JP3810710B2 - 軸力計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加圧膨張型のロックボルトの軸力を測定する軸力計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルや鉱山等の地下空間を掘削する際、地山の改良、補強にロックボルトが打設されている。
ロックボルトとしては、例えば、棒鋼などの軸体を用いた所謂全面定着式のロックボルトや、断面円形の鋼管を凹状に折り曲げて外径を小さくし、地山にさく孔されたロックボルト孔に挿入した後、内部に高圧水を供給して膨張させ、地山に固定する加圧膨張型のロックボルト等が用いられる。
【０００３】
打設されたロックボルトは、地山の挙動やロックボルトの補強効果を把握し、工事の安全性を確保するため、ロックボルト全長に亙ってロックボルトに発生する軸力の大きさや分布を測定することが必要である。
全面定着式のロックボルトを用いる場合、ロックボルトの軸力の測定は、ロックボルト本体に軸方向への溝切り加工を施して、この溝内にゲージを貼付し、入出力ケーブルを配線して行うことができる。
【０００４】
しかし、加圧膨張型のロックボルトを用いる場合には、ロックボルト本体に溝切り加工を施すことができず、また、ロックボルトがロックボルト孔に挿入された後膨張により変形するため、上記の方法による軸力の測定は不可能である。
そこで、加圧膨張型のロックボルトを用いる場合には、従来、図６、図７に示すように、ロックボルト１の表面上に断面楕円状のセンサーパイプ６２を溶接し、このセンサーパイプ６２内に埋込み型ゲージ６４を挿入し、センサーパイプ６２内にエポキシ樹脂系の接着材６５を充填した軸力計が用いられていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この軸力計は、地山に設置されたロックボルト１のひずみを、センサーパイプ６２及び接着材６５を介して間接的に検出するものであるため、出力の誤差を生じやすい。
また、センサーパイプ６２内の隙間が小さく接着材６５の充填が不足し、長期間使用すると亀裂が生じ水が入って絶縁劣化を引き起こす等長期測定に不安がある。
【０００６】
さらに、埋込み型ゲージ６４の入出力ケーブル６６が、ロックボルト１の加圧時に、ロックボルト１の接続部付近で断線するおそれもある。
しかも、センサーパイプ６２を断面を楕円状に圧縮し、溝切りを行う等材料加工が面倒でコスト高となる上、入出力ケーブルの配線等の作業性も悪い。
そこで、図８及び図９に示すように、ロックボルト１の表面にストレンゲージ８４を貼付し、入出力ケーブル８６を配線して、その上を覆うように断面半円状のセンサーカバー８２をロックボルト１の表面上に溶接し、充填材注入口９０からセンサーカバー８２の内部に充填材８５を充填するものや、図１０及び図１１に示すように、断面半円状のセンサーカバー８２の内面にストレンゲージ８４を貼付し、入出力ケーブル８６を配線して、このセンサーカバー８２をロックボルト１の表面上に溶接し、充填材注入口９０からセンサーカバー８２の内部に充填材８５を充填するものが提案された。
【０００７】
ところが、これらの軸力計は、ストレンゲージ８４をロックボルト１あるいはセンサーカバー８２に貼付した後センサーカバー８２の溶接を行うので、溶接時にストレンゲージ８４を損傷するおそれがあり、冷却しながら溶接する等溶接作業には注意が必要である。
本発明は、軸力測定における上記問題を解決するものであって、加圧膨張型のロックボルトのひずみを直接的に検出でき、ゲージの防水性を高め、入出力ケーブルの断線を防止して耐久性を向上させ、材料加工のコストを低減し、作業性を向上させることのできる軸力計を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、加圧膨張型のロックボルトの表面上に２本の防護部材を固定して防護溝を形成し、防護溝内のロックボルトの表面にゲージを貼付し、防護溝内に充填材を充填して軸力計を構成することにより上記課題を解決している。
本発明の軸力計は、ロックボルトの表面にゲージが貼付されているので、測定個所に軸方向の力が作用してひずみが生じると、そのひずみがゲージによって検出され、この検出データから軸力が求められる。このようにひずみを直接的に検出するため、出力の誤差が生じない。
【０００９】
また、ロックボルトの表面上に防護部材を固定して防護溝を形成した後ゲージを貼付することで、ゲージ貼付後の溶接は不要で溶接による悪影響を避けることができる。ロックボルト本体への溝切り加工も不要である。
充填材は防護溝内に充填するようになっているため、確実且つ容易に充填でき、耐久性が向上し長期測定が可能となる。
【００１０】
防護部材として防護パイプを用いると、防護溝の強度が向上する。防護パイプには市販の小径鋼管等を使用し、そのまま溶接すれば特別な材料加工を行う必要もない。
防護パイプ内にゲージの入出力ケーブルを配線すれば断線の防止に有効である。ロックボルトの接続部に、防護パイプを接続する銅パイプを設けると、ロックボルトの加圧膨張時に、ロックボルトの接続部付近の変形による断線も防止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態を示す軸力計を設けたロックボルトの正面図、図２は軸力計を設けたロックボルトの側面図、図３は銅パイプを設けた状態を示すロックボルトの接続部の平面図、図４は銅パイプを設けた状態を示すロックボルトの接続部の側面図、図５はロックボルトの引張試験における軸力計の出力と引張荷重との関係を示すグラフである。
【００１２】
この軸力計は、ロックボルト１の表面上に防護部材として２本の防護パイプ２を溶接固定して防護溝３を形成し、防護溝３内のロックボルト１の表面にストレンゲージ４を貼付し、防護溝３内に充填材５を充填して構成されている。
ロックボルト１は、外径３４ｍｍの膨張型鋼管ボルトであり、防護パイプ２には、外径１０．５ｍｍの市販の鋼管等、小径の中空材料が使用されている。防護パイプ２はロックボルト１の表面に千鳥に点溶接することにより固定されており、充填材が流れ込まないように隙間処理されている。
【００１３】
防護部材として防護パイプ２を用いているため防護溝３は強度が大であり、防護パイプ２には市販の鋼管等の中空材料を使用しそのまま溶接するので、特別な材料加工を行う必要はない。
ストレンゲージ４は測定の必要に応じてロックボルト１の表面上に所定間隔で貼付され、入出力ケーブル６の配線とコーティングが行われる。その後充填材５が上方から防護溝３内に充填される。
【００１４】
ストレンゲージ４は、ロックボルト１の表面上に防護パイプ２を固定して防護溝３を形成した後貼付されるので溶接による悪影響を避けることができる。
充填材５は上方から防護溝３内に充填するようになっているため、確実且つ容易に充填でき、耐久性が向上し長期測定が可能となる。
ストレンゲージ４の入出力ケーブル６は防護溝３内に配線してもよいが、防護パイプ２内に配管することもできる。防護パイプ２内に入出力ケーブル６を配線すれば断線の防止に有効である。
【００１５】
ロックボルト１は、地山にさく孔されたロックボルト孔８の孔長に合わせて カップリング７で複数本接続され、ロックボルト孔８内に挿入された後、内部に高圧水を供給して膨張させることにより地山に固定される。
なお、ロックボルト１は、高圧水を供給することにより膨張するが、このとき、カップリング７の部分は膨張しないので、ロックボルト１の接続部付近では不均等な変形による入出力ケーブル６の断線が生じやすい。このため、図３及び図４に示すように、ロックボルト１の接続部に、防護パイプ２を接続する銅パイプ９を設けて、その中に入出力ケーブル６を配線すると、ロックボルト１の加圧膨張時に、ロックボルト１の接続部付近の不均等な変形に柔軟に対応でき、断線が防止できる。
【００１６】
この軸力計は、ロックボルト１の表面にストレンゲージ４が貼付されているので、ロックボルト１が地山に固定された後、測定個所に軸方向の力が作用してひずみが生じると、そのひずみがストレンゲージ４によって検出され、検出データは入出力ケーブル６でロックボルト孔８外へ送られ記録される。このようにひずみを直接的に検出するため、出力の誤差は生じない。この検出データから軸力が求められる。
【００１７】
ロックボルト１の引張試験における軸力計の出力と引張荷重との関係が図５に示されている。図５において横軸は軸力計出力（ひずみ）、縦軸は引張荷重である。
この引張試験では、荷重０から８０ｋＮまで引張負荷を加え、一旦荷重０に戻し、さらに１２０ｋＮまで引張負荷を加えた後、荷重０に戻した状態を示している。このグラフから明らかなように、この軸力計による測定データは、実荷重と直線性のよい相関が得られている。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軸力計は、加圧膨張型のロックボルトのひずみを直接的に検出して、その軸力を正確に測定できる。また、ゲージの防水性を高め、入出力ケーブルの断線を防止でき、材料加工のコストを低減し、作業性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す軸力計を設けたロックボルトの正面図である。
【図２】軸力計を設けたロックボルトの側面図である。
【図３】銅パイプを設けた状態を示すロックボルトの接続部の平面図である。
【図４】銅パイプを設けた状態を示すロックボルトの接続部の側面図である。
【図５】ロックボルトの引張試験における軸力計の出力と引張荷重との関係を示すグラフである。
【図６】従来の軸力計を設けたロックボルトの正面図である。
【図７】従来の軸力計を設けたロックボルトの側面図である。
【図８】従来の軸力計を設けたロックボルトの正面図である。
【図９】従来の軸力計を設けたロックボルトの側面図である。
【図１０】従来の軸力計を設けたロックボルトの正面図である。
【図１１】従来の軸力計を設けたロックボルトの側面図である。
【符号の説明】
１ ロックボルト
２ 防護パイプ
３ 防護溝
４ ストレンゲージ
５ 充填材
６ 入出力ケーブル
７ カップリング
８ ロックボルト孔
９ 銅パイプ

Claims (4)

1. 加圧膨張型のロックボルトの表面上に２本の防護部材を固定して防護溝を形成し、防護溝内のロックボルトの表面にゲージを貼付し、防護溝内に充填材を充填してなる軸力計。
2. 防護部材が防護パイプであることを特徴とする請求項１記載の軸力計。
3. 防護パイプ内にゲージの入出力ケーブルを配線することを特徴とする請求項２記載の軸力計。
4. ロックボルトの接続部に、防護パイプを接続する銅パイプを設けたことを特徴とする請求項３記載の軸力計。

Images