JP2003066154A - Stress meter and seismometer using the same - Google Patents

Stress meter and seismometer using the same

Info

Publication number
JP2003066154A
JP2003066154A JP2001249903A JP2001249903A JP2003066154A JP 2003066154 A JP2003066154 A JP 2003066154A JP 2001249903 A JP2001249903 A JP 2001249903A JP 2001249903 A JP2001249903 A JP 2001249903A JP 2003066154 A JP2003066154 A JP 2003066154A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stress
pressure receiving
plates
lower pressure
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001249903A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Setsuo Iwata
節雄 岩田
Keiichiro Sonoda
恵一郎 園田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Zosen Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Zosen Corp filed Critical Hitachi Zosen Corp
Priority to JP2001249903A priority Critical patent/JP2003066154A/en
Publication of JP2003066154A publication Critical patent/JP2003066154A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stress meter capable of measuring a seismic wave at the stage of stress and to provide a seismometer using the same. SOLUTION: The stress meter 3 is provided with a plate-like piezoelement 11, upper and lower electrode plates 12 and 13 provided on upper and lower surfaces of the piezoelement 11, upper and lower pressure receiving plates 14 and 15 for sandwiching the plates 12 and 13 therebetween, and a cylindrical buffer case 17 for housing the plates 12 and 13 and the upper and lower plates 14 and 15.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、応力計およびこ
れを用いた地震計に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a stress meter and a seismograph using the stress meter.

【0002】[0002]

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従来
の地震計は、その設置位置での速度または加速度、すな
わち揺れを計測するものである。図8(a)は、神戸気
象台に設置された従来の地震計による観測地震波の加速
度応答の測定例を示すもので、横軸に時間(フルスケー
ルが60秒)、縦軸に加速度(フルスケールが±100
0gal)を取り、左の3つが門柱基礎の加速度応答、
右の3つが柱頭の加速度応答をそれぞれ示している。そ
して、同図(b)は、この観測地震波による鉄筋ひずみ
応答を示すもので、横軸が時間(フルスケールが60
秒)、縦軸がひずみ(フルスケールが±80μ)を示し
ている。
2. Description of the Related Art A conventional seismometer measures velocity or acceleration, that is, shake, at its installation position. FIG. 8 (a) shows an example of measurement of acceleration response of an observed seismic wave by a conventional seismometer installed at the Kobe Meteorological Observatory, where the horizontal axis is time (full scale is 60 seconds) and the vertical axis is acceleration (full scale). Is ± 100
0gal), the left three acceleration responses of the gate post foundation,
The three on the right show the acceleration response of the stigma, respectively. And, FIG. 7B shows the strain response of the reinforcing bar due to this observed seismic wave, where the horizontal axis is time (full scale is 60).
Seconds), and the vertical axis represents strain (full scale ± 80 μ).

【0003】ところで、兵庫県南部地震では、門柱や石
柱の跳躍や飛散、橋脚の破壊など、従来の地震加速度だ
けでは起こり得ない現象が生じている。すなわち、図8
の(b)からは、破壊を引き起こすことが推定できない
ことが分かってきた。すなわち、直下型地震のような場
合には、まず、断層のせん断破壊などによる周期の非常
に短いパルス波的な衝撃波とその後の周期の長い地盤振
動との2種類の波動が伝達されると考えられる。この
内、衝撃波による破壊では、衝撃波が構造物内部を伝播
し、端部で反射波と重畳して衝撃応力波が破壊応力を超
えるために破壊が生じると考えられる。表1に、地震時
の計測データの種類と被害の評価方法を示す。
By the way, in the Hyogo-ken Nanbu Earthquake, phenomena such as jumping and scattering of gate columns and stone columns, destruction of bridge piers, etc., which cannot occur with conventional seismic acceleration, have occurred. That is, FIG.
It has become clear from (b) of (1) that it cannot be estimated that the destruction is caused. That is, in the case of an inland earthquake, it is thought that two types of waves, a shock wave with a very short cycle due to shear failure of a fault, and a ground vibration with a long cycle thereafter are transmitted. To be Among them, it is considered that in the breakage due to the shock wave, the shock wave propagates inside the structure and is superposed with the reflected wave at the end portion so that the shock stress wave exceeds the break stress, and thus the break occurs. Table 1 shows the types of data measured during an earthquake and the method of evaluating damage.

【0004】[0004]

【表1】 [Table 1]

【0005】表1にも示されているように、地震による
災害を考える場合、地盤や構造物の損傷や破壊を引き起
こすのは「力」であることから、地震による地盤や構造
物の破壊メカニズムの究明には、地震時に導入された
力、すなわち「衝撃応力波」の波形を直接計測すること
が必要である。ここで、衝撃応力波は、揺れとは異な
り、非常に高周波であるので、計測および分析に高度な
技術が要求され、加速度計測システムとは異なったセン
サーおよび計測システムが必要とされる。しかしなが
ら、ストレインゲージのように、静的応力を計測する応
力計は、よく知られているものの、動的応力を測定する
応力計は、全く知られていない。
As shown in Table 1, when considering a disaster caused by an earthquake, it is the "force" that causes damage and destruction of the ground and the structure. Therefore, the mechanism of destruction of the ground and the structure by the earthquake In order to find out, it is necessary to directly measure the force introduced during the earthquake, that is, the waveform of the “shock stress wave”. Here, the shock stress wave has a very high frequency, which is different from shaking, and therefore requires a high level of technology for measurement and analysis, and requires a sensor and a measurement system different from the acceleration measurement system. However, although a stress gauge that measures static stress, such as a strain gauge, is well known, no stress gauge that measures dynamic stress is known at all.

【0006】この発明の目的は、上記実状に鑑み、地震
波を応力の段階で計測可能な応力計およびこれを用いた
地震計を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above situation, an object of the present invention is to provide a stress gauge capable of measuring seismic waves at the stress stage and a seismometer using the stress gauge.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段および発明の効果】この発
明による応力計は、板状のピエゾ素子と、これの上下面
に設けられた上下電極板と、上下電極板を上下から挟む
上下受圧板とを備えているものである。
A stress meter according to the present invention comprises a plate-shaped piezo element, upper and lower electrode plates provided on the upper and lower surfaces of the piezo element, and upper and lower pressure receiving plates sandwiching the upper and lower electrode plates from above and below. It is equipped with and.

【0008】この発明の応力計によると、衝撃応力波の
測定が可能となり、建造物の破壊に直接つながるデータ
が得られる。
According to the stress meter of the present invention, it is possible to measure an impact stress wave and obtain data that directly leads to the destruction of a building.

【0009】応力計は、ピエゾ素子、上下電極板および
上下受圧板を収める筒状の緩衝ケースをさらに備えてい
ることが好ましい。緩衝ケースにより、ピエゾ素子に掛
かる力のうち測定したくない成分を除去することができ
る。より具体的には、上下受圧板が、ピエゾ素子および
上下電極板よりも大径とされており、緩衝ケースの中間
部に、上下受圧板に挟まれかつピエゾ素子および上下電
極板との間に間隙を有する内向きフランジ部が設けられ
ている構成とされる。このようにすると、緩衝ケースの
内向きフランジ部とピエゾ素子および上下電極板との間
の間隙により、緩衝ケースに働く径方向内向きの力をピ
エゾ素子に伝えないようにすることができる。
It is preferable that the stress meter further comprises a tubular buffer case for accommodating the piezo element, the upper and lower electrode plates and the upper and lower pressure receiving plates. The buffer case can remove components of the force applied to the piezo element that are not desired to be measured. More specifically, the upper and lower pressure receiving plates have a larger diameter than the piezo elements and the upper and lower electrode plates, and are sandwiched between the upper and lower pressure receiving plates in the middle of the buffer case and between the piezo elements and the upper and lower electrode plates. An inward flange portion having a gap is provided. With this configuration, the gap between the inward flange portion of the buffer case and the piezoelectric element and the upper and lower electrode plates can prevent the radially inward force acting on the buffer case from being transmitted to the piezoelectric element.

【0010】また、上受圧板の下面、上電極板の上面、
下電極板の下面および下受圧板の上面に鏡面仕上げが施
されていることがより好ましい。このようにすると、上
下受圧板に働く軸方向に直交する方向の力をピエゾ素子
に伝えにくくすることができる。この構成と緩衝ケース
に働く径方向内向きの力をピエゾ素子に伝えない上記の
構成とを組み合わせることにより、軸方向だけの応力を
計測する1方向応力計を得ることができる。
The lower surface of the upper pressure receiving plate, the upper surface of the upper electrode plate,
More preferably, the lower surface of the lower electrode plate and the upper surface of the lower pressure receiving plate are mirror-finished. By doing so, it is possible to make it difficult to transmit the force acting on the upper and lower pressure receiving plates in the direction orthogonal to the axial direction to the piezo element. By combining this configuration with the above configuration that does not transmit the radially inward force acting on the buffer case to the piezo element, it is possible to obtain a one-way stress meter that measures the stress only in the axial direction.

【0011】また、応力計は、上下受圧板同士がねじ部
材で連結されており、上下受圧板をねじ部材に対して回
転させることによって、ピエゾ素子の初期応力を圧縮状
態にすることが可能とされていることが好ましい。コン
クリート中を伝播する衝撃波には、圧縮応力と共に引張
り応力も伝播することから、引張り応力を測定するため
に、あらかじめピエゾ素子に圧縮ひずみを加えておく必
要があるからである。
Further, in the stress gauge, the upper and lower pressure receiving plates are connected by a screw member, and by rotating the upper and lower pressure receiving plates with respect to the screw member, the initial stress of the piezo element can be brought into a compressed state. Is preferably provided. This is because the shock wave propagating in the concrete propagates not only the compressive stress but also the tensile stress. Therefore, it is necessary to apply compressive strain to the piezo element in advance in order to measure the tensile stress.

【0012】さらにまた、上受圧板の上面および下受圧
板の下面に接着剤が塗布されていることが好ましい。応
力計を測定対象物に埋め込む際、コンクリートなどとの
接着性を向上させるためである。このように構成された
応力計は、既設の構造物に孔をあけて応力計をこの孔に
挿入した後、孔をコンクリートで塞ぐことにより設置可
能であり、また、建設途中の構造物の鉄筋に予め支持さ
せておくことによっても設置可能である。
Furthermore, it is preferable that an adhesive is applied to the upper surface of the upper pressure receiving plate and the lower surface of the lower pressure receiving plate. This is because when the stress gauge is embedded in the object to be measured, the adhesion with concrete or the like is improved. A stress meter constructed in this way can be installed by drilling a hole in an existing structure, inserting the stress meter into this hole, and then closing the hole with concrete. It can also be installed by supporting it in advance.

【0013】上記応力計は、単独で用いられてももちろ
んよいが、従来から地震計としてよく利用されている加
速度計と併用することにより、より一層有益なデータを
得る地震計として利用することができる。この場合に、
応力計の出力は、動的応力に追従可能な高周波応答特性
を有する直流増幅器(シグナルコンディショナー)で増
幅される。この発明の応力計によると、その出力(ボル
ト)がかなり高いため、この直流増幅器は必ずしも必要
なものではない。
The above stress meter may be used alone, but by using it together with an accelerometer which has been often used as a seismometer, it can be used as a seismometer to obtain more useful data. it can. In this case,
The output of the stress meter is amplified by a DC amplifier (signal conditioner) having a high frequency response characteristic capable of following the dynamic stress. According to the stress meter of the present invention, this DC amplifier is not always necessary because its output (volt) is considerably high.

【0014】この地震計によると、2つの地震データ
(加速度およびひずみ応力)を使用し、従来と異なった
評価方法で構造物の破壊の原因および破壊に対する予防
策を検討することができる。従って、衝撃応力波が原因
と考えられる破壊モードについて、衝撃応力波を緩和す
る新耐震設計法や構造物の補強方法、新構造方式の新設
計法など新しい展開を期待することができる。このよう
な地震計は、通常の地震計として使用される他、地震計
測モニタリング装置やトンネル入口衝撃波計測装置など
としても使用可能であり、新幹線がトンネルに高速で突
入する場合に発生する衝撃波によってトンネル被覆コン
クリートの剥離が生じているという問題点を明らかにす
ることができる可能性を有している。
According to this seismograph, it is possible to study the cause of failure of a structure and preventive measures against the failure by using two seismic data (acceleration and strain stress) by an evaluation method different from the conventional one. Therefore, regarding the failure modes that are considered to be caused by the shock stress wave, new developments such as a new seismic design method for relaxing the shock stress wave, a method for reinforcing the structure, and a new design method for the new structural method can be expected. Such seismometers can be used not only as ordinary seismometers, but also as seismic measurement monitoring devices and tunnel entrance shock wave measurement devices. There is a possibility that the problem of peeling of the coated concrete can be clarified.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を、以下図
面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0016】この発明による地震計(1)は、図1に示す
ように、加速度計(2)および応力計(3)と、これらの計器
(2)(3)のデータを処理する処理装置(4)とを備えてお
り、処理装置(4)は、直流増幅器(5)と、AD変換器(6)
と、メモリー(7)と、太陽電池(8)と、通信機(9)と、ア
ンテナ(10)とを備えている。
As shown in FIG. 1, the seismograph (1) according to the present invention includes an accelerometer (2), a stress meter (3), and instruments for these.
(2) A processing device (4) for processing the data of (3) is provided, and the processing device (4) includes a DC amplifier (5) and an AD converter (6).
And a memory (7), a solar cell (8), a communication device (9), and an antenna (10).

【0017】加速度計(2)としては、例えば、公知のひ
ずみ計型のもので、例えば、ローパスフィルタ:30H
z,−12db、サンプリング周波数:100Hzのも
のが使用される。
The accelerometer (2) is, for example, a known strain gauge type, for example, a low pass filter: 30H.
z, −12 db, sampling frequency: 100 Hz is used.

【0018】応力計(3)は、例えば、ローパスフィル
タ:33kHz、サンプリング周波数:10kHzの圧
電素子型のものであり、材料のヤング率に関係なく応力
として検出できるセンサーとされる。具体的には、後述
するように、センサー材料としてピエゾタイプが使用さ
れ、埋め込みタイプ(表面貼付けタイプも可)とされ
る。
The stress meter (3) is, for example, a piezoelectric element type with a low-pass filter of 33 kHz and a sampling frequency of 10 kHz, and is a sensor capable of detecting stress regardless of the Young's modulus of the material. Specifically, as described later, a piezo type is used as a sensor material, and it is an embedded type (a surface pasting type is also possible).

【0019】直流増幅器(5)は、シグナルコンディショ
ナー、チャージアンプなどと称されるもので、高周波応
答性能が20kHz以上でマイクロ化されたものが使用
される。
The DC amplifier (5) is referred to as a signal conditioner, a charge amplifier, etc., and a high-frequency response having a micro-frequency response of 20 kHz or more is used.

【0020】直流増幅器(5)およびAD変換器(6)のチャ
ンネル数は、2〜6chとされる。
The number of channels of the DC amplifier (5) and the AD converter (6) is 2 to 6 ch.

【0021】AD変換器(6)は、トリガー組み込み型
で、50μsサンプリング以上のものが使用される。
The AD converter (6) is of a trigger built-in type and has a sampling rate of 50 μs or more.

【0022】メモリー(7)は、128MB(64MB+
64MB)以上のコンパクトフラッシュ(登録商標)メ
モリーが使用され、常時計測、上書きタイプとされて、
記録は、トリガーに掛かったデータをメモリーに固定す
ることにより行うものとする。
The memory (7) has 128 MB (64 MB +
Compact Flash (registered trademark) memory of 64 MB or more is used, and it is always measured and overwritten.
Recording shall be performed by fixing the data on the trigger in the memory.

【0023】通信機(9)およびアンテナ(10)は、携帯電
話システムを利用したインターネット圧縮通信が可能な
ものとする。
The communication device (9) and the antenna (10) are assumed to be capable of Internet compressed communication using a mobile phone system.

【0024】地震計(1)の外形は、20×20×7cm
程度とされ、応力計(3)の大きさは、直径10から20
mm、厚さ4から6mm程度とされる。
The external shape of the seismograph (1) is 20 × 20 × 7 cm.
The size of the stress meter (3) is 10 to 20 mm in diameter.
mm, and the thickness is about 4 to 6 mm.

【0025】応力計(3)は、図2および図3に示すよう
に、板状のピエゾ素子(11)と、これの上下面に設けられ
た上下電極板(12)(13)と、上下電極板(12)(13)を上下か
ら挟む上下受圧板(14)(15)と、上下受圧板(14)(15)同士
を連結するねじ部材(16)と、ピエゾ素子(11)、上下電極
板(12)(13)および上下受圧板(14)(15)を収める円筒状の
緩衝ケース(17)とよりなる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the stress gauge (3) comprises a plate-shaped piezoelectric element (11), upper and lower electrode plates (12) and (13) provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element, and The upper and lower pressure receiving plates (14) and (15) sandwiching the electrode plates (12) and (13) from above and below, the screw member (16) connecting the upper and lower pressure receiving plates (14) and (15), the piezo element (11), and the upper and lower sides. It is composed of a cylindrical buffer case (17) that houses the electrode plates (12) and (13) and the upper and lower pressure receiving plates (14) and (15).

【0026】ピエゾ素子(11)は、どの方向からの動的ひ
ずみでも感知し、電圧を出力するもので、上述のよう
に、地震の応力波が計測できる周波数特性を有してい
る。
The piezo element (11) senses a dynamic strain from any direction and outputs a voltage, and has a frequency characteristic capable of measuring a stress wave of an earthquake as described above.

【0027】ピエゾ素子(11)および上下電極板(12)(13)
は、いずれも、中央にねじ挿通用の挿通孔を有する円板
状で、両者の外径は同じとされている。
Piezo element (11) and upper and lower electrode plates (12) (13)
Are disk-shaped with an insertion hole for screw insertion in the center, and both have the same outer diameter.

【0028】上下受圧板(14)(15)は、ピエゾ素子(11)お
よび上下電極板(12)(13)の外径よりも大きい外径を有す
る円板状とされている。上受圧板(14)には、下方に開口
する有底ねじ孔(14a)が設けられ、下受圧板(15)には、
上方に開口する有底ねじ孔(15a)が設けられている。
The upper and lower pressure receiving plates (14) and (15) are disc-shaped and have an outer diameter larger than the outer diameters of the piezo element (11) and the upper and lower electrode plates (12) and (13). The upper pressure receiving plate (14) is provided with a bottomed screw hole (14a) opening downward, and the lower pressure receiving plate (15) is
A bottomed screw hole (15a) that opens upward is provided.

【0029】上受圧板(14)の下面の上電極板(12)に接す
る部分、上電極板(12)の上面全面、下電極板(13)の下面
全面および下受圧板(15)の上面の下電極板(12)に接する
部分には、鏡面仕上げ(18)が施されている。
A portion of the lower surface of the upper pressure receiving plate (14) in contact with the upper electrode plate (12), the entire upper surface of the upper electrode plate (12), the entire lower surface of the lower electrode plate (13) and the upper surface of the lower pressure receiving plate (15). A mirror surface finish (18) is applied to a portion in contact with the lower electrode plate (12).

【0030】緩衝ケース(17)は、円筒状で、発泡スチロ
ール系樹脂によって形成されており、その軸方向中央部
には、内向きのフランジ部(19)が設けられている。この
フランジ部(19)の内径は、ピエゾ素子(11)および上下電
極板(12)の外径よりも若干大きく、緩衝ケース(15)のフ
ランジ部(19)以外の部分の内径は、上下受圧板(14)(15)
にほぼ等しく形成されている。したがって、内向きのフ
ランジ部(19)とピエゾ素子(11)および上下電極板(12)(1
3)との間には、間隙が存在するようになされている。
The buffer case (17) has a cylindrical shape and is made of styrofoam resin, and an inwardly facing flange portion (19) is provided at the axial center thereof. The inner diameter of this flange portion (19) is slightly larger than the outer diameters of the piezo element (11) and the upper and lower electrode plates (12), and the inner diameter of the buffer case (15) other than the flange portion (19) does not Board (14) (15)
Is formed almost equal to. Therefore, the inward flange (19), the piezo element (11) and the upper and lower electrode plates (12) (1
There is a gap between it and 3).

【0031】図4(a)に示すように、緩衝ケース(17)
の内向きフランジ部(19)とピエゾ素子(11)および上下電
極板(12)(13)との間に間隙(G)が存在することにより、
緩衝ケース(17)全体に径方向内向きの力(矢印参照)が
働いてもこれがピエゾ素子(11)に伝わることはない。ま
た、緩衝ケース(17)の内向きフランジ部(19)が上下受圧
板(14)(15)間に挟まれていることにより、緩衝ケース(1
7)が容易に外れないようになっている。緩衝ケース(17)
の直径が20mmの場合、コンクリート圧縮破壊ひずみ
の3倍のひずみ量である1%ひずみを遮断するために
は、最低0.2mmの厚さが必要となり、余裕を見て
0.5mmの厚さの発泡スチロール樹脂が使用されてい
る。
As shown in FIG. 4 (a), the buffer case (17)
Since there is a gap (G) between the inward flange portion (19) of the piezo element (11) and the upper and lower electrode plates (12) and (13),
Even if a radially inward force (see arrow) acts on the entire buffer case (17), this is not transmitted to the piezo element (11). Further, since the inward flange portion (19) of the cushion case (17) is sandwiched between the upper and lower pressure receiving plates (14) and (15), the cushion case (1
7) does not come off easily. Buffer Case (17)
If the diameter is 20 mm, a minimum thickness of 0.2 mm is required to block 1% strain, which is a strain amount three times the compressive fracture strain of concrete. Styrofoam resin is used.

【0032】また、上受圧板(14)の下面、上電極板(12)
の上面、下電極板(13)の下面および下受圧板(15)の上面
に鏡面仕上げ(18)が施されていることにより、図4
(b)に矢印で示す水平方向の動的ひずみが受圧板(14)
(15)と電極板(12)(13)との間の滑り領域(M)で吸収さ
れ、横方向衝撃波がピエゾ素子(11)に伝わりにくいもの
となっている。こうして、どの方向からの動的ひずみで
も感知するピエゾ素子(11)を用いて、軸方向の力のみを
測定する1方向応力計(3)が得られている。
The lower surface of the upper pressure receiving plate (14), the upper electrode plate (12)
Since the upper surface of the lower electrode plate (13), the lower surface of the lower electrode plate (13) and the upper surface of the lower pressure receiving plate (15) are mirror-finished (18),
The horizontal dynamic strain indicated by the arrow in (b) is the pressure plate (14).
The lateral shock wave is absorbed in the sliding region (M) between the electrode (15) and the electrode plates (12) and (13), and is hard to be transmitted to the piezoelectric element (11). Thus, by using the piezo element (11) that senses the dynamic strain from any direction, the unidirectional stress meter (3) that measures only the axial force is obtained.

【0033】コンクリート中を伝播する衝撃波には、圧
縮応力と共に引張り応力も伝播することから、両方の応
力を測定する必要がある。したがって、引張り応力を測
定するために予めピエゾ素子(11)に圧縮ひずみ(プレス
トレス)を加えておく必要がある。上記応力計(3)によ
ると、上下受圧板(14)(15)同士がねじ部材(16)で連結さ
れているので、図5に示すように、上下受圧板(14)(15)
をねじ部材(16)に対して回転させることによって、ピエ
ゾ素子(11)の初期応力を圧縮状態にすることができる。
プレストレスの大きさの調整は、ピエゾ素子(11)の出力
を見ながら、予め設定調整される。
Since both a compressive stress and a tensile stress propagate in a shock wave propagating in concrete, it is necessary to measure both stresses. Therefore, in order to measure the tensile stress, it is necessary to apply compressive strain (prestress) to the piezo element (11) in advance. According to the above stress gauge (3), since the upper and lower pressure receiving plates (14) and (15) are connected by the screw member (16), as shown in FIG. 5, the upper and lower pressure receiving plates (14) and (15) are connected.
By rotating the with respect to the screw member (16), the initial stress of the piezo element (11) can be brought into a compressed state.
The magnitude of the prestress is adjusted in advance while observing the output of the piezo element (11).

【0034】応力計(3)は、例えば、図6に示すように
して構造物に取り付けられる。
The stress gauge (3) is attached to the structure as shown in FIG. 6, for example.

【0035】取付けに先立って、応力計(3)の上受圧板
(14)の上面および下受圧板(15)の下面には、接着剤層(2
0)が設けられるとともに、電極板(12)(13)に通じる配線
(21)が接続される。そして、まず、計測対象となる既設
の構造物(C)にドリルで大きめの孔(22)をあけ、この孔
(22)に、応力計(3)を挿入し、スペーサ(23)で仮固定す
る。応力計(3)の軸方向は、測定するべき応力の方向
(図の上下方向)に合わされる。図6では、上下方向の
応力を計測するために、孔(22)の軸方向と応力計(3)の
軸方向とは、直交するようになされている。次いで、孔
(22)の開口縁部に型枠(24)を取り付け、孔(22)内に、レ
ジンコンクリート(25)、無収縮コンリートまたは熱収縮
モルタルを充填して硬化させる。接着剤層(20)として
は、硬化時間を24から48時間程度に設定したエポキ
シ系接着剤が好ましく、このようにすることにより、コ
ンクリート(25)の硬化時間と接着剤の硬化時間とが一致
するか、あるいは、コンクリート(25)の硬化後に接着剤
が硬化し、受圧板(14)(15)とコンクリート(25)とが強固
に接着される。構造物が建設されるときに取り付ける場
合には、同図(b)に示すように、接着剤層(20)を設け
た圧力計(3)を針金(27)を利用しコンクリートの充填前
に鉄筋(26)に取り付けておけばよい。
Prior to mounting, the upper pressure plate of the stress gauge (3)
On the upper surface of (14) and the lower surface of the lower pressure receiving plate (15), the adhesive layer (2
(0) is provided and wiring that leads to the electrode plates (12) (13)
(21) is connected. Then, first, a large hole (22) is drilled in the existing structure (C) to be measured, and this hole is
The stress meter (3) is inserted into (22) and temporarily fixed by the spacer (23). The axial direction of the stress gauge (3) is aligned with the direction of the stress to be measured (vertical direction in the figure). In FIG. 6, in order to measure the stress in the vertical direction, the axial direction of the hole (22) and the axial direction of the stress gauge (3) are orthogonal to each other. Then the hole
A mold (24) is attached to the opening edge of (22), and resin concrete (25), non-shrinkable concrete or heat-shrinkable mortar is filled into the hole (22) and cured. The adhesive layer (20) is preferably an epoxy adhesive whose curing time is set to about 24 to 48 hours. By doing so, the curing time of the concrete (25) and the curing time of the adhesive are the same. Alternatively, or after the concrete (25) hardens, the adhesive hardens, and the pressure receiving plates (14) and (15) and the concrete (25) are firmly bonded. When installing when a structure is built, as shown in Fig. 2 (b), the pressure gauge (3) provided with the adhesive layer (20) is used before the concrete is filled by using the wire (27). It should be attached to the rebar (26).

【0036】図7は、この発明による応力計およびこれ
を用いた地震計による測定例を示す図である。この測定
は、同図(a)に示すように、加速度計(2)および応力
計(3)を標準砂に埋め、標準砂の上方から錘を落下させ
ることにより行った。加速度計(2)は、ローパスフィル
タ:30Hz,−12db、サンプリング周波数:10
0Hzのひずみ計型のもの(すなわち、従来の地震計用
の加速度計と同じ仕様のもの)であり、応力計(3)は、
ローパスフィルタ:33kHz、サンプリング周波数:
10kHzの圧電素子型のもの(すなわち、図2から図
5までに示したもの)である。そして、標準砂でのP波
の速度は、約200m/sである。同図(b)は、加速
度計(2)によるデータで、横軸が時間(フルスケールが
12秒)、縦軸が加速度(フルスケールが−0.1〜+
0.15G)を表している。また、同図(c)は、応力
計(3)によるデータで、横軸が時間(フルスケールが
0.012秒)、縦軸が加速度(フルスケールが−8〜
+10G)を表している。これらのデータから明らかな
ように、従来の地震計用の加速度計(2)では、衝撃波に
伴う周期の短い応力波が測定できていないのに対し、こ
の発明による応力計(3)によると、衝撃応力波が7〜9
Gの大きさで測定されており、建造物の破壊に直接つな
がるデータが得られることが分かる。
FIG. 7 is a diagram showing an example of measurement by the stress meter according to the present invention and the seismograph using the stress meter. This measurement was carried out by burying the accelerometer (2) and the stress meter (3) in standard sand and dropping the weight from above the standard sand, as shown in FIG. The accelerometer (2) has a low pass filter of 30 Hz, -12 db, and a sampling frequency of 10
It is a strain gauge type of 0 Hz (that is, the same specification as the accelerometer for the conventional seismograph), and the stress gauge (3) is
Low-pass filter: 33 kHz, sampling frequency:
It is of a piezoelectric element type of 10 kHz (that is, the one shown in FIGS. 2 to 5). And the velocity of P wave in standard sand is about 200 m / s. The same figure (b) is the data by the accelerometer (2), the horizontal axis is time (full scale is 12 seconds), and the vertical axis is acceleration (full scale is -0.1 to +).
0.15G). Further, FIG. 7C shows data obtained by the stress meter (3), where the horizontal axis represents time (full scale is 0.012 seconds) and the vertical axis is acceleration (full scale is −8 to
+10 G). As is clear from these data, in the conventional seismograph accelerometer (2), short stress waves with a shock wave cannot be measured, whereas according to the stress meter (3) of the present invention, Impact stress wave is 7-9
It can be seen that the data is obtained by measuring the size of G and directly leads to the destruction of the building.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】この発明による応力計を用いた地震計を示す模
式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a seismograph using a stress meter according to the present invention.

【図2】この発明による応力計の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a stress meter according to the present invention.

【図3】同分解斜視図である。FIG. 3 is an exploded perspective view of the same.

【図4】応力計に測定すべき方向以外の力が掛かったと
きの挙動を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a behavior when a force other than a direction to be measured is applied to the stress gauge.

【図5】応力計の組立途中の状態を示す図で、(a)は
その断面図、(b)はその斜視図である。
5A and 5B are diagrams showing a state in which the stress gauge is being assembled, wherein FIG. 5A is a sectional view thereof, and FIG. 5B is a perspective view thereof.

【図6】応力計を対象物に取り付ける際の一例を示す図
であり、(a)は、既設の対象物に取り付ける場合を、
(b)は、建築途中の建造物に取り付ける場合をそれぞ
れ示している。
FIG. 6 is a diagram showing an example of attaching a stress meter to an object, FIG. 6A shows a case where the stress meter is attached to an existing object,
Each of (b) shows a case of being attached to a building in the middle of construction.

【図7】この発明による応力計およびこれを用いた地震
計による測定例を示す図で,(a)は、測定のためのモ
デルを、(b)は、加速度計によるデータを、(c)
は、応力計によるデータをそれぞれ示している。
FIG. 7 is a diagram showing a measurement example by a stress meter according to the present invention and a seismograph using the same, in which (a) is a model for measurement, (b) is data from an accelerometer, and (c) is a model.
Indicates the data obtained by the stress meter.

【図8】従来の地震計による測定例およびこれに基づい
たを示す図で,(a)は、観測地震波の加速度応答を、
(b)は、この観測地震波による鉄筋ひずみ応答をそれ
ぞれ示している。
FIG. 8 is a diagram showing an example of measurement by a conventional seismograph and a diagram based on it, in which (a) shows an acceleration response of an observed seismic wave,
(B) shows the strain response of the reinforcing bar due to this observed seismic wave.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(1) 地震計 (2) 加速度計 (3) 応力計 (11) ピエゾ素子 (12)(13) 上下電極板 (14)(15) 上下受圧板 (16) ねじ部材 (17) 緩衝ケース (18) 鏡面加工 (19) 内向きフランジ部 (20) 接着剤層 (1) Seismometer (2) Accelerometer (3) Stress meter (11) Piezo element (12) (13) Upper and lower electrode plates (14) (15) Upper and lower pressure plates (16) Screw member (17) Buffer case (18) Mirror finishing (19) Inward flange (20) Adhesive layer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 板状のピエゾ素子(11)と、これの上下面
に設けられた上下電極板(12)(13)と、上下電極板(12)(1
3)を上下から挟む上下受圧板(14)(15)とを備えている応
力計。
1. A plate-shaped piezoelectric element (11), upper and lower electrode plates (12) (13) provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric element, and upper and lower electrode plates (12) (1).
A stress gauge including upper and lower pressure receiving plates (14) and (15) sandwiching 3) from above and below.
【請求項2】 ピエゾ素子(11)、上下電極板(12)(13)お
よび上下受圧板(14)(15)を収める筒状の緩衝ケース(17)
をさらに備えている請求項1記載の応力計。
2. A cylindrical buffer case (17) for accommodating a piezo element (11), upper and lower electrode plates (12) (13) and upper and lower pressure receiving plates (14) (15).
The stress meter according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 上受圧板(14)の下面、上電極板(12)の上
面、下電極板(13)の下面および下受圧板(15)の上面に鏡
面仕上げ(18)が施されている請求項1または2記載の応
力計。
3. The lower surface of the upper pressure receiving plate (14), the upper surface of the upper electrode plate (12), the lower surface of the lower electrode plate (13) and the upper surface of the lower pressure receiving plate (15) are mirror-finished (18). The stress gauge according to claim 1 or 2, wherein
【請求項4】 上下受圧板(14)(15)が、ピエゾ素子(11)
および上下電極板(12)(13)よりも大径とされており、緩
衝ケース(17)の中間部に、上下受圧板(14)(15)に挟まれ
かつピエゾ素子(11)および上下電極板(12)(13)との間に
間隙を有する内向きフランジ部(19)が設けられている請
求項2または3に記載の応力計。
4. The upper and lower pressure receiving plates (14) (15) are piezo elements (11).
And has a larger diameter than the upper and lower electrode plates (12) and (13), and is sandwiched between the upper and lower pressure receiving plates (14) and (15) in the middle part of the buffer case (17), and the piezo element (11) and the upper and lower electrodes. The stress gauge according to claim 2 or 3, wherein an inward flange portion (19) having a gap between the plates (12) and (13) is provided.
【請求項5】 上下受圧板(14)(15)同士がねじ部材(16)
で連結されており、上下受圧板(14)(15)をねじ部材(16)
に対して回転させることによって、ピエゾ素子(11)の初
期応力を圧縮状態にすることが可能な請求項1から4ま
でのいずれかに記載の応力計。
5. The upper and lower pressure receiving plates (14) (15) are screw members (16).
The upper and lower pressure receiving plates (14) and (15) are connected with screw members (16).
The stress gauge according to any one of claims 1 to 4, wherein the initial stress of the piezo element (11) can be brought into a compressed state by rotating it with respect to.
【請求項6】 上受圧板(14)の上面および下受圧板(15)
の下面に接着剤が塗布されている請求項1から5までの
いずれかに記載の応力計。
6. The upper surface of the upper pressure receiving plate (14) and the lower pressure receiving plate (15)
The stress gauge according to any one of claims 1 to 5, wherein an adhesive is applied to a lower surface of the stress gauge.
【請求項7】 請求項1から6に記載の応力計(3)と、
加速度を検出する加速度計(2)とを備えている地震計。
7. A stress gauge (3) according to any one of claims 1 to 6,
A seismograph equipped with an accelerometer (2) for detecting acceleration.
JP2001249903A 2001-08-21 2001-08-21 Stress meter and seismometer using the same Pending JP2003066154A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001249903A JP2003066154A (en) 2001-08-21 2001-08-21 Stress meter and seismometer using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001249903A JP2003066154A (en) 2001-08-21 2001-08-21 Stress meter and seismometer using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2003066154A true JP2003066154A (en) 2003-03-05

Family

ID=19078824

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001249903A Pending JP2003066154A (en) 2001-08-21 2001-08-21 Stress meter and seismometer using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2003066154A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059751A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-22 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Piezoelectric sensor and method for manufacturing the same
CN104034468A (en) * 2014-04-23 2014-09-10 西安近代化学研究所 Method for measuring near field blast wave pressure of underwater explosion of explosive
CN106644043A (en) * 2016-12-14 2017-05-10 中国船舶重工集团公司第七0研究所 Torpedo modular embedded type cylindrical conformal acoustic base array
CN108593174A (en) * 2018-05-08 2018-09-28 安徽理工大学 A kind of coal and rock mining induced stress monitoring backpack body

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008059751A1 (en) * 2006-11-13 2008-05-22 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Piezoelectric sensor and method for manufacturing the same
US8314536B2 (en) 2006-11-13 2012-11-20 Aisin Seiki Kabushiki Kaisha Piezoelectric sensor and method for manufacturing the same
CN104034468A (en) * 2014-04-23 2014-09-10 西安近代化学研究所 Method for measuring near field blast wave pressure of underwater explosion of explosive
CN104034468B (en) * 2014-04-23 2016-03-02 西安近代化学研究所 A kind of explosive water shooting near field shock wave pressure measuring method
CN106644043A (en) * 2016-12-14 2017-05-10 中国船舶重工集团公司第七0研究所 Torpedo modular embedded type cylindrical conformal acoustic base array
CN108593174A (en) * 2018-05-08 2018-09-28 安徽理工大学 A kind of coal and rock mining induced stress monitoring backpack body
CN108593174B (en) * 2018-05-08 2024-01-02 安徽理工大学 Coal rock mass mining stress monitoring inclusion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Menq Dynamic properties of sandy and gravelly soils
US5038622A (en) Strain gage assembly for measuring excessive tensile strain of a flexible elongated member, such as a steel structural cable, or an electrical transmission cable, or a glass fiber optic communication cable, which may slightly twist under tensile strain
US4164149A (en) Method and system for monitoring the angular deformation of structural elements
CA1144635A (en) Method for investigating an anchored rod-like body having an accessible end, and apparatus for carrying out the method
US9016129B2 (en) Acoustic vector sensor having an accelerometer with in-band resonant frequency
JP2009180652A (en) Measuring system and measuring method of length or physical conditions of stick member
US5675089A (en) Passive strain gauge
JP2003066154A (en) Stress meter and seismometer using the same
WO2011132024A1 (en) Embedded material testing device and method
US10935679B2 (en) Coupling evaluation geophone and method for eliminating ground-geophone coupling effect
CN201221978Y (en) Device for testing shearing wave speed of piezoelectric ceramics bending element soil body
Segarra et al. Coupling of blasting seismographs to rock and its effectiveness for horizontal ground motion
JP2001304992A (en) Method and apparatus for diagnosing stress of ground anchor
DK1041403T3 (en) Compact vibrator and method of monitoring or seismic exploration using such vibrator
JP4297613B2 (en) Elastic wave generator, magnetostrictive oscillator mounting structure, and mounting method
JP2004170397A (en) Ae sensor, abnormality detecting system of structure using ae sensor and safety evaluating system
JP2014126386A (en) Structural member evaluation device and structural member evaluation method
Bulletti et al. Interdigital piezopolymer transducers for time of flight measurements with ultrasonic lamb waves on carbon-epoxy composites under pure bending stress
JP2856748B2 (en) Method of measuring vibration propagating in a substance and vibration pickup
CA1271647A (en) Borehole strain monitor for soft rock
JPS6234051A (en) Method for measuring ae in reinforced or steel-frame reinforced concrete structure
Weiss et al. Design and absolute calibration of an embedded, wideband velocity sensor
JP2004053536A (en) Apparatus and method for detecting bedrock destruction
Al-Hunaidi et al. Evaluation of measurement limits of transducer mountings in the ground
Fröjd et al. Efficiency of some voice coil transducers in low frequency reciprocal operations

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040402

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070206

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20070619