JP2002173935A - 緊張材の張力評価方法、および緊張材の張力評価に用いる介装部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 緊張材に作用する張力を正確、かつ簡易に把
握してその健全性を知見し、緊張材の維持管理を可能に
する。 【解決手段】 緊張材１１に張力Ｔを与えるナット１３
について、張力Ｔの作用方向に離間する２つの測定点に
対し磁歪センサを用いて応力測定を実施し、両測定点に
おいて得られた応力差の差分を求め、該差分をもとに張
力Ｔを評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、グランドアンカー
やＰＣ（プレストレストコンクリート）構造の定着部に
対して利用できる緊張材の張力評価方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】斜面の安定等を目的として施工されるグ
ランドアンカーについては、従来より、過大な張力によ
り緊張材が破断に至る、経年的に緩みが発生する、等の
問題が指摘されている。これらの問題を解決するべく、
特開平09-143992号「グランドアンカー」、特開平08-33
3747号「アンカーの再緊張法」といった提案がなされて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、緊張材
に作用する張力を把握してその健全性を知見する方法は
確立されていないのが現状である。本発明は上記の事情
に鑑みてなされたものであり、緊張材に作用する張力を
正確、かつ簡易に把握してその健全性を知見し、緊張材
の維持管理を可能にすることを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、次にような構成の緊張材の張力評価方
法を採用する。すなわち本発明に係る請求項１記載の緊
張材の張力評価方法は、対象物の内部に配設される緊張
材の張力評価方法であって、前記緊張材に定着されると
ともに前記対象物に接して該緊張材に張力を与える定着
部材について、複数の測定点に対し磁歪センサを用いて
応力測定を実施し、各測定点において得られた応力の差
分を求め、該差分をもとに前記張力を評価することを特
徴とする。

【０００５】請求項２記載の緊張材の張力評価方法は、
請求項１記載の緊張材の張力評価方法において、前記応
力測定を、前記張力の作用方向に離間する２つの測定点
に対して実施することを特徴とする。

【０００６】緊張材に張力を与えると、定着部材に生じ
る応力は、定着部材の各所で異なり、かつその差分は緊
張材に与えた張力に比例することが解っている。そこで
本発明においては、定着部材について、複数の測定点に
対し磁歪センサを配し、各測定点において定着部材に作
用する応力を測定し、各測定点間の応力の差分を求めて
張力レベルを推定する。なお、上記応力測定は、前記張
力の作用方向に離間する２つの測定点に対して実施する
ことが望ましい。これにより、より正確に張力レベルの
推定が可能になる。

【０００７】請求項３記載の緊張材の張力評価方法は、
請求項１または２記載の緊張材の張力評価方法におい
て、前記定着部材にあらかじめ熱処理を施しておくこと
を特徴とする。

【０００８】請求項４記載の緊張材の張力評価方法は、
請求項１から３のいずれか記載の緊張材の張力評価方法
において、前記定着部材を機械加工により製作すること
を特徴とする。

【０００９】例えばグランドアンカー等の場合、定着部
材としてのアンカーヘッド部にはナットやウェッジ等、
いずれも引き抜き加工した材料が使用されることが多
い。しかしながら、引き抜き加工した材料には、組織の
異方性および残留応力の影響により磁歪感度が悪いとい
う性質がある。そこで本発明においては、定着部材にあ
らかじめ熱処理を施しておく。引き抜き加工した材料に
熱処理を施すと、組織の異方性や残留応力が除去され
る。また、定着部材を機械加工により製作する。機械加
工は引き抜き加工に比べて残留応力の発生を抑えられ
る。これにより、磁歪センサによる測定が、組織の異方
性や残留応力によって邪魔されることなく良好に行える
ようになる。機械加工により製作した定着部材に熱処理
を施すとなおよい。

【００１０】請求項５記載の緊張材の張力評価方法は、
対象物の内部に配設される緊張材の張力評価方法であっ
て、前記緊張材に定着される定着部材と前記対象物との
間に介装される介装部材について、複数の測定点に対し
磁歪センサを用いて応力測定を実施し、各測定点におい
て得られた応力の差分を求め、該差分をもとに前記張力
を評価することを特徴とする。

【００１１】請求項６記載の緊張材の張力評価方法は、
請求項５記載の緊張材の張力評価方法において、前記応
力測定を、前記定着部材の定着により前記緊張材に与え
られる張力の作用方向に離間する２つの測定点に対して
実施することを特徴とする。

【００１２】定着部材については、強度上の問題から熱
処理を許されない場合もある。そこで本発明において
は、定着部材と対象物との間に介装部材を配設し、この
介装部材について、複数の測定点に対し磁歪センサを配
し、各測定点において介装部材に作用する応力を測定
し、各測定点間の応力の差分を求めて張力レベルを推定
する。なお、上記応力測定は、前記張力の作用方向に離
間する２つの測定点に対して実施することが望ましい。
これにより、さらに正確な張力レベルの推定が可能にな
る。

【００１３】請求項７記載の緊張材の張力評価方法は、
請求項５または６記載の緊張材の張力評価方法におい
て、前記介装部材に、前記張力の作用方向に離間して、
断面積の小さい高応力作用部と、該高応力作用部と比較
して断面積が大きい低応力作用部とを設けておき、前記
複数の測定点を前記高応力作用部と前記低応力作用部と
に振り分けて設定することを特徴とする。

【００１４】請求項８記載の緊張材の張力評価に用いる
介装部材は、対象物の内部に配設される緊張材の張力評
価を行う際、前記緊張材に定着される定着部材と前記対
象物との間に介装される介装部材であって、前記緊張材
に導入された張力の作用方向に離間して、断面積の小さ
い高応力作用部と、該高応力作用部と比較して断面積が
大きい低応力作用部とが設けられていることを特徴とす
る。

【００１５】本発明においては、複数の測定点を高応力
作用部と低応力作用部とに振り分けて設定することによ
り、張力のわずかな変化に対しても応力の変化が大きく
現れるようになるので、張力レベルの推定が行い易くな
る。

【００１６】請求項９記載の緊張材の張力評価方法は、
対象物の内部に配設される緊張材の張力評価方法であっ
て、前記緊張材に定着される定着部材と前記対象物との
間に介装された介装部材について、磁歪センサを用いて
応力測定を実施し、得られた応力と事前に認知された前
記介装部材の初期残留応力との差分を求め、該差分をも
とに前記張力を評価することを特徴とする。

【００１７】請求項１０記載の緊張材の張力評価方法
は、請求項９記載の緊張材の張力評価方法において、前
記介装部材が薄肉円筒形をなし、前記緊張材を内側に挿
通されて所定位置に配置されることを特徴とする。

【００１８】本発明においては、定着部材と対象物との
間にあって緊張材を取り囲むように配置された介装部材
に作用する応力を測定し、得られた応力と事前に認知さ
れた介装部材の初期残留応力との差分を求めて張力レベ
ルを推定する。定着部材と対象物との間に介装された状
態の介装部材に作用する応力と初期残留応力との差分
は、緊張材に導入された張力によってもたらされるか
ら、この差分をもとにより正確な張力レベルの推定が可
能になる。

【００１９】請求項１１記載の緊張材の張力評価方法
は、請求項９または１０記載の緊張材の張力評価方法に
おいて、前記応力測定を、前記介装部材の周方向に離間
する複数の測定点に対して実施し、各測定点において得
られた応力の平均値から前記差分を求めることを特徴と
する。

【００２０】介装部材に作用する応力には、介装部材や
緊張材、定着部材の配置により周方向の分布に偏りが生
じる。そこで本発明においては、測定点を複数設定し、
各測定点において得られた応力の平均値を求めることに
より、張力の導入によって介装部材にもたらされた応力
をより正確に把握することが可能になる。

【００２１】請求項１２記載の緊張材の張力評価方法
は、請求項９から１１のいずれか記載の緊張材の張力評
価方法において、前記定着部材と前記介装部材との間に
板状部材を介在させることを特徴とする。

【００２２】本発明においては、板状部材を介在させる
ことにより、介装部材に作用する応力の周方向の分布の
偏りが矯正される。

【００２３】請求項１３記載の緊張材の張力評価方法
は、請求項１０から１２のいずれか記載の緊張材の張力
評価方法において、前記応力測定を実施する測定点を、
前記介装部材の長さ方向のほぼ中央に設定することを特
徴とする。

【００２４】介装部材に作用する応力は、周方向だけで
なく長さ方向の各所においても異なる場合がある。これ
は、円筒状の介装部材の内外面に作用する応力が異なる
ためである。そこで本発明においては、応力測定を実施
する測定点を介装部材の長さ方向のほぼ中央に設定する
ことにより、介装部材に作用する応力の分布の偏りが長
さ方向についても矯正される。

【００２５】請求項１４記載の緊張材の張力評価に用い
る介装部材は、対象物の内部に配設される緊張材の張力
評価を行う際、前記緊張材に定着される定着部材と前記
対象物との間に介装される介装部材であって、薄肉円筒
形をなし、前記緊張材を内側に挿通されて所定位置に配
置されるものであることを特徴とする。

【００２６】本発明においては、介装部材が定着部材と
対象物との間にあって緊張材を取り囲むように配置され
ることにより、緊張材に導入された張力が効率的に介装
部材に伝達される。

【００２７】請求項１５記載の緊張材の張力評価に用い
る介装部材は、請求項１４記載の緊張材の張力評価に用
いる介装部材において、壁部の肉厚中心を通る円周の直
径以上の長さを有することを特徴とする。

【００２８】本発明においては、介装部材の長さを肉厚
中心を通る円周の直径と同等、またはそれ以上に設定す
ることにより、介装部材に作用する応力の分布が周方向
だけでなく長さ方向についても均一になる。

【００２９】請求項１６記載の緊張材の張力評価に用い
る介装部材は、請求項１４または１５記載の緊張材の張
力評価に用いる介装部材において、両端にそれぞれ補強
部が設けられていることを特徴とする。

【００３０】本発明においては、介装部材の両端にそれ
ぞれ補強部を設けることにより、介装部材の周方向の強
度が高められるので、介装部材に作用する応力の周方向
の分布がより均一になる。

【００３１】請求項１７記載の緊張材の張力評価に用い
る介装部材は、請求項１６記載の緊張材の張力評価に用
いる介装部材において、前記補強部が端面から僅かに離
間した位置に形成されていることを特徴とする。

【００３２】介装部材と定着部材、および介装部材と対
象物との間には、緊張材の長さ方向に作用する張力以外
に、緊張材の長さ方向に垂直な面に平行な力が作用し、
上記各部材間に摩擦を生むことが考えられる。そこで本
発明においては、補強部を端面から僅かに離間した位置
に形成することにより、緊張材の長さ方向に垂直な面に
平行な力の介装部材への伝達が阻まれ、介装部材に作用
する応力にばらつきが生じ難くなる。

【００３３】請求項１８記載の緊張材の張力評価に用い
る介装部材は、請求項１４から１７のいずれか記載の緊
張材の張力評価に用いる介装部材において、あらかじめ
熱処理が施されていることを特徴とする。

【００３４】請求項１９記載の緊張材の張力評価に用い
る介装部材は、請求項１４から１８のいずれか記載の緊
張材の張力評価に用いる介装部材において、機械加工に
より製作されていることを特徴とする。

【００３５】本発明においては、定着部材の場合と同様
に、介装部材に熱処理を施したり、介装部材を機械加工
により製作することにより、磁歪センサによる測定が、
組織の異方性や残留応力によって邪魔されることなく良
好に行えるようになる。機械加工により製作した介装部
材に熱処理を施すとよりよい結果が得られる。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明に係る緊張材の張力評価方
法についての第１の実施形態を図１ないし図１０に示し
て説明する。まず、磁歪センサを用いた応力測定につい
て説明する。図１は磁歪センサ用プローブの一例を示す
斜視図である。磁歪センサ用プローブ１（以下、単にプ
ローブとする）は、被測定材料の応力に応じた検出信号
を出力するもので、対称に配置された４本の足を有して
いる。対角に向き合った足２ａ，２ｂには励磁用コイル
３が巻かれ、交流の磁化電流が流される。また、対角に
向き合った足２ｃ，２ｄには検出用コイル４が巻かれて
いる。

【００３７】図２はプローブ１を用いた応力測定回路の
回路図である。信号発生器５は励磁信号を発生するもの
で、励磁周波数は例えば１ｋＨｚを選択する。増幅器６
は信号発生器５の励磁信号を励磁電流に増幅するもので
ある。同期整流器７は、信号発生器５の励磁信号とプロ
ーブ１の検出信号とを同期整流して、信号成分を出力す
る。ローパスフィルタ回路８は、信号成分に含まれる低
周波成分を除去するもので、カットオフ周波数は例えば
１００Ｈｚとする。応力波形演算器９は、ローパスフィ
ルタ回路８の出力電圧から応力を演算する回路で、例え
ばμプロセッサを用いる。校正曲線部１０は、ローパス
フィルタ回路８の出力電圧値を被測定材料の応力値に変
換する定数が記憶されたもので、この定数は被測定材料
の材質およびプローブ１が採るべきリフトオフに応じて
定められている。ここで、リフトオフとはプローブ１と
被測定材料との間隔であり、この間隔は塗膜や防錆処理
層の厚さよりも大きい必要がある。

【００３８】上記のように構成された応力測定回路の作
動原理について説明すると、励磁用コイル３に印加した
電圧に同期して、検出用コイル４に誘起される電圧を検
波すると、誘起される電圧の位相が弁別される。誘起さ
れる電圧の平均出力電圧Ｖは次式で表される。 Ｖ＝ｋ（σ1−σ2）cos２φ ここで、σ1，σ2は被測定材料に作用している主応力で
あり、φは主応力σ1とプローブ方向とのなす角であ
る。プローブ方向は、足２ａ，２ｂと足２ｃ，２ｄとの
間のスリット方向（図１参照）として定義されるもの
で、主応力σ1の方向に一致したとき出力電圧が最大と
なる。ｋは磁気歪み感度で、応力と出力電圧とを関係付
ける係数であって、材料によって特有の値をとるため、
あらかじめ測定対象物について応力と出力電圧との関係
を示す校正曲線を作成しておく必要がある。

【００３９】次に、グランドアンカーを構成する緊張材
に作用する張力を、上記磁歪センサによる応力測定を利
用して測定する方法について説明する。図３には、グラ
ンドアンカーのアンカーヘッド部およびその周辺の状態
を示す。図において、符号Ｇは地盤、１１は地盤Ｇに設
置された緊張材、１２は緊張材の他端に配設されて地盤
Ｇ表面に半ば埋設されたかたちのアンカープレート、１
３は地盤Ｇから露出する緊張材１１先端の雄ネジ部１１
ａに螺着、締結された六角のナット（定着部材）、であ
る。緊張材１１には、ナット１３の締結により張力Ｔが
導入されている。

【００４０】緊張材１１に張力を導入することにより、
ナット１３にも応力が作用することとなるが、この場合
の主応力差は、張力Ｔの作用方向すなわち緊張材１１の
長さ方向に離間する２つの測定点Ａ，Ｂで異なり、かつ
その２点間の主応力差の差分は緊張材１１に導入した張
力Ｔに比例することが、歪みゲージを用いて事前に行っ
た測定実験によって判明している。

【００４１】ただし、歪みゲージを用いる場合は、ナッ
ト１３の表面に形成された塗膜や防錆処理層を取り除か
なければならず、実際に施工されるグランドアンカーに
対して実施するのは耐久性等を損ねることも考慮される
ため現実的でない。そこで本実施形態においては、ナッ
ト１３について、２つの測定点Ａ，Ｂに対し磁歪センサ
を用いて上記の手順で応力測定を実施し、その２点間の
主応力差の差分を求めて張力Ｔのレベルを推定すること
にした。

【００４２】ところで、グランドアンカーの定着部材に
は、引き抜き加工によって製作されたナットやソケット
が用いられることが多いが、一般に引き抜き加工された
材料では、組織の異方性および残留応力の影響により磁
歪感度が悪いという性質がある。そこで、本実施形態に
おけるナット１３については、あらかじめ熱処理を施し
て組織の異方性や残留応力が除去しておくこととした。

【００４３】ここで、図４のように２つの測定点Ａ，Ｂ
を設定し、熱処理を施していない六角ナットについて初
期応力の測定を実施した結果を図５に示す。また、図６
には、Ｓ４５Ｃ材を引き抜き加工した後に熱処理（焼鈍
（７５０℃×５hours）＋徐冷）を施した六角ナットに
ついて、測定点Ａ，Ｂに対し磁歪センサを用いて初期応
力の測定を実施した結果を示し、図７には、Ｓ４５Ｃ材
を引き抜き加工した後に熱処理（焼鈍（６００℃×１ho
ur）＋徐冷）を施した六角ナットについて、測定点Ａ，
Ｂに対し磁歪センサを用いて初期応力の測定を実施した
結果を示す。

【００４４】熱処理を施していないナット（図５）と、
熱処理を施したナット（図６、図７）とを比較すると、
熱処理を施していないナットは初期応力の値が大きく、
しかも６つの各側面ごとのばらつきが大きいことが解
る。これに対し、熱処理を施したナットは、初期応力の
値が未処理のものと比較して明らかに小さく、しかも６
つの各側面ごとのばらつきが非常に小さいことが解る。

【００４５】なお、熱処理を施さなくても、組織の異方
性や残留応力を残し難い材料を使用し、同様に組織の異
方性や残留応力を残し難い機械加工によって定着部材を
製作してもよい。図８には、Ｓ４５Ｃ材を機械加工した
六角ナットについて、測定点Ａ，Ｂに対し磁歪センサを
用いて初期応力の測定を実施した結果を示し、図９に
は、ＳＣＭ４４０材を機械加工した六角ナットについ
て、測定点Ａ，Ｂに対し磁歪センサを用いて初期応力の
測定を実施した結果を示す。

【００４６】引き抜き加工によるナット（図５）と、機
械加工によるナット（図８、図９）とを比較すると、機
械加工によるナットは、初期応力の値が引き抜き加工に
よるものと比較して明らかに小さく、しかも６つの各側
面ごとのばらつきが非常に小さいことが解る。

【００４７】また、機械加工によるナット（図８、図
９）と、熱処理を施したナット（図６、図７）とを比較
すると、熱処理を施したナットは、初期応力の値が引き
抜き加工によるものと比較してさらに小さく、６つの各
側面ごとのばらつきも小さいことが解る。

【００４８】上記のように熱処理を施したナット１３に
よる張力測定性を図１０に示す。図には、ナット１３に
よって緊張材に張力を導入した場合にナット１３に作用
する主応力差を再現するべくナット１３に負荷した軸力
を徐々に変化させながら、ナット１３側面に設定した測
定点Ａ，Ｂに対し磁歪センサを用いて応力測定を実施
し、その主応力差の差分を求めた結果を示す。なお、応
力測定は、ナット１３の６つの側面のうちひとつ置きに
存在する３つの側面に対して実施した。

【００４９】図１０から、軸力すなわち張力と主応力差
の差分とが比例関係にあり、ナット１３に作用する主応
力差が測定できれば、ナット１３によって緊張材１１に
導入された張力Ｔのレベルを推定できることが解る。

【００５０】実際に、緊張材１１に作用する張力Ｔを測
定するには、グランドアンカーの施工当初から定着部材
にナット１３を使用しておく。そして、このナット１３
に対して磁歪センサによる応力測定を行うことによって
張力Ｔのレベルを把握することができる。これにより、
非破壊的に、塗膜や防錆処理層の除去すら行うことなく
グランドアンカーの健全性を調査することが可能にな
る。また、グランドアンカーの維持管理を定量的に行え
るとともに、アンカーの破断による第３者被害を防止す
ることができる。

【００５１】なお、本実施形態においては、測定点を張
力Ｔの作用方向に離間する２点（Ａ，Ｂ）としたが、測
定点を３つもしくはそれ以上設定し、個々の測定点にお
いて得られた情報をもとに張力評価を行うようにしても
構わない。また、測定点は必ずしも張力Ｔの作用方向に
沿って離間している必要はなく、定着部材の形状等に応
じて適切な位置に設定されることが望ましい。

【００５２】また、本実施形態においては各測定点にお
いて定着部材に作用する主応力差を求めて張力評価のパ
ラメータとしているが、これに限らず、例えば各測定点
において定着部材に作用する応力を求め、これを張力評
価のパラメータとしても構わない。

【００５３】さらに、本実施形態においてはアンカーヘ
ッド部にナットを使用するグランドアンカーを例に挙げ
たが、本発明は、これ以外にも例えばアンカーヘッド部
にソケット等の定着部材を使用するグランドアンカーに
ついて適用可能である。また、本発明は、グランドアン
カーと同様の構造を有するＰＣ（プレストレストコンク
リート）構造の定着部についても適用可能であり、これ
によってＰＣ緊張材の応力測定を容易に、かつ正確に実
施することができる。

【００５４】次に、本発明に係る緊張材の張力評価方法
および介装部材についての第２の実施形態を図１１およ
び図１２に示して説明する。なお、上記実施形態におい
て既に説明した構成要素には同一符号を付して説明は省
略する。グランドアンカーの定着部材については、強度
上の問題から熱処理を許されない場合がある。この場
合、第１の実施形態におけるナット１３は使用できな
い。そこで本実施形態においては、図１１に示すよう
に、熱処理しないナット２０とアンカープレート１２と
の間に補助台座（介装部材）２１を介装し、この補助台
座２１について、張力の作用方向に離間する２つの測定
点Ｃ，Ｄに対し磁歪センサを用いて上記の手順で応力測
定を実施し、その２点間の主応力差の差分を求めて緊張
材１１に作用する張力Ｔのレベルを推定する。

【００５５】ここで、補助台座２１には、上記第１の実
施形態におけるナット１３と同様に、機械加工により製
作した材料に熱処理を施したものが使用されるが、これ
に加えて補助台座２１には、張力の作用方向に離間し
て、高応力作用部２２と低応力作用部２３とが設けられ
ている。詳述すると、補助台座２１は、緊張材１１が通
される円形の孔２４を中心とする正８角形状に形成され
るが、その外側面には、中心からの距離が短い短径部２
１ａと、短径部２１ａよりも中心からの距離が長い長径
部２１ｂとが段をなして形成されている。

【００５６】これら短径部２１ａと長径部２１ｂとにつ
いて、緊張材１１に直交する平断面の断面積を考える
と、短径部２１ａの断面積は長径部２１ｂよりも小さい
ことは明らかであり、緊張材１１に張力が導入された状
態では断面積の小さい短径部２１ａにより大きな応力が
作用し、断面積の大きな長径部２１ｂにより小さな応力
が作用することが解る。つまり、短径部２１ａが高応力
作用部２２となり、長径部２１ｂが低応力作用部２３と
なっている。応力測定にあたっては、測定点Ｃ，Ｄを短
径部２１ａと長径部２１ｂとに振り分けて設定する。

【００５７】緊張材１１に張力を導入すると、ナット２
０のみならず、補助台座２１にも応力が作用することに
なるが、この場合も主応力差は測定点Ｃ，Ｄで異なり、
高応力作用部２２に設定された測定点Ｃにおける主応力
差が、低応力作用部２３に設定された測定点Ｄにおける
主応力差よりも大きくなる。さらにその２点間の主応力
差の差分は緊張材１１に導入した張力Ｔに比例する。つ
まり、高応力作用部２２と低応力作用部２３とを設け、
それぞれに測定点Ｃ、Ｄを振り分けることで、張力のわ
ずかな変化に対しても主応力差の変化が大きく現れるよ
うになるので、張力レベルの推定が行い易くなる。

【００５８】実際に、緊張材１１に作用する張力Ｔを測
定するには、グランドアンカーの施工当初から補助台座
２１を設置しておくか、既設のグランドアンカーに対し
て再緊張時に補助台座２１を設置する。そして、この補
助台座２１に対して磁歪センサによる応力測定を行うこ
とによって張力Ｔのレベルを把握することができる。こ
れにより、非破壊的に、塗膜や防錆処理層の除去すら行
うことなくグランドアンカーの健全性を調査することが
可能になる。また、グランドアンカーの維持管理を定量
的に行えるとともに、アンカーの破断による第３者被害
を防止することができる。

【００５９】なお、本実施形態においては短径部２１ａ
をナット２０側に、長径部２１ｂをアンカープレート１
２側に向けて補助台座２１を設置したが、短径部２１ａ
をアンカープレート１２側に、長径部２１ｂをナット２
０側に向けて補助台座２１を設置しても上記と同様の測
定が可能である。

【００６０】また、介装部材は、補助台座２１のように
短径部２１ａ、長径部２１ｂを設けたものでなくてもよ
いが、緊張材１１に張力が導入された状態でより高い応
力が作用する部分と、より低い応力が作用する部分とが
生じる形状を備えるものが望ましい。例えば、図１２に
示す介装部材２５は、あたかも中空の球体の上下を平行
に切除したような形状をなしており、ナット２０とアン
カープレート１２との間に設置され、緊張材１１に張力
Ｔが導入されると、径の大きな中段の部分により高い応
力が作用し、上下の部分にはより低い応力が作用する。
この介装部材２５を使用する場合は、２つの測定点を中
段と上下のいずれかとに振り分けて設定することによ
り、良好な測定が可能となる。

【００６１】さらに、本実施形態においては、測定点を
張力の作用方向に離間する２点（Ｃ，Ｄ）としたが、測
定点を３つもしくはそれ以上設定し、個々の測定点にお
いて得られた情報をもとに張力評価を行うようにしても
構わない。また、測定点は必ずしも張力の作用方向に沿
って離間している必要はなく、介装部材の形状等に応じ
て適切な位置に設定されることが望ましい。

【００６２】加えて、本実施形態においては各測定点に
おいて介装部材に作用する主応力差を求めて張力評価の
パラメータとしているが、これに限らず、例えば各測定
点において介装部材に作用する応力を求め、これを張力
評価のパラメータとしても構わない。

【００６３】次に、本発明に係る緊張材の張力評価方法
および介装部材についての第３の実施形態を図１３ない
し図２３に示して説明する。なお、上記の各実施形態に
おいて既に説明した構成要素には同一符号を付して説明
は省略する。本実施形態においては、図１３に示すよう
に、熱処理しないナット２０とアンカープレート１２と
の間に介装部材３０を介装し、さらに介装部材３０とナ
ット２０との間にアンカープレート１２と同形状のアン
カープレート（板状部材）４０を介在させる。なお、介
装部材３０についてはグランドアンカーへの施工前にあ
らかじめ初期残留応力を測定しておく。

【００６４】介装部材３０の形状は、図１４にも示すよ
うに、壁部３１の肉厚が薄く均一な円筒形とされ、緊張
材１１を内側に挿通されてアンカープレート１２，４０
間に配置されている。介装部材３０の両端部には、強度
を高めるべく壁部３１の内外に補強部３２，３３がそれ
ぞれ設けられている。補強部３２，３３は壁部３１の肉
厚を部分的に厚くしたものであり、一見すると壁部３１
の内外に張り出した環状のフランジである。また、補強
部３２，３３は介装部材３０の端面から僅かに離間した
位置にあって介装部材３０の長さ方向に垂直な同一面内
に配設されている。したがってアンカープレート１２，
４０との当接面は壁部３１の肉厚分のみである。

【００６５】介装部材３０の高さ（円筒形の壁部３１の
長さ）ｈは、壁部３１の内外壁面から等距離にある肉厚
中心を通る円周の直径Ｒと同等、またはそれ以上に設定
されている。また、壁部３１の肉厚をｔとすると、介装
部材３０の高さｈ、直径Ｒ（ｃｍ）および肉厚ｔ（ｃ
ｍ）は、次式 １．２８５×（Ｒ・ｔ）^-0.5≧２．５ … （Ｉ） を満たすべく設定されている。

【００６６】介装部材３０の製作にあたっては、ＳＣＭ
４４０材を粗加工（機械加工）したものに熱処理（焼入
れ(８５０℃×２hours)＋焼戻し(４００℃×２hours)）
を施し、これを再度機械加工して最終的な形状を得た。
ここで、上記の手順で製作された介装部材３０と、鍛造
により製作された同形状の介装部材とについてそれぞれ
複数の測定点を設定し、各測定点において、初期残留応
力の大きさおよび作用方向を測定した結果を図１５，１
６に示す。

【００６７】図１５には上記の手順で製作された介装部
材３０の測定結果を、図１６には鍛造された介装部材の
測定結果をそれぞれ示している。上記の手順で製作され
た介装部材３０においては、いずれの測定点においても
初期残留応力の大きさは５０ＭＰａ以下であり、その作
用方向もほとんどが介装部材３０の高さ方向に対して３
０゜以内（周方向のばらつきは不定）に収まっている。
これに対し鍛造された介装部材においては、初期残留応
力はあらゆる大きさに及んでおり、さらにその作用方向
も介装部材の高さ方向に対して０゜〜９０゜の様々な方
向を示している。２つの測定結果から上記の手順で製作
された介装部材３０は、初期残留応力が比較的小さく、
かつその作用方向もばらつきが少なく介装部材３０の高
さ方向に準じてほぼ同方向に向かっている。

【００６８】測定点については、図１７に示すように、
介装部材３０の高さ方向のほぼ中央にあってかつ周方向
に同間隔に離間した４点、もしくは８点を設定する。介
装部材３０を高さ方向から見ると、４点の場合は各測定
点が９０゜間隔で配置され（例えば図中の，，，
）、８点の場合だと４５゜間隔で配置されることにな
る（，，，，，，，）。

【００６９】上記のように設定された各測定点に対し、
磁歪センサを用いて応力測定を実施し、各測定点におい
て測定された応力の平均値と介装部材３０の初期残留応
力との差分を求め、この差分をもとに緊張材１１に作用
する張力Ｔのレベルを推定する。

【００７０】ところで、緊張材１１は地盤Ｇに対して垂
直に設置されるとは限らない。これは現場の状況や施工
の精度等に影響されるためで、むしろ正に垂直に設置さ
れるものは皆無に等しいともいえる。そのため、介装部
材３０に作用する応力は測定する場所によって異なる場
合が往々にしてある。

【００７１】そこで本実施形態においては、介装部材３
０の周方向に同間隔に離間した４点、もしくは８点を測
定点として応力測定を実施し、各測定点において測定さ
れた応力の平均値を求めることにより、緊張材１１に導
入された張力によって介装部材３０に作用する応力のよ
り正確な値を把握することができる。

【００７２】また、介装部材３０の両端部にフランジ状
の補強部３２，３３を設けて介装部材３０の周方向の強
度を高めるとともに、介装部材３０とナット２０との間
にアンカープレート４０を介在させて介装部材３０を平
滑なアンカープレート１２，４０で挟むことにより、介
装部材３０に作用する応力の周方向の分布をより均一に
することができる。

【００７３】さらに、補強部３２，３３を介装部材３０
の端面から僅かに離間した位置に形成し、介装部材３０
とアンカープレート１２，４０との当接面は壁部３１の
肉厚分のみとすることにより、介装部材３０とアンカー
プレート１２，４０との間の摩擦力によって介装部材３
０に作用する、高さ方向とは異なる方向の力の伝達を阻
み、この力によって介装部材３０に作用する応力にばら
つきが生じないようにすることができる。

【００７４】ここでは、試験機を用いて緊張材１１に張
力を導入し、その張力を変化させながら８つの測定点
（〜）について応力測定を実施し、これをもとに推
定した張力と緊張材１１に導入した張力とを比較した結
果を図１８，１９に示す。

【００７５】図１８には、４つの測定点（，，，
）において測定された応力をもとに推定した張力と、
８つの測定点において測定された応力をもとに推定した
張力とを示しており、介装部材３０による推定張力は、
実際に導入された張力に近い値を示すことが解る。ま
た、４測定点の平均よりも８測定点の平均から推定する
ほうがより高精度な結果が得られることが解る。

【００７６】図１９には、試験機によって導入した張力
と介装部材３０による推定張力との関係を示しており、
介装部材３０による推定張力は実際の張力にほぼ一致
し、誤差の範囲は概ね±１０％に収まっていることが解
る。

【００７７】介装部材３０に作用する応力は、周方向だ
けでなく、介装部材３０の高さ方向の各所においても異
なる場合がある。これは、壁部３１の内外面に作用する
応力が異なるためである。そこで本実施形態において
は、介装部材３０の高さｈを肉厚中心を通る円周の直径
Ｒと同等、またはそれ以上に設定するとともに、各測定
点を介装部材３０の高さ方向のほぼ中央に設定すること
により、介装部材３０に作用する応力の分布を介装部材
３０の高さ方向についても均一にすることができる。

【００７８】ここでは、介装部材３０が高さｈ＜直径Ｒ
である場合と、高さｈ＝直径Ｒである場合とを想定し、
介装部材３０の高さ方向の各所に作用する応力を調べた
解析結果を図２０，２１に示す。

【００７９】図２０には、高さｈ＜直径Ｒであるモデル
について壁部３１の内外面に作用する応力を調べた解析
結果を示しており、内外面で応力が異なり、正確な応力
の測定が困難であることが解る。かたや図２１には、高
さｈ＝直径Ｒであるモデルについて壁部３１の内外面に
作用する応力を調べた解析結果を示しており、内外面で
応力がほぼ一致し、正確な応力が測定可能であることが
解る。

【００８０】このように、本実施形態によれば、グラン
ドアンカーの施工が高精度になされていない場合でも、
緊張材１１に導入された張力によって介装部材３０にも
たらされる応力を正確に把握することができ、これをも
とに緊張材１１に作用する張力Ｔのレベルをより正確に
推定することができる。

【００８１】なお、本実施形態においては介装部材３０
とナット２０との間にアンカープレート４０を介在させ
たが、張力Ｔの大きさや、グランドアンカーの施工の状
態等によってはこのアンカープレート４０を省いても十
分に高精度な応力測定が可能である。

【００８２】また、本実施形態においては定着部材にナ
ット２０を採用したグランドアンカーについて説明した
が、本発明はナット以外にもウェッジ（くさび）を採用
したものについても適用可能である。図２２は定着部材
にウェッジを採用した例である。図において、緊張材４
１にはワイヤーが使用されており、地盤Ｇから突き出し
た緊張材４１の先端には上記と同様にアンカープレート
１２、４０と介装部材３０とが設置されている。緊張材
４１の先端はワイヤーコード４１ａがばらばらに解か
れ、これらがソケット４２に形成された挿通孔４２ａに
通されたうえでウェッジ５３で定着されている。ソケッ
ト４２から飛び出したワイヤーコード４１ａおよびソケ
ット４２はヘッドキャップ４３によって覆われている。

【００８３】図２３は定着部材にウェッジを採用した例
である。図において、緊張材５１には複数本のワイヤー
が使用されており、地盤Ｇから突き出した複数の緊張材
５１の先端には、上記と同様にアンカープレート１２、
４０と介装部材３０とがすべての緊張材５１を取り囲む
ように設置されている。各緊張材５１の先端は、リング
ナット５２に形成された挿通孔５２ａに通され、さらに
その先端からリングナット５２に突き当てられるように
ウェッジ５３が嵌着されている。リングナット５２から
飛び出した各緊張材５１およびリングナット５２は防錆
キャップ５４によって覆われている。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る請求
項１記載の緊張材の張力評価方法によれば、定着部材に
ついて、複数の測定点に磁歪センサを設置し、各測定点
において定着部材に作用する応力を測定し、各測定点間
の応力の差分を求めて張力レベルを推定することで、非
破壊的に、塗膜や防錆処理層の除去すら行うことなくグ
ランドアンカーの健全性を調査することができる。ま
た、グランドアンカーの維持管理を定量的に行えるとと
もに、アンカーの破断による第３者被害を防止すること
ができる。

【００８５】本発明に係る請求項２記載の緊張材の張力
評価方法によれば、応力測定を、張力の作用方向に離間
する２つの測定点に対して実施することにより、より正
確に張力レベルの推定を行うことができる。

【００８６】本発明に係る請求項３、および請求項４記
載の緊張材の張力評価方法によれば、定着部材にあらか
じめ熱処理を施すことにより、組織の異方性や残留応力
が除去される。また、定着部材を機械加工により製作す
ることにより、引き抜き加工に比べて残留応力の発生を
抑えられる。これにより、磁歪センサによる測定を、組
織の異方性や残留応力によって邪魔されることなく良好
に行うことができる。

【００８７】本発明に係る請求項５記載の緊張材の張力
評価方法によれば、定着部材と対象物との間に介装部材
を配設し、この介装部材について、複数の測定点に磁歪
センサを設置し、各測定点において定着部材に作用する
応力を測定し、各測定点間の応力の差分を求めて張力レ
ベルを推定することで、非破壊的に、塗膜や防錆処理層
の除去すら行うことなくグランドアンカーの健全性を調
査することができる。また、グランドアンカーの維持管
理を定量的に行えるとともに、アンカーの破断による第
３者被害を防止することができる。

【００８８】本発明に係る請求項６記載の緊張材の張力
評価方法によれば、応力測定は、張力の作用方向に離間
する２つの測定点に対して実施することにより、より正
確に張力レベルの推定を行うことができる。

【００８９】本発明に係る請求項７記載の緊張材の張力
評価方法、および請求項８記載の介装部材によれば、複
数の測定点を高応力作用部と低応力作用部とに振り分け
て設定することにより、張力のわずかな変化に対しても
応力差の変化が大きく現れるようになるので、張力レベ
ルの推定が行い易くなる。

【００９０】請求項９、および請求項１０記載の緊張材
の張力評価方法によれば、定着部材と対象物との間に介
装された状態の介装部材に作用する応力と初期残留応力
との差分が、緊張材に導入された張力によってもたらさ
れるから、この差分をもとにより正確に張力レベルの推
定を行うことができる。

【００９１】請求項１１記載の緊張材の張力評価方法に
よれば、測定点を複数設定し、各測定点において得られ
た応力の平均値を求めることにより、張力の導入によっ
て介装部材にもたらされた応力をより正確に把握するこ
とができ、これによってさらに正確に張力レベルの推定
を行うことができる。

【００９２】請求項１２記載の緊張材の張力評価方法に
よれば、板状部材を介在させることにより、介装部材に
作用する応力の周方向の分布の偏りを矯正することがで
き、これによっても正確な張力レベルの推定が可能であ
る。

【００９３】請求項１３記載の緊張材の張力評価方法に
よれば、応力測定を実施する測定点を介装部材の長さ方
向のほぼ中央に設定することにより、介装部材に作用す
る応力の分布の偏りが長さ方向についても矯正されるの
で、これによっても正確な張力レベルの推定が可能であ
る。

【００９４】請求項１４記載の介装部材によれば、介装
部材が定着部材と対象物との間にあって緊張材を取り囲
むように配置されることにより、緊張材に導入された張
力が効率的に介装部材に伝達されるので、これによって
も正確な張力レベルの推定が可能である。

【００９５】請求項１５記載の介装部材によれば、介装
部材の長さを肉厚中心を通る円周の直径と同等、または
それ以上に設定することにより、介装部材に作用する応
力の分布が周方向だけでなく長さ方向についても均一に
なるので、これによっても正確な張力レベルの推定が可
能である。

【００９６】請求項１６記載の介装部材によれば、介装
部材の両端にそれぞれ補強部を設けることにより、介装
部材の周方向の強度が高められるので、介装部材に作用
する応力の周方向の分布がより均一になるので、これに
よっても正確な張力レベルの推定が可能である。

【００９７】請求項１７記載の介装部材によれば、補強
部を端面から僅かに離間した位置に形成することによ
り、緊張材の長さ方向に垂直な面に平行な力の介装部材
への伝達が阻まれ、介装部材に作用する応力にばらつき
が生じ難くなるので、これによっても正確な張力レベル
の推定が可能である。

【００９８】請求項１８、および請求項１９記載の介装
部材によれば、介装部材にあらかじめ熱処理を施すこと
により、組織の異方性や残留応力が除去される。また、
介装部材を機械加工により製作することにより、引き抜
き加工に比べて残留応力の発生を抑えられる。これによ
り、磁歪センサによる測定を、組織の異方性や残留応力
によって邪魔されることなく良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施形態を示す図であっ
て、磁歪センサの構造を示す斜視図である。

【図２】 磁歪センサを備える測定装置の構成を示すブ
ロック図である。

【図３】 グランドアンカーの構造を示す断面斜視図で
ある。

【図４】 ナットに設定される２つの測定点を示す斜視
図である。

【図５】 熱処理を施していない六角ナットについて、
図４のように設定された２つの測定点に対し初期応力の
測定を実施した結果を示す図表である。

【図６】 Ｓ４５Ｃ材を引き抜き加工した後に熱処理を
施した六角ナットについて、図４のように設定された２
つの測定点に対し初期応力の測定を実施した結果を示す
図表である。

【図７】 Ｓ４５Ｃ材を引き抜き加工した後に熱処理を
施した六角ナットについて、図４のように設定された２
つの測定点に対し初期応力の測定を実施した結果を示す
図表である。

【図８】 Ｓ４５Ｃ材を機械加工した六角ナットについ
て、図４のように設定された２つの測定点に対し初期応
力の測定を実施した結果を示す図表である。

【図９】 ＳＣＭ４４０材を機械加工した六角ナットに
ついて、図４のように設定された２つの測定点に対し初
期応力の測定を実施した結果を示す図表である。

【図１０】 熱処理を施したナットによる張力測定性を
示す図表である。

【図１１】 本発明に係る第２の実施形態を示す図であ
って、定着部材であるナットとアンカープレートとの間
に介装される補助台座の形状を示す側面図、および平面
図である。

【図１２】 補助台座のその他の実施態様を示す側面図
である。

【図１３】本発明に係る第３の実施形態を示す図であっ
て、定着部材であるナットとアンカープレートとの間に
介装される介装部材の形状を示す側面図である。

【図１４】 介装部材の形状を示す斜視図である。

【図１５】 本実施形態に示された手順で製作された介
装部材について、初期残留応力の大きさおよび作用方向
を測定した結果を示す図表である。

【図１６】 鍛造により製作された同形状の介装部材に
ついて、初期残留応力の大きさおよび作用方向を測定し
た結果を示す図表である。

【図１７】 図１４中のＱ-Ｑ線矢視断面図である。

【図１８】 介装部材により測定した緊張材の張力と試
験機により導入した実際の張力とを比較した図表であ
る。

【図１９】 介装部材により測定した緊張材の張力と試
験機により導入した実際の張力とを比較した図表であ
る。

【図２０】 高さｈ＜直径Ｒである介装部材のモデルに
ついて壁部の内外面に作用する応力を調べた解析結果を
示す図表である。

【図２１】 高さｈ＝直径Ｒである介装部材のモデルに
ついて壁部の内外面に作用する応力を調べた解析結果を
示す図表である。

【図２２】 定着部材にウェッジを採用したグランドア
ンカーの一例を示す断面図である。

【図２３】 定着部材にウェッジを採用したグランドア
ンカーの一例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 磁歪センサ用プローブ ３ 励磁用コイル ４ 検出用コイル ５ 信号発生器 ６ 増幅器 ７ 同期整流器 ８ ローパスフィルタ回路 ９ 応力波形演算器 １０ 校正曲線部 １１ 緊張材 １２ アンカープレート １３ ナット（定着部材） ２０ ナット ２１ 補助台座（介装部材） ２２ 高応力作用部 ２３ 低応力作用部 ３０ 介装部材 ３１ 壁部 ３２,３３ 補強部 ４０ アンカープレート（板状部材） Ｇ 地盤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内田 純二 香川県高松市朝日町四丁目１番３号 日本 道路公団 四国支社 高松技術事務所内 (72)発明者 大西 邦晃 香川県高松市朝日町四丁目１番３号 日本 道路公団 四国支社 高松技術事務所内 (72)発明者 岡 俊蔵 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 村井 亮介 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 柳沢 栄一 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Ｆターム(参考） 2D041 GA01 GC13 2E164 DA22 2F051 AA06 AB05 BA00

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象物の内部に配設される緊張材の張力
   評価方法であって、 前記緊張材に定着されるとともに前記対象物に接して該
   緊張材に張力を与える定着部材について、複数の測定点
   に対し磁歪センサを用いて応力測定を実施し、 各測定点において得られた応力の差分を求め、該差分を
   もとに前記張力を評価することを特徴とする緊張材の張
   力評価方法。
2. 【請求項２】 前記応力測定を、前記張力の作用方向に
   離間する２つの測定点に対して実施することを特徴とす
   る請求項１記載の緊張材の張力評価方法。
3. 【請求項３】 前記定着部材にあらかじめ熱処理を施し
   ておくことを特徴とする請求項１または２記載の緊張材
   の張力評価方法。
4. 【請求項４】 前記定着部材が機械加工により製作され
   ていることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載
   の緊張材の張力評価方法。
5. 【請求項５】 対象物の内部に配設される緊張材の張力
   評価方法であって、 前記緊張材に定着される定着部材と前記対象物との間に
   介装される介装部材について、複数の測定点に対し磁歪
   センサを用いて応力測定を実施し、 各測定点において得られた応力の差分を求め、該差分を
   もとに前記張力を評価することを特徴とする緊張材の張
   力評価方法。
6. 【請求項６】 前記応力測定を、前記定着部材の定着に
   より前記緊張材に与えられる張力の作用方向に離間する
   ２つの測定点に対して実施することを特徴とする請求項
   ５記載の緊張材の張力評価方法。
7. 【請求項７】 前記介装部材に、前記張力の作用方向に
   離間して、断面積の小さい高応力作用部と、該高応力作
   用部と比較して断面積が大きい低応力作用部とを設けて
   おき、 前記複数の測定点を前記高応力作用部と前記低応力作用
   部とに振り分けて設定することを特徴とする請求項５ま
   たは６記載の緊張材の張力評価方法。
8. 【請求項８】 対象物の内部に配設される緊張材の張力
   評価を行う際、前記緊張材に定着される定着部材と前記
   対象物との間に介装される介装部材であって、 前記緊張材に導入された張力の作用方向に離間して、断
   面積の小さい高応力作用部と、該高応力作用部と比較し
   て断面積が大きい低応力作用部とが設けられていること
   を特徴とする、緊張材の張力評価に用いる介装部材。
9. 【請求項９】 対象物の内部に配設される緊張材の張力
   評価方法であって、 前記緊張材に定着される定着部材と前記対象物との間に
   介装された介装部材について、磁歪センサを用いて応力
   測定を実施し、 得られた応力と事前に認知された前記介装部材の初期残
   留応力との差分を求め、該差分をもとに前記張力を評価
   することを特徴とする緊張材の張力評価方法。
10. 【請求項１０】 前記介装部材が薄肉円筒形をなし、前
    記緊張材を内側に挿通されて所定位置に配置されること
    を特徴とする請求項９記載の緊張材の張力評価方法。
11. 【請求項１１】 前記応力測定を、前記介装部材の周方
    向に離間する複数の測定点に対して実施し、各測定点に
    おいて得られた応力の平均値から前記差分を求めること
    を特徴とする請求項９または１０記載の緊張材の張力評
    価方法。
12. 【請求項１２】 前記定着部材と前記介装部材との間に
    板状部材を介在させることを特徴とする請求項９から１
    １のいずれか記載の緊張材の張力評価方法。
13. 【請求項１３】 前記応力測定を実施する測定点を、前
    記介装部材の長さ方向のほぼ中央に設定することを特徴
    とする請求項１０から１２のいずれか記載の緊張材の張
    力評価方法。
14. 【請求項１４】 対象物の内部に配設される緊張材の張
    力評価を行う際、前記緊張材に定着される定着部材と前
    記対象物との間に介装される介装部材であって、 薄肉円筒形をなし、前記緊張材を内側に挿通されて所定
    位置に配置されるものであることを特徴とする、緊張材
    の張力評価に用いる介装部材。
15. 【請求項１５】 壁部の肉厚中心を通る円周の直径以上
    の長さを有することを特徴とする、請求項１４記載の緊
    張材の張力評価に用いる介装部材。
16. 【請求項１６】 両端にそれぞれ補強部が設けられてい
    ることを特徴とする、請求項１４または１５記載の緊張
    材の張力評価に用いる介装部材。
17. 【請求項１７】 前記補強部が端面から僅かに離間した
    位置に形成されていることを特徴とする、請求項１６記
    載の緊張材の張力評価に用いる介装部材。
18. 【請求項１８】 あらかじめ熱処理が施されていること
    を特徴とする、請求項１４から１７のいずれか記載の緊
    張材の張力評価に用いる介装部材。
19. 【請求項１９】 機械加工により製作されていることを
    特徴とする、請求項１４から１８のいずれか記載の緊張
    材の張力評価に用いる介装部材。