JPH109905A

JPH109905A - 歪・応力および漏水検知装置

Info

Publication number: JPH109905A
Application number: JP8158644A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yanagida; 博明柳田; Kenzo Sekijima; 謙蔵関島; Yasushi Otsuka; 靖大塚; Yoshitomo Endou; 是知遠藤; Norio Muto; 範雄武藤; Yasuhiro Arai; 康裕荒井
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 1996-06-19
Filing date: 1996-06-19
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】コンクリート材などの検知対象物に関する漏
水および歪・応力を確実にかつ広範囲の領域に亘って検
知可能にする。【解決手段】導電部材を有する２つの構造材を間隔を
おいて埋設する検知対象物と、上記構造材の一方に設け
られた導電部材に電圧を印加する定電圧電源とを設け、
対象物特性検知手段に、上記一方の構造材の導電部材を
流れる電流値から上記検知対象物の歪・応力を求めさ
せ、上記他方の構造材の導電部材を流れる電流値から上
記検知対象物の漏水の有無を求めさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、導電部材を有す
るプラスチック複合材を用いて構造物等の歪・応力およ
び漏水を検知するのに用いる歪・応力および漏水検知装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、構造物等の部材に生じた応力
を知る手段として例えば抵抗線歪み計を用いる方法が知
られている。この抵抗線歪み計は、周知の如く、蛇行配
置された白金等からなる抵抗線を有し、通常平板状をな
す。

【０００３】そして、この抵抗線歪み計を、応力を測定
しようとする上記部材である対象物外面に貼り付け、こ
の対象物の歪みに伴う抵抗線の形状変化（長さ変化およ
び断面積変化）による抵抗値変化を検知することによっ
て、検知対象物の歪みを把握し、該歪みから応力を算出
することができる。

【０００４】ところで、例えば、トンネル等の構造体の
漏水は、その構造体内部空間に水を導いてしまい利用者
等に不快感を与えるばかりでなく、トンネル構造体（覆
工体）そのものを劣化させる等の問題を含んでいる。

【０００５】このため、トンネル等の漏水箇所について
は、それをなるべく早期に発見し、漏水の規模によって
漏水箇所に対して止水処置を施す必要がある。

【０００６】特に、最近のトンネルでは、巻立てコンク
リート打設後、その内側に装飾のためさらに仕上げ材を
設置することが多く、上記漏水の発見が困難となってい
る。当然、吹付けコンクリートと巻立てコンクリートと
の間には防水シートを設置して、巻立てコンクリート側
への漏水を防ぐが、防水シートの設置が不完全であった
り、防水シートに穴が開くなどして、巻立てコンクリー
トへ水が浸透することがある。

【０００７】その結果、巻立てコンクリートの鉄筋が腐
食して膨らみ、巻立てコンクリートを破壊したり、ある
いは仕上げ材に水がかかり仕上げ材の劣化を招くなどの
支障を来すことがある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記抵
抗歪み計による対象物の歪み測定方法にあっては、上記
抵抗歪み計が高価であるうえ、取付け寸法的にも制約を
受け、これが対象物の外面にしか取り付けることができ
ないため、その対象物が大きい場合には、正確な意味で
内部応力を正しく検知できないという課題があった。

【０００９】また、これまでの漏水検知はシステム化，
自動化されておらず、目視により定期的にトンネルなど
の構造物を点検するのみであり、その点検作業が著しく
煩わしく、その点検精度および人件費などの点で不利で
あるなどの課題があった。

【００１０】この発明は上記のような課題を解決するも
のであり、検知対象物のいずれの部位にも設置でき、極
めて簡単な構成により安価かつ高精度にて検知対象物の
歪・応力を把握可能とするとともに、検知対象物におけ
る広域に亘る漏水検知を自動的かつ効果的に実施できる
歪・応力および漏水検知装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明にかかる
歪・応力および漏水検知装置は、導電部材を有する２つ
の構造材を間隔をおいて埋設する検知対象物と、上記構
造材の一方に設けられた導電部材に電圧を印加する定電
圧電源とを有し、対象物特性検知手段に、上記一方の構
造材の導電部材を流れる電流値から上記検知対象物の歪
・応力を求めさせ、上記他方の構造材の導電部材を流れ
る電流値から上記検知対象物の漏水の有無を検知させる
ようにしたものである。

【００１２】請求項２の発明にかかる歪・応力および漏
水検知装置は、上記各構造材をシート状の導電性繊維束
を貼り付けた棒状または紐状もしくは格子状のプラスチ
ック複合材から構成し、上記各構造材の導電性繊維束を
上記間隔をおいて対向配置したものであり、これにより
広い領域に亘って検知対象物にプラスチック複合材を埋
設可能にし、かつ構造材の強度が十分に得られるように
している。

【００１３】請求項３の発明にかかる歪・応力および漏
水検知装置は、上記検知対象物がコンクリート材の場合
に、上記構造材の間隔を０．５乃至５．０ｍｍとしたも
のであり、これにより最適の絶縁距離を得られるように
している。

【００１４】請求項４の発明にかかる歪・応力および漏
水検知装置は、上記定電圧電源を交流電源とすること
で、上記構造材間における分極を回避可能にしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図について説明する。図１はこの発明の歪・応力および
漏水検知装置を示す構成図であり、同図において、３
Ａ，３Ｂは各一の構造材としての格子状複合材であり、
これらが図２および図３に示すように、格子状に組まれ
たプラスチック複合材としてのガラス繊維強化プラスチ
ック材１のうち横列または縦列の片面に、導電部材とし
ての炭素繊維束などの導電性繊維束２をシート状に貼り
付けたものからなる。

【００１６】また、４は上記格子状複合材３Ａ，３Ｂを
埋設する検知対象物としてのコンクリート材であり、図
４および図５に示すように、各格子状複合材３Ａ，３Ｂ
は各繊維束２Ａ，２Ｂを例えば５．０ｍｍの間隔をおい
て対向させるように配置されて、上記コンクリート材４
がこれらの各導電性繊維束２Ａ，２Ｂ間に充填され、ま
た各ガラス繊維強化プラスチック材１Ａ，１Ｂの外側面
を覆っている。

【００１７】そして、これらのコンクリート材４および
２つの格子状複合材３Ａ，３Ｂは構造体５を構成してい
る。

【００１８】６Ａ，６Ｃは一方の上記格子状複合材３Ａ
の導電性繊維束２Ａの両端に取り付けられた電極であ
り、６Ｂは他方の上記格子状複合材３Ｂの導電性繊維束
２Ｂの一端に取り付けられた電極である。

【００１９】そして、上記電極６Ｃは別途用意した交流
定電圧電源８に接続され、上記電極６Ａ，６Ｂはそれぞ
れ交流電流計９Ａ，９Ｂを介して接地されている（図１
では交流定電圧電源８の接地端子に接続されている）。

【００２０】また、１０は対象物特性検知手段としての
記録装置であり、これが上記各交流電流計９Ａ，９Ｂで
計測された上記導電性繊維束２Ａ，２Ｂに流れる電流値
やこの電流値の変化にもとづいて、上記検知対象物の特
性であるコンクリート材４の歪・応力および漏水の有無
を演算によって求め、かつこの結果を記録し、必要に応
じ表示を行うものである。

【００２１】なお、上記交流定電圧電源８，交流電流計
９Ａ，９Ｂおよび記録装置１０は測定部７を構成してい
る。

【００２２】次に、上記構成になる歪・応力および漏水
検知装置の動作について説明する。まず、コンクリート
材４の漏水検知動作について説明する。この漏水検知は
交流電流計９Ｂの検出電流にもとづいてなされる。すな
わち、上記導電性繊維束２Ａの各電極６Ｃ，６Ａ間には
交流定電圧電源８から所定レベルの交流電圧が交流電流
計９Ａを介して印加される。

【００２３】一方、格子状複合材３Ｂの導電性繊維束２
Ｂに対しては、上記交流定電圧電源８からは直接的には
電圧を印加されず、導電性繊維束２Ａを介してコンクリ
ート材４の抵抗値に応じた電流が流されるのみである。

【００２４】しかし、上記コンクリート材４は通常の乾
燥状態においては抵抗値が著しく高く、従って、その導
電性繊維束２Ｂに流れて交流電流計９Ｂで検出される電
流値は極めて小さい値かゼロである。

【００２５】一方、上記構造体５のコンクリート材４内
にひび割れなどが生じて、例えば地盤からの水がコンク
リート材４内に漏れた場合は、その漏水が対向する２つ
の導電性繊維束２Ａ，２Ｂ間の一部または全体を電気的
に短絡することとなる。

【００２６】このため、交流電流計９Ｂには交流定電圧
電源８から２つの導電性繊維束２Ａ，２Ｂを介して大き
な電流が流れる。なお、この交流電流計９Ｂに流れる電
流は、上記導電性繊維束２Ａ，２Ｂ間の漏水により低下
した絶縁抵抗の大きさに対応する値であり、例えば図６
に示すような時間―電流特性となる。

【００２７】すなわち、この図６によれば、交流定電圧
電源８の電圧を、周波数が１ＫＨzでＡＣ５Ｖの一定値
とし、上記構造体５に水が浸透していない状態にあって
は、時間の経過に拘らず、交流電流計９Ｂで検知される
電流はゼロまたは上記のような低レベルの一定値であ
る。

【００２８】しかし、上記漏水が発生したタイミング
（時間）ａでは、上記導電性繊維束２Ａ，２Ｂ間の抵抗
値が低下し、従って、交流電流計９Ｂで検出される電流
値が急激に上昇する。このような現象は上記導電性繊維
束２Ａ，２Ｂ間のいずれの部分に漏水が発生しても容易
かつ確実に検出できる。

【００２９】また、上記漏水により上記導電性繊維束２
Ａ，２Ｂ間の抵抗値が一旦急激に低下した後は、すなわ
ち電流値が大きく上昇した後は、時間の経過とともに徐
々に上昇し、上記漏水が停止したタイミングｂで上記電
流値の漸増が停止し、その漏水が停止した後は急激に電
流が低下し、続いて徐々に低下していく。

【００３０】一方、上記記録装置１０では上記交流電流
計９Ｂの電流検出値を常時監視して記録しており、その
検出した電流値が設定レベルを超えて大きく上昇したと
き上記タイミングａで漏水が発生したと判定し、またタ
イミングｂで漏水が停止したと判定することができる。

【００３１】なお、漏水の発生および漏水の停止は、上
記検出された各電流値を、予め実験的に求めておいた上
記各設定レベルを基準として、この基準値と比較演算す
ることにより容易かつ確実に確認できる。

【００３２】また、上記格子状複合材３Ａ，３Ｂの各導
電性繊維束２Ａ，２Ｂ間の間隔は０．５乃至５．０ｍｍ
とすることが望ましい。その間隔を０．５ｍｍ未満とす
ると、コンクリート材４をこれらの間に十分に充填させ
ることができないばかりか、各導電性繊維束２Ａ，２Ｂ
が接触して、電気的に短絡状態となってしまう場合があ
るからである。

【００３３】一方、上記間隔が５ｍｍを超えると、各導
電性繊維束２Ａ，２Ｂ内にコンクリート材４の粗骨材が
入り込み、この部位で漏水検知の障害となるため、その
間隔は５ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００３４】また、上記漏水の検出に交流電流を用いて
いる。これは直流電流を用いた場合には、上記各格子状
複合材３Ａ，３Ｂ間に分極が起り、電流の流れが止まる
など、電流値が安定しないことによって、上記漏水の検
知を正確に実施できないことによる。

【００３５】次に、上記構造体５の歪・応力検知動作に
ついて説明する。いま、上記コンクリート材４が地震な
どによる外力を受けると、このコンクリート材４中に埋
設された上記格子状複合材３Ａ，３Ｂにその外力が作用
し、その外力による歪みや変形に応じて上記導電性繊維
束２Ａの電気抵抗値が変化する。

【００３６】図７は上記外力としての荷重に対する格子
状複合材３Ａ，３Ｂの歪み量Ｅ、および上記電気抵抗値
Ｒの各変化状況を示す特性図であり、上記荷重に対して
歪み量Ｅは直線的に変化するのに対し、上記電気抵抗値
Ｒはヒステリシスループ状に変化する。

【００３７】すなわち、図７において、荷重Ｐ（ｔ）の
増加に伴う電気抵抗値Ｒは、ａ−ｂ間で比較的急激に、
ｂ−ｃ間では緩やかに、また、ｃ点から急激に増加する
といった三段階移行の傾向を示す。

【００３８】そして、その後荷重Ｐを除去しても、電気
抵抗値Ｒはａ点すなわち初期抵抗値Ｒ０には戻らず、高
い値の方へシフトしている。このような傾向は荷重の大
きさ，荷重速度，導電繊維の種類を変えても同様に現わ
れる。

【００３９】さらに、荷重Ｐを完全に除荷した後、再び
最初の最高歪み値まで荷重を加えると、抵抗値Ｒ（Δ
Ｒ）は今度はｅ−ｄ点間のカーブをほぼそのままトレー
スして上昇し、そこから除荷すると、再びｄ点からｅ点
に向けて同じ曲線を描く。そして、以後、これを繰り返
しても同様になる。

【００４０】また、ｃ点の現れる位置、およびｃ−ｄ点
間の抵抗値変化（シフト量）は、導電性繊維束２Ａの強
度，伸性によって異なり、例えば、ｃ点の発現位置は導
電性繊維束２Ａを高強度とすることにより高歪み域側に
移行し、またｃ−ｄ点間の抵抗値変化量は、導電性繊維
束２Ａを高強度，高伸性のものとすることにより大きい
ものとなる。

【００４１】そして、ｄ−ｅ点間における現象は導電性
繊維束２Ａの可逆的な構造変化、ｃ−ｄ点間における現
象は不可逆的な構造変化に起因している。

【００４２】すなわち、上記構造体５の歪みに伴って電
気抵抗値Ｒの変化を示すこととなる。従って、この電気
抵抗値Ｒを測定することによって、構造体５の歪みを把
握でき、かつそれにより応力度を知ることができる。

【００４３】さらに、上記導電性繊維束２Ａは上述のよ
うに、歪み量εに対する電気抵抗値Ｒが特異な変化を示
すから、これを利用して上記構造体５の応力度状態を知
らせるセンサーとして使用することが可能である。

【００４４】従って、この発明では、図７に示すｃ点付
近の上記荷重に対する電気抵抗値Ｒの変化を利用して、
歪・応力の測定を行うことができる。

【００４５】図８は実測したこのようなｃ点付近の荷重
―抵抗特性図である。これによれば、構造体５の側面方
向から荷重をかけ、格子状複合材３Ａの導電性繊維束２
Ａに周波数が１ＫＨz で、ＡＣ５Ｖの交流電圧を印加す
ると、その導電性繊維束２Ａの電気抵抗値Ｒが経時的に
変化していく。

【００４６】そして、荷重が増加するｆ―ｃ間では上記
電気抵抗値Ｒは非常に緩やかに変化し、一方、ｃ―ｄ間
では荷重の増加に対して電気抵抗値Ｒが急激に増加す
る。

【００４７】このｃ点は導電性繊維束２Ａの破断強度点
であり、ｆ―ｃ点間では導電性繊維束２Ａの破断は起ら
ないため、導電性繊維束２Ａの抵抗値変化は小さくな
り、一方、ｃ―ｄ点間では連続的に導電性繊維束２Ａの
破断が生じるため、導電性繊維束２Ａの抵抗値の変化が
大きくなることになる。

【００４８】このことから、導電性繊維束２Ａの抵抗値
またはその変化量を検出することで、これの破断強度点
であるｃ点の検知が可能になる。また、この破断強度を
変化させることで、ｃ点を任意の値に設定することがで
きる。

【００４９】従って、導電性繊維束２Ａの破断強度ｃ点
から構造体５のコンクリート材４の破壊予知が可能とな
る。

【００５０】すなわち、この発明では、上記交流電流計
９Ａによって上記歪みの発生に伴う電気抵抗値Ｒの変化
に応じた電流を測定し、この測定結果を記録装置に記録
した上で所定のソフトウェアにもとづく演算処理を実行
することにより、上記コンクリート材４を含む構造体５
の歪・応力を容易に求めることができることとなる。

【００５１】図９はこの発明の実施の他の形態を示す。
この形態では、格子状複合材３Ａ，３Ｂの互いに対向す
る列の導電性繊維束２Ａ，２Ｂに、上記と同様に電極６
Ａ１，６Ａ２，６Ａ３，６Ｂ１，６Ｂ２，６Ｂ３および
６Ｃ１，６Ｃ２，６Ｃ３を接続し、交流定電圧電源８に
は電極６Ｃ１，６Ｃ２，６Ｃ３を接続してある。

【００５２】また、交流電流計９Ａには電極６Ａ１，６
Ａ２，６Ａ３が切換えスイッチ１１Ａを介して接続さ
れ、交流電流計９Ｂには電極６Ｂ１，６Ｂ２，６Ｂ３が
切換えスイッチ１１Ａを介して接続されている。

【００５３】これらの切換えスイッチ１１Ａ，１１Ｂは
周期的に切換えられ、構造体５のいずれの導電性繊維束
２Ａ，２Ｂ間に漏水が生じても、一定タイミングにて印
加される交流電圧によって、その導電性繊維束２Ａ，２
Ｂ間に流れる電流を、交流電流計９Ｂにより測定するこ
とで、記録装置１０においてその漏れを確実に検知でき
る。

【００５４】同様にして、上記タイミングにてすべての
導電性繊維束２Ａに交流電圧を印加することで、構造体
５の広い範囲で、交流電流計９Ａの検出電流にもとづい
て歪みの検知が可能になる。

【００５５】この場合において、上記各切換えスイッチ
１１Ａ，１１Ｂはそれぞれ独自に切換えられるようにし
てもよく、また、漏れや歪みの測定を各導電性繊維束２
Ａ，２Ｂごとに個別的に行うこともできる。さらに、各
切換えスイッチ１１Ａ，１１Ｂに中立位置（ＯＦＦ）を
設けておくことで、必要時のみ上記検知を行えるものと
することもできる。

【００５６】このように、この発明ではコンクリート材
などの検知対象物中に水が侵入することにより、導電性
繊維束２Ａ，２Ｂ間の電気的特性（絶縁抵抗）が変化す
ることで水の漏れの有無を検知でき、一方、上記格子状
複合材３Ａの破断強度を検知対象物の耐力に設定するこ
とで、構造体５に外力がかかりその検知対象物の耐力に
達したとき、上記格子状複合材３Ａを破断させて導電性
繊維束２Ａの抵抗値などの電気的特性が変化したことを
捉えて、歪・応力の検知が可能となる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれば
導電部材を有する２つの構造材を間隔をおいて埋設する
検知対象物と、上記構造材の一方に設けられた導電部材
に電圧を印加する定電圧電源とを有し、対象物特性検知
手段に、上記一方の構造材の導電部材を流れる電流値か
ら上記検知対象物の歪・応力を求めさせ、上記他方の構
造材の導電部材を流れる電流値から上記検知対象物の漏
水の有無を求めさせるように構成したので、コンクリー
ト材などの検知対象物に関する漏水および歪・応力を広
範囲の領域に亘って確実かつ高精度に検知することがで
きるという効果が得られる。

【００５８】また、請求項２の発明によれば上記各構造
材をシート状の導電性繊維束を貼り付けた棒状または紐
状もしくは格子状のプラスチック複合材から構成し、上
記各構造材の導電性繊維束を上記間隔をおいて対向配置
するように構成したので、各構造材の導電性繊維束間の
間隙を漏水検知用の絶縁空間として利用することができ
るとともに、常時は、ガラス繊維強化プラスチック材間
にあって導電性繊維束の耐食保護が図れ、さらに検知対
象物の表面のみでなく内部への設置が可能になるという
効果が得られる。

【００５９】また、請求項３の発明によれば上記検知対
象物がコンクリート材の場合に、上記構造材の間隔を
０．５乃至５．０ｍｍとするように構成したので、コン
クリート材の格子状複合材間への充填が可能になり、コ
ンクリート材への構造体の埋設を容易にでき、また、上
記格子状複合材間へのコンクリートの粗骨材の侵入およ
びこれによる測定電流値の不安定化を回避できるという
効果が得られる。

【００６０】また、請求項４の発明によれば上記定電圧
電源を交流電源とするように構成したので、対向する格
子状複合材間での分極の発生をなくすることができ、安
定化した電流測定値にもとづき、正しい漏水および歪・
応力の検出を実現できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態による歪・応力およ
び漏水検知装置を示す構成図である。

【図２】図１における格子状複合材を示す正面断面図
である。

【図３】図１における格子状複合材を示す平面図であ
る。

【図４】図１における構造体を拡大して示す正面断面
図である。

【図５】図４に示す構造体の平断面図である。

【図６】この発明の漏水測定用の交流電流計により測
定された時間―電流値特性図である。

【図７】この発明で利用される導電性繊維束の荷重に
対する歪みおよび抵抗特性図である。

【図８】この発明の歪み検出で利用される荷重―抵抗
特性図である。

【図９】この発明の実施の他の形態による歪・応力お
よび漏水検知装置を示す構成図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂガラス繊維強化プラスチック材（プラ
スチック複合材）２，２Ａ，２Ｂ導電性繊維束（導電部材）３Ａ，３Ｂ格子状複合材（構造材）４コンクリート材（検知対象物）８交流定電圧電源（定電圧電源）１０記録装置（対象物特性検知手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大塚靖東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者遠藤是知東京都港区元赤坂一丁目６番６号 (72)発明者武藤範雄東京都港区元赤坂一丁目６番６号 (72)発明者荒井康裕東京都港区元赤坂一丁目６番６号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電部材を有する２つの構造材と、これ
らの構造材を間隔をおいて埋設する検知対象物と、上記
構造材の一方に設けられた導電部材に電圧を印加する定
電圧電源と、該定電圧電源からの電圧印加によって上記
導電部材を流れる電流値から上記検知対象物の歪・応力
を求め、上記電圧印加によって上記構造材の他方に設け
られた導電部材を流れる電流値から上記検知対象物の漏
水の有無を検知する対象物特性検知手段とを備えた歪・
応力および漏水検知装置。
【請求項２】上記各構造材がシート状の導電性繊維束
を貼り付けた棒状または紐状もしくは格子状のプラスチ
ック複合材からなり、上記各構造材の導電性繊維束が上
記間隔をおいて対向配置されていることを特徴とする請
求項１に記載の歪・応力および漏水検知装置。
【請求項３】上記検知対象物がコンクリート材の場合
に、上記構造材の間隔を０．５乃至５．０ｍｍとしたこ
とを特徴とする請求項１に記載の歪・応力および漏水検
知装置。
【請求項４】上記定電圧電源が交流電源であることを
特徴とする請求項１に記載の歪・応力および漏水検知装
置。