(57)【要約】【課題】変位センサの設置スペース上の制約を緩和することができる簡便な変形量計測装置および変形量を計測する方法を提供する。【解決手段】構造物の一方側としての下部間柱１６ｂの上端に、水平面に対して角度θだけ傾斜する傾斜部３０を設け、構造物の他方側としての上部間柱１６ａの下端に変位センサ４０のケース３２を設ける。ケース３２内には鉛直方向に滑動可能なロッド３４を内挿するとともに、このロッド３４の下端に設けられるボール部３６を傾斜部３０に常時当接するように配置する。この構成において、構造物に地震等の外力が作用した際に上部間柱１６ａが水平方向に変位すると、ボール部３６は傾斜部３０に沿って移動し、ロッド３４の鉛直方向変位が変位センサ４０によって検知される。水平方向変位は、検知された鉛直方向変位を角度θの正接値で除算することにより求められる。【選択図】図２
2009175075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の一方側に対して他方側が所定の検知方向に沿って変形した場合の変形量を計測する変形量計測装置であって、
前記検知方向に対して傾斜する態様で前記構造物の一方側に設けた傾斜部と、
先端部が前記傾斜部に常時接し、かつ前記傾斜部に対して構造物の他方側が前記検知方向に沿って変形した場合に変位する態様で前記構造物の他方側に移動可能に配設した可動部と、
前記可動部の変位を検知する変位センサと
を備えることを特徴とする変形量計測装置。
【請求項２】
前記変位センサで検知された前記可動部の変位量の値と、前記傾斜部の傾斜角とに基づいて前記構造物の前記検知方向における変形量を演算する演算処理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の変形量計測装置。
【請求項３】
前記可動部は、前記検知方向に対して直角となる方向に沿って配置したものであり、
前記演算処理部は、前記変位センサで検知された前記可動部の変位量を前記傾斜部における傾斜角の正接値で除算し、この除算結果を前記構造物の前記検知方向における変形量として出力することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の変形量計測装置。
【請求項４】
前記可動部の先端には、回転しながら前記傾斜部の傾斜方向に沿って移動可能なボール部が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の変形量計測装置。
【請求項５】
前記可動部を前記傾斜部に押し付けるように付勢する付勢手段を含むことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の変形量計測装置。
【請求項６】
前記傾斜部は円錐状の凹面からなり、前記可動部は前記凹面に当接するように配置されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の変形量計測装置。
【請求項７】
前記検知方向は水平方向であり、前記可動部は鉛直方向に変位可能に配設されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の変形量計測装置。
【請求項８】
構造物の一方側に対して他方側が所定の検知方向に沿って変形した場合の変形量を計測する方法であって、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の変形量計測装置を用いて、前記変位センサで検知された前記可動部の変位量の値と、前記傾斜部の傾斜角とに基づいて前記構造物の前記検知方向における変形量を得ることを特徴とする変形量を計測する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土木・建築構造物において生じる経年劣化による変形や地震・強風等の外力の作用による変形を観測する装置および方法に関し、特に構造物の所定方向の変形量を計測する変形量計測装置および変形量を計測する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、土木・建築構造物において経年劣化や地震・強風等の外力が作用した場合における構造物の健全性を判断するために、外力等によって構造物が変形した場合における変位を観測する変位センサを用いた変形量計測装置あるいは変形量計測方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に示される計測装置あるいは方法に用いられる変位センサは、計測対象の構造物の変位に応じて一方向に直線的に滑動するロッドを備えており、滑動したロッドの位置に基づいてその方向における構造物の変位（変形量）を計測するようになっている。
【０００４】
このような計測装置あるいは方法を適用して、例えばビルディング等の建物に地震等の外力が作用する際における上階と下階のズレによる層間変形を計測する場合について、図７を参照しながら説明する。
【０００５】
図７に示すように、柱１０ａ、１０ｂおよび梁１２ａ、１２ｂによって構成される架構構造物Ｓ内において、上下階の梁１２ａ、１２ｂの中央部間に間柱１６が設けられる。間柱１６は、上階の梁１２ａに上端部が連結された上部間柱１６ａと、下階の梁１２ｂに下端部が連結された下部間柱１６ｂとから構成される。下部間柱１６ｂの上端には水平板状の計測治具２０が取り付けられ、計測治具２０上には変位センサ２２のケース２４が設置される。ケース２４にはＬ字状のロッド１８の水平部１８ｂが水平方向に滑動可能に挿入される一方、ロッド１８の鉛直部１８ａが上部間柱１６ａの下端に固定される。このようなロッド１８を有する変位センサ２２が、例えば水平面内で互いに直交する二方向の変位を計測できるように間柱１６の２箇所に設置される。
【０００６】
この構成において、構造物に地震等の外力が作用すると、ロッド１８が上部間柱１６ａと共に動き、水平部１８ｂの移動量が変位センサ２２によって変位として計測される。これにより上部間柱１６ａと下部間柱１６ｂとの水平方向の相対変形量およびその最大変形量が観測される。なお、図７においては、左右方向の変位を測定するための変位センサ２２のみを図示しており、紙面に垂直な奥行き方向の変位を測定するための変位センサについては図示を省略している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２０７８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記の従来の変形量計測装置あるいは方法では、変位を計測する方向とロッドの水平部１８ｂの滑動方向とを一致させるように変位センサ２２を間柱１６あるいは構造物Ｓに設置する必要がある。このため、ロッドの滑動範囲を考慮して構造物側には水平方向に長いスペースを確保しなければならなくなる。しかし、実際の構造物には設置するスペースに限りがあって制約を受けることが多く、構造物側における設置スペースが不足する場合には、例えば変位センサを設置するための専用の治具を構造物に新たに設ける必要が生じ、手間とコストがかかる。このように、上記の従来の変形量計測装置あるいは方法では、設置スペース上の制約を受けることによって、構造物側における所望の場所に変位センサを設置することが困難になる場合があった。
【０００９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、変位センサの設置スペース上の制約を緩和することができる簡便な変形量計測装置および変形量を計測する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る変形量計測装置は、構造物の一方側に対して他方側が所定の検知方向に沿って変形した場合の変形量を計測する変形量計測装置であって、前記検知方向に対して傾斜する態様で前記構造物の一方側に設けた傾斜部と、先端部が前記傾斜部に常時接し、かつ前記傾斜部に対して構造物の他方側が前記検知方向に沿って変形した場合に変位する態様で前記構造物の他方側に移動可能に配設した可動部と、前記可動部の変位を検知する変位センサとを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項２に係る変形量計測装置は、上述した請求項１において、前記変位センサで検知された前記可動部の変位量の値と、前記傾斜部の傾斜角とに基づいて前記構造物の前記検知方向における変形量を演算する演算処理部をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項３に係る変形量計測装置は、上述した請求項１または請求項２において、前記可動部は、前記検知方向に対して直角となる方向に沿って配置したものであり、前記演算処理部は、前記変位センサで検知された前記可動部の変位量を前記傾斜部における傾斜角の正接値で除算し、この除算結果を前記構造物の前記検知方向における変形量として出力することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項４に係る変形量計測装置は、上述した請求項１から請求項３のいずれか一つにおいて、前記可動部の先端には、回転しながら前記傾斜部の傾斜方向に沿って移動可能なボール部が設けられることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項５に係る変形量計測装置は、上述した請求項１から請求項４のいずれか一つにおいて、前記可動部を前記傾斜部に押し付けるように付勢する付勢手段を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項６に係る変形量計測装置は、上述した請求項１から請求項５のいずれか一つにおいて、前記傾斜部は円錐状の凹面からなり、前記可動部は前記凹面に当接するように配置されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項７に係る変形量計測装置は、上述した請求項１から請求項６のいずれか一つにおいて、前記検知方向は水平方向であり、前記可動部は鉛直方向に変位可能に配設されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項８に係る変形量を計測する方法は、構造物の一方側に対して他方側が所定の検知方向に沿って変形した場合の変形量を計測する方法であって、請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の変形量計測装置を用いて、前記変位センサで検知された前記可動部の変位量の値と、前記傾斜部の傾斜角とに基づいて前記構造物の前記検知方向における変形量を得ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、構造物における所定の検知方向の変位を、構造物の一方側に設けた傾斜部と、構造物の他方側に移動可能に配設した可動部とによって所望の方向の変位に変換できる。このため、変位センサを構造物に設置する場合に、変位を計測する方向と可動部の変位方向とを必ずしも一致させる必要はない。したがって、変位センサの設置スペース上の制約を緩和することができ、変位センサを例えば建物の壁面内などの構造物内の狭い空間に設置することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る変形量計測装置および変形量を計測する方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る変形量計測装置の実施形態の一例を示す概略側面図であり、図２は、図１の要部拡大図である。図３は、変位センサの実施形態の一例を示す概略平面図であり、図４は、変位センサの概略側面図である。
【００２０】
図１に示すように、本発明に係る変形量計測装置１００は、柱１０ａ、１０ｂおよび梁１２ａ、１２ｂによって構成される架構構造物Ｓの水平方向の変位を計測するために、上階の梁１２ａ、下階の梁１２ｂの中央部間の間柱１６に設けられる。間柱１６は、下階の梁１２ｂに下端部が連結された構造物の一方側としての下部間柱１６ｂと、上階の梁１２ａに上端部が連結された構造物の他方側としての上部間柱１６ａとから構成されており、下部間柱１６ｂの上端は上部間柱１６ａの下端と対向している。
【００２１】
図２の要部拡大図に示すように、下部間柱１６ｂの上端には、水平面に対して角度θで傾斜する傾斜部３０が設けられる。一方、上部間柱１６ａの下端には変位センサ４０の箱状のケース３２が固定される。ケース３２には、可動部としてのロッド３４が鉛直方向に移動可能に内挿されている。ロッド３４は鉛直方向に延びた棒状の部材として構成されており、その下端には回動自在なボール部３６が設けられ、ボール部３６は傾斜部３０の傾斜に当接するように配置される。
【００２２】
また、ロッド３４の上端とケース３２内上端面３８との間の空隙にはコイルばね４２が介装されており、ロッド３４の上端とケース３２内上端面３８とを互いに離間する向きに弾発付勢することで、ロッド３４下端のボール部３６を傾斜部３０に押し付けるように作用している。
【００２３】
変位センサ４０のロッド３４は、図３および図４に示すように、ケース３２内に設置されたロッド支持部４４、４４によって軸支され、軸方向（図３中における正負方向）に滑動できるようになっている。ロッド３４の中間部には、直方体状の可動部材４６が装着されており、ロッド３４の動きに合わせて、ケース３２内に設置された板状の摩擦部材４８上を可動部材４６が正負方向（鉛直上下方向）に摺動するようにされている。
【００２４】
また、摩擦部材４８上には、可動部材４６を挟んで板状の第一受動部材５０と第二受動部材５２とが設置される。第一受動部材５０と第二受動部材５２は、可動部材４６に押されてケース３２内に固定されたガイドレール５４、５４に沿って摩擦部材４８上を正負方向（鉛直上下方向）に摺動するようになっている。なお、可動部材４６と第一受動部材５０と第二受動部材５２の摺動面には、摺動時の摩擦抵抗を大きくするため突設部４６ｂ、５０ｂおよび５２ｂが設けられており、可動部材４６、第一受動部材５０および第二受動部材５２は、突設部４６ｂ、５０ｂおよび５２ｂを介して、摩擦部材４８とそれぞれ接触している。また、第一受動部材５０および第二受動部材５２が可動部材４６と当接する面には、可動部材４６と嵌合するための凹部がそれぞれ形成されている。
【００２５】
ロッド３４が負方向（鉛直上方向）に滑動すると、可動部材４６は摩擦部材４８上を負方向に摺動して第二受動部材５２の凹部と嵌合する。そして、第二受動部材５２は、可動部材４６に押されて摩擦部材４８上を負方向に摺動する。この間、第一受動部材５０は、正方向の最大変位を保持した状態で、摩擦部材４８上に静止している。
【００２６】
その後、ロッド３４が正方向（鉛直下方向）へ滑動すると、可動部材４６は摩擦部材４８上を正方向に摺動する。この間、第二受動部材５２は、負方向の最大変位を保持した状態で、摩擦部材４８上に静止している。そして、可動部材４６が過去の正方向の最大変位よりもさらに正方向へ摺動する場合、可動部材４６は、第一受動部材５０に当接して、第一受動部材５０を押しながら摩擦部材４８上を正方向に摺動する。
【００２７】
さらに再び、ロッド３４が負方向へ滑動すると、可動部材４６は、摩擦部材４８上を負方向に摺動する。この間、第一受動部材５０は、正方向の最大変位を保持した状態で、摩擦部材４８上に静止している。そして、可動部材４６が過去の負方向の最大変位よりもさらに負方向へ摺動する場合、可動部材４６は、第二受動部材５２に当接して、第二受動部材５２を押しながら摩擦部材４８上を負方向に摺動する。
【００２８】
以後、ロッド３４が静止するまで、変位センサ４０は上記の動きを繰り返す。そして、第一受動部材５０と第二受動部材５２の最終位置が、ロッド３４の正方向の最大変位と負方向の最大変位を示すことになる。なお、変位センサ４０は、可動部材４６と摩擦部材４８との間、第一受動部材５０および第二受動部材５２と摩擦部材４８との間には、突設部４６ｂ、５０ｂ、５２ｂによる適度な摩擦力が働いているため、可動部材４６、第一受動部材５０、第二受動部材５２の移動に伴うオーバーシュートは発生しない。
【００２９】
可動部材４６が摩擦部材４８上を直線的に摺動すると、第一受動部材５０が可動部材４６に押されて正方向に摺動し、第二受動部材５２が可動部材４６に押されて負方向に摺動するようになっている。このため、変位センサ４０は、第一受動部材５０は正方向の最大変位位置を、第二受動部材５２は負方向の最大変位位置をそれぞれ保持することができる。
【００３０】
さらに、摩擦部材４８の両端には電圧入力端子＋Ｔｉｎと−Ｔｉｎとがリード線４８ｃを介してそれぞれ設けられ、可動部材４６と第一受動部材５０と第二受動部材５２には電圧出力端子Ｔｏｕｔ、＋Ｔｏｕｔ、−Ｔｏｕｔがリード線４６ｃ、５０ｃ、５２ｃを介してそれぞれ設けられる。変位センサ４０は、電圧入力端子−Ｔｉｎと電圧出力端子Ｔｏｕｔ、＋Ｔｏｕｔ、−Ｔｏｕｔとの間の電圧値を計測することにより、ロッド３４の現在の変位、正方向の最大変位、負方向の最大変位を検出することができる。なお、こうした電圧値を常時計測しておけば、ロッド３４の変位の時刻歴データを得ることもできる。
【００３１】
電圧入力端子＋Ｔｉｎ、−Ｔｉｎおよび電圧出力端子Ｔｏｕｔ、＋Ｔｏｕｔ、−Ｔｏｕｔは、図３に示すように、ケース３２の外部に設けられる演算処理部６０に接続されており、電圧入力端子−Ｔｉｎと電圧出力端子Ｔｏｕｔ、＋Ｔｏｕｔ、−Ｔｏｕｔとの間の電圧値は演算処理部６０に送られる。演算処理部６０は、受け取ったこれら電圧値に基づいてロッド３４の鉛直方向の変位を検出するとともに、この変位を傾斜部３０の傾斜角度θの正接値で除算することによりロッド３４の水平方向の変位への変換演算処理を行い、この水平方向の変位の値を構造物の変形に伴う水平方向の変形量として出力する。なお、検出される鉛直変位をａとすれば、水平変位ｂは、ｂ＝ａ／ｔａｎθの変換式により求めることができる。
【００３２】
上記構成の動作および作用について説明する。
架構構造物Ｓに地震等の外力が作用すると、構造物の一方側としての下部間柱１６ｂに対して、構造物の他方側としての上部間柱１６ａが相対的に水平方向に変形する。そして、上部間柱１６ａに固定された変位センサ４０のロッド３４が上部間柱１６ａと共に水平方向（図１における左右方向）に移動する。ロッド３４の水平方向の移動に伴って、ロッド３４下端のボール部３６が傾斜部３０に沿って上昇または下降するように動く。このボール部３６の上昇または下降に伴ってロッド３４がケース３２内を鉛直方向に上昇または下降するように滑動する。なお、ロッド３４はコイルばね４２によってボール部３６を傾斜部３０に押圧付勢されているので、ボール部３６はロッド３４の水平方向の移動に伴って傾斜部３０に常に当接しながら傾斜部３０を転動し、傾斜部３０から離れることはない。
【００３３】
ロッド３４の鉛直方向の滑動は、変位センサ４０内の可動部材４６によって第一受動部材５０および第二受動部材５２に伝達されるとともに、電圧入力端子−Ｔｉｎと電圧出力端子Ｔｏｕｔ、＋Ｔｏｕｔ、−Ｔｏｕｔとの間の電圧値が演算処理部６０に送られる。演算処理部６０においてロッド３４の鉛直方向の変位量ａが検出され、この鉛直方向の変位量ａは予め把握されている傾斜部３０の傾斜角度θの正接値ｔａｎθで除算されることによって水平方向の変位量ｂに変換演算される。つまり、水平変位ｂはｂ＝ａ／ｔａｎθの変換式によって求められる。そして、演算処理部６０は、この変換式で得られた値ｂを構造物の水平方向の変位量として出力する。
【００３４】
このように、構造物の一方側としての下部間柱１６ｂに、水平方向変位を鉛直方向変位に変換するための傾斜部３０を設置するとともに、構造物の他方側としての上部間柱１６ａにロッド３４を備える変位センサ４０を設置する。ロッド３４が傾斜部３０に沿って移動する際の水平変位は、傾斜部３０によって鉛直変位に変換され変位センサ４０に検出される。この鉛直変位は、傾斜部３０の傾斜角度θを用いて水平変位へと変換されて、計測対象である構造物Ｓの水平変位が計測されることとなる。ここで、傾斜部３０の傾斜角度θとしては、どのような角度を用いてもよく、いずれにしても同様の結果が得られる。なお、上述したように変位センサ４０では変位量の最大値を保持することが可能であり、本発明に係る変形量計測装置によって得られた水平変位の最大値や時刻暦データ等は、構造物Ｓの健全性を判定するために用いられることとなる。
【００３５】
このように、本発明によれば、計測対象の変位の方向と変位センサ４０のロッド３４の滑動方向とを必ずしも一致させる必要はなく、水平方向の変位を計測する場合であってもロッド３４の滑動方向を鉛直方向に向けることができる。このため、水平方向の変位を計測する場合に、ロッド３４の滑動方向を鉛直にした変位センサ４０を、例えば水平方向にスペースを確保し難い薄い立壁の中のような狭い空間に対して設置することが可能である。これにより、従来の計測装置における図７に示される水平板状の計測治具２０の設置を省略することができる。したがって、本発明によれば変位センサの設置スペース上の制約を緩和することができる。
【００３６】
上記の実施形態において、単一方向に傾斜した傾斜部３０を用いる代わりに、図５および図６に示されるような円錐状の凹面６２による傾斜部を用いてもよい。このように傾斜部として円錐状の凹面６２を用いると、水平面内の一方向のみならず水平面内の二方向の変位（すなわち、水平面内における変形ベクトルおよびその最大値）を同時に計測することができるという有利な効果を奏する。この場合、単一方向に傾斜する傾斜部３０および変位センサ４０をそれぞれ２箇所設けて二方向の変位を計測する場合に比べると、計測に要する変位センサの数が１個で済むので、変位センサ数を減じることができる。
【００３７】
上記の実施形態において、変位センサ４０の可動部材４６と第一受動部材５０と第二受動部材５２に位置を示すための指針を設けるとともに、ケース上に変位目盛りを設け、目視にて鉛直変位を読み取ってもよい。この場合、この鉛直変位を傾斜部の傾斜角度θの正接値で除算することにより手計算にて水平変位を求めることができる。
【００３８】
上記の実施形態において、傾斜部を用いて水平変位を鉛直変位に変換する場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば鉛直変位を水平変位に変換するように傾斜部を用いてもよいし、あるいは任意の第一の方向の変位を、第一の方向とは異なる第二の方向の変位に変換するように傾斜部を用いてもよい。
【００３９】
この場合、例えば第一の方向を水平方向とし、第二の方向を鉛直方向に対して角度αだけ傾いた方向とし、ロッドを第二の方向に沿って滑動するように配置した場合、第一の方向の変位は、角度αと傾斜部の傾斜角度θとロッドの滑動量とに基づいて得ることができる。このようにしても本発明と同一の作用効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る変形量計測装置の実施形態の一例を示す概略側面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】変位センサの実施形態の一例を示す概略平面図である。
【図４】変位センサの実施形態の一例を示す概略側面図である。
【図５】本発明に係る変形量計測装置の傾斜部の一例を示す円錐状の凹面の概略斜視図である。
【図６】本発明に係る変形量計測装置の概略側断面図であり、傾斜部として円錐状の凹面を用いた場合の図である。
【図７】従来の変形量計測装置の一例を示す概略側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０ａ，１０ｂ  柱
１２ａ  上階の梁
１２ｂ  下階の梁
１６  間柱
１６ａ  上部間柱
１６ｂ  下部間柱
３０  傾斜部
３２  ケース
３４  ロッド
３６  ボール部
４０  変位センサ
４４  ロッド支持部
４６  可動部材
４８  摩擦部材
５０  第一受動部材
５２  第二受動部材
５４  ガイドレール
６０  演算処理部
６２  円錐状の凹面
１００  変形量計測装置
【図１】
2009175075.tif 000003
【図２】
2009175075.tif 000004
【図３】
2009175075.tif 000005
【図４】
2009175075.tif 000006
【図５】
2009175075.tif 000007
【図６】
2009175075.tif 000008
【図７】
2009175075.tif 000009