JP7057562B2 - Sensor device - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 集会名:第15回機会,構造物の強度設計・安全性評価に関するシンポジウム 開催日:平成29年10月13日Application of
本発明は、構造物のひび割れ拡大や構造物における相対変位を検知するためのセンサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device for detecting crack expansion of a structure and relative displacement in the structure.
近年、コンクリート構造物の老朽化による剥落事故が問題となっており、老朽化の加速要因としてコンクリートのひび割れが挙げられる。しかしながら、コンクリートのひび割れを完全に阻止することは難しいため、ひび割れの拡大を早急に検知して対処することが重要となる。 In recent years, peeling accidents due to aging of concrete structures have become a problem, and cracks in concrete can be cited as a factor accelerating aging. However, since it is difficult to completely prevent cracks in concrete, it is important to detect and deal with the expansion of cracks as soon as possible.
このようなコンクリートのひび割れを検知するひび割れセンサとして、特許文献1では繊維含有プラスチックプレートの白化現象を利用したものが提案されている。このひび割れセンサは、コンクリートのひび割れ部を跨ぐように貼付され、ひび割れ幅の拡大に対応して増大するプラスチックプレートの白化部分の面積に基づいてひび割れの拡大を推定できるようにされている。しかしながら、特許文献1のセンサでは、プラスチックプレートを直接目視する必要があることから、ひび割れ幅を常時検知することはできなかった。
As a crack sensor for detecting such cracks in concrete,
一方、特許文献2では、リード線と一体化された繊維強化プラスチックシートをコンクリート構造物の表面に設けることで、コンクリート構造物を補強しつつ、リード線の断線に基づいてコンクリート構造物における異常の発生を検知するものが提案されている。この方法であれば、特許文献1に開示のものと異なり、コンクリート構造物における異常の発生を常時検知することが可能である。
On the other hand, in
しかしながら、特許文献2の方法では、コンクリート構造物に異常が発生して繊維強化プラスチックシートが破断しても、リード線は直ぐには破断せず、コンクリート構造物における異常発生を敏感に検知できないという問題があった。
However, the method of
そこで本発明は、構造物における異常発生をより敏感に検知できるセンサ装置の提供を目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a sensor device capable of more sensitively detecting the occurrence of an abnormality in a structure.
本発明のセンサ装置は、構造物の表面に貼付された繊維含有プラスチックプレートと、 前記繊維含有プラスチックプレートと一体化された導電性の金属箔と、前記構造物のひび割れを跨ぐように配置されて前記金属箔の破断を検知する検知手段と、を備え、前記ひび割れが拡大すると前記金属箔が破断し、前記検知手段は前記金属箔の破断を検知することを特徴とする。 The sensor device of the present invention is arranged so as to straddle the fiber-containing plastic plate attached to the surface of the structure, the conductive metal leaf integrated with the fiber-containing plastic plate, and the cracks of the structure. A detection means for detecting the breakage of the metal foil is provided, and when the crack expands, the metal foil breaks, and the detection means detects the breakage of the metal foil.
本発明のセンサ装置は、構造物の表面に貼付された繊維含有プラスチックプレートと、前記繊維含有プラスチックプレートと一体化された導電性の金属箔と、前記金属箔の破断を検知する検知手段と、を備え、前記構造物を構成する第1部材と第2部材との間に跨がるように配置されて前記第1部材に対して前記第2部材が相対的に移動すると前記金属箔が破断し、前記検知手段は前記金属箔の破断を検知することを特徴とする。 The sensor device of the present invention includes a fiber-containing plastic plate attached to the surface of a structure, a conductive metal leaf integrated with the fiber-containing plastic plate, and a detection means for detecting breakage of the metal leaf. The metal leaf is broken when the second member moves relative to the first member so as to straddle between the first member and the second member constituting the structure. However, the detecting means is characterized in that it detects the breakage of the metal foil.
本発明のセンサ装置によれば、金属箔を用いるので破断しやすく、ひび割れの拡大や構造物における相対変位を敏感に検知することができる。 According to the sensor device of the present invention, since the metal foil is used, it is easily broken, and it is possible to sensitively detect the expansion of cracks and the relative displacement in the structure.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態に係るセンサ装置について説明する。なお、ここではコンクリートのひび割れ拡大を検知する場合を例に説明する。 Hereinafter, the sensor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Here, a case of detecting the expansion of cracks in concrete will be described as an example.
図1を参照して、本実施形態に係るセンサ装置1は、プリプレグ型の繊維含有プラスチックプレート2と、繊維含有プラスチックプレート2と一体化された導電体としての金属箔3と、金属箔3の破断を検知するための検知手段4と、を備える。金属箔3の両端には電極(図示せず)が設けられ、検知手段4は当該電極(図示せず)に接続された一対のリード線5を有し、金属箔3と電気的に接続されている。
With reference to FIG. 1, the
繊維含有プラスチックプレート2は、基材に可視光線硬化性や紫外線硬化性の未硬化樹脂(例えば、ビニルエステル樹脂)を含浸させたプリプレグシートを硬化させて形成されるものであり、次の様にしてコンクリート100の表面に貼付される。まず、プリプレグシートを、コンクリート100の表面に現れたひび割れ101を跨ぐようにコンクリート100に載置する。次に、ひび割れ101を跨ぐように金属箔3をプリプレグシートの表面に載置する。そして、可視光線照射又は紫外線照射によりプリプレグシートの未硬化樹脂を硬化させると、コンクリート100及び金属箔3と一体化された繊維含有プラスチックプレート2が出来上がる。なお、金属箔3の上からもう一枚プリプレグシートを被せ、金属箔3を2枚のプリプレグシートで挟むようにしてもよく、或いはひび割れ101を跨ぐように金属箔3をコンクリート100に載置し、その上からプリプレグシートを被せて金属箔3を覆う様にしてもよい。
The fiber-containing
このように構成されたセンサ装置1では、ひび割れ101が拡大すると繊維含有プラスチックプレート2及び金属箔3に引張力が作用し、繊維含有プラスチックプレート3が破断するのと同時に金属箔3が破断する。よって、検知手段4によりリード5を介して金属箔3の電極間に電圧をかけ、金属箔3における通電の有無を検知することにより、金属箔3の破断、ひいてはひび割れ101の拡大を検知することができる。なお、検知手段4は遠隔地に設置しておいてもよく、あるいは検知手段4に通報機能を持たせ、検知手段4から遠隔地に割れ101の拡大を通報するようにしても良い。
In the
このように、本実施形態では、導電体として金属箔3を用いることから、リード線を用いた場合と比較して、ひび割れ101の拡大をより敏感に検知することができる。これは、金属箔3の方がリード線よりも破断し易いことによる。金属箔3の方がリード線よりも破断し易い理由としては、リード線と比較して金属箔3の方が破断ひずみが小さく、また繊維含有プラスチックプレート2に対する接着面積が広く、繊維含有プラスチックプレート2からの剥離が起こりにくいことによるものと考えられる。
As described above, in the present embodiment, since the
ここで、繊維含有プラスチックプレート2の強度が高く補強材としての役割が強すぎると、コンクリート100の劣化が進行しているにも拘わらずひび割れ101の幅が広がらず、結果として金属箔3が破断しないおそれが生じる。したがって、コンクリート100の劣化を敏感に検知するためには、繊維含有プラスチックプレート2の強度は低い方が好ましく、強度の弱い基材を用いつつ、ガラス繊維などの補強材が混ぜ込まれていないのが好ましい。
Here, if the strength of the fiber-containing
和紙、紙、不織布を基材として用いた低強度繊維含有プラスチックプレートの試験片A,B,C(幅10mm)を作成し、各試験片A,B,Cについてチャック間距離60mm、引張速度2mm/分として、引張試験機を用いた引張試験を8回ずつ実施した。各試験片A,B,Cの破断ひずみと標準偏差を表1に示す。
Test pieces A, B, C (
[実施例]
図2に示す様に、繊維含有プラスチックプレート12の上に幅1.0mmのアルミニウム箔13を置いてビニルエステル樹脂14を塗布し、ビニルエステル樹脂14を硬化させて幅20mmの試験片10を作成した。この試験片10についてチャック間距離60mm、引張速度1mm/分で引張試験を行った。また、この引張試験中、本実験では、繊維含有プラスチックプレート12とアルミニウム箔13の抵抗を測定した。図3に変位に伴う荷重及びアルミニウム箔13の抵抗のグラフを示す。
[Example]
As shown in FIG. 2, an
図3に示す様に、荷重の低下(繊維含有プラスチックプレート12の破断)と同時にアルミニウム箔13の抵抗値が上昇しており、繊維含有プラスチックプレート12の破断とアルミニウム箔13の破断との間にタイムラグがないことがわかる。
As shown in FIG. 3, the resistance value of the
[比較例]
図4に示す様に、2枚の繊維含有プラスチックプレート12の間に直径0.5mmのエナメル線23を介在させ、ビニルエステル樹脂14を硬化させて貼り合わせ、幅20mmの試験片20を作成した。エナメル線23の破断ひずみは0.4程度であった。この試験片20について、チャック間距離60mm、引張速度2mm/分で引張試験を行った。試験片20の荷重と変位の関係を図5に示す。この引張試験では、図5に示すP1にて繊維含有プラスチックプレート12が破断し、P2にてエナメル線23が破断した。即ち、先に繊維含有プラスチックプレート12のみが破断し、その後もエナメル線23は暫く伸び続けた。繊維含有プラスチックプレート12と同時にエナメル線23が破断しなかった理由は、エナメル線23の破断ひずみが繊維含有プラスチックシート12の破断ひずみと比較して大きいこと、またエナメル線23と繊維含有プラスチックプレート12の接着力が十分でないために、繊維含有プラスチックシート12の破断口で接着が剥がれ、エナメル線23の引張における実質的なチャック間距離が大きくなったためと考えられる。
[Comparison example]
As shown in FIG. 4, an
以上、本発明の実施形態に係るセンサ装置について添付の図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されず、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形、修正が可能である。 Although the sensor device according to the embodiment of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such an embodiment, and various modifications and modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Is.
例えば、センサ装置1は上述したようなコンクリート100のひび割れ101の拡大検知のみならず、構造物における相対変位の検知等にも利用できる。例えば、図6に示す様に、第1単位構造物としての擁壁W1(第1部材)と擁壁W1に隣接して設置された第2単位構造物としての擁壁W2(第2部材)とを有する構造物200にセンサ装置1を設けてもよい。この場合には、繊維含有プラスチックプレート2及び金属箔3が擁壁W1と擁壁W2との境201を跨ぐように設けておく。擁壁W1に対して擁壁W2が相対的に移動すると、繊維含有プラスチックプレート2及び金属箔3に引張力が作用し、繊維含有プラスチックプレート2と共に金属箔3が破断し、検知手段4はこれを検知する。
For example, the
なお、第1単位構造物や第2単位構造物は上述したような擁壁W1,W2に限定されず、柱や天井、側壁、床、梁等であってもよい。 The first unit structure and the second unit structure are not limited to the retaining walls W1 and W2 as described above, and may be columns, ceilings, side walls, floors, beams, and the like.
また、第1部材や第2部材は構造物を構成する単位構造物である必要はなく、例えばセンサ装置1を用いて壁に打ち込まれたボルトの相対変位を検知することもできる。この場合には、繊維含有プラスチックプレート2及び金属箔3が壁(第1部材)とボルトが挿通されたワッシャ(第2部材)の境に跨がるように設置する。ボルトが壁に対して緩むとワッシャはボルトと共に壁に対して相対移動する。すると、センサ装置1の金属箔3は上述の様に破断し、検知手段4はこれを検知する。
Further, the first member and the second member do not have to be unit structures constituting the structure, and for example, the
更に、図7に示す様に、金属箔3に加えてエナメル線等のリード線6を併用してもよい。より具体的に、リード線6は金属箔3と並列配置されて繊維含有プラスチックプレート2と一体化され、検知手段4に電気的に接続される。金属箔3及びリード線6がコンクリート100のひび割れ101や構造物200における境201を跨ぐように配置しておき、ひび割れ101や構造物200の境201が拡大すると繊維含有プラスチックプレート2が破断するのと同時に金属箔3が破断して検知手段4がこれを検知し、拡大が更に進行するとリード線6も破断して検知手段4がこれを検知する。このように、金属箔3とリード線6を併用することにより、ひび割れ101や境201の拡大を段階的に検知することができる。
Further, as shown in FIG. 7, a
1 センサ装置
2 繊維含有プラスチックプレート
3 金属箔
4 検知手段
5 リード線
100 コンクリート
101 ひび割れ
200 構造物
W1 擁壁(第1部材、第1単位構造物)
W2 擁壁(第2部材、第2単位構造物)
1
W2 retaining wall (second member, second unit structure)
Claims (5)
前記繊維含有プラスチックプレートと一体化された導電性の金属箔と、
前記金属箔の破断を検知する検知手段と、を備え、
前記繊維含有プラスチックプレートは、和紙、紙、又は不織布を基材とするプリプレグシートからなり、
前記構造物のひび割れを跨ぐように配置されて前記ひび割れが拡大すると前記金属箔が破断し、前記検知手段は前記金属箔の破断を検知することを特徴とするセンサ装置。 A fiber-containing plastic plate attached to the surface of the structure,
A conductive metal foil integrated with the fiber-containing plastic plate,
A detection means for detecting the breakage of the metal foil is provided.
The fiber-containing plastic plate is made of a prepreg sheet based on Japanese paper, paper, or non-woven fabric.
A sensor device that is arranged so as to straddle a crack in the structure, and when the crack expands, the metal foil breaks, and the detection means detects the breakage of the metal foil.
前記繊維含有プラスチックプレートと一体化された導電性の金属箔と、
前記金属箔の破断を検知する検知手段と、を備え、
前記繊維含有プラスチックプレートは、和紙、紙、又は不織布を基材とするプリプレグシートからなり、
前記構造物を構成する第1部材と第2部材との間に跨がるように配置されて前記第1部材に対して前記第2部材が相対的に移動すると前記金属箔が破断し、前記検知手段は前記金属箔の破断を検知することを特徴とするセンサ装置。 A fiber-containing plastic plate attached to the surface of the structure,
A conductive metal foil integrated with the fiber-containing plastic plate,
A detection means for detecting the breakage of the metal foil is provided.
The fiber-containing plastic plate is made of a prepreg sheet based on Japanese paper, paper, or non-woven fabric.
When the second member is arranged so as to straddle between the first member and the second member constituting the structure and the second member moves relative to the first member, the metal foil breaks and the metal leaf is broken. The detection means is a sensor device characterized by detecting the breakage of the metal foil.
前記繊維含有プラスチックプレートは、前記プリプレグシートが前記構造物の表面に貼付され前記金属箔が前記プリプレグシートに載置された状態で硬化されることによって形成されたものであることを特徴とする請求項1又は2に記載のセンサ装置。 The fiber-containing plastic plate is characterized in that the prepreg sheet is attached to the surface of the structure and the metal foil is cured while being placed on the prepreg sheet. Item 2. The sensor device according to Item 1 or 2.
前記リード線が破断すると、前記検知手段はこれを検知することを特徴とする請求項1~4の何れかに記載のセンサ装置。 Further provided with lead wires integrated with the fiber-containing plastic plate and arranged in parallel with the metal leaf.
The sensor device according to any one of claims 1 to 4, wherein when the lead wire breaks, the detection means detects the break.
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