JP2021173677A - Internal measurement system of concrete structure - Google Patents

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Abstract

To provide an internal measurement system of a concrete structure capable of continuously measuring change in strain and temperature inside the concrete structure by allowing an optical fiber sensor to crawl in the concrete structure so as to draw a loop in a mesh panel and then embedding the same.SOLUTION: An optical fiber sensor 1 caused to recognize one or more portions of a strain measurement point or a temperature measurement point in advance is arranged and fixed in a stress acting direction inside a concrete structure. A measurement instrument is connected to an end of the optical fiber sensor and stress is calculated from a change value due to a frequency shift at each strain measurement point or temperature measurement point, or temperature is measured, and a stress distribution and a temperature distribution in a stress action direction are obtained. The optical fiber sensor may be provided in advance, and a block-shaped measurement unit filled with concrete may be prepared and placed inside the concrete structure.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、光ファイバーセンサーを用いて、コンクリート構造物内部の周波数変化値からひずみ変化や温度変化などを計測し、その分布などを測定することのできるコンクリート構造物の内部計測システムに関するものである。 The present invention relates to an internal measurement system for a concrete structure capable of measuring strain changes, temperature changes, etc. from frequency change values inside the concrete structure using an optical fiber sensor, and measuring the distribution thereof.

コンクリート構造物の内部応力状態を把握する場合、従来ではモールドひずみゲージを用いることが主流であった。モールドひずみゲージは、埋め込み型ひずみゲージとも呼ばれあらかじめ把握したい内部応力箇所にひずみゲージを埋設して、そのゲージの標点距離に相当するフランジ間に発生する平均歪値に材料固有の静弾性係数を乗じて内部応力を把握することができる。しかしながらその値は局所的に計測しているにすぎず、構造物内部の応力分布を把握したい場合には、その領域全てにモールドゲージを埋設しなければならなかった。また、コンクリート構造物内部の部材厚さ方向について応力分布を把握したい場合には何層にも渡りモールドひずみゲージを固定して設置する必要があった。 Conventionally, a mold strain gauge has been the mainstream for grasping the internal stress state of a concrete structure. The mold strain gauge is also called an embedded strain gauge. A strain gauge is embedded in an internal stress point that you want to know in advance, and the static elastic modulus peculiar to the material is the average strain value generated between the flanges corresponding to the gauge point distance of the gauge. The internal stress can be grasped by multiplying by. However, the value is only measured locally, and if you want to grasp the stress distribution inside the structure, you have to bury a mold gauge in the entire area. Further, when it is desired to grasp the stress distribution in the member thickness direction inside the concrete structure, it is necessary to fix and install the mold strain gauge over many layers.

一方、近年では通信用に開発された光ファイバーセンサーを用いて、光源としてパルス光を入射してできる後方散乱光を受光器に取り込み処理をすることで、ひずみや温度などの変化を把握することができ、構造物の維持管理、メンテナンスに利用できることがわかってきた。その利点は、リアルタイムに且つ長期に渡り変化を捉えることが可能となったという点にある。光ファイバーセンサーを用いて、構造物のひずみや損傷を測定する方法としては、例えば特許文献1〜4、非特許文献1、2に記載された発明がある。 On the other hand, in recent years, using an optical fiber sensor developed for communication, it is possible to grasp changes in strain, temperature, etc. by capturing backscattered light generated by injecting pulsed light as a light source into a receiver and processing it. It has been found that it can be used for maintenance and maintenance of structures. The advantage is that it has become possible to capture changes in real time and over a long period of time. As a method for measuring strain or damage of a structure using an optical fiber sensor, for example, there are inventions described in Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Documents 1 and 2.

特許文献1には、コンクリート構造物内部の応力をモニタリングする応力モニタリングセンサであって、1つ以上の光ファイバセンサと、各光ファイバセンサを保持する棒鋼と、各光ファイバセンサおよび棒鋼を被覆する被覆部とを備え、被覆部を構成する材料は、コンクリート構造物に用いられるコンクリートと同程度以上の強度を有するセメント系材料または樹脂であることを特徴とする応力モニタリングセンサが記載されている。 Patent Document 1 is a stress monitoring sensor that monitors the stress inside a concrete structure, and covers one or more optical fiber sensors, a steel bar holding each optical fiber sensor, and each optical fiber sensor and steel bar. A stress monitoring sensor is described in which the covering portion is provided and the material constituting the covering portion is a cement-based material or resin having a strength equal to or higher than that of concrete used for a concrete structure.

特許文献2には、光ファイバの長手方向がコンクリート構造物の表面と直交するように光ファイバセンサを配設し、光ファイバセンサによって計測されたひずみが増大している場合にコンクリート内部にせん断ひび割れが発生したと判断することを特徴とするコンクリート構造物の診断方法が記載されている。 In Patent Document 2, an optical fiber sensor is arranged so that the longitudinal direction of the optical fiber is orthogonal to the surface of the concrete structure, and shear cracks occur inside the concrete when the strain measured by the optical fiber sensor increases. Describes a method for diagnosing a concrete structure, which is characterized in that it is determined that a problem has occurred.

特許文献3には、コンクリートのひび割れを検出するひび割れ検出方法であって、コンクリート中の鋼材の表面に光ファイバセンサを固定させる工程と、光ファイバセンサ中を伝搬する光波の特性変化に基づいて、鋼材のひずみを測定する工程と、測定したひずみの経時的変化の特性に基づいて、コンクリートのひび割れを検出するひび割れ検出方法が記載されている。 Patent Document 3 describes a crack detection method for detecting cracks in concrete, which is based on a step of fixing an optical fiber sensor on the surface of a steel material in concrete and a change in the characteristics of a light wave propagating in the optical fiber sensor. A step of measuring the strain of a steel material and a crack detection method for detecting a crack in concrete based on the characteristics of the measured strain over time are described.

特許文献4には、合成樹脂製の保護管内に光ファイバを挿入し、一定の測定間隔毎に光ファイバと保護管との間を固着して光ファイバに初期歪みを与えてなる信号ケーブルを作成し、信号ケーブルをトンネル内壁面にトンネル軸方向と直交する方向に所定の間隔で形成された複数の溝内に配設して接着剤により固着すると共に、信号ケーブルの光ファイバと保護管との固着部分を固定具によりトンネル内壁に固定することを特徴とする光ファイバの敷設方法が記載されている。 In Patent Document 4, an optical fiber is inserted into a protective tube made of synthetic resin, and a signal cable is created in which the optical fiber is fixed between the optical fiber and the protective tube at regular measurement intervals to give initial distortion to the optical fiber. Then, the signal cable is arranged on the inner wall surface of the tunnel in a plurality of grooves formed at predetermined intervals in a direction orthogonal to the tunnel axial direction and fixed by an adhesive, and the optical fiber of the signal cable and the protective tube are connected. A method of laying an optical fiber, characterized in that the fixed portion is fixed to the inner wall of the tunnel by a fixture, is described.

非特許文献1には、ブリルアン散乱式光ファイバセンサの特長を生かしたモニタリング手法として、橋梁の支承機能の評価法が記載されている。また、非特許文献2には、コンクリート舗装に光ファイバセンサを埋め込んだ実験についての記載がある。 Non-Patent Document 1 describes an evaluation method of a bridge bearing function as a monitoring method utilizing the features of a Brillouin scattering optical fiber sensor. Further, Non-Patent Document 2 describes an experiment in which an optical fiber sensor is embedded in concrete pavement.

特開2019−109164号公報JP-A-2019-109164 特開2019−066388号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2019-066388 特開2016−188850号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-188850 特開2001−059797号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-0597797

西尾真由子、水野圭太、勝地弘、山田均「分布型光ファイバセンサを用いた橋梁支承モニタリングに関する基礎検討」、構造工学論文集、2014年3月、p.484−492Mayuko Nishio, Keita Mizuno, Hiroshi Katsuchi, Hitoshi Yamada "Basic Study on Bridge Bearing Monitoring Using Distributed Optical Fiber Sensors", Proceedings of Structural Engineering, March 2014, p.484-492 曽我 健一、「センサー化 インフラに“神経”を張り巡らす」、日経コンストラクション、2019年9月23日、p.46-47Kenichi Soga, "Putting" nerves "in sensorized infrastructure", Nikkei Construction, September 23, 2019, p.46-47

モールドひずみゲージは、通常のひずみゲージと同じく、その抵抗線がひずみによって伸縮し抵抗値の変化として現れることを利用した応力センサーのひとつであり、電気抵抗が正常な範囲での計測手法であるが、長期間に渡る計測については不向きとなる。また、フランジ間に生じるひずみの平均値となることから、その確からしさを追求する場合には複数の設置が必要となるし、大型構造物については、モールドゲージのフランジ間を長くする方法や、深さ方向に複数個、離散配置する等の対応が必要となってくると考えられる。 The mold strain gauge is one of the stress sensors that utilizes the fact that the resistance wire expands and contracts due to strain and appears as a change in the resistance value, like a normal strain gauge, and is a measurement method in the normal range of electrical resistance. , It is not suitable for long-term measurement. In addition, since it is the average value of the strain generated between the flanges, multiple installations are required when pursuing its certainty, and for large structures, a method of lengthening the distance between the flanges of the mold gauge and It is considered that it will be necessary to take measures such as arranging a plurality of pieces in the depth direction in a discrete manner.

そもそも計測技術として構造物内部の圧力を計測すること自体が非常に難しくその方法がこれまで無かったに等しいと言える。 In the first place, it is very difficult to measure the pressure inside the structure as a measurement technology, and it can be said that there has never been a method.

特許文献1記載の発明は、光ファイバセンサを棒鋼に保持させて、セメント系材料または樹脂で棒鋼を被覆した応力モニタリングセンサをコンクリート構造物内に設置するが、この構成だと光ファイバセンサは棒鋼と被覆部の応力および損傷状況をモニタリングすることになり、コンクリート構造物内部の応力として正確なデータは得られない。 In the invention described in Patent Document 1, an optical fiber sensor is held by a steel bar, and a stress monitoring sensor in which the steel bar is coated with a cement-based material or resin is installed in a concrete structure. In this configuration, the optical fiber sensor is a steel bar. And the stress and damage status of the covering part will be monitored, and accurate data cannot be obtained as the stress inside the concrete structure.

特許文献2記載の発明では、光ファイバセンサをせん断補強筋として配筋される鉄筋に密着するように取り付けられ、コンクリート構造物の表面と直交するように配設されるものであり、ひずみの増大によりコンクリート構造物内部のせん断ひび割れを判断するものであり、コンクリート構造物の支圧応力や応力分布を得られるものではない。 In the invention described in Patent Document 2, the optical fiber sensor is attached as a shear reinforcing bar so as to be in close contact with the reinforcing bar to be arranged, and is arranged so as to be orthogonal to the surface of the concrete structure, so that the strain is increased. This is to determine the shear cracks inside the concrete structure, and it is not possible to obtain the bearing stress and stress distribution of the concrete structure.

特許文献3記載の発明は、光ファイバセンサを用いて鋼材のひずみを測定し、コンクリートのひび割れを検出するものであり、特許文献2と同様に、コンクリート構造物の支圧応力や応力分布を得られるものではない。 The invention described in Patent Document 3 measures the strain of a steel material using an optical fiber sensor to detect cracks in concrete, and similarly to Patent Document 2, obtains bearing stress and stress distribution of a concrete structure. It is not something that can be done.

また、従来は山岳トンネルなど長手方向に長い構造物に光ファイバを設けて、長手方向のひずみを計測する方法や、特許文献4に記載されているように保護管内に光ファイバを挿入したものをトンネル内壁に固定した光ファイバの敷設方法が示されているが、平面的に使用されており、構造物内部のひずみデータを収集するものではない。 Further, conventionally, a method of providing an optical fiber in a structure long in the longitudinal direction such as a mountain tunnel and measuring the strain in the longitudinal direction, or a method in which an optical fiber is inserted in a protective tube as described in Patent Document 4 is used. A method of laying an optical fiber fixed to the inner wall of a tunnel is shown, but it is used in a plane and does not collect strain data inside the structure.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、コンクリート構造物内部に光ファイバーセンサーをメッシュパネルにループを描くように這わせてから埋設することで、コンクリート構造物内部の応力分布、あるいは温度分布などを継続的に計測することのできるコンクリート構造物の内部計測システムを提供するものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and by laying an optical fiber sensor inside a concrete structure in a loop on a mesh panel and then burying it, the inside of the concrete structure is embedded. It provides an internal measurement system for a concrete structure capable of continuously measuring a stress distribution or a temperature distribution.

本発明は、光ファイバーセンサーを用いたコンクリート構造物の内部応力または温度をモニタリングするための計測システムであって、予め1または複数箇所のひずみ計測点または温度計測点を認識させた前記光ファイバーセンサーを前記コンクリート構造物内部に配置して固定し、前記光ファイバーセンサーの端部に計測機を繋ぐことによって、前記各ひずみ計測点または温度計測点での周波数変化値から、その分布を求めるようにしたことを特徴とするものである。 The present invention is a measurement system for monitoring the internal stress or temperature of a concrete structure using an optical fiber sensor, the optical fiber sensor having one or a plurality of strain measurement points or temperature measurement points recognized in advance. By arranging and fixing it inside the concrete structure and connecting a measuring instrument to the end of the optical fiber sensor, the distribution was obtained from the frequency change value at each strain measuring point or temperature measuring point. It is a feature.

計測機に繋がれた分布型光ファイバーセンサーは、一方の端部に光源としてパルス光を入射しもう一方の端部までの空間分解能に応じた位置とひずみ差分の分布を得る事ができ、この空間分解能は、従来のひずみゲージのゲージ長に相当するもので、空間分解能が短いほど、より詳細なひずみ差分分布を得る事ができる。 The distributed optical fiber sensor connected to the measuring instrument can inject pulsed light as a light source at one end and obtain the distribution of the position and strain difference according to the spatial resolution to the other end, and this space. The resolution corresponds to the gauge length of the conventional strain gauge, and the shorter the spatial resolution, the more detailed strain difference distribution can be obtained.

また、コンクリート構造物内部に光ファイバーセンサーを配置することで、温度分布を把握することができる。特にマスコンクリートでは温度ひび割れが発生しやすいため、構造物の維持管理に有効活用することができる。 Further, by arranging the optical fiber sensor inside the concrete structure, the temperature distribution can be grasped. Especially in mass concrete, temperature cracks are likely to occur, so it can be effectively used for maintenance of structures.

これらの応力分布や温度分布はいずれか一方を計測するだけでなく、両者を同時に測定することも可能であり、さらに応力および温度以外の分布型光ファイバーセンサーで計測可能な計測対象を同時に計測することもできる。 Not only one of these stress distributions and temperature distributions can be measured, but both can be measured at the same time, and measurement targets other than stress and temperature that can be measured by a distributed optical fiber sensor can be measured at the same time. You can also.

なお、光ファイバーセンサーは、どこか一カ所でも断線してしまうと散乱光の取り込みが不能になってしまうため、注意が必要である。例えば、予備用の光ファイバーセンサーとして複数本のセンサーを使用する事やそれらをワイヤーで補強し、エンボス加工でコーティングする等の対策を講じてから使用するとよい。 It should be noted that the optical fiber sensor cannot take in scattered light if the wire is broken even in one place. For example, it is advisable to use a plurality of sensors as spare optical fiber sensors, to reinforce them with wires, and to take measures such as coating by embossing.

本発明のコンクリート構造物の内部計測システムにおいて、前記コンクリート構造物内部の上部から下部にかけて前記光ファイバーセンサーを支圧応力作用方向に繰り返し往復させて配設させるようにするとよい。 In the internal measurement system of the concrete structure of the present invention, it is preferable that the optical fiber sensor is repeatedly reciprocated in the bearing stress action direction from the upper part to the lower part inside the concrete structure.

また本発明は、光ファイバーセンサーを用いてコンクリート構造物の内部応力または温度をモニタリングするための計測システムであって、予め1または複数箇所のひずみ計測点または温度計測点を認識させた前記光ファイバーセンサーを配設し、コンクリートを充填したブロック状の計測ユニットを作成し、前記コンクリート構造物に前記計測ユニットを設置することで、前記計測ユニットに内蔵された前記光ファイバーセンサーが前記コンクリート構造物の内部応力の作用方向に配置され、前記光ファイバーセンサーの端部に計測機を繋いで、前記計測ユニット内の前記各ひずみ計測点または温度計測点での周波数変化値からその分布を計測できるようにしたことを特徴とするものである。 Further, the present invention is a measurement system for monitoring the internal stress or temperature of a concrete structure using an optical fiber sensor, and the optical fiber sensor having one or a plurality of strain measurement points or temperature measurement points recognized in advance. By creating a block-shaped measuring unit that is arranged and filled with concrete and installing the measuring unit in the concrete structure, the optical fiber sensor built in the measuring unit can be used to reduce the internal stress of the concrete structure. It is arranged in the direction of action, and a measuring instrument is connected to the end of the optical fiber sensor so that the distribution can be measured from the frequency change value at each strain measuring point or temperature measuring point in the measuring unit. Is to be.

あらかじめ光ファイバーセンサーを配設したブロック状の計測ユニットを作成しておけば、光ファイバーセンサーを現場で配設する作業が不要となり、構造物内部に計測ユニットを配置するだけでよく、現場での施工が容易で、施工時間も短縮することができる。また、ひずみや温度を計測したい部分にだけ計測ユニットを配置しておいてもよい。 If a block-shaped measurement unit in which the optical fiber sensor is arranged is created in advance, the work of arranging the optical fiber sensor on site becomes unnecessary, and the measurement unit only needs to be arranged inside the structure, and the construction on site can be performed. It is easy and the construction time can be shortened. Further, the measuring unit may be arranged only in the portion where the strain and the temperature are to be measured.

本発明のコンクリート構造物の計測システムにおいて、前記計測ユニットを並設して、隣り合う前記計測ユニットの光ファイバーセンサーどうしを連結させて、前記コンクリート構造物を構成することで、前記計測ユニットに内蔵された前記光ファイバーセンサーが前記コンクリート構造物内部の支圧応力作用方向に配置され、前記光ファイバーセンサーの終端部に計測機を繋ぐことによって、前記各ひずみ計測点または温度計測点での分布を計測できるようにすることもできる。 In the measurement system for a concrete structure of the present invention, the measurement units are arranged side by side, and the optical fiber sensors of the adjacent measurement units are connected to each other to form the concrete structure, so that the measurement units are built into the measurement unit. The optical fiber sensor is arranged in the bearing stress action direction inside the concrete structure, and by connecting a measuring device to the end of the optical fiber sensor, the distribution at each strain measurement point or temperature measurement point can be measured. It can also be.

隣り合う計測ユニットの光ファイバーセンサー同士を連結させることで大型コンクリート構造物においても広範囲に渡り構造物内部の応力状態や温度の把握が可能となる。 By connecting the optical fiber sensors of adjacent measurement units, it is possible to grasp the stress state and temperature inside the structure over a wide range even in a large concrete structure.

プレキャストコンクリート製品については、同様にあらかじめ計測ユニットを埋設しておき、各製品から出ている光ファイバの端子同士を現場で連結すれば、簡単に構造物内部の応力状況や温度が把握できる。 For precast concrete products, if a measurement unit is similarly embedded in advance and the optical fiber terminals from each product are connected at the site, the stress status and temperature inside the structure can be easily grasped.

本発明のコンクリート構造物の計測システムは、光ファイバーセンサーを構造物内部の把握したい応力方向に配置して、そのひずみ分布の差分により内部応力の把握が可能となり、一度そのシステムを構築すれば、従来のひずみゲージとは異なり、継続的かつ半永久的にコンクリート構造物の内部モニタリングをすることができる。また、構造物内部の温度分布などを把握することもできる。 In the measurement system for concrete structures of the present invention, an optical fiber sensor is arranged in the stress direction to be grasped inside the structure, and the internal stress can be grasped by the difference in the strain distribution. Unlike strain gauges, it is possible to continuously and semi-permanently monitor the inside of concrete structures. It is also possible to grasp the temperature distribution inside the structure.

現地で光ファイバーセンサーを設置するのではなく、予めプレキャスト製品としてユニット化することにより、現場での施工は光ファイバーセンサーの接続やユニットの交換となり、作業が容易に行える。また、構造物において、データを計測したい部分に光ファイバーセンサーを設けたユニットを配置すればよい。 By unitizing the optical fiber sensor as a precast product in advance instead of installing it on site, the on-site construction can be done by connecting the optical fiber sensor or replacing the unit, and the work can be done easily. Further, in the structure, a unit provided with an optical fiber sensor may be arranged at a portion where data is to be measured.

本発明に係るコンクリート構造物の計測システムを合成鋼管柱に用いた実施例の載荷実験状況図を示し、(a)は正面図、(b)は平面図である。A loading experiment situation diagram of an example in which the measurement system of the concrete structure according to the present invention is used for a synthetic steel pipe column is shown, (a) is a front view, and (b) is a plan view. (a)は図1の載荷実験の基礎コンクリート内部に、光ファイバーセンサーをメッシュパネルに繰り返しのループを描くように這わせた状態を示した鉛直断面図、(b)は基礎コンクリート打設前のメッシュパネルの配置状況を示した平面図である。(a) is a vertical cross-sectional view showing a state in which an optical fiber sensor is laid on a mesh panel in a repeating loop inside the foundation concrete of the loading experiment shown in FIG. 1, and (b) is a mesh before placing the foundation concrete. It is a top view which showed the arrangement state of a panel. 図1の実施形態において、基礎コンクリート内部のひずみ分布の結果を示したものであり、(a)はひずみ計測点とひずみモールドゲージの位置を示した平面図、(b)〜(d)は中心からの距離と発生歪との関係を示したグラフで、(b)はひずみモールドゲージM5、M6と光ファイバーセンサーのひずみ計測点、(c)はひずみモールドゲージM1〜4と光ファイバーセンサーのひずみ計測点、(d)はひずみモールドゲージM7、M8と光ファイバーセンサーのひずみ計測点の結果である。In the embodiment of FIG. 1, the result of the strain distribution inside the foundation concrete is shown, (a) is a plan view showing the positions of the strain measurement point and the strain mold gauge, and (b) to (d) are the centers. In the graph showing the relationship between the distance from and the generated strain, (b) is the strain measurement points of the strain mold gauges M5 and M6 and the optical fiber sensor, and (c) is the strain measurement points of the strain mold gauges M1 to 4 and the optical fiber sensor. , (D) are the results of the strain measuring points of the strain mold gauges M7 and M8 and the optical fiber sensor. 図1の実施形態における基礎コンクリート内部の発生歪を深さ分布で示したグラフである。It is a graph which showed the generated strain in the foundation concrete in the embodiment of FIG. 1 by the depth distribution. 本発明に係るコンクリート構造物の計測システムにおいて、基礎コンクリート内部の任意断面の支圧応力分布を示したグラフであり、(a)は支圧応力作用方向(深さ)が−200mm、(b)は−300mm、(c)は−400mmである。In the measurement system of the concrete structure according to the present invention, it is a graph which showed the bearing stress distribution of an arbitrary cross section inside a foundation concrete, (a) is the bearing stress action direction (depth) of -200mm, (b). Is −300 mm, and (c) is −400 mm.

以下、本発明を添付した図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下に示される実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments shown below.

図1は、本発明に係るコンクリート構造物の計測システムを合成鋼管柱11の載荷実験において基礎コンクリート13内部に光ファイバーセンサー1を配設した実施形態を示したものであり、(a)は正面図、(b)は平面図である。基礎コンクリート13の上に設けた鋼管柱11は直径500mmとし、鋼管柱11内部にはアンカー筋12を設けた。 FIG. 1 shows an embodiment of a concrete structure measurement system according to the present invention in which an optical fiber sensor 1 is arranged inside a foundation concrete 13 in a loading experiment of a synthetic steel pipe column 11, and FIG. 1A is a front view. , (B) is a plan view. The steel pipe column 11 provided on the foundation concrete 13 has a diameter of 500 mm, and an anchor bar 12 is provided inside the steel pipe column 11.

光ファイバーセンサー1にパルス光を入射し、後方散乱光としてレーリー波を空間分解能20mmで収集する。基礎コンクリート13の内部には光ファイバーセンサー1をあらかじめメッシュ筋にループ状に這わせてから配置して、基礎コンクリート13を打設した。光ファイバーセンサー1の端部に計測機を繋げて、各ひずみ計測点でのデータを集計する。 Pulsed light is incident on the optical fiber sensor 1, and Rayleigh waves are collected as backscattered light with a spatial resolution of 20 mm. The optical fiber sensor 1 was placed inside the foundation concrete 13 after being laid in a loop on the mesh streaks in advance, and the foundation concrete 13 was placed. A measuring device is connected to the end of the optical fiber sensor 1 to aggregate the data at each strain measurement point.

図2に、図1の載荷実験において、光ファイバーセンサー1をメッシュパネル2に繰り返し往復させたループを描くように這わせた状態を示した。コンクリート構造物内部で光ファイバーセンサー1を位置決めする方法として、図2(a)に示したように、例えばメッシュパネル3を使用して、固定したメッシュパネル3に光ファイバーセンサー1を這わせる。光ファイバーセンサー1をメッシュパネル3に這わせたものを光ファイバーセンサーユニットとして作成しておくとよい。その他、コンクリートを打設する際に、光ファイバーセンサー1の位置がずれることがない方法であればよい。 FIG. 2 shows a state in which the optical fiber sensor 1 was crawled so as to draw a loop in which the optical fiber sensor 1 was repeatedly reciprocated on the mesh panel 2 in the loading experiment of FIG. As a method of positioning the optical fiber sensor 1 inside the concrete structure, as shown in FIG. 2A, for example, a mesh panel 3 is used, and the optical fiber sensor 1 is laid on the fixed mesh panel 3. It is advisable to create an optical fiber sensor unit in which the optical fiber sensor 1 is laid on the mesh panel 3. In addition, any method may be used as long as the position of the optical fiber sensor 1 does not shift when placing concrete.

網状のものに光ファイバーセンサー1を折らないように気を付けながら這わせて接着剤などで取り付けた後、光ファイバーセンサー1に位置情報を認識させて、光ファイバーセンサー1上にひずみ計測点または温度計測点を設定する。その方法として、例えば着目位置を冷やしたり温めたりすることで強制的にひずみを発生させ、位置情報を確認する。 After crawl on a net-like object while being careful not to break the optical fiber sensor 1 and attach it with an adhesive or the like, the optical fiber sensor 1 is made to recognize the position information, and the strain measurement point or the temperature measurement point is placed on the optical fiber sensor 1. To set. As a method for this, for example, strain is forcibly generated by cooling or warming the position of interest, and the position information is confirmed.

また、図2〜3に示したように、光ファイバーセンサー1上に設定したひずみ計測点1bの歪計測値の整合性を確認するために、モールドひずみゲージM1〜M8も設置して、光ファイバーセンサー1でひずみを計測するとともに、モールドひずみゲージによってもひずみを計測した。 Further, as shown in FIGS. 2 to 3, in order to confirm the consistency of the strain measurement values of the strain measurement points 1b set on the optical fiber sensor 1, mold strain gauges M1 to M8 are also installed, and the optical fiber sensor 1 is installed. In addition to measuring the strain with, the strain was also measured with a mold strain gauge.

図2(b)には、図1の載荷実験において、基礎コンクリート13内部に埋設した光ファイバーセンサー1の配置状況を示した平面図を示した。メッシュパネル2に固定した光ファイバーセンサー1が左右に往復してループを描いている。基礎コンクリート13の内部には、光ファイバーセンサー1を固定したメッシュパネル2を支圧応力作用方向(深さ方向)に複数層設けて、支圧応力作用方向の応力分布または温度分布を求められるようにする。 FIG. 2B shows a plan view showing the arrangement state of the optical fiber sensor 1 embedded inside the foundation concrete 13 in the loading experiment of FIG. 1. The optical fiber sensor 1 fixed to the mesh panel 2 reciprocates left and right to draw a loop. Inside the foundation concrete 13, a plurality of layers of mesh panels 2 to which the optical fiber sensor 1 is fixed are provided in the bearing stress acting direction (depth direction) so that the stress distribution or temperature distribution in the bearing stress acting direction can be obtained. do.

図3、4は、本発明の計測システムの妥当性を確認するために実施した合成鋼管柱の載荷実験において、基礎コンクリート13内部のひずみ分布の結果を示したものである。図3(a)は、ひずみ計測点1bとひずみモールドゲージM1〜8の位置を示している。図3(b)〜(d)には、ひずみ計測点1bとひずみモールドゲージM1〜8において、中心からの距離と発生歪の関係を示したグラフであり、(b)はひずみモールドゲージM5、M6と光ファイバーセンサーの各計測点、(c)はひずみモールドゲージM1〜4と光ファイバーセンサーの各計測点、(d)はひずみモールドゲージM7、M8と光ファイバーセンサーの各計測点の結果である。 FIGS. 3 and 4 show the results of the strain distribution inside the foundation concrete 13 in the loading experiment of the synthetic steel pipe column carried out to confirm the validity of the measurement system of the present invention. FIG. 3A shows the positions of the strain measuring point 1b and the strain mold gauges M1 to 8. 3 (b) to 3 (d) are graphs showing the relationship between the distance from the center and the generated strain at the strain measurement points 1b and the strain mold gauges M1 to 8, and FIG. 3 (b) shows the strain mold gauge M5. M6 and each measurement point of the optical fiber sensor, (c) is the result of each measurement point of the strain mold gauges M1 to 4 and the optical fiber sensor, and (d) is the result of each measurement point of the strain mold gauges M7, M8 and the optical fiber sensor.

図3(b)のグラフより、ひずみモールドゲージM5、M6における発生歪とひずみ計測点の発生歪の値がほぼ一致している。同様に図3(c)、(d)のグラフでは、ひずみモールドゲージM1〜4、M7、M8における発生歪とひずみ計測点の発生歪の値もほぼ一致していることがわかる。以上より、本発明の計測システムの妥当性を確認することができた。 From the graph of FIG. 3B, the values of the generated strain in the strain mold gauges M5 and M6 and the generated strain at the strain measurement point are substantially the same. Similarly, in the graphs of FIGS. 3 (c) and 3 (d), it can be seen that the values of the generated strain in the strain mold gauges M1 to 4 and M7 and M8 and the values of the generated strain at the strain measurement point are almost the same. From the above, the validity of the measurement system of the present invention could be confirmed.

図4には、図1の実施形態における基礎コンクリート13内部の発生歪を深さ分布で示した。また、このグラフでも本発明の計測システムの妥当性を確認するため、モールドひずみゲージM1〜4の値も示している。図4のように各ひずみ計測点での発生歪をプロットすると、支圧応力作用方向(深さ方向)でのひずみ分布を把握することができる。 FIG. 4 shows the generated strain inside the foundation concrete 13 in the embodiment of FIG. 1 in terms of depth distribution. Further, in this graph as well, in order to confirm the validity of the measurement system of the present invention, the values of the mold strain gauges M1 to 4 are also shown. By plotting the generated strain at each strain measurement point as shown in FIG. 4, the strain distribution in the bearing stress acting direction (depth direction) can be grasped.

図5は、本発明に係るコンクリート構造物の計測システムにおいて、基礎コンクリート13内部の任意断面の支圧応力分布を示したグラフであり、(a)は支圧応力作用方向(深さ)が−200mm、(b)は−300mm、(c)は−400mmである。 FIG. 5 is a graph showing the bearing stress distribution of an arbitrary cross section inside the foundation concrete 13 in the measurement system of the concrete structure according to the present invention, and FIG. 5A is a graph in which the bearing stress acting direction (depth) is −. 200 mm, (b) is -300 mm, and (c) is -400 mm.

すなわち、各ひずみ計測点での発生歪から支圧応力を算出し、支圧応力作用方向の応力分布を求めることができ、図6では深さ方向ごとの水平断面における特定方向についての支圧応力分布をグラフとしたものである。 That is, the bearing stress can be calculated from the strain generated at each strain measurement point to obtain the stress distribution in the bearing stress acting direction. In FIG. 6, the bearing stress in a specific direction in the horizontal cross section for each depth direction can be obtained. It is a graph of the distribution.

以上より、図2に示した計測着目領域内において任意断面の支圧王直分布の長期的な把握が可能であることが確認できた。 From the above, it was confirmed that it is possible to grasp the distribution of the bearing pressure on an arbitrary cross section over a long period of time within the measurement focus area shown in FIG.

図1で説明した基礎コンクリート13は、計測ユニットとしても使用できる。あらかじめプレキャストコンクリート製品として、光ファイバーセンサー1を配置して内蔵したブロック状の計測ユニットを作成しておけば、構造物内部の計測したい部分に現場で計測ユニットを設置するだけで、光ファイバーセンサー1を配置することができる。計測ユニットのサイズとしては、例えば1.3m角以下であれば4t程度であり運搬上の問題もなく現場施工は容易であると考えられる。 The foundation concrete 13 described with reference to FIG. 1 can also be used as a measuring unit. If a block-shaped measuring unit is created by arranging the optical fiber sensor 1 as a precast concrete product in advance, the optical fiber sensor 1 can be placed by simply installing the measuring unit at the site inside the structure where the measurement is desired. can do. The size of the measuring unit is, for example, about 4 tons if it is 1.3 m square or less, and it is considered that on-site construction is easy without any transportation problem.

計測ユニットをプレキャストコンクリート製品として作成すれば、計測ユニット同士の連結のみで本発明の計測システムの構築は可能であり、着脱は損傷を受けたところだけで良く、維持管理の省力化が期待される。 If the measuring unit is created as a precast concrete product, the measuring system of the present invention can be constructed only by connecting the measuring units to each other, and the attachment / detachment can be done only at the damaged part, which is expected to save labor for maintenance. ..

ダムや原子力施設など大型構造物の場合は、プレパックドコンクリートの骨材と一緒に予め要所に光ファイバーセンサーを埋め込んだブロックを設置しておけば、施工後、人が容易に立ち入れない施設でも半永久的にコンクリート内部応力や温度を測定することができる。その場合、無線式センサーシステムを用いてもよい。 In the case of large structures such as dams and nuclear facilities, if a block with an optical fiber sensor embedded is installed in advance along with the aggregate of prepacked concrete, even in a facility where people cannot easily enter after construction. It is possible to measure the internal stress and temperature of concrete semi-permanently. In that case, a wireless sensor system may be used.

また、図1の実施形態では、図3、図4に示した各計測点での発生歪からの値から図5に示した支圧応力の分布を示したが、各計測点で温度を計測することも可能であり、コンクリート構造物内部の温度分布を示すことも可能である。 Further, in the embodiment of FIG. 1, the distribution of the bearing stress shown in FIG. 5 is shown from the values from the generated strain at each measurement point shown in FIGS. 3 and 4, but the temperature is measured at each measurement point. It is also possible to show the temperature distribution inside the concrete structure.

1:光ファイバーセンサー
1a:光ファイバーセンサーユニット端部
1b:光ファイバーセンサーのひずみ計測点(温度計測点)
2:メッシュパネル
3:モールドひずみゲージ
11:合成鋼管柱
12:アンカー筋
13:基礎コンクリート
14:荷重計
15:載荷板
M1〜8:モールドひずみゲージ
1: Optical fiber sensor 1a: Optical fiber sensor unit end 1b: Strain measurement point (temperature measurement point) of optical fiber sensor
2: Mesh panel 3: Mold strain gauge 11: Synthetic steel pipe column 12: Anchor bar 13: Foundation concrete 14: Load meter 15: Loading plate M1-8: Mold strain gauge

Claims (4)

光ファイバーセンサーを用いたコンクリート構造物の内部応力または温度をモニタリングするための計測システムであって、
予め1または複数箇所のひずみ計測点または温度計測点を認識させた前記光ファイバーセンサーを前記コンクリート構造物内部に配置して固定し、
前記光ファイバーセンサーの端部に計測機を繋ぐことによって、
前記各ひずみ計測点または温度計測点での周波数変化値から、その分布を求めるようにしたことを特徴とするコンクリート構造物の内部計測システム。
A measurement system for monitoring the internal stress or temperature of a concrete structure using an optical fiber sensor.
The optical fiber sensor having one or a plurality of strain measurement points or temperature measurement points recognized in advance is arranged and fixed inside the concrete structure.
By connecting a measuring instrument to the end of the optical fiber sensor,
An internal measurement system for a concrete structure, characterized in that the distribution is obtained from the frequency change value at each strain measurement point or temperature measurement point.
請求項1記載のコンクリート構造物の内部計測システムにおいて、
前記コンクリート構造物内部の端部から他端部にかけて前記光ファイバーセンサーを内部応力の作用方向に繰り返し往復させて配設させるようにした
ことを特徴とするコンクリート構造物の内部計測システム。
In the internal measurement system for a concrete structure according to claim 1,
An internal measurement system for a concrete structure, characterized in that the optical fiber sensor is repeatedly reciprocated in the direction of action of internal stress from one end to the other end inside the concrete structure.
光ファイバーセンサーを用いてコンクリート構造物の内部応力または温度をモニタリングするための計測システムであって、
予め1または複数箇所のひずみ計測点または温度計測点を認識させた前記光ファイバーセンサーを配設し、コンクリートを充填したブロック状の計測ユニットを作成し、
前記コンクリート構造物に前記計測ユニットを設置することで、
前記計測ユニットに内蔵された前記光ファイバーセンサーが前記コンクリート構造物の内部応力の作用方向に配置され、
前記光ファイバーセンサーの端部に計測機を繋いで、
前記計測ユニット内の前記各ひずみ計測点または温度計測点での周波数変化値からその分布を計測できるようにした
ことを特徴とするコンクリート構造物の内部計測システム。
A measurement system for monitoring the internal stress or temperature of a concrete structure using an optical fiber sensor.
The optical fiber sensor that recognizes one or more strain measurement points or temperature measurement points in advance is arranged to create a block-shaped measurement unit filled with concrete.
By installing the measuring unit on the concrete structure,
The optical fiber sensor built in the measuring unit is arranged in the direction of action of internal stress of the concrete structure.
Connect a measuring instrument to the end of the optical fiber sensor,
An internal measurement system for a concrete structure, characterized in that the distribution can be measured from the frequency change value at each strain measurement point or temperature measurement point in the measurement unit.
請求項3記載のコンクリート構造物の計測システムにおいて、
前記計測ユニットを並設して、隣り合う前記計測ユニットの光ファイバーセンサーどうしを連結させて、前記コンクリート構造物を構成することで、
前記計測ユニットに内蔵された前記光ファイバーセンサーが前記コンクリート構造物内部の応力作用方向に配置され、
前記光ファイバーセンサーの終端部に計測機を繋ぐことによって、
前記各ひずみ計測点または温度計測点での分布を計測できるようにした
ことを特徴とするコンクリート構造物の内部計測システム。
In the measurement system for concrete structures according to claim 3,
By arranging the measuring units in parallel and connecting the optical fiber sensors of the adjacent measuring units to each other to form the concrete structure,
The optical fiber sensor built in the measuring unit is arranged in the stress acting direction inside the concrete structure.
By connecting a measuring instrument to the end of the optical fiber sensor,
An internal measurement system for concrete structures, characterized in that the distribution at each strain measurement point or temperature measurement point can be measured.
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