JP2013217840A - 鉄筋の応力測定方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鉄筋コンクリート構造物における鉄筋の応力測定方法であって、前記鉄筋コンクリート構造物のうち、測定対象となる鉄筋の一部を露出させ、ひずみゲージを設置する設置工程と、前記鉄筋を切断する切断工程と、前記鉄筋とコンクリートとの付着を徐々に取り除く除去工程と、前記除去工程で付着が徐々に取り除かれる過程の前記鉄筋のひずみを、前記ひずみゲージで測定する測定工程とを備える。
【選択図】図1
Description
ゲージを設置する設置工程と、前記鉄筋を切断する切断工程と、前記鉄筋に付着しているコンクリートを徐々に取り除く除去工程と、前記除去工程で付着が徐々に取り除かれる過程の前記鉄筋のひずみを、前記ひずみゲージで測定する測定工程と、を備える。
除去工程で用いる付着除去装置が鉄筋に接触するのを抑制する溝を鉄筋に沿って形成する溝の形成工程を更に備えるようにしてもよい。除去工程で用いる付着除去装置(例えば、電動ピック)の先端が鉄筋と接触すると、鉄筋に対して応力が発生し、正確なひずみを測定することができない可能性がある。本発明では、溝を形成することで、鉄筋と付着除去装置との接触を抑制することができる。その結果、正確なひずみの測定が可能となる。
図1に示すように、ステップS01では、炭素繊維シートSによる補強が行われる(本発明の補強工程に相当)。図2は、測定対象となるカルバートの断面図を示し、図3は、
図2のA−A´断面を示す。このカルバートは、断面が矩形状であり、上床版、下床版、及び2つの側壁によって構成されている。本実施形態では、上床版に発生したカルバートの長手方向に延びるひび割れの直下に存在する主鉄筋1のひずみを測定する。主鉄筋1はカルバートの長手方向と直交する方向に沿って複数所定の間隔で配置されている。そのため、図3に示すように、主鉄筋1の軸方向とひび割れの方向は凡そ直交している。
主鉄筋の引張力=600N/mm2(鉄筋の引張強さ)×126.7mm2(公称断面積)=76,020N
炭素繊維シートの引張強度=3,400N/mm2
必要な炭素繊維シートの厚さ=(76,020N/3,400N/mm2)/500mm
(補強範囲)=0.045mm
次に、ステップS02では、主鉄筋1の一部が露出するよう主鉄筋1の周辺のコンクリートが斫られる(本発明の設置工程の一部に相当)。また、主鉄筋1に沿って切り溝16が形成される(本発明の溝の形成工程に相当)。具体的には、主鉄筋1の周辺のコンクリートが、電動ピック15により斫られる。本実施形態では、主鉄筋1が断面視において約1/3露出するように周辺のコンクリートが斫られる。換言すると、主鉄筋1のうち、断面視約2/3はコンクリートに拘束される状態が維持される。図2、図3に示す符号2は、斫る範囲を示す。斫る範囲2は、ひずみゲージ3,4,5,6を設置でき、本測定が実行できる範囲として設計される。本実施形態における斫る範囲2は、長方形であり、長手方向の長さは主鉄筋1の切断後の長さよりも長く、幅はひずみゲージ3,4,5,6を設置できるよう、主鉄筋1の径よりも十分に広く設計されている。
次に、ステップS03では、主鉄筋1の節が処理され、ひずみゲージ3,4,5,6が設置される(本発明の設置工程の一部に相当)。まず、ひずみゲージ3,4,5,6を設置できるよう、ひずみゲージ3,4,5,6の設置個所において、研磨工具を用いて、主鉄筋1の節が平滑になるよう処理される。主鉄筋1の節が処理されると、ひずみゲージ3,4,5,6が設置される。ここで、図4は、実施形態に係る上床版の測定対象付近の拡大図であり、ひずみゲージの設置個所を示す。図4に示すように、本実施形態では、ひび割れ箇所の直下に2つのひずみゲージ4,5、ひび割れ箇所から離れた位置に2つのひずみゲージ3,6が設置されている。ひび割れ箇所の直下に設置されるひずみゲージ4,5は1つ又は3つ以上でもよい。ひずみゲージ3,6は比較のためのもので、ひずみゲージ3,6も1つまたは3つ以上でもよい。また、ひずみゲージ3,6の設置個所はひび割れの影響が少ない位置であればよく特に限定されない。
次に、ステップS04では、ひずみの測定が開始される(本発明の測定工程の一部に相当)。ひずみゲージ3,4,5,6で測定されたデータは、順次データ集積装置10に送られ記憶される。また、測定結果として、モニタ11には、ひずみ−時間関係グラフが表示され、データの測定に合わせて順次更新される。
次に、ステップS05では、主鉄筋1が切断される(本発明の切断工程に相当)。また、その際、摩擦熱の伝達が抑制される(本発明の熱の除去工程に相当)。ここで、図5は、実施形態に係る上床版の測定対象付近の拡大図であり、主鉄筋切断時の状況を説明する図を示す。図5に示すように、回転円盤砥石型切断機12(ディスクサンダー)により、まず、主鉄筋1の一方にある切断箇所7において主鉄筋1が切断される。回転円盤砥石型切断機12には、変圧器13を介して電源に接続されて必要な電力が供給される。本実施形態では、主鉄筋1への負荷が大きくならないよう、電圧30V程度で切断した。切断に際しては、切断箇所の近傍、より詳細には切断箇所7とひずみゲージ3の間に氷嚢14が設けられ、切断時に発生する摩擦熱の伝達が抑制される。一方にある切断箇所7において主鉄筋1の切断が完了すると、同様に主鉄筋1の他方にある切断箇所8において主鉄筋1が切断される。
次に、ステップS06では、主鉄筋1を拘束している残りのコンクリートが除去される(本発明の除去工程に相当)。その際、ひずみゲージ3,4,5,6によるひずみの測定が継続される(本発明の測定工程の一部に相当)。ここで、図6は、実施形態に係る上床版の測定対象付近の拡大図であり、主鉄筋を拘束している残りのコンクリートを除去する状況を説明する図を示す。図7は、図6のA−A´断面図を示す。図6、図7に示すように、ひずみゲージ3,4,5,6によるひずみの測定を維持したまま、電動ピック15によりコンクリートが斫られる。その結果、徐々に主鉄筋1に付着しているコンクリートが除去される。すなわち、主鉄筋1は、コンクリートによる拘束から徐々に開放され、その際のひずみが順次ひずみゲージ3,4,5,6により測定され、データ集積装置10に送られる。また、測定結果として、モニタ11には、ひずみ−時間関係グラフが表示され、データの測定に合わせて順次更新される。なお、主鉄筋1の両側には主鉄筋1に沿って切り溝16が形成されており、電動ピック15の刃先が直接主鉄筋1と接触するのが抑制される。
ステップS07では、主鉄筋1に付着しているコンクリートの全てが取り除かれると、ひずみの測定が終了する。
ひずみの測定が終了すると、ステップS08では、修復作業が行われる。具体的には、まず、切断された主鉄筋1が撤去され、補強用の鉄筋が接続部材で上床版に残っている既存の主鉄筋に接続される。本実施形態では、接続部材として、フープクリップを用いた。補強用の鉄筋が接続されると、コンクリートを斫った領域にモルタルが充填される。以上により、実施形態に係る鉄筋の応力測定が完了する。
ステップS09では、切り出された主鉄筋1のひずみが測定される。具体的には、切り出された主鉄筋1のひび割れ箇所の直下と、ひび割れ箇所から離れた位置にひずみゲージが設置され、主鉄筋1に引張応力が加えられる。そして、その際のひずみが測定される。ひずみゲージの設置位置は、比較しやすいよう、ステップS03で説明した設置位置と同じとすることが好ましい。このようなひずみ測定は、いわゆる既存の室内引張試験として行うことができる。切り出された主鉄筋1のひずみを測定することで、切り出された主鉄筋1が降伏しているか否かに関する情報を確実に得ることができる。
ここで、図8は、実施形態に係る鉄筋のひずみ測定結果を示す。図8において、縦軸はひずみであり、横軸は時間を示す。図8では、紙面の都合上、ひずみゲージを「ゲージ」と記載し、「ひび下」はひび割れ直下、「ひび無」はひび割れの影響を受けない位置であることを表す。図8に示すように、主鉄筋1の切断が開始され、切断箇所7での主鉄筋1の切断が完了すると、全てのひずみゲージで測定されるひずみに変化がみられる。特に切断箇所7に近いひび割れゲージ3で測定されたひずみの変化が大きくなっている。また、切断箇所8での主鉄筋1の切断が完了した場合、切断箇所8に近いひび割れゲージ6で測定されたひずみの変化が大きくなっている。そして、主鉄筋1に付着したコンクリートの除去が開始(コンクリート斫り開始)されると、全てのひび割れゲージ3,4,5,6で測定されたひずみに変化がみられる。そして、ひび割れ箇所の直下に設置されたひび割れゲージ4,5で測定されたひずみの変化が特に大きくなっている。つまり、ひび割れ箇所の直下にある主鉄筋1にひずみが集中しやすいことが確認できる。なお、本実施形態における主鉄筋1のひずみ測定におけるひずみの最大値は、ひび割れ直下に設置されたひずみゲージ5で測定され、その値は−1,592μであった。
対象となった主鉄筋1に対して作用する応力が鉄筋固有の応力−ひずみ曲線においてどの範囲にあるかを把握することができる。図9では、切り出された主鉄筋1の降伏点が示されており、切り出された主鉄筋1が室内引張試験により降伏し、切り出し前では降伏していなかったことが確認できる。
以上説明した実施形態に係る鉄筋の応力測定方法では、コンクリートにひび割れが発生している領域の主鉄筋1のひずみが測定される。コンクリートにひび割れが発生している領域では、コンクリートに対する荷重によりコンクリートには、曲げ応力が作用しており、コンクリートと付着している主鉄筋1には主鉄筋1の軸方向に引張応力が作用している。本実施形態では、この状態でコンクリートを斫り、主鉄筋1に付着しているコンクリートが徐々に取り除かれる。また、その際の主鉄筋1のひずみが測定される。付着するコン
クリートが取り除かれると主鉄筋1に作用する引張応力が徐々に開放され、主鉄筋1には復元力が働き、軸方向に延びていた主鉄筋1が元の状態に戻ろうとする。本実施形態では、軸方向に延びていた主鉄筋1が元の状態に戻ろうとする状態、換言すると、鉄筋1に付着するコンクリートが徐々に取り除かれる状態のひずみが測定されるので、コンクリートによる拘束が徐々に開放される過程における主鉄筋1のひずみを測定することができる。その結果、ひび割れ発生領域の直下に存在する主鉄筋1に作用する応力状態を測定することが可能となる。また、主鉄筋1はコンクリートに拘束されていることから、主鉄筋1の応力状態を測定することで、主鉄筋1を拘束するコンクリートの応力状態を把握することもできる。また、切り出された主鉄筋1のひずみを測定することで、切り出された主鉄筋1が降伏しているか否かに関する情報を確実に得ることができる。そのため、コンクリートを斫る前の主鉄筋1の応力状態をより正確に評価することができる。
上述した実施形態では、氷嚢14を設置して主鉄筋1を切断する際に発生する摩擦熱がひずみゲージ3,4,5,6に伝達されるのを抑制したが、測定したひずみを補正するようにしてもよい。図10は、その他の実施形態に係る上床版の測定対象付近の拡大図であり、表面温度計の設置例を示す。図10に示すように、例えば、ひずみゲージ3,4,5,6の近傍に、主鉄筋1の表面温度を測定する表面温度計20を設置する。表面温度計20はデータ集積装置10と電気的に接続され、表面温度計20で測定された主鉄筋1の表面温度はデータ集積装置10に送られる。なお、表面温度を測定するタイミングは、補正する際のひずみとの対比性を考慮して、ひずみの測定のタイミングと同じとすることが好ましい。測定した表面温度を用い、例えば、数2に示す式により、ひずみを補正することができる。
ε1=α・ΔT
(ε1:温度上昇によるひずみ、α:線膨張係数、ΔT:上昇温度)
ε=ε0−ε1
(ε:温度影響を控除したひずみ、ε0:ひずみゲージで測定されるひずみ)
2・・・斫り範囲
3,4,5,6・・・ひずみゲージ
7,8・・・切断位置
9・・・ケーブル
10・・・データ集積装置
11・・・モニタ
12・・・回転円盤砥石型切断機
13・・・変圧器
14・・・氷嚢
15・・・電動ピック
16・・・切り溝
20・・・表面温度計
S・・・炭素繊維シート
Claims (6)
- 鉄筋コンクリート構造物における鉄筋の応力測定方法であって、
前記鉄筋コンクリート構造物のうち、測定対象となる鉄筋の一部を露出させ、ひずみゲージを設置する設置工程と、
前記鉄筋を切断する切断工程と、
前記鉄筋に付着しているコンクリートを徐々に取り除く除去工程と、
前記除去工程で付着が徐々に取り除かれる過程の前記鉄筋のひずみを、前記ひずみゲージで測定する測定工程と、
を備える鉄筋の応力測定方法。 - 前記切断工程の前に行われる、前記鉄筋の周囲を補強する補強工程を更に備える、請求項1に記載の鉄筋の応力測定方法。
- 前記切断工程で前記鉄筋が切断される際の摩擦熱がひずみの測定領域へ伝達するのを抑制する熱の除去工程を更に備える請求項1又は2に記載の鉄筋の応力測定方法。
- 前記切断工程で前記鉄筋が切断される際の鉄筋の温度を測定する鉄筋温度の測定工程と、
前記鉄筋温度の測定工程で測定された鉄筋温度であって、前記切断工程で前記鉄筋が切断される際の摩擦熱の影響を受けた鉄筋温度に基づいて、前記測定工程で測定されたひずみを補正する補正工程と、を更に備える請求項1から3の何れか1項に記載の鉄筋の応力測定方法。 - 前記除去工程の前に行われ、前記除去工程で付着を取り除く際、前記除去工程で用いる付着除去装置が鉄筋に接触するのを抑制する溝を鉄筋に沿って形成する溝の形成工程を更に備える請求項1から4の何れか1項に記載の鉄筋の応力測定方法。
- 前記鉄筋コンクリート構造物から切り出された鉄筋にひずみゲージを設置し、鉄筋を引っ張り、当該コンクリート構造物から切り出された鉄筋のひずみを、前記ひずみゲージで測定する追加測定工程を更に備える請求項1から5の何れか1項に記載の鉄筋の応力測定方法。
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