JP2011191154A - 高架橋における不同変位計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】 離間配置された２つの高架橋構造物間に生じる目違いや角折れを計測し、それによって列車軌道の健全性を迅速かつ効率的に評価する。
【解決手段】本発明に係る不同変位計測システム１は、２台の構造物用変位センサー３，３を備えるるとともに、それらを構成する円筒状ケーシング５を、高架橋構造物２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｄにそれぞれ固着する一方、高架橋構造物２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの端部には、ロッド状をなす計測補助部材２２を、その材軸が橋軸方向と平行となるように突設し、該計測補助部材に、その材軸に沿って直線移動自在となるように２つのスライダー２１，２１を取り付けた上、構造物用変位センサー３を構成する中空ピストン状部材６を連結ロッド８を介してスライダー２１にそれぞれピン接合してあり、中空ピストン状部材６，６は、それらの進退軸線が互いに平行になるよう、スライダー２１，２１にそれぞれピン接合してある。
【選択図】 図２

Description

本発明は、主として目違いや角折れといった高架橋の不同変位を計測する際に用いられる高架橋における不同変位計測システムに関する。

道路用や鉄道用の高架橋は、鉄筋コンクリート（以下、ＲＣ）のラーメン架構で下部工を構築する場合が多く、大地震時においては、該ＲＣラーメン架構を構成する柱の地震時挙動が高架橋全体の耐震性に大きく影響する。

すなわち、大地震時においては、橋軸方向又はそれに直交する方向への柱の曲げ変形によって柱脚部あるいは柱頭部が塑性化し、それがコンクリートの剥離あるいは剥落を招いて曲げ変形がさらに進行するといった事態が懸念される。

そのため、ＲＣラーメン架構を構成する柱の曲げ変形を計測するセンサーやそれを用いたシステムが開発されており（特許文献１，２）、かかるセンサーによれば、地震を受けている間に柱がどれだけ曲げ変形したかを最大応答部材角として計測することができるとともに、この計測結果を利用すれば、例えば鋼板巻立てされていることで外部から目視が不可能な柱の場合であっても、その損傷状況、特に塑性化の進行状況を適切に把握することが可能となる。

特開２００８−５１６７６号公報 特開２００８−５１６７５号公報

一方、鉄道用の高架橋は、支持地盤の違いや地上の交通状況等に応じて、ラーメン高架橋、調整桁、架道橋といったさまざまな種類の高架橋構造物を組み合わせて構築されており、全体としては、相異なる複数の高架橋構造物が橋軸方向に沿って配列されたものとなる。

そのため、鉄道用高架橋は、場所によって異なる地震時挙動を呈することになり、例えば橋軸方向に沿って離間配置された２つのラーメン高架橋が互いに異なる固有周期で橋軸直交方向に振動し、その結果、これら２つのラーメン高架橋の端部同士が不同変位を生じる場合がある。

かかる不同変位のうち、橋軸直交方向に沿った相対変位は目違い、回転方向の相対変位は角折れと呼ばれているが、かかる目違いや角折れは、高架橋上部工のスラブに敷設された列車軌道に撓みや座屈を生じさせる原因となり、列車の走行安定性に大きな影響を及ぼす。

しかしながら、従来においては、どの程度の目違いや角折れが生じているのかを把握できるシステムが構築されていないため、列車軌道の撓みや座屈の有無あるいは程度を大地震後に目視観察せざるを得ず、結果として列車運転を停止している時間、いわゆるダウンタイムが長くなるという問題を生じていた。

加えて、上述した目視観察では、地震後の軌道の撓みや座屈状況を把握することはできても、地震によってどの程度まで変形を受けたのかを把握することはできないため、軌道の損傷状況を適切に把握することは困難であるという問題も生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、離間配置された２つの高架橋構造物間に生じる目違いや角折れを計測し、それによって列車軌道の健全性を迅速かつ効率的に評価することが可能な高架橋における不同変位計測システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る高架橋における不同変位計測システムは請求項１に記載したように、可動側部材を固定側部材に対して進退自在となるように対向配置するとともに前記固定側部材と前記可動側部材との部材間相対変位を計測できるように構成されてなる変位計測手段を用いて互いに離間配置された２つの高架橋構造物間の不同変位を計測する高架橋における不同変位計測システムであって、
前記変位計測手段を２台備え、前記２つの高架橋構造物のうち、一方の高架橋構造物に前記各変位計測手段を構成する固定側部材をそれぞれ固着するとともに、２つのスライダーを他方の高架橋構造物又はそれに剛接された計測補助部材に直線移動自在に設置し、前記各変位計測手段を構成する可動側部材を、それらの進退軸線が互いに平行になるように前記各スライダーにそれぞれピン接合したものである。

また、高架橋における不同変位計測システムは、前記変位計測手段を、前記進退軸線に沿った前記可動側部材の進退動作が前記固定側部材によって案内されるように構成するとともに、前記固定側部材及び前記可動側部材のうち、一方の部材に固着された第１の被摺動部材と、他方の部材に固着され前記第１の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられた第１の摺動部材とを備え、前記第１の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の両端が第１のポテンショメータの固定端子、前記第１の摺動部材に設けられた接点が前記第１のポテンショメータの可動端子として機能するように構成したものである。

また、高架橋における不同変位計測システムは、前記変位計測手段は、前記固定側部材及び前記可動側部材のうち、一方の部材に固着された第２の被摺動部材と、該第２の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられ前記進退軸線に沿って進退自在に配置された第２の摺動部材と、前記固定側部材及び前記可動側部材のうち、一方の部材に固着された第３の被摺動部材と、該第３の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられ前記進退軸線に沿って進退自在に配置された第３の摺動部材とを備え、
前記第２の摺動部材は、前記固定側部材に対する前記可動側部材の所定方向移動に伴って前記固定側部材及び前記可動側部材のうちの他方の部材とともに移動し、反対方向移動に対しては前記他方の部材とともに移動することなく前記一方の部材に対する位置を保持するようになっており、
前記第３の摺動部材は、前記固定側部材に対する前記可動側部材の反対方向移動に伴って前記固定側部材及び前記可動側部材のうちの他方の部材とともに移動し、所定方向移動に対しては前記他方の部材とともに移動することなく前記一方の部材に対する位置を保持するようになっており、
前記第２の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子は、その両端が第２のポテンショメータの固定端子として機能し、前記第２の摺動部材に設けられた接点は、前記第２のポテンショメータの可動端子として機能し、
前記第３の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子は、その両端が第３のポテンショメータの固定端子として機能し、前記第３の摺動部材に設けられた接点は、前記第３のポテンショメータの可動端子として機能するようになっているものである。

また、高架橋における不同変位計測システムは、前記第２の被摺動部材を前記固定側部材に固着するとともに前記第２の摺動部材をその基端側が前記可動側部材の端面に当接自在となるように構成し、前記第３の被摺動部材を前記固定側部材に固着するとともに前記第３の摺動部材をその基端側が前記可動側部材に挿通された状態で該可動側部材の背面で係止自在となるように構成したものである。

また、高架橋における不同変位計測システムは、前記固定側部材と前記可動側部材との部材間相対変位をデータ処理する演算処理部を備え、該演算処理部は、前記進退軸線同士の垂直離間距離をＤ、前記進退軸線と前記スライダーの移動軸線とがなす角度をα、前記進退軸線から水平目違い評価ラインまでの垂直距離をＲとしたとき、次式、
θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）sinα
／（Ｄ／sinα−δ_Acosα＋δ_Bcosα）） （１）
δ＝（δ_Asinα−（Ｒ／sinα＋δ_Acosα）tanθ）
／（sinα−cosαtanθ） （２）
δ_A、δ_B；部材間相対変位
によって前記他方の高架橋構造物に対する前記一方の高架橋構造物の相対回転角θと目違いδをそれぞれ算出するようになっているものである。

また、高架橋における不同変位計測システムは、前記一方の高架橋構造物の橋軸に平行になるように前記他方の高架橋構造物から計測補助部材を突設して該計測補助部材に前記各スライダーを設置するとともに、前記各可動側部材の進退軸線を前記一方の高架橋構造物の橋軸に直交させ、前記θ及び前記δを、次式、
θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）／Ｄ） （１′）
δ＝δ_A−Ｒtanθ （２′）
で算出するものである。

本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システムにおいては、変位計測手段を構成する固定側部材を、一方の高架橋構造物に固着するとともに、同じく変位計測手段を構成する可動側部材を他方の高架橋構造物に連結してある。

このようにすると、地震による揺れによって２つの高架橋構造物間に角折れや目違いが生じたとき、かかる不同変位に伴って可動側部材が進退軸線に沿って進退動作し、固定側部材との距離が変化するので、かかる固定側部材と可動側部材との部材間相対変位を計測することにより、高架橋構造物間の相対変位を知ることができる。

また、本発明においては、変位計測手段を２台備えるとともに、それらを構成する各可動側部材の進退軸線が互いに平行になるように構成してあるため、高架橋構造物間の相対変位が互いに平行でかつ相異なる２つのライン上で計測される。

そのため、例えば２つのラインを平面内に設定しておくと、該２つのラインに沿って得られた２つの相対変位を用いて、橋軸に直交する水平方向に沿った相対変位（水平目違い）及び鉛直軸線廻りの相対回転角（水平面内の角折れ）を求めることができるとともに、２つのラインを鉛直面内に設定しておけば、鉛直方向に沿った相対変位（鉛直目違い）及び水平軸線廻りの相対回転角（鉛直面内の角折れ）を求めることができる。

また、一方の高架橋構造物が他方の高架橋構造物に対して相対的に橋軸方向又はそれに直交する方向にのみ変位する場合には、可動側部材の進退軸線が他方の高架橋構造物の定点を常に通ることとなり、該他方の高架橋構造物側での連結構造は簡易なもので足りるが、両者が相対的に回転する場合、可動側部材の進退軸線はそれ自体が回転するため、他方の高架橋構造物上の定点を常に通らないことになり、他方の高架橋構造物側への連結自体が困難となる。

しかし、本発明においては、他方の高架橋構造物にスライダーを直線移動自在に設置し、該スライダーに可動側部材を接合してあるため、可動側部材の進退軸線の回転に追従することが可能となる。

加えて、２つの高架橋構造物が相対回転して角折れが発生する場合、可動側部材の進退軸線と他の高架橋構造物との取合い角度も変化するが、本発明においては、可動側部材をスライダーにピン接合してあるため、かかる取合い角度の変化にも追従することが可能となる。

水平面内あるいは鉛直面内における剛体の移動は、回転角度を直接計測しないという前提においては、本来、相異なる２点における直交２方向の相対変位、すなわち４自由度を計測する必要があるが、本発明によれば、変位計測手段を２台設置する、つまり２自由度を計測するだけで、２つの高架橋構造物間の目違い及び角折れを同時に知ることを可能ならしめるものであって、計測すべき自由度を大幅に減らすことが可能となる。

具体的には、以下の算出手順を演算処理部で行えばよい。

すなわち、進退軸線同士の垂直離間距離をＤ、進退軸線とスライダーの移動軸線とがなす角度をα、進退軸線から水平目違い評価ラインまでの垂直距離をＲとしたとき、次式、
θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）sinα
／（Ｄ／sinα−δ_Acosα＋δ_Bcosα）） （１）
δ＝（δ_Asinα−（Ｒ／sinα＋δ_Acosα）tanθ）
／（sinα−cosαtanθ） （２）
δ_A、δ_B；進退軸線に沿って計測された２つの相対変位
によって他方の高架橋構造物に対する一方の高架橋構造物の相対回転角θと目違いδをそれぞれ算出する。

ここで、一方の高架橋構造物の橋軸に平行になるように他方の高架橋構造物から計測補助部材を突設して該計測補助部材に各スライダーを設置するとともに、各可動側部材の進退軸線を一方の高架橋構造物の橋軸に直交させるようにすれば、αを９０゜にすればよいので、上述のθ及びδは、次式、
θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）／Ｄ） （１′）
δ＝δ_A−Ｒtanθ （２′）
で算出することができる。

このように、スライダーは、他方の高架橋構造物に直接設置するほか、他方の高架橋構造物に計測補助部材を剛接し、該計測補助部材に設けることが可能であり、要するに他方の高架橋構造物と一体化し全体として剛体挙動するのであれば、どのような部位に設けてもかまわない。

変位計測手段は、固定側部材と可動側部材との部材間相対変位を計測できるのであれば、その構成は任意であるが、例えば、進退軸線に沿った可動側部材の進退動作が固定側部材によって案内されるように構成するとともに、固定側部材及び可動側部材のうち、一方の部材に固着された第１の被摺動部材と、他方の部材に固着され第１の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられた第１の摺動部材とを備え、第１の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の両端が第１のポテンショメータの固定端子、第１の摺動部材に設けられた接点が第１のポテンショメータの可動端子として機能するように構成することができる。

かかる構成においては、可動側部材は、固定側部材に案内されつつ該固定側部材に対して進退するとともに、第１の摺動部材の先端に設けられた接点は、第１の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子上を摺動する。

したがって、地震による揺れが収束したとき、電気抵抗素子に対する接点の位置を求めることによって、初期位置からの接点のずれを、高架橋構造物間に生じた目違いや角折れといった残留相対変位として評価することができるとともに、該残留相対変位から高架橋上部工のスラブに敷設された列車軌道の撓みや座屈といった変形状況を把握することも可能となり、かくして地震後における列車の走行安定性を迅速かつ適切に評価し、ひいては地震後の列車運行システムにおけるダウンタイムを大幅に短縮することが可能となる。

上述した変位計測手段（第１の変位計測手段）は、高架橋構造物間に生じる残留変位の計測のみを目的としたものであって、かかる計測により、列車運行システムのダウンタイムを大幅に短縮することができるが、列車軌道の健全性は、必ずしも軌道に生じた撓みや座屈といった変形状況でのみ評価できるとは限らず、地震継続中に軌道が受けた変形履歴、特にその最大変形量が重要な判断指標となることがある。

かかる場合においては、第２の被摺動部材及び第２の摺動部材を用いた第２のポテンショメータと、第３の被摺動部材及び第３の摺動部材を用いた第３のポテンショメータをさらに備えることで、残留変位のみならず、正負両方向に沿った高架橋構造物間の最大相対変位を計測するようにすればよい（第２の変位計測手段）。

すなわち、第２の変位計測手段においては、第２の被摺動部材を、固定側部材及び可動側部材のうち、一方の部材、例えば固定側部材に固着するとともに、該第２の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられた第２の摺動部材を進退軸線に沿って進退自在に配置し、該第２の摺動部材を、固定側部材に対する可動側部材の所定方向移動（以下、負方向移動と呼ぶ）に伴って、固定側部材及び可動側部材のうちの他方の部材、例えば可動側部材とともに移動し、反対方向移動（以下、正方向移動と呼ぶ）に対しては、例えば可動側部材とともに移動することなく固定側部材に対する位置を保持するように構成してある。

また、第２の変位計測手段においては、第３の被摺動部材を、固定側部材及び可動側部材のうち、一方の部材、例えば固定側部材に固着するとともに、該第３の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられた第３の摺動部材を進退軸線に沿って進退自在に配置し、該第３の摺動部材を、正方向移動に伴って固定側部材及び可動側部材のうちの他方の部材、例えば可動側部材とともに移動し、負方向移動に対しては、例えば可動側部材とともに移動することなく固定側部材に対する位置を保持するように構成してある。

このようにすると、第２の摺動部材は、可動側部材が固定側部材に対して負方向移動するときのみ、例えば可動側部材とともに移動するため、その先端に設けられた接点及び該接点が摺動する第２の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子は、該接点を可動端子、該電気抵抗素子の両端を固定端子とした第２のポテンショメータとして機能するとともに、負方向移動に沿った固定側部材に対する可動側部材の最大相対変位を計測するピークセンサーとなり、かくして２つの高架橋構造物間に生じた負側の最大相対変位を計測することが可能となる。

同様に、第３の摺動部材は、可動側部材が固定側部材に対して正方向移動するときのみ、例えば可動側部材とともに移動するため、その先端に設けられた接点及び該接点が摺動する第３の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子は、該接点を可動端子、該電気抵抗素子の両端を固定端子とした第３のポテンショメータとして機能するとともに、正方向移動に沿った固定側部材に対する可動側部材の最大相対変位を計測するピークセンサーとなり、かくして２つの高架橋構造物間に生じた正側の最大相対変位を計測することが可能となる。

第２の摺動部材は、固定側部材に対する可動側部材の負方向移動に伴って固定側部材及び可動側部材のうちの他方の部材とともに移動し、正方向移動に対しては他方の部材とともに移動することなく一方の部材に対する位置を保持するように構成される限り、その具体的な構成は任意であるが、第２の被摺動部材が固定側部材に固着される場合には、第２の摺動部材の基端側が可動側部材の端面に当接自在となるように構成することができる。

また、第３の摺動部材は、固定側部材に対する可動側部材の正方向移動に伴って固定側部材及び可動側部材のうちの他方の部材とともに移動し、負方向移動に対しては他方の部材とともに移動することなく一方の部材に対する位置を保持するように構成される限り、その具体的な構成は任意であるが、第３の被摺動部材が固定側部材に固着される場合には、第３の摺動部材の基端側が可動側部材に挿通された状態で該可動側部材の背面で係止自在となるように構成することができる。

高架橋構造物には、ラーメン高架橋、調整桁及び桁橋が少なくとも含まれるものとし、離間配置された２つの高架橋構造物としては、ラーメン高架橋同士、ラーメン高架橋と調整桁、桁橋同士、ラーメン高架橋と桁橋、調整桁と桁橋の各組み合わせが少なくとも包摂される。なお、ラーメン高架橋同士の組み合わせはさらに、ラーメン高架橋の張出し部が互いに対向するタイプと、背割れタイプのものが含まれる。

第１の被摺動部材及び第１の摺動部材は、第１の被摺動部材を固定側部材に、第１の摺動部材を可動側部材にそれぞれ固着してもよいし、逆に、第１の被摺動部材を可動側部材に、第１の摺動部材を固定側部材にそれぞれ固着してもよい。また、第２の被摺動部材や第３の被摺動部材は、固定側部材と可動側部材のいずれに固着するようにしてもかまわない。

第１のポテンショメータ、第２のポテンショメータ及び第３のポテンショメータは、いずれも地震が収束した後に、固定端子間に基準電圧を印加した状態で可動端子と固定端子間の電圧を計測できれば足りるものであり、常時通電しておく必要はない。

本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システムのブロック図。 本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システムの図であり、(a)は全体配置図、(b)は設置状況を示す平面図。 スライダー２１の構造を示した図であり、(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ線方向の矢視図。 本実施形態に用いる構造物用変位センサー３を詳細に示した縦断面図。 水平目違いδと角折れθが生じている様子を示した平面図。 水平目違いδと角折れθの導出手順を示した説明図。 地震収束後における構造物用変位センサー３を示した縦断面図。 変形例に係る図であり、(a)は構造物用変位センサーの詳細断面図、(b)はそれを用いた高架橋における不同変位計測システムのブロック図。

以下、本発明に係る高架橋における不同変位計測システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システム１を示したブロック図、図２はその配置図及び平面図である。これらの図でわかるように、本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システム１は、高架橋構造物２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅのうち、隣り合う位置で離間配置された２つの高架橋構造物の間にそれぞれ設置してある。

高架橋構造物２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅは共通の橋軸に沿って連続配置してあり、高架橋構造物２ａは、図２(a)で言えば右側に張出し部を有するラーメン高架橋、高架橋構造物２ｂは、同じく左側に張出し部を有するラーメン高架橋、高架橋構造物２ｃは調整桁、高架橋構造物２ｄは、右側に張出し部を有するラーメン高架橋、高架橋構造物２ｅは、左側に張出し部を有するラーメン高架橋であり、調整桁である高架橋構造物２ｃは、ラーメン高架橋２ｂ，２ｄの間に架け渡してある。

高架橋における不同変位計測システム１は図１に示したように、変位計測手段としての構造物用変位センサー３，３を２台備えるとともに該構造物用変位センサーを演算処理部４に電気接続する一方、図２(b)に示すように、構造物用変位センサー３を、固定側部材としての円筒状ケーシング５の内部に可動側部材としての中空ピストン状部材６を進退自在に嵌挿した状態で対向配置し、円筒状ケーシング５を一方の高架橋構造物としての高架橋構造物２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｄにそれぞれ固着してある。

他方の高架橋構造物である高架橋構造物２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの端部には、ロッド状をなす計測補助部材２２を、その材軸が橋軸方向と平行となるように突設してあるとともに、該計測補助部材には、その材軸に沿って直線移動自在となるように２つのスライダー２１，２１を取り付けてあり、上述した中空ピストン状部材６は、該中空ピストン状部材から延設された連結ロッド８を介してスライダー２１にそれぞれピン接合してある。

ここで、構造物用変位センサー３，３をそれぞれ構成する中空ピストン状部材６，６は、それらの進退軸線が互いに平行になるよう、本実施形態では、橋軸に直交する水平方向に一致させた状態で互いに平行になるよう、スライダー２１，２１にそれぞれピン接合してある。

なお、図中、Ｄは、中空ピストン状部材６，６の進退軸線同士の垂直離間距離を示し、Ｒは、進退軸線から水平目違い評価ライン、ここでは高架橋構造物間の中心線までの垂直距離を示しているが、これらについては後ほど詳述する。

スライダー２１は図３に示すように、一対のローラ３１，３１を矩形フレーム３２の内側に平行に配置するとともに該ローラの間に計測補助部材２２を挿通することができるようになっており、取付けロッド８の先端に固定された二股状取付け部材３３をピン３４，３４を介して矩形フレーム３２の両側に連結することにより、中空ピストン状部材６をそれに延設された取付けロッド８の先端において回動自在かつ移動自在となるように計測補助部材２２に連結してある。

中空ピストン状部材６は中空円筒体で形成してあるとともに、円筒状ケーシング５は、その材軸を進退軸線として該進退軸線に沿った中空ピストン状部材６の進退動作を案内する固定側部材として機能するよう、中空ピストン状部材６の外径より若干大きな内径を有する有底の中空円筒体で形成してある。

図４は、構造物用変位センサー３の詳細を示した縦断面図である。同図でわかるように、円筒状ケーシング５には、これを一方の部材として該円筒状ケーシングを構成する端板１７の内面に第１の被摺動部材としての被摺動部材１０ａを固着してあるとともに、円筒状ケーシング５の端板１７の内面と向かい合う中空ピストン状部材６の端板１５の対向面には、該中空ピストン状部材を他方の部材として、第１の摺動部材としての摺動部材１３ａを固着してあり、これら被摺動部材１０ａ及び摺動部材１３ａは、摺動部材１３ａの先端に設けられた接点１２ａが被摺動部材１０ａに設けられた電気抵抗素子１１ａの上を摺動自在となるように位置決めしてある。

ここで、電気抵抗素子１１ａは、その両端が第１のポテンショメータの固定端子として機能し、摺動部材１３ａに設けられた接点１２ａは、該第１のポテンショメータの可動端子として機能する。

また、円筒状ケーシング５の端板１７の内面には、第２の被摺動部材としての被摺動部材１０ｂを固着してあるとともに、第２の摺動部材としての摺動部材１３ｂを、中空ピストン状部材６の進退軸線に沿った進退動作が可能となるよう、端板１７の内面とそれに向かい合う中空ピストン状部材６の端板１５の対向面との間に配置してある。

摺動部材１３ｂは、その基端１４が中空ピストン状部材６の端板１５の対向面に当接自在となるように構成してあり、かかる構成により、摺動部材１３ｂは、円筒状ケーシング５に対する中空ピストン状部材６の負方向移動（同図では右方向）に伴い、該中空ピストン状部材に押し込まれるようにして中空ピストン状部材６とともに移動し、正方向移動（同図では左方向）に対しては、中空ピストン状部材６から離れて円筒状ケーシング５に対する位置を保持するようになっている。

ここで、被摺動部材１０ｂ及び摺動部材１３ｂは、摺動部材１３ｂの先端に設けられた接点１２ｂが被摺動部材１０ｂに設けられた電気抵抗素子１１ｂの上を摺動自在となるように位置決めしてあり、電気抵抗素子１１ｂは、その両端が第２のポテンショメータの固定端子として機能し、摺動部材１３ｂに設けられた接点１２ｂは、該第２のポテンショメータの可動端子として機能する。

また、円筒状ケーシング５の端板１７の内面には、第３の被摺動部材としての被摺動部材１０ｃを固着してあるとともに、第３の摺動部材としての摺動部材１３ｃを、中空ピストン状部材６の進退軸線に沿って進退動作が可能となるように配置してある。

摺動部材１３ｃは、その基端側に設けられた係止部材１６が中空ピストン状部材６の端板１５の背面で係止されるようになっており、かかる構成により、摺動部材１３ｃは、円筒状ケーシング５に対する中空ピストン状部材６の正方向移動に伴い、該中空ピストン状部材に引っ張られるようにして中空ピストン状部材６とともに移動し、負方向移動に対しては、中空ピストン状部材６の動きに追従せず、円筒状ケーシング５に対する位置を保持するようになっている。

ここで、被摺動部材１０ｃ及び摺動部材１３ｃは、摺動部材１３ｃの先端に設けられた接点１２ｃが被摺動部材１０ｃに設けられた電気抵抗素子１１ｃの上を摺動自在となるように位置決めしてあり、電気抵抗素子１１ｃは、その両端が第３のポテンショメータの固定端子として機能し、摺動部材１３ｃに設けられた接点１２ｃは、該第３のポテンショメータの可動端子として機能する。

演算処理部４は、電気抵抗素子１１ａの両端に設けられた２つの固定端子間に基準電圧を印加した状態で可動端子である接点１２ａと一方の固定端子との電圧を計測することで、電気抵抗素子１１ａに対する接点１２ａの位置を計測するとともに、その計測された位置と初期位置との関係から円筒状ケーシング５に対する地震収束後の中空ピストン状部材６の部材間相対変位を残留変位として算出するようになっている。

また、演算処理部４は、電気抵抗素子１１ｂの両端に設けられた２つの固定端子間に基準電圧を印加した状態で可動端子である接点１２ｂと一方の固定端子との電圧を計測することで、電気抵抗素子１１ｂに対する接点１２ｂの位置を計測するとともに、その計測された位置と初期位置との関係から円筒状ケーシング５に対する中空ピストン状部材６の部材間相対変位を負方向最大相対変位として算出するようになっている。

同様に、演算処理部４は、電気抵抗素子１１ｃの両端に設けられた２つの固定端子間に基準電圧を印加した状態で可動端子である接点１２ｃと一方の固定端子との電圧を計測することで、電気抵抗素子１１ｃに対する接点１２ｃの位置を計測するとともに、その計測された位置と初期位置との関係から円筒状ケーシング５に対する中空ピストン状部材６の部材間相対変位を正方向最大相対変位として算出するようになっている。

ここで、演算処理部４は、上述のように計測された部材間相対変位を用いて、高架橋構造物２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅのうち、隣り合う位置で離間配置された２つの高架橋構造物の間に生じた相対変位のうち、橋軸に直交する水平方向の相対変位、すなわち水平目違いδと、鉛直軸線廻りの相対回転角、すなわち水平面内の角折れθを算出するようになっている。

演算処理部４は、例えば無線ネットワークを介して、遠隔地に設置されたコンピュータ（図示せず）から制御自在に構成するとともに、該コンピュータに随時データを転送するように構成することが可能である。

本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システム１を用いて高架橋構造物間に生じた不同変位を計測するには、まず、図２(a)のように高架橋構造物２ａ，２ｂ間、高架橋構造物２ｂ，２ｃ間、高架橋構造物２ｃ，２ｄ間及び高架橋構造物２ｄ，２ｅ間にそれぞれ不同変位計測システム１を上述したように設置するとともに、該不同変位計測システムを構成する構造物用変位センサー３の摺動部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃを中立位置にリセットしておく。

次に、地震が到来したとき、その収束を待って、接点１２ａ，１２ｂ，１２ｃの位置を構造物用変位センサー３ごとに計測するとともに、該計測値を用いて部材間相対変位を算出する。かかる計測及び算出は、演算処理部４で行う。

図５は、地震収束後、高架橋構造物２ａ，２ｂに橋軸に直交する水平方向に沿って水平目違いδが生じ、鉛直軸線廻りに角折れθが生じている様子を示したものである。

かかる状況において、構造物用変位センサー３，３で計測された部材間相対変位が、それぞれδ_A、δ_Bであるとき、水平目違いδと水平面内の角折れθは、次式、
θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）／Ｄ） （１′）
δ＝δ_A−Ｒtanθ （２′）
によって算出することができる。ここで、Ｄは上述したように、中空ピストン状部材６，６の進退軸線同士の垂直離間距離、同様にＲは、進退軸線から水平目違い評価ラインまでの垂直距離である。

図６は、かかる算出式の導出手順を示すための説明図である。同図に示すように、構造物用変位センサー３，３でそれぞれ計測された部材間相対変位をそれぞれδ_A、δ_Bとしたとき、水平目違いδと水平面内の角折れθは、δ_A、δ_Bを用いて、次式、
θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）sinα
／（Ｄ／sinα−δ_Acosα＋δ_Bcosα）） （１）
δ＝（δ_Asinα−（Ｒ／sinα＋δ_Acosα）tanθ）
／（sinα−cosαtanθ） （２）
により算出することができる。

ここで、αは、構造物用変位センサー３，３を構成する中空ピストン状部材６，６の進退軸線とスライダー２１の移動軸線とがなす角度であり、本実施形態ではαは９０゜となるため、上述のようにのように簡略化されるが、同図では、構造物用変位センサー３，３の配置角度（進退軸線の角度）や計測補助部材２２の突設角度が任意の場合にも適用できるよう、一般化した状態で示してある。また、同図では、構造物用変位センサー３，３の円筒状ケーシング５が固着された右側の高架橋構造物が、計測補助部材２２が突設された左側の高架橋構造物に対して時計廻りに回転した場合を示しているが、幾何学上の便宜から計測補助部材２２の方を反時計廻りに回転させて示してある。

また、構造物用変位センサー３で計測される相対変位は、残留変形、正方向最大値及び負方向最大値の３種類であって、水平目違いδや角折れθを算出するために用いる部材間相対変位δ_A、δ_Bとしては主として残留変形の値を採用するが、これとは別に、正方向最大相対変位や負方向最大相対変位を採用すれば、それぞれの最大値に対応する水平目違い量や角折れ量を算出することが可能である。

図７は、地震収束後の構造物用変位センサー３の状況を一例として示したものである。同図の例では、中空ピストン状部材６が初期位置から左方向にずれていることからもわかる通り、正方向に残留変位が発生しており、かかる残留変位は、摺動部材１３ａの先端に設けられた接点１２ａの位置から求めることができる。また、係止部材１６がさらにその左方向にずれたところで止まっていることからもわかる通り、比較的大きな正方向最大相対変位が発生しており、かかる正方向の最大相対変位は、摺動部材１３ｃの先端に設けられた接点１２ｃの位置から求めることができる。また、負方向の最大相対変位は、摺動部材１３ｂの先端に設けられた接点１２ｂの位置から求めることができる。

算出された水平目違いδや角折れθは、列車軌道の変形状況、ひいては、列車が脱線することなく安定して走行できるかどうかの指標として用いることができる。また、水平目違いδや角折れθという形で最終的に残留しなくても、地震継続中に大きな変形をしていれば、目に見えない形で損傷を受けている懸念があるが、上述した正負両方向の最大相対変位を用いることにより、それらに対応した水平目違い量や角折れ量を算出すれば、列車軌道自体の損傷のみならず、該列車軌道を支持するバラストの崩れや、スラブ板の固定モルタルの損傷を推定することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る不同変位計測システム１によれば、構造物用変位センサー３を２台備えるとともに、それらを構成する中空ピストン状部材６，６の進退軸線が互いに平行になるように配置したので、高架橋構造物間の相対変位δ_A、δ_Bは、互いに平行でかつ相異なる２つのライン上で計測されることとなり、かくしてかかる２つの部材間相対変位δ_A、δ_Bを用いて、橋軸に直交する水平方向に沿った水平目違いδ及び鉛直軸線廻りの角折れθを求めることが可能となる。

また、本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システム１によれば、高架橋構造物２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに計測補助部材２２を突設するとともに該計測補助部材にスライダー２１を直線移動自在に設置し、かかるスライダー２１に中空ピストン状部材６をピン接合するようにしたので、角折れに伴う中空ピストン状部材６の進退軸線自体の回転や該進退軸線と高架橋構造物２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとの取合い角度の変化にも追従が可能となり、水平目違いや角折れをより正確に計測することができるとともに、構造物用変位センサー３に進退軸線に沿った自由度以外の外力が作用して該構造物用変位センサーに損傷を与える懸念もない。

また、本実施形態に係る高架橋における不同変位計測システム１によれば、地震による揺れによって、２つの高架橋構造物２ａ，２ｂ、高架橋構造物２ｂ，２ｃ、高架橋構造物２ｃ，２ｄ、高架橋構造物２ｄ，２ｅに相対変位が生じたとき、かかる相対変位に伴い、中空ピストン状部材６は、円筒状ケーシング５に案内されつつ該円筒状ケーシングの材軸に沿って進退するとともに、摺動部材１３ａ，１３ｂ，１３ｃの先端に設けられた接点１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、被摺動部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃに設けられた電気抵抗素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃ上をそれぞれ摺動するが、摺動部材１３ａは、その基端を中空ピストン状部材６に固着してあるため、中空ピストン状部材６の動きに追従し、摺動部材１３ｂは、その基端側で中空ピストン状部材６に当接するようになっているため、正方向への移動が制限され、摺動部材１３ｃは、その基端側で中空ピストン状部材６の端板１５の背面側に係止されるため、負方向への移動が制限される。

したがって、地震による揺れが収束したとき、電気抵抗素子１１ａに対する接点１２ａの位置を演算処理部４で計測することにより、初期位置からの接点１２ａのずれを、高架橋構造物間に生じた残留相対変位として求めることができるとともに、該残留相対変位から高架橋上部工のスラブに敷設された列車軌道の残留変形を推定することも可能となり、かくして地震後における列車の走行安定性を迅速かつ適切に評価し、ひいては地震後の列車運行システムにおけるダウンタイムを大幅に短縮することが可能となる。

また、電気抵抗素子１１ｂ，１１ｃに対する接点１２ｂ，１２ｃの位置を演算処理部４でそれぞれ計測することにより、初期位置からの接点１２ｂ，１２ｃのずれを、高架橋構造物間に生じた負方向及び正方向の最大相対変位としてそれぞれ求めることができるとともに、該正負の最大相対変位から高架橋上部工のスラブに敷設された列車軌道の最大変形量を推定することも可能となり、上述した残留変形と併せて、列車軌道の健全性をさらに適切に判断することができる。

本実施形態では、水平目違いδと水平面内の角折れθを計測する場合について説明したが、図２(b)で示した配置を鉛直面内に置き換えることにより、上述した実施形態と全く同様に鉛直目違いと鉛直面内の角折れを計測することが可能である。

また、本実施形態では特に言及しなかったが、正負方向の最大相対変位を計測する必要がないのであれば、第２のポテンショメータ及び第３のポテンショメータを省略してもかまわない。

図８は、変形例に係る構造物用変位センサー６１とそれを用いた高架橋における不同変位計測システム６２を示したものであり、構造物用変位センサー６１は構造物用変位センサー３と同様、円筒状ケーシング５と該円筒状ケーシングの内部に嵌挿された可動側部材としての中空ピストン状部材６とをそれぞれ備え、円筒状ケーシング５には、これを一方の部材として該円筒状ケーシングを構成する端板１７の内面に第１の被摺動部材としての被摺動部材１０ａを固着してあるとともに、円筒状ケーシング５の端板１７の内面と向かい合う中空ピストン状部材６の端板１５の対向面には、該中空ピストン状部材を他方の部材として、第１の摺動部材としての摺動部材１３ａを固着してあり、これら被摺動部材１０ａ及び摺動部材１３ａは、摺動部材１３ａの先端に設けられた接点１２ａが被摺動部材１０ａに設けられた電気抵抗素子１１ａの上を摺動自在となるように位置決めしてあるとともに、構造物用変位センサー６１を演算処理部４に電気接続することで、高架橋における不同変位計測システム６２を構築してある。

かかる構成においては、正負方向の最大相対変位を計測することができないものの、残留変位については上述と同様の作用効果を奏するものであり、列車軌道の健全性を残留変形のみで判断可能である場合には、比較的安価なコストで地震収束後の被災状況を広い範囲にわたって瞬時に把握することができる。なお、本変形例に係る作用効果については、残留変位に関する限り、上述の実施形態と同様であるので、ここではその詳細な説明を省略する。

１，６２ 高架橋における不同変位計測システム
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ
高架橋構造物
３，６１ 構造物用変位センサー（変位計測手段）
４ 演算処理部
５ 円筒状ケーシング（固定側部材）
６ 中空ピストン状部材（可動側部材）
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 被摺動部材
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 電気抵抗素子
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 接点
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ 摺動部材
１６ 係止部材
２１ スライダー
２２ 計測補助部材

Claims (6)

1. 可動側部材を固定側部材に対して進退自在となるように対向配置するとともに前記固定側部材と前記可動側部材との部材間相対変位を計測できるように構成されてなる変位計測手段を用いて互いに離間配置された２つの高架橋構造物間の不同変位を計測する高架橋における不同変位計測システムであって、
   前記変位計測手段を２台備え、前記２つの高架橋構造物のうち、一方の高架橋構造物に前記各変位計測手段を構成する固定側部材をそれぞれ固着するとともに、２つのスライダーを他方の高架橋構造物又はそれに剛接された計測補助部材に直線移動自在に設置し、前記各変位計測手段を構成する可動側部材を、それらの進退軸線が互いに平行になるように前記各スライダーにそれぞれピン接合したことを特徴とする高架橋における不同変位計測システム。
2. 前記変位計測手段を、前記進退軸線に沿った前記可動側部材の進退動作が前記固定側部材によって案内されるように構成するとともに、前記固定側部材及び前記可動側部材のうち、一方の部材に固着された第１の被摺動部材と、他方の部材に固着され前記第１の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられた第１の摺動部材とを備え、前記第１の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の両端が第１のポテンショメータの固定端子、前記第１の摺動部材に設けられた接点が前記第１のポテンショメータの可動端子として機能するように構成した請求項１記載の高架橋における不同変位計測システム。
3. 前記変位計測手段は、前記固定側部材及び前記可動側部材のうち、一方の部材に固着された第２の被摺動部材と、該第２の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられ前記進退軸線に沿って進退自在に配置された第２の摺動部材と、前記固定側部材及び前記可動側部材のうち、一方の部材に固着された第３の被摺動部材と、該第３の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子の上を摺動する接点が先端に設けられ前記進退軸線に沿って進退自在に配置された第３の摺動部材とを備え、
   前記第２の摺動部材は、前記固定側部材に対する前記可動側部材の所定方向移動に伴って前記固定側部材及び前記可動側部材のうちの他方の部材とともに移動し、反対方向移動に対しては前記他方の部材とともに移動することなく前記一方の部材に対する位置を保持するようになっており、
   前記第３の摺動部材は、前記固定側部材に対する前記可動側部材の反対方向移動に伴って前記固定側部材及び前記可動側部材のうちの他方の部材とともに移動し、所定方向移動に対しては前記他方の部材とともに移動することなく前記一方の部材に対する位置を保持するようになっており、
   前記第２の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子は、その両端が第２のポテンショメータの固定端子として機能し、前記第２の摺動部材に設けられた接点は、前記第２のポテンショメータの可動端子として機能し、
   前記第３の被摺動部材に設けられた電気抵抗素子は、その両端が第３のポテンショメータの固定端子として機能し、前記第３の摺動部材に設けられた接点は、前記第３のポテンショメータの可動端子として機能するようになっている請求項２記載の高架橋における不同変位計測システム。
4. 前記第２の被摺動部材を前記固定側部材に固着するとともに前記第２の摺動部材をその基端側が前記可動側部材の端面に当接自在となるように構成し、前記第３の被摺動部材を前記固定側部材に固着するとともに前記第３の摺動部材をその基端側が前記可動側部材に挿通された状態で該可動側部材の背面で係止自在となるように構成した請求項３記載の高架橋における不同変位計測システム。
5. 前記固定側部材と前記可動側部材との部材間相対変位をデータ処理する演算処理部を備え、該演算処理部は、前記進退軸線同士の垂直離間距離をＤ、前記進退軸線と前記スライダーの移動軸線とがなす角度をα、前記進退軸線から水平目違い評価ラインまでの垂直距離をＲとしたとき、次式、
   θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）sinα
   ／（Ｄ／sinα−δ_Acosα＋δ_Bcosα）） （１）
   δ＝（δ_Asinα−（Ｒ／sinα＋δ_Acosα）tanθ）
   ／（sinα−cosαtanθ） （２）
   δ_A、δ_B；部材間相対変位
   によって前記他方の高架橋構造物に対する前記一方の高架橋構造物の相対回転角θと目違いδをそれぞれ算出するようになっている請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の高架橋における不同変位計測システム。
6. 前記一方の高架橋構造物の橋軸に平行になるように前記他方の高架橋構造物から計測補助部材を突設して該計測補助部材に前記各スライダーを設置するとともに、前記各可動側部材の進退軸線を前記一方の高架橋構造物の橋軸に直交させ、前記θ及び前記δを、次式、
   θ＝tan^-1（（δ_B−δ_A）／Ｄ） （１′）
   δ＝δ_A−Ｒtanθ （２′）
   で算出する請求項５記載の高架橋における不同変位計測システム。

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