JP2006242831A - コンクリートの応力測定システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＰＣ鋼材の緊張によりコンクリート内に導入されたプレストレスをより簡便かつ正確に測定する。
【解決手段】 プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定方法において、プレストレス導入前において、コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点６２を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成し、プレストレス導入後において２以上の変位測定点６２を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成し、生成した参照画像と基準画像とを画像処理することにより、各変位測定点６２の画像位置を特定する。そして、特定した各変位測定６２点の画像位置に基づき、基準画像毎に及び参照画像毎にその変位測定点６２の間隔を計測し、その計測した基準画像の変位測定点の間隔に対する参照画像の変位測定点の間隔における差分をプレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＰＣ鋼材の緊張等によりプレストレスが導入されるコンクリートの応力測定システム及び方法に関する。

各種の橋梁において、自動車等の荷重を直接支持するコンクリート桁には支点間で常時曲げモーメントが作用する。このためＴ桁、箱桁、中空床版、版桁を構成するコンクリートにプレストレスを導入したＰＣ（プレストレストコンクリート）を製造し、桁の強度向上を図ることが通常行われている。

このＰＣを製造する工法として、ポストテンション方式とプレテンション方式が従来から知られている。

ポストテンション方式では、先ず金属管等のシースを型枠内に配置した後に、そのシース内にＰＣ鋼材を挿通する。次に、型枠内にコンクリートを充填してこれを硬化させた後、ＰＣ鋼材を緊張させてプレストレスを導入する。このポストテンション方式においては、コンクリートの硬化後にＰＣ鋼材を緊張させるため、現場での施工に適した工法といえる。

これに対してプレテンション方式では、固定支柱を用いて予めＰＣ鋼材に引張力を負荷した後にコンクリートを充填する。このコンクリートが硬化することにより、上記引張力が負荷された状態にあるＰＣ鋼材とこれが付着することになる。その結果、ＰＣ鋼材に負荷されていた引張力がコンクリートに伝えられることになる。

ところで、このようなＰＣに導入されたプレストレスは、ＰＣ鋼材のリラクセーションやコンクリートの弾性変形等のように材料物性に基づく要因に加え、ＰＣ鋼材とシースの摩擦や定着具のめり込み等の構造的な要因により、徐々に減少する。導入されたプレストレスが減少してしまうと、設計時のＰＣの強度を維持することができなくなることから、所望の緊張状態を発揮することができず、ひいてはコンクリート全体の耐久性が低下して損傷の原因ともなる。このため、かかるＰＣに導入されているプレストレスの変化量をセンシングすることにより、かかる損傷を未然に防止する必要がある。

以下、従来におけるプレストレスを測定する方法につき説明をする。

先ず、図１１に示すように、打設されたコンクリート８１が所定の強度に達した後、シース等に挿通されたＰＣ鋼棒８２を連結された図示しないジャッキにより緊張し、さらにＰＣ鋼棒８２の端部８３をそれぞれ定着器具８４により定着する。その後、図示しないジャッキを開放することにより、コンクリート８１に対してプレストレスを導入する。かかる状態においてコンクリート８１の外周側面８２ａにおいて予め歪ゲージ８６を貼着し、かかる歪ゲージ８６をスイッチボックス８７へ接続し、さらにこのスイッチボックス８７を歪測定器８８へ接続しておく。

上述した緊張によるプレストレスが導入された状態にあるコンクリート８１につき、歪ゲージ８６を介して電気信号を検出する。この検出された電気信号はスイッチボックス８７を介して歪測定器８８へ送られ、数値化されることになる。この数値化した値は、初期値として記録しておく。

次に、このコンクリート８１において歪ゲージ８６が貼着させたままの状態で、図１２に示すようにその周辺部を切削してこれを抜き出す、いわゆるコアリングを行う。このコアリングされたコンクリート片９は、プレストレスによる緊張が開放された状態となっている。

次にコンクリート片９に貼着されている歪ゲージ８６に対して同様にスイッチボックス８７へ接続し、さらにこのスイッチボックス８７を歪測定器８８へ接続する。そしてこの歪ゲージ８６を介して同様に電気信号を検出し、さらには歪み測定器８８でこれを数値化して測定値とする。この得られる測定値は、プレストレスによる緊張が開放された状態となっているため、初期値と異なる値となる。

即ち、この測定値と初期値との差分に基づき、コンクリート８１に負荷されていた歪みを求めることができ、さらにはプレストレスの大きさを求めることが可能となる。

なお、このようなコンクリート部材内の応力を歪みゲージを用いて測定する方法は、例えば、非特許文献１に開示されている。
野永健二他 “小径コアによるコンクリート部材の現有応力測定法に関する試験研究”土木学会年次学術講演会後援概要集 ＪＮ：Ｌ４４３８Ｂ ＶＯＬ５７ｔｈ、部門６、ＰＡＧＥ ＶＩ−２１６

しかしながら、上述した歪ゲージ８６を用いたプレストレスの測定方法では、切削機によりコンクリート８１からコンクリート片９を切り出すコアリングを行う際において、かかる切削機自身が歪ゲージ８６に接触してしまう場合もあり、これにより正確な測定値を得ることができなくなる可能性もある。

またコアリングを行う場合には、歪ゲージ８６のリード線とスイッチボックス８７とを一度切り離す必要があり、上記測定値を測定する際にはこれらを再接続することになる。このため、歪ゲージ８６のリード線とスイッチボックス８７との再接続時における接続状況によっては、上記測定値に誤差が生じる可能性も出てくる。

さらに、上述した歪ゲージ８６を用いたプレストレスの測定方法では、歪ゲージ８６から電気信号を検出する度に、その歪ゲージ８６が貼着されているコンクリート８１の位置まで、スイッチボックス８７や歪測定器８８を運搬しなければならず、また歪ゲージ８６とスイッチボックス８７との煩雑な接続作業を行わなければならない。特に、屋外においてこのプレストレスを測定する場合には、かかる労力の負担は著しく増大することになる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、ＰＣ鋼材の緊張等によりコンクリート内に導入されたプレストレスをより簡便かつ正確に測定することができるコンクリートの応力測定システム及び方法を提供することにある。

本発明に係るコンクリートの応力測定システムは、上述した課題を解決するために、プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定システムにおいて、上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する第１の撮像手段と、上記第１の撮像手段による撮像後に上記各変位測定点が設けられた表面を含むようにして切り出された上記コンクリートの一部について、当該各変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する第２の撮像手段と、 上記第１の撮像手段により生成された基準画像と、上記第２の撮像手段により生成された参照画像とを取得するとともにこれらを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析手段と、上記画像解析手段により特定された各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測手段と、上記計測手段により計測された上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出手段とを備える。

本発明に係るコンクリートの応力測定システムは、上述した課題を解決するために、 プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定システムにおいて、上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成し、上記撮像後に上記各変位測定点が設けられた表面を除くようにして上記コンクリートの一部が切り出された後、当該変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する撮像手段と、上記撮像手段により生成された基準画像と参照画像とを取得するとともにこれらを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析手段と、上記画像解析手段により特定された各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測手段と、上記計測手段により計測された上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出手段とを備える。

本発明に係るコンクリートの応力測定システムは、上述した課題を解決するために、 プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定システムにおいて、上記プレストレス導入前において、上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成し、次に上記プレストレス導入後において上記２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する撮像手段と、上記撮像手段により生成された参照画像と基準画像とを取得するとともにこれらを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析手段と、上記画像解析手段により特定された各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測手段と、上記計測手段により計測された上記基準画像の変位測定点の間隔に対する上記参照画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出手段とを備える。

また、本発明に係るコンクリートの応力測定方法は、上述した課題を解決するために、プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定方法において、コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する第１の撮像ステップと、各変位測定点が設けられた表面を含むようにして上記コンクリートの一部を切り出す切削ステップと、切削ステップにおいて切り出した上記コンクリートの一部について、当該各変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する第２の撮像ステップと、第１の撮像ステップにおいて生成した基準画像と、上記第２の撮像ステップにおいて生成した参照画像とを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析ステップと、画像解析ステップにおいて特定した各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測ステップと、記計測ステップにおいて計測した上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出ステップとを有する。

また、本発明に係るコンクリートの応力測定方法は、上述した課題を解決するために、プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定方法において、上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成し、上記撮像後に上記各変位測定点が設けられた表面を除くようにして上記コンクリートの一部が切り出された後、当該変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する撮像ステップと、上記撮像ステップにおいて生成した基準画像と参照画像とを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析ステップと、上記画像解析ステップにおいて特定した各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測ステップと、上記計測ステップにおいて計測した上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出ステップとを有することを特徴とする。

また、本発明に係るコンクリートの応力測定方法は、上述した課題を解決するために、プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定方法において、プレストレス導入前において、上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する第１の撮像ステップと、上記プレストレス導入後において上記２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する第２の撮像ステップと、第１の撮像ステップにおいて生成した参照画像と、上記第２の撮像ステップにおいて生成した基準画像とを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析ステップと、画像解析ステップにおいて特定した各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測ステップと、計測ステップにおいて計測した上記基準画像の変位測定点の間隔に対する上記参照画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出ステップとを有する。

本発明では、予め設けられた２以上の変位測定点を第１の撮像手段により撮像して基準画像を生成し、コアリングしたコンクリート片につき、かかる変位測定点を撮影範囲に含めて第２の撮像手段により撮像して参照画像を生成する。そして、この基準画像毎に及び参照画像毎にその変位測定点の間隔Ｌ１、Ｌ２を計測し、歪み量Ｌｗ（＝Ｌ１−Ｌ２）を求め、さらにこの求めた歪み量Ｌｗ歪み量に基づいてコンクリートに導入されているプレストレスを求める。

即ち、本発明では、歪ゲージを用いる必要がなくなる。このため、コアリング前後において、歪ゲージのリード線とスイッチボックスとを切り離し、再接続するステップを省略することができ、測定に伴う労力の負担を大幅に軽減させることが可能となり、測定精度そのものを向上させることも可能となる。

また、本発明では、スイッチボックスや歪測定器を測定箇所まで運搬する労力が不要となる点においても有効といえ、特に屋外においてこのプレストレスを測定する場合に、かかる労力軽減の効果は著しく増大することになる。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、コンクリートの応力測定システム１について、図面を参照しながら詳細に説明する。

この応力測定システム１は、例えば図１に示すように、ＰＣ鋼材の緊張によりプレストレスが導入されたプレストレストコンクリート（ＰＣ）３の内部応力を測定する。この応力測定システム１は、ＰＣ３における表面を撮影範囲に含めて撮像を行う第１の撮像装置４と、この第１の撮像装置４による撮像後にＰＣ３から切り出したコンクリート片６を撮像する第２の撮像装置５と、この第１の撮像装置４及び／又は第２の撮像装置５に接続される解析用コンピュータ７とを備えている。

このＰＣ３は、例えば橋桁等に適用される。このＰＣ３は、互いに並設又は連結状に架設されることにより橋を構成するためのブロックユニットであり、例えば図２(a)の断面図に示すように、脚柱１１の上端部にスラブ１２を配設することにより断面が略Ｔ字状のＴ形梁を構成している。またＰＣ３は、脚柱１１の部材軸方向（図２における紙面垂直方向）に直交する方向に延長するように埋設される枠型鉄筋１３と、部材軸方向に略平行に埋設される鉄筋１４と、鉄筋１４に略並行に埋設されるシース２１と、シース２１内に挿通されて構成されるＰＣ鋼材２２と、これら各鉄筋１３，１４に打設されるコンクリート６９とを備えている。

脚柱１１並びにスラブ１２は、枠型鉄筋１３並びに縦鉄筋１４を型枠内に配設してコンクリート６９を打設することにより、脚柱１１とスラブ１２とが単一体として構成されるように構築される。スラブ１２の上面１２ａには、図示しないアスファルトを敷設することにより車両や人が通行するための橋床が構成されることになる。このスラブ１２として、例えば一端が自由端であり他端が固定端であるブラケット（張出し桁）を組み合わせて構成してもよい。

枠型鉄筋１３は、１本の鉄筋材につき折り曲げ加工を複数回施すことにより構成される。この枠型鉄筋１３は、枠形鉄筋縦中心線８から右側に向かって斜め上向きに延長する上側傾斜鉄筋３１と、その端部から立ち上がる上端側部縦鉄筋３２と、その上端部から左側に向かって枠形鉄筋縦中心線８を越えて水平に延長する上端横鉄筋３３と、その左端部から下降する上端側部縦鉄筋３４と、その下端部から右側に向かって斜め下向きに延長する上側傾斜鉄筋３５と、枠形鉄筋縦中心線８を跨いでそれぞれ上端横鉄筋３３から下降する中間縦鉄筋３６，３７と、中間縦鉄筋３６の下端から枠形鉄筋縦中心線８を越えて中間縦鉄筋３７の下端へ延長する下側横鉄筋３８等が形成されている。これら各鉄筋３１〜３８は、図示しない結束線により互いに結束されていてもよい。

シース２１は、鉄筋１４の間隙においてスパン方向に伸びる６本の被覆管で構成されている。このシース２１は、主としてポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂材料から選択される。これらシース２１の配設仕様は、脚柱１１に分布する断面力を考慮して設定される。本実施の形態においては、脚注１１の中央部上側には圧縮力、中央部下側には引張力が作用するため、シース２１内に挿通されるＰＣ鋼材２２を構造物断面図心より下側に設置する必要が生じることから、シース２１を脚柱１１の下方に設置する。

ＰＣ鋼材２２は、脚柱１１を構成するコンクリート６９にプレストレスを導入すべく配設されたものであり、機械的強度を向上させるべく、高炭素鋼を冷間加工することにより、或いは焼入れや焼戻し等の熱処理を施すことにより作製される。このＰＣ鋼材２２は、シース２１内に挿通されて部材軸方向に延長して設けられる結果、その両端が脚柱１１外に突出される。この突出されたシース２１の両端は、図示しないジャッキに取付けられて緊張されることにより、ＰＣ鋼材２２、さらにはＰＣ３全体にプレストレスが加えられることになる。

このＰＣ鋼材２２によるプレストレスの導入により、図２(b)に示すように、断面力は直線状に変化し、脚柱１１の底面１１ａには圧縮応力σ１が、スラブ１２の上面１２ａには、引張応力σ２が作用する。このため、この引張応力σ２がコンクリート６９自身が持つ許容引張応力の範囲内に収まるように、シース２１の高さ及びプレストレスの負荷力は予め最適に設定される。

なお、ＰＣ鋼材２２とシース２１により生成される間隙には、図２(a)に示すようにグラウト材２５が充填される。このグラウト材２５は、ＰＣ鋼材２２の耐腐食性の向上およびＰＣ鋼材２２とコンクリート６９との一体性を確保する見地から充填されるものであり、セメントや水、混和材等を混合することにより生成される。グラウト材２５は、グラウトポンプ等によりシース２１内に充填されるが、シース２１とグラウト材２５との間で形成される空隙を残すことなく、グラウト厚が等しくなるように充填するのが望ましい。

次に、このようなプレストレスが導入されたＰＣ３の側面を撮像する第１の撮像装置４並びに解析用コンピュータ７の構成につき説明をする。ちなみに、第２の撮像装置５の構成は、第１の撮像装置４の構成と同等であるため、以下での説明を省略する。

第１の撮像装置４は、図３に示すように、レンズ部４１と、レンズ部４１の光軸に直交する位置に配設される撮像部４２と、撮像部４２により生成された画像信号を増幅する増幅部４３と、この増幅部４３において増幅された画像信号を解析用コンピュータ７へ送信するためのインターフェース４４と、ユーザが各種操作を実行するボタン等で構成される操作部４６と、この操作部４６に接続される駆動部４０とを備える、いわゆるデジタルスチルカメラである。

駆動部４０は、操作部４６からの命令に基づき、レンズ部４１に対して自動絞り制御動作や自動焦点制御動作を実行し、さらには、被写体に対する撮影画角を変更する。

撮像部４２は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像素子により構成され、レンズ部４１を介して入射される被写体像を撮像面上に結像させ、光電変換により画像信号を生成し、これを増幅部４３へ送信する。増幅部４３へ送信された画像信号は、所定のレベルまで増幅された上でインターフェース４４へ送られることになる。

インターフェース４４は、例えば、ＵＳＢ(Universal Serial Bus)やＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）１３９４インターフェース等で構成され、増幅部４３から出力された画像信号を解析用コンピュータ７へ送信する。

解析用コンピュータ７は、図３に示すように、インターフェース５１に接続されるエンコーダ５２と、メモリ５３と、ＣＰＵ(Central Processing Unit )５４と、表示制御部５５と、マウスやキーボード等で構成される操作部５６と、ハードディスク等で構成されるサーバ５７とが内部バス５０に接続されてなり、さらにこの表示制御部５５には、例えば液晶ディスプレイ等で構成される表示部５８が接続されている。

インターフェース５１は、上述した第１の撮像装置４におけるインターフェース４４を介して送信されてきた画像信号をエンコーダ５２へ供給する。

エンコーダ５２では、この供給されてきた画像信号につき、例えばＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）等の規格に基づいて圧縮符号化する。このエンコーダ５２により圧縮符号化された画像信号は、メモリ５３やサーバ５７、更には図示しないバッファ等に格納されることになる。

ＣＰＵ５４は、演算を行うＡＬＵ(Arithmetic Logic Unit)や、データを一次記憶するレジスタ、メモリや周辺機器との入出力を行うバスインターフェース等で構成される。またこのＣＰＵ５４では、その他、浮動小数点演算等を行う浮動小数点演算部、レジスタよりも多くの情報を一時記憶するキャッシュ等の機能を備えるようにしてもよい。ＣＰＵ５４は、操作部５６を介したユーザの命令に基づき、解析用コンピュータ７内の各構成要素を制御する、いわゆる中央制御ユニットとしての役割を果たす。

表示制御部５５は、ＣＰＵ５４による制御の下、メモリ５３やサーバ５７、更には図示しないバッファ等に格納されている画像信号を読み出し、これにつき表示部５８への絵画処理を実行する。表示制御部５５は、ＣＰＵ５４による制御に基づき、表示部５８におけるコントラスト、輝度の制御を実行する。

次に、上述の構成からなる応力測定システム１により、実際にＰＣ３の内部応力を測定する方法につき、図４に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

先ず、ステップＳ１１において、ＰＣ３において実際に応力を測定する箇所Ｃにつき、状況を確認する。この応力測定箇所Ｃは、例えば図５(a)に示すように、プレストレスが負荷されている方向Ａに対して平行な側面Ｂ上において特定されるものとする。

次にステップＳ１２に移行し、ステップＳ１１において特定された応力測定箇所Ｃ上において、ターゲット６１を貼り付ける。このターゲット６１は、例えば図５(b)に示すように、規則的なパターンが施されている。このターゲット６１に施されているパターンは、縦横方向に等間隔で並べられた点により構成されている。

次にステップＳ１３へ移行し、第１の撮像装置４により、このターゲット６１を撮像する。この第１の撮像装置４により撮像されたターゲット６１の画像を、以下、歪補正用画像ＳＴ１という。

次にステップＳ１４へ移行し、応力測定箇所Ｃに貼り付けられているターゲット６１を取り外す。このとき、第１の撮像装置４については、ターゲット６１の撮像時と同一箇所に固定させておくとともに、第１の撮像装置４における各種設定や、焦点距離、倍率等については、特段の変更を行わないものとする。そして、この応力測定箇所Ｃ内において、例えば図５(c)に示すように指標６２ａと、指標６２ｂを互いに異なる箇所に貼り付ける。このとき、これら指標６２は、導入されたプレストレス方向に沿って貼り付けられるようにしてもよい。この指標６２は、その中央に変位測定点６３ａ，６３ｂがそれぞれ描かれている。ちなみに、このステップＳ１４における指標６２の貼り付けは、ステップＳ１３以前において実効するようにしてもよい。また、この指標６２は、異なる３箇所以上において貼り付けるようにしてもよい。

次にステップＳ１５へ移行し、第１の撮像装置４により、これら指標６２ａ，６２ｂにおける変位測定点６３ａ，６３ｂを撮影範囲に含めて撮像する。ちなみに、このステップＳ１５における撮像は、上述したステップＳ１４におけるターゲット６１の撮像と同一条件で行われることになる。このステップＳ１５において第１の撮像装置４により撮像された画像は、あくまでプレストレスが導入された状態にあるＰＣ３の表面を撮像したものであり、以下、基準画像ＢＡ１という。

これら第１の撮像装置４により撮像された歪補正用画像ＳＴ１や基準画像ＢＡ１は、事後的に解析用コンピュータ７へ送られ、エンコーダ５２によりＪＰＥＧ規格に基づいて圧縮符号化される。そしてこの歪補正用画像ＳＴ１や基準画像ＢＡ１は、メモリ５３やサーバ５７等に記録されることになる。

次に、ステップＳ１６へ移行し、ＰＣ３における応力測定箇所Ｃにつき、図６(a)に示すようにその周辺部を切削してこれを抜き出す、いわゆるコアリングを行う。このコアリングされたコンクリート片６５は、プレストレスによる緊張が開放された状態となっている。

次にコンクリート片６５を図６(b)に示すように台６６上へ固定するとともに、ステップＳ１２において使用したターゲット６１を応力測定箇所Ｃに貼り付ける。そして、第２の撮像装置５により、このターゲット６１を撮像する。この第２の撮像装置５により撮像されたターゲット６１の画像を、以下、歪補正用画像ＳＴ２という。

次にステップＳ１８へ移行し、応力測定箇所Ｃに貼り付けられているターゲット６１を取り外す。このとき、第２の撮像装置５における各種設定や、焦点距離等については、特段の変更を行わずにそのままの状態で維持する。次に図６(c)に示すように、第２の撮像装置５により、これら指標６２ａ，６２ｂにおける変位測定点６３ａ，６３ｂを撮影範囲に含めて撮像する。ちなみに、このステップＳ１８における撮像は、上述したステップＳ１７におけるターゲット６１の撮像と同一条件で行われることになる。このステップＳ１８において第２の撮像装置５により撮像された画像を、以下、参照画像ＢＡ２という。

これら第２の撮像装置５により撮像された歪補正用画像ＳＴ２や参照画像ＢＡ２は、事後的に解析用コンピュータ７へ送られ、エンコーダ５２によりＪＰＥＧ規格に基づいて圧縮符号化される。そしてこの歪補正用画像ＳＴ２や参照画像ＢＡ２は、メモリ５３やサーバ５７等に記録されることになる。その結果、ステップＳ１８終了時において、このメモリ５３やサーバ５７等には、歪補正用画像ＳＴ１、ＳＴ２と、基準画像ＢＡ１、参照画像ＢＡ２がともに記録されている状態となる。

次にステップＳ１９へ移行し、撮像された各画像ＳＴ１、ＳＴ２、ＢＡ１、ＢＡ２について解析用コンピュータ７により画像解析を行う。

この画像解析では、先ず撮像された歪補正用画像ＳＴ１並びに歪補正用画像ＳＴ２により、それぞれ第１の撮像装置４並びに第２の撮像装置５におけるレンズ歪みを補正する。このレンズ歪み補正は以下の手順により実行する。

このステップＳ１９に移行する前に、レンズ歪み量とターゲット６１のスケールとの関係を予め調べておき、これをテーブルとして予め用意してサーバ５７等に記録しておく。そして、実際にステップＳ１９に移行し、レンズ歪みを補正する場合には歪み補正用画像ＳＴ１、ＳＴ２により撮像されたターゲット６１のスケールを読み取り、これとサーバ５７に記録しておいたテーブルとを照らし合わせ、それぞれどのくらいのレンズ歪みが生じているかを示す歪曲収差パラメータを推定する。そして、この推定した歪曲収差パラメータに応じて、基準画像ＢＡ１と、参照画像ＢＡ２の各レンズ歪みを除去する。

ちなみに、第１の撮像装置４と第２の撮像装置５との間で、レンズ部４１から変位測定点６３ａ，６３ｂまでの距離や倍率につきズレが生じている場合に、この歪み補正用画像ＳＴ１、ＳＴ２に基づいて補正するようにしてもよい。同様に、第１の撮像装置４と第２の撮像装置５との間で、レンズ部４１から変位測定点６３ａ，６３ｂに至る角度につきズレが生じている場合に、この歪み補正用画像ＳＴ１、ＳＴ２に基づいて補正するようにしてもよい。

このようにして各種補正がなされた基準画像ＢＡ１と参照画像ＢＡ２を表示制御部５５による制御の下、表示部５８上に表示させると図７に示すように指標６２ａと、指標６２ｂとに描かれている変位測定点６３ａと変位測定点６３ｂとが、輝度の違いとして画面上に現れてくる。このステップＳ１９においては、ＣＰＵ５４による制御の下、これら変位測定点６３ａと変位測定点６３ｂの画像位置を特定する。この画像位置の特定は，上述した変位測定点６３の輝度を抽出することにより実行することになるが、その抽出精度を向上させるべく予め各種画像処理を施すようにしてもよい。なお、この変位測定点６３は、画像上において少なくとも５０〜１００ピクセル程度で構成されていれば、その輝度成分をより正確に抽出することが可能となる。

次に、画像位置が特定された変位測定点６３ａと変位測定点６３ｂ間の距離を、表示部５８における画面上で測定する。この距離測定は、実際に画素単位で実行されることになる。即ち、この変位測定点６３ａ、６３ｂを構成する画素につき、輝度の差を介して特定するとともに、その特定した画素の間隔を識別し、これを実際の距離に換算することになる。このため、各画像を構成する画素数が多いほどより細かいピッチの距離測定が実現可能となる。ちなみに、本発明においては、一枚の画像を８００万画素で表示する場合を想定しているが、さらに細かい画素数で構成してもよいことは勿論である。

ここで測定した基準画像ＢＡ１における変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔をＬ１とし、測定した参照画像ＢＡ２における変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔をＬ２としたとき、プレストレスの導入に伴うＰＣの歪み量Ｌｗは、以下の式（１）で表すことができる。

Ｌｗ＝Ｌ１−Ｌ２ ・・・・・・・・・・・・・（１）

即ち、この（１）式は、プレストレスの導入に伴って縮小された変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔Ｌ１と、かかるプレストレスの開放により拡大された変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔Ｌ２の差分は、このプレストレスの導入に伴うＰＣの歪み量Ｌｗに相当するものといえる。

なお、この計算された歪み量Ｌｗから上記ＰＣ３に導入されているプレストレスを求めることも可能となる。

このように、本発明を適用した応力測定システム１では、導入されたプレストレス方向に沿ってＰＣ３の表面に予め設けられた２以上の変位測定点６２を第１の撮像装置４により撮像して基準画像ＢＡ１を生成し、コアリングしたコンクリート片６５につき、かかる変位測定点６２を撮影範囲に含めて第２の撮像装置５により撮像して参照画像ＢＡ２を生成する。そして、この基準画像ＢＡ１毎に及び上記参照画像ＢＡ２毎にその変位測定点６２の間隔Ｌ１、Ｌ２を計測し、歪み量Ｌｗ（＝Ｌ１−Ｌ２）を求め、さらにこの求めた歪み量Ｌｗに基づいて上記ＰＣ３に導入されているプレストレスを求める。

即ち、本発明を適用した応力測定システム１では、歪ゲージを用いる必要がなくなる。このため、コアリング前後において、歪ゲージのリード線とスイッチボックスとを切り離し、再接続するステップを省略することができ、測定に伴う労力の負担を大幅に軽減させることが可能となり、測定精度そのものを向上させることも可能となる。

また、この応力測定システム１では、スイッチボックスや歪測定器を測定箇所まで運搬する労力が不要となる点においても有効といえ、特に屋外においてこのプレストレスを測定する場合に、かかる労力軽減の効果は著しく増大することになる。

なお、本発明を適用した応力測定システムでは、上述したステップＳ１５において、指標６２ａ，６２ｂにおける変位測定点６３ａ，６３ｂを撮影範囲に含めて撮像した後、例えば図８(a)に示すように、かかる指標６２ａ，６２ｂを除く箇所Ｄにつきコンクリート片６５をコアリングするようにしてもよい。これにより、このコアリングされた箇所Ｄ周辺については、プレストレスによる緊張が開放された状態となっている。そして、図８(b)に示すように、第１の撮像装置４により変位測定点６３ａ,６３ｂを撮影範囲に含めて参照画像の撮像を行う。この撮像においては、上記ステップＳ１５と同一条件で行う。これによっても、プレストレスの開放から指標６２ａ,６２ｂの間隔が変化するため、かかるプレストレスの導入に伴う歪み量を求めることも可能となる。また、レンズ歪補正の工程を省略することができる点においてもより効率化を図ることが可能となる。

なお、上述した実施の形態では、あくまでＰＣ鋼材２２の緊張によりＰＣ３内に導入されたプレストレスをコアリングにより抜き出したコンクリート片６５を参照して測定する場合を例に挙げて説明をした。但し、本発明を適用した応力測定システム１は、かかる構成に限定されるものではなく、以下の図８に示す手順に基づき、ＰＣ３内に導入されたプレストレスを、導入前のＰＣ３の状態と比較することにより測定するようにしてもよい。

先ず、ステップＳ２１において、ＰＣ３において実際に応力を測定する箇所Ｃにつき、状況を確認する。ちなみに、このステップＳ２１では、ＰＣ３全体にプレストレスが負荷される前の段階にある。

次にステップＳ２２へ移行し、ステップＳ２１において特定された応力測定箇所Ｃ上において、ターゲット６１を貼り付ける。

次にステップＳ２３へ移行し、第１の撮像装置４により、このターゲット６１を撮像する。この第１の撮像装置４により撮像されたターゲット６１の画像を、以下、歪補正用画像ＳＴ３という。

次にステップＳ２４へ移行し、応力測定箇所Ｃに貼り付けられているターゲット６１を取り外す。このとき、第１の撮像装置４については、ターゲット６１の撮像時と同一箇所に固定させておくとともに、第１の撮像装置４における各種設定や、焦点距離、倍率等については、特段の変更を行わないものとする。そして、この応力測定箇所Ｃ内において、指標６２ａと、指標６２ｂを互いに異なる箇所に貼り付ける。この指標６２の貼り付け方法は、上述したステップＳ１４の説明を引用することにより、ここでの説明を省略する。

次にステップＳ２５へ移行し、第１の撮像装置４により、これら指標６２ａ，６２ｂにおける変位測定点６３ａ，６３ｂを撮影範囲に含めて撮像する。ちなみに、このステップＳ２５における撮像は、上述したステップＳ２４におけるターゲット６１の撮像と同一条件で行われることになる。このステップＳ２５において第１の撮像装置４により撮像された画像は、あくまでプレストレスが導入される以前の状態にあるＰＣ３の表面を撮像したものであり、以下、参照画像ＢＡ３という。

次に、ステップＳ２６へ移行し、突出させたシース２１の両端を、図示しないジャッキに取付けて緊張することによりＰＣ鋼材２２を緊張する。これにより、ＰＣ３全体にプレストレスを導入する。

次にステップＳ２７へ移行し、ステップＳ２２において使用したターゲット６１を応力測定箇所Ｃに貼り付ける。そして、第２の撮像装置５により、このターゲット６１を撮像する。この第２の撮像装置５により撮像されたターゲット６１の画像を、以下、歪補正用画像ＳＴ４という。

次にステップＳ２８へ移行し、応力測定箇所Ｃに貼り付けられているターゲット６１を取り外す。このとき、第２の撮像装置５における各種設定や、焦点距離等については、特段の変更を行わずにそのままの状態で維持する。次に第２の撮像装置５により、これら指標６２ａ，６２ｂにおける変位測定点６３ａ，６３ｂを撮影範囲に含めて撮像する。ちなみに、このステップＳ２８における撮像は、上述したステップＳ２７におけるターゲット６１の撮像と同一条件で行われることになる。このステップＳ２８において第２の撮像装置５により撮像された画像を、以下、基準画像ＢＡ４という。

次にステップＳ２９へ移行し、撮像された各画像ＳＴ３、ＳＴ４、ＢＡ３、ＢＡ４について解析用コンピュータ７により画像解析を行う。このステップＳ２９における画像解析は、上述したステップＳ１９における画像解析と同様の手順で実行することになる。

ここで、図９に示すように、測定した参照画像ＢＡ３における変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔をＬ３とし、測定した基準画像ＢＡ４における変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔をＬ４としたとき、プレストレスの導入に伴うＰＣの歪み量Ｌｗは、以下の式（２）で表すことができる。
Ｌｗ＝Ｌ４−Ｌ３ ・・・・・・・・・・・・・（２）

即ち、この（２）式は、図１０に示すようにプレストレスの導入に伴って拡大した変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔Ｌ４と、プレストレスの無負荷状態における変位測定点６３ａ、６３ｂの間隔Ｌ３の差分は、プレストレスの導入に伴うＰＣの歪み量Ｌｗに相当するものといえる。この歪み量Ｌｗに基づき、プレストレスの大きさをも同様に求めることが可能となり、上述した効果を同様に奏することになる。また、この基準画像ＢＡ４を任意の時間間隔を置いて撮像することにより、プレストレスの経時的な変化をセンシングすることも可能となる。

なお、本発明を適用した応力測定システム１は、上述した図４、図８に示す手順のみに基づいて実行される場合に限定されるものではない。また、上述した例においては、第１の撮像装置４と第２の撮像装置５とを互いに異なる装置で実行する場合を例に挙げて説明をしたが、係る場合に限定されるものではなく、例えば第１の撮像装置４と第２の撮像装置５とを同一の撮像装置で構成してもよい。さらに、本発明を適用した応力測定システム１では、歪測定用画像ＳＴの生成工程を省略するようにしてもよいことは勿論である。

さらに、上述した実施の形態においては、ＰＣ鋼材２２の緊張によりプレストレスが導入されるＰＣ３の内部応力を測定する場合を例にとり、説明をしたが、これに限定される趣旨ではなく、コンクリートに対していかなる方法でプレストレスが導入されていても、内部応力を同様に測定できることは、勿論である。

本発明を適用した応力測定システムの構成図である。 ＰＣの構成につき説明するための図である。 撮像装置並びに解析用コンピュータのブロック構成図である。 本発明の実施手順を示すフローチャートである。 本発明を適用した応力測定システムによる応力測定方法につき説明するための図である。 本発明を適用した応力測定システムによる応力測定方法につき説明するための他の図である。 ステップＳ１９における画像解析の方法につき説明するための図である。 本発明の実施手順を示す他のフローチャートである。 ステップＳ２９における画像解析の方法につき説明するための図である。 本発明の作用効果につき説明するための図である。 従来におけるコンクリートの内部応力を測定する方法につき説明するための図である。 コアリングにつき説明するための図である。

符号の説明

１ 応力測定システム
３ プレストレストコンクリート（ＰＣ）
４ 第１の撮像装置
５ 第２の撮像装置
７ 解析用コンピュータ
１１ 脚柱
１３ 枠型鉄筋
１４ 鉄筋
２１ シース
２２ ＰＣ鋼材
４０ 駆動部
４１ レンズ部
４２ 撮像部
４３ 増幅部
４４ インターフェース
４６ 操作部
５０ 内部バス
５１ インターフェース
５２ エンコーダ
５３ メモリ
５４ ＣＰＵ
５５ 表示制御部
５６ 操作部
５７ サーバ
５８ 表示部
６２ 変位測定点
６９ コンクリート

Claims (9)

1. プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定システムにおいて、
   上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する第１の撮像手段と、
   上記第１の撮像手段による撮像後に上記各変位測定点が設けられた表面を含むようにして切り出された上記コンクリートの一部について、当該各変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する第２の撮像手段と、
   上記第１の撮像手段により生成された基準画像と、上記第２の撮像手段により生成された参照画像とを取得するとともにこれらを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析手段と、
   上記画像解析手段により特定された各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測手段と、
   上記計測手段により計測された上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出手段とを備えること
   を特徴とするコンクリートの応力測定システム。
2. 上記第１の撮像手段並びに上記第２の撮像手段は、上記各撮像を実行する前に、上記各変位測定点が設けられた表面上に取り付けられた規則的なパターンからなるターゲットを撮像することにより補正用画像をそれぞれ生成し、
   上記画像解析手段は、上記生成された補正用画像に基づいて撮像時に生じるレンズ歪み要因を示す歪曲収差パラメータを推定し、推定した歪曲収差パラメータに応じて上記第１の撮像手段により生成された基準画像及び上記第２の撮像手段により生成された参照画像の各レンズ歪みを除去しつつ、上記各変位測定点の画像位置を特定すること
   を特徴とする請求項１記載のコンクリートの応力測定システム。
3. プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定システムにおいて、
   上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成し、上記撮像後に上記各変位測定点が設けられた表面を除くようにして上記コンクリートの一部が切り出された後、当該変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する撮像手段と、
   上記撮像手段により生成された基準画像と参照画像とを取得するとともにこれらを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析手段と、
   上記画像解析手段により特定された各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測手段と、
   上記計測手段により計測された上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出手段とを備えること
   を特徴とするコンクリートの応力測定システム。
4. プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定システムにおいて、
   上記プレストレス導入前において、上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成し、次に上記プレストレス導入後において上記２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する撮像手段と、
   上記撮像手段により生成された参照画像と基準画像とを取得するとともにこれらを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析手段と、
   上記画像解析手段により特定された各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測手段と、
   上記計測手段により計測された上記基準画像の変位測定点の間隔に対する上記参照画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出手段とを備えること
   を特徴とするコンクリートの応力測定システム。
5. 上記撮像手段は、上記２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて任意の時間間隔をおいて継続的に撮像すること
   を特徴とする請求項４記載のコンクリートの応力測定システム。
6. 上記撮像手段は、上記各撮像を実行する前に、上記各変位測定点が設けられた表面上に取り付けられた規則的なパターンからなるターゲットを撮像することにより補正用画像をそれぞれ生成し、
   上記画像解析手段は、上記生成された補正用画像に基づいて撮像時に生じるレンズ歪み要因を示す歪曲収差パラメータを推定し、推定した歪曲収差パラメータに応じて上記第１の撮像手段により生成された基準画像及び上記第２の撮像手段により生成された参照画像の各レンズ歪みを除去しつつ、上記各変位測定点の画像位置を特定すること
   を特徴とする請求項３記載のコンクリートの応力測定システム。
7. プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定方法において、
   上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する第１の撮像ステップと、
   上記各変位測定点が設けられた表面を含むようにして上記コンクリートの一部を切り出す切削ステップと、
   上記切削ステップにおいて切り出した上記コンクリートの一部について、当該各変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する第２の撮像ステップと、
   上記第１の撮像ステップにおいて生成した基準画像と、上記第２の撮像ステップにおいて生成した参照画像とを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析ステップと、
   上記画像解析ステップにおいて特定した各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測ステップと、
   上記計測ステップにおいて計測した上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出ステップとを有すること
   を特徴とするコンクリートの応力測定方法。
8. プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定方法において、
   上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成し、上記撮像後に上記各変位測定点が設けられた表面を除くようにして上記コンクリートの一部が切り出された後、当該変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する撮像ステップと、
   上記撮像ステップにおいて生成した基準画像と参照画像とを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析ステップと、
   上記画像解析ステップにおいて特定した各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測ステップと、
   上記計測ステップにおいて計測した上記参照画像の変位測定点の間隔に対する上記基準画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出ステップとを有すること
   を特徴とするコンクリートの応力測定方法。
9. プレストレスが導入されるコンクリートの応力測定方法において、
   上記プレストレス導入前において、上記コンクリートの表面に予め設けられた２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより参照画像を生成する第１の撮像ステップと、
   上記プレストレス導入後において上記２以上の変位測定点を撮影範囲に含めて撮像することにより基準画像を生成する第２の撮像ステップと、
   上記第１の撮像ステップにおいて生成した参照画像と、上記第２の撮像ステップにおいて生成した基準画像とを画像処理することにより、上記各画像に写し出された各変位測定点の画像位置を特定する画像解析ステップと、
   上記画像解析ステップにおいて特定した各変位測定点の画像位置に基づき、上記基準画像毎に及び上記参照画像毎にその変位測定点の間隔を計測する計測ステップと、
   上記計測ステップにおいて計測した上記基準画像の変位測定点の間隔に対する上記参照画像の変位測定点の間隔における差分を上記プレストレスの導入に伴うコンクリートの歪み量とし、この歪み量に基づいて上記コンクリートに導入されているプレストレスを求める応力算出ステップとを有すること
   を特徴とするコンクリートの応力測定方法。

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