WO2016047603A1 - 建造物の計測方法 - Google Patents

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WO2016047603A1
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screw member
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screw
axial
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裕 道脇
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株式会社ＮｅｊｉＬａｗ
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/38—Connections for building structures in general
    • E04B1/58—Connections for building structures in general of bar-shaped building elements
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04G—SCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00—Working measures on existing buildings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B31/00—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts
    • F16B31/02—Screwed connections specially modified in view of tensile load; Break-bolts for indicating the attainment of a particular tensile load or limiting tensile load
    • G—PHYSICS
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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C25/00—Arrangements for preventing or correcting errors; Monitoring arrangements

Definitions

  • the present invention relates to a method for measuring information such as stress acting on the inside of a building such as a building or a bridge.
  • the present invention has been made by the inventor's diligent research in view of the above-mentioned problems, and makes it possible to objectively measure the state of a building, thereby making it possible to determine the maintenance time and to improve the structure.
  • the purpose is to connect to the design.
  • the present invention that achieves the above object is a building measurement method for measuring stress and / or displacement of a building, and is used in a building, and a plurality of screw members having a male screw body and / or a female screw body, By providing a strain sensor that detects strain generated in the screw member and / or a sensor unit serving as an acceleration sensor that detects displacement of the screw member, and connecting an information collecting device to the sensor unit by wire or wirelessly, In the building measuring method, the information collecting device accumulates measurement information measured by the sensor member.
  • a plurality of screw members are used for one building, and measurement information of the sensor units of the plurality of screw members is accumulated in the information collecting device. It is characterized by.
  • the screw member is used for joining steel columns of columns or beams of the building.
  • the plurality of screw members are installed in the building so that their axial directions are different from each other.
  • an axial electrical contact pair that is separated in the axial direction in the screw member is provided, and a resistance value change of the screw member when a voltage is applied to the axial electrical contact pair, The strain generated in the axial direction of the screw member is detected.
  • a plurality of the axial electrical contact pairs are provided on the screw member, and the bending force of the screw member is detected based on the strain difference detected by the plurality of electrical contact pairs. It is characterized by that.
  • the radial electrical contact pair separated in the radial direction in the screw member is provided, and a resistance value change of the screw member when a voltage is applied to the radial electrical contact pair.
  • the strain generated in the radial direction of the screw member is detected.
  • the screw member is provided with an antenna for wireless communication.
  • an IC chip having individual identification information is provided on the screw member.
  • the screw member is provided with a battery.
  • the screw member is used for a plurality of buildings, and the information collection device accumulates the measurement information of the plurality of buildings.
  • the stress generated in the building can be objectively monitored for displacement.
  • FIG. 1 It is a figure showing the whole measuring system composition concerning an embodiment of the present invention. It is a perspective view which expands and shows the structure of the building to which the same measurement system is applied.
  • (A) is the front view, top view, and bottom view which show the external thread body utilized with the same measurement system
  • (B) is front sectional drawing. It is front sectional drawing which shows the modification of the same male screw body. It is the front view, top view, and bottom view which show the modification of the same male screw body.
  • (A) is a block diagram showing a hardware configuration of an information collection device of the measurement system
  • (B) is a block diagram showing a functional configuration of the information collection device.
  • FIG. 1 shows a building measurement system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the measurement system 1 includes a plurality of buildings 10 such as buildings and bridges, a screw member 30 used as a member at the time of construction in the building 10, and a wired or wireless connection to the screw member 30.
  • the information collecting apparatus 100 is provided.
  • the screw member 30 is a male screw body or a female screw body, and is preferably used as a basic structural member of the building 10.
  • a joining portion that connects the pillars 12 that are prismatic steel members extending in the vertical direction of the building 10 and a beam 14 that is an H steel material extending horizontally from the pillars 12 are connected.
  • Screw members 30 are employed at a plurality of joint sites. That is, the place where the screw member 30 is used is mainly a part where the structural material (framework material) of the building 10 is joined. Thus, the screw member 30 can indirectly receive internal stress generated in the structural material by participating in the joining of the structural materials.
  • FIG. 3 shows a basic structure when the male screw body 40 is employed as the screw member 30.
  • the male screw body 40 is a so-called bolt and has a head portion 42 and a shaft portion 44.
  • the shaft portion 44 is formed with a cylindrical portion 44a and a screw portion 44b.
  • the cylindrical portion 44a is not essential.
  • a head housing space 48 is formed in the head 42, and a shaft housing space 46 extending in the axial direction is formed in the shaft 44.
  • the head housing space 48 and the shaft housing space 46 are in communication with each other, and the head housing space 48 is expanded in the radial direction relative to the shaft housing space 46.
  • the head housing space 48 and the shaft housing space 46 are collectively referred to as an internal space 49.
  • axial electrical contact pairs 48A and 48B are provided at locations separated in the axial direction so as to be in contact with the inner peripheral surface.
  • the axial electrical contact pairs 48A and 48B are respectively connected to wirings 49A and 49B with insulation coating, and a voltage can be applied between the axial electrical contact pairs 48A and 48B.
  • the axial force or the axial force fluctuation acting on the male screw body 40 can be detected by the change in the resistance value of the male screw body 40 when a voltage is applied to the pair of axial electrical contacts 48A and 48B. Since the wirings 49 ⁇ / b> A and 49 ⁇ / b> B are accommodated in the internal space 49, the wiring does not get in the way when the male screw body 40 is used for the construction of the building 10.
  • a board 54 to which wirings 49A and 49B are connected and a battery 52 for supplying electric power to the board 54 are housed.
  • a case in which the battery 52 is built in is illustrated, but a battery box may be disposed outside, and power may be supplied from the battery box to the screw portion 30.
  • this embodiment shows the case where the male screw body 40 is operated using the battery 52, for example, when power is supplied from the outside through a wired power wiring, this battery can be omitted.
  • the battery 52 can also be omitted in the case of a passive structure that receives radio waves as energy from an external reader or the like and operates using this energy as a power source.
  • the resistance value is detected only by the axial electrical contact pairs 48A and 48B separated in the axial direction, but the resistance value is obtained by applying a voltage to the electrical contact pairs separated in the radial direction or the circumferential direction. It can also be measured. Since these resistance changes are minute, a bridge contact may be arranged in the middle of the pair of axial electrical contacts 48A and 48B to form a bridge circuit to measure a highly accurate resistance value.
  • a cap 50 is installed at the opening of the internal space 49. If the cap 50 on the head accommodating space 48 side is removed, the battery 52 can be replaced and the substrate 54 and the wirings 49A and 49B can be maintained without removing the male screw body 40 from the building 10.
  • a case where a pair of axial electrical contact pairs 48A and 48B is provided is illustrated, but for example, as shown in FIG. 4, a plurality of pairs of axial electrical contact pairs 48A and 48B are separated from the central axis. It is also preferable to arrange them on both sides in the diameter direction. In this way, for example, when a bending moment is applied to the shaft portion 44 of the male screw body 40, the one axial electric contact pair 48A, 48B is compressed and the other axial electric contact pair 48A, 48B extends. Since force acts, a difference in resistance can occur. By this difference, a change in bending moment acting on the male screw body 40 can be detected.
  • sensor portion integrated with the screw portion 30 including the integrated stress sensor by the axial electric contact pairs 48 ⁇ / b> A and 48 ⁇ / b> B and an acceleration sensor mounted on the substrate 54 described later.
  • FIG. 5 shows another configuration example of the male screw body 40.
  • a concave portion (plane) 60 having a non-circular cross section is formed on the outer peripheral surface of the shaft portion 44 of the male screw body 40.
  • the recess (plane) 60 extends in the axial direction, and an axial electrical contact pair 48A, 48B and wirings 49A, 49B are provided.
  • a strain gauge 62 is affixed to the recess (plane) 60, and the contacts at both ends of the strain gauge 62 become axial electric contact pairs 48 ⁇ / b> A and 48 ⁇ / b> B. Therefore, when an axial force acts on the shaft portion 44 of the male screw body 40, the stress change can be detected via the strain gauge 62.
  • the flat surface 60 is formed in the entire axial direction of the shaft portion 44 is illustrated, but it is also preferable to form the concave portion (plane) 60 only in the region of the cylindrical portion 44a.
  • FIG. 6 shows the configuration of the substrate 54.
  • the board 54 is composed of an analog circuit and / or an IC chip, and stores a CPU serving as a central processing unit for controlling all processes, a high-speed memory RAM for reading and writing temporary data, and a program.
  • Read-only memory ROM used to store data
  • memory EPROM that can be written to store data
  • interface for controlling communication between the board and the outside, wireless communication with the outside, and power using external radio waves
  • the resistance value detection unit is connected to the wirings 49A and 49B, detects the resistance value between the pair of axial electrical contacts 48A and 48B, and simultaneously converts this value into digital information and provides it to the CPU. As a result, the resistance value data is stored in the EPROM.
  • the acceleration sensor detects vibration and movement of the substrate 54 and calculates movement amount data of the male screw body 40. Thereby, the motion which the structure of the building 10 bends or shakes can be grasped.
  • the movement amount data is stored in the EPROM.
  • the resistance value data and the movement amount data stored in the EPROM are transmitted to the outside (information collecting apparatus 100) via the antenna at any time when information is collected by the administrator or at regular timing.
  • ROM or EPROM information (individual identification information) for identifying the individual male screw body 40 is stored.
  • the address of the building 10 is associated with the individual identification information.
  • each male screw body 40 is managed individually.
  • a part of the substrate 54 employs a so-called RFID technology using an IC chip.
  • the present invention is not limited to this, and other technologies may be used.
  • FIG. 7A shows a hardware configuration of the information collecting apparatus 100.
  • This information collection device 100 is a so-called server, a central processing unit, a CPU, a high-speed memory RAM for reading and writing temporary data, a read-only memory ROM used for storing a motherboard program, data A hard disk HDD writable to store the data, an interface for performing external communication control, and an antenna for wireless communication with the male screw body 40.
  • this antenna is not restricted to the case where it is arrange
  • FIG. 7B shows the program configuration of the information collecting apparatus 100.
  • the information collecting apparatus 100 includes an information organizing unit, an information analyzing unit, an alarm display unit, and a maintenance history holding unit.
  • the information organizing unit is associated with the individual identification information of the male screw body 40 described above, and the name, address, structure installation location, installation direction, size of the screw unit 30, manager (contact information), etc.
  • the resistance value data and the movement amount data collected from each male screw body 40 are accumulated in time series.
  • the information analysis unit analyzes the collected resistance value data and movement amount data, and makes an abnormality determination. For example, the abnormality determination is performed by analyzing whether or not an abnormal numerical value appears with the passage of time or whether the overall mechanical balance of the building 10 is broken based on data collected from the plurality of screw portions 30. judge.
  • the alarm display unit performs a process of notifying the operator of a maintenance alarm with a screen, characters, sounds, or the like when the information analysis unit determines that the analysis result includes abnormal data.
  • the maintenance history holding unit stores the maintenance history of the building 10.
  • the measurement system 1 of the building 10 it is possible to detect strain and / or displacement generated in the screw member 30 by using the plurality of screw members 30 in the structure of the building 10. .
  • the detection result is collected by being connected by wire or wirelessly by the information collecting apparatus 100, and can be used as objective data.
  • data recovery can be automated, and at the same time, observation and collection can be performed substantially in real time, and the deformation amount and internal stress change of the building 10 when an earthquake or the like occurs can be grasped. Based on this situation, it becomes possible to determine the priority of maintenance and important points.
  • this thread part 30 is various, it is preferable for the objective of this measurement system 1 that it is the structure where the thread part 30 does not loosen absolutely.
  • this structure for example, in FIG. 8, two types of male screw spiral grooves are formed in the screw portion 40 b of the male screw body 40, and the first female screw body 70 ⁇ / b> A screwed into one spiral groove and the other spiral groove are illustrated.
  • the screw part 30 which does not loosen completely can be constructed by incorporating the mechanism for preventing the relative rotation of the two female screw bodies 70B to be screwed together and at the same time.
  • Japanese Patent No. 4666313 related to the inventor of the present application.
  • a method of preventing loosening using a washer 150 can also be adopted.
  • the screw body side seat portion 122 is formed in a portion corresponding to the lower part or root of the head portion 42 of the male screw body 40, and the first receiving portion 160 is formed on one side (the upper surface side in FIG. 9) of the washer 150.
  • the 1st engagement mechanism A comprises.
  • the first engagement mechanism A is a ratchet mechanism or the like, and engages with each other when the male screw body 40 is rotated in the loosening direction, and the first receiving portion 160 and the screw body side seat portion 122 with respect to the rotation direction Prevent relative rotation of the.
  • a second receiving portion 170 is formed on the other side of the washer 150 (the lower surface side in FIG. 9).
  • the second receiving portion 170 faces the structures (posts or beams) 12 and 14 of the building 10.
  • a member-side seat portion 182 that faces the second receiving portion 170 of the washer 150 is formed as a hole in the structures 12 and 14.
  • a second engagement mechanism B is configured between the member side seat portion 182 and the second receiving portion 170 of the washer 150.
  • the outer shapes of the member side seat portion 182 and the second receiving portion 17 are non-circular with respect to the axis, and the second engagement mechanism B is at least in a direction in which the washer 150 is loosened.
  • the second receiving portion 170 and the member side seat portion 182 are engaged with each other to prevent relative rotation between the second receiving portion 170 and the member side seat portion 182 with respect to the rotation direction.
  • the male screw body 40 tries to rotate in the loosening direction by the action of the first engagement mechanism A and the second engagement mechanism B, the relative rotation between the male screw body 40 and the structures 12 and 14 is restricted by the interposition of the washer 150. Is done.
  • a male screw side cooperation region 80 having a non-circular cross section when viewed from the axial direction is formed in the shaft portion 44 of the male screw body 40.
  • the male screw side cooperation region 80 can also serve as the plane 60 already described.
  • the first engagement mechanism A is configured on the surface where the washer 50 and the female screw body 90 face each other.
  • the first engagement mechanism A is, for example, a ratchet mechanism. When at least the female screw body 90 tries to rotate in a loosening direction with respect to the male screw body 40 to be screwed, the first engagement mechanism A engages with each other, and the rotation direction. The relative rotation of the male screw body 40 and the washer 50 is prevented. The other side of the washer 50 faces the structural members 12 and 14.
  • the through-hole 82 of the male screw body in the washer 50 has a non-circular shape when viewed from the axial direction. Accordingly, the through hole 82 engages with the male screw side cooperation region 80 of the male screw body 40 in the circumferential direction (this is defined as the auxiliary engagement mechanism B).
  • the first engagement mechanism A and the auxiliary engagement mechanism B can provide a structure in which the female screw body 90 cannot be loosened.
  • the strain generated in the member of the screw portion 30 is directly detected, or a strain gauge is attached to the member, and the strain of the screw portion 30 is detected indirectly using the strain gauge.
  • the strain in the present invention can be applied to a case where a metal rod that is interlocked with the expansion / contraction of the screw portion 30 is disposed inside or outside the screw portion, and the expansion / contraction of the metal rod (that is, the expansion / contraction of the screw portion 30) is detected by a resistance value. It is included in the concept of detection.
  • strain sensor etc. are incorporated in the external thread body 40 is illustrated in the said embodiment, you may incorporate in an internal thread body side, and you may make it function as one sensor combining both. good.

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Abstract

　建造物の応力及び／又は変位を計測する建造物計測方法であって、建造物に対して、複数のねじ部材を配置し、このねじ部材には、自身に生じるひずみを検知するひずみセンサ及び／又は変位を検知する加速度センサを設け、情報収集装置によって、センサ部に有線又は無線で接続することにより、センサ部材で計測される計測情報を蓄積するようにした。これにより、建造物の応力発生状況を客観的に監視することができる。

Description

建造物の計測方法
　本発明は、ビルや橋梁等の建造物の内部に作用する応力等の情報を計測する手法に関する。
　現在、学校の校舎、駅舎、空港のターミナル、病院、市区町村の庁舎、橋梁、トンネルなど、社会インフラ等に関連する様々な建造物が存在する。これらの建造物は、長期間に亘って利用されることが前提となるが、経年劣化や震災等の衝撃による外力にさらされるため、老朽化は避けられない。老朽化を放置すれば、人為的な災害が発生するおそれもある。
　従って、今後、建造物を含めた社会インフラ等をメンテナンスして強靭化し、減災・防災を実現すること（ナショナル・レジリエンス）が重要となっている。
　しかしながら、膨大な数の建造物が存在している昨今、メンテナンスを行うべき建造物に優先順位をつけたり、一つの建造物の中でどの部位を集中的にメンテナンスすべきかを判断したりすることが、現実的には困難となっている。
　ところで現在も、橋梁の維持管理を行うために橋梁管理カルテを作成し、都道府県・市区町村の担当者が、橋梁を定期点検している。しかし、人間による目視外観検査を中心とした点検であるため、個人差が生じ易く客観性に欠けることから、抜本的なメンテナンスの判断には利用できないという問題があった。
　本発明は、上記問題点に鑑みて本発明者の鋭意研究により成されたものであり、建造物の状況を客観的に測定可能にすることで、メンテナンス時期の判断や、より優れた構造物の設計につなげることを目的としている。
　上記目的を達成する本発明は、建造物の応力及び／又は変位を計測する建造物計測方法であって、建造物に利用され、雄ねじ体及び／又は雌ねじ体を有する複数のねじ部材に対し、該ねじ部材に生じるひずみを検知するひずみセンサ及び／又は該ねじ部材の変位を検知する加速度センサとなるセンサ部を設けるようにし、情報収集装置を前記センサ部に有線又は無線で接続することにより、前記情報収集装置が前記センサ部材で計測される計測情報を蓄積することを特徴とする、建造物計測方法である。
　上記建造物計測方法に関連して、一つの建造物に対して、前記ねじ部材を複数利用するようにし、複数の前記ねじ部材の前記センサ部の計測情報を、前記情報収集装置に蓄積することを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、前記ねじ部材は、前記建造物の柱又は梁の鉄骨の接合に利用されるものであることを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、複数の前記ねじ部材は、前記建造物において、その軸方向が互いに異なる向きとなるように設置されることを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、前記ねじ部材における軸方向に離れた軸方向電気接点対が設けられ、前記軸方向電気接点対に電圧を印加した際の該ねじ部材の抵抗値変化により、前記ねじ部材の軸方向に生じる前記ひずみを検知することを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、前記ねじ部材に前記軸方向電気接点対が複数設けられ、前記複数の前記電気接点対で検知される前記ひずみの差によって前記ねじ部材の曲げ力を検知することを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、前記ねじ部材における径方向に離れた前記径方向電気接点対が設けられ、前記径方向電気接点対に電圧を印加した際の該ねじ部材の抵抗値変化により、前記ねじ部材の径方向に生じる前記ひずみを検知することを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、前記ねじ部材に、無線通信用のアンテナが設けられることを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、前記ねじ部材に、個体識別情報を有するＩＣチップが設けられることを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、前記ねじ部材に、バッテリが設けられることを特徴とする。
　上記建造物計測方法に関連して、複数の建造物に前記ねじ部材が利用されており、前記情報収集装置は、複数の前記建造物の前記計測情報を蓄積することを特徴とする。
　本発明によれば、建造物に生じる応力は変位を、客観的に監視する事が出来る。
本発明の実施形態に係る計測システムの全体構成を示す図である。 同計測システムが適用される建造物の構造体を拡大して示す斜視図である。 （Ａ）は同計測システムで利用される雄ねじ体を示す正面図、上面図、底面図であり、（Ｂ）は正面断面図である。 同雄ねじ体の変形例を示す正面断面図である。 同雄ねじ体の変形例を示す正面図、上面図、底面図である。 同雄ねじ体に内蔵される基板の構成を示すブロック図である。 （Ａ）は同計測システムの情報収集装置のハード構成を示すブロック図であり、（Ｂ）は情報収集装置の機能構成を示すブロック図である。 同計測システムのねじ部の緩み防止構造の例を示す正面図である。 同計測システムのねじ部の緩み防止構造の例を示す正面図である。 同計測システムのねじ部の緩み防止構造の例を示す正面図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１には、本発明の実施形態に係る建造物の計測システム１が示されている。この計測システム１は、ビルや橋梁等の複数の建造物１０と、この建造物１０に建設時の部材として利用されるねじ部材３０と、このねじ部材３０に対して有線又は無線によって接続される情報収集装置１００を備えて構成される。
　ねじ部材３０は、雄ねじ体又は雌ねじ体であり、好ましくは、建造物１０の基本構造部材に用いられる。
　具体的には、図２に示すように、建造物１０の鉛直方向に延びる角柱鋼材となる支柱１２を連結する接合部位や、この支柱１２から水平方向に延びるＨ鋼材となる梁１４を連結する接合部位の複数箇所に、ねじ部材３０が採用される。即ち、ねじ部材３０を用いる場所は、主として、建造物１０の構造材（骨組み材）を接合する部位となる。このように、ねじ部材３０が、構造材同士の接合に関与することにより、構造材に生じる内部応力を間接的に受けることができる。
　とりわけ、図２に示すように、複数のねじ部材３０において、その軸方向（締結方向）が互いに異なる場所を選定しておくことが好ましい。このようにすることで、建造物１０の構造材に対して前後、左右、上下から作用する応力状態を、三次元的に計測することが可能になる。
　図３に、ねじ部材３０として雄ねじ体４０を採用した場合の基本構造を示す。雄ねじ体４０は所謂ボルトであり、頭部４２と軸部４４を有する。軸部４４には、円筒部４４ａとねじ部４４ｂとが形成される。勿論、円筒部４４ａは必須ではない。
　頭部４２内には、頭部収容空間４８が形成されており、軸部４４内には、軸方向に延びる軸部収容空間４６が形成される。頭部収容空間４８と軸部収容空間４６は連通しており、頭部収容空間４８が軸部収容空間４６よりも径方向に拡張した構造となっている。ここでは、これらの頭部収容空間４８及び軸部収容空間４６を総称して内部空間４９と呼ぶ。
　内部空間４９内には、内周面に接するようにして、軸方向に離れた箇所に軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂが設けられる。この軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂには、それぞれ絶縁被覆された配線４９Ａ、４９Ｂが接続されており、軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂ間に電圧を印加できる。これにより、軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂに電圧を印加した際の雄ねじ体４０の抵抗値変化により、雄ねじ体４０に作用する軸力又は軸力変動を検出することができる。配線４９Ａ、４９Ｂは、内部空間４９内に収容されるので、雄ねじ体４０を建造物１０の建設に利用する際にも配線が邪魔にならない。
　内部空間４９内には、更に、配線４９Ａ、４９Ｂが接続される基板５４と、基板５４に電力を供給するバッテリ５２が収容される。なお、本実施形態ではバッテリ５２を内蔵する場合を例示するが、外部にバッテリボックスが配置され、このバッテリボックスからねじ部３０に電力が供給されるようにしても良い。また、本実施形態ではバッテリ５２を利用して雄ねじ体４０が稼動する場合を示すが、例えば、外部から有線の電力配線によって電力が供給される場合は、このバッテリを省略できる。更に、外部のリーダ等から電波をエネルギーとし受信し、このエネルギーを電源として動作するパッシブ構造の場合も、バッテリ５２を省略できる。また、ここでは軸方向に離れた軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂのみによって抵抗値を検知する場合を例示したが、半径方向或いは周方向に離れた電気接点対に電圧を印加して抵抗値を測定することもできる。なお、これらの抵抗変化は微小であるため、軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂの中間にブリッジ用接点を配置し、ブリッジ回路を構成して高精度の抵抗値を測定するようにしてもよい。
　更に内部空間４９に異物や水分が進入するのを防止するために、内部空間４９の開口部分にはキャップ５０が設置される。頭部収容空間４８側のキャップ５０をとりはずせば、建造物１０から雄ねじ体４０を取り外すことなく、バッテリ５２の交換や、基板５４、配線４９Ａ、４９Ｂのメンテナンスが可能となっている。
　なお、ここでは一対の軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂを設ける場合を例示しているが、例えば図４に示すように、複数対となる軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂを、中心軸線を境にとした直径方向両側に配置することも好ましい。このようにすると、例えば雄ねじ体４０の軸部４４に曲げモーメントが作用した場合、一方の軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂは圧縮力、他方の軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂの間には伸長力が作用するので、抵抗値に差が生じ得る。この差によって雄ねじ体４０に作用する曲げモーメントの変化を検知することができる。
　また、この軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂによる一体型応力センサ及び後述する基板５４に搭載される加速度センサを含めて「ねじ部３０に一体化されるセンサ部」と定義できる。
　図５に、雄ねじ体４０の他の構成例を示す。雄ねじ体４０の軸部４４の外周面には、断面が非円形となるような凹部（平面）６０が形成される。この凹部（平面）６０は軸方向に延びており、軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂ及び配線４９Ａ、４９Ｂが設置される。凹部（平面）６０には、ひずみゲージ６２が張り付けられており、このひずみゲージ６２の両端の接点が軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂとなる。従って、雄ねじ体４０の軸部４４に軸力が作用すると、ひずみゲージ６２を介してその応力変化を検知できる。なお、ここでは軸部４４の軸方向全域に平面６０を形成する場合を例示したが、円筒部４４ａの領域に限って凹部（平面）６０を形成することも好ましい。
　図６に基板５４の構成を示す。基板５４は、アナログ回路及び／又はＩＣチップ等から構成されており、全ての処理を制御する中央演算処理装置となるＣＰＵと、一時的なデータを読み書きするための高速メモリＲＡＭと、プログラムを格納するために使用する読み出し専用メモリＲＯＭと、データを格納するために書き込み可能なメモリＥＰＲＯＭと、基板と外部の通信制御を行うインタフェースと、外部と無線通信したり、外部電波を利用して電力を供給したりするアンテナと、抵抗値検出部と、加速度センサを有する。
　抵抗値検出部は、配線４９Ａ、４９Ｂが接続されて、軸方向電気接点対４８Ａ、４８Ｂ間の抵抗値を検出すると同時に、この値をデジタル情報に変換してＣＰＵに提供する。結果、抵抗値データはＥＰＲＯＭに格納される。
　加速度センサは、基板５４の振動や移動を検知して、雄ねじ体４０の移動量データを算出する。これにより、建造物１０の構造体が曲がったり、揺れたりする動きを把握できる。移動量データはこのデータはＥＰＲＯＭに格納される。
　ＥＰＲＯＭに格納される抵抗値データや移動量データは、管理者が情報収集する随時タイミングや、定期的なタイミングにより、アンテナを介して外部（情報収集装置１００）に送信される。
　ＲＯＭ又はＥＰＲＯＭには、この雄ねじ体４０の個体を識別するための情報（個体識別情報）が格納されており、情報収集装置１００側においては、個体識別情報に対応付けて、建造物１０の住所、名称、構造体への設置場所等を登録しておく。これにより、各雄ねじ体４０を個別に管理する。なお、本実施形態では、この基板５４の一部は、ＩＣチップを利用したいわゆるＲＦＩＤ技術を採用しているが、本発明はこれに限定されず、他の技術を用いてもよい。
　図７（Ａ）に情報集装置１００のハード構成を示す。この情報収集装置１００は、いわゆるサーバであり、中央演算処理装置となるＣＰＵ、一時的なデータを読み書きするための高速メモリＲＡＭと、マザーボードプログラムを格納するために使用する読み出し専用メモリＲＯＭと、データを格納するために書き込み可能なハードディスクＨＤＤと、外部の通信制御を行うインタフェースと、雄ねじ体４０と無線通信するアンテナを有する。なお、このアンテナは、情報収集装置１００のハードウエアを構成するサーバ内に配置されている場合に限られず、各建造物１０の雄ねじ体４０の近辺に配置された中継アンテナであっても良い。
　図７（Ｂ）に情報収集装置１００のプログラム構成を示す。情報収集装置１００は、情報整理部、情報分析部、アラーム表示部、メンテナンス履歴保持部を有する。情報整理部は、既に述べた雄ねじ体４０の個体識別情報に対応付けて、建造物１０の名称、住所、構造体の設置場所、設置方角、ねじ部３０のサイズ、管理者（連絡先）等の他、各雄ねじ体４０から収集された抵抗値データ及び移動量データを時系列で蓄積する。
　情報分析部は、収集された抵抗値データ及び移動量データを解析し、異常判断を行う。異常判断は、例えば時間の推移に伴って異常な数値が現れていないかや、複数のねじ部３０から収集されたデータに基づいて建造物１０の全体の力学バランスが崩れていないかを解析・判定する。アラーム表示部は、情報分析部が、その分析結果に異常データが含まれると判断した際に、オペレータにメンテナンスアラームを画面、文字、音等によって通知する処理を行う。メンテナンス履歴保持部が、建造物１０のメンテナンス履歴を保存する。
　以上の建造物１０の計測システム１によれば、建造物１０の構造体中に複数のねじ部材３０を利用することで、ねじ部材３０に生じるひずみ及び／又は変位を検知することが可能となる。この検知結果は、情報収集装置１００によって、有線又は無線で接続されて回収されるので、客観的なデータとして活用できる。また例えば、データ回収を自動化できると同時に、略リアルタイムに観測・収集することが可能となり、地震等が生じた際の建造物１０の変形量や内部応力変化等を把握できる。この状況に基づいて、メンテナンスの優先順位や、重要箇所を判断することもできるようになる。
　なお、このねじ部３０の締結方法は様々であるが、本計測システム１の目的からして、ねじ部３０が絶対的に緩まない構造であることが好ましい。この構造について例示すると、例えば図８には、雄ねじ体４０のねじ部４０ｂに、二種類の雄ねじ螺旋溝を形成し、一方の螺旋溝と螺合する第一雌ねじ体７０Ａと、他方の螺旋溝と螺合する第二雌ねじ体７０Ｂを螺合させると同時に、両者の相対回転を防止する機構を組み込むことで、完全に緩まないねじ部３０を構築することができる。なお、この技術に関しては、本願の発明者に係る特許第４６６３８１３号公報を参照されたい。
　また例えば図９に示すように、ワッシャ１５０を利用して緩み止めを行う手法も採用できる。例えば、雄ねじ体４０の頭部４２の下部乃至付け根に相当する部位にねじ体側座部１２２を形成し、ワッシャ１５０の一方側（図９の上面側）に第一受部１６０を形成し、両者の間には、第一係合機構Ａが構成する。この第一係合機構Ａは、ラチェット機構等になっており、雄ねじ体４０を緩める方向に回転しようとすると互いに係合して、当該回転方向に対する第一受部１６０とねじ体側座部１２２との相対回転を防止する。
　更にワッシャ１５０の他方側（図９の下面側）には、第二受部１７０が形成される。この第二受部１７０は、建造物１０の構造体（支柱又は梁）１２、１４と対向する。構造体１２、１４には、ワッシャ１５０の第二受部１７０に対向する部材側座部１８２が孔として形成される。この部材側座部１８２と、ワッシャ１５０の第二受部１７０の間には、第二係合機構Ｂが構成される。具体的には、部材側座部１８２及び第二受部１７の外形が、軸心に対して非正円形状となっており、この第二係合機構Ｂは、少なくともワッシャ１５０が緩める方向に回転しようとすると、第二受部１７０と部材側座部１８２が互いに係合して、当該回転方向に対する第二受部１７０と部材側座部１８２との相対回転を防止する。この第一係合機構Ａと第二係合機構Ｂの作用により、雄ねじ体４０が緩み方向に回転しようとすると、ワッシャ１５０の介在によって、雄ねじ体４０と構造体１２、１４の相対回転が規制される。
　更に図１０に示すように、雌ねじ体９０とワッシャ５０を利用して緩み止めとすることもできる。雄ねじ体４０の軸部４４に、軸方向から視て断面非円形となる雄ねじ側連携領域８０を形成する。この雄ねじ側連携領域８０は、既に述べた平面６０を兼ねることもできる。
　ワッシャ５０と雌ねじ体９０が互いに対向する面には、第一係合機構Ａが構成される。この第一係合機構Ａは、例えばラチェット機構となっており、少なくとも雌ねじ体９０が、螺合する雄ねじ体４０に対して緩まる方向に回転しようとすると、互いに係合して、当該回転方向に対する雄ねじ体４０とワッシャ５０の相対回転を防止する。ワッシャ５０の他方側は構造材１２、１４と対向する。
　ワッシャ５０における雄ねじ体の貫通孔８２は、軸方向から視た場合に非正円形となっている。従って、この貫通孔８２は、雄ねじ体４０の雄ねじ側連携領域８０に対して周方向に係合する（これを補助係合機構Ｂと定義する）。
　以上の通り、第一係合機構Ａ及び補助係合機構Ｂによって、雌ねじ体９０が緩むことができない構造にすることができる。
　なお、上記実施形態では、ねじ部３０の部材に生じるひずみを直接検出するか、またこの部材にひずみゲージを張り付けて、該ひずみゲージを利用して間接的にねじ部３０のひずみを検出する場合を例示したが、他の構造を採用することも可能である。例えば、ねじ部３０の伸縮に連動する金属棒をねじ部の内部又は外部に配置し、この金属棒の伸縮（即ちねじ部３０の伸縮）を抵抗値等によって検出する場合も、本発明におけるひずみ検知の概念に含むものである。
　また、上記実施形態では、雄ねじ体４０に、ひずみセンサ等を内蔵する場合を例示しているが、雌ねじ体側に内蔵しても良く、また両者を組み合わせて一つのセンサとして機能させるようにしても良い。
　本発明の実施例は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１　　　計測システム
１０　　建造物
１２　　支柱（構造体）
１４　　梁（構造体）
３０　　ねじ部材
４０　　雄ねじ体
４８Ａ、４８Ｂ　軸方向電気接点対
４９Ａ、４９Ｂ　配線
５２　　バッテリ
５４　　基板

Claims (11)

  1. 　建造物の応力及び／又は変位を計測する建造物計測方法であって、
    　建造物に利用され、雄ねじ体及び／又は雌ねじ体を有する複数のねじ部材に対し、該ねじ部材に生じるひずみを検知するひずみセンサ及び／又は該ねじ部材の変位を検知する加速度センサとなるセンサ部を設けるようにし、
    　情報収集装置を前記センサ部に有線又は無線で接続することにより、前記情報収集装置が前記センサ部材で計測される計測情報を蓄積することを特徴とする、
    　建造物計測方法。
  2. 　一つの建造物に対して、前記ねじ部材を複数利用するようにし、
    　複数の前記ねじ部材の前記センサ部の計測情報を、前記情報収集装置に蓄積することを特徴とする、
    　請求の範囲１に記載の建造物計測方法。
  3. 　前記ねじ部材は、前記建造物の柱又は梁の鉄骨の接合に利用されるものであることを特徴とする、
    　請求の範囲１又は２に記載の建造物計測方法。
  4. 　複数の前記ねじ部材は、前記建造物において、その軸方向が互いに異なる向きとなるように設置されることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至３のいずれかに記載の建造物計測方法。
  5. 　前記ねじ部材における軸方向に離れた軸方向電気接点対が設けられ、前記軸方向電気接点対に電圧を印加した際の該ねじ部材の抵抗値変化により、前記ねじ部材の軸方向に生じる前記ひずみを検知することを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至４のいずれかに記載の建造物計測方法。
  6. 　前記ねじ部材に前記軸方向電気接点対が複数設けられ、前記複数の前記電気接点対で検知される前記ひずみの差によって前記ねじ部材の曲げ力を検知することを特徴とする、
    　請求の範囲５のいずれかに記載の建造物計測方法。
  7. 　前記ねじ部材における径方向に離れた前記径方向電気接点対が設けられ、前記径方向電気接点対に電圧を印加した際の該ねじ部材の抵抗値変化により、前記ねじ部材の径方向に生じる前記ひずみを検知することを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至６のいずれかに記載の建造物計測方法。
  8. 　前記ねじ部材に、無線通信用のアンテナが設けられることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至７のいずれかに記載の建造物計測方法。
  9. 　前記ねじ部材に、個体識別情報を有するＩＣチップが設けられることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至８のいずれかに記載の建造物計測方法。
  10. 　前記ねじ部材に、バッテリが設けられることを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至９のいずれかに記載の建造物計測方法。
  11. 　複数の建造物に前記ねじ部材が利用されており、
    　前記情報収集装置は、複数の前記建造物の前記計測情報を蓄積することを特徴とする、
    　請求の範囲１乃至１０のいずれかに記載の建造物計測方法。
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