JP6482490B2 - 部材角測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート構造物である梁と柱などの２つの部材の交差部に生じる部材角を測定する部材角測定装置に関するものである。

特許文献１に開示されているように、コンクリート構造物である高架橋の上層梁と柱との交差部に生じる部材角の最大値を記憶させる高架橋柱の最大応答部材角測定装置が知られている。

この最大応答部材角測定装置では、上層梁の下面に第１の治具を固定し、その治具に経験した最大部材角を計測できるセンサ（ピークセンサ）を取り付ける。また、柱の塑性ヒンジ領域を外した位置には、第２の治具の端部が埋設される。

この第２の治具は、上層梁の下面と略平行に張り出されるとともに先端に穴が形成されており、その穴にピークセンサに接続されたアームの下端が貫通される構成となっている。

特許第５０６４７４０号公報

ところでコンクリート構造物の塑性ヒンジ領域は、柱の形状によって概ね決定するため、ピークセンサが取り付けられる第１の治具と柱側に固定される第２の治具との相対的な位置関係は常に一定になるわけではなく、適用されるコンクリート構造物や断面ごとに異なることになる。このため、装置の取り付け位置が様々に変化し、調整に手間がかかる。

そこで、本発明は、コンクリート構造物に対して簡単かつ適切な位置に取り付けることが可能な部材角測定装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の部材角測定装置は、コンクリート構造物である第１部材と第２部材との交差部に生じる部材角を測定する部材角測定装置であって、前記第２部材の内角面と略平行に延びる棒状のアーム部と、前記第１部材の内角面側に設置されて前記アーム部の傾きを計測する計測部と、前記第２部材の内角面に沿って固定された鋼板部と、前記第１部材の内角面と略平行となる面に前記アーム部を貫通させた状態で、前記鋼板部に磁石部を介して固定された張出し板部とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記張出し板部は、前記第２部材の塑性ヒンジ領域として設定された領域外において前記鋼板部に取り付けられている構成とすることが好ましい。

また、前記張出し板部は、張出し量を調整するための調整機構を有した構成とすることができる。さらに、前記張出し板部は、前記張出し量と略直交する方向の位置を調整するための調整機構を有した構成とすることもできる。

また、前記鋼板部は、前記第２部材の長手方向が長辺となる長方形に形成されていることが好ましい。さらに、前記計測部は、直交する二方向の変位計によって構成することができる。そして、前記計測部によって、所定の間隔で計測がおこなわれる構成とすることができる。

このように構成された本発明の部材角測定装置では、第１部材側の計測部と第２部材側の張出し板部とがアーム部によって繋がれる。そして、張出し板部は、第２部材の内角面に固定された鋼板部に対して、磁石部を介して取り付けられる。

このため、張出し板部の移動が容易で、コンクリート構造物に対して簡単かつ適切な位置に部材角測定装置を取り付けることができる。要するに、鋼板部が固定された後であっても、適切な位置に張出し板部を移動させて、磁石部によって簡単に付け直すことができる。

また、張出し板部の張出し量の調整ができれば、計測部によって決められたアーム部の位置に対して、張出し量を微調整することで、容易にアーム部を貫通させることができる。

さらに、張出し量と略直交する方向の調整が可能な張出し板部であれば、アーム部の位置がこの方向にずれていたとしても、容易に調整してアーム部を貫通させることができる。

また、鋼板部が第２部材の長手方向が長辺となる長方形に形成されていれば、塑性ヒンジ領域が可変する長手方向において、広い範囲で張出し板部を移動させることができる。

さらに、計測部が直交する二方向の変位計によって構成されていれば、簡素な変位計によって、面内の変位量を計測することができる。そして、所定の間隔で計測が行われる計測部であれば、既往の最大値だけでなく、地震時の部材角の変化を連続して把握することができるようになる。

本実施の形態の部材角測定装置の構成を説明する側面図である。 図１のＡ−Ａ矢視方向で見た断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視方向で見た断面図である。 鋼板部及び張出し板部の構成を拡大して説明する側面図である。 図４のＣ−Ｃ矢視方向で見て張出し板部の構成を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１，２は、本実施の形態の部材角測定装置の全体構成を説明する図である。この部材角測定装置は、コンクリート構造物の交差部付近に生じる部材角θを測定する装置である。

コンクリート構造物としては、例えば第１部材となる長尺状の梁部１１と、第２部材となる長尺状の柱部１２とが交差する高架橋１が挙げられる。この梁部１１は、断面視略長方形の上梁で、同じく断面視略長方形の柱部１２の柱頭に接続される。

梁部１１と柱部１２とは、鉄筋コンクリートによって一体となるように構築されている。すなわち高架橋１は、ＲＣラーメン構造となっている。そして、このようなコンクリート製の梁部１１と柱部１２との交差部近辺の柱部１２の上端部は、大地震などによって大きな水平力が作用すると集中して損傷することがある。このように損傷によって塑性変形してヒンジのように回転する可能性のある領域を、塑性ヒンジ領域１２ａとする。この塑性ヒンジ領域１２ａの範囲は、柱部１２の形状などによって異なる。

部材角測定装置では、例えば柱部１２が図１の二点鎖線で示すように変形した場合に、幾何学的な相似の関係を利用して柱部１２の部材角θを測定する。大地震などの外力による変形によって柱部１２に発生した部材角θと損傷レベルとの関係は、既往の研究によって概ね把握されている。

本実施の形態の部材角測定装置は、交差部の内角側の面（内角面）に設置される。ここで、梁部１１の内角面は下面１１１となり、柱部１２の内角面は内側面１２１となる。下面１１１と内側面１２１とは、略直角に交わっている。

部材角測定装置は、柱部１２の内側面１２１と略平行に延びる棒状のアーム部２と、アーム部２の第１端部となる上端２１より少し下方の変位を計測する計測部３と、内側面１２１に沿って固定された鋼板部４と、鋼板部４に磁石部５１を介して取り付けられた張出し板部５とによって主に構成される。

計測部３は、梁軸方向Ｙの変位を計測する第１変位計３１と、図３に示すように梁軸方向Ｙに略直交する梁幅方向Ｘの変位を計測する第２変位計３２とによって主に構成される。

第１変位計３１と第２変位計３２とは、平面視略Ｌ字形に形成されたベース部３３に取り付けられる。また、ベース部３３は、固定板３３１を介して梁部１１の下面１１１に固定される。なお、図３では、第１変位計３１及び第２変位計３２は、本体のみ図示されている。

アーム部２の上端２１は、ベース部３３に接合される。そして、第１変位計３１及び第２変位計３２は、図１，２に示すように、上端２１より少し下方のアーム部２に連結される連結部３１２，３２２と、連結部３１２，３２２を介してアーム部２の変位が伝達される伸縮部３１１，３２１と、伸縮部３１１，３２１の伸縮量を検出させるポテンショメータ（図示省略）とによって主に構成される。すなわち、上端２１より少し下方の変位を計測することによって、アーム部２の傾きを計測することができる。

伸縮部３１１，３２１の先端に設けられる連結部３１２，３２２には、アーム部２を貫通させるための穴が開いている。その穴に通されたアーム部２は、鉛直方向Ｚには自由に移動できるが、梁軸方向Ｙ及び梁幅方向Ｘの変位は、連結部３１２，３２２を介して伸縮部３１１，３２１に伝達される。

また、ポテンショメータとしては、可変抵抗のように機械的変位を電気量に変換させるセンサが使用できる。リニアポテンショメータであれば変位が検出され、回転ポテンショメータであれば回転角が検出される。

ポテンショメータでは、例えば所定の時間間隔で変位の検出が行われる。そして、検出された変位の信号は、有線又は無線を介して離隔した位置に配置されたパーソナルコンピュータなどの制御部に送信され、それに接続された記憶媒体に記憶される。

この検出が行われる時間間隔が短くなれば、連続計測となる。また、変位が生じていない常時には検出が行われないようにするために、一定以上の震度（又は変位）が発生したときから連続計測が開始されるように、地震計と連動させるなどのトリガー機構を設けておくことができる。

アーム部２には、円柱又は円筒などの棒状の部材が使用できる。例えば、第１端部となる上端２１から第２端部となる下端２２までの長さが、500mm〜2000mm程度の鋼棒又は鋼管をアーム部２として使用することができる。

一方、鋼板部４は、図２に示すように、略長方形の鋼板等によって成形される。この鋼板部４の長辺の方向は、柱軸方向Ｚ１となる。ここでは、柱軸方向Ｚ１と鉛直方向Ｚとは一致している。

鋼板部４の四隅は、アンカーボルト４１，・・・によって柱部１２の内側面１２１に固定される。鋼板部４が固定される位置は、図１に示すように、塑性ヒンジ領域１２ａより下方の位置になる。

そして、この鋼板部４に対して、磁石部５１によって張出し板部５が取り付けられる。図４，５に張出し板部５の詳細な構成を示した。この張出し板部５は、磁石部５１と、磁石部５１が取り付けられる側面視略Ｌ字形の支持部５３と、梁部１１の下面１１１と略平行に延びる張出しプレート５２と、アーム部２を貫通させる連結プレート５４とによって主に構成される。

支持部５３は、柱部１２の内側面１２１と略平行に形成される鉛直面状の側壁部５３２と、梁部１１の下面１１１と略平行に形成される水平面状の上面部５３１とを有している。また、側壁部５３２と上面部５３１との間は、内角側で方杖５５によって繋がれて補強されている。

側壁部５３２の下部には、アングル５６が取り付けられ、その上に磁石部５１が載せられる。この磁石部５１は、スイッチ部５１１の回転によって、吸着状態と解除状態との切り替えが行える公知の装置である。

すなわち磁石部５１は、強力な吸着力を有しているが、スイッチ部５１１にハンドル部５１２を装着して切り替えることで、磁石部５１の磁界を制御することができるので、鋼板部４に対する着脱は容易に行うことができる。

磁石部５１，５１を介して鋼板部４に取り付けられる張出し板部５は、図４，５に示すような柱軸方向Ｚ１や柱幅方向Ｘ１だけでなく、鋼板部４面内のあらゆる方向に移動させることが容易にできる。

支持部５３の上面部５３１の上には、張出しプレート５２が重ねられる。図５に示すように、長方形状の張出しプレート５２には、長辺方向と略平行となる一対の長穴５２２，５２２が略平行に形成されている。

この長穴５２２，５２２は、張出しプレート５２の張出し方向Ｙ２の張出し量を調整するための第１の調整機構である。この張出し方向Ｙ２は、梁軸方向Ｙと一致する。また、張出し方向Ｙ２と略直交する方向を、幅調整方向Ｘ２とする。ここで、幅調整方向Ｘ２は、柱幅方向Ｘ１及び梁幅方向Ｘと一致している。

上面部５３１には長穴５２２，５２２を重ねる位置にボルト穴５３３，・・・が穿孔されており、そのボルト穴５３３，・・・に長穴５２２，５２２側から固定ボルト５２１，・・・をねじ込むことで、張出しプレート５２を張出し方向Ｙ２にスライドさせることができるようになる。

また、張出しプレート５２の先端側（磁石部５１と反対側）の縁部には、平面視略Ｕ字形の切欠き部５２４が設けられる。この切欠き部５２４は、幅調整方向Ｘ２の中央に設けられており、アーム部２を通すことができる。

そして、切欠き部５２４を跨ぐように長円板状の連結プレート５４が重ねられる。連結プレート５４には、幅調整方向Ｘ２の中央にアーム部２を貫通させるためのアーム穴５４３が穿孔されるとともに、アーム穴５４３を挟んだ両側に幅調整方向Ｘ２に延びる一対の長穴５４２，５４２が形成される。

張出しプレート５２には、切欠き部５２４を挟んだ両側にボルト穴５２３，５２３が穿孔されており、そのボルト穴５２３，５２３に長穴５４２，５４２を重ねる。

そして、長穴５４２，５４２側から固定ボルト５４１，５４１をねじ込むことで、連結プレート５４を幅調整方向Ｘ２にスライドさせることができるようになる。すなわち、長穴５４２，５４２は、幅調整方向Ｘ２の位置を調整するための第２の調整機構である。

次に、本実施の形態の部材角測定装置の設置方法、及び部材角測定装置の作用について説明する。
まず、図１に示すように、高架橋１の梁部１１と柱部１２との隅角部（交差部）近傍の梁部１１の下面１１１に対して、固定板３３１及びベース部３３を取り付ける。

続いて、図３に示すように、梁軸方向Ｙに向けた第１変位計３１をベース部３３に固定する。同じく梁幅方向Ｘに向けた第２変位計３２をベース部３３に固定する。これらの変位計（３１，３２）は、予めベース部３３に取り付けておくこともできる。

そして、図１に示すように、アーム部２の上端２１を下から第２変位計３２の連結部３２２に通し、第１変位計３１の連結部３１２を通した後に、上端２１をベース部３３の下面に溶接などで接合させる。なお、アーム部２も予めベース部３３に接合させておくこともできる。

この結果、アーム部２が柱部１２の内側面１２１と略平行に、ベース部３３から吊り下げられた状態となる。一方、内側面１２１に対しては、柱部１２の塑性ヒンジ領域１２ａ外となる位置に鋼板部４を固定する。

鋼板部４は、長辺の方向が柱軸方向Ｚ１（鉛直方向Ｚ）となるような向きにされて、アンカーボルト４１，・・・によって柱部１２に固定される。このようにして柱部１２に固定された鋼板部４に対して、張出し板部５が取り付けられる。

張出し板部５は、側面視Ｌ字状の支持部５３に磁石部５１、張出しプレート５２及び連結プレート５４が組み付けられた状態となっている。この段階では、固定ボルト５２１，・・・及び固定ボルト５４１，５４１は緩んだ状態になっており、張出しプレート５２及び連結プレート５４は自由にスライドすることができる。

そして、梁部１１から吊り下げられた状態のアーム部２の下端２２に対して、下方から連結プレート５４のアーム穴５４３の位置を合わせてアーム部２を通し、張出しプレート５２がアーム部２に対して直交する向きに合わせた後に、磁石部５１を鋼板部４に吸着させる。

この状態で、アーム穴５４３に対してアーム部２が鉛直方向Ｚにスムーズに移動できることを確認して、固定ボルト５２１，・・・及び固定ボルト５４１，５４１を締め付け、張出しプレート５２及び連結プレート５４の位置を固定する。

このように構成された本実施の形態の部材角測定装置では、梁部１１側の計測部３と柱部１２側の張出し板部５とがアーム部２によって繋がれる。そして、張出し板部５は、柱部１２の内側面１２１に固定された鋼板部４に対して、磁石部５１を介して取り付けられる。

磁石部５１によって取り付けられる張出し板部５は、一旦取り付けた後でもスイッチ部５１１にハンドル部５１２を挿し込んで回転させるだけで、簡単に取り外すことができ、何度でも位置を調整しながら付け替えることができる。

このため、張出し板部５の移動が容易で、高架橋１に対して簡単かつ適切な位置に部材角測定装置を取り付けることができる。特に、鉄道や道路などとして構築される高架橋１は、延長が長い線状構造物であり、全長のすべての断面が同じになるわけではなく、曲線区間や駅部区間など断面が様々に変化する。断面が変われば塑性ヒンジ領域１２ａの範囲も変わることになるが、本実施の形態の部材角測定装置であれば、どのような断面にも簡単に取り付けることができる。

また、鋼板部４が固定された後であっても、適切な位置に張出し板部５を移動させて、磁石部５１によって簡単に付け直すことができる。さらに、アーム部２の長さを変更する場合も、鋼板部４は固定したままで、張出し板部５を移動させるだけで、容易に対応させることができる。

また、計測部３のベース部３３に接合されて移動が簡単にできないアーム部２の位置に対して、張出し方向Ｙ２の張出し量を微調整することで、張出し板部５のアーム穴５４３に容易にアーム部２を貫通させることができる。

さらに、張出し量と略直交する幅調整方向Ｘ２の調整が可能な連結プレート５４を有する張出し板部５であれば、アーム部２の位置が幅調整方向Ｘ２にずれていたとしても、容易に調整してアーム部２を貫通させることができる。

すなわち、張出し方向Ｙ２の位置の調整が可能な張出しプレート５２と幅調整方向Ｘ２の位置の調整が可能な連結プレート５４とが、自由にスライドできる状態でアーム穴５４３にアーム部２が通されるのであれば、張出し方向Ｙ２及び幅調整方向Ｘ２の位置合わせが一度に行え、迅速に張出し板部５を設置することができる。

また、鋼板部４が柱部１２の長手方向（柱軸方向Ｚ１）が長辺となる長方形に形成されていれば、塑性ヒンジ領域１２ａが可変する長手方向において、広い範囲で張出し板部５を移動させて、塑性ヒンジ領域１２ａ外に張出し板部５を取り付けることができる。

さらに、計測部３が直交する二方向の第１変位計３１及び第２変位計３２によって構成されていれば、一方向の変位のみを計測する簡素な変位計によって、面内の変位量を計測することができる。すなわち、面内で生じる変位は、すべて直交する二方向の変位成分に換算することができる。

そして、所定の間隔で計測が行われる計測部３であれば、最大値だけでなく、部材角θの変化を連続して把握することができるようになる。その結果、地震時の高架橋１の複雑な挙動を検証することができるようになる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば前記実施の形態では、上側の梁部１１と柱部１２の柱頭との交差部近傍に生じる部材角θを測定する部材角測定装置について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば柱脚と下梁との交差部近傍に生じる部材角θが測定できるように部材角測定装置を設置することもできる。

また、前記実施の形態では、一方向変位を計測する変位計（３１，３２）を直交する二方向に向けて設置する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、２軸又は３軸の変位計を計測部として使用することができる。

さらに、前記実施の形態では、所定の間隔で計測が行われ多数の計測値を記憶させる計測部３が配置される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ピークセンサ等の最大値のみを記憶させる計測部であってもよい。

１ 高架橋（コンクリート構造物）
１１ 梁部（第１部材）
１１１ 下面（内角面）
１２ 柱部（第２部材）
１２１ 内側面（内角面）
１２ａ 塑性ヒンジ領域
２ アーム部
３ 計測部
３１ 第１変位計
３２ 第２変位計
４ 鋼板部
５ 張出し板部
５１ 磁石部
５２２ 長穴（調整機構）
５４２ 長穴（調整機構）
θ 部材角
Ｘ 梁幅方向
Ｘ２ 幅調整方向
Ｙ 梁軸方向
Ｙ２ 張出し方向
Ｚ１ 柱軸方向

Claims (7)

1. コンクリート構造物である第１部材と第２部材との交差部に生じる部材角を測定する部材角測定装置であって、
   前記第２部材の内角面と略平行に延びる棒状のアーム部と、
   前記第１部材の内角面側に設置されて前記アーム部の傾きを計測する計測部と、
   前記第２部材の内角面に沿って固定された鋼板部と、
   前記第１部材の内角面と略平行となる面に前記アーム部を貫通させた状態で、前記鋼板部に磁石部を介して固定された張出し板部とを備えたことを特徴とする部材角測定装置。
2. 前記張出し板部は、前記第２部材の塑性ヒンジ領域として設定された領域外において前記鋼板部に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の部材角測定装置。
3. 前記張出し板部は、張出し量を調整するための調整機構を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の部材角測定装置。
4. 前記張出し板部は、前記張出し量と略直交する方向の位置を調整するための調整機構を有していることを特徴とする請求項３に記載の部材角測定装置。
5. 前記鋼板部は、前記第２部材の長手方向が長辺となる長方形に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の部材角測定装置。
6. 前記計測部は、直交する二方向の変位計によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の部材角測定装置。
7. 前記計測部によって、所定の間隔で計測がおこなわれることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の部材角測定装置。