JP7846597B2 - Displacement measurement structure - Google Patents
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Description
本発明は、変位計測構造に関するものである。 This invention relates to a displacement measurement structure.
従来、連結構造物を構成する構造物同士の相対的な変位を計測する変位計測構造として、下記の特許文献1に記載のものが知られている。この変位計測構造は、OTDR測定装置に接続された光ファイバケーブルが、狭窄溝を通過しながら、各構造物に設けられた突起に引っ掛かるようにして構造物同士の間に張り渡されたものである。構造物同士が相対的に変位すると、光ファイバケーブルが突起同士の間で伸長したり狭窄溝の壁に接触して屈折したりすることで、構造物同士の変位を検出することができる。構造物同士が左右方向、上下方向、前後方向、のいずれの方向に相対変位した場合にも上記変位計測構造により変位を検出することが提案されている。 Conventionally, a displacement measurement structure for measuring the relative displacement between structures constituting a connected structure is known, as described in Patent Document 1 below. This displacement measurement structure consists of an optical fiber cable connected to an OTDR measuring device, which is stretched between structures as it passes through a constricted groove and catches on protrusions provided on each structure. When the structures are displaced relative to each other, the optical fiber cable stretches between the protrusions or bends upon contact with the wall of the constricted groove, thereby detecting the displacement between the structures. It has been proposed that this displacement measurement structure can detect displacement in any direction: left-right, up-down, or front-back.
しかしながら、この変位計測構造によれば、構造物同士の左右方向、上下方向、前後方向の相対変位が組み合わせて同時に発生したり、また、構造物同士の相対的な回転変位が生じたりするような複雑な場合には、相対変位の状況を把握することは出来ないと考えられる。本発明は、連結構造物における構造物同士の比較的複雑な相対変位を検知可能とする変位計測構造を提供することを目的とする。 However, this displacement measurement structure cannot capture the relative displacement in complex cases where relative displacements occur simultaneously in the left-right, up-down, and front-back directions of structures, or where relative rotational displacements occur between structures. The present invention aims to provide a displacement measurement structure capable of detecting relatively complex relative displacements between structures in connected structures.
本発明は次の通りである。 The present invention is as follows:
〔1〕構造物の接合面同士を突合わせて連結されてなる連結構造物において前記構造物同士の相対的な変位を計測する変位計測構造であって、前記構造物同士の連結部を跨いで延在する自由長部分を含む光ファイバを少なくとも3本備え、各々の前記自由長部分は、一端部において一方の前記構造物側の固定点に固定され、他端部において他方の前記構造物側の固定点に固定され、一方の前記固定点と他方の前記固定点との間の距離の変動に応じて弾性的に伸縮する、変位計測構造。 [1] A displacement measuring structure for measuring the relative displacement between structures in a connected structure formed by butting the joint surfaces of the structures together, comprising at least three optical fibers including free-length portions extending across the connecting portion between the structures, wherein each free-length portion is fixed at one end to a fixed point on one of the structures and at the other end to a fixed point on the other structure, and elastically expands and contracts in accordance with the change in distance between the two fixed points.
〔2〕前記連結構造物は、前記接合面に直交する方向に延びる周面をもつ柱状をなし、前記周面の一部であり前記接合面に直交する平面をなす1つの外側面に沿って3本の前記自由長部分が設置されており、それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記外側面に平行な面内における前記構造物同士の相対的な変位が計測される、〔1〕に記載の変位計測構造。 [2] The connecting structure is columnar in shape with a circumferential surface extending in a direction perpendicular to the joining surface, and three free-length portions are installed along one outer surface which is part of the circumferential surface and forms a plane perpendicular to the joining surface, and the relative displacement between the structures in a plane parallel to the outer surface is measured based on the expansion and contraction of each of the free-length portions, as described in [1].
〔3〕前記連結構造物は四角柱状をなし、前記外側面は、前記接合面に直交する4つの四角柱外側面のうちの1つである、〔1〕又は〔2〕に記載の変位計測構造。 [3] The displacement measuring structure according to [1] or [2], wherein the connecting structure is shaped like a rectangular prism, and the outer surface is one of the four outer surfaces of the rectangular prism perpendicular to the joint surface.
〔4〕前記連結構造物は、前記接合面に直交する方向に延びる周面をもつ柱状をなし、3本の前記自由長部分のすべてが同一平面上に位置しないように、前記周面に沿って3本の前記自由長部分が設置されており、それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記接合面に直交する方向における前記構造物同士の相対的な並進的な変位と、前記接合面に平行であり互いに直交する2軸周りにおける前記構造物同士の相対的な回転変位と、が計測される、〔1〕に記載の変位計測構造。 [4] The connecting structure is columnar in shape with a circumferential surface extending in a direction perpendicular to the joining surface, and the three free-length portions are arranged along the circumferential surface such that not all three free-length portions lie on the same plane, and the relative translational displacement between the structures in a direction perpendicular to the joining surface and the relative rotational displacement between the structures around two axes parallel to and perpendicular to the joining surface are measured based on the expansion and contraction of each of the free-length portions, as described in [1].
〔5〕一方の前記構造物と他方の前記構造物とのそれぞれにおいて前記周面から面外に突出するように設けられた光ファイバ保持部を備え、一方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記一端部側が固定され、他方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記他端部側が固定されている、〔2〕~〔4〕の何れかに記載の変位計測構造。 [5] A displacement measurement structure according to any one of [2] to [4], comprising an optical fiber holding portion provided on each of the one structure and the other structure so as to protrude out of the circumferential surface, wherein one end of the free length portion is fixed to the optical fiber holding portion of one structure, and the other end of the free length portion is fixed to the optical fiber holding portion of the other structure.
本発明によれば、連結構造物における構造物同士の比較的複雑な相対変位を検知可能とする変位計測構造を提供することができる。 According to the present invention, a displacement measurement structure capable of detecting relatively complex relative displacements between structures in a connected structure can be provided.
〔第1実施形態〕
以下、図面を参照しながら本発明に係る変位計測構造の第1実施形態について詳細に説明する。図1に示されるように、本実施形態の変位計測構造が計測対象とする連結構造物は、地中に埋設された既設の下水道函渠3である。下水道函渠3は内部に中空の水路3aが形成された四角柱状をなし、同様の四角柱状をなす複数のボックスカルバート5が長手方向に連結されて形成される。ボックスカルバート5は、例えば、高さ約3m、幅約3m、長さ約25mのものである。隣接するボックスカルバート5同士は、長手方向端部の接合面7,7同士を突合わせるようにして連結されており、連結部としての目地部9が形成されている。この目地部9においては、接合面7,7の周囲を囲むように巻き立てコンクリート部11が形成されている。
[First Embodiment]
The first embodiment of the displacement measurement structure according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. As shown in Figure 1, the connected structure to be measured by the displacement measurement structure of this embodiment is an existing sewer box culvert 3 buried underground. The sewer box culvert 3 has a rectangular prism shape with a hollow waterway 3a formed inside, and is formed by connecting a plurality of box culverts 5 that have a similar rectangular prism shape in the longitudinal direction. The box culverts 5 are, for example, about 3 m in height, about 3 m in width, and about 25 m in length. Adjacent box culverts 5 are connected by butting the joint surfaces 7, 7 at their longitudinal ends, forming a joint 9 as a connecting part. In this joint 9, a reinforced concrete section 11 is formed so as to surround the joint surfaces 7, 7.
下水道函渠3においては、目地部9を挟んで隣接するボックスカルバート5同士が、外力の作用や温度変化による収縮・膨張に起因して相対的に変位し、目地部9が開くといった事象が生じ得る。なお、ここでは、ボックスカルバート5自体には変形は生じないものとする。上記の外力としては、下水道函渠3の近傍の工事に起因する地盤の変動による力や、水路3aを流通する下水の重量により下水道函渠3に作用する力や、下水道函渠3の近傍の地盤沈下による力などが考えられる。 In the sewer culvert 3, the box culverts 5 adjacent to each other, separated by a joint 9, may be displaced relative to each other due to the action of external forces or contraction/expansion caused by temperature changes, potentially causing the joint 9 to open. It should be assumed that the box culverts 5 themselves do not undergo deformation. Possible external forces include forces caused by ground movement due to construction work near the sewer culvert 3, forces acting on the sewer culvert 3 due to the weight of the sewage flowing through the waterway 3a, and forces caused by ground subsidence near the sewer culvert 3.
以下において、説明に係る目地部9を挟んで隣接する2つのボックスカルバート5を区別する場合には、一方をボックスカルバート5Aとし、他方をボックスカルバート5Bとする。また、図に示されるように、ボックスカルバート5A,5Bの接合面7,7の中心を原点として下水道函渠3の幅方向にX軸、長手方向にY軸、及び高さ方向にZ軸を取った直交座標系を設定しX,Y,Z等を説明に用いる場合がある。本実施形態では、Z軸は鉛直軸でありXY平面が水平面であるものとする。また、ボックスカルバート5Aに対するボックスカルバート5Bの相対的な変位の各成分に関して、
X方向への並進的な変位をΔx、
Y方向への並進的な変位をΔy、
Z方向への並進的な変位をΔz、
X軸周りの回転変位をθx、
Y軸周りの回転変位をθy、
Z軸周りの回転変位をθz、とする。
In the following, when distinguishing between two box culverts 5 adjacent to each other with respect to the joint 9 described, one will be referred to as box culvert 5A and the other as box culvert 5B. Also, as shown in the figure, a Cartesian coordinate system is set with the center of the joint surfaces 7, 7 of box culverts 5A and 5B as the origin, with the X-axis in the width direction of the sewer box culvert 3, the Y-axis in the longitudinal direction, and the Z-axis in the height direction, and X, Y, Z, etc. are used in the explanation. In this embodiment, the Z-axis is the vertical axis and the XY plane is the horizontal plane. Furthermore, regarding each component of the relative displacement of box culvert 5B with respect to box culvert 5A,
Let Δx be the translational displacement in the X direction.
The translational displacement in the Y direction is Δy .
The translational displacement in the Z direction is Δz .
Rotational displacement around the X-axis is θx ,
Rotational displacement around the Y-axis is θ y ,
Let θ z be the rotational displacement around the Z-axis.
上記のようなボックスカルバート5同士の相対変位を検知するために、変位計測構造1(図3参照)が、下水道函渠3の外周面13に沿った位置に目地部9ごとに構築される。図1においては変位計測構造1の図示は省略されている。なお、下水道函渠3が四角柱状をなすことから、下水道函渠3の外周面13は、接合面7に直交する4つの四角柱外側面13c,13d,13e,13fで構成される。このうち外側面13cは下水道函渠3の上面をなす水平面である。 To detect the relative displacement between the box culverts 5 as described above, a displacement measurement structure 1 (see Figure 3) is constructed at each joint 9 along the outer circumferential surface 13 of the sewer culvert 3. The displacement measurement structure 1 is not shown in Figure 1. Since the sewer culvert 3 is rectangular prism-shaped, the outer circumferential surface 13 of the sewer culvert 3 is composed of four rectangular prism outer surfaces 13c, 13d, 13e, and 13f perpendicular to the joint surface 7. Of these, outer surface 13c is the horizontal plane forming the upper surface of the sewer culvert 3.
(ひずみセンサ部)
各目地部9に構築される変位計測構造1(図3参照)は、図2に示されるようなひずみセンサ部15を複数備えている。図2は、1つのひずみセンサ部15を模式的に示す側面図である。図に示されるように、ひずみセンサ部15は1本の光ファイバケーブル17を有している。光ファイバケーブル17は、例えば、光ファイバ素線の周囲に熱可塑性樹脂層が被覆されてなる光ファイバ心線であってもよい。またひずみセンサ部15は、光ファイバケーブル17を保持し案内する2つの光ファイバ保持部19A,19Bを有している。光ファイバ保持部19Aは、ボックスカルバート5A上の外側面13cに設けられ、光ファイバ保持部19Bは、ボックスカルバート5B上の外側面13cに設けられている。これらの光ファイバ保持部19A,19Bは、巻き立てコンクリート部11を越える高さまで各外側面13cから垂直に面外に突出している。
(Strain sensor section)
The displacement measurement structure 1 (see Figure 3) constructed in each joint 9 is equipped with a plurality of strain sensor units 15 as shown in Figure 2. Figure 2 is a schematic side view showing one strain sensor unit 15. As shown in the figure, the strain sensor unit 15 has one optical fiber cable 17. The optical fiber cable 17 may be, for example, an optical fiber core in which a thermoplastic resin layer is coated around the optical fiber strands. The strain sensor unit 15 also has two optical fiber holding units 19A and 19B that hold and guide the optical fiber cable 17. The optical fiber holding unit 19A is provided on the outer surface 13c of the box culvert 5A, and the optical fiber holding unit 19B is provided on the outer surface 13c of the box culvert 5B. These optical fiber holding units 19A and 19B protrude vertically out of the plane from their respective outer surfaces 13c to a height exceeding the height of the reinforcing concrete section 11.
ひずみセンサ部15の光ファイバケーブル17は、ボックスカルバート5Aの外側面13cからボックスカルバート5Bの外側面13cまでに亘って延びている。光ファイバケーブル17は外側面13c上に固定されてもよい。ボックスカルバート5Aからボックスカルバート5Bに亘る途中において、光ファイバケーブル17は、光ファイバ保持部19A,19Bを通過することで外側面13cから面外に持ち上げられるように曲がっている。そして光ファイバケーブル17は、光ファイバ保持部19Aと光ファイバ保持部19Bとの間においては、巻き立てコンクリート部11を跨いで越えるように外側面13cから離れて延在している。上記のように、目地部9近傍で光ファイバケーブル17を滑らかな経路で曲げるために、光ファイバ保持部19A,19Bには、スロープ状ガイド部21が設けられている。スロープ状ガイド部21は光ファイバケーブル17をガイドする傾斜面をなし、目地部9に近づくにつれて徐々に外側面13cから離れるように傾斜している。スロープ状ガイド部21の形状は、光ファイバケーブル17の計測性能を阻害しない曲げ半径(例えば、光ファイバケーブルの直径の2倍以上の曲げ半径)が確保できるように設定されている。 The optical fiber cable 17 of the strain sensor unit 15 extends from the outer surface 13c of the box culvert 5A to the outer surface 13c of the box culvert 5B. The optical fiber cable 17 may be fixed on the outer surface 13c. While extending from the box culvert 5A to the box culvert 5B, the optical fiber cable 17 is bent so as to be lifted out of the plane of the outer surface 13c as it passes through the optical fiber holding sections 19A and 19B. Between the optical fiber holding sections 19A and 19B, the optical fiber cable 17 extends away from the outer surface 13c, crossing over the reinforced concrete section 11. As described above, in order to bend the optical fiber cable 17 in a smooth path near the joint 9, the optical fiber holding sections 19A and 19B are provided with slope-shaped guide sections 21. The slope-shaped guide section 21 forms an inclined surface that guides the optical fiber cable 17 and is inclined to gradually move away from the outer surface 13c as it approaches the joint 9. The shape of the sloped guide section 21 is set to ensure a bending radius that does not impede the measurement performance of the optical fiber cable 17 (for example, a bending radius of more than twice the diameter of the optical fiber cable).
光ファイバケーブル17は、少なくとも光ファイバ保持部19Aの目地部9側の端部において当該光ファイバ保持部19Aに固定されている。同様に、光ファイバケーブル17は、少なくとも光ファイバ保持部19Bの目地部9側の端部において当該光ファイバ保持部19Bに固定されている。以下では、光ファイバ保持部19Aの目地部9側の端部における光ファイバケーブル17の固定点を「固定点18A」とし、光ファイバ保持部19Bの目地部9側の端部における光ファイバケーブル17の固定点を「固定点18B」とする。光ファイバケーブル17は、固定点18A,18B以外の箇所においても、光ファイバ保持部19A及び光ファイバ保持部19Bに接着されてもよい。光ファイバケーブル17のうち、固定点18Aから固定点18Bまでの部分は、ボックスカルバート5A,5Bや巻き立てコンクリート部11には干渉しない状態で目地部9を跨いで延在する自由長部分23である。 The optical fiber cable 17 is fixed to the optical fiber holding section 19A at least at the end of the optical fiber holding section 19A on the joint section 9 side. Similarly, the optical fiber cable 17 is fixed to the optical fiber holding section 19B at least at the end of the optical fiber holding section 19B on the joint section 9 side. Hereinafter, the fixing point of the optical fiber cable 17 at the end of the optical fiber holding section 19A on the joint section 9 side will be referred to as "fixing point 18A," and the fixing point of the optical fiber cable 17 at the end of the optical fiber holding section 19B on the joint section 9 side will be referred to as "fixing point 18B." The optical fiber cable 17 may also be bonded to the optical fiber holding sections 19A and 19B at locations other than fixing points 18A and 18B. The portion of the optical fiber cable 17 from fixing point 18A to fixing point 18B is a free-length portion 23 that extends across the joint section 9 without interfering with the box culverts 5A and 5B or the reinforced concrete section 11.
この自由長部分23に予め引張方向のプレテンションが付与された状態でひずみセンサ部15が構築される。自由長部分23は、上記プレテンションによって、光ファイバ保持部19Aの目地部9側の端部から光ファイバ保持部19Bの目地部9側の端部まで、直線的に延在する。このような構造で、自由長部分23は、一端部23aにおいて光ファイバ保持部19Aの固定点18Aに固定され、他端部23bにおいて光ファイバ保持部19Bの固定点18Bに固定されている。 The strain sensor section 15 is constructed with pre-tensioned tensile force applied to the free length portion 23. Due to this pre-tension, the free length portion 23 extends linearly from the end of the optical fiber holding section 19A on the joint 9 side to the end of the optical fiber holding section 19B on the joint 9 side. In this structure, the free length portion 23 is fixed at one end 23a to the fixing point 18A of the optical fiber holding section 19A, and at the other end 23b to the fixing point 18B of the optical fiber holding section 19B.
また、ひずみセンサ部15は、自由長部分23を中空部に挿通させる保護管27を有している。保護管27は、例えば、光ファイバケーブル17を挿通可能な適切な内径をもつ塩ビ管で構成される。保護管27は例えばパイプクランプ材27a等を介して巻き立てコンクリート部11に固定されている。保護管27の一端部は固定点18Aに近接して位置しており、保護管27の一端部と固定点18Aとの間には軟質の隙間充填材29が介在している。同様に、保護管27の他端部は固定点18Bに近接して位置しており、保護管27の他端部と固定点18Bとの間にも軟質の隙間充填材29が介在している。 Furthermore, the strain sensor section 15 has a protective tube 27 through which the free-length portion 23 is inserted into the hollow section. The protective tube 27 is made of, for example, a PVC pipe with an appropriate inner diameter that allows the optical fiber cable 17 to pass through. The protective tube 27 is fixed to the reinforced concrete section 11 via, for example, a pipe clamp material 27a. One end of the protective tube 27 is located close to the fixing point 18A, and a soft gap-filling material 29 is interposed between the one end of the protective tube 27 and the fixing point 18A. Similarly, the other end of the protective tube 27 is located close to the fixing point 18B, and a soft gap-filling material 29 is also interposed between the other end of the protective tube 27 and the fixing point 18B.
このような構造により、ボックスカルバート5A,5B同士が相対的に変位した場合には、これに伴って光ファイバ保持部19Aと光ファイバ保持部19Bとが相対的に変位する。そうすると、固定点18Aと固定点18Bとの距離が変動し、この距離変動に追従して、自由長部分23が保護管27の中空部内で自由に弾性的に伸縮する。なお、このとき、自由長部分23と保護管27との摺動抵抗は無視できる程度に小さい。またこのとき、上記隙間充填材29が変形することにより、光ファイバ保持部19Aと光ファイバ保持部19Bとの相対変位は保護管27によって阻害されない。 With this structure, when the box culverts 5A and 5B are displaced relative to each other, the optical fiber holding sections 19A and 19B are also displaced relative to each other. This causes a change in the distance between the fixed points 18A and 18B, and the free-length portion 23 expands and contracts freely and elastically within the hollow section of the protective tube 27 in response to this distance change. At this time, the sliding resistance between the free-length portion 23 and the protective tube 27 is negligibly small. Furthermore, because the gap-filling material 29 deforms, the relative displacement between the optical fiber holding sections 19A and 19B is not hindered by the protective tube 27.
ひずみセンサ部15の光ファイバケーブル17の端部は、計測器31に接続される。更にこの計測器31に分析装置33が接続される。計測器31は、光ファイバケーブル17にパルス光を入射するとともに、当該光ファイバケーブル17の長手方向の各位置から戻ってくる各種散乱光を受光し、受光した散乱光の強度や波長等に関する情報を分析装置33に送信する。上記の散乱光としては、レイリー散乱光、ブリルアン散乱光等がある。計測器31の例として、例えばレイリー散乱光を利用するOTDR(Optical Time Domain Reflectometer)やブリルアン散乱光を利用するBOTDR(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer)等を用いることができる。 The end of the optical fiber cable 17 of the strain sensor unit 15 is connected to the measuring instrument 31. Furthermore, an analysis device 33 is connected to this measuring instrument 31. The measuring instrument 31 incidents pulsed light onto the optical fiber cable 17 and receives various scattered light returning from various positions along the longitudinal direction of the optical fiber cable 17. It then transmits information regarding the intensity and wavelength of the received scattered light to the analysis device 33. Examples of the scattered light include Rayleigh scattered light and Brillouin scattered light. As examples of the measuring instrument 31, for instance, an OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) utilizing Rayleigh scattered light or a BOTDR (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer) utilizing Brillouin scattered light can be used.
分析装置33は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory、及びRAM(Random Access Memory)等を含んで構成されたコンピュータである。分析装置33では、上記の散乱光の強度や波長が、光ファイバケーブル17に加わったひずみに依存するとの原理に基づき、光ファイバケーブル17の長手方向の各位置における散乱光の強度や波長が分析される。このような分析により、分析装置33では、光ファイバケーブル17の長手方向の各位置に生じているひずみが、例えば数cmのピッチで取得される。 The analysis device 33 is a computer composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), and RAM (Random Access Memory). Based on the principle that the intensity and wavelength of scattered light depend on the strain applied to the optical fiber cable 17, the analysis device 33 analyzes the intensity and wavelength of scattered light at each position along the longitudinal direction of the optical fiber cable 17. Through this analysis, the analysis device 33 acquires the strain occurring at each position along the longitudinal direction of the optical fiber cable 17, for example, at intervals of several centimeters.
そうすると、分析装置33においては、光ファイバケーブル17の自由長部分23の各位置に生じているひずみが数cmピッチで得られ、このひずみの情報と自由長部分23の初期の長さ(既知)とに基づく演算により、自由長部分23の伸縮量を得ることができる。具体的には、自由長部分23上の複数の計測点に関して、当該計測点ひずみと計測点間隔との積の合計値が自由長部分23の伸縮量である。あるいは、自由長部分23上の複数の計測点に関して、各計測点のひずみの平均値と自由長部分23の長さとの積が自由長部分23の伸縮量である。 In this way, the analysis device 33 can obtain the strain occurring at each position of the free length portion 23 of the optical fiber cable 17 at intervals of several centimeters. Based on this strain information and the initial length (known) of the free length portion 23, the amount of expansion or contraction of the free length portion 23 can be obtained through calculations. Specifically, for multiple measurement points on the free length portion 23, the sum of the products of the strain at each measurement point and the interval between measurement points is the amount of expansion or contraction of the free length portion 23. Alternatively, for multiple measurement points on the free length portion 23, the product of the average value of the strain at each measurement point and the length of the free length portion 23 is the amount of expansion or contraction of the free length portion 23.
以上のように、ひずみセンサ部15によれば、自由長部分23の伸縮量を取得することができる。すなわち、固定点18Aと固定点18Bとの距離の伸縮量を取得することができる。なお、前述したように、自由長部分23に予め引張方向のプレテンションが付与された状態でひずみセンサ部15が構築されるので、自由長部分23が初期の状態から短縮されたことをもって固定点18Aと固定点18Bとの距離の短縮量を取得することができる。 As described above, the strain sensor unit 15 can acquire the amount of expansion or contraction of the free length portion 23. That is, it can acquire the amount of expansion or contraction of the distance between the fixed point 18A and the fixed point 18B. Furthermore, as mentioned earlier, since the strain sensor unit 15 is constructed with pre-tension in the tensile direction applied to the free length portion 23, the amount of reduction in the distance between the fixed point 18A and the fixed point 18B can be acquired by observing the shortening of the free length portion 23 from its initial state.
なお、厳密には、上記のような光ファイバケーブル17における散乱光の強度や波長は、ひずみだけでなく、光ファイバケーブル17の周囲の温度にも依存する。従って、分析装置33で取得される光ファイバケーブル17の散乱光の情報から、温度の影響を除去する温度補正の仕組みが設けられてもよい。このような温度補正の仕組みの一例として、ひずみセンサ部15は、光ファイバケーブル17とは別に、自由長部分23の近傍に設置される温度計測用光ファイバケーブル(図示せず)を有してもよい。例えば、光ファイバ保持部19A,19Bの近傍において、当該光ファイバ保持部19A,19Bの高さよりも低い位置に保護管27と同様の保護管(図示せず)が外側面13cに沿って設置される。そして、この保護管の中空部に温度計測用光ファイバケーブルが自由な状態で収納されることで、温度計測用光ファイバケーブルは、ボックスカルバート5A,5B同士の相対変位の影響を受けない。また、温度計測用光ファイバケーブルは、光ファイバケーブル17と同様に計測器31及び分析装置33に接続される。 More precisely, the intensity and wavelength of scattered light in the optical fiber cable 17, as described above, depend not only on the strain but also on the ambient temperature around the optical fiber cable 17. Therefore, a temperature correction mechanism may be provided to remove the influence of temperature from the scattered light information of the optical fiber cable 17 acquired by the analysis device 33. As an example of such a temperature correction mechanism, the strain sensor unit 15 may have a temperature-measuring optical fiber cable (not shown) installed near the free-length portion 23, separate from the optical fiber cable 17. For example, near the optical fiber holding sections 19A and 19B, a protective tube (not shown) similar to the protective tube 27 is installed along the outer surface 13c at a position lower than the height of the optical fiber holding sections 19A and 19B. The temperature-measuring optical fiber cable is then housed freely in the hollow portion of this protective tube, so that the temperature-measuring optical fiber cable is not affected by the relative displacement between the box culverts 5A and 5B. Furthermore, the temperature-measuring optical fiber cable is connected to the measuring instrument 31 and the analysis device 33, similar to the optical fiber cable 17.
上記のように温度計測用光ファイバケーブルはボックスカルバート5A,5B同士の相対変位の影響を受けないので、温度計測用光ファイバケーブルの散乱光の情報には、ボックスカルバート5A,5B同士の相対変位の影響は含まれず、自由長部分23の近傍の温度の影響が含まれる。よって、分析装置33は、光ファイバケーブル17の散乱光の情報を、温度計測用光ファイバケーブルの散乱光の情報と比較することで、温度の影響を除去する演算を行ない、光ファイバケーブル17の正確なひずみを取得することができる。 As described above, the temperature measurement optical fiber cable is not affected by the relative displacement between the box culverts 5A and 5B. Therefore, the scattered light information from the temperature measurement optical fiber cable does not include the effect of the relative displacement between the box culverts 5A and 5B, but does include the effect of the temperature near the free length portion 23. Thus, the analysis device 33 can perform a calculation to remove the effect of temperature by comparing the scattered light information from the optical fiber cable 17 with the scattered light information from the temperature measurement optical fiber cable, thereby obtaining the accurate strain of the optical fiber cable 17.
自由長部分23の長さは、想定される固定点18Aと固定点18Bと相対変位に基づいて設定される。すなわち、自由長部分23で計測可能な最大の伸長量は、光ファイバケーブル17で計測可能な最大ひずみと、自由長部分23の長さと、の積で表される。従って、上記の積が、固定点18Aと固定点18Bとの間に想定される最大の伸長量よりも大きくなるように、自由長部分23の長さが設定される。これにより、想定される相対変位の範囲内においては、計測可能不可能な過大なひずみが自由長部分23に生じることが避けられ、正確な伸縮量が得られる。同様に、自由長部分23で計測可能な最大の短縮量は、自由長部分23に予め付与された引張方向のプレテンションに依存する。従って、このプレテンションの強さも、想定される固定点18Aと固定点18Bとの間の相対変位に基づいて設定されればよい。 The length of the free length portion 23 is set based on the relative displacement between the assumed fixed points 18A and 18B. That is, the maximum measurable elongation in the free length portion 23 is expressed as the product of the maximum measurable strain in the optical fiber cable 17 and the length of the free length portion 23. Therefore, the length of the free length portion 23 is set such that the above product is greater than the assumed maximum elongation between fixed points 18A and 18B. This prevents excessive strain from occurring in the free length portion 23 within the assumed relative displacement range, thus obtaining accurate expansion and contraction amounts. Similarly, the maximum measurable shortening in the free length portion 23 depends on the tensile pretension applied to the free length portion 23 beforehand. Therefore, the strength of this pretension should also be set based on the assumed relative displacement between fixed points 18A and 18B.
(変位計測構造)
図3は、1つの目地部9に構築される変位計測構造1を示す斜視図である。図に示されるように、1つの目地部9における変位計測構造1は、上記のようなひずみセンサ部15を3つ備えている。これら3つのひずみセンサ部15は、互いに同一寸法で同一構成であり、すべて外側面13c上に設けられ互いに平行に配置されている。すなわち、変位計測構造1は、外側面13cに沿って設置されY方向に延在する3本の平行な自由長部分23を備えている。3本の自由長部分23は、すべて同じY方向位置に配置され、すべて同じ長さである。このような変位計測構造1が下水道函渠3の外周面13に沿って構築された後、下水道函渠3は地中に埋め戻される。
(Displacement measurement structure)
Figure 3 is a perspective view showing a displacement measurement structure 1 constructed in one joint 9. As shown in the figure, the displacement measurement structure 1 in one joint 9 is equipped with three strain sensor units 15 as described above. These three strain sensor units 15 are the same size and have the same configuration, and are all mounted on the outer surface 13c and arranged parallel to each other. That is, the displacement measurement structure 1 is equipped with three parallel free-length portions 23 that are installed along the outer surface 13c and extend in the Y direction. The three free-length portions 23 are all positioned at the same Y-direction position and are all the same length. After such a displacement measurement structure 1 is constructed along the outer surface 13 of the sewer culvert 3, the sewer culvert 3 is backfilled into the ground.
図4(a)は、外側面13cに沿って設置された3本の自由長部分23をモデル化して示す平面図であり、図4(b)は、当該モデルにおいてボックスカルバート5Aとボックスカルバート5Bとの相対変位後の状態を示す平面図である。図に示されるように、1本目の自由長部分23を「自由長部分23h」、2本目の自由長部分23を「自由長部分23j」、3本目の自由長部分23を「自由長部分23k」で表す。また、自由長部分23hの固定点18Aと自由長部分23jの固定点18AとのX方向の距離をDh、自由長部分23jの固定点18Aと自由長部分23kの固定点18AとのX方向の距離をDkとする。また、自由長部分23hの伸縮量をLh、自由長部分23jの伸縮量をLj、自由長部分23kの伸縮量をLk、とする。 Figure 4(a) is a plan view showing a model of three free-length sections 23 installed along the outer surface 13c, and Figure 4(b) is a plan view showing the state after relative displacement between box culvert 5A and box culvert 5B in the same model. As shown in the figures, the first free-length section 23 is represented as "free-length section 23h", the second free-length section 23 as "free-length section 23j", and the third free-length section 23 as "free-length section 23k". The distance in the X direction between the fixed point 18A of free-length section 23h and the fixed point 18A of free-length section 23j is Dh , and the distance in the X direction between the fixed point 18A of free-length section 23j and the fixed point 18A of free-length section 23k is Dk . The amount of expansion and contraction of free-length section 23h is Lh , the amount of expansion and contraction of free-length section 23j is Lj , and the amount of expansion and contraction of free-length section 23k is Lk .
この変位計測構造1は、
(a)ボックスカルバート5Bがボックスカルバート5Aに対しY軸周りに捩れない(または、Y軸周りの捩れを無視できる)
(b)ボックスカルバート5Bがボックスカルバート5Aに対し水平面(XY平面)内でのみ変位する(または、水平面内での変位以外の変位は無視できる)
といった環境で使用される。換言すれば、θx=0,θy=0,Δz=0との前提で使用される。
This displacement measurement structure 1 is
(a) Box culvert 5B does not twist around the Y-axis relative to box culvert 5A (or twisting around the Y-axis can be ignored).
(b) Box culvert 5B is displaced only in the horizontal plane (XY plane) relative to box culvert 5A (or displacements other than those in the horizontal plane can be ignored).
It is used in environments such as the following. In other words, it is used under the assumption that θ x = 0, θ y = 0, and Δ z = 0.
上記のθx=0,θy=0,Δz=0との前提の下では、それぞれの固定点18A,18Bの位置関係から、下の数式(1),(2),(3)が成立する。
また、前述の通り3つの各ひずみセンサ部15により、各自由長部分23h,23j,23kの各伸縮量Lh,Lj,Lkは分析装置33で取得可能であり、また、Dh及びDkは既知である。従って、分析装置33の演算により数式(1),(2),(3)で表される方程式を解けば、Δx,Δy,θzが求められる。 Furthermore, as mentioned above, the expansion and contraction amounts Lh , Lj , and Lk of each free length portion 23h, 23j, and 23k can be obtained by the analysis device 33 using the three strain sensor units 15, and Dh and Dk are known. Therefore, by solving the equations represented by formulas (1), (2), and (3) calculated by the analysis device 33, Δx , Δy , and θz can be obtained.
以上のように、変位計測構造1によれば、目地部9におけるボックスカルバート5A,5B同士の相対変位として、X方向への並進的な変位(Δx)、Y方向への並進的な変位(Δy)、及びZ軸周りの回転変位(θz)を求めることができる。すなわち、外側面13cに平行な面内(水平面内)におけるボックスカルバート5A,5B同士の相対変位が求められる。 As described above, the displacement measurement structure 1 allows us to determine the relative displacement between the box culverts 5A and 5B in the joint 9, including the translational displacement in the X direction ( Δx ), the translational displacement in the Y direction ( Δy ), and the rotational displacement around the Z axis ( θz ). In other words, the relative displacement between the box culverts 5A and 5B in a plane parallel to the outer surface 13c (in the horizontal plane) can be determined.
また、分析装置33は、上記のように求められたボックスカルバート5A,5B同士の相対変位に基づいて、目地部9の目開きの量を求めることができる。そして、分析装置33は、求められた目地部9の目開きの量を予め設定された所定の閾値と比較して、目地部9の健全性を評価することもできる。また、目地部9に例えばゴム製の伸縮継手が使用されている場合には、目地部9の目開きの量を伸縮継手の設計値と比較して、当該伸縮継手の健全性を評価することもできる。 Furthermore, the analysis device 33 can determine the amount of opening in the joint 9 based on the relative displacement between the box culverts 5A and 5B, as determined above. The analysis device 33 can also evaluate the integrity of the joint 9 by comparing the determined amount of opening with a predetermined threshold value. Additionally, if, for example, a rubber expansion joint is used in the joint 9, the analysis device 33 can evaluate the integrity of the expansion joint by comparing the amount of opening with the design value of the expansion joint.
また、ひずみセンサ部15は、自由長部分23を挿通させる保護管27を有しているので、自由長部分23が土に直接触れることが避けられる。従って、土の影響で自由長部分23の伸縮が阻害される可能性が低く、自由長部分23の円滑な伸縮が確保される。なお、光ファイバケーブル17が水に濡れた場合にもひずみ計測には影響しないので、自由長部分23に対する特殊な防水措置は不要である。 Furthermore, since the strain sensor unit 15 has a protective tube 27 through which the free-length portion 23 is inserted, direct contact of the free-length portion 23 with soil is avoided. Therefore, the possibility of the expansion and contraction of the free-length portion 23 being hindered by the soil is low, and smooth expansion and contraction of the free-length portion 23 is ensured. Moreover, even if the optical fiber cable 17 gets wet, it does not affect strain measurement, so no special waterproofing measures for the free-length portion 23 are necessary.
〔第2実施形態〕
続いて、変位計測構造の第2実施形態について説明する。図5に示される変位計測構造92では、前述の3つのひずみセンサ部15が、外側面13cに代えて外側面13fに設置されている。すなわち、3本の自由長部分23が外側面13fに沿って設置されている。この変位計測構造92は、
(a)ボックスカルバート5Bがボックスカルバート5Aに対しY軸周りに捩れない(または、Y軸周りの捩れを無視できる)
(c)ボックスカルバート5Bがボックスカルバート5Aに対し鉛直面(YZ平面)内でのみ変位する(または、鉛直面内での変位以外の変位は無視できる)
といった環境で使用される。換言すれば、Δx=0,θy=0,θz=0との前提で使用される。そして、第1実施形態と同様に、数式(1),(2),(3)におけるXとZとを入れ替えた数式が成立するので、分析装置33の演算によってこれを解けばθx,Δy,Δzが求められる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the displacement measurement structure will be described. In the displacement measurement structure 92 shown in Figure 5, the three strain sensor units 15 described above are installed on the outer surface 13f instead of the outer surface 13c. That is, the three free-length portions 23 are installed along the outer surface 13f. This displacement measurement structure 92 is,
(a) Box culvert 5B does not twist around the Y-axis relative to box culvert 5A (or twisting around the Y-axis can be ignored).
(c) Box culvert 5B is displaced only in the vertical plane (YZ plane) relative to box culvert 5A (or displacements other than those in the vertical plane can be ignored).
It is used in environments such as the above. In other words, it is used under the premise that Δx = 0, θy = 0, and θz = 0. And, as with the first embodiment, the equations obtained by swapping X and Z in equations (1), (2), and (3) are valid, so θx , Δy , and Δz can be obtained by solving these equations using the calculations of the analysis device 33.
〔第3実施形態〕
続いて、変位計測構造の第3実施形態について説明する。図6に示される変位計測構造93では、前述の3つのひずみセンサ部15が、外側面13cと外側面13fとの両方に設置されている。すなわち、変位計測構造93は、合計6つのひずみセンサ部15を備えており、合計6本の自由長部分23を備えている。3本の自由長部分23が外側面13cに沿って設置され、3本の自由長部分23が外側面13fに沿って設置されている。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the displacement measurement structure will be described. In the displacement measurement structure 93 shown in Figure 6, the three strain sensor units 15 described above are installed on both the outer surface 13c and the outer surface 13f. That is, the displacement measurement structure 93 has a total of six strain sensor units 15 and a total of six free-length portions 23. Three free-length portions 23 are installed along the outer surface 13c, and three free-length portions 23 are installed along the outer surface 13f.
6本の自由長部分23のうち、外側面13cに沿って設置された3本の自由長部分23を用いれば、第1実施形態で説明した通り、θx=0,θy=0,Δz=0と仮定(以下「仮定1」という)した上で、Δx,Δy,θzが計測(以下「計測1」という)される。また、外側面13fに沿って設置された3本の自由長部分23を用いれば、第2実施形態で説明した通り、Δx=0,θy=0,θz=0と仮定(以下「仮定2」という)した上で、θx,Δy,Δzが計測(以下「計測2」という)される。 If three of the six free-length portions 23 installed along the outer surface 13c are used, then, as described in the first embodiment, Δx , Δy , and θz are measured (hereinafter referred to as "measurement 1"), assuming that θx = 0, θy = 0, and Δz = 0 (hereinafter referred to as "assumment 1 " ). Furthermore, if three of the free-length portions 23 installed along the outer surface 13f are used, then, as described in the second embodiment, θx = 0, θy = 0, and θz = 0 (hereinafter referred to as "assumment 2"), and θx , Δy , and Δz are measured (hereinafter referred to as "measurement 2").
この変位計測構造93の運用方法の一例は次の通りである。まず、計測器31及び分析装置33によって、上記の計測1と計測2とが両方とも実行される。その後、これらの計測結果に基づき、ボックスカルバート5A,5B同士の相対的な変位について、水平面内での変位と鉛直面内での変位との何れが支配的であるかが分析装置33により判断される。すなわち、上記の仮定1と仮定2とのどちらが妥当な仮定であるかが判断される。そして、仮定1がより妥当であると判断される場合には計測1の結果が採用され、仮定2がより妥当であると判断される場合には計測2の結果が採用される。なお、上記のような仮定1と仮定2との妥当性の判断は、ユーザにより実行されてもよい。 An example of how to operate this displacement measurement structure 93 is as follows. First, both measurement 1 and measurement 2 are performed using the measuring instrument 31 and the analysis device 33. Then, based on these measurement results, the analysis device 33 determines whether the displacement in the horizontal plane or the displacement in the vertical plane is dominant in relation to the relative displacement between the box culverts 5A and 5B. That is, it determines which of the above assumptions 1 and 2 is more valid. If assumption 1 is deemed more valid, the result of measurement 1 is adopted; if assumption 2 is deemed more valid, the result of measurement 2 is adopted. Note that the user may also perform the judgment of the validity of assumptions 1 and 2 as described above.
〔第4実施形態〕
続いて、変位計測構造の第4実施形態について説明する。本実施形態の変位計測構造94では、3本の自由長部分23のすべてが同一平面上に位置しないように、外周面13に沿って3本の自由長部分23が設置される。たとえば、3本の自由長部分23のうちの一部が外側面13cに沿って設置され、他の自由長部分23は外側面13d,13e,13fの何れかに沿って設置される。また、3本の自由長部分23が1本ずつ互いに異なる外側面13c~13fに沿って設置されてもよい。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the displacement measurement structure will be described. In the displacement measurement structure 94 of this embodiment, the three free-length portions 23 are installed along the outer surface 13 such that not all three free-length portions 23 are located on the same plane. For example, some of the three free-length portions 23 are installed along the outer surface 13c, and the other free-length portions 23 are installed along any of the outer surfaces 13d, 13e, or 13f. Alternatively, each of the three free-length portions 23 may be installed along different outer surfaces 13c to 13f.
このような形態の1つの具体例として、図7に示される変位計測構造94では、前述の3つのひずみセンサ部15のうち、2つが外側面13cに設置され、1つが外側面13fに設置されている。この変位計測構造94は、
(a)ボックスカルバート5Bがボックスカルバート5Aに対しY軸周りに捩れない(または、Y軸周りの捩れを無視できる)
(d)ボックスカルバート5Bがボックスカルバート5Aに対しX方向及びZ方向にずれない(または、X方向ずれ及びZ方向ずれを無視できる)
といった環境で使用される。換言すれば、Δx=0,θy=0,Δz=0との前提で使用される。そして、前述の数式(1),(2),(3)に倣って、3本の自由長部分23の伸縮量を含む所定の方程式を設定することができ、分析装置33の演算によってこれを解けばθx,Δy,θzが求められる。
As one specific example of this configuration, in the displacement measurement structure 94 shown in Figure 7, two of the three strain sensor units 15 mentioned above are installed on the outer surface 13c, and one is installed on the outer surface 13f. This displacement measurement structure 94 is
(a) Box culvert 5B does not twist around the Y-axis relative to box culvert 5A (or twisting around the Y-axis can be ignored).
(d) The box culvert 5B does not shift in the X and Z directions relative to the box culvert 5A (or the shift in the X and Z directions can be ignored).
It is used in such environments. In other words, it is used under the premise that Δx = 0, θy = 0, and Δz = 0. Then, following the aforementioned formulas (1), (2), and (3), a predetermined equation including the expansion and contraction amounts of the three free length portions 23 can be set, and by solving this equation using the analysis device 33, θx , Δy , and θz can be obtained.
本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。 The present invention can be implemented in various forms, including the embodiments described above, by making various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art. Furthermore, it is possible to construct modified versions by utilizing the technical matters described in the embodiments described above. The configurations of each embodiment may be used in appropriate combinations.
実施形態では、自由長部分23がすべてY方向に延在しているが、自由長部分23の延在方向はこれに限定されず、Y方向に対して傾斜していてもよい。例えば、第1~第3実施形態における3本の自由長部分23が、図8(a)又は図8(b)に示されるような形態で配置されてもよい。図8(a),(b)は、外側面13c及び/又は外側面13fに沿って設置された3本の自由長部分23をモデル化して示す平面図である。図8(a)又は図8(b)の形態では、ボックスカルバート5A側に2つの光ファイバ保持部19Aが設けられ、ボックスカルバート5B側に2つの光ファイバ保持部19Bが設けられる。そして、光ファイバ保持部19Aのうちの1つは、2つのひずみセンサ部15によって共有される。すなわち、光ファイバ保持部19Aのうちの1つには、2本の光ファイバケーブル17が通過し、2本の自由長部分23の一端部23aがそれぞれ固定点18Aで固定される。同様に、光ファイバ保持部19Bのうちの1つは、2つのひずみセンサ部15によって共有される。すなわち、光ファイバ保持部19Bのうちの1つには、2本の光ファイバケーブル17が通過し、2本の自由長部分23の他端部23bがそれぞれ固定点18Bで固定される。 In this embodiment, all free-length portions 23 extend in the Y direction, but the direction of extension of the free-length portions 23 is not limited to this and may be inclined with respect to the Y direction. For example, the three free-length portions 23 in the first to third embodiments may be arranged in the manner shown in Figure 8(a) or Figure 8(b). Figures 8(a) and (b) are plan views modeling three free-length portions 23 installed along the outer surface 13c and/or outer surface 13f. In the configuration of Figure 8(a) or Figure 8(b), two optical fiber holding portions 19A are provided on the box culvert 5A side, and two optical fiber holding portions 19B are provided on the box culvert 5B side. One of the optical fiber holding portions 19A is shared by two strain sensor portions 15. That is, two optical fiber cables 17 pass through one of the optical fiber holding portions 19A, and one end 23a of the two free-length portions 23 is fixed at a fixed point 18A. Similarly, one of the optical fiber holding sections 19B is shared by two strain sensor sections 15. That is, two optical fiber cables 17 pass through one of the optical fiber holding sections 19B, and the other ends 23b of the two free-length sections 23 are fixed at fixed points 18B.
このような図8(a)又は図8(b)の形態においても、前述の数式(1),(2),(3)に倣って、3本の自由長部分23の伸縮量を含む所定の方程式を設定することができ、分析装置33の演算によって(Δx,Δy,θz)及び/又は(θx,Δy,Δz)を取得することができる。なお、図8(a)又は図8(b)に示されるような形態は、光ファイバ保持部19A,19Bの個数を削減できる点で好ましい。 In the configuration shown in Figure 8(a) or Figure 8(b), a predetermined equation including the expansion and contraction amounts of the three free-length portions 23 can be set in accordance with the aforementioned formulas (1), (2), and (3), and ( Δx , Δy , θz ) and/or ( θx , Δy , Δz ) can be obtained by calculation by the analysis device 33. The configuration shown in Figure 8(a) or Figure 8(b) is preferable in that it can reduce the number of optical fiber holding portions 19A and 19B.
また、第1~第4実施形態において、相対変位の演算に利用される自由長部分23の数は、3本に限られず4本以上であってもよい。この場合、4本以上の自由長部分23の伸縮量を演算に利用されることで、演算結果が冗長性をもち、計測結果の信頼性が向上する。 Furthermore, in the first to fourth embodiments, the number of free-length portions 23 used in the calculation of relative displacement is not limited to three, but may be four or more. In this case, by using the expansion and contraction amounts of four or more free-length portions 23 in the calculation, the calculation results become redundant, and the reliability of the measurement results is improved.
また、第1~第4実施形態では、目地部9に巻き立てコンクリート部11が形成されている場合の例を説明したが、巻き立てコンクリート部11がない下水道函渠にも変位計測構造1,92,93を適用することができる。この場合、ひずみセンサ部15の光ファイバ保持部19A,19Bの高さを低くすることができる。または、光ファイバ保持部19A,19Bが省略されてもよい。 Furthermore, while the first to fourth embodiments described examples where a reinforced concrete section 11 is formed in the joint section 9, the displacement measurement structures 1, 92, and 93 can also be applied to sewer culverts without a reinforced concrete section 11. In this case, the height of the optical fiber holding sections 19A and 19B of the strain sensor section 15 can be reduced. Alternatively, the optical fiber holding sections 19A and 19B may be omitted.
また、第1~第4実施形態では、下水道函渠3の外周面13に沿って変位計測構造1,92,93,94が構築されているが、変位計測構造1,92,93,94は下水道函渠3の水路3a側の壁面(中空部の内壁面)に沿って構築されてもよい。また、変位計測構造1,92,93,94は、下水道函渠に限られず、他の函渠に適用することもできる。また、変位計測構造1,92,93,94は、第1~第4実施形態のような断面矩形の函渠に限られず、例えば断面円形の函渠に適用することもできる。また、変位計測構造1,92,93,94は、函渠に限られず、構造物の接合面同士を突合わせて連結されてなる種々の連結構造物に適用することができる。 Furthermore, in the first to fourth embodiments, the displacement measurement structures 1,92, 93, and 94 are constructed along the outer circumferential surface 13 of the sewer culvert 3. However, the displacement measurement structures 1,92, 93, and 94 may also be constructed along the wall surface (inner wall surface of the hollow section) on the channel 3a side of the sewer culvert 3. Moreover, the displacement measurement structures 1,92, 93, and 94 are not limited to sewer culverts but can be applied to other culverts. Furthermore, the displacement measurement structures 1,92, 93, and 94 are not limited to culverts with a rectangular cross-section as in the first to fourth embodiments, but can also be applied to culverts with a circular cross-section, for example. Finally, the displacement measurement structures 1,92, 93, and 94 are not limited to culverts but can be applied to various connecting structures formed by butting the joint surfaces of structures together.
1,92,93,94…変位計測構造、3…下水道函渠(連結構造物)、5,5A,5B…ボックスカルバート(構造物)、7…接合面、9…目地部(連結部)、13…外周面、13c,13d,13e,13f…外側面(四角柱外側面)、17…光ファイバケーブル、19A,19B…光ファイバ保持部、18A,18B…固定点、23,23h,23j,23k…自由長部分、23a…一端部、23b…他端部。 1, 92, 93, 94…Displacement measurement structure; 3…Sewer box culvert (connecting structure); 5, 5A, 5B…Box culvert (structure); 7…Joint surface; 9…Joint section (connecting section); 13…Outer surface; 13c, 13d, 13e, 13f…Outer surface (outer surface of rectangular prism); 17…Optical fiber cable; 19A, 19B…Optical fiber holding section; 18A, 18B…Fixed point; 23, 23h, 23j, 23k…Free length section; 23a…One end; 23b…Other end.
Claims (3)
前記構造物同士の連結部を跨いで延在する自由長部分を含む光ファイバを少なくとも3本備え、
3本の前記自由長部分のすべてが同一平面上に位置しないように、前記周面に沿って3本の前記自由長部分が設置されており、
各々の前記自由長部分は、
一端部において一方の前記構造物側の固定点に固定され、他端部において他方の前記構造物側の固定点に固定され、
一方の前記固定点と他方の前記固定点との間の直線距離の変動に応じて当該直線距離の変動量と同じ伸縮量で弾性的に伸縮することで、それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記接合面に直交する方向における前記構造物同士の相対的な並進的な変位と、前記接合面に平行であり互いに直交する2軸周りにおける前記構造物同士の相対的な回転変位と、が計測可能に構成されている、変位計測構造。 A displacement measuring structure for measuring the relative displacement between structural members in a columnar connecting structure, which is formed by butting the joint surfaces of structural members together and has a circumferential surface extending in a direction perpendicular to the joint surfaces ,
The system includes at least three optical fibers, each containing a free-length portion that extends across the connecting portion between the aforementioned structures.
The three free-length portions are arranged along the circumferential surface such that not all three of the free-length portions lie on the same plane.
Each of the aforementioned free length portions is
It is fixed at one end to a fixing point on one side of the structure, and at the other end to a fixing point on the other side of the structure.
A displacement measuring structure is configured to elastically expand and contract by the same amount as the change in the linear distance between one fixed point and the other fixed point , thereby enabling the measurement of the relative translational displacement between the structures in a direction perpendicular to the joint surface and the relative rotational displacement between the structures around two axes parallel to and perpendicular to the joint surface, based on the expansion and contraction of each of the free length portions .
前記構造物同士の連結部を跨いで延在する自由長部分を含む光ファイバを少なくとも3本備え、
各々の前記自由長部分は、
一端部において一方の前記構造物側の固定点に固定され、他端部において他方の前記構造物側の固定点に固定され、
一方の前記固定点と他方の前記固定点との間の直線距離の変動に応じて当該直線距離の変動量と同じ伸縮量で弾性的に伸縮する、変位計測構造を利用して前記構造物同士の相対的な変位を計測する変位計測方法であって、
前記連結構造物は、前記接合面に直交する方向に延びる周面をもつ柱状をなし、
3本の前記自由長部分のすべてが同一平面上に位置しないように、前記周面に沿って3本の前記自由長部分が設置されており、
それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記接合面に直交する方向における前記構造物同士の相対的な並進的な変位と、前記接合面に平行であり互いに直交する2軸周りにおける前記構造物同士の相対的な回転変位と、が計測される、変位計測方法。 In a connected structure where the joint surfaces of the structures are butted together and connected,
The system includes at least three optical fibers, each containing a free-length portion that extends across the connecting portion between the aforementioned structures.
Each of the aforementioned free length portions is
It is fixed at one end to a fixing point on one side of the structure, and at the other end to a fixing point on the other side of the structure.
A displacement measurement method for measuring the relative displacement between structures using a displacement measurement structure that elastically expands and contracts by the same amount as the amount of change in the straight-line distance between one fixed point and the other fixed point ,
The connecting structure is columnar in shape, having a circumferential surface extending in a direction perpendicular to the joining surface.
The three free-length portions are arranged along the circumferential surface such that not all three of the free-length portions lie on the same plane.
A displacement measurement method in which, based on the expansion and contraction of each of the free length portions, the relative translational displacement of the structures in a direction perpendicular to the joint surface and the relative rotational displacement of the structures around two axes parallel to the joint surface and perpendicular to each other are measured.
一方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記一端部側が固定され、
他方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記他端部側が固定されている、請求項1に記載の変位計測構造。
Each of the aforementioned structures, one and the other, is provided with an optical fiber holding portion that protrudes out of the circumferential surface,
The one end of the free length portion is fixed to the optical fiber holding portion of the other structure.
The displacement measurement structure according to claim 1, wherein the other end of the free length portion is fixed to the optical fiber holding portion of the other structure.
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