JP2003307403A

JP2003307403A - 構造材の損傷検知センサ及び損傷検知方法

Info

Publication number: JP2003307403A
Application number: JP2002113815A
Authority: JP
Inventors: Tatsumi Ota; 達見太田
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2002-04-16
Filing date: 2002-04-16
Publication date: 2003-10-31

Abstract

(57)【要約】【課題】構造材が損傷したこと及びその概略位置を短
時間且つ低コストで的確に検知することができる、構造
材の損傷検知センサ及び損傷検知方法を提供する。【解決手段】構造材としての梁１００の損傷を検知す
る損傷検知センサＳが、炭素繊維撚り線からなり梁１０
０にその長手方向に沿って埋設された、第１センサ部１
０及び第２センサ部２０と、これら第１センサ部１０及
び第２センサ部２０とを所定箇所で導通してブリッジ回
路を構成するブリッジ部３１〜３３とを備えた構成と
し、第１センサ部１０又は第２センサ部２０のうちで、
構造材の損傷に伴って抵抗値が変化した区間を、速やか
に特定できるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、柱、梁或いは杭等
の構造材に取り付けられ、こうした構造材における損傷
を検知する損傷検知センサ、及びこれを用いた損傷検知
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】柱、梁或いは杭等といった構造材が、大
地震等によって損傷した場合には、損傷箇所を速やかに
発見するとともに、必要であれば速やかに修復や補強等
の工事を行うことが要求される。損傷箇所の発見は、目
視確認によって行われることが多いが、例えば高層建物
の高層部に設けられた柱や梁、あるいは地中深く埋設さ
れた杭等といった、アクセス困難な場所に設けられた構
造材に損傷が発生した場合には、目視確認で的確に対応
することが困難であった。そのため、構造材に取り付け
られ、損傷が発生した場合に自動的に検知することがで
きる損傷検出センサが、近年用いられてきている。

【０００３】このような損傷検知センサとしては、図５
に示すような、炭素繊維（ＣＦ）撚り線を用いた、いわ
ゆるＣＦ束センサが広く用いられている。ここでは、構
造材として、長尺の鉄筋コンクリート造の梁１００を例
にとって説明する。ＣＦ束センサ１０１は、梁１００に
その長手方向に沿って埋設されており、両端部は梁１０
０の各端面から若干長さだけ突出されている。なお、こ
のＣＦ束センサ１０１の埋設部分周りは、繊維強化プラ
スチック（ＦＲＰ）１０１ｆで固められており、コンク
リートとの付着性が改善されている。また、ＣＦ束セン
サ１０１の両端部には、端子１０１ａ，１０１ｂが各々
形成されており、これら端子１０１ａ，１０１ｂは各々
抵抗計（図示省略）に接続されている。

【０００４】梁１００の一部にひび割れ（クラック）Ｃ
等が生じると、それによってＣＦ束センサ１０１が切断
されて、切断部分の抵抗値（電気抵抗値）が上昇する。
このＣＦ束センサ１０１の抵抗値を抵抗計で測定し、そ
の変化を検出することによって、梁１００に何らかの損
傷が発生したことが検知される。すなわち、ＣＦ束セン
サ１０１の抵抗値が、それまでの抵抗値と変化がなけれ
ば、梁１００にひび割れや鉄筋降伏等の損傷が発生して
いない状態、すなわち梁１００が健全な状態であると判
断される。一方、抵抗値がそれまでの抵抗値よりも上昇
していれば、梁１００の何処かにひび割れや鉄筋降伏等
の損傷が発生した状態、すなわち梁１００が不健全な状
態であると判断される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このようなＣＦ束セン
サでは、構造材に損傷が発生したことは検知できるが、
その損傷箇所が構造材の何処の位置であるかを、明確に
検知するすることができなかった。すなわち、端子同士
の間における構造材の損傷としか検知できず、例えば実
際には図５中Ｘ点で損傷が発生していても、Ｘ点での損
傷なのかＹ点での損傷なのかを、判断できない。これで
は、構造材の全域にわたって目視確認を行わなければな
らず、アクセス困難な箇所に構造材が設けられている場
合や、構造材が長尺あるいは大型である場合等に、的確
に対応することが困難であった。

【０００６】こうした不都合を解決するためには、ＣＦ
束センサ１０１を複数本用いることが考えられる。例え
ば図５に示すように、梁１００に２本のＣＦ束センサ１
０１を埋設するようにすれば、梁１００の損傷発生位置
が、図中における右側なのか左側なのかを検知すること
ができる。つまり、ＣＦ束センサ１０１の本数を増やし
ていけば、構造材の損傷発生位置を、それだけ細かく検
知することが可能となる。しかし、構造材の長さが非常
に大きく、しかも区間を細かく設定したい場合には、必
要となるＣＦ束センサの本数が非常に多くなり、構造材
への取り付け（埋設）作業が煩雑になり、多大なコスト
を要する結果となっていた。

【０００７】また、光ファイバーを用いた損傷検知セン
サも知られているが、測定コストが高い上、測定が完了
するまでに２〜３時間という長時間を要するといった不
都合があった。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、構造材が損傷したこと及びその概略位置を短時間且
つ低コストで的確に検知することができる、構造材の損
傷検知センサ及び損傷検知方法を提供することを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、柱、梁或いは杭等の構造材に取り付けられ、該構造
材が損傷したことを検知するセンサであって、前記構造
材にその長手方向に沿って設けられ、前記構造材の損傷
によって電気抵抗値が変化されるとともに、途中に形成
された第１の節点によって前記長手方向に複数の区間に
区分されている、線状の第１のセンサ部と、該第１のセ
ンサ部と略平行となるように前記構造材に設けられ、前
記構造材の損傷によって電気抵抗値が変化されるととも
に、前記第１の節点と対応させて各々が対をなすように
形成された第２の節点によって前記長手方向に複数の区
間に区分されている、線状の第２センサ部と、一対毎の
前記第１の節点と前記第２の節点とに各々結線され、線
路途中にスイッチが設けられたブリッジ部と、が備えら
れたことを特徴とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の構造材の損傷検知センサであって、前記第１及び第２
のセンサ部として、炭素繊維を用いたことを特徴とす
る。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項１又は請
求項２に記載の構造材の損傷検知センサを用いた損傷検
知方法であって、前記構造材の健全時における前記第１
及び第２のセンサ部の各区間の電気抵抗値、及び前記ブ
リッジ部の電気抵抗値を予め既知としておき、前記スイ
ッチを所定の順序に従ってオン・オフして、前記第１及
び第２のセンサ部と前記ブリッジ部とによる所定の電気
回路を順次形成させていくとともに、これら各々の電気
回路の電気抵抗値を測定していき、これら電気回路の各
電気抵抗値と、前記健全時における各電気抵抗値の和と
を順次比較していき、前記各区間のうちで電気抵抗値が
変化した区間を特定することで、前記構造材が損傷した
こと及びその概略位置を検知することを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る損傷検知セン
サの実施の形態について、図１乃至図４を用いて説明す
る。先ず図１に、本実施形態に係る損傷検知センサの概
念図を示す。この損傷検知センサＳは、構造材としての
鉄筋コンクリート造の梁１００に設けられているもの
で、上記従来例におけるＣＦ束センサを２本とし、第１
センサ部１０及び第２センサ部２０とするとともに、こ
れら第１センサ部１０と第２センサ部２０との線路途中
を導通させるブリッジ部を複数設けた構成となってい
る。ここでは、３つのブリッジ部（符号３１，３２，３
３）を設けている。

【００１３】第１センサ部１０と第２センサ部２０と
は、ともに、上記従来例において述べたＣＦ束センサと
同様に、ＣＦ（炭素繊維）撚り線から構成されている線
状の部材であり、互いに略平行となるようにして、梁１
００にその長手方向に沿って埋設されている。なお、こ
れら第１センサ部１０及び第２センサ部２０の埋設部分
周りは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）１０ｆ，２０
ｆで各々固められており、コンクリートとの付着性が改
善されている。また、第１センサ部１０及び第２センサ
部２０の両端部は、梁１００の両端面から各々若干量だ
け突出されており、各々の端部に形成された端子１０
ａ，１０ｂ，２０ａ，２０ｂに、抵抗計（図示省略）を
接続することができるようになっている。

【００１４】ブリッジ部３１，３２，３３は、第１セン
サ部１０と第２センサ部２０との各々の線路途中の３箇
所を結線するものであり、各ブリッジ部の線路途中には
スイッチが設けられている。すなわち、これらスイッチ
をオンにした場合に、第１センサ部１０と第２センサ部
２０とは導通される。これらブリッジ部３１，３２，３
３を境にして、第１センサ部１０は各々第１区間１１〜
第４区間１４に、第２センサ部２０は各々第１区間２１
〜第４区間２４に、各々区分されており、梁１００とし
ては、第１区間Ｚ₁〜第４区間Ｚ₄の４つの区間に区画さ
れている。

【００１５】この梁１００に損傷が発生していない状態
時、すなわち梁１００の健全時における、第１区間１１
〜第４区間１４、及び第１区間２１〜第４区間２４の各
区間における抵抗値（以下、これらを「区間抵抗値」と
称する）を、予め既知としておく。各々の区間抵抗値
は、各々の区間の長さに比例するので、各区間の長さを
把握しておいて第１センサ部１０あるいは第２センサ部
２０の全体の抵抗値を測定し、長さ比で計算すれば、容
易に求めることができる。

【００１６】このような損傷検知センサＳは、ブリッジ
回路（電気回路）に見立てることができる。すなわち、
第１区間１１〜第４区間１４、及び第１区間２１〜第４
区間２４を、各区間抵抗値を有する抵抗に置き換え、ま
たブリッジ部３１〜３３も、各々の抵抗値を有する抵抗
に置き換えれば、等価回路としてのブリッジ回路が形成
される。こうしたブリッジ回路によって、抵抗値が変化
した区間を容易に特定することができる。すなわち、梁
１００にクラックＣ等による損傷が発生して何れかの区
間（本例においては第２区間）の抵抗値が変化した場合
には、端子１０ａ，１０ｂ又は２０ａ，２０ｂに抵抗計
を接続し、ブリッジ部３１〜３３のスイッチを順次オン
・オフしていき、第１センサ部１０と第２センサ部２０
との間の抵抗値を測定していけば、当該区間を特定する
ことができる。

【００１７】また、スイッチのオン・オフを幾つかのパ
ターンで組み合わせるのみで、損傷区間を特定すること
も可能である。例えば図２に示すような、抵抗値がＲ₁
〜Ｒ₆，Ｒ_bc及びＲ_bdである各抵抗により構成されたブ
リッジ回路の場合であれば、Ａ−Ｂ間の抵抗値Ｒは次式
のように表される。

【００１８】

【数１】

【００１９】このように、パターンとして組み合わせれ
ば、測定に必要な回数を減じることもできる。

【００２０】次に、このような損傷検知センサの具体例
及びこれを用いた損傷検知方法について、図３及び図４
を用いて説明する。図３に示すように、この損傷検知セ
ンサ１は、上記の損傷検知センサＳと原理的には同一で
あり、ブリッジ部の数を変えているとともに、その構成
例をより具体的なものとしている。

【００２１】第１センサ部１０及び第２センサ部２０
は、互いが略平行となるようにして、梁１００にその長
手方向に沿って埋設されている。第１センサ部１０の線
路途中には、節点（第１の節点）１１ｊ，１２ｊ，１３
ｊ，１４ｊ，１５ｊが、端子１０ａ側から順に形成され
ている。これら節点１１ｊ〜１５ｊによって、第１セン
サ部１０は６つの区間、つまり第１区間１１〜第６区間
１６に区分されている。また、第２センサ部２０の線路
途中には、節点（第２の節点）２１ｊ，２２ｊ，２３
ｊ，２４ｊ，２５ｊが、節点１１ｊ〜１５ｊに対応する
ようにして、端子２０ａ側から順に形成されている。こ
れら節点２１ｊ〜２５ｊによって、第１センサ部１０は
６つの区間、つまり第１区間２１〜第６区間２６に区分
されている。

【００２２】そして梁１００における、第１センサ部１
０の第１区間１１〜第６区間１６、及び第２センサ部２
０の第１区間２１〜第６区間２６の各々に対応する部分
を、第１区間Ｚ₁〜第６区間Ｚ₆とする。すなわち梁１０
０は、長手方向に６つの区間に区分されている。

【００２３】なお、梁１００の健全時における、第１セ
ンサ部１０の第１区間１１〜第６区間１６の区間抵抗値
を、各々Ｒ₁₁〜Ｒ₁₆として表し、また第２センサ部２０
にの第１区間２１〜第６区間２６の区間抵抗値を、各々
Ｒ₂₁〜Ｒ₂₆として表すこととする。

【００２４】節点１１ｊと節点２１ｊ、節点１２ｊと節
点２２ｊ、節点１３ｊと節点２３ｊ、節点１４ｊと節点
２４ｊ、及び節点１５ｊと節点２５ｊは、互いに対応す
るように各々が対をなして形成されており、各々がブリ
ッジ部３１，３２，３３，３４，３５で結線されてい
る。

【００２５】節点１１ｊ，１２ｊ，１３ｊ，１４ｊ，１
５ｊには、リード線３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，
３５ａが各々結線されており、また節点２１ｊ，２２
ｊ，２３ｊ，２４ｊ，２５ｊには、リード線３１ｂ，３
２ｂ，３３ｂ，３４ｂ，３５ｂが各々結線されている。
これらリード線３１ａ〜３５ａ及びリード線３１ｂ〜３
５ｂは、梁１００の内部から外部へと導出されている。
そして各々の他端部側は、梁１００の外部に設置された
スイッチボックス４０に取り付けられている。

【００２６】スイッチボックス４０には、互いに独立し
てオン・オフが可能なスイッチ４１ａ，４１ｂ，４１
ｃ，４１ｄ，４１ｅが設けられている。リード線３１ａ
と３１ｂはスイッチ４１ａに、リード線３２ａと３２ｂ
はスイッチ４１ｂに、リード線３３ａと３３ｂはスイッ
チ４１ｃに、リード線３４ａと３４ｂはスイッチ４１ｄ
に、リード線３５ａと３５ｂはスイッチ４１ｅに、各々
接続されている。

【００２７】リード線３１ａ，３１ｂ及びスイッチ４１
ａによって、上記したブリッジ部３１が構成されてい
る。同様に、リード線３２ａ，３２ｂ及びスイッチ４１
ｂによってブリッジ部３２が、リード線３３ａ，３３ｂ
及びスイッチ４１ｃによってブリッジ部３３が、リード
線３４ａ，３４ｂ及びスイッチ４１ｄによってブリッジ
部３４が、リード線３５ａ，３５ｂ及びスイッチ４１ｅ
によってブリッジ部３５が、各々構成されている。これ
らブリッジ部３１〜３５の、梁１００の健全時における
各抵抗値を、各々Ｒ₃₁〜Ｒ₃₅として表すこととする。

【００２８】このような構成の損傷検知センサ１は、図
４に示す等価回路として表すことができる。すなわち、
スイッチ４１ａ〜４１ｅの各々を所定の順序に従ってオ
ン・オフしていけば、第１センサ部１０と第２センサ部
２０とブリッジ部３１〜３５との組み合わせによって、
所定のブリッジ回路（電気回路）が順次形成されていく
こととなる。

【００２９】次に、この損傷検知センサ１を用いて、梁
１００に発生した損傷を検知する具体的な方法について
説明する。なお、少なくとも測定開始前には、Ｒ₁₁〜Ｒ
₁₆，Ｒ₂₁〜Ｒ₂₆，及びＲ₃₁〜Ｒ₃₅の各抵抗値を、予め長
さを測定しておくこと等により、既知としておく。

【００３０】この図の例においては、第３区間Ｚ₃にお
いて、梁１００にクラックＣが発生しており、その他の
区間においては健全である。すなわち、第１センサ部１
０の第３区間１３、及び第２センサ部２０の第３区間２
３は、部分的に切断されており、それらの抵抗値は、健
全時における抵抗値Ｒ₁₃，Ｒ₂₃よりも高くなっている。
このクラックＣを、損傷検知センサ１を用いて検知す
る。

【００３１】先ず、抵抗計Ｍを端子１０ａ，１０ｂある
いは２０ａ，２０ｂに接続し、第１センサ部１０及び第
２センサ部２０の、各々の全体の抵抗値を測定する。第
１センサ部１０の、健全時における全体の抵抗値Ｒ
₁₀は、Ｒ₁₀ ＝Ｒ₁₁＋Ｒ₁₂＋Ｒ₁₃＋Ｒ₁₄＋Ｒ₁₅＋Ｒ₁₆ であり、また第２センサ部２０の、健全時における全体
の抵抗値Ｒ２０は、Ｒ₂₀ ＝Ｒ₂₁＋Ｒ₂₂＋Ｒ₂₃＋Ｒ₂₄＋Ｒ₂₅＋Ｒ₂₆ である。第１センサ部１０及び第２センサ部２０の双方
において、梁１００に損傷が発生していることで、各々
の抵抗値が、Ｒ₁₀，Ｒ₂₀よりも高くなっていることが検
出される。そのため、梁１００において何らかの損傷が
発生していることが検知され、梁１００は不健全な状態
であることがわかる。

【００３２】次に、損傷発生箇所の概略位置を検知す
る。すなわち、第１区間Ｚ₁〜第６区間Ｚ₆のうちの何れ
において電気抵抗値が変化しているのかを特定する。先
ず、スイッチ４１ａのみをオンにして、節点１１ｊと節
点２１ｊとを導通させる。このとき、第１センサ部１０
における第１区間１１と、ブリッジ部３１と、第２セン
サ部２０における第１区間２１とによって、ブリッジ回
路が形成される。

【００３３】この状態で、抵抗計Ｍによってこのブリッ
ジ回路の抵抗値Ｒ_C1を測定する。第１区間Ｚ₁において
は、梁１００に損傷が発生していないので、抵抗計Ｍが
示す抵抗値Ｒ_C1は次式で表される。Ｒ_C1 ＝Ｒ₁₁＋Ｒ₃₁＋Ｒ₁₂ このように、第１区間Ｚ₁において損傷は検知されず、
第１区間Ｚ₁は健全な状態であると診断することができ
る。

【００３４】次に、スイッチ４１ａをオフにするととも
にスイッチ４１ｂのみをオンにして、節点１２ｊと節点
２２ｊとを導通させる。このとき、第１センサ部１０に
おける第１区間１１及び第２区間１２と、ブリッジ部３
２と、第２センサ部２０における第１区間２１及び第２
区間２２とによって、ブリッジ回路が形成される。

【００３５】この状態で、抵抗計Ｍによってこのブリッ
ジ回路の抵抗値Ｒ_C2を測定する。第２区間Ｚ₂において
は、梁１００に損傷が発生していないので、抵抗計Ｍが
示す抵抗値Ｒ_C2は次式で表される。Ｒ_C2 ＝Ｒ₁₁＋Ｒ₁₂＋Ｒ₃₂＋Ｒ₂₁＋Ｒ₂₂ このように、第２区間Ｚ₂において損傷は検知されず、
第２区間Ｚ₂は健全な状態であると診断することができ
る。

【００３６】次に、スイッチ４１ｂをオフにするととも
にスイッチ４１ｃのみをオンにして、節点１３ｊと節点
２３ｊとを導通させる。このとき、第１センサ部１０に
おける第１区間１１、第２区間１２及び第３区間１３
と、ブリッジ部３３と、第２センサ部２０における第１
区間２１、第２区間２２及び第３区間２３とによって、
ブリッジ回路が形成される。

【００３７】この状態で、抵抗計Ｍによってこのブリッ
ジ回路の抵抗値Ｒ_C3を測定する。第３区間Ｚ₃において
は、梁１００に損傷が発生しているので、抵抗計Ｍが示
す抵抗値Ｒ_C3は次式で表される。Ｒ_C3 ≠ Ｒ₁₁＋Ｒ₁₂＋Ｒ₁₃＋Ｒ₃₃＋Ｒ₂₁＋Ｒ₂₂＋Ｒ₂₃ このように、第３区間Ｚ₃において損傷が検知され、第
３区間Ｚ₃は不健全な状態であると診断することができ
る。

【００３８】これで損傷検知作業を終了してもよいが、
万全を期すために、第４区間Ｚ₄〜第６区間Ｚ₆には損傷
が発生していないかを、更に検知することが好ましい。
この場合には、抵抗計Ｍを、端子１０ａ，２０ａから反
対側の端子１０ｂ，２０ｂへと付け換え、それまでとは
反対側から同様の手順で行う。

【００３９】スイッチ４１ｃをオフにするとともにスイ
ッチ４１ｅのみをオンにして、節点１５ｊと節点２５ｊ
とを導通させる。このとき、第１センサ部１０における
第６区間１６と、ブリッジ部３５と、第２センサ部２０
における第６区間２６とによって、ブリッジ回路が形成
される。

【００４０】この状態で、抵抗計Ｍによってこのブリッ
ジ回路の抵抗値Ｒ_C6を測定する。第６区間Ｚ₆において
は、梁１００に損傷が発生していないので、抵抗計Ｍが
示す抵抗値Ｒ_C6は次式で表され、第６区間Ｚ₆は健全な
状態であると診断することができる。Ｒ_C6 ＝Ｒ₁₆＋Ｒ₃₅＋Ｒ₂₆

【００４１】次に、スイッチ４１ｅをオフにするととも
にスイッチ４１ｄのみをオンにして、節点１４ｊと節点
２４ｊとを導通させる。このとき、第１センサ部１０に
おける第６区間１６及び第５区間１５と、ブリッジ部３
４と、第２センサ部２０における第６区間２６及び第５
区間２５とによって、ブリッジ回路が形成される。

【００４２】この状態で、抵抗計Ｍによってこのブリッ
ジ回路の抵抗値Ｒ_C5を測定する。第５区間Ｚ₅において
は、梁１００に損傷が発生していないので、抵抗計Ｍが
示す抵抗値Ｒ_C5は次式で表され、第５区間Ｚ₅も健全な
状態であると診断することができる。Ｒ_C5 ＝Ｒ₁₅＋Ｒ₁₆＋Ｒ₃₄＋Ｒ₂₅＋Ｒ₂₆

【００４３】最後に、スイッチ４１ｄをオフにするとと
もにスイッチ４１ｃのみをオンにして、節点１３ｊと節
点２３ｊとを導通させる。このとき、第１センサ部１０
における第６区間１６、第５区間１５及び第４区間１４
と、ブリッジ部３３と、第２センサ部２０における第６
区間２６、第５区間２５及び第４区間２４とによって、
ブリッジ回路が形成される。

【００４４】この状態で、抵抗計Ｍによってこのブリッ
ジ回路の抵抗値Ｒ_C4を測定する。第４区間Ｚ₄において
は、梁１００に損傷が発生していないので、抵抗計Ｍが
示す抵抗値Ｒ_C4は次式で表され、第４区間Ｚ₄も健全な
状態であると診断することができる。Ｒ_C4 ＝Ｒ₁₄＋Ｒ₁₅＋Ｒ₁₆＋Ｒ₃₃＋Ｒ₂₄＋Ｒ₂₅＋Ｒ₂₆

【００４５】これらの結果によって、第３区間Ｚ₃にお
いてのみ損傷が検知され、他の区間は健全であると診断
される。こうして、梁１００において損傷が発生してい
ること、及びその概略位置が検知されたので、速やかに
その損傷を目視確認し、修復等が必要か否かを判断し
て、必要な場合には速やかに修復や補強等を行う。

【００４６】本実施形態に係る損傷検知センサ１におい
ては、梁１００にその長手方向に沿って埋設され、梁１
００の損傷によって抵抗値が変化されるとともに、途中
に形成された節点１１ｊ〜１５ｊによって長手方向に第
１区間１１〜第６区間１６に区分されている、炭素繊維
撚り線からなる線状の第１センサ部１０と、第１センサ
部１０と略平行となるように梁１００に埋設され、梁１
００の損傷によって抵抗値が変化されるとともに、節点
１１ｊ〜１５ｊと対応させて各々が対をなすように形成
された節点２１ｊ〜２５ｊによって長手方向に第１区間
２１〜第６区間２６に区分されている、炭素繊維撚り線
からなる線状の第２センサ部２０と、一対毎の節点１１
ｊ〜１５ｊと節点２１ｊ〜２５ｊとに各々結線され、線
路途中にスイッチ４１ａ〜４１ｅが設けられたブリッジ
部３１〜３５と、が備えられている。

【００４７】そして、この損傷検知センサ１を用いた損
傷検知方法においては、梁１００の健全時における、第
１センサ部１０の第１区間１１〜第６区間１６の抵抗値
Ｒ₁₁〜Ｒ₁₆、第２センサ部２０の第１区間２１〜第６区
間２６の抵抗値Ｒ₂₁〜Ｒ₂₆、及びブリッジ部３１〜３５
の抵抗値Ｒ₃₁〜Ｒ₃₅を予め既知としておき、スイッチ４
１ａ〜４１ｅを所定の順序に従ってオン・オフして、第
１センサ部１０と第２センサ部２０とブリッジ部３１〜
３５とによる所定のブリッジ回路を順次形成させていく
とともに、これら各々のブリッジ回路の抵抗値を測定し
ていき、これらブリッジ回路の各抵抗値と、健全時にお
ける各抵抗値の和とを順次比較していき、第１区間Ｚ₁
〜第６区間Ｚ₆のうちで抵抗値が変化した区間を特定す
ることで、梁１００が損傷したこと及びその概略位置を
検知するようにしている。

【００４８】このような構成の損傷検知センサ１を用い
て、スイッチ４１ａ〜４１ｅを所定の順序に従ってオン
・オフしていき、順次形成されるブリッジ回路の抵抗値
を測定していくことで、構造材が損傷したことを検知す
るとともに、第１区間Ｚ₁〜第６区間Ｚ₆のうちで抵抗値
が変化した区間、すなわち梁１００の損傷区間を速やか
に特定して、損傷箇所の概略位置を検知することができ
る。そのため、梁１００全体を目視確認する必要をなく
して、損傷区間内を目視確認するだけで損傷箇所を速や
かに発見することができる。これにより、梁１００が、
例えば高層建物の高層部や地階等といったアクセス困難
な場所に設けられている場合でも、または非常に長尺あ
るいは大型である場合でも、短時間で的確に対応するこ
とができる。また、第１センサ部１０と第２センサ部２
０との２本で損傷を検知するようにしているので、従来
のように多数本のＣＦ束センサを埋設する必要がなく、
装置構成を簡易なものとするとともに、梁１００への埋
設作業を簡略化して、コストの低廉化を図ることができ
る。更に、光ファイバーを用いた損傷検知センサのよう
な、長い測定時間を必要としないので、測定時間の短縮
化を図ることができる。

【００４９】更に、第１センサ部１０及び第２センサ部
２０として、炭素繊維の撚り線を用いるようにしてい
る。このように、導電率が高く、また切断に伴う抵抗値
の変化も鋭敏である炭素繊維を用いることによって、小
さな損傷であっても的確に検知することができ、検知精
度を高めることができる。また、光ファイバ等を用いる
場合と比較して、コストの低廉化を図ることができる。

【００５０】なお、上記実施形態においては、第１セン
サ部及び第２センサ部として炭素繊維撚り線を用いるこ
ととしているが、これに限定されるものではない。構造
材の損傷によって電気抵抗値が変化される素材であれ
ば、他の種類の導電性繊維等、他の素材を用いても差し
支えない。また、ブリッジ部を３つ或いは５つ設けた例
を示しているが、ブリッジ部の数や、ブリッジ部によっ
て区分される第１センサ部及び第２センサ部の区間数
は、これらの例より多くても少なくてもよく、限定され
るものではない。すなわち、形成されるブリッジ回路の
数は、構造材の長さ、大きさ或いは用途等によって任意
に変更することが可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
上記の如き構成を採用しているので、構造材が損傷した
こと及びその概略位置を短時間且つ低コストで的確に検
知することができる、構造材の損傷検知センサ及び損傷
検知方法を提供することができる。これにより、例えば
高層建物の高層部に設けられた柱や梁、あるいは地中深
く埋設された杭等といった、アクセス困難な場所に設け
られた構造材に損傷が発生した場合でも、長尺あるいは
大型の構造材に損傷が発生した場合でも、速やかに且つ
的確に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る損傷検知センサの一実施形態
を概念的に示す概略構成図である。

【図２】本発明に係る損傷検知センサの動作原理を
示す回路図である。

【図３】本発明に係る損傷検知センサの一実施形態
を示す概略構成斜視図である。

【図４】図３に示した損傷検知センサの等価回路図
である。

【図５】従来の損傷検知センサの一例を示す概略構
成図である。

【図６】従来の損傷検知センサの他の一例を示す概
略構成図である。

【符号の説明】

Ｓ，１損傷検知センサ１０第１センサ部（第１のセンサ部）２０第２センサ部（第２のセンサ部）１１，２１第１区間（区間）１２，２２第２区間（区間）１３，２３第３区間（区間）１４，２４第４区間（区間）１５，２５第５区間（区間）１６，２６第６区間（区間）１１ｊ，１２ｊ，１３ｊ，１４ｊ，１５ｊ節点（第１
の節点）２１ｊ，２２ｊ，２３ｊ，２４ｊ，２５ｊ節点（第２
の節点）３１，３２，３３，３４，３５ブリッジ部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅスイッチ１００梁（構造材）

フロントページの続きＦターム(参考） 2F063 AA01 AA25 BA14 BB05 BC03 BD11 CA01 CA10 DA02 DA05 DA09 DA20 DB02 DB04 DD06 FA08 ZA01 2G060 AA08 AE01 AF07 EA03 EA06 HC10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柱、梁或いは杭等の構造材に取り付け
られ、該構造材が損傷したことを検知するセンサであっ
て、前記構造材にその長手方向に沿って設けられ、前記構造
材の損傷によって電気抵抗値が変化されるとともに、途
中に形成された第１の節点によって前記長手方向に複数
の区間に区分されている、線状の第１のセンサ部と、該第１のセンサ部と略平行となるように前記構造材に設
けられ、前記構造材の損傷によって電気抵抗値が変化さ
れるとともに、前記第１の節点と対応させて各々が対を
なすように形成された第２の節点によって前記長手方向
に複数の区間に区分されている、線状の第２センサ部
と、一対毎の前記第１の節点と前記第２の節点とに各々結線
され、線路途中にスイッチが設けられたブリッジ部と、が備えられたことを特徴とする構造材の損傷検知セン
サ。
【請求項２】前記第１及び第２のセンサ部として、
炭素繊維を用いたことを特徴とする請求項１に記載の構
造材の損傷検知センサ。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の構造材
の損傷検知センサを用いた損傷検知方法であって、前記構造材の健全時における前記第１及び第２のセンサ
部の各区間の電気抵抗値、及び前記ブリッジ部の電気抵
抗値を予め既知としておき、前記スイッチを所定の順序に従ってオン・オフして、前
記第１及び第２のセンサ部と前記ブリッジ部とによる所
定の電気回路を順次形成させていくとともに、これら各
々の電気回路の電気抵抗値を測定していき、これら電気回路の各電気抵抗値と、前記健全時における
各電気抵抗値の和とを順次比較していき、前記各区間の
うちで電気抵抗値が変化した区間を特定することで、前
記構造材が損傷したこと及びその概略位置を検知するこ
とを特徴とする構造材の損傷検知方法。