JP2014074685A - 橋梁の非接触型変位計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】橋梁の撓みによる変位を、足場を組むことなく前記橋梁の下方から計測する方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る橋梁の非接触型変位計測方法は、橋梁の撓みによる変位を前記橋梁の下方から計測する方法であって、前記橋梁の下面の２本の主梁にそれぞれ計測基準点を設定するとともに、計測対象点は前記計測基準点の間の床版の下面に設定し、前記計測対象点から前記２点の計測基準点までの水平距離を等しく設定し、前記２点の計測基準点の真下と、前記計測対象点の真下に、それぞれレーザ距離計を設置し、前記橋梁に対する荷重を変化させたときに前記レーザ距離計によって計測した前記２点の計測基準点までの距離の変化量Δｄ１，ｄ３と前記計測対象点までの距離の変化量Δｄ２に基づいて、前記計測基準点を基準とした前記計測対象点の変位量δ２を下記の計算式による演算処理によって求める。
δ２＝Δｄ２−（Δｄ１＋Δｄ３）／２
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車通行用の高架橋等の橋梁の撓みを、前記橋梁の下方もしくは上方に配置したレーザ距離計を用いて、非接触で計測する方法に関するものである。

自動車通行用の高架橋等の橋梁の床版は径年変化によって劣化するので、そのような劣化を適宜監視することによって劣化の進行を推定し、床版の管理指標とすることが行われている。
そのような監視手段としては、従来より、床版をハンマーで叩いてその音を聴いて劣化の指標とすることが行われてきた。

しかし、そのためには、床版の下部空間に足場を組んで、点検者が足場の上に登って、床版の裏側を順次ハンマーで叩く必要がある。そして、その場所の点検が終了して隣接する場所を点検する場合には、前記足場を一旦分解して、隣接場所で再び組み上げ、その上に点検者が登ってハンマーで叩くという作業が必要である。ハンマーで叩いてその音を聞く際には、橋梁上の車両の走行音が邪魔になるため、橋梁上の交通規制をする必要がある。

また、前記足場の上にリング式変位計を設置して、床版との距離を計測することも行われている。
また、特許文献１に記載されているように、３次元レーザースキャナを用いて構造物の変位を計測する装置が提案されている。

特許第４１１４７９２号公報

従来のように足場を用いる方法では、足場の組み立てや分解・移動などに時間と費用を要するという問題がある。
また、ハンマーで叩いてその音を聞く際には、橋梁上の車両の走行音が邪魔になるため、橋梁上の交通規制をする必要がある。

また、特許文献１に記載の技術では、３次元レーザースキャナを用いるので、広い範囲を計測できる反面、個々のポイントでは精度が低いとともに、計測位置を正確に特定することが困難であるので、床版の撓み量を正確に測定することはできず、床版の正確な管理指標とはなり得ない。また、広い範囲の静的な変位を計測できる反面、特定のポイントの動的な変位を計測することは困難である。したがって、３次元レーザースキャナによる計測方式は、構造物の構造特性・動的な挙動把握のための正確な計測には適していない。
そこで、本発明は、橋梁の撓みによる変位を、足場を組むことなく前記橋梁の下方から計測する方法を提供することを目的としてなされたものである。

請求項１に係る橋梁の非接触型変位計測方法は、
橋梁の撓みによる変位を前記橋梁の下方から計測する方法であって、
前記橋梁の下面に２点の計測基準点を設定するとともに、計測対象点は前記橋梁の下面で前記計測基準点の間に設定し、
前記２点の計測基準点の下方と、前記計測対象点の下方に、それぞれ非接触距離計を設置し、
前記橋梁に対する荷重を変化させたときに前記非接触距離計によって計測した前記２点の計測基準点までの距離の変化量と前記計測対象点までの距離の変化量に基づいた演算処理によって、前記計測基準点を基準とした前記計測対象点の変位量を求めることを特徴としている。
請求項２では、
橋梁の２つの主桁に挟まれた床版の撓みによる変位を計測する際に、
前記計測基準点は前記２つの主桁の下面に設定し、
前記計測対象点は前記床版の下面に設定することを特徴としている。
請求項３では、
前記２点の計測基準点と前記計測対象点とは、同一垂直平面上に設定するとともに、
前記計測対象点は前記２点の計測基準点間の水平距離をａ：ｂに内分する位置に設定し、
前記２点の計測基準点の下方と、前記計測対象点の下方に、それぞれ非接触距離計を設置し、
前記非接触距離計は、前記２点の計測基準点及び前記計測対象点までの距離を仰角θで計測し得るように設置し、
前記橋梁に対する荷重を変化させたときに前記非接触距離計によって計測した前記２点の計測基準点までの距離の変化量をΔｄ１，Δｄ３とし、前記計測対象点までの距離の変化量をΔｄ２とし、前記変位量をδ２としたとき、
前記演算処理は、次の計算式
δ２＝｛Δｄ２−（ｂ×Δｄ１＋ａ×Δｄ３）／（ａ＋ｂ）｝×ｓｉｎθ
に基づいた演算処理とすることを特徴としている。
請求項４では、
前記非接触距離計としてはレーザ距離計を用いることを特徴としている。
請求項５では、
前記計測基準点と計測対象点には磁気吸着式ターゲットを用い、
前記磁気吸着式ターゲットには紐の一端を固定しておき、計測終了後に前記ターゲットを回収する際には前記紐の他端を引いて吸着解除して回収することを特徴としている。

本発明に係る橋梁の非接触型変位計測方法によれば、橋梁の下の空間で、非接触距離計を用いて計測作業ができるので、従来のように足場を組む必要がなく、作業時間の短縮と作業コストの節減が可能となる。
また、橋梁上が道路である場合には、前記道路の交通規制が不要であり作業性が良い。
また、レーザ距離計を用いることにより、正確に且つ高速で計測可能であるので、橋梁の撓みの動的な変化を計測することも可能である。

本発明に係る橋梁の非接触型変位計測方法を実施するための形態を説明するための、断面図を用いた説明図である。 前記橋梁の非接触型変位計測方法を実施するための形態を説明するための、斜め下方から見た要部の斜視図を用いた説明図である。 前記橋梁の非接触型変位計測方法の演算処理を説明するための説明図である。 別実施例における演算処理を説明するための説明図である。 前記橋梁の非接触型変位計測方法に用いる平板ターゲットの一例の斜視説明図である。

以下に、本発明に係る橋梁の非接触型変位計測方法を実施するための形態を、図面を参照して説明する。
図１には自動車用の橋梁の主桁の断面図を示し、図２には前記橋梁の要部を斜め下方から見た斜視図を示している。
まず、前記橋梁１の下の敷地内に作業スペースを設定する。これは、車道の間であれば問題ない。
そして、図１、２に示したように、計測対象の床版３の下面と、計測基準となる両側の主梁２、３に平板ターゲットＤ２，Ｄ１，Ｄ３を取り付ける。
この作業は、例えば棒の先端に平板ターゲットを乗せて、前記橋梁の計測対象緒部位に前記平板ターゲットを取り付ける。このとき、図５に示したように、前記平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３をマグネット式のターゲットとすることにより、鋼板製の主梁２、２と床版３の任意の部位に磁気吸着させることができる。また、前記平板ターゲットには前記床版３までの高さ程度の長さの紐４の一端を固定しておくことにより、計測終了後に、前記紐４の他端を下から引っ張ることによって、前記平板ターゲットを前記主梁２、２と前記床版３から容易に取り外すことができる。

前記平板ターゲットは３枚使用する。２枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ３は計測対象の床版３を挟んだ２本の主桁２、２の下面にそれぞれ取り付け、１枚の平板ターゲットＤ２は、前記２枚の平板ターゲットの中央で、前記計測対象の床版３の下面に取り付ける。
３枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３は、１つの垂直平面上に配置する。
前記２枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ３は計測基準点となり、前記１枚の平板ターゲットＤ２は計測対象点となっている。

次に、非接触距離計として、３台のレーザ距離計Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を設置する。実施例１では、３台のレーザ距離計は、ぞれぞれ前記各平板ターゲットの真下に設置する。このとき３台のレーザ距離計は横一直線上に配置される。
次に、３台のレーザ距離計Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３により、それぞれのレーザ光軸方向の真上にある平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３までの距離を測定する。
ここで、図３に示したように、３枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３の内、中央の平板ターゲットＤ２までの距離をｄ２として、他の２枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ３までの距離をｄ１、ｄ３とする。そして、重車両を通過させる等して前記橋梁に対する荷重を変化させたときの平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３までの距離の変化量をΔｄ１、Δｄ２、Δｄ３とする。

次に、前記橋梁に対する荷重を変化させたときの床版３の中央部分の撓みを求めるために、以下の計算式を用いて、床版３が有する本来の変位量δ２を下記の計算式１により四則演算処理して算出する。（図３参照。）
δ２＝Δｄ２−（Δｄ１＋Δｄ３）／２ 計算式１
図１の場合には、床版３は主桁２、２を支点とする４径間連続梁としての挙動を示す。そこで、上記計算式によって支点沈下量を差し引きするので、前記変位量δ２は床版３が有する本来の変位量となっている。

なお、図１、２、３を参照した上記説明においては、前記２枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ３を計測基準点とし、前記１枚の平板ターゲットＤ２を計測対象点として、前記１枚の平板ターゲットＤ２を前記２枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ３の中点に配置した場合を例にとって説明したが、前記１枚の平板ターゲットＤ２を中点以外に配置した場合でも、比例配分の計算式を変更することで容易に対応できることはいうまでもない。
例えば、前記計測対象点の平板ターゲットＤ２は、前記２点の計測基準点の平板ターゲットＤ１、Ｄ３間の水平距離をａ：ｂに内分する位置に配置した場合には、次の計算式２を用いればよい。
δ２＝Δｄ２−（ｂ×Δｄ１＋ａ×Δｄ３）／（ａ＋ｂ） 計算式２
図１、２、３に基づいた上記説明は、上記計算式２においてａ＝ｂ＝１とした場合の説明となっている。

以上のようにして、３台のレーザ距離計を用いて床版３の撓みによる変化量を計測するので、高精度の計測が可能となる。
このようにして得られた床版の撓みによる変化量の履歴に基づいて、当該床版の劣化の進行を概略的に把握することができる。そして、変化量が顕著になった場合には、その床版を対象とした叩き点検を必要に応じて行うことで、適切な管理を少ない作業量で実施することが可能となる。

なお、橋梁上の車両通行状況を撮像するカメラ等の観測手段と併用することにより、前記計測した変位量から通過車両の重量を算出することも可能となる。

次に、橋梁の非接触型変位計測方法の実施例２を説明する。
実施例２では、図４に示したように、
３台のレーザ距離計は、ぞれぞれ前記各平板ターゲットの真下ではなく、斜め下方において横一直線上に設置する。このとき３台のレーザ距離計から前記各平板ターゲットへのレーザ光軸の仰角をθとする。
この実施例２の計測方法は、ケーブルラック等の部材がレーザ距離計Ｌ２のレーザ光軸上にある場合に、前記部材を避けて計測するのに適した方法である。
次に、３台のレーザ距離計Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３により、それぞれ仰角θのレーザ光軸方向にある平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３までの距離を測定する。
ここで、図３に示したように、３枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３の内、床版３’の中央下面に配設された平板ターゲットＤ２までの距離をｄ２として、他の２枚の平板ターゲットＤ１、Ｄ３までの距離をｄ１、ｄ３とする。そして、重車両を通過させる等して前記橋梁に対する荷重を変化させたときの平板ターゲットＤ１、Ｄ２、Ｄ３までの距離の変化量をΔｄ１、Δｄ２、Δｄ３とする。

次に、前記橋梁に対する荷重を変化させたときの床版３’の中央部分の撓みを求めるために、以下の計算式を用いて、床版３’が有する本来の変位量δ２を下記の計算式３により四則演算処理して算出する。（図４参照。）
δ２＝｛Δｄ２−（Δｄ１＋Δｄ３）／２｝×ｓｉｎθ 計算式３
図１、２、３に基づいた上記計算式１は、上記計算式３においてθ＝９０°とした場合の説明となっている。

前記計測対象点の平板ターゲットＤ２は、前記２点の計測基準点の平板ターゲットＤ１、Ｄ３間の水平距離をａ：ｂに内分する位置に配置した場合には、
前記橋梁に対する荷重を変化させたときに前記非接触距離計によって計測した前記２点の計測基準点までの距離の変化量をΔｄ１，Δｄ３とし、前記計測対象点までの距離の変化量をΔｄ２とし、前記変位量をδ２としたとき、
前記演算処理は、次の計算式４を用いて演算処理する。
δ２＝｛Δｄ２−（ｂ×Δｄ１＋ａ×Δｄ３）／（ａ＋ｂ）｝×ｓｉｎθ 計算式４

以上の計測が終了した後の片付けは、３台のレーザ距離計等の機器の片付けと、３枚の平板ターゲットの回収だけである。平板ターゲットの回収に際しては、各平板ターゲットからぶら下がっている紐を引くことで、橋梁の下面に吸着していた平板ターゲットを容易に回収することができる。

また、引き続いて、別の床版を計測する場合には、前記回収した３枚の平板ターゲットを橋梁の下面に取り付けるとともに、３台のレーザ距離計を設置することで、計測作業を継続することができる。

また、高速サンプリング（最大500回/秒）可能なレーザ距離計を使用することにより、床版の撓みを連続的に計測することが可能であるので、床版の撓みの動的計測（例えば、橋梁上で車両を60km/h程度の高速で走行させながらの計測）が可能となる。
また、計測作業は、橋梁の下の敷地内のみで実施できるので、橋梁の上の交通規制等の作業が不要であり、橋梁の下の空間のみの作業で完結する。
特に、従来のように足場を組む必要が無いので、足場の設置作業や撤去作業が不要となり、コスト・労力・時間等の大幅な縮減が可能となる。例えば、計測場所の選定から１箇所での計測実施、後片付けまで、約２時間で完了できるので、大幅な時間短縮が可能となった。また、コストも１／１０程度に削減可能である。

なお、一般に、鋼板接着補強ＲＣ床版の疲労寿命は非常に長く、床版が劣化して撓みが増えてくるような悪い状況でも破壊までにはかなりの時間を要することから、本発明による計測方法で床版の顕著な撓みの増加をとらえることで、維持管理上の有益な指標が得られる。
本発明による計測方法で床版の顕著な撓み増加を確認した場合に、鋼板のはくり状況等の指標を踏まえ、より確度の高い詳細な維持管理を行う、というバックアップ体制を採ることになる。従って、本発明による計測方法は、極めて多数（例えば阪神高速道路では約７万パネルある）の対象床版パネルを安全安心に維持管理していくために、極めて効果的な中間検査方法もしくはスクリーニング手法と位置付けることが出来る。

前記平板ターゲットを用いずにノンプリズム距離計を使用することも可能である。
なお、本発明に係る橋梁の非接触型変位計測方法は、橋梁に限らず、計測基準点となる２点の間の撓みによる変位を計測する種々の分野に応用することができる。

１ 橋梁
２ 主梁
３ 床版
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３ 平板ターゲット
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ レーザ距離計
４ 紐

Claims (5)

1. 橋梁の撓みによる変位を前記橋梁の下方から計測する方法であって、
   前記橋梁の下面に２点の計測基準点を設定するとともに、計測対象点は前記橋梁の下面で前記計測基準点の間に設定し、
   前記２点の計測基準点の下方と、前記計測対象点の下方に、それぞれ非接触距離計を設置し、
   前記橋梁に対する荷重を変化させたときに前記非接触距離計によって計測した前記２点の計測基準点までの距離の変化量と前記計測対象点までの距離の変化量に基づいた演算処理によって、前記計測基準点を基準とした前記計測対象点の変位量を求めることを特徴とする橋梁の非接触型変位計測方法。
2. 橋梁の２つの主桁に挟まれた床版の撓みによる変位を計測する際に、
   前記計測基準点は前記２つの主桁の下面に設定し、
   前記計測対象点は前記床版の下面に設定することを特徴とする
   請求項１に記載の橋梁の非接触型変位計測方法。
3. 前記２点の計測基準点と前記計測対象点とは、同一垂直平面上に設定するとともに、
   前記計測対象点は前記２点の計測基準点間の水平距離をａ：ｂに内分する位置に設定し、
   前記２点の計測基準点の下方と、前記計測対象点の下方に、それぞれ非接触距離計を設置し、
   前記非接触距離計は、前記２点の計測基準点及び前記計測対象点までの距離を仰角θで計測し得るように設置し、
   前記橋梁に対する荷重を変化させたときに前記非接触距離計によって計測した前記２点の計測基準点までの距離の変化量をΔｄ１，Δｄ３とし、前記計測対象点までの距離の変化量をΔｄ２とし、前記変位量をδ２としたとき、
   前記演算処理は、次の計算式
   δ２＝｛Δｄ２−（ｂ×Δｄ１＋ａ×Δｄ３）／（ａ＋ｂ）｝×ｓｉｎθ
   に基づいた演算処理とすることを特徴とする
   請求項１または２の何れか１項に記載の橋梁の非接触型変位計測方法。
4. 前記非接触距離計としてはレーザ距離計を用いることを特徴とする
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の橋梁の非接触型変位計測方法。
5. 前記計測基準点と計測対象点には磁気吸着式ターゲットを用い、
   前記磁気吸着式ターゲットには紐の一端を固定しておき、計測終了後に前記ターゲットを回収する際には前記紐の他端を引いて吸着解除して回収することを特徴とする
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の橋梁の非接触型変位計測方法。

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