JP2005257570A - 光ファイバによる構造物の診断方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】光ファイバにより歪み履歴の連続監視部位を更新しながら構造物を診断する方法及びシステムを提供する。
【解決手段】歪みと応力との関係3101及び歪みの繰り返しと疲労劣化との関係3102が既知の構造物の診断対象部材上に沿って光ファイバ７、８を取り付け、対象部材の全体の初期歪み3201を光ファイバ７、８により計測する。光ファイバ７、８により対象部材上の特定部位の歪み履歴3401を連続的に監視し、初期歪み3201及び歪み履歴3401と関係3101、3102とから特定部位の健全度を診断し、光ファイバ７、８により対象部材の全体の歪み分布3701を間欠的に計測し、初期歪み3201及び歪み分布3701と関係3101、3102とから部材全体の健全度を診断すると共にその診断結果に基づき対象部材上の連続監視部位を更新する。
【選択図】 図２

Description

本発明は光ファイバによる構造物の診断方法及びシステムに関し、とくに光ファイバにより構造物の歪みを計測して構造物の健全性、耐久性、疲労、損傷、寿命等（以下、これらを纏めて健全性ということがある。）を診断する方法及びシステムに関する。
本発明は、建物・橋梁・トンネル等の構造物の疲労劣化の総合評価、常時微動に対する疲労劣化の予測、地震に対する構造物の制振制御、補修の検討等の基礎データとなる構造物自体の歪み履歴の計測等の幅広い分野に適用可能である。

我が国の社会基盤上の重要な建物・橋梁・トンネル等の各種構造物のなかには、竣工後50年以上を経過して健全性の低下が懸念されるものがある。最近は、環境への配慮等の観点から、このような経年構造物を社会資本ストックとして維持・修繕すること（ストックメンテナンス）が求められる傾向にあり、経年構造物の性能をモニタリングするシステム（以下、診断システムという。）に対する必要性が高まっている。また、比較的新しい構造物においても、最近はイニシャルコストだけでなく維持・修繕等のランニングコストまで含めたライフサイクルコストを考慮することが求められており、診断システムに対する要望が高まっている。

構造物を診断する場合は、先ずセンサ等で構造物の状態を計測し、次に計測結果に基づき損傷の有無、損傷の程度等を把握して構造物の健全性を診断する。計測すべき最も重要なパラメータの１つは、構造物自体の変位又は歪み量である。構造物の健全性を診断する上では、特定の瞬間に残存する歪み量（残留歪み）だけでなく、地震や風、構造物自体の疲労等により繰り返し加えられた荷重による歪みの履歴（歪みの進行速度や最大歪み量や動的特性の変化）が重要である。このような歪み履歴は、制震構造物等のリアルタイム振動制御にも利用できる。

従来の構造物の診断システムの一例は、図９に示すように、加速度センサ40や歪みゲージ42を用いて構造物１自体の歪み量を計測するものである。図示例では、構造物１の歪み発生が予想される上部躯体２の各階及び応力集中部５（例えば、補強用垂直ブレス材等）に加速度センサ40を設置し、その可動電極の移動による静電容量変化の信号を構造物１内に設けた加速度計41に入力し、加速度計41により上部躯体２の歪み量を算出する。また、歪み発生が予想される基礎部３の表面に歪みゲージ42を設置し、その金属抵抗素子の抵抗値変化の信号を構造物１内に設けた歪み計43に入力し、歪み計43により基礎部３の歪み量を計測する。

図９の診断システムの加速度センサ40又は歪みゲージ42に代えて、外部から構造物１に照射したレーザ光に対する反射光の時間遅れから構造物１の位置の変化又は歪み量を算出する方法（レーザ計測法）、構造物１の表面に一体に形成した炭素繊維シート（炭素繊維糸条）の電気抵抗を計測して構造物１の歪みを検出する方法（特許文献１）、構造物１内に埋設した形状記憶合金製ワイヤ等に超音波を入射して反射波から損傷位置を計測する方法（特許文献２）、金属歪記憶センサ素子を用いる方法（特許文献３）、電磁波測距儀における位相差測定法の原理を利用して構造物１の変位又は歪み量を計測する方法（特許文献４）等が提案されている。これらは、構造物外部から観察するか、又は内部に設置したセンサで計測した歪み量を電気信号に変換して伝送するものである。

特開平１０−２５３５６１号公報 特開平９−１１３４９０号公報 特開２００２−０５４９２２号公報 特開２００２−１６８６２６号公報 特開２０００−２２７３６８号公報 特開２００２−１０７１２２号公報 特開２００２−０４８６７５号公報 特開２０００−１８０２６５号公報 特開２００３−０１４５８４号公報

しかし、従来の歪み量を電気信号に変換する歪み計測方法は、センサ部及び伝送部にノイズ・雷等の対策や防錆加工等が必要であるため、センサの設置数を増やすと装置が大がかりになると共に設置やメンテナンスに膨大な手間とコストが必要となる問題点がある。また、たとえセンサの数を増やしても計測部位は離散的とならざるを得ず、予めセンサを設置していない（想定していない）部位の歪みを監視できない問題点がある。構造物によっては、例えば地下杭等の損傷が起きやすい箇所を予め特定することが難く、センサを設置する部位を予め決めることが困難な場合がある。このような構造物の健全性を総合的に診断するためには、離散的な歪みの計測では足りず、構造物に沿った歪み分布の計測が必要である。

これに対し、光ファイバセンサを用いて歪み分布を計測する技術が提案されている（特許文献５〜９参照）。光ファイバセンサは、電磁誘導の影響を受け難いので電気的ノイズに強く、敷設が容易であると共に屋外や防爆環境下での長期間使用にも耐え得る利点もある。例えば特許文献９は、図１０に示すように、ブリルアン（Brillouin）散乱を用いた歪み計測装置10を開示する。図示例の計測装置10は、所定周波数で変調された光源11からの連続発振光を光分岐器14により２つに分岐し、一方の発振光（プローブ光）を光周波数変換器15により中心周波数を所望周波数だけシフトさせた上で光ファイバ８の一端に導き、他方の発振光（ポンプ光）をパルス変調器26及び光分岐器21経由で光ファイバ８の他端へ導く。

図１０に示す光源11は信号発生回路13及び半導体レーザ12を有し、信号発生回路13で発生した所定周波数信号で半導体レーザ12の注入電流を変調することにより、所定周波数で変調された連続発振光を発生する。また図示例の光周波数変換器15はマイクロ波発生器17と光強度変調器16とを有し、連続発振光の中心周波数に対してマイクロ波発生器17から出力されるマイクロ周波数に等しい周波数差を有する側帯波を発生させることにより、その中心周波数を所望周波数だけシフトさせる。光ファイバ８の両端に導かれたプローブ光及びポンプ光は、変調周波数に応じた光ファイバ８内の特定部位に相関ピークを形成する。図示例の歪み計測装置10は、その相関ピークからの出射光（ブリルアン散乱光）を光分岐器21とタイミング調整器22とフィルタ24とを介して光検出器23へ導き、光検出器23でブリルアン散乱光のパワーを測定することにより特定部位の歪みを計測する。

図１０の歪み計測装置10によれば、光ファイバ８内の特定ポイントの歪み履歴（動的特性変化）を連続監視できると共に、光源11の連続発振光の変調周波数を変化させることにより光ファイバ８内の相関ピークが形成される部位を移動させ、例えば数cm程度の高い空間分解能で光ファイバ８内の歪み分布を求めることができる。また、パルス変調器26によりポンプ光をパルス状に変調し、タイミング調整器22により測定対象部位からの出射光のみを光検出器23へ導くことにより、比較的長い光ファイバ８内の歪み分布を計測できる。ただし、図示例の歪み計測装置10において光ファイバ８内のあらゆる部位の歪み履歴を同時に連続監視することは困難であり、構造物の総合的な診断を適用に行うためには歪み履歴の連続監視部位を適切に選択する必要がある。

そこで本発明の目的は、光ファイバにより歪み履歴の連続監視部位を更新しながら構造物を診断する方法及びシステムを提供することにある。

図１及び２の実施例を参照するに、本発明の光ファイバによる構造物の診断方法は、歪みと応力との関係3101及び歪みの繰り返しと疲労劣化との関係3102が既知の構造物１の診断対象部材２、３、５上に沿って光ファイバ７、８を取り付け、対象部材２、３、５の全体の初期歪み3201を光ファイバ７、８により計測し、光ファイバ７、８により対象部材２、３、５上の特定部位の歪み履歴3401を連続的に監視し、初期歪み3201及び歪み履歴3401と関係3101、3102とから特定部位の健全度を診断し、光ファイバ７、８により対象部材２、３、５の全体の歪み分布3701を間欠的に計測し、初期歪み3201及び歪み分布3701と関係3101、3102とから部材全体の健全度を診断すると共にその診断結果に基づき対象部材２、３、５上の連続監視部位を更新するものである。

ここに対象部材２、３、５の健全度とは、健全性の定量的な指標であり、例えば対象部材２、３、５の特定部位における最大歪み量や疲労限界を超える歪み発生回数、対象部材２、３、５に沿った歪み分布や歪みの傾斜（長さ又は高さに対する歪みの変化率）、歪みの進行速度（時間に対する歪みの変化率）等を含む。

また、図１の実施例及び図２のブロック図を参照するに、本発明の光ファイバによる構造物の診断システムは、構造物１の診断対象部材２、３、５上に沿って取り付けた光ファイバ７、８、対象部材２、３、５の歪みと応力との関係3101及び歪みの繰り返しと疲労劣化との関係3102を記憶した部材データベース31、光ファイバ７、８により対象部材２、３、５上の任意部位の歪みが計測可能な歪み計測装置10、計測装置10による対象部材２、３、５の全体の初期歪み3201を記憶する初期歪み記憶手段32、計測装置10により対象部材２、３、５の特定部位の歪み履歴3401を連続的に監視する歪み履歴監視手段34、計測装置10により対象部材２、３、５の全体の歪み分布3701を間欠的に計測する歪み分布検出手段37、初期歪み3201と歪み履歴3401及び／又は歪み分布3701とデータベース31に記憶した関係3101、3102とから対象部材２、３、５の健全度を診断する健全度診断手段36、並びに診断手段36の診断結果に基づき対象部材２、３、５上の連続監視部位を更新する監視部位更新手段38を備えたものである。

本発明の光ファイバによる構造物の診断方法及びシステムは、構造物の対象部材上に沿って光ファイバを取り付け、光ファイバにより対象部材の特定部位の歪み履歴を連続的に監視すると共にその歪み履歴から特定部位の健全度を診断し、適宜に対象部材全体の歪み分布を間欠的に求めて部材全体の健全度を診断すると共にその診断結果に基づき対象部材上の連続監視部位を更新するので、次の顕著な効果を奏する。

（イ）対象部材の歪み分布に基づき残留歪みが大きい部位、歪みの傾斜が急変する部位、歪み進行速度が大きい部位等に連続監視部位を更新しながら歪み履歴を記録することができるので、対象部材及び構造物の健全度を適切且つ迅速に診断できる。
（ロ）また、増改築等で構造上の変化が生じた構造物、予め応力集中箇所を特定し難い杭基礎等を有する構造物、新しい材料・設計手法・施工方法等を用いて構築した構造物等の健全度も適切に診断することができる。
（ハ）対象部材の歪み履歴及び歪み分布をその弾性限界や疲労限界等と比較することにより、常時微動や地震に対する損傷や疲労のおそれの詳細な診断が可能である。
（ニ）理論的には少なくとも一本の光ファイバケーブルを構造物に沿って取り付ける単純な構成により、構造物全体の任意部位で歪み履歴を記録することができ、構造物全体の総合的な健全度を診断できる。
（ホ）電気的ノイズ等に強い光ファイバを用いて歪み履歴を計測するので、信頼性の高い対象部材及び構造物の健全度診断が実現できる。
（ヘ）建物・橋梁・トンネル等の構造物の常時微動や地震に対する健全度の診断だけでなく、制震装置におけるリアルタイムな動的特性モデルの同定等にも適用可能である。

図１は、上部躯体及び基礎部を有する構造物１に本発明の診断システムを適用した実施例を示す。図示例のシステムは、上部躯体２の部材及び基礎部３の部材上に沿ってそれぞれ取り付けた光ファイバ７及び８と、光ファイバ７、８内の任意部位の歪みが計測可能である歪み計測装置10と、歪み計測装置10に接続されたコンピュータ30とを有する。光ファイバ７、８として、例えば通信用に通常用いられるシングルモードファイバケーブル、又はコンクリート構造物への埋め込み用に改良されたセンサ用光ファイバケーブル等を利用できる。歪みの計測感度を向上するため、光ファイバ７、８は対象部材２、３に密着させて直線状又はループ状に設置することが望ましい。例えば、鉄骨構造（Ｓ造）の構造物１では接着剤等を用いて光ファイバ７、８を鉄骨表面に貼り付け、鉄筋コンクリート構造（ＲＣ造）の構造物１では光ファイバ７、８を鉄筋に沿わせて取り付ける。光ファイバ７、８を構造物１のコンクリート中に埋め込み、コンクリート自体の歪みを計測することも可能である。

図示例では、構造物１の上部躯体２にその垂直断面の全周にわたってループ状に光ファイバ７を取り付け、構造物１の基礎部３にその長さ方向に沿ってループ状に光ファイバ８を取り付けている。また、応力集中が想定される部材５（例えばブレス材、耐震壁、アクティブ又はパッシブ制震装置等）に沿って、別系統の光ファイバ８を取り付けている。図３は、応力集中部材５である耐震壁5a、制震装置5b、5c、柱梁接合部5d、杭頭部5e等に対する光ファイバ８の取り付け方法の例を示す。各光ファイバ７、８の両端は、それぞれ歪み計測装置10に接続する。ループ状の光ファイバ７、８に代えて同じ経路で往復路の構成とすることにより、計測感度を高めることができる。

図２は、図１における歪み計測装置10及びコンピュータ30のブロック図を示す。図示例の歪み計測装置10の一例は、図１０を参照して上述したように、光ファイバ７、８の両端へ所定周波数で変調され且つ中心周波数が異なる連続光を入射して光ファイバ７、８内の変調周波数に応じた特定部位に相関ピークを形成し、相関ピークからの出射光（ブリルアン散乱光）により特定部位の歪みを計測するものである。この歪み計測装置10によれば、光ファイバ７、８上の任意の位置の歪み履歴を計測することができると共に、光ファイバ７、８に沿って高い空間分解能で歪み分布を計測することができる。但し、本発明で用いる歪み計測装置10は図示例に限定されず、光ファイバ７、８内の任意部位の歪みが計測可能なものであれば足りる。また図１０は単独の光源11を用いてループ状の光ファイバ８の両端に光を入射しているが、例えば２個の光源を用いて直線状の光ファイバの両端に光を入射する構成としてもよい。

図示例のコンピュータ30は部材データベース31と、初期歪み記憶手段32と、歪み履歴監視手段34と、歪み分布検出手段37と、健全度診断手段36と、監視部位更新手段38とを有する。部材データベース31には、構造物１の対象部材２、３、５の各々について、歪みと応力との関係（以下、弾性限界又は応力歪み曲線ということがある。）3101、歪みの繰り返しと疲労劣化との関係（以下、疲労限界又は疲労劣化曲線ということがある。）3102、及び部材毎の優先度（構造物全体から見た部材毎の構造上の重要度）等を記憶する。弾性限界3101、疲労限界3102、及び優先度は、例えば予め実験又は解析により求めてコンピュータ30に記憶することができる。また、初期歪み記憶手段32、歪み履歴監視手段34、健全度診断手段36、歪み分布検出手段37、及び監視部位更新手段38の一例は、それぞれコンピュータ30の内蔵プログラムである。

例えば材料データベース31を部材２、３、５の位置・形状・材料種別等が記録された構造物１の設計図（例えばＣＡＤ図面）とし、部材毎の弾性限界3101、疲労限界3102、優先度等を構造物１の設計図と共に管理してもよい。弾性限界3101は、光ファイバ７、８を設置した対象部材２、３、５のみでなく、設備系機器や外装材、その他諸条件を含む歪み管理値を考慮して求めることができる。

初期歪み記憶手段32には、構造物１の対象部材２、３、５に光ファイバ７、８を取り付けた直後又は構造物１の診断開始前に、歪み計測装置10によって計測された対象部材２、３、５の全体（又は、構造物１の全体）の初期歪み3201を記憶する。初期歪み3201には、図６に示すように全体の初期歪み分布、特定部位の初期動的特性等を含めることができる。歪み履歴監視手段34は、例えば歪み計測装置10により対象部材２、３、５の特定部位の歪みを継続的に計測すると共に初期歪み3201との偏差を算出し、算出値の経時変化を特定部位の歪み履歴3401として動的に記録する。また歪み分布検出手段37は、例えば歪み計測装置10を用いて対象部材２、３の全体（又は、構造物１の全体）の歪み〈残留歪み）を計測すると共に初期歪み3201との偏差を算出し、算出値を対象部材２、３の歪み分布3701として記録する。

図４は、コンピュータ30による本発明による構造物１の診断方法の流れ図の一例を示す。ステップ401に示す通常時は、歪み履歴監視手段34により対象部材２、３、５の特定部位の歪み履歴3401を連続的に監視すると共に、例えば数週間〜数ヶ月等の適宜時間間隔で構造物１の全体の歪み分布3701を歪み分布検出手段37により間欠的に計測する。地震、強風、積雪、テロ攻撃等の異常が発生した場合は、引き続き対象部材２、３、５の特定部位の歪み履歴3401の連続監視を継続すると共に、異常発生直後に構造物１の全体の歪み分布3701を計測する（ステップ402〜403）。

健全度診断手段36は、対象部材２、３、５の初期歪み3201と特定部位の歪み履歴3401又は部材全体の歪み分布3701とを部材データベース31の弾性限界3101及び疲労限界3102と比較することにより、対象部材２、３、５又は構造物１の健全度を診断する。また、ステップ401及びステップ403で記録された歪み分布3701に想定しない歪みの変化、例えば歪み履歴3401の連続監視部位と異なる部位に大きな残留歪み量、残留歪みの急傾斜、通常よりも急激な残留歪みの進行等があるか否かを診断する。

監視部位更新手段38は、診断手段36により想定しない歪みの変化が発見された場合に、歪み履歴の連続監視部位を変更又は追加する（ステップ404）。この変更又は追加（以下、更新という。）により、以降の通常処理において、新たに発見された部位について重点的に歪み履歴3401を注視することが可能となる。

すなわち本発明の診断システムによれば、構造物の特定部位の歪み履歴を連続的に監視して特定部位の健全度を診断し、構造物全体の歪み分布を間欠的に求めて構造物全体の健全度を診断すると共に連続監視部位を更新し、連続監視部位の健全度の診断から連続監視部位の更新までのサイクルを繰り返すことにより対象部材の健全度を診断できるので、例えば新しい材料・設計手法・施工方法等を用いて構築した構造物、増改築等で構造上の変化が生じた構造物、予め応力集中箇所が特定し難い杭基礎等を有する構造物１においても、構造物１の健全度の適切で迅速な診断が期待できる。

図５は、健全度診断手段36による歪み分布3701に基づく健全度の診断方法の流れ図の一例を示す。ステップ501において対象部材２、３、５に沿って計測された歪み分布3701及び初期歪み3201を健全度診断手段36に入力し、ステップ502において入力した歪み分布3701及び初期歪み3201と部材データベース31に記憶された弾性限界3101とを比較する。歪み分布3701と共に初期歪み3201を入力する理由は、初期歪み3201に応じて参照する弾性限界3101又は疲労限界3102が異なる場合があるからである。対象部材２、３、５の全ての部位における残留歪みが弾性限界3101以内であればステップ503へ進み、健全性に問題なしと診断する。弾性限界3101を超える歪みが発生している場合は損傷のおそれ有りと診断し（ステップ504）、部材データベース31に記憶した対象部材２、３、５の材料種別又は優先度に基づき補修の要否を検討する（ステップ505）。更にステップ506において、対象部材２、３、５に想定しない歪みの変化があるか否かを診断し、そのような変化が発見された場合は監視部位更新手段38に対して歪み履歴の連続監視部位（記録部位）の更新を指示する。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図１に示す構造物１の最上部の梁部材に沿って設置した光ファイバ７で記録された歪み分布3701の一例、及び構造物１の片側の柱部材に沿って記録された歪み分布3701の一例を示す。各歪み分布3701のグラフから、初期歪み3201の状態に比べて何らかの応力が加わっていることが分かる。梁及び柱部材の弾性限界3101は位置及び高さによって異なるが、部材データベース31に梁及び柱部材の位置及び高さに応じた弾性限界3101を全て記憶しておけば、図７の歪み分布3701から図５の流れ図に従って、梁及び柱部材の健全度（損傷のおそれ）を正確に診断することができる。

図６は、健全度診断手段36による歪み履歴3401に基づく健全度の診断方法の流れ図の一例を示す。ステップ601において対象部材２、３、５の特定部位の歪み履歴3401及び初期歪み3201を健全度診断手段36に入力し、ステップ610において歪み履歴3401及び初期歪み3201と部材データベース31に記憶された弾性限界3101とを比較し、歪み履歴3401の記録期間内に弾性限界3101を超える歪みが発生したか否かを診断する。記録期間内に弾性限界3101を超える歪みが発生していた場合はステップ611へ進み、残留歪みの有無を診断する。大きな残留歪みが発生している場合は損傷のおそれ有りと診断し、対象部材２、３、５の材料種別又は優先度に基づき補修の要否を検討する（ステップ613〜614）。残留歪みが小さい場合は、ステップ612へ進み健全性に問題なしと診断するか、又は後述するステップ615へ進む。

図６の流れ図では、ステップ610において記録期間内の歪みが全て弾性限界3101内であっても、更にステップ615において疲労限界3102を超える歪みが発生している否かを診断する。疲労限界3102を超える歪みが発生していない場合は、疲労のおそれなしと診断する（ステップ616）。疲労限界3102を超える歪みが発生している場合は、ステップ617においてその回数や周期を求め、疲労限界3102を超える歪み発生回数を例えば初期歪み3201の計測時から累積する。ステップ618において疲労限界3102を超える歪み累積回数を部材データベース31の疲労劣化曲線3102と比較することにより対象部材２、３、５の疲労劣化又は余寿命を診断する。ステップ617〜618において、疲労限界3102を超える歪みの大きさから応力度を求め、歪み発生回数や周期を応力度別に累積することも可能である。疲労の有無の診断に際し、部材データベース31の疲労劣化曲線3102と共に、災害発生確率や被災コスト等の経験値を考慮してもよい。疲労有りと診断された場合は、対象部材の材料種別又は優先度に基づき補修の要否を検討する。

図８は、図１の構造物１の応力集中部材５で記録された歪み履歴3401の一例を示し、地震等によって応力集中部材５が加振された状態を表す。同図の歪み履歴3401は、記録期間内の歪み量が全て弾性限界3101以内であるが、疲労限界3102を超える歪みが発生している。本発明者は、例えば図１０の歪み計測装置10を用いることにより、図８のような疲労限界3102を超える歪みの大きさや回数、周期等を明瞭に把握することができ、その累積回数や周期から対象部材及び構造物の健全度の診断が可能であることを実験的に確認することができた。

こうして本発明の目的である「光ファイバにより歪み履歴の連続監視部位を更新しながら構造物を診断する方法及びシステム」を提供することができる。

図６の流れ図のステップ603〜604は、対象部材２、３、５の特定部位の歪み履歴3401をコンピュータ30の伝達関数算出手段35（図２参照）で周波数解析することにより、その特定部位の伝達関数3501を求める処理を示す。歪み履歴3401を例えばフーリエ解析等により周波数解析することで特定部位の動的特性を把握し、損傷のおそれの有無等を診断することが可能である。また、得られた動的特性を制震装置等にフィードバックすることで、効果的なリアルタイム振動制御のために利用することもできる。構造物１の低層等において、対象部材２、３、５上の特定部位の歪み履歴3401のみでは顕著な動的特性を解析できない場合は、図６に示すように地震計による加速度履歴等を考慮して伝達関数3501を求めてもよい。

図６のステップ605において、対象部材２、３、５の特定部位の伝達関数3501を、その特定部位の初期歪み（初期動的特性）3201と比較することにより相違点（変化）の有無を診断する。相違点がなければステップ606へ進み、健全性に問題なしと診断する。相違点がある場合はステップ608〜609へ進み、対象部材２、３、５の損傷のおそれ有りと診断すると共に、材料種別又は優先度に基づき補修の要否を検討する。また、ステップ607において、伝達関数3501から構造物１の全体のシステム（振動特性）を同定して健全度を診断することも可能である。この場合、構造物１上の複数部位（例えば上部躯体２と基礎部３）の伝達関数3501を求めれば、それらの伝達関数3501から地盤Ｅによる減衰等を除去することができるので、構造物１自体の健全度を一層詳細に診断することが可能となる。

本発明の一実施例の説明図である。 本発明の診断システムの構成を示すブロックの一例である。 構造物の応力集中部材への光ファイバ取付け方法の説明図である。 本発明の診断方法による流れ図の一例である。 歪み分布に基づく本発明の診断方法の流れ図の一例である。 歪み履歴に基づく本発明の診断方法の流れ図の一例である。 本発明における歪み分布検出結果の一例を示すグラフである。 本発明における歪み履歴監視結果の一例を示すグラフである。 従来の構造物の診断方法の説明図である。 従来の光ファイバによる歪み計測方法の説明図である。

符号の説明

１…構造物 ２…上部躯体又はその部材
３…基礎部又はその部材 ５…応力集中部又はその部材
5a…耐震壁 5b、5c…制震装置
5d…柱梁接合部 5e…杭頭部
７…光ファイバ ８…光ファイバ
10…歪み計測装置 11…光源
12…半導体レーザ 13…信号発生回路
14…光分岐器 15…光周波数変換器
16…光強度変調器 17…マイクロ波発生器
21…光分岐器 22…タイミング調整器
23…光検出器 24…フィルタ
26…パルス変調器
30…コンピュータ 31…部材データベース
3101…歪みと応力との関係（弾性限界）
3102…歪みの繰り返しと疲労劣化との関係（疲労限界）
32…初期歪み記憶手段 3201…初期歪み
34…歪み履歴監視手段 3401…歪み履歴
35…伝達関数算出手段 3501…伝達関数
36…健全度診断手段
37…歪み分布検出手段 3701…歪み分布
38…監視部位更新手段
40…加速度センサ 41…加速度計
42…歪みゲージ 43…歪み計
Ｅ…地盤

Claims (6)

1. 歪みと応力との関係及び歪みの繰り返しと疲労劣化との関係が既知の構造物の診断対象部材上に沿って光ファイバを取り付け、対象部材全体の初期歪みを光ファイバにより計測し、光ファイバにより対象部材上の特定部位の歪み履歴を連続的に監視し、初期歪み及び歪み履歴と前記関係とから特定部位の健全度を診断し、光ファイバにより対象部材全体の歪み分布を間欠的に計測し、初期歪み及び歪み分布と前記関係とから部材全体の健全度を診断すると共にその診断結果に基づき対象部材上の連続監視部位を更新してなる光ファイバによる構造物の診断方法。
2. 請求項１の方法において、前記対象部材の特定部位の初期歪み及び歪み履歴から周波数解析により伝達関数を求め、伝達関数と前記関係とから特定部位の健全度を診断してなる光ファイバによる構造物の診断方法。
3. 請求項１又は２の方法において、前記光ファイバを構造物の垂直断面の全周にわたり取り付けてなる光ファイバによる構造物の診断方法。
4. 請求項１又は２の方法において、前記光ファイバを構造物の基礎部材及び／又は応力集中が予想される部材に沿って取り付けてなる光ファイバによる構造物の診断方法。
5. 構造物の診断対象部材上に沿って取り付けた光ファイバ、前記対象部材の歪みと応力との関係及び歪みの繰り返しと疲労劣化との関係を記憶した部材データベース、前記光ファイバにより対象部材上の任意部位の歪みが計測可能な歪み計測装置、前記計測装置による対象部材全体の初期歪みを記憶する初期歪み記憶手段、前記計測装置により対象部材の特定部位の歪み履歴を連続的に監視する歪み履歴監視手段、前記計測装置により対象部材全体の歪み分布を間欠的に計測する歪み分布検出手段、前記初期歪みと歪み履歴及び／又は歪み分布と前記データベースに記憶した関係とから対象部材の健全度を診断する健全度診断手段、並びに前記診断手段の診断結果に基づき対象部材上の連続監視部位を更新する監視部位更新手段を備えてなる光ファイバによる構造物の診断システム。
6. 請求項５のシステムにおいて、前記対象部材の特定部位の初期歪み及び歪み履歴から周波数解析により伝達関数を算出する伝達関数算出手段を設け、前記診断手段により伝達関数と前記関係とから対象部材の健全度を診断してなる光ファイバによる構造物の診断システム。

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