻回した１次コイル１４と、鉄筋５の温度を測定する温度計１５とを備えている。
【００１９】
中空部材１２は、図７において円筒形状のものとして説明しているが、円筒形に限定されるものではなく、筒状のものであればよい。また、中空部材１２は、当初、２つ割りのものを用いて、鉄筋５を挿嵌状に成形する。なお、中空部材１２は、長期耐久性を有する材質のものが好ましく、例えばポリウレタン系樹脂を固めて成形する。
【００２０】
一次コイル１４は、パルス電流を印加する入力部１６と信号線を介して接続している。この入力部１６はパルス電流を供給する電源部１９と接続している。
【００２１】
また、二次コイル１３は、印加された一次コイル１４のパルス電流より得られた誘導電流値を出力する出力部１８と信号線を介して接続している。この出力部１８は演算部２０と接続している。
【００２２】
更に、温度計１５は、例えばサーミスタ温度計であり、検出温度を出力する出力部１７と接続している。この出力部１７は演算部２０と接続している。
【００２３】
演算部２０は、コンピュータ構成の装置であり、出力部１７，１８からの誘導電流値及び検出温度である検出値を用いてキャリブレーションのための変換式を求める（変換式算出手段）と共に、変換式を用いて出力部１７，１８からの誘導電流値及び検出温度を演算し、鉄筋５の現有応力を求める（応力演算手段）。
【００２４】
なお、演算部２０は、記録部２１を有している。この記録部２１は、前記変換式算出手段にてキャリブレーション用鉄筋毎に求められた変換式を記憶する変換式記憶領域２１ａと、前記応力演算手段にて鉄筋毎に求められた応力を記録する応力記憶領域２１ｂを有している。
【００２５】
また、この応力測定センサ１１は、鉄筋等鋼材の透磁率が応力の変化に敏感であることを利用したElasto-Magnetic（ＥＭ）センサである。
【００２６】
［応力測定センサ設置手順の説明］
次に、本発明の応力測定センサ設置手順を図１に基づき説明する。なお、既設のコンクリート構造物内の鉄筋に応力測定センサを設置する場合で説明する。
【００２７】
まず、既設のコンクリート構造物の測定位置を選定する（ステップ１０１）。次に、測定位置において鉄筋探査機等を用いて構造物内の鉄筋の位置を確認する（ステップ１０２）。この確認作業は、図２に示すように、２方向（例えば、平面方向及び正面方向）より行う。この鉄筋の位置確認によりはつり位置が決定される。
【００２８】
はつり出し作業（ステップ１０３）は、図３に示すように、鉄筋５を避けて４箇所の小径穴８ａ〜８ｄを穿設すると共に、格子形に４本のカッター溝９ａ〜９ｄを明けてからはつり出しを行い（図４及び図５のはつり箇所１０参照）、測定する鉄筋５を露出する。
【００２９】
次に、はつり出し作業（ステップ１０３）と並行して、測定する鉄筋の形状寸法と設置状況を考慮して応力測定センサ１１を設計し（ステップ２０１）、材料を調達し（ステップ２０２）、作成する（ステップ２０３）。また、この作業と並行してキャリブレーション用の同種の鉄筋を準備する（ステップ１０４）。なお、この時点での応力測定センサ１１作成は、キャリブレーション用の仮作成である。
【００３０】
［キャリブレーションの説明］
次に、この実施の形態のキャリブレーションの作業（ステップ２０４）を説明する。
【００３１】
応力測定センサ１１のキャリブレーション作業は、センサ固有係数の検定（ステップ２１１）、ワーキング・ポイントの策定（ステップ２１２）、応力と透磁率の関係係数の検定（ステップ２１３）、温度と透磁率の関係係数の検定（ステップ２１４）、の順で行われる。
【００３２】
センサ固有係数の検定（ステップ２１１）は、作成された応力測定センサ１１の予電圧に対する出力特性を検定するものである。このステップにおいて、応力測定センサ１１を無磁界環境とし、１次コイル１４に電圧を与え、その時の２次コイル１３の出力データ（誘導電流値）を測定する。そして、この時の電圧値（ΔＶ）と誘導電流値の関係により、応力測定センサ１１の出力係数を決定する。
【００３３】
ワーキング・ポイントの策定（ステップ２１２）は、測定素線（即ち、測定する鉄筋と同一種類で荷重も一定である鉄筋）の磁界発生時における出力特性が最適となる測定ポイント（範囲）を調査する。このステップにおいて、測定ポイント（範囲）を変化させた時の透磁率を測定する。次に、測定ポイント（範囲）をずらして測定を繰り返す。図９は、ステップ２１２の手順により得られて測定値を縦軸：透磁率、横軸：出力電圧のグラフに表したものである。図９において、電圧が低い位置では透磁率の変化率が大きく、電圧が高い位置では透磁率の変化率が小さいことがわかる。そこで、出力特性が最適となるワーキング・ポイントを電圧が高くも低くもない中間位置Ｍに決定する。
【００３４】
応力と透磁率の関係係数の検定（ステップ２１３）は、恒温状況下（温度一定）での応力（与荷重）と出力値（透磁率）を測定することで測定素線（鉄筋）の特性を検出する。このステップにおいて、一定段階毎に荷重を与え、出力値（透磁率）を計測する。また、恒温状態を変えて（例えば、−４０°Ｃ、−２０°Ｃ、０°Ｃ、２０°Ｃ、４０°Ｃ毎に）各温度毎に荷重と出力値の関係を計測する。図１０は、ステップ２１３の手順により得られて測定値を縦軸：透磁率、横軸：応力のグラフに表したものである。そして、これら出力関係（図１０のグラフ）より応力と透磁率の関係係数を決定する。
【００３５】
温度と透磁率の関係係数の検定（ステップ２１４）は、応力一定下での温度と出力値（透磁率）を測定することで、測定素線の特性を検出する。このステップにおいて、一定段階毎に温度を変化させて、出力値（透磁率）を計測する。また、応力状態を変えて、温度変化に対する出力値の関係を計測する。図１１は、ステップ２１４の手順により得られて測定値を縦軸：透磁率、横軸：温度のグラフに表したものである。そして、これら出力関係（図１１のグラフ）より温度と透磁率の関係係数を決定する。
【００３６】
図１２は図１０の測定値のグラフと図１１の測定値のグラフを合わせて立体的に表したものであり、図１２により透磁率（Ｈ）と温度（Ｔ）と引張応力（σ）との関係が明らかとなる。そして、この透磁率（Ｈ）と温度（Ｔ）と引張応力（σ）との関係は、
μ（σ，Ｔc，Ｈ）＝μ（０，０）＋ｇ（σ，Ｔc）
例えば、近似式として
μ（σ，Ｔc，Ｈ）＝μ（０，０）＋ｍ1σ＋ｍ2σ2＋α1Ｔc
なお、μ（０，０）、ｍ1、ｍ2、α1は定数である。
で表すことができる。従って、キャリブレーションの作業は測定素線（鉄筋）毎の定数を求めることで、変換式
σ＝ｆ（μ，Ｔc）
を得ることができる（変換式算出手段：図８のステップ２０５参照）。
【００３７】
次に、図１において、ステップ２０３にて仮作成した応力測定センサ１１を測定する鉄筋５に設置し（ステップ１０５）、応力測定センサ１１の信号線を養生する（ステップ１０６）。そして、応力測定センサ１１の動作確認作業（ステップ１０７）を行う。即ち、応力測定センサ１１が正常に作動し、演算部２０により前述の変換式に基づく応力演算ができるか否かチェックする。
【００３８】
この動作確認作業では、図８に示すように、鉄筋５の温度計１５にて測定し（ステップ４０１）、検出値（温度）を記録部２１に記録する（ステップ４０２）。また、１次コイル１４にパルス電流を加えて（ステップ５０１）、２次コイル１３を介して誘導電流を求め記録部２１に記憶する（ステップ５０２）。
【００３９】
次に、求めた誘導電流から、演算部２０は磁束、磁束密度を求めて（ステップ５０３）、透磁率を演算する（ステップ５０４）。
【００４０】
そして、演算部２０はステップ４０２で記録した温度とステップ５０４で求めた透磁率を前述の変換式に代入して演算処理し（ステップ５０５）、応力を算出する（ステップ５０６）。
【００４１】
以上、動作確認作業が終了すれば、はつり出し位置にコンクリートを打って復旧作業を行い（ステップ１０８）、応力測定センサ１１の設置を完了する（ステップ１０９）。
【００４２】
上述の実施の形態では、既設のコンクリート構造物内の鉄筋に応力測定センサを設置する場合で説明したが、新設のコンクリート構造物内の鉄筋に応力測定センサを設置する場合も同様である。すなわち、新設の場合は、図１におけるステップ１０２（計測対象物探査）とステップ１０３（はつり出し作業）が不要となり、次ぎのステップ１０４からステップ１０９までの手順に基づき行われる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、応力測定センサは、設置する際、鉄筋を部分的にヤスリ等で平滑に削ったり、鉄筋を切断する必要がない。また、その設置も、鉄筋に挿嵌した中空部材の内側及び外側にコイルを巻回するだけである。従って、本発明はセンサ設置の際に鉄筋の強度を弱めてしまうことはない。また、センサの構造は簡単で安価なので、既設、新設を問わず、設置作業や交換作業も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定システムの測定手順を示すフローチャートである。
【図２】鉄筋コンクリート造梁のはつり位置の示す、斜視図である。
【図３】鉄筋コンクリート造梁のはつり位置の平面図である。
【図４】鉄筋コンクリート造梁のはつり後の平面図である。
【図５】鉄筋コンクリート造梁のはつり後の正面図である。
【図６】本発明に係る鉄筋現有応力測定システムのブロック図である。
【図７】鉄筋に装着した応力測定センサの外形図であり、図７（ａ）は正面断面図を示し、図７（ｂ）は側面一部断面図を示す。
【図８】応力測定センサを用いた測定手順のフローチャートである。
【図９】磁気特性図であり、透磁率と出力電圧との関係を示す。
【図１０】磁気特性図であり、透磁率と応力との関係を示す。
【図１１】磁気特性図であり、透磁率と温度との関係を示す。
【図１２】磁気特性図であり、透磁率Ｈと温度Ｔと引張応力σとの関係を示す。
【図１３】従来の鉄筋コンクリート構造物の鉄筋現有応力測定方法の説明図である。
【符号の説明】
１…柱部分
４…鉄筋コンクリート造梁
５…梁主筋
６…スターラップ
１１…応力測定センサ
１２…中空部材
１３…２次コイル
１４…１次コイル
１５…温度計
２０…演算部
【図１】
0003942463.tif 000002
【図２】
0003942463.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003942463.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003942463.tif 000007
【図７】
0003942463.tif 000008
【図８】
0003942463.tif 000009
【図９】
0003942463.tif 000010
【図１０】
0003942463.tif 000011
【図１１】
0003942463.tif 000012
【図１２】
0003942463.tif 000013
【図１３】
0003942463.tif 000014