JPH0339574B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばダム、橋脚等の構造物に使用
されるコンクリートのヤング率をコンクリート構
造物の内部において検出するための装置に関する
ものである。

一般に、構造物に用いられているコンクリート
は、時間の経過に伴つて次第にその固さを増して
行き固化するもので、そのヤング率はコンクリー
トの硬化とともに増加して行く。また、このヤン
グ率はコンクリートの養生条件、即ち周囲の温
度、湿度、凝結、膨張、クリープ等によつても変
動するものである。このようなコンクリートのヤ
ング率を検出することは、例えばダム等の構造物
の強度を測定するような場合において極めて重要
なことである。

従来、このようなコンクリートのヤング率を検
出する場合、被測定対象であるダム等の構造物の
一部を供試体として切り出して測定するか、また
はこの構造物を構築する際に構造物と同一構造と
見なせるコンクリートの供試体を作製し、例えば
これを水中養生しつつ、実験室内において圧縮載
荷試験を行うことによりヤング率の測定を行つて
いた。しかしながら、実際上のヤング率は、前述
したように、周囲の条件等により変動するもので
あるから、このような実験室内において同一条件
を再現することは極めて難しく正確なヤング率を
求めることは不可能であつた。

そこで、従来の他の方法として、ダム等の構造
物のコンクリート（マスコンクリートと称されて
いる）中に、このコンクリートから隔離（絶縁）
して同配合のコンクリートにより形成したコンク
リート柱を設け、さらにこのコンクリート柱を加
圧するための油圧シリンダ（油圧ジヤツキ）を埋
設してなり、この油圧シリンダによりコンクリー
ト柱を加圧してひずみを生じさせそのひずみ量と
油圧シリンダによる加圧力を検出してヤング率を
求める方法が行われていた。この方法によると、
上述した従来例のように実験室内において測定す
る場合と比較してコンクリートの養生条件は略同
じとすることができる。しかしながら、コンクリ
ート中に埋設した油圧シリンダには、銅パイプな
どにより外部から送油する必要があるが、このパ
イプはコンクリート打設時の保守が困難であるば
かりでなく、錆や変形の虞れがあるため、特に長
期にわたる測定を行う場合には保守も容易ではな
かつた。また、ダムのようにコンクリートをリフ
トにより分割打設するような場合、前記パイプの
接続延長を頻繁に実施しなければならず、さらに
油圧シリンダは重量物であり運搬に不便である等
の理由から、その必要性を痛感しつつも実際には
利用されていない状況にある。

一方、このような難点のある油シリンダ（油圧
ジヤツキ）を用いずにコンクリートのヤング率を
測定しようとする試みが特公昭55−17933号公報
においてなされている。

すなわち、この公報に記載されているヤング率
測定装置は、基板上にヤング率の小なる直筒と、
ヤング率の既知なる直円柱体の基準材を同心的に
載置すると共に基準材を直筒内に構成される心柱
部の下半部となし、基準材の上に同基準材の外径
と内径が略等しく且つヤング率の小なる直円筒形
の起歪筒を突合せて前述心柱部の上半部となし、
直筒の上端に載置した環状板の内側と起歪筒の上
端内縁が面一に接するようにし、基準材の外側と
起歪部の外側にそれぞれひずみ測定器を設けてあ
る。そして、ヤング率が未知の心柱部上半部の上
部とヤング率が既知の心柱部下半部をなす基準材
の下部とに加わる軸方向外力によつて、基準材の
外側と起歪筒の外側にそれぞれ発生するひずみ値
E₁とE₂とを測定して、式 E₂＝ε₁・E₁／ε₂ から未知のヤング率E₂を測定するようにしてい
る。

しかしながら、この従来装置には、上半部のコ
ンクリート心柱部と基準材との間に恣意的あるい
は人為的に外力を負荷する手段が何ら存在しな
い。したがつて、コンクリート心柱部と基準材と
の間には、コンクリート構造物自体にかかる不特
定の外力か、コンクリート心柱部が経時的に硬化
していく過程での変形（自然変形）、環境温度の
ひずみ、コンクリート心柱部のクリープひずみ等
の総合されたものが外力として負荷されることに
なる。

従つて、このような種々雑多な外力が上・下心
柱部に負荷されるため、上部心柱部に生ずるひず
みは、上記すべてのひずみを含み、その結果、ヤ
ング率は、実際より小さくなつてしまう。つま
り、コンクリート心柱部の正確なヤング率は求め
られないという問題がある。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたも
ので、ヤング率の被検出対象であるコンクリート
中に容易に設置することができ、設置後の保守も
容易であり、しかも、正確にコンクリートのヤン
グ率を検出し得るコンクリートのヤング率検出装
置を提供することを目的としている。

すなわち、本発明は、上記目的を達成するため
に、電気エネルギを熱エネルギに変換する電熱手
段により加熱され伸長する膨張管を中空柱状管内
の一端側に配置し、前記中空柱状管をコンクリー
トに埋設するときそのコンクリートと同質のコン
クリートにより内部にひずみ検出手段が埋設され
るコンクリート柱を前記中空柱状管内の他端側に
周囲と絶縁シートを介して絶縁して配置し、前記
膨張管と前記コンクリート柱との間に荷重変換器
を介挿してなり、前記電熱手段に通電することに
より前記膨張管を伸長せしめて前記荷重変換器を
介して前記コンクリート柱に荷重を負荷したと
き、前記ひずみ検出手段から出力される前記コン
クリート柱の所定範囲におけるひずみ量に対応し
た電気信号と、前記荷重変換器から出力される前
記荷重に対応した電気信号とを得て前記コンクリ
ートのヤング率を検出し得るように構成したこと
を特徴としたものである。

以下、本発明の一実施例を図に基き詳細に説明
する。

図は、本発明の一実施例であるヤング率検出装
置を被検出対象であるコンクリート構造物中に埋
設させた状態を示す縦断面図である。

同図において、１は被検出対象であるコンクリ
ートで、２はそのコンクリート１を打設する前に
配設された両端が開口し円筒状をなす収納ケース
である。この収納ケース２の一端側には、両端が
フランジ状に形成された円筒状のステンレススチ
ール製の膨張管３が挿入されており、この膨張管
３のフランジ部３ａと収納ケース２との間には防
塵あるいは防水のためのゴムリングまたはシール
材よりなるストツパ４ａが間挿されている。膨張
管３の中空部には外部電源より通電されて発熱す
る電熱ヒータ５が挿入されており、ケーブル６ａ
を介してコンクリート１の外部から電源を印加さ
れるように構成されている。７ａは、この膨張管
３のフランジ部３ａをコンクリート１に固定する
ためのアンカである。この収納ケース２の内部に
は、上記膨張管３の他方（図の場合上端）のフラ
ンジ部３ｂと連接されて、両端がフランジ状に形
成された円柱型の荷重変換器８が挿入されてい
る。この荷重変換器８は、例えば、フランジ部８
ａと一体または一体的に連接された円柱状起歪体
が圧縮されて圧縮ひずみを生じたとき、その圧縮
ひずみを起歪体に接着されたひずみゲージにより
電気信号に変換して出力するものであり、この場
合フランジ部８ａと８ｂに荷重（外力）が負荷さ
れたとき、その荷重に対応した電気信号をケーブ
ル６ｂを介してコンクリート１の外部に送出する
ようになつている。荷重変換器８のフランジ部８
ａは収納ケース２内において膨張管３のフランジ
部３ａと密接している。また、荷重変換器８のの
フランジ部８ｂと収納ケース２との間にはストツ
パ４ａと同様のストツパ４ｂが間挿されている。
この収納ケース２の他端側と荷重変換器８のフラ
ンジ部８ａとの間の領域にはコンクリート１と同
質のコンクリートが流し込まれ、収納ケース２に
より周囲のコンクリート１と隔絶されるようにし
て、円柱状をなすコンクリート柱９が形成されて
いる。このコンクリート柱９の一端（図において
下端）は、荷重変換器８のフランジ部８ｂに設け
られたアンカ７ｂと固着されている。コンクリー
ト柱９の外周と収納ケース２の内周との間には摩
擦防止用の発泡ウレタン性のシート１０が介挿さ
れている。さらにコンクリート柱９の中には、コ
ンクリート柱９に生じたひずみを検知して電気信
号としてケーブル６ｃを介してコンクリート１の
外部へとひずみ値に対応した電気信号を出力する
ひずみ検出器１１（例えば、周知のカールソン型
ひずみ計またはひずみゲージ式ひずみ計等）が収
納ケース２の中心と同心に、すなわち膨張管３、
荷重変換器８と同心状に設置されている。

このように構成されたヤング率検出装置は、次
のように動作する。

先ず、ケーブル６ｃを介して電熱ヒータ５に電
源が供給されると、膨張管３が内部より加熱され
て軸方向に伸長し、膨張管３のフランジ部３ｂが
荷重変換器８のフランジ部８ａを押圧する。荷重
変換器８は、この押圧力を電気量に変換しケーブ
ル６ｂを介して外部に設けられた荷重計（図示せ
ず）に荷重に対応した信号を出力する。次に、荷
重変換器８のフランジ部８ｂはコンクリート柱９
の下端部を前記押圧力により押圧し、コンクリー
ト柱９に圧縮ひずみを生じさせる。するとコンク
リート柱９内に埋設したひずみ検出器１１は、コ
ンクリート柱９における所定範囲（ひずみ検出器
１１の両端部間距離）における変位（ひずみ量）
を電気量に変換しケーブル６ｃを介して外部に設
置した周知のひずみ計測器（図示せず）に、その
ひずみ量に対応した電気信号を出力する。このよ
うにして出力された荷重およびひずみ量を用い
て、コンクリート柱９で代表されるコンクリート
１のヤング率が求められる。即ち、コンクリート
柱９に負荷される荷重をPc、この荷重が加えら
れる面の面積をAcとすると、コンクリート柱９
に負荷される応力σは、 σ＝Pc／Ac (1) となる。この応力σによりひずみ検出器１１に生
じたひずみ量をεcとすると、コンクリート柱９の
ヤング率Ecと応力σとの間には、 Ec＝σ／εc (2) の関係があるので、(1)、(2)式よりコンクリート柱
９で代表されるコンクリート１のヤング率Ecは、 Ec＝Pc／（Ac×εc） (3) として求めることができる。

次に、このヤング率検出装置の各部位の変位と
荷重変換器８およびひずみ検出器１１の出力値で
ある荷重Pcおよびひずみ量εcとの間にある関係
を理論および具体的な数値に基いて述べる。

先ず、幾つかの内包される誤差として、膨張管
３の熱膨張によるコンクリート柱９の圧縮以外に
荷重変換器の変形があるが、その量はコンクリー
ト柱９と膨張管３の変形に比較して小さいため無
視することとする。また、コンクリート柱９の中
に挿入されたひずみ検出器１１によるコンクリー
ト柱９の断面積減少も無視することとする。この
ような近似のもとに各部の変位、出力等の算出を
行う。

膨張管３が無拘束状態において、その温度がｔ
だけ上昇したとすると、その時の伸び量である自
由膨張Δlは、 Δl＝ｔ・βs・ls (4) となる（ここで、lsは膨張管３の温度上昇前の長
さ、βsはその線膨張係数とする）。この膨張管３
がコンクリート柱９により拘束されることにより
Δl′だけ圧縮されるものとすると膨張管３がコン
クリート柱９に負荷する荷重Psは、 Ps＝（Δl′／ls）・Es・As (5) となる（ここで、Esは膨張管３のヤング率、As
はその断面積である）。このとき、変位部９は結
果的にΔl−Δl′だけ圧縮されたことになり、この
圧縮力をPcとすると、 Pc＝｛（Δl−Δl′）／lc｝・EcAc (6) となる（ここで、lcはコンクリート柱９の変位前
の長さ、Acはその断面積である）。膨張管３によ
る荷重Psとコンクリート柱９の圧縮力Pcは当然
等しいものであるから、(5)、(6)式より、 （Δl′／ls）・Es・As＝｛（Δl−Δl′） ／lc｝・Ec・Ac (7) となり、この式よりΔl′は、 Δl′＝Δl・Ec・Ac・ls／ （Es・As・lc＋Ec・Ac・ls） (8) と求まる。従つて、コンクリート柱９の変位Δx
は、 Δx＝Δl−Δl′＝Δl・Es・As・lc／ （Es・As・lc＋Ec・Ac・ls） (9) となり、このときのコンクリート柱９に生じるひ
ずみεcは、 εc＝Δx／lc＝Δl・Es・As／ （Es・As・lc＋Ec・Ac・ls） (10) となり、(4)式を用いると、 εc＝ｔ・βs・ls・Es・As／ （Es・As・lc＋Ec・Ac・ls） （11） と求まる。また、膨張管３に生じるひずみεsは、
(8)式より、 εs＝Δl′／ls＝Δl・Ec・Ac／ （Es・As・lc＋Ec・Ac・ls） （12） となり、(4)式を用いると、 εs＝ｔ・βs・ls・Ec・Ac／ （Es・As・lc＋Ec・Ac・ls） （13） と求まる。

このようにして、荷重Psおよびひずみεcを検
出することによりコンクリート１のヤング率Ec
を求めることができる。

上述したように、本実施例によれば、例えばダ
ム等を建造する場合において、コンクリート１を
打設する時に同時にそのコンクリート１中に本実
施例であるヤング率検出装置を埋設し、ケーブル
６ａ〜６ｃのみを外部に引き出して設置するた
め、従来行われていた方法の一つのように、コン
クリート構造物からサンプルとするコンクリート
を切り出して実験室内で同一の養生条件のもとに
ヤング率を検出する方法のように手間がかかり且
つ不正確な検出しかできなかつたのに比べ、設置
が容易で、検出精度も非常に良好なヤング率検出
装置が得られる。また、埋め込み式であつても、
油圧シリンダを用いる場合のように油送パイプの
接続に関する問題やシリンダの重量に関する問題
を一切払拭することができる。即ち、装置自体が
被測定対象内に埋設されているため、コンクリー
ト１の養生条件は全く同じにすることができ、機
械的な油圧方式ではなく電気的にコンクリート１
に荷重を加え、その時の変動あるいは変位を電気
的に取り出しているため極めて正確にヤング率の
検出を行うことができる。

また、上記特公昭55−17933号公報に記載のコ
ンクリートのヤング率測定装置のように、人為的
外力負荷手段のないものは、コンクリート心柱部
の実ひずみ（真のひずみ）のみならず、コンクリ
ートの乾燥収縮の過渡的変化、クリープひずみ、
温度ひずみ等が重畳したひずみを検出することと
なるので、真のひずみが得られず、従つて、正確
なヤング率を測定することができない、という難
点があつたが、本実施例によれば、コンクリート
柱の乾燥収縮やクリープがあつても、毎回のヤン
グ率測定にあたつては、先ず、電熱手段による加
熱をしない状態（つまり、コンクリートに無負荷
の状態）での荷重変換器およびひずみ検出手段の
出力と、電熱手段を加熱し、膨張管を伸長させて
コンクリート柱に外力を負荷した状態での荷重変
換器およびひずみ検出手段の出力とを、それぞれ
検出し得るように構成してあるから、経時的なコ
ンクリートの膨張・収縮、クリープ変化、環境温
度変化があつても、各回の測定時間中、つまり、
電熱手段の加熱前・後の短い測定時間内での変化
は、殆んど無視することができ、従つて、各回毎
に検出されるひずみおよび荷重値には、コンクリ
ートの乾燥収縮、クリープひずみ、環境温度ひず
みの影響は全く除外され、真のコンクリートのヤ
ング率（瞬間弾性係数）が測定できるという大き
な利点が得られる。

また、コンクリート内の装置と外部との間の入
出力は、すべてケーブル６ａ〜６ｃによつてのみ
行われているため、その延長接続等は、例えば油
送パイプの場合と比較してはるかに自由なもので
ある。

さらに、収納ケース２の内壁とコンクリート柱
９との間にはシート１０が介挿されているため、
コンクリート柱９が硬化中に収納ケース２に附着
することがなく、また、コンクリート柱９と収納
ケース２間の摩擦が防止され、検出精度への影響
がない。

さらにまた、装置の制御および検出を電気的に
行つているため、外部に設置する荷重計測器、ひ
ずみ計測器等の計測器を一つに統一することがで
き、従つて装置の運搬も便宜となり、また装置全
体のコストダウンを図ることも可能である。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、その要旨を逸脱しない範囲において
種々変形実施が可能なことは言うまでもない。

例えば、電熱ヒータ５は、特に防湿上膨張管３
内に設置されていた方が都合が良いが、防湿処理
等が完全であれば膨張管３の外周囲にコイル状に
巻装されていてもよい。また、この電熱ヒータ５
にサーモスタツト並びに温度計等を取り付けるこ
とにより、膨張管３の温度上昇をより正確に制御
することもできる。また、コンクリート１のヤン
グ率Ecの検出は、コンクリート１の硬化の時間
的変化を追つて数回にわたり検出しそのヤング率
Ecの変動推移を求めることもできる。さらに電
熱ヒータ５に加える電流の大きさを制御して種々
の荷重Psをコンクリート柱９に負荷させてコン
クリート１の状態を調査することもできる。

以上詳述したように、本発明によれば、ヤング
率の検出を被検出対象である構造物のコンクリー
ト中にて行え、しかもその検出のための装置の制
御および検出をすべて電気的に行い得るため、装
置の設置および設置後の保守が容易であるととも
に、各測定時には、電熱手段による膨張管の伸長
前と後のコンクリート柱の所定範囲におけるひず
み量に対応した電気信号と、荷重に対応した電気
信号とを得ることができるので、コンクリートの
経時的な膨張収縮、クリープひずみ、環境温度変
化に伴う温度ひずみ等による影響は一切受けず、
極めて正確にコンクリートのヤング率を検出し得
るコンクリートのヤング率検出装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の一実施例であるヤング率検出装
置を被検出対象であるコンクリート構造物中に設
置した状態を示す縦断面図である。 １……コンクリート、２……収納ケース、３…
…膨張管、５……電熱ヒータ、６ａ〜６ｃ……ケ
ーブル、８……荷重変換器、９……コンクリート
柱、１０……発泡シート、１１……ひずみ検出
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電気エネルギを熱エネルギに変換する電熱手
   段により加熱され伸長する膨張管を中空柱状管内
   の一端側に配設し、前記中空柱状管をコンクリー
   トに埋設するときそのコンクリートと同質のコン
   クリートにより内部にひずみ検出手段が埋設され
   るコンクリート柱を前記中空柱状管内の他端側に
   周囲と絶縁シートを介して絶縁して設置し、前記
   膨張管と前記コンクリート柱との間に荷重変換器
   を介挿してなり、前記電熱手段に通電することに
   より前記膨張管を伸長せしめて前記荷重変換器を
   介して前記コンクリート柱に荷重を負荷したと
   き、前記ひずみ検出手段から出力される前記コン
   クリート柱の所定範囲におけるひずみ量に対応し
   た電気信号と、前記荷重変換器から出力される前
   記荷重に対応した電気信号とを得て前記コンクリ
   ートのヤング率を検出し得るように構成したこと
   を特徴とするコンクリートのヤング率検出装置。