米国特許情報 | 欧州特許情報 | 国際公開(PCT)情報 | Google の米国特許検索
 
     特許分類
A 農業
B 衣類
C 家具
D 医学
E スポ−ツ;娯楽
F 加工処理操作
G 机上付属具
H 装飾
I 車両
J 包装;運搬
L 化学;冶金
M 繊維;紙;印刷
N 固定構造物
O 機械工学
P 武器
Q 照明
R 測定; 光学
S 写真;映画
T 計算機;電気通信
U 核技術
V 電気素子
W 発電
X 楽器;音響


  ホーム -> 測定; 光学 -> 東亜グラウト工業株式会社

発明の名称 引張鋼材の歪みまたは張力測定方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−318011(P2001−318011A)
公開日 平成13年11月16日(2001.11.16)
出願番号 特願2000−133259(P2000−133259)
出願日 平成12年5月2日(2000.5.2)
代理人 【識別番号】100100354
【弁理士】
【氏名又は名称】江藤 聡明
【テーマコード(参考)】
2F051
【Fターム(参考)】
2F051 AA06 AB03 
発明者 大岡 侑三 / 岡崎 正弘 / 張 満良
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 引張力を受けている引張鋼材の歪み測定方法において、歪センサー部を有する光ファイバーを、この歪センサー部が引張鋼材の張力変動による歪みと同等の歪みを受けるように引張鋼材に固着し、光ファイバー端部から光線を入射させ、歪センサー部が受けた歪みに相当して歪センサー部から反射される光を光ファイバー端部から受信し、当初設定した歪み前の反射光の波長と比較し、それらの間の値の差異から歪量を検出することを特徴とする、引張鋼材の歪み測定方法。
【請求項2】 地中に向かって地山に削孔されたアンカー孔に挿入され、地中側端部において地山に定着され、地表に突出している部分で地盤安定化用受圧板に結合され、一定の張力を与えられて受圧板を地山表面へ押し付けているアンカー鋼材の歪み測定方法において、歪センサー部を有する光ファイバーを、この歪センサー部がアンカー鋼材の張力変動による歪みと同等の歪みを受けるようにアンカー鋼材に固着し、光ファイバー端部から光線を入射させ、歪センサー部が受けた歪みに相当して歪センサー部から反射される光を光ファイバー端部から受信し、当初設定した歪み前の反射光の波長と比較し、それらの間の値の差異から歪量を検出することを特徴とする、アンカー鋼材の歪み測定方法。
【請求項3】 少なくとも歪センサー部が引張鋼材またはアンカー鋼材に固着されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の歪み測定方法。
【請求項4】 少なくとも歪センサー部が遮断シートによって引張鋼材またはアンカー鋼材の外側に存在する構造体材料と接触しないように保護されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の歪み測定方法。
【請求項5】 請求項1〜4のいずれか一項に記載の歪み測定方法によって測定された歪量から引張鋼材の受けている張力を算出することを特徴とする、引張鋼材またはアンカー鋼材の張力測定方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、アンカー鋼材、タイロッド、ロックボルト、または橋梁桁用PC鋼材等の引張鋼材、特に張力を受けた状態で設置されている引張鋼材に生じる歪み、または同引張鋼材に掛かる張力を監視するための方法に係る。
【0002】
【従来の技術】アンカー鋼材を例に説明すると、例えば道路や鉄道に沿った山の斜面、あるいは山の斜面の一部を削って形成した法面や、擁壁などを安定化するために、受圧板を前記斜面や擁壁の所定位置に押し当てて固定しておくためのアンカー鋼材は、一般に図7に示すように、地山1の一部を切り取って形成した設置面1bから地中に向けて、ボーリングマシーン等の穿孔機によってアンカー孔1cを削孔し、次いで一本または複数本のアンカー鋼材3(図では一本のアンカー鋼材の場合が示されている)をアンカー孔に挿入し、アンカー鋼材基部3bを、アンカー孔1cに注入したグラウト等の固結材3cによって固定することによって地山1に固定されている。アンカー鋼材3周囲の隙間にグラウト等を注入し、アンカー孔を完全に塞ぐ場合もある。
【0003】アンカー鋼材3の定着後、上記設置面1bにコンクリート製ブロック等から成る受圧板2を配置し、アンカー鋼材3の頭部3aと受圧板2とを結合し、アンカー鋼材頭部3aに設けた締め付け手段6により受圧板2を設置面1cに対して押し付けて固定するものである。
【0004】受圧板2の構成は様々であるが、図7に示す受圧板の場合、その中央部に設けられるアンカー鋼材との結合部に、アンカー鋼材基部3bに向けて先細りのテーパ孔2aが形成されており、このテーパ孔には、この孔のものと実質的に同じテーパを有する外周面を持つ載頭円錐台状のアンカー鋼材頭部支持部材4が嵌め込まれる。
【0005】アンカー鋼材3は、アンカー鋼材頭部支持部材4に設けた孔を通り抜けて同支持部材の頂面から突出しており、この突出部にはアンカー鋼材を掴む手段5と、アンカー鋼材に対して支持部材4をアンカー鋼材基部(定着部)3b方向へ締め付ける締付け手段6が取り付けられている。なお、図中7は、上記結合部が配置されている凹陥部2bを覆い、内部にある部材を保護する蓋である。
【0006】ケーブル、ワイヤー、ロッド、アンカーテンドン等から成る上記のアンカー鋼材3には、受圧板2の設置時に、例えば80tとか100tの張力が掛けられる。この張力は、地山1の表層部の動きや締付け手段6の緩みなどによって設定した値より高くなったり、低くなるなど経年変化することがあり、高くなり過ぎるとアンカー鋼材の破断に至り、低くなり過ぎると効果がなくなり、設置面1cに対して受圧板2にズレ生じる恐れがあり、何れにしても危険であるために、定期的に監視している必要がある。
【0007】従来、この張力を監視する方法として、上記の支持部材4と締付け手段6との間にアンカー鋼材からの荷重を受けるようにロードセルを咬ませて配置し、その電気的変化からアンカー鋼材の張力の変動を確認するものが提案されている。
【0008】他の方法として、歪みゲージをアンカー鋼材の要所に貼り付けておき、張力の変化によってアンカー鋼材に生じた歪みに伴う歪みゲージの金属線の変形を電気抵抗の変化に変え、この変化を導線を介して地上の測定器で測定し、測定値に基づいて張力を計算する方法がある。
【0009】更に他の方法として、ブリルアン散乱光応用光りセンサー(B−OTDR)(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)を用いるものがあり、これは光ファイバーをアンカー鋼材の長手方向に沿って配置し、アンカー鋼材と共に歪むようにアンカー材の表面に貼り付け、光ファイバーに加わる歪みによりブリルアン散乱光の波長シフト量が変わることを利用するものである。この波長シフト量が当該光ファイバーによって地上の光検出器へ送られ、測定値に基づいてアンカー材張力が計算される。
【0010】上記のロードセルを用いる方法は、アンカー鋼材全体の張力を一律に監視することは出来るが、自由長部や定着部を一定長さ毎に区分した範囲で張力を個別的に監視することは出来ないし、またロードセルは腐食などにより経時的に劣化するために、例えばアンカー材の耐用寿命である数十年間乃至それ以上の長期間の使用に対しては、次第に正確な測定値が得られなくなるという欠点がある。
【0011】上記の歪みゲージを使用する方法は、アンカー鋼材に貼り付けられる各歪みゲージに給電線、信号線が接続されており、それらを地上の給電装置や検出装置へ導くための配線の取扱いが厄介であるとうい難点があり、また雷などによる電磁場の影響を受けやすいために正確性に欠け、また上記ロードセルの場合と同様、経時的に劣化するために長期間の使用に対しては問題があり、永久構造物に対しては向かないという欠点がある。
【0012】一方上記のB−OTDRを用いる方法では、光ファイバーの端部を地上に引き出すだけでよく、したがって配線の取扱についての問題はないが、光ファイバー全体をアンカー材に貼り付けておく必要があり、また測定に数分から20分前後の時間を要し、精度も低いという難点がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、配線の取扱の問題がなく、電磁場などの影響を受けず、部分的に測定でき、永久構造物に対してもその耐用期間に亙って正確に歪みまたは張力変化を監視することができ、且つ測定は極めて短時間で行うことができる方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、請求項1に係る発明は、引張力を受けている引張鋼材の歪みまたは張力測定方法において、歪センサー部を有する光ファイバーを、この歪センサー部が引張鋼材の張力変動による歪みと同等の歪みを受けるように引張鋼材に固着し、光ファイバー端部から光線を入射させ、歪センサー部が受けた歪みに相当して歪センサー部から反射される光を光ファイバー端部から受信し、当初設定した歪み前の反射光の波長と比較し、それらの間の値の差異から歪量を検出することを特徴とする。
【0015】光ファイバーの歪センサー部は、例えばファイバーグレーディング(Fiber Bragg Grating(FBG)) 処理によってもたらされる。この歪センサー部(FBG センサー)は、光ファイバーのコア部の屈折率を一定の周期で変化させたもので、特定の波長(Bragg 波長)の光のみ選択的に反射するよう、屈折率が周期的に変化している部分(回析格子)を光ファイバーの中途に設け、このファイバーの光学的格子間隔が歪みによって変化することを利用してセンサーとして使用できるようにしたものである。このようなセンサー部は一本の光ファイバーに最大約30個設けることができ、従って引張鋼材の長手方向において約30か所で歪みの測定が可能である。
【0016】請求項1による発明によれば、地中や半永久構造物内に埋め込まれている引張鋼材に対しても光ファイバーが変質しないために引張鋼材の耐用年数を通じて正確な歪み測定が可能であり、また引張鋼材の任意の部分に歪センサー部を取り付けて局部的な歪み測定が可能であり、更に歪み測定も0.02秒程度で瞬時に行え、張力計算のための時間を考慮しても、極めて短時間の内に測定ができる。
【0017】請求項2に記載の発明は、地中に向かって地山に削孔されたアンカー孔に挿入され、地中側端部において地山に定着され、地表に突出している部分で地盤安定化用受圧板に結合され、一定の張力を与えられて受圧板を地山表面へ押し付けているアンカー鋼材の歪み測定方法において、歪センサー部を有する光ファイバーを、この歪センサー部がアンカー鋼材の張力変動による歪みと同等の歪みを受けるようにアンカー鋼材に固着し、光ファイバー端部から光線を入射させ、歪センサー部が受けた歪みに相当して歪センサー部から反射される光を光ファイバー端部から受信し、当初設定した歪み前の反射光の波長と比較し、それらの間の値の差異から歪量を検出することを特徴とする。
【0018】請求項2に記載の発明によれば、地中に埋め込まれているアンカー鋼材について、アンカー鋼材の耐用年数を通じて正確な歪み測定が可能であり、またアンカー鋼材の任意の部分に歪センサー部を取り付けて、自由長部、定着長部等における局部的な歪み測定が可能であり、更に歪み測定も0.02秒程度で瞬時に行え、張力計算のための時間を考慮しても、極めて短時間の内に測定ができる。
【0019】請求項1および2に記載の何れの発明においても、複数個の歪みセンサーを一本の光りファイバー上に直列的に配置することができ、有利である。
【0020】請求項3に記載の発明は、少なくとも歪センサー部が引張鋼材またはアンカー鋼材に固定されていることを特徴とする。
【0021】請求項3による発明によれば、歪み測定箇所への歪センサー部の取り付けが簡単になる。
【0022】請求項4に記載の発明は、少なくとも歪センサー部が遮断シートによって引張鋼材またはアンカー鋼材の周囲にもたらされる材料と接触しないように保護されていることを特徴とする。
【0023】請求項4に記載の発明によれば、歪センサー部が遮断シートによって、例えば削孔への注入時のグラウト材あるいは注入固化後のグラウト材等周囲にもたらされる材料から保護され、しかもこれら材料の動きや、これら材料と引張鋼材またはアンカー鋼材との間の相対的動きが、引張鋼材またはアンカー鋼材の歪み測定に影響を及ぼさないように保護される。
【0024】請求項5に記載の発明は 請求項1〜4のいずれか一項に記載の歪み測定方法によって測定された歪量から引張鋼材の受けている張力を算出することを特徴とするものである。
【0025】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。この発明は前記のように、引張力を受けた状態で設置されているアンカー鋼材、タイロッド、ロックボルト、橋梁桁用PC鋼材等に適用できるが、図示の実施形態は引張鋼材がアンカー鋼材である場合を例に説明するものである。
【0026】アンカー鋼材は、地中に向かって地山に削孔されたアンカー孔に挿入され、地中側端部において地山に定着され、地表に突出している部分で地盤安定化用受圧板に結合され、一定の張力を与えられて受圧板を地山表面へ押し付ける作用を行うものである。アンカー鋼材はこのような用途以外にも、例えば擁壁の支持などに用いられる。
【0027】図1中、10は地山11に削孔されたアンカー孔12に挿入され、地中端部付近でセメント等の固結材によって定着されたアンカー鋼材であって、このアンカー鋼材10の地表方向端部は受圧板13に結合され、しかも地表側先端はアンカープレート14を介して締付け部材15と係合しており、この締付け部材15を締め込むことによってアンカー10に一定の張力を与え、それによって受圧板13を地山表面11aへ押し付けて固定している。アンカー孔12の孔壁とアンカー鋼材10との間には、必要に応じてグラウト材Gが注入される。
【0028】各アンカー鋼材10には一本の光ファイバー16が添わせてあり、この光ファイバーに直列的に設けたFBGセンサー16a-1〜16a-nがアンカー鋼材10の所要の箇所に、アンカー鋼材の張力変化による歪みを受けるように取り付けられている。アンカー鋼材へのFBGセンサーの取り付けは、アンカー鋼材がアンカー孔12へ挿入される前に行われる。
【0029】光ファイバー16の地表側部分は、受圧板13およびアンカープレート14に予め設けられている貫通孔(図示せず)等を通して地上に導き出されており、その先端はアンカー鋼材毎の切換を行うための切換器17に接続されることができ、この切換器は歪み測定器18へ接続され、この歪み測定器は測定された歪み値をコンプータ19に出力し、歪みおよびこの歪みに基づいて計算したアンカー鋼材が受けている張力をコンピュータ19上に表示する。
【0030】図2はアンカー鋼材10が、このアンカー鋼材に固定的に被覆された、アンカー鋼材と同様に歪む被覆層10bを有し、この被覆層の外側に、必要に応じて潤滑剤を介装して鞘管10cが嵌装されている場合の、FBGセンサー16aの取り付け態様を示しており、FBGセンサーは、鞘管10cの一部を取り除いて、あるいは一部が繋がった状態で切り開いて被覆層10bを露出させ、この被覆層に接着剤により貼着し固着することによりアンカー鋼材10に取り付けられている。従って、FBGセンサーはアンカー鋼材の歪みを被覆層10bを通して感知する。貼着後は取り除いた鞘管部分にシートを被せて補修するか、あるいは切り開いてもたらされた舌片部分を元に戻して接着することによりFBGセンサーを外部からの影響を受けないように保護する。
【0031】図3は、表面に凹凸のある撚り線などのアンカー鋼材10aにFBGセンサー16aを直接取り付ける態様を示しており、FBGセンサーを取り付けるべきアンカー鋼材の表面には硬質接着剤20が凹部を埋める程度に厚く塗布され、その上にFBGセンサーが貼り付けられる。貼付されたFBGセンサーを覆って保護および遮断シート21を被着することが好ましく、このシートはアンカー鋼材をアンカー孔12へ挿入する際や、アンカー鋼材とアンカー孔壁12aとの間に固結材やグラウトを注入する際にセンサーを保護し、さらに注入後にアンカー鋼材が周囲のグラウトGに対してズレた際にセンサーが損傷を受けるのを防止すると共に、そのズレによる影響がセンサー及ばないように作用する。この作用は図2に関して説明したシートまたは戻し舌片の作用と同様である。
【0032】図4は、比較的滑らかな表面を有するアンカー鋼材10aの表面に直接FBGセンサー16aを貼付した場合を示しており、この場合にもFBGセンサー16aを覆って保護および遮断シート21が被せられている。
【0033】図5は、貼付に依らないでFBGセンサーをアンカー鋼材またはケーブルのテンドン10aに取り付ける方法を示しており、図示のように、FBGセンサー16aの両側において光ファイバーを確固に掴む固定具22を使用し、この固定具をテンドンの被測定位置に、FBGセンサー16aに一定の張力を与えた状態で、確固に固定している。これによって、テンドンに張力変化が生じ、被測定部に歪みが発生した際に、その歪みが固定具を介してFBGセンサーへ伝達される。この方法の場合、テンドンに被覆が施されていても、この被覆の上から固定具を装着することができる。その場合、固定具は、テンドンと被覆との歪みが一体的に生じるように、確固に被覆上から締めつけ装着することが必要である。
【0034】図6は、引張鋼材、例えばアンカーテンドンヘのFBGセンサーの取付け具体例を示しており、図中10はアンカーテンドン、12は削孔、13は受圧板または支圧板、14はアンカープレートであって、アンカーテンドン10の自由長部10dには、図5に示した態様で固定具22を使用して取り付けた光ファイバー16のFBGセンサー16a-1(図6(B))と、直接貼付式で取り付けたFBGセンサー16a-2とが設けてあり、定着長部10eには直接貼付式で取り付けたFBGセンサー16a-3〜16a-6が設けてある。上記のFBGセンサー16a-1〜16a-6は一本の光ファイバー上に直列的に設けられている。削孔12の孔壁とアンカーテンドン10との間には、必要に応じてグラウト材Gが注入される。
【0035】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る引張鋼材の歪みまたは張力測定方法によれば、引張鋼材の現状の張力または引張鋼材の張力変化を、短時間の内に簡単かつ正確に測定することができ、殊に地中や変永久的構造物の内部に埋設された状態の引張鋼材の歪みまたは張力変化を張力鋼材の耐用年数が終わるまで変わらず行うことができ、敷設物や構造物の保守、管理が短時間の内に容易かつ正確にできるという効果が得られる。




 

 


     NEWS
会社検索順位 特許の出願数の順位が発表

URL変更
平成6年
平成7年
平成8年
平成9年
平成10年
平成11年
平成12年
平成13年


 
   お問い合わせ info@patentjp.com patentjp.com   Copyright 2007-2013