JP2008051637A - Method for measuring bending stress of fixed structure, recording medium, and computer - Google Patents

Method for measuring bending stress of fixed structure, recording medium, and computer Download PDF

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  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bending stress measuring method which is simple and is capable of exactly measuring even a local stress, and a recording medium recorded with a program for performing the method, and a computer for performing the method. <P>SOLUTION: A separation distance from the surface of a fixed structure up to the position of a neutral axis is calculated (S2); by adding this value to an actually measured distance value acquired by an actually distance measuring process (S1), the length of the neutral axis is calculated by the use of an angle looked from a measurement reference position or the distance value of a measurement interval (S3); an initial position of the neutral axis in a state that external force does not act is calculated from a position corresponding to the total sum value of length values of the neutral axis and the magnitude of an initial curvature, to find a displacement quantity (S5); a variation in the curvature is found by differentiating the displacement quantity (S8); and a stress intensity is acquired by multiplying this variation by the elastic modulus of the fixed structure and its geometrical moment of inertia to calculate a bending moment, and dividing it by a section modulus (S10). Moreover, an external load is found from a relation in balance between force and moment at a minute part on the neutral axis (S12). <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、送水管やトンネル構造物等の固定構造物に生じている曲げ応力を測定する固定構造体の曲げ応力測定方法、及びその方法を実行するプログラムを記録した記録媒体及びその方法を実行するコンピュータに関する。   The present invention relates to a method for measuring a bending stress of a fixed structure for measuring a bending stress generated in a fixed structure such as a water pipe or a tunnel structure, a recording medium on which a program for executing the method is recorded, and the method Related to computers.

特許文献1には、管の扁平量(外形変化量)と周方向最大応力とに関する比例関係を予め実験で求めておき、2方向から曲管の扁平量をノギス等の工具で測定して、曲管の扁平量を求め、曲管の扁平量とモーメントとの関係式から、面内曲げモーメントと面外曲げモーメントを分離して算出し、これらのモーメントから所定の論理式を当てはめて、応力分布を算出することが開示されている。   In Patent Document 1, a proportional relationship between the flattening amount of the pipe (the amount of change in outer shape) and the circumferential maximum stress is obtained in advance by experiment, and the flattening amount of the curved pipe is measured with a tool such as a caliper from two directions. Calculate the flattening amount of the curved pipe, calculate the in-plane bending moment and the out-of-plane bending moment separately from the relational expression between the flattening amount and the moment of the bending pipe, and apply a predetermined logical formula from these moments to calculate the stress. It is disclosed to calculate the distribution.

一方、特許文献2には、磁歪センサを管材の内周面又は外周面に沿って走行させ、管材周方向に連続する多数位置での磁歪を測定し、磁歪の測定値をSIN2θ曲線により近似して、応力分布を算出することが開示されている。   On the other hand, in Patent Document 2, a magnetostrictive sensor is run along the inner peripheral surface or outer peripheral surface of a pipe material, the magnetostriction is measured at a number of positions continuous in the pipe circumferential direction, and the measured value of magnetostriction is approximated by a SIN2θ curve. Thus, it is disclosed that the stress distribution is calculated.

特開2003−344184号公報JP 2003-344184 A 特公平7−69226号公報Japanese Examined Patent Publication No. 7-69226

しかし、特許文献1の技術においては、曲管の扁平量と応力との関係を実験で求めておく必要があり、管の周面に局部的に作用する応力を的確に算出することが困難である。特に、管径が直径1m以上あるような大径の管の場合には扁平量と応力との関係を実験で求めておくことは困難である。   However, in the technique of Patent Document 1, it is necessary to obtain the relationship between the flattening amount of the bent pipe and the stress through experiments, and it is difficult to accurately calculate the stress acting locally on the peripheral surface of the pipe. is there. In particular, in the case of a large-diameter pipe having a pipe diameter of 1 m or more, it is difficult to obtain the relationship between the flattening amount and the stress through experiments.

特許文献2においては、磁歪センサを管材の周面に沿って走行させる必要があり、走行レールや走行装置の設置が煩雑になるという問題がある。また、測定点をSIN2θに近似させるものであるから、局部的に大きな応力が生じている箇所での値が除かれてしまうおそれがあり、的確な応力測定に欠けるという問題がある。   In Patent Document 2, it is necessary to travel the magnetostrictive sensor along the peripheral surface of the pipe material, and there is a problem that installation of the travel rail and the travel device becomes complicated. Further, since the measurement point is approximated to SIN2θ, there is a possibility that a value at a location where a large stress is locally generated may be removed, and there is a problem that accurate stress measurement is lacking.

そこで、本発明は、簡易で且つ局部的な応力も的確に測定できる固定構造体の曲げ応力測定方法、その方法を実行するプログラムを記録した記録媒体及びその方法を実行するコンピュータを提供することを目的としている。   Therefore, the present invention provides a method for measuring the bending stress of a fixed structure that can easily and accurately measure a local stress, a recording medium on which a program for executing the method is recorded, and a computer for executing the method. It is aimed.

前記課題を解決するために、請求項1に記載された発明は、外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、実測中立軸演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、この長さの累計値に対応した位置と初期曲率の大きさから外力が作用していない状態における固定構造体の中立軸の初期位置を演算する初期中立軸演算工程と、実測中立軸位置と初期中立軸位置との差から、固定構造体の各測定位置における変位量を求める変位算出工程と、各測定位置における変位量を微分して各測定位置における曲率の変化量を求め、これに固定構造体の弾性係数と、断面二次モーメントを乗じることにより、連続的に曲げモーメントを算出する曲げモーメント算出工程と、曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、固定構造体の中立軸上の微小部分において、力とモーメントの釣り合いの関係から連立方程式を立て、初期条件の設定可能な軸端又は対称軸との交点を起点とし、中立軸に沿って順次連続的に連立方程式を解くことにより中立軸の軸線に作用する外部荷重を求める外部荷重算出工程と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is directed to the surface of the fixed structure continuously from an arbitrary measurement reference position at an appropriate interval from the surface of the fixed structure on which an external force is applied. Measured distance measurement process that measures the distance to multiple measurement positions and obtains multiple continuous measured distance values, and calculates the separation distance from the surface of the fixed structure to the neutral axis position. The distance from the measurement reference position to the neutral axis of the fixed structure is added to the actual measurement distance value obtained in step 1, and these values for the adjacent measurement points and the distance from the measurement reference position or the distance of the measurement interval Based on the measured neutral axis position calculation process that calculates the length of the neutral axis using and the neutral axis length obtained from the measured neutral axis calculation process, the position corresponding to the cumulative value of this length and the initial External force is acting due to the magnitude of curvature Displacement calculation for determining the displacement at each measurement position of the fixed structure from the difference between the measured neutral axis position and the initial neutral axis position, and the initial neutral axis calculation process for calculating the initial position of the neutral axis of the fixed structure The bending moment is continuously calculated by differentiating the process and the displacement at each measurement position to determine the amount of change in curvature at each measurement position, and multiplying this by the elastic modulus of the fixed structure and the secondary moment of inertia. The bending moment calculation step, the stress calculation step to obtain the degree of stress at the measured distance measurement position by dividing the moment value obtained in the bending moment calculation step by the section modulus, and the minute part on the neutral axis of the fixed structure Establish simultaneous equations based on the balance between force and moment, and start from the intersection with the axis end or axis of symmetry where initial conditions can be set, and then continue sequentially along the neutral axis Characterized by and an external load calculating step of calculating an external load applied to the axis of the neutral axis by solving the simultaneous equations.

請求項2に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、固定構造体は円弧状を成しており、前記実測距離測定工程は、固定構造体内側の測定基準位置に設置した回転式レーザ距離測定機により当該測定基準位置から固定構造体表面までの距離を連続する角度で測定することを特徴とする。   The invention described in claim 2 is the invention described in claim 1, wherein the fixed structure has an arc shape, and the actual distance measuring step is installed at a measurement reference position inside the fixed structure. The distance from the measurement reference position to the surface of the fixed structure is measured at a continuous angle by a rotary laser distance measuring machine.

請求項3に記載された発明は、請求項2に記載された発明において、固定構造体は地中に埋設する管体であることを特徴とする。   The invention described in claim 3 is the invention described in claim 2, characterized in that the fixed structure is a tubular body embedded in the ground.

請求項4に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、固定構造体は直線状を成しており、前記実測距離測定工程の測定基準位置は、固定構造体表面に沿う任意の直線である測定基準線であり、この測定基準線に設置したレールを走行する走査式レーザ距離測定機により、測定基準線から固定構造体表面までの各距離を測定することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the fixed structure has a linear shape, and the measurement reference position in the actual distance measurement step is arbitrary along the surface of the fixed structure. Each distance from the measurement reference line to the surface of the fixed structure is measured by a scanning laser distance measuring device that travels on a rail installed on the measurement reference line.

請求項5に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、前記実測中立軸位置演算工程と変位算出工程において、実測距離又は変位量をフーリエ変換して、これらの値を平均化しかつその変化を滑らかな曲線とした後に、微分することを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, in the measured neutral axis position calculating step and the displacement calculating step, the measured distance or the amount of displacement is Fourier-transformed, and these values are averaged. And after making the change into a smooth curve, it differentiates.

請求項6に記載された発明は、請求項1に記載された発明において、固定構造体は環を成さずに端部を有するものであり、端部から任意位置までの実測距離又は変位量の変化曲線をグラフ上で反転させたものを端部で接続することにより、端部において連続し、かつ2倍長毎に周期的に変化する仮想曲線を描いて微分することを特徴とする。   The invention described in claim 6 is the invention described in claim 1, wherein the fixed structure does not form a ring and has an end, and the measured distance or displacement from the end to an arbitrary position. By connecting, at the end portion, a curve obtained by reversing the change curve on the graph, a virtual curve that is continuous at the end portion and periodically changes every double length is differentiated.

請求項7に記載された発明は、請求項2に記載された発明において、固定構造体は円管であり、実測距離測定工程で得られた各測定点の距離と角度に対して余弦定理を用いて周長と形状を求め、得られた形状の円を鉛直方向と水平方向で二分割することによって固定構造体が変形する前の中心位置を算出し、この中心位置と距離測定時の測定基準位置とのずれを算出した後、実測距離データを中心位置からの距離に変換するセンタリング工程を備えることを特徴とする。   The invention described in claim 7 is the invention described in claim 2, wherein the fixed structure is a circular tube, and the cosine theorem is obtained with respect to the distance and angle of each measurement point obtained in the actual distance measurement step. The center length before the fixed structure is deformed is calculated by dividing the circle of the obtained shape into two parts in the vertical direction and the horizontal direction, and the measurement is performed at the time of measuring the center position and the distance. After calculating the deviation from the reference position, a centering step of converting the actually measured distance data into a distance from the center position is provided.

請求項8に記載された発明は、中立軸の軸線形が任意の形状をなしている固定構造体に対して、外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、実測中立軸位置演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、この長さの累計値に対応した位置の初期曲率データを取得する初期中立軸の曲率データ読み込み工程と、これらの工程で得られた初期曲率と実測中立軸位置のデータを用いて、載荷重によって生ずる中立軸の曲率の変化を算出し、更にこれから曲げモーメントを計算する中立軸線の距離データに基づく曲率と曲げモーメントの計算工程と、曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、固定構造体の中立軸上の微小部分において、力とモーメントの釣り合いの関係から連立方程式を立て、初期条件の設定可能な軸端又は対称軸との交点を起点とし、中立軸に沿って順次連続的に連立方程式を解くことにより中立軸の軸線に作用する外部荷重を求める外部荷重算出工程と、を備えることを特徴とする。   According to the eighth aspect of the present invention, there is provided an arbitrary structure having an appropriate distance from the surface of the fixed structure on which an external force is applied to a fixed structure in which the axis of the neutral axis has an arbitrary shape. Measure the distance from the measurement reference position to multiple continuous measurement positions on the surface of the fixed structure to obtain multiple continuous measured distance values, and the distance from the fixed structure surface to the neutral axis position. By calculating the separation distance and adding this to the actual distance value obtained in the actual distance measurement process, the distance from the measurement reference position to the neutral axis of the fixed structure is obtained. Based on the measured neutral axis position calculation process that calculates the length of the neutral axis using the angle or the measurement interval distance value viewed from the reference position, and the neutral axis length obtained from the measured neutral axis position calculation process , The position corresponding to the cumulative value of this length Using the initial neutral axis curvature data reading process to obtain period curvature data, and using the initial curvature data obtained in these processes and the measured neutral axis position data, the change in the neutral axis curvature caused by the load is calculated. Further, by calculating the curvature and bending moment based on the neutral axis distance data for calculating the bending moment and dividing the moment value obtained in the bending moment calculation step by the section modulus, the degree of stress at the measured distance measurement position is obtained. In a small part on the neutral axis of the fixed structure in the stress calculation process, a simultaneous equation is established from the relationship between the balance of force and moment, and the neutral axis starts from the intersection of the axis end or axis of symmetry where initial conditions can be set. An external load calculation step for obtaining an external load acting on the axis of the neutral axis by solving simultaneous equations sequentially along To.

請求項9に記載された発明は、請求項1〜8のいずれか一項の工程を行うプログラムを記録した記録媒体である。   The invention described in claim 9 is a recording medium on which a program for performing the process according to any one of claims 1 to 8 is recorded.

請求項10に記載された発明は、請求項9に記載のプログラムを実行するコンピュータである。   A tenth aspect of the present invention is a computer that executes the program according to the ninth aspect.

請求項1に記載の発明によれば、外力が作用している固定構造体において、実測距離測定工程により測定した固定構造体表面の測定位置までの実測距離だけで、固定構造体に作用する応力を容易に測定することができる。
一般に、曲げ応力σは、下記第1式の関係がある。
According to the first aspect of the present invention, in the fixed structure on which an external force is applied, the stress acting on the fixed structure only by the actually measured distance to the measurement position on the surface of the fixed structure measured by the actually measured distance measuring step. Can be easily measured.
In general, the bending stress σ has the relationship of the following first formula.

Figure 2008051637
また、モーメントMと曲率の変化ΔΦとの間には、下記第2式の関係がある。
Figure 2008051637
Further, there is a relationship of the following second formula between the moment M and the curvature change ΔΦ.

Figure 2008051637
ΔΦについては下記の第3式及び第4式から得ることができる。
Figure 2008051637
ΔΦ can be obtained from the following third and fourth equations.

(1)測定基準位置が線状を移動するものであり、この測定基準線に沿って等間隔Δxのオフセットとして測定位置における変位viが測定されている場合(図14参照) (1) The measurement reference position moves along a line, and the displacement v i at the measurement position is measured as an offset of the equal interval Δx along the measurement reference line (see FIG. 14).

Figure 2008051637
Figure 2008051637

特に、直線状の梁等に関して簡略化された標準式は次のようである。但し、
測定基準線(測定基準位置)は元の中立軸と平行とする。
In particular, the simplified standard formula for straight beams and the like is as follows. However,
The measurement reference line (measurement reference position) is parallel to the original neutral axis.

Figure 2008051637
Figure 2008051637

Figure 2008051637
Figure 2008051637

(2)測定基準位置が固定点であり、この測定基準点において等角度Δψで変位wiが測定されている場合(図3参照) (2) The measurement reference position is a fixed point, and the displacement w i is measured at the measurement reference point at an equal angle Δψ (see FIG. 3).

Figure 2008051637
特に、円環に関して簡略化された標準式は次のようである。
Figure 2008051637
In particular, a simplified standard formula for an annulus is as follows:

Figure 2008051637
Figure 2008051637

請求項8において、実測距離測定結果から直接曲率を求める方法は次のようである。   In claim 8, the method of directly obtaining the curvature from the measured distance measurement result is as follows.

(1)測定基準線に沿って等間隔Δxのオフセットとして測定した距離データyiを用いる場合(図14参照) (1) When using distance data y i measured as an offset of equal intervals Δx along the measurement reference line (see FIG. 14)

Figure 2008051637
(2)測定基準点において等角度Δψで測定した距離データliを用いる場合(図3参照)
Figure 2008051637
(2) When using distance data l i measured at the equiangular angle Δψ at the measurement reference point (see FIG. 3)

Figure 2008051637
Figure 2008051637

上式で明らかなように曲率は長さ(距離)を微分したものであるが、この実測値には誤差が含まれているためそのまま微分したのでは正しい解が得られない。そこで、請求項5におけるフーリエ変換を応用することにより実測値を平均化し、その変化を滑らかにすることでこの問題を解決している。つまり、下記第9式を用いて変位又は距離等長さのデータをフーリエ級数式に変換し、データの平均値はもちろんのこと、これを微分したときに連続的した微分係数が得られるようにしたものである。   As is apparent from the above equation, the curvature is obtained by differentiating the length (distance). However, since the actual measurement value includes an error, a correct solution cannot be obtained by differentiating it as it is. Therefore, this problem is solved by applying the Fourier transform in claim 5 to average the measured values and smooth the change. In other words, the following equation is used to convert displacement or distance equal length data into a Fourier-class mathematical expression, so that not only the average value of the data but also the differential coefficient obtained when it is differentiated can be obtained. It is what.

Figure 2008051637
Figure 2008051637

本発明によれば、測定基準位置から構造体表面までの距離を連続的に複数個所で測定して(実測距離データ)中立軸の曲率を求め、元の曲率との差を出すことにより、各測定点における曲率の変化を求めている。従って、測定は、測定基準位置から固定構造体表面までの距離を測定するだけであるから、距離測定機のみが有ればよく、極めて簡易である。   According to the present invention, the distance from the measurement reference position to the structure surface is continuously measured at a plurality of locations (actual distance data) to determine the curvature of the neutral axis, and by calculating the difference from the original curvature, The change in curvature at the measurement point is obtained. Therefore, since the measurement only measures the distance from the measurement reference position to the surface of the fixed structure, it is only necessary to have a distance measuring device, which is extremely simple.

請求項6において、非周期の変数にフーリエ変換を応用できるようにする方法は、具体的には次のようである。この場合、変数は極座標で示されたLi=f(ψi)の関係、又は直交座標で示されたYi=f(xi)の関係、いずれであっても差し支えない(図14参照)。   In the sixth aspect of the invention, the method for enabling the Fourier transform to be applied to a non-periodic variable is specifically as follows. In this case, the variable can be either Li = f (ψi) expressed in polar coordinates or Yi = f (xi) expressed in rectangular coordinates (see FIG. 14).

当該変数で示される中立軸上の測点群はひとつの直交座標上に展開されており、その始点はA、終点はBであるとする。平行移動と回転の方法により、中立軸の形を変えないようにしてAは座標系の原点に、Bは座標軸上にセットされるように座標変換する。これをそれぞれA0、B0とする。B0を中心にしてA0―B0を180度回転してA1―B1を作る。その結果、中立軸は全体としてA0―B0/A1―B1となる。A0―B0とA1―B1の接続点B0/B1は滑らかで微分可能である。 A group of stations on the neutral axis indicated by the variable is developed on one orthogonal coordinate, and its start point is A and its end point is B. By the translation and rotation method, the coordinate transformation is performed so that A is set on the origin of the coordinate system and B is set on the coordinate axis without changing the shape of the neutral axis. Let these be A 0 and B 0 , respectively. Making A 1 -B 1 and A 0 -B 0 and the B 0 at the center is rotated 180 degrees. As a result, the neutral axis as a whole becomes A 0 -B 0 / A 1 -B 1 . A 0 -B 0 and A 1 connecting point B 0 / B 1 of -B 1 is smooth and differentiable.

次に、A1を中心にしてA0―B0/B1―A1を180度回転して、A2―B2/B3―A3を作る。その結果、中立軸は全体としてA0―B0/B1―A1/A2―B2/B3―A3となる。A0―B0/B1―A1とA2―B2/B3―A3の接続点A1/A2は滑らかで微分可能である。 Next, the A 0 -B 0 / B 1 -A 1 around the A 1 is rotated 180 degrees, making A 2 -B 2 / B 3 -A 3. As a result, the neutral axis as a whole becomes A 0 -B 0 / B 1 -A 1 / A 2 -B 2 / B 3 -A 3 . A 0 -B 0 / B 1 -A 1 and A 2 -B 2 / B 3 connecting point A 1 / A 2 of -A 3 is smooth and differentiable.

上の操作によって追加した仮想中立軸線A2―B2/B3―A3は、初期中立軸A0―B0/B1―A1を座標軸に沿って平行移動することによってもできる。つまり、A0―B0/B1―A1/A2―B2/B3―A3は、A0―B0/B1―A1とA2―B2/B3―A3を各1周期とする2周期の変数となっている。従って、区間A0―B0/B1―A1の長さ2πをとすれば、第9式の周期変数に対するフーリエ変換をそのまま当てはめることができる。この式で得られるフーリエ級数のうちA0―B0に該当する区間、つまり0―πの間が目的の非周期変数をフーリエ変換したものである。この方法によれば該当区間の端部まで偏りなしにかつ合理的に曲率を求められる。 The virtual neutral axis A 2 -B 2 / B 3 -A 3 added by the above operation can also be obtained by translating the initial neutral axis A 0 -B 0 / B 1 -A 1 along the coordinate axis. That is, A 0 -B 0 / B 1 -A 1 / A 2 -B 2 / B 3 -A 3 are A 0 -B 0 / B 1 -A 1 and A 2 -B 2 / B 3 -A 3 Are two-cycle variables, each of which is a cycle. Therefore, if the length 2π of the section A 0 -B 0 / B 1 -A 1 is taken, the Fourier transform for the periodic variable of the ninth equation can be applied as it is. Of the Fourier series obtained by this equation, the section corresponding to A 0 -B 0 , that is, between 0-π, is obtained by subjecting the target non-periodic variable to Fourier transform. According to this method, the curvature can be obtained reasonably and without deviation up to the end of the corresponding section.

請求項1の外部荷重算出工程は以下の算式による。
固定構造体の中立軸上に微小区間をとり、その始点を1、終点を2とし、それらの点で中立軸に直角な端面を想定し、それぞれの面の向き及び各面に生じている力とモーメント(内力)次のように表す。
The external load calculation step of claim 1 is based on the following formula.
Taking a minute section on the neutral axis of the fixed structure, assuming the end point as 1 and the end point as 2, and assuming the end face perpendicular to the neutral axis at those points, the direction of each surface and the force generated on each surface And moment (internal force) are expressed as follows.

Figure 2008051637
Figure 2008051637

また、1と2の間では載荷重(外力)が中立軸に対して直角及び平行に作用しているものとし、それぞれ次のように表す。   In addition, between 1 and 2, it is assumed that the applied load (external force) acts at right angles and parallel to the neutral axis, and is expressed as follows.

Figure 2008051637
Figure 2008051637

この連立方程式は、各微小区間両端の曲げモーメントがここで示した曲げモーメント算出工程によって既知となり、更に中立軸端又は中立軸上の対称軸等の特異点において実測又は推定により適切に初期値を設定することができれば、始点1と終点2を順次置き替える方法で連続的に解けるようになる。但し、方程式が3つであるため未知数とするものは3つに限られる。そのうち2つはN2とQ2に割り当てる必要があるため外部荷重に利用できるのは残りの1つだけという制約がある。 In this simultaneous equation, the bending moments at both ends of each minute section are known by the bending moment calculation process shown here, and the initial value is appropriately set by actual measurement or estimation at a singular point such as the neutral axis end or the symmetric axis on the neutral axis. If it can be set, it can be solved continuously by sequentially replacing the starting point 1 and the ending point 2. However, since there are three equations, the number of unknowns is limited to three. Since two of them need to be assigned to N 2 and Q 2 , there is a restriction that only the remaining one can be used for external loads.

この場合、状況により、
(1)Tm=0としてPmを算出する。
(2)鉛直方向の荷重強度uと水平方向の荷重強度vを想定し、uを既知としてvについて解く。
などの方法がある。いずれの場合も実用的に十分な解が得られる。特に埋設管にこの方法を応用すれば、土の「受働抵抗係数(N/mm2)」や「地盤係数(N/mm2/mm)」を容易に求めることができる。
In this case, depending on the situation,
(1) P m is calculated with T m = 0.
(2) Assuming a vertical load intensity u and a horizontal load intensity v, u is known and v is solved.
There are methods. In either case, a practically sufficient solution can be obtained. In particular, if this method is applied to buried pipes, the “passive resistance coefficient (N / mm 2 )” and “ground coefficient (N / mm 2 / mm)” of the soil can be easily obtained.

距離測定は固定構造体の中立軸の変位又はその形状を知るためのものであるから、この目的を達することができれば距離測定機の設置位置は任意に決めることができる。特に中立軸が閉じた固定構造体にあっては、請求項7に記載のセンタリングの方法により元の中心位置を求めることができるので変位の算定は容易である。   Since the distance measurement is for knowing the displacement of the neutral axis of the fixed structure or the shape thereof, the installation position of the distance measuring device can be arbitrarily determined if this purpose can be achieved. In particular, in the case of a fixed structure with a neutral shaft closed, the original center position can be obtained by the centering method according to the seventh aspect, so that the displacement can be easily calculated.

以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、先ず図1〜図10を参照して第1実施の形態について説明する。図1は本実施の形態に係る曲げ応力・載荷重測定を行うコンピュータの構成を示すブロック図であり、図2は本実施の形態に係るコンピュータが実行するフローチャートであり、図3は固定構造体が円管である場合の実測距離測定工程を説明する断面図であり、図4はその実測距離測定において測定基準位置から円管(固定構造物)表面までの距離測定、円管の中立軸長の計算、ならびに距離測定機からの測定結果を円管の中心位置からの値に変換する方法(センタリング)を説明した図であり、図5〜10は各工程におけるコンピュータの解析グラフである。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a computer that performs bending stress / loading load measurement according to the present embodiment, FIG. 2 is a flowchart executed by the computer according to the present embodiment, and FIG. 3 is a fixed structure. FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining an actual distance measurement process in the case where is a circular pipe, and FIG. 4 is a diagram showing a distance measurement from the measurement reference position to the surface of the circular pipe (fixed structure) in the actual distance measurement, And a method (centering) for converting a measurement result from the distance measuring device into a value from the center position of the circular pipe (centering). FIGS. 5 to 10 are analysis graphs of a computer in each step.

本発明の実施の形態に係る固定構造体1は、図3に示すように、断面円形の鋼管であり、半径が約1mである。この固定構造体1は、水路用管であり地中に埋設されて灌漑用水等を流すものである。   As shown in FIG. 3, the fixed structure 1 according to the embodiment of the present invention is a steel pipe having a circular cross section, and has a radius of about 1 m. The fixed structure 1 is a water pipe and is buried in the ground to flow irrigation water or the like.

距離測定機3は、レーザ距離測定機であり、レーザ管4は全周360度を等分割(例えば500分割)した角度毎に、鉛直線又は水平線との交点を起点として順次レーザ光を発射し管内表面までの距離を測定する。レーザ距離測定機3は発信したレーザパルスが反射して戻った時間をクロック発信器により測定して、レーザ発信器4から目標までの距離を測定するものである。所定角度毎に測定した値は起点からの角度を付して距離測定データとして保存される。   The distance measuring device 3 is a laser distance measuring device, and the laser tube 4 sequentially emits laser light starting from the intersection with a vertical line or a horizontal line at every angle obtained by equally dividing the entire circumference 360 degrees (for example, 500 divisions). Measure the distance to the inner surface of the tube. The laser distance measuring device 3 measures the distance from the laser transmitter 4 to the target by measuring the time when the transmitted laser pulse is reflected and returned by a clock transmitter. The value measured for each predetermined angle is stored as distance measurement data with an angle from the starting point.

次に、図1及び図2を参照して、本発明に係る曲げ応力・載荷重測定方法及びそのプログラムを搭載したパソコンによる曲げ応力・載荷重測定方法について説明する。   Next, with reference to FIGS. 1 and 2, a bending stress / loading load measuring method according to the present invention and a bending stress / loading load measuring method by a personal computer equipped with the program will be described.

(1)実測距離測定(ステップS1)
固定構造体(管)1の内部に、上述したレーザ距離測定機3を設置して、全周を等分割した角度毎にレーザ発信器4から内周面までの距離liを測定する(図3参照)。
(1) Actual distance measurement (step S1)
The above-described laser distance measuring device 3 is installed inside the fixed structure (tube) 1, and the distance l i from the laser transmitter 4 to the inner peripheral surface is measured at every angle obtained by equally dividing the entire circumference (see FIG. 3).

(2)初期中立軸(元の中立軸)に関するデータの取得(ステップS2)
初期中立軸に関するデータ10(図1参照)は当該固定構造体1の無載荷(初期)状態のもので、一般には部材の設計値である。ここでは円管が対象であるので必要なデータは、厚みT、管材の弾性係数Eだけでよく、他のデータは以下の計算で求められる。
(2) Acquisition of data relating to the initial neutral axis (original neutral axis) (step S2)
Data 10 (see FIG. 1) relating to the initial neutral axis is in the unloaded (initial) state of the fixed structure 1 and is generally a design value of the member. Here, since the circular pipe is a target, all that is necessary is the thickness T and the elastic modulus E of the pipe material, and other data is obtained by the following calculation.

管内周面から中立軸位置までの離隔距離は円管の厚みTの1/2であるので、実測距離測定(ステップS1)で得られた値にこの距離を加えたものが実測中立軸位置となる。図4に示すように、2つの測点a1とa2に対して距離l1とl2が得られると、挟角であるΔψが既知であるから余弦定理によりa1とa2間の弧長(正しくは弦長)ΔS1が計算できる。a2とa3の測点についても上記手順と同様にa1とa2をa2とa3と読み替えることにより弧長ΔS2が計算できる。このように起点から始めてすべての測点についてΔSiを算定する。このΔSiをすべて加算すれば当該円管の周長(全中立軸長)となる。 Since the separation distance from the inner peripheral surface of the pipe to the neutral axis position is 1/2 of the thickness T of the circular pipe, the value obtained by the actual distance measurement (step S1) plus this distance is the actual neutral axis position. Become. As shown in FIG. 4, when the distances l 1 and l 2 are obtained for the two measuring points a1 and a2, the included angle Δψ is known, so the arc length between a1 and a2 (correctly) by the cosine theorem. Is the chord length) ΔS 1 can be calculated. The arc length ΔS 2 can also be calculated for the a2 and a3 measurement points by replacing a1 and a2 with a2 and a3 in the same manner as in the above procedure. Thus, ΔS i is calculated for all the measurement points starting from the starting point. If all of this ΔS i are added, the circumference of the tube (total neutral shaft length) is obtained.

Figure 2008051637
Figure 2008051637

通常曲げに抵抗する部材は、曲げによる中立軸直角方向の変化に比べて中立軸長の変化はわずかであるため、載荷の前後で長さに変化ないと仮定できる。   A member that normally resists bending has a slight change in neutral axis length compared to a change in the direction perpendicular to the neutral axis due to bending, and therefore it can be assumed that the length does not change before and after loading.

Figure 2008051637
Figure 2008051637

(3)センタリング演算工程(ステップS3)
図1の符号11及び図2のステップS3に示すセンタリング演算部は、次のような機能を持っている。すなわち、実測中立軸位置のデータから計算される円管の円周長(載荷後)を左右と上下に正確に二分するような鉛直線5と水平線6の位置を算定し(図4参照)、その2直線の交点0をもって元の円管(載荷前)の中心とし、これと実際の測定基準点4との位置のずれ量(符号7と符号8で示す)を調べる。この結果に基づいて、各測定点の距離(実測距離)と角度が中心0から測った値となるように、実測距離データの座標変換17を行う。
(3) Centering calculation process (step S3)
The centering calculation unit indicated by reference numeral 11 in FIG. 1 and step S3 in FIG. 2 has the following functions. That is, the positions of the vertical line 5 and the horizontal line 6 are calculated so as to accurately bisect the circumference of the circular tube (after loading) calculated from the measured neutral axis position data (after loading) (see FIG. 4). The intersection 0 of the two straight lines is used as the center of the original circular pipe (before loading), and the amount of positional deviation between this and the actual measurement reference point 4 (indicated by reference numerals 7 and 8) is examined. Based on this result, coordinate conversion 17 of the measured distance data is performed so that the distance (measured distance) and the angle of each measurement point become values measured from the center 0.

しかしながら、このような座標変換で原点の位置を変更した場合、元の測定点間の角度差が一様でなくなるという問題が生ずる。このため距離と角度のデータを調整して一定の角度差(但し、任意に指定できる)となるような位置に測定点を整列し直して、視認性を向上させる機能が付加されている。座標変換前と変換後の中立軸mの座標は図1のグラフ表示部19により、グラフ表示(ステップS4)が行われる。図5はその出力例である。   However, when the position of the origin is changed by such coordinate conversion, there arises a problem that the angle difference between the original measurement points is not uniform. For this reason, a function is added to improve the visibility by adjusting the distance and angle data and rearranging the measurement points at positions where a certain angle difference (however, can be arbitrarily specified) is obtained. The coordinates of the neutral axis m before and after the coordinate conversion are displayed as a graph (step S4) by the graph display unit 19 in FIG. FIG. 5 shows an example of the output.

(4)変位計算工程(ステップS5)
元の円管の中心からの距離r(初期中立軸位置)が得られ、更に実測中立軸位置のデータが同じ点を原点とするように座標変換されたので、変位はこの2つの距離の差として与えられる。この計算結果は一般に、測定誤差や製管時の誤差によってかなり変動するので次のフーリエ変換工程によってデータの調整を行う。
(4) Displacement calculation process (step S5)
Since the distance r (initial neutral axis position) from the center of the original circular tube is obtained, and further, the coordinate of the measured neutral axis position data is transformed so that the same point is the origin, the displacement is the difference between the two distances. As given. In general, the calculation result varies considerably due to measurement errors and errors at the time of pipe making. Therefore, the data is adjusted by the following Fourier transform process.

(5)フーリエ変換工程(ステップS6)
フーリエ変換部18(図1参照)において、固定構造体の形状、測定の条件及び計算手順に応じ、測定結果を微分できるようにするため(第1目的)、ばらついている値を平均化するため(第2目的)、隣接する値の変化を滑らかにするため(第3目的)などの目的でフーリエ変換を実行する工程である。従って図2のステップS3の他にも必要に応じて各所で用いられている。
(5) Fourier transform process (step S6)
In the Fourier transform unit 18 (see FIG. 1), in order to be able to differentiate the measurement results according to the shape of the fixed structure, the measurement conditions, and the calculation procedure (first purpose), to average the scattered values (Second purpose) is a step of executing Fourier transform for the purpose of smoothing a change in adjacent values (third purpose). Therefore, it is used in various places in addition to step S3 in FIG.

フーリエ変換は共通して実測値を平均化しその変化を滑らかにするためであるが、過度に級数の次数を上げれば実測値と同じになって平均化の意味がなくなり、また余りに次数が低ければ現実から大きく乖離するなどの問題がある。従って、適度な次数とすることが重要であるが一般的な載荷状態の場合、変位や曲げモーメントついては4次程度で十分代理できる。中立軸mの線形を表そうとする場合は、線形次第で必ずしも一様でないが、元の中立軸から大きく外れない範囲でできるだけ低い次数に押さえておく必要がある。   The Fourier transform is commonly used to average the measured values and smooth the change, but if the order of the series is increased excessively, it becomes the same as the measured values and the meaning of averaging is lost, and if the order is too low There are problems such as a large departure from reality. Therefore, it is important to set an appropriate order, but in the case of a general loading state, the displacement and bending moment can be sufficiently substituted with about the fourth order. When trying to represent the linearity of the neutral axis m, it is not necessarily uniform depending on the linearity, but it is necessary to keep the order as low as possible without departing from the original neutral axis.

フーリエ変換の次数が適切かどうか検査するため、元のデータと変換後のデータの突き合わせが望ましい。図1のグラフ表示部19には、この様な状況に対応してデータ比較対照機能が付加されている。変位のグラフ表示ステップS7がその機能を有し、ここで級数の次数が妥当かどうか検査できるようになっている。図6は変位のグラフ表示(ステップS7)における表示例である。もしここで次数を上げるか下げるか変更が必要となったときは容易に設定を変えられるようにプログラムされている。   In order to check whether the order of the Fourier transform is appropriate, it is desirable to match the original data with the transformed data. A data comparison function is added to the graph display unit 19 of FIG. 1 corresponding to such a situation. The displacement graph display step S7 has the function, and it is possible to check whether the order of the series is appropriate. FIG. 6 is a display example in the displacement graph display (step S7). If it is necessary to increase or decrease the order or change it, it is programmed to change the setting easily.

このデータ比較対照機能によって、中立軸の変形が部材加工時に付けられたものか、事後的な荷重による変形であるか判別できる。例えば、鋼板を丸めて円管としたものでは板端部の加工が正しく行われないため、両端を突き合わせて溶接した部分は真円の形状からずれている。従って変換前のデータでここを観察すると、周辺が滑らかな円をなしている中で、突き合わせた部分の屈曲した形が際立って見える。このような屈曲した形状は中立軸としては存在しても、変位又は曲げモーメントとしては部材が破壊していない限りあり得ない。何故なら部材の剛性と弾性のために、変位や曲げモーメントは連続的に(滑らかに)変化するからである。   By this data comparison / contrast function, it is possible to determine whether the deformation of the neutral shaft is applied at the time of machining the member or the deformation caused by a subsequent load. For example, in the case of a round tube made of a rolled steel plate, the processing of the end of the plate is not performed correctly, so that the part welded by abutting both ends deviates from the shape of a perfect circle. Therefore, when this is observed with the data before conversion, the bent shape of the abutted portion is clearly visible while the periphery forms a smooth circle. Even if such a bent shape exists as a neutral axis, there is no displacement or bending moment unless the member is broken. This is because the displacement and bending moment change continuously (smoothly) due to the rigidity and elasticity of the member.

また、中立軸mに屈曲が見られる部材が健全であるかどうかはその周辺で滑らかに変化している部分の応力状態によって判別できる。つまりその部分の応力が弾性領域にあれば当該部材は元々屈曲していたものであり、載荷に対しても健全であると見なすことができる。一方、応力が降伏点に達しているかそれに近い状態であれば破壊して部材が屈曲したと考えるのが自然である。   Further, whether or not a member that is bent at the neutral axis m is healthy can be determined by a stress state of a portion that smoothly changes around the member. In other words, if the stress in the portion is in the elastic region, the member is originally bent, and can be considered to be sound with respect to the load. On the other hand, if the stress has reached or is close to the yield point, it is natural to think that the member has broken and bent.

従って、中立軸mに局部的な屈曲があっても、当該部材が破壊していない限り変位の変化は滑らかになるはずである。実際に4次程度のフーリエ級数で変位を表わすと、細部の加工誤差は無視されて滑らかに変化し、しかもデータにバラツキがあっても中央値付近から外れない。また、載荷重が増加した場合でも、構造体の変形に正しく追従しておよそ理論通りの結果が得られる。つまり、変位と曲げモーメントに対するフーリエ変換において級数の次数を4次程度に制限することにより、載荷状態の中立軸の形状を測定しただけで、部材加工時の誤差を除去して荷重による変形を正しく算定することができるようになる。このフーリエ変換したものが図6及び図7に示してある。   Therefore, even if the neutral axis m has a local bend, the change in displacement should be smooth unless the member is broken. When the displacement is actually expressed by a Fourier series of about the fourth order, the processing error in details is ignored and changes smoothly, and even if the data varies, it does not deviate from the vicinity of the median value. Even when the loading load increases, the result of the theory can be obtained by following the deformation of the structure correctly. In other words, by limiting the order of the series to about 4th order in the Fourier transform for displacement and bending moment, it is possible to remove the error during processing of the member and correct the deformation due to the load only by measuring the shape of the neutral shaft in the loaded state. It will be possible to calculate. This Fourier transform is shown in FIGS.

(6)曲げモーメント計算工程(ステップS8)
曲げモーメントは、前述の第2式に示すように曲率の変化に比例しており、その値は同式をMについて解いた下式で与えられる。
(6) Bending moment calculation process (step S8)
The bending moment is proportional to the change in curvature as shown in the above-described second equation, and the value is given by the following equation obtained by solving the equation for M.

Figure 2008051637
Figure 2008051637

ここで曲率の変化とは、中立軸mの載荷前と載荷後における曲率の差であり具体的な計算式は、(a)中立軸の形状が直線か曲線か、(b)曲率の計算に変位を用いるか又は距離データを用いるか、によって上述の第3式から第8式までに示されている。図1の曲げモーメント計算部には(a)中立軸の変位を算定できる場合のモジュールを符号13とし、(b)中立軸の変位計算が困難で距離データを直接用いる場合のモジュールを符号14としている。その出力例(ステップS9)が図8に掲示されている。   Here, the change in curvature is the difference in curvature before and after loading of the neutral axis m, and the specific calculation formula is (a) whether the shape of the neutral axis is a straight line or a curve, or (b) calculation of the curvature. The above-mentioned third to eighth formulas are shown depending on whether displacement or distance data is used. In the bending moment calculation section of FIG. 1, (a) a module in which the displacement of the neutral axis can be calculated is denoted by reference numeral 13, and (b) a module in which the displacement of the neutral axis is difficult and distance data is directly used is denoted by reference numeral 14. Yes. An output example (step S9) is posted in FIG.

(7)曲げ応力算出工程(ステップS10)
各測定点(測定位置)a1、a2・・の曲げモーメントが算出されれば、曲げ応力算出部15(図1参照)とステップS10(図2参照)で、上記第1式から曲げ応力度を求める。断面係数Zは各測定点の断面特性から与えられる。ステップS11における曲げ応力のグラフ表示は、図9に例示している。
(7) Bending stress calculation process (step S10)
If the bending moments at the respective measurement points (measurement positions) a1, a2,... Are calculated, the bending stress calculation unit 15 (see FIG. 1) and step S10 (see FIG. 2) calculate the bending stress degree from the first equation. Ask. The section modulus Z is given from the section characteristics at each measurement point. The graph display of the bending stress in step S11 is illustrated in FIG.

(8)載荷重計算工程(ステップS12)
計算式第10式から第12式に示す連立方程式を解いて載荷重を計算する工程である。これによって固定構造体の中立軸に対して外部からどのような荷重が作用しているかわかるようになる。
(8) Loading load calculation process (step S12)
This is a step of calculating the applied load by solving simultaneous equations shown in Formulas 10 to 12. This makes it possible to understand what kind of load is acting on the neutral axis of the fixed structure from the outside.

ステップS13に示す外部荷重のグラフ表示は、図10に示す。
但し、この計算の初期条件として軸端に作用する外力、あるいは外部荷重強度の初期値などを仮定するかもしくは実測するかによって与える必要がある。
The graph display of the external load shown in step S13 is shown in FIG.
However, it is necessary to give the initial condition of this calculation depending on whether an external force acting on the shaft end or an initial value of the external load strength is assumed or actually measured.

本実施の形態によれば、求められた応力(又は応力分布)に基づいて、固定構造体の強度を評価したり、必要に応じて応力の高い部分に補強をすることができ、固定構造体の信頼性を高めることができる。   According to the present embodiment, based on the obtained stress (or stress distribution), it is possible to evaluate the strength of the fixed structure, or to reinforce the high stress portion as necessary. Can improve the reliability.

各測定点aの変位量、モーメント分布や、曲げ応力を極座標軸にグラフ表示するので、管1の周囲全体の様子が一目で認識でき、理解しやすい。   Since the displacement amount, moment distribution, and bending stress at each measurement point a are displayed in a graph on the polar coordinate axis, the entire surrounding of the tube 1 can be recognized at a glance and is easy to understand.

管1内の任意の位置を測定基準位置として、ここから内周面の測定点aまでの距離を測定しその測定結果から真の中心位置Oを計算で求めている。実際の距離と角度のデータはこの中心位置Oからのものに換算するので、位置決めの手間が省け測定が容易である。   Using an arbitrary position in the tube 1 as a measurement reference position, the distance from the inner peripheral surface to the measurement point a is measured, and the true center position O is obtained by calculation from the measurement result. Since the actual distance and angle data are converted to those from the center position O, it is easy to perform measurement without the need for positioning.

次に、本発明の他の実施の形態について説明するが、以下に説明する実施の形態において、上述した実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では上述した実施の形態と主に異なる点を説明する。   Next, another embodiment of the present invention will be described. In the embodiment described below, parts having the same functions and effects as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals. A detailed description of the portion is omitted, and the following description will mainly describe differences from the above-described embodiment.

図11及び図12は第2実施の形態を示しており、この第2実施の形態は、固定構造体1として表面が平面になっている擁壁を例に示すものである。この場合は、図11に示すように、レーザ距離測定機(走査式レーザ距離測定機)3を基準線0(鉛直線)に沿って移動するようにセットし、一定間隔毎にレーザ発信器4からレーザを発射して測定点a1、a2までの距離を基準線0に対するオフセットとして測定するようになっている。   11 and 12 show a second embodiment. This second embodiment shows a retaining wall having a flat surface as an example of the fixed structure 1. In this case, as shown in FIG. 11, the laser distance measuring device (scanning laser distance measuring device) 3 is set so as to move along the reference line 0 (vertical line), and the laser transmitter 4 is set at regular intervals. The distance from the laser beam to the measurement points a1 and a2 is measured as an offset with respect to the reference line 0.

図12の処理フローに示すように、先ず擁壁表面に対する実測距離測定のデータを取り込み(ステップS1)、これを壁体の断面形状のデータ(ステップS2)を基にして中立軸mの位置を示す実測中立軸位置に換算する。次いでフーリエ変換を用いて軸線の形を滑らかにしたうえでこの軸線の長さを求める(ステップS22)。この長さの累計値として得られる中立軸に沿う距離の座標は擁壁側面からの荷重に対して変化しないと仮定できるから、軸線が載荷重で変形したとしても中立軸に沿って同じ座標に位置する点は同じところを指している。また、変形前の中立軸の距離の座標は固定構造体の設計から計算できる(ステップS2)。変位は、実測中立軸位置と設計のデータを用いて、中立軸上で同じ距離にある点が軸線の変形でどれだけ移動したかを計算することによって得られる(ステップS23)。これで得られた変位のデータは誤差によるバラツキが大きいためステップS6においてフーリエ変換を行い、線形を滑らかにして微分できるようにする。ステップS24において初期中立軸の曲率を読み込み、ステップS8において中立軸上の同じ距離にある点が変形前後でどの程度曲率に変化が生じたかを算定することにより曲げモーメントを求める。更にステップS10で、得られた曲げモーメントから曲げ応力度を求める。また背面に作用している土圧については、軸方向に作用している力を壁本体の自重と仮定することにより容易に算定することができる(ステップS12)。   As shown in the processing flow of FIG. 12, first, the data of the measured distance measurement with respect to the retaining wall surface is taken (step S1), and the position of the neutral axis m is determined based on the data of the cross-sectional shape of the wall (step S2). Convert to the measured neutral axis position shown. Next, after smoothing the shape of the axis using Fourier transform, the length of this axis is obtained (step S22). Since it can be assumed that the coordinate of the distance along the neutral axis obtained as the cumulative value of this length does not change with respect to the load from the side of the retaining wall, even if the axis is deformed by the loaded load, it is the same coordinate along the neutral axis. The located points point to the same place. Further, the coordinate of the neutral axis distance before the deformation can be calculated from the design of the fixed structure (step S2). The displacement is obtained by calculating how much the point at the same distance on the neutral axis has been moved by the deformation of the axis using the measured neutral axis position and design data (step S23). Since the displacement data thus obtained has a large variation due to an error, Fourier transformation is performed in step S6 so that the linearity can be smoothed and differentiated. In step S24, the curvature of the initial neutral axis is read, and in step S8, the bending moment is obtained by calculating the degree of change in curvature before and after the deformation at the same distance on the neutral axis. Further, in step S10, a bending stress degree is obtained from the obtained bending moment. The earth pressure acting on the back surface can be easily calculated by assuming that the force acting in the axial direction is the weight of the wall body (step S12).

ここでは、走査式レーザ距離測定機を用いることによって固定構造体1の表面が平面であっても、曲げ応力と載荷重を測定することができることを説明した。また、これ以外にも、固定構造体の中立軸が曲線をなしていて回転式レーザ距離測定機を用いるような場合であって、中立軸の一部分が固定されているか、もしくは変形前後の中立軸の線形が同一地点から計測されているなどにより変位の算定が容易にできる場合には、ここに述べた手順と同じ方法で実施できる。   Here, it has been explained that the bending stress and the applied load can be measured even when the surface of the fixed structure 1 is flat by using the scanning laser distance measuring device. In addition to this, when the neutral axis of the fixed structure is curved and a rotary laser distance measuring machine is used, the neutral axis is partially fixed, or the neutral axis before and after the deformation. When the displacement can be easily calculated, for example, by measuring the linearity of from the same point, the same procedure as described here can be used.

図13〜図15に第3実施の形態を示す。この第3実施の形態では、固定構造体1はトンネルの支保工であり、この支保工の中立軸mに沿ってAからBまでの応力分布と載荷重を測定しようとするものである。この実施の形態では支保工1は湾曲した鋼材で左右対称に配置されているが、天井部Aでは左右が突き合わせになっており構造的にはこの部分で非連続である。つまりこの構造体は、開いた中立軸mを持つ部材A−Bを組み合わせたものである。従って、載荷によって部材A−Bは位置が移動する可能性があり、しかもどの部分も強固に固定されたところがない状態を想定している。このような条件では変位量を確定するのが困難であるため、中立軸の形状から直接曲率を計算し、変形前後の差をとることにより曲げモーメントを求めることとする。   A third embodiment is shown in FIGS. In this third embodiment, the fixed structure 1 is a tunnel support, and it is intended to measure the stress distribution and load from A to B along the neutral axis m of this support. In this embodiment, the support 1 is a curved steel material and symmetrically arranged. However, the ceiling A is abutted on the left and right, and is structurally discontinuous at this portion. That is, this structure is a combination of members A-B having an open neutral axis m. Accordingly, it is assumed that the position of the member A-B may move due to the loading, and that no part is firmly fixed. Since it is difficult to determine the amount of displacement under such conditions, the bending moment is obtained by calculating the curvature directly from the shape of the neutral shaft and taking the difference before and after deformation.

測定データの取り込み(ステップS1)、設計に関するデータの取り込み(ステップS2)及び中立軸のフーリエ変換(ステップS22)は第2実施の形態と同様、中立軸に沿って測った距離の座標と変形後の実測中立軸位置のデータを関連付ける過程である。その後、変位計算は省いてステップS24で初期中立軸の曲率を読み込み。ステップS31では第8式を用い、ステップS24の変形前曲率データと、ステップS22でフーリエ変換した実測中立軸位置のデータによって曲率の変化及び曲げモーメントを算定する。更にステップS32で曲げモーメントの計算結果を再度フーリエ変換することにより中立軸の線形をフーリエ変換で表したことによる誤差を取り除く。その後の曲げ応力度算出(ステップS10)及びの載荷重計算(ステップS12)は第2実施の形態と同じである。   The measurement data acquisition (step S1), the design-related data acquisition (step S2), and the neutral axis Fourier transform (step S22) are the coordinates of the distance measured along the neutral axis and after deformation as in the second embodiment. This is the process of associating the data of the measured neutral axis position. Thereafter, displacement calculation is omitted, and the curvature of the initial neutral axis is read in step S24. In step S31, the curvature change and the bending moment are calculated from the pre-deformation curvature data in step S24 and the measured neutral axis position data Fourier-transformed in step S22 using the eighth equation. In step S32, the calculation result of the bending moment is subjected to Fourier transform again, thereby removing an error caused by expressing the neutral axis linearity by Fourier transform. Subsequent bending stress calculation (step S10) and applied load calculation (step S12) are the same as in the second embodiment.

第2及び第3実施の形態ではフーリエ変換に際して中立軸が開いた非周期の変数を取り扱った。その具体的な処理方法を第3実施の形態で想定した部材A−Bを例にして説明する。   In the second and third embodiments, a non-periodic variable having a neutral axis opened at the time of Fourier transform is handled. The specific processing method will be described by taking the member A-B assumed in the third embodiment as an example.

このような非周期変数に関しては、その端部まで曲率が正しく表わされるよう特段の注意を払う必要がある。従来、フーリエ変換を非周期変数に適用するには周期無限大として計算しているが、この方法は端部のギャップ(端部では座標軸mと端部の値の差がキャップとなる)もそのまま級数で代理させようとするものであるため、次数に制約がある条件では端部にずれが生ずるのを避けられないからである。   For such non-periodic variables, special care must be taken to ensure that the curvature is correctly represented to the end. Conventionally, in order to apply the Fourier transform to a non-periodic variable, the calculation is performed with an infinite period, but this method also uses the gap at the end (the difference between the coordinate axis m and the end at the end is a cap) as it is. This is because, since it is intended to be represented by a series, it is inevitable that the end portion is displaced under the condition that the order is restricted.

この問題は図14に示すように、A−Bを回転と平行移動によりA0―B0 にセットし、これを上下反転と左右反転(180度回転と同じ)を繰り返して周期変数を作り出す方法で解決している。周期変数に変換できれば、周期変数に対する解析方法をそのまま応用すればよい。但し、2区間長が1周期(2倍長)となっているので級数の次数は2倍になることに注意する必要がある。つまり、周期変数で4次として取り扱った次数は8次となる。即ち、本発明によれば、固定構造体に不連続な部分があって中立軸mが非周期の形状をしていても、端部を含め固定構造体全体に亘って正しく応力を測定することができる。 As shown in FIG. 14, this problem is a method in which A-B is set to A 0 -B 0 by rotation and translation, and this is repeated upside down and left / right inverted (same as 180 degree rotation) to create a periodic variable. It is solved with. If it can be converted into a periodic variable, the analysis method for the periodic variable may be applied as it is. However, since the length of the two sections is one period (double length), it should be noted that the order of the series is doubled. That is, the order treated as the fourth order by the periodic variable is the eighth order. That is, according to the present invention, even if there is a discontinuous portion in the fixed structure and the neutral axis m has an aperiodic shape, the stress is correctly measured over the entire fixed structure including the end. Can do.

尚、この形態で、構造体に作用している載荷重を計算する場合(ステップS12)は端部A又はBに作用している軸力を知ることが望ましい。これはA,Bいずれかの端部、正確を期するためにはこの両方にロードセルを設置して軸端に作用している荷重を測ることによって解決できる。   In this embodiment, when the applied load acting on the structure is calculated (step S12), it is desirable to know the axial force acting on the end A or B. This can be solved by measuring the load acting on the shaft end by installing a load cell at either end of either A or B for accuracy.

軸方向に作用している荷重が大きく、そのため軸方向の長さの変化が無視できない場合には、部材の弾性係数を用いて実際に測定された中立軸の長さを調節し、初期中立軸との距離座標の関係付けがずれないようにすることが望ましい。   If the load acting in the axial direction is large and the change in the axial length cannot be ignored, the length of the neutral axis actually measured is adjusted using the elastic modulus of the member, and the initial neutral axis It is desirable that the relationship between the distance coordinates is not shifted.

本発明は上述した実施の形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.

例えば、固定構造体は橋の桁、あるいは建物の柱や梁でも良く、上述した実施の形態に限定されない。   For example, the fixed structure may be a bridge girder or a building column or beam, and is not limited to the above-described embodiment.

第1実施の形態に係る応力測定方法を行うコンピュータの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the computer which performs the stress measuring method which concerns on 1st Embodiment. 第1実施の形態に係るコンピュータが実行するフローチャートである。It is a flowchart which the computer which concerns on 1st Embodiment performs. 実測距離測定工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a measurement distance measurement process. 実測距離測定におけるセンタリングの概念と変位算定の方法を説明した図である。It is a figure explaining the concept of the centering in a measurement distance measurement, and the method of displacement calculation. 各測点の実測距離とセンタリングした結果を共に極座標で示したグラフである。It is the graph which showed both the measurement distance of each measuring point, and the result of centering by the polar coordinate. 各測点における変位量と、これをフーリエ変換した曲線を共に極座標で示したグラフである。It is the graph which showed the displacement amount in each measuring point, and the curve which carried out the Fourier transform of this with the polar coordinate. 図6でフーリエ変換した曲線を直交座標で示したグラフである。It is the graph which showed the curve which carried out the Fourier-transform in FIG. 6 by the orthogonal coordinate. 各測点における曲げモーメントを極座標で示したグラフである。It is the graph which showed the bending moment in each measuring point by the polar coordinate. 各測点における曲げ応力を直交座標で示したグラフである。It is the graph which showed the bending stress in each measuring point by the orthogonal coordinate. 各測点における外部荷重を示すグラフである。It is a graph which shows the external load in each measuring point. 第2実施の形態に係る実測距離測定工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the actual measurement distance measurement process which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施の形態に係るコンピュータが実行するフローチャートである。It is a flowchart which the computer which concerns on 2nd Embodiment performs. 第3実施の形態に係る実測距離測定工程を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the actual measurement distance measurement process which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施の形態で実測された中立軸の座標又はその変位を周期変数に変換するための概念を説明した図である。It is the figure explaining the concept for converting the coordinate of the neutral axis measured in 3rd Embodiment, or its displacement into a periodic variable. 第3実施の形態に係るコンピュータが実行するフローチャートである。It is a flowchart which the computer concerning 3rd Embodiment performs.

符号の説明Explanation of symbols

1 固定構造体
3 レーザ距離測定機
9 実測距離データ
10 初期中立軸に関するデータ
11 センタリング演算部
12 変位計算部
13 曲げモーメント計算部(変位に基づく曲率と曲げモーメント計算)
14 曲げモーメント計算部(中立軸の距離データに基づく曲率と曲げモーメント計算)
15 曲げ応力算出部
16 載荷重計算部
17 座標変換部
18 フーリエ変換部
19 グラフ表示部
20 表示部






DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed structure 3 Laser distance measuring machine 9 Actual distance data 10 Data regarding initial neutral axis 11 Centering calculation part 12 Displacement calculation part 13 Bending moment calculation part (The curvature based on displacement and bending moment calculation)
14 Bending moment calculator (curvature and bending moment calculation based on neutral axis distance data)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Bending stress calculation part 16 Applied load calculation part 17 Coordinate transformation part 18 Fourier transformation part 19 Graph display part 20 Display part






前記課題を解決するために、請求項1に記載された発明は、外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、実測中立軸位置演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、この長さの累計値に対応した位置と初期曲率の大きさから外力が作用していない状態における固定構造体の中立軸の初期位置を演算する初期中立軸位置演算工程と、実測中立軸位置と初期中立軸位置との差から、固定構造体の各測定位置における変位量を求める変位算出工程と、各測定位置における変位量を微分して各測定位置における曲率の変化量を求め、これに固定構造体の弾性係数と、断面二次モーメントを乗じることにより、連続的に曲げモーメントを算出する曲げモーメント算出工程と、曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is directed to the surface of the fixed structure continuously from an arbitrary measurement reference position at an appropriate interval from the surface of the fixed structure on which an external force is applied. Measured distance measurement process that measures the distance to multiple measurement positions and obtains multiple continuous measured distance values, and calculates the separation distance from the surface of the fixed structure to the neutral axis position. The distance from the measurement reference position to the neutral axis of the fixed structure is added to the actual measurement distance value obtained in step 1, and these values for the adjacent measurement points and the distance from the measurement reference position or the distance of the measurement interval Based on the measured neutral axis position calculation step that calculates the length of the neutral axis using the, and the neutral axis length obtained from the measured neutral axis position calculation step, the position corresponding to the cumulative value of this length and External force acts from the magnitude of the initial curvature Displacement for determining the displacement at each measurement position of the fixed structure from the difference between the measured neutral axis position and the initial neutral axis position, and the initial neutral axis position calculation process for calculating the initial position of the neutral axis of the fixed structure By calculating the amount of change in curvature at each measurement position by differentiating the amount of displacement at each measurement position and the calculation process, the bending moment is continuously calculated by multiplying this by the elastic modulus of the fixed structure and the secondary moment of section. A bending moment calculating step for calculating, and a stress calculating step for obtaining a stress degree at an actually measured distance measurement position by dividing a moment value obtained in the bending moment calculating step by a section coefficient.

請求項3に記載された発明は、請求項1または2に記載された発明において、固定構造体は地中に埋設する管体であることを特徴とする。
The invention described in claim 3 is characterized in that, in the invention described in claim 1 or 2, the fixed structure is a tubular body embedded in the ground.

請求項4に記載された発明は、請求項2または3に記載された発明において、固定構造体は円管であり、実測距離測定工程で得られた各測定点の距離と角度に対して余弦定理を用いて周長と形状を求め、得られた形状の円を鉛直方向と水平方向で二分割することによって固定構造体が変形する前の中心位置を算出し、この中心位置と距離測定時の測定基準位置とのずれを算出した後、実測距離データを中心位置からの距離に変換するセンタリング工程を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 4 is the invention described in claim 2 or 3 , wherein the fixed structure is a circular tube, and the cosine is obtained with respect to the distance and angle of each measurement point obtained in the actual distance measurement step. Using the theorem, find the circumference and shape, and calculate the center position before the fixed structure is deformed by dividing the circle of the obtained shape into two parts in the vertical and horizontal directions. And a centering step of converting the measured distance data into a distance from the center position after calculating the deviation from the measurement reference position .

請求項5に記載された発明は、中立軸の軸線形が閉じていない形状をなしている固定構造体に対して、外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、実測中立軸位置演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、この長さの累計値に対応した位置の初期曲率データを取得する初期中立軸の曲率データ読み込み工程と、これらの工程で得られた初期曲率と実測中立軸位置のデータを用いて、載荷重によって生ずる中立軸の曲率の変化を算出し、更にこれから曲げモーメントを計算する中立軸線の距離データに基づく曲率と曲げモーメントの計算工程と、曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、を備えることを特徴とする。
According to the fifth aspect of the present invention, there is provided an arbitrary structure having an appropriate distance from the surface of the fixed structure on which an external force is applied to the fixed structure having a shape in which the axial alignment of the neutral shaft is not closed. Measuring the distance from the measurement reference position to a plurality of continuous measurement positions on the surface of the fixed structure to obtain a plurality of continuous measurement distance values, and from the surface of the fixed structure to the neutral axis position. The distance between the measurement reference position and the neutral axis of the fixed structure is calculated by adding this to the actual distance value obtained in the actual distance measurement process. Based on the measured neutral axis position calculation process that calculates the length of the neutral axis using the angle or distance value measured from the measurement reference position, and the neutral axis length obtained from the measured neutral axis position calculation process. Corresponding to the cumulative value of this length Using the initial neutral axis curvature data reading process to obtain the initial curvature data of the device and the initial curvature and actual measured neutral axis position data obtained in these processes, the change in the neutral axis curvature caused by the load is calculated. Further, by calculating the curvature and bending moment based on the neutral axis distance data from which the bending moment will be calculated, and by dividing the moment value obtained in the bending moment calculation step by the section modulus, the stress level at the measured distance measurement position And a stress calculation step for obtaining .

請求項6に記載された発明は、請求項に記載された発明において、固定構造体は直線状を成しており、前記実測距離測定工程の測定基準位置は、固定構造体表面に沿う任意の直線である測定基準線であり、この測定基準線に設置したレールを走行する走査式レーザ距離測定機により、測定基準線から固定構造体表面までの各距離を測定することを特徴とする。
The invention described in claim 6 is the invention described in claim 5 , wherein the fixed structure has a linear shape, and the measurement reference position in the actual distance measuring step is arbitrary along the surface of the fixed structure. Each distance from the measurement reference line to the surface of the fixed structure is measured by a scanning laser distance measuring device that travels on a rail installed on the measurement reference line .

請求項7に記載された発明は、請求項1〜6のいずれか一項に記載された発明において、前記実測中立軸位置演算工程と変位算出工程において、実測距離又は変位量をフーリエ変換して、これらの値を平均化しかつその変化を滑らかな曲線とした後に、微分することを特徴とする。
The invention described in claim 7 is the invention described in any one of claims 1 to 6 , wherein the measured distance or the displacement amount is Fourier-transformed in the measured neutral axis position calculating step and the displacement calculating step. These values are averaged and the change is made into a smooth curve, followed by differentiation .

請求項8に記載された発明は、請求項7に記載された発明において、固定構造体は環を成さずに端部を有するものである場合、端部から任意位置までの実測距離又は変位量の変化曲線をグラフ上で反転させたものを端部で接続することにより、端部において連続し、かつ2倍長毎に周期的に変化する仮想曲線を描いて微分することを特徴とする。
In the invention described in claim 8, in the invention described in claim 7, when the fixed structure has an end portion without forming a ring, an actually measured distance or displacement from the end portion to an arbitrary position. It is characterized in that a virtual curve that is continuous at the end and changes periodically every double length is drawn and differentiated by connecting the inverted curve of the quantity on the graph at the end. .

請求項9に記載された発明は、請求項1〜8のいずれか一項に記載された発明において、応力算出工程の後、固定構造体の中立軸上の微小部分において、力とモーメントの釣り合いの関係から連立方程式を立て、初期条件の設定可能な軸端又は対称軸との交点を起点とし、中立軸に沿って順次連続的に連立方程式を解くことにより中立軸の軸線に作用する外部荷重を求める外部荷重算出工程を備えることを特徴とする。
The invention described in claim 9 is the invention described in any one of claims 1 to 8, wherein the balance between force and moment is applied to a minute portion on the neutral axis of the fixed structure after the stress calculation step. An external load acting on the axis of the neutral axis by establishing simultaneous equations from the relationship and starting the intersection with the axis end where the initial conditions can be set or the symmetry axis and solving the simultaneous equations sequentially along the neutral axis An external load calculating step for obtaining the above is provided.

請求項10に記載された発明は、コンピュータに、請求項1〜9のいずれか一項に記載の工程を行わせるためのプログラムである。また、請求項11に記載された発明は、請求項10に記載のプログラムを実行するコンピュータである。
The invention described in claim 10 is a program for causing a computer to perform the process according to any one of claims 1 to 9. The invention described in claim 11 is a computer that executes the program described in claim 10 .

請求項5において、実測距離測定結果から直接曲率を求める方法は次のようである。
In claim 5 , the method of obtaining the curvature directly from the measured distance measurement result is as follows.

上式で明らかなように曲率は長さ(距離)を微分したものであるが、この実測値には誤差が含まれているためそのまま微分したのでは正しい解が得られない。そこで、請求項7におけるフーリエ変換を応用することにより実測値を平均化し、その変化を滑らかにすることでこの問題を解決している。つまり、下記第9式を用いて変位又は距離等長さのデータをフーリエ級数式に変換し、データの平均値はもちろんのこと、これを微分したときに連続的した微分係数が得られるようにしたものである。
As is apparent from the above equation, the curvature is obtained by differentiating the length (distance). However, since the actual measurement value includes an error, a correct solution cannot be obtained by differentiating it as it is. Therefore, this problem is solved by applying the Fourier transform in claim 7 to average the measured values and smooth the change. In other words, the following equation is used to convert displacement or distance equal length data into a Fourier-class mathematical expression, so that not only the average value of the data but also the differential coefficient obtained when it is differentiated can be obtained. It is a thing.

請求項8において、非周期の変数にフーリエ変換を応用できるようにする方法は、具体的には次のようである。この場合、変数は極座標で示されたLi=f(φi)の関係、又は直交座標で示されたYi=f(xi)の関係、いずれであっても差し支えない(図14参照)。
In the eighth aspect of the invention, the method for enabling the Fourier transform to be applied to a non-periodic variable is specifically as follows. In this case, the variable can be either Li = f (φi) shown in polar coordinates or Yi = f (xi) shown in Cartesian coordinates (see FIG. 14).

請求項9の外部荷重算出工程は以下の算式による。
固定構造体の中立軸上に微小区間をとり、その始点を1、終点を2とし、それらの点で中立軸に直角な端面を想定し、それぞれの面の向き及び各面に生じている力とモーメント(内力)次のように表す。
The external load calculation step of claim 9 is based on the following formula.
Taking a minute section on the neutral axis of the fixed structure, assuming the end point as 1 and the end point as 2, and assuming the end face perpendicular to the neutral axis at those points, the direction of each surface and the force generated on each surface And moment (internal force) are expressed as follows.

距離測定は固定構造体の中立軸の変位又はその形状を知るためのものであるから、この目的を達することができれば距離測定機の設置位置は任意に決めることができる。特に中立軸が閉じた固定構造体にあっては、請求項4に記載のセンタリングの方法により元の中心位置を求めることができるので変位の算定は容易である。
Since the distance measurement is for knowing the displacement of the neutral axis of the fixed structure or the shape thereof, the installation position of the distance measuring device can be arbitrarily determined if this purpose can be achieved. In particular, in the case of a fixed structure with a neutral shaft closed, the original center position can be obtained by the centering method according to claim 4 , so that the displacement can be easily calculated.

前記課題を解決するために、請求項1に記載された発明は、外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、実測中立軸位置演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、中立軸上の位置に対応する変形前の位置における初期曲率の大きさから外力が作用していない状態における固定構造体の中立軸の初期位置を演算する初期中立軸位置演算工程と、実測中立軸位置と初期中立軸位置との差から、固定構造体の各測定位置における変位量を求める変位算出工程と、各測定位置における変位量を微分して各測定位置における曲率の変化量を求め、これに固定構造体の弾性係数と、断面二次モーメントを乗じることにより、連続的に曲げモーメントを算出する曲げモーメント算出工程と、曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 is directed to the surface of the fixed structure continuously from an arbitrary measurement reference position at an appropriate interval from the surface of the fixed structure on which an external force is applied. Measured distance measurement process that measures the distance to multiple measurement positions and obtains multiple continuous measured distance values, and calculates the separation distance from the surface of the fixed structure to the neutral axis position. The distance from the measurement reference position to the neutral axis of the fixed structure is added to the actual measurement distance value obtained in step 1, and these values for the adjacent measurement points and the distance from the measurement reference position or the distance of the measurement interval Based on the measured neutral axis position calculation step that calculates the length of the neutral axis using the, and the neutral axis length obtained from the measured neutral axis position calculation step, before the deformation corresponding to the position on the neutral axis from the size of the initial curvature at position From the initial neutral axis position calculation step of calculating the initial position of the neutral axis of the fixed structure in a state where no force is applied, and the difference between the measured neutral axis position and the initial neutral axis position, Displacement calculation process to obtain the displacement amount, the displacement amount at each measurement position is differentiated to obtain the amount of change in curvature at each measurement position, and this is continuously multiplied by the elastic modulus of the fixed structure and the cross-sectional second moment. A bending moment calculating step for calculating a bending moment and a stress calculating step for obtaining a stress degree at an actually measured distance measurement position by dividing a moment value obtained in the bending moment calculating step by a section modulus. And

請求項4に記載された発明は、請求項2または3に記載された発明において、固定構造体円管である場合に、変位算出工程において変位計算を行う前に、実測距離測定工程で得られた各測定点の距離と角度に対して余弦定理を用いて周長と形状を求め、得られた形状の円を鉛直方向と水平方向で二分割することによって固定構造体が変形する前の中心位置を算出し、この中心位置と距離測定時の測定基準位置とのずれを算出した後、実測距離データを中心位置からの距離に変換するセンタリング工程を備え、該中心位置からの距離に変換した実測距離データを用いて変位算出工程において変位量を算出することを特徴とする。
The invention described in claim 4 is obtained in the actual distance measurement step before the displacement calculation in the displacement calculation step when the fixed structure is a circular pipe in the invention described in claim 2 or 3. Obtain the circumference and shape using the cosine theorem for the distance and angle of each measured point, and divide the circle of the obtained shape into two parts in the vertical and horizontal directions before the fixed structure is deformed calculating the center position, after calculating the deviation between the measurement reference position at the central position and the distance measuring comprises a centering step of converting the measured distance data to the distance from the center position, it converted to a distance from said central position It characterized that you calculate the displacement amount in the displacement calculating step using measured distance data.

請求項5に記載された発明は、中立軸の軸線形が閉じていない形状をなしている固定構造体に対して、外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、実測中立軸位置演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、中立軸上の位置に対応する変形前の位置における初期曲率データを取得する初期中立軸の曲率データ読み込み工程と、これらの工程で得られた初期曲率と実測中立軸位置のデータを用いて、載荷重によって生ずる中立軸の曲率の変化を算出し、更にこれから曲げモーメントを計算する中立軸線の距離データに基づく曲率と曲げモーメントの計算工程と、曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、を備えることを特徴とする。 According to the fifth aspect of the present invention, there is provided an arbitrary structure having an appropriate distance from the surface of the fixed structure on which an external force is applied to the fixed structure having a shape in which the axial alignment of the neutral shaft is not closed. Measuring the distance from the measurement reference position to a plurality of continuous measurement positions on the surface of the fixed structure to obtain a plurality of continuous measurement distance values, and from the surface of the fixed structure to the neutral axis position. The distance between the measurement reference position and the neutral axis of the fixed structure is calculated by adding this to the actual distance value obtained in the actual distance measurement process. Based on the measured neutral axis position calculation process that calculates the length of the neutral axis using the angle or distance value measured from the measurement reference position, and the neutral axis length obtained from the measured neutral axis position calculation process. Te, change corresponding to the position on the neutral axis The curvature data reading step of an initial neutral axis to obtain the initial curvature data in the previous position, using the data of the measured neutral axis position and the initial curvature obtained in these steps, the change in curvature of the neutral axis caused by the mounting load By further calculating the curvature and bending moment based on the neutral axis distance data from which the bending moment is calculated, and dividing the moment value obtained in the bending moment calculation step by the section modulus, And a stress calculation step for obtaining a stress level.

Claims (10)

外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、
固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、
実測中立軸位置演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、この長さの累計値に対応した位置と初期曲率の大きさから外力が作用していない状態における固定構造体の中立軸の初期位置を演算する初期中立軸位置演算工程と、
実測中立軸位置と初期中立軸位置との差から、固定構造体の各測定位置における変位量を求める変位算出工程と、
各測定位置における変位量を微分して各測定位置における曲率の変化量を求め、これに固定構造体の弾性係数と、断面二次モーメントを乗じることにより、連続的に曲げモーメントを算出する曲げモーメント算出工程と、
曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、
固定構造体の中立軸上の微小部分において、力とモーメントの釣り合いの関係から連立方程式を立て、初期条件の設定可能な軸端又は対称軸との交点を起点とし、中立軸に沿って順次連続的に連立方程式を解くことにより中立軸の軸線に作用する外部荷重を求める外部荷重算出工程と、を備えることを特徴とする固定構造体の曲げ応力測定方法。
By measuring the distance from any measurement reference position that is appropriately spaced from the surface of the fixed structure on which an external force is acting to multiple consecutive measurement positions on the surface of the fixed structure, multiple actual measurements An actual distance measurement step for obtaining a distance value;
By calculating the separation distance from the surface of the fixed structure to the neutral axis position and adding this to the actual distance value obtained in the actual distance measurement process, the distance from the measurement reference position to the neutral axis of the fixed structure is obtained. An actual neutral axis position calculation step of calculating the length of the neutral axis using these values for adjacent measurement points and the distance value of the angle or measurement interval viewed from the measurement reference position;
Based on the length of the neutral axis obtained from the measured neutral axis position calculation process, the fixed structure in the state where no external force is applied from the position corresponding to the cumulative value of this length and the magnitude of the initial curvature An initial neutral axis position calculating step for calculating the initial position of the vertical axis;
A displacement calculating step for obtaining a displacement amount at each measurement position of the fixed structure from a difference between the measured neutral axis position and the initial neutral axis position;
Bending moment that continuously calculates the bending moment by differentiating the displacement at each measuring position to obtain the amount of change in curvature at each measuring position and multiplying this by the elastic modulus of the fixed structure and the secondary moment of section A calculation process;
By dividing the moment value obtained in the bending moment calculation step by the section modulus, a stress calculation step for obtaining the degree of stress at the measured distance measurement position;
In a small part on the neutral axis of a fixed structure, a simultaneous equation is established from the relationship between the balance of force and moment, and the initial condition is set as the starting point of the intersection with the axis end or the axis of symmetry, and then along the neutral axis. And an external load calculating step of obtaining an external load acting on the axis of the neutral axis by solving simultaneous equations in a fixed manner.
固定構造体は円弧状を成しており、前記実測距離測定工程は、固定構造体内側の測定基準位置に設置した回転式レーザ距離測定機により当該測定基準位置から固定構造体表面までの距離を連続する角度で測定することを特徴とする請求項1に記載の固定構造体の曲げ応力測定方法。   The fixed structure has an arc shape, and the actual distance measuring step is performed by measuring a distance from the measurement reference position to the surface of the fixed structure by a rotary laser distance measuring device installed at a measurement reference position inside the fixed structure. The method for measuring a bending stress of a fixed structure according to claim 1, wherein the measurement is performed at continuous angles. 固定構造体は地中に埋設する管体であることを特徴とする請求項2に記載の固定構造体の曲げ応力測定方法。   3. The method for measuring the bending stress of a fixed structure according to claim 2, wherein the fixed structure is a tube embedded in the ground. 固定構造体は直線状を成しており、前記実測距離測定工程の測定基準位置は、固定構造体表面に沿う任意の直線である測定基準線であり、この測定基準線に設置したレールを走行する走査式レーザ距離測定機により、測定基準線から固定構造体表面までの各距離を測定することを特徴とする請求項1に記載の固定構造体の曲げ応力測定方法。   The fixed structure has a linear shape, and the measurement reference position in the actual distance measurement step is a measurement reference line that is an arbitrary straight line along the surface of the fixed structure, and runs on a rail installed on the measurement reference line. The method for measuring a bending stress of a fixed structure according to claim 1, wherein each distance from the measurement reference line to the surface of the fixed structure is measured by a scanning laser distance measuring machine. 前記実測中立軸位置演算工程と変位算出工程において、実測距離又は変位量をフーリエ変換して、これらの値を平均化しかつその変化を滑らかな曲線とした後に、微分することを特徴とする請求項1に記載の固定構造体の曲げ応力測定方法。   2. The measured neutral axis position calculating step and the displacement calculating step, wherein the measured distance or the amount of displacement is Fourier-transformed, these values are averaged, and the change is converted into a smooth curve, and then differentiated. 2. A bending stress measurement method for a fixed structure according to 1. 固定構造体は環を成さずに端部を有するものである場合、端部から任意位置までの実測距離又は変位量の変化曲線をグラフ上で反転させたものを端部で接続することにより、端部において連続し、かつ2倍長毎に周期的に変化する仮想曲線を描いて微分することを特徴とする請求項1に記載の固定構造体の曲げ応力測定方法。   When the fixed structure has an end without forming a ring, by connecting the measured distance from the end to the arbitrary position or the change curve of the amount of displacement on the graph at the end 2. The bending stress measuring method for a fixed structure according to claim 1, wherein the bending stress is differentiated by drawing an imaginary curve which is continuous at the end portion and periodically changes every double length. 固定構造体は円管であり、実測距離測定工程で得られた各測定点の距離と角度に対して余弦定理を用いて周長と形状を求め、得られた形状の円を鉛直方向と水平方向で二分割することによって固定構造体が変形する前の中心位置を算出し、この中心位置と距離測定時の測定基準位置とのずれを算出した後、実測距離データを中心位置からの距離に変換するセンタリング工程を備えることを特徴とする請求項2に記載の固定構造体の曲げ応力測定方法。   The fixed structure is a circular pipe, and the perimeter and shape are determined using the cosine theorem for the distance and angle of each measurement point obtained in the actual distance measurement process. Calculate the center position before the fixed structure is deformed by dividing it into two directions, calculate the deviation between this center position and the measurement reference position during distance measurement, and then change the measured distance data to the distance from the center position. The method for measuring a bending stress of a fixed structure according to claim 2, further comprising a centering step for conversion. 中立軸の軸線形が任意の形状をなしている固定構造体に対して、外力が作用している固定構造体の表面から適当な間隔をあけた任意の測定基準位置から、固定構造体表面の連続する複数の測定位置までの距離を測定して、連続的な複数の実測距離値を得る実測距離測定工程と、
固定構造体表面から中立軸位置までの離隔距離を算定し、これを実測距離測定工程で得た実測距離値に加算することにより、測定基準位置から固定構造体の中立軸までの距離とし、更に隣り合う測定点に対するこれらの値と測定基準位置から見た角度又は測定間隔の距離値を用いて中立軸の長さを演算する実測中立軸位置演算工程と、
実測中立軸位置演算工程から得られた中立軸の長さを基にして、この長さの累計値に対応した位置の初期曲率データを取得する初期中立軸の曲率データ読み込み工程と、
これらの工程で得られた初期曲率と実測中立軸位置のデータを用いて、載荷重によって生ずる中立軸の曲率の変化を算出し、更にこれから曲げモーメントを計算する中立軸線の距離データに基づく曲率と曲げモーメントの計算工程と、
曲げモーメント算出工程で得たモーメント値を断面係数で除することにより、実測距離測定位置における応力度を得る応力算出工程と、
固定構造体の中立軸上の微小部分において、力とモーメントの釣り合いの関係から連立方程式を立て、初期条件の設定可能な軸端又は対称軸との交点を起点とし、中立軸に沿って順次連続的に連立方程式を解くことにより中立軸の軸線に作用する外部荷重を求める外部荷重算出工程と、を備えることを特徴とする固定構造体の曲げ応力測定方法。
For a fixed structure in which the neutral axis of the neutral axis has an arbitrary shape, from any measurement reference position at an appropriate distance from the surface of the fixed structure on which an external force is acting, An actual distance measurement step of measuring a distance to a plurality of consecutive measurement positions and obtaining a plurality of continuous actual distance values;
By calculating the separation distance from the surface of the fixed structure to the neutral axis position and adding this to the actual distance value obtained in the actual distance measurement process, the distance from the measurement reference position to the neutral axis of the fixed structure is obtained. An actual neutral axis position calculation step of calculating the length of the neutral axis using these values for adjacent measurement points and the distance value of the angle or measurement interval viewed from the measurement reference position;
Based on the length of the neutral axis obtained from the measured neutral axis position calculation step, the initial neutral axis curvature data reading step for acquiring the initial curvature data of the position corresponding to the cumulative value of this length;
Using the initial curvature data obtained in these steps and the measured neutral axis position data, the change in the neutral axis curvature caused by the loading load is calculated, and the curvature based on the neutral axis distance data from which the bending moment is calculated. Bending moment calculation process,
By dividing the moment value obtained in the bending moment calculation step by the section modulus, a stress calculation step for obtaining the degree of stress at the measured distance measurement position;
In a small part on the neutral axis of a fixed structure, a simultaneous equation is established from the relationship between the balance of force and moment, and the initial condition is set as the starting point of the intersection with the axis end or the axis of symmetry, and then along the neutral axis. And an external load calculating step of obtaining an external load acting on the axis of the neutral axis by solving simultaneous equations in a fixed manner.
請求項1〜8のいずれか一項の工程を行うプログラムを記録した記録媒体。   The recording medium which recorded the program which performs the process of any one of Claims 1-8. 請求項9に記載のプログラムを実行するコンピュータ。




A computer that executes the program according to claim 9.




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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013092835A (en) * 2011-10-24 2013-05-16 Nippon Steel & Sumitomo Metal Structure design support device
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