JP2007024622A - 免震構造物の水平変位計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 免震層の水平二方向の変位を高い精度で計測することができる簡便な計測装置を提供する。
【解決手段】 水平変位計測装置１は、下部構造物３に固定された第一支持部１３に軸支され、第一支持部１３を中心として水平面内で回動するロッド１１と、上部構造物２に固定された第二支持部１４に軸支され、ロッド１１上をロッド軸方向に可動する可動部１２とからなる計測治具から構成されており、可動部１２に内蔵されたポテンショメータとロータリーエンコーダを用いて、ロッド１１の回動角θと可動部１２のロッド軸方向変位Ｌを計測する。ロッド１１の回動角θと可動部１２のロッド軸方向変位Ｌが計測されれば、免震層Ｓの水平変位Ｘ、Ｙは、Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ、Ｙ＝Ｌ・ｓｉｎθとして一意に求めることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、上部構造物と下部構造物の間に免震装置が介装されてなる免震構造物における、下部構造物に対する上部構造物の相対水平変位を計測する計測装置に関する。

地震等の外乱が作用する構造物の応答性状や性能劣化に関する情報を取得するため、構造物各部位の変形を計測して記録したいというニーズがある。とりわけ免震装置が設置された免震構造物は、地震時に免震層が大きく水平変形することによって地震入力加速度を低減する構造であるため、免震層の水平変形を測定・記録することは当該構造物の応答性状を把握し、免震装置の性能を確認するうえで非常に重要である。
このような要求に応えるため、従来、筆記具などを利用した簡易的な記録装置が用いられてきた。例えば、特許文献１では、下部構造体を構成する基礎に設けられた観測記録台に防湿処理が施された感圧式の記録用紙を取り付け、上部構造体を構成する梁に設けられたペン状部材の先端を取付装置の弾発ばねにより感圧記録に必要な圧力にて記録用紙に押し付けるようにし、地震時に梁の基礎に対する相対水平運動の様子を記録用紙に感圧記録できるようにした発明が開示されている。
特開２００２−１６８９６２号公報

しかしながら、上記の方法はあくまでも簡易的なものであり、変形の方向と最大値程度の情報しか得ることができない。詳細なデータを得るためには、ロッドやワイヤー等を利用した接触式の変位センサもしくはレーザー等を利用した非接触式の変位センサを計測治具と組み合わせた計測装置を用いて計測を行う必要がある。しかし、免震層は通常、水平二方向に変形し、最大水平変位は数十センチ程度となるため、変位センサを水平二方向にそれぞれ設置し、それぞれの変位センサに対して大掛りなターゲット（不動点）を設置しなければならない。その結果、計測装置が大掛りとなるうえ、コストが掛かるという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、免震層の水平二方向の変位を高い精度で計測することができる簡便な計測装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、上部構造物と下部構造物の間に免震装置が介装されてなる免震構造物における、下部構造物に対する上部構造物の相対水平変位を計測する計測装置であって、前記上部構造物または前記下部構造物の一方に設置された第一支持部に軸支されて水平面内で回動するロッドと、前記上部構造物または前記下部構造物の他方に設置された第二支持部に軸支され、前記ロッド上をロッド軸方向に可動する可動部とからなる計測治具と、前記ロッドの回動角を計測する回動角計測手段と、前記可動部のロッド軸方向変位を計測する軸方向変位計測手段とを備えることを特徴とする。

下部構造物に対して上部構造物が水平方向に移動すると、ロッドが第一支持部を中心として水平面内で回動するとともに、可動部はロッド上をロッド軸方向に可動する。この際のロッドの回動角θと可動部のロッド軸方向変位Ｌが計測されれば、免震層の水平変位（下部構造物に対する上部構造物の相対水平変位）Ｘ、Ｙは、Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ、Ｙ＝Ｌ・ｓｉｎθとして一意に求めることができる。
本発明では、上部構造物または下部構造物の一方に設置された第一支持部に軸支されて水平面内で回動するロッドと、上部構造物または下部構造物の他方に設置された第二支持部に軸支され、ロッド上をロッド軸方向に可動する可動部とからなる簡便な計測治具を用い、回動角計測手段によりロッドの回動角θを計測するとともに、軸方向変位計測手段により可動部のロッド軸方向変位Ｌを計測することにより、免震層の水平二方向の変位Ｘ、Ｙを高い精度で計測することができる。

また、本発明では、前記回動角計測手段にポテンショメータを用い、前記軸方向変位計測手段にロータリーエンコーダを用いてもよい。
ロッドの回動角は、ロッドまたは可動部を軸支する部位に設置したポテンショメータにより計測し、可動部のロッド軸方向変位は、可動部の直線運動を回転運動に変換する機構を設け、回転運動する部位に設置したロータリーエンコーダにより計測する。

本発明に係る免震構造物の水平変位計測装置によれば、上部構造物または下部構造物の一方に設置された第一支持部に軸支されて水平面内で回動するロッドと、上部構造物または下部構造物の他方に設置された第二支持部に軸支され、ロッド上をロッド軸方向に可動する可動部とからなる簡便な計測治具を用い、回動角計測手段によりロッドの回動角を計測するとともに、軸方向変位計測手段により可動部のロッド軸方向変位を計測することにより、免震層の水平二方向の変位を高い精度で計測することができる。

以下、本発明に係る免震構造物の水平変位計測装置の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に、本発明に係る水平変位計測装置を示す。
免震装置４が設置されている階を免震層Ｓと称し、水平変位計測装置１は免震層Ｓに設置される。水平方向の免震を対象とし、図１に示した積層ゴムに限らず、ローラー支承や滑り支承など他の水平方向免震装置でもよい。
水平変位計測装置１は、下部構造物３に固定された第一支持部１３に軸支され、第一支持部１３を中心として水平面内で回動するロッド１１と、上部構造物２に固定された第二支持部１４に軸支され、ロッド１１上をロッド軸方向に可動する可動部１２とからなる計測治具から構成されており、可動部１２に内蔵されたポテンショメータとロータリーエンコーダを用いて、ロッド１１の回動角θと可動部１２のロッド軸方向変位Ｌを計測する。

下部構造物３に対して上部構造物２が水平方向に移動すると、ロッド１１が第一支持部１３を中心として水平面内で回動するとともに、可動部１２はロッド１１上をロッド軸方向に可動する。この際のロッド１１の回動角θと可動部１２のロッド軸方向変位Ｌが計測されれば、免震層Ｓの水平変位（下部構造物３に対する上部構造物２の相対水平変位）Ｘ、Ｙは、ロッド１１の回動角θと可動部１２のロッド軸方向変位Ｌから、Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ、Ｙ＝Ｌ・ｓｉｎθとして一意に求めることができる。

図２は、ロッド１１が軸支されている基端部１１ａの軌跡Ｔを示したものである。例えば、基端部１１ａが図２のように、左回りに円を描く場合、ロッド１１の回動角θおよび可動部１２のロッド軸方向変位Ｌは図３のような時刻歴を描く。

図４は、水平変位計測装置１の詳細を示したものである。
可動部１２は箱状のハウジング１８からなり、ロッド１１がハウジング１８を貫通している。ハウジング１８の両端面には、それぞれ軸受け１８ａ、１８ａが装着されており、ロッド１１は軸受け１８ａ、１８ａで支持され、ハウジング１８はロッド１１に沿って摺動することができる。
ハウジング１８内には、ロッド１１と摺接するプーリー１７が内蔵されており、ハウジング１８がロッド１１に沿って摺動する（即ち、ロッド軸方向変位Ｌが生じる。）と、プーリー１７が回転するようになっている。プーリー１７には、プーリー１７と回転軸を同じくするロータリーエンコーダ１６が装着されており、ロータリーエンコーダ１６によりプーリー１７の回転数を検出し、プーリー１７の回転数からロッド軸方向変位Ｌが算出される。
なお、プーリー１７の回転数が少ない場合は、ロータリーエンコーダに代えてポテンショメータを使用してもよい。

また、ハウジング１８内には、ポテンショメータ１５が内蔵されており、ポテンショメータ１５の軸部１５ａは第二支持部１４に固定されている。ロッド１１が水平面内で回動すると、ポテンショメータ１５が軸部１５ａを中心として回動し、ロッド１１の回動角θが計測される。

なお、ロッド１１と第一支持部１３との接合部は自在ジョイント１９になっている。そのため、上部構造物２がロッキングしても、ロッド１１が鉛直面内で回動し、水平変位計測装置１が損傷することはない。

本実施形態による免震構造物の水平変位計測装置１では、下部構造物３に固定された第一支持部１３に軸支されて水平面内で回動するロッド１１と、上部構造物２に固定された第二支持部１４に軸支され、ロッド１１上をロッド軸方向に可動する可動部１２とからなる簡便な計測治具を用いて、ポテンショメータ１５によりロッド１１の回動角θを計測するとともに、ロータリーエンコーダ１６により可動部１２のロッド軸方向変位Ｌを計測することにより、免震層の水平二方向の変位Ｘ、Ｙを高い精度で計測することができる。

以上、本発明に係る免震構造物の水平変位計測装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、ポテンショメータを可動部に内蔵したが、第一支持部の軸部に設置してもよい。また、ロッドの直線運動を回転運動に変換する機構は、プーリーではなく、ラック＆ピニオンなど他の機構でもよいことは言うまでもない。要は、本発明において所期の機能が得られればよいのである。

本発明に係る水平変位計測装置を示し、（ａ）はその立面図、（ｂ）は平面図である。 ロッド基端部の軌跡を示した図である。 ロッドの軸方向変形量Ｌとロッドの回転角θの時刻歴変化を示した図である。 水平変位計測装置の詳細を示し、（ａ）はその立断面図、（ｂ）は平断面図である。

符号の説明

１ 水平変位計測装置
２ 上部構造物
３ 下部構造物
４ 免震装置
１１ ロッド
１２ 可動部
１３ 第一支持部
１４ 第二支持部
１５ ポテンショメータ
１６ ロータリーエンコーダ
１７ プーリー
１８ ハウジング
１９ 自在ジョイント
Ｓ 免震層

Claims (2)

1. 上部構造物と下部構造物の間に免震装置が介装されてなる免震構造物における、下部構造物に対する上部構造物の相対水平変位を計測する計測装置であって、
   前記上部構造物または前記下部構造物の一方に設置された第一支持部に軸支されて水平面内で回動するロッドと、前記上部構造物または前記下部構造物の他方に設置された第二支持部に軸支され、前記ロッド上をロッド軸方向に可動する可動部とからなる計測治具と、
   前記ロッドの回動角を計測する回動角計測手段と、前記可動部のロッド軸方向変位を計測する軸方向変位計測手段とを備えることを特徴とする免震構造物の水平変位計測装置。
2. 前記回動角計測手段がポテンショメータからなり、前記軸方向変位計測手段がロータリーエンコーダからなることを特徴とする請求項１に記載の免震構造物の水平変位計測装置。

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