JPH02159531A - 構造物のたわみ形状変化の計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は橋梁、煙突、鉄塔、など−膜構造物の健全度診
断（非破壊検査）に適用される方法に関する。

〔従来の技術〕

橋梁、高層建築物など各種構造物において、老朽化など
に伴い構造の１部分が損傷を生じた状態で、構造物が振
動荷重や静的荷重を受けると構造物の全体的なたわみ形
状は損傷点付近で変化（折れ曲りなど）を生じる。

一方、構造物のたわみの計測には、変位計、振動計など
各種のたわみ計測器機が開発、使用されているが、これ
らたわみ計測器はいずれもたわみに比例した出力が得ら
れるものである。

こうしたたわみ計測器で前記の損傷を生じた構造物のた
わみを計測する場合、多くの計測器を構造物の長さ方向
（又は、高さ方向）へ取り付けると、構造全体のたわみ
形状が計測できるが損傷が小さいとたわみ形状の変化が
小さいため、損傷個所におけるたわみ形状の変化は明確
でない。

即ち、構造物の１部に損傷が発生した場合でも、構造物
のたわみ形状を直６接計測しても計測の感度が鈍いため
、損傷場所を検出することは難しい。

〔発明が解決しようとする課題〕

構造物の１部分に損傷がある場合、その構造物のたわみ
形状は損傷部付近である程度変化することになる。従っ
てたわみ形状の変化を高感度に計測できれば、構造物の
損傷場所を検出できることになる。

しかし、従来の多くのたわみ計測器はたわみ形状の変化
を直接計測するものではなく、たわみ量自体を計測する
方式であるためたわみ形状の変化には感度が悪く、わず
かな構造物の損傷によるわずかなたわみ形状の変化は検
出が困難である。

〔課題を解決するだめの手段〕

（１）　　計測対象構造物の剛性に比較し極めて弱い剛
性を持つ等断面束を構造物の全長（又は全高）にわたっ
て附設する。

（２）等断面束は構造物と同じたわみ形状になるように
構造物にできるだけ密着させる。

（３）構造物のたわみ形状の変化を直接計測するため、
たわみ曲線の２階微分及び３階微分に比例した量を直接
計測する。

（４）たわみ曲線の２階及び３階微分に比較した量とし
て、等断面束の曲げ歪及び剪断歪を計測する。

〔作　用〕

等断面片持梁の曲げ歪εＭ及び剪断歪γが、梁のたわみ
形状ｙの２階微分及び３階微分にそれぞれ比例すること
は、次のような材料力学の基本公式から明らかである。

直線梁の弾性理論によると、直線梁のたわみ曲線をＹ（
ｘとすると曲げモーメン）Ｍ（ｘ）及び剪断力Ｑ（（転
）はそれぞれ（１）及び（２１式で表現される。

ただし　Ｅ：材料のヤング係数 工：梁の断面２次モーメント Ｘ：采の長さ方向の座標 又、曲げ歪εＭ及び剪断歪γはそれぞれ（３）　、　＋
４）式となる。

８Ｍよ□　　　　　　　　・・・・・・（３）Ｚ γ＝　−Ｑ　　　　　　　　　・・・・・・（４）（、
Ａ ただし　Ｚ：梁の断面係数 Ａ：梁の断面積 Ｇ：材料の剪断弾性係数 に：断面図心のせん断応力匿と平均せん断応力度との比 （１１、（３１式及び＋２１　、　（４１式より次式を
得る。

ここで、等断面束であればＩ／Ｚ及びｋＥＩ／ＧＡは即
ち、曲げ歪ε、はたわみ曲線ｙの２階微分に、又剪断歪
γはたわみ曲線ｙの３階微分にそれぞれ比例する。

〔実施例〕

第４図は構造物として単純梁を対象とした実施例を示す
。

１は対象の構造物である単純梁、２は老朽化などによる
構造の損傷部を示す。

３は本発明によるたわみ形状の変化を計測するために対
象構造物１に附設した等断面束である。

４は等断面束３を構造物１に固定するための取付治具で
ある。

第２図は、第１図における等断面束１の取付は状況を拡
大した図であり、１は構造物、３は等断面束、４は固定
治具である。第２図５は等断面束の曲げ歪εヨを計測す
るための歪ゲージを示し、又６は等断面束の剪断歪γを
計測するための歪ゲージの貼付状態を示す。

第１図、第２図の実施例では等断面束３を構造物１に取
り付けるために、取付は治具４を用いているが、取付は
治Ａ４は必ずしも必要ではなく、他の適当な方法（例え
ば接着する。あるいは磁力にて固定する。など）で両者
（１と３）が密着できれば良い。

又、等断面束３は断面形状、材質など任意で良いが全長
にわたって等断面である必要がある。

以上の実施例において、構造物に振動荷重が作用し、構
造物が１次モードでたわんだ状態におけるたわみ形状（
たわみ曲線）とその２階微分及び３階微分を算定した例
を第３図（ａ、）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ
）に示す。第３図（ｂ）　、　（Ｃ）　ｌ　（ｄ）は第
１図における構造の損傷部がない場合（健全状態）と損
傷部がある場合（損傷状態→図中点線）を対比して示す
。

第３図（１３）の１は第１図で示した単純梁の構造物で
あり、２は損傷場所を示す。

第３図（ａ）の下段に１次振動千−ドｙの変形状態（第
３図（ｂ））における２階微分（第３図（Ｃ））模式的
に示すが、変形ｙでは健全状態と損傷状態の差が小さい
が、２階微分及び３階微分では損傷部で著しい変化が生
じており、損傷部の検出が容易となる。

構造物の損傷は、微小なものからかなり大きなものまで
存在する。検知し得る損傷の限界により、本発明で使用
する装置の密着性、測定個数が異なって来ることは当然
である。

すなわち、微少損傷を検出ブるためには、密着性を良＜
シ２、測定点を密にする必要があるが、−般のかなり太
き′な損傷ではかならずｔ７もその必要がな（、「でき
るだけ密着させる」ことで満足できろ、７ 等断面梁を構造物に付設する手段としては次の方法があ
る。

■　スポット溶接 ■　接着剤による貼付け（歪ゲー・ジと同様）■　永久
磁石による方法（鋼製構造物の場合）■　接着テープに
よる貼付 いずれの方法でも、接着力は、検出装置に発生するせん
断力以、ト必要であり、そのため検出装置の剛性が小さ
い方が接着が容易となる。

しかし、これは本質的なことではな（、上記■〜■によ
り可能である。

本発明の対象となる構造物には次のようなものがある。

１橋梁、２煙突、３鉄塔、４鉄骨、５建築物。

６パイプライン、７海洋構造物　等 の大型構造で、点検が比較的困難なものに適する。

これらについては、密着性は問題ない。又製作時、建造
時に取付けることも考えられるので、この場合は構造物
への組込みをほとんどの場合問題とならないと考えられ
る。

等断面梁の材料どしては次のものを使用することかでき
る。

■　小さな調料（矩形１箱形、パイプ）。

■　プラスチック材。

■　非鉄金属（アルミ合金、銅合金）。

上記■、■の場合、ヤング率Ｅが鋼に比べ小さいので、
鋼構造物に対しては感度が高（なる。

但し、温度補正を行う装置（システム）を組込む必要が
でてくる。

歪ゲージ貼付個所は次のようにする。

構造物によって損傷の確率の高い部分が予想されること
もあり、これ等については、その部分に密に取付けるこ
とができる。

但し一般的には構造物全長の％。〜１／１００程度に分
割し、その部分に歪ゲージを貼付する。

〔発明の効果〕

本発明による構造物のたわみ形状変化の計測方法は、計
測対象構造物の剛性に比較して弱い剛性を持つ等断面梁
を、構造物の全長又は全高にわたって密着させて設置し
、この等断面梁の曲げ歪。

又は剪断歪の長さ方向又は高さ方向の分布を計測するこ
とにより、構造物のたわみ形状の変化を検出することに
より、次の効果を生ずる。

計測対象となる構造物のたわみ形状の変化を高感度に計
測できる。

このため構造物の１部分に損傷部が発生した場合には、
その個所を容易に検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は、本発明の実施例を示し、
第１図は構造物の単純梁にした模式図、第２図は第１図
のＡ部の拡大図、第３図（ａ、）は計測対象構造物の側
面図、第３図（ｔ））　、　（Ｃ）　、　（ｄ）は第３
図（ａ）における変位２曲げ歪、剪断歪図を示す。 １・・・構造物　　２・・・損傷部　　３・・・等断面
梁４・・・取付治具　　　５，６・・・歪ゲージ廓１閃 隋２図 肩３’ＥＪ （（：Ｌ） □健全孜ｒと −−−−−１１φもＡ欠’ｌ、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　計測対象構造物の剛性に比較して弱い剛性を持つ等断
   面梁を構造物の全長又は全高にわたって密着させて設置
   し、この等断面梁の曲げ歪、又は剪断歪の長さ方向又は
   高さ方向の分布を計測することにより、構造物のたわみ
   形状の変化を高感度に検出することを特徴とする構造物
   のたわみ形状変化の計測方法。