JP2020159747A - 構造物の現有応力推定方法とその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造物の現有応力を、非破壊にて、精度よく推定する。【解決手段】構造物の現有応力推定装置１０を、構造物１に光を照射する照射手段（１２１，１２２，１２ａ，１１ａ）と、構造物からの反射光の強度を計測する計測手段（１１ｂ，１２ｂ，１２３）と、予め求めておいた、現有応力と反射光の強度の関係を示すσ−Ｐテーブル１４Ｔを記憶する記憶手段１４と、計測された反射光の強度から構造物１の現有応力を推定する現有応力推定手段１５と、照射部１１ａと受光部１１ｂとを収納するケース１１ｃとから構成するとともに、現有応力推定手段１５では、計測された反射光の強度とσ−Ｐテーブル１４Ｔとから、構造物１の現有応力を推定するようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、柱や梁などの構造物の現有応力を推定する方法とその装置に関する。

従来、構造物の現有応力を推定する方法として、応力解放法が知られている。
応力解放法では、まず、構造物の表面にひずみゲージを貼付けて、応力解放前のひずみである初期値を測定し、この値を０にセットする。次に、測定対象位置であるひずみゲージを含む領域をコア抜きし、コアのひずみを測定する。このコアのひずみは、コア抜きにより応力が解放されたひずみであるので、この応力解放後のひずみの大きさから、構造物の現有応力を推定することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２８９７１７号公報

しかしながら、応力解放法による現有応力の推定方法では、構造物に、応力を解放するための溝を穿設する必要があった。
そこで、構造物の現有応力を、非破壊にて、精度よく推定する技術が求められている。
柱や梁などの構造物の現有応力を非破壊で推定できれば、耐震補強の検討や地震後の構造物の安定性の検討や、更新順序の決定の指標にすることができる。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、構造物の現有応力を、非破壊にて、精度よく推定する方法とその装置を提供することを目的とする。

発明者らは、鋭意検討の結果、構造物に光を当てた場合、現在構造物に作用している軸圧縮応力である現有応力が大きいほど、反射光の強度が大きいことを見出し本発明に到ったものである。
すなわち、本発明は、構造物の現有応力を推定する方法であって、前記構造物に所定の光量の光を照射したときの、前記構造物からの反射光を検出するステップと、前記検出された反射光の強度から前記構造物の現有応力を推定するステップと、を備えることを特徴とする。
これにより、構造物の現有応力を、非破壊にて、推定することができる。
また、前記構造物の現有応力を推定するステップにおいて、前記検出された反射光の強度と、構造物の材質毎に予め求めておいた、現有応力と反射光の強度の関係とから、前記構造物の現有応力を推定したので、現有応力の推定精度は向上した。
また、本発明は、構造物の現有応力を推定する装置であって、前記構造物に光を照射する照射手段と、前記構造物からの反射光を受光する受光部を備え、前記受光部で受光した反射光の強度を計測する計測手段と、構造物の材質毎に予め求めておいた、現有応力と反射光の強度の関係を示すテーブルを記憶する記憶手段と、前記計測された反射光の強度から前記構造物の現有応力を推定する現有応力推定手段と、開口部を有し、前記開口部の内側に前記照射手段と前記受光部とを収納する遮光用容器と、を備え、前記現有応力推定手段は、前記計測された反射光の強度と前記テーブルとから、前記構造物の現有応力を推定することを特徴とする。
このような構成の構造物の現有応力推定装置を用いれば、構造物の現有応力を、非破壊にて、推定することができる。
また、遮光用容器を構造物表面に当接させるだけで、外光の影響なく反射強度を計測できるので、強度を現有応力を容易にかつ安定して推定することができる。

なお、前記発明の概要は、本発明の必要な全ての特徴を列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となり得る。

本実施の形態に係る構造物の現有応力推定装置を示す図である。 応力と反射光強度との関係の一例を示す図である。 応力と反射光強度との関係の他の例を示す図である。 構造物の現有応力推定装置の他の例を示す図である。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態を示す図で、（ａ）図は構造物の現有応力推定装置１０（以下、応力推定装置という）、（ｂ）図は検知器１１の正面図と断面図である。本例では、この応力推定装置１０を用いて、構造物である木質材から成る柱１の現有応力を推定する。
応力推定装置１０は、検知器１１と、反射率測定器１２と、第１及び第２の光ケーブル１２ａ，１２ｂと、入力手段１３と、記憶手段１４と、現有応力推定手段１５とを備える。
入力手段１３と記憶手段１４と現有応力推定手段１５とは記憶・演算器１６を構成し、例えば、マイクロコンピュータのメモリーとソフトウェアにより構成される。
検知器１１は、反射率測定器１２から、第１の光ケーブル１２ａを伝送路として送られてきた光（以下、照射光という）を柱１の表面に照射する照射部１１ａと、柱１の表面で反射された光（以下、反射光という）を受光し、この反射光を、反射率測定器１２に接続されている第２の光ケーブル１２ｂに集光する受光部１１ｂと、照射部１１ａと受光部１１ｂと第１及び第２の光ケーブル１２ａ，１２ｂの先端部とを収納するケース１１ｃと、漏れ防止部材１１ｄとを備える。本例では、照射部１１ａを３個とし、受光部１１ｂを１個とした。
ケース１１ｃは円柱状で、前方である柱１側には円筒状の窪み１１ｋが形成されている。また、ケース１１ｃの中心には、軸方向に延長する貫通孔１１ｈが形成されている。
ケース１１ｃの、（ｃ）図の太い点線よりも前側が、照射部１１ａと受光部１１ｂとを収納する遮光用容器１１Ｍとして機能し、後側が、受光部１１ｂと第１及び第２の光ケーブル１２ａ，１２ｂの先端部とを保持する保持部材１１Ｎとして機能する。
また、照射部１１ａの先端側と受光部１１ｂの先端側とは、窪み１１ｋの底面から窪み１１ｋ内に露出しているので、照射部１１ａと受光部１１ｂとが、窪み１１ｋの側面（ケース１１ｃの側面）と底部とにより構成される断面視コの字状の遮光用容器１１Ｍの内側に配置されていることになる。これにより、照射光の照射範囲を窪み１１ｋの開口部内に限定することができるとともに、受光部１１ｂは、反射光のみを検出することができる。
漏れ防止部材１１ｄは、ケース１１ｃの前方側の周縁に取付けられる円筒上の部材で、ケース１１ｃの外側に照射光が洩れることを防止する。漏れ防止部材１１ｄとしては、例えば、ゴム部材などの弾性体が好適に用いられる。あるいは、ケース１１ｃの柱１との接触部をケース１１ｃの外側からシール材などで塞いで、照射光の洩れを防ぐようにしてもよい。なお、対象物の表面が比較的滑らかで、照射光の洩れが問題とならない場合には、漏れ防止部材１１ｄを省略してもよい。

反射率測定器１２は、光源１２１と、分配器１２２と、反射光強度計測手段としての計測器１２３とを備える。
光源１２１としては、例えば、ハロゲンランプやキセノンランプ、あるいは、ＬＥＤなどの周知の光源を使用することができる。
分配器１２２には３本の第１の光ケーブル１２ａが接続されており、分配器１２２は、光源１２１からの光をこれら第１の光ケーブル１２ａに分配する。
計測器１２３は、第２の光ケーブル１２ｂを伝送されてきた反射光の強度である反射光強度を計測し、その結果を現有応力推定手段１５に送る。
光源１２１と、分配器１２２と、第１の光ケーブル１２ａと、照射部１１ａとにより、本発明の照射手段を構成し、受光部１１ｂと、第２の光ケーブル１２ｂと、計測器１２３とにより計測手段を構成する。
入力手段１３は、現有応力を計測する構造物（ここでは、柱１）の材質を入力する。
記憶手段１４は、構造物の材質毎に予め求めておいた、現有応力と反射光の強度の関係を示すテーブル（以下、σ−Ｌテーブル１４Ｔという）を記憶する。
現有応力推定手段１５は、計測器１２３で計測された反射光強度と、入力手段１３に入力された柱１の材質と、記憶手段１４に記憶されているσ−Ｌテーブル１４Ｔとから、柱１の現有応力を推定する。

図２（ａ）〜（ｃ）は、異なる材質の試験柱１Ａを基台２上に設置した後、上から荷重Ｗを加えたときの応力σと反射光強度との関係を示す図で、（ａ）図はヒノキ、（ｂ）図はスギ、（ｃ）図はコンクリートである。各図の横軸は応力σ[N/mm²]、縦軸は反射光強度Ｐ[a.u.]、Ａは試験柱１Ａの面積である。各図は、上記のσ−Ｌテーブル１４Ｔに相当する。
各図からわかるように、反射光強度Ｐは、試験柱１の材質と、試験柱１に作用する応力により異なるが、作用する応力σが大きいほど反射光強度Ｐは高くなる。
なお、同じ木質材でも、図３（ａ），（ｂ）に示すように、柾目の場合には、図２（ａ），（ｂ）に示した、通常使用されている板目の場合と、応力σと反射光強度Ｐとの関係が逆になるので、木質材のように、異方性がある材質の場合には、材質だけでなく、使用形態についても分類してやる必要がある。

次に、応力推定装置１０の動作について説明する。
まず、柱１の材質を入力する。
次に、光源１２１をＯＮした後、ケース１１ｃの窪み１１ｋ側を柱１に当接させて、第１の光ケーブル１２ａから送られてきた光を、照射部１１ａから、柱１の表面に光を照射するとともに、受光部１１ｂにて、柱１からの反射光を受光する。
反射光は、第２の光ケーブル１２ｂを通って、反射率測定器１２の計測器１２３に送られ、反射強度が計測される。
そして、現有応力推定手段１５にて、計測器１２３で計測された反射光強度と、入力手段１３に入力された柱１の材質と、記憶手段１４に記憶されているσ−Ｌテーブル１４Ｔとから、柱１の現有応力を推定する。
このように、ケース１１ｃを対象物である柱１に当接しただけで、現有応力が推定できるので、構造物の現有応力を、非破壊にて、推定できるだけでなく、複数個所の現有応力を効率よくかつ迅速に推定することができる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

例えば、前記実施の形態では、照射部１１ａを３個とし、受光部１１ｂを１個とするとともに、受光部１１ｂの上部に３個の照射部１１ａをまとめて配置したが、照射部１１ａと受光部１１ｂの個数や配置は、これに限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示すように、ケース１１ｃの中心に受光部１１ｂを配置し、その周りに照射部１１ａを配置するなどしてもよい。
また、前記実施の形態では、光源１２１と計測器１２３と備えた反射率測定器１２を用いて、光の照射と反射光強度の計測を行ったが、図４（ｂ）に示すように、収納容器２１内に照射手段２２、受光手段２３、及び、計測手段２４を配置した構成の現有応力推定装置２０を用いてもよい。
具体的には、照射手段２２として高出力のＬＥＤを用いるとともに、受光手段２３としてカメラを用い、計測手段２４としては、カメラで撮影した画像の輝度から反射光強度を求める、画像処理手段などを用いればよい。
但し、上記の現有応力推定装置２０においても、実施の形態の記憶・演算器１６に相当する記憶・演算器２５が必要なことはいうまでもない。
記憶・演算器２５は、図４（ｂ）に示すように、収納容器２１内に配置してもよいし、収納容器２１の外側に配置してもよい。なお、記憶・演算器２５を収納容器２１内に配置する場合には、入力手段２６のみは、収納容器２１の外側に配置すればよい。

１ 柱、２ 基台、
１０ 現有応力推定装置、１１ 検知器、１１ａ 照射部、１１ｂ 受光部、
１１ｃ ケース、１１ｄ 漏れ防止部材、１１ｋ 円筒状の窪み、１１ｈ 貫通孔、
１１Ｍ 遮光用容器、１１Ｎ 保持部材、
１２ 反射率測定器、１２１ 光源、１２２ 分配器、１２３ 計測器、
１２ａ 第１の光ケーブル、１２ｂ 第２の光ケーブル、１３ 入力手段、
１４ 記憶手段、１４Ｔ σ−Ｌテーブル、１５ 現有応力推定手段、
１６ 記憶・演算器。

Claims (3)

1. 構造物の現有応力を推定する方法であって、
   前記構造物に所定の光量の光を照射したときの、前記構造物からの反射光を検出するステップと、
   前記検出された反射光の強度から前記構造物の現有応力を推定するステップと、
   を備えることを特徴とする構造物の現有応力推定方法。
2. 前記構造物の現有応力を推定するステップでは、
   前記検出された反射光の強度と、構造物の材質毎に予め求めておいた、現有応力と反射光の強度の関係とから、前記構造物の現有応力を推定することを特徴とする請求項１に記載の構造物の現有応力推定方法。
3. 構造物の現有応力を推定する装置であって、
   前記構造物に光を照射する照射手段と、
   前記構造物からの反射光を受光する受光部を備え、前記受光部で受光した反射光の強度を計測する計測手段と、
   構造物の材質毎に予め求めておいた、現有応力と反射光の強度の関係を示すテーブルを記憶する記憶手段と、
   前記計測された反射光の強度から前記構造物の現有応力を推定する現有応力推定手段と、
   開口部を有し、前記開口部の内側に前記照射手段と前記受光部とを収納する遮光用容器と、を備え、
   前記現有応力推定手段は、前記計測された反射光の強度と前記テーブルとから、前記構造物の現有応力を推定することを特徴とする構造物の現有応力推定装置。

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