【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばグランドアンカーのアンカーケーブルに作用する張力を測定するのに利用される光ファイバ式荷重計に用いる剪断拘束型環状弾性体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
法面等の傾斜した地盤に対し、地滑りや崩落等の発生を防止するために、グランドアンカーが従来から広く使用されている。グランドアンカーは、地盤表面のコンクリート層と土中深部の地下岩盤（地盤表面から２０〜３０ｍ程度の深さ）との間にアンカーケーブルを接続し、このアンカーケーブルを緊張して表面コンクリート層に地下岩盤側への張力を付与させることで、地盤の地滑り、崩落等の発生を防止する。
【０００３】
グランドアンカーでは、地盤の状況により適切な引張強度のアンカーケーブルが使用されるが、グランドアンカーには地震や集中豪雨等により予測を超える外力が作用し、アンカーケーブルが破断したり、地下岩盤に固定したアンカーケーブル先端部で岩盤がゆるみ張力を失ったりして、地滑りや地盤崩落等に至る危険性がある。そのため、グランドアンカーのアンカーケーブルに作用する張力を測定して地盤の状況を観測し、危険が予想される場合には、適切な対応を実施する必要がある。
【０００４】
グランドアンカーのアンカーケーブルに作用する張力を測定する方法として、ロードセルや電磁式検知器等を用いた荷重計が知られている。しかし、ロードセルや電磁式検知装置等は、外部から常に通電しておかなければならず、道路等の広大な法面を監視するには構成が大規模となり、配線等の都合で遠隔地より監視することが困難であった。
【０００５】
そこで、ロードセルや電磁式検知装置等を用いた荷重計の代わりとして、光ファイバを用いた荷重計が知られている。
【０００６】
光ファイバを用いた荷重計の原理は、光ファイバ中で発生する後方散乱光のうち、ブリルアン散乱光の周波数が光ファイバの長さ方向に生じた歪みに比例して変化する性質に着目したものである。尚、後方散乱光の周波数分布は、図４に示すように、後方散乱光の最大の強度を有するレーリー光１００と、レーリー光１００の両側に強度がレーリー光１００の約一億分の一のピーク（１０１，１０２）がそれぞれ２つ現れる。その内の１つが光ファイバの歪みに依存して発生周波数がシフトするブリルアン散乱光１０１である。図４中、１０２はラマン光である。
【０００７】
光ファイバを用いた荷重測定装置１１０は、図５に示すように、光ファイバ１１１と、歪み測定器１１２と、演算表示装置１１３で構成されている。
【０００８】
光ファイバ１１１は、歪み検出センサ部１１１ａとダミーファイバ部１１１ｂ，１１１ｂ´がある。歪み検出センサ部１１１ａは被検出部に取付けられて、被検出部から引張荷重を受けて光ファイバ１１１が伸縮する部分であり、ダミーファイバ部１１１ｂ，１１１ｂ´は引張荷重を受けず、光ファイバ１１１が伸縮しない部分である。
【０００９】
歪み測定器１１２は、光ファイバ１１１の一端を接続するもので、光ファイバ１１１に光パルス１１４を注入するとともに、後方散乱光１１５を受光するものであり、後方散乱光１１５に基づいて光ファイバ１１１に生じた歪みを測定するものである。
【００１０】
演算表示装置１１３は、歪み測定器１１２で測定された光ファイバ１１１の歪みを荷重に変換して測定結果を表示するものである。
【００１１】
上記の荷重測定装置１１０は、歪み測定器１１２から光ファイバ１１１に光パルス１１４を注入し、光ファイバ１１１から帰ってくる後方散乱光１１５を歪み測定ユニット１１２で受光する。そして、歪み測定ユニット１１２で所定の演算処理を行い、受光した後方散乱光１１５からブリルアン散乱光の周波数シフト（図４に示すレーリー光１００の周波数のピーク（λＰ０）とブリルアン散乱光１０１の周波数のピーク（λＰ１）との周波数差（λＢ）の変化）を測定することにより、光ファイバ１１１に加わっている歪みを評価するようになっている。
【００１２】
上記の光ファイバ１１１を用いた荷重測定装置１１０は、橋・トンネル・管路等の長尺の構造物・設備に光ファイバ１１１を取付けるとよいので、長尺の構造物・設備の歪みを測定する用途に適している。
【００１３】
上記の光ファイバ１１１を用いた荷重測定装置１１０は、遠隔地において各荷重計の測定情報を光信号で得ることができ、荷重計の測定情報を遠隔地で集中管理することができるというメリットがある。従って、グランドアンカー等の広汎な用途に使えるようにすれば、高速道路や主要国道等に敷設された大容量の光ファイバケーブル網を介して遠隔地において各荷重計の測定情報を得て、荷重計の測定情報を集中管理するシステムを構築できるようになる。
【００１４】
グランドアンカーでは、アンカーケーブルに直接光ファイバを貼り付けてその伸びを測定することも可能であるが、この場合、アンカーケーブルの歪み率が小さいため、張力を正確に検出することが困難である。また、アンカーケーブルに光ファイバを長期間確実に固定しておくことも困難であった。
【００１５】
グランドアンカーの張力を測定するのに、好適な光ファイバ式荷重計として、図６に示すように、外周に光ファイバ２０１が巻き付けられる面２０２を有する弾性変形部２０３と、前記弾性変形部２０３を挟んで配設された一対の荷重作用部２０４，２０５を備え、弾性変形部２０３と一対の荷重作用部２０４，２０５の中心部に内孔２０６を貫通形成した環状弾性体２００を用い、この環状弾性体２００の弾性変形部２０３の外周に光ファイバ２０１を巻き付けた光ファイバ式荷重計２０７が提案されている。この環状弾性体２００を用いて提供されている光ファイバ式荷重計２０７の光ファイバ２０１の一端は歪み測定ユニット２０８に接続されている。この状態において、光ファイバ２０１の弾性変形部２０３に巻かれている部分２０１ａは歪み検出センサ部となり、残りの部分２０１ｂ，２０１ｂ´はダミーファイバ部となっている。
【００１６】
この光ファイバ式荷重計２０７は、環状弾性体２００の荷重作用部２０４，２０５に荷重Ｐが作用すると、環状弾性体２００の弾性変形部２０３が外周側にはみ出し、その外周の弾性的な変化により弾性変形部２０３の外周に巻き付けられた光ファイバ２０１が伸長するようになっている。そして、歪み測定ユニット２０８から光ファイバ２０１に光パルス２０９を注入し、その後方散乱光２１０を受光し、歪み測定ユニット２０８において、所定の演算処置を施すことにより、光ファイバ２０１に生じた歪みおよび環状弾性体２００の荷重作用部２０４，２０５に作用した荷重Ｐを算出することができるようになっている。
【００１７】
図７は、環状弾性体２００を用いて提供される光ファイバ式荷重計２０７を、地滑り防止工事が施された法面等の傾斜した地盤２２０に設置されたグランドアンカー２３０のアンカーケーブル２３１の張力を測定する用途に利用した状態を示す図である。
【００１８】
地滑り防止工事が施された地盤２２０は、表面のコンクリート層２２１と、中間地盤２２２と、地下岩盤２２３とからなる。地盤２２０には、所定間隔で複数箇所にグランドアンカー２３０を設置するためのケーブル配設孔２２４が表面コンクリート層２２１から地下岩盤２２３に至るように形成されている。グランドアンカー２３０は、アンカーケーブル２３１と、鞘管２３２と、地盤２２０の表面において設置される荷重計２０７にアンカーケーブル２３１を設置するためのケーブル繋止部２３３とを備えている。
【００１９】
アンカーケーブル２３１は、地盤２２０のケーブル配設孔２２４に挿入固定された鞘管２３２の内部に挿入されている。アンカーケーブル２３１の下端は、アンカー固定用に充填されたモルタル（樹脂モルタルまたはセメントモルタル）２３４で地盤２２０の地下岩盤２２３に固定されている。
【００２０】
この光ファイバ式荷重計２０７は、環状弾性体２００の内孔２０６にアンカーケーブル２３１を挿通させて表面コンクリート層２２１上に設置しており、光ファイバ式荷重計２０７の上部にスペーサ２３５とケーブル繋止部２３３を取付け、アンカーケーブル２３１とケーブル繋止部２３３を締結することにより、アンカーケーブル２３１に取付けている。このように光ファイバ式荷重計２０７を取付けた状態で、予めロードセルでアンカーケーブル２３１に張力０の基準点を設定しておき、その後にアンカーケーブル２３１に所定の張力を加えて設置する。
【００２１】
地盤２２０の表面コンクリート層２２１や中間地盤２２２に何らかの変化があった場合には、アンカーケーブル２３１の張力が変化する。アンカーケーブル２３１の張力が大きくなると、環状弾性体２００の荷重作用部２０４，２０５に作用する荷重Ｐが大きくなり、弾性変形部２０３がより大きくはみ出すように変形する。そして、この弾性変形部２０３の変形を受けて、弾性変形部２０３の外周に巻き付けられている光ファイバ２０１が延伸することになる。そして、この光ファイバ２０１に生じる後方散乱光（ブリルアン散乱光）の周波数の変化を歪み測定ユニット（図示省略）で検出することにより、アンカーケーブル２３１の張力を測定することができる。
【００２２】
尚、地盤２２０の中間地盤２２２の変化は、地盤２２０に設置された複数のグランドアンカー２３０からアンカーケーブル２３１の張力の情報を収集し、総合的に考慮して判断される。また、地盤２２０の複数のグランドアンカー２３０に取付けられた光ファイバ式荷重計２０７の光ファイバ２０１を、高速道路等に沿って配設された大容量の光ファイバ網を介して遠隔地に設置した歪み測定ユニット（図示省略）に接続することにより、地盤２２０の中間地盤２２２の状態を遠隔地で監視できるシステムを構築することができる。
【００２３】
尚、光ファイバ式荷重計２０７は、環状弾性体２００の弾性変形部２０３の外周に光ファイバ２０１が巻き付けられており、荷重作用部２０４，２０５に作用する荷重Ｐの情報を増幅して取り出すことができるので、従来の光ファイバ式荷重計よりも広汎な用途に利用することができる。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、実際にグランドアンカー２３０を地盤２２０に設置する場合、グランドアンカー２３０のグランドケーブル２３１が、地表面の固定金具に対して常にオンセンターに設置されるとは限らず、オフセンターに設置されて「くの字」に変形していることが多い。この場合、アンカーケーブル２３１に張力を加えると、アンカーケーブル２３１が真っ直ぐになろうとして環状弾性体２００に剪断方向の力が作用し、環状弾性体２００の弾性変形部２０３が剪断方向に変形する。これにより、環状弾性体２００の弾性変形部２０３の外周側へのはみ出しが不均一となり、光ファイバ式荷重計２０７における測定結果に誤差を生じさせる等の問題を発生させることがあった。
【００２５】
また、グランドアンカー２３０を地盤２２０に設置した後、雨水等により地盤２２０がゆるみ、地盤の地滑りしようとする力によってアンカーケーブル２３１に偏った力が加わった場合、環状弾性体２００に剪断方向の力が作用し、環状弾性体２００の弾性変形部２０３を剪断方向に変形させて光ファイバ式荷重計２０７における適正な測定を阻害させる危険性があった。
【００２６】
そこで、本発明は、光ファイバ式荷重計の測定精度を向上させることが可能な剪断拘束型環状弾性体を提供することを目的としている。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体は、外周に光ファイバが巻き付けられる面を有する弾性変形部と、この弾性変形部を挟んで配設された一対の荷重作用部を備え、前記弾性変形部と一対の荷重作用部の中心部にこれを貫通する内孔を設けた環状弾性体において、前記弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を有することを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、拘束部材によって弾性変形部の剪断方向への変形を拘束し、弾性変形部の外周側へのはみ出しを均一にすることができる。これにより、光ファイバ式荷重計における測定精度を向上することができる。
【００２８】
請求項２に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体において、前記拘束部材を、内部拘束部材として内孔に配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔に配設した内部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００２９】
請求項３に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体において、前記拘束部材を、外部拘束部材として弾性変形部の周囲に配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の周囲に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３０】
請求項４に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体において、前記拘束部材を、内部拘束部材として内孔に配設するとともに、外部拘束部材として弾性変形部の周囲に配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔および弾性変形部の周囲に配設した内部拘束部材および外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３１】
請求項５に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項２または４に記載の剪断拘束型環状弾性体において、内部拘束部材を、内孔に嵌挿させ、その一端部を一方の荷重作用部に固定させるとともに、他端部を他方の荷重作用部に摺動可能に接続させたことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３２】
請求項６に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項５に記載の剪断拘束型環状弾性体において、内部拘束部材の外周に、内孔に嵌挿させた状態で弾性変形部と対向して小径部を設け、内部拘束部材の外周と弾性変形部の内周の間に小径部によって隙間を形成したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、弾性変形部が荷重方向に弾性変形する際に、内部拘束部材と弾性変形部の間に形成した隙間によって、内部拘束部材による弾性変形部への摩擦抵抗等がなくなり、弾性変形部の荷重方向への弾性変形を妨げることがない。
【００３３】
請求項７に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項３または４に記載の剪断拘束型環状弾性体において、荷重作用部のそれぞれの外面に当該荷重作用部より大きな連結板をそれぞれ固定させ、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に外部拘束部材を配設したことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３４】
請求項８に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項７に記載の剪断拘束型環状弾性体において、外部拘束部材を、その一端部を一方の連結板に固定させるとともに、他端部を他方の連結板に摺動可能に接続させたことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００３５】
請求項９に記載の剪断拘束型環状弾性体は、請求項８に記載の剪断拘束型環状弾性体において、外部拘束部材の他端部を、連結板にゴム部材を介在して摺動可能に接続させたことを特徴としている。この剪断拘束型環状弾性体によれば、連結板に対して拘束部材が摺動する際に、連結板による拘束部材への摺動抵抗をゴム部材によって極力低減させることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る剪断拘束型環状弾性体の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３７】
図１は、本発明の第１の実施形態による剪断拘束型環状弾性体１０を示す。この剪断拘束型環状弾性体１０は、外周に光ファイバ１１が巻き付けられる面１２を有する弾性変形部１３と、弾性変形部１３を上下方向から挟んで配設された荷重作用部としての一対の硬質板１４，１５を備え、弾性変形部１３と硬質板１４，１５の中心部に上下方向に貫通する内孔１６が設けられており、この内孔１６に弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束する内部拘束部材１７を配設している。
【００３８】
弾性変形部１３は、本実施形態では複数のゴム状弾性板１８と複数の補強板１９を交互に積層して一体成形された積層体で構成されている。ここで、弾性変形部１３を構成するゴム状弾性板１８としては、各種のゴム材料を用いることができるが、機械的強度、弾性率の長期安定性、変形能力の長期安定性、耐クリープ性等に優れていることが必要であり、例えば天然ゴム（ＮＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）等を用いる。また、補強板１９としては、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料を用いる。
【００３９】
硬質板１４，１５は、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料から構成されており、弾性変形部１３の上下面に積層して一体に固着されている。
【００４０】
内孔１６は、剪断拘束型環状弾性体１０を用いて提供される光ファイバ式荷重計を、グランドアンカーに取付ける際に、グランドアンカーのアンカーケーブルを挿通させるために利用される。
【００４１】
内部拘束部材１７は、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料により円筒形状に形成され、その外周面に内孔１６に嵌挿させた状態で弾性変形部１３と対向させて小径部２０を設けている。内部拘束部材１７は、小径部２０によって弾性変形部１３との間に隙間Ｈを設けて内孔１６に嵌挿され、上端部を上側に配設される硬質板１４に摺動可能に接続させるとともに、下端部を下側に配設される硬質板１５に接着により固定させる。内部拘束部材１７は、剪断拘束型環状弾性体１０に荷重が作用したときの変形を考慮して、上側に配設される硬質板１４の上面より若干（例えば１〜２ｍｍ程度）低い目に高さが設定されている。
【００４２】
また、内部拘束部材１７の上端をシリコンシーライト等のコーキング材２１によってシールし、剪断拘束型環状弾性体１０の内孔１６に挿通させるグランドアンカーのアンカーケーブルを防錆させるために内孔１６に充填されるグリス等の油脂が、内部拘束部材１７の外周面と内孔１６の内周面との間に侵入するのをコーキング材２１によって防止する。これにより、剪断拘束型環状弾性体１０の弾性変形部１３を構成するゴム状弾性板１８の油脂による膨潤を防ぐことができ、長期に亘り安定した性能を確保することができる。
【００４３】
以上のように構成された剪断拘束型環状弾性体１０は、弾性変形部１３と一対の硬質板１４，１５の中心部を上下方向に貫通する内孔１６に内部拘束部材１７を嵌挿させ、この内部拘束部材１７の上端部を上側に配設される硬質板１４に摺動可能に接続させるとともに、内部拘束部材１７の下端部を下側に配設される硬質板１５に固定させているので、荷重方向（図中上下方向）に作用する力に対しては弾性変形部１３を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、荷重方向と直角方向の剪断方向（図中左右方向）に作用する力に対しては内部拘束部材１７によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができる。
【００４４】
また、剪断拘束型環状弾性体１０は、弾性変形部１３と内部拘束部材１７の間に隙間Ｈを設けたことにより、内部拘束部材１７による弾性変形部１３への摩擦抵抗等がなくなり、弾性変形部１３の荷重方向への弾性変形が妨げられず直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【００４５】
従って、実際にグランドアンカーに設置する場合、グランドアンカーのアンカーケーブルが地表面の固定金具に対してオフセンターに設置されている場合でも、上記剪断拘束型環状弾性体１０によれば、内部拘束部材１７によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができるので、アンカーケーブルの張力を受けて弾性変形部１３が剪断方向へ変形するのを防止させることができる。これにより、剪断拘束型環状弾性体１０の弾性変形部１３の外周側へのはみ出しが均一となり、光ファイバ式荷重計における測定精度を向上することができる。
【００４６】
また、雨水等による地盤のゆるみ等により設置したグランドアンカーのアンカーケーブルに偏った力が働いた場合でも、上記剪断拘束型環状弾性体１０によれば、内部拘束部材１７によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができるので、数１０ｋｍ離れた監視所より１本の光ファイバで、多数（例えば数１０ヶ所から数１００ヶ所）の光ファイバ式荷重計に加わる荷重を所定時間毎に長期に亘り測定しても、安心して地盤の状況を監視することが可能である。
【００４７】
図２は剪断拘束型環状弾性体１０の変形例を示し、図１に示す剪断拘束型環状弾性体１０と以下の点で相違する。即ち、図１に示す剪断拘束型環状弾性体１０では、内部拘束部材１７の下端部を下側に配設される硬質板１５に接着により固定させているが、図２に示す剪断拘束型環状弾性体１０では、内部拘束部材１７の下端部にフランジ１７ａを一体に形成し、このフランジ１７ａを下側に配設される硬質板１５にボルト２２を介して締結することにより、内部拘束部材１７の下端部を下側に配設される硬質板１５に固定させている。
【００４８】
図３は、本発明の第２の実施形態による剪断拘束型環状弾性体３０を示す。図３においては、図１および図２に示す剪断拘束型環状弾性体１０と同じ構成部材については同じ符号を付しており、その重複する説明を省略する。
【００４９】
この剪断拘束型環状弾性体３０は、外周に光ファイバ１１が巻き付けられる面１２を有する弾性変形部１３と、弾性変形部１３を上下方向から挟んで配設された荷重作用部としての一対の硬質板１４，１５と、硬質板１４，１５のそれぞれに固定されて配設された硬質板１４，１５より大きな一対の連結板３１，３２を備え、弾性変形部１３、硬質板１４，１５および連結板３１，３２の中心部に上下方向に貫通する内孔３３を設けるとともに、連結板３１，３２間に弾性変形部１３および硬質板１４，１５の外側を囲むように弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束する複数（例えば２個）の外部拘束部材３４を配設している。
【００５０】
連結板３１，３２は、金属、合成樹脂等の所定の剛性を有する各種の硬質材料により硬質板１４，１５より大きな四角形状に形成され、複数のボルト３５により硬質板１４，１５にそれぞれ固定されている。
【００５１】
内孔３３は、剪断拘束型環状弾性体３０を用いて提供される光ファイバ式荷重計を、グランドアンカーに取付ける際に、グランドアンカーのアンカーケーブルを挿通させるために利用される。
【００５２】
外部拘束部材３４は、金属、プラスチック等の所定の剛性を有する各種の硬質材料から構成され、上端部にねじ部３４ａを形成し、このねじ部３４ａを上側に配設される連結板３１に穿設された貫通孔３１ａに貫通させて上部に突出させるとともに、その突出部にナット３６を締付けて上側に配設される連結板３１に上端部を固定させている。外部拘束部材３４は、下端部にゴム部材３７および硬質ブッシュ３８を固着するとともに、このゴム部材３７および硬質ブッシュ３８を介して下側に配設される連結板３２に穿設された嵌挿孔３２ａに下端部を摺動可能に嵌挿させている。
【００５３】
以上のように構成された剪断拘束型環状弾性体３０は、弾性変形部１３を上下方向から挟んで配設された硬質板１４，１５のそれぞれの外面に硬質板１４，１５より大きな連結板３１，３２をそれぞれ固定し、この連結板３１，３２間に弾性変形部１３および硬質部材１４，１５の外側を取り囲むように複数（例えば２個）の外部拘束部材３４を、その上端部を上側に配設される連結板３１に固定させるとともに、下端部を下側に配設される連結板３２に穿設された嵌挿孔３２ａに摺動可能に嵌挿させて配設させているので、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部１３を荷重方向に自由に変形させることができ、荷重方向と直角方向の剪断方向に作用する力に対しては外部拘束部材３４によって弾性変形部１３の剪断方向への変形を拘束させることができる。
【００５４】
また、剪断拘束型環状弾性体３０は、外部拘束部材３４の下端部をゴム部材３７および硬質ブッシュ３８を介して下側に配設される連結板３２に穿設された嵌挿孔３２ａに嵌挿させたことにより、連結板３２による外部拘束部材３４への摺動抵抗をゴム部材３７および硬質ブッシュ３８によって極力低減させることができ、弾性変形部１３の荷重方向への弾性変形が妨げられず直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【００５５】
尚、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。例えば、上述した実施形態では、複数のゴム状弾性板１８と複数の補強板１９を交互に積層して一体成形された積層体の弾性変形部１３を用いているが、弾性変形部１３はゴム状弾性板１８だけでも構わない。
【００５６】
また、弾性変形部１３の形状は、円形の他、四角形や六角形の多角形を採用することができ、中央部に形成される内孔１６の形状も円形または多角形を採用することができる。また、内部拘束部材１７の形状は、内孔１６の形状に合わせるとよい。
【００５７】
更に、第１および第２の実施形態のように内部拘束部材１７と外部拘束部材３４のどちらか一方のみを用いてもよいが、内部拘束部材１７と外部拘束部材３４の両方を用いてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を有するので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、拘束部材によって弾性変形部の剪断方向への変形を拘束し、弾性変形部の外周側へのはみ出しを均一にすることができる。これにより、光ファイバ式荷重計における測定精度を向上することができる。
【００５９】
請求項２に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を、内部拘束材として内孔に配設したので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔に配設した内部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６０】
請求項３に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を、外部拘束部材として弾性部材の周囲に配設したので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の周囲に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６１】
請求項４に記載の剪断拘束型環状弾性体は、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束する拘束部材を、内部拘束部材として内孔に配設するとともに、外部拘束部材として弾性変形部の周囲に配設したので、剪断拘束型環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、内孔および弾性変形部の周囲に配設した内部拘束部材および外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６２】
請求項５に記載の剪断拘束型環状弾性体は、内部拘束部材を、内孔に嵌挿させ、その一端部を一方の荷重作用部に固定させるとともに、他端部を他方の荷重作用部に摺動可能に接続させたので、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６３】
請求項６に記載の剪断拘束型環状弾性体は、内部拘束部材の外周に、内孔に嵌挿させた状態で弾性変形部と対向して小径部を設け、内部拘束部材の外周と弾性変形部の内周の間に小径部によって隙間を形成したので、弾性変形部が荷重方向に弾性変形する際に、内部拘束部材と弾性変形部に形成した隙間によって、内部拘束部材による弾性変形部への摩擦抵抗等がなくなり、弾性変形部の荷重方向への弾性変形が妨げられず直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【００６４】
請求項７に記載の剪断拘束型環状弾性体は、荷重作用部のそれぞれの外面に当該荷重作用部よりも大きな連結板をそれぞれ固定させ、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に外部拘束部材を配設したので、環状弾性体に剪断方向の力が作用しても、弾性変形部の外周で、かつ、連結板間に配設した外部拘束部材によって、弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６５】
請求項８に記載の剪断拘束型環状弾性体は、外部拘束部材を、その一端部を一方の連結板に固定させるとともに、他端部を他方の連結板に摺動可能に接続させたので、荷重方向に作用する力に対しては弾性変形部を荷重方向に自由に弾性変形させることができ、剪断方向に作用する力に対しては弾性変形部の剪断方向への変形を拘束することができる。
【００６６】
請求項９に記載の剪断拘束型環状弾性体は、外部拘束部材の他端部を、連結板にゴム部材を介在して摺動可能に接続させたので、連結板に対して外部拘束部材が摺動する際に、連結板による外部拘束部材への摺動抵抗をゴム部材によって極力低減させることができ、直線性の高い高精度の荷重測定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による剪断拘束型環状弾性体を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態による剪断拘束型環状弾性体の変形例を示す断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態による剪断拘束型環状弾性体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は一部を破断した正面図。
【図４】後方散乱光の周波数分布を示す図。
【図５】光ファイバを用いた荷重測定装置の構成例を示す図。
【図６】従来の環状弾性体を用いて適用される光ファイバ式荷重計および荷重測定装置を示す図。
【図７】光ファイバ式荷重計の使用状態を示す図。
【符号の説明】
１０ 剪断拘束型環状弾性体
１１ 光ファイバ
１２ 光ファイバが巻き付けられる面
１３ 弾性変形部
１４ 硬質板
１５ 硬質板
１６ 内孔
１７ 内部拘束部材
１８ ゴム状弾性板
１９ 補強板
２０ 小径部
Ｈ 隙間
２１ コーキング材
３０ 剪断拘束型環状弾性体
３１ 連結板
３２ 連結板
３３ 内孔
３４ 外部拘束部材
３７ ゴム部材
３８ 硬質ブッシュ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shear-constrained annular elastic body used for an optical fiber type load cell used for measuring a tension acting on an anchor cable of a ground anchor, for example.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Ground anchors have been widely used to prevent landslides, collapses, and the like from occurring on sloped ground such as slopes. The ground anchor connects an anchor cable between a concrete layer on the ground surface and an underground rock (a depth of about 20 to 30 m from the ground surface) in the depth of the soil, and tensions the anchor cable so that the underground is formed on the surface concrete layer. By applying tension to the rock side, the occurrence of landslide, collapse, etc. of the ground can be prevented.
[0003]
Anchor cables with appropriate tensile strength are used for ground anchors depending on the ground conditions, but the ground anchors are subjected to unexpected forces due to earthquakes, torrential rain, etc., causing the anchor cables to break or to be fixed to the underground rock There is a risk that the rock will loosen the tension at the tip of the anchor cable and lose landslides, causing the ground to collapse. Therefore, it is necessary to measure the tension acting on the anchor cable of the ground anchor to observe the condition of the ground, and to take appropriate measures when danger is expected.
[0004]
As a method for measuring the tension acting on the anchor cable of the ground anchor, a load cell using a load cell, an electromagnetic detector, or the like is known. However, load cells and electromagnetic detection devices must be constantly energized from the outside, and large-scale slopes such as roads must be monitored on a large scale. It was difficult to do.
[0005]
Therefore, a load cell using an optical fiber is known as a substitute for a load cell using a load cell, an electromagnetic detection device, or the like.
[0006]
The principle of a load cell using an optical fiber focuses on the property that the frequency of Brillouin scattered light in the backscattered light generated in the optical fiber changes in proportion to the strain generated in the length direction of the optical fiber. It is. As shown in FIG. 4, the frequency distribution of the backscattered light is such that the Rayleigh light 100 having the maximum intensity of the backscattered light and the intensity on both sides of the Rayleigh light 100 are about one hundred millionth of the Rayleigh light 100. Two peaks (101, 102) appear respectively. One of them is the Brillouin scattered light 101 whose generated frequency shifts depending on the distortion of the optical fiber. In FIG. 4, reference numeral 102 denotes Raman light.
[0007]
As shown in FIG. 5, a load measuring device 110 using an optical fiber includes an optical fiber 111, a strain measuring device 112, and a calculation display device 113.
[0008]
The optical fiber 111 has a strain detection sensor section 111a and dummy fiber sections 111b and 111b '. The strain detection sensor section 111a is attached to the detected section, and is a section where the optical fiber 111 expands and contracts by receiving a tensile load from the detected section. The dummy fiber sections 111b and 111b 'receive no tensile load and the optical fiber 111 Is the part that does not expand or contract.
[0009]
The strain measuring device 112 connects one end of the optical fiber 111, injects an optical pulse 114 into the optical fiber 111, and receives the backscattered light 115. This is to measure the distortion generated in.
[0010]
The arithmetic display device 113 converts the strain of the optical fiber 111 measured by the strain measuring device 112 into a load and displays the measurement result.
[0011]
The load measuring device 110 injects an optical pulse 114 from the strain measuring device 112 into the optical fiber 111, and receives the backscattered light 115 returning from the optical fiber 111 with the strain measuring unit 112. The distortion measurement unit 112 performs predetermined arithmetic processing, and shifts the frequency of the Brillouin scattered light from the received backscattered light 115 (the peak (λP0) of the frequency of the Rayleigh light 100 shown in FIG. By measuring the frequency difference (λB) from the peak (λP1), the strain applied to the optical fiber 111 is evaluated.
[0012]
The load measuring device 110 using the above-described optical fiber 111 may measure the distortion of the long structure / equipment because the optical fiber 111 may be attached to a long structure / equipment such as a bridge, a tunnel, or a pipeline. Suitable for use.
[0013]
The load measuring device 110 using the optical fiber 111 has an advantage that the measurement information of each load cell can be obtained by an optical signal in a remote place, and the measurement information of the load cell can be centrally managed in a remote place. is there. Therefore, if it can be used for a wide variety of applications such as ground anchors, the measurement information of each load cell can be obtained at a remote location through a large-capacity optical fiber cable network laid on highways and major national roads, and the load can be obtained. A system for centrally managing the measurement information of the meter can be constructed.
[0014]
In the ground anchor, it is also possible to measure the elongation of the optical fiber by directly attaching the optical fiber to the anchor cable. However, in this case, it is difficult to accurately detect the tension because the distortion rate of the anchor cable is small. Also, it has been difficult to reliably fix the optical fiber to the anchor cable for a long period of time.
[0015]
For measuring the tension of the ground anchor, as a preferred optical fiber type load cell, as shown in FIG. 6, an elastic deformation portion 203 having a surface 202 around which an optical fiber 201 is wound, and the elastic deformation portion 203 are provided. An annular elastic body 200 having a pair of load acting parts 204 and 205 disposed therebetween and having an inner hole 206 formed through the elastic deformation part 203 and the center of the pair of load acting parts 204 and 205 is used. An optical fiber type load cell 207 in which an optical fiber 201 is wound around the outer periphery of an elastic deformation portion 203 of an elastic body 200 has been proposed. One end of an optical fiber 201 of an optical fiber type load cell 207 provided using the annular elastic body 200 is connected to a strain measurement unit 208. In this state, the portion 201a of the optical fiber 201 wound around the elastically deforming portion 203 becomes a strain detection sensor portion, and the remaining portions 201b and 201b 'become dummy fiber portions.
[0016]
In the optical fiber type load cell 207, when a load P is applied to the load acting portions 204 and 205 of the annular elastic body 200, the elastically deformable portion 203 of the annular elastic body 200 protrudes to the outer peripheral side, and due to the elastic change of the outer periphery. The optical fiber 201 wound around the outer periphery of the elastically deforming portion 203 extends. Then, an optical pulse 209 is injected from the strain measurement unit 208 into the optical fiber 201, the backscattered light 210 is received, and a predetermined operation is performed in the strain measurement unit 208. The load P acting on the load acting portions 204 and 205 of the annular elastic body 200 can be calculated.
[0017]
FIG. 7 shows the tension of the anchor cable 231 of the ground anchor 230 installed on the sloped ground 220 such as a slope subjected to landslide prevention work by using the optical fiber type load cell 207 provided by using the annular elastic body 200. It is a figure showing the state used for the use of measuring.
[0018]
The ground 220 subjected to the landslide prevention work includes a surface concrete layer 221, an intermediate ground 222, and an underground rock 223. In the ground 220, cable arranging holes 224 for installing the ground anchor 230 at a plurality of locations at predetermined intervals are formed so as to extend from the surface concrete layer 221 to the underground rock 223. The ground anchor 230 includes an anchor cable 231, a sheath tube 232, and a cable anchor 233 for installing the anchor cable 231 on the load cell 207 installed on the surface of the ground 220.
[0019]
The anchor cable 231 is inserted into the inside of the sheath tube 232 inserted and fixed in the cable arrangement hole 224 of the ground 220. The lower end of the anchor cable 231 is fixed to the underground rock 223 of the ground 220 with mortar (resin mortar or cement mortar) 234 filled for anchor fixing.
[0020]
The optical fiber type load cell 207 is installed on the surface concrete layer 221 by inserting an anchor cable 231 into the inner hole 206 of the annular elastic body 200, and a cable 235 is connected to a spacer 235 above the optical fiber type load cell 207. The anchor portion 233 is attached to the anchor cable 231 by fastening the anchor cable 231 and the cable anchoring portion 233. With the optical fiber type load cell 207 attached in this way, a reference point of zero tension is set in advance on the anchor cable 231 by a load cell, and then the anchor cable 231 is set with a predetermined tension.
[0021]
If there is any change in the surface concrete layer 221 of the ground 220 or the intermediate ground 222, the tension of the anchor cable 231 changes. When the tension of the anchor cable 231 increases, the load P acting on the load application sections 204 and 205 of the annular elastic body 200 increases, and the elastic deformation section 203 is deformed so as to protrude more. Then, the optical fiber 201 wound around the outer periphery of the elastically deformable portion 203 is stretched by the deformation of the elastically deformable portion 203. Then, by detecting a change in the frequency of the backscattered light (Brillouin scattered light) generated in the optical fiber 201 by a strain measurement unit (not shown), the tension of the anchor cable 231 can be measured.
[0022]
The change in the intermediate ground 222 of the ground 220 is determined by collecting information on the tension of the anchor cable 231 from the plurality of ground anchors 230 installed on the ground 220 and comprehensively taking into account. Further, the optical fiber 201 of the optical fiber load cell 207 attached to the plurality of ground anchors 230 of the ground 220 was installed in a remote place via a large-capacity optical fiber network arranged along a highway or the like. By connecting to a strain measurement unit (not shown), a system capable of monitoring the state of the intermediate ground 222 of the ground 220 at a remote place can be constructed.
[0023]
The optical fiber type load meter 207 has an optical fiber 201 wound around the elastic deformation portion 203 of the annular elastic body 200, and amplifies and extracts information on the load P acting on the load acting portions 204 and 205. Therefore, it can be used for a wider range of uses than conventional optical fiber type load cells.
[0024]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the ground anchor 230 is actually installed on the ground 220, the ground cable 231 of the ground anchor 230 is not always installed on-center with respect to the metal fittings on the ground surface, but installed off-center. It is often transformed into a "ku". In this case, when tension is applied to the anchor cable 231, a force in the shear direction acts on the annular elastic body 200 to straighten the anchor cable 231, and the elastic deformation portion 203 of the annular elastic body 200 is deformed in the shear direction. As a result, the protrusion of the elastic deformation portion 203 of the annular elastic body 200 toward the outer peripheral side becomes non-uniform, which may cause a problem such as causing an error in the measurement result of the optical fiber load cell 207.
[0025]
In addition, after the ground anchor 230 is installed on the ground 220, if the ground 220 is loosened by rainwater or the like and a biased force is applied to the anchor cable 231 due to a force that tends to landslide on the ground, a force in a shear direction is applied to the annular elastic body 200. Acts, and there is a risk that the elastic deformation portion 203 of the annular elastic body 200 is deformed in the shearing direction to hinder proper measurement by the optical fiber load cell 207.
[0026]
Therefore, an object of the present invention is to provide a shear-constrained annular elastic body capable of improving the measurement accuracy of an optical fiber load cell.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
The shear-constrained annular elastic body according to claim 1, comprising: an elastically deformable portion having a surface around which an optical fiber is wound around an outer periphery; and a pair of load acting portions disposed so as to sandwich the elastically deformable portion. An annular elastic body having a deformable portion and an inner hole penetrating through a central portion of a pair of load acting portions, characterized in that the annular elastic body has a restraining member for restraining deformation of the elastic deformable portion in a shearing direction. According to this shear-constrained annular elastic body, even if a force in the shearing direction acts on the shear-constrained annular elastic body, the deformation of the elastically deformable portion in the shearing direction is restrained by the restraining member, and the outer peripheral side of the elastically deformable portion. Can be made uniform. Thereby, the measurement accuracy in the optical fiber load cell can be improved.
[0028]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a shear-constrained annular elastic body according to the first aspect, wherein the restricting member is disposed in an inner hole as an internal restricting member. According to this shear-restraint-type annular elastic body, even if a force in the shear direction acts on the shear-restraint-type annular elastic body, the deformation of the elastic deformation portion in the shear direction is restrained by the internal restraint member provided in the inner hole. can do.
[0029]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a shear-constrained annular elastic body according to the first aspect, wherein the restraining member is provided around an elastic deformation portion as an external restraining member. I have. According to this shear-constrained annular elastic body, even if a force in the shear direction acts on the shear-constrained annular elastic body, the external constraining member disposed around the elastic deformable part prevents the elastic deformable part from being deformed in the shear direction. Deformation can be restrained.
[0030]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the shearing-constrained annular elastic body according to the first aspect, wherein the restricting member is disposed in the inner hole as an internal restricting member, and is elastic as an external restricting member. It is characterized by being arranged around the deformed part. According to the shear-constrained annular elastic body, even if a force in the shear direction acts on the shear-constrained annular elastic body, the elasticity is improved by the internal restraint member and the external restraint member disposed around the inner hole and the elastic deformation portion. Deformation of the deformed portion in the shear direction can be restricted.
[0031]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the shearing-constrained annular elastic body according to the second or fourth aspect, wherein the internal restraining member is inserted into the inner hole, and one end thereof is subjected to one load acting. And the other end portion is slidably connected to the other load acting portion. According to this shear-constrained annular elastic body, the elastically deformable portion can be freely elastically deformed in the load direction with respect to the force acting in the load direction, and can be elastically deformed with respect to the force acting in the shear direction. In the shear direction can be restricted.
[0032]
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a shear-constrained annular elastic body according to the fifth embodiment, wherein the shear-constrained annular elastic body faces the elastically deformable portion in a state of being fitted into an inner hole on an outer periphery of the internal constraint member. A small diameter portion is provided, and a gap is formed by the small diameter portion between the outer periphery of the internal restraint member and the inner periphery of the elastic deformation portion. According to this shear-constrained annular elastic body, when the elastically deformable portion is elastically deformed in the load direction, the gap formed between the internal restraint member and the elastically deformable portion causes the frictional resistance of the internal restraint member to the elastically deformable portion. And so on, and the elastic deformation portion does not hinder elastic deformation in the load direction.
[0033]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided the shearing-constrained annular elastic body according to the third or fourth aspect, wherein a connecting plate larger than the load acting portion is fixed to each outer surface of the load acting portion. An external restraining member is provided on the outer periphery of the elastically deforming portion and between the connecting plates. According to this shear-constrained annular elastic body, even if a force in the shearing direction acts on the shear-constrained annular elastic body, the elastic members are elastically deformed on the outer periphery of the elastically deformable portion and between the connecting plates. Deformation of the deformed portion in the shear direction can be restricted.
[0034]
The shear-restraining annular elastic body according to claim 8 is the shear-restraining annular elastic body according to claim 7, wherein one end of the external restraining member is fixed to one connecting plate, and the other end is It is characterized in that it is slidably connected to the other connecting plate. According to this shear-constrained annular elastic body, the elastically deformable portion can be freely elastically deformed in the load direction with respect to the force acting in the load direction, and can be elastically deformed with respect to the force acting in the shear direction. In the shear direction can be restricted.
[0035]
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided the shearing-constrained annular elastic body according to the eighth aspect, wherein the other end of the external restraining member is slidable via a rubber member on the connecting plate. It is characterized by being connected. According to this shear-restraint type annular elastic body, when the restraining member slides on the connecting plate, the sliding resistance of the connecting plate to the restraining member can be reduced as much as possible by the rubber member.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a shear restraint type annular elastic body according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0037]
FIG. 1 shows a shear-constrained annular elastic body 10 according to a first embodiment of the present invention. The shear-constrained annular elastic body 10 includes a pair of hard deformable elastic members 13 each having a surface 12 around which an optical fiber 11 is wound, and a pair of rigid members serving as load acting members disposed so as to sandwich the elastic deformable member 13 from above and below. Plates 14 and 15 are provided, and an inner hole 16 penetrating vertically is provided at the center of the elastically deformable portion 13 and the hard plates 14 and 15. The inner hole 16 deforms the elastically deformable portion 13 in the shearing direction. Is provided.
[0038]
In the present embodiment, the elastically deformable portion 13 is formed of a laminated body formed by integrally laminating a plurality of rubber-like elastic plates 18 and a plurality of reinforcing plates 19 alternately. Here, various rubber materials can be used as the rubber-like elastic plate 18 constituting the elastic deformation portion 13, but the mechanical strength, the long-term stability of the elastic modulus, the long-term stability of the deformation ability, and the creep resistance For example, natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), or the like is used. Further, as the reinforcing plate 19, various hard materials having a predetermined rigidity such as a metal and a synthetic resin are used.
[0039]
The hard plates 14 and 15 are made of various hard materials having a predetermined rigidity such as a metal and a synthetic resin, and are laminated and integrally fixed on the upper and lower surfaces of the elastic deformation portion 13.
[0040]
The inner hole 16 is used for inserting an anchor cable of the ground anchor when the fiber optic load cell provided using the shear-constrained annular elastic body 10 is attached to the ground anchor.
[0041]
The internal restraining member 17 is formed in a cylindrical shape from various hard materials having a predetermined rigidity such as a metal and a synthetic resin, and is opposed to the elastic deformation portion 13 in a state of being inserted into the inner hole 16 on the outer peripheral surface thereof. A small diameter portion 20 is provided. The internal restraining member 17 is inserted into the inner hole 16 with a gap H between the small diameter portion 20 and the elastic deformation portion 13, and the upper end is slidably connected to the hard plate 14 disposed on the upper side. At the same time, the lower end is fixed to the lower hard plate 15 by bonding. In consideration of deformation when a load is applied to the shear-constrained annular elastic body 10, the internal restraint member 17 has a height slightly lower (for example, about 1 to 2 mm) than the upper surface of the hard plate 14 disposed on the upper side. Is set.
[0042]
In addition, the upper end of the internal restraining member 17 is sealed with a caulking material 21 such as silicon sealite or the like, and the inner cable 16 is inserted into the inner hole 16 of the shear-restraint type annular elastic body 10 to prevent rust of the anchor cable of the ground anchor. The caulking material 21 prevents the grease or the like to be filled from invading between the outer peripheral surface of the internal restraining member 17 and the inner peripheral surface of the inner hole 16. Thereby, swelling of the rubber-like elastic plate 18 constituting the elastic deformation portion 13 of the shear-constrained annular elastic body 10 due to oils and fats can be prevented, and stable performance can be secured for a long period of time.
[0043]
The shear-restraint-type annular elastic body 10 configured as described above allows the internal restraint member 17 to be inserted into an inner hole 16 that vertically passes through the elastic deformation portion 13 and the center of the pair of hard plates 14 and 15. The upper end of the internal restraint member 17 is slidably connected to the upper hard plate 14 and the lower end of the inner restraint member 17 is fixed to the lower hard plate 15. Therefore, the elastic deformation portion 13 can be freely elastically deformed in the load direction with respect to the force acting in the load direction (vertical direction in the figure), and can be deformed in the shear direction perpendicular to the load direction (horizontal direction in the figure). The deformation of the elastic deformation portion 13 in the shearing direction can be restrained by the internal restraint member 17 against the acting force.
[0044]
Further, in the shear restraint type annular elastic body 10, the clearance H is provided between the elastic deformation portion 13 and the internal restraint member 17, so that the internal restraint member 17 eliminates frictional resistance and the like to the elastic deformation portion 13, and the elastic deformation. Elastic deformation of the portion 13 in the load direction is not hindered, and highly linear load measurement with high linearity is possible.
[0045]
Therefore, even when the ground anchor is actually installed on the ground anchor, even if the anchor cable of the ground anchor is installed off-center with respect to the fixing bracket on the ground surface, the internal elastic member 10 Since the deformation of the elastic deformation portion 13 in the shear direction can be restrained by 17, the elastic deformation portion 13 can be prevented from being deformed in the shear direction due to the tension of the anchor cable. Thereby, the protrusion of the elastically deforming portion 13 of the shear-restraint type annular elastic body 10 to the outer peripheral side becomes uniform, and the measurement accuracy in the optical fiber load cell can be improved.
[0046]
Further, even when a biased force acts on the anchor cable of the ground anchor installed due to loosening of the ground due to rainwater or the like, according to the above-described shear restraint type annular elastic body 10, the internal restraint member 17 causes the elastic deformation portion 13 to shear. Since the deformation in the direction can be constrained, the load applied to a large number (for example, several tens to several hundreds) of optical fiber type load meters by a single optical fiber from a monitoring station several tens of kilometers away at predetermined time intervals Even if the measurement is performed for a long time, it is possible to safely monitor the state of the ground.
[0047]
FIG. 2 shows a modified example of the shear-constrained annular elastic body 10, which differs from the shear-constrained annular elastic body 10 shown in FIG. 1 in the following points. That is, in the shear restraint type annular elastic body 10 shown in FIG. 1, the lower end portion of the internal restraint member 17 is fixed to the hard plate 15 disposed on the lower side by bonding, but the shear restraint type annular elastic body shown in FIG. In the elastic body 10, a flange 17 a is integrally formed at a lower end portion of the internal restraining member 17, and the flange 17 a is fastened to a hard plate 15 disposed below via a bolt 22, so that the internal restraining member 17 Is fixed to a hard plate 15 disposed below.
[0048]
FIG. 3 shows a shear-constrained annular elastic body 30 according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 3, the same components as those of the shear-constrained annular elastic body 10 shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.
[0049]
The shear-constrained annular elastic body 30 includes a pair of hard deformable portions 13 having a surface 12 around which the optical fiber 11 is wound, and a load acting portion disposed so as to sandwich the elastic deformable portion 13 from above and below. It has plates 14, 15 and a pair of connecting plates 31, 32, which are larger than the hard plates 14, 15 fixedly disposed on the hard plates 14, 15, respectively. An inner hole 33 penetrating vertically is provided at the center of the plates 31, 32, and the shearing direction of the elastically deformable portion 13 is provided between the connecting plates 31, 32 so as to surround the outside of the elastically deformable portion 13 and the hard plates 14, 15. A plurality of (for example, two) external restraining members 34 for restraining the deformation to the outside are provided.
[0050]
The connecting plates 31 and 32 are formed in a rectangular shape larger than the hard plates 14 and 15 by various hard materials having a predetermined rigidity such as metal and synthetic resin, and are fixed to the hard plates 14 and 15 by a plurality of bolts 35, respectively. ing.
[0051]
The inner hole 33 is used for inserting an anchor cable of the ground anchor when attaching an optical fiber type load cell provided using the shear restraint type annular elastic body 30 to the ground anchor.
[0052]
The external restraining member 34 is made of various hard materials having a predetermined rigidity, such as metal and plastic, and has a threaded portion 34a formed at an upper end thereof, and the threaded portion 34a is formed in the connecting plate 31 disposed on the upper side. It penetrates through the provided through hole 31a and protrudes upward, and a nut 36 is fastened to the protruding portion to fix the upper end to the connecting plate 31 disposed on the upper side. The external restraining member 34 has a rubber member 37 and a hard bush 38 fixed to the lower end thereof, and a fitting hole formed in the lower connecting plate 32 via the rubber member 37 and the hard bush 38. The lower end is slidably fitted into 32a.
[0053]
The shear-constrained annular elastic body 30 configured as described above has a connecting plate 31 larger than the hard plates 14 and 15 on the outer surface of each of the hard plates 14 and 15 disposed so as to sandwich the elastic deformation portion 13 from above and below. , 32 are fixed to each other, and a plurality (for example, two) of external restraining members 34 are arranged between the connecting plates 31, 32 so as to surround the outside of the elastically deformable portion 13 and the hard members 14, 15, with the upper end thereof facing upward. Since it is fixed to the connecting plate 31 provided and the lower end is slidably fitted in the fitting hole 32a formed in the connecting plate 32 provided below, it is provided. The elastically deformable portion 13 can be freely deformed in the load direction with respect to the force acting in the load direction, and the elastically deformable portion is deformed by the external restraint member 34 with respect to the force acting in the shear direction perpendicular to the load direction. 13 deformation in the shear direction It can be.
[0054]
In addition, the shear-restraint-type annular elastic body 30 fits the lower end of the external restraint member 34 through a rubber member 37 and a hard bush 38 into a fitting hole 32a formed in a lower connecting plate 32. By inserting, the sliding resistance of the connecting plate 32 to the external restraining member 34 can be reduced as much as possible by the rubber member 37 and the hard bush 38, and the elastic deformation of the elastic deformation portion 13 in the load direction is not hindered. Highly accurate load measurement with high linearity is possible.
[0055]
It should be noted that the present invention is not limited to only the above-described embodiment, and various changes can be made. For example, in the above-described embodiment, the elastically deformable portion 13 of a laminated body formed by integrally laminating a plurality of rubber-like elastic plates 18 and a plurality of reinforcing plates 19 is used. The elastic plate 18 alone may be used.
[0056]
In addition, the shape of the elastically deformable portion 13 may be a quadrangle or a hexagon, in addition to a circle, and the shape of the inner hole 16 formed at the center may be a circle or a polygon. . Further, the shape of the internal restraining member 17 may be adjusted to the shape of the inner hole 16.
[0057]
Further, as in the first and second embodiments, only one of the inner restraining member 17 and the outer restraining member 34 may be used, but both the inner restraining member 17 and the outer restraining member 34 may be used. .
[0058]
【The invention's effect】
Since the shear-constrained annular elastic body according to the first aspect has a restraining member that restrains the elastic deformation portion from deforming in the shear direction, even if a force in the shear direction acts on the shear-constrained annular elastic body, The deformation of the elastically deformable portion in the shearing direction is restrained by the member, and the elastically deformable portion can uniformly protrude toward the outer periphery. Thereby, the measurement accuracy in the optical fiber load cell can be improved.
[0059]
According to the second aspect of the present invention, the restraining member for restraining the elastic deformation portion from deforming in the shearing direction is disposed in the inner hole as an internal restraining member. Even when a directional force acts, the deformation of the elastic deformation portion in the shear direction can be restrained by the internal restraint member provided in the inner hole.
[0060]
According to the third aspect of the present invention, the restraining member that restrains the elastic deformation portion from deforming in the shearing direction is disposed around the elastic member as an external restraining member. Even if a force in the shearing direction acts on the elastically deformable portion, the deformation of the elastically deformable portion in the shearing direction can be restrained by the external restraint member disposed around the elastically deformable portion.
[0061]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a shear-constrained annular elastic body, wherein a restricting member for restricting deformation of an elastic deformation portion in a shearing direction is provided in an inner hole as an internal restriction member, and an elastic deformation portion is formed as an external restriction member. Since it is arranged around, even if a force in the shear direction acts on the shear-constrained ring-shaped elastic body, the internal deformation member and the external restriction members disposed around the inner hole and the elastic deformation portion cause the shearing of the elastic deformation portion. The deformation in the direction can be restrained.
[0062]
In the shear restraint type annular elastic body according to claim 5, the internal restraint member is inserted into the inner hole, one end of which is fixed to one load acting portion, and the other end is fixed to the other load acting portion. The connection is slidable, so that the elastically deformable portion can be freely elastically deformed in the load direction against the force acting in the load direction, and the elastically deformable portion is sheared against the force in the shear direction. The deformation in the direction can be restrained.
[0063]
The shear-constrained annular elastic body according to claim 6, wherein a small-diameter portion is provided on the outer periphery of the inner constraining member so as to face the elastically deforming portion in a state of being inserted into the inner hole, and is elastically deformed on the outer periphery of the inner constraining member. Since a gap is formed between the inner circumferences of the portions by the small diameter portion, when the elastically deformable portion elastically deforms in the load direction, the gap formed in the internal restraint member and the elastically deformable portion allows the elastically deformable portion to be deformed by the internal restraint member. And the elastic deformation of the elastic deformation portion in the load direction is not hindered, and highly accurate load measurement with high linearity is possible.
[0064]
In the shearing-constrained annular elastic body according to claim 7, connecting plates larger than the load acting portion are respectively fixed to the outer surfaces of the load acting portions, and the outer periphery of the elastically deformable portion and between the connecting plates. Since the restricting member is provided, even if a force in the shear direction acts on the annular elastic body, the outer restricting member disposed between the elastically deforming portions and between the connecting plates allows the elastic member to move in the shearing direction of the elastically deforming portion. Can be restricted.
[0065]
In the shear restraining type annular elastic body according to claim 8, the external restraining member has one end fixed to one connecting plate and the other end slidably connected to the other connecting plate. The elastic deformation part can be freely elastically deformed in the load direction against the force acting in the load direction, and the elastic deformation part can be restrained from deforming in the shear direction against the force acting in the shear direction. it can.
[0066]
In the shear restraining type annular elastic body according to the ninth aspect, since the other end of the external restraining member is slidably connected to the connecting plate with a rubber member interposed therebetween, the external restraining member is connected to the connecting plate. When sliding, the sliding resistance of the connecting plate to the external restraining member can be reduced as much as possible by the rubber member, and highly linear and highly accurate load measurement can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a shear-constrained annular elastic body according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a modified example of the shear-constrained annular elastic body according to the first embodiment of the present invention.
3A and 3B show a shear-restrained annular elastic body according to a second embodiment of the present invention, wherein FIG. 3A is a plan view and FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a frequency distribution of backscattered light.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of a load measuring device using an optical fiber.
FIG. 6 is a diagram showing an optical fiber type load cell and a load measuring device applied using a conventional annular elastic body.
FIG. 7 is a diagram showing a use state of an optical fiber load cell.
[Explanation of symbols]
10 Shear constrained annular elastic body
11 Optical fiber
12 Surface around which optical fiber is wound
13 Elastic deformation part
14 Hard plate
15 Hard plate
16 inner hole
17 Internal restraint members
18 rubbery elastic plate
19 Reinforcement plate
20 Small diameter part
H gap
21 Caulking material
30 Shear constrained annular elastic body
31 Connecting plate
32 Connecting plate
33 inner hole
34 External restraint member
37 Rubber member
38 Hard Bush
