JPWO2008146532A1 - 構造物の応力測定方法、並びに、被測定物のひずみ計測方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、計測対象物に与える損傷を最小限として、精度の高い測定を行うことが可能な構造物内に存在する応力の計測方法を提供する。本発明の構造物の応力測定方法は、構造物２に作用している応力を測定するための応力測定方法であって、前記構造物２の計測すべき計測対象領域Ｓに対応する部位の表面の前記構造物２に作用する応力の方向と直交する方向に溝７を切削し、当該溝７の周辺に生じる歪み変化を検出し、当該歪み変化に基づいて前記構造物２に作用している応力の状態を解析することで前記応力を測定する。

Description

本発明は、物体のひずみを計測するひずみ計測方法等、及び既設コンクリート構造物が受けている応力を測定する構造物の応力測定方法に関するものである。

プレストレスコンクリート（以下、「ＰＣ」と証する。）橋では、塩害によるＰＣ鋼材の破断やプレストレス不足によるひび割れ、グラウト不良によるＰＣ鋼材の腐食などの現象が生じている。これらの変化状態や性能劣化に対して、現状のＰＣ橋の応力状態を把握し、何らかの適切な対処を行う必要がある。

現状においてこのような構造物の応力状態を把握する一般的な方法としては、コンクリート打設時にあらかじめ当該コンクリート構造物の任意の部位に歪計を設置して、その歪変化により応力を測定する方法が知られている。

また、コンクリート構造物にかかる計測対象領域の一定領域の応力を部分的に解放して計測を行い、当該計測した値に基づいて応力状態を推定する方法が一般的に知られている。

この方法は、図６に示すように、コンクリート構造物５０のうち、計測対象領域の一定領域をコア５１として採取し、当該コア５１における採取前後の歪み変化を歪ゲージにて検出して、当該検出した歪み変化に基づいて応力を推定するものである（特許文献１）。

また、従来から、上記歪計（例えば、ひずみゲージ）や電子カメラなどの光学式撮影装置を用いて、計測対象物としての物体（例えば、既設のコンクリート構造物など）の表面に発生するひずみを計測する方法が知られている。

ひずみゲージを用いたひずみ計測方法は、物体の表面にひずみゲージを貼り付けて当該物体の変形に応じてひずみゲージが伸び縮みすることで発生する当該ひずみゲージの抵抗体の抵抗値を検出し、その抵抗値の変化に基づいて物体に発生するひずみを計測するものである（例えば、特許文献２参照）。

一方、光学式撮影装置を用いたひずみ計測方法は、物体のひずみ変化発生前後の表面を光学式撮影装置により撮影し、当該撮影された画像の各所定画素（点）の変化量及び方向をデジタル画像相関法で求め、物体に発生するひずみを計測するものである（例えば、特許文献３参照）。

特開平１０−９９４３号公報 特開平８−３０４１９１号公報 特開２００３−２３２６８８号公報

しかしならが、従来技術における前者の歪測定方法は、コンクリート硬化時に発生する歪や硬化後のクリープや乾燥収縮によって発生する歪の影響を受けて、正確な応力を計測するのは困難である。

また、後者の歪測定方法は、歪ゲージにて計測するものであり、点の開放歪しか計測できず、さらに歪ゲージのゲージの長さが変動応力範囲より長いことにより、計測結果にバラツキが生じるなどの問題がある。また応力開放のためには、一般にコンクリートコアカッターを用いるため当該コアカッターを固定するためのアンカーをコンクリート構造物に打設する必要性が生じ、現場での計測には煩雑で労力の掛かる作業となり、作業者の負担が大きいなどの問題がある。また、計測対象位置の一定領域をコアとして抜き取る必要があり、コンクリート構造物に大きな損傷を与える場合があるという欠点があった。

また、上記従来例に示すひずみゲージを用いたひずみ計測方法において、計測対象物のひずみを面的に把握したい場合には、多数の歪ゲージを取り付ける必要があり、作業性の悪化を伴う。

また、計測対象物がコンクリートなどの不均一材料で構成されている場合には、ひずみゲージのゲージ長や当該ひずみゲージを取り付ける位置によって値がばらつくという問題があり、さらにその問題を解決するために同一個所に複数のひずみゲージを取り付けて計測することは困難である。

また、ひずみゲージは、微小領域、又は凹凸のある計測対象物には適さず、一度の計測で使い捨てであるなどの問題がある。

一方、光学式撮影装置を用いたひずみ計測は、凹凸のある計測対象物や計測対象物のひずみ分布を面的に把握したい場合などに適応可能であるものの、以下のような問題がある。

光学式撮影装置を用いたひずみ計測では、一般的に、デジタル画像相関法によってひずみ解析され、当該ひずみ解析では、２点間の変位前後の距離変化を用いてひずみが求められる。しかしながら、デジタル画像相関法の解析分解能は１画素辺りの５０から１００分の１と一般的に言われており、変位量が小さい場合には、精度の良い結果が得られないなどの問題がある。

本発明は上記各問題点の解決を課題の一例として為されたもので、計測対象物に与える損傷を最小限として、精度の高い測定を行うことが可能な構造物に作用する応力の計測方法を提供することを第１の目的とし、簡易、且つ高精度に物体の表面に発生するひずみを計測可能なひずみ計測方法等を提供することを第２の目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の構造物の応力測定方法は、構造物に作用している応力を測定するための応力測定方法であって、前記構造物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記構造物に作用する応力の方向と直交する方向にスリット形状の溝を切削して当該溝の周辺に生じる歪み変化を検出し、当該歪み変化に基づいて前記構造物に作用している応力の状態を解析することで前記応力を測定することを特徴とする。

また、請求項６に記載のひずみ計測方法は、被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測方法であって、前記溝の軸線上に配置される任意の基点と、その基点から被測定物に作用する応力の方向に配置される指標点を設定し、前記溝の切削前に前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第１の画像データ取得工程と、前記溝を切削した後に、前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第２の画像データ取得工程と、前記溝の切削前後の画像データから前記基点とそれぞれの指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記溝周辺のひずみ分布を解析する解析工程と、を備えていることを特徴とする。

また、請求項７に記載のひずみ計測方法は、被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測方法であって、前記溝の軸線上に配置される任意の基点と、その基点から被測定物に作用する応力の方向に配置される指標点を設定し、前記溝の切削前に前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第１の画像データ取得工程と、前記溝を切削した後に、前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第２の画像データ取得工程と、前記溝の切削前後の画像データから前記基点を点対称とする指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記溝周辺のひずみ分布を解析する解析工程と、を備えていることを特徴とする。

また、請求項８に記載のひずみ計測システムは、被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測システムであって、前記溝の軸線上に任意の基点、及びその基点から前記軸線と直交する方向に複数の指標点を設定し、前記基点及び指標点が含まれるように前記被測定物の変形前後の表面を光学式撮像装置により撮像し、変形前後の画像データを取得する画像データ取得手段と、変形前後の画像データから前記基点とそれぞれの指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記溝周辺のひずみ分布を解析する解析手段と、を備えていることを特徴とする。

また、請求項９に記載のひずみ計測システムは、被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測システムであって、前記溝の軸線上に任意の基点、及びその基点から前記軸線と直交する方向に複数の指標点を設定し、前記基点及び指標点が含まれるように前記被測定物の変形前後の表面を光学式撮像装置により撮像し、変形前後の画像データを取得する画像データ取得手段と、変形前後の画像データから前記基点を点対称とする指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記基点周辺のひずみ分布を解析する解析手段と、を備えていることを特徴とする。

計測対象となるコンクリート構造物の一例を示す外観図である。 溝の深さを変えた時の溝周辺の歪変化を示す図である。 溝の幅を変えた時の溝周辺の歪変化を示す図である。 本発明の計測方法の一例を示す簡略図であり、図４（ａ）は撮像装置による計測方法を示す図、図４（ｂ）はスキャナーによる計測方法を示す図である。 応力測定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 従来の応力測定方法の説明図である。 他の実施形態におけるひずみ計測システムの概略構成図である。 解析装置の概略構成図である。 ひずみ計測システムのフローチャート図である。 計測対象領域に設定される指標点を示す拡大図である。 ２本の溝の距離と深さの関係を示す図である。 他のひずみ分布計測時に設定される基点及び指標点を示す図である。

符号の説明

Ｓ、Ｒ 計測対象領域
Ｍ 応力測定装置
７ 溝
１１、１０５ 光学式計測装置
２１ 検出部
２４ 解析部
１１０ 解析装置

以下、本発明の最良の実施形態について、図１乃至図５を用いて詳細に説明する。図１は計測対象となるコンクリート構造物の一例を示す外観図、図２は溝の深さを変えた時の溝周辺の歪変化を示す図、図３は溝の幅を変えた時の溝周辺の歪変化を示す図、図４は本発明の計測方法の一例を示す簡略図、図５は応力測定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。また、図２は、所定の構造物に１０Ｎ／ｍｍ^２の応力を作用させた時の切削深さと解放ひずみの分布を示し、図３は所定の構造物に１０Ｎ／ｍｍ^２の応力を作用させた時の切削幅と解放ひずみの分布を示すものである。

なお、以下に説明する実施の形態は、一実施例として、橋桁に支持されたコンクリート構造物を計測対象物として適用した場合の実施形態を示すものであるが、この実施形態に限定されるものではなく、たとえば、鋼構造物、岩盤、金属材料、石材、石膏、プラスチック材料等の弾性体材料にも適用可能である。なお、以下に示す計測対象領域Ｓとは、計測をすべき領域を意味するものであり、当該計測対象領域Ｓは、計測すべき１点を含む周辺である。

まず、コンクリート部材、鋼部材、石材などからなる構造物（たとえば、コンクリート構造物）は、自重などにより応力が作用していることが一般に知られている。一方、当該構造物に孔を形成し、当該孔の開いた構造物にσの応力を作用させると、開口周辺に３σの集中応力が発生することが一般に知られている。

そして、当該コンクリート構造物の一部を切削し、部分的に応力を開放すると切削した切削部位の周辺に応力の再分配が発生する。この再分配により切削部位の周辺の応力状態が変化すると考えられる。

また、図２に示すように、構造物に対して略矩形状の溝を形成した場合において、その深さを変えた時の溝周辺の歪変化を解析した結果、溝の深さが深くなるにしたがって、歪変化が大きくなる傾向を示した。一方、図３に示すように、溝の幅を変えたときの溝周辺の歪変化を解析した場合には、溝の幅によって歪はほぼ変化しなかった。

よって、溝の幅によって歪がほぼ変化しないため、応力を測定するために切削する溝の形状はその大きさにあまり左右されないため、極力小さくすることが望ましいと判断できる。よって、本発明では、その切削形状を、スリット状の溝とした。また、深さによって歪変化量が変わるため、当該溝周辺の歪変化を検出する検出装置の性能によってその溝の深さを変えることとした。よって、性能の高い検出装置を用いることによって、溝の深さは浅くでき、構造物に与えるダメージを極力少なくできるとともに、スリット状の溝を形成するだけでよいので、作業者の負担を少なくできる。

このように、本発明は、当該切削部位周辺の応力状態に着目したものであって、本実施形態の構造物の応力測定方法は、計測対象領域に対応する部位の表面にスリット形状の溝を切削し、当該溝の周辺部の歪み状態から当該構造物に作用する応力状態を把握し、当該構造物に作用する応力を測定するものである。

具体的には、本発明の応力測定方法は、当該切削部位（溝）の周辺の歪分布の変化量を計測するスペックル干渉計などの光学式計測器で計測する、又は当該溝の周辺の画像をＣＣＤカメラ、デジタルカメラ、又はスキャナーなどの光学式撮像装置で撮影して当該撮影した画像から画像相関法などの解析手法で当該溝の周辺の歪分布の変化量を計測するなどの全視野ひずみ測定法などを用いて、当該計測されたひずみ分布の変化量をＦＥＭ解析などにより逆算して当該溝の周辺に作用する応力状態を把握するとともに、当該構造物に作用する応力を測定するようになっている。なお、歪分布の変化量に基づいて応力状態を計測する手法については公知の事実であるため説明を省略するものとする。

以下に、本実施形態の構造物の応力測定方法に関する実施例について図１、及び図４を用いて説明する。
−第１実施例−
まず、図１に示すように、計測対象となるコンクリート構造物２のうち、計測対象領域Ｓを特定する。当該計測対象領域Ｓは、コンクリート構造物２のうち、内部応力が知りたい場所の領域であり、種々の構造物の構造などによって計測対象領域が変わるものであり、計測対象となる構造物の状況に応じて決定されるものである。

次いで、計測対象領域Ｓに対応する部位の表面にスリット形状の溝７を切削して、コンクリート構造物２に作用している応力を開放する。

なお、当該溝７は、コンクリート構造物２に作用する応力の方向がわかっていればその方向と直交する方向に溝７の長辺部分が対応するように形成すればよい。本実施形態では、軸線に沿って応力が発生していると考えられるので、上下方向に延びる溝７が形成される。

次いで、スペックル干渉計などの光学式計測装置を用いて溝７の周辺の歪み量を検出し、その検出値に基づいて、当該溝７の周辺のひずみ分布を求め、当該歪分布に基づいて当該コンクリート構造物２に作用している応力を算出し、測定するようになっている。また、計測されたひずみ分布の変化量をＦＥＭ解析などにより逆算して当該構造物に作用する応力状態を把握する。

−第２実施例−
本実施例は、第１実施例のスペックル干渉計に代えて、ＣＣＤカメラ、デジタルカメラ、又はスキャナーなどの光学式撮像装置で溝７の周辺のひずみ分布を計測するものである。

まず、図１に示すように、コンクリート構造物２のうち、計測対象領域Ｓを特定する。当該計測対象領域Ｓは、コンクリート構造物２のうち、内部応力が知りたい場所であり、種々の構造物の構造などによって計測対象領域Ｓが変わるものであり、計測対象となる構造物の状況に応じて決定されるものである。

次いで、図４（ａ）に示すように、計測対象領域ＳをＣＣＤカメラやデジタルカメラなどの撮像装置１１ａにより撮影する。

次いで、計測対象領域Ｓに対応する部位の表面にスリット形状の溝７を切削して、コンクリート構造物２に作用している応力を開放する。

次いで、図４（ａ）に示すように、コンクリート構造物２に作用している応力を開放した後の計測対象領域Ｓを撮像装置１１ａにより撮影する。

次いで、撮像装置１１ａにより撮影された応力開放前と応力開放後の映像に基づいて、コンクリート構造物２に作用している応力を開放した時における当該溝７の周辺の歪み変化量を画像相関法などの解析手法を用いて当該溝７の周辺の歪み分布を求め、計測されたひずみ分布の変化量をＦＥＭ解析などにより逆算して当該構造物に作用する応力状態を把握する。

なお、撮像装置１１ａの代わりとして、図４（ｂ）に示すように、スキャナー１１ｂを用いても構わない。スキャナー１１ｂを用いる場合には、計測対象領域の含む領域に対してスキャナー１１ｂを移動させて当該溝７の周辺の画像データを得ればよい。

−応力測定装置の構成等−
次に、図５を参照して、第１及び第２実施例で示す応力測定方法に用いられる応力測定装置の構成及び機能について説明する。

図５に示すように、応力測定装置Ｍは、計測対象領域Ｓの一部を切削した時に当該切削された溝７の周辺の歪の変化を検出する検出部２１と、表示画面２２を含む端末装置２３と、を含んで構成されている。

検出部２１は、例えば、スペックル干渉計などの光学式計測器やＣＣＤカメラ、デジタルカメラ、又はスキャナーなどの光学式撮像装置からなる光学式装置１１である。

また、光学式撮像装置は、例えば、溝７を含む計測対象領域Ｓ全体を撮影するためのカメラやスキャナーである。当該光学式撮像装置は、溝７を形成するために切削する切削前後の計測対象領域Ｓを撮影する。よって、光学式撮像装置では、コンクリート構造物２に作用する応力を開放する前と応力を開放した後の、当該溝７の周辺の映像が撮影される。

端末装置２３は、検出部２１によって検出された溝７の周辺の歪分布に基づいてコンクリート構造物２に作用する応力を解析する解析部２４と、解析した結果を図や数値で、例えば表示画面２２上に表示などする制御部２５と、図示しないが応力を算出するための計算式などを記憶するＨＤＤ（Hard Disk Drive）等からなる記憶部、所定のキーやマウスなどの入力部等を含んで構成されている。なお、制御部２５は、各部を統括的に制御するものである。端末装置は、例えば、一般的に汎用コンピュータと称される装置であって測定者によって操作されるものである。

制御部２５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、作業用ＲＡＭ（Random Access Memory）、及び各種プログラムやデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）等によって構成されている。そして、制御部は、ＣＰＵが例えばＲＯＭ等に記憶された応力解析プログラムを実行することにより、解析部によってコンクリート構造物２に作用する応力が算出されるものである。

具体的には、制御部２５は、検出部２１により検出された溝７の周辺の歪から溝７の周辺の歪分布を求め、当該コンクリート構造物２に作用している応力を算出し、当該算出した結果を表示画面に表示するようになっている。

当該コンクリート構造物２に作用している応力は、例えば、画像相関法やスペックル干渉法により溝７の周辺に作用している圧縮、又は引張応力状態を推定することで、コンクリート構造物２に作用する応力を算出するようになっている。

−他の実施形態−
次に、図７乃至図１１を用いてひずみ分布の計測手法及び応力の算出手法について具体的に説明する。図７はひずみ計測システムの概略構成図、図８は解析装置の概略構成図、図９はひずみ計測システムのフローチャート図、図１０はひずみ分布計測時に設定される基点及び指標点を示す図、図１１は２本の溝の距離と深さの関係を示す図、図１２は他のひずみ分布計測時に設定される基点及び指標点を示す図である。

本実施形態のひずみ計測システムは、例えば、応力開放によりコンクリート構造物に発生するひずみを計測し、そのひずみをもとにひずみ分布を作成、又は応力を算出するものである。本実施形態は、一例としてコンクリート構造物を被測定物１０２としているが、この実施形態に限定されるものではなく、たとえば、鋼構造物、岩盤、金属材料、石材、石膏、プラスチック材料等の弾性体材料にも適用可能である。なお、以下に示す計測対象領域Ｒとは、予め規定される計測対象点（基点）を含む周辺領域を意味するものである。

図７に示すように、ひずみ計測システムは、被測定物１０２の表面の計測対象領域Ｒを撮像する撮像装置１０５と、この撮像装置１０５により撮像された画像データに基づいて計測対象領域Ｒに発生するひずみを解析する解析装置１１０と、を備えている。

撮影装置１０５は、例えば、ディジタルビデオカメラなどの光学式撮像装置を用い、被測定物１０２の表面（計測対象領域Ｒ）を撮像する。なお、撮影装置１０５は、当該ディジタルビデオカメラに限られるものではなく、ＣＣＤカメラ、デジタルカメラ、又はスキャナー等を適宜用いることが可能である。

図７及び図８に示すように、解析装置１１０は、一般にコンピュータと称される装置であって表示画面１１０ａを有している。この解析装置１１０は、撮像装置１０５によって撮像された画像データが入力されるＩ／Ｆ部１１２と、当該画像データを記憶する記憶部１１４と、当該画像データを画像解析する画像解析部１１５、画像解析によって得られたひずみ分布、及び応力を表示画面１１０ａ上に出力する出力部１１７と、制御部１１９と、を備えている。

制御部１１９は、演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、作業用ＲＡＭ、不揮発性メモリ、及び各種処理プログラムやデータを記憶するＲＯＭ等を備えている。そして、ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶された各種処理プログラムを読み出し実行することにより、各部１１２、１１４、１１５、１１７を統括制御するようになっている。

次に、ひずみ計測システムを用いて、被測定物１０２の計測対象領域Ｒに発生するひずみ分布や応力を計測する方法について図９を参照して説明する。

まず、被測定物１０２の表面において計測対象領域Ｒが使用者等によって設定され、当該計測対象領域Ｓが撮像可能になるように撮像装置１０５が固定される。そして、当該撮像装置１０５によって変位前の計測対象領域Ｒが撮像される（ステップＳ１１）。当該撮像された画像データは、Ｉ／Ｆ部１１２を介して記憶部１１４に記憶される（ステップＳ１２）。

次に、当該計測対象領域Ｒに対応する部位の表面にスリット形状の溝１０７を切削して被測定物１０２に作用している応力を開放する。

なお、当該溝１０７は、被測定物１０２に作用する応力の方向がわかっていればその方向と直交する方向に溝１０７の長辺部分が対応するように形成すればよい。本実施形態では、当該被測定物１０２の軸線に沿って（水平方向に）応力が発生していると考えられるので、上下方向に延びる溝１０７が形成される。

次に、所定期間経過後（応力開放による被測定物１０２の変位後）、撮像装置１０５によって当該計測対象領域Ｒが撮像される（ステップＳ１３）。当該撮像された画像データは、Ｉ／Ｆ部１１２を介して記憶部１１４に記憶される（ステップＳ１４）。

次に、画像解析部１５は、変位前の画像データと変位後の画像データを記憶部１１４から読み出して、所定の画像解析法に基づく解析を行う（ステップＳ１５）。

当該画像解析法としては、デジタル画像相関法が用いられる。２枚の画像を利用して変位量と移動方向を求める画像解析方法は数多く存在するため、その詳しい説明は省略する。

本実施形態では、図１０に示すように、予め切削される溝１０７の軸線上にユーザによって複数の基点Ｘ１〜Ｘｎと、その各基点（例えば、Ｘ１〜Ｘｎ）から溝１０７の軸線と直交する方向（本実施形態では水平方向）に複数の指標点（例えば、Ｘ１１〜Ｘ１ｍ、Ｘｎ１〜Ｘｎｍ）が設定される。当該指標点は、基点を中心として水平方向に点対称となるように設定される。

そして、画像解析部１５は、変位前後の画像データから、基点と、当該基点から水平方向に設定されるそれぞれの指標点の２点間の距離変化を求め、その距離変化を基点とそれぞれの指標点間の距離で除算することによって、応力が作用する方向のひずみを算出する。

なお、変位前後の画像データから基点を中心として水平方向に点対称となるように設定された２つの指標点間の距離変化を求め、その距離変化を指標点間の距離で除算することによって、応力が作用する方向のひずみを算出するようにしても構わない。

次に、当該画像解析部１５は、算出されたひずみをもとに溝周辺のひずみ分布を作成し、当該ひずみ分布を出力部１１７にて表示画面１１０ａ上に出力させる。

このようにして、基点と各指標点の２点、又は基点を点対称とする２つの指標点の距離変化に基づいて被測定物１０２に作用している応力方向のひずみを算出し、当該算出したひずみをもとに基点周辺のひずみ分布を出力すれば、変位量が小さい場合であっても精度の高いひずみの計測が可能である。また、当該ひずみ分布によって基点周辺のひずみの発生状況を容易に把握可能であり、例えば、異常値が検出されれば、その指標点付近でクラックが生じているなどの状況がわかる。

また、画像解析部１１５は、被測定物１０２に発生する応力を算出する。当該応力はひずみ分布の変化量をＦＥＭ解析などにより逆算して算出される。

また、図１２に示すように、被測定物１０２の計測対象領域Ｒに対応する部位の表面両側に鉛直方向にスリット形状の溝１３０、１３１を２本平行に切削して、当該計測対象領域Ｒのひずみ分布及び応力を求めるようにしても構わない。このような場合には、図１１に示すように、２本の溝１３０、１３１の距離Ｌ１と当該溝１３０、１３１の切削深さＬ２とがほぼ同一となるように当該溝１３０、１３１が設けられることが好ましい。

このような実施形態では、計測したいひずみの方向（本実施形態では水平方向）に対して直交する方向に所定の間隔を有して２本のスリット状の溝１３０、１３１を切削し、その２本の溝１３０、１３１に挟まれた空間（計測対象領域Ｒ）の、溝１３０、１３１の軸線方向と直交する方向に少なくとも２つの指標点を設定し、溝１３０、１３１を切削して応力開放する前後の指標点の２点間の距離変化を光学的手法により（撮像装置１０５等を用いて）計測してひずみを算出し、そのひずみに基づいて応力を算出すればよい。

さらに具体的には、図１２に示すように、２本の溝１３０、１３１の間の鉛直方向に任意に複数の基点（例えば、Ｘ１〜Ｘｎ）と、それぞれの基点から水平方向に複数の指標点（例えば、Ｘ１１〜Ｘ１ｍＸｎ１〜Ｘｎｍ）を予め設定し、上記実施形態と同様にしてひずみ及び応力を算出すればよい。

また、例えば、ある基点をもとにロゼット解析のための（例えば、３軸方向の）ひずみを算出して、そのひずみから応力を算出するようにしても構わない。なお、当該ひずみは、変形前後の基点と指標点の距離変化、又は変形前後の基点を点対称とする２つの指標点の距離変化に基づいて算出される。

なお、本発明発明は、コンクリートなどの材料で計測対象点のひずみ計測にばらつきが生じ易い場合や計測対象物が凹凸形状、又は柔らかい材料であるためにひずみゲージを取り付けにくい場合、計測対象物が微小であるためにひずみゲージを取り付けにくい場合、ひずみ変化が大きい部分のひずみ分布を緻密に計測したい場合などの特に有効である。

また、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではない。

Claims (9)

1. 構造物に作用している応力を測定するための応力測定方法であって、
   前記構造物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記構造物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削して当該溝の周辺に生じる歪み変化を検出し、当該歪み変化に基づいて前記構造物に作用している応力の状態を解析することで前記応力を測定することを特徴とする構造物の応力測定方法。
2. 前記歪変化は、光学式装置を用いて検出することを特徴とする請求項１に記載の構造物の応力測定方法。
3. 前記溝は、応力方向に対して直交する方向に延びるスリットであることを特徴とする請求項１、又は２に記載の構造物の応力測定方法。
4. 前記ひずみ変化は、予め溝の軸線上に基点、及びその基点から当該軸線と直交する方向に指標点を設定しておき、当該基点と指標点の２点間の距離変化に基づいて算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構造物の応力測定方法。
5. 前記ひずみ変化は、予め溝の軸線上に基点、及びその基点から当該軸線と直交する方向に指標点を設定しておき、当該基点を点対称とする２つの指標点に基づいて算出されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構造物の応力測定方法。
6. 被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測方法であって、
   前記溝の軸線上に配置される任意の基点と、その基点から被測定物に作用する応力の方向に配置される指標点を設定し、前記溝の切削前に前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第１の画像データ取得工程と、
   前記溝を切削した後に、前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第２の画像データ取得工程と、
   前記溝の切削前後の画像データから前記基点とそれぞれの指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記溝周辺のひずみ分布を解析する解析工程と、
   を備えていることを特徴とするひずみ計測方法。
7. 被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測方法であって、
   前記溝の軸線上に配置される任意の基点と、その基点から被測定物に作用する応力の方向に配置される指標点を設定し、前記溝の切削前に前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第１の画像データ取得工程と、
   前記溝を切削した後に、前記基点及び指標点が含まれるように前記計測対象領域を光学式撮像装置により撮像し、所定の画像データを取得する第２の画像データ取得工程と、
   前記溝の切削前後の画像データから前記基点を点対称とする指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記溝周辺のひずみ分布を解析する解析工程と、
   を備えていることを特徴とするひずみ計測方法。
8. 被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測システムであって、
   前記溝の軸線上に任意の基点、及びその基点から前記軸線と直交する方向に複数の指標点を設定し、前記基点及び指標点が含まれるように前記被測定物の変形前後の表面を光学式撮像装置により撮像し、変形前後の画像データを取得する画像データ取得手段と、
   変形前後の画像データから前記基点とそれぞれの指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記溝周辺のひずみ分布を解析する解析手段と、
   を備えていることを特徴とするひずみ計測システム。
9. 被測定物の計測すべき計測対象領域に対応する部位の表面の前記被測定物に作用する応力の方向と直交する方向に溝を切削し、当該溝周辺のひずみ分布を解析するひずみ計測システムであって、
   前記溝の軸線上に任意の基点、及びその基点から前記軸線と直交する方向に複数の指標点を設定し、前記基点及び指標点が含まれるように前記被測定物の変形前後の表面を光学式撮像装置により撮像し、変形前後の画像データを取得する画像データ取得手段と、
   変形前後の画像データから前記基点を点対称とする指標点の２点間の距離変化に基づいてひずみを算出し、その算出結果に基づいて前記基点周辺のひずみ分布を解析する解析手段と、
   を備えていることを特徴とするひずみ計測システム。

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