技術ノート

特集：道路橋の維持管理・更新

近接目視点検を補助するモニタリング技術

̶ 光ファイバーによる床版接合部のモニタリング ̶
岩井稔＊1・今井道男＊2・早坂

洋太＊3

隣り合うプレキャスト PC 床版を繋ぐ接合部は，床版架設後に場所打ちコンクリートによって施工されることが多い。このため，工場において十分な品質管理の下で製作されるプレキャスト PC 床版に比べると，相対的には接合部においてひび割れなどの変状が顕在化する懸念がある。現状では近接目視による点検で変状有無の確認を行うが，点検を補助する形でモニタリング技術を活用することにより，点検の高度化や効率化に寄与することが期待される。本報文では，床版取替えが完了した橋梁を対象として，接合部における変状を早期に把握することを目的に，空間分解能が高い分布型光ファイバー（BOCDA：Brillouin
Optical Correlation Domain Analysis）による残留ひずみのモニタリングを行った事例を示す。事例では，近接目視では変状が確認されない段階において，接合部の乾燥収縮などの影響と考えられるひずみ分布の状況を詳細に把握できることが示された。
キーワード：モニタリング，光ファイバー，プレキャスト PC 床版，ひずみ分布の変化量を把握するモニタリング技術として空間分解能の1．は じ め に高い分布型光ファイバーを適用した。

劣化が著しい RC 床版では，プレキャスト PC 床版（以下，2．光ファイバーによるモニタリング技術「PC 床版」）への床版取替えなどが行われている。PC 床版への床版取替えでは，隣り合う PC 床版を繋ぐ接合部（以光ファイバーによるひずみの計測方式を簡単に整理した結果を図 - 1 に示す。

下，「接合部」）を場所打ちコンクリートで施工する場合が多い。接合部を有する PC 床版は，床版疲労に対して高い縦軸は計測方法の相違を示している。計測方法は，光フ耐久性を有していることが確認されている。しかしながら，ァイバー上であらかじめ決められた任意の箇所のひずみを工場において十分な品質管理の下で製作される PC 床版に比べると，相対的には接合部においてひび割れなどの変状OTDR発生が懸念される。床版に発生する変状の有無は，近接目分布型

BOTDR

BOCDA

視による点検で確認・記録されるが，点検を補助する形でモニタリング技術を活用することでより迅速に構造物の変状と発生箇所をとらえることができ，点検の高度化や効率化に寄与することが期待される。

空間分解能（低）本報文では，床版取替えが完了した鋼鈑桁橋を対象とし強度検知方式などて，接合部における変状と発生箇所を早期に把握すること

空間分解能（高）FBG方式などを目的に，モニタリング技術を適用した事例を紹介する。
接合部に生じる変状としてひび割れや PC 床版との目開き（を想定し，変状を評価する指標として時間経過にともなう部分がセンサー）ポイント型

図- 1

残留ひずみの変化量を設定した。接合部付近の残留ひずみ＊1

Minoru IWAI

モニタリングシステム
技術研究組合＊2Michio IMAI

＊3モニタリングシステム
技術研究組合光ファイバーによるひずみの計測方式

Yota HAYASAKA

リテックエンジニア
リング ㈱

90

プレストレストコンクリート

特集 / 技術ノート光ファイバーの設置は，床版取替え後の交通開放される計測する「ポイント型」と，光ファイバー全長にわたってひずみ分布の計測が可能な「分布型」に分けられる前に行った。床版下面への光ファイバーの設置状況を図。

1，2）

すでに発生している特定のひび割れに着目してモニタリン- 3 および写真 - 1 に示す。設置位置は，2 車線のうち大グを行う場合には，ポイント型を適用することができる。

型車の走行台数が多いと推定される走行車線側（G1-G2 桁

一方，発生位置を特定できない新しいひび割れを検知する間）を選択した。BOCDA では光ファイバーの両端を計測場合や計測対象となるひび割れが広範囲に多数ある場合に器に接続する必要があることから，光ファイバーは接合部は，分布型が適している。

22 箇所を往復で縦断するように配置した。横断方向の配横軸は空間分解能を示している。空間分解能は，ひずみ置位置は，輪荷重が作用する G2 桁側と輪荷重が作用しなゲージのゲージ長に相当する。空間分解能が低い方式は広い G1 桁側の 2 箇所を選定した。床版への光ファイバーのい範囲の平均的な長さ変化をとらえることに適し，空間分設置にはエポキシ樹脂接着材を使用し，図 - 3 に示す光フ解能が高い方式は狭い範囲の局所的な長さ変化を詳細にとァイバーの全長を接着した。

らえることに適している。ポイント型では図 - 1 に示した接合部の残留ひずみの変化は緩やかに進行すると想定さセンサ部分の長さによって空間分解能が決まる。また，光れることから，モニタリングは一定期間ごとに計測を行うファイバー全長がセンサとなる分布型では計測方式によっ定期計測とした。このため，床版下面に設置した光ファイて空間分解能が異なり，図 - 1 に示した BOTDR（Brillouin

バーの両端は，計測場所となる橋台の側面に設置した端子

Optical Time Domain Reflectometry）で 1 m 程度，BOCDAボックスに収納しておき，計測ごとに計測器に接続した。

（Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）で数 cm 程度

また，計測器の消費電力が 1 kVA 未満であることから，計である。

測に要する電源にはポータブル発電機を利用した。

接合部の変状をモニタリングする場合，モニタリング対象となる接合部が広範囲に多数あることから，分布型計測
1 500を行うことが望ましい。また，ひび割れや目開きなどの局走行車線
3 500

追越車線
3 500

500

所的な長さ変化を検知するためには高い分解能が要求される。このため，図 - 1 に示した計測方式の中から，分布型計測であり空間分解能が最も高い BOCDA 3）を適用した。
BOCDA によるひび割れ検知のイメージを図 - 2 に示す。

G1

今回適用した BOCDA の空間分解能は約 50 mm であり，例えば 0.1 mm 程度のひび割れの開口変位に対して 2 000

G2G3
分布型光ファイバー⒜× 10-6 程度のひずみ変化として検知することができる。

G4

横断方向の設置位置▼A1 橋台

P1 橋脚▼

G1

初期状態
入射光ひずみ発生 ひび割れ発生

G2分布型光ファイバー
G3 場所
打ち ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪ ⑫ ⑬ ⑭ ⑮ ⑯ ⑰ ⑱ ⑲ ⑳ ㉑ ㉒ ㉓
G42 6421 662
21＠2 000＝42 000

後方散乱光ひずみ⒝図- 3

縦断方向の設置位置

光ファイバーの設置状況

ひずみ分布の局所変化
位置図- 2

BOCDA によるひび割れ検知のイメージ

3．床版接合部のモニタリング
3.1

モニタリングの概要

モニタリングは，床版取替えが完了した 4 径間連続非合成鋼鈑桁橋の 1 径間分（支間長 45.9 m）の床版を対象とした。対象径間には 22 枚の PC 床版が敷設されており，端部と接合部が場所打ちコンクリートで施工されている。
PC 床版の幅（橋軸方向）は 1 670 mm，接合部の幅（橋軸写真 - 1方向）は 330 mm である。

Vol.62, No.6, Nov. 2020

91

接合部における光ファイバーの設置状況

1 200
1 000
800
600
400
200
0-200-400

1 200
1 000
800
600
400
200
0-200-400

①96

②98

①185

③100

②183

④102

③181

⑤104

④179

⑥106

⑤177

⑦108

⑥175

⑧110

⑦173

⑩⑨112

171

表- 1
接合部

⑬⑭116 118 120
Position［m］⒜G1 桁側のひずみ分布

⑩169

167

⒝

図- 4⑫114⑨⑧⑪⑪⑫122

124

⑯

126

⑰⑱⑲⑳㉑㉒128

130

132

134

136

138

⑭⑮⑯⑰⑱⑲⑳㉑㉒165 163 161
Position［m］

159

157

155

153

151

149

147

145

143

140141G2 桁側のひずみ分布

BOCDA によるひずみ分布の測定結果の一例

接合部付近のひずみ（× 10 - 6）
G1 桁側

⑮⑬

床版 ⑰

1 200

G2 桁側

接合部

床版 ⑱

1 000

最大最小

平均

最大最小

平均

①-②

206

-132

19

227-116

50

②-③

652

-201

8

715

-560

39

③-④

612

-173

16

591

-172

63

④-⑤

623

-183

15507

-224

57

⑤-⑥

636

-165

13

666

-204

58

-200

⑥-⑦

626

-208

57

750

-156

58

⑦-⑧

536

-108

41

553

-165

47

-400
128.5

⑧-⑨

570

-188

49

486

-195

58

⑨-⑩

732

-146

50

710

-171

52

⑩-⑪

773

-131

47

725

-222

60

⑪-⑫

694

-187

61

633

-160

67

⑫-⑬

613

-196

60

723

-149

65

⑬-⑭-17057

674-150

残留ひずみの計測結果を図 - 4 に，接合部の中心から±74858

400 mm の範囲におけるひずみの最大値，最小値，平均値⑭-⑮641-178

64668-19670を表 - 1 に示す。図 - 4 および表 - 1 では，引張ひずみ⑮-⑯818-23543

800-24058

ひずみ ［×10-6］

ひずみ ［×10-6］

ひずみ ［×10-6］

特集 / 技術ノート

800
600
400
200

ひずみの平均値

0129.0

129.5

130.0

130.5131.0

Position［m］

図- 53.2

接合部のひずみ分布の詳細（G1 桁側 ⑰ - ⑱）

モニタリング結果

交通開放から 2 年経過した時点における BOCDA によるを正，圧縮ひずみを負として示している。図 - 4 の横軸は計測器からの距離を表しており，96 ～ 140 m が G1 桁側の計⑯-⑰724-22561672-22463⑰-⑱741-24971758-25373⑱-⑲881-26466774-25668⑲-⑳724-25658688-24168と G2 桁側で PC 床版の番号の並びを合せるために，G2 桁⑳-㉑809-32232736-273

41側の横軸を反転させている。

㉑-㉒761-313

31748-263

45㉒-㉓745-223

35757-28848

測範囲，141 ～ 185 m が G2 桁側の計測範囲となっている。
図中には点線で PC 床版と接合部の境界位置を，図の上部には PC 床版の番号（① ～ ㉒）を示した。なお，G1 桁側

残留ひずみの計測は，光ファイバーを設置した走行車線に活荷重が作用する条件で行った。BOCDA では，始点から終点までの各計測点における瞬間のひずみを連続計測す92

プレストレストコンクリート

特集 / 技術ノートるが，計測点ごとに時間差が生じるため活荷重の作用条件

式 BOCDA 計測器では接合部付近の残留ひずみを検知してが異なることになる。ただし，複数回計測したひずみ分布いなかった 5） が，計測感度を高めた BOCDA 計測器を適がほぼ一致していることから，計測したひずみには活荷重用することで接合部付近の残留ひずみの詳細を把握するこの影響がほとんど現れていないと判断した。とができた。

図 - 4 より，PC 床版の中央付近ではひずみの残留がほ4．お わ り にとんど認められないのに対して，接合部付近では引張ひずみや圧縮ひずみが残留していることが分かる。このひずみ

床版取替え後の交通開放から 2 年経過した接合部を対象

分布は G1 桁側と G2 桁側でほぼ同様に現れていることかに，分布型光ファイバーによる残留ひずみのモニタリング

ら，残留ひずみは輪荷重の作用条件とは関係なく生じていを行った。近接目視ではひび割れや目開きなどの変状は確ることになる。

認されていないが，分布型光ファイバーを用いたモニタリ接合部付近におけるひずみ分布の詳細を図 - 5 に示す。

ングによって接合部の乾燥収縮などの影響と考えられるひ図の横軸は G1 桁側の床版 ⑰ 中心～床版 ⑱ 中心の範囲をずみ分布の状況を詳細に把握できることが示された。

表している。横軸の両端にあたる PC 床版中央付近ではひず分布型光ファイバーによって定期的にモニタリングを行みがほとんど生じていないが，接合部との境界に近い位置うことで，① 近接目視では確認できないひずみ分布の経で引張ひずみが急激に増加している。引張ひずみは境界付時変化を定量的に把握することができる，② 引張ひずみ近で極大となり，接合部中央付近では圧縮ひずみとなっての増加傾向から重点的に目視点検すべき箇所を抽出するこいる。接合部付近のひずみの平均値は引張側となるが，引とができるなど，点検の効率化・高度化に寄与することが張ひずみと圧縮ひずみを相殺する形で小さいレベルになっ期待される。ている。ほかの接合部においても，ひずみの最大値と最小

なお，本研究の一部はモニタリングシステム技術研究組値に差があるものの，ひずみ分布の形状はほぼ同様である。

合（RAIMS）が実施した研究であり，内閣府の「SIP イン

PC 床版と接合部の境界付近に残留している引張ひずみフラ維持管理・更新・マネジメント技術」の一環として国600 ～ 800 × 10-6 は，BOCDA の空間分解能 50 mm に対し土交通省が実施する「社会インフラへのモニタリング技術て 0.03 ～ 0.04 mm 程度の長さ変化であるが，これは接合の活用推進に関する技術研究開発」委託事業研究の成果で部の乾燥収縮の影響により生じたものと考えられる。接合ある。

部中央付近の圧縮ひずみ 150 ～ 250 × 10-6 相当の乾燥収縮が生じると，接合部全体の長さ変化は 0.05 ～ 0.08 mm 程

参考文献度となる。この長さ変化が拘束されることにより，接合部1 ）保立和夫，村山英晶：光ファイバセンサ入門，光防災センシン
グ振興協会，2012.の両端付近に 0.03 ～ 0.04 mm に相当する引張ひずみが残2 ）独立行政法人土木研究所ほか：光ファイバセンサを活用した道留したものと推測される。なお，計測と同時に行った近接路斜面モニタリングに関する共同研究報告書「光ファイバセン

目視点検では PC 床版と接合部の境界付近における変状はサを活用した斜面崩壊モニタリングシステムの導入・運用マニ確認されていないことから，図 - 2 における「ひずみ発生」

ュアル（案）」，土木研究所共同研究報告書，第 292 号，2003の段階と思われる。接合部のモニタリングにおける引張ひ3 ）今井道男，一宮利通，河野哲也，三浦悟：光ファイバーセン

サーを用いた PC 構造物のひび割れ検知技術，プレストレスト

ずみの管理基準値は，今後のひずみ増加傾向や接合部の外コンクリート Vol.51，No.3，pp.78-83，2009.5

観上の変状有無を見ながら検討する必要があるが，残留し4 ）土木学会：2017 年制定コンクリート標準示方書【設計編】p.149ている引張ひずみ 600 ～ 800 × 10-6 は鋼材腐食に対するひ5 ）岩井び割れ幅の限界値 0.005c（c はかぶり）4） である 0.15 mm

稔，今井道男，早坂洋太：光ファイバを用いた RC 床版の ひ び 割 れ モ ニ タ リ ン グ， 橋 梁 と 基 礎， 第 54 巻 第 10 号，（c ＝ 30 mm）に相当する引張ひずみ 3 000 × 10-6 に対して

pp.53-56，2020.10

十分小さい値である。
【2020 年 9 月 18 日受付】

交通開放から 1 年経過した時点までの計測に使用した旧刊行物案内

更新用プレキャスト PC 床版技術指針
平成 28 年 3 月
定
価 8,147 円（税込）／送料 300 円
会員特価 6,000 円（税込）／送料 300 円

公益社団法人 プレストレストコンクリート工学会

Vol.62, No.6, Nov. 202093