JP2009243961A

JP2009243961A - 鉄筋応力の測定方法

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Publication number: JP2009243961A
Application number: JP2008088408A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Sogabe; 正道曽我部; Yukihiro Tanimura; 幸裕谷村
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2009-10-22
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: JP5102087B2

Abstract

【課題】動体が移動するときの所定の時間にわたって、リアルタイムかつ高精度に測定対象の応力を測定することができる鉄筋応力の測定方法を提供すること。
【解決手段】測定対象のたわみ量をあらかじめ測定するたわみ量事前測定工程と、磁歪センサにより、前記測定対象の磁歪変化から前記測定対象の応力をあらかじめ測定する応力事前測定工程と、たわみ量と応力との複数の測定結果におけるタイミングを識別し、同じタイミング同士で、たわみ量と応力との測定結果を対応付けてたわみ応力特性をあらかじめ算出する事前算出工程と、前記測定対象のたわみ量を測定するたわみ量即時測定工程と、たわみ量即時測定工程による測定結果から、たわみ応力特性に基づいて、前記応力事前測定工程のサンプリング間隔よりも小さいサンプリング間隔で、前記測定対象の応力をリアルタイムに測定する応力即時測定工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、移動体の移動を支持する鉄筋応力の測定方法に関する。

従来より、鉄筋からなる測定対象に歪ゲージを設置して、当該歪ゲージの出力により、測定対象の応力を測定する方法が知られている。
しかし、歪ゲージの設置、撤去を行うためには、はつりなどの作業負担が大きくなるだけでなく、歪ゲージは被測定対象の歪みに応じて変位するため、当該歪ゲージを長期にわたって安定して設置することができない。
そこで、磁歪センサにより、測定対象の応力を測定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この磁歪センサによって、測定対象の微分透磁率を求め、この微分透磁率から応力を測定することができる。
特開２００３−２７００５９号公報

しかしながら、上記のような磁歪センサによる測定では、測定可能間隔が長いため、静的かつ瞬間的な測定を行うことはできるものの、移動体が移動している間において測定対象の応力を連続して直ちに測定することができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、移動体が移動するときの所定の時間にわたって、リアルタイムかつ高精度に測定対象の応力を測定することができる鉄筋応力の測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、移動体の移動を支持する鉄筋の応力を測定する鉄筋応力の測定方法であって、タイミング発生手段による識別可能な複数のタイミングに合わせて、第１のたわみ計により測定対象のたわみ量をあらかじめ測定するたわみ量事前測定工程と、前記タイミング発生手段による識別可能な複数のタイミングに合わせて、磁歪センサにより、前記たわみ量事前測定工程のサンプリング間隔よりも大きいサンプリング間隔で、前記測定対象の磁歪変化から前記測定対象の応力をあらかじめ測定する応力事前測定工程と、前記たわみ量事前測定工程の複数の測定結果及び前記応力事前測定工程の複数の測定結果における前記タイミングを識別し、同じタイミング同士で、前記たわみ量事前測定工程の複数の測定結果と前記応力事前測定工程の複数の測定結果とを対応付けてたわみ応力特性をあらかじめ算出する事前算出工程と、前記移動体が移動するリアルタイムに、第２のたわみ計により前記測定対象のたわみ量を測定するたわみ量即時測定工程と、前記たわみ量即時測定工程による測定結果に基づいて、前記事前算出工程によってあらかじめ算出されたたわみ応力特性から、前記応力事前測定工程のサンプリング間隔よりも小さいサンプリング間隔で、前記測定対象の応力をリアルタイムに測定する応力即時測定工程とを含むことを特徴とする。

この発明においては、たわみ量事前測定工程により測定対象のたわみ量があらかじめ測定される。また、応力事前測定工程により、測定対象の応力があらかじめ測定される。そして、事前算出工程により、同じタイミング同士で、たわみ量事前測定工程の複数の測定結果と応力事前測定工程の複数の測定結果とが対応付けられてたわみ応力特性があらかじめ算出される。
このような状態において、たわみ量即時測定工程により、測定対象のたわみ量がリアルタイムに測定され、応力即時測定工程により、たわみ量即時測定工程による測定結果から、たわみ応力特性に基づいて、応力事前測定工程のサンプリング間隔よりも小さいサンプリング間隔で、測定対象の応力がリアルタイムに測定される。
以上より、本発明によれば、移動体が移動するときの所定の時間にわたって、リアルタイムかつ高精度に測定対象の応力を測定することができる。

また、本発明は、前記たわみ量即時測定工程による測定結果と、前記測定対象の固有振動数又は減衰定数とに基づいて、前記移動体が移動していないときの前記測定対象のたわみ量を解析たわみ量として算出する解析たわみ量算出工程と、前記解析たわみ量算出工程による算出結果に基づいて、前記事前算出工程によってあらかじめ算出されたたわみ応力特性から、前記応力事前測定工程のサンプリング間隔よりも小さいサンプリング間隔で、前記移動体が移動していないときの前記測定対象の応力である解析応力を算出する解析応力算出工程とを含むことを特徴とする。

この発明においては、解析たわみ量算出工程により、解析たわみ量が算出され、解析応力算出肯定により、たわみ応力特性に基づいて、応力事前測定工程のサンプリング間隔よりも小さいサンプリング間隔で、解析応力を算出する。
以上より、本発明によれば、高精度かつ容易に解析応力を算出することができる。

本発明によれば、移動体が移動するときの所定の時間にわたって、リアルタイムかつ高精度に測定対象の応力を測定することができる。

以下、本発明の実施形態における鉄筋応力の測定方法について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態としての鉄筋応力の測定方法における測定対象の様子を示したものである。
まず、測定対象について説明する。
地面Ｇから複数の橋桁１が所定の間隔をあけて設置されている。これら橋桁１の上端には、両隣の橋桁１にわたって延びる複数の桁５が設置されている。橋桁１及び桁５は、鉄筋コンクリートからなっている。桁５の上端には、これら複数の桁５にわたって延びるレール３が設置されており、このレール３の上を列車（移動体）４が移動するようになっている。
本実施形態においては、例えば桁５の応力を測定するものであり、測定対象は桁５となる。

また、符号７は、本実施形態において利用されるたわみ計（第１のたわみ計、第２のたわみ計）を示すものである。桁５の下端からピアノ線６を下方に延ばし、このピアノ線６と地面Ｇに設けられたたわみ計７とが接続されている。
そして、桁５のたわみによるピアノ線６の鉛直方向の変位により、たわみ計７が所定のサンプリング間隔ＳＰ１で測定結果（たわみ量）を出力するようになっている。
なお、たわみ計７は、第１のたわみ計と第２のたわみ計とが兼用されたものである。

次いで、図２及び図３を参照して、本実施形態において利用されるＥＭセンサ（磁歪センサ）１０について説明する。
磁歪センサ１０は、筒状の本体部１６を備えている。
本体部１６内には、内側に１次コイル１１が巻回され、この１次コイル１１の外側に２次コイル１２が巻回されている。１次コイル１１及び２次コイル１２は、コンデンサを有する入力部１４を介して、電源部１５に接続されている。電源部１５は、例えば２４ＶＤＣ／１００ＶＡＣ電源からなるものである。また、２次コイル１２には、演算部１３が接続されている。
このような構成のもと、電源部１５から出力された電流が入力部１４のコンデンサに充電され、コンデンサがフル充電されると、その電圧（２００〜３００Ｖ）が一次コイル１１に供給される。一次コイル１１に電圧が供給されると、鋼材の磁束密度が変化し、これにより２次コイル１２に誘導電流が発生する。すると、演算部１３は、２次コイル１２の誘導電流の電圧を測定して、鋼材の微分透磁率を算出する。さらに、演算部１３は、算出した微分透磁率から、鉄筋の応力を算定する。

このＥＭセンサ１０は、静的かつ瞬間的な測定を行うことはできるものの、所定の時間にわたって測定対象の応力を直ちに測定することができない。
すなわち、図３に示すように、電源部１５の測定用のスイッチをオンしてから、入力部１４のコンデンサに電流がフル充電されるまでに約２０秒かかり、フル充電されてから１次コイル１１に電圧が供給（トリガ・オン）されるため、測定可能間隔が約２０秒となってしまう。すなわち、ＥＭセンサ１０によると、所定のサンプリング間隔ＳＰ２で測定可能となり、このサンプリング間隔ＳＰ２は、たわみ計７のサンプリング間隔ＳＰ１よりも大きくなっている。しかも、図４に示すように、コンデンサにフル充電されるまでの時間には、所定（１秒程度）のばらつきがあり、正確に２０秒に合わせて測定することも困難である。また、コンデンサからの放電後、一瞬（１０ｍ秒程度）で微分透磁率の測定が終了するため、活荷重通過時の応力を測定することはできない。さらに、コンデンサに電流が充電された場合、安全上すぐに放電を行う必要があるため、測定タイミングの制御を行うこともできない。
このように、ＥＭセンサ１０だけでは、所定の時間にわたって測定対象の応力を直ちに測定することができない。

次に、本実施形態における鉄筋応力の測定方法について説明する。
図５は、本実施形態における鉄筋応力の測定方法の測定フローを示すフローチャートである。
この測定方法は、あらかじめ測定する段階（ステップＳ１〜Ｓ５）と、リアルタイムに測定する段階（ステップＳ６）とを含むものである。
まず、桁５のたわみや応力をあらかじめ測定する工程について説明する。
最初に、電源部１５の測定用のスイッチをオンにする（ステップＳ１）。すなわち、図６に示すように、桁５の短手方向の両端に一対の光電管スイッチ２０を設け、これら光電管スイッチ２０の間の光を、列車４が遮ることにより、光電管スイッチ２０からオン信号が出力される。そして、このオン信号を制御部（不図示）が読み出すと、電源部１５の測定用のスイッチをオンする。

なお、光電管スイッチ２０に代えて、図７に示すように、車軸位置検知センサ２５を設け、列車４の車軸を検出してもよい。すなわち、車軸位置検知センサ２５が、磁界を検知することにより、列車４の磁性体からなる車輪を検知し、これによりレール３の長手方向における車軸の位置を検知することができる。そして、車軸位置検知センサ２５が、車軸位置を検知すると、オン信号を制御部に出力する。

さらに、電源部１５の測定用のスイッチがオンされると、電源部１５から入力部１４に電流が供給され、コンデンサに充電されていく（ステップＳ２）。コンデンサがフル充電されると、それがトリガとなって、ＥＭセンサ１０により、上記と同様にして桁５の応力が２〜３点分測定される（ステップＳ３、たわみ量事前測定工程）。このとき、ＧＰＳ時計（タイミング発生手段）を利用して、測定結果（応力）と測定点の絶対時間とを対応付けて記憶部（不図示）などに記憶しておく。
そして、列車４が、例えば４台〜５台くらい通過することにより、複数点の応力が測定され、それら応力と絶対時間とが記憶部に記憶される。

また、同じ時間に、たわみ計７により、桁５のたわみ量を測定する（ステップＳ４、応力事前測定工程）。すなわち、ＧＰＳ時計を利用して、たわみ計７の測定結果（たわみ量）と測定点の絶対時間とを対応付けて記憶部などに記憶しておく。これにより、例えば図８又は図９に示すように、時間軸に対するたわみ量を表す波形が得られる。
さらに、ＥＭセンサ１０の測定結果に対応する絶対時間と、たわみ計７の測定結果に対応する絶対時間とを、不図示の演算部が記憶部から読み出し、それぞれの絶対時間が等しいときのそれぞれの測定結果（応力とたわみ量）を抽出する。

すなわち、図１０及び図１１に示すように、演算部は、時間軸に対するたわみ量を示すたわみ波形（たわみ計７の測定結果）から、ＥＭセンサ１０と同一時刻の測定点Ｓ１−１，Ｓ１−２，Ｓ１−３，Ｓ１−４，Ｓ１−５（又はＳ２−１，Ｓ２−２，Ｓ２−３，Ｓ２−４，Ｓ２−５、以下「Ｓ１−１他」という。）におけるたわみ量Ｔ１−１，Ｔ１−２，Ｔ１−３，Ｔ１−４，Ｔ１−５（又はＴ２−１，Ｔ２−２，Ｔ２−３，Ｔ２−４，Ｔ２−５、以下「Ｔ２−１他」という。）を抽出し、それら測定点（Ｓ１−１他）とたわみ量（Ｔ２−２他）とを対応させて記憶部に記憶する。同様に、演算部は、それら測定点（Ｓ１−１他）における応力を抽出し、それら測定点（Ｓ１−１他）と応力とを対応させて記憶する。
これらの処理を、異なる列車４の４台〜５台分繰り返し、演算結果を蓄積する。

さらに、演算部は、同一の測定点におけるたわみ量と応力とを抽出し、これらたわみ量と応力とを対応付けて記憶部に記憶する。これにより、図１２に示すように、横軸をたわみ量とし、縦軸を応力とした関数であるたわみ・応力特性Ｌが算出される。
このようにして、たわみ量と応力との関係を示すたわみ・応力データベースがあらかじめ生成される（ステップＳ５、事前算出工程）。

次いで、リアルタイムに測定する段階（ステップＳ６）について説明する。
列車４が桁５を移動する場合、このときの桁５の応力は、上記の通り、ＥＭセンサ１０だけでは、精度よく測定することができない。
本実施形態においては、列車４が通過する際に、たわみ計７により桁５のたわみ量をリアルタイムに測定し、これらたわみ量に基づいて、不図示の演算部が、あらかじめ生成されたたわみ・応力データベースから、各応力を抽出する。このとき、演算部は、たわみ計７のサンプリング間隔ＳＰ２ごとの応力を抽出する。これにより、図１３に示すように、測定たわみ波形から、サンプリング間隔ＳＰ２ごとのリアルタイムな応力波形が得られる（ステップＳ６、応力即時測定工程）。

さらに、演算部は、桁５の固有振動数又は減衰定数などを求め、構造緒元同定により、図１４に示すように、測定たわみ波形（図１３に示す）から、列車４が通過していないときの桁５のたわみ量である解析たわみ波形を算出する（解析たわみ量産出工程）。
そして、算出した解析たわみ波形に基づいて、たわみ・応力データベースから、各応力を抽出し、列車４が通過していないときの桁５の応力波形である解析応力波形を算出する（解析応力波形算出工程）。

以上より、本実施形態における鉄筋応力の測定方法によれば、たわみ・応力特性Ｌがあらかじめ得られることから、たわみ計７により、小さなサンプリング間隔ＳＰ２でたわみ量をリアルタイムに測定することにより、同じサンプリング間隔ＳＰ２で桁５の応力をリアルタイムに測定することができる。
そのため、列車４が移動するときの所定の時間にわたって、リアルタイムかつ高精度に測定対象の応力を測定することができる。

なお、演算部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによりリアルタイムに応力測定を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。

本発明の実施形態としての鉄筋応力の測定方法における測定対象などの様子を示す説明図である。本実施形態で利用されるＥＭセンサを示す説明図である。本実施形態で利用されるＥＭセンサの測定手順を示すフローチャートである。ＥＭセンサの測定開始時間のばらつきを示すグラフである。本実施形態における鉄筋応力の測定方法の全体の流れを示すフローチャートである。桁に光電管スイッチが設けられ、車両により、光が遮られる様子を示す説明図である。レールに車軸位置検知センサが設けられた様子を示す平面図である。たわみ計によるたわみ波形を示す波形図である。たわみ計による他のたわみ波形を示す波形図である。ＥＭセンサの同一の測定点において、たわみ波形から、たわみ量を抽出する様子を示す説明図である。ＥＭセンサの他の同一の測定点において、他のたわみ波形から、たわみ量を抽出する様子を示す説明図である。たわみ量と応力との関係を示すたわみ・応力特性を示すグラフである。測定たわみ波形と、この測定たわみ波形から得られた応力波形を示す波形図である。測定たわみ波形から解析した解析たわみ波形と、この解析たわみ波形から得られた応力波形を示す波形図である。

符号の説明

４列車（移動体）
５桁（測定対象）
７たわみ計（第１のたわみ計、第２のたわみ計）
１０ＥＭセンサ（磁歪センサ）
Ｌたわみ応力特性

Claims

移動体の移動を支持する鉄筋の応力を測定する鉄筋応力の測定方法であって、
タイミング発生手段による識別可能な複数のタイミングに合わせて、第１のたわみ計により測定対象のたわみ量をあらかじめ測定するたわみ量事前測定工程と、
前記タイミング発生手段による識別可能な複数のタイミングに合わせて、磁歪センサにより、前記たわみ量事前測定工程のサンプリング間隔よりも大きいサンプリング間隔で、前記測定対象の磁歪変化から前記測定対象の応力をあらかじめ測定する応力事前測定工程と、
前記たわみ量事前測定工程の複数の測定結果及び前記応力事前測定工程の複数の測定結果における前記タイミングを識別し、同じタイミング同士で、前記たわみ量事前測定工程の複数の測定結果と前記応力事前測定工程の複数の測定結果とを対応付けてたわみ応力特性をあらかじめ算出する事前算出工程と、
前記移動体が移動するリアルタイムに、第２のたわみ計により前記測定対象のたわみ量を測定するたわみ量即時測定工程と、
前記たわみ量即時測定工程による測定結果に基づいて、前記事前算出工程によってあらかじめ算出されたたわみ応力特性から、前記応力事前測定工程のサンプリング間隔よりも小さいサンプリング間隔で、前記測定対象の応力をリアルタイムに測定する応力即時測定工程とを含むことを特徴とする鉄筋応力の測定方法。
前記たわみ量即時測定工程による測定結果と、前記測定対象の固有振動数又は減衰定数とに基づいて、前記移動体が移動していないときの前記測定対象のたわみ量を解析たわみ量として算出する解析たわみ量算出工程と、
前記解析たわみ量算出工程による算出結果に基づいて、前記事前算出工程によってあらかじめ算出されたたわみ応力特性から、前記応力事前測定工程のサンプリング間隔よりも小さいサンプリング間隔で、前記移動体が移動していないときの前記測定対象の応力である解析応力を算出する解析応力算出工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋応力の測定方法。