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JP7629825B2 - Stress monitoring sensor, sensor positioning member, and stress monitoring method - Google Patents
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JP7629825B2 - Stress monitoring sensor, sensor positioning member, and stress monitoring method - Google Patents

Stress monitoring sensor, sensor positioning member, and stress monitoring method Download PDF

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特許法第30条第2項適用 ・令和3年7月20日、2021年度日本建築学会大会(東海)学術講演梗概集、第157~158頁、一般社団法人 日本建築学会Article 30, paragraph 2 of the Patent Act applies. July 20, 2021, 2021 Annual Meeting of the Architectural Institute of Japan (Tokai), Academic Lecture Abstracts, pages 157-158, Architectural Institute of Japan

本発明は、コンクリート構造物内部の応力モニタリングセンサ、センサ位置決め部材、および、応力モニタリング方法に関する。 The present invention relates to a stress monitoring sensor, a sensor positioning member, and a stress monitoring method for inside a concrete structure.

RC(Reinforced-Concrete)造やSRC(Steel Reinforce Concrete)造などのコンクリート構造物において、ひび割れが発生することは、コンクリート構造物の構造性能を大きく低下させるとともに、かぶりコンクリートの剥落につながる。その結果、第三者被害を発生させる場合がある。したがって、ひび割れの発生を含むコンクリートの損傷を検知することは、コンクリート構造物の維持管理に極めて重要である。コンクリートのひび割れの原因には、鉄筋腐食、乾燥収縮、温度応力や外力によるものが存在する。特に、地震や地盤沈下などの外力が加わった場合、各部位にひずみが生じる。このような状況下において、コンクリート構造物の各部位に生じたひずみをモニタリングすることは非常に重要である。 In concrete structures such as RC (Reinforced Concrete) and SRC (Steel Reinforced Concrete), the occurrence of cracks significantly reduces the structural performance of the concrete structure and leads to the spalling of the covering concrete. This can result in damage to third parties. Therefore, detecting damage to concrete, including the occurrence of cracks, is extremely important for the maintenance and management of concrete structures. Concrete cracks can be caused by rebar corrosion, drying shrinkage, temperature stress, or external forces. In particular, when external forces such as earthquakes or subsidence are applied, strain occurs in each part. Under such circumstances, it is extremely important to monitor the strain that occurs in each part of the concrete structure.

コンクリートは、一般的に弾性域を有しており、収縮または膨張する。しかし、コンクリート構造物に対し、地震や地盤沈下などの弾性限界を超える大きな外力が加わりひび割れ等が生じることで、コンクリート構造物の各部位に生じたひずみは、元に戻らず、大きな残存ひずみが生じる。このように、コンクリート構造物に大きな残存ひずみが生じた場合、コンクリート構造物には損傷が生じていることになる。 Concrete generally has an elastic range and will shrink or expand. However, when a concrete structure is subjected to a large external force that exceeds its elastic limit, such as an earthquake or subsidence, causing cracks, the strain generated in each part of the concrete structure will not return to normal, and large residual strain will result. When large residual strain occurs in a concrete structure in this way, it means that the concrete structure has been damaged.

コンクリート構造物において、損傷が生じた場合には、表面にひび割れが生じる場合が多いが、例えば、建築物などのように仕上げ材がある場合などは、目視で確認することは困難である。また、コンクリート構造物内部にひび割れが生じた場合など、コンクリート構造物には目視で確認できない部位も多い。 When damage occurs to a concrete structure, cracks often appear on the surface, but in cases where there is a finishing material, such as in buildings, it is difficult to confirm with the naked eye. Also, when cracks occur inside a concrete structure, there are many parts of the structure that cannot be confirmed with the naked eye.

コンクリート構造物内部のひずみを計測する方法として、光ファイバセンサによりコンクリート構造物内部の応力を計測する方法が知られている(特許文献1を参照)。特許文献1に記載の発明では、特定の一点を通り平行でない方向に延在するように、複数の光ファイバセンサの検知部を設け、コンクリート構造物内の多方向のひずみを計測している。 As a method for measuring strain inside a concrete structure, a method for measuring stress inside the concrete structure using an optical fiber sensor is known (see Patent Document 1). In the invention described in Patent Document 1, the detection units of multiple optical fiber sensors are provided so that they pass through a specific point and extend in non-parallel directions, and multi-directional strain inside the concrete structure is measured.

また、特許文献1に記載の発明では、糸や番線などの固定部材を型枠内に設置し、保護チューブで被覆された光ファイバセンサを、接着剤などを用いて固定部材に固定することによって、光ファイバセンサを直線状に設置することを可能にしている。 In addition, the invention described in Patent Document 1 makes it possible to install the optical fiber sensor in a straight line by installing a fixing member such as a thread or wire inside a mold and fixing the optical fiber sensor covered with a protective tube to the fixing member using an adhesive or the like.

特開2020-56768号公報JP 2020-56768 A

しかしながら、特許文献1に記載の発明では、検知部をどの位置に設置するのか分かりにくいことから、光ファイバセンサの設置が作業者の負担となるおそれがある。特に、多方向のひずみを計測する場合には、このような問題が顕著である。そのため、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することが容易となる技術が求められている。 However, in the invention described in Patent Document 1, it is difficult to know where to install the detection unit, and installing the optical fiber sensor may be a burden for the worker. This problem is particularly pronounced when measuring strain in multiple directions. Therefore, there is a demand for technology that makes it easy to install the sensor in a straight line in the desired direction, even when measuring strain in multiple directions.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することを容易にした、コンクリート構造物内部の応力モニタリングセンサ、センサ位置決め部材、および応力モニタリング方法を提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and aims to provide a stress monitoring sensor, a sensor positioning member, and a stress monitoring method for inside a concrete structure that can be easily installed in a straight line in a desired direction, even when measuring strain in multiple directions.

(1)上記の目的を達成するため、本発明は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の応力モニタリングセンサは、コンクリート構造物内部の応力をモニタリングする応力モニタリングセンサであって、光信号を伝送する光ファイバケーブルにひずみを検知する検知部が設けられた複数の光ファイバセンサまたはひずみを検知する検知部が複数設けられた単一の光ファイバセンサと、前記光ファイバセンサを支持する支持部材と、前記支持部材に設けられ、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように前記検知部の位置を制限する位置決め部と、を備えることを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, the present invention employs the following means. That is, the stress monitoring sensor of the present invention is a stress monitoring sensor that monitors stress inside a concrete structure, and is characterized by comprising a plurality of optical fiber sensors in which a detection unit that detects strain is provided on an optical fiber cable that transmits an optical signal, or a single optical fiber sensor in which a plurality of detection units that detect strain are provided, a support member that supports the optical fiber sensors, and a positioning unit that is provided on the support member and restricts the positions of the detection units so that the plurality of detection units intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions.

このように、光ファイバセンサを支持する支持部材と、支持部材に設けられ、複数の検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように検知部の位置を制限する位置決め部とを備えるから、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することを容易にする。 In this way, the optical fiber sensor is provided with a support member that supports the optical fiber sensor, and a positioning unit that is provided on the support member and restricts the positions of the detection units so that the multiple detection units intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions, making it easy to install the sensor in a straight line in the desired direction even when measuring strain in multiple directions.

(2)また、本発明の応力モニタリングセンサにおいて、前記複数の検知部は、第1の検知部と第2の検知部とを含み、前記第1の検知部と前記第2の検知部とは直交していることを特徴としている。 (2) In addition, in the stress monitoring sensor of the present invention, the multiple detection sections include a first detection section and a second detection section, and the first detection section and the second detection section are orthogonal to each other.

このように、第1の検知部と第2の検知部と直交するから、直交する2方向におけるひずみを計測可能とする。また、第1の検知部と第2の検知部の延在方向がコンクリート構造物の表面に平行となるように、応力モニタリングセンサをコンクリート構造物内に設けることによって、コンクリート構造物内部におけるひずみの方向および大きさを容易に把握することができる。 In this way, since the first and second detection units are perpendicular to each other, it is possible to measure strain in two perpendicular directions. Furthermore, by installing the stress monitoring sensor inside the concrete structure so that the extension directions of the first and second detection units are parallel to the surface of the concrete structure, it is possible to easily grasp the direction and magnitude of strain inside the concrete structure.

(3)本発明の応力モニタリングセンサにおいて、前記複数の検知部は、特定の一点を通り平行でない3方向に少なくとも設置されていることを特徴としている。このように、複数の検知部が、特定の一点を通り平行でない3方向に少なくとも設置されているから、コンクリート構造物内部における主応力を算出することができる。 (3) In the stress monitoring sensor of the present invention, the multiple detection units are installed in at least three non-parallel directions passing through a specific point. In this way, since the multiple detection units are installed in at least three non-parallel directions passing through a specific point, it is possible to calculate the principal stress inside the concrete structure.

(4)本発明の応力モニタリングセンサにおいて、前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、前記第1、第2および第3の検知部は、互いに直交するように設けられることを特徴としている。 (4) In the stress monitoring sensor of the present invention, the plurality of detection sections include a first, a second, and a third detection section, and the first, second, and third detection sections are arranged so as to be perpendicular to each other.

このように、第1、第2および第3の検知部が互いに直交するように設けられるから、コンクリート構造物内部におけるひずみを3次元的に計測でき、コンクリート構造物中の3次元的なひずみの分布の算出を可能にする。 In this way, the first, second, and third detectors are arranged perpendicular to each other, so that the strain inside the concrete structure can be measured three-dimensionally, enabling the calculation of the three-dimensional distribution of strain within the concrete structure.

(5)本発明の応力モニタリングセンサにおいて、前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差するように設けられ、前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差する平面上において、前記第1の検知部と前記第2の検知部との間に前記第3の検知部が延在するように設けられることを特徴としている。 (5) In the stress monitoring sensor of the present invention, the multiple detection sections include a first, a second, and a third detection section, the first detection section and the second detection section are arranged to intersect, and the third detection section is arranged to extend between the first detection section and the second detection section on the plane where the first detection section and the second detection section intersect.

このように、第1の検知部と第2の検知部とが交差するように設けられ、第1の検知部と第2の検知部とが交差する平面上において、第1の検知部と第2の検知部との間に第3の検知部が延在するように設けられる。そのため、同一平面上に3つの検知部を設けていない場合と比べて、第1、第2および第3の検知部が設けられている平面上におけるひずみの大きさや方向をより正確に把握することができる。 In this way, the first and second detection units are arranged to intersect, and the third detection unit is arranged to extend between the first and second detection units on the plane where the first and second detection units intersect. Therefore, compared to a case where three detection units are not arranged on the same plane, the magnitude and direction of the strain on the plane on which the first, second, and third detection units are arranged can be grasped more accurately.

(6)本発明の応力モニタリングセンサにおいて、前記検知部を囲繞するように前記光ファイバセンサを被覆する被覆部をさらに備えることを特徴としている。このように、検知部を囲繞するように光ファイバセンサを被覆する被覆部をさらに備えるから、コンクリートを打設する前に、センサ位置決め部材により位置決めされた検知部の位置を、被覆部によって固定できる。これにより、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することをさらに容易にする。 (6) The stress monitoring sensor of the present invention is characterized in that it further comprises a covering portion that covers the optical fiber sensor so as to surround the detection portion. In this way, since it further comprises a covering portion that covers the optical fiber sensor so as to surround the detection portion, the position of the detection portion positioned by the sensor positioning member can be fixed by the covering portion before pouring concrete. This makes it even easier to install the sensor in a straight line in the desired direction, even when measuring strain in multiple directions.

(7)本発明の応力モニタリングセンサにおいて、前記被覆部は第1の被覆部であり、少なくとも前記検知部を除く前記光ファイバケーブルを被覆する第2の被覆部をさらに備えることを特徴としている。 (7) In the stress monitoring sensor of the present invention, the coating portion is a first coating portion, and the sensor is further characterized by including a second coating portion that coats at least the optical fiber cable excluding the detection portion.

このように、第1の被覆部だけでなく、光ファイバケーブルを被覆する第2の被覆部をさらに備えるから、応力モニタリングセンサをコンクリート構造物内へ埋設する際に、応力モニタリングセンサを損傷させることを抑制できる。その結果、応力モニタリングセンサの取り扱い性が向上する。また、少なくとも検知部を除く部分に第2の被覆部が設けられるから、検知部においてひずみを捉えることができる。 In this way, since the stress monitoring sensor is provided with not only the first covering portion but also the second covering portion that covers the optical fiber cable, damage to the stress monitoring sensor can be suppressed when the stress monitoring sensor is embedded in a concrete structure. As a result, the handleability of the stress monitoring sensor is improved. In addition, since the second covering portion is provided on at least the portion excluding the detection portion, strain can be detected by the detection portion.

(8)本発明のセンサ位置決め部材は、光信号を伝送する光ファイバケーブルにひずみを検知する検知部が設けられた複数の光ファイバセンサまたはひずみを検知する検知部が複数設けられた単一の光ファイバセンサを保持するセンサ位置決め部材であって、前記光ファイバセンサを支持する支持部材と、前記支持部材の位置を固定する固定部材と、前記支持部材に設けられ、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように前記検知部の位置を制限する位置決め部と、を備えることを特徴としている。 (8) The sensor positioning member of the present invention is a sensor positioning member that holds a plurality of optical fiber sensors provided with detection units that detect strain on an optical fiber cable that transmits an optical signal, or a single optical fiber sensor provided with a plurality of detection units that detect strain, and is characterized in that it comprises a support member that supports the optical fiber sensors, a fixing member that fixes the position of the support member, and a positioning unit that is provided on the support member and limits the position of the detection units so that the plurality of detection units intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions.

このように、光ファイバセンサを支持する支持部材と、支持部材の位置を固定する固定部材と、支持部材に設けられ、複数の検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように検知部の位置を制限する位置決め部とを備えるから、光ファイバセンサの検知部を所望の位置に設置することを容易にする。これにより、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置可能にする。 In this way, the optical fiber sensor is provided with a support member that supports the optical fiber sensor, a fixing member that fixes the position of the support member, and a positioning unit that is provided on the support member and limits the position of the detection units so that the multiple detection units intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions, making it easy to install the detection units of the optical fiber sensor in a desired position. This makes it possible to install the detection units in a linear manner in a desired direction even when measuring strain in multiple directions.

(9)本発明のセンサ位置決め部材において、前記複数の検知部は、第1の検知部と第2の検知部とを含み、前記第1の検知部と前記第2の検知部とが直交するように、前記位置決め部が設けられることを特徴としている。 (9) In the sensor positioning member of the present invention, the plurality of detection sections include a first detection section and a second detection section, and the positioning section is provided so that the first detection section and the second detection section are perpendicular to each other.

このように、第1の検知部と第2の検知部と直交するように位置決め部が設けられるから、直交する2方向におけるひずみを計測可能となるような位置に、検知部を正確に配置することが容易となる。また、第1の検知部と第2の検知部の延在方向がコンクリート構造物の表面に平行となるように、応力モニタリングセンサをコンクリート構造物内に設けることによって、コンクリート構造物内部におけるひずみの方向および大きさを容易に把握することができる。 In this way, since the positioning unit is provided so as to be perpendicular to the first and second detection units, it becomes easy to accurately position the detection units at a position that allows for measurement of strain in two perpendicular directions. In addition, by providing the stress monitoring sensor within the concrete structure so that the extension directions of the first and second detection units are parallel to the surface of the concrete structure, it is possible to easily grasp the direction and magnitude of strain within the concrete structure.

(10)本発明のセンサ位置決め部材において、前記複数の検知部が特定の一点を通り平行でない3方向に少なくとも設置されるように、前記位置決め部が設けられることを特徴としている。 (10) The sensor positioning member of the present invention is characterized in that the positioning parts are provided so that the multiple detection parts are installed in at least three non-parallel directions passing through a specific point.

このように、複数の検知部が、特定の一点を通り平行でない3方向に少なくとも設置されているように、位置決め部が設けられるから、コンクリート構造物内部における主応力を算出可能となる位置に、検知部を正確に配置することが容易となる。 In this way, positioning units are provided so that multiple detection units are installed in at least three non-parallel directions passing through a specific point, making it easy to accurately position the detection units at positions that allow calculation of the principal stress inside the concrete structure.

(11)本発明のセンサ位置決め部材において、前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、前記第1、第2および第3の検知部が互いに直交するように、前記位置決め部が設けられることを特徴としている。 (11) In the sensor positioning member of the present invention, the plurality of detection sections include a first, a second, and a third detection section, and the positioning section is provided so that the first, second, and third detection sections are mutually orthogonal.

このように、第1、第2および第3の検知部が互いに直交するように、位置決め部が設けられるから、コンクリート構造物内部におけるひずみを3次元的に計測でき、コンクリート構造物中の3次元的なひずみの分布の算出可能な位置に、検知部を正確に配置することが容易となる。 In this way, the positioning unit is provided so that the first, second, and third detection units are mutually perpendicular, so that the strain inside the concrete structure can be measured three-dimensionally, and it becomes easy to accurately position the detection units at positions where the three-dimensional strain distribution in the concrete structure can be calculated.

(12)本発明のセンサ位置決め部材において、前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差し、前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差する平面上において、前記第1の検知部と前記第2の検知部との間に前記第3の検知部が延在するように、前記位置決め部が設けられることを特徴とするとしている。 (12) In the sensor positioning member of the present invention, the plurality of detection sections include a first, second and third detection section, and the positioning section is provided such that the first detection section and the second detection section intersect, and the third detection section extends between the first detection section and the second detection section on a plane where the first detection section and the second detection section intersect.

このように、第1の検知部と第2の検知部とが交差するように設けられ、第1の検知部と第2の検知部とが交差する平面上において、第1の検知部と第2の検知部との間に第3の検知部が延在するように設けることが容易となる。そのため、同一平面上に3つの検知部を設けていない場合と比べて、第1、第2および第3の検知部が設けられている平面上におけるひずみの大きさや方向をより正確に把握することができる。 In this way, the first and second detectors are arranged to intersect, and it is easy to arrange the third detector to extend between the first and second detectors on the plane where the first and second detectors intersect. Therefore, the magnitude and direction of strain on the plane on which the first, second, and third detectors are arranged can be grasped more accurately than when three detectors are not arranged on the same plane.

(13)本発明のセンサ位置決め部材において、前記固定部材は、前記光ファイバケーブルが挿通可能な挿通部をさらに備える特徴としている。このように、固定部材はケーブルが挿通可能な挿通部をさらに備えるから、特に、複数の光ファイバセンサを保持する場合において、挿通部によって光ファイバケーブルをまとめることができるから、応力モニタリングセンサの取り扱い性が向上する。 (13) In the sensor positioning member of the present invention, the fixing member is further characterized by having an insertion portion through which the optical fiber cable can be inserted. In this way, since the fixing member further has an insertion portion through which the cable can be inserted, the optical fiber cables can be bundled by the insertion portion, particularly when multiple optical fiber sensors are held, and thus the handleability of the stress monitoring sensor is improved.

(14)本発明のセンサ位置決め部材において、前記支持部材と前記固定部材とが分離可能であることを特徴としている。このように、支持部材と固定部材とが分離可能であるから、固定部材を取り外した状態でコンクリート構造物に埋設することができる。特に、セメント系材料を用いて光ファイバセンサの位置を固定した後に、コンクリート構造物に埋設する場合には、固定に用いたセメント系材料と、コンクリート構造物を構成するコンクリートとが一体化するため、コンクリート構造物の強度に影響を与えることがない。 (14) The sensor positioning member of the present invention is characterized in that the support member and the fixing member are separable. In this way, since the support member and the fixing member are separable, the fixing member can be removed and the sensor can be embedded in a concrete structure. In particular, when the optical fiber sensor is embedded in a concrete structure after the position is fixed using a cement-based material, the cement-based material used for fixing and the concrete that constitutes the concrete structure are integrated, so that the strength of the concrete structure is not affected.

(15)本発明の応力モニタリング方法は、光信号を伝送する光ファイバケーブルにひずみを検知する検知部が設けられた複数の光ファイバセンサまたはひずみを検知する検知部が複数設けられた単一の光ファイバセンサを用いて、コンクリート構造物内部の応力をモニタリングする応力モニタリング方法であって、前記光ファイバセンサを支持する支持部材、前記支持部材の位置を固定する固定部材、および前記支持部材に設けられ、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように前記検知部の位置を制限する位置決め部を備えるセンサ位置決め部材を用いて、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように、前記検知部の位置を制限することによって、前記光ファイバセンサの位置決めをするセンサ位置決め工程と、前記位置決めされた光ファイバセンサを、前記コンクリート構造物内に埋設する工程と、前記埋設した光ファイバセンサのひずみを測定する工程と、前記測定したひずみの経時的変化の特性に基づいて、前記コンクリート構造物内に生じた応力を推定する工程と、を少なくとも含むことを特徴としている。 (15) The stress monitoring method of the present invention is a stress monitoring method for monitoring stress inside a concrete structure using a plurality of optical fiber sensors in which a detector for detecting strain is provided on an optical fiber cable that transmits an optical signal, or a single optical fiber sensor in which a plurality of detectors for detecting strain is provided, and is characterized by including at least the following steps: a sensor positioning step of positioning the optical fiber sensor by restricting the position of the detector using a sensor positioning member that includes a support member that supports the optical fiber sensor, a fixing member that fixes the position of the support member, and a positioning part that is provided on the support member and restricts the position of the detector so that the plurality of detectors intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions; a step of embedding the positioned optical fiber sensor in the concrete structure; a step of measuring the strain of the embedded optical fiber sensor; and a step of estimating the stress generated in the concrete structure based on the characteristics of the change over time of the measured strain.

このように、位置決め部材を用いて、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように、前記検知部の位置を制限することによって、前記光ファイバセンサの位置決めをするセンサ位置決め工程を含むから、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することを容易にする。 In this way, the method includes a sensor positioning step of positioning the optical fiber sensor by using a positioning member to restrict the positions of the multiple detection parts so that they intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions, making it easy to install the sensor in a straight line in the desired direction even when measuring strain in multiple directions.

(16)本発明の応力モニタリング方法において、前記検知部を囲繞するように、被覆部により前記光ファイバセンサを被覆する工程と、前記被覆した光ファイバセンサから前記固定部材を取り外す工程とをさらに含むことを特徴としている。 (16) The stress monitoring method of the present invention is characterized by further including a step of covering the optical fiber sensor with a covering portion so as to surround the detection portion, and a step of removing the fixing member from the covered optical fiber sensor.

このように、光ファイバセンサを埋設するために、被覆部によって、検知部を囲繞するように光ファイバセンサを被覆する工程をさらに含むから、コンクリートを打設する前に、センサ位置決め部材により位置決めされた検知部の位置を、被覆部によって固定できる。これにより、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することがさらに容易となる。 In this way, the method further includes a step of covering the optical fiber sensor so as to surround the detection unit with the covering portion in order to embed the optical fiber sensor. Therefore, the position of the detection unit, which has been positioned by the sensor positioning member, can be fixed by the covering portion before the concrete is poured. This makes it even easier to install the sensor in a straight line in the desired direction, even when measuring strain in multiple directions.

また、被覆した光ファイバセンサから固定部材を取り外す工程をさらに含むから、コンクリート構造物に埋設した際に、固定部材を取り外した分、コンクリート構造物を構成するコンクリートの量が多くなり、コンクリート構造物の強度が向上する。 In addition, the method further includes a step of removing the fixing member from the coated optical fiber sensor, so that when the sensor is embedded in a concrete structure, the amount of concrete that constitutes the concrete structure increases by the amount of the fixing member that is removed, thereby improving the strength of the concrete structure.

(17)本発明の応力モニタリング方法は、前記センサ位置決め工程において、前記光ファイバセンサの損失値が所定の閾値以上になるように、前記光ファイバセンサを前記位置決め部に設置させることを特徴としている。 (17) The stress monitoring method of the present invention is characterized in that, in the sensor positioning step, the optical fiber sensor is installed in the positioning section so that the loss value of the optical fiber sensor is equal to or greater than a predetermined threshold value.

このように、光ファイバセンサを損失値が所定の閾値以上になるように、光ファイバセンサをセンサ位置決め部材に保持させるから、モニタリングに十分な損失値を維持することを可能にする。 In this way, the optical fiber sensor is held in the sensor positioning member so that the loss value of the optical fiber sensor is equal to or greater than a predetermined threshold value, making it possible to maintain a loss value sufficient for monitoring.

このように、本発明によれば、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することを容易にする。そのため、コンクリート構造物内部におけるひずみの方向や大きさをより正確に把握することができ、コンクリート構造物内部のひび割れなどの損傷状況についても、より正確に把握することが可能となる。 In this way, the present invention makes it easy to install the device in a straight line in the desired direction, even when measuring strain in multiple directions. This makes it possible to more accurately grasp the direction and magnitude of strain inside a concrete structure, and also more accurately grasp damage conditions such as cracks inside the concrete structure.

XY平面上において、第1および第2の検知部が直交し、その間に第3の検知部が延在する様子を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a state in which a first and second detection unit are perpendicular to each other on an XY plane and a third detection unit extends between them. FIG. 図1に示す模式図について、XY平面を正面として見た正面図である。FIG. 2 is a front view of the schematic diagram shown in FIG. 1, with the XY plane taken as the front. 第1、第2および第3の検知部が互いに直交する様子を示す模式図である。10 is a schematic diagram showing a state in which the first, second and third detection units are perpendicular to each other; FIG. 交点が端部に位置する場合におけるロゼット配線の様子を示す模式図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing the state of rosette wiring when the intersection is located at an end portion. 6本の検知部が互いに交差する様子を示す模式図である。10 is a schematic diagram showing six detection units crossing each other. FIG. 図5Aに示す模式図におけるB-B断面図である。This is a cross-sectional view taken along the line BB in the schematic diagram shown in FIG. 5A. 本実施形態におけるセンサ位置決め部材の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a sensor positioning member according to the embodiment. 本実施形態における型枠形成部材の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a formwork forming member in the present embodiment. センサ位置決め部材と型枠形成部材とを嵌め合わせた状態を示す図である。13 is a diagram showing a state in which the sensor positioning member and the formwork forming member are fitted together. FIG. 本実施形態における支持部材の概略構成を示す図である。3A and 3B are diagrams illustrating a schematic configuration of a support member in the present embodiment. 支持部材の変更例の概略構成を示す図である。13A and 13B are diagrams showing a schematic configuration of a modified example of the support member. 支持部材の変更例の概略構成を示す図である。13A and 13B are diagrams showing a schematic configuration of a modified example of the support member. センサ位置決め部材の変更例の概略構成を示す模式図である。13A and 13B are schematic diagrams showing a schematic configuration of a modified example of the sensor positioning member. 図10に示すセンサ位置決め部材を横から見た斜視図である。11 is a perspective side view of the sensor positioning member shown in FIG. 10. センサ位置決め部材の変更例の概略構成を示す模式図である。13A and 13B are schematic diagrams showing a schematic configuration of a modified example of the sensor positioning member. 本実施形態における応力モニタリングセンサの概略構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a stress monitoring sensor in an embodiment of the present invention. 本実施形態における光ファイバセンサの構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of an optical fiber sensor according to an embodiment of the present invention; 本実施形態に係る応力モニタリングセンサを、コンクリート構造物内に設置した様子を模式的に示す図である。1 is a diagram showing a schematic diagram of a stress monitoring sensor according to an embodiment of the present invention installed in a concrete structure. 本実施形態に係る応力モニタリング方法を示すフローチャートである。1 is a flowchart showing a stress monitoring method according to an embodiment of the present invention. 比較例であるひずみゲージが設置された位置を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the positions at which strain gauges are installed as a comparative example. ひずみゲージに対して載荷試験を実施した結果を示すグラフである。1 is a graph showing the results of a load test performed on a strain gauge. ロゼット配線された応力モニタリングセンサに対して載荷試験を実施した結果を示すグラフである。13 is a graph showing the results of a load test performed on a rosette-wired stress monitoring sensor. 3軸配線された応力モニタリングセンサに対して載荷試験を実施した結果を示すグラフである。13 is a graph showing the results of a load test performed on a three-axis wired stress monitoring sensor.

[検知部を設置する位置について]
本明細書において、光ファイバセンサ10は、光信号を伝送する光ファイバケーブル9にひずみを検知する検知部3を備える。単一の検知部3が設けられた複数の光ファイバセンサ10を用いても良いし、複数の検知部3を備えた単一の光ファイバセンサ10を用いても良い。まず、本発明によって、1または複数の光ファイバセンサ10が備える複数の検知部3が設置される位置について説明する。本発明における複数の検知部3は、特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように設置される。すなわち、複数の検知部3は、2以上の検知部3が特定の一点において互いに交わり、異なる方向に延在するように設置される。
[Location for installing the detection unit]
In this specification, the optical fiber sensor 10 includes a detection unit 3 that detects strain in an optical fiber cable 9 that transmits an optical signal. A plurality of optical fiber sensors 10 each provided with a single detection unit 3 may be used, or a single optical fiber sensor 10 including a plurality of detection units 3 may be used. First, the positions at which the plurality of detection units 3 included in one or a plurality of optical fiber sensors 10 are installed according to the present invention will be described. The plurality of detection units 3 in the present invention are installed so as to intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions. In other words, the plurality of detection units 3 are installed so that two or more detection units 3 intersect with each other at a specific point and extend in different directions.

図1は、第1および第2の検知部が直交し、その間に第3の検知部が延在する様子を示している。図2は、図1のXY平面をz軸方向から見た正面図である。図3は、第1の検知部、第2の検知部および第3の検知部が互いに直交する様子を示している。なお、図1~3では、検知部3のみを示しており、光ファイバケーブル9については省略している。 Figure 1 shows the first and second detection units crossing each other at right angles, with the third detection unit extending between them. Figure 2 is a front view of the XY plane of Figure 1, seen from the z-axis direction. Figure 3 shows the first detection unit, second detection unit, and third detection unit crossing each other at right angles. Note that Figures 1 to 3 only show the detection unit 3, and the optical fiber cable 9 is omitted.

図1では、ある直方体の頂点を原点とした三次元直交座標系におけるXY平面上において、第1の検知部3Aと第2の検知部3Bとが交点Iで直交している。そして、図2に示すように、第1の検知部3Aとの距離と、第2の検知部3Bとの距離が等しくなるように、第3の検知部3Cが延在している。このような構成とすることで、検知部3AによりX軸方向のひずみの評価ができ、検知部3BによりY軸方向のひずみの評価ができるとともに、主応力についても適切に評価できる。本明細書では、図1に示すように検知部3が配置されることを「ロゼット配線」とも呼ぶ。なお、各検知部3の交差角度については、上述の例に限られない。特定の一点で交差するように、同一平面状に延在する検知部3を3つ配置すれば、少なくとも主応力については適切に評価することができる。 In FIG. 1, the first detection unit 3A and the second detection unit 3B are perpendicular to each other at the intersection I on the XY plane in a three-dimensional orthogonal coordinate system with the apex of a rectangular parallelepiped as the origin. As shown in FIG. 2, the third detection unit 3C extends so that the distance from the first detection unit 3A is equal to the distance from the second detection unit 3B. With this configuration, the detection unit 3A can evaluate the strain in the X-axis direction, and the detection unit 3B can evaluate the strain in the Y-axis direction, and the principal stress can also be properly evaluated. In this specification, the arrangement of the detection units 3 as shown in FIG. 1 is also called "rosette wiring". Note that the intersection angle of each detection unit 3 is not limited to the above example. If three detection units 3 extending on the same plane are arranged so as to intersect at a specific point, at least the principal stress can be properly evaluated.

図1に示すように3つの検知部3を設置すると、同一平面上に3つの検知部3を設けていない場合と比べて、第1、第2および第3の検知部が設けられている平面上におけるひずみの大きさや方向をより正確に把握することができる。また、第1の検知部3Aと第2の検知部3Bとが直交しているから、コンクリート構造物内部における主応力の算出が容易となる。 When three detectors 3 are installed as shown in Figure 1, the magnitude and direction of strain on the plane on which the first, second, and third detectors are installed can be grasped more accurately than when three detectors 3 are not installed on the same plane. In addition, because the first detector 3A and the second detector 3B are perpendicular to each other, it becomes easier to calculate the principal stress inside the concrete structure.

図3では、図1と同様の三次元直交座標系において、第1の検知部3Aがx軸、第2の検知部3Bがy軸、第3の検知部3Cがz軸と平行になるように、ある特定の一点を交点Iとして互いに直交している。本明細書では、図1に示すように検知部3が配置されることを「三軸配線」とも呼ぶ。 In FIG. 3, in a three-dimensional orthogonal coordinate system similar to that in FIG. 1, the first detection unit 3A is parallel to the x-axis, the second detection unit 3B is parallel to the y-axis, and the third detection unit 3C is parallel to the z-axis, and they are mutually orthogonal at a specific point, i.e., intersection point I. In this specification, the arrangement of the detection units 3 as shown in FIG. 1 is also referred to as "triaxial wiring."

このように、第1、第2および第3の検知部が互いに直交するように設けられるから、コンクリート構造物内部におけるひずみを3次元的に計測でき、コンクリート構造物100中の3次元的なひずみの分布の算出を可能にする。また、第1、第2および第3の検知部が互いに直交しているから、ひずみの分布の算出が容易となる。 In this way, since the first, second, and third detection units are arranged so as to be perpendicular to one another, it is possible to measure the strain inside the concrete structure three-dimensionally, and it is possible to calculate the three-dimensional distribution of strain in the concrete structure 100. In addition, since the first, second, and third detection units are perpendicular to one another, it is easy to calculate the distribution of strain.

図1、3では、検知部3の中央近傍に交点Iが位置しているが、図4に示すように交点Iは検知部3の端部に位置してもよい。少なくとも検知部3が交差していれば、交点Iの位置に関わらず、交点I近傍の局所的なひずみを複数の検知部3によって検出できる。なお、交点Iを検知部3の中央近傍に配置した場合には、交点Iを中心とした検知範囲が3方向で略等しくなるため、より局所的なひずみを検知することができる。そのため、交点Iが検知部3の中央近傍に位置することが好ましい。 In Figures 1 and 3, intersection I is located near the center of detection unit 3, but intersection I may be located at the end of detection unit 3 as shown in Figure 4. As long as detection units 3 at least intersect, local strain near intersection I can be detected by multiple detection units 3 regardless of the position of intersection I. Note that when intersection I is located near the center of detection unit 3, the detection range centered on intersection I becomes approximately equal in three directions, making it possible to detect more localized strain. For this reason, it is preferable that intersection I be located near the center of detection unit 3.

また、交点Iを通る検知部3は2本であってもよいが、3本以上であることが好ましい。交点Iを通る検知部3が3本以上であるから、コンクリート構造物100内部における主応力を算出することができる。 In addition, the number of detection units 3 passing through intersection I may be two, but it is preferable that there are three or more. Since there are three or more detection units 3 passing through intersection I, the principal stress inside the concrete structure 100 can be calculated.

また、複数の検知部3のうち、交点Iにおいて互いに直交する検知部3が少なくとも1組あることが好ましい。交点Iにおいて互いに直交する検知部3があるから、コンクリート構造物100内部におけるひずみを容易に把握することができる。 Furthermore, it is preferable that among the multiple detection units 3, there is at least one pair of detection units 3 that are perpendicular to each other at the intersection I. Because there are detection units 3 that are perpendicular to each other at the intersection I, it is possible to easily grasp the strain inside the concrete structure 100.

また、図1では、XY平面上に3本の検知部3が延在するように設けられているが、3つの検知部3が同一平面上に位置していればよく、Z軸方向における位置は特に問わず、紙面奥側に位置してもよいし、YZ平面またはXZ平面に位置してもよい。また、複数の面に検知部3が設けられてもよい。このとき、検知部3が検知するひずみの方向が重複しないように、交点Iを通る検知部3の本数が他の面よりも少ない面があってもよい。 In addition, in FIG. 1, three detectors 3 are arranged to extend on the XY plane, but the three detectors 3 only need to be located on the same plane, and their positions in the Z-axis direction are not important, and they may be located on the far side of the page, or on the YZ or XZ plane. Detectors 3 may also be provided on multiple surfaces. In this case, there may be a surface on which there are fewer detectors 3 passing through intersection I than on other surfaces, so that the directions of strain detected by the detectors 3 do not overlap.

加えて、検知部3を6本としてもよい。図5Aは、6本の検知部3が交点Iにて交差する様子を示す図である。交点Iを中心とした三次元直交座標系としたとき、交点Iで直交する3つの各平面において、ロゼット配線と同様に、3つの検知部3が交点Iで交差するように延在する。 In addition, six detection units 3 may be used. FIG. 5A is a diagram showing six detection units 3 intersecting at intersection I. In a three-dimensional orthogonal coordinate system with intersection I as the center, three detection units 3 extend so as to intersect at intersection I in each of three planes that intersect at intersection I, similar to rosette wiring.

図5Bは、XY平面における断面図である。なお、XY平面と平行に延在しない検知部3D~Fについては省略している。図5Bに示すように、XY平面では第1の検知部3Aと第2の検知部3Bとが交点Iで直交し、第1の検知部3Aとの距離と、第2の検知部3Bとの距離が等しくなるように、第3の検知部3Cが延在している。 Figure 5B is a cross-sectional view in the XY plane. Note that detection units 3D-F that do not extend parallel to the XY plane are omitted. As shown in Figure 5B, in the XY plane, the first detection unit 3A and the second detection unit 3B intersect at an intersection I, and the third detection unit 3C extends so that the distance to the first detection unit 3A is equal to the distance to the second detection unit 3B.

XY平面と同様に、YZ平面では第1の検知部3Aと第4の検知部3Dとが交点Iで直交し、第1の検知部3Aとの距離と、第4の検知部3Dとの距離が等しくなるように、第5の検知部3Eが延在している。ZA平面では第2の検知部3Bと第4の検知部3Dとが交点Iで直交し、第2の検知部3Bとの距離と、第4の検知部3Dとの距離が等しくなるように、第6の検知部3Fが延在している。 Similar to the XY plane, in the YZ plane, the first detection unit 3A and the fourth detection unit 3D are perpendicular to each other at intersection I, and the fifth detection unit 3E extends so that the distance to the first detection unit 3A is equal to the distance to the fourth detection unit 3D. In the ZA plane, the second detection unit 3B and the fourth detection unit 3D are perpendicular to each other at intersection I, and the sixth detection unit 3F extends so that the distance to the second detection unit 3B is equal to the distance to the fourth detection unit 3D.

以上の通り、本発明における複数の検知部3は、特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように設置されることにより、多方向のひずみを検出することができる。 As described above, the multiple detectors 3 in the present invention are installed so that they intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions, making it possible to detect strain in multiple directions.

[センサ位置決め部材の構成]
以下に本実施形態におけるセンサ位置決め部材、応力モニタリングセンサ、および、応力モニタリング方法について順に説明する。
[Configuration of sensor positioning member]
The sensor positioning member, the stress monitoring sensor, and the stress monitoring method according to this embodiment will be described below in order.

図6Aは、第1の型枠形成部材の構成を示す斜視図である。図6Bは、第2の型枠形成部材の構成を示す斜視図である。図7は、対となる第1の型枠形成部材と第2の型枠形成部材とが組み合わさった状態を示す図である。図8は、本実施形態に係る支持部材を示す模式図である。 Figure 6A is a perspective view showing the configuration of a first formwork forming member. Figure 6B is a perspective view showing the configuration of a second formwork forming member. Figure 7 is a diagram showing a pair of a first formwork forming member and a second formwork forming member assembled together. Figure 8 is a schematic diagram showing a support member according to this embodiment.

センサ位置決め部材200は、複数の検知部3が特定の一点である交点Iにおいて互いに交わり、平行でない方向に延在するように、光ファイバセンサ10の位置決めをする。図6Aに示す第1の型枠形成部材21を含むセンサ位置決め部材200では、第1の検知部3Aと第2の検知部3Bとが直交し、第1の検知部3Aと第2の検知部3Bとが直交する平面上において、第1の検知部3Aと第2の検知部3Bとの間に第3の検知部3Cが延在するように、各検知部3を位置決め可能な構成となっている。すなわち、図1のように、複数の検知部3を位置決めする。なお、各検知部3の交差角度については特に限定されず、特定の一点で交差するように、同一平面状に延在する3つの検知部3が位置決め可能な構成となっていればよい。 The sensor positioning member 200 positions the optical fiber sensor 10 so that the multiple detection units 3 intersect each other at a specific intersection I and extend in non-parallel directions. In the sensor positioning member 200 including the first formwork forming member 21 shown in FIG. 6A, the first detection unit 3A and the second detection unit 3B are perpendicular to each other, and the third detection unit 3C extends between the first detection unit 3A and the second detection unit 3B on the plane where the first detection unit 3A and the second detection unit 3B are perpendicular to each other. That is, the multiple detection units 3 are positioned as shown in FIG. 1. The intersection angle of each detection unit 3 is not particularly limited, and it is sufficient that the three detection units 3 extending in the same plane can be positioned so as to intersect at a specific point.

センサ位置決め部材200は、図6Aに示す第1の型枠形成部材21と、図6Bに示す第2の型枠形成部材25とを備える。第1の型枠形成部材21と第2の型枠形成部材25とは、それぞれ3枚の板部材205から形成されている。第1の型枠形成部材21は、篏合凹部22を有し、第2の型枠形成部材25は、篏合凸部26を有する。第1の型枠形成部材21と第2の型枠形成部材25とは、篏合凹部22および篏合凸部26を篏合させることで、図7に示すような立方体状の型枠を形成する。 The sensor positioning member 200 includes a first formwork forming member 21 shown in FIG. 6A and a second formwork forming member 25 shown in FIG. 6B. The first formwork forming member 21 and the second formwork forming member 25 are each formed from three plate members 205. The first formwork forming member 21 has a mating recess 22, and the second formwork forming member 25 has a mating protrusion 26. The first formwork forming member 21 and the second formwork forming member 25 form a cubic formwork as shown in FIG. 7 by mating the mating recess 22 and the mating protrusion 26.

また、第1の型枠形成部材21と第2の型枠形成部材25とは、切り欠き部42を有していることが好ましい。切り欠き部42は、型枠形成時に第1の被覆部11を形成する材料を投入可能な投入口201を形成する。投入口201は、材料を投入可能であればよく、切り欠き部42の形態に限られない。型枠形成部材を形成する板部材205に貫通孔を形成し、貫通孔を投入口201としてもよい。 It is also preferable that the first form-forming member 21 and the second form-forming member 25 have a cutout portion 42. The cutout portion 42 forms an inlet 201 through which the material for forming the first covering portion 11 can be poured when the form is formed. The inlet 201 need only be capable of pouring in the material, and is not limited to the shape of the cutout portion 42. A through hole may be formed in the plate member 205 that forms the form-forming member, and the through hole may serve as the inlet 201.

第1の型枠形成部材21は、支持部材30と、固定部材40とを備えている。支持部材30は、光ファイバセンサ10を支持する部材であり、固定部材40は、支持部材30の位置を固定する部材である。 The first formwork forming member 21 includes a support member 30 and a fixing member 40. The support member 30 is a member that supports the optical fiber sensor 10, and the fixing member 40 is a member that fixes the position of the support member 30.

支持部材30は、光ファイバセンサ10の2か所以上を支持することによって、検知部3を直線状に設置することを容易にする。すなわち、光ファイバセンサ10は、支持部材30によって支持される2か所以上の部分の間に検知部3が位置するように設置される。支持部材30は、例えば、図8に示すような棒状の部材であるが、光ファイバセンサ10を支持できればどのような形状であってもよく、1または複数の部材から構成されていてもよい。 The support member 30 supports the optical fiber sensor 10 at two or more points, making it easy to install the detection unit 3 in a straight line. That is, the optical fiber sensor 10 is installed so that the detection unit 3 is located between two or more parts supported by the support member 30. The support member 30 is, for example, a rod-shaped member as shown in FIG. 8, but may have any shape as long as it can support the optical fiber sensor 10, and may be composed of one or more members.

また、支持部材30は、検知部3の位置決めをする位置決め部31を備えており、検知部3の位置を制限する。そのため、光ファイバセンサ10を位置決め部31に保持させることで、検知部3の位置がズレることが抑制され、光ファイバセンサ10の設置が容易となる。 The support member 30 also includes a positioning portion 31 that positions the detection portion 3 and limits the position of the detection portion 3. Therefore, by holding the optical fiber sensor 10 in the positioning portion 31, the position of the detection portion 3 is prevented from shifting, making it easier to install the optical fiber sensor 10.

位置決め部31は、光ファイバセンサ10の位置決めをする観点においては、図7に示す貫通孔であることが好ましい。また、位置決め部31は、光ファイバセンサ10を保持できればよく、図9、10に示すような凹部や凸部であってもよい。また、位置決め部31は、検知部3を設置する位置に合わせて、1つの支持部材30に対して複数設けられてもよい。 From the viewpoint of positioning the optical fiber sensor 10, the positioning portion 31 is preferably a through hole as shown in FIG. 7. Furthermore, the positioning portion 31 may be a concave or convex portion as shown in FIGS. 9 and 10 as long as it is capable of holding the optical fiber sensor 10. Furthermore, multiple positioning portions 31 may be provided on one support member 30 in accordance with the positions where the detection portion 3 is to be installed.

固定部材40は、複数の支持部材30と結合し、支持部材30の位置を固定する。図6Aに示す第1の型枠形成部材21では、3枚の板部材205のうち、2枚の板部材205が固定部材40であり、それぞれ2つずつ支持部材30が固定されている。センサ位置決め部材200は、3次元的に複数の検知部3の位置を定める必要があるが、支持部材30を固定部材40に固定することによって、複数の検知部3の位置を3次元的に定めることを容易にする。これにより、多方向のひずみを計測する複数の検知部3を、所望の方向に対して直線状に設置することを容易にする。 The fixing member 40 is coupled to the multiple support members 30 and fixes the positions of the support members 30. In the first formwork forming member 21 shown in FIG. 6A, of the three plate members 205, two plate members 205 are fixing members 40, and two support members 30 are fixed to each plate member. The sensor positioning member 200 needs to determine the positions of the multiple detection units 3 three-dimensionally, but by fixing the support members 30 to the fixing members 40, it becomes easy to determine the positions of the multiple detection units 3 three-dimensionally. This makes it easy to install the multiple detection units 3 that measure strain in multiple directions in a straight line in the desired direction.

また、第1の型枠形成部材21は、挿通部41を備えることが好ましい。挿通部41は、光ファイバセンサ10を挿通する部分であり、例えば、固定部材40の外周近傍に挿通孔を設けることで形成されてもよい。また、挿通部41は、型枠形成時に挿通孔を形成するように、固定部材40の外周部に形成される凹部や切り欠きであってもよい。センサ位置決め部材200が複数の光ファイバセンサ10を保持する場合、挿通部41にて光ファイバセンサ10をまとめることで応力モニタリングセンサ1の取り扱い性が向上する。 The first formwork forming member 21 preferably includes an insertion portion 41. The insertion portion 41 is a portion through which the optical fiber sensor 10 is inserted, and may be formed, for example, by providing an insertion hole near the outer periphery of the fixing member 40. The insertion portion 41 may also be a recess or a notch formed in the outer periphery of the fixing member 40 so as to form an insertion hole when the formwork is formed. When the sensor positioning member 200 holds multiple optical fiber sensors 10, the optical fiber sensors 10 are grouped together at the insertion portion 41, thereby improving the handleability of the stress monitoring sensor 1.

また、センサ位置決め部材200は、どのような材料および形成方法によって形成されてもよいが、3Dプリンター等を用いて一体成型されることが好ましい。このとき、支持部材30と固定部材40とを、手で分離可能な程度の強度を有する樹脂で構成されることが好ましい。なお、支持部材30の断面積が小さければ、3Dプリンターで通常用いられる樹脂によって、手で簡単に分離できる。他方、支持部材30と固定部材40とが別々に形成されてもよく、接続部を介して接続および分離可能な構成であってもよい。 The sensor positioning member 200 may be formed from any material and by any method, but is preferably integrally molded using a 3D printer or the like. In this case, it is preferable that the support member 30 and the fixing member 40 are made of a resin that is strong enough to be separated by hand. If the cross-sectional area of the support member 30 is small, it can be easily separated by hand using a resin that is typically used in 3D printers. On the other hand, the support member 30 and the fixing member 40 may be formed separately, or may be configured to be connectable and separable via a connection portion.

また、センサ位置決め部材200は、立方体状だけでなく、矩形状、多角形状、球状や柱状等であってもよい。センサ位置決め部材200が立方体状であるとき、1辺の長さが5cm以下であることが好ましい。1辺の長さが5cm以下であるから、一般的なコンクリート構造物100の過密鉄筋部への設置が容易となり、かつ、応力モニタリングセンサ1の設置によってコンクリート構造物100の強度に与える影響についても小さくすることができる。 The sensor positioning member 200 may be not only cubic, but also rectangular, polygonal, spherical, columnar, etc. When the sensor positioning member 200 is cubic, it is preferable that the length of one side is 5 cm or less. Since the length of one side is 5 cm or less, it becomes easy to install in the dense rebar area of a typical concrete structure 100, and the effect of installing the stress monitoring sensor 1 on the strength of the concrete structure 100 can be reduced.

センサ位置決め部材200は、図11、図12に示すように、3本の検知部3が互いに直交するように形成されてもよい。図11、図12は、図3に示すように、3本の検知部3が互いに直交するように複数の検知部3の位置決めをする第1の型枠形成部材21であり、図6Bに示す第2の型枠形成部材25と対になるように作製されている。図11、図12に示す第1の型枠形成部材21は、第1の型枠形成部材21を形成する3枚の板部材205のすべてが固定部材40であり、各板部材205にそれぞれ2つずつ支持部材30が固定されている。 The sensor positioning member 200 may be formed so that three detection units 3 are mutually orthogonal, as shown in Figs. 11 and 12. Figs. 11 and 12 show a first formwork forming member 21 that positions a plurality of detection units 3 so that the three detection units 3 are mutually orthogonal, as shown in Fig. 3, and is produced to be paired with the second formwork forming member 25 shown in Fig. 6B. In the first formwork forming member 21 shown in Figs. 11 and 12, all three plate members 205 that form the first formwork forming member 21 are fixing members 40, and two support members 30 are fixed to each plate member 205.

また、センサ位置決め部材200は、図13に示すように、6本の検知部3が交点Iにて交差するように形成されてもよい。図13は、図5Aに示すように、6本の検知部3が交点Iにて交差するように複数の検知部3の位置決めをする第1の型枠形成部材21である。図13では、1本の光ファイバセンサ10を保持した状態を示しており、篏合凹部22や挿通部41、切り欠き部42については省略している。 The sensor positioning member 200 may also be formed so that six detection units 3 intersect at intersection I, as shown in FIG. 13. FIG. 13 shows a first formwork forming member 21 that positions a plurality of detection units 3 so that six detection units 3 intersect at intersection I, as shown in FIG. 5A. FIG. 13 shows a state in which one optical fiber sensor 10 is held, and the fitting recess 22, insertion portion 41, and cutout portion 42 are omitted.

図13に示す第1の型枠形成部材21は、図11、図12と同様に、第1の型枠形成部材21を形成する3枚の板部材205のすべてが固定部材40であり、各板部材205にそれぞれ2つずつ支持部材30が固定されている。他方、図11、図12に示す第1の型枠形成部材21とは、1つの支持部材30に設けられる位置決め部31の数が異なっている。図11、図12に示す第1の型枠形成部材21では、各支持部材30に対して位置決め部31が1つ設けられているが、図13に示す第1の型枠形成部材21では、各支持部材30に2つの位置決め部31が設けられている。 In the first formwork forming member 21 shown in FIG. 13, similar to FIGS. 11 and 12, all three plate members 205 forming the first formwork forming member 21 are fixed members 40, and two support members 30 are fixed to each plate member 205. On the other hand, the number of positioning portions 31 provided on one support member 30 differs from that of the first formwork forming member 21 shown in FIGS. 11 and 12. In the first formwork forming member 21 shown in FIGS. 11 and 12, one positioning portion 31 is provided for each support member 30, but in the first formwork forming member 21 shown in FIG. 13, two positioning portions 31 are provided for each support member 30.

上記では、第1の型枠形成部材21だけに支持部材30が形成される場合について説明したが、第1の型枠形成部材21および第2の型枠形成部材25の少なくとも一方に形成されていればよい。 Although the above describes a case where the support member 30 is formed only on the first formwork forming member 21, it is sufficient that the support member 30 is formed on at least one of the first formwork forming member 21 and the second formwork forming member 25.

また、センサ位置決め部材200は、検知部3が所望の位置となるように保持可能であればよく、支持部材30と固定部材40のみであってもよい。すなわち、型枠を形成する固定部材40以外の板部材205が設けられてなくてもよく、第2の型枠形成部材25がなくてもよい。しかしながら、後述する第1の被覆部11の形成が困難であるため、板部材205によって型枠を形成する形態が好ましい。 The sensor positioning member 200 may be only a support member 30 and a fixing member 40 as long as it can hold the detection unit 3 at the desired position. In other words, it is not necessary to provide a plate member 205 other than the fixing member 40 that forms the formwork, and the second formwork forming member 25 may not be provided. However, since it is difficult to form the first covering portion 11 described below, it is preferable to form the formwork using the plate member 205.

(応力モニタリングセンサの構成)
図14は、本実施形態に係る応力モニタリングセンサの概略構成を示す図である。図15は、光ファイバセンサ10の概略構成を示す図である。図14では、応力モニタリングセンサのうち、検知部3の部分にハッチングを付している。なお、本実施形態では、FBGセンサである光ファイバセンサ10を用いた場合について説明する。
(Structure of stress monitoring sensor)
Fig. 14 is a diagram showing a schematic configuration of a stress monitoring sensor according to this embodiment. Fig. 15 is a diagram showing a schematic configuration of an optical fiber sensor 10. In Fig. 14, the detection unit 3 of the stress monitoring sensor is hatched. Note that in this embodiment, a case will be described in which the optical fiber sensor 10, which is an FBG sensor, is used.

応力モニタリングセンサ1は、交点Iにおいて互いに交わり、平行でない方向に延在するように設置された検知部3を有し、多方向のひずみを計測する。応力モニタリングセンサ1は、1または複数の光ファイバセンサ10と、支持部材30とを備えている。 The stress monitoring sensor 1 has detection units 3 that are installed so as to intersect with each other at an intersection I and extend in non-parallel directions, and measures strain in multiple directions. The stress monitoring sensor 1 includes one or more optical fiber sensors 10 and a support member 30.

支持部材30は、上述した通り、光ファイバセンサ10を支持する部材である。応力モニタリングセンサ1は、支持部材30だけでなく、センサ位置決め部材200を構成する部材をさらに有していてもよい。 As described above, the support member 30 is a member that supports the optical fiber sensor 10. The stress monitoring sensor 1 may further include a member that constitutes the sensor positioning member 200 in addition to the support member 30.

また、応力モニタリングセンサ1は、光ファイバセンサ10を保護する被覆部を有していてもよい。例えば、応力モニタリングセンサ1は、光ファイバセンサ10の検知部3の周辺を被覆する第1の被覆部11と、光ファイバケーブル9を被覆する第2の被覆部12とを有しても良い。 The stress monitoring sensor 1 may also have a coating that protects the optical fiber sensor 10. For example, the stress monitoring sensor 1 may have a first coating 11 that covers the periphery of the detection unit 3 of the optical fiber sensor 10, and a second coating 12 that covers the optical fiber cable 9.

第1の被覆部11は、セメント系材料または樹脂で構成されている。第1の被覆部11を構成するセメント系材料または樹脂は、応力モニタリングセンサ1を設置するコンクリート構造物に用いるコンクリートと同程度以上の強度を有する材料であれば良い。また、第1の被覆部11にセメント系材料を用いる場合、第1の被覆部11がひび割れて水分や塩分などの劣化因子が侵入することを防ぐため、収縮の小さいまたは無収縮モルタルとすることがより好ましい。 The first covering portion 11 is made of a cement-based material or resin. The cement-based material or resin constituting the first covering portion 11 may be a material having a strength equal to or greater than that of the concrete used in the concrete structure in which the stress monitoring sensor 1 is installed. Furthermore, when a cement-based material is used for the first covering portion 11, it is more preferable to use a mortar with low shrinkage or no shrinkage in order to prevent the first covering portion 11 from cracking and allowing deterioration factors such as moisture and salt to penetrate.

第1の被覆部11は、検知部3を覆うのに十分な厚みを有することが好ましい。例えば、検知部3が10mmの場合には、第1の被覆部11の厚さも10mmより大きいことが好ましく、検知部3の厚さに応じて、検知部3が露出しないように検知部3の厚さと同程度以上の厚みと有することが好ましい。 It is preferable that the first covering portion 11 has a thickness sufficient to cover the detection portion 3. For example, if the detection portion 3 is 10 mm, it is preferable that the thickness of the first covering portion 11 is also greater than 10 mm, and depending on the thickness of the detection portion 3, it is preferable that the first covering portion 11 has a thickness equal to or greater than the thickness of the detection portion 3 so that the detection portion 3 is not exposed.

また、交点Iで互いに交わる複数の検知部3を覆うように、矩形状、多角形状、球状や柱状を形成するように、第1の被覆部11が設けられることがより好ましい。特に矩形状に形成される場合には、第1の被覆部11の表面に平行となるように検知部3を設けることによって、第1の被覆部11によって検知部3の位置が外部から見えずとも、検知部3をコンクリート構造物100の所望の位置に設置しやすくなる。 More preferably, the first covering portion 11 is provided to form a rectangular, polygonal, spherical or columnar shape so as to cover the multiple detecting portions 3 that intersect with each other at the intersection I. In particular, when formed in a rectangular shape, by providing the detecting portions 3 so as to be parallel to the surface of the first covering portion 11, it becomes easier to install the detecting portions 3 at the desired positions of the concrete structure 100, even if the positions of the detecting portions 3 are not visible from the outside due to the first covering portion 11.

第1の被覆部11が立方体状であるとき、1辺の長さが1辺の長さが5cm以下であることが好ましい。1辺の長さを5cm以下とした場合には、一般的なコンクリート構造物100の過密鉄筋部への設置が容易となり、かつ、応力モニタリングセンサ1の設置によってコンクリート構造物100の強度に与える影響についても小さくすることができる。しかしながら、1辺の長さは特に限定されず、当該配筋の間に配置可能な長さであればよく、例えば、コンクリート構造物100の配筋の過密度合に応じて、5cmより大きくしてもよい。 When the first covering portion 11 is cubic, it is preferable that the length of each side is 5 cm or less. If the length of each side is 5 cm or less, it becomes easy to install the sensor in the densely packed reinforcing bar portion of a typical concrete structure 100, and the effect of the installation of the stress monitoring sensor 1 on the strength of the concrete structure 100 can be reduced. However, the length of each side is not particularly limited, and it may be any length that allows it to be placed between the reinforcing bars, and may be, for example, greater than 5 cm depending on the density of the reinforcing bars of the concrete structure 100.

第2の被覆部12は、図15に示すように、少なくとも検知部3除く部分にて光ファイバケーブル9を保護することが好ましい。より好ましくは、少なくともセンサ位置決め部材200に保持されている部分を除いて光ファイバケーブル9を保護することであり、第2の被覆部12に保護された光ファイバセンサ10が曲げにくくなりやすいことから、光ファイバセンサ10の設置を容易にする。第2の被覆部12は、例えば、円筒状であり、光ファイバケーブル9が挿通可能な保護チューブであるが、光ファイバケーブル9の表面をコーティングすることで形成されてもよい。 As shown in FIG. 15, the second covering portion 12 preferably protects the optical fiber cable 9 at least in a portion excluding the detection portion 3. More preferably, the optical fiber cable 9 is protected at least in a portion excluding the portion held by the sensor positioning member 200, which makes it easier to install the optical fiber sensor 10 since the optical fiber sensor 10 protected by the second covering portion 12 tends to be difficult to bend. The second covering portion 12 is, for example, a cylindrical protective tube through which the optical fiber cable 9 can be inserted, but may also be formed by coating the surface of the optical fiber cable 9.

第2の被覆部12の材料は、フッ素樹脂、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂、TPEE(熱可塑性ポリエーテルエステルエラストマー、ハイトレル)、高耐熱柔軟性エラストマー樹脂、PI(ポリイミド)樹脂、PU(ポリウレタン)樹脂等が挙げられるが、これに限らない。また、第2の被覆部12の内径は0.3~0.5mm、かつ外径は1mm以下が好ましい。 Materials for the second covering portion 12 include, but are not limited to, fluororesin, PEEK (polyether ether ketone) resin, TPEE (thermoplastic polyether ester elastomer, Hytrel), highly heat-resistant and flexible elastomer resin, PI (polyimide) resin, PU (polyurethane) resin, etc. In addition, it is preferable that the inner diameter of the second covering portion 12 is 0.3 to 0.5 mm and the outer diameter is 1 mm or less.

[応力モニタリングセンサのコンクリート構造物への設置例]
図16は、コンクリート構造物100内部に埋設された応力モニタリングセンサの様子を示す図である。コンクリート構造物100は、横方向や縦方向に鉄筋101を備えている。光ファイバセンサを設置する位置は、柱、梁など構造物の主要構造部が好ましい。図16は、3本の光ファイバセンサから応力モニタリングセンサが構成されている場合を示す図である。図16では、複数の検知部3および第1の被覆部11については模式的に示されており、支持部材30については省略されている。
[Example of installation of stress monitoring sensors in concrete structures]
Fig. 16 is a diagram showing a stress monitoring sensor embedded inside a concrete structure 100. The concrete structure 100 has reinforcing bars 101 in the horizontal and vertical directions. The optical fiber sensor is preferably installed in a main structural part of the structure, such as a pillar or beam. Fig. 16 is a diagram showing a case where the stress monitoring sensor is composed of three optical fiber sensors. In Fig. 16, the multiple detection units 3 and the first covering unit 11 are shown diagrammatically, and the support member 30 is omitted.

応力モニタリングセンサ1は、計測器80と接続している。計測器80は、応力モニタリングセンサ1が有する各光ファイバセンサ10に接続されており、検知部3にて検知したひずみを測定する。計測器80は、光ファイバセンサによるひずみを測定できれば良く、地震時の振動モニタリングを行なう場合には、測定周波数が100Hz以上のものが好ましく、より好ましくは1kHZ以上である。 The stress monitoring sensor 1 is connected to a measuring instrument 80. The measuring instrument 80 is connected to each optical fiber sensor 10 of the stress monitoring sensor 1, and measures the strain detected by the detection unit 3. The measuring instrument 80 only needs to be able to measure the strain caused by the optical fiber sensor, and when performing vibration monitoring during an earthquake, it is preferable for the measuring frequency to be 100 Hz or higher, and more preferably 1 kHz or higher.

事前にセンサの載荷試験を実施し、応力と光ファイバセンサのひずみの関係を求めてお
くことにより、その部位の応力を把握することもできる。また、損傷の有無を確認する場
合には、ひずみをモニタリングし、残存ひずみで損傷が生じているかを把握することがで
きる。
By carrying out a load test on the sensor in advance and determining the relationship between the stress and the strain of the optical fiber sensor, it is possible to grasp the stress at that location. In addition, when checking for the presence or absence of damage, it is possible to determine whether damage has occurred from the residual strain by monitoring the strain.

また、応力モニタリングセンサ1は、図16に示すように、1つの応力モニタリングセンサ1によりコンクリート構造物100内部の複数の場所でひずみを計測できるように構成されてもよい。すなわち、検知部3の両端から光ファイバケーブル9が伸びてもよい。このとき、1つのセンサ位置決め部材200が有する挿通部41が2以上であってもよい。 Furthermore, as shown in FIG. 16, the stress monitoring sensor 1 may be configured so that one stress monitoring sensor 1 can measure strain at multiple locations inside the concrete structure 100. That is, the optical fiber cable 9 may extend from both ends of the detection unit 3. In this case, one sensor positioning member 200 may have two or more insertion portions 41.

[応力モニタリング方法]
次に、本実施形態に係る応力モニタリング方法について説明する。図17は、本実施形態に係る応力モニタリング方法を示すフローチャートである。
[Stress monitoring method]
Next, a stress monitoring method according to this embodiment will be described with reference to a flowchart shown in FIG.

まず、上述したセンサ位置決め部材200を用いて、複数の検知部3が交点Iにおいて互いに交わり、平行でない方向に延在するように、検知部3の位置を制限することによって、光ファイバセンサ10の位置決めをする(ステップS1)。このとき、2以上の位置決め部31の間に検知部3が位置するように位置決めをする。これにより、検知部3が直線状に設置できる。 First, the optical fiber sensor 10 is positioned by restricting the position of the detection units 3 using the sensor positioning member 200 described above so that the multiple detection units 3 intersect with each other at the intersection I and extend in non-parallel directions (step S1). At this time, the detection units 3 are positioned so that they are located between two or more positioning units 31. This allows the detection units 3 to be installed in a straight line.

また、センサ位置決め部材200に光ファイバセンサ10を設置する際に、光ファイバセンサ10の伝搬光の損失値が所定の閾値以上になるように設置することが好ましい。すなわち、光ファイバセンサ10の損失値が所定の閾値以上であることを確認しながら、光ファイバセンサ10を設置する。所定の閾値とは、応力のモニタリングに十分な損失値のことである。例えば、複数の光ファイバケーブル9を挿通部41に挿通する場合、各光ファイバケーブルに曲げが生じることになるが、光ファイバセンサ10の損失値が所定の閾値以上であることを確認しながら、各光ファイバケーブル9を設置することで、最小曲げ半径以内の範囲であっても、ひずみを取得することができる。なお、損失値については、測定機器の種類等によって誤差が生じる可能性があるため、所定の閾値を定める際には、応力モニタリングセンサ1を作製する前に損失値を変えた複数の応力モニタリングセンサ1を試作し、所定の閾値の目処をつけることが望ましい。 When installing the optical fiber sensor 10 in the sensor positioning member 200, it is preferable to install the optical fiber sensor 10 so that the loss value of the propagating light is equal to or greater than a predetermined threshold. That is, the optical fiber sensor 10 is installed while confirming that the loss value of the optical fiber sensor 10 is equal to or greater than a predetermined threshold. The predetermined threshold is a loss value that is sufficient for monitoring stress. For example, when multiple optical fiber cables 9 are inserted into the insertion portion 41, bending occurs in each optical fiber cable. However, by installing each optical fiber cable 9 while confirming that the loss value of the optical fiber sensor 10 is equal to or greater than a predetermined threshold, it is possible to obtain strain even within the range of the minimum bending radius. Note that there is a possibility that errors may occur in the loss value depending on the type of measuring equipment, etc., so when determining the predetermined threshold, it is preferable to prototype multiple stress monitoring sensors 1 with different loss values before producing the stress monitoring sensor 1, and to determine the predetermined threshold.

応力モニタリングセンサ1を構成する光ファイバセンサ10は1または複数であってもよいが、光ファイバセンサ10の損失値を所定の閾値以上にするためには、複数の光ファイバセンサ10から構成されることが好ましい。複数の検知部3を有する1つの光ファイバセンサ10をセンサ位置決め部材200に保持させる場合には、曲げを抑えるために、コンクリート構造物100に設置可能な範囲でセンサ位置決め部材200を大きくしてもよい。 The stress monitoring sensor 1 may be made up of one or more optical fiber sensors 10, but it is preferable to use multiple optical fiber sensors 10 in order to make the loss value of the optical fiber sensor 10 equal to or greater than a predetermined threshold value. When a single optical fiber sensor 10 having multiple detection units 3 is held by the sensor positioning member 200, the sensor positioning member 200 may be made larger to the extent that it can be installed on the concrete structure 100 in order to suppress bending.

次に、検知部3を囲繞するように、第1の被覆部11を形成する(ステップS2)。第1の被覆部11は、第1の被覆部11の材料を投入口201から充填することで形成される。なお、第2の被覆部12の形成は、第1の被覆部の形成(ステップS2)とともに行われても良いが、光ファイバセンサの設置(ステップS1)より前に行なわれることが好ましい。 Next, the first covering portion 11 is formed so as to surround the detection portion 3 (step S2). The first covering portion 11 is formed by filling the material of the first covering portion 11 through the inlet 201. The second covering portion 12 may be formed at the same time as the formation of the first covering portion (step S2), but is preferably formed before the installation of the optical fiber sensor (step S1).

次に、第1の被覆部11が形成された後に、固定部材40を取り外す(ステップS3)。固定部材40の取り外しは、手で取り外すことができ、表面を加工するために、カッターやニッパーなどの工具を補助として用いてもよい。固定部材40を取り外すことで、セメント系材料からなる第1の被覆部11と、コンクリート構造物を構成するコンクリートとが一体化するため、コンクリート構造物100の強度に影響を与えることがない。 Next, after the first covering portion 11 is formed, the fixing member 40 is removed (step S3). The fixing member 40 can be removed by hand, or a tool such as a cutter or nippers may be used as an aid to process the surface. By removing the fixing member 40, the first covering portion 11 made of a cement-based material and the concrete that constitutes the concrete structure are integrated, so there is no effect on the strength of the concrete structure 100.

次に、応力モニタリング対象となるコンクリート構造物の内部に応力モニタリングセンサを埋設する(ステップS4)。応力モニタリングセンサ1は、コンクリート構造物100を形成する型枠のなかに設置され、その状態のままコンクリートを打設されることでコンクリート構造物100内部に埋設される。 Next, a stress monitoring sensor is embedded inside the concrete structure to be stress monitored (step S4). The stress monitoring sensor 1 is installed inside the formwork that forms the concrete structure 100, and is embedded inside the concrete structure 100 by pouring concrete in that state.

次に、埋設した応力モニタリングセンサのひずみを測定する(ステップS5)。応力モニタリングセンサに接続された計測器80によって、検知部3が検知したひずみが計測される。 Next, the strain of the embedded stress monitoring sensor is measured (step S5). The strain detected by the detection unit 3 is measured by a measuring instrument 80 connected to the stress monitoring sensor.

次に、計測されたひずみから主応力を算出する(ステップS6)。交点Iで交差し、同一平面上に延在する3つ以上の検知部がある場合に、計測されたひずみから主応力の大きさや方向を算出することができる。 Next, the principal stress is calculated from the measured strain (step S6). When there are three or more detection units that intersect at intersection point I and extend on the same plane, the magnitude and direction of the principal stress can be calculated from the measured strain.

[実施例]
次に、本実施形態に係る応力モニタリングセンサの性能について検証した。本実施例で用いた応力モニタリングセンサ1には、上述した応力モニタリング方法におけるステップS1~S3に基づいて作製された応力モニタリングセンサを用いた。また、図6Aに示すセンサ位置決め部材を用いて作製した応力モニタリングセンサを実施例1とし、図11に示すセンサ位置決め部材を用いて作製した応力モニタリングセンサを実施例2とした。実施例1および2では、第1の被覆部11が一辺4cmとなる立方体を形成するように作製した。また、比較例として、ひずみゲージを使用した。
[Example]
Next, the performance of the stress monitoring sensor according to this embodiment was verified. The stress monitoring sensor 1 used in this example was a stress monitoring sensor fabricated based on steps S1 to S3 in the stress monitoring method described above. Moreover, a stress monitoring sensor fabricated using the sensor positioning member shown in FIG. 6A was designated as Example 1, and a stress monitoring sensor fabricated using the sensor positioning member shown in FIG. 11 was designated as Example 2. In Examples 1 and 2, the first covering portion 11 was fabricated to form a cube with each side measuring 4 cm. Moreover, a strain gauge was used as a comparative example.

表1は、実施例に係る第1の被覆部を構成するコンクリートの配合を示す表である。表1に示すように、「W」は「水道水(密度1g/cm3)」である。また、「PM-A」は、ダクタル(登録商標、太平洋セメント社製)のセメントであるダクタルプレミックスA」であり、「PM-B」は、「ダクタル(登録商標、太平洋セメント社製)の細骨材であるダクタルプレミックスB」である。ダクタル(登録商標、太平洋セメント社製)は、超高強度繊維補強コンクリートであるが、繊維を混入させずに高流動高強度のセメント系材料として使用した。

Figure 0007629825000001
Table 1 shows the mix proportions of the concrete constituting the first covering portion according to the embodiment. As shown in Table 1, "W" is "tap water (density 1 g/cm3)". In addition, "PM-A" is "Ductal Premix A", which is a cement of Ductal (registered trademark, manufactured by Pacific Cement Corporation), and "PM-B" is "Ductal Premix B", which is a fine aggregate of Ductal (registered trademark, manufactured by Pacific Cement Corporation). Ductal (registered trademark, manufactured by Pacific Cement Corporation) is an ultra-high strength fiber reinforced concrete, but it was used as a high flow and high strength cement material without mixing in fibers.
Figure 0007629825000001

比較例では、一辺が4cmとなる立方体状の第1の被覆部の表面に、図18に示すような位置にひずみゲージを貼り付けた。つまり、第1のひずみゲージ500Aと第2のひずみゲージ500Bとが交点Iで直交し、第1のひずみゲージ500Aとの距離と、第2のひずみゲージ500Bとの距離が等しくなるように、第3のひずみゲージ500Cが延在するように設置した。第1の被覆部にひずみゲージを貼りつけた後に、耐圧試験機でセンサの載荷試験を実施した。図19は、比較例の結果を示している。 In the comparative example, strain gauges were attached to the surface of the first cubic covering part with sides measuring 4 cm, in the positions shown in FIG. 18. That is, the first strain gauge 500A and the second strain gauge 500B intersect at right angles at intersection I, and the third strain gauge 500C was installed so that the distance to the first strain gauge 500A was equal to the distance to the second strain gauge 500B. After attaching the strain gauges to the first covering part, a load test of the sensor was performed using a pressure tester. FIG. 19 shows the results of the comparative example.

実施例1および2では、第1の被覆部11を形成し、固定部材を取り外した後に、耐圧試験機でセンサの載荷試験を実施した。図20および21は、耐圧試験機で載荷試験を実施した結果を示すグラフであり、図20は実施例1の結果を示しており、図21は実施例2の結果を示している。 In Examples 1 and 2, after forming the first covering portion 11 and removing the fixing member, a load test of the sensor was performed using a pressure tester. Figures 20 and 21 are graphs showing the results of the load test performed using the pressure tester, with Figure 20 showing the results of Example 1 and Figure 21 showing the results of Example 2.

比較例において、最も大きい荷重がかかったときに測定された横ひずみは24μであり、縦ひずみは-176μであった。また、実施例1において、最も大きい荷重がかかったときに測定された横ひずみは、27μであり、縦ひずみは-176μであった。実施例2において、最も大きい荷重がかかったときに測定された横ひずみは43μであり、縦ひずみは-254μであった。 In the comparative example, the horizontal strain measured when the largest load was applied was 24μ, and the vertical strain was -176μ. In Example 1, the horizontal strain measured when the largest load was applied was 27μ, and the vertical strain was -176μ. In Example 2, the horizontal strain measured when the largest load was applied was 43μ, and the vertical strain was -254μ.

どちらの実施例についても、弾性域における縦ひずみと横ひずみの関係を確認すると、横ひずみが縦ひずみの1/6程度の大きさになった。第1の被覆部の表面に貼り付けたひずみゲージの縦ひずみに対する横ひずみの関係も1/6程度であることから、応力モニタリングセンサによって、正確にひずみを取得できることが確認された。 In both examples, when the relationship between the longitudinal strain and the lateral strain in the elastic region was confirmed, the lateral strain was about 1/6 of the longitudinal strain. Since the relationship between the longitudinal strain and the lateral strain of the strain gauge attached to the surface of the first covering portion was also about 1/6, it was confirmed that the stress monitoring sensor could accurately obtain strain.

以上のことから、本発明に係る応力モニタリングセンサは、多方向のひずみを計測する場合であっても、所望の方向に対して直線状に設置することを容易にすることができ、測定されるひずみについても、ひずみゲージと同程度の確度であることが確認できた。 From the above, it has been confirmed that the stress monitoring sensor of the present invention can be easily installed in a straight line in the desired direction, even when measuring strain in multiple directions, and that the measured strain has the same level of accuracy as a strain gauge.

1 応力モニタリングセンサ
3 検知部
3A 第1の検知部
3B 第2の検知部
3C 第3の検知部
9 光ファイバケーブル
10 光ファイバセンサ
11 第1の被覆部
12 第2の被覆部
21 第1の型枠形成部材
22 篏合凹部
25 第2の型枠形成部材
26 篏合凸部
30 支持部材
31 位置決め部
40 固定部材
41 挿通部
42 切り欠き部
80 計測器
100 コンクリート構造物
101 鉄筋
200 センサ位置決め部材
201 投入口
205 板部材
500A 第1のひずみゲージ
500B 第2のひずみゲージ
500C 第3のひずみゲージ
I 交点
1 Stress monitoring sensor 3 Detection section 3A First detection section 3B Second detection section 3C Third detection section 9 Optical fiber cable 10 Optical fiber sensor 11 First covering section 12 Second covering section 21 First formwork forming member 22 Fitting recess 25 Second formwork forming member 26 Fitting protrusion 30 Support member 31 Positioning section 40 Fixing member 41 Insertion section 42 Notch section 80 Measuring instrument 100 Concrete structure 101 Reinforcing bar 200 Sensor positioning member 201 Insertion port 205 Plate member 500A First strain gauge 500B Second strain gauge 500C Third strain gauge I Intersection

Claims (17)

コンクリート構造物内部の応力をモニタリングする応力モニタリングセンサであって、
光信号を伝送する光ファイバケーブルにひずみを検知する検知部が設けられた複数の光ファイバセンサまたはひずみを検知する検知部が複数設けられた単一の光ファイバセンサと、
前記光ファイバセンサを支持する支持部材と、
前記支持部材に設けられ、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように前記検知部の位置を制限する位置決め部と、を備えることを特徴とする応力モニタリングセンサ。
A stress monitoring sensor for monitoring stress inside a concrete structure, comprising:
a plurality of optical fiber sensors each having a detection unit for detecting strain provided on an optical fiber cable for transmitting an optical signal, or a single optical fiber sensor each having a plurality of detection units for detecting strain;
a support member for supporting the optical fiber sensor;
A stress monitoring sensor characterized by comprising a positioning portion provided on the support member and limiting the positions of the detection portions so that the multiple detection portions intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions.
前記複数の検知部は、第1の検知部と第2の検知部とを含み、
前記第1の検知部と前記第2の検知部とは直交していることを特徴とする請求項1に記載の応力モニタリングセンサ。
The plurality of detection units include a first detection unit and a second detection unit,
2. The stress monitoring sensor according to claim 1, wherein the first detection portion and the second detection portion are perpendicular to each other.
前記複数の検知部は、特定の一点を通り平行でない3方向に少なくとも設置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の応力モニタリングセンサ。 The stress monitoring sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the multiple detection units are installed in at least three non-parallel directions passing through a specific point. 前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、
前記第1、第2および第3の検知部は、互いに直交するように設けられることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の応力モニタリングセンサ。
the plurality of detectors include a first detector, a second detector, and a third detector;
4. The stress monitoring sensor according to claim 1, wherein the first, second and third detection portions are provided so as to be perpendicular to each other.
前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、
前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差するように設けられ、
前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差する平面上において、前記第1の検知部と前記第2の検知部との間に前記第3の検知部が延在するように設けられることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の応力モニタリングセンサ。
the plurality of detectors include a first detector, a second detector, and a third detector;
The first detection portion and the second detection portion are provided so as to intersect with each other,
A stress monitoring sensor as described in any one of claims 1 to 3, characterized in that the third detection portion is arranged to extend between the first detection portion and the second detection portion on a plane where the first detection portion and the second detection portion intersect.
前記検知部を囲繞するように前記光ファイバセンサを被覆する被覆部をさらに備えることを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の応力モニタリングセンサ。 The stress monitoring sensor according to any one of claims 1 to 5, further comprising a covering section that covers the optical fiber sensor so as to surround the detection section. 前記被覆部は第1の被覆部であり、
少なくとも前記検知部を除く前記光ファイバケーブルを被覆する第2の被覆部をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の応力モニタリングセンサ。
the covering portion is a first covering portion,
7. The stress monitoring sensor according to claim 6, further comprising a second covering portion that covers at least the optical fiber cable excluding the detection portion.
光信号を伝送する光ファイバケーブルにひずみを検知する検知部が設けられた複数の光ファイバセンサまたはひずみを検知する検知部が複数設けられた単一の光ファイバセンサを保持するセンサ位置決め部材であって、
前記光ファイバセンサを支持する支持部材と、
前記支持部材の位置を固定する固定部材と、
前記支持部材に設けられ、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように前記検知部の位置を制限する位置決め部と、を備えることを特徴とするセンサ位置決め部材。
A sensor positioning member for holding a plurality of optical fiber sensors each having a detection unit for detecting strain in an optical fiber cable for transmitting an optical signal, or a single optical fiber sensor each having a plurality of detection units for detecting strain,
a support member for supporting the optical fiber sensor;
A fixing member that fixes the position of the support member;
A sensor positioning member comprising: a positioning portion provided on the support member, which limits the positions of the detection portions so that the detection portions intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions.
前記複数の検知部は、第1の検知部と第2の検知部とを含み、
前記第1の検知部と前記第2の検知部とが直交するように、前記位置決め部が設けられることを特徴とする請求項8に記載のセンサ位置決め部材。
The plurality of detection units include a first detection unit and a second detection unit,
9. The sensor positioning member according to claim 8, wherein the positioning portion is provided so that the first detection portion and the second detection portion are perpendicular to each other.
前記複数の検知部が特定の一点を通り平行でない3方向に少なくとも設置されるように、前記位置決め部が設けられることを特徴とする請求項8または9に記載のセンサ位置決め部材。 The sensor positioning member according to claim 8 or 9, characterized in that the positioning parts are provided so that the multiple detection parts are installed in at least three non-parallel directions passing through a specific point. 前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、
前記第1、第2および第3の検知部が互いに直交するように、前記位置決め部が設けられることを特徴とする請求項8~10のいずれか一項に記載のセンサ位置決め部材。
the plurality of detectors include a first detector, a second detector, and a third detector;
11. The sensor positioning member according to claim 8, wherein the positioning portion is provided so that the first, second and third detection portions are perpendicular to each other.
前記複数の検知部は、第1、第2および第3の検知部を含み、
前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差し、
前記第1の検知部と前記第2の検知部とが交差する平面上において、前記第1の検知部と前記第2の検知部との間に前記第3の検知部が延在するように、前記位置決め部が設けられることを特徴とする請求項8~10のいずれか一項に記載のセンサ位置決め部材。
the plurality of detectors include a first detector, a second detector, and a third detector;
The first detection portion and the second detection portion intersect with each other,
The sensor positioning member according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the positioning portion is provided so that the third detection portion extends between the first detection portion and the second detection portion on a plane where the first detection portion and the second detection portion intersect.
前記固定部材は、前記光ファイバケーブルが挿通可能な挿通部をさらに備えることを特徴とする請求項8~12のいずれか一項に記載のセンサ位置決め部材。 The sensor positioning member according to any one of claims 8 to 12, characterized in that the fixing member further comprises an insertion portion through which the optical fiber cable can be inserted. 前記支持部材と前記固定部材とが分離可能であることを特徴とする請求項8~13のいずれか一項に記載のセンサ位置決め部材。 The sensor positioning member according to any one of claims 8 to 13, characterized in that the support member and the fixing member are separable. 光信号を伝送する光ファイバケーブルにひずみを検知する検知部が設けられた複数の光ファイバセンサまたはひずみを検知する検知部が複数設けられた単一の光ファイバセンサを用いて、コンクリート構造物内部の応力をモニタリングする応力モニタリング方法であって、
前記光ファイバセンサを支持する支持部材、前記支持部材の位置を固定する固定部材、および前記支持部材に設けられ、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように前記検知部の位置を制限する位置決め部を備えるセンサ位置決め部材を用いて、複数の前記検知部が特定の一点において互いに交わり、平行でない方向に延在するように、前記検知部の位置を制限することによって、前記光ファイバセンサの位置決めをするセンサ位置決め工程と、
前記位置決めされた光ファイバセンサを、前記コンクリート構造物内に埋設する工程と、
前記埋設した光ファイバセンサのひずみを測定する工程と、
前記測定したひずみの経時的変化の特性に基づいて、前記コンクリート構造物内に生じた応力を推定する工程と、を少なくとも含むことを特徴とする応力モニタリング方法。
A stress monitoring method for monitoring stress inside a concrete structure using a plurality of optical fiber sensors each having a detection unit for detecting strain provided on an optical fiber cable for transmitting an optical signal, or a single optical fiber sensor each having a plurality of detection units for detecting strain, comprising:
a sensor positioning step of positioning the optical fiber sensor by restricting the positions of the detection units so that the multiple detection units intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions, using a sensor positioning member including a support member that supports the optical fiber sensor, a fixing member that fixes the position of the support member, and a positioning unit that is provided on the support member and restricts the positions of the detection units so that the multiple detection units intersect with each other at a specific point and extend in non-parallel directions;
embedding the positioned optical fiber sensor in the concrete structure;
measuring the strain of the embedded optical fiber sensor;
and estimating the stress generated in the concrete structure based on characteristics of the change in the measured strain over time.
前記検知部を囲繞するように、被覆部により前記光ファイバセンサを被覆する工程と、
前記被覆した光ファイバセンサから前記固定部材を取り外す工程とをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の応力モニタリング方法。
covering the optical fiber sensor with a covering portion so as to surround the detection portion;
The method of claim 15 further comprising the step of: removing the fastener from the coated fiber optic sensor.
前記センサ位置決め工程において、
前記光ファイバセンサの損失値が所定の閾値以上になるように、前記光ファイバセンサを前記位置決め部に設置させることを特徴とする請求項15または16に記載の応力モニタリング方法。

In the sensor positioning step,
17. The stress monitoring method according to claim 15, wherein the optical fiber sensor is installed on the positioning part so that a loss value of the optical fiber sensor is equal to or greater than a predetermined threshold value.

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