JPH10227633A - 橋梁の形状計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 橋梁の形状計測を、容易に且つ短時間に、高
精度で実施できるようにする。 【解決手段】 基準水面Ｌを保持できるように固定側９
に備えた基準タンク２３と、基準タンク２３に接続され
た連通管２０と、連通管２０の長さ方向に沿って備えた
複数の分岐管２１と、各分岐管２１の夫々に備えた圧力
センサ２７と、各圧力センサ２７を橋梁１の高さ計測点
７ａ，７ｂから均一高さ３６に保持するようにした固定
支持具３３と、各圧力センサ２７の検出圧力に基づいて
基準タンク２３の基準水面Ｌに対する高さ計測点７ａ，
７ｂの標高を演算する演算装置４１とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁の形状計測装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、長大スパンの斜張橋・吊橋等の建
設工事が各地で多く見られるようになってきており、中
小スパンの橋梁もさることながら、このようなスパンの
大きい橋梁では、特に完成後の形状を目標の誤差範囲内
におさめるために、橋梁の架設段階での形状管理が重要
となってきている。

【０００３】図８は大型の橋梁の長さ方向の半分を示し
たもので、大型の橋梁１は、一般にキャンバー（放物線
に近い弓なり形状）を有するように建設されており、こ
の様な橋梁１を建設する際は、両端に設けられた基台２
側から中心Ｃ側に向って徐々に橋梁１を延長させて行
き、最後に中心Ｃ部分で連結するようにしている。

【０００４】前記橋梁１を基台２側から延長させて行く
時に、橋梁１が完成した時の全体形状が前記したキャン
バーとなるように、建設時において橋梁１の形状を計測
するようにしており、計測した結果に基づいて、橋脚３
から橋梁１を吊っている吊り材４の張力を調節すること
によって橋梁１を所定の形状に調節するようにしてい
る。

【０００５】この際、橋梁１は、延長に伴って勾配、撓
み量が変化して形状が変化することになるために、橋梁
１が延長される毎に形状を計測する必要がある。

【０００６】従来、このような橋梁１の形状を計測する
手段としては、トランシットを用いる方式が一般的に採
用されて来た。

【０００７】トランシットによる計測方法は、従来から
行われている測量と全く同じ方法によるものであり、橋
梁１の複数の高さ計測点にマーキングを行い、固定側の
基準位置に設置したトランシットと高さ計測点までの距
離と、トランシットによって計測した水平に対する高さ
計測点の角度とから、各高さ計測点の標高を求めること
により橋梁１の形状を計測するようにしている。

【０００８】上記したトランシットを用いた橋梁１の形
状計測は、通常温度変化の少ない夜間に実施するように
している。

【０００９】しかし、前記従来のトランシットを用いた
橋梁１の形状計測方式は、計測に非常に時間が掛かると
共に、計測作業が非常に重労働であり、また計測に長い
時間が掛かるために計測作業中に温度が変化してしまい
橋梁の形状が変化してしまうことにより、計測誤差を生
じてしまうという問題を有していた。

【００１０】近年では、現地作業の省力化が要求される
ようになってきており、計測の自動化がすすめられてい
る。

【００１１】橋梁の形状計測の自動化の一つの方法とし
ては、図９に示すように、橋梁１の橋桁内に一本の連通
管５を通し、該連通管５を、構造部材６に支持させるよ
うにして高さ計測点７ａ〜７ｄに立設させた水位管８の
夫々に接続し、且つ連通管５の基端を、基準水面Ｌが前
記水位管８の上下中間位置になるように固定側９（地
上）に設置した基準タンク１０に接続した構成とし、前
記各水位管８内に備えたフロート１１の移動を検知スケ
ール１２及び信号発生部１３により検出して検出値を電
気信号として信号ケーブル１４を介して演算装置１５に
導き、該演算装置１５にて前記高さ計測点７ａ〜７ｄの
標高を検出して橋梁１の形状を計測するようにしてい
る。図中１６は給水タンク、１７は基準タンク１０に給
水する給水ポンプ、１８は基準タンク１０の基準水面Ｌ
を保持するためのオーバーフロー管を示す。

【００１２】また、橋梁の形状計測の自動化の他の方法
として、前記と同様に備えた水位管８内に浮かせた図示
しない内筒に作用する浮力をロードセルで計測すること
により標高を計測する方法等が報告されている。これら
の方法では、検出値を電気信号として得るようにしてい
るので、容易にデジタル値に変換して計算機を用いた処
理を行うことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記したよう
に橋梁１に水位管８を立てる方式では、水位管８は橋梁
１の箱桁内に設置するか、或いは橋面上に設置すること
になるが、水位管８の高さは製作・取り付け面から２〜
３ｍが限度であり、橋梁１のキャンバーあるいは変位が
これ以上大きくなる場合には検出できず、そのために水
位管８の移設作業が必要になるという問題がある。

【００１４】また、計測途中での水位管８の移設は、水
位管８の盛換え点で設置誤差が発生する他、盛換えによ
って測定点数が増えるなどの問題がある。

【００１５】また、前記したように長尺の水位管８を垂
直に立てて構造部材６に固定する固定作業が非常に大変
で、作業に時間が掛かる問題がある。

【００１６】本発明は、斯かる従来の問題点を解決すべ
くなしたもので、橋梁の形状計測を、容易に且つ短時間
に、高精度で実施することができる橋梁の形状計測装置
を提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、基準水面を保持できるように固定側に備えた基準タ
ンクと、該基準タンクに接続された連通管と、該連通管
の長さ方向に沿って備えた複数の分岐管と、各分岐管の
夫々に備えた圧力センサと、各圧力センサを橋梁の高さ
計測点から均一高さに保持するようにした固定支持具
と、前記各圧力センサの検出圧力に基づいて基準タンク
の基準水面に対する高さ計測点の標高を演算する演算装
置とを備えたことを特徴とする橋梁の形状計測装置、に
係るものである。

【００１８】請求項２に記載の発明は、各分岐管に、空
気抜き弁を有する空気抜き管と、水張り弁を有する水張
り管とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の
橋梁の形状計測装置、に係るものである。

【００１９】請求項３に記載の発明は、圧力センサが、
半導体センサであることを特徴とする請求項１又は２に
記載の橋梁の形状計測装置、に係るものである。

【００２０】請求項１に記載の発明では、分岐管及び圧
力センサを固定支持具に支持させるようにしているの
で、分岐管及び圧力センサの設置作業を著しく簡略化す
ることができ、橋梁の多数の高さ計測点の標高を、簡単
な操作で能率的に計測できる。

【００２１】また、圧力センサを、固定支持具にて支持
するようにしているので、固定支持具を高さ計測点に設
置するのみで、圧力センサを常に高さ計測点から均一高
さになるように保持させることができる。

【００２２】請求項２に記載の発明では、空気抜き弁に
より気泡を外部に排出することによって正確な計測を行
うことができると共に、圧力センサに対して均一水頭高
さに備えた水張り弁により、実際に形状計測を開始した
際に計測誤差を生じることのないゼロ点調整を容易に行
うことができる。

【００２３】請求項３に記載の発明では、圧力センサに
半導体センサを用いていることにより、橋梁の形状を非
常に高い精度で計測できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００２５】図１は本発明を実施する形態の一例を示し
たもので、建設途中の橋梁１の高さ計測点７ａ〜７ｄ
（７ａ，７ｂのみを図示している）である同一高さに設
けられている橋桁１９上に沿って連通管２０を配設して
いる。連通管２０には、所定の間隔ごとに複数の分岐管
２１が設けられている。

【００２６】また、固定側９（地上側）には架台２２を
介して基準タンク２３が所要の高さに設けてあり、該基
準タンク２３の底部に、元弁４２を介して前記連通管２
０の一端が接続されている。基準タンク２３は、給水管
２４から供給された給水がオーバーフローすることによ
って基準水面Ｌを保持できるようになっている。２５は
オーバーフロータンクである。

【００２７】前記分岐管２１の夫々の基端部には基端弁
３２が備えられており、且つ各分岐管２１の上下中間部
には、導管２６を介して圧力センサ２７が接続されてお
り、また導管２６の接続部より上部位置には水張り管２
８を介して水張り弁２９が接続されており、更に前記分
岐管２１の上端には空気抜き管３０を介して空気抜き弁
３１が接続されている。上記分岐管２１、圧力センサ２
７、水張り弁２９及び空気抜き弁３１は、固定支持具３
３に支持されている。

【００２８】図２及び図３は、固定支持具３３の一例を
示したもので、固定支持具３３は、設置台３４と、平面
形状がＬ字或いはコの字状を有して前記設置台３４上に
垂直に固定された垂直支持部３５とから構成されてお
り、前記分岐管２１、圧力センサ２７、水張り弁２９及
び空気抜き弁３１が前記垂直支持部３５に固縛等により
固定されており、且つこの時、設置台３４の下面と前記
圧力センサ２７までの高さが均一高さ３６となり、且つ
圧力センサ２７から水張り弁２９までの高さが均一水頭
高さ３７になるように固定されている。３８は固定支持
具３３を持ち運ぶ際の把持用穴である。

【００２９】前記基準タンク２３は、図１に示すように
基準水面Ｌが前記橋梁１の高さ計測点７ａ，７ｂに設け
ている水張り弁２９及び空気抜き弁３１より所要高さだ
け高い位置になるように設置されている。

【００３０】上記圧力センサ２７には、半導体センサが
用いられており、且つ圧力センサ２７の夫々には検出さ
れた電気信号の検出値を増幅するインジケータ３９が接
続されており、該インジケータ３９からの検出信号が信
号ケーブル４０により固定側９の演算装置４１に導かれ
るようになっており、該演算装置４１により前記圧力セ
ンサ２７の検出圧力に基づいて基準タンク２３の基準水
面Ｌに対する高さ計測点７ａ，７ｂの標高を演算するよ
うになっている。

【００３１】以下、上記図１〜図３に示した実施の形態
例の作用を説明する。

【００３２】橋梁１の形状計測に先立って、基準タンク
２３に接続された連通管２０を、高さ計測点７ａ，７ｂ
である橋桁１９上に沿わせて橋梁１に配置し、前記連通
管２０に設けられた分岐管２１を支持している固定支持
具３３を、高さ計測点７ａ，７ｂである橋桁１９の上面
に設置する。

【００３３】すると、固定支持具３３に支持されている
圧力センサ２７は、高さ計測点７ａ，７ｂである橋桁１
９から均一高さ３６となり、また、水張り弁２９は圧力
センサ２７から均一水頭高さ３７に自動的に保持され
る。

【００３４】この時、固定側９（地上側）に設けた基準
タンク２３を、基準水面Ｌが前記水張り弁２９及び空気
抜き弁３１より所要高さだけ高い位置になるように設置
する。

【００３５】上記において、元弁４２及び基端弁３２を
開け、水張り弁２９及び空気抜き弁３１を閉じた状態に
すると、圧力センサ２７によって該圧力センサ２７と基
準タンク２３の基準水面Ｌとの水頭差が検出され、検出
された圧力がインジケータ３９で増幅された後、固定側
９に設けられた演算装置４１に導かれ、該演算装置４１
により、前記圧力センサ２７の検出圧力に基づいて基準
タンク２３の基準水面Ｌに対する高さ計測点７ａ，７ｂ
の標高を演算することができる。

【００３６】即ち、圧力をＰ、水の密度をρ、重力を
Ｇ、高さをＨとすると、Ｐ＝ρＧＨの式から標高を求め
ることができる。

【００３７】上記橋梁１の形状計測において、連通管２
０及び分岐管２１内部に気泡が混入すると、圧力センサ
２７が真の圧力を検出することができなくなるので、検
出に先立って、基端弁３２及び空気抜き弁３１を開けて
気泡を外部に排出する。このように、気泡を完全に除去
しておくことにより正確な計測ができるようになる。最
初に気泡を完全に除去しておくと、再び気泡が混入する
ようなことはなかった。

【００３８】また、前記各圧力センサ２７にて圧力を検
出する際には、各圧力センサ２７のゼロ点調整を行う必
要があるが、単に圧力センサ２７に水圧が掛からないよ
うにした状態でゼロ点調整を行っても、実際に計測を開
始すると計測誤差を生じることが確認された。

【００３９】このため、圧力センサ２７のゼロ点を調整
するときは、前記空気抜きを行った後に、空気抜き弁３
１を閉じ、水張り弁２９を開けた状態で基端弁３２を開
け、その後直ちに基端弁３２を閉じる。すると、圧力セ
ンサ２７は大気圧に解放されることになる、圧力センサ
２７には水張り弁２９までの均一水頭高さ３７の水頭圧
がかかっているので、ゼロ点の調整としては均一水頭高
さ３７の水頭圧に調整することになる。このようにする
と、実際に計測を開始した際に計測誤差を生じることの
ないゼロ点調整が可能となる。

【００４０】更に、本発明による橋梁の形状計測装置に
よる測定精度について説明する。

【００４１】橋梁１の形状計測を行う際の許容誤差は対
象とする橋梁１によっても異なるが、中央スパン４００
ｍを越える長大斜張橋では、桁のキャンバーの架設精度
の目標値は通常略±１００ｍｍ程度となっている。計測
誤差を１０％程度許容できると考えることは議論の余地
はあるが、おおむね±１０ｍｍ以内で測定できれば、橋
梁１のレベル測量による人的誤差と大差ないと考えられ
る。

【００４２】スパンの短い橋梁１では、更に高いキャン
バーの形状測定精度が要求されるが、これに対してはレ
ンジの小さい圧力センサ２７を選定することで対応でき
る。ここでは計測誤差±１０ｍｍを目安として、測定精
度の検討を行った。また、前記計測精度を保持するため
に、どのような圧力センサ２７が採用できるかについて
検討した。

【００４３】中央スパン９００ｍの斜張橋を中央に向っ
て張り出し架設を行う場合を想定する。このときの桁の
縦断勾配、たわみ量を考慮すると、圧力センサ２７の容
量としては水頭差：１０ｍ（レンジ：１ｋｇｆ）は確保
しておきたい。このようなセンサ測定精度については圧
力センサの製品カタログにも示されているが、ここでは
実橋における測定を想定して測定精度の確認実験を行っ
た。

【００４４】実験は、工場内の圧力容器支持鉄塔を用い
て行った。鉄塔の鉛直柱にスケールを張り付け、その横
にビニールチューブを沿わせて、下方から水道水を注入
させた。水面の位置を目視で読みとり、圧力計から求ま
る値とスケールの読み値との比較を行った。

【００４５】圧力センサとしては、センサ−アンプ一
体型（レンジ１ｋｇｆ）、センサ−アンプ分離型（レ
ンジ２ｋｇｆ）、半導体センサ（レンジ１ｋｇｆ）の
３種類を選定した。

【００４６】はセンサとアンプが一体となった簡易型
の圧力センサであり、安価で市販されていることから、
この圧力センサを実験ケースとして選択した。

【００４７】は通常使用されているセンサとアンプが
分離したタイプである。１ｋｇｆレンジが規格にないこ
とから、ここでは２ｋｇｆレンジを使用した。

【００４８】は半導体である単結晶シリコン上に形成
されたホイストーンブリッジを圧力受感部とした圧力セ
ンサであり、ブリッジ抵抗間のばらつきを補正する回路
と温度補償回路が組み合わされている。のセンサ−ア
ンプ分離型はアンプが計測室にまとめて設置されるのに
対して、はセンサの近くにデジタル表示のあるアンプ
（図１〜３のインジケータ３９）が設置されるので、個
々の圧力センサについて圧力を大気解放して行うゼロ点
調整作業が容易にできる。

【００４９】図４、図５、図６はそれぞれの圧力センサ
、、に対する計測誤差を示す。横軸は目視による
スケールの読み値を示し、縦軸は圧力センサから求めた
水面高さとスケール読み値の差（高さ換算値の誤差）を
示す。図中白丸は水面を上昇させたとき、黒丸は水面を
下降させたときの値を示している。

【００５０】スケールの読み値に対して、センサ−アン
プ一体型では７０ｍｍ、センサ−アンプ分離型では９ｍ
ｍの誤差が生じているのに対して、半導体センサではそ
の差が６ｍｍ以下であることがわかる。よって、橋梁の
形状計測には、±１０ｍｍ以内の誤差を保持できる半導
体センサが好適に利用できる。

【００５１】また、圧力センサの計測精度に影響を与え
る因子としては、直線性のほかにヒステリシスと再現性
誤差、さらに、周辺温度の変化による無加圧状態での出
力の変化（ゼロシフト）と感度変化（スパンシフト）が
主な影響因子であるが、それらの何れに対しても、半導
体センサでは測定誤差を±１０ｍｍ以内に充分収めるこ
とができることが判明した。

【００５２】なお、ここで温度変化による水の比重の影
響を考えてみる。水温の変化による比重の変化：Δρ／
ρ、測定時の圧力：Ｐとすると、圧力の誤差はΔＰ＝Ｐ
×｜Δρ／ρ｜となる。｜Δρ／ρ｜は水温が高くなる
と大きくなり、この結果、ΔＰは１０ｍｍ以上になるこ
ともあるので、計測時に水温を測り、水温の変化による
比重の変化分を補正することにより、水温が変化した場
合にも精度の高い計測を可能にすることができる。

【００５３】図７は、橋梁を９５ｍ張り出したときの半
導体センサを用いた圧力センサにより自動計測を行った
ときの計測値（●印）とレベル測量による実測値（■
印）とを比較した架設誤差を示す。図７からレベル測量
との差は５ｍｍ以下になっており、結果的には圧力セン
サの線形誤差の範囲内になっており、よって、半導体セ
ンサは橋梁の形状計測において実用的に問題はないと言
える。

【００５４】尚、計測精度が比較的緩やかな場合には、
前記した半導体センサ以外の圧力センサを用いるように
することができることは勿論である。

【００５５】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、分岐管
及び圧力センサを固定支持具に支持させるようにしてい
るので、分岐管及び圧力センサの設置作業を著しく簡略
化することができ、橋梁の多数の高さ計測点の標高を、
簡単な操作で能率的に計測できる効果がある。

【００５６】また、圧力センサを、固定支持具にて支持
するようにしているので、固定支持具を高さ計測点に設
置するのみで、圧力センサを常に高さ計測点から均一高
さになるように保持させることができる効果がある。

【００５７】請求項２に記載の発明によれば、空気抜き
弁により気泡を外部に排出することによって正確な計測
を行うことができると共に、圧力センサに対して均一水
頭高さに備えた水張り弁により、実際に形状計測を開始
した際に計測誤差を生じることのないゼロ点調整を容易
に行うことができる効果がある。

【００５８】請求項３に記載の発明によれば、圧力セン
サに半導体センサを用いていることにより、橋梁の形状
を非常に高い精度で計測できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示す側面図であ
る。

【図２】固定支持具の一例を示す側面図である。

【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向矢視図である。

【図４】センサ−アンプ一体型の圧力センサの実験測定
誤差を示す線図である。

【図５】センサ−アンプ分離型の圧力センサの実験測定
誤差を示す線図である。

【図６】半導体センサの実験測定誤差を示す線図であ
る。

【図７】橋梁の張出距離と架設誤差を、半導体センサに
よる計測とレベル測量の場合とで比較した線図である。

【図８】橋梁の一例の半分の長さを示す側面図である。

【図９】従来の橋梁の形状計測装置の一例を示す側面図
である。

【符号の説明】

１ 橋梁 ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ 高さ計測点 ９ 固定側 ２０ 連通管 ２１ 分岐管 ２３ 基準タンク ２７ 圧力センサ ２８ 水張り管 ２９ 水張り弁 ３０ 空気抜き管 ３１ 空気抜き弁 ３３ 固定支持具 ３６ 均一高さ ４１ 演算装置 Ｌ 基準水面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準水面を保持できるように固定側に備
   えた基準タンクと、該基準タンクに接続された連通管
   と、該連通管の長さ方向に沿って備えた複数の分岐管
   と、各分岐管の夫々に備えた圧力センサと、各圧力セン
   サを橋梁の高さ計測点から均一高さに保持するようにし
   た固定支持具と、前記各圧力センサの検出圧力に基づい
   て基準タンクの基準水面に対する高さ計測点の標高を演
   算する演算装置とを備えたことを特徴とする橋梁の形状
   計測装置。
2. 【請求項２】 各分岐管に、空気抜き弁を有する空気抜
   き管と、水張り弁を有する水張り管とを備えていること
   を特徴とする請求項１に記載の橋梁の形状計測装置。
3. 【請求項３】 圧力センサが、半導体センサであること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の橋梁の形状計測装
   置。