JP2003028732A - 応力の測定方法および応力測定装置 - Google Patents
応力の測定方法および応力測定装置Info
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Abstract
力感度の較正を行って鋼材に作用している内在応力をよ
り正確に測定する。 【解決手段】 鋼材Sに対し磁歪センサ1および応力検
出器2を配置し、磁歪センサ1の出力電圧を測定すると
ともに鋼材Sに生じる応力を測定することにより、磁歪
センサ1の応力感度とインピーダンスとの関係を求める
ために必要な情報を得る。そして、得られた情報をもと
に複数のモデルパターンの中から、実際に取得したイン
ピーダンスと応力感度との関係に最も類似する較正曲線
を選択することにより、鋼材Sの応力感度を把握するこ
とができる。
Description
造物を構成している鋼材にどの程度の応力が作用してい
るかを現場において測定する方法および装置に関する。
鋼材について、その鋼材にどの程度の内在応力が作用し
ているかを定量的に測定することは、該構造物の安全性
を評価するうえで必要なことである。
力測定方法が挙げられる。磁歪応力測定方法は、例えば
特開平5-231961号公報に開示されているように、強磁性
体である鋼材に荷重が作用すると磁化特性に異方向性が
生じる(荷重の作用方向に磁化されやすくなり、荷重の
作用方向に垂直な方向に磁化されにくくなる)という現
象を利用し、両方向の磁化特性の差を磁歪センサによっ
て検出して、鋼材に作用する内在応力の方向とその大き
さとを測定するというものである。
実施するためには、鋼材の応力感度を可能な限り正確に
承知しておくことが重要であるが、実際に構築された構
造物、つまり実構造物の鋼材については応力感度が未知
である。そこで従来は、鋼材の一部を実構造物から切除
しこれを試料として実験室で応力感度を測定し、その結
果を実構造物の鋼材の応力感度としたり、類似の鋼材を
用いて応力感度を推測したりする手法が採られていた。
物の一部を切除するということは実構造物の強度を低下
させるということであり、その実施は極力避けられるべ
きであるのは当然である。しかも、実構造物から切除す
ることによって鋼材の内在応力が変化してしまう可能性
が高く、正確な応力を知ることは不可能である。また、
応力感度は鋼材の材質や表面の塗装の状態等によってか
なり差が生じる場合があるため、類似の鋼材を用いても
正確な応力を知ることは不可能である。
であり、実構造物を構成する鋼材に作用している内在応
力をより正確に測定することを目的としている。
めの手段として、次にような構成の応力の測定方法およ
び測定装置を採用する。すなわち本発明に係る請求項1
記載の応力の測定方法は、磁歪センサと鋼材との間隔を
段階的に変化させながら、各段階において前記磁歪セン
サの出力電圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力
を測定し、前記出力電圧と前記応力とに基づいて前記磁
歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、
あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中か
ら前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係
に類似するひとつを選択し、選択した前記モデルパター
ンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定するこ
とを特徴とする。
1記載の応力の測定方法において、前記鋼材に、該鋼材
に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、前記出力
電圧と前記応力とに基づいて前記応力感度と前記インピ
ーダンスとの関係を求めることを特徴とする。
2記載の応力の測定方法において、前記鋼材に表面処理
層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器
を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする。
ンサと鋼材との間隔を段階的に変化させながら、各段階
において前記磁歪センサの出力電圧を測定するとともに
前記鋼材に生じる応力を測定し、前記出力電圧と前記応
力とに基づいて前記磁歪センサの応力感度とインピーダ
ンスとの関係を求め、さらにその関係に基づいて前記鋼
材に作用する内在応力を測定することを特徴とする。
4記載の応力の測定方法において、前記鋼材に、該鋼材
に生じる応力を検出する応力検出器を設置し、前記出力
電圧と前記応力とに基づいて前記応力感度と前記インピ
ーダンスとの関係を求めることを特徴とする。
5記載の応力の測定方法において、前記鋼材に表面処理
層が形成されている場合に、少なくとも前記応力検出器
を配置する箇所の塗膜を除去することを特徴とする。
じる応力を検出する磁歪センサと、前記鋼材に生じる応
力を検出する応力検出器と、前記磁歪センサの出力電圧
と前記応力とに基づいて該磁歪センサの応力感度とイン
ピーダンスとの関係を求め、あらかじめ用意しておいた
複数のモデルパターンの中から前記磁歪センサの応力感
度とインピーダンスとの関係に類似するひとつを選択
し、選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に
作用する内在応力を測定する第1の演算部とを備えるこ
とを特徴とする。
記載の応力測定装置において、前記応力検出器に、前記
鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネット
と、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を
検出する変位検出器とを備える応力センサを採用するこ
とを特徴とする。
じる応力を検出する磁歪センサと、前記鋼材に生じる応
力を検出する応力検出器と、前記磁歪センサの出力電圧
と前記応力とに基づいて該磁歪センサの応力感度とイン
ピーダンスとの関係を求め、さらにその関係に基づいて
前記鋼材に作用する内在応力を測定する第2の演算部と
を備えることを特徴とする。
9記載の応力測定装置において、前記応力検出器に、前
記鋼材の被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネット
と、該固定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を
検出する変位検出器とを備える応力センサを採用するこ
とを特徴とする。
よって得られた情報をもとに、あらかじめ用意しておい
た複数のモデルパターンの中から、実際に取得したイン
ピーダンスと応力感度との関係に最も類似する較正曲線
を選択することにより、鋼材の応力感度を把握すること
が可能となる(請求項1,2,3,7,8)。
出器を鋼材に設置することにより、実際に構造物を構成
している鋼材を切り出す必要がなく、現場においてその
ままの状態の鋼材に対して実施できるので、鋼材を切除
して実構造物の強度低下を招くことがなく、測定の精度
も類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する(請求
項2,5)。
箇所の塗膜を除去することにより、応力検出器による測
定の精度が向上する。なお、塗膜が非常に厚く、磁歪セ
ンサによるリフトオフを必要な範囲で確保できない場合
は、磁歪センサを配置する個所の塗膜も除去することが
望ましい(請求項3,6)。
よって得られた情報をもとに、インピーダンスと応力感
度との関係を示す真の較正曲線を構成することにより、
鋼材の応力感度を把握することが可能となる(請求項
4,5,6,9,10)。
被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固
定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する
変位検出器とを備える応力センサを採用することによ
り、塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことが可
能である(請求項8,10)。
び応力測定装置の第1の実施形態を図1ないし図4に示
して説明する。図1には本発明に係る応力測定装置を示
しており、符号1は磁歪センサ、2は歪みゲージ3を用
いた応力検出器、4は情報解析用のコンピュータ、であ
る。また、符号Sは既に構築された橋梁の一部を構成し
ている鋼材である。
材Sに隣接して配置されている。磁歪センサ1は、鋼材
Sとの間にプラスチック等の非磁性材を挟むことで鋼材
Sとの間隔(これを"リフトオフ"という)を段階的に変
化させることができるように支持されており、鋼材Sに
生じる応力を検出するようになっている。また、応力検
出器2は塗膜Pの一部を除去したうえで鋼材Sの表面に
直に貼り付けられており、鋼材Sに生じる応力(橋梁上
を車両等が走行することによって一時的に引き起こされ
る応力)を検出するようになっている。
タ4に接続されている。コンピュータ4には、磁歪セン
サ1の出力電圧と応力検出器2によって検出される応力
とに基づいて磁歪センサ1の応力感度とインピーダンス
との関係を求め、あらかじめ用意しておいた複数のモデ
ルパターンの中から磁歪センサ1の応力感度とインピー
ダンスとの関係に類似するひとつを選択し、選択したモ
デルパターンに基づいて鋼材Sに作用する内在応力を測
定する第1の演算部5が設けられている。
用いて行う応力測定方法について説明する。まず、鋼材
Sに対し磁歪センサ1と応力検出器2とを配置する。そ
して、磁歪センサ1と鋼材Sの表面との間隔(リフトオ
フ;塗膜の厚さを含む)を段階的に変化させながら、各
段階において磁歪センサ1の出力電圧を測定するととも
に鋼材Sに生じる応力を測定する。
応力検出器2によって得られた情報をもとに、まず、リ
フトオフの各段階における応力と出力電圧との関係を求
める。図2はリフトオフを0.25mm(○)、0.30mm
(▲)、0.70mm(■)の3段階に変化させたときの応力
(MPa)と出力電圧(mV)との関係を示すグラフであ
る。なお、塗膜Pの膜厚は0.2mmとする。
トオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関
係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を求め
る。図3はこれらの関係を示すグラフである。なお、こ
こでいう応力感度とは、出力電圧を応力で除した値であ
り、インピーダンスとは、励磁電圧を磁歪センサ1に流
した励磁電流で除した値である。
よびリフトオフとインピーダンスとの関係から、リフト
オフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関
係を求める。図4はこれらの関係を示すグラフである。
ダンスと応力感度との関係を、あらかじめ用意しておい
た複数のモデルパターンと比較し、その中からインピー
ダンスと応力感度との関係に類似するものをひとつ選択
する。ここでいうモデルパターンとは、複数の試料を用
いて実験的に得られたインピーダンスと応力感度との関
係を示す曲線(キャリブレーションカーブ;較正曲線)
であり、図4のグラフでいえば、(I)、(II)、(III)の各
曲線にあたる。これらの曲線の中から、応力測定装置に
よって実際に取得したインピーダンスと応力感度との関
係に最も類似するものを選ぶのである(図4のグラフか
らすると曲線(II)を選択するのが望ましい)。
カーブを選択したら、これをもとに鋼材Sに作用する内
在応力を測定する。磁歪センサ1に通電すると内在応力
に対応する電圧が出力される。そこで、このときの磁歪
センサ1への励磁電流および励磁電圧(V)からインピ
ーダンス値Zを算出し、さらに図4のキャリブレーショ
ンカーブ(II)をもとにこのインピーダンス値に対応する
応力感度(M)を決定する。ここで、内在応力は磁歪セ
ンサ1の出力電圧を応力感度で除した値として得られる
から、鋼材Sに作用する内在応力は、磁歪センサ1の出
力電圧をキャリブレーションカーブ(II)により決定され
る応力感度で除した値(V/M)ということになる。
対する実測定によって得られた情報(磁歪センサ1の出
力電圧および鋼材Sに生じる応力)をもとに、あらかじ
め用意しておいた複数のモデルパターンの中から、実際
に取得したインピーダンスと応力感度との関係に最も類
似するキャリブレーションカーブを選択することによ
り、鋼材Sの応力感度を把握することが可能となる。こ
れにより、鋼材Sに作用する内在応力を正確に測定する
ことができる。
構成している鋼材を切り出すのではなく、現場において
そのままの状態の鋼材Sに対して実施されるので、鋼材
の切除による実構造物の強度低下を招くことがない。し
かも、測定の精度も類似の試料を使う従来に比べて格段
に向上する。
膜Pを除去することにより、歪みゲージ2による測定の
精度を向上させることができ、これによって応力の測定
精度が向上する。
設する個所については塗膜Pを除去することなく測定を
実施する場合について説明したが、塗膜Pが非常に厚
く、磁歪センサ1による測定が十分に行えない場合は、
磁歪センサ1を配設する箇所についても塗膜Pを除去す
ることが望ましい。
に示して説明する。なお、上記第1の実施形態において
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。本実施形態における応力測定装置が第1の実施形
態と異なるのは、応力検出器として、図5に示すよう
に、鋼材Sの被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネ
ットと、これら固定用マグネットの相互間の間隔の変位
変化量を検出する変位検出器12とを備える応力センサ
10を採用した点である。
変形が可能な脚部12a、12bと、その中央部にあっ
て脚部12a,12b間に生じる歪みを検出する歪み検
出手段11とを有している。一方の脚部12aの下端部
には、外向きすなわち対向する脚部12bとは反対側に
突出する外向き突出部12cが、脚部12aと一体的に
突設されている。同様に、他方の脚部12bの下端部に
は、外向きすなわち対向する脚部12aとは反対側に突
出する外向き突出部12dが、脚部12bと一体的に突
設されている。
は、脚部12aが被測定体の表面上から浮上がることの
ないように鋼材S表面の被測定箇所に吸着する浮上がり
防止マグネット13が装着されている。また、脚部12
bの、脚部12aに対向する側には、脚部12bが被測
定体の表面上から浮上がることのないように鋼材S表面
の被測定箇所に吸着する浮上がり防止マグネット14が
装着されている。
下端面に至るまで上側スライドプレート15が延設され
ている。また、脚部12bの下端面からは、上側スライ
ドプレート15の下面側を経て脚部12aの下端面に至
るまで下側スライドプレート16が延設されている。こ
れにより、変位検出器12の脚部12aの下端部と脚部
12bの下端部との間の間隔は、固定用マグネット1
7,18間の間隔の変動あるいは変位に応じて変動する
ようになっている。
脚部12aの外向き突出部12cの上面部と固定用マグ
ネット17の上面部との間に跨がって固着された蝶番1
9を介して、相互に揺動可能に連結されている。同様
に、脚部12bと固定用マグネット18とは、脚部12
bの外向き突出部12dの上面部と固定用マグネット1
8の上面部との間に跨がって固着された蝶番20を介し
て、相互に揺動可能に連結されている。
も1つ、例えば一対の固定用マグネット17,18の両
方には、固定用スパイクピン23,24が併設されてい
る。すなわち、図示のように固定用マグネット17に
は、鋼材Sに対する固定用マグネット17の固定作用を
補う固定用スパイクピン23が併設され、固定用マグネ
ット18には、鋼材Sに対する固定用マグネット18の
固定作用を補う固定用スパイクピン24が併設されてい
る。
ては、固定用マグネット17が立脚した箇所と固定用マ
グネット18が立脚した箇所との間に生じる歪みを歪み
検出手段11で検出することによって上記第1の実施形
態における応力検出器と同様に、鋼材Sに生じる応力を
測定することが可能である。
ット17,18により鋼材S表面に固定されるため、塗
膜Pの上からでも簡易に取付けることが可能である。し
たがって、鋼材Sの塗膜を一切剥がすことなく応力測定
を行うことができる。
に示して説明する。なお、上記第1の実施形態において
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。本実施形態における応力の測定方法が上記第1の
実施形態と異なるのは、第1の演算部5に換えて、磁歪
センサ1の出力電圧と応力検出器2によって検出される
動的応力とに基づいて磁歪センサ1の応力感度とインピ
ーダンスとの関係を求め、さらにその関係に基づいて鋼
材Sに作用する内在応力を測定する第2の演算部を採用
した点である。
て行う応力測定方法について説明する。第2の演算部で
は、磁歪センサ1および応力検出器2によって得られた
情報をもとに、まず、リフトオフの各段階における応力
と出力電圧との関係を求める。このとき、第1の実施形
態よりもリフトオフをより小さいオーダで変化させて多
数のリフトオフ・ポイントにおける応力と出力電圧との
関係を求める。
トオフの各段階におけるリフトオフと応力感度との関
係、およびリフトオフとインピーダンスとの関係を求
め、さらにリフトオフの各段階におけるインピーダンス
と応力感度との関係を求める。図6はこれらの関係を示
すグラフである。リフトオフのポイントを多数設けて測
定を行ったことにより、図6のグラフには各リフトオフ
・ポイントにおけるインピーダンスと応力感度との関係
を示す点がプロットされる。そこで、これらの点を滑ら
かな曲線で繋ぎ、これを鋼材Sにとって最適なキャリブ
レーションカーブとする。
たら、これをもとに鋼材Sに作用する内在応力を測定す
る。後に続く演算の手法は第1の実施形態と同じであ
る。
ーブをモデルパターンの中から選択するのではなく、自
らの測定結果から最適なキャリブレーションカーブを作
成するので、測定精度のさらなる向上が期待できる。
測定方法は、第1の実施形態に示した歪みゲージ2を採
用した応力測定装置によっても、第2の実施形態に示し
た応力センサ10を採用した応力測定装置によっても実
施可能であることはいうまでもない。
鋼材に対する実測定によって得られた情報をもとに、あ
らかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中か
ら、実際に取得したインピーダンスと応力感度との関係
に最も類似する較正曲線を選択することにより、鋼材の
応力感度を把握することが可能となる。これにより、鋼
材に作用する内在応力を正確に測定することができる。
器を鋼材に設置することにより、実際に構造物を構成し
ている鋼材を切り出す必要がなく、現場においてそのま
まの状態の鋼材に対して実施できるので、鋼材を切除し
て実構造物の強度低下を招くことがなく、測定の精度も
類似の試料を使う従来に比べて格段に向上する。これに
より、簡易に応力感度の較正を行って鋼材に作用してい
る内在応力をより正確に測定することができる。
所の塗膜を除去することにより、応力検出器による測定
の精度が向上するので、より正確に応力感度の較正を行
うことができ、ひいては鋼材に作用している内在応力を
より正確に測定することができる。
って得られた情報をもとに、インピーダンスと応力感度
との関係を示す真の較正曲線を構成することにより、鋼
材の応力感度を把握することが可能となる。これによ
り、鋼材に作用する内在応力を正確に測定することがで
きる。
被測定箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固
定用マグネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する
変位検出器とを備える応力センサを採用することによ
り、塗膜を一切剥がすことなく応力測定を行うことがで
きる。つまり、実構造物に外的な変化を生じさせること
なく応力測定を行うことができる。
定装置の構成を示す概略図である。
との関係を示すグラフである。
力感度との関係、およびリフトオフとインピーダンスと
の関係を示すグラフである。
と応力感度との関係を示すグラフである。
検出器として採用された応力センサの構造を示す平面図
(a)、および側面図(b)である。
オフの各段階におけるインピーダンスと応力感度との関
係を示すグラフである。
Claims (10)
- 【請求項1】 磁歪センサと鋼材との間隔を段階的に変
化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電
圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を測定し、 前記出力電圧と前記応力とに基づいて前記磁歪センサの
応力感度とインピーダンスとの関係を求め、 あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中か
ら前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係
に類似するひとつを選択し、 選択した前記モデルパターンに基づいて前記鋼材に作用
する内在応力を測定することを特徴とする応力の測定方
法。 - 【請求項2】 前記鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出
する応力検出器を設置し、前記出力電圧と前記応力とに
基づいて前記応力感度と前記インピーダンスとの関係を
求めることを特徴とする請求項1記載の応力の測定方
法。 - 【請求項3】 前記鋼材に表面処理層が形成されている
場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗
膜を除去することを特徴とする請求項2記載の応力の測
定方法。 - 【請求項4】 磁歪センサと鋼材との間隔を段階的に変
化させながら、各段階において前記磁歪センサの出力電
圧を測定するとともに前記鋼材に生じる応力を測定し、 前記出力電圧と前記応力とに基づいて前記磁歪センサの
応力感度とインピーダンスとの関係を求め、 さらにその関係に基づいて前記鋼材に作用する内在応力
を測定することを特徴とする応力の測定方法。 - 【請求項5】 前記鋼材に、該鋼材に生じる応力を検出
する応力検出器を設置し、前記出力電圧と前記応力とに
基づいて前記応力感度と前記インピーダンスとの関係を
求めることを特徴とする請求項4記載の応力の測定方
法。 - 【請求項6】 前記鋼材に表面処理層が形成されている
場合に、少なくとも前記応力検出器を配置する箇所の塗
膜を除去することを特徴とする請求項5記載の応力の測
定方法。 - 【請求項7】 鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサ
と、 前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、 前記磁歪センサの出力電圧と前記応力とに基づいて該磁
歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、
あらかじめ用意しておいた複数のモデルパターンの中か
ら前記磁歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係
に類似するひとつを選択し、選択した前記モデルパター
ンに基づいて前記鋼材に作用する内在応力を測定する第
1の演算部とを備えることを特徴とする応力測定装置。 - 【請求項8】 前記応力検出器に、前記鋼材の被測定箇
所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マグ
ネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検出
器とを備える応力センサを採用することを特徴とする請
求項7記載の応力測定装置。 - 【請求項9】 鋼材に生じる応力を検出する磁歪センサ
と、 前記鋼材に生じる応力を検出する応力検出器と、 前記磁歪センサの出力電圧と前記応力とに基づいて該磁
歪センサの応力感度とインピーダンスとの関係を求め、
さらにその関係に基づいて前記鋼材に作用する内在応力
を測定する第2の演算部とを備えることを特徴とする応
力測定装置。 - 【請求項10】 前記応力検出器に、前記鋼材の被測定
箇所に吸着する複数の固定用マグネットと、該固定用マ
グネットの相互間の間隔の変位変化量を検出する変位検
出器とを備える応力センサを採用することを特徴とする
請求項9記載の応力測定装置。
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JP2001209798A JP4746782B2 (ja) | 2001-07-10 | 2001-07-10 | 応力の測定方法および応力測定装置 |
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