JP2007155475A - 緊張材の緊張力検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】既設の緊張材に作用している緊張力を容易に且つ安価に検出することができる緊張材の緊張力検出方法を提供すること。
【解決手段】地中に埋設されたグランドアンカー（緊張材）１の露出部分に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、測定された磁歪値に基づいてグランドアンカー１に作用している緊張力を検出するものであって、一定の現場ごとに設定する所定数のグランドアンカー１（サンプルアンカーＳＰ）に対して、様々な荷重レベルの緊張力を付与させると同時に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、緊張力と測定された磁歪値との相関関係を示す近似式を求めた後、この現場の他のグランドアンカー１（調査対象アンカーＴＡ）に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、測定された磁歪値を近似式に代入して、調査対象アンカーＴＡに作用している緊張力を求める。
【選択図】図２

Description

本発明は、緊張材に磁歪センサを押し当てて行なった磁歪測定の結果に基づいてこの緊張材に作用している緊張力を検出する緊張材の緊張力検出方法に関するものである。

従来から、緊張材の緊張力を検出するにはロードセルを用いて計測することが最も標準的ではあったが、ロードセルをすべての緊張材に設置するには膨大な費用が必要となるために、全体の数％に設置することが一般的となっている。

しかし、緊張材設置後にロードセル計測値に変化が生じた場合や、緊張材の緊張力低下が懸念される場合等には、ロードセル未設置の緊張材についても緊張力を測定し、すべての緊張材に作用している緊張力を把握する必要がある。

特に、昭和年代以前に設置された緊張材については、現行の製品規格から見るといわゆる仮設アンカーに相当する規格であり、経年とともに、また、地盤を含めた設置環境により、素線が腐食により破断する恐れのあることが指摘されている。

したがって、この昭和年代以前設置の緊張材については、一定以上の経過年とともに、全数の緊張力を計測して、緊張材全体の健全性を評価するとともに、以後は一定の頻度で全数管理していくことが望ましい。

そこで、現状では、ロードセル未設置の緊張材については、ジャッキを用いたリフトオフ試験を実施して緊張力を測定している。

また、あらかじめ緊張材と同質の試験片によって緊張力と磁歪値との相関関係を求めておき、実際に設置されている緊張材に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行なってから、測定された磁歪値を試験片において求めた緊張力と磁歪値との相関関係と比較し、緊張材に作用している緊張力を推定する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−１７３９３５号公報

しかしながら、上述のリフトオフ試験によって緊張力を測定する方法では、装置等が大掛かりなものとなって手間及び費用がかかるため、すべての緊張材に対して試験を行なうことは現実的ではないという問題があった。

また、試験片によって求めた緊張力と磁歪値との相関関係と、測定された磁歪値とを比較して緊張力を推定する方法では、磁歪感度を向上させて正確な緊張力を求めるために、組織の異方性や残留応力の影響をあらかじめ低減する処理を行なった所定の定着部材等を用いて緊張材を設置し、この所定の定着部材を測定対象とする必要があった。

そのため、緊張材設置当初から所定の定着部材が必要となり、すでに設置されている既設の緊張材には適用することが困難であるという問題があった。

そこで、この発明は、すでに設置されている既設の緊張材に作用している緊張力を容易に且つ安価に検出することができる緊張材の緊張力検出方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、地中に埋設された緊張材の露出部分に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、測定された磁歪値に基づいて前記緊張材に作用している緊張力を検出する緊張材の緊張力検出方法であって、一定の現場ごとに設定する所定数の緊張材に対して、様々な荷重レベルの緊張力を付与させると同時に前記磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、緊張力と測定された磁歪値との相関関係を示す近似式を求めた後、この現場の他の緊張材に前記磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、測定された磁歪値を前記近似式に代入して、他の緊張材に作用している緊張力を求めることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の緊張材の緊張力検出方法において、前記緊張材の中心軸を挟んで対称に離間する複数の測定点に押し当てて磁歪測定を行い、各測定点において測定された測定値を平均して磁歪値を求めることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の緊張材の緊張力検出方法において、前記近似式は、最小自乗法により求められることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、あらかじめ設定された所定数の緊張材に対して様々な荷重レベルの緊張力を付与すると同時に行なう磁歪測定の測定結果に基づいて緊張力と磁歪値との相関関係を示す近似式を求めるので、他の緊張材については磁歪測定を行って得られた結果を、上記相関関係を示す近似式に代入すればよい。

これにより、すでに設置された既設の緊張材そのままの状態において磁歪測定を行うことで、この既設の緊張材の緊張力を検出することが可能となり、緊張力を容易に且つ安価に求めることができる。

また、一定の現場に実際に設置されている緊張材の一部を用いて緊張力と磁歪値との相関関係を示す近似式を求めるので、所定数の緊張材のそれぞれについて得られた所定数の緊張力と磁歪値との相関関係を示す結果を統計的に処理することで、この現場にある個々の緊張材が持っている組織の異方性や残留応力、緊張材の偏芯等による測定磁歪値のバラツキについて把握することができる。

つまり、近似式を求める際に統計的に処理することで、この近似式に含まれる誤差の程度を把握することが可能となる。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加えて、緊張材の偏芯や、測定位置の違いによる測定磁歪値のバラツキ等によって生じる誤差を排除することができ、磁歪値の測定精度を向上させることが可能となる。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２の効果に加えて、近似式を求める際に、より実際に近い高精度の近似式を容易に求めることが可能となる。

次に、本発明に関わる緊張材の緊張力検出方法を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１において、１は地盤崩落防止用構造物２を地盤３に定着させるために施工されるグランドアンカー（緊張材）である。

このグランドアンカー１は、長尺物であって構造物２を貫通する緊張体５と、この緊張体５の上端部に定着することで緊張体５に緊張力を付与する定着部材であるナット８と、ナット８と構造物２との間に配置されてナット８の定着力を受け止めるアンカープレート７とを有している。

そして、このグランドアンカー１は、地盤３にアンカー孔４を掘削する工程、アンカー孔４に緊張体５を挿入する工程、アンカー孔４に定着材６を注入して緊張体５の下端部を地中に定着させる工程、緊張体５の上端部にアンカープレート７を介してナット８を仮装着する工程、緊張体５に図示しない油圧ジャッキを用いて緊張力を付与する工程、ナット８を締め付けて緊張体５を固定する工程等を経て施工されている。

そして、緊張体５に付与された緊張力は、ナット８及びアンカープレート７を介して構造物２に押圧力として作用し、この押圧力によって構造物２が地盤３に定着するようになっている。

ここで、緊張体５は、複数のケーブルをよって形成されたＰＣ鋼より線や、棒状の軸材によって形成された緊張部９と、この緊張部９の一端に一体的に連結される定着部材１０と、緊張部９の他端に一体的に連結されるネジ状のマンション部１１とを有している。そして、この緊張体５の大部分は地盤３に埋設されており、マンション部１１の端部が地盤３から露出している。

そして、マンション部１１の露出した部分がアンカープレート７の挿入孔７ａに挿入され、アンカープレート７が構造物２に載置されるようになっている。また、アンカープレート７から突出したマンション部１１にナット８が螺着されている。

このとき、アンカープレート７には、図２（ａ）に示すように、緊張体５の下端部側に向かって引きこまれる方向の応力が作用する。つまり、アンカープレート７には、図２（ｂ）に矢印で示す挿入孔７ａの中心に向う方向、放射方向を主応力方向とする引張応力が作用する。

このとき、アンカープレート７に作用する引張応力の大きさは、緊張体５の緊張力の大きさに比例する。

また、ナット８には、マンション部１１に形成されたネジ山からナット８のネジ溝に伝達される緊張体５の緊張力と、アンカープレート７からの反力とが作用する。つまり、ナット８には、図２（ａ）に矢印で示す緊張体５の軸方向（上下方向）を主応力方向とする圧縮応力が作用する。

このとき、ナット８に作用する圧縮応力の大きさは、緊張体５の緊張力の大きさに比例する。

また、ナット８に伝達される緊張力は、マンション部１２のネジ山を介するせん断力として伝達されるので、ナット８の高さ方向の位置によって伝達される緊張力の大きさが異なることとなる。この緊張力は、ナット８の下端（アンカープレート７側）で最大となり、上端で最小（ゼロ）となる。

そして、本発明の実施の形態において磁歪測定における測定対象は、上記アンカープレート７又はナット８である。

アンカープレート７の測定面は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ナット８の側面８ａから所定距離離間した上面７ｂであり、測定位置は、平面視六角形に形成されたナット８の側面８ａの平坦部分に対向して位置する６点（Ｓ１〜Ｓ６）である。ここで、各測定点Ｓ１〜Ｓ６は、緊張体５の中心軸Ｏを挟んで対称に離間している。

そして、各測定点Ｓ１〜Ｓ６において測定された測定値を平均することで、アンカープレート７における磁歪測定の結果とする。これにより、緊張体５の中心軸Ｏの位置ズレやアンカープレート７に作用している引張主応力のバラツキ等による誤差を抑制することができる。

なお、アンカープレート７の磁歪測定を行う際に、磁歪センサは、このアンカープレート７に作用する引張応力を測定するように押し当てられる。

一方、ナット８の測定面は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように側面８ａであり、測定位置は、平面視六角形に形成されたナット８の側面８ａの平坦部分のほぼ中央（側方方向はほぼ中央であって、高さ方向はアンカープレート７から一定の同一高さ）に位置する６点（Ｓ７〜Ｓ１２）である。ここで、各測定点Ｓ７〜Ｓ１２は、緊張体５の中心軸Ｏを挟んで対称に離間している。

そして、各測定点Ｓ７〜Ｓ１２において測定された測定値を平均することで、ナット８における磁歪測定の結果とする。これにより、緊張体５の中心軸Ｏの位置ズレや測定に伴うバラツキ等による誤差を抑制することができる。

なお、ナット８の磁歪測定を行う際に、磁歪センサは、このナット８に作用する圧縮主応力を測定するように押し当てられる。

次に、この発明の緊張材の緊張力検出方法について説明する。

すでに設置された既設の緊張材であるグランドアンカー１に作用している緊張力を測定するには、まず、一定の現場に設置されている多数のグランドアンカー１の中から、所定数のグランドアンカー１を選択する。以下、この選択されたグランドアンカー１をサンプルアンカーＳＰという。

ここで「一定の現場」とは、グランドアンカー１に使用されている緊張体５、アンカープレート７、ナット８等がほぼ同一の製造条件によって製造されたグランドアンカー１の集団を示す。

また、「所定数」とは、例えば、一定の現場に設置されているグランドアンカー１の全数量に関わらず任意に設定した一定数であってもよいし、グランドアンカー１の全数量の所定割合（例えば５％程度）等であってもよい。なお、作業性や精度を勘案すると最低５本、最高１０本程度が望ましい。

次に、所定数のサンプルアンカーＳＰに対して、それぞれ所定の荷重レベルの緊張力を付与させると同時に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行う。

サンプルアンカーＳＰに緊張力を付与するには、まず、図示しない油圧ジャッキ等をマンション部１１に接続する。そして、油圧ジャッキ等で緊張体５を所定の緊張力で引っ張った後にナット８をマンション部１１に螺合させる。これにより、サンプルアンカーＳＰは、所定の荷重レベルの緊張力が付与された状態（緊張定着状態）となる。

そして、この緊張定着状態で、アンカープレート７及びナット８の図３に示す測定点Ｓ１〜Ｓ１２において磁歪測定を行なう。なお、この磁歪測定方法については周知であるので詳細な説明は省略する。

各測定点において測定された磁歪値は、アンカープレート７についてはＳ１〜Ｓ６で得られた磁歪値を平均することで求める。なお、残留応力等の影響によっては、測定された磁歪値の一部を棄却する場合もある。

また、ナット８についてはＳ７〜Ｓ１２で得られた磁歪値を平均することで求める。なお、残留応力等の影響によっては、測定された磁歪値の一部を棄却する場合もある。

このように、複数の測定点において得られた結果を平均することで、緊張体５の偏芯やアンカープレート７に作用する反力のバラツキ等によって生じる誤差を排除し、測定された磁歪値の精度を向上させることができる。

そして、これにより所定の荷重レベルの緊張力が作用しているとき（所定の荷重レベルの緊張定着状態のとき）のアンカープレート７及びナット８それぞれにおける所定の緊張力と磁歪値との関係が求められる。

次に、サンプルアンカーＳＰに付与する緊張力の荷重レベルを上述の場合とは変更し、変更された荷重レベルの緊張力が付与された状態で、再びアンカープレート７及びナット８の磁歪測定を行なう。

そして、上述と同様の手順により、上述とは異なる荷重レベルの緊張力が作用しているとき（上述とは異なる荷重レベルの緊張定着状態のとき）のアンカープレート７及びナット８それぞれにおける所定の緊張力と磁歪値との関係を求める。

以上を、複数段階の荷重レベルの緊張力を作用させて繰り返し、アンカープレート７及びナット８それぞれにおける緊張力と磁歪値との関係を求める。

さらに、所定数のサンプルアンカーＳＰのすべてに対して、様々な荷重レベルの緊張力を付与させると同時にアンカープレート７及びナット８に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行なう。

そして、これらの結果を図４に示すような緊張力と磁歪値との散布図にプロットし、緊張力と磁歪値との相関関係を示す近似式を統計的に求める。

ここで、求められる近似式は、アンカープレート７及びナット８それぞれについて異なる近似式となる。つまり、アンカープレート７を測定対象とする近似式とナット８を測定対象とする近似式が求められることとなる。

この近似式は、例えば、式（１）となる。なお、式（１）においてｘは、磁歪値を示す。ここで、Ｋ_１、Ｋ_２、Ｃ、Ｄはそれぞれ定数である。

緊張力 ＝ Ｋ_１ｘ^２−Ｋ_２ｘ＋Ｃ（±Ｄ） ・・・（１）
また、この近似式から求められる緊張力と磁歪値との相関関係を示すグラフは、図４に示すようになる。

図４中、実線で示すラインＡが最小自乗法によって得られた近似式を示しており、実線Ａよりも上方に位置する一点鎖線で示すラインＢが例えば９０％信頼範囲上限を示しており、実線Ａよりも下方に位置する一点鎖線で示すラインＣが例えば９０％信頼範囲下限を示している。

このように、一定の現場に実際に設置されているグランドアンカー１をサンプルとして選び出し、この選び出されたアンプルアンカーＳＰにおいて得られた緊張力と磁歪値との相関関係を統計的に処理することで近似式を求めている。

これにより、アンカープレート７等の組織の異方性や残留応力等によるバラツキの程度もあわせて把握可能な近似式を求めることができる。

続いて、サンプルアンカーＳＰ以外の他のグランドアンカー１に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行う。以下、このサンプルアンカーＳＰ以外の他のグランドアンカー１を調査対象アンカーＴＡという。

調査対象アンカーＴＡの磁歪測定は、上述のサンプルアンカーＳＰの場合と同様に実施する。

ここで、この調査対象アンカーＴＡにおける磁歪値も、アンカープレート７については測定点Ｓ１〜Ｓ６において測定された測定磁歪値の平均とし、ナット８については測定点Ｓ７〜Ｓ１２において測定された測定磁歪値の平均とする。

これにより、緊張体５の偏芯やアンカープレート７の測定に伴うバラツキ等によって生じる誤差を排除し、測定された磁歪値の精度を向上させることができる。

そして、調査対象アンカーＴＡにおいて測定された磁歪値を上記近似式に代入し、この調査対象アンカーＴＡに作用している緊張力を算出する。

なお、緊張力を算出する際に代入する近似式は、アンカープレート７を測定対象とした近似式であっても、ナット８を測定対象とした近似式であってもよい。サンプルアンカーＳＰにおいて求めた緊張力と磁歪値との相関関係のバラツキが小さい（少ない）方の近似式を使用することが望ましい。

また、アンカープレート７を測定対象とした近似式を使用する場合には、調査対象アンカーＴＡにおける測定対象をアンカープレート７とし、ナット８を測定対象とした近似式を使用する場合には、調査対象アンカーＴＡにおける測定対象をナット８とする。

このように、一定の現場ごとに設定する所定数のサンプルアンカーＳＰに対して、様々な荷重レベルの緊張力を付与させると同時に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、緊張力と測定された磁歪値との相関関係を示す近似式を求める。その後、この現場における調査対象アンカーＴＡに対して磁歪測定を行い、調査対象アンカーＴＡにおいて測定された磁歪値をあらかじめ求めた近似式に代入し、調査対象アンカーＴＡに作用している緊張力を求める。

これにより、すでに設置された既設の緊張材である調査対象アンカーＴＡにおいて行なった磁歪測定の結果を、サンプルアンカーＳＰにおいて行なった磁歪測定の測定磁歪値に基づいて求めた近似式に代入すれば、この調査対象アンカーＴＡの緊張力を検出することが可能となる。

そのため、調査対象アンカーＴＡそのままの状態において磁歪測定を行うことで、この調査対象アンカーＴＡに作用している緊張力を容易に且つ安価に求めることができる。

また、一定の現場に実際に設置されている緊張材の一部であるサンプルアンカーＳＰを用いて緊張力と磁歪値との相関関係を示す近似式を求めるので、所定数のサンプルアンカーＳＰのそれぞれについて得られた所定数の緊張力と磁歪値との相関関係を示す結果を統計的に処理することで、この現場にある個々のグランドアンカー１が持っている組織の異方性や残留応力等による測定磁歪値のバラツキについて把握することができる。

つまり、近似式を求める際に統計的に処理することで、この近似式に含まれる誤差の程度を把握することが可能となる。

また、上述のグランドアンカー１の緊張力検出方法では、磁歪センサを、緊張体５の中心軸Ｏを挟んで対称に離間する複数の測定点Ｓ１〜Ｓ６及びＳ７〜Ｓ１２に押し当てて磁歪測定を行い、各測定点において測定された測定値を平均して磁歪値を求めている。

これにより、緊張体５の偏芯や、磁歪センサを押し当てる測定位置のズレによる緊張力のバラツキ等によって生じる測定磁歪値の誤差を排除することができ、磁歪値の測定精度を向上させることが可能となる。

そして、上述のグランドアンカー１の緊張力検出方法では、緊張力と磁歪値との相関関係を求める近似式を、最小自乗法によって求めている。

これにより、近似式を求める際に、より実際に近い高精度の近似式を容易に求めることが可能となる。なお、上述の実施の形態では、２次式を用いた近似式となっているがこれに限らず、３次式や４次式等任意に設定してよい。

以上、この発明にかかる実施の形態を図面により詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施の形態に限らない。この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等はこの発明に含まれる。

例えば、上述の実施の形態では、磁歪センサを複数の測定点Ｓ１〜Ｓ１２に押し当てて磁歪測定を行っているが、測定点の数や位置は上述のものに限られず、精度や作業性等を考慮して適宜変更することが可能である。

また、磁歪センサは、アンカープレート７やナット８に作用する主応力方向を測定するように押し当てても、この主応力が作用する方向と直交する方向に作用する応力を測定するように押し当ててもいずれの場合であってもよい。

さらに、上述の実施の形態では、緊張材がナット８を締め付けることで緊張力を付与するものであるが、これに限らず、クサビを定着部材と緊張体との間に挟みこんで緊張体を固定し、緊張力を付与するクサビ定着方式のものであってもよい。

この場合であっても、アンカープレートについては、上述の方法に準じて緊張力と磁歪値との相関関係を求めることができる。

また、この場合の定着部材は、ナット８に代わってアンカーディスクとなり、このアンカーディスクを測定対象として緊張力と磁歪値との相関関係を求めるようにすればよい。

グランドアンカーの全体構成を示す説明図である。 （ａ）はグランドアンカーの露出した部分を示す説明図及び作用する応力の概要を示した断面図であり、（ｂ）はグランドアンカーの露出した部分を示す説明図及び作用する応力の概要を示した平面図である。 （ａ）はアンカープレート及びナットの測定点を示す平面図であり、（ｂ）はアンカープレート及びナットの測定点を示す斜視図である。 緊張力と磁歪センサの出力値との相関関係の一例を示すグラフである。

符号の説明

１ グランドアンカー（緊張材）

Claims (3)

1. 地中に埋設された緊張材の露出部分に磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、測定された磁歪値に基づいて前記緊張材に作用している緊張力を検出する緊張材の緊張力検出方法であって、
   一定の現場ごとに設定する所定数の緊張材に対して、様々な荷重レベルの緊張力を付与させると同時に前記磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、緊張力と測定された磁歪値との相関関係を示す近似式を求めた後、
   この現場の他の緊張材に前記磁歪センサを押し当てて磁歪測定を行い、測定された磁歪値を前記近似式に代入して、他の緊張材に作用している緊張力を求めることを特徴とする緊張材の緊張力検出方法。
2. 前記緊張材の中心軸を挟んで対称に離間する複数の測定点に押し当てて磁歪測定を行い、各測定点において測定された測定値を平均して磁歪値を求めることを特徴とする請求項１に記載の緊張材の緊張力検出方法。
3. 前記近似式は、最小自乗法により求められることを特徴とする請求項１又は２に記載の緊張材の緊張力検出方法。

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