JPH0629800B2 - 鉄筋の非破壊応力測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は鉄筋の応力測定方法、特に鉄筋を切断するこ
となく測定することのできる非破壊応力測定方法に関す
るものである。

「従来の技術」 既存の鉄筋コンクリート造構造物の耐震性能を把握する
場合等に実施される構造診断においては、その構造物の
柱や梁等の構造体中の鉄筋に作用している応力を測定す
ることが重要である。この鉄筋の応力を測定する際して
は、まず、コンクリートをはつつてコンクリート中に埋
設されている鉄筋を露出させ、その後、その鉄筋を切断
して、切断前後の鉄筋の歪量の変化を計測し、その計測
結果から応力を求めるという手段をとることが一般的で
ある。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、そのような手段では、鉄筋を切断してしまう
ことから、構造体の強度に悪影響を及ぼす恐れがある
し、測定後には鉄筋を再接続した上で充分な補強を施す
必要がある。また、鉄筋の切断作業に手間と時間がかか
るばかりでなく、切断に先立つて、まず切断箇所周辺の
コンクリートを広い範囲にわたつてはらなければなら
ず、さらに測定終了後には、その広い範囲にわたつては
つた部分にコンクリートを充填して復旧しなければなら
ないから、そのための手間や時間がかかつて測定作業の
能率は良くなく、費用もかさむという問題があつた。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、鉄筋を
切断することなく、その応力を計測し得る方法を提供す
ることを目的とする。

「問題点を解決するための手段」 この発明は、鉄筋の表面にその鉄筋の軸方向の歪を計測
する歪ゲージを貼付した後、その歪ゲージの貼付された
位置より鉄筋の軸方向に所定寸法離間する位置の鉄筋表
層部に、所定の幅寸法を有する溝を形成して、その溝が
形成されることによつて生じる鉄筋の歪を上記歪ゲージ
により計測し、その計測値に基づいて鉄筋に作用してい
る応力を測定することを特徴としている。

「作 用」 この発明は、応力の作用している鉄筋の表層部に溝を形
成すると応力が部分的に解放されて応力値が変化し、そ
の変化量（応力解放値）から鉄筋全体に作用している応
力値を求めることができることを着目したものである。
そして、その応力解放値を、溝の形成前後の歪の変化量
を計測することによつて求めるものである。

「実施例」 以下、この発明の応力測定方法を、コンクリート中に埋
設されている鉄筋に対して適用する場合の実施例につい
て第１図ないし第７図を参照して説明する。

まず、第１図ないし第５図を参照して第１実施例を説明
する。これらの図は、この第１実施例の方法によつて応
力測定を行つている状態を示しており、図中符号１は、
鉄筋コンクリート造構造物の構造体を形成しているコン
クリート、２はそのコンクリート１中に埋設されている
測定対象の鉄筋、３はこの鉄筋２の軸方向に沿つて形成
されているリブ、４は節である。

この鉄筋２の軸方向に作用している応力（引張応力）の
値σを計測するに際し、まず、第１図ないし第３図に示
すようにコンクリート１の表面を溝状にはつつて鉄筋２
のリブ３を露出させる。

そして、この露出したリブ３の表面を研磨して平滑にし
た後、第４図および第５図にその詳細を示すように、リ
ブ３上に歪ゲージ５を貼付する。この歪ゲージ５は、鉄
筋２の歪に伴つて銅合金やニツケル合金からなる電線５
ａが伸び縮みすることによりその電線５ａの電気抵抗値
が変化することを利用して、鉄筋２の長さ方向の微小な
歪を計測するもので、従来より各種の部材の歪を測定す
るに際して一般に用いられているものである。なお、図
中符号５ｂは、歪測定機本体（図示略）に接続されるケ
ーブルである。

そして、歪ゲージ５の近傍に、金ノコまたは金ヤスリ等
の工具を用いて、リブ３に切り込みを入れて深さ寸法ｄ
の溝６を形成する。この溝６は、リブ３に直交するよう
にし、その深さｄはリブ３の高さ程度とする。また、こ
の溝６の幅寸法（図中２Ｒ_１で示す）は１〜２mm程度と
することが望ましく、溝６を形成した後、この寸法２Ｒ
_１を正確に測定する。さらに、この溝６と歪ゲージ５と
の芯々寸法（図中ｒ_１で示す）も正確に測定する。

そして、上記の溝６を形成することによつて、鉄筋２に
作用している応力が部分的に解放され、鉄筋２の歪量が
変化するので、この歪の変化量を歪ゲージ５により計測
し、この計測値から解放された応力値（応力解放値）σ
_１を計算する。（なお、解放される応力は、鉄筋２に作
用している応力とはその向きが逆であるので、σ_１の値
はマイナスとなつている。） 以上で求めたσ_１の値と、歪ゲージ５と溝６との間の寸
法ｒ_１、および溝６の幅寸法の二分の一の値（すなわち
Ｒ_１）とから、溝６の深さｄが充分に深い場合には、鉄
筋２に作用している応力値σは、下記(1)式により求め
ることができる。

また、溝６の深さｄが浅い場合には、下記(1)式により
応力値σを求めることができる。

なお、(1)式において、Ｃは鉄筋径により決まる定数で
ある。

以上の手順による測定が終了したら、歪ゲージ５をはが
し、溝６の周辺をたたいて溝をつぶすか、あるいは溶接
により溝６を埋め、その後、はつつた部分にコンクリー
トを充填して、測定前の状態に復旧する。

このように、この方法によれば、鉄筋２を切断すること
なく、その表層部に小さな溝６を形成することのみで応
力測定ができ、構造体の強度に悪影響をおよぼす恐れは
ほとんどなく、測定後の補強も不要である。また、コン
クリート１のはつりおよび復旧も、鉄筋２の表面が露出
する程度の最小限の範囲に対して行えば良く、それらの
作業を大幅に軽減することが可能となる。

ここで、上記（１）式および（１）′式が如何にして導
き出されたかについて説明する。

第８図（イ）に示すように半径Ｒの孔を有する平板状の
試験体を想定し、この試験体にｘ方向応力σ_ｘ、ｙ方向
応力σ_ｙが作用しているとする。

いま、孔の中心から極座標（ｒ、φ）の位置に、おける
点Ｐに作用する孔の半径方向の応力σ_ｒに着目すると、
このσ_ｒは、Kirshの解により次のようになる。

一方、孔を形成する前における同方向の当初応力σ_ｒ′
は、モールの応力円から、 となる。

したがって、孔を形成することにより開放された応力
（応力開放値）σ_ｒ″は、（ａ）式、（ｂ）式から、 となる。

ここで、上記の平板状の試験体を第８図（ロ）に示すよ
うに幅２Ｒの溝を有する鉄筋に置き換えて考えると、上
記（ｃ）式においてφ＝０、σ_ｙ≒０であり、また、４
乗項は無視できるから、 そして、（１）式に対応させて当初応力σ_ｘをσに、開
放応力値σ_ｒ″をσ_１に、孔の半径Ｒを溝の幅の半分の
値Ｒ_１に、孔と点Ｐとの間の距離ｒを溝と点Ｐとの芯々
寸法ｒ_１にそれぞれ置き換えると、 となり、これをσに関する式に書き換えたものが（１）
式である。

次に、（１）′式について説明する。

当初応力値σは、鉄筋に作用している荷重をＰ、鉄筋断
面積をＳとすると、 σ＝Ｐ／Ｓ （ｆ） である。

また、溝の形成により開放された歪量をε′、鉄筋の弾
性係数をＥとすると、応力開放値σ_１は σ_１＝ε′Ｅ （ｇ） で表される。

故に、（ｅ）式、（ｆ）式、（ｇ）式から となる。この（ｈ）式から、ε′は荷重Ｐに比例するの
で、その比例定数をαとすると、 このαの値は、実験的にたとえば のように表すことができ、さらに、これは と書き換えられる。

そして、この（ｍ）式を（ｉ）式に代入すると、 この（ｎ）式は、（ｆ）式、（ｇ）式から と書き換えられ、これから、 となり、（ｐ）式における とすると この（ｒ）式をσに関する式に書き換えたものが前記
（１）′式である。

次に、第６図ないし第７図を参照して第２実施例を説明
する。この第２実施例では、上述した第１実施例の場合
と同様に、まずコンクリート１をはつつて鉄筋２のリブ
３を露出させた後、リブ３上に、一枚のフイルム７に所
定寸法離間した状態で予め取り付けられている二つの歪
ゲージ５，５を、鉄筋２の長さ方向に沿つて貼付する。
このフイルム７上における歪ゲージ５，５相互の芯々寸
法（図中ｒ_２で示す）の値は、５〜１０mm程度とするこ
とが望ましく、この範囲内で予め正確に設定しておく。

その後、二つの歪ゲージ５，５間のほぼ中央の位置に、
第１実施例の場合と同様の深さ寸法ｄの溝６を形成する
（この時、フイルム７は同時に切断して良い）。この溝
６を形成するに際しては、形成される溝６の幅寸法（図
中２Ｒ_２で示す）か所定の設定値となるような、規格化
された工具を用いることにする。

そして、この溝６を形成することによる、溝６の両側で
の鉄筋２の歪の変化量を歪ゲージ５，５により計測し、
これらの計測値から溝６の両側でのそれぞれの応力解放
値σ_２，σ_３を計算する。

以上で求めたσ_２，σ_３の値と、予め設定されている歪
ゲージ５，５間の寸法ｒ_２、および溝６の幅寸法の二分
の一の値Ｒ_２とから、この第２実施例では鉄筋２に作用
している応力値σは、溝６が充分に深い場合には下記
(2)式で、また、溝６が浅い場合には下記(2)′式により
求めることができる。

このように、この第２実施例では、第１実施例と同様に
鉄筋２を切断することなく応力測定ができるとともに、
測定作業が一層簡単になる。すなわち、この第２実施例
では、溝６の深さｄが充分深い場合には、(2)式から明
らかなように、二つの歪ゲージ５，５の相互間の寸法ｒ
_２と、溝６の幅寸法の二分の一の値Ｒ_２を用いて応力値
σを求めるものであり、溝６と歪ゲージ５との寸法は測
定結果に影響しない。したがつて、ｒ_２，Ｒ_２の値をそ
れぞれ予め設定しておくことにより、上記の(2)式にお
ける（ｒ₂ ²／Ｒ₂ ²）の値は常に定数となり、応力解放値
σ_２，σ_３のみから、直ちに応力値σを求めることがで
きる。また、溝６の深さｄが浅い場合にも、応力解放値
σ_２，σ_３と溝６の深さ寸法ｄとから応力値σを求める
ことができる。

このように、この第２実施例では、第１実施例の場合の
ように、そのつど溝６の幅や溝６と歪ゲージ５間の寸法
を計測する必要はない。そして、それらの寸法を測定時
に正確に計測すること（あるいは設定位置に正確に溝を
形成すること）は熟練を要するものであるから、この手
間を省くことで、より高精度に、かつより簡便に応力測
定が行えることになる。

ここで、上記（２）式および（２）′式が如何にして導
き出されたかについて説明する。

第７図に示すように一方（図示左方）および他方（同、
右方）の歪ゲージ５，５と溝６との芯々寸法をそれぞれ
ｒ_２′、ｒ_３′とすると、前記（１）式からそれぞれ次
式が成り立つ。

（イ）式より 故に 同様に、（ロ）式より 故に そして、 ｒ_２＝ｒ_２′＋ｒ_３′ （ト） であるから、（ト）式、（ニ）式、（ヘ）式より 故に となり、この（リ）式をσに関する式に書き換えたもの
が（２）式である。

さらに、溝の深さｄが浅い場合には、同様に以下のよう
になる。

前記（１）′式より （ヌ）式、（ル）式より （ト）式、（ヲ）式、（ワ）式より 故に この（ヨ）式をσに関する式に書き換えたものがすなわ
ち（２）′式である。

なお、上記実施例はいずれもリブを有する異形鉄筋に対
して適用したが、この発明は異形鉄筋に限らず種々の形
状の鉄筋に対して適用できることは勿論である。

「発明の効果」 以上詳細に説明したように、この発明によれば、鉄筋に
歪ゲージを貼付し、その近傍の鉄筋表層部に溝を形成す
ることにより応力を測定するようにしたから、鉄筋を切
断する必要がなく、したがつて、構造体に悪影響を及ぼ
す恐れがなく、また、測定後の補修が最小限で済むとい
う効果を奏する。また、コンクリート中に埋設されてい
る鉄筋に対してこの方法を適用するに際しては、コンク
リートのはつり作業およびその復旧作業が必要最小限で
済み、測定の手間、時間、費用を大幅に削減することが
可能となり、能率良く測定を行う事ができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第７図はこの発明の実施例を示す図であ
る。第１図ないし第５図は第１実施例の方法により応力
測定を行つている状態を示し、第１図は平面図、第２図
は正面図、第３図は側断面図、第４図は第１図における
IV部の拡大平面図、第５図は第２図におけるＶ部の拡大
正断面図である。第６図および第７図は第２実施例の方
法により応力測定を行つている状態を示し、第６図は要
部の平面図、第７図は要部の正断面図である。第８図は
本発明において用いる計算式を導き出すための説明図で
ある。 ２……鉄筋、５……歪ゲージ、６……溝。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄筋に作用している軸方向応力を測定する
   に際し、鉄筋の表面にその鉄筋の軸方向の歪を計測する
   歪ゲージを貼付した後、その歪ゲージの貼付された位置
   より鉄筋の軸方向に所定寸法離間する位置の鉄筋表層部
   に、所定の幅寸法を有する溝を形成して、その溝が形成
   されることによつて生じる鉄筋の歪を上記歪ゲージによ
   り計測し、その計測値に基づいて鉄筋に作用している応
   力を測定することを特徴とする鉄筋の非破壊応力測定方
   法。