JP7600066B2

JP7600066B2 - 圧縮検知装置

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Publication number: JP7600066B2
Application number: JP2021159876A
Authority: JP
Inventors: 慶吾玉野; 直樹曽我部; 陽兵平; 一正大窪; 拓也岩本
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2024-12-16
Anticipated expiration: 2041-09-29
Also published as: JP2023049873A

Description

本開示は、コンクリートに作用する圧縮力を検知する圧縮検知装置に関する。

特許第６１４５３４４号公報には、ＦＢＧセンサ（Fiber Bragg Grating Sensor）を用いて構造物における衝撃を検知する衝撃検知方法及び検知装置が記載されている。この検知装置は、構造物に貼り付けられるＦＢＧセンサ、光ファイバアンプ、光サーキュレータ及びカプラを備える。カプラには、ひずみ計測用光学フィルタと、温度計測用光学フィルタと、光電変換器とが接続されている。構造物にひずみが生じると、ＦＢＧセンサからの反射光が光ファイバアンプ及びカプラを介して光源変換器に入力され、光源変換器によって構造物への衝撃力の印加履歴が取得される。

特許第４１８７２５０号公報には、光ファイバによる構造物の診断方法及びシステムが記載されている。このシステムは、構造物の対象部材に光ファイバが取り付けられて、光ファイバによって対象部材の初期歪みが計測される。光ファイバは、対象部材の特定部位の歪み履歴を連続的に監視し、初期歪み及び歪み履歴から構造物の健全度を診断する。

特開２０１３－２５０１２０号公報には、構造物の損傷検出方法が記載されている。損傷検出方法では、一対の橋脚の間に配置された橋桁の下面に損傷検出装置が貼り付けられる。損傷検出装置は、橋桁の被検面に固定される第１の基部及び第２の基部と、第１の基部及び第２の基部の間に配設される検出用部材とを備える。検出用部材として、光学式の歪み検出手段が内蔵された光ファイバが用いられる。

特開２００１－５９７９６号公報には、石油タンクの強度予知装置が記載されている。強度予知装置は、石油タンクの側板が立設された基台と、石油タンクの側板に敷設された光ファイバと、歪み計測器と、監視装置とを備える。歪み計測器は、光ファイバを介して石油タンクへの外力に伴う歪みを計測する。監視装置は、歪み計測器によって計測された歪み量に基づいて亀裂の発生有無を監視する。

特許第６１４５３４４号公報特許第４１８７２５０号公報特開２０１３－２５０１２０号公報特開２００１－５９７９６号公報

ところで、コンクリート構造物において、地震等に伴って生じるコンクリート構造物への圧縮力を事後的に把握するのが難しいという問題がある。前述したように、光ファイバケーブルを用いてコンクリート構造物の歪みを検知する方法は知られている。しかしながら、光ファイバケーブルによって検知される歪みは、パルス光を入射した瞬間における歪みであり、コンクリートが受けた圧縮力の過去の履歴又は最大応答を把握することはできない。すなわち、地震等によるコンクリート構造物の挙動に対して、過去に受けた最大の圧縮力を事後的に把握できないという現状がある。

本開示は、コンクリート構造物が過去に受けた最大の圧縮力を事後的に把握することができる圧縮検知装置を提供することを目的とする。

本開示に係る圧縮検知装置は、コンクリートに埋設される圧縮検知装置であって、コンクリートより高い剛性を有し、一方向に沿って積層される複数の剛性材料と、一方向に沿って並ぶ２つの剛性材料の間に配置される検知材料と、剛性材料に対する一方向への圧縮力による検知材料の不可逆的な変形を検知する検知装置と、を備える。

この圧縮検知装置は、コンクリートより高い剛性を有する複数の剛性材料と、一方向に沿って並ぶ２つの剛性材料の間に介在する検知材料と、圧縮力に伴って不可逆的に変形する検知材料の当該変形を検知する検知装置とを備える。検知材料は、剛性材料が所定値以上の圧縮力を受けたときに不可逆的に変形する。具体的には、コンクリートより高い剛性を有する複数の剛性材料が圧縮力を受けても、当該圧縮力が所定値以上でない場合には検知材料は変形しない。一方、検知材料は、当該圧縮力が所定値以上である場合には不可逆的に変形する。この検知材料の不可逆的な変形を検知装置が検知することにより、受けた圧縮力が所定値以上であったか否かを把握することができる。すなわち、検知装置が検知材料の不可逆的な変形を検知したときはコンクリートが受けた最大圧縮力が所定値以上であり、検知装置が検知材料の不可逆的な変形を検知していないときは最大圧縮力が所定値以上でないことを事後的に把握できる。従って、コンクリートが、過去に所定値以上の圧縮力を受けたかどうかを事後的に把握することができる。

検知材料は、２つの剛性材料の間に介在し、剛性材料に所定値以上の圧縮力が付与されたときに破断するダボを含んでもよい。この場合、ダボの破断の有無を検知装置が検知することにより、コンクリートが受けた圧縮力が所定値以上であったか否かを容易に把握することができる。なお、本開示では、破断するダボに限定されず、変形が残留する機構であってもよい。

検知装置は、複数の剛性材料、及び検知材料に接触する光ファイバケーブルを含んでもよい。この場合、検知材料の不可逆的な変形を光ファイバケーブルによって高精度に検知できる。光ファイバケーブルでは、光ファイバケーブルが接触する箇所に沿って歪みを連続的に又は分布的に検知可能であるため、例えば複数の検知材料にまたがって光ファイバケーブルが設けられる場合、どの検知材料が変形したかを検知できる。すなわち、光ファイバケーブルは、複数の検知材料に対する変形の有無を検知できるので、過去から受けている圧縮力の履歴をより高精度に把握できる。複数の検知材料は、不可逆的な変形をする所定値がそれぞれ段階的に異なる値に設定されていてもよい。この場合、どの検知材料までが変形したかを検知することにより、コンクリートが過去に受けた最大の圧縮力を事後的に把握することができる。

光ファイバケーブルは、複数の剛性材料、及び検知材料に螺旋状に巻き付けられてもよい。この場合、検知材料の変形を検知する光ファイバケーブルが螺旋状に巻き付けられることにより、一方向における光ファイバケーブルの計測点を増やすことができる。従って、光ファイバケーブルによる検知材料の変形をより高精度に検知することができる。

本開示に係る圧縮検知装置の交換方法は、コンクリートに埋設されており、コンクリートに対する圧縮力を検知する線状の検知装置を備えた前述の圧縮検知装置を交換する交換方法である。コンクリートには、検知装置が収納された収納部材が埋設されており、コンクリートを削って形成した穴から圧縮検知装置を露出する工程と、圧縮検知装置から延びる検知装置を切断して穴から圧縮検知装置を取り出す工程と、収納部材から穴に検知装置を引き出す工程と、穴に新規の圧縮検知装置を配置する工程と、新規の圧縮検知装置の検知装置に、引き出した検知装置を接続する工程と、穴にコンクリートを充填する工程と、を備える。

この圧縮検知装置の交換方法では、圧縮検知装置と、線状の検知装置を収納する収納部材とがコンクリートに埋設されており、コンクリートを削って形成した穴から圧縮検知装置が取り出される。コンクリートを削って形成された穴から圧縮検知装置が露出し、露出した圧縮検知装置は線状の検知装置が切断されて当該穴から取り出される。収納部材に収納されている線状の検知装置は当該穴に引き出され、引き出された検知装置には新規の圧縮検知装置の検知装置が接続される。この状態で当該穴に新規の圧縮検知装置が設置された後に、当該穴にはコンクリートが充填される。従って、当該穴に対する圧縮検知装置の着脱を容易に行うことができる。また、この交換方法では、前述した圧縮検知装置が用いられるため、過去から受けている圧縮力の履歴を高精度に把握することができる。

本開示によれば、コンクリート構造物が過去に受けた最大の圧縮力を事後的に把握することができる。

実施形態に係る圧縮検知装置が用いられるコンクリート構造物を示す断面図である。図１のコンクリート構造物の縦断面図である。実施形態に係る圧縮検知装置を示す縦断面図である。（ａ）及び（ｂ）は、図３の圧縮検知装置の挙動を説明するための縦断面図である。実施形態に係る圧縮検知装置の検知装置が通される孔を説明するための縦断面図及び平面図である。（ａ）は、図５の孔に挿通された光ファイバケーブルを示す縦断面図である。（ｂ）は、（ａ）の光ファイバケーブルの挙動を説明するための縦断面図である。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、変形例に係る光ファイバケーブルの配置方法を説明するための縦断面図である。変形例に係る圧縮検知装置を示す縦断面図である。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、実施形態に係る圧縮検知装置の交換方法の工程を示す縦断面図である。

以下では、図面を参照しながら本開示に係る圧縮検知装置、及び圧縮検知装置の交換方法の実施形態について説明する。図面の説明において同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解の容易化のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。

図１は、実施形態に係る圧縮検知装置１が埋め込まれるコンクリート構造物Ｓを模式的に示す断面図である。図１に示されるように、圧縮検知装置１は、コンクリート構造物Ｓに埋設された状態でコンクリート構造物Ｓに作用する圧縮力Ｆ（図３参照）を検知する。一例として、コンクリート構造物Ｓは、橋脚の基部の一部である。コンクリート構造物Ｓは、例えば、複数の構造用鉄筋Ｓ１と、コンクリートＳ２とを有する。一例として、構造用鉄筋Ｓ１は、鉛直方向Ｄ１に延びる複数の軸方向鉄筋Ｓ１１と、水平方向Ｄ２に延びる帯鉄筋Ｓ１２とを含んでいる。

軸方向鉄筋Ｓ１１及び帯鉄筋Ｓ１２は格子状に配置されている。２本の帯鉄筋Ｓ１２の間隔Ｗ１は、例えば、２００ｍｍであり、２本の帯鉄筋Ｓ１２の表面間距離Ｗ２は１６５ｍｍ以上且つ１７５ｍｍ以下である。圧縮検知装置１は、２本の軸方向鉄筋Ｓ１１及び２本の帯鉄筋Ｓ１２によって画成される矩形状領域に埋設される。従って、構造用鉄筋Ｓ１が無い位置に圧縮検知装置１が埋設されるので、構造用鉄筋Ｓ１に干渉することなくコンクリートＳ２に対して容易に圧縮検知装置１を着脱できる。

圧縮検知装置１は、本体部１０と、本体部１０から延び出す線状の検知装置２０とを備える。本実施形態において、検知装置２０は、光ファイバケーブル２１と、光ファイバケーブル２１の端部に設けられた計測器２２とを有する。本体部１０から延び出す光ファイバケーブル２１は、例えば、構造用鉄筋Ｓ１（一例として軸方向鉄筋Ｓ１１）に沿うように配置される。

計測器２２は、例えば、光ファイバケーブル２１を用いてレイリー散乱光を用いた計測によって検知材料１２（図３参照）の不可逆的な変形を歪みとして計測する。しかしながら、計測器２２は、光ファイバケーブル２１を用いて、ブリルアン計測によって歪みを計測してもよい。計測器２２が光ファイバケーブル２１に計測光Ｋ１を入力すると、光ファイバケーブル２１において後方散乱光Ｋ２が生じる。後方散乱光Ｋ２のスペクトル（周波数ごとの強度）は、歪みによって変化する。後方散乱光Ｋ２の強度は計測光Ｋ１の強度よりも小さい。レイリー散乱光を用いた計測では、後方散乱光Ｋ２のスペクトルの変化を計測することによって、光ファイバケーブル２１に生じた歪みを検出する。レイリー散乱光は、ブリルアン散乱光よりも強度が大きいため、レイリー散乱光を用いた計測は、精度が高い上に、比較的、光のロスに強いという利点がある。光ファイバケーブル２１では、例えば、１μの歪みといった精度で検知材料１２の不可逆的な変形の検知が可能である。

図２は、コンクリート構造物Ｓ及び圧縮検知装置１を示す縦断面図である。図１及び図２に示されるように、例えば、コンクリートＳ２には、検知装置２０（光ファイバケーブル２１）を収納する収納部材３０が埋設される。一例として、コンクリートＳ２には複数の収納部材３０が埋設されている。

収納部材３０において、例えば、光ファイバケーブル２１は螺旋状に巻かれている。一例として、収納部材３０は光ファイバケーブル２１が螺旋状に巻き付けられるリールを有する。このように巻かれた光ファイバケーブル２１を収納部材３０が収納することにより、長い光ファイバケーブル２１を効率よく収納可能である。例えば、収納部材３０からは、ケーシングチューブ３１が延び出しており、ケーシングチューブ３１の内部において光ファイバケーブル２１が移動自在となっている。

例えば、複数の収納部材３０のうちの１つは計測器２２と本体部１０の間に介在する。この場合、本体部１０から延び出す光ファイバケーブル２１には収納部材３０から延び出す光ファイバケーブル２１が接続されており、収納部材３０から本体部１０とは反対側に延び出す光ファイバケーブル２１が計測器２２に接続されている。

例えば、２つの収納部材３０のうちの一方が計測器２２側に配置され、２つの収納部材３０のうちの他方が計測器２２とは反対側に配置されている。本体部１０からは一対の光ファイバケーブル２１が延び出している。一対の光ファイバケーブル２１の一方が計測器２２側の収納部材３０に接続され、一対の光ファイバケーブル２１の他方が計測器２２とは反対側の収納部材３０に接続されている。

図３は、圧縮検知装置１の本体部１０を拡大して示す圧縮検知装置１の縦断面図である。図３に示されるように、本体部１０は、複数の剛性材料１１と、２つの剛性材料１１の間に配置される検知材料１２とを備える。本実施形態に係る本体部１０は、更に、２つの剛性材料１１の間に介在する不陸調整材１３と、複数の剛性材料１１を囲む管状のスポンジである軟性材料１４と、軟性材料１４を囲む管状部材１５とを備える。

圧縮検知装置１（本体部１０）は、例えば、円柱状を呈する。例えば、圧縮検知装置１の軸線Ｌに沿って延びるように光ファイバケーブル２１が複数の剛性材料１１を貫通している。圧縮検知装置１の高さＨ１（一方向Ａ１への長さ）は、例えば、１００ｍｍ以上且つ１６０ｍｍ以下（一例として１２０ｍｍ）である。高さＨ１が１６０ｍｍ以下であることにより、２本の軸方向鉄筋Ｓ１１及び２本の帯鉄筋Ｓ１２によって画成される矩形状領域により確実に圧縮検知装置１を埋設できる。

圧縮検知装置１の直径Ｒは、例えば、４０ｍｍ以上且つ１００ｍｍ以下（一例として５０ｍｍ）である。剛性材料１１の高さ（一方向Ａ１への長さ）は、例えば、１０ｍｍ以上且つ２０ｍｍ以下である。但し、剛性材料１１の高さの下限は、光ファイバケーブル２１の空間分解能によって定められてもよい。不陸調整材１３の厚さ（一方向Ａ１への長さ）は、例えば、数ｍｍ（一例として５ｍｍ）である。

例えば、剛性材料１１は、軟性材料１４及び管状部材１５よりも一方向Ａ１の端部側に突出している。これにより、剛性材料１１に圧縮力Ｆを作用させやすくすることができる。剛性材料１１は、コンクリートＳ２よりも高い剛性を有する剛な材料である。剛性材料１１は、例えば、鋼材によって構成されている。一例として、剛性材料１１の材料は鉄である。しかしながら、剛性材料１１の材料は、鉄に限られず、例えば、コンクリートＳ２より強度が高い繊維補強コンクリートであってもよい。

複数の剛性材料１１は一方向Ａ１に沿って積層される。一方向Ａ１は、例えば、鉛直方向Ｄ１に一致する方向である。この場合、圧縮検知装置１によって鉛直方向Ｄ１への圧縮力Ｆを検知可能である。しかしながら、一方向Ａ１は、鉛直方向Ｄ１以外の方向であってもよく、任意の方向とすることが可能である。

例えば、複数の剛性材料１１は、一方向Ａ１の端部に位置する一対の第１剛性材料１１Ａと、一対の第１剛性材料１１Ａの間に位置する第２剛性材料１１Ｂとを含んでいる。図３では、一方向Ａ１に沿って並ぶ２つの第１剛性材料１１Ａと、２つの第１剛性材料１１Ａの間に位置する３つの第２剛性材料１１Ｂとを備える例を示している。第１剛性材料１１Ａ及び第２剛性材料１１Ｂは、例えば、円柱状を呈する。

第１剛性材料１１Ａは、一方向Ａ１への圧縮力Ｆを受ける受圧面１１ｂと、受圧面１１ｂの反対側を向く傾斜面１１ｃと、外周面１１ｄとを有する。受圧面１１ｂ及び傾斜面１１ｃは、例えば、平坦状とされている。傾斜面１１ｃは、受圧面１１ｂに対して傾斜している。受圧面１１ｂに対する傾斜面１１ｃの傾斜角度θ１は、例えば、２０°以上且つ３０°以下である。しかしながら、傾斜角度θ１は、受圧面１１ｂが受ける圧縮力Ｆの分力に基づいて計算される設計値であり、上記の角度に限定されない。

第２剛性材料１１Ｂは、第１傾斜面１１ｆと、第１傾斜面１１ｆとは反対側を向く第２傾斜面１１ｇと、外周面１１ｈとを有する。第１傾斜面１１ｆ及び第２傾斜面１１ｇは、例えば、平坦状とされている。第１傾斜面１１ｆ及び第２傾斜面１１ｇのそれぞれは、第２剛性材料１１Ｂの軸線Ｌに直交する平面に対して傾斜している。

第１傾斜面１１ｆの傾斜の向きと、第２傾斜面１１ｇの傾斜の向きとは互いに異なっている。例えば、剛性材料１１の径方向Ａ２に進むにつれて第１傾斜面１１ｆは一方向Ａ１の一方側（例えば斜め上方）に傾いており、剛性材料１１の径方向Ａ２に進むにつれて第２傾斜面１１ｇは一方向Ａ１の他方側（例えば斜め下方）に傾いている。

軸線Ｌに直交する平面に対する第１傾斜面１１ｆの傾斜角度θ２、及び軸線Ｌに直交する平面に対する第２傾斜面１１ｇの傾斜角度θ３は、傾斜角度θ１と同一である。これにより、一対の第１剛性材料１１Ａの間に第２剛性材料１１Ｂが積層されたときに、各第１剛性材料１１Ａの受圧面１１ｂが軸線Ｌに直交する平面に対して平行に延在する。

以上のように第１剛性材料１１Ａ及び第２剛性材料１１Ｂのそれぞれが傾斜面（傾斜面１１ｃ、第１傾斜面１１ｆ、第２傾斜面１１ｇ）を有することにより、受圧面１１ｂに圧縮力Ｆが作用したときに第１剛性材料１１Ａ及び第２剛性材料１１Ｂは圧縮検知装置１の径方向Ａ２に位置ずれする（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。不陸調整材１３は、傾斜面１１ｃと第１傾斜面１１ｆとの間、第１傾斜面１１ｆと第２傾斜面１１ｇとの間、及び第２傾斜面１１ｇと傾斜面１１ｃとの間のそれぞれに設けられる。

不陸調整材１３は、例えば、セメントペーストによって構成されている。不陸調整材１３が設けられることにより、たとえ傾斜面１１ｃ、第１傾斜面１１ｆ又は第２傾斜面１１ｇに微小な凹凸があった場合でも、受圧面１１ｂへの圧縮力Ｆに伴う剛性材料１１の径方向Ａ２への位置ずれをスムーズにすることができる。但し、傾斜面１１ｃ、第１傾斜面１１ｆ及び第２傾斜面１１ｇの平滑性が確保されている場合等には不陸調整材１３を省略することも可能である。

検知材料１２は、例えば、第１検知材料１２Ａと、第２検知材料１２Ｂと、第３検知材料１２Ｃと、第４検知材料１２Ｄとを含んでいる。第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄは、この順で一方向Ａ１に沿って並んでいる。

第１検知材料１２Ａは、例えば、一方向Ａ１の一端の第１剛性材料１１Ａと第２剛性材料１１Ｂとの間に介在し、第２検知材料１２Ｂは、一方向Ａ１の一方側の第２剛性材料１１Ｂと中央の第２剛性材料１１Ｂとの間に介在する。第３検知材料１２Ｃは、例えば、中央の第２剛性材料１１Ｂと一方向Ａ１の他方側の第２剛性材料１１Ｂとの間に介在し、第４検知材料１２Ｄは、一方向Ａ１の他方側の第２剛性材料１１Ｂと一方向Ａ１の他方側の第１剛性材料１１Ａとの間に介在する。

第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄのそれぞれは、受圧面１１ｂに所定値以上の圧縮力Ｆが作用したときに破断するダボ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄによって構成されている。ダボ１２ｂ、ダボ１２ｃ及びダボ１２ｄは、例えば、鋼製である。しかしながら、ダボ１２ｂ、ダボ１２ｃ及びダボ１２ｄは、鋼以外の材料によって構成されていてもよく、せん断力が既知の材料で構成されていればよい。「せん断力が既知の材料」とは、せん断力に対する強度が既知の材料、又は、せん断力に対する変形が既知の材料を示している。

ダボ１２ｂ、ダボ１２ｃ及びダボ１２ｄのそれぞれは、例えば、予め剛性材料１１に形成された穴に挿入されている。第１検知材料１２Ａのダボ１２ｂが破断するときの圧縮力Ｆ、第２検知材料１２Ｂのダボ１２ｄが破断するときの圧縮力Ｆ、第３検知材料１２Ｃのダボ１２ｃが破断するときに圧縮力Ｆ、及び第４検知材料１２Ｄのダボ１２ｃが破断するときの圧縮力Ｆは、互いに異なっている。

一例として、第１検知材料１２Ａは２つのダボ１２ｂで構成されており、第２検知材料１２Ｂは２つのダボ１２ｄで構成されており、第３検知材料１２Ｃは２つのダボ１２ｃで構成されており、第４検知材料１２Ｄは４つのダボ１２ｃで構成されている。例えば、ダボ１２ｂの太さ、ダボ１２ｃの太さ、及びダボ１２ｄの太さは、互いに異なっている。一例として、ダボ１２ｂが最も太く、ダボ１２ｃが２番目に太く、ダボ１２ｄが最も細い。

第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄは、互いに異なるせん断強度を有する。ダボ１２ｂ、ダボ１２ｃ及びダボ１２ｄは、互いにせん断強度が異なる材料（例えば８０Ｎ／ｍｍ^２、１０５Ｎ／ｍｍ^２、１２０Ｎ／ｍｍ^２）によって構成されている。ダボ１２ｂ、ダボ１２ｃ及びダボ１２ｄとして、互いにせん断強度が異なる材料が用いられてもよい。

以上、第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄにおけるダボ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの配置態様が互いに異なることにより、第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄの強度を互いに異ならせることができる。但し、第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄにおけるダボ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの配置態様（例えば太さ及び本数）は、前述した例に限られず適宜変更可能である。

例えば、第４検知材料１２Ｄの耐力が最も高く、第１検知材料１２Ａの耐力が２番目に高く、第３検知材料１２Ｃの耐力が３番目に高く、第２検知材料１２Ｂの耐力が最も小さい。この場合、受圧面１１ｂに圧縮力Ｆが作用すると、図３、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、第２検知材料１２Ｂ（２本のダボ１２ｄ）が最初に破断する。次に、受圧面１１ｂに作用する圧縮力Ｆの大きさによって第３検知材料１２Ｃ、第１検知材料１２Ａ、第４検知材料１２Ｄがこの順で破断する。

以上のように第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄは、受圧面１１ｂに圧縮力Ｆが作用すると不可逆的に変形（例えば破断）する。この不可逆的な変形を検知装置２０（光ファイバケーブル２１）が検知することにより、コンクリート構造物Ｓにどの程度の圧縮力Ｆが作用したかを事後的に把握することが可能である。

図４（ａ）は第２検知材料１２Ｂのみが不可逆的な変形をしている例を示しており、図４（ｂ）は第２検知材料１２Ｂ及び第３検知材料１２Ｃが不可逆的な変形をしている例を示している。図４（ｂ）は、図４（ａ）の場合よりも大きな圧縮力Ｆを受けて図４（ａ）の場合よりも多くの検知材料１２が不可逆的に変形している。このように、受圧面１１ｂが受けた圧縮力Ｆの大きさによって検知材料１２が変形する程度が変わるので、検知材料１２が変形する程度を検知することによって過去にどの程度の圧縮力Ｆをコンクリート構造物Ｓが受けたかを事後的に把握できる。

すなわち、第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄのうち、どの検知材料１２が不可逆的な変形をしたかを検知装置２０が検知することにより、コンクリート構造物Ｓが過去に受けた最大の圧縮力Ｆを事後的に把握できる。なお、上記の例では、検知材料１２が第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄを含んでいる（４層である）例について説明した。しかしながら、検知材料１２の層の数、及び剛性材料１１の数は、２層、３層、又は５層以上であってもよく適宜変更可能である。

第１検知材料１２Ａ、第２検知材料１２Ｂ、第３検知材料１２Ｃ及び第４検知材料１２Ｄが不可逆的に変形すると、剛性材料１１が径方向Ａ２にずれて一部の剛性材料１１が軟性材料１４を圧縮する。軟性材料１４は、例えば、剛性材料１１の進入に伴って自在に変形可能なスポンジによって構成されている。管状部材１５は、例えば、塩化ビニル、鋼又はアクリルによって構成されている。管状部材１５は、一方向Ａ１への圧縮検知装置１の挙動を阻害しにくい弾性係数が小さい材料によって構成されていることが好ましい。但し、管状部材１５の材料は特に限定されない。

図５、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、圧縮検知装置１における光ファイバケーブル２１の配置態様の例を説明するための図である。例えば、第１剛性材料１１Ａ及び第２剛性材料１１Ｂのそれぞれは、光ファイバケーブル２１が挿通される孔１１ｊを有する。孔１１ｊは、一方向Ａ１に沿って延びる延在部１１ｋと、剛性材料１１の傾斜面（傾斜面１１ｃ，第１傾斜面１１ｆ，第２傾斜面１１ｇ）に開口すると共に当該傾斜面に向かって拡径する拡径部１１ｍとを有する。

光ファイバケーブル２１は、例えば、ケーシングチューブ２３に収容された状態で孔１１ｊに挿通される。ケーシングチューブ２３は、柔軟に変形可能な材料によって構成されており、例えば、蛇腹状を呈する。また、複数の剛性材料１１において一方向Ａ１に並ぶ一対の傾斜面において一対の拡径部１１ｍが互いに対向している。よって、一対の拡径部１１ｍが互いに対向する領域において光ファイバケーブル２１（ケーシングチューブ２３）を緩やかに変形させることができるので、光ファイバケーブル２１の断線の可能性を低減させることができる。

以上、圧縮検知装置１の軸線Ｌに沿って光ファイバケーブル２１が配置される例について説明した。しかしながら、光ファイバケーブル２１の配置態様は上記の例に限られない。図７（ａ）、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、光ファイバケーブル２１の配置態様の変形例を示す図である。

図７（ａ）に示されるように、光ファイバケーブル２１は複数の剛性材料１１の表面に沿うように複数の剛性材料１１に取り付けられてもよい。この場合、例えば、第１剛性材料１１Ａの外周面１１ｄ、及び第２剛性材料１１Ｂの外周面１１ｈに沿うように光ファイバケーブル２１が一方向Ａ１に沿って直線状に配置される。

図７（ｂ）に示されるように、複数本の光ファイバケーブル２１が圧縮検知装置１に取り付けられてもよい。光ファイバケーブル２１が、複数の剛性材料１１の表面に沿うように配置される第１光ファイバケーブル２１ｂ、及び複数の剛性材料１１の内部に配置される第２光ファイバケーブル２１ｃを含んでいてもよい。図７（ｂ）では、１本の第１光ファイバケーブル２１ｂと２本の第２光ファイバケーブル２１ｃが設けられた例を示している。

図７（ｃ）に示されるように、光ファイバケーブル２１が複数の剛性材料１１に螺旋状に巻き付けられてもよい。この場合、光ファイバケーブル２１が螺旋状に複数の剛性材料１１に巻き付けられることにより、一方向Ａ１における光ファイバケーブル２１による計測点を増やすことができる。

次に、図８を参照しながら変形例に係る圧縮検知装置４１について説明する。圧縮検知装置４１の構成の一部は、前述した圧縮検知装置１の構成の一部と同一であるため、以下では圧縮検知装置１の構成と同一の説明については同一の符号を付して適宜省略する。図８に示されるように、圧縮検知装置４１は、検知材料４２の構成が前述した検知材料１２の構成とは異なっている。また、光ファイバケーブル２１は複数の剛性材料１１に螺旋状に巻き付けられている。

圧縮検知装置４１はダボ１２ｂ，１２ｃ、１２ｄ及び不陸調整材１３を有しておらず、圧縮検知装置４１では不陸調整材１３に代えて損傷検知材４３が設けられる。損傷検知材４３の圧縮強度は、剛性材料１１の圧縮強度よりも小さい。損傷検知材４３は、例えば、第１損傷検知材４３ｂ、第２損傷検知材４３ｃ、第３損傷検知材４３ｄ及び第４損傷検知材４３ｆを含んでいる。

第１損傷検知材４３ｂの圧縮強度、第２損傷検知材４３ｃの圧縮強度、第３損傷検知材４３ｄの圧縮強度、及び第４損傷検知材４３ｆの圧縮強度は、互いに異なっている。一例として、第１損傷検知材４３ｂの圧縮強度が最も小さく、第２損傷検知材４３ｃの圧縮強度が２番目に小さく、第３損傷検知材４３ｄの圧縮強度が３番目に小さく、第４損傷検知材４３ｆの圧縮強度が最も大きい。この場合、受圧面１１ｂへの圧縮力Ｆに伴って、第１損傷検知材４３ｂが最も損傷しやすく（ひび割れしやすく）、第２損傷検知材４３ｃが２番目に損傷しやすく、第３損傷検知材４３ｄが３番目に損傷しやすく、第４損傷検知材４３ｆが最も損傷しにくい。

以上のように、第１損傷検知材４３ｂ、第２損傷検知材４３ｃ、第３損傷検知材４３ｄ及び第４損傷検知材４３ｆは、受圧面１１ｂに圧縮力Ｆが作用すると不可逆的に変形する（ひび割れが生じる）。この不可逆的な変形を検知装置２０が検知することによってコンクリート構造物Ｓにどの程度の圧縮力Ｆが作用したかを事後的に把握できる。

また、損傷検知材４３に代えて、複数種類の塑性材料が２つの剛性材料１１の間に積層されてもよく、複数種類の塑性材料の塑性化の強度が互いに異なっていてもよい。この場合、検知装置２０が当該塑性材料の残存変状の有無を検知することにより、過去の圧縮力Ｆの最大応答を検知することができる。また、２つの剛性材料１１の間（傾斜面）における摩擦係数を制御して当該傾斜面がずれる（滑り始める）タイミングが制御されてもよい。

次に、本実施形態に係る圧縮検知装置の交換方法について図９（ａ）、図９（ｂ）及び図９（ｃ）を参照しながら説明する。以下では、既存の圧縮検知装置１を新規の圧縮検知装置１に交換する方法の例について説明する。既存の圧縮検知装置１の交換のタイミングとしては、例えば、既存の圧縮検知装置１のダボ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄが破断して新規の圧縮検知装置１の設置が必要になった場合等が挙げられる。

まず、図９（ａ）に示されるように、コンクリートＳ２を削って穴Ｓ４を形成し既存の圧縮検知装置１を穴Ｓ４に露出させる（圧縮検知装置を露出する工程）。例えば、２本の軸方向鉄筋Ｓ１１及び２本の帯鉄筋Ｓ１２によって画成された矩形状領域（図１参照）のコンクリートＳ２をコアドリルで斫ってコンクリートＳ２に埋設されていた圧縮検知装置１を露出させる。

続いて、図９（ｂ）に示されるように、既存の圧縮検知装置１から延びる検知装置２０（光ファイバケーブル２１）を切断して穴Ｓ４から既存の圧縮検知装置１を取り出す（圧縮検知装置を取り出す工程）。その後、収納部材３０から穴Ｓ４に検知装置２０を引き出す（検知装置を引き出す工程）。このとき、収納部材３０からケーシングチューブ３１の内部に延び出している検知装置２０を穴Ｓ４に引っ張り込む。

そして、図９（ｃ）に示されるように、新規の圧縮検知装置１を穴Ｓ４に配置する（圧縮検知装置を配置する工程）。このとき、例えば圧縮検知装置１の一方向Ａ１（複数の剛性材料１１の積層方向）が鉛直方向と一致するように穴Ｓ４に圧縮検知装置１を配置し、圧縮検知装置１から上下方向のそれぞれに光ファイバケーブル２１を引き出しておく。

続いて、新規の圧縮検知装置１の検知装置２０に、収納部材３０から穴Ｓ４に引き出した検知装置２０を接続する（検知装置を接続する工程）。その後、穴Ｓ４にコンクリートＳ２を充填する（コンクリートを充填する工程）。そして、充填したコンクリートＳ２が硬化した後に交換方法の一連の工程が完了する。

次に、本実施形態に係る圧縮検知装置１及び交換方法から得られる作用効果について詳細に説明する。図３及び図８に例示されるように、圧縮検知装置１は、コンクリートＳ２より高い剛性を有する複数の剛性材料１１と、一方向Ａ１に沿って並ぶ２つの剛性材料１１の間に介在する検知材料１２，４２と、圧縮力Ｆに伴って不可逆的に変形する検知材料１２，４２の当該変形を検知する検知装置２０とを備える。

検知材料１２，４２は、所定値以上の圧縮力Ｆを受けたときに不可逆的に変形する。よって、コンクリートＳ２より高い剛性を有する複数の剛性材料１１が圧縮力Ｆを受けても、圧縮力Ｆが所定値以上でない場合には検知材料１２，４２は変形しない。一方、検知材料１２，４２は、圧縮力Ｆが所定値以上である場合には不可逆的に変形する。この検知材料１２，４２の不可逆的な変形を検知装置２０が検知することにより、これまでコンクリートＳ２が受けた圧縮力Ｆが所定値以上であったか否かを把握することができる。

すなわち、検知装置２０が検知材料１２，４２の不可逆的な変形を検知したときはコンクリートＳ２が受けた最大の圧縮力Ｆが所定値以上であり、検知装置２０が検知材料１２，４２の不可逆的な変形を検知していないときは当該最大の圧縮力Ｆが所定値以上ではないと把握できる。従って、コンクリートＳ２が受けた圧縮力Ｆの過去の履歴又は最大応答を事後的に把握することができる。

検知装置２０は、複数の剛性材料１１、及び検知材料１２，４２に接触する光ファイバケーブル２１を含んでもよい。この場合、検知材料１２，４２の不可逆的な変形を光ファイバケーブル２１によって高精度に検知できる。光ファイバケーブル２１では、光ファイバケーブル２１が接触する箇所に沿って歪みを検知可能であるため、例えば複数の検知材料１２，４２にまたがって光ファイバケーブル２１が設けられる場合にどの検知材料１２，４２が変形したかを検知することができる。すなわち、光ファイバケーブル２１は、複数の検知材料１２，４２に対する変形の有無を検知できるので、過去から受けている圧縮力Ｆの履歴をより高精度に把握できる。

検知材料１２は、２つの剛性材料１１の間に介在し、剛性材料１１に所定値以上の圧縮力Ｆが付与されたときに破断するダボ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを含んでもよい。この場合、ダボ１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの破断の有無を検知装置２０が検知することにより、コンクリートＳ２が受けた圧縮力Ｆが所定値以上であったか否かを容易に把握することができる。

光ファイバケーブル２１は、複数の剛性材料１１、及び検知材料１２，４２に螺旋状に巻き付けられてもよい。この場合、検知材料１２，４２の変形を検知する光ファイバケーブル２１が螺旋状に巻き付けられることにより、一方向Ａ１における光ファイバケーブル２１の計測点を増やすことができる。従って、光ファイバケーブル２１による検知材料１２，４２の変形の検知をより高精度に行うことができる。

本実施形態に係る圧縮検知装置１の交換方法では、図９（ａ）～図９（ｃ）に示されるように、圧縮検知装置１と、線状の検知装置２０（光ファイバケーブル２１）を収納する収納部材３０とがコンクリートＳ２に埋設されており、コンクリートＳ２を削って形成した穴Ｓ４から圧縮検知装置１が取り出される。コンクリートＳ２を削って形成された穴Ｓ４から圧縮検知装置１が露出し、露出した圧縮検知装置１は線状の検知装置２０が切断されて穴Ｓ４から取り出される。収納部材３０に収納されている線状の検知装置２０は穴Ｓ４に引き出され、引き出された検知装置２０には新規の圧縮検知装置１の検知装置２０が接続される。この状態で穴Ｓ４に新規の圧縮検知装置１が設置された後に、穴Ｓ４にはコンクリートＳ２が充填される。従って、穴Ｓ４に対する圧縮検知装置１の着脱を容易に行うことができる。また、この交換方法では、前述した圧縮検知装置１が用いられるため、過去から受けている圧縮力の履歴を高精度に把握することができる。

以上、本開示に係る圧縮検知装置及び交換方法の実施形態について説明した。しかしながら、本開示に係る圧縮検知装置及び交換方法は、前述の実施形態又は種々の例に限られず特許請求の範囲に記載した要旨の範囲内において適宜変更可能である。すなわち、圧縮検知装置の各部の構成、形状、大きさ、材料、数及び配置態様、並びに、交換方法の工程の内容及び順序は、上記の要旨の範囲内において適宜変更可能である。

例えば、前述の実施形態では、光ファイバケーブル２１を有する検知装置２０について説明した。しかしながら、検知装置は、光ファイバケーブル２１を有しないものであってもよい。例えば、検知装置は、光ファイバケーブル２１に代えて電熱線を備えていてもよい。例えば、複数の剛性材料１１に複数の電熱線を配置して、切れた電熱線の状態から圧縮力Ｆを推定する圧縮検知装置であってもよい。

また、前述の実施形態では、複数の剛性材料１１が傾斜面１１ｃを有する第１剛性材料１１Ａと、第１傾斜面１１ｆ及び第２傾斜面１１ｇを有する第２剛性材料１１Ｂとを含む例について説明した。しかしながら、複数の剛性材料１１は傾斜面を有しないものであってもよく、剛性材料の形状等については適宜変更可能である。検知材料についても同様である。

また、前述の実施形態では、橋脚の基部に設けられるコンクリート構造物Ｓに圧縮検知装置１が埋設される例について説明した。しかしながら、圧縮検知装置は、橋脚の基部以外のコンクリート構造物に対しても適用可能である。すなわち、本開示に係る圧縮検知装置は、種々のコンクリート構造物に対して適用することができる。

１，４１…圧縮検知装置、１０…本体部、１１…剛性材料、１１Ａ…第１剛性材料、１１Ｂ…第２剛性材料、１１ｂ…受圧面、１１ｃ…傾斜面、１１ｄ…外周面、１１ｆ…第１傾斜面、１１ｇ…第２傾斜面、１１ｈ…外周面、１１ｊ…孔、１１ｋ…延在部、１１ｍ…拡径部、１２，４２…検知材料、１２Ａ…第１検知材料、１２Ｂ…第２検知材料、１２Ｃ…第３検知材料、１２Ｄ…第４検知材料、１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…ダボ、１３…不陸調整材、１４…軟性材料、１５…管状部材、２０…検知装置、２１…光ファイバケーブル、２１ｂ…第１光ファイバケーブル、２１ｃ…第２光ファイバケーブル、２２…計測器、２３…ケーシングチューブ、３０…収納部材、３１…ケーシングチューブ、４３…損傷検知材、４３ｂ…第１損傷検知材、４３ｃ…第２損傷検知材、４３ｄ…第３損傷検知材、４３ｆ…第４損傷検知材、Ａ１…一方向、Ａ２…径方向、Ｄ１…鉛直方向、Ｄ２…水平方向、Ｆ…圧縮力、Ｈ１…高さ、Ｌ…軸線、Ｓ…コンクリート構造物、Ｓ１…構造用鉄筋、Ｓ２…コンクリート、Ｓ４…穴、Ｓ１１…軸方向鉄筋、Ｓ１２…帯鉄筋、Ｗ１…間隔。

Claims

コンクリートに埋設される圧縮検知装置であって、
前記コンクリートより高い剛性を有し、一方向に沿って積層される複数の剛性材料と、
前記一方向に沿って並ぶ２つの前記剛性材料の間に配置される検知材料と、
前記剛性材料に対する前記一方向への圧縮力による前記検知材料の不可逆的な変形を検知する検知装置と、
を備える圧縮検知装置。
前記検知材料は、２つの前記剛性材料の間に介在し、前記剛性材料に所定値以上の前記圧縮力が付与されたときに破断するダボを含む、
請求項１に記載の圧縮検知装置。
前記検知装置は、複数の前記剛性材料、及び前記検知材料に接触する光ファイバケーブルを含む、
請求項１又は２に記載の圧縮検知装置。
前記光ファイバケーブルは、複数の前記剛性材料、及び前記検知材料に螺旋状に巻き付けられる、
請求項３に記載の圧縮検知装置。
コンクリートに埋設されており、前記コンクリートに対する圧縮力を検知する線状の検知装置を備えた請求項１～４のいずれか一項に記載の圧縮検知装置を交換する交換方法であって、
前記コンクリートには、前記検知装置が収納された収納部材が埋設されており、
前記コンクリートを削って形成した穴から前記圧縮検知装置を露出する工程と、
前記圧縮検知装置から延びる前記検知装置を切断して前記穴から前記圧縮検知装置を取り出す工程と、
前記収納部材から前記穴に前記検知装置を引き出す工程と、
前記穴に新規の前記圧縮検知装置を配置する工程と、
新規の前記圧縮検知装置の前記検知装置に、引き出した前記検知装置を接続する工程と、
前記穴にコンクリートを充填する工程と、
を備える交換方法。