WO2018030126A1 - 支承体、計測装置、および計測方法 - Google Patents

支承体、計測装置、および計測方法 Download PDF

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WO2018030126A1
WO2018030126A1 PCT/JP2017/026600 JP2017026600W WO2018030126A1 WO 2018030126 A1 WO2018030126 A1 WO 2018030126A1 JP 2017026600 W JP2017026600 W JP 2017026600W WO 2018030126 A1 WO2018030126 A1 WO 2018030126A1
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load
distance
support
reaction force
sensor
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PCT/JP2017/026600
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English (en)
French (fr)
Inventor
隆生 中谷
公太 中野
和男 高瀬
Original Assignee
オムロン株式会社
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E01D19/04—Bearings; Hinges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D22/00—Methods or apparatus for repairing or strengthening existing bridges ; Methods or apparatus for dismantling bridges

Definitions

  • the present invention relates to a support body disposed between an upper structure and a lower structure of a structure such as a bridge or a building, and a technique for measuring a change in force according to a load applied to the support body.
  • a support body (hereinafter simply referred to as a support) is arranged between the upper structure and the lower structure.
  • a support is disposed between a bridge girder (upper structure) and a pier (lower structure).
  • the bearing is a member that supports a load from the upper structure and transmits the load to the lower structure. A dead load due to the weight of the bridge girder and a live load due to a vehicle traveling on the bridge girder are applied to the support.
  • the reaction force of the bearing changes due to deterioration of the bearing, subsidence of the substructure, fluctuation of the substructure, and the like. That is, by measuring the reaction force of the bearing and obtaining the change, it is possible to determine whether or not a malfunction such as deterioration of the bearing, subsidence of the lower structure, or fluctuation of the lower structure has occurred.
  • Patent Document 1 As a support capable of measuring the reaction force, for example, there is one shown in Patent Document 1.
  • a laminated rubber formed by alternately laminating steel plates and rubber layers made of thick upper and lower steel plates and a plurality of thin intermediate steel plates is applied from the bridge girder side to the pier side. It is a rubber bearing as a load support member for supporting a load.
  • Laminated rubber is provided with a plurality of measurement holes penetrating in the thickness direction from one of the upper and lower steel plates and reaching the inside of the adjacent rubber layer, filling each measurement hole with a viscous fluid, and steel plates for each measurement hole A pressure sensor is attached to the side portion to close the measurement hole.
  • the support described in Patent Document 1 includes a step of providing a plurality of measurement holes for attaching a pressure sensor in a laminated rubber as a load supporting member, a step of filling a viscous fluid in each measurement hole, and a pressure sensor for each measurement. It is manufactured by performing a step of attaching to the steel plate side portion of the hole and a step of closing each measurement hole to which the pressure sensor is attached. That is, the support described in Patent Document 1 has a complicated manufacturing process of laminated rubber as a load supporting member.
  • An object of the present invention is to provide a support body capable of measuring a physical quantity such as a reaction force according to an applied load and having a simple manufacturing process.
  • an object of the present invention is to provide a technique capable of measuring a change in force according to a load applied to a support body.
  • the support body of the present invention is configured as follows.
  • the upper arm is fixed to the upper structure of the structure, and the lower arm is fixed to the lower structure of the structure.
  • the load support member is disposed between the upper and lower collars and supports a load applied from the upper structure side of the structure. Further, the sensor measures a physical quantity that changes in accordance with a change in the distance between the upper eyelid and the lower eyelid in a direction in which the upper eyelid and the lower eyelid overlap with the load supporting member interposed therebetween.
  • the physical quantity that changes according to the change in the distance between the upper arm and the lower arm is (1) The distance between the upper structure and the lower structure (2) The distance between the lower structure and the upper structure (3) The distance between the upper structure and the lower structure (4) The distance between the upper structure and the lower structure
  • the change in the distance between the upper arm and the lower arm is a change in the strain of the load support member.
  • the reaction force of the support body (load support member) can be calculated by using the physical quantity measured by the sensor and the Young's modulus E of the load support member.
  • the senor can measure the physical quantity that changes according to the change in the distance between the upper arm and the lower arm, it can be attached to the upper arm, the lower arm, the upper structure of the structure, or the lower structure of the structure. May be.
  • the upper and lower eyelids are not loaded. It is possible to measure a reference value of a physical quantity that changes in accordance with a change in the distance between and. By using this reference value, it is possible to obtain the magnitude of the dead load caused by the upper structure of the structure when it is attached between the upper structure and the lower structure of the structure.
  • the number of sensors may be one or plural. When there are a plurality of sensors, it is preferable that the sensors are attached on both sides of the load supporting member.
  • the measuring device of the present invention calculates a change in the reaction force of the support body from the measured value of the physical quantity that changes in accordance with the change in the distance between the upper eyelid and the lower eyelid by the sensor.
  • the measuring method of the present invention it is possible to easily measure a physical quantity that changes according to a change in the distance between the upper eyelid and the lower eyelid by the sensor.
  • the present invention it is possible to simplify the manufacturing process of the support body that can measure the physical quantity applied to the reaction force according to the applied load.
  • FIG. 3A is a schematic plan view of the bearing viewed in the bridge axis direction
  • FIG. 3B is a cross-sectional view in the AA direction in
  • FIG. 4A is a cross-sectional view in the BB direction in FIG. 3A
  • FIG. 4B is a cross-sectional view in the CC direction in FIG. 3A.
  • FIGS. 6A and 6B are views showing a support according to another example.
  • FIGS. 7A and 7B are views showing a support according to another example.
  • DELTA change_quantity
  • a bearing is a member that is placed between the upper structure of a structure such as a bridge or a building and the lower structure and supports the load of the upper structure.
  • the bearing attenuates the vibration of the superstructure and transmits it to the substructure.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an elevated road bridge (bridge), which is a structure, in the bridge axis direction (vehicle traveling direction).
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the elevated road bridge in a direction perpendicular to the bridge axis (vehicle width direction).
  • a support 1 is arranged between a pier 100 which is a lower structure and a main girder 101 which is an upper structure.
  • the bridge piers 100 are arranged at appropriate intervals in the bridge axis direction.
  • the bearing 1 supports the load of the superstructure including the main girder 101.
  • the bearing 1 supports a dead load due to the weight of the upper structure, a live load due to a weight of a vehicle traveling on the road surface, a vibration due to a relative displacement of the upper structure with respect to the lower structure, and the like.
  • three supports 1 are arranged and fixed in a direction perpendicular to the bridge axis.
  • Fig. 3 (A) is a schematic plan view of the bearing viewed in the bridge axis direction
  • Fig. 3 (B) is a cross-sectional view in the AA direction in Fig. 3 (A).
  • 4A is a cross-sectional view in the BB direction in FIG. 3A
  • FIG. 4B is a cross-sectional view in the CC direction in FIG. 3A.
  • the support 1 includes a lower rod 2, an upper rod 3, a base plate 4, a load support member 5, proximity sensors 10 and 11, and mounting brackets 20 and 21.
  • the bearing 1 is overlapped in the order of the upper rod 3, the load supporting member 5, the lower rod 2, and the base plate 4 from the main girder 101 side.
  • the upper arm 3 is fixed to the main girder 101.
  • the base plate 4 is fixed to the pier 100 with anchor bolts or the like not shown.
  • the lower eyelid 2 is attached to the base plate 4. That is, the lower arm 2 is fixed to the pier 100 via the base plate 4.
  • the support 1 includes a lower heel 2 and a base plate 4 formed of separate members, while a lower heel 2 and the base plate 4 are formed of a single member.
  • the support 1 may be composed of the lower collar 2 and the base plate 4 as separate members, or may be composed of the lower collar 2 and the base plate 4 as one member.
  • a recess (dent) is formed on the lower side 2 on the opposite surface side of the pier 100 (opposite surface side of the main girder 101).
  • the load support member 5 has an end on the pier 100 side inserted into a recess in the lower heel 2 and an end on the main girder 101 side protruding from the recess in the lower heel 2.
  • the load support member 5 and the upper collar 3 are in contact with each other on the opposing surfaces.
  • the load support member 5 is located between the lower rod 2 and the upper rod 3, and the lower rod 2 and the upper rod 3 are not in contact with each other.
  • the load support member 5 is a member that supports a horizontal force (horizontal load) due to relative displacement between the upper rod 3 and the lower rod 2 in the horizontal direction (the bridge axis direction or the direction perpendicular to the bridge axis), or in the vertical direction. It consists of a member that supports force (vertical load).
  • the bearing 1 may include a side block (not shown) that limits the relative displacement amount between the upper rod 3 and the lower rod 2 in the horizontal direction.
  • the support 1 in this example has two proximity sensors 10 and 11 attached to the lower arm 2.
  • the proximity sensors 10 and 11 may be any sensors that can measure the distance from the detection surface of the proximity sensors 10 and 11 to the detection target in a non-contact manner.
  • a sensor described in http://www.fa.omron.co.jp/products/family/1457/ may be used.
  • the proximity sensors 10 and 11 are attached to both sides of the support 1 with the load supporting member 5 interposed therebetween.
  • the proximity sensors 10 and 11 are arranged in a direction perpendicular to the bridge axis.
  • the proximity sensors 10 and 11 are attached to mounting brackets 20 and 21 provided on the lower arm 2.
  • the mounting brackets 20 and 21 are fixed to the lower collar 2.
  • the proximity sensors 10 and 11 measure the distance from the detection surface to the opposing surface of the main beam 101.
  • the detection surfaces of the proximity sensors 10 and 11 are opposed to the bottom surface of the main beam 101.
  • the proximity sensors 10 and 11 in this example measure the distance between the lower eyelid 2 and the upper structure (main girder 101).
  • the load support member 5 is distorted in the support 1 when a load is applied from the superstructure side. Therefore, when the load changes from the upper structure side applied to the support 1, the amount of strain of the load support member 5 changes, and as a result, the distance between the facing surfaces of the bridge pier 100 and the main girder 101 changes.
  • the amount of change in the distance between the facing surfaces of the pier 100 and the main girder 101 is the same as the amount of change in the distance between the lower bridge 2 and the upper structure (main girder 101). Further, the amount of change in the distance between the facing surfaces of the bridge pier 100 and the main girder 101 is the same as the amount of change in the distance between the facing surfaces of the upper eaves 3 and the lower eaves 2. That is, the amount of change in the distance between the lower eyelid 2 and the upper structure (main girder 101) measured by the proximity sensors 10 and 11 is the amount of change in the distance between the opposing surfaces of the upper eyelid 3 and the lower eyelid 2.
  • the reaction force measuring device 50 described later uses a change amount ⁇ x in the distance between the facing surfaces of the upper and lower eyelids 3 and 2 as follows.
  • ⁇ x ( ⁇ x1 + ⁇ x2) / 2
  • ⁇ x1 reference distance of proximity sensor 10 ⁇ calculated distance of proximity sensor 10
  • ⁇ x2 reference distance of proximity sensor 11 ⁇ calculated distance of proximity sensor 11
  • the reference distances of the proximity sensors 10 and 11 may be the distances measured by the proximity sensors 10 and 11 when the support 1 is installed.
  • the proximity sensors 10 and 11 are mounted side by side in the direction perpendicular to the bridge axis with the load supporting member 5 interposed therebetween.
  • the average of the amount of change ⁇ x1 in the distance from the detection surface of the proximity sensor 10 to the opposing surface of the main girder 101 and the amount of change ⁇ x2 in the distance from the detection surface of the proximity sensor 11 to the opposing surface of the main girder 101 is It is calculated as the amount of change ⁇ x of the distance between the opposing surfaces of the heel 3 and the lower heel 2.
  • the distance measured by the proximity sensors 10 and 11 is not particularly limited as long as the distance changes according to the change in the distance between the opposing surfaces of the upper rod 3 and the lower rod 2.
  • the proximity sensors 10 and 11 may be attached to the upper collar 3 and the distance between the detection surface of the proximity sensors 10 and 11 and the opposing surface of the base plate 4 may be measured.
  • the proximity sensors 10 and 11 are attached to the lower eyelid 2 and the detection objects 30 and 31 facing the detection surfaces of the proximity sensors 10 and 11 are attached to the upper eyelid 3 You may comprise so that the distance of the detection surface of the sensors 10 and 11 and the opposing surface of the detection target objects 30 and 31 may be measured. Further, as shown in FIG.
  • the proximity sensors 10 and 11 are attached to the upper rod 3 and the detection objects 30 and 31 facing the detection surfaces of the proximity sensors 10 and 11 are attached to the lower rod 2
  • You may comprise so that the distance of the detection surface of the sensors 10 and 11 and the opposing surface of the detection target objects 30 and 31 may be measured.
  • the number of proximity sensors attached to the support 1 and the arrangement thereof are not particularly limited.
  • the support 1 may be configured such that the two proximity sensors 10 and 11 are attached as shown in FIG. 7A, or the four proximity sensors 10, 11, 12, and 13 are attached as shown in FIG. It may be configured to be attached as shown in FIG.
  • FIG. 5 and 6 are views seen from the same direction as FIG. 3A, and FIG. 7 is a cross-sectional view in a direction corresponding to FIG. 4B.
  • reaction force measuring device corresponding to a measuring device in this invention.
  • the support 1 shown in FIG. 3 is taken as an example.
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a monitoring system using the reaction force measuring apparatus according to this example.
  • This monitoring system includes a plurality of reaction force measuring devices 50 and a management device 60.
  • Each reaction force measuring device 50 is connected to the management device 60 via the network 70 so as to be communicable.
  • the reaction force measuring device 50 and the support 1 are associated one-to-one.
  • the reaction force measuring device 50 calculates the reaction force of the associated support 1 (load support member 5) and notifies the management device 60 of the calculation result via the network 70.
  • the management device 60 is installed in a management office that manages the state of the bridge. The manager checks the state of each support 1 in the management device 60.
  • FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the main part of the reaction force measuring device.
  • the reaction force measuring device 50 includes a control unit 51, a sensor processing unit 52, a storage unit 53, and a communication unit 54.
  • the control unit 51 controls the operation of each part of the reaction force measuring device 50 main body.
  • the sensor processing unit 52 is connected to the proximity sensors 10 and 11 of the support 1.
  • the sensor processing unit 52 receives measurement signals from the proximity sensors 10 and 11 (measurement distance from the detection surface to the opposite surface).
  • the proximity sensors 10 and 11 measure the distance from the detection surface to the opposing surface of the main beam 101 as described above.
  • the sensor processing unit 52 processes a measurement signal input from each of the connected proximity sensors 10 and 11 and calculates a change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1 ( In this example, two processing circuits) are provided.
  • the sensor processing unit 52 includes an input unit and a calculation unit according to the present invention.
  • the storage unit 53 stores reference distances of the proximity sensors 10 and 11, measurement data, and the like.
  • the communication unit 54 controls communication with the management device 60 via the network 70 and transmits the measurement data stored in the storage unit 53 to the management device 60.
  • Each reaction force measuring device 50 is provided with an identification code for identifying the device itself. As described above, since the reaction force measuring device 50 and the support 1 are associated with each other on a one-to-one basis, the corresponding support 1 can be specified from the identification code of the reaction force measuring device 50.
  • FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the main part of the management apparatus.
  • the management device 60 includes a control unit 61, an operation unit 62, a display unit 63, a storage unit 64, and a communication unit 65.
  • the control unit 61 controls the operation of each part of the management device 60 main body.
  • the input device such as a mouse and a keyboard is connected to the operation unit 62.
  • the operator operates the input device connected to the operation unit 62 to perform an input operation on the management apparatus 60 main body.
  • the operation unit 62 receives input to the management device 60 main body.
  • the display unit 63 is connected to a display device such as a liquid crystal display.
  • the display unit 63 controls screen display on the connected display device.
  • the storage unit 64 stores various parameters used for operation control of the management apparatus 60 main body.
  • the communication unit 65 controls communication with the reaction force measuring device 50 via the network 70.
  • FIG. 11 is a flowchart showing the operation of the reaction force measuring apparatus.
  • the reaction force measuring apparatus 50 repeats the measured value of the distance from the detection surface to the opposing surface of the main girder 101 measured by the proximity sensors 10 and 11 at a predetermined measurement time interval a (for example, 20 msec interval). get.
  • a for example, 20 msec interval
  • the reaction force measuring device 50 acquires the measured value of the distance from the detection surface to the opposing surface of the main girder 101 measured by the proximity sensors 10 and 11 (s1), the opposing surface of the upper rod 3 and the lower rod 2
  • the amount of change ⁇ x between the distances is calculated (s2).
  • the change amount ⁇ x of the distance between the opposing surfaces of the upper and lower eyelids 3 and 2 is as follows.
  • ⁇ x ( ⁇ x1 + ⁇ x2) / 2 It is.
  • the reaction force measuring device 50 stores the reference distance of the proximity sensor 10 and the reference distance of the proximity sensor 11 in the storage unit 53.
  • the reaction force measuring device 50 calculates the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1 using the change amount ⁇ x of the distance between the opposing surfaces of the upper and lower eyelids 3 and 2 calculated in s2 (s3).
  • E is the Young's modulus of the load support member 5.
  • the reaction force measuring device 50 measures the measurement time, the distance from the detection surface measured by the proximity sensors 10 and 11 at s1 to the opposing surface of the main girder 101, and between the opposing surfaces of the upper and lower eyelets 3 and 2 calculated at s2.
  • a record (current measurement result) in which the change amount ⁇ x of the distance and the change amount ⁇ R of the reaction force R of the load support member 5 calculated in s3 are associated is additionally registered in the measurement data (s4), and the process returns to s1.
  • FIG. 12 is a diagram showing measurement data stored in the storage unit.
  • ave # is the amount of change ⁇ x in the distance between the opposing surfaces of the upper eyelid 3 and the lower eyelid 2 calculated in s2.
  • ⁇ R # is a change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1 calculated in s3.
  • reaction force measuring device 50 transmits the measurement data stored in the storage unit 53 to the management device 60 by the communication unit 54 at a predetermined notification timing.
  • This notification timing may be set every day or every several hours.
  • the management device 60 receives the measurement data transmitted from the reaction force measurement device 50 by the communication unit and stores it in the storage unit 64.
  • the management device 60 processes the measurement data (measurement data transmitted from the reaction force measurement device 50) stored in the storage unit 64 in accordance with the input operation of the operator in the operation unit 62, and the processing result Is displayed on the display unit 63.
  • the management device 60 performs a process of displaying the relationship between the measurement time and the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1 on the display unit 63 in accordance with the input operation of the operator in the operation unit 62.
  • FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the measurement time and the change amount ⁇ R of the reaction force R of the bearing.
  • the horizontal axis represents the measurement time
  • the vertical axis represents the magnitude of the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1.
  • the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1 is large when the axle load of the traveling vehicle is applied to the support 1.
  • the amount of change ⁇ R of the reaction force R of the support 1 changes according to the magnitude of the live load.
  • the reaction force measuring device 50 can also obtain the magnitude of the live load (for example, the axle load of the traveling vehicle) from the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1.
  • A is an area (the contact area between the upper collar 3 and the load supporting member 5) where the load supporting member 5 is pressed by the upper collar 3.
  • H is the length (height) of the load support member 5 in the vertical direction (the direction in which the upper rod 3 and the lower rod 2 are arranged).
  • the reaction force measuring device 50 may display the data shown in FIG. 14 and FIG. 15 on the display unit 63 in accordance with the input operation of the operator in the operation unit 62.
  • FIG. 14 shows the maximum value of the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1.
  • FIG. 15 is a diagram showing the frequency of the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1.
  • FIG. 14 is a graph in which, for example, the detection time interval is set to 5 minutes or 10 minutes, and the maximum value of the change amount ⁇ R of the reaction force R of the support 1 within the detection time is plotted for each detection time.
  • the distance between the detection surface and the detection target 30 measured by the proximity sensor 10 in a state where no load is applied to the support 1 is used as a reference for the proximity sensor 10.
  • the reaction force R of the support 1 due to the dead load (superstructure load) is obtained. Obtainable.
  • the change amount ⁇ R of the reaction force R can be measured for the support 1.
  • the proximity sensors 10 and 11 are changed to a change in the distance between the opposing surfaces of the upper rod 3 and the lower rod 2. It is attached so that a physical quantity (distance) that changes in response can be measured (s11). Further, the proximity sensors 10 and 11 are connected to the reaction force measuring device 50 (s12). Then, the reaction force measuring device 50 is caused to execute the processing shown in FIG.
  • the reference distance of the proximity sensors 10 and 11 may be the distance measured by the proximity sensors 10 and 11 at the timing when the live load is not applied to the support 1.
  • the proximity sensor that measures the physical quantity that changes in accordance with the change in the distance between the upper rod 3 and the lower rod 2 in the direction in which the upper rod 3 and the lower rod 2 overlap with the load supporting member 5 interposed therebetween.
  • the physical quantity concerning the reaction force according to the applied load can be measured by a simple method of providing 10 and 11.

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Abstract

構造物の上部構造に固定される上沓（３）と、構造物の下部構造に固定される下沓（２）との間に配置され、構造物の上部構造側から加わる荷重を支持する荷重支持部材（５）とを備える。また、上沓（３）と下沓（２）とが荷重支持部材（５）を挟んで重なっている方向における、上沓（３）と下沓（２）との距離の変化に応じて変化する物理量を計測する近接センサ（１０、１１）を備える。

Description

支承体、計測装置、および計測方法
　この発明は、橋梁やビル等の構造物の上部構造と下部構造との間に配置する支承体、および、この支承体に加わっている荷重に応じた力の変化を計測する技術に関する。
　従来、橋梁やビル等の構造物は、上部構造と、下部構造との間に支承体（以下、単に支承と言う。）を配置している。例えば、自動車や列車等の移動体が走行する橋梁は、橋桁（上部構造）と、橋脚（下部構造）との間に支承を配置している。支承は、上部構造からの荷重を支持し、下部構造へ伝達する部材である。支承には、橋桁の重さによる死荷重や、橋桁を走行する車両等による活荷重が加わる。
　最近、構造物の維持管理等のために、支承の反力を計測したいという要望がある。支承の反力は、支承の劣化、下部構造の沈下、下部構造の変動等によって変化する。すなわち、支承の反力を計測し、その変化を得ることで、支承の劣化、下部構造の沈下、下部構造の変動等の不具合が発生しているかどうかの判断が行える。
　反力を計測することができる支承としては、例えば、特許文献１に示されたものがある。この特許文献１に示された支承は、厚肉の上下部鋼板及び薄肉の複数の中間部鋼板からなる鋼板とゴム層とを交互に積層してなる積層ゴムを、橋桁側から橋脚側に加わる荷重を支持する荷重支持部材としたゴム支承である。積層ゴムは、上下部鋼板のいずれか一方からその厚み方向に貫通して、隣接するゴム層内部に達する複数の測定孔を設け、各測定孔に粘性流体を充填するとともに、各測定孔の鋼板側部分に圧力センサを取り付けて該測定孔を閉鎖した構成である。
特許第４８９１８９１号公報
　しかしながら、特許文献１に記載された支承は、圧力センサを取り付けるための複数の測定孔を荷重支持部材である積層ゴムに設ける工程、粘性流体を各測定孔に充填する工程、圧力センサを各測定孔の鋼板側部分に取り付ける工程、および圧力センサを取り付けた各測定孔を閉鎖する工程を行って製造される。すなわち、特許文献１に記載された支承は、荷重支持部材である積層ゴムの製造工程が複雑であった。
　この発明の目的は、加わっている荷重に応じた反力等の物理量の計測が行え、製造工程が簡単である支承体を提供することにある。
　また、この発明の目的は、支承体に加わっている荷重に応じた力の変化の計測が行える技術を提供することにある。
　この発明の支承体は、上記目的を達するために、以下のように構成している。
　上沓は、構造物の上部構造に固定され、下沓は、構造物の下部構造に固定される。荷重支持部材は、上沓と下沓との間に配置され、構造物の上部構造側から加わる荷重を支持する。また、センサは、上沓と下沓とが荷重支持部材を挟んで重なっている方向における、上沓と下沓との距離の変化に応じて変化する物理量を計測する。
　上沓と下沓との距離の変化に応じて変化する物理量には、
（１）上部構造と下部構造との距離
（２）下沓と上部構造との距離
（３）上沓と下部構造との距離
（４）上沓と、下沓との距離
等がある。
　上沓と下沓との距離の変化は、荷重支持部材のひずみの変化である。このため、センサで計測した物理量と、荷重支持部材のヤング係数Ｅを用いることで、支承体（荷重支持部材）の反力を算出できる。
　したがって、センサによる上沓と下沓との距離の変化に応じて変化する物理量の計測を継続的、または定期的に行うことで、支承体の反力等の変化を取得することができる。そして、取得した支承体の反力等の変化を用いることで、構造物の維持管理等が簡単かつ適正に行える。
　なお、センサは、上沓と下沓との距離の変化に応じて変化する物理量を計測することができれば、上沓、下沓、構造物の上部構造、または構造物の下部構造のいずれに取り付けてもよい。
　特に、センサを上沓、または下沓の一方に取り付け、センサで計測する検知対象物を上沓、または下沓の他方に取り付ければ、支承に荷重が加わっていない状態で、上沓と下沓との距離の変化に応じて変化する物理量の基準値を計測することができる。この基準値を用いれば、構造物の上部構造と下部構造との間に取り付けたときに、構造物の上部構造による死荷重の大きさを得ることもできる。
　なお、センサの個数は、１つであってもよいし、複数であってもよい。センサの個数が複数である場合には、荷重支持部材を挟んだ両側に取り付けるのが好ましい。
　また、この発明の計測装置は、センサによる上沓と下沓との距離の変化に応じて変化する物理量の計測値から、支承体の反力等の変化を算出する。
　また、この発明の計測方法によれば、センサによる上沓と下沓との距離の変化に応じて変化する物理量の計測が簡単に行える。
　この発明によれば、加わっている荷重に応じた反力等にかかる物理量の計測が行える支承体の製造工程を簡単できる。
　また、支承体に加わっている荷重に応じた反力等にかかる物理量の計測が簡単に行える。
高架道路橋の橋軸方向の概略断面図である。 高架道路橋の橋軸直角方向の概略断面図である。 図３（Ａ）は、橋軸方向に見た支承の概略平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＡ－Ａ方向の断面図である。 図４（Ａ）は、図３（Ａ）におけるＢ－Ｂ方向の断面図であり、図４（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＣ－Ｃ方向の断面図である。 他の例にかかる支承を示す図である。 図６（Ａ），（Ｂ）は、他の例にかかる支承を示す図である。 図７（Ａ），（Ｂ）は、他の例にかかる支承を示す図である。 監視システムを示す概略図である。 反力計測装置の主要部の構成を示すブロック図である。 管理装置の主要部の構成を示すブロック図である。 反力計測装置の動作を示すフローチャートである。 記憶部に記憶される計測データを示す図である。 計測時刻と、支承の反力Ｒの変化量ΔＲとの関係を示す図である。 支承１の反力Ｒの変化量ΔＲの最大値を示すものである。 支承１の反力Ｒの変化量ΔＲの頻度を示す図である。 反力計測方法の手順を示す図である。
　以下、この発明の実施形態について説明する。まず、支承体（以下、単に支承と言う。）の実施形態について説明する。
　支承は、橋梁やビル等の構造物の上部構造と、下部構造との間に配置し、上部構造の荷重を支持する部材である。支承は、上部構造の振動を減衰して、下部構造に伝達する。
　図１は、構造物である高架道路橋（橋梁）の橋軸方向（車両の走行方向）の概略断面図である。図２は、高架道路橋の橋軸直角方向（車両の幅方向）の概略断面図である。高架道路橋は、下部構造である橋脚１００と、上部構造の主桁１０１との間に、支承１を配置している。橋脚１００は、橋軸方向に適当な間隔で並んでいる。上部構造には、主桁１０１の上面（橋脚側の反対面）側に設けた床版の上に、自動車が走行する路面や側壁等が形成されている。支承１は、主桁１０１を含む上部構造の荷重を支持する。支承１は、上部構造の重さによる死荷重や、路面を走行する車両の重量や下部構造に対する上部構造の相対的な変位による振動等による活荷重を支持する。この例では、図２に示すように、橋脚１００の上面（主桁１０１との対向面）には、３つの支承１が橋軸直角方向に並べて固定されている。
　図３（Ａ）は、橋軸方向に見た支承の概略平面図であり、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＡ－Ａ方向の断面図である。また、図４（Ａ）は、図３（Ａ）におけるＢ－Ｂ方向の断面図であり、図４（Ｂ）は、図３（Ａ）におけるＣ－Ｃ方向の断面図である。支承１は、下沓２と、上沓３と、ベースプレート４と、荷重支持部材５と、近接センサ１０、１１と、取付金具２０、２１とを備えている。
　支承１は、主桁１０１側から、上沓３、荷重支持部材５、下沓２、ベースプレート４の順番に重なっている。
　上沓３は、主桁１０１に固定されている。また、ベースプレート４は、図示していないアンカーボルト等で橋脚１００に固定されている。下沓２は、ベースプレート４に取り付けられる。すなわち、下沓２は、ベースプレート４を介して橋脚１００に固定されている。支承１には、この例のように、下沓２と、ベースプレート４とを別々の部材で構成したものもあれば、下沓２と、ベースプレート４とを１つの部材で構成したものある。支承１は、下沓２と、ベースプレート４とを別々の部材で構成したものであってもよいし、下沓２と、ベースプレート４とを１つの部材で構成したものであってもよい。また、下沓２には、橋脚１００の反対面側（主桁１０１の対向面側）に凹部（窪み）が形成されている。
　荷重支持部材５は、橋脚１００側の端部が下沓２の凹部に嵌挿され、主桁１０１側の端部が下沓２の凹部から突出している。荷重支持部材５と、上沓３とは、対向する面で接触している。下沓２と、上沓３との間には、荷重支持部材５が位置し、下沓２と、上沓３とは接触していない。荷重支持部材５は、水平方向（橋軸方向や、橋軸直角方向）における上沓３と、下沓２との相対的な変位による水平力（水平荷重）を支持する部材や、鉛直方向における力（鉛直荷重）を支持する部材等で構成される。
　なお、支承１は、水平方向における上沓３と、下沓２との相対的な変位量を制限するサイドブロック（不図示）を備えるものであってもよい。
　さらに、この例の支承１は、２つの近接センサ１０、１１を下沓２に取り付けている。近接センサ１０、１１は、近接センサ１０、１１の検知面から検知対象物までの距離の計測が非接触で行えるセンサであればどのようなものであってもよい。近接センサ１０、１１は、例えば、http://www.fa.omron.co.jp/products/family/1457/に記載されているセンサを用いればよい。
　近接センサ１０、１１は、荷重支持部材５を挟んで支承１の両側に取り付けている。近接センサ１０、１１は、橋軸直角方向に並んでいる。近接センサ１０、１１は、下沓２に設けた取付金具２０、２１に取り付けている。取付金具２０、２１は、下沓２に固定している。この近接センサ１０、１１は、検知面から主桁１０１の対向面までの距離を計測する。近接センサ１０、１１の検知面は、主桁１０１の底面に対向している。この例における近接センサ１０、１１は、下沓２と上部構造（主桁１０１）との距離を計測する。
　支承１は、上部構造側から荷重が加わることによって、荷重支持部材５がひずむ。したがって、支承１に加わっている上部構造側から荷重が変化すると、荷重支持部材５のひずみ量が変化し、その結果、橋脚１００と、主桁１０１との対向面間の距離が変化する。橋脚１００と、主桁１０１との対向面間の距離の変化量と、下沓２と上部構造（主桁１０１）との距離の変化量と、は同じである。また、橋脚１００と、主桁１０１との対向面間の距離の変化量と、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量と、は同じである。すなわち、近接センサ１０、１１によって計測される下沓２と上部構造（主桁１０１）との距離の変化量は、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量である。
　後述する反力計測装置５０は、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘを、
　Δｘ＝（Δｘ１＋Δｘ２）／２
により算出する。Δｘ１は、近接センサ１０の検知面から主桁１０１の対向面までの距離の変化量であり、
　Δｘ１＝近接センサ１０の基準距離－近接センサ１０の計測距離
により算出する。また、Δｘ２は、近接センサ１１の検知面から主桁１０１の対向面までの距離の変化量であり、
　Δｘ２＝近接センサ１１の基準距離－近接センサ１１の計測距離
により算出する。近接センサ１０、１１の基準距離は、支承１の設置時等に、各近接センサ１０、１１で計測した距離にすればよい。また、上述したように、近接センサ１０、１１は、荷重支持部材５を挟んで、橋軸直角方向に並べて取り付けている。そして、近接センサ１０の検知面から主桁１０１の対向面までの距離の変化量Δｘ１と、近接センサ１１の検知面から主桁１０１の対向面までの距離の変化量Δｘ２との平均を、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘとして算出する。したがって、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘにおいて、橋軸直角方向における上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量の差（Δｘ１と、Δｘ２との差）をキャンセルできる。
　このように、この支承１は、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘを計測することができる。また、上沓３と下沓２との対向面間の距離がΔｘ短くなったときにおける、荷重支持部材５の反力Ｒの変化量ΔＲは、
　ΔＲ＝Ｅ×Δｘ
である。但し、Ｅは、荷重支持部材５のヤング係数である。すなわち、この支承１は、荷重支持部材５の反力Ｒの変化についても計測できる。
　また、近接センサ１０、１１によって計測する距離は、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化に応じて変化する距離であれば特に制限されない。例えば、図５に示すように、近接センサ１０、１１を上沓３に取り付け、近接センサ１０、１１の検知面と、ベースプレート４の対向面との距離を計測するように構成してもよい。また、図６（Ａ）に示すように、近接センサ１０、１１を下沓２に取り付けるとともに、近接センサ１０、１１の検知面に対向する検知対象物３０、３１を上沓３に取り付け、近接センサ１０、１１の検知面と、検知対象物３０、３１の対向面との距離を計測するように構成してもよい。また、図６（Ｂ）に示すように、近接センサ１０、１１を上沓３に取り付けるとともに、近接センサ１０、１１の検知面に対向する検知対象物３０、３１を下沓２に取り付け、近接センサ１０、１１の検知面と、検知対象物３０、３１の対向面との距離を計測するように構成してもよい。
　また、支承１に取り付ける近接センサの個数や、その配置も特に制限されない。例えば、支承１は、２つの近接センサ１０、１１を、図７（Ａ）に示すように取り付ける構成であってもよいし、４つの近接センサ１０、１１、１２、１３を図７（Ｂ）に示すように取り付ける構成であってもよい。
　なお、図５、および図６は、図３（Ａ）と同じ方向からみた図であり、図７は、図４（Ｂ）に対応する方向の断面図である。
　次に、反力計測装置（この発明で言う、計測装置に相当する。）の実施形態について説明する。ここでは、図３に示した支承１を例にする。
　図８は、この例にかかる反力計測装置を用いた、監視システムを示す概略図である。この監視システムは、複数の反力計測装置５０と、管理装置６０とを備える。各反力計測装置５０は、ネットワーク７０を介して管理装置６０と通信可能に接続されている。この例では、反力計測装置５０と、支承１とを１対１で対応付けている。反力計測装置５０は、対応付けられている支承１（荷重支持部材５）の反力を演算し、その演算結果をネットワーク７０を介して管理装置６０に通知する。
　管理装置６０は、橋梁の状態を管理する管理事務所等に設置される。管理者は、この管理装置６０において、各支承１の状態の確認等を行う。
　図９は、反力計測装置の主要部の構成を示すブロック図である。反力計測装置５０は、制御部５１と、センサ処理部５２と、記憶部５３と、通信部５４と、を備えている。
　制御部５１は、反力計測装置５０本体各部の動作を制御する。
　センサ処理部５２は、支承１の近接センサ１０、１１が接続されている。センサ処理部５２は、近接センサ１０、１１の計測信号（検知面から対向面までの計測距離）が入力される。近接センサ１０、１１は、上述したように、検知面から主桁１０１の対向面までの距離を計測する。センサ処理部５２は、接続されている近接センサ１０、１１毎に、その近接センサ１０、１１から入力された計測信号を処理し、支承１の反力Ｒの変化量ΔＲを演算する処理回路（この例では、２つの処理回路）を備えている。センサ処理部５２が、この発明言う入力部、および演算部を備えている。
　記憶部５３は、近接センサ１０、１１の基準距離や、計測データ等を記憶する。
　通信部５４は、ネットワーク７０を介した管理装置６０との通信を制御し、記憶部５３に記憶している計測データを管理装置６０へ送信する。
　なお、各反力計測装置５０には、自装置を識別する識別コードが付与されている。上述したように、反力計測装置５０と、支承１とを１対１で対応付けているので、反力計測装置５０の識別コードから、対応する支承１を特定することができる。
　図１０は、管理装置の主要部の構成を示すブロック図である。管理装置６０は、制御部６１と、操作部６２と、表示部６３と、記憶部６４と、通信部６５とを備えている。
　制御部６１は、管理装置６０本体各部の動作を制御する。
　操作部６２には、マウスやキーボード等の入力デバイスが接続されている。オペレータは、操作部６２に接続されている入力デバイスを操作することにより、管理装置６０本体に対する入力操作を行う。操作部６２は、管理装置６０本体に対する入力を受け付ける。
　表示部６３には、液晶ディスプレイ等の表示デバイスが接続されている。表示部６３は、接続されている表示デバイスにおける画面表示を制御する。
　記憶部６４は、管理装置６０本体の動作制御に用いる各種パラメータ等を記憶する。
　通信部６５は、ネットワーク７０を介した反力計測装置５０との通信を制御する。
　以下、反力計測装置５０の動作について説明する。
　図１１は、反力計測装置の動作を示すフローチャートである。反力計測装置５０は、近接センサ１０、１１で計測された、検知面から主桁１０１の対向面までの距離の計測値を、予め定められた計測時間間隔ａ（例えば、２０ｍｓｅｃ間隔）で繰り返し取得する。反力計測装置５０は、近接センサ１０、１１で計測された、検知面から主桁１０１の対向面までの距離の計測値を取得すると（ｓ１）、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘを算出する（ｓ２）。
　上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘは、上述したように、
　Δｘ＝（Δｘ１＋Δｘ２）／２
である。また、Δｘ１およびΔｘ２は、
　Δｘ１＝近接センサ１０の基準距離－近接センサ１０の計測距離
　Δｘ２＝近接センサ１１の基準距離－近接センサ１１の計測距離
　である。
　反力計測装置５０は、近接センサ１０の基準距離、および近接センサ１１の基準距離を記憶部５３に記憶している。
　反力計測装置５０は、ｓ２で算出した上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘを用いて支承１の反力Ｒの変化量ΔＲを算出する（ｓ３）。反力Ｒの変化量ΔＲは、
　ΔＲ＝Ｅ×Δｘ
である。但し、Ｅは、荷重支持部材５のヤング係数である。
　反力計測装置５０は、計測時刻、ｓ１で近接センサ１０、１１が計測した検知面から主桁１０１の対向面までの距離、ｓ２で算出した上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘ、およびｓ３で算出した荷重支持部材５の反力Ｒの変化量ΔＲを対応付けたレコード（今回の計測結果）を計測データに追加登録し（ｓ４）、ｓ１に戻る。
　図１２は、記憶部に記憶される計測データを示す図である。図１２では、計測時間間隔ａを２０ｍｓｅｃとした場合の例である。図１２において、Ｓａ＃（＃＝１、２、３・・・）は、近接センサ１０による主桁１０１の対向面までの計測距離であり、Ｓｂ＃は、近接センサ１１による主桁１０１の対向面までの計測距離である。また、ａｖｅ＃は、ｓ２で算出した上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化量Δｘである。また、ΔＲ＃は、ｓ３で算出した支承１の反力Ｒの変化量ΔＲである。
　また、反力計測装置５０は、予め定められた通知タイミングになると、通信部５４が記憶部５３に記憶している計測データを管理装置６０に送信する。この通知タイミングは、１日毎や数時間毎に設定すればよい。
　管理装置６０は、反力計測装置５０から送信されてきた計測データを通信部で受信し、記憶部６４に記憶する。
　また、管理装置６０は、操作部６２におけるオペレータの入力操作に応じて、記憶部６４に記憶している計測データ（反力計測装置５０から送信されてきた計測データ）を処理し、その処理結果を表示部６３に表示する。
　例えば、管理装置６０は、操作部６２におけるオペレータの入力操作に応じて、計測時刻と、支承１の反力Ｒの変化量ΔＲと、の関係を表示部６３に表示する処理を行う。図１３は、計測時刻と、支承の反力Ｒの変化量ΔＲとの関係を示す図である。図１３において、横軸は計測時刻であり、縦軸は支承１の反力Ｒの変化量ΔＲの大きさである。図１３において、支承１の反力Ｒの変化量ΔＲが大きいところは、走行している車両の軸重が支承１に加わったタイミングである。支承１の反力Ｒの変化量ΔＲは、活荷重の大きさに応じて変化する。
　また、反力計測装置５０は、支承１の反力Ｒの変化量ΔＲにより活荷重（例えば、走行している車両の軸重）の大きさを得ることもできる。活荷重の大きさは、
　活荷重＝ΔＲ×Ａ／Ｈ
　により算出できる。但し、Ａは、上沓３によって荷重支持部材５が押圧される面積（上沓３と、荷重支持部材５との接触面積）である。また、Ｈは、鉛直方向（上沓３と、下沓２との並び方向）における荷重支持部材５の長さ（高さ）である。
　また、反力計測装置５０は、操作部６２におけるオペレータの入力操作に応じて、図１４や、図１５に示すデータを表示部６３に表示してもよい。図１４は、支承１の反力Ｒの変化量ΔＲの最大値を示すものである。また、図１５は、支承１の反力Ｒの変化量ΔＲの頻度を示す図である。図１４は、例えば検出時間間隔を５分や１０分に設定し、検出時間毎に、その検出時間内における支承１の反力Ｒの変化量ΔＲの最大値をプロットしたグラフである。
　また、図６に示す構成の支承１であれば、この支承１に荷重が加わっていない状態で、近接センサ１０が計測した、検知面と、検知対象物３０との距離を近接センサ１０の基準距離とし、近接センサ１１が計測した、検知面と、検知対象物３１との距離を近接センサ１１の基準距離とすることで、死荷重（上部構造の荷重）による、支承１の反力Ｒを得ることができる。
　また、既設の橋梁に取り付けられている支承１であっても、この支承１について反力Ｒの変化量ΔＲを計測できる。
　具体的には、図１６に示すように、反力Ｒの変化量ΔＲを計測する支承１について、近接センサ１０、１１を、上沓３と下沓２との対向面間の距離の変化に応じて変化する物理量（距離）の計測が行えるように取り付ける（ｓ１１）。また、近接センサ１０、１１を反力計測装置５０に接続する（ｓ１２）。そして、反力計測装置５０に、図１１に示した処理を実行させる。
　これにより、既設の橋梁に取り付けられている支承１についても、反力Ｒの変化量ΔＲを計測が行える。
　なお、この場合、近接センサ１０、１１の基準距離を、支承１に活荷重が加わっていないタイミングにおいて、近接センサ１０、１１が計測した距離にすればよい。
　このように、上沓３と、下沓２とが荷重支持部材５を挟んで重なっている方向における、上沓３と下沓２との距離の変化に応じて変化する物理量を計測する近接センサ１０、１１を設けるという簡単な方法で、加わっている荷重に応じた反力等にかかる物理量の計測が行える。
１…支承
２…下沓
３…上沓
４…ベースプレート
５…荷重支持部材
１０～１３…近接センサ
２０、２１…取付金具
３０、３１…検知対象物
５０…反力計測装置
５１…制御部
５２…センサ処理部
５３…記憶部
５４…通信部
１００…橋脚
１０１…主桁

Claims (10)

  1. 　構造物の上部構造に固定される上沓と、
    　前記構造物の下部構造に固定される下沓と、
    　前記上沓と、前記下沓との間に配置され、前記構造物の前記上部構造側から加わる荷重を支持する荷重支持部材と、
    　前記上沓と前記下沓とが前記荷重支持部材を挟んで重なっている方向における、前記上沓と前記下沓との距離の変化に応じて変化する物理量を計測するセンサと、を備えた支承体。
  2. 　前記センサは、前記上沓、または前記下沓の一方に取り付けている、請求項１に記載の支承体。
  3. 　前記センサは、前記上沓、または前記下沓の一方に取り付け、前記上沓、または前記下沓の他方に取り付けている計測対象物までの距離を計測する請求項１に記載の支承体。
  4. 　複数の前記センサを備えている請求項１～３のいずれかに記載の支承体。
  5. 　前記センサは、前記上沓と前記下沓とが前記荷重支持部材を挟んで重なっている方向に対して直交する方向において、前記荷重支持部材を挟んだ両側に取り付けている、請求項４に記載の支承体。
  6. 　前記構造物は、橋梁であり、
    　前記センサは、前記荷重支持部材を挟んだ橋軸直角方向の両側に取り付けている、請求項５に記載の支承体。
  7. 　請求項１～６のいずれかに記載した支承体が備える前記センサによって計測された物理量が入力される入力部と、
    　前記入力部に入力された物理量を処理し、前記荷重支持部材に加わっている荷重に応じた力の変化量を演算する演算部と、を備えた計測装置。
  8. 　前記演算部は、前記荷重支持部材の反力の変化量を演算する、請求項７に記載の計測装置。
  9. 　構造物の上部構造と下部構造との間に配置され、前記上部構造側から上沓、荷重支持部材、下沓の順番に重なっている支承について、前記荷重支持部材に加わっている荷重に応じた力を計測する計測方法であって、
    　前記上沓と前記下沓とが前記荷重支持部材を挟んで重なっている方向における、前記上沓と前記下沓との距離の変化に応じて変化する物理量を計測するセンサを取り付け、
    　演算部が、前記センサによって計測された物理量を処理し、前記荷重支持部材に加わっている荷重に応じた力の大きさを演算する、計測方法。
  10. 　前記演算部は、前記荷重支持部材の反力の変化量を演算する、請求項９に記載の計測方法。
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