JP4013149B2 - 構造物の健全性判定装置 - Google Patents
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(1)目視によりひび割れの有無を観察しクラックスケールを用いてひび割れ幅を読み取るもの。
(2)接着型抵抗線ひずみゲージ(ワイヤーストレインゲージ)を構造物の表面に接着するもの。
(3)非接触型ひずみ計(カールソン型計器)を構造物の内部に埋設しておくもの。
(4)金属板に打ち込んだ鋼球を標点とする押当て式ひずみ計(コンタクト式ひずみゲージ)を構造物の表面に接着して用いるもの。
(5)電気的変位計(πゲージ)を用いるもの。
(1)目視観察によるものは精度の点で難があり、特に構造物の表面が汚れているような場合には、微細なひび割れを検知し難い。
さらに、目視観察によるものは、次のような部分、場所の健全性を確認することができない。
(a)地下部分、仕上材、天井材、カバー(屋上における防水層やトンネルの覆工等)、機器配管類の陰になっている部分、作業員が立ち入ることができない程狭い部分。
(b)高所作業を伴い、かつ安全な作業足場を確保し難い場所。
(c)水・海水に接している構造物や水中構造物。
(d)発電所設備等のような(超)高電圧設備機器が設置されている場所。
(e)原子力施設や放射性廃棄物の処分場等のような放射性物質を取り扱う施設。
(f)人体に有害な気体(ガス)または刺激臭(臭い)が発生する場所。
(g)酸素欠乏状態になり易い場所。
(h)出来れば避けたい汚物、光、騒音、粉塵、振動等がある場所。
(i)高温度、高湿度の場所。
(2)接着型抵抗線ひずみゲージは耐久性に難がある。
(3)非接触型ひずみ計は高価であるので測定箇所が限定される。
(4)押当て式ひずみ計は構造物の表面に対する接着の手間を要し、また鋼球が錆びるという懸念がある。
(5)電気的変位計は屋外において使用する場合は耐久性に難があり、実用的でない。
さらに、抵抗測定手段は切り替えスイッチの切り替え操作により直流抵抗測定またはインピーダンス測定の選択が可能であり、かつ直流抵抗の変化およびインピーダンスの変化の双方をモニタリング可能なテスタからなるので、そのテスタにより直流抵抗の変化をモニタリングすることにより障害箇所への水の浸透を判定でき、インピーダンス変化のモニタリングをすることにより障害箇所におけるセンサの損傷状況を把握することができる。
なお、このセンサ4の具体的構成等の詳細については後述する。
この状態において、作業者は、テスタ1の切り替えスイッチを直流抵抗測定側に切り替えた後、プローブ2aおよび2bの各他端をセンサ4の一端4aおよび4bに当接させる。これにより、テスタ1には、センサ4の直流抵抗値が表示され、今の場合、センサ4に損傷、断線等が生じていないものとすると、上記直流抵抗値は、ほぼゼロである。従って、作業員は、直流抵抗値がゼロであるため、センサ4ひいては構造物3に損傷、亀裂等が発生していないものと判定する。
ここで、上記荷重としては、地震の他、風圧、雪荷重、氷荷重、土荷重、水圧、波圧、潮圧、地盤の変形、温度等の自然荷重、付加された死荷重や活荷重、衝撃、衝突、爆発、採鉱や近接工事による沈下等の人為的荷重等が挙げられる。
上述した状態において、上述した動作と同様にして、テスタ1によりセンサ4の直流抵抗値が測定されると、該直流抵抗値は、無限大とされる。これにより、作業員は、センサ4に断線が発生しており、かつ構造物3に損傷、亀裂等が発生しているものと判定する。
図2(a)および(b)においては、図1に示す構造物3に代えて基礎杭5が設けられている。
この種のセンサ4は、カーボン繊維を数100本以上(具体的には、600本以上であって、かつ1000本単位で1000本〜12000本程度)束ねてなるもの、またはカーボン繊維をメッシュ・マット状(シート状)に編組してなるものである。この種のセンサ4の破断伸びは、ピッチ系カーボン繊維の場合、0.38〜2.2%程度である。このようなセンサ4を用いた場合、構造物3の変形により、カーボン繊維が損傷や破断することにより引き起こされる直流抵抗値(インピーダンス)が変化する。
ひいては、このセンサ4によれば、直流抵抗値(インピーダンス)の変化をテスタ1により計測することにより、構造物3のひびわれ、曲げ、せん断、圧縮(圧壊)、はがれ等を検知することができる。
(S一1) カーボンの長繊維(連続糸)を束ねて糸状もしくは紐状にしたもの(以下、総称してカーボン繊維ストリングと称する)、またはカーボン繊維をシート状にしたもの(以下、カーボン繊維シートと称する)。
このようなセンサ4の使用方法としては、構造物の内部に埋設する方法(図1および図2参照)の他に、構造物の表面に貼着する方法がある。このようにセンサ4を構造物の表面に貼着して使用する場合には、センサ4に対して樹脂や塗料を塗布、またはセンサ4を覆うように構造物の表面にプラスチックス等のシートを貼付けることにより、センサ4を保護する必要がある。
以下、これらセンサ10、20等の構成について説明する。図3(a)、(c)、(e)、(g)および(i)は、センサ10、20、30、40、および50の各構成を示す断面図である。また、図3(b)、(d)、(f)、(h)および(j)は、センサ10、20、30、40および50の各構成を示す平面図である。
また、用途によっては、シート部材12は、その裏面に接着剤が塗布されており、テープ状とされている。この種のシート部材12は、構造物3(図1参照)または基礎杭5(図2参照)の表面に貼着する場合に用いて好適である。
この種のセンサ30は、カーボン繊維ストリング31の外周面が全体に亙って絶縁されているため、構造物3および基礎杭5の材料がコンクリート、鉄筋等の導電性材料である場合に、カーボン繊維ストリング31と構造物3等との接触による短絡を防止することを目的として用いて好適である。
また、センサ30を用いた場合には、2本以上のセンサ30を重ねて用いてもカーボン繊維ストリング31同士およびカーボン繊維ストリング31と構造物3等との間の絶縁が確保されるので、設置に際して取扱いが非常に容易である。
この種のセンサ50は、構造物3等に対する絶縁が必要な箇所のみが部分的に絶縁可能な構成とされているので、センサ40(図3(g)および(h))に比して製造コストが安いという利点がある。
以下、この種のセンサについて、図4(a)〜(d)を参照して説明する。図4(a)および(c)は、センサ60および70の構成を示す断面図であり、図4(b)および(d)は、センサ60および70の構成を示す平面図である。
また、第1のカーボン繊維ストリング61Aおよび第2のカーボン繊維ストリング61Bの各抵抗値が共に無限大である場合には、構造物3等に作用した引張応力の大きさが第2の値以上であるものと推測することができる。
すなわち、第1のカーボン繊維ストリング71Aと第2のカーボン繊維ストリング71Bとは、その破断伸び特性が異なる。
なお、上述したセンサ60およびセンサ70においては、第1のカーボン繊維ストリング61A、第2のカーボン繊維ストリング61B、第1のカーボン繊維ストリング71Aおよび第2のカーボン繊維ストリング71Bに代えて、前述したカーボン繊維シートを用いてもよい。
以下、これらセンサ80、90および100の構成について説明する。ここで、図5(a)、(c)および(f)は、センサ80、90および100の構成を示す断面図である。図5(b)、(d)および(g)は、センサ80、90および100の構成を示す平面図である。また、図5(e)は、センサ90の構成を示す右側面図であり、図5(h)は、センサ100の構成を示す背面図である。
2a、2b プローブ
3 構造物
4、80、90、100 センサ
5 基礎杭
81、91、101 カーボン繊維ストリング(繊維ストリング)
82、92、102 シート部材
Claims (1)
- 構造物と、
前記構造物の表面に貼着され、もしくは構造物の内部に埋設され、所定値以上の引っ張り力で破断する導電性材料から構成されたセンサと、
前記センサにおける少なくとも2点に各々接続された複数の端子と、
前記複数の端子のうち少なくとも2つの端子間の抵抗値を測定する抵抗測定手段と
を具備し、
前記センサは、導電性の繊維を束ねた繊維ストリングまたは導電性の繊維をメッシュ・マット状に編組した繊維シートが帯状のプラスチックスからなるシート部材の表面に貼着されてなり、
前記センサにおける繊維ストリングまたは繊維シートがその中央部より略U字形状に折曲げられた状態でシート部材に貼着され、
前記抵抗測定手段は、切り替えスイッチの切り替え操作により直流抵抗測定またはインピーダンス測定の選択が可能であり、かつ直流抵抗の変化から水の浸透を判定するモニタリングと、インピーダンスの変化からセンサの損傷状況を判定するモニタリングの双方が可能なテスタからなることを特徴とする構造物の健全性判定装置。
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