JP6750860B2 - Limit type displacement detector and soundness monitoring system for structures - Google Patents

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Description

本発明は、構造物等の健全性をモニタリングするリミット型変位検出装置およびこのリミット型変位検出装置を用いた構造物等の健全性モニタリングシステムに関する。 The present invention relates to a limit type displacement detection device for monitoring the soundness of a structure or the like, and a soundness monitoring system for a structure or the like using the limit type displacement detection device.

鉄骨造建築物等においては、露出型柱脚構造が多く採用されており、この露出型柱脚構造は、鉄筋コンクリートの基礎に埋め込まれたアンカーボルトと、鉄骨の柱脚に溶接されたベースプレートとをナットで締結することで、建築物を基礎に接合するようになっている。 Exposed-type column base structures are often used in steel-framed buildings, etc.This exposed-type column base structure consists of an anchor bolt embedded in a reinforced concrete foundation and a base plate welded to the steel column base. The structure is joined to the foundation by fastening it with nuts.

地震により設計者の意図しない態様で柱脚部が変形又は破壊された場合、建築物の倒壊を引き起こすことがある。このため、建築物の健全性を保つためには、柱脚部が変形又は破壊されていないことが要求される。また、建築物の健全性を保つためには、柱脚部だけでなく他の重要な接合部が破壊されていないことも要求される。したがって、接合部の健全性を判定するためには、接合部の状態をモニタリングすることが必要となる。 If the column base is deformed or destroyed in an unintended manner by the designer due to an earthquake, it may cause the collapse of the building. Therefore, in order to maintain the soundness of the building, it is required that the column base is not deformed or destroyed. Moreover, in order to maintain the soundness of the building, it is required that not only the column bases but also other important joints are not destroyed. Therefore, it is necessary to monitor the condition of the joint in order to determine the soundness of the joint.

そこで、従来、加速度計、光ファイバーやレーザー変位計等を用いて構造物の状態をモニタリングするモニタリングシステムが導入されている。しかし、このモニタリングシステムは、システム全体が複雑かつ高価であり、光ファイバー中に光を伝搬させるための電源設備も必要であるため、運用のためのシステム費用も高くなってしまう。 Therefore, conventionally, a monitoring system has been introduced that monitors the state of a structure using an accelerometer, an optical fiber, a laser displacement meter, or the like. However, the whole system of this monitoring system is complicated and expensive, and since power supply equipment for propagating light in the optical fiber is also required, the system cost for operation becomes high.

また、特に比較的小規模な構造物等に対しては、システム自体が大きく経費が嵩むため、経済的にも合致し得ないという問題点があった。このような理由から、現状では、例えば２０年以上の長期に渡って構造物等の接合部をモニタリングすることは行われていなかった。 In addition, there is a problem that the system itself is large and costly, especially for a relatively small-scale structure, so that it cannot be economically matched. For these reasons, under the present circumstances, for example, for a long period of 20 years or more, monitoring of joints of structures and the like has not been performed.

このような問題点を解決すべく、本発明者は、特許文献１に記載のボルト型歪み検出器を提案した。特許文献１のボルト型歪み検出器は、頭部と軸部を備え軸方向に貫通する軸孔が形成されている頭部側部材と、軸部のみからなり基端から先端に向かう軸孔が形成されている先端側部材とが、軸方向で間隔をあけた状態で配置されている。このボルト型歪み検出器は、頭部側部材と先端側部材の軸孔にピエゾケーブルを内蔵するセンサロッドが挿通され、頭部側部材と先端側部材とがセンサロッドの両端部で結合されて、全体がボルト形状に一体化されており、ピエゾケーブルのリード部を頭部側から外部へ引き出すように構成されている。 In order to solve such a problem, the present inventor proposed the bolt type strain detector described in Patent Document 1. The bolt-type strain detector of Patent Document 1 includes a head-side member that includes a head and a shaft portion and has a shaft hole that penetrates in the axial direction, and a shaft hole that is composed of only the shaft portion and extends from the base end to the tip. The formed distal end member is arranged with a gap in the axial direction. In this bolt type strain detector, a sensor rod containing a piezo cable is inserted into the shaft holes of the head side member and the tip side member, and the head side member and the tip side member are joined at both ends of the sensor rod. , Is integrally formed into a bolt shape, and the lead portion of the piezo cable is drawn out from the head side to the outside.

特許文献１に記載のボルト型歪み検出器は、既存の構造物のボルト挿入孔を利用して、容易に且つ長期間にわたって安定的に取り付けることができ、かつ頭部側部材と先端側部材とが離間し、中間部にはセンサロッドが存在するだけの構造なので、変形しやすく、構造物の撓みや捩れなどの変形を高感度で検出することができる。 The bolt type strain detector described in Patent Document 1 can be easily and stably attached using a bolt insertion hole of an existing structure, and can be mounted on a head side member and a tip side member. Since they are separated from each other and the sensor rod is present only in the middle part, they are easily deformed, and deformation such as bending or twisting of the structure can be detected with high sensitivity.

また、このボルト型歪み検出器は、ピエゾケーブルを用いたことによる簡単、安価で、センサ電源を必要としない構造であることから、容易に多点に設置でき、長期間にわたって安定的に測定し続けることができる。このため、このボルト型歪み検出器は、各種土木・建築構造物等の健全性モニタリングシステムに好適に用いることができる。 In addition, this bolt-type strain detector has a structure that is simple and inexpensive due to the use of a piezo cable, and does not require a sensor power supply, so it can be easily installed at multiple points and stable measurement can be performed over a long period of time. I can continue. Therefore, this bolt-type strain detector can be suitably used for a soundness monitoring system for various civil engineering and building structures.

また、本発明者は、特許文献２に記載のリミット型変位検出器を提案した。特許文献２の図５から図７に記載のリミット型変位検出器は、木造の建築物における柱、梁、桁等の仕口に形成された孔部のうち、使用しないドリフトピン用の孔部に挿入して、建築物の健全性をモニタリングするようになっている。 Further, the present inventor has proposed the limit type displacement detector described in Patent Document 2. The limit type displacement detector described in FIG. 5 to FIG. 7 of Patent Document 2 is a hole for a drift pin that is not used among holes formed in a joint such as a pillar, a beam, or a girder in a wooden building. To monitor the health of the building.

このリミット型変位検出器は、ガラス管を試験管状に形成した支持部材を備えており、この支持部材の内部にピエゾフィルム（圧電素子）が全長にわたって配置されている。また、このリミット型変位検出器は、ドリフトピンを模した形状の金属管を備えており、この金属管の内部に支持部材がほぼ密着状態で挿入されている。 This limit type displacement detector is provided with a support member in which a glass tube is formed into a test tube, and a piezo film (piezoelectric element) is arranged inside the support member over the entire length. Further, this limit type displacement detector is provided with a metal tube having a shape simulating a drift pin, and a support member is inserted into the inside of the metal tube in a substantially contact state.

そして、このリミット型変位検出器は、建物の柱および梁の仕口に形成した孔部に挿入された状態で、地震等の災害によって建物の架構が大きく変形して柱および梁間に損傷となる大きな変形が生じた際に、金属管が変形してガラス管からなる支持部材が破損するようになっている。 When this limit type displacement detector is inserted in the holes formed in the joints of the columns and beams of the building, the structure of the building is greatly deformed by a disaster such as an earthquake, resulting in damage between the columns and beams. When a large deformation occurs, the metal tube is deformed and the supporting member made of a glass tube is damaged.

特開２０１３−１８１８１９号公報JP, 2013-181819, A 特開２０１５−１６９４６２号公報JP, 2005-169462, A

しかしながら、特許文献１に記載の変位検出器は、構造物等の動的な振動や変位を検出するものであるため、構造物に小さな撓みや捩れ等の変形が生じた場合にも、変形に応じた電圧を出力する特性を有していた。 However, since the displacement detector described in Patent Document 1 detects a dynamic vibration or displacement of a structure or the like, even if a deformation such as a small bending or a twist occurs in the structure, the displacement detector does not deform. It had a characteristic of outputting a corresponding voltage.

このため、構造物等に健全性を失う程度の変位が発生していない場合であっても、変位に応じた多数の出力信号がボルト型歪み検出器から出力される。したがって、健全性が失われたことを表す信号を出力信号の中から識別して構造物等の健全性を判定するためには、出力に応じた変位の基準が必要であった。また、構造物が破壊限界に至る前だけ検出信号を発生するだけでは、破壊限界後の構造物の状態を推測できないため、構造物が破壊限界に至る前後に渡って検出信号を発生できることが求められていた。 Therefore, even when the structure or the like is not displaced to such an extent that the soundness is lost, a large number of output signals corresponding to the displacement are output from the bolt strain detector. Therefore, in order to discriminate the signal indicating that the soundness is lost from the output signals to judge the soundness of the structure or the like, it is necessary to have a displacement reference according to the output. In addition, since it is not possible to infer the state of the structure after the failure limit by only generating the detection signal before the structure reaches the failure limit, it is necessary to be able to generate the detection signal before and after the structure reaches the failure limit. It was being done.

また、特許文献２に記載の変位検出器は、変形の仕方や変形する部位が仕口の形状に左右されるため常に一定でないという特性がある。このため、特許文献２に記載の変位検出器は、圧電素子の端部より外側で変形した場合、建築物の健全性を判定可能な有意な検出信号を発生できない場合がある。また、特許文献２に記載の変位検出器は、仕口の種類や形状によっては、仕口に発生した変形により金属管の複数の部位に局所的な剪断力が急激に作用し、破損していない状態から完全に破損されてノイズを多く発生して検出信号を発生できない状態に急激に変化する場合がある。 In addition, the displacement detector described in Patent Document 2 has a characteristic that it is not always constant because the manner of deformation and the portion to be deformed depend on the shape of the joint. Therefore, the displacement detector described in Patent Document 2 may not be able to generate a significant detection signal capable of determining the soundness of a building when deformed outside the end of the piezoelectric element. Further, the displacement detector described in Patent Document 2 is damaged due to a local shearing force suddenly acting on a plurality of portions of the metal pipe due to the deformation generated in the joint, depending on the type and shape of the joint. There is a case where the state is abruptly changed to a state where the detection signal cannot be generated due to a large amount of noise due to complete damage.

したがって、特許文献２に記載の変位検出器は、仕口の種類や形状によっては、建築物の健全性を判定可能な検出信号を発生できない場合や、破壊限界後に検出信号の解析を困難にする場合が想定されるため、多くの改善の余地を残していた。 Therefore, the displacement detector described in Patent Document 2 cannot generate a detection signal that can determine the soundness of a building depending on the type or shape of the joint, or makes it difficult to analyze the detection signal after the destruction limit. In some cases, there was plenty of room for improvement.

そこで、本発明は、検出信号から構造物等の健全性を容易に判定でき、構造物等が破壊限界に至る前後に渡って検出信号を発生できるリミット型変位検出装置および構造物等の健全性モニタリングシステムを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can easily determine the soundness of the structure or the like from the detection signal, and the soundness of the limit type displacement detection device and the structure or the like that can generate the detection signal before and after the structure or the like reaches the breaking limit. The purpose is to provide a monitoring system.

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、少なくとも２つの構造部材が接合部で接合された構造物に用いられて、前記構造物の健全性を検知するリミット型変位検出装置であって、前記接合部に跨がって前記構造物に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって塑性変形する金属からなる第１の拘束部材と、前記第１の拘束部材に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって破損する脆性部材からなる第２の拘束部材と、前記第２の拘束部材の表面に密着して接合されることで前記第２の拘束部材により形状が拘束され、前記第１の拘束部材が塑性変形する際の前記第２の拘束部材の破損の進行に応じた検出信号を発生する検出素子と、を備え、前記検出素子が圧電素子からなり、前記第１の拘束部材が、前記接合部に跨がって前記構造物に固定された第１の取付部材および第２の取付部材と、前記第１の取付部材により軸方向の一端部と他端部が支持され、かつ、前記第２の取付部材により軸方向の中央部が支持された円筒状の金属管と、からなり、前記第２の拘束部材が、内面に前記圧電素子が固定されて前記圧電素子を密閉し、かつ、外面に前記金属管が密接して前記金属管により覆われる円筒状の硬質ガラス管からなることを特徴とする。
また、本発明の一態様は、前記金属管は、前記一端部に配置され、前記一端部から軸方向に向かって拡径する円錐状のテーパ金具と、前記テーパ金具に螺号した状態で前記テーパ金具の前記他端部寄りに配置され、前記他端部側から操作されることで前記テーパ金具を前記他端部側に移動させるねじ機構と、を備え、前記ねじ機構が操作されることで、前記一端部の外径が前記テーパ金具により拡径されて前記第１の取付部材に嵌め合わされることを特徴とする。
また、本発明の一態様は、前記圧電素子は、前記硬質ガラス管の内面に沿って円弧状に湾曲した状態で密着状態で固定されることを特徴とする。
また、本発明の一態様は、少なくとも２つの構造部材が接合部で接合された構造物に用いられて、前記構造物の健全性を検知するリミット型変位検出装置であって、前記接合部に跨がって前記構造物に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって塑性変形する金属からなる第１の拘束部材と、前記第１の拘束部材に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって破損する脆性部材からなる第２の拘束部材と、前記第２の拘束部材の表面に密着して接合されることで前記第２の拘束部材および前記第１の拘束部材により形状が拘束され、前記第１の拘束部材が塑性変形する際の前記第２の拘束部材の破損の進行に応じた検出信号を発生する検出素子と、を備え、前記検出素子が圧電素子からなり、前記第１の拘束部材が、帯状の金属板と、前記金属板の両端部に一体に設けられ、かつ、前記接合部に跨がって前記構造物に固定された第１の取付部材および第２の取付部材と、からなり、前記第２の拘束部材が、前記金属板との間に前記圧電素子を挟み込んだ状態で樹脂により前記圧電素子を密閉し前記金属板に固定された帯状の硬質ガラス板からなることを特徴とする。
また、本発明の一態様は、請求項１から請求項４の何れか１項に記載のリミット型変位検出装置と、前記リミット型変位検出装置の検出信号が入力され、前記検出信号に基づいてマイコンのプログラムにより危険度を自律的に判定して表示する放置装置と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の一態様は、前記リミット型変位検出装置の前記検出信号を、有線又は無線の電気通信網を介して、前記報知装置に伝送することを特徴とする。 In order to solve the above problems, one embodiment of the present invention is a limit type displacement detection device which is used in a structure in which at least two structural members are joined at a joining portion, and which detects the soundness of the structure. A first constraining member fixed to the structure that straddles the joint portion and plastically deformed by a force that impairs the soundness of the structure, and fixed to the first constraining member, a second constraining member made of a brittle member be damaged by the pressurized force impairing the integrity of the structure, and more to the second constraining member by being joined in close contact with the surface of the second constraining member A detection element that generates a detection signal according to the progress of damage to the second restraint member when the shape is restrained and the first restraint member is plastically deformed, and the detector element is a piezoelectric element. A first attachment member and a second attachment member, wherein the first restraint member is fixed to the structure over the joint portion, and one axial end portion by the first attachment member. A cylindrical metal tube whose other end is supported and whose central portion in the axial direction is supported by the second mounting member, wherein the second restraint member fixes the piezoelectric element to the inner surface thereof. It is characterized by comprising a cylindrical hard glass tube which is sealed by sealing the piezoelectric element and which is covered with the metal tube in close contact with the outer surface of the metal tube.
Further, according to an aspect of the present invention, the metal pipe is arranged at the one end, and a conical taper fitting that expands in diameter from the one end in an axial direction is provided, and the taper is screwed to the taper fitting. A screw mechanism that is arranged near the other end of the metal fitting and that is moved from the other end side to move the tapered metal fitting to the other end side, and the screw mechanism is operated. The outer diameter of the one end is enlarged by the taper fitting and fitted to the first mounting member.
Moreover, one aspect of the present invention is characterized in that the piezoelectric element is fixed in a closely contacted state in a state of being curved in an arc shape along the inner surface of the hard glass tube.
Further, one aspect of the present invention is a limit type displacement detection device, which is used for a structure in which at least two structural members are bonded at a bonding portion, and detects the soundness of the structure, A first constraining member, which is fixed to the structure over the metal and is plastically deformed by a force that impairs the soundness of the structure, and a first constraining member that is fixed to the first constraining member to ensure the soundness of the structure. A second constraining member made of a brittle member that is damaged by an applied force that impairs the property, and the second constraining member and the first constraining member by closely bonding to the surface of the second constraining member. A detection element that generates a detection signal according to the progress of damage to the second restraint member when the shape is restrained and the first restraint member is plastically deformed, and the detector element is a piezoelectric element. The first restraint member is provided integrally with the strip-shaped metal plate at both end portions of the metal plate, and the first attachment member fixed to the structure straddling the joint portion, A second attaching member, and the second restraining member is a belt-like member fixed to the metal plate by sealing the piezoelectric element with a resin in a state where the piezoelectric element is sandwiched between the metal plate and the second restraining member. It is characterized by being made of a hard glass plate.
Further, according to one aspect of the present invention, the limit type displacement detection device according to any one of claims 1 to 4 and a detection signal of the limit type displacement detection device are input, and based on the detection signal. And a leaving device that autonomously determines and displays the degree of danger by a program of a microcomputer.
Moreover, one aspect of the present invention is characterized in that the detection signal of the limit type displacement detection device is transmitted to the notification device via a wired or wireless telecommunication network.

本発明によれば、リミット型変位検出装置は、大地震等の構造物等の健全性を損なう加力によって、第１の拘束部材が塑性変形し、第２の拘束部材が破損し、この破損状態に応じた検出信号を検出素子が出力する。 According to the present invention, in the limit type displacement detection device, the first restraint member is plastically deformed by the applied force that impairs the soundness of the structure such as a large earthquake, and the second restraint member is damaged. The detection element outputs a detection signal corresponding to the state.

このため、リミット型変位検出装置は、建造物等の変形又は破損の指針となる検出信号を発生できる。したがって、検出信号から構造物等の健全性を容易に判定できる。 Therefore, the limit type displacement detection device can generate a detection signal serving as a guide for the deformation or damage of a building or the like. Therefore, the soundness of the structure or the like can be easily determined from the detection signal.

さらに、リミット型変位検出装置は、第２の拘束部材が第１の拘束部材に固定されているため、構造物等が破壊限界に至って第２の拘束部材が破損した後も検出素子が検出信号を発生できる。 Further, in the limit type displacement detection device, since the second restraint member is fixed to the first restraint member, the detection element outputs the detection signal even after the structure or the like reaches the breaking limit and the second restraint member is damaged. Can occur.

この結果、検出信号から構造物等の健全性を容易に判定でき、構造物等が破壊限界に至る前後に渡って検出信号を発生できる。 As a result, the soundness of the structure or the like can be easily determined from the detection signal, and the detection signal can be generated before and after the structure or the like reaches the destruction limit.

図１は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置の外観を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the outer appearance of a limit type displacement detection device according to a first embodiment of the present invention. 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置の変位検出ユニットの側面図である。FIG. 2 is a side view of the displacement detection unit of the limit type displacement detection device according to the first embodiment of the present invention. 図３は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置の変位検出ユニットの組付後の状態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a state after the displacement detection unit of the limit type displacement detection device according to the first embodiment of the present invention is assembled. 図４は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置の変位検出ユニットの組付前の状態を示す正面図である。FIG. 4 is a front view showing a state before assembly of the displacement detection unit of the limit type displacement detection device according to the first embodiment of the present invention. 図５は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置の変位検出ユニットの組付前の状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state before the displacement detection unit of the limit type displacement detection device according to the first embodiment of the present invention is assembled. 図６は、加力試験１におけるボルト型歪検出センサとリミット型変位検出装置（静荷重リミットセンサ）の出力電圧の比較図である。FIG. 6 is a comparison diagram of output voltages of the bolt type strain detection sensor and the limit type displacement detection device (static load limit sensor) in the load test 1. 図７は、加力試験２におけるボルト型歪検出センサとリミット型変位検出装置（静荷重リミットセンサ）の出力電圧の比較図である。FIG. 7 is a comparison diagram of the output voltages of the bolt type strain detection sensor and the limit type displacement detection device (static load limit sensor) in the load test 2. 図８は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置を用いた構造物等の健全性モニタリングシステムを示す図である。FIG. 8: is a figure which shows the soundness monitoring system of a structure etc. which used the limit type displacement detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図９は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置を用いた構造物等の健全性モニタリングシステムの他の例を示す図である。FIG. 9: is a figure which shows the other example of the soundness monitoring system of a structure etc. which used the limit type displacement detection apparatus which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図１０は、本発明の第２の実施の形態に係るリミット型変位検出装置の外観を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing the appearance of a limit type displacement detection device according to the second embodiment of the present invention. 図１１は、本発明の第２の実施の形態に係るリミット型変位検出装置の断面図である。FIG. 11 is a sectional view of a limit type displacement detection device according to the second embodiment of the present invention. 図１２は、本発明の第２の実施の形態に係るリミット型変位検出装置が、構造物の健全性が失われた後であっても検出信号を発生可能な状態であることを示す斜視図である。FIG. 12 is a perspective view showing that the limit type displacement detection device according to the second embodiment of the present invention can generate a detection signal even after the soundness of the structure is lost. Is.

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係るリミット型変位検出装置および構造物等の健全性モニタリングシステムの実施の形態について、図面を用いて説明する。図１〜図５は、本発明の第１の実施の形態に係るリミット型変位検出装置を示す図である。 (First embodiment)
Embodiments of a limit type displacement detection device and a soundness monitoring system for structures and the like according to the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 5 are views showing a limit type displacement detection device according to the first embodiment of the present invention.

［リミット型変位検出装置］
図１、図２において、露出型柱脚構造を有する建築物１は、鉄鋼製の柱脚２と、鉄筋コンクリート製の基礎４とを備えている。柱脚２の下部には、鉄鋼製のベースプレート３が溶接により固定されている。基礎４には、アンカーボルト５が埋設されている。この建築物１は、アンカーボルト５にナット６を締結することで、柱脚２がベースプレート３を介して基礎４に接合されている。この建築物１は、本発明における構造物を構成している。 [Limit type displacement detector]
1 and 2, a building 1 having an exposed column base structure includes a column base 2 made of steel and a foundation 4 made of reinforced concrete. A base plate 3 made of steel is fixed to the lower portion of the column base 2 by welding. Anchor bolts 5 are embedded in the foundation 4. In this building 1, a column base 2 is joined to a foundation 4 via a base plate 3 by fastening a nut 6 to an anchor bolt 5. This building 1 constitutes a structure in the present invention.

建築物１には、柱脚２と基礎４との接合部１Ａを跨がってリミット型変位検出装置１０が設けられている。リミット型変位検出装置１０は、柱脚２と基礎４との変位をモニタリングするものである。 The building 1 is provided with a limit type displacement detection device 10 that straddles a joint 1A between the column base 2 and the foundation 4. The limit type displacement detection device 10 monitors the displacement between the column base 2 and the foundation 4.

リミット型変位検出装置１０は、変位に応じた出力信号を発生するリミット型変位検出ユニット３０と、このリミット型変位検出ユニット３０を建築物１に取付ける圧延鋼板からなる専用取付金具２１、２２、２３とを有する。 The limit type displacement detection device 10 includes a limit type displacement detection unit 30 that generates an output signal according to a displacement, and dedicated mounting brackets 21, 22, 23 made of rolled steel plates for mounting the limit type displacement detection unit 30 on a building 1. Have and.

専用取付金具２１は、倒立したＬ字状の全体形状を有している。専用取付金具２１は、柱脚２のベースプレート３の上面に２つのボルト２４で締結される水平部２１Ａと、この水平部２１Ａの端部から鉛直下方に延伸する鉛直部２１Ｂとを有する。専用取付金具２１は、水平部２１Ａに形成された孔２１Ａ１にボルト２４を締結することでベースプレート３に固定される。 The dedicated mounting member 21 has an inverted L-shaped overall shape. The exclusive mounting member 21 has a horizontal portion 21A that is fastened to the upper surface of the base plate 3 of the column base 2 with two bolts 24, and a vertical portion 21B that extends vertically downward from the end of the horizontal portion 21A. The exclusive mounting bracket 21 is fixed to the base plate 3 by fastening a bolt 24 to a hole 21A1 formed in the horizontal portion 21A.

専用取付金具２２は、コの字状の全体形状を有している。専用取付金具２２は、専用取付金具２１の鉛直部２１Ｂに２つのボルト２５で締結される鉛直部２２Ａと、この鉛直部２２Ａの端部から水平に延伸する２つの支持部２２Ｂ、２２Ｃとを有している。支持部２２Ｂ、２２Ｃには、それぞれ支持孔２２Ｂ１、２２Ｃ１が形成されており、支持孔２２Ｂ１、２２Ｃ１には、リミット型変位検出ユニット３０が挿通されている。 The exclusive mounting bracket 22 has a U-shaped overall shape. The dedicated mounting bracket 22 has a vertical portion 22A that is fastened to the vertical portion 21B of the dedicated mounting bracket 21 with two bolts 25, and two support portions 22B and 22C that extend horizontally from the end of the vertical portion 22A. doing. Support holes 22B1 and 22C1 are formed in the support portions 22B and 22C, respectively, and the limit displacement detection unit 30 is inserted into the support holes 22B1 and 22C1.

このように、柱脚２のベースプレート３に取付けられた専用取付金具２１、２２は、支持部２２Ｂ、２２Ｃによりリミット型変位検出ユニット３０の一端部および他端部を支持している。本実施の形態の専用取付金具２１、２２は、本発明における第１の取付部材を構成している。 In this way, the exclusive mounting brackets 21 and 22 mounted on the base plate 3 of the column base 2 support one end and the other end of the limit type displacement detection unit 30 by the support portions 22B and 22C. The exclusive mounting brackets 21 and 22 of the present embodiment form the first mounting member of the present invention.

一方、専用取付金具２３は、Ｌ字状の全体形状を有している。専用取付金具２３は、基礎４の上面に２つのボルト２６で締結される水平部２３Ａと、この水平部２３Ａの端部から鉛直上方に延伸する鉛直部２３Ｂと、この鉛直部２３Ｂの中央部から水平方向に延伸する支持部２３Ｃとを有する。支持部２３Ｃには支持孔２３Ｃ１が形成されており、この支持孔２３Ｃ１には、リミット型変位検出ユニット３０が挿通されている。 On the other hand, the exclusive mounting member 23 has an L-shaped overall shape. The exclusive mounting bracket 23 includes a horizontal portion 23A that is fastened to the upper surface of the foundation 4 with two bolts 26, a vertical portion 23B that extends vertically upward from an end portion of the horizontal portion 23A, and a central portion of the vertical portion 23B. And a supporting portion 23C extending in the horizontal direction. A support hole 23C1 is formed in the support portion 23C, and the limit type displacement detection unit 30 is inserted into the support hole 23C1.

なお、水平部２３Ａには２つの長孔２３Ａ１が形成されており、この長孔２３Ａ１に２つのボルト２６を締結することで基礎４に対する専用取付金具２３の位置を調整することができる。また、専用取付金具２３の位置を調整することで、３つの支持孔２２Ｂ１、２２Ｃ２、２３Ｃ１を同軸上に整列させることができる。 Two horizontal holes 23A1 are formed in the horizontal portion 23A, and the position of the dedicated mounting bracket 23 with respect to the foundation 4 can be adjusted by fastening two bolts 26 to the long holes 23A1. Further, by adjusting the position of the exclusive mounting bracket 23, the three support holes 22B1, 22C2, 23C1 can be coaxially aligned.

このように、専用取付金具２３の支持部２３Ｃは、リミット型変位検出ユニット３０の軸方向の中央部を支持している。本実施の形態の専用取付金具２３は、本発明における第２の取付部材を構成している。このリミット型変位検出装置１０において、前述したように専用取付金具２１は建築物１のベースプレート３の上面に取付けられており、専用取付金具２３は建築物１の基礎４の上面に取付けられている。このため、建築物１の完成後であっても、リミット型変位検出装置１０を建築物１に設置することができる。 In this way, the support portion 23C of the dedicated mounting member 23 supports the axial center portion of the limit type displacement detection unit 30. The exclusive mounting bracket 23 of the present embodiment constitutes the second mounting member of the present invention. In this limit type displacement detection device 10, as described above, the dedicated mounting bracket 21 is mounted on the upper surface of the base plate 3 of the building 1, and the dedicated mounting bracket 23 is mounted on the upper surface of the foundation 4 of the building 1. .. Therefore, the limit type displacement detection device 10 can be installed in the building 1 even after the building 1 is completed.

図３において、リミット型変位検出ユニット３０は、圧電素子３１と、圧電素子３１を密閉する硬質ガラス管３２と、硬質ガラス管３２の外面に密接した状態で硬質ガラス管３２を覆う円筒状の金属管３３とを有している。 3, the limit type displacement detection unit 30 includes a piezoelectric element 31, a hard glass tube 32 that seals the piezoelectric element 31, and a cylindrical metal that covers the hard glass tube 32 in close contact with the outer surface of the hard glass tube 32. And a tube 33.

圧電素子３１は、帯状のピエゾフィルムからなり、形状変化等の変位が生じた場合に、検出信号である変形や破損に応じた電圧を発生するようになっている。圧電素子３１は本発明における検出素子を構成している。なお、検出素子としては、圧電素子３１に代えて導電性樹脂または歪みゲージを用いることができるが、圧電素子３１は電源が不要であるので好適である。 The piezoelectric element 31 is made of a band-shaped piezo film, and when a displacement such as a shape change occurs, a voltage corresponding to deformation or breakage which is a detection signal is generated. The piezoelectric element 31 constitutes the detection element in the present invention. As the detection element, a conductive resin or a strain gauge can be used instead of the piezoelectric element 31, but the piezoelectric element 31 is suitable because it does not require a power source.

硬質ガラス管３２は、脆性部材である硬質ガラスを試験管と同様の形状に形成したものからなる。硬質ガラス管３２は、一端部が閉じられて他端部が開口している。硬質ガラス管３２の他端部は、封止部材３４により封止されている。硬質ガラス管３２の内面には、圧電素子３１が固定されている。圧電素子３１は、円弧状に湾曲した状態で、紫外線硬化樹脂等からなる接着剤により、硬質ガラス管３２の内面に沿って密着して固定されている。 The hard glass tube 32 is made of hard glass, which is a brittle member, and has the same shape as the test tube. The hard glass tube 32 has one end closed and the other end open. The other end of the hard glass tube 32 is sealed by a sealing member 34. The piezoelectric element 31 is fixed to the inner surface of the hard glass tube 32. The piezoelectric element 31 is fixed in close contact with the inner surface of the hard glass tube 32 with an adhesive made of an ultraviolet curable resin or the like while being curved in an arc shape.

圧電素子３１の他端部には出力用ケーブル３５が接続されており、この出力用ケーブル３５は、封止部材３４を貫通して、硬質ガラス管３２の他端部側に引き出されている。 An output cable 35 is connected to the other end of the piezoelectric element 31, and the output cable 35 penetrates the sealing member 34 and is drawn out to the other end of the hard glass tube 32.

金属管３３は、建築物１の健全性を損なう加力によって塑性変形する圧延鋼板からなる。金属管３３の他端部側には円形のナット３７が螺合されている。ナット３７は、封止部材３４に圧接しており、金属管３３における硬質ガラス管３２の軸方向の位置を、封止部材３４を介して位置決めしている。また、ナット３７は、支持部２２Ｃに突き当たることで、金属管３３を軸方向に位置決めしている。なお、硬質ガラス管３２と金属管３３とは、ゆるみばめ程度の公差で嵌め合わされている。 The metal tube 33 is made of a rolled steel plate that is plastically deformed by a force that impairs the soundness of the building 1. A circular nut 37 is screwed onto the other end of the metal tube 33. The nut 37 is in pressure contact with the sealing member 34, and positions the axial position of the hard glass tube 32 in the metal tube 33 via the sealing member 34. Further, the nut 37 abuts on the support portion 22C to position the metal tube 33 in the axial direction. The hard glass tube 32 and the metal tube 33 are fitted to each other with a tolerance of about loose fitting.

圧電素子３１は、硬質ガラス管３２に密閉された状態で、硬質ガラス管３２および金属管３３により形状が拘束されている。この金属管３３は、前述した第１の取付部材および第２の取付部材としての専用取付金具２１、２２、２３とともに、本発明における第１の拘束部材を構成している。硬質ガラス管３２は、本発明における第２の拘束部材を構成している。 The shape of the piezoelectric element 31 is constrained by the hard glass tube 32 and the metal tube 33 while being sealed in the hard glass tube 32. The metal tube 33 constitutes the first restraint member in the present invention together with the exclusive mounting metal fittings 21, 22, 23 as the first mounting member and the second mounting member described above. The hard glass tube 32 constitutes the second restraint member in the present invention.

具体的には、硬質ガラス管３２および金属管３３は、建築物１に変位が発生していない通常の状態において、硬質ガラス管３２および金属管３３の双方が円筒状の形状を維持し、圧電素子３１の形状を拘束するようになっている。 Specifically, the hard glass tube 32 and the metal tube 33 maintain a cylindrical shape in the hard glass tube 32 and the metal tube 33 in a normal state where the building 1 is not displaced. The shape of the element 31 is constrained.

本実施の形態では、硬質ガラスからなる硬質ガラス管３２と金属からなる金属管３３は、大地震等により建築物１の健全性を損なう加力が支持部２２Ｂ、２２Ｃと支持部２３Ｃとの間に作用した際に、双方の延性、降伏強度、靭性、脆性等により、ほぼ同じタイミングで変形又は破損し、圧電素子３１の拘束を解除するように構成されている。 In the present embodiment, in the hard glass tube 32 made of hard glass and the metal tube 33 made of metal, a force that impairs the soundness of the building 1 due to a large earthquake or the like is generated between the support portions 22B, 22C and the support portion 23C. When they are acted on, they are deformed or damaged at almost the same timing due to their ductility, yield strength, toughness, brittleness, etc., and the constraint of the piezoelectric element 31 is released.

すなわち、本発明における「健全性を損なう加力」とは、圧電素子３１を拘束している金属管３３と硬質ガラス管３２が変形又は破損する程度の変位を引き起こす加力のことである。なお、「破損」とは、硬質ガラス管３２に亀裂が入った状態も含む。圧電素子３１は、硬質ガラス管３２に亀裂が入った状態でも、この亀裂を検出して、変形や破損に応じた電圧を出力する。 That is, the “force that impairs the soundness” in the present invention is a force that causes a displacement that deforms or damages the metal tube 33 that constrains the piezoelectric element 31 and the hard glass tube 32. The term “damage” includes a state in which the hard glass tube 32 is cracked. The piezoelectric element 31 detects a crack in the hard glass tube 32 and outputs a voltage corresponding to the deformation or the damage even when the crack is present in the hard glass tube 32.

ここで、健全性とは、地震等による力（加速度）が建築物１等の構造物等に作用した際、構造物として存在し得る状態をいい、例えば、本震時に加わった力より弱い力が余震等より作用したとしても、構造物等の破損（倒壊）のおそれがない状態をいう。 Here, the soundness means a state in which a force (acceleration) due to an earthquake or the like can exist as a structure when the structure or the like such as the building 1 acts, for example, a force weaker than the force applied during the main shock. Even if it is affected by aftershocks etc., it is a state where there is no risk of damage (collapse) of structures etc.

建築物１の健全性を損なう加力が建築物１およびリミット型変位検出装置１０に作用した際は、金属管３３と硬質ガラス管３２が、ほぼ同じタイミングで変形や破損し、圧電素子３１は、金属管３３と硬質ガラス管３２とによる拘束から、限定された部分のみが解放される。 When a force that impairs the soundness of the building 1 acts on the building 1 and the limit type displacement detection device 10, the metal tube 33 and the hard glass tube 32 are deformed or damaged at approximately the same timing, and the piezoelectric element 31 Only a limited part is released from the restraint by the metal tube 33 and the hard glass tube 32.

より詳しくは、建築物１の健全性を損なう加力が建築物１に作用した際は、建築物１の健全性を損なう加力によって、図３において、軸方向の中央部の支持部２３Ｃに対して両端部の支持部２２Ｂ、２２Ｃが矢印で示す剪断方向に変位する。この剪断方向の変位により、金属管３３は、図３に破線で示すように、支持部２２Ｂ、２２Ｃ、２３Ｃ、の間隔等によって予め設定された変形態様で、Ｖ字状に屈曲またはＵ字状に湾曲するように変形する。そして、塑性変形した金属管３３に押圧された硬質ガラス管３２は、変形して破損する。このときの硬質ガラス管３２の破損は、小さな亀裂から大きな破断へと断続的に成長する態様で進行する。 More specifically, when a force that impairs the soundness of the building 1 acts on the building 1, due to the force that impairs the soundness of the building 1, the supporting portion 23C at the central portion in the axial direction in FIG. On the other hand, the support portions 22B and 22C at both ends are displaced in the shearing direction indicated by the arrow. Due to this displacement in the shearing direction, the metal tube 33 is bent or U-shaped in a V-shape in a deformation mode preset by the distance between the support portions 22B, 22C, and 23C, as shown by the broken line in FIG. It transforms to bend. Then, the hard glass tube 32 pressed by the plastically deformed metal tube 33 is deformed and damaged. At this time, the breakage of the hard glass tube 32 progresses in a mode of intermittent growth from small cracks to large breaks.

そして、圧電素子３１は、拘束から解放されたタイミングで変形又は破損に応じたパルス状の出力電圧を発生する。すなわち、圧電素子３１は、硬質ガラス管３２の破損が進行して亀裂が成長する度にパルス状の大きな出力電圧を発生する。このため、圧電素子３１が出力する電圧は、新たな増幅装置等により増幅することなく報知器等の機器で検出可能な大きな値となる。 Then, the piezoelectric element 31 generates a pulsed output voltage according to deformation or damage at the timing when the constraint is released. That is, the piezoelectric element 31 generates a large pulse-shaped output voltage every time the breakage of the hard glass tube 32 progresses and a crack grows. Therefore, the voltage output from the piezoelectric element 31 has a large value that can be detected by a device such as an alarm device without being amplified by a new amplifying device or the like.

このように、リミット型変位検出装置１０は、静的な変動を検出する静的荷重センサであり、中小地震時に小さな撓みや捩れ等の変形が生じた場合には電圧を出力せず、大地震時に大きな変位が発生したときのみに初めて、変形又は破損に応じた電圧を出力するようになっている。また、硬質ガラス管３２が破損した後であっても、圧電素子３１は破断しておらず、塑性変形した金属管３３と破損した硬質ガラス管３２とに支持されている。このため、硬質ガラス管３２が破損した後であっても、圧電素子３１が出力電圧を発生可能な状態であり、圧電素子３１からの出力電圧を監視することで建築物１の状態を推定できる。なお、金属管３３の材料として真鍮を用いてもよい。すなわち、金属管３３は、建築物の変位を金属管３３に伝達する専用取付金具２１、２２、２３よりも軟質な材料から構成されていてもよい。これにより、専用取付金具２１、２２、２３より先に金属管３３が降伏して塑性変形するように設定できる。したがって、拘束部材としての金属管３３および専用取付金具２１、２２、２３は、建築物１の柱脚２の破壊限界に相当した変位の出力を得るのが目的であるため、強度を求める必要はない。建築物１の変位量と金属管３３の変形量との間に一定の相関を持たせることができるセンサの計測強度であればよい。 As described above, the limit-type displacement detection device 10 is a static load sensor that detects static fluctuations, and does not output a voltage when a small bending or deformation such as a twist occurs during a small-to-medium-earthquake, so that the large-earthquake occurs. Only when a large displacement sometimes occurs, the voltage corresponding to the deformation or the damage is output. Further, even after the hard glass tube 32 is broken, the piezoelectric element 31 is not broken and is supported by the plastically deformed metal tube 33 and the broken hard glass tube 32. For this reason, even after the hard glass tube 32 is broken, the piezoelectric element 31 is in a state capable of generating an output voltage, and the state of the building 1 can be estimated by monitoring the output voltage from the piezoelectric element 31. .. Note that brass may be used as the material of the metal tube 33. That is, the metal pipe 33 may be made of a material softer than the dedicated mounting brackets 21, 22, 23 for transmitting the displacement of the building to the metal pipe 33. As a result, the metal pipe 33 can be set to yield and plastically deform before the dedicated mounting brackets 21, 22, and 23. Therefore, the metal tube 33 as the restraint member and the exclusive mounting brackets 21, 22, and 23 are intended to obtain the displacement output corresponding to the fracture limit of the column base 2 of the building 1, and therefore it is not necessary to obtain the strength. Absent. Any measurement strength of a sensor that can give a certain correlation between the displacement amount of the building 1 and the deformation amount of the metal tube 33 may be used.

図４において、金属管３３の一端部には、軸方向に延伸する４条の切り溝３３Ｂが形成されている。また、金属管３３の一端部には、一端部から軸方向の外方に向かって拡径する円錐状のテーパ金具３９と、このテーパ金具３９に螺合した状態でテーパ金具３９の他端部寄りに配置されたねじ機構４０と、が設けられている。ねじ機構４０は、他端部側から操作されることでテーパ金具３９を他端部側に移動させるようになっている。 In FIG. 4, at one end of the metal tube 33, four cut grooves 33B extending in the axial direction are formed. Further, at one end of the metal pipe 33, a conical taper fitting 39 whose diameter increases from the one end toward the outside in the axial direction, and the other end of the taper fitting 39 in a state of being screwed into the taper fitting 39. And a screw mechanism 40 that is arranged closer to each other. The screw mechanism 40 is operated from the other end side to move the taper fitting 39 to the other end side.

具体的には、図４、図５において、ねじ機構４０は、テーパ金具３９に螺合したフランジボルト４１と、このフランジボルトの頭部４１Ａに形成された鍔状のフランジ部４１Ｂと、このフランジ部４１Ｂと軸方向で対向する金属管３３の小径部３３Ａとを有している。なお、図５では、硬質ガラス管３２および圧電素子３１を図示省略している。 4 and 5, the screw mechanism 40 includes a flange bolt 41 screwed into the taper fitting 39, a flange-shaped flange portion 41B formed on a head portion 41A of the flange bolt, and the flange. It has a small diameter portion 33A of the metal tube 33 that faces the portion 41B in the axial direction. Note that the hard glass tube 32 and the piezoelectric element 31 are not shown in FIG.

小径部３３Ａは、金属管３３の一端部において内径が狭められた部分であり、フランジ部４１Ｂに軸方向に当接することで、フランジボルト４１が金属管３３の一端部側に移動することを規制している。フランジボルト４１は、金属管３３の他端部側から挿入されたドライバ等の工具により、テーパ金具３９を頭部４１Ａ側に引き寄せるように回転される。 The small diameter portion 33A is a portion of which the inner diameter is narrowed at one end of the metal pipe 33, and abuts the flange portion 41B in the axial direction to prevent the flange bolt 41 from moving toward the one end of the metal pipe 33. doing. The flange bolt 41 is rotated by a tool such as a screwdriver inserted from the other end portion side of the metal tube 33 so as to pull the taper fitting 39 toward the head portion 41A side.

ねじ機構４０が工具により操作されると、図３に示すように、テーパ金具３９が金属管３３の他端部に向かって移動して切り溝３３Ｂを広げるため、金属管３３の一端部がテーパ金具３９により挿入した穴径より拡径される。 When the screw mechanism 40 is operated by a tool, the taper fitting 39 moves toward the other end of the metal tube 33 to widen the kerf 33B as shown in FIG. 3, so that one end of the metal tube 33 is tapered. The diameter of the hole is increased by the metal fitting 39.

これにより、金属管３３の一端部は、支持部２２Ｂの支持孔２２Ｂ１に密接した状態となり、支持部２２Ｂに強固に支持される。なお、このねじ機構４０では、金属管３３の４条の切り溝３３Ｂにテーパ金具３９が食い込むため、テーパ金具３９がフランジボルト４１と供回りしてしまうことが防止される。 As a result, one end of the metal tube 33 comes into close contact with the support hole 22B1 of the support portion 22B and is firmly supported by the support portion 22B. In this screw mechanism 40, since the taper fitting 39 bites into the four cut grooves 33B of the metal tube 33, the taper fitting 39 is prevented from being rotated together with the flange bolt 41.

［リミット型変位検出装置の出力電圧］
次に、建築物１に加力試験１、２を実施した際の本発明によるリミット型変位検出装置１０の出力電圧について説明する。ここで、加力試験１は、建築基準法における中小地震を模したものであり、建築物１の健全性を損なわない大きさの加力を実施する試験である。加力試験２は、建築基準法における大地震を模したものであり、建築物１の健全性を損なう大きさの加力を実施する試験である。 [Output voltage of limit type displacement detector]
Next, the output voltage of the limit type displacement detection device 10 according to the present invention when the load tests 1 and 2 are performed on the building 1 will be described. Here, the load test 1 is a test that imitates a small-to-medium-scale earthquake in the Building Standards Act, and is a test that applies a force of a magnitude that does not impair the soundness of the building 1. The load test 2 is a test imitating a large earthquake in the Building Standards Act, and is a test for applying a load having a magnitude that impairs the soundness of the building 1.

この加力試験１、２では、柱脚２におけるベースプレート３の下面から上方の所定距離に加力心を設定し、この加力心において柱脚２に油圧ジャッキで水平加力を作用させた。また、加力方向は、アンカーボルト５に引っ張り荷重が作用する方向とした。 In these force tests 1 and 2, a force center is set at a predetermined distance above the lower surface of the base plate 3 in the column base 2, and a horizontal force is applied to the column base 2 with a hydraulic jack at this force center. The direction of the applied force was the direction in which the tensile load acts on the anchor bolt 5.

加力試験１では、加力心における柱脚２の水平方向変位量が６ｍｍとなるように加力を実施した。水平方向変位量が６ｍｍのときに変形角は１／２００［ｒａｄ］となった。変形角とは、柱脚２の水平方向変位量を、ベースプレート３の下面から加力心までの距離で除算した値である。この加力試験１では、油圧ジャッキの圧力を漸次増大させてゆき、約１７０秒経過時に９０［ｋＮ］で柱脚２の破壊限界となり加力を停止した。 In the load test 1, the load was applied so that the horizontal displacement amount of the column base 2 at the load center was 6 mm. The deformation angle was 1/200 [rad] when the amount of horizontal displacement was 6 mm. The deformation angle is a value obtained by dividing the horizontal displacement amount of the column base 2 by the distance from the lower surface of the base plate 3 to the center of force. In this force test 1, the pressure of the hydraulic jack was gradually increased, and when about 170 seconds passed, the column base 2 reached the breaking limit at 90 [kN] and the force was stopped.

加力試験２では、加力心における柱脚２の水平方向変位量が１８ｍｍとなるように加力を実施した。水平方向変位量が１８ｍｍのときに変形角は１／６７［ｒａｄ］となった。この加力試験２では、油圧ジャッキの圧力を漸次増大させてゆき、２４０秒経過時に１４０［ｋＮ］で柱脚２が破壊に至った。 In the force test 2, the force was applied so that the horizontal displacement amount of the column base 2 at the force center was 18 mm. The deformation angle was 1/67 [rad] when the horizontal displacement amount was 18 mm. In this force test 2, the pressure of the hydraulic jack was gradually increased, and the column base 2 was destroyed at 140 [kN] after 240 seconds.

この加力試験１、２では、リミット型変位検出装置１０の出力電圧を計測するとともに、リミット型変位検出装置１０の近傍のベースプレート３上に配置した図示しない比較用のボルト型歪検出センサの出力電圧を計測した。比較用のボルト型歪検出センサは、動的な変動を検出する動的荷重センサであり、小さな撓みや捩れ等の変形に対しても、変形に応じた電圧を出力する特性を有している。比較用のボルト型歪検出センサの出力電圧は、リミット型変位検出装置１０の出力電圧よりも小さい信号であるため、増幅器により８００倍に増幅した値を計測した。 In the force tests 1 and 2, the output voltage of the limit type displacement detection device 10 is measured, and the output of a bolt type strain detection sensor for comparison (not shown) arranged on the base plate 3 near the limit type displacement detection device 10 is measured. The voltage was measured. The bolt-type strain detection sensor for comparison is a dynamic load sensor that detects dynamic fluctuations, and has a characteristic of outputting a voltage according to the deformation even when the deformation such as small bending or twisting occurs. .. Since the output voltage of the comparative bolt type strain detection sensor is a signal smaller than the output voltage of the limit type displacement detection device 10, the value amplified by 800 times by the amplifier was measured.

また、この加力試験１、２では、リミット型変位検出装置１０の専用取付金具２１の水平部２１Ａの鉛直方向変位量を図示しない変位計により計測するとともに、比較用のボルト型歪検出センサの近傍のベースプレート３の上面の鉛直方向変位量を同様に図示しない変位計により計測した。 In addition, in the force tests 1 and 2, the vertical displacement amount of the horizontal portion 21A of the exclusive mounting bracket 21 of the limit type displacement detection device 10 is measured by a displacement gauge (not shown), and the comparison of the bolt type strain detection sensor for comparison is performed. The amount of vertical displacement of the upper surface of the base plate 3 in the vicinity was similarly measured by a displacement meter (not shown).

図６、図７は、加力試験１、２を実施した際の試験結果を示す図である。図６、図７において、縦軸は柱脚２のベースプレート３の上面の鉛直方向変位量［ｍｍ］および各センサの出力電圧［Ｖ］を表し、横軸は加力時間［秒］を示している。 6 and 7 are diagrams showing the test results when the load tests 1 and 2 were performed. 6 and 7, the vertical axis represents the vertical displacement [mm] of the upper surface of the base plate 3 of the column base 2 and the output voltage [V] of each sensor, and the horizontal axis represents the applied time [second]. There is.

また、図６、図７において、上段は、比較用のボルト型歪検出センサの出力電圧［Ｖ］（実線で示す）と、このボルト型歪検出センサが配置されたベースプレート３の上面の鉛直方向変位量［ｍｍ］（破線で示す）を表している。 Further, in FIGS. 6 and 7, the upper part shows the output voltage [V] of the comparative bolt type strain detection sensor (shown by a solid line) and the vertical direction of the upper surface of the base plate 3 on which the bolt type strain detection sensor is arranged. The displacement amount [mm] (indicated by a broken line) is shown.

また、図６、図７において、下段は、リミット型変位検出装置１０の出力電圧［Ｖ］（実線で示す）と、このリミット型変位検出装置１０の専用取付金具２１の水平部２１Ａの鉛直方向変位量［ｍｍ］（変位計で測定した値（破線））を表している。 Further, in FIGS. 6 and 7, the lower part shows the output voltage [V] of the limit type displacement detection device 10 (shown by a solid line) and the vertical direction of the horizontal portion 21A of the exclusive mounting bracket 21 of the limit type displacement detection device 10. The amount of displacement [mm] (value measured by a displacement meter (broken line)) is shown.

中小地震時に相当する加力試験１を実施した場合は、図６の上段に示すように、比較用のボルト型歪検出センサの出力電圧は、柱脚２が破壊限界に到達した約１７０秒経過時で５Ｖであった。約１７０秒経過時に、近傍の変位計による鉛直方向変位量は−０．４ｍｍであった。 When the force test 1 corresponding to a small-to-medium earthquake is carried out, the output voltage of the comparative bolt type strain detection sensor is about 170 seconds after the column base 2 reaches the breaking limit as shown in the upper part of FIG. It was 5V at the time. When about 170 seconds had passed, the amount of vertical displacement measured by a nearby displacement gauge was -0.4 mm.

一方、図６の下段に示すように、リミット型変位検出装置１０の出力電圧は、この加力試験１の実施中に検出されず、約１７０秒経過時にも検出されていない。約１７０秒経過時に、近傍の変位計による鉛直方向変位量は−０．７ｍｍ程度であった。 On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 6, the output voltage of the limit type displacement detection device 10 is not detected during the execution of the load test 1 and is not detected even after about 170 seconds have elapsed. About 170 seconds later, the amount of vertical displacement measured by a displacement gauge in the vicinity was about -0.7 mm.

このように、中小地震時に相当する加力試験１では、建築物１の健全性を損なわない程度の大きさの加力を実施しているため、柱脚２が予測する変位に到達するが、破壊に至っていない。リミット型変位検出装置１０においては、硬質ガラス管３２および金属管３３は、変形や損傷をしていない。このため、硬質ガラス管３２および金属管３３が圧電素子３１を拘束し続けるので、圧電素子３１が電圧を出力しない。したがって、リミット型変位検出装置１０が出力電圧を発生していないことに基づいて、柱脚２が破壊に至っておらず健全性を損なっていないことを明確かつ容易に判定できる。 In this way, in the force test 1 corresponding to a small-to-medium earthquake, since the force is applied to the extent that the soundness of the building 1 is not impaired, the column base 2 reaches the predicted displacement, It has not been destroyed. In the limit type displacement detection device 10, the hard glass tube 32 and the metal tube 33 are neither deformed nor damaged. Therefore, the hard glass tube 32 and the metal tube 33 continue to restrain the piezoelectric element 31, so that the piezoelectric element 31 does not output a voltage. Therefore, it can be clearly and easily determined that the pedestal 2 has not been destroyed and the soundness has not been impaired based on that the limit type displacement detection device 10 does not generate the output voltage.

また、大地震時に相当する加力試験２を実施した場合は、図７の上段に示すように、比較用のボルト型歪検出センサの出力電圧は約１０５秒経過後から発生し始め、このときの出力電圧は２．１Ｖであった。約１０５秒経過時の近傍の変位計による鉛直方向変位量は−４．５ｍｍ程度の沈みによる変位が測定された。 Further, when the force test 2 corresponding to a large earthquake is performed, the output voltage of the comparative bolt-type strain detection sensor begins to occur after about 105 seconds, as shown in the upper part of FIG. Output voltage was 2.1V. About 105 seconds after the elapse of about 105 seconds, the displacement in the vertical direction measured by a displacement gauge was about -4.5 mm due to the sinking.

更に、同実験で、約２４０秒経過時は、ボルト型歪検出センサの出力電圧が１．６Ｖで、近傍の変位計による鉛直方向変位量が−５．５ｍｍであった。したがって、比較用のボルト型歪検出センサの出力電圧の波形からは、柱脚２が破壊直前の状態にあることを判定できず、また、柱脚２が破壊に至ったことを推測できない。 Further, in the same experiment, after about 240 seconds, the output voltage of the bolt type strain detection sensor was 1.6 V, and the vertical displacement amount by the displacement gauge in the vicinity was -5.5 mm. Therefore, it cannot be determined from the waveform of the output voltage of the comparative bolt-type strain detection sensor that the pedestal 2 is in a state immediately before destruction, and it cannot be inferred that the pedestal 2 has been destroyed.

一方、図７の下段に示すように、リミット型変位検出装置１０の出力電圧は、約１２５秒経過時に２．２５Ｖを記録し、このときの近傍の変位計による鉛直方向変位量は−１．５ｍｍであった。 On the other hand, as shown in the lower part of FIG. 7, the output voltage of the limit type displacement detection device 10 records 2.25 V after about 125 seconds have passed, and the vertical displacement amount by the displacement gauge in the vicinity at this time is -1. It was 5 mm.

更に、約１７５秒経過時および２１０秒経過時は、リミット型変位検出装置１０の出力電圧がそれぞれ−１．５Ｖおよび−０．８Ｖであることが明確に確認できる。約１７５秒から２１０秒経過時の近傍の変位計による鉛直方向変位量は−４．５ｍｍから−５．８ｍｍであった。その後、約２４０経過時は、リミット型変位検出装置１０の出力電圧は発生していない。 Further, it can be clearly confirmed that the output voltages of the limit type displacement detection device 10 are −1.5 V and −0.8 V after about 175 seconds and 210 seconds, respectively. The amount of vertical displacement measured by a displacement meter in the vicinity after a lapse of about 175 seconds to 210 seconds was -4.5 mm to -5.8 mm. After that, when about 240 has elapsed, the output voltage of the limit type displacement detection device 10 is not generated.

このように、大地震に相当する加力試験２では、柱脚２が破壊に至る約２４０秒後の直前である、約１７５秒から２１０秒経過時に、リミット型変位検出装置１０が大きな出力電圧を発生している。すなわち、リミット型変位検出装置１０は、建築物１の健全性の変化に応じた出力電圧を発生している。このため、リミット型変位検出装置１０の約１７５秒から２１０秒経過時の出力電圧に基づいて、柱脚２が破壊直前の状態にあることを明確に判定でき、さらに、この出力電圧の直後に柱脚２が破壊に至ったことを容易に推測できる。 As described above, in the load test 2 corresponding to a large earthquake, the limit type displacement detection device 10 outputs a large output voltage at the time of about 175 seconds to 210 seconds, which is immediately before 240 seconds after the column base 2 is destroyed. Is occurring. That is, the limit type displacement detection device 10 generates an output voltage according to a change in soundness of the building 1. Therefore, it is possible to clearly determine that the column base 2 is in the state immediately before the destruction based on the output voltage of the limit type displacement detection device 10 after about 175 seconds to 210 seconds, and further, immediately after this output voltage. It can be easily inferred that the column base 2 was destroyed.

［構造物等の健全性モニタリングシステム］
次に、リミット型変位検出装置１０を用いたモニタリングシステムの一例について説明する。 [Health monitoring system for structures, etc.]
Next, an example of a monitoring system using the limit type displacement detection device 10 will be described.

図８において、モニタリングシステム５０は、複数のリミット型変位検出装置１０と、これらの複数のリミット型変位検出装置１０に接続された報知装置５１とを有している。本実施の形態のモニタリングシステム５０は、本発明における構造物等の健全性モニタリングシステムを構成している。 In FIG. 8, the monitoring system 50 includes a plurality of limit type displacement detection devices 10 and an informing device 51 connected to the plurality of limit type displacement detection devices 10. The monitoring system 50 of the present embodiment constitutes the soundness monitoring system for structures and the like according to the present invention.

報知装置５１は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode:：発光ダイオード）５２が設けられた表示盤５３及びマイコン５７や、汎用のパーソナルコンピュータ５４からなる。このモニタリングシステム５０では、リミット型変位検出装置１０の出力信号が十分に大きく、リミット型変位検出装置１０と報知装置５１の間に増幅装置を設ける必要がないため、リミット型変位検出装置１０の出力信号を出力用ケーブル３５を介して報知装置５１に直接入力することができる。 The notification device 51 includes, for example, a display panel 53 provided with an LED (Light Emitting Diode) 52, a microcomputer 57, and a general-purpose personal computer 54. In this monitoring system 50, the output signal of the limit type displacement detection device 10 is sufficiently large, and there is no need to install an amplification device between the limit type displacement detection device 10 and the notification device 51. The signal can be directly input to the notification device 51 via the output cable 35.

また、モニタリングシステム５０では、リミット型変位検出装置１０の出力信号を、有線又は簡易（ジグビー等）無線の電気通信網５５を介して報知装置５１に入力することができる。電気通信網５５としては、例えば、有線ＬＡＮや一般の無線ＬＡＮを用いることができる。 Further, in the monitoring system 50, the output signal of the limit type displacement detection device 10 can be input to the notification device 51 via a wired or simple (eg Zigbee) wireless telecommunication network 55. As the telecommunication network 55, for example, a wired LAN or a general wireless LAN can be used.

報知装置５１は、例えば、リミット型変位検出装置１０の出力信号の大きさおよび出力回数が所定条件を満たしたことに基づいて報知を行うようになっている。具体的には、リミット型変位検出装置１０の出力信号に基づいて、マイコン５７のプログラムにより危険度を自律的に判定して表示盤５３に表示する。また、モニタリングシステム５０は、データ集約型の判定が可能なように、機械学習法を含む大容量の情報処理能力を備えていてもよい。 The notification device 51 is configured to perform notification based on, for example, the magnitude of the output signal of the limit type displacement detection device 10 and the number of output times satisfy predetermined conditions. Specifically, based on the output signal of the limit displacement detector 10, the program of the microcomputer 57 autonomously determines the degree of danger and displays it on the display panel 53. Further, the monitoring system 50 may be provided with a large capacity of information processing capability including a machine learning method so as to enable data-intensive determination.

モニタリングシステム５０は、図９に示すように、解析装置５８を備えることが好適である。解析装置５８は、情報通信網を介して複数の報知装置５１に接続されている。この解析装置５８は、報知装置５１から遠隔の監視施設に設けられている。解析装置５８は、複数の報知装置５１からの検出信号を学習データとして大量に蓄積する。解析装置５８は、蓄積した大量の学習データを用いて、深層学習等の機械学習に基づくアルゴリズムによって、報知装置５１が建築物１の健全性を判定するための最適な閾値等を演算する。そして、解析装置５８は、演算で求めた最適な閾値等を報知装置５１に設定する。 The monitoring system 50 preferably includes an analysis device 58, as shown in FIG. 9. The analysis device 58 is connected to the plurality of notification devices 51 via an information communication network. The analysis device 58 is provided in a monitoring facility remote from the notification device 51. The analysis device 58 accumulates a large amount of detection signals from the plurality of notification devices 51 as learning data. The analysis device 58 calculates an optimal threshold value or the like for the notification device 51 to determine the soundness of the building 1 using an algorithm based on machine learning such as deep learning using a large amount of accumulated learning data. Then, the analysis device 58 sets the optimum threshold value and the like obtained by the calculation in the notification device 51.

この図９において、建築物１は高層ビルからなる。建築物１は、各階にリミット型変位検出装置１０が設けられており、多数のリミット型変位検出装置１０が報知装置５１に接続されている。報知装置５１は、解析装置５８により最適な変数や閾値等が設定されることで、多数のリミット型変位検出装置１０からの各検出信号に応じて、建築物１の健全性を的確に判定することができる。言い換えると、解析装置５８により最適な閾値等を求めて報知装置５１に設定することにより、報知装置５１は、多数のリミット型変位検出装置１０を好適に管理することができる。なお、解析装置５８により演算された最適な変数や閾値等に基づいて、解析装置５８が設けられた監視施設の監視員が、複数の建築物１の健全性について遠隔で判定することも可能である。 In FIG. 9, the building 1 is a high-rise building. The building 1 is provided with a limit type displacement detection device 10 on each floor, and a large number of limit type displacement detection devices 10 are connected to an alarm device 51. The notification device 51 accurately determines the soundness of the building 1 according to each detection signal from the large number of limit type displacement detection devices 10 by setting the optimum variables and threshold values by the analysis device 58. be able to. In other words, by determining the optimum threshold value and the like by the analysis device 58 and setting it in the notification device 51, the notification device 51 can suitably manage a large number of limit type displacement detection devices 10. It should be noted that it is also possible for an observer of the monitoring facility provided with the analysis device 58 to remotely determine the soundness of the plurality of buildings 1 based on the optimum variables and threshold values calculated by the analysis device 58. is there.

次に、作用効果について説明する。以上説明したように、本実施の形態に係るリミット型変位検出装置１０は、検出素子として圧電素子３１を採用しており、大地震時に相当する変位により変形又は破損した際に大きな出力電圧を発生できる。このため、センサ用電源や付属の増幅装置を不要とすることができ、構造物等の健全性を安価で簡便にモニタリングできる。 Next, the function and effect will be described. As described above, the limit type displacement detection device 10 according to the present embodiment employs the piezoelectric element 31 as a detection element, and generates a large output voltage when it is deformed or damaged by the displacement corresponding to a large earthquake. it can. Therefore, the power source for the sensor and the attached amplifying device can be dispensed with, and the soundness of the structure or the like can be easily monitored at low cost.

また、圧電素子３１を硬質ガラス管３２および金属管３３で密閉しているため、圧電素子３１を経年変化や腐食等から長期に渡って保護することができ、構造物の健全性を長期に渡ってモニタリングできる。 Further, since the piezoelectric element 31 is sealed by the hard glass tube 32 and the metal tube 33, the piezoelectric element 31 can be protected from aging, corrosion, etc. for a long time, and the soundness of the structure can be maintained for a long time. Can be monitored.

さらに、リミット型変位検出装置１０は、大地震時に相当する加力により、極限以上の大きな変位が柱脚２に発生する以前のタイミングで、金属管３３が塑性変形し、硬質ガラス管３２が破損し、この破損状態に応じた検出信号を圧電素子３１が出力する。このため、リミット型変位検出装置１０は、建造物等の変形又は破損の指針となる検出信号を発生できる。このため、圧電素子３１からの破壊に比例した出力電圧に基づいて、構造物の健全性を容易に判定できる。 Further, in the limit type displacement detection device 10, the metal pipe 33 is plastically deformed and the hard glass pipe 32 is damaged at a timing before a large displacement exceeding the limit occurs in the column base 2 due to the force applied during a large earthquake. Then, the piezoelectric element 31 outputs a detection signal corresponding to the damaged state. Therefore, the limit type displacement detection device 10 can generate a detection signal that serves as a guide for the deformation or damage of a building or the like. Therefore, the soundness of the structure can be easily determined based on the output voltage proportional to the breakdown from the piezoelectric element 31.

さらに、リミット型変位検出装置１０は、硬質ガラス管３２が金属管３３に固定されているため、構造物等が破壊限界に至って硬質ガラス管３２破損した後も圧電素子３１が検出信号を発生できる。 Further, in the limit type displacement detection device 10, since the hard glass tube 32 is fixed to the metal tube 33, the piezoelectric element 31 can generate a detection signal even after the structure reaches the breaking limit and the hard glass tube 32 is damaged. ..

この結果、検出信号から構造物等の健全性を容易に判定でき、構造物等が破壊限界に至る前後に渡って検出信号を発生できる。 As a result, the soundness of the structure or the like can be easily determined from the detection signal, and the detection signal can be generated before and after the structure or the like reaches the destruction limit.

また、本実施の形態に係るリミット型変位検出装置１０は、圧電素子３１が固定された硬質ガラス管３２を金属管３３で覆い、金属管３３の軸方向の両端部および中央部を、支持部２２Ｂ、２２Ｃおよび支持部２３Ｃで支持している。 Further, in the limit type displacement detection device 10 according to the present embodiment, the hard glass tube 32 to which the piezoelectric element 31 is fixed is covered with the metal tube 33, and both end portions and the central portion of the metal tube 33 in the axial direction are supported by the support portion. It is supported by 22B, 22C and a supporting portion 23C.

このため、大地震等により建築物１の健全性を損なう限界の変位が柱脚２に発生する以前のタイミングで、リミット型変位検出ユニット３０を変形又は破損させてそれに相当する出力電圧を得ることができる。これにより、建築物１が破損するタイミングを明確に判定できる。 Therefore, the limit type displacement detection unit 30 is deformed or damaged at a timing before a limit displacement that impairs the soundness of the building 1 occurs in the column base 2 due to a large earthquake or the like, and an output voltage corresponding to that is obtained. You can This makes it possible to clearly determine when the building 1 is damaged.

また、本実施の形態に係るリミット型変位検出装置１０によれば、ねじ機構４０が操作されることで、金属管３３の一端部がテーパ金具３９により拡径されて専用取付金具２２の支持部２２Ｂに支持されるため、振動等による脱落を防ぎ、リミット型変位検出装置１０を強固に構造物に装着できる。 Further, according to the limit type displacement detection device 10 according to the present embodiment, by operating the screw mechanism 40, one end portion of the metal tube 33 is expanded in diameter by the tapered metal fitting 39, and the support portion of the dedicated mounting metal fitting 22 is supported. Since it is supported by 22B, the limit type displacement detection device 10 can be firmly attached to the structure by preventing it from falling off due to vibrations and the like.

また、本実施の形態に係るリミット型変位検出装置１０において、圧電素子３１は、円弧状に湾曲した状態で硬質ガラス管３２の内面に沿って密着状態で固定されている。 Further, in the limit type displacement detection device 10 according to the present embodiment, the piezoelectric element 31 is fixed in a close contact state along the inner surface of the hard glass tube 32 while being curved in an arc shape.

これにより、硬質ガラス管３２の内部で圧電素子３１が意図せず変形して不要な出力電圧を発生することを防止できる。また、硬質ガラス管３２が変形又は破損したときに圧電素子３１が座屈して塑性変形が可能な様に、明確なタイミングで大きな出力電圧を得ることができる。 This can prevent the piezoelectric element 31 from unintentionally deforming inside the hard glass tube 32 and generating an unnecessary output voltage. Moreover, when the hard glass tube 32 is deformed or damaged, a large output voltage can be obtained at a definite timing so that the piezoelectric element 31 can buckle and be plastically deformed.

また、本実施の形態に係るモニタリングシステム５０は、リミット型変位検出装置１０の出力信号に応じて報知装置５１が報知を行うようになっている。 Further, in the monitoring system 50 according to the present embodiment, the notification device 51 makes a notification according to the output signal of the limit displacement detection device 10.

これにより、建築物１の健全性を損なう限界の変位（破壊限界）が柱脚２に発生する以前のタイミングで、報知装置５１がリミット型変位検出装置１０から出力信号を受け取ることができ、この出力に応じて報知装置５１が報知を行うことができるため、構造物等の健全性を容易に判定できる。 As a result, the notification device 51 can receive the output signal from the limit type displacement detection device 10 at a timing before the limit displacement (breakage limit) that impairs the soundness of the building 1 occurs in the column base 2. Since the notification device 51 can notify according to the output, the soundness of the structure or the like can be easily determined.

また、本実施の形態に係るモニタリングシステム５０において、報知装置５１は、リミット型変位検出装置１０の出力信号の大きさおよび出力回数がマイコン５７のプログラムにより、所定条件を満たしたことに基づいて報知を行うようになっている。具体的には、リミット型変位検出装置１０の出力信号に基づいて、マイコン５７のプログラムにより危険度を自律的に判定して表示盤５３に表示する。 Further, in the monitoring system 50 according to the present embodiment, the notification device 51 notifies that the magnitude and output frequency of the output signal of the limit type displacement detection device 10 satisfy a predetermined condition by the program of the microcomputer 57. Is supposed to do. Specifically, based on the output signal of the limit displacement detector 10, the program of the microcomputer 57 autonomously determines the degree of danger and displays it on the display panel 53.

これにより、建築物１が健全性を喪失したタイミングで報知装置５１が報知を行うことができる。 Thereby, the notification device 51 can notify at the timing when the building 1 loses soundness.

また、本実施の形態に係るモニタリングシステム５０において、報知装置５１は、機械学習法を含む大容量の情報処理能力を備えている。 Further, in the monitoring system 50 according to the present embodiment, the notification device 51 has a large capacity information processing capability including a machine learning method.

これにより、報知装置５１は、複数のリミット型変位検出装置１０からの検出信号に基づいて、複数の建築物１に対してそれぞれの健全性を判定できる。 Thereby, the notification device 51 can determine the soundness of each of the plurality of buildings 1 based on the detection signals from the plurality of limit type displacement detection devices 10.

また、本実施の形態に係るモニタリングシステム５０は、リミット型変位検出装置１０の出力信号を、有線又は簡易無線の電気通信網５５を介して報知装置５１に伝送している。これにより、報知装置５１は、建築物１に設けた複数のリミット型変位検出装置１０を情報通信網を介して遠隔的にモニタリングでき、複数のリミット型変位検出装置１０に基づいて建築物１の健全性を判定できる。 Further, the monitoring system 50 according to the present embodiment transmits the output signal of the limit type displacement detection device 10 to the notification device 51 via the wired or simple wireless telecommunication network 55. Thereby, the notification device 51 can remotely monitor the plurality of limit type displacement detection devices 10 provided in the building 1 via the information communication network, and the building device 1 of the building 1 can be monitored based on the plurality of limit type displacement detection devices 10. The soundness can be judged.

（第２の実施の形態）
図１０、図１１において、構造物等７は、鋼鉄製の構造部材８、９を有しており、構造部材８と構造部材９とは９０°の角度で付き合わされて溶接により接合されている。具体的には、構造部材８と構造部材９とは、接合部７Ａにおいて、突き合わせ溶接又は隅肉溶接等により接合されている。 (Second embodiment)
10 and 11, the structure 7 has structural members 8 and 9 made of steel, and the structural member 8 and the structural member 9 are abutted at an angle of 90° and joined by welding. .. Specifically, the structural member 8 and the structural member 9 are joined at the joint 7A by butt welding, fillet welding, or the like.

構造物等７には、接合部７Ａに跨がってリミット型変位検出装置７０が設けられている。リミット型変位検出装置７０は、構造部材８と構造部材９との変位をモニタリングするものである。 A limit type displacement detection device 70 is provided on the structure 7 etc. across the joint 7A. The limit type displacement detection device 70 monitors the displacement between the structural member 8 and the structural member 9.

リミット型変位検出装置７０は、圧電素子７１と、帯状の硬質ガラス板７３と、帯状の金属取付板７４とを有している。圧電素子７１は、帯状のピエゾフィルムからなり、形状変化等の変位が生じた場合に、出力信号である電圧を発生するようになっている。圧電素子７１の端部には出力用ケーブル７５が接続されており、圧電素子７１で発生した電圧は出力用ケーブル７５から出力される。 The limit type displacement detection device 70 has a piezoelectric element 71, a strip-shaped hard glass plate 73, and a strip-shaped metal mounting plate 74. The piezoelectric element 71 is made of a band-shaped piezo film and is adapted to generate a voltage which is an output signal when a displacement such as a shape change occurs. An output cable 75 is connected to the end of the piezoelectric element 71, and the voltage generated in the piezoelectric element 71 is output from the output cable 75.

硬質ガラス板７３は、脆性部材である硬質ガラスからなり、構造物等７の健全性を損なう加力によって破損するようになっている。硬質ガラス板７３は、圧電素子７１を挟み又は圧電素子７１を覆う形式で圧電素子７１を密閉している。硬質ガラス板７３は、圧電素子７１よりも大きく形成されている。硬質ガラス板７３には、紫外線硬化樹脂等の樹脂を接着剤に用いることにより、圧電素子７１が固定されている。硬質ガラス板７３は、本発明における第２の拘束部材を構成する。 The hard glass plate 73 is made of hard glass, which is a brittle member, and is damaged by an applied force that impairs the soundness of the structure 7 or the like. The hard glass plate 73 seals the piezoelectric element 71 by sandwiching the piezoelectric element 71 or covering the piezoelectric element 71. The hard glass plate 73 is formed larger than the piezoelectric element 71. The piezoelectric element 71 is fixed to the hard glass plate 73 by using a resin such as an ultraviolet curable resin as an adhesive. The hard glass plate 73 constitutes the second restraint member in the present invention.

金属取付板７４は、圧延鋼からなり、構造物等７の健全性を損なう加力によって塑性変形するようになっている。金属取付板７４の上面には、紫外線硬化樹脂等からなる接着剤により硬質ガラス板７３が固定されている。金属取付板７４には、孔７４Ａが形成されており、圧電素子７１の端部に接続された出力用ケーブル７５は、この孔７４Ａを通して金属取付板７４の背面側に引き出されている。金属取付板７４は、本発明における第１の拘束部材を構成する。 The metal mounting plate 74 is made of rolled steel, and is plastically deformed by an applied force that impairs the soundness of the structure 7 or the like. The hard glass plate 73 is fixed to the upper surface of the metal mounting plate 74 with an adhesive made of an ultraviolet curable resin or the like. A hole 74A is formed in the metal mounting plate 74, and the output cable 75 connected to the end of the piezoelectric element 71 is pulled out to the back side of the metal mounting plate 74 through the hole 74A. The metal mounting plate 74 constitutes the first restraint member of the present invention.

金属取付板７４の構造部材８側の一端部には、約４５°の曲げ加工により取付部７４Ｂが形成されており、この取付部７４Ｂは、構造部材８の表面に沿って延伸している。取付部７４Ｂには孔７４Ｂ１が形成されており、取付部７４Ｂはこの孔７４Ｂ１にボルト７６を挿し通して締結することで構造部材８に固定される。本実施の形態の取付部７４Ｂは、本発明における第１の取付部を構成する。 A mounting portion 74B is formed at one end of the metal mounting plate 74 on the structural member 8 side by bending at about 45°, and the mounting portion 74B extends along the surface of the structural member 8. A hole 74B1 is formed in the mounting portion 74B, and the mounting portion 74B is fixed to the structural member 8 by inserting and fastening a bolt 76 into the hole 74B1. The mounting portion 74B of the present embodiment constitutes the first mounting portion of the present invention.

金属取付板７４の構造部材９側の他端部には、約４５°の曲げ加工により取付部７４Ｃが形成されており、この取付部７４Ｃは、構造部材９の表面に沿って延伸している。取付部７４Ｃには孔７４Ｃ１が形成されており、取付部７４Ｃはこの孔７４Ｃ１にボルト７６を挿し通して締結することで構造部材９に固定される。本実施の形態の取付部７４Ｃは、本発明における第２の取付部を構成する。第１の取付部としての取付部７４Ｂ、および、第２の取付部としての取付部７４Ｃは、金属取付板７４とともに、本発明における第１の拘束部材を構成する。このように、リミット型変位検出装置７０において、金属取付板７４の一端部の取付部７４Ｂは構造物等７の構造部材８の表面に取付けられており、金属取付板７４の他端部の取付部７４Ｃは構造物等７の構造部材９の表面に取付けられている。このため、構造物等７の完成後であっても、リミット型変位検出装置７０を構造物等７に設置することができる。 A mounting portion 74C is formed at the other end of the metal mounting plate 74 on the side of the structural member 9 by bending at about 45°, and the mounting portion 74C extends along the surface of the structural member 9. .. A hole 74C1 is formed in the mounting portion 74C, and the mounting portion 74C is fixed to the structural member 9 by inserting and fastening a bolt 76 into the hole 74C1. The mounting portion 74C of the present embodiment constitutes the second mounting portion of the present invention. The mounting portion 74B as the first mounting portion and the mounting portion 74C as the second mounting portion together with the metal mounting plate 74 constitute the first restraint member in the present invention. As described above, in the limit type displacement detection device 70, the mounting portion 74B at one end of the metal mounting plate 74 is mounted on the surface of the structural member 8 such as the structure 7 and the mounting at the other end of the metal mounting plate 74. The portion 74C is attached to the surface of the structural member 9 such as the structure 7. Therefore, even after the structure 7 or the like is completed, the limit displacement detector 70 can be installed on the structure 7 or the like.

なお、取付部７４Ｂ、７４Ｃは、必ずしもボルト７６の締結により構造部材８、９に取付ける必要はなく、接合強度が十分に大きいものであれば、スポット溶接等の他の手法により構造部材８、９に取付けてもよい。 The attachment portions 74B and 74C do not necessarily have to be attached to the structural members 8 and 9 by fastening bolts 76. If the joining strength is sufficiently large, the structural members 8 and 9 may be formed by another method such as spot welding. May be attached to.

本実施の形態では、硬質ガラスからなる硬質ガラス板７３と金属からなる金属取付板７４は、地震等により構造物等７の健全性に大きな影響を与える変位が取付部７４Ｂと取付部７４Ｃとの間に発生した際に、硬質ガラス板７３と金属取付板７４の延性、降伏強度、靭性、脆性等により、金属取付板７４は破断しないで表面の硬質ガラス板７３のみが破損するように構成されている。 In the present embodiment, the hard glass plate 73 made of hard glass and the metal mounting plate 74 made of metal have a displacement that greatly affects the soundness of the structure 7 due to an earthquake or the like between the mounting portion 74B and the mounting portion 74C. When occurring between, due to the ductility, yield strength, toughness, brittleness, etc. of the hard glass plate 73 and the metal mounting plate 74, the metal mounting plate 74 is not broken and only the surface hard glass plate 73 is configured to be damaged. ing.

例えば、地震等により大きな変位が発生した際は、図１２に示すように、構造部材８が矢印で示す方向にねじれつつ大きく傾き、構造部材８と構造部材９との接合部７Ａに隙間が発生する。これにより、金属取付板７４にもねじれと延びが発生する。そして、金属取付板７４が塑性変形し、塑性変形した金属管３３とともに変形することで、硬質ガラス板７３が破損する。このときの硬質ガラス板７３の破損は、部分的な小さな亀裂から全体的な大きな亀裂に至るように段階的に進行する。これにより、硬質ガラス板７３と金属取付板７４がほぼ同じタイミングで変形して、硬質ガラス板７３のみが破損し、金属取付板７４の拘束から圧電素子７１が徐々に解放され、圧電素子７１が硬質ガラス板７３の損傷に比例した出力電圧を発生する。このため、圧電素子７１が出力する電圧は、増幅装置により増幅することなく報知装置５１で検出可能な指針値となる。また、図１２のように硬質ガラス板７３が破損した後であっても、圧電素子７１が破断しておらず、金属取付板７４と硬質ガラス板７３に挟まれた状態で支持されている。このため、硬質ガラス板７３が破損した後であっても、圧電素子７１が出力電圧を発生可能な状態であり、圧電素子７１からの出力電圧を監視することで構造物等７の状態を推定できる。 For example, when a large displacement occurs due to an earthquake or the like, as shown in FIG. 12, the structural member 8 is largely twisted and tilted in the direction indicated by the arrow, and a gap is generated in the joint portion 7A between the structural member 8 and the structural member 9. To do. As a result, the metal mounting plate 74 also twists and extends. Then, the metal mounting plate 74 is plastically deformed, and is deformed together with the plastically deformed metal tube 33, so that the hard glass plate 73 is damaged. At this time, the breakage of the hard glass plate 73 progresses stepwise from a small crack in a part to a large crack in a whole. As a result, the hard glass plate 73 and the metal mounting plate 74 are deformed at substantially the same timing, only the hard glass plate 73 is damaged, the piezoelectric element 71 is gradually released from the constraint of the metal mounting plate 74, and the piezoelectric element 71 is An output voltage proportional to the damage of the hard glass plate 73 is generated. Therefore, the voltage output from the piezoelectric element 71 becomes a guideline value that can be detected by the notification device 51 without being amplified by the amplification device. Further, as shown in FIG. 12, even after the hard glass plate 73 is broken, the piezoelectric element 71 is not broken and is supported in a state of being sandwiched between the metal mounting plate 74 and the hard glass plate 73. Therefore, even after the hard glass plate 73 is damaged, the piezoelectric element 71 can generate an output voltage, and the state of the structure 7 or the like is estimated by monitoring the output voltage from the piezoelectric element 71. it can.

このように、リミット型変位検出装置７０は、第１の実施の形態のリミット型変位検出装置１０と同様に、簡易的な静的な変動を検出する静的荷重センサであり、中小地震時に小さな撓みや捩れ等の変形が生じた場合には電圧を出力せず、大地震等による大きな変位が発生したときに初めて、指針値となる電圧を出力するようになっている。 As described above, the limit type displacement detection device 70 is a static load sensor that detects a simple static variation, like the limit type displacement detection device 10 of the first embodiment, and is small at the time of a small or medium earthquake. No voltage is output when deformation such as bending or twisting occurs, and a voltage that serves as a guideline value is output only when a large displacement occurs due to a large earthquake or the like.

このリミット型変位検出装置７０は、第１の実施の形態のリミット型変位検出装置１０に代えて報知装置５１に接続したり、リミット型変位検出装置１０とともに報知装置５１に接続することで、図８、図９のモニタリングシステム５０と同様のモニタリングシステムを構成することができる。 This limit type displacement detection device 70 is connected to the notification device 51 instead of the limit type displacement detection device 10 of the first embodiment, or by connecting to the notification device 51 together with the limit type displacement detection device 10, 8, a monitoring system similar to the monitoring system 50 of FIG. 9 can be configured.

このように構成されたリミット型変位検出装置７０およびこのリミット型変位検出装置７０を用いたモニタリングシステムは、第１の実施の形態のリミット型変位検出装置１０およびモニタリングシステム５０と同様に、検出信号から構造物等の健全性を容易に判定でき、構造物等が破壊限界に至る前後に渡って検出信号を発生できる。 The limit type displacement detection device 70 configured as described above and the monitoring system using the limit type displacement detection device 70 are similar to the limit type displacement detection device 10 and the monitoring system 50 according to the first embodiment in that the detection signals are detected. Therefore, the soundness of the structure or the like can be easily determined, and the detection signal can be generated before and after the structure or the like reaches the breaking limit.

上述のとおり、本発明の実施の形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次ぎの請求項に含まれることが意図されている。 Although the embodiments of the present invention have been disclosed as described above, it will be apparent to those skilled in the art that modifications can be made without departing from the scope of the present invention. All such modifications and equivalents are intended to be included in the following claims.

上記実施の形態では、リミット型変位検出装置１０、７０およびモニタリングシステム５０により鉄鋼製の建築物１又は構造物等７の接合部の変位をモニタリングする場合について説明したが、本発明は、木造、鉄筋コンクリート構造（ＲＣ）等の接合部に対して変位をモニタリングする場合にも適用することができる。また、本発明は、船舶や車両等の接合部に対して変位をモニタリングする場合にも適用することができる。更に、本発明は、応用計測として斜面の土砂崩れ等の検出にも適用可能である。 In the above-described embodiment, the case where the displacement of the joint portion of the steel building 1 or the structure 7 made of steel is monitored by the limit type displacement detection device 10, 70 and the monitoring system 50 has been described. It can also be applied to the case where displacement is monitored for a joint such as a reinforced concrete structure (RC). The present invention can also be applied to the case where displacement is monitored for a joint portion of a ship, a vehicle, or the like. Furthermore, the present invention can be applied to the detection of landslides on slopes as an applied measurement.

本発明は、構造物等の健全性を長期に渡って安価で簡便にモニタリングでき、構造物等の健全性を容易に判定できるという効果を有し、構造物等の健全性をモニタリングするリミット型変位検出装置およびこのリミット型変位検出装置を用いた構造物等の健全性モニタリングシステムとして有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has an effect that it is possible to easily and inexpensively monitor the soundness of a structure or the like over a long period of time, and it is possible to easily judge the soundness of the structure or the like. It is useful as a displacement detection device and a soundness monitoring system for structures and the like using this limit type displacement detection device.

１ 建築物（構造物等）
１Ａ 接合部
７ 構造物等
７Ａ 接合部
１０ リミット型変位検出装置
２１ 専用取付金具（第１の取付部材、第１の拘束部材）
２２ 専用取付金具（第１の取付部材、第１の拘束部材）
２３ 専用取付金具（第２の取付部材、第１の拘束部材）
３１ 圧電素子
３２ 硬質ガラス管（第２の拘束部材）
３３ 金属管（第１の拘束部材）
３９ テーパ金具
４０ ねじ機構
５０ モニタリングシステム（構造物等の健全性モニタリングシステム）
５１ 報知装置
５５ 電気通信網
７０ リミット型変位検出装置
７１ 圧電素子
７３ 硬質ガラス板（第２の拘束部材）
７４ 金属取付板（第１の拘束部材）
７４Ｂ 取付部（第１の取付部材、第１の拘束部材）
７４Ｃ 取付部（第２の取付部材、第１の拘束部材） 1 building (structures)
1A joining part 7 structure etc. 7A joining part 10 limit type displacement detection device 21 exclusive mounting metal fittings (1st mounting member, 1st restraint member)
22 Dedicated mounting bracket (first mounting member, first restraint member)
23 Dedicated mounting bracket (second mounting member, first restraint member)
31 Piezoelectric element 32 Hard glass tube (second restraint member)
33 Metal tube (first restraint member)
39 Taper fitting 40 Screw mechanism 50 Monitoring system (Soundness monitoring system for structures etc.)
51 notification device 55 telecommunication network 70 limit type displacement detection device 71 piezoelectric element 73 hard glass plate (second restraint member)
74 Metal mounting plate (first restraint member)
74B mounting portion (first mounting member, first restraint member)
74C mounting portion (second mounting member, first restraint member)

Claims (6)

少なくとも２つの構造部材が接合部で接合された構造物に用いられて、前記構造物の健全性を検知するリミット型変位検出装置であって、
前記接合部に跨がって前記構造物に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって塑性変形する金属からなる第１の拘束部材と、
前記第１の拘束部材に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって破損する脆性部材からなる第２の拘束部材と、
前記第２の拘束部材の表面に密着して接合されることで前記第２の拘束部材により形状が拘束され、前記第１の拘束部材が塑性変形する際の前記第２の拘束部材の破損の進行に応じた検出信号を発生する検出素子と、を備え、
前記検出素子が圧電素子からなり、
前記第１の拘束部材が、
前記接合部に跨がって前記構造物に固定された第１の取付部材および第２の取付部材と、
前記第１の取付部材により軸方向の一端部と他端部が支持され、かつ、前記第２の取付部材により軸方向の中央部が支持された円筒状の金属管と、からなり、
前記第２の拘束部材が、
内面に前記圧電素子が固定されて前記圧電素子を密閉し、かつ、外面に前記金属管が密接して前記金属管により覆われる円筒状の硬質ガラス管からなることを特徴とするリミット型変位検出装置。 A limit type displacement detection device which is used for a structure in which at least two structural members are joined at a joining portion, and which detects the soundness of the structure,
A first restraint member that is fixed to the structure across the joint portion and is made of a metal that is plastically deformed by an applied force that impairs the soundness of the structure;
A second restraint member that is fixed to the first restraint member and is made of a brittle member that is damaged by an applied force that impairs the soundness of the structure;
The more the shape to the second constraining member in close contact with to be bonded to the surface of the second constraining member is restrained, the first constraining member of the second constraining member when plastically deformed A detection element that generates a detection signal according to the progress of damage,
The detection element is a piezoelectric element,
The first restraint member,
A first mounting member and a second mounting member that are fixed to the structure over the joint portion;
A cylindrical metal tube having one end and the other end in the axial direction supported by the first mounting member, and a central portion in the axial direction supported by the second mounting member;
The second restraint member,
Limit type displacement detection, characterized in that the piezoelectric element is fixed to the inner surface to seal the piezoelectric element, and the outer surface is made of a cylindrical hard glass tube covered with the metal tube in close contact with the metal tube. apparatus. 前記金属管は、
前記一端部に配置され、前記一端部から軸方向に向かって拡径する円錐状のテーパ金具と、
前記テーパ金具に螺号した状態で前記テーパ金具の前記他端部寄りに配置され、前記他端部側から操作されることで前記テーパ金具を前記他端部側に移動させるねじ機構と、を備え、
前記ねじ機構が操作されることで、前記一端部の外径が前記テーパ金具により拡径されて前記第１の取付部材に嵌め合わされることを特徴とする請求項１に記載のリミット型変位検出装置。 The metal tube is
A conical tapered metal fitting arranged at the one end and expanding in diameter in the axial direction from the one end,
A screw mechanism that is disposed near the other end of the taper fitting in a state of being screwed to the taper fitting, and that is moved from the other end side to move the taper fitting to the other end side. ,
Said screw mechanism that is operated, the limit type displacement detector according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the end portion is fitted in the first mounting member is expanded by the tapered fitting apparatus. 前記圧電素子は、前記硬質ガラス管の内面に沿って円弧状に湾曲した状態で密着状態で固定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のリミット型変位検出装置。 The limit type displacement detection device according to claim 1 or 2 , wherein the piezoelectric element is fixed in a closely contacting state in a state of being curved in an arc shape along the inner surface of the hard glass tube . 少なくとも２つの構造部材が接合部で接合された構造物に用いられて、前記構造物の健全性を検知するリミット型変位検出装置であって、
前記接合部に跨がって前記構造物に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって塑性変形する金属からなる第１の拘束部材と、
前記第１の拘束部材に固定され、前記構造物の健全性を損なう加力によって破損する脆性部材からなる第２の拘束部材と、
前記第２の拘束部材の表面に密着して接合されることで前記第２の拘束部材および前記第１の拘束部材により形状が拘束され、前記第１の拘束部材が塑性変形する際の前記第２の拘束部材の破損の進行に応じた検出信号を発生する検出素子と、を備え、
前記検出素子が圧電素子からなり、
前記第１の拘束部材が、
帯状の金属板と、
前記金属板の両端部に一体に設けられ、かつ、前記接合部に跨がって前記構造物に固定された第１の取付部材および第２の取付部材と、からなり、
前記第２の拘束部材が、
前記金属板との間に前記圧電素子を挟み込んだ状態で樹脂により前記圧電素子を密閉し前記金属板に固定された帯状の硬質ガラス板からなることを特徴とするリミット型変位検出装置。 A limit type displacement detection device which is used for a structure in which at least two structural members are joined at a joining portion, and which detects the soundness of the structure,
A first restraint member that is fixed to the structure across the joint portion and is made of a metal that is plastically deformed by an applied force that impairs the soundness of the structure;
A second restraint member that is fixed to the first restraint member and is made of a brittle member that is damaged by an applied force that impairs the soundness of the structure;
The shape is constrained by the second constraining member and the first constraining member by being intimately bonded to the surface of the second constraining member, and the first constraining member is plastically deformed when the first constraining member is plastically deformed. 2 is a detection element that generates a detection signal according to the progress of damage to the restraint member,
The detection element is a piezoelectric element,
The first restraint member,
A strip of metal plate,
A first mounting member and a second mounting member that are integrally provided on both ends of the metal plate and that are fixed to the structure across the joint.
The second restraint member,
The piezoelectric element and the piezoelectric element sealed characteristics and to Brighter mitt type displacement detector that consists of a fixed strip-shaped hard glass plate to the metal plate by a resin in a state sandwiched between the metal plate. 請求項１から請求項４の何れか１項に記載のリミット型変位検出装置と、
前記リミット型変位検出装置の検出信号が入力され、前記検出信号に基づいてマイコンのプログラムにより危険度を自律的に判定して表示する放置装置と、を備えることを特徴とする構造物の健全性モニタリングシステム。 A limit type displacement detection device according to any one of claims 1 to 4,
A soundness of a structure , comprising: a detection device of the limit type displacement detection device, and a standing device that autonomously determines and displays a risk degree by a program of a microcomputer based on the detection signal . Monitoring system. 前記リミット型変位検出装置の前記検出信号を、有線又は無線の電気通信網を介して、前記報知装置に伝送することを特徴とする請求項５に記載の構造物の健全性モニタリングシステム。 The structural soundness monitoring system according to claim 5 , wherein the detection signal of the limit type displacement detection device is transmitted to the notification device via a wired or wireless telecommunication network .
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