JP2014190761A - 亀裂監視材及び亀裂監視装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】亀裂進展検出用導電層3aは、鋼構造物1に発生する亀裂C1の進展方向に亀裂発生検出用導電層3fと間隔をあけて、この亀裂発生検出用導電層3fが検出した亀裂C1の進展を検出する部分である。亀裂進展検出用導電層3aは、亀裂C1の発生した位置を検出し、亀裂C1の進展に応じて電気抵抗が変化する塗膜である。亀裂発生検出用導電層3fは、鋼構造物1に発生する亀裂C1を検出する部分であり、亀裂C1の発生に応じて電気抵抗が変化する塗膜である。亀裂発生検出用導電層3fは、亀裂発生時の極僅かな亀裂長さを検知可能なように、亀裂進展検出用導電層3aよりも幅が狭く線状に形成されている。
【選択図】図2
Description
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、図2〜図6に示すように、亀裂(C1〜C3)の発生が予測される監視対象物(1)の表面に形成され、この監視対象物の亀裂の発生及びこの亀裂の進展を監視する亀裂監視材であって、前記監視対象物に発生する亀裂を検出する亀裂発生検出用導電層(3f)と、前記亀裂監視対象物に発生する亀裂の進展方向に前記亀裂発生検出用導電層と間隔をあけて、この亀裂発生検出用導電層が検出した亀裂の進展を検出する亀裂進展検出用導電層(3a)とを備える亀裂監視材(3)である。
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1及び図2に示す鋼構造物1は、鋼材によって構成された固定構造物である。鋼構造物1は、例えば、鉄道車両が走行する線路の下部に空間を確保し列車の荷重を支持する橋梁である。鋼構造物1は、図1に示すように、鋼板と山形鋼とを溶接などによって接合してI形の桁に組み立てた主桁1aを備えており、この主桁1aは主桁1aの下部板を形成する下フランジ1bと、主桁1aの上部板を構成する上フランジ1cと、下フランジ1bと上フランジ1cとを結合する腹板1dなどから構成されている。例えば、図1及び図2に示す鋼構造物1には、図2に示すように、主桁1aの長さ方向の略中間における下フランジ1bの縁部から亀裂C1が発生しており、図1に示すように下フランジ1bと腹板1dとが接合する接合部から亀裂C2,C3が発生している。
図1及び図2に示すように、鋼構造物1では構成部材のエッジ部などの限られた範囲を起点として亀裂C1〜C3が発生するおそれがある。例えば、図3及び図4に示すように、下フランジ1bのエッジ部を起点として亀裂C1の発生が予測される場合には、図4に示すように鋼構造物1の塗替え塗装時にこのエッジ部に沿って、鋼構造物1の表面に防錆絶縁塗料を塗布して、図2、図4及び図6に示すように防錆絶縁層3iが図1に示す検出箇所P1に形成される。また、図1に示すように、検出箇所P1から腹板1dに沿って測定箇所P2まで鋼構造物1の表面に防錆絶縁塗料を塗布して、検出箇所P1から測定箇所P2まで防錆絶縁層3iが形成される。次に、防錆絶縁層3iの表面を被覆するように、この防錆絶縁層3iの表面に環境遮断性を有する防錆絶縁塗料を塗布して環境遮断層3jが形成される。
例えば、図1及び図2に示す鋼構造物1上を列車が走行すると鋼構造物1が振動して、図7に示す板状導体4が追従して撓むため、この板状導体4の重量や抵抗力が亀裂監視材3の配線用導電層3nに殆ど伝わらない。例えば、亀裂監視材3の配線用導電層3nと配線材6とを直接接合すると、鋼構造物1の振動によって配線用導電層3nと配線材6との接合部からこの配線材6が外れる可能性がある。この実施形態では、図7に示すように、配線用導電層3nと板状導体4とが接合部で面接合しており、この配線用導電層3nに板状導体4が弛緩状態で接続されている。このため、鋼構造物1が振動しても板状導体4の重量や張力などが亀裂監視材3の配線用導電層3nに伝わらず、配線用導電層3nから板状導体4が外れるのを防ぐ。
図10に示すステップ(以下Sという)100において、亀裂C1〜C3の測定開始時期になったか否かが判断される。制御部14は、例えば、時刻を測定する計時機能を有しており、全般検査時のような予め設定されている所定時期又は所定時刻に達するとS100〜S260の処理を開始する。制御部14は、S130において鋼構造物1に亀裂C1が発生したと評価部12が評価したときには、亀裂C1の発生部位を要観察箇所としこの発生部位の重要度に応じて、全般検査時期よりも短期間である最適な時期に測定開始時期を再設定する。亀裂C1〜C3の測定開始時期になったと制御部14が判断したときにはS110に進み、亀裂C1〜C3の測定開始時期になっていないと制御部14が判断したときには一連の亀裂監視処理を終了する。
(1) この第1実施形態では、鋼構造物1に発生する亀裂C1を亀裂発生検出用導電層3fが検出しており、この鋼構造物1に発生する亀裂C1の進展方向にこの亀裂発生検出用導電層3fと間隔をあけて、この亀裂発生検出用導電層3fが検出した亀裂C1の進展を亀裂進展検出用導電層3aが検出する。このため、例えば、鋼構造物1の表面に塗布した下地処理塗料の表面に所定幅のマスキングテープを貼り付けて導電性塗料を塗布し、このマスキングテープを剥離することで、亀裂進展検出用導電層3a及び亀裂発生検出用導電層3fを簡単に形成することができる。その結果、亀裂進展検出用導電層3aと亀裂発生検出用導電層3fとの間隔を所定長さに設定することができ、亀裂進展検出用導電層3aと亀裂発生検出用導電層3fとが電気的に導通することを防ぎ、亀裂進展検出用導電層3aと亀裂発生検出用導電層3fとを確実に電気的に絶縁することができる。
以下では、図1〜図9及び図11に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明する。
図10に示す亀裂監視装置2は、振動検出部16を備えており、この振動検出部16は鋼構造物1の振動を検出する部分である。振動検出部16は、鋼構造物1を列車などの移動体が通過したときに発生する振動を検出して、この振動に応じた振動検出信号(振動検出情報)を制御部14に送信する。振動検出部16は、例えば、加速度センサ、速度センサ又は変位センサなどの振動センサである。
以下では、図10に示すステップと対応するステップについては、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図11に示すS100において、振動を検出したか否かが判断される。鋼構造物1を列車が通過すると、この列車の荷重を受けてこの鋼構造物1が振動しこの鋼構造物1が変位するとともに、亀裂発生検出用導電層3fも鋼構造物1と一体となって変位する。振動検出部16が鋼構造物1の振動を検出すると振動検出信号を制御部14に送信し、制御部14が振動検出信号を受信したと判断したときにはS110に進み、給電部7に直流電力の供給を制御部14が指令するとともに、給電部8に交流電力の供給を制御部14が指令する。一方、振動検出部16が鋼構造物1の振動を検出しないときには、振動検出部16が振動検出信号を制御部14に送信しないため、制御部14が振動検出信号を受信していないと判断し一連の亀裂監視処理を終了する。
この第2実施形態では、鋼構造物1の振動を振動検出部16が検出したときに、亀裂発生検出用導電層3fに複数の異なる周波数の交流電力を給電部8が供給し、この複数の異なる周波数毎に亀裂発生検出用導電層3fの交流インピーダンスを通電状態測定部10が測定する。このため、鋼構造物1の振動によって亀裂発生検出用導電層3fの亀裂C1の開口幅が変動したときに、この亀裂発生検出用導電層3fの交流インピーダンスを測定することによって、鋼構造物1の亀裂C1の発生を初期段階からより一層高精度に検出することができる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、監視対象物として鋼構造物1を例に挙げて説明したが、コンクリート構造物などの他の構造物についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、疲労亀裂などによって鋼構造物1に亀裂C1が発生する場合を例に挙げて説明したが、リベットやボルトなどの緩みによって塗膜に亀裂が発生する場合についてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、4本の亀裂進展検出用電極層3b〜3eによって亀裂進展検出用導電層3aを3つの監視領域A1〜A3に区画する場合を例に挙げて説明したがこれに限定するものではなく、2つ以下又は4つ以上の監視領域に区画することもできる。
2 亀裂監視装置
3 亀裂監視材
3a 亀裂進展検出用導電層
3b〜3e 亀裂進展検出用電極層
3f 亀裂発生検出用導電層
3g,3h 亀裂発生検出用電極層
3i 防錆絶縁層
3j,3k 環境遮断層
3m 耐候層
3n,3p 配線用導電層
3q 接着剤層
3r 保護層
4 板状導体
5 保護材
6 配線材
7,8 給電部
9,10 通電状態測定部(測定部)
11,12 評価部
13 通信部
14 制御部
15 収容部
16 振動検出部
A1〜A3 監視領域
C1〜C3 亀裂
Claims (20)
- 亀裂の発生が予測される監視対象物の表面に形成され、この監視対象物の亀裂の発生及びこの亀裂の進展を監視する亀裂監視材であって、
前記監視対象物に発生する亀裂を検出する亀裂発生検出用導電層と、
前記亀裂監視対象物に発生する亀裂の進展方向に前記亀裂発生検出用導電層と間隔をあけて、この亀裂発生検出用導電層が検出した亀裂の進展を検出する亀裂進展検出用導電層と、
を備える亀裂監視材。 - 請求項1に記載の亀裂監視材において、
前記亀裂進展検出用導電層は、前記亀裂の発生した位置を検出すること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 請求項1又は請求項2に記載の亀裂監視材において、
前記亀裂発生検出用導電層及び前記亀裂進展検出用導電層は、導電性塗料を塗布して形成されていること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の亀裂監視材において、
前記亀裂発生検出用導電層は、前記亀裂の発生に応じて電気抵抗が変化し、
前記亀裂進展検出用導電層は、前記亀裂の進展に応じて電気抵抗が変化し、
前記亀裂発生検出用導電層に電流を流す亀裂発生検出用電極層と、
前記亀裂進展検出用導電層に電流を流す亀裂進展検出用電極層とを備えること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 請求項4に記載の亀裂監視材において、
前記亀裂進展検出用導電層は、前記亀裂進展検出用電極層によって複数の監視領域に区画されており、この亀裂進展検出用導電層の長さ方向の隣接する一対の前記亀裂進展検出用電極層によって一つの監視領域が形成されていること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の亀裂監視材において、
前記亀裂発生検出用導電層は、前記監視対象物に発生が予測される亀裂の起点側に長辺側が位置するように帯状に形成されていること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の亀裂監視材において、
前記亀裂発生検出用導電層は、前記亀裂進展検出用導電層よりも幅が狭く形成されていること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の亀裂監視材において、
前記亀裂進展検出用導電層は、前記監視対象物に許容される亀裂長さに応じた幅に形成されていること、
を特徴とする亀裂監視材。 - 監視対象物に発生する亀裂を監視する亀裂監視装置であって、
請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の亀裂監視材と、
前記亀裂監視材の配線用導電層と面接合した状態でこの配線用導電層に電気的に接続される可撓性の板状導体と、
を備える亀裂監視装置。 - 請求項9に記載の亀裂監視装置において、
前記板状導体は、平編金属線であること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項9又は請求項10に記載の亀裂監視装置において、
前記板状導体は、前記配線用導電層の表面に接着されていること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項9から請求項11までのいずれか1項に記載の亀裂監視装置において、
前記板状導体と前記配線用導電層とが接合する接合部の表面を保護する保護層を備えること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項9から請求項12までのいずれか1項に記載の亀裂監視装置において、
前記板状導体の表面を保護する保護材を備えること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項9から請求項13までのいずれか1項に記載の亀裂監視装置において、
前記亀裂発生検出用導電層及び/又は前記亀裂進展検出用導電層に複数の異なる周波数の交流電力を供給する給電部と、
前記亀裂発生検出用導電層及び/又は前記亀裂進展検出用導電層の交流インピーダンスを前記複数の異なる周波数毎に測定する測定部と、
前記測定部の測定結果に基づいて前記亀裂の発生状況を評価する評価部と、
を備える亀裂監視装置。 - 請求項14に記載の亀裂監視装置において、
前記監視対象物の振動を検出する振動検出部を備え、
前記給電部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記亀裂発生検出用導電層及び/又は前記亀裂進展検出用導電層に前記複数の異なる周波数の交流電力を供給し、
前記測定部は、前記振動検出部が振動を検出したときに、前記亀裂発生検出用導電層及び/又は前記亀裂進展検出用導電層の交流インピーダンスを前記複数の異なる周波数毎に測定すること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項14又は請求項15に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が異なるときには、前記亀裂が発生していると評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項14から請求項16までのいずれか1項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値に比べて、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値が減少したときには、前記亀裂発生検出用導電層及び/又は前記亀裂進展検出用導電層に亀裂が発生していると評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項14から請求項17までのいずれか1項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、前記複数の異なる周波数に対応する各交流インピーダンス値が略同一であるときには、前記亀裂が発生していないと評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項14から請求項18までのいずれか1項に記載の亀裂監視装置において、
前記評価部は、低周波数側で測定したときの交流インピーダンス値と、高周波数側で測定したときの交流インピーダンス値とが略同一であるときには、前記亀裂発生検出用導電層及び/又は前記亀裂進展検出用導電層に亀裂が発生していないと評価すること、
を特徴とする亀裂監視装置。 - 請求項14から請求項19までのいずれか1項に記載の亀裂監視装置において、
前記測定部は、前記亀裂進展検出用導電層が複数の監視領域に区画されているときに、前記監視領域毎に通電状態を測定し、
前記評価部は、前記監視領域毎の通電状態の測定結果に基づいて亀裂の発生した監視領域を特定すること、
を特徴とする亀裂監視装置。
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