(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を構成する構造部材同士の接合部分の損傷を検知するセンサであって、
一端部側が切欠部を形成させた第１の固定片部として前記構造部材のうちの一方側に固定されるとともに、他端部側が切欠部を形成させた第２の固定片部として前記構造部材のうちの他方側に固定され、これら第１及び第２の固定片部に挟まれた中間部は前記構造部材に固定されることなく変位可能とされた一枚の可撓性の板状部材と、
前記板状部材に一体に設けられ、前記中間部の変位を歪みとして検出する歪み検出手段と、
を備えたことを特徴とする構造物の損傷検知センサ。
【請求項２】
前記歪み検出手段として、光ファイバを用いたことを特徴とする請求項１に記載の構造物の損傷検知センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物等の構造物における損傷を検知する、損傷検知センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物等の構造物において、柱や梁等の構造部材が大地震等によって損傷した場合には、損傷箇所を速やかに発見するとともに、速やかに復旧工事を行うことが要求される。特に、柱と梁、柱同士或いは梁同士等、構造部材同士の接合部分は、亀裂（クラック）や破断等が発生し易い箇所であるため、注意が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした損傷箇所の発見は、目視確認に頼らざるを得ないのが現状となっている。しかし通常、構造部材には内装材や耐火被覆等が取り付けられており、建物の室内側から直接目視することは不可能である場合が殆どである。すなわち目視確認を行うためには、建物内における内装材を一旦剥がす、或いは耐火被覆を一旦除去する等して損傷箇所を露出させ、目視確認が可能な状態としなければならない。そのため、確認作業には多大な時間及び労力を要しており、容易に行うことができなかった。
また、無損傷であった場合には、結果的に不要な作業を行うこととなり、労力やコストを浪費してしまうとともに、復旧までに長時間を要するという不具合もあった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、構造物における損傷を非破壊にて、低コストで容易に且つ高精度で検知することができ、構造物の健全性を的確に診断することのできる損傷検知センサを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、構造物を構成する構造部材同士の接合部分の損傷を検知するセンサであって、一端部側が切欠部を形成させた第１の固定片部として前記構造部材のうちの一方側に固定されるとともに、他端部側が切欠部を形成させた第２の固定片部として前記構造部材のうちの他方側に固定され、これら第１及び第２の固定片部に挟まれた中間部は前記構造部材に固定されることなく変位可能とされた一枚の可撓性の板状部材と、前記板状部材に一体に設けられ、前記中間部の変位を歪みとして検出する歪み検出手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００６】
このような構成の損傷検知センサを用いることで、構造部材同士の接合部分に損傷が発生した場合に、好適に検知することができる。板状部材は、両端部側の各切欠部周りの第１及び第２の固定片部が各構造部材に例えばボルトなどを使用して強固に固定され、しかも中間部は、弾性変形が可能で自在に変位することができる。このため、接合部分に亀裂（クラック）や破断等が発生して、構造部材同士の相対位置がずれると、それに伴って第１の固定片部と第２の固定片部との相対位置も変化し、板状部材の中間部は変位する。そしてこの変位が、歪み検出手段によって歪みとして検出されることで、接合部分に損傷が発生したことが検知される。そのため、目視確認を不要として、簡易な構成で的確に構造物における損傷を検出することができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構造物の損傷検知センサであって、前記歪み検出手段として、光ファイバを用いたことを特徴とする。
【０００８】
このように、光ファイバを用いるようにしているので、光ファイバ内を透過する光の減衰量や光強度の変化量から容易に歪みを検出することができるとともに、長期間にわたり安定して使用することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る構造物の損傷検知センサの実施の形態について、図１乃至図４を用いて説明する。
先ず、図１及び図２（ａ）に示しているのは、建物としての鉄骨構造物における柱と梁との接合部分であって、柱（構造部材）５１と梁（構造部材）５２とが互いにほぼ直交するようにして、溶接部５３で一体に接合されている。損傷検知センサ１Ａは、溶接部５３から離間するようにして、柱５１と梁５２とにわたって取り付けられている。
【００１０】
損傷検知センサ１Ａは、可撓性の板状部材１０と、この板状部材１０に一体に取り付けられた光ファイバ（歪み検出手段）２０とを備えている。
板状部材１０は、平面視略矩形状をなす一枚の可撓性板状体から構成されている。板状部材１０の材質としては、耐久性の高さや弾性変形のし易さ等を考慮して、鋼やステンレス等といった金属製の薄板を用いることが好ましい。
【００１１】
この板状部材１０は、長手方向両端部側に各々形成された、第１固定片部（第１の固定片部）１１及び第２固定片部（第２の固定片部）１２と、これら第１固定片部１１と第２固定片部１２とに挟まれた中間部１３との、３つの部分からなっている。
第１固定片部１１及び第２固定片部１２は、ともに中間部１３に対してほぼ直角となるように、板状部材１０の両端部側を折り曲げて形成されている。第１固定片部１１には、柱５１と固定するための切欠部１１ａが形成されており、また、第２固定片部１２には、梁５２と固定するための切欠部１２ａが形成されている。
【００１２】
中間部１３は、接合部分から離間する側（外側）が凸となるようにして、側面視略４半円の円弧状に湾曲された曲面形状をなしている。この中間部１３の両端部側に位置する、第１固定片部１１及び第２固定片部１２は、柱５１及び梁５２に各々取り付けられている。すなわち、切欠部１１ａ周りの第１固定片部１１が、柱５１側面に設けられたボルト５１ｖ及びナット５１ｎによって締結固定されていることで、第１固定片部１１は柱５１側面に強固に固定されている。また、切欠部１２ａ周りの第２固定片部１２が、梁５２に設けられたボルト５２ｖ及びナット５２ｎによって締結固定されていることで、第２固定片部１２は梁５２上面に強固に固定されている。
【００１３】
このように、板状部材１０は、第１固定片部１１と第２固定片部１２とにおいてのみ固定されている。すなわち中間部１３は、柱５１にも梁５２にも固定されておらず、弾性変形が可能で自在に変位することができるようになっている。
【００１４】
中間部１３の外側の面すなわち表面には、その長手方向にわたって、光ファイバ２０が一体に取り付けられており、その両端部側には、リード線２１ａ，２１ｂが取り付けられている。これらリード線２１ａ，２１ｂの他端部側は、建物を構成する耐火被覆や内装材を通って、建物内の室内側に取り出されており（図示省略）、図示しない測定装置と接続されている。なお、測定装置の取り付け、取り外しの利便性を考慮すれば、これらリード線２１ａ，２１ｂの室内側端部にはコンセントを取り付けておき、測定装置側のコンセントと容易に接続可能としておくことが好ましい。
また、図１及び図２の例においては、中間部１３の表面に光ファイバ２０を取り付けるようにしているが、中間部１３の接合部分側の面すなわち裏面に取り付けるようにしてもよい。
【００１５】
また、光ファイバ２０への光伝送手段、及びリード線２１ａ，２１ｂの構成としては、次の２つのうちの何れかを適宜採用すればよい。第１には、光ファイバ２０の両端部側すなわち中間部１３に、発光ダイオード（ＬＥＤ）や受光素子等の光電変換素子（図示省略）を取り付けて、リード線２１ａ，２１ｂは、測定装置との間で電気信号を伝送するような構成とするものである。また第２には、光ファイバ２０とリード線２１ａ，２１ｂとを一体的な光ファイバとして、測定装置との間で直接光信号を伝送するような構成とするものである。何れを採用するにしても、リード線２１ａ，２１ｂは、光ファイバ２０によって検出された歪みを測定装置まで的確に伝送可能であることが必要である。
【００１６】
こうした損傷検知センサ１Ａを用いて、接合部分が損傷しているか否かを検知して、構造物の健全性を診断する様子を、図２（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。なおこれらの図においては、リード線の図示は省略している。
【００１７】
図２（ａ）には、構造物が健全な状態、すなわち柱５１と梁５２との接合部分に損傷がなく、両者が強固に接合されている状態を示している。このとき、損傷検知センサ１Ａは、柱５１及び梁５２に固定され静止した状態であり、中間部１３に取り付けられた光ファイバ２０内を透過する光の減衰量はほぼ一定であり、光強度も殆ど変化しない。
一方、図２（ｂ）には、構造物が不健全な状態、すなわち柱５１と梁５２との接合部分に損傷が発生している状態を示している。この例においては、大地震等の発生によって、梁５２と溶接部５３との間に数ｍｍ程度のクラックＣが発生し、梁５２が柱５１から位置ずれしている。このとき、損傷検知センサ１Ａの第２固定片部１２は、梁５２に固定されているので、梁５２の位置ずれとともに変位し、これにより中間部１３は、図示したように弾性変形して変位する。このような中間部１３の変位を、一体となっている光ファイバ２０は歪みとして検出する。ここでは、光ファイバ２０内を透過する光が減衰したり、光強度が変化する等といった、光ファイバ２０の非定常な挙動が、歪みと見なされる。
こうした歪みを、室内側の測定装置で検出することにより、柱５１と梁５２との接合部分に何らかの損傷が発生したことを、室内側から容易に検知することができる。
【００１８】
歪みが検出された、すなわち損傷が検知されたら、その程度により、構造物は不健全であるか否かを診断することができる。その程度から不健全であると診断された場合には、この損傷箇所近傍における内装材を剥がす、或いは耐火被覆を除去する等して損傷箇所を露出させ、速やかに復旧工事を行うことが可能となる。また、歪みが検出されない、すなわち損傷が検知されなければ、構造物は健全であると診断することができるので、そのままとしておく。
【００１９】
なお、こうした損傷検知センサ１Ａの変形例としての、損傷検知センサ１Ｂを図３（ａ）に、損傷検知センサ１Ｃを図３（ｂ）に、各々示す。これら損傷検知センサ１Ｂ，１Ｃは、上記の損傷検知センサ１Ａと比較して中間部の形状が異なるのみであるので、損傷検知センサ１Ａにおけると同一の構成要素については同一の符号を付することとする。
【００２０】
損傷検知センサ１Ｂの中間部１６は、図３（ａ）に示すように、接合部分に接近する側（内側）が凸となるようにして側面視円弧状に湾曲された、曲面形状をなしている。すなわち、湾曲方向が、上記の損傷検知センサ１Ａとは逆となっている。
また、損傷検知センサ１Ｃの中間部１７は、図３（ｂ）に示すように、側面視略直線状となるような平板形状をなしている。
【００２１】
このように、損傷検知センサの形状を適宜変更することで、柱５１と梁５２との接合部分が損傷することに伴う損傷検知センサの損傷を、的確に防止することができる。すなわち、柱５１と梁５２との接合の態様やその接合強度、要求される損傷検知精度、あるいは予想される損傷の状態等に応じて、損傷検知センサの形状を適宜変更することで、損傷を的確に防止することができる。
【００２２】
加えて、損傷検知センサ１Ａの更に他の変形例としての損傷検知センサ１Ｄを、図４に示す。この損傷検知センサ１Ｄは、上記の損傷検知センサ１Ａと比較して中間部の形状が異なるのみであるので、損傷検知センサ１Ａにおけると同一の構成要素については同一の符号を付することとする。
【００２３】
図４に示しているのは、建物としての鉄骨構造物における梁同士の接合部分であって、梁（構造部材）６１と梁（構造部材）６２とが互いの端部同士を突き合わせられ、互いにほぼ直線形状となるようにして、溶接部６３で一体に接合されている。損傷検知センサ１Ｄは、溶接部６３から離間するようにして、梁６１と梁６２とにわたって取り付けられている。
【００２４】
中間部１８は、接合部分から離間する側（外側）が凸となるようにして、側面視略半円の円弧状に湾曲された曲面形状をなしているとともに、第１固定片部１１は梁６１に、第２固定片部１２は梁６２に、各々取り付けられている。すなわち、切欠部１１ａ周りの第１固定片部１１が、梁６１上面に設けられたボルト６１ｖ及びナット６１ｎによって締結固定されていることで、第１固定片部１１は梁６１上面に強固に固定されている。また、切欠部１２ａ周りの第２固定片部１２が、梁６２に設けられたボルト６２ｖ及びナット６２ｎによって締結固定されていることで、第２固定片部１２は梁６２上面に強固に固定されている。
【００２５】
このように、損傷検知センサの形状を適宜変更することで、柱と梁のような、互いにほぼ直交するように接合された構造部材同士の接合部分に適用させることもできるし、また柱同士や梁同士のような、互いにほぼ直線形状となるように接合された構造部材同士の接合部分に適用させることもできる。
【００２６】
更に、損傷検知センサ１Ａの更に他の変形例としての損傷検知センサ１Ａ2を、図５に示す。この損傷検知センサ１Ａ2は、上記の損傷検知センサ１Ａと比較して、板状部材の中間部の形状が異なるのみであるので、損傷検知センサ１Ａにおけると同一の構成要素については同一の符号を付することとする。
【００２７】
損傷検知センサ１Ａ2における板状部材１０ａは、第１固定片部１１及び第２固定片部１２と、これら第１固定片部１１と第２固定片部１２とに挟まれた中間部１３ａとの、３つの部分からなっている。
中間部１３ａは、上記した中間部１３と比較して、切り欠き部Ｋが形成されている点のみが異なっている。この切り欠き部Ｋは、上記した中間部１３の長手方向略中間位置における光ファイバ２０の両側部分に、略半円形状をなして形成されている。このような切り欠き部Ｋが形成されていることで、中間部１３の略中間位置の近傍は、より弾性変形し易くなっている。そのため、光ファイバ２０の感度をより向上させて、損傷検知センサ１Ａ2の損傷検出精度をより高めることができる。この切り欠き部Ｋの形状や大きさは、柱と梁等との接合の態様やその接合強度、要求される損傷検知精度、あるいは予想される損傷の状態等に応じて、適宜変更が可能である。
【００２８】
この図５の例においては、損傷検知センサ１Ａにおける中間部１３に切り欠き部Ｋを形成して損傷検知センサ１Ａ2を構成した場合について示しているが、損傷検知センサ１Ｂ〜１Ｄにおける中間部１６〜１８に関しても、同様の構成を採用することで同様の作用・効果が得られることは、言うまでもない。
【００２９】
本実施形態に係る損傷検知センサ１Ａ〜１Ｄにおいては、一端部側が第１固定片部１１として構造部材のうちの一方側に固定されるとともに、他端部側が第２固定片部１２として構造部材のうちの他方側に固定され、これら第１固定片部１１及び第２固定片部１２に挟まれた中間部１３，１６，１７，１８は変位可能とされた可撓性の板状部材１０と、この板状部材１０に一体に設けられ中間部１３，１６，１７，１８の変位を歪みとして検出する光ファイバ２０とを備えるような構成として、構造部材同士の接合部分の損傷を検知するようにしている。このような構成としているので、接合部分にクラックや破断等が発生して構造部材同士の相対位置がずれると、それに伴って第１固定片部１１と第２固定片部１２との相対位置も変化し、板状部材１０の中間部１３，１６，１７，１８が変位する。そしてこの変位が光ファイバ２０によって歪みとして検出されることで、接合部分に損傷が発生したことが検知される。そのため、目視確認を不要として、簡易な構成で的確に構造物における損傷を、非破壊にて検知することができる。これにより、損傷箇所を的確に特定することができ、その近傍部分における内装材や耐火被覆のみを破壊すれば復旧工事を可能とできるので、不要な箇所を露出させる必要を抑制することができ、確認作業に要する時間及び労力を著しく低減させて、低コストで容易且つ的確に構造物の健全性を診断することができる。また、構造部材の損傷を看過するおそれを排することができるので、構造物の長寿命化に寄与することができる。
【００３０】
更に、歪みを検出する手段として光ファイバ２０を用いるようにしているので、光ファイバ２０内を透過する光の減衰量や光強度の変化量から容易に歪みを検出することができる。このように、構造物における損傷を光学的な歪みとして検出するようにしているので、極めて高精度の検出が行え、誤検知を的確に防止することができ、より的確に構造物の健全性を診断することができる。
更に、光学的に歪みを検出するため、機械的な摩耗、破損等が発生し難く、長期間にわたり安定して使用することができ、メンテナンスフリー化を図ることができるので、更なる低コスト化を図ることができる。
【００３１】
なお上記実施形態においては、本発明に係る構造物の損傷検知センサを鉄骨構造物に適用した例について説明したが、これに限定されるものではなく、コンクリート構造物あるいは鉄筋コンクリート構造物に対しても、適用することができる。
また、歪みを検出するための手段として光ファイバを用いているが、このように光学的に歪みを検出する手段に限らず、例えば炭素繊維のように、電気的に歪みを検出することができる手段を用いても差し支えない。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る構造物の損傷検知センサによれば、上記の如き構成を採用しているので、構造物における損傷を非破壊にて、低コストで容易に且つ高精度で検知することができ、構造物の健全性を的確に診断することのできる損傷検知センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明に係る構造物の損傷検知センサの一実施形態を示す図であって、柱と梁との接合部分に取り付けられた状態を示す部分断面斜視図である。
【図２】   図１の側面図であって、（ａ）は接合部分が健全な状態を示す図であり、（ｂ）は接合部分に損傷が生じた状態を示す図である。
【図３】   図１に示した構造物の損傷検知センサの変形例を示す斜視図である。
【図４】   図１に示した構造物の損傷検知センサの更に他の変形例を示す図であって、梁同士の接合部分に取り付けられた状態を示す斜視図である。
【図５】   図１に示した構造物の損傷検知センサの更に他の変形例を示す図であって、中間部に切り欠き部が形成された状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ，１Ａ2，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ  損傷検知センサ
１０，１０ａ  板状部材
１１  第１固定片部（第１の固定片部）
１２  第２固定片部（第２の固定片部）
１３，１３ａ，１６，１７，１８  中間部
２０  光ファイバ（歪み検出手段）
５１  柱（構造部材）
５２，６１，６２  梁（構造部材）
【図１】
0003837665.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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