JP2004028626A - Strain gage type external force measuring device and external force measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外力が付加されて弾性変形する歪み部材にブリッジ回路を形成する歪みゲージを貼設して、このブリッジ回路の出力に基づいて歪み部材に付加された外力を測定器で算出する歪みゲージ式外力測定装置およびその測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、コンクリート構造体の内部に例えばPC鋼線等の緊張線材を挿通して、この緊張線材に緊張力を導入して、コンクリート構造体にあらかじめプレストレスを付与しておくことによって、コンクリート構造体の強度の増強を図るプレストレストコンクリート構造(PC構造)と呼ばれる構造が知られている。このプレストレストコンクリート構造は、従来より高度な安全性が要求される構造物、例えば原子力発電施設の原子炉格納容器等において好適に実施されている。
【0003】
ところで、プレストレストコンクリート構造により構築された原子炉格納容器にあっては、高度な安全性が常に要求されることから、建設から所定期間、例えば、1年、3年、10年を経過した時点で、プレストレストコンクリート構造に適用された緊張線材に十分な張力が付与されているか否か定期的に点検することが義務付けられている。従来、この点検作業にあっては、緊張線材の端部に緊張ジャッキを取り付けて当該緊張線材を引っ張り、残存張力を測定していたため、建設時と同程度の労力と時間がかかり、非常に煩雑な作業となっていた。このため、メンテナンスコストの大幅なアップを招いていた。
【0004】
そこで、本出願人等は、上記煩雑な作業を行うことなく随時に緊張線材の張力を測定可能な測定装置の開発を進めてきた。即ち、この測定装置は、図10と図11とに示すように、所与の定着対象部に端部が定着されている緊張線材の緊張力によって弾性変形する歪み部材aと、この歪み部材aに貼設した歪みゲージbと、上記歪み部材aに入力されている外力を当該歪みゲージbの出力から算出する測定器cとからなるものであり、歪み部材aと歪みゲージbとは所謂ロードセルdを構成している。
【0005】
ここで、ロードセルdは4素子の歪みゲージb1〜b4でブリッジ回路eを形成するのが基本であり、歪み部材aに複数の起歪部(歪みゲージが貼られる場所)を持つロードセルでは、4の倍数個(4n個)の歪みゲージbを使用して、ひとつのブリッジ回路eを形成するのが通例である。例えば、歪み部材aの所定箇所に24個の歪みゲージbを貼設し、これら24個の歪みゲージbでブリッジ回路eを構成する場合には、従来では図12に示すように、それら24素子の歪みゲージb1〜b24を3個ずつ組み合わせて直列接続させるとともに、当該3個ずつの組を更に並列接合させて、1つのブリッジ回路eを構成するようにしている。
【0006】
このように、多数の歪みゲージb1〜b24を用いて1つのブリッジ回路eを形成すると、ブリッジ回路e内の各歪みゲージb1〜b24の検出値はブリッジ回路eの働きにより平均化されて出力されるので、ロードセルdの出力特性の直線性などを改善し得る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図12に示すように多数の歪みゲージb1〜b24で1つのブリッジ回路eを形成したような場合では、24素子の歪みゲージb1〜b24のいずれか1素子が故障してもブリッジ回路eは正しく機能しなくなり、結果としてロードセルdの故障となる。即ち、歪みゲージb1〜b24のうちのどれか1つでも故障してしまうと、ブリッジ回路eのバランスがくずれて正常な動作が不可能となるから、正確な外力の測定は行えなくなってしまい、耐久・信頼性の点で改善の余地があった。
【0008】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ブリッジ回路を形成する4の倍数個の歪みゲージを用いて構成され、いずれか1つの歪みゲージに故障が生じた場合でも、外力の測定を可及的高精度に計測することができる耐久・信頼性の高い、歪みゲージ式外力測定装置及びその外力測定方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、本発明にあっては、歪みゲージ式外力測定装置及びその測定方法を以下のように構成する。
【0010】
請求項1に係る歪みゲージ式外力測定装置では、外力が付加されて弾性変形する歪み部材と、該歪み部材に貼設されてブリッジ回路を形成する歪みゲージと、該ブリッジ回路の出力に基づいて該歪み部材に加わる外力を算出する測定器とを備えた外力測定装置であって、該ブリッジ回路は少なくとも2つ以上独立して形成され、該測定器は各ブリッジ回路が個々に接続される複数のチャンネルを有して該複数のチャンネル毎に外力値を算出するとともに、該複数の外力値の平均値を算出し、該平均値を計測値として出力することを特徴とする。
【0011】
請求項2に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記測定器は前記計測値に対する各ブリッジ回路毎の外力値の比率を分担率として記憶し、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路の算出値をそれぞれの分担率で除した値の平均値を計測値として出力することを特徴とする。
【0012】
請求項3に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記請求項1または2において、前記歪み部材が、緊張力を付与される緊張線材の端部に設けられた係止部材と該緊張線材の端部を固定する定着対象部との間に介在されて、該緊張線材の緊張力を測定することを特徴とする。
【0013】
請求項4に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記請求項3において、前記歪み部材は、前記係止部材に当接されて前記緊張線材の緊張力を受圧する内周部と、前記定着対象部側に当接されて前記緊張力を前記定着対象部側に伝達する外周部と、これら内周部と外周部との間を連結して介設され、前記せん断歪みが生ずる梁部と、前記内周部に設けられ前記緊張線材が挿通される挿通穴部とを備え、前記梁部に前記歪みゲージが設けられていることを特徴とする。
【0014】
請求項5に係る歪みゲージ式外力測定装置では、前記請求項4において、前記歪み部材は、複数の分割片により構成されていることを特徴とする。
【0015】
請求項6に係る外力測定方法では、外力が付加されて弾性変形する歪み部材に、ブリッジ回路を形成する歪みゲージを貼設して、該ブリッジ回路の出力に基づいて該歪み部材に加わる外力を測定器で算出して求める外力の測定方法において、該ブリッジ回路を複数系統設けて各ブリッジ回路毎の外力を算出し、該各算出値の平均値を計測値とすることを特徴とする。
【0016】
請求項7に係る外力測定方法では、前記請求項6において、前記計測値に対する各ブリッジ回路毎の外力値の比率を算出して分担率として記憶し、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路の算出値をそれぞれの該分担率で除し、該除した値の平均値を計測値とすることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る歪みゲージ式外力測定装置及びその測定方法の実施の形態について添付図面を用いて説明する。図1〜図5は、本発明に係る外力の測定装置を、プレストレストコンクリート製原子炉格納容器(PCCV)における緊張線材の張力測定に適用した場合の一実施形態を示したものである。図1は、その原子炉格納容器全体を示した外観図であり、図2は、その原子炉格納容器の外壁部の断面構造を示した部分断面斜視図であり、図3は、その原子炉格納容器の内部に挿通されたPC鋼線の定着構造を示した断面図である。図4及び図5は、そのPC鋼線の定着構造部分に取り付けられた張力測定用のロードセルの平面図及び縦断面図である。
【0018】
ここで適用される原子炉格納容器10は、図1に示すように、下部に構築された円筒状の下部コンクリート構造体12と、その上部に一体的に構築されたドーム状の上部コンクリート構造体14とから構成されている。これら下部コンクリート構造体12及び上部コンクリート構造体14の内部には、図2に示すように、鉄筋16等の補強材とともに、緊張線材としてPC鋼線18が多数挿通されている。このPC鋼線18は、コンクリート構造体12,14にプレストレスを導入して強度の向上を図るべく配設されたもので、下部コンクリート構造体12の内部には、その周方向及び高さ方向に沿って配設されている。また、上部コンクリート構造体14の内部には、PC鋼線18がドーム形状に沿って縦横に交差して網目状に配設されている。
【0019】
各PC鋼線18は、コンクリート構造体12,14の内部にあらかじめ埋設されたシース管20に各々挿通されている。各PC鋼線18は、その両端部がそれぞれコンクリート構造体12,14の表面部から突出され、コンクリート構造体12,14の表面部に定着されている。下部コンクリート構造体12の内部のPC鋼線18は、下部コンクリート構造体12の外壁部に高さ方向に沿って突設されたバットレス22に定着されている。また、上部コンクリート構造体14の内部のPC鋼線18は下部コンクリート構造体12の内部を通ってその下端周縁部に設けられた基礎部24に定着されている。
【0020】
各PC鋼線18には、それぞれ緊張力が付与されており、各コンクリート構造体12,14にプレストレスを導入されていて、原子炉格納容器10の強度が増強されて高度な安全性が確保されるようになっている。
【0021】
このPC鋼線18の定着構造について説明する。図3は、PC鋼線18の両端部の定着部分の構造を拡大して示したものであり、1本のシース管20内には、多数のPC鋼線18が挿通されている。各PC鋼線18の端部18aは、コンクリート構造体12,14側に設けられた開口部28から突出され、そこに係止部材としてアンカーヘッド26が一体的に装着されている。このアンカーヘッド26は、PC鋼線18が各々個別に1本ずつ挿通される孔部26aを複数備えており、各孔部26aにそれぞれPC鋼線18が挿通されて、複数のPC鋼線18を束ねて係止するようになっている。
【0022】
ところで、このアンカーヘッド26とコンクリート構造体12,14との間には、本願発明の外力測定装置のセンサ部を構成するロードセル30が介設されている。このロードセル30はPC鋼線18の緊張力を測定するための張力測定用センサとして機能するものであり、図4〜図6に示すように歪み部材31と、歪みゲージ42とを備えている。
【0023】
歪み部材31は、PC鋼線18の外周を囲繞するように形成された所定の肉厚を有する円環状の部材で、その中央部には、アンカーヘッド26に係止される複数本のPC鋼線18がまとめて挿通される1つの挿通穴部32が貫通形成されている。その挿通穴部32の外側には、アンカーヘッド26に当接される内周部34が設けられている。歪み部材31は、この内周部34でPC鋼線18の緊張力をアンカーヘッド26を介して受圧するようになっている。
【0024】
さらに内周部34の外側には円環状の溝部35が形成されている。円環状の溝部35は、歪み部材31の上下両側にそれぞれほぼ同サイズにかつ同軸に形成されている。これら上下2つの溝部35を結んで当該溝部35内に複数の貫通孔部36が歪みゲージ42を貼設するための起歪部として設けられている。これらの貫通孔部36は、溝部35に沿って等間隔に形成され、本実施形態では12個設けられている。
【0025】
また、溝部35の外側には、コンクリート構造体12,14側に当接される外周部38が設けられている。この外周部38は、コンクリート構造体12,14側の開口部28の周りに配設された環状の支圧板39に当接されるようになっている。これによって、PC鋼線18の緊張力をその内周部34でアンカーヘッド26から荷重として受圧して外周部38からコンクリート構造体12,14側へと伝達するようになっている。
【0026】
内周部34と外周部38との間は、上記のように12個の貫通孔部36が形成されることにより梁部40が設けられている。すなわち、この梁部40は内周部34と外周部38とを連結しており、PC鋼線18の緊張力をアンカーヘッド26からコンクリート構造体12,14側へと伝達する。その際に、梁部40には当該緊張力を外力としてその大きさに応じたせん断歪みが発生する。歪みゲージ42は、図5に示すように、貫通孔部36の内部に配設されて梁部40のせん断歪み量を検出するようになっている。本実施例では、歪みゲージ42は各貫通孔部36の内壁部に対向して2つずつ配設されて合計で24個設けられる。このように歪みゲージ42が配設されていることで、梁部40に生じたせん断歪み量を高い感度で検出することができる。この検出により得られたせん断歪み量は、PC鋼線18の緊張力に応じた値となることから、PC鋼線18の緊張力を高精度にかつ効率よく測定することができる。
【0027】
また、上記溝部35は、内周部34に当接されるアンカーヘッド26と、外周部38に当接されるコンクリート構造体12,14側(支圧板39)との間を確実に縁切りする役目を果たしている。つまり、本実施形態のように、アンカーヘッド26の内周部34との当接部26bの外径寸法が、コンクリート構造体12,14側の開口部28の内径寸法よりも若干小さく設定されていて、PC鋼線18の緊張力が直接コンクリート構造体12,14側に伝達されないようになっている場合には、問題はないが、アンカーヘッド26の当接部26bの外径寸法とコンクリート構造体12,14側の開口部28の内径寸法とがほぼ一致している場合や、あるいはアンカーヘッド26の当接部26bの外径寸法が開口部28の内径寸法よりも大きい場合には、PC鋼線18の緊張力が直接コンクリート構造体12,14側に伝達されることがある。このため、このような溝部35を形成しておくことによって、PC鋼線18の緊張力が確実に梁部40を経由するようにすることができる。なお、溝部35の幅寸法については、アンカーヘッド26の当接部26bの外径寸法や開口部28の内径寸法に応じて適宜設定する。
【0028】
また、内周部34のアンカーヘッド26側の面は、外周部38の面よりもアンカーヘッド側にわずかに突出する形状とする。一方、内周部34のコンクリート構造体12,14側の面は、コンクリート構造体12,14(支圧板39)の面よりわずかに外方(図5の上方)となる形状とする。このような形状とすることにより、溝部35を設けることによる効果に加えて、PC鋼線18の緊張力を一層確実に梁部40を経由させることができる。
【0029】
さらに、このように形成されるロードセル30は、歪み部材31が半割れ構造となっている。これは、このロードセル30がPC鋼線18を外側から囲繞して配設されるためで、このように歪み部材31が2つの半円形状の分割片より構成されることで、PC鋼線18の端部18aにアンカーヘッド26が装着された状態で、当該ロードセル30をアンカーヘッド26とコンクリート構造体12,14との間に介装することができる。これによって、ロードセル30の取付作業または撤去作業を簡単に実施することができる。
【0030】
また、図6及び図7に示すように、上記各貫通孔部36にNo.1〜No.12までの付記号を付けるとともに、そのNo.1〜No.12までの各孔36に貼設される歪みゲージ42に1a,1b〜12a,12bの付記号をつけて説明すると、No.1と2との貫通孔部36に貼設された計4個の素子の歪みゲージ42(1a、1b、2a、2b)によって、1つのブリッジ回路43が構成されている。この図示例では、同様にNo.3と4、No.5と6、というように隣り合う貫通孔部36同士の4個の素子の歪みゲージ42をそれぞれ1組として各々ブリッジ回路43が形成され、全部で6系統のブリッジ回路43が構成されている。なお12個の貫通孔部36相互の組み合わせは必ずしも隣り合うもの同士とする必要はなく、任意な組み合わせとなし得る。
【0031】
各系統のブリッジ回路43からの入出力信号線は、1本に纏めて束ねられて入出力ケーブル54とされて延び、合計6本の入出力ケーブル54がロードセル30から引き出されることになる。即ち、各系統のブリッジ回路43からの検知信号は、図3及び図7に示すように、歪み部材31から延出されて防錆材(グリース等)52を貫通してエンドキャップ50の外部へと導出される6本の入出力ケーブル54を通じて出力され、これら6系統の入出力ケーブル54は第1〜第6チャンネルを有した歪み測定器55aの各チャンネルにそれぞれ接続され、当該歪み測定器55aを介してコンピュータ装置55bなどに接続されて、歪みゲージ42の検知結果に基づく外力、即ち、PC鋼線18の緊張力をいつでもモニタできるようになっている。つまり、測定する上では6台のロードセルが存在するのと同じことになり、各系統のブリッジ回路43の貼設部分が独立した測定点として扱われる。よって、24個の歪みゲージ42のうちいずれかが故障しても、それが組み込まれた系統のブリッジ回路43のみが測定不能となるだけであって、他の健全なブリッジ回路43では測定可能である。
【0032】
なお、上記ロードセル30では、歪みゲージ42の素子を4個ずつ使用して6系統のブリッジ回路43を構成しているが、例えば貫通孔部36のNo.1〜6およびNo.7〜12に貼り付けられている12素子ずつの歪みゲージ42で計2つのブリッジ回路を構成するようにしても良く、歪みゲージの総数やその組み合わせ、系統数等は適宜任意に決定し得る。
【0033】
そして、上述のように、コンクリート構造体12,14にプレストレスを付与すべくその内部に挿通されたPC鋼線18の端部18aに一体的に設けられたアンカーヘッド26と、コンクリート構造体12,14との間にロードセル30を介設させることで、PC鋼線18の緊張力をいつでもモニタできるので、張力を点検するために、従来のようにいちいちPC鋼線18に再度緊張力を与えるような作業をする必要がない。このため、緊張力が不足している場合にのみ緊張力を付与すれば良く、従って、定期点検を非常に簡略的に済ませることができる。しかも、このロードセル30にあっては、PC鋼線18の緊張力をせん断歪みとして検知して歪みゲージ42により測定を行うから、非常に高精度に測定を行うことができ、これによって、点検精度の向上を図ることができる。
【0034】
次に、上記定着構造の施工方法について説明する。図8は、従来の定着構造に置き換えて本発明に係る定着構造を施工する場合の手順を示したものである。
【0035】
まず、図8(a)に示すように、アンカーヘッド26から突出したPC鋼線18の端部18aにリフトオフジャッキ60を取り付けて、PC鋼線の端部を把持させる。リフトオフジャッキ60は、ジャッキチェア62を介してコンクリート構造体12,14側に固定する。このジャッキチェア62を利用して各PC鋼線18の端部18aを引っ張る。次にリフトオフジャッキ60でPC鋼線18の端部18aを引っ張ったまま、図8(b)に示すようにシム64を撤去する。そして、図8(c)に示すように、取り外したシム64の代わりに、前述したロードセル30を装着する。ここで上記のようにロードセル30は、半割れ構造となっており、2つの半円形状の分割片に分割されるようになっている。これにより、取り付け時または撤去時には、2つの分割片に分割することで、PC鋼線18の外側へと取り付けることができ、また当該箇所から撤去することができる。そして、図8(d)に示すように、リフトオフジャッキ60を撤去し、さらにエンドキャップ50を装着してその内部に防錆材52を充填して作業が完了する。
【0036】
次に、上記定着構造を新設する場合の施工方法について説明する。図9は、その施工方法を説明するためのものである。新たにプレストレストコンクリート製原子炉格納容器等を構築した場合には、PC鋼線18の定着構造を新設することになる。この場合には、PC鋼線18に緊張力を付与するに際し、アンカーヘッド26とコンクリート構造体12,14との間にロードセル30を介装することができる。そして、ロードセル30を介装した後、図9に示すように、アンカーヘッド26から突出したPC鋼線18の端部に緊張ジャッキ70をセットしてPC鋼線18の端部18aを緊張ジャッキ70に把持させて、ロードセル30をアンカーヘッド26とコンクリート構造体12,14との間に挟んだ状態で、PC鋼線18の端部18aを緊張ジャッキ70で徐々に引っ張り、PC鋼線18に緊張力を導入してゆく。
【0037】
なお、以上の実施形態では、本発明に係る外力測定装置を原子力格納容器の緊張線材の定着構造部に組み込んで、PC鋼線等の緊張線材の張力を測定する場合について説明したが、本発明にあってはこのような場合に限らず、例えば橋梁の吊構造の緊張線材の張力測定や、また法面、山留め壁などのグランドアンカーの張力測定にも好適に適用することができる。また、緊張線材の張力測定ばかりでなく、圧縮力が付加される部材に対しても容易に適用して、外力としてその圧縮力を測定可能である。
【0038】
また、本実施形態では、歪み部材31が、2つの分割片からなる半割れ構造になっているが、本発明にあってはこのような場合に限らず、3つ以上の分割片により構成されても構わない。
【0039】
次ぎに、各系統のブリッジ回路43からの出力信号を受けて、歪測定器55a及びコンピュータ装置55b等とからなる測定器55が行なう処理について説明する。
【0040】
即ち、歪み測定器55a及びコンピュータ装置55bは各系統のブリッジ回路43が接続された複数のチャンネル、ここでは第1〜第6チャンネル毎に外力値を算出するとともに、その算出された第1〜第6チャンネルの外力値の平均値を算出してこれを計測値として出力する。また、測定器55は出力する計測値と各ブリッジ回路43毎に算出した外力値とに基づいて、各ブリッジ回路43毎の外力値が上記計測値に対してどの程度の比率になっているかを算出して、この算出した比率(以下この比率を分担率ということにする。)を各ブリッジ回路43の分担率として記憶する。
【0041】
つまり、測定器55は各系統のブリッジ回路43からの出力を受けて、これらをそれぞれ独立して計測処理し、それらの平均値を求めて当該平均値をロードセル30で検知した出力となす。そして、6系統中のある系統のブリッジ回路が故障した時には、残りの健全な系統の平均値をもってそのロードセル30での計測値とみなして出力することを基本とする。以下では、この多系統のブリッジ回路43で検出した信号から算出した算出値の平均値を計測値とする計測方法を、多系統計測法と称することにする。
【0042】
ところで、この多系統計測法では、計測精度を高く維持しようとした場合、各系統のブリッジ回路43は全荷重に対して同一の出力をしておらず、相互にバラツキがあるという点を考慮する必要がある。このバラツキは、各系統毎の各種条件(貫通孔部36や梁部40の形状、あるいは荷重のかかり方、各歪みゲージ42の感度等)がそもそも同一でなく、相互にバラツキがあることに起因するものである。従って、ある系統のブリッジ回路43を構成する歪みゲージ42の素子が故障して計測不能となった際に、当該系統のブリッジ回路を除いて、他の残りの計測可能な系統の算出値を単純に平均して値を取ってしまうと、極めて高精度な計測値を要求されるような場合にあっては、その誤差が無視できない大きさになってしまう懸念を生じる。
【0043】
そこで、このように極めて高精度な計測値を要求される様な場合には、各系統毎の出力の違いを考慮して平均をとることにする。具体的には、全系統で正常に計測されていた時の各系統毎のブッリッジ回路43の算出値を、それらを単純平均して求められた計測値(測定器からの出力計測値)で割った値(つまり、上記の分担率)を使用する。即ち、算出値が計測値(平均値)より大きな系統は分担率が1より大きくなり、逆に小さな系統は1より小さくなる。そして、各系統の算出値をその系統の分担率で割った値は平均出力(測定器出力)と一致するという関係になる。このことは、分担率さえ正確に分かっていれば、全系統のブリッジ回路の算出値を全て使わなくとも、測定器55から出力するための計測値は求められることを意味する。つまり、一部に計測不能の系統があっても、残りの系統の出力をその系統の分担率で割った値から各系統のブリッジ回路出力を知ることが出来る。
【0044】
しかし、一部の系統が計測不能だということは、その時の分担率は求められないということである。よって、ある系統が計測不能となる直前のデータ(全系統が健全な時)から各系統の分担率を求めて予め記憶させておき、その分担率を使用して、健全な系統のブリッジ回路出力に基づいて測定器55からの出力計測値を求めることにする。具体的な方法としては、健全な系統のブリッジ回路出力に基づいて算出した各系統の外力値を、直前の全系統が健全であったときに記憶しておいた各々の分担率で除算し、更にそれら除算値の平均を取って測定器55の出力計測値とする。なお、上記分担率は上述のように絶えず最新のデータを算出して更新しておけば、計測不能な系統が発生した時の計測値を極めて高精度に保ち得るという点で好ましいが、当該更新をせずに初期の分担率を別途の手段で算出して記憶させておき、この初期の分担率を用いるようにしても良く、このようにしても単純平均の計測値データよりも十分に高精度な計測値データを得ることができる。
【0045】
そして、上記出力計測値に校正係数を掛けたものを荷重とする。なお、上記校正係数は測定器出力とその時の荷重との間の係数で、1×10−6当りの荷重値で表わす。その値は予めロードセル出荷時に、力基準機による校正作業によって、そのロードセルの固有値として求められている。今回のロードセルでは0.001694MN/1×10−6という結果を得ている。
【0046】
これを式に表わせば次のようになる。
【数1】
【0047】
次ぎに、以上のように構成されるロードセル30の耐久性と多系統計測法の作用・効果について述べる。
<1>ロードセルの耐久性について
歪みゲージ式のロードセル30は、そもそも機械的な可動部分をもたない構造のため、本質的に長期安定性に優れている。特に本実施形態のようなPCCVテンドン張力測定に用いる場合、ロードセル30は外気と遮断されたエンドキャップの中に設置され、グリスで満たされている。また、働く荷董は容量のほぼ80%で一定とされる。これらの環境条件はロードセル30にとって極めてよい環境であるといえ、ロードセル30の耐用年数は非常に長いものとなる。
【0048】
ここでロードセル30を、更にこれを構成する各要素に分けてその耐久性を考えると、次のようになる。
1)歪み部材について
歪み部材31は荷重を受けて弾性変形を生じる部分であるが、金属で一体となった構造であることと、働く荷重が容量のほぼ80%で一定であることから故障が生じることはないと考えられる。
【0049】
2)歪みゲージ、接着剤、コーティング材、結線部について
歪みゲージ42は歪み部材31に生じる弾性変形を電気的に検出する部分である。金属、樹脂などによって構成され、仮に湿気の浸入などにより故障を生じると正確な動作ができなくなり、ロードセル30の機能が損なわれる。しかし本実施形態では、歪みゲージ42の取り付け部分は図3及び図8に示すような構造となっており、これらが外気にさらされることはない。従って故障を生じる確率は非常に低いが、さらに後述する「多系統計測法」を採用することにより、ロードセル30としての故障に結びつくことを事実上なくすことができる。
また、歪みゲージ42は貫通孔部36の内壁に取り付けられる。貫通孔部36は蓋および0リングによりシールされ、外気と完全に遮断されている。
【0050】
3)入出力ケーブル〈エンドキャップ内)について
ロードセル30内部の回路と外部に設けた歪み測定器55aとの間を電気的に接続する部分であり、機械的な損傷を受けること等により故障すると測定に支障をきたすことがある。ただし、本実施形態においてはエンドキャップ内の入出力ケーブル54は取り付けられた状態で静置され、被覆されているので取付けた時に故障がなければプラント寿命中に問題になることはない。
【0051】
以上のことから、本実施形態におけるロードセル30の耐久性については、歪みゲージ42、接着剤、コーティング材、結線部を考慮する。そして「多系統計測法」という計測方法を採用することにより、ロードセル30としての故障を事実上なくすことが可能となる。
【0052】
即ち、本実施形態における「多系統計測法」とは、独立した6つのブリッジ回路43を形成して6系統となし、通常はそれら6系統のブリッジ回路出力の平均値をもって測定値とするとともに、仮にいずれかの歪みゲージ42の故障によってある系統のブリッジ回路が測定不能となった場合には、残りの健全なブリッジ回路からの出力に基づく算出値の平均値を求めて、当該平均値を計測値とするというものである。これによって、歪みゲージ42の故障がロードセル30全体としての故障につながる率を可及的に低下させることが可能になる。
【0053】
つまり、どれかひとつの歪みゲージ42が故障しても、それが組み込まれたブリッジ回路43が測定不能となるだけで、他のブリッジ回路43は測定可能である。そして、多系統計測法においては、複数のブリッジ回路出力に基づく算出値の平均値を求めてこれを計測値とすることから、残った健全なブリッジ回路出力に基づいて平常時とほぼ同じ測定値が得られるようになる。
【0054】
ここで、歪み部材31の複数の起歪部にかかる力が一様でなければ、そこに誤差を生じることになるが、一般に荷重のかかり始めでは各起歪部の負担荷重はバラツキが大きいものとなるが、今回はほぼ一定荷重がかかった状態での測定であるので、各起歪部の荷重分担率が大きく変わることはない。そのため、残りの各ブリッジ回路出力に基づいて算出した算出値に、それまでの荷重分担率を考慮して加重平均値を取れば、誤差を可及的に小さくして、十分に有効な極めて高精度なデータが得られるようになる。あるいは、加重平均でなく単純平均をとったとしても、多少の精度の低下があるだけで実用上は十分なデータが得られる。
【0055】
一方、ロードセル30が故障する原因は、一般の場合はほとんどすべてが過負荷、ケーブルの損傷、湿気の浸入などの外的要因によるものである。これらに対しては多系統化しても故障率の引き下げは必ずしも期待できない。例えば過負荷では歪み部材31が正常な特性を失うので、複数のブリッジ回路43があってもそれらすべてが故障してしまう。しかし本実施形態では、これらの外的要因による不良は考えられない。
【0056】
すなわち、荷重は容量のほぼ80%が常にかかった状態であり、過負荷はない。またロードセル30は取り付けられた状態で静置されるのでケーブル54の損傷もない。さらにロードセル30はグリスキャップ内に取り付けられるので外気とほほ完全に遮断される。これらの理由により、本実施形態において危倶されるのは歪みゲージ42などの回路部に起因する故障であり、当該回路部の故障に対しては多系統化による故障率の引き下げが有効となる。
【0057】
多系統化によるロードセル30自体のコストについては、起歪部の形状や歪みゲージ点数などが変わらなければ、コスト上昇はさほど大きくない。
【0058】
<2>多系統計測法における故障率
▲1▼すべての系統が故障する確率
ここでは、ロードセル30の故障は歪みゲージ42の故障によるもの、のみとし、その歪みゲージ42の故障率がロードセル30の故障率に与える影響を考える。但し、歪みゲージ42の故障は独立事象とし、ロードセル30の故障はすべての系統のブリッジ回路が測定不能となったときとする。
【0059】
ここで、1枚の歪みゲージがある期間に故障する確率をα、ブリッジ回路の系統数をm、歪みゲージの枚数(エレメント数)をn(ただし、n/4m:整数)とすると、歪みゲージの故障によってロードセルが故障する確率βは、
【数2】
となる。
【0060】
歪みゲージ42の枚数(エレメント数)nを24とすると、取り得るブリッジの系統数mは、m=1,2,3,6となる。但し、ロードセルが半割れ型であることから製造上の間題を考慮してm=3は除外する。
【0061】
歪みゲージの故障率αの見積もりは大変難しいが、仮に60年間で3%が故障すると仮定すると、m=1,2,6でのβは▲1▼式より、
【数3】
となる。
【0062】
従ってブリッジ系統数1に対する2系統6系統の故障率はそれぞれ
【数4】
となる。
【0063】
つまり故障率は2系統にすることで約5分の1、6系統にすることで約20万分の1になる。これは、多系統化した場合には全部の系統が故障しない限り若干の精度の低下はあっても測定不能とはならないので、結果として故障率を著しく下げることができることになる。また、ロードセル30の故障率βは歪みゲージ42の故障率αによって決まるものであるが、歪みゲージ42自体が外的要因によらずに故障する確率として、60年間で3%という数値は余裕のあるものと考えられる。
【0064】
▲2▼一部の系統が故障する確率
6系統とした場合に全部の系統が故障する確率はほぼゼロであるが、一部の系統が故障する確率を求めてみると次のようになる。
【0065】
1枚の歪みゲージがある期間に故障する確率をα、ブリッジの系統数をm、歪みゲージの枚数(エレメント数)をn(ただし、n/4m:整数)、ひとつのブリッジ回路43が故障する確率をγとすると、
【数5】
【0066】
となる。
【0067】
ここでm系統中p系統のブリッジ回路43が故障する確率をδとすると、
【数6】
【0068】
となる。
【0069】
ただしここに、
【数7】
【0070】
である。
【0071】
m=6、n=24、α=0.03としてp=0、1、2、3、4、5、6のときのδを求めると
δp= 0={1−(1−0.03)24/6}0(1−0.03)24(6−0)/6 ×6C0=0.48
δp= 1={1−(1−0.03)24/6}1(1−0.03)24(6−1)/6 ×6C1=0.37
δp= 2={1−(1−0.03)24/6}2(1−0.03)24(6−2)/6 ×6C2=0.12
δp= 3={1−(1−0.03)24/6}3(1−0.03)24(6−3)/6 ×6C3=2.1×10−2
δp= 4={1−(1−0.03)24/6}4(1−0.03)24(6−4)/6 ×6C4=2.0×l0−3
δp= 5={1−(1−0.03)24/6}5(1−0.03)24(6−5)/6 ×6C5=1.1×l0−4
δp= 6={1−(1−0.03)24/6}6(1−0.03)24(6−6)/6 ×6C6=2.3×10−6
となる。
【0072】
上記のように、全部の系統が故障しない確率は約48%、1系統のみ故障する確率は約37%、2系統が故障する確率は約12%、3系統が故障する確率は約2%となり、この4つのケースの合計で約99%となる。つまり、約99%の確率で3系統以上の測定が可能である。一方、6系統すべてが故障する確率は50万分の1以下であり、事実上皆無と言える。以上のように、多系統計測法を採用することによって故障率を非常に小さくすることができる。
【0073】
【発明の効果】
以上に詳しく説明したように、本発明に係る歪みゲージ式外力測定装置およびその測定方法にあっては、次のような格別な効果を奏する。
【0074】
(1)外力を受けて弾性変形する歪み部材に歪みゲージを貼設して複数系統のブリッジ回路を構成し、この各ブリッジ回路を測定器の複数のチャンネルに接続して個別に外力値を算出し、これらの算出値の平均値を算出して、計測値とするので、いずれかの歪みゲージが故障しても、それが組み込まれた系統のブリッジ回路が測定不能となるだけで、少なくともいずれか1つの系統のブリッジ回路が測定可能であれば、その健全なブリッジ回路によって外力を測定することができ、歪みゲージ式外力測定装置が測定不能となる確率を可及的に低減でき、その耐久性の大幅な向上が図れる。
【0075】
(2)複数のブリッジ回路出力に基づく算出値の平均値を求めてこれを計測値とすることから、歪み部材の起歪部の形状や歪みゲージの感度のバラツキ、荷重の偏在などに起因した誤差を可及的に小さくすることができ、高精度な信頼度の高い計測値を得ることができるようになる。
【0076】
(3)また、前記計測値と各ブリッジ回路毎の外力値の比率を分担率として記憶しておき、故障したブリッジ回路がある場合には、他の健全なブリッジ回路の算出値をそれぞれの分担率で除した値の平均値を算出して、当該平均値を計測値として出力するようにすれば、測定不能な系統が生じた場合にも、その計測誤差が大きくなってしまうことを可及的に防止でき、高精度な信頼度の高い計測値を得ることができるようになる。
【0077】
(4)緊張線材の端部に設けられた係止部材と定着対象部との間に歪み部材を介設して、緊張線材からの緊張力を定着対象部に伝達するとともに、その緊張力に応じたせん断歪みを歪み部材に生じさせて、この歪み部材のせん断歪み量を歪みゲージで検出して緊張線材の張力を測定するようにすれば、適宜必要な時にいつでも張力測定を行うことができ、もって原子炉格納容器の緊張線材の張力測定に適用すれば、定期的な張力測定作業をきわめて容易に済ませることができるようになる。
【0078】
(5)前記係止部材に当接されて前記緊張線材の緊張力を受圧する内周部と、前記定着対象部側に当接されて前記緊張力を前記定着対象部側に伝達する外周部と、これら内周部と外周部との間を連結して介設され、前記せん断歪みが生ずる梁部と、前記内周部に設けられ前記緊張線材が挿通される挿通穴部とを備えて歪み部材を構成することで、緊張線材の緊張力に応じたせん断歪みを梁部に生じさせることができ、当該梁部に前記歪みゲージを設けることによって、緊張線材の緊張力を精度よく簡単に検出することができる。
【0079】
(6)前記歪み部材を、複数の分割片によって構成することによって、係止部材と定着対象部の間からの撤去作業や取り付け作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る外力測定装置が、緊張線材の定着部に介設されるプレストレストコンクリート製原子炉格納容器(PCCV)の外観を示した全体斜視図である。
【図2】図1に示すプレストレストコンクリート製原子炉格納容器の外壁部の断面構造を示した部分断面斜視図である。
【図3】本発明に係る外力測定装置が取り付けられる緊張線材の定着部の一実施形態を示した断面図である。
【図4】緊張線材の定着部に取り付けられる本発明に係る外力測定装置のロードセルの一実施形態を示した平面図である。
【図5】緊張線材の定着部に取り付けられる本発明に係る外力測定装置のロードセルの一実施形態を示した断面図である。
【図6】図5のロードセルの起歪部に貼設される24個の歪みゲージを説明する図である。
【図7】6系統の独立したブリッジ回路に形成された24個の歪みゲージの各素子の組み合わせを示す回路図である。
【図8】本発明に係る外力測定装置を既存の定着部に置き換えて施工する場合の施工手順を示した説明図である。
【図9】本発明に係る外力測定装置を新設の緊張線材の定着部に設ける場合の施工方法を説明するための説明図である。
【図10】ロードセルの概略構成を示す断面図である。
【図11】従来の4つの歪みゲージで形成される基本的なブリッジ回路を示す図である。
【図12】24個の素子の歪みゲージで1つのブリッジ回路を形成した場合を示す図である。
【符号の説明】
10 原子炉格納容器
12 下部コンクリート構造体
14 上部コンクリート構造体
16 鉄筋
18 PC鋼線(緊張線材)
20 シース管
26 アンカーヘッド(係止部材)
30 ロードセル
31 歪み部材
32 挿通穴部
34 内周部
36 貫通孔部
38 外周部
39 支圧板
40 梁部
42 歪みゲージ
43 ブリッジ回路
50 エンドキャップ
52 防錆材
55 測定器
55a 歪み測定器
55b コンピュータ装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a strain gauge in which a strain gauge that forms a bridge circuit is attached to a strain member that is elastically deformed by the application of an external force, and the external force applied to the strain member is calculated by a measuring device based on the output of the bridge circuit. The present invention relates to a gauge type external force measuring device and a measuring method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a tension wire such as a PC steel wire is inserted into a concrete structure to introduce a tension into the tension wire to pre-stress the concrete structure. A structure called a prestressed concrete structure (PC structure) for increasing the strength of the body is known. This prestressed concrete structure has been favorably implemented in structures requiring a higher level of safety than before, such as reactor containment vessels of nuclear power plants.
[0003]
By the way, in a reactor containment vessel constructed of a prestressed concrete structure, since a high level of safety is always required, a certain period of time, e.g., one year, three years, or ten years, has passed since construction. It is required to periodically check whether sufficient tension is applied to a tension wire applied to a prestressed concrete structure. Conventionally, in this inspection work, a tension jack was attached to the end of the tension wire, and the tension wire was pulled to measure the residual tension. Work had to be done. For this reason, the maintenance cost has been significantly increased.
[0004]
Therefore, the present applicants have been developing a measuring device capable of measuring the tension of the tension wire at any time without performing the above-mentioned complicated work. That is, as shown in FIGS. 10 and 11, the measuring device includes a strain member a elastically deformed by the tension of a tension wire whose end is fixed to a given fixing target portion; And a measuring device c for calculating the external force input to the strain member a from the output of the strain member b. The strain member a and the strain gauge b are so-called load cells. d.
[0005]
Here, the load cell d basically forms a bridge circuit e with four element strain gauges b1 to b4. In the case of a load cell having a plurality of strain-generating portions (places where strain gauges are stuck) on the strain member a, the load cell 4 In general, one bridge circuit e is formed using multiple (4n) strain gauges b. For example, in a case where 24 strain gauges b are attached to a predetermined position of a strain member a and a bridge circuit e is formed by the 24 strain gauges b, conventionally, as shown in FIG. The three strain gauges b1 to b24 are combined in series and connected in series, and the set of three is further joined in parallel to constitute one bridge circuit e.
[0006]
As described above, when one bridge circuit e is formed using a number of strain gauges b1 to b24, the detection values of the respective strain gauges b1 to b24 in the bridge circuit e are averaged and output by the operation of the bridge circuit e. Therefore, the linearity of the output characteristics of the load cell d can be improved.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where one bridge circuit e is formed by a large number of strain gauges b1 to b24 as shown in FIG. 12, even if one of the 24 strain gauges b1 to b24 fails, the bridge circuit e is failed. Does not function properly, resulting in failure of the load cell d. That is, if any one of the strain gauges b1 to b24 fails, the balance of the bridge circuit e is lost and normal operation becomes impossible, so that accurate external force measurement cannot be performed. There was room for improvement in terms of durability and reliability.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to use a multiple of four strain gauges forming a bridge circuit and to cause a failure in any one of the strain gauges. It is an object of the present invention to provide a durable and reliable strain gauge type external force measuring device and a method for measuring the external force, which can measure the external force with as high accuracy as possible.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, in the present invention, a strain gauge type external force measuring device and a measuring method thereof are configured as follows.
[0010]
In the strain gauge type external force measuring device according to claim 1, based on the output of the bridge member, a strain member which is elastically deformed by an external force applied thereto, forms a bridge circuit, and is attached to the strain member. A measuring device for calculating an external force applied to the distortion member, wherein at least two or more bridge circuits are independently formed, and the measuring device includes a plurality of bridge circuits each of which is individually connected. And calculating an external force value for each of the plurality of channels, calculating an average value of the plurality of external force values, and outputting the average value as a measured value.
[0011]
In the strain gauge type external force measuring device according to claim 2, the measuring device stores a ratio of the external force value of each bridge circuit to the measured value as a sharing ratio, and when there is a failed bridge circuit, another soundness is obtained. The average value of the values obtained by dividing the calculated values of the bridge circuits by the respective sharing ratios is output as the measured value.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the strain gauge type external force measuring device according to the first or second aspect, the distortion member is a locking member provided at an end of a tension wire to which tension is applied and an end of the tension wire. The tension force of the tension wire is measured by being interposed between the fixing target portion and the fixing portion.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the strain gauge type external force measuring device according to the third aspect, the distortion member is in contact with the locking member to receive a tension of the tension wire, and the fixing target An outer peripheral portion that is in contact with the portion side and transmits the tension to the fixing target portion side, a beam portion in which the inner peripheral portion and the outer peripheral portion are connected and interposed, and the shear strain occurs, An insertion hole provided in the inner peripheral portion, through which the tension wire is inserted, and the strain gauge is provided in the beam.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the strain gauge type external force measuring device according to the fourth aspect, the distortion member is constituted by a plurality of divided pieces.
[0015]
In the external force measuring method according to claim 6, a strain gauge that forms a bridge circuit is attached to a strain member to which an external force is applied and elastically deformed, and an external force applied to the strain member based on an output of the bridge circuit is measured. In a method for measuring an external force calculated and obtained by a measuring device, a plurality of bridge circuits are provided, an external force is calculated for each bridge circuit, and an average value of the calculated values is used as a measured value.
[0016]
In the external force measuring method according to claim 7, in claim 6, the ratio of the external force value for each bridge circuit to the measured value is calculated and stored as a sharing ratio. The calculated value of the healthy bridge circuit is divided by the respective sharing ratios, and an average value of the divided values is used as a measured value.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a strain gauge type external force measuring device and a measuring method according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIGS. 1 to 5 show an embodiment in which the external force measuring device according to the present invention is applied to a tension measurement of a tension wire in a prestressed concrete reactor containment vessel (PCCV). FIG. 1 is an external view showing the entire reactor containment vessel, FIG. 2 is a partial sectional perspective view showing a sectional structure of an outer wall portion of the reactor containment vessel, and FIG. It is sectional drawing which showed the fixing structure of the PC steel wire inserted inside the storage container. 4 and 5 are a plan view and a longitudinal sectional view of a load cell for measuring tension attached to the fixing structure portion of the PC steel wire.
[0018]
As shown in FIG. 1, the
[0019]
Each
[0020]
Tension is applied to each
[0021]
The fixing structure of the
[0022]
By the way, between the
[0023]
The
[0024]
Further, an
[0025]
Further, an outer
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
In addition, the surface of the inner
[0029]
Further, in the
[0030]
Also, as shown in FIGS. 6 and 7, No. 1 to No. No. 12 is attached, and the No. 1 to No. The strain gauges 42 attached to the
[0031]
The input / output signal lines from the
[0032]
In the
[0033]
Then, as described above, the
[0034]
Next, a method of applying the fixing structure will be described. FIG. 8 shows a procedure when the fixing structure according to the present invention is installed in place of the conventional fixing structure.
[0035]
First, as shown in FIG. 8A, a lift-off
[0036]
Next, a construction method when the fixing structure is newly provided will be described. FIG. 9 is for explaining the construction method. When a prestressed concrete containment vessel or the like is newly constructed, a fixing structure for the
[0037]
In the above embodiment, the case where the external force measuring device according to the present invention is incorporated in the fixing structure of the tension wire of the nuclear containment vessel to measure the tension of the tension wire such as the PC steel wire has been described. However, the present invention is not limited to such a case, and can be suitably applied to, for example, the measurement of the tension of a tension wire of a suspension structure of a bridge and the measurement of the tension of a ground anchor such as a slope or a retaining wall. In addition to the measurement of the tension of the tension wire, the present invention can be easily applied to a member to which a compressive force is applied, and the compressive force can be measured as an external force.
[0038]
Further, in the present embodiment, the
[0039]
Next, a process performed by the measuring
[0040]
That is, the
[0041]
That is, the measuring
[0042]
By the way, in this multi-system measurement method, when the measurement accuracy is to be maintained at a high level, it is considered that the
[0043]
Therefore, when an extremely high-precision measurement value is required as described above, an average is taken in consideration of a difference in output of each system. Specifically, the value calculated by the
[0044]
However, the fact that some systems cannot be measured means that the share at that time cannot be determined. Therefore, the assignment ratio of each system is obtained from data immediately before a certain system cannot be measured (when all the systems are healthy) and stored in advance, and using the assignment ratio, the bridge circuit output of the healthy system is output. The output measurement value from the measuring
[0045]
A value obtained by multiplying the output measurement value by a calibration coefficient is defined as a load. The calibration coefficient is a coefficient between the output of the measuring instrument and the load at that time, and is 1 × 10-6Expressed as the load value per hit. The value is obtained in advance as a unique value of the load cell at the time of shipment of the load cell by a calibration operation using a force reference machine. In this load cell, 0.001694MN / 1 × 10-6The result has been obtained.
[0046]
This can be expressed as follows.
(Equation 1)
[0047]
Next, the durability of the
<1> Load cell durability
The strain gauge
[0048]
Here, when the
1) About strain members
The
[0049]
2) About strain gauges, adhesives, coating materials, and connections
The
The
[0050]
3) Input / output cable (in the end cap)
This is a portion for electrically connecting the internal circuit of the
[0051]
From the above, regarding the durability of the
[0052]
That is, the “multi-system measurement method” in the present embodiment means that six
[0053]
That is, even if one of the strain gauges 42 fails, the
[0054]
Here, if the forces applied to the plurality of strain-generating portions of the
[0055]
On the other hand, the cause of the failure of the
[0056]
That is, the load is a state where almost 80% of the capacity is always applied, and there is no overload. Further, since the
[0057]
As for the cost of the
[0058]
<2> Failure rate in multi-system measurement method
(1) Probability that all systems will fail
Here, the failure of the
[0059]
Here, assuming that the probability of failure of one strain gauge during a certain period is α, the number of bridge circuit systems is m, and the number of strain gauges (number of elements) is n (n / 4m: an integer), the strain gauge The probability β that the load cell will fail due to the failure of
(Equation 2)
It becomes.
[0060]
Assuming that the number (number of elements) n of the strain gauges 42 is 24, the number m of possible bridge systems is m = 1, 2, 3, 6. However, since the load cell is a half-split type, m = 3 is excluded in consideration of manufacturing problems.
[0061]
It is very difficult to estimate the failure rate α of a strain gauge, but if it is assumed that 3% of failures will occur in 60 years, β at m = 1, 2, 6 is given by the following equation (1).
(Equation 3)
It becomes.
[0062]
Therefore, the failure rate of 2 systems and 6 systems for 1 bridge system is respectively
(Equation 4)
It becomes.
[0063]
In other words, the failure rate is reduced to about one-fifth by using two systems, and to about one in 200,000 by using six systems. This means that, if the number of systems is increased, the measurement cannot be performed even if the accuracy is slightly reduced unless all the systems fail, so that the failure rate can be significantly reduced as a result. Although the failure rate β of the
[0064]
(2) Probability that some systems will fail
If there are six systems, the probability of failure of all systems is almost zero, but the probability of failure of some systems is as follows.
[0065]
Α is the probability of failure of one strain gauge in a certain period, m is the number of bridge systems, n is the number of strain gauges (number of elements) (where n / 4m is an integer), and one
(Equation 5)
[0066]
It becomes.
[0067]
Here, assuming that the probability that the
(Equation 6)
[0068]
It becomes.
[0069]
However, here
(Equation 7)
[0070]
It is.
[0071]
When δ is obtained at p = 0, 1, 2, 3, 4, 5, and 6 assuming that m = 6, n = 24, and α = 0.03,
δp = 0= {1- (1-0.03)24/6}0(1-0.03)24 (6-0) / 6×6C0= 0.48
δp = 1= {1- (1-0.03)24/6}1(1-0.03)24 (6-1) / 6×6C1= 0.37
δp = 2= {1- (1-0.03)24/6}2(1-0.03)24 (6-2) / 6×6C2= 0.12
δp = 3= {1- (1-0.03)24/6}3(1-0.03)24 (6-3) / 6×6C3= 2.1 × 10-2
δp = 4= {1- (1-0.03)24/6}4(1-0.03)24 (6-4) / 6×6C4= 2.0 × 10-3
δp = 5= {1- (1-0.03)24/6}5(1-0.03)24 (6-5) / 6×6C5= 1.1 × 10-4
δp = 6= {1- (1-0.03)24/6}6(1-0.03)24 (6-6) / 6×6C6= 2.3 × 10-6
It becomes.
[0072]
As described above, the probability that all systems will not fail is about 48%, the probability that only one system will fail is about 37%, the probability that two systems will fail is about 12%, and the probability that three systems will fail is about 2%. , These four cases add up to about 99%. That is, three or more systems can be measured with a probability of about 99%. On the other hand, the probability of failure of all six systems is 1 / 500,000 or less, and it can be said that there is virtually no failure. As described above, the failure rate can be extremely reduced by employing the multi-system measurement method.
[0073]
【The invention's effect】
As described above in detail, the strain gauge type external force measuring device and the measuring method according to the present invention have the following special effects.
[0074]
(1) A strain gauge is attached to a strain member that is elastically deformed by an external force to form a plurality of bridge circuits, and each of the bridge circuits is connected to a plurality of channels of a measuring instrument to individually calculate an external force value. However, since the average value of these calculated values is calculated and used as the measured value, even if any of the strain gauges fails, the bridge circuit in which the strain gauge is incorporated cannot be measured, and at least one of the strain gauges cannot be measured. If only one bridge circuit can be measured, the external force can be measured by the sound bridge circuit, and the probability that the strain gauge type external force measuring device cannot be measured can be reduced as much as possible. Performance can be greatly improved.
[0075]
(2) Since the average value of the calculated values based on the outputs of the plurality of bridge circuits is obtained and used as the measured value, the average value is caused by the variation in the shape of the strain generating portion of the strain member, the sensitivity of the strain gauge, the uneven distribution of the load, and the like. The error can be made as small as possible, and a highly accurate and highly reliable measurement value can be obtained.
[0076]
(3) In addition, the ratio between the measured value and the external force value for each bridge circuit is stored as a share ratio, and when there is a failed bridge circuit, the calculated value of another healthy bridge circuit is shared. By calculating the average value of the values divided by the ratio and outputting the average value as the measurement value, it is possible to increase the measurement error even if a system that cannot be measured occurs. This makes it possible to obtain highly accurate measured values with high reliability.
[0077]
(4) A strain member is interposed between the locking member provided at the end of the tensioning wire and the fixing target portion to transmit the tension from the tensioning wire to the fixing target portion and to reduce the tension. By generating the corresponding shear strain in the strain member, detecting the amount of shear strain of the strain member with a strain gauge and measuring the tension of the tension wire, the tension can be measured whenever necessary. If the present invention is applied to the tension measurement of the tension wire of the reactor containment vessel, the periodic tension measurement work can be extremely easily completed.
[0078]
(5) An inner peripheral portion abutting on the locking member and receiving the tension of the tension wire, and an outer peripheral portion abutting on the fixing target portion side and transmitting the tension to the fixing target portion side And a beam portion provided between the inner peripheral portion and the outer peripheral portion so as to be connected therebetween, where the shear strain is generated, and an insertion hole portion provided in the inner peripheral portion and through which the tension wire is inserted. By constituting the strain member, a shear strain corresponding to the tension of the tension wire can be generated in the beam portion, and by providing the strain gauge in the beam portion, the tension of the tension wire can be accurately and easily adjusted. Can be detected.
[0079]
(6) By configuring the distortion member with a plurality of divided pieces, removal work and attachment work between the locking member and the fixing target portion can be easily performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall perspective view showing an external appearance of a prestressed concrete reactor containment vessel (PCCV) in which an external force measuring device according to the present invention is interposed at a fixing portion of a tension wire.
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view showing a cross-sectional structure of an outer wall portion of the prestressed concrete containment vessel shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing one embodiment of a tension wire fixing unit to which the external force measuring device according to the present invention is attached.
FIG. 4 is a plan view showing one embodiment of a load cell of the external force measuring device according to the present invention, which is attached to a fixing portion of a tension wire.
FIG. 5 is a sectional view showing an embodiment of a load cell of the external force measuring device according to the present invention, which is attached to a fixing portion of a tension wire.
FIG. 6 is a diagram illustrating 24 strain gauges attached to a strain generating portion of the load cell of FIG. 5;
FIG. 7 is a circuit diagram showing combinations of elements of 24 strain gauges formed in six independent bridge circuits.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a construction procedure in the case where the external force measuring device according to the present invention is replaced with an existing fixing unit and constructed.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a construction method in a case where the external force measuring device according to the present invention is provided in a fixing portion of a newly installed tension wire.
FIG. 10 is a sectional view showing a schematic configuration of a load cell.
FIG. 11 is a diagram showing a basic bridge circuit formed by four conventional strain gauges.
FIG. 12 is a diagram showing a case where one bridge circuit is formed by 24 element strain gauges.
[Explanation of symbols]
10 containment vessel
12cm lower concrete structure
14 Upper concrete structure
16 rebar
18 PC steel wire (tension wire)
20 sheath tube
26mm anchor head (locking member)
30 load cell
31 ° distortion member
32mm insertion hole
34 inner circumference
36mm through hole
38mm outer circumference
39 support plate
40mm beam
42 strain gauge
43 bridge circuit
50mm end cap
52 rust prevention material
55 ° measuring instrument
55a strain measuring instrument
55b computer equipment
Claims (7)
該ブリッジ回路は少なくとも2つ以上独立して形成され、該測定器は各ブリッジ回路が個々に接続される複数のチャンネルを有して該複数のチャンネル毎に外力値を算出するとともに、該複数の外力値の平均値を算出し、該平均値を計測値として出力することを特徴とする歪みゲージ式外力測定装置。A strain member to which an external force is elastically deformed, a strain gauge attached to the strain member to form a bridge circuit, and a measuring device for calculating an external force applied to the strain member based on an output of the bridge circuit. An external force measuring device comprising:
At least two or more bridge circuits are independently formed, and the measuring device has a plurality of channels to which each bridge circuit is individually connected, calculates an external force value for each of the plurality of channels, and A strain gauge type external force measuring device, which calculates an average of external force values and outputs the average value as a measured value.
該ブリッジ回路を複数系統設けて各ブリッジ回路毎に外力を算出し、該各算出値の平均値を計測値とすることを特徴とする外力測定方法。A strain gauge that forms a bridge circuit is attached to a strain member that is elastically deformed by the application of an external force, and the external force applied to the strain member is calculated by a measuring device based on the output of the bridge circuit. In the method,
An external force measuring method comprising: providing a plurality of bridge circuits; calculating an external force for each bridge circuit; and using an average value of the calculated values as a measured value.
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- 2002-06-21 JP JP2002181547A patent/JP2004028626A/en active Pending
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