JPH0860874A

JPH0860874A - 自己診断部材並びに自己修復部材及びこれらの機能を備えた構造鋼材並びに構造体の損傷検知システム

Info

Publication number: JPH0860874A
Application number: JP14661395A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Kakizawa; 忠弘柿沢; Sadatoshi Ono; 定俊大野; Toshio Saito; 俊夫斉藤; Takatoshi Ogawa; 孝寿小川; Shunsuke Sugano; 俊介菅野
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 1994-06-13
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1996-03-05
Anticipated expiration: 2019-10-27
Also published as: JP3583191B2

Abstract

(57)【要約】【目的】最適な態様で形状記憶合金を活用して、構造
体の変形を自己診断し、適正な変形値に構造体を自己修
復させる。【構成】０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの細径のＮｉＴｉ合
金製ワイヤ３０及び超弾性合金性ワイヤ３２が直線結束
状に集束され、４ｍｍ〜１０ｍｍの太径とされている。
また、この構造鋼材２８を構成する細径のＮｉＴｉ合金
製ワイヤ３０及び超弾性合金性ワイヤ３２の少なくとも
一つが歪み量を検出するセンサとされ、構造体に埋め込
まれている。構造体が変形すると、構造鋼材２８が歪
み、ＮｉＴｉ合金製ワイヤ３０及び超弾性合金性ワイヤ
３２の電気抵抗の変化を検出することで、構造体の変形
量が判断でき、また、構造鋼材２８全体を通電等によっ
て加熱することにより、形状を変形前に復元する復元力
を発揮させ、構造鋼材の変形値を適正に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造体の変形量を検出
して適正な変形値に修復するインテリジェント・マテリ
アルに適用される自己診断部材並びに自己修復部材及び
これらの機能を備えた構造鋼材並びに構造体の損傷検知
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】建築、土木の分野では、構造体の崩壊を
引き起こす変形を早期に自己診断して、タイムリーに自
己修復するインテリジェント・マテリアルと呼ばれる新
しい材料の概念が提案されている。

【０００３】このインテリジェント・マテリアルは、複
雑な電気・機械システムによらず、材料自体が診断と修
復を行う点に大きな特徴がある。

【０００４】土木または建築の構造物の機能を３０〜５
０年の長期に渡って維持し続けていくためには、適切な
手法によるモニタリングと修復が必要である。また、地
震等の被害を受けた部材の補修・補強・解体等のために
は、部材に作用した応力−歪みの状態だけでなく、過去
に作用した応力−歪み履歴を正しく把握することが必要
である。部材に作用した歪みを継続する技術としては、
従来は歪みゲージを用いる方法がある。しかし、この方
法は計測場所に応じた必要な点数だけゲージを貼らねば
ならず、システムとしては、非常に煩雑である上、現時
点での歪みしか測定できない。過去に発生した最大歪み
を測定するためには、常時計測する必要がある。

【０００５】近年、光ファイバーを用いたモニタリング
が一部で行われている。この技術は部材の歪みによって
光ファイバーに歪みが発生し、発信する光の光路差の変
化を測定することで歪みを推定する方法である。この方
法では光路差の変化を測定するシステムが非常に複雑と
なるので、計測機器は極めて高価ものとなる。更に光路
差の変化を測定する手法では部材の過去の最大歪み履歴
を検知することができない。従って、この手法が一般的
な技術として展開していくには問題がある。

【０００６】また、最近では、破断伸びが小さな導電繊
維（炭素繊維）と、破断伸びが大きな絶縁繊維（ガラス
繊維）を含むハイブリット複合材料において、破断伸び
が小さな導電繊維が部材の歪みに応じて順次破断するこ
とによる複合材料全体の電気抵抗を測定することで、部
材の最大歪みの推定を行う試みがなされている。しか
し、この複合材料は製造時の繊維張力などの条件により
特性が変化するので、一定の品質の複合材料を製造する
ことは困難である。また、用いている導電性繊維の最大
歪みは小さく、計測できる最大歪みには限界があるとい
った問題がある。

【０００７】インテリジェント・マテリアルにおいて
は、変形量を検知し、しかも自己修復するという２つの
機能を同時に活用している例は殆ど見られないが、候補
として形状記憶合金の使用が考えられる。

【０００８】しかし、形状記憶合金の基礎的な特性は知
られているものの、どのように、センサーあるいはアク
チュエータとして実際の構造体に適用すればよいのか、
解決しなければならない問題点が山積している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は係る事実を考
慮して、最適な態様で形状記憶合金を活用して、構造体
の変形を自己診断し、適正な変形値に構造体を自己修復
させることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の自己診
断部材は、土木または建築の構造体の変形領域に配置さ
れ前記構造体の使用状態から終局状態に至るまでの変形
量を検出する超弾性合金製ワイヤと、構造体の変形領域
に配置され前記構造体の終局状態の変形量を検出するＮ
ｉＴｉ合金製ワイヤと、で構成されたことを特徴として
いる。

【００１１】請求項２に記載の自己診断部材は、前記超
弾性合金製ワイヤ及び前記ＮｉＴｉ合金製ワイヤの径が
０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとされたことを特徴としてい
る。

【００１２】請求項３に記載の自己修復部材は、細径の
超弾性合金製ワイヤとＮｉＴｉ合金製ワイヤをより線状
または直線結束状として集束し、あるいは前記超弾性合
金製ワイヤと前記ＮｉＴｉ合金製ワイヤのどちらか一方
をより線状または直線結束状として集束して構成され、
構造体の変形領域に配置されて回復力を発現し適正な構
造体の変形値に制御することを特徴としている。

【００１３】請求項４に記載の自己修復部材は、直線形
状を記憶させて曲線加工し構造体の変形領域に配置され
たことを特徴としている。

【００１４】請求項５に記載の自己修復部材は、前記超
弾性合金製ワイヤと前記ＮｉＴｉ合金製ワイヤとの径が
０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとされたことを特徴とすること
を特徴としている。

【００１５】請求項６に記載の構造鋼材は、太径のＮｉ
Ｔｉ合金製ワイヤの周囲へ、細径のＮｉＴｉ合金製ワイ
ヤ及び／又は超弾性合金製ワイヤを変形量を検出するセ
ンサとして巻付けて構成され、構造体の変形領域に配置
されて変形量を検出し、この変形量に応じて回復力を発
現し適正な構造体の変形値に制御することを特徴として
いる。

【００１６】請求項７に記載の構造鋼材は、細径のＮｉ
Ｔｉ合金製ワイヤをより線状または直線結束状に集束
し、少なくとも一つの細径のＮｉＴｉ合金製ワイヤが歪
み量を検出するセンサとして構成され、構造体の変形領
域に配置されて変形量を検出し、この変形量に応じて力
を発現し適正な構造体の変形値に制御することを特徴と
している。

【００１７】請求項８に記載の構造体の損傷検知システ
ムは、土木または建築の構造体の変形領域に配置された
超弾性合金製ワイヤと、構造体の変形領域に配置された
ＮｉＴｉ合金製ワイヤと、を備え、前記超弾性合金製ワ
イヤの電気抵抗を測定して構造体の現時点での歪みを検
知し、前記ＮｉＴｉ合金製ワイヤの電気抵抗を測定して
構造体の過去に作用した最大歪みを検知することを特徴
とする。

【００１８】

【作用】請求項１に記載の自己診断部材は、超弾性合金
製ワイヤとＮｉＴｉ合金製ワイヤで構成され、構造体の
変形領域に配置されるようになっている。この構造体は
通常の使用状態（設計応力レベル）で応力が作用すると
変形し、また、地震のダメージ等で終局状態に至る。

【００１９】このような構造体の変形に追従して超弾性
合金製ワイヤとＮｉＴｉ合金製ワイヤには、歪みが生じ
る。

【００２０】ここで、超弾性合金製ワイヤは、歪みに対
する電気抵抗変化の割合が、構造体の通常の使用状態
（超弾性合金製ワイヤがマルテンサイト変態領域に至る
まで）では、ＮｉＴｉ合金製ワイヤより大きく、換言す
ればセンサとしての感度がよい。また、構造体の使用状
態において、繰り返して応力を作用させても、応力と歪
みがほぼ比例し、応力を解除すると、残留歪みが発生せ
ずに、電気抵抗が残留しない。

【００２１】この超弾性合金製ワイヤの電気抵抗値を検
出することによって、構造体の使用状態におけるひび割
れ等を繰り返して正確に検知できる。また、小さな歪み
であっても、電気抵抗の変化として明瞭に現れるので、
初期のひび割れの発見に極めて有利である。

【００２２】一方、ＮｉＴｉ合金製ワイヤは、歪みに対
する電気抵抗変化の割合が、構造体の終局状態（ＮｉＴ
ｉ合金製ワイヤがマルテンサイト変態領域にある状態）
で、最も顕著であり、構造体の大変形や損傷の程度が、
ＮｉＴｉ合金製ワイヤの電気抵抗値を検出することによ
って知ることができる。

【００２３】また、ＮｉＴｉ合金製ワイヤは、構造体の
終局状態において、繰り返して作用させた応力を取り除
いても、残留歪みが発生するため、電気抵抗が残留す
る。この性質を利用して、過去の最大応力や構造体の歪
みの履歴を推定することが可能となる。

【００２４】請求項２に記載の自己診断部材では、超弾
性合金製ワイヤ及びＮｉＴｉ合金製ワイヤの径が０．１
ｍｍ〜１．０ｍｍとされ、この範囲では電気抵抗の変化
の割合が大きく、センサとしての感度が向上されてい
る。

【００２５】請求項３に記載の自己修復部材は、細径の
超弾性合金製ワイヤとＮｉＴｉ合金製ワイヤをより線状
または直線結束状として集束して構成され、あるいは超
弾性合金製ワイヤかＮｉＴｉ合金製ワイヤのどちらか一
方をより線状または直線結束状として集束して構成され
ている。この自己修復部材を通電等によって加熱し形状
を変形前に復元する復元力を発現させ、構造体の変形値
を適正に制御する。

【００２６】また、細径のワイヤの集束度合いを変える
ことで、構造体の復元に必要な回復力を容易に調整でき
る。

【００２７】請求項４に記載の自己修復部材は、直線形
状が記憶され曲線加工されて構造体の変形領域に配置さ
れている。このため、曲線加工の際、予想される変形量
より修復するストロークを大きく設定することで、構造
体の修復効率を向上させることができる。

【００２８】請求項５に記載の自己修復部材では、集束
される超弾性合金製ワイヤとＮｉＴｉ合金製ワイヤの径
が０．１ｍｍ以上とされている。現状では形状記憶合金
を０．１ｍｍ未満に加工製造することは技術的に困難で
ある。また、用いるワイヤの径を余り細くすると分担す
る力に対して必要なワイヤの本数が多くなり、非経済的
になることが予想される。

【００２９】請求項６に記載の構造鋼材は、構造体の変
形領域に配置されている。この構造鋼材は、太径のＮｉ
Ｔｉ合金製ワイヤの周囲へ、細径のＮｉＴｉ合金製ワイ
ヤ及び／又は超弾性合金製ワイヤが変形量を検出するセ
ンサとして巻付けられている。

【００３０】このように、構造鋼材は、自己診断力と自
己修復力をもつ単体の部材として構成されているので、
建築構造物の中に埋め込んで利用する方法に限定され
ず、吊り橋の吊材、制振装置など、付加価値の高い物の
メンテナンス手法として利用することができる。

【００３１】請求項７に記載の構造鋼材は、構造体の変
形領域に配置されている。この構造鋼材は、細径のＮｉ
Ｔｉ合金製ワイヤがより線状または直線結束状に集束さ
れ、少なくとも一つの細径のＮｉＴｉ合金製ワイヤが変
形量を検出するセンサとされている。

【００３２】従って、センサとしての感度を確保しつ
つ、また、構造体の要求性能に応じて集束度合いを変え
構造鋼材を太径化することによって、必要な回復力を得
ることができる。

【００３３】上記のように、細径の超弾性合金製ワイヤ
とＮｉＴｉ合金製ワイヤをより線状または直線結束状と
して集束し、あるいは超弾性合金製ワイヤとＮｉＴｉ合
金製ワイヤのどちらか一方をより線状または直線結束状
として集束して構成された構造鋼材を、例えば、コンク
リート梁部材に埋め込んだ場合、以下のような利点が期
待できる。

【００３４】すなわち、集束するワイヤの本数によって
梁部材に作用させる回復力を目的に応じて調整でき、ま
た、太径ワイヤで必要な回復力を発現させ、かつ細径ワ
イヤでセンシングが可能で、さらに、集束したワイヤの
表面積が大きくなるので、コンクリートとの間に十分な
付着強度が確保できる。

【００３５】しかも、その構造鋼材はより線状または直
線結束状の集束という合理的な製造方法で製造されるこ
とから、単に、ＮｉＴｉ合金製ワイヤあるいは丸型のＮ
ｉＴｉ合金製棒材をコンクリート中に埋め込む場合と比
較して、センサー及びアクチュエータとしての機能を格
段に向上させることができる。

【００３６】請求項８に記載のシステムにおいては、超
弾性合金製ワイヤの電気抵抗を測定して構造体の現時点
での歪みを検知し、ＮｉＴｉ合金製ワイヤの電気抵抗を
測定して構造体の過去に作用した最大歪みを検知する。
超弾性合金製ワイヤとＮｉＴｉ合金製のワイヤとで構成
された自己診断部材において、超弾性合金製ワイヤとＮ
ｉＴｉ合金製のワイヤにおける電気抵抗は構造体の歪み
に応じた変化を示し、電気抵抗を計測することによって
現時点での歪みと過去における最大の歪み履歴を検知す
ることができる。

【００３７】すなわち、ＮｉＴｉ合金製のワイヤの電気
抵抗は、歪みに応じて変化するが、荷重を除荷しても電
気抵抗は初期値に戻らず、作用した歪みに対応して電気
抵抗が残留する。すなわち、最大歪み時の電気抵抗と同
レベルの電気抵抗が記憶されると考えられる。これは、
生成したマルテンサイト相（Ｍ相）のほとんどが除荷後
もオーステナイト相（Ａ相）に逆変態せずに材料中に残
存するためである。加工硬化域からの除荷に対しては、
塑性歪みによる高い電気抵抗が保持されている。従っ
て、歪み−電気抵抗の関係を予め把握しておけば、Ｎｉ
Ｔｉ合金製のワイヤにおいては、その電気抵抗を測定す
ることで構造体に作用した最大歪みを検知することがで
きる。

【００３８】一方、超弾性合金製ワイヤにおいては、そ
の電気抵抗も歪みに対応した変化を示すが、荷重を除荷
すると電気抵抗は初期値に戻る。すなわち、繰り返し載
荷時においても除荷によってはマルテンサイト相（Ｍ
相）に逆変態するため、電気抵抗は残留しない。従っ
て、超弾性合金製ワイヤはＮｉＴｉ合金製ワイヤのよう
に最大歪みを電気抵抗によって記憶する現象がないが、
電気抵抗の測定により現時点の歪みは検知できる。

【００３９】従って、ＮｉＴｉ合金製のワイヤと超弾性
合金製ワイヤからなる自己診断部材により構造体の現時
点での歪みと過去に作用した最大歪みを同時に検知可能
となる。特にＮｉＴｉ合金と超弾性合金の電気抵抗は８
０×１０^-8オームｍ程度であり、鉄の電気抵抗の１〜２
×１０^-8オームｍ程度に比較すると、４０〜８０倍の大
きさであり、しかも歪みに対する電気抵抗の変化率を大
きい。自己診断部材による検知の性能は高い。

【００４０】

【実施例】図１には、第１実施例に係る自己診断部材と
しての超弾性合金製ワイヤ１０及びＮｉＴｉ合金製ワイ
ヤ１２、さらに、自己修復部材１４が、コンクリート製
の梁部材１６に配置された断面が示されている。

【００４１】この自己修復部材１４は、図２に示すよう
に、径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍのＮｉＴｉ合金製ワイ
ヤ１２をより線状として集束して構成され、径が４ｍｍ
〜１０ｍｍの太径とされている。

【００４２】このＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２及び超弾性
合金製ワイヤ１０は、いずれも形状記憶効果を有するワ
イヤで、形状記憶効果とは、ある形状に拘束して臨界温
度以上で加熱して形状記憶処理を行った後、急冷して低
温安定相（マルテンサイト相）を形成し、変形を加えた
後、再加熱すると、その変態温度を越えて結晶逆変態が
起こり、高温安定相（オーステナイト相）となって、元
の形状に回復する現象をいう。

【００４３】従って、この自己修復部材１４を通電等に
よって変態温度まで加熱し、形状を変形前に復元する復
元力を利用することで、梁部材１６の変形値を適正に制
御できる。また、細径のＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２を集
束することで、梁部材１６の復元に必要な回復力を容易
に調整することができる。

【００４４】なお、本実施例では、梁部材１６の断面積
に対して、０．０１〜０．０５％の割合で、ＮｉＴｉ合
金製ワイヤ１２と超弾性合金製ワイヤ１０が埋め込ま
れ、また、自己修復部材１４は、０．８％〜３．０％の
割合で埋め込まれている。

【００４５】次に、梁部材１６の自己診断方法と自己修
復方法を説明する。使用状態（設計応力レベル）におい
て、梁部材１６に荷重が載荷されると、梁部材１６が撓
むのに伴に、超弾性合金製ワイヤ１０、ＮｉＴｉ合金製
ワイヤ１２、及び自己修復部材１４に歪みが生じる。

【００４６】ここで、超弾性合金製ワイヤ１０は、マル
テンサイト変態開始点（Ｍｓ）がＮｉＴｉ合金製ワイヤ
１２より高く、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ）以下
の弾性領域での繰り返し載荷では、応力と歪みがほぼ比
例し、電気抵抗は載荷前のレベルまで回復する。

【００４７】また、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ）
から変態終了点（Ｍｆ）に相当する領域（マルテンサイ
ト変態領域：Ｍｓ〜Ｍｆ）においても、除荷によってマ
ルテンサイトからオーステナイトへ逆変態するため、歪
みが回復して電気抵抗も載荷前の値に回復する。さら
に、歪みによる電気抵抗変化の割合が、マルテンサイト
変態領域（Ｍｓ〜Ｍｆ）以下のレベルでは、超弾性合金
製ワイヤ１０の方がＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２より大き
い。

【００４８】従って、梁部材１６の使用状態（設計応力
レベルでのひび割れ等）のセンシングでは、歪みによる
超弾性合金製ワイヤ１０の顕著な電気抵抗変化を検出す
ることによって、梁部材１６の初期の微細なひび割れも
検知することもできる。なお、電気抵抗変化の割合は、
鉄筋等の鋼材と比較すると数十倍と大きい。

【００４９】一方、ＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２の応力と
歪みの関係は、当初は応力に比例して歪みも増加してい
くが、マルテンサイト変態領域（Ｍｓ〜Ｍｆ）になる
と、歪みのみが増加し、電気抵抗の変化の割合が大きく
なる。すなわち、マルテンサイト変態開始点（Ｍｓ）以
下の応力では、電気抵抗の変化の割合はＮｉＴｉ合金製
ワイヤ１２の断面変化に起因し、マルテンサイト変態領
域（Ｍｓ〜Ｍｆ）では、断面変化による電気抵抗の増加
分より電気抵抗の変化が明瞭となる。

【００５０】これは、マルテンサイト変態開始点（Ｍ
ｓ）以下の応力では（設計応力レベルの使用状態）、Ｎ
ｉＴｉ合金製ワイヤ１２の中に、マルテンサイトとオー
ステナイトがある割合で存在するのみで、電気抵抗の変
化はＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２の断面変化に起因するた
めであるが、マルテンサイト変態領域（Ｍｓ〜Ｍｆ）で
の歪みの増加は、主にオーステナイトからマルテンサイ
トへの変態による体積膨張によるためである。

【００５１】従って、梁部材１６に作用する終局状態の
応力による、ＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２におけるマルテ
ンサイト変態領域（Ｍｓ〜Ｍｆ）での顕著な電気抵抗の
変化を検出することにより、梁部材１６の大変形や損傷
の程度を正確にセンシングすることができる。

【００５２】また、マルテンサイト変態領域（Ｍｓ〜Ｍ
ｆ）では、ＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２に繰り返し載荷し
た荷重を取り除いても、一般の鋼材と同様に残留歪みが
発生するため、電気抵抗が荷重載荷前の状態に戻らな
い。この電気抵抗が残留する性質を利用して、梁部材１
６の最大応力と歪みの履歴を推定することができる。

【００５３】以上のように、超弾性合金製ワイヤ１０と
ＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２を併用しすることによって、
高感度で梁部材１６の挙動を検知できる。

【００５４】ここで、図６に示すように、細径のＮｉＴ
ｉ合金製ワイヤ１２の電気抵抗を計測すると、梁部材１
６のひび割れが発生した以降、梁部材１６の変形が進む
に従って、ＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２の電気抵抗は増加
し、梁部材１６が終局状態に達するにつれてＮｉＴｉ合
金製ワイヤ１２がマルテンサイト変態すると電気抵抗が
急激に変化し、梁部材の終局状態がモニタリングできる
ことが判る。

【００５５】次に、上記のように超弾性合金製ワイヤ１
０あるいはＮｉＴｉ合金製ワイヤ１２の電気抵抗の変化
を検出して、梁部材１６の変形量を検知した後、自己修
復部材１４を通電等によって加熱変形させ、梁部材１６
の変形値を適正に制御する。

【００５６】ここで、自己修復部材１４を構成するＮｉ
Ｔｉ合金製ワイヤ１２は、予め存在するマルテンサイト
の量にもよるが、使用状態から終局状態に至るまでに誘
起された応力の２〜３倍の回復力を得ることができる。
しかし、形状回復できる限界の歪みレベルがあり、仮に
それを上回る歪みが発生することもある。このため、マ
ルテンサイト変態領域（Ｍｓ〜Ｍｆ）で、回復力を発揮
できるように、梁部材１６の断面積に対して０．８〜
３．０％の割合で、自己修復部材１４を埋め込むことが
望ましい。

【００５７】また、自己修復部材１４は、修復効率が向
上するように、修復するストロークを予想される実際の
変形量よりも大きくするため、直線形状を記憶させた
後、曲線に加工されて埋め込まれている。

【００５８】なお、本実施例の自己修復部材１４は、Ｎ
ｉＴｉ合金製ワイヤ１２をより線状に集束したが、直線
状に集束してもよく、また、超弾性合金製ワイヤを集束
して自己修復部材として使用してもよく、さらに、Ｎｉ
Ｔｉ合金製ワイヤと超弾性合金製ワイヤを混ぜて集束し
てもよい。

【００５９】ここで、自己修復部材１４を梁部材１６の
断面に対して、３．０％の割合で埋め込んだ場合の梁部
材１６の曲げモーメントと曲率の関係を、図７に示す。

【００６０】梁部材１６は、途中で荷重を除荷すると残
留歪みが発生し、変形は完全には初期の状態に戻らな
い。しかし、除荷後に通電等により加熱すると、自己修
復部材１４の変形に伴う回復力が発生し、梁部材１６の
変形はほぼ載荷前の状態に回復することができる。

【００６１】なお、本実施例では、梁部材１６を例に採
って説明したが、自己診断と自己修復を必要とする、例
えば、ダム、橋梁、原発等の重要な構造体に適用できる
ことは無論である。

【００６２】次に、第２実施例に係る構造鋼材２２を説
明する。この構造鋼材２２は、図３に示すように、４ｍ
ｍ〜６ｍｍの太径のＮｉＴｉ合金製ワイヤ２４の周囲
へ、センサとして機能する０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの細
径のＮｉＴｉ合金製ワイヤ２６が巻付けられている。

【００６３】この構造鋼材２２は、単体の部材として、
梁部材１６の断面積に対して０．８〜３．０％の割合
で、コンクリートの中に埋め込まれるようになってい
る。また、センサとして利用されるＮｉＴｉ合金製ワイ
ヤ２６は、梁部材１６の断面積の０．０１〜０．０５％
を占めている。

【００６４】この構造鋼材２２では、梁部材１６の使用
状態から終局状態に至る状態を、ＮｉＴｉ合金製ワイヤ
２６で検出し、太径のＮｉＴｉ合金製ワイヤ２４を通電
等によって加熱変形させ、設置部位の変形値を適正に制
御するようになっている。

【００６５】このように、構造鋼材２２を自己診断力と
自己修復力をもつ単体の部材とすることで、梁部材のよ
うな建築構造物に限らず、吊り橋の吊材、橋桁の振動防
止、免震装置、制振装置の制振部材など、付加価値の高
い物のメンテナンス手法として利用することができる。

【００６６】図４には、第３実施例に係る構造鋼材２８
が示されており、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの細径のＮｉ
Ｔｉ合金製ワイヤ３０及び超弾性合金製ワイヤ３２が直
線結束状に集束され、４ｍｍ〜１０ｍｍの太径とされて
いる。また、この構造鋼材２８を構成する細径のＮｉＴ
ｉ合金製ワイヤ３０及び超弾性合金製ワイヤ３２の少な
くとも一つが歪み量を検出するセンサとされている。

【００６７】従って、本実施例の構造鋼材２８では、セ
ンサとしての感度を確保しつつ、要求性能に応じて太径
化でき、図５に示すような免震装置３４に配置された場
合、震度に応じた震動制御も可能となる。

【００６８】図８〜図１４は各々本発明の損傷検知シス
テムが適用される態様を示す説明図である。図８は自己
診断部材としてのセンサ８１が、一般建築の柱内に埋め
込まれ、または一般建築の柱に貼り合わせられており、
あるいは自己診断部材としてのセンサ８２が、一般建築
の壁内に埋め込まれ、または一般建築の壁に貼り合わせ
られている。

【００６９】図９はトラス構造物に対して自己診断部材
としてのセンサ８３が設置されており、図１０において
は、Ｓ、ＲＣ橋に自己診断部材としてのセンサ８４が設
置されている。図１１においては、斜張橋、吊橋、その
他の吊り構造物に自己診断部材としてのセンサ８５が設
置されている。

【００７０】図１２は、は鉄骨溶接部に自己診断部材と
してのセンサ８６が接合されており、図１３において
は、膜構造物に対して自己診断部材としてのセンサ８７
が膜面に貼り合わせ、または膜内に埋め込まれている。
また、図１４においては、橋脚のコンクリート内に自己
診断部材としてのセンサ８８が埋め込まれている。

【００７１】これらの態様では、特に構造体の現時点で
の歪みと過去に作用した最大歪みを同時に検知可能とな
る。従って、構造体の補修・補強、解体等の対応が容易
となる。

【００７２】

【発明の効果】本発明は上記構成としたので、構造体の
変形を自己診断し、適正な変形値に自己修復することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は第１実施例に係る自己診断部材と自己
修復部材が配置された梁部材を示した縦断面であり、
（Ｂ）は横断面である。

【図２】第１実施例に係る自己修復部材の拡大断面図で
ある。

【図３】第２実施例に係る構造鋼材の拡大断面図であ
る。

【図４】第３実施例に係る構造鋼材の拡大断面図であ
る。

【図５】第３実施例に係る構造鋼材を免震装置に適用し
た状態を示す側面図である。

【図６】ＮｉＴｉ合金製ワイヤの電気抵抗と梁部材の曲
率の関係を示したグラフである。

【図７】梁部材の曲げモーメントと曲率の関係を示した
グラフである。

【図８】本発明の構造体の損傷検知システムを一般建築
物に適用した例を示すための説明図である。

【図９】本発明の構造体の損傷検知システムをトラス構
造物に適用した例を示すための説明図である。

【図１０】本発明の構造体の損傷検知システムをＲ、Ｒ
Ｃ橋に適用した例を示すための説明図である。

【図１１】本発明の構造体の損傷検知システムを吊構造
物に適用した例を示すための説明図である。

【図１２】本発明の構造体の損傷検知システムを鉄骨溶
接部に適用した例を示すための説明図である。

【図１３】本発明の構造体の損傷検知システムを膜構造
物に適用した例を示すための説明図である。

【図１４】本発明の構造体の損傷検知システムを橋脚に
適用した例を示すための説明図である。

【符号の説明】

１０超弾性合金製ワイヤ（自己診断部材）１２ＮｉＴｉ合金製ワイヤ（自己診断部材）１４自己修復部材２２構造鋼材２８構造鋼材８１〜８８自己診断部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小川孝寿千葉県印旛郡印西町大塚１−５株式会社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者菅野俊介千葉県印旛郡印西町大塚１−５株式会社竹中工務店技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】土木または建築の構造体の変形領域に配
置され前記構造体の使用状態から終局状態に至るまでの
変形量を検出する超弾性合金製ワイヤと、構造体の変形
領域に配置され前記構造体の終局状態の変形量を検出す
るＮｉＴｉ合金製ワイヤと、で構成されたことを特徴と
する自己診断部材。
【請求項２】前記超弾性合金製ワイヤ及び前記ＮｉＴ
ｉ合金製ワイヤの径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとされた
ことを特徴とする請求項１に記載の自己診断部材。
【請求項３】細径の超弾性合金製ワイヤとＮｉＴｉ合
金製ワイヤをより線状または直線結束状として集束し、
あるいは前記超弾性合金製ワイヤと前記ＮｉＴｉ合金製
ワイヤのどちらか一方をより線状または直線結束状とし
て集束して構成され、構造体の変形領域に配置されて回
復力を発現し適正な構造体の変形値に制御することを特
徴とする自己修復部材。
【請求項４】直線形状を記憶させて曲線加工し構造体
の変形領域に配置されたことを特徴とする請求項３に記
載の自己修復部材。
【請求項５】前記超弾性合金製ワイヤと前記ＮｉＴｉ
合金製ワイヤとの径が０．１ｍｍ以上とされたことを特
徴とすることを特徴とする請求項３または請求項３又は
請求項４に記載の自己修復部材。
【請求項６】太径のＮｉＴｉ合金製ワイヤの周囲へ、
細径のＮｉＴｉ合金製ワイヤ及び／又は超弾性合金製ワ
イヤを変形量を検出するセンサとして巻付けて構成さ
れ、構造体の変形領域に配置されて変形量を検出し、こ
の変形量に応じて回復力を発現し適正な構造体の変形値
に制御することを特徴とする構造鋼材。
【請求項７】細径のＮｉＴｉ合金製ワイヤをより線状
または直線結束状に集束し、少なくとも一つの細径のＮ
ｉＴｉ合金製ワイヤを変形量を検出するセンサとして構
成され、構造体の変形領域に配置されて変形量を検出
し、この変形量に応じて力を発現し適正な構造体の変形
値に制御することを特徴とする構造鋼材。
【請求項８】土木または建築の構造体の変形領域に配
置された超弾性合金製ワイヤと、構造体の変形領域に配
置されたＮｉＴｉ合金製ワイヤと、を備え、前記超弾性
合金製ワイヤの電気抵抗を測定して構造体の現時点での
歪みを検知し、前記ＮｉＴｉ合金製ワイヤの電気抵抗を
測定して構造体の過去に作用した最大歪みを検知するこ
とを特徴とする構造体の損傷検知システム。