(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性材料からなり第１封入体が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１封入体と混合することにより電解質溶液を生成する第２封入体が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の第１挿入箇所に挿入された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の前記第１挿入箇所とは異なる第２挿入箇所に挿入された第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の導通を検出する電気導通検出手段を備え、
前記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、前記第２容器が破断して前記第２封入体が前記第１封入体内に漏出し、前記第２封入体と前記第１封入体が混合して電解質溶液が生成し、電気の導通が前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て前記電気導通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、
前記可撓性材料は、合成樹脂材料を含むこと
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項３】
請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記脆性材料は、ガラス、又は陶磁材料、若しくはセラミックス系材料を含むこと
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項４】
請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記第１封入体は液体状の第１物質であるとともに、前記第２封入体は液体状の第２物質であり、前記第１物質と前記第２物質の少なくとも一方に電解質物質が含まれること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項５】
請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記第１封入体は固体状の第３物質であるとともに、前記第２封入体は液体状の第４物質であり、前記第３物質は電解質物質を含み、かつ前記第４物質は水を含むこと
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項６】
請求項１記載の構造物外力検知装置において、
前記電気導通検出手段は、電流計又は電圧計若しくは電気抵抗計を有すること
を特徴とする構造物外力検知装置。
【請求項７】
可撓性材料からなり第１封入体が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１封入体と混合することにより電解質溶液を生成する第２封入体が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の第１挿入箇所に挿入された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の前記第１挿入箇所とは異なる第２挿入箇所に挿入された第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の導通を検出する電気導通検出手段を用い、
前記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、前記第２容器が破断して前記第２封入体が前記第１封入体内に漏出し、前記第２封入体と前記第１封入体が混合して電解質溶液が生成し、電気の導通が前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て前記電気導通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、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。
【０００４】
【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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
【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、
可撓性材料からなり第１封入体が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１封入体と混合することにより電解質溶液を生成する第２封入体が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の第１挿入箇所に挿入された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の前記第１挿入箇所とは異なる第２挿入箇所に挿入された第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の導通を検出する電気導通検出手段を備え、
前記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、前記第２容器が破断して前記第２封入体が前記第１封入体内に漏出し、前記第２封入体と前記第１封入体が混合して電解質溶液が生成し、電気の導通が前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て前記電気導通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。
【００１０】
上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記可撓性材料は、合成樹脂材料を含む。
【００１１】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記脆性材料は、ガラス、又は陶磁材料、若しくはセラミックス系材料を含む。
【００１２】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記第１封入体は液体状の第１物質であるとともに、前記第２封入体は液体状の第２物質であり、前記第１物質と前記第２物質の少なくとも一方に電解質物質が含まれる。
【００１３】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記第１封入体は固体状の第３物質であるとともに、前記第２封入体は液体状の第４物質であり、前記第３物質は電解質物質を含み、かつ前記第４物質は水を含む。
【００１４】
また、上記の構造物外力検知装置において、好ましくは、前記電気導通検出手段は、電流計又は電圧計若しくは電気抵抗計を有する。
【００１５】
また、本発明に係る構造物の外力検知方法は、
可撓性材料からなり第１封入体が封入された第１容器と、脆性材料からなり前記第１封入体と混合することにより電解質溶液を生成する第２封入体が封入され前記第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の第１挿入箇所に挿入された第１導体部材と、
導電体からなり一端が前記第１容器又は第２容器の内部の前記第１挿入箇所とは異なる第２挿入箇所に挿入された第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の導通を検出する電気導通検出手段を用い、
前記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、前記第２容器が破断して前記第２封入体が前記第１封入体内に漏出し、前記第２封入体と前記第１封入体が混合して電解質溶液が生成し、電気の導通が前記第１導体部材及び前記第２導体部材を経て前記電気導通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。
【００１６】
【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。
【００１７】
（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体のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【００１８】
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体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。
【００１９】
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。また、図２（Ｂ）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。リード線２２の一端は、外力応答体１に接続し、また、リード線２２の他端は、外力検出・送信部４に接続している。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、外力応答体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。
【００２０】
次に、上記した外力応答体１のさらに詳細な構成について、図２を参照しながら説明する。図２（Ａ）に示すように、外力応答体１は、第１容器１１と、第２容器１２と、第１液１３と、第２液１４を有して構成されている。
【００２１】
第１容器１１は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料（以下、「可撓性材料」という。）からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。また、第１容器１１の下端と上端は、それぞれ円板状の部材により閉塞されている。第１容器１１の略円筒状の外側部には、外側部を環状に取り巻く溝状の凹部１１ｅが複数形成されている。これらの複数の環状凹部１１ｅにより、場所打ちコンクリート杭２０３の内部に埋設される外力応答体１の表面部に凹凸が形成され、コンクリートに対する外力応答体１の付着性を向上させ、杭内の応力が外力応答体１に伝達される性能を向上させる効果を有している。なお、第１容器１１の上端となる円板には、後述するリード線２２を挿通するための挿通孔１１ａが開設されている。この第１容器１１の内部には、第１液１３が封入されるとともに、第２容器１２が収容されている。
【００２２】
ここに、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。
【００２３】
また、第２容器１２は、ガラス系材料や陶磁材料やセラミックス系材料などの脆性を有する材料（以下、「脆性材料」という。）からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。また、第２容器１２の下端と上端は、それぞれ円板状の部材により閉塞されている。この第２容器１２の内部には、第２液１４が封入されている。
【００２４】
ここに、ガラス系材料としては、いわゆるガラスのほか、ガラスを用いた複合材料を含む。また、陶磁材料としては、陶器、磁器のほか、これらを用いた複合材料を含む。また、セラミックス系材料としては、いわゆるセラミックスのほか、これらを用いた複合材料も含む。
【００２５】
また、第１容器１１の上端の円板に設けられた挿通孔１１ａには、環状の固定部材１５が嵌め込まれている。この固定部材１５は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する材料から形成されており、中央部に円柱状の開口部を有し、この開口部に後述するリード線２２が挿通されている。リード線２２の外径は、固定部材１５の開口部の内径よりもわずかに大きな値となっており、リード線２２を固定部材１５の開口部に押し込むことにより、固定部材１５の可撓性を利用してリード線２２が嵌め込まれ、リード線２２の導体露出端部２２ｃが第１容器１１内の第１液１３の中に差し込まれた状態となっている。
【００２６】
また、第１液１３としては、蒸留水が用いられている。また、第２液１４としては、塩（塩化ナトリウム：ＮａＣｌ）の水溶液が用いられている。
【００２７】
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。
【００２８】
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外力応答体１の第１容器１１は、可撓性材料により形成されているため、例えば、弓状に曲がるように変形する。一方、第１容器１１の内部に収容されている第２容器１２は、脆性材料で形成されているため、ある程度以上の変形には耐えられず、破断する。
【００２９】
この結果、第２容器１２の内部に収容されていた塩化ナトリウム水溶液からなる第２液１４が、蒸留水である第１液１３の中に漏出し、第１液１３と第２液１４の両者が互いに混合し、希釈塩化ナトリウム水溶液となる。
【００３０】
希釈塩化ナトリウム水溶液は、電解質溶液である。希釈塩化ナトリウム水溶液においては、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）が電離しており、溶媒である水の中に、正電荷を帯びた陽イオンであるナトリウムイオンＮａ+と、負電荷を帯びた陰イオンである塩素イオンＣｌ-が存在している。このため、希釈塩化ナトリウム水溶液は、電気伝導性を示す。
【００３１】
図２（Ｄ）に示すように、第１容器１１の内部に差し込まれたリード線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。
【００３２】
図３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。
【００３３】
図３（Ａ）に示すように、外力検出・送信部４は、きょう体４０と、電気導通検出器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。
【００３４】
電気導通検出器４１は、図３（Ｂ）に示すように、直流電源４１ａと電流計４１ｂを有しており、直流電源４１ａの陽極に第１導体部材２２ａが電気的に接続されている。また、直流電源４１ａの陰極に電流計４１ｂの一方の端子が電気的に接続され、電流計４１ｂの他方の端子に第２導体部材２２ｂが電気的に接続されている。
【００３５】
このような構成により、外力応答体１に外力が作用して第２容器１２が破断し、第１液１３と第２液１４の両者が互いに混合して希釈塩化ナトリウム水溶液となると、この希釈塩化ナトリウム水溶液は電気伝導性を示す。したがって、図２（Ｄ）あるいは図３（Ａ）において波線で示すように、第１導体部材２２ａが第１液中に露出している端部２２ａ１と、第２導体部材２２ｂが第１液中に露出している端部２２ｂ１の間に電流ｉが流れる。
【００３６】
この電流ｉは、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。電気導通検出器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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
上記のような構成により、ＣＰＵ４５は、電気導通検出器４１からの電気信号を検出すると、「電気伝導性を示した外力応答体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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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、外力応答体１は、特許請求の範囲における外力応答手段に相当している。また、第１液１３は、特許請求の範囲における第１封入体及び第１物質に相当し、第２液１４は、特許請求の範囲における第２封入体及び第２物質に相当している。また、外力検出・送信部４の電気導通検出器４１とＣＰＵ４５は、特許請求の範囲における電気導通検出手段に相当している。また、第１導体部材２２ａの露出端部２２ａ１は、特許請求の範囲における第１挿入箇所に相当し、第２導体部材２２ｂの露出端部２２ｂ１は、特許請求の範囲における第２挿入箇所に相当している。
【００５１】
なお、上記した第２容器１２の破断強度を調整して所定強度値に設定することにより、外力応答体１の発光が生じた場合には、ＣＰＵ４５が、「場所打ちコンクリート杭２０３の当該外力応答体設置箇所に所定外力値が付加された」と定量的に算定し、その旨を構造物管理部６に送信するように構成することもできる。
【００５２】
また、外力応答体１の配置状態を適宜に工夫することにより、例えば、杭２０３における鉛直方向の高さ位置が異なる複数の位置に外力応答体１を配置したり、杭の中心付近とその周囲の異なる位置に外力応答体１を配置することにより、杭２０３の内部の損傷状態から逆算することにより、ＣＰＵ４５が、杭２０３に作用した所定外力値を定量的に算定することも可能である。
【００５３】
（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４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の構成を示す図である。また、図５は、図４に示す構造物損傷検出システムにおける構造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【００５４】
図４（Ａ）に示すように、第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２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た構造物内挿入部材３と、この構造物内挿入部材３の内部に設置されている外力応答体１Ａ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。
【００５５】
この第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２が、第１実施形態の構造物損傷検出システム１０１と異なる点は、場所打ちコンクリート杭２０３のコンクリート内部に外部から構造物内挿入部材３が挿入され、この構造物内挿入部材３の内部に外力応答体１Ａが配置されている点である。したがって、第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２は、すでに構築されている場所打ちコンクリート杭２０３の内部に、後から外力応答体１Ａを設置する場合に好適である。なお、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の構成と作用については、第１実施形態の場合と同様であるので、その説明は省略する。
【００５６】
次に、第２実施形態の場合の、構造物内挿入部材３と、外力応答体１Ａの設置方法について、図４及び図５を参照しつつ詳細に説明する。
【００５７】
まず、削孔機等（図示せず）により、地上から場所打ちコンクリート杭２０３に向けて、削孔を行い、円柱状の挿入孔２０４を形成する。次に、挿入孔２０４の中に挿入管３１を挿入する。挿入管３１は、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する可撓性材料からなり、内部が中空状となった円筒形状に形成されている。これは、場所打ちコンクリート杭２０３に大きな外力が付加されても、挿入管３１を形成する材料の強度や剛性が大きいと、挿入管３１の内部の外力応答体１Ａに作用する力が減殺され、外力応答体１Ａ内部の第２容器１２が破断せず、第２液１４が第１液１３中へ漏出しない場合があるからである。
【００５８】
また、挿入管３１の外径は挿入孔２０４の内径よりもわずかに小さい値に設定されている。この場合、挿入孔２０４と挿入管３１とを接着剤等により接着すれば、挿入孔２０４と挿入管３１との間で「滑り」が生じることが防止され、場所打ちコンクリート杭２０３に加わった外力に応じた変形が支障なく挿入管３１に作用する。
【００５９】
次に、挿入管３１の内部における外力応答体１Ａの位置を所定箇所に設定するため、挿入管３１の内部の空洞部に、位置決め部材３２ａを挿入し、先端までの長さがあらかじめ計測された所定長さの棒状の定規部材等（図示せず）によって背後から押し込む等の方法で所定箇所まで挿入し、その後、接着剤等により挿入管３１の内部に固定する。位置決め部材３２ａは、挿入管３１の強度や剛性をあまり増加させない材料、例えば、発泡性合成樹脂材料などが用いられる。
【００６０】
次に、外力応答体１Ａを地上の外部から挿入管３１内に挿入し、棒状部材等（図示せず）により背後から押し込むことにより、あらかじめ位置決め部材３２ａが設置された箇所まで移動させる。その後、接着剤等により、外力応答体１Ａを挿入管３１の内部に固定する。次に、挿入管３１内の外力応答体１Ａの背後に、上記と同様にして、他の位置決め部材３２ｂを挿入する。この場合、外力応答体１Ａの外表面には、外力応答体１に設けられていたような環状凹部（１１ｅ）は設けられていない。これは、第２実施形態においては、外力応答体１Ａの外表面には、杭のコンクリートとの付着性は必要ないからである。なお、外力応答体１Ａの背後（地上に近い方）の位置決め部材３２ｂについては、後述するように、現存の外力応答体を引き抜いて新たな外力応答体と交換し、再度挿入する作業が予想されるため、接着剤等による挿入管３１への固定は行わない。これにより、外力応答体１Ａが挿入管３１の内部の所定箇所に位置決めされて設置される。
【００６１】
第２実施形態の構造物損傷検出システム１０２によれば、上記した第１実施形態の場合と同様の利点に加え、以下のような利点がある。
【００６２】
ｄ）すでに構築された構造物の内部に、外部（例えば地上）から外力応答体１Ａを設置し、その後に構造物に大きな外力（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。
【００６３】
ｅ）外力応答体１Ａが使用されて第１液と第２液の混合が済んでしまった場合や、外力応答体１Ａの設置後に外力が作用せずに長期間が経過し外力応答体１Ａ内の物質の性能劣化が予想される場合などに、外力応答体１Ａの新品との交換を容易に行うことが可能である。
【００６４】
なお、挿入管３１内の既存の外力応答体１Ａを新品と交換する時には、既存の外力応答体１Ａに取り付けられている接続部材２を引っ張って地上まで引き上げることになる。このため、接続部材２のうち、リード線２２の外側に配置される保護部材２１としては、アラミド樹脂（例えばケブラー繊維）等の引張り強度の高い材料を用いることが望ましい。また、図２（Ｃ）に示すように、接続部材２の保護部材２１の端部は、接着剤等の接合部材１６によって、外力応答体１Ａの固定部材１５と接合している。このため、この接合部材１６も、引張り強度の高い材料を用いることが望ましい。
【００６５】
また、挿入管３１の内部の空洞は、外力、変形、挿入管自体の経年変化等により、当初の大きさよりも縮小する可能性がある。このように、挿入管３１の内部の空洞が縮小すると、接続部材２の保護部材２１を引っ張っても、外力応答体１Ａを外部に引き出すことができなくなるおそれがある。このため、図５に示すように、挿入管３１の内部空洞に、内部空洞保持部材３３を挿入し、内部空洞のつぶれを防止する。
【００６６】
内部空洞保持部材３３の材料としては、プラスチックス系材料やゴム系材料などの可撓性を有する可撓性材料が望ましい。また、挿入管３１内の既存の外力応答体１Ａを新品と交換する時には、まず内部空洞保持部材３３を引き出す必要があるから、内部空洞保持部材３３と挿入管３１との間の摩擦は小さいことが望ましい。このため、挿入管３１と内部空洞保持部材３３との間には、油脂やグリース等の潤滑材を配置するとよい。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
例えば、上記各実施形態においては、第１封入体として蒸留水を用い、第２封入体として塩化ナトリウム水溶液を用いる例について説明したが、本発明はこれには限定されず、他の構成、例えば、第１封入体と第２封入体を逆にしてもよい。
【００７０】
また、第１封入体と第２封入体の組み合わせは、他の物質の組み合わせによっても可能である。要は、第２容器が破断して第２封入体が第１封入体内に漏出して両者が混合した際に電解質溶液が生成すればよいのである。したがって、例えば、第１封入体が水（蒸留水、純水等）で、第２封入体が電解質の固体又は電解質溶液となる組み合わせが挙げられる。
【００７１】
また、第１封入体が電解質の固体で、第２封入体が水（蒸留水、純水等）又は電解質水溶液となる組み合わせも可能である。この場合、第１封入体は、特許請求の範囲における第３物質に相当し、第２封入体は、特許請求の範囲における第４物質に相当している。電解質としては、硫酸等の酸、水酸化ナトリウム等のアルカリ物質、酸とアルカリとの反応によって生じる塩、その他の化合物等が含まれる。
【００７２】
また、第１容器、第２容器の形状は、上記した円筒形状には限定されず、他の形状、例えば、楕円断面の筒状、多角形断面の筒状などであってもよい。また、第１容器の外表面に形成される凹凸の形状は、環状凹部以外に、環状凸部、螺旋状の凸部又は凹部、多数のイボ状の凸部、多数の穴状の凹部等であってもよい。
【００７３】
また、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）においては、第１導体部材２２ａが第１液中に露出している端部２２ａ１（特許請求の範囲における第１挿入箇所）と、第２導体部材２２ｂが第１液中に露出している端部２２ｂ１（特許請求の範囲における第２挿入箇所）の位置に段差があるように図示されているが、本発明はこの例には限定されず、他の構成、例えば、露出端部２２ａ１と２２ｂ１の間に段差のないような構成（例えば、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）において両者がともに同じ水平位置となるような配置）であってもよい。
【００７４】
また、第１導体部材と第２導体部材を外力応答体に挿入する第１挿入箇所と第２挿入箇所の構成は、図２（Ｃ）及び図２（Ｄ）に図示した構成に限定されず、他の構成でもよい。要は、第２容器の破断前の状態では、第１導体部材と第２導体部材の間に電解質溶液が存在せず、第２容器の破断後の状態では、第１導体部材と第２導体部材の間に電解質溶液が満たされるように構成されればよい。したがって、第１導体部材の露出端部は、第１容器の内部に挿入されてもよいし、第２容器の内部に挿入されてもよい。また、第２導体部材の露出端部は、第１容器の内部に挿入されてもよいし、第２容器の内部に挿入されてもよい。したがって、第１導体部材の露出端部が第１容器の内部に挿入され、第２導体部材の露出端部が第２容器の内部に挿入されるように構成してもよい。このような構成の場合には、第１封入体と第２封入体のいずれもが電解質溶液であってもよい。これは、第２容器の電気的絶縁を十分に行っておけば、第２容器が破断する前には、第１導体部材と第２導体部材の間には電流は流れないからである。
【００７５】
また、第１容器の可撓性の程度、第２容器の脆性の程度は、適宜に設定可能である。これらの値をどのように設定するかにより、検出しようとする構造物の外力、損傷の程度を調整することができる。また、第２容器の外径を第１容器の内径よりもわずかに小さく設定しておけば、小さい外力でも容易に第２容器を破断させることができる。
【００７６】
また、外力を検出する対象である構造物は、杭に限定されず、他の基礎構造物であってもよい。あるいは基礎構造物以外の構造物であってもよい。
【００７７】
また、外力応答手段である外力応答体の配置位置、配置状態は、上記した第１実施形態の例、すなわち外力応答体の長手方向が鉛直上下方向に平行となる状態、あるいは、第２実施形態の例、すなわち外力応答体の長手方向が鉛直上下方向に対して傾斜した状態には限定されない。その他の状態、例えば、外力応答体の長手方向が水平方向に平行となる状態、あるいは外力応答体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。
【００７８】
また、電気導通検出手段としては、上記した電流計のかわりに、電圧計、あるいは電気抵抗計を用いてもよい。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、可撓性材料からなり第１封入体が封入された第１容器と、脆性材料からなり第１封入体と混合して電解質溶液を生成する第２封入体が封入され第１容器に収容される第２容器を有し、構造物の外力検知箇所に配置される外力応答手段と、導電体からなり一端が第１容器又は第２容器の内部の第１挿入箇所に挿入された第１導体部材と、導電体からなり一端が第１容器又は第２容器の内部の第１挿入箇所とは異なる第２挿入箇所に挿入された第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の導通を検出する電気導通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、第２容器が破断して第２封入体が第１封入体内に漏出し、第２封入体と第１封入体が混合して電解質溶液が生成し、電気の導通が第１導体部材及び第２導体部材を経て電気導通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容易に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体のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【図３】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４】本発明の第２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５】図４に示す構造物損傷検出システムにおける構造物内挿入部材のさらに詳細な構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１、１Ａ  外力応答体
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
１１  第１容器
１１ａ  挿通孔
１１ｅ  環状凹部
１２  第２容器
１３  第１液
１４  第２液
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  導体露出端部
２２ｂ  第２導体部材
２２ｂ１  導体露出端部
２２ｃ  絶縁部材
３１  挿入管
３２ａ、３２ｂ  位置決め部材
３３  内部空洞保持部材
４０  きょう体
４１  電気導通検出器
４１ａ  直流電源
４１ｂ  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、１０２  構造物損傷検出システム
２００  高架橋
２０１  柱
２０２  フーチング
２０３  場所打ちコンクリート杭
２０４  挿入孔
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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