JP7752995B2 - 構造物用線状部材の張力検出方法、構造物用線状部材及び線状部材用センサ設置治具 - Google Patents

Description

本発明は、例えば橋梁等の構造物の線状部材に作用している張力を検出する張力検出方法と、構造物に用いられる構造物用線状部材、及び、線状部材にセンサを設置するための線状部材用センサ設置治具に関する。

従来より、斜張橋のケーブルの張力を測定する方法として、ケーブルに振動センサを設置し、このケーブルに衝撃を与えたときの振動センサの検出情報に基づいて、上記ケーブルの張力を算出するものが提案されている（特許文献１参照）。この方法では、振動センサで検出された振動の周波数分析を行い、ケーブルの曲げ剛性の影響が支配的となる周波数領域に存在する複数の固有振動数から、張力のかかっている状態でのケーブルの曲げ剛性を求める。これにより求めた曲げ剛性と固有振動数とに基づいて、ケーブルの張力を算出している。

上記ケーブルの張力の測定方法に使用可能な振動センサとしては、振動子を内蔵し、上記振動子に作用する加速度を電気的に検出して振動数を出力する加速度式振動センサが普及している。

一方、プレストレストコンクリート構造体を構成し、コンクリート部分に圧縮力を作用させて補強するために使用されるＰＣ（Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）鋼撚り線の張力を測定するため、ひずみ測定用光ファイバを内蔵したＰＣ鋼撚り線が提案されている（特許文献２参照）。この光ファイバ付きＰＣ鋼撚り線は、芯材を構成する鋼製の撚り線にひずみ測定用光ファイバが撚り合わされており、ＰＣ鋼撚り線に作用する張力によって生じるひずみを、上記ひずみ測定用光ファイバで直接測定するように構成されている。

特許第３３１３０２８号公報 特開２０１９－７０５９３号公報

しかしながら、上記従来のケーブルの張力の測定方法は、張力の測定を行う度に、振動センサの設置と撤去を行うが、上記振動センサは、振動を正確に測定するためにケーブルに強固に固定する必要がある。したがって、振動センサの設置と撤去の作業に、手間と時間がかかる不都合がある。また、振動センサとして普及している加速度式振動センサは、可動部である振動子を内蔵するため、耐候性が比較的悪く、長期にわたる測定には向かない不都合がある。

一方、上記従来の光ファイバ付きＰＣ鋼撚り線は、張力によって生じるＰＣ鋼撚り線の延在方向のひずみを、ひずみ測定用光ファイバで直接測定するものである。上記ＰＣ鋼撚り線の延在方向のひずみの値は微量であるから、上記ひずみ測定用光ファイバは、微量のひずみの値を検出するために、鋼撚り線に強固に固定される必要がある。このため、上記光ファイバ付きＰＣ鋼撚り線は、光ファイバを、樹脂製のフィラーで包んだ状態で撚り線と撚り合わせて製造している。したがって、上記光ファイバ付きＰＣ鋼撚り線は、製造に手間がかかる不都合がある。また、ひずみ測定用光ファイバで測定するＰＣ鋼撚り線の軸方向のひずみの値は、測定位置の温度の影響を受けるので、ひずみの温度補正を行う必要がある。このため、上記光ファイバ付きＰＣ鋼撚り線は、温度測定用の光ファイバを鋼撚り線と共に撚り合わせており、構造が複雑であると共に、張力を検出するための解析が複雑であるという不都合がある。

そこで、本発明の課題は、少ない手間で実行できる構造物用線状部材の張力検出方法を提供することにある。また、長期にわたって実行できる構造物用線状部材の張力検出方法を提供することにある。また、比較的簡易な構造で、張力の検出が可能な構造物用線状部材を提供することにある。また、比較的簡易な解析により、張力の検出が可能な構造物用線状部材を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の構造物用線状部材の張力検出方法は、構造物に使用された線状部材に作用している張力を検出する張力検出方法であって、
光ファイバ式ひずみセンサにより、上記線状部材のひずみの変動を測定するひずみ変動測定工程と、
上記ひずみ変動測定工程で測定されたひずみの変動に基づいて、上記線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動周波数の分布を検出する変動周波数分布検出工程と、
上記変動周波数分布検出工程で検出されたひずみの変動周波数分布に基づいて、上記線状部材の固有振動数を特定する固有振動数特定工程と、
上記固有振動数特定工程で特定された固有振動数に基づいて、上記線状部材の張力を算出する張力算出工程と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、ひずみ変動測定工程で、光ファイバ式ひずみセンサにより、線状部材のひずみの変動が測定される。ここで、光ファイバ式ひずみセンサは、光ファイバ中に伝達される光の物理的特徴に基づいて、ひずみを測定するものを広く採用できる。また、測定の対象である線状部材のひずみの変動とは、時系列におけるひずみの変化であり、ひずみそのものの値は高精度に測定する必要がない。続いて、変動周波数分布検出工程で、上記ひずみ変動測定工程で測定されたひずみの変動に基づいて、上記線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動周波数の分布が検出される。ここで、ひずみの変動周波数の分布は、光ファイバ式ひずみセンサの測定値を、例えば高速フーリエ変換等を行うことにより、求めることができる。続いて、固有振動数特定工程で、上記変動周波数分布検出工程で検出されたひずみの変動周波数分布に基づいて、上記線状部材の固有振動数が特定される。この後、張力算出工程で、上記固有振動数特定工程で特定された固有振動数に基づいて、上記線状部材の張力が算出される。上記固有振動数に基づく線状部材の張力の算出方法は、公知の種々の算出式を利用できる。

上記構成の構造物用線状部材の張力検出方法によれば、ひずみ変動測定工程で測定を行う対象が、線状部材のひずみの変動であるので、光ファイバ式ひずみセンサは、構造用線状部材に、ひずみの変動を測定可能な程度に設置すればよく、ひずみそのもの値を測定する場合のようにセンサを強固に固定する必要がない。したがって、光ファイバ式ひずみセンサの構造用線状部材への固定構造を簡易にできる。その結果、光ファイバ式ひずみセンサを構造用線状部材に後付けして測定する場合に、測定の手間を少なくできる。また、光ファイバ式ひずみセンサを構造用線状部材に予め内蔵する場合に、光ファイバ式ひずみセンサ付きの構造用線状部材を容易に製造できる。また、ひずみ変動測定工程で測定する対象が、線状部材のひずみの変動であり、ひずみそのもの値を高精度に測定する必要が無いので、光ファイバ式ひずみセンサの測定値は温度補正が不要である。したがって、ひずみ変動測定工程で温度を測定する必要が無いので、測定の手間を少なくできる。また、張力算出工程で張力を算出する際に温度を考慮する必要が無いので、少ない手間で解析を行うことができる。また、ひずみ変動測定工程で光ファイバ式ひずみセンサを用いるので、光ファイバ式ひずみセンサは耐久性が高いから、従来のように線状部材の振動を測定するために加速度式振動センサを用いるよりも、長期にわたって構造用線状部材の張力を検出できる。本発明において、構造物とは、橋梁、トンネル、ダム、水門、擁壁、堤防及びタンク等の土木構造物や、屋根と柱又は壁を有する建築物等が該当する。また、線状部材とは、素線を撚り合わせたワイヤロープ又はＰＣ鋼撚り線や、素線を平行に束ねた平行線ケーブルや、丸棒や、角棒等が該当し、その材料は限定されない。また、線状部材は、芯材と、この芯材を被覆する保護材とを含むもの等のように、複数の材料で形成されてもよい。

一実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、上記ひずみ変動測定工程では、上記線状部材の周面の近傍に、断面において互いに９０°又は１８０°の角度を置いて配置された複数の光ファイバ式ひずみセンサにより、ひずみの変動を測定する。

上記実施形態によれば、線状部材の周面の近傍に、断面において互いに９０°又は１８０°の角度を置いて配置された複数の光ファイバ式ひずみセンサにより、ひずみの変動を測定する。これらのひずみの変動は、線状部材の軸方向に作用する荷重に起因するものは互いに同一である一方、線状部材の軸直角方向の振動に起因するものは互いに異なる。したがって、上記複数の光ファイバ式ひずみセンサの測定値に基づいて、振動に起因するひずみの変動を、良好な精度で検出することができる。

一実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、上記変動周波数分布検出工程では、上記光ファイバ式ひずみセンサのうちの２つによる測定値の差分に基づいて、線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出する。

上記実施形態によれば、２つの光ファイバ式ひずみセンサによる測定値の差分を求めることにより、線状部材の軸方向に作用する荷重に起因するひずみ変動を消去し、線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみ変動のみを抽出することができる。

一実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、上記光ファイバ式ひずみセンサが、上記線状部材に予め内蔵されている。

上記実施形態によれば、構造物の線状部材に予め内蔵された光ファイバ式ひずみセンサを用いることにより、少ない手間で線状部材の張力を検出できる。また、構造物の線状部材に予め内蔵された光ファイバ式ひずみセンサを用いることにより、線状部材の張力を、長期にわたって測定することができる。例えば、構造物の製造時の施工管理から、構造物が完成した後の保守管理まで、長期にわたる種々の目的で、線状部材の張力を検出することができる。

一実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、上記光ファイバ式ひずみセンサが、上記線状部材のひずみを増幅する治具を介して、上記線状部材の表面に後付けされたものである。

上記実施形態によれば、構造物の線状部材の表面に、この線状部材のひずみを増幅する治具を介して光ファイバ式ひずみセンサを後付けすることにより、線状部材の張力を良好な精度で検出することができる。また、張力の検出機能が予め設けられていない構造物の線状部材に、治具で光ファイバ式ひずみセンサを後付けすることにより、上記線状部材の張力の検出を可能にできる。

一実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、上記光ファイバ式ひずみセンサが、上記線状部材の表面に粘着テープで後付けされたものである。

上記実施形態によれば、構造物の線状部材の表面に、粘着テープで光ファイバ式ひずみセンサを後付けすることにより、少ない手間で線状部材の張力を検出することができる。ここで、光ファイバ式ひずみセンサで測定を行う対象は、線状部材のひずみの変動であるので、粘着テープを用いた固定により、線状部材の張力の検出に十分な測定を行うことができる。

一実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、上記光ファイバ式ひずみセンサが、ＦＢＧセンサである。

上記実施形態によれば、光ファイバ式ひずみセンサとして、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）センサを用いることにより、構造物の線状部材のひずみの変動を、良好な精度で測定することができる。

本発明の他の側面による構造物用線状部材は、張力を受け持つために構造物に使用される線状部材であって、
張力を伝達する芯材と、
上記芯材の表面の近傍に両端が固定された保護容器と、
上記保護容器内に収容され、上記保護容器の両端の固定部分の近傍で、ひずみの検出部を挟んだ両側部分が上記保護容器に各々固定され、この線状部材のひずみの変動を検出するＦＢＧセンサと、
上記芯材と、上記ＦＢＧセンサが収容された保護容器とを被覆する保護材と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、張力を受け持つために構造物に使用される線状部材は、張力を伝達する芯材を備え、この芯材の表面の近傍に、保護容器の両端が固定されている。この保護容器は、例えば、芯材に沿って延在する細長の円筒形状や、細長の直方体形状に形成することができる。上記保護容器内に、この線状部材のひずみの変動を検出するＦＢＧセンサが収容されている。このＦＢＧセンサは、ひずみの検出部を挟んだ両側部分が、上記保護容器の両端の固定部分の近傍で、この保護容器に各々固定されている。上記芯材と、上記ＦＢＧセンサが収容された保護容器とが、保護材で被覆されている。このような構成により、ＦＢＧセンサにより、線状部材のひずみの変動を測定することができる。また、ＦＢＧセンサを使用すると共に、ＦＢＧセンサを保護容器と保護材で保護しているので、長期にわたって安定して張力を検出することができる。

本発明の他の側面による構造物用線状部材は、張力を受け持つために構造物に使用される線状部材であって、
張力を伝達する芯材と、
上記芯材の表面の近傍に両端が固定された固定部と、これらの固定部の間に設けられ、長手方向に伸縮可能に形成された伸縮部とを有する保護容器と、
上記保護容器内に収容され、上記保護容器の両端の固定部分よりも内側の位置で、ひずみの検出部を挟んだ両側部分が上記保護容器に固定され、この線状部材のひずみの変動を検出するＦＢＧセンサと、
上記芯材と、上記ＦＢＧセンサが収容された保護容器を被覆する保護材と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、張力を受け持つために構造物に使用される線状部材は、張力を伝達する芯材を備え、この芯材の表面の近傍に、保護容器の両端が固定されている。この保護容器は、例えば、芯材に沿って延在する細長の円筒形状や、細長の直方体形状に形成することができる。上記保護容器内に、この線状部材のひずみの変動を検出するＦＢＧセンサが収容されている。このＦＢＧセンサは、ひずみの検出部を挟んだ両側部分が、上記保護容器の両端の固定部分よりも内側の位置で、この保護容器に各々固定されている。この保護容器は、ＦＢＧセンサの両側部分が固定された位置の間に、伸縮部が形成される。伸縮部は、互いに摺動可能に重なり合って形成された複数の筒状の部材で構成されてもよく、あるいは、蛇腹状の部材で構成されてもよい。また、上記保護容器には、上記芯材の表面の近傍に固定された固定部分と、ＦＢＧセンサの両側部分が固定された位置との間の部分は伸縮部が形成されず、固定部分の変位を実質的に変化させずにＦＢＧセンサの両側部分へ伝達させる。上記芯材と、上記ＦＢＧセンサが収容された保護容器とが、保護材で被覆されている。このような構成により、ＦＢＧセンサにより、線状部材のひずみの変動を測定することができる。また、ＦＢＧセンサは、ひずみの検出部を挟んだ両側部分が、上記保護容器の両端の固定部分よりも内側の位置で保護容器に各々固定されているので、上記保護容器の両端の固定部分の間の距離と、上記ＦＢＧセンサの両側部分の相互間の距離との比率に応じて、線状部材のひずみが増幅される。したがって、線状部材のひずみの変動を、良好な精度で測定することができる。また、ＦＢＧセンサを使用すると共に、ＦＢＧセンサを保護容器と保護材で保護しているので、長期にわたって安定して張力を検出することができる。

本発明の他の側面による構造物用線状部材は、張力を受け持つために構造物に使用される線状部材であって、
張力を伝達する芯材と、
上記芯材の表面部分に粘着テープで張り付けられたＦＢＧセンサと、
上記芯材と、上記ＦＢＧセンサを張り付けた粘着テープを被覆する保護材と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、張力を受け持つために構造物に使用される線状部材は、張力を伝達する芯材を備え、この芯材の表面部分に、ＦＢＧセンサが粘着テープで張り付けられている。上記芯材と、上記ＦＢＧセンサを張り付けた粘着テープが、保護材で被覆されている。このような構成により、ＦＢＧセンサにより、線状部材のひずみの変動を測定することができる。上記ＦＢＧセンサは、線状部材の張力を検出するためには、線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を測定すればよい。したがって、ＦＢＧセンサを粘着テープで芯材に張り付けて保護材で保護するという比較的簡易な構造で、張力を検出可能な構造物用線状部材が得られる。

一実施形態の構造物用線状部材は、端部の近傍に、上記ＦＢＧセンサに接続するためのコネクタが設けられている。

上記実施形態によれば、構造物用線状部材の端部の近傍に設けられたコネクタに、ＦＢＧセンサの測定器を接続することにより、上記線状部材に内蔵されたＦＢＧセンサによるひずみの変動の測定を、少ない手間で迅速に行うことができる。

本発明の他の側面による構造物用線状部材用センサ設置治具は、張力が作用している構造物用の線状部材に、この線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出するＦＢＧセンサを設置するためのセンサ設置治具であって、
上記線状部材の表面に、この線状部材の軸方向に所定間隔をおいて固定される２つの固定部材と、
基端が上記２つの固定部材に各々固定され、上記線状部材と平行に延在すると共に、先端が互いに接近する方向に延びる２つの延在部材と、
上記２つの延在部材の先端に各々設けられ、ＦＢＧセンサのひずみ検出部の両側を固定する２つのセンサ固定体と
を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、張力が作用している構造物用の線状部材にＦＢＧセンサを設置するためのセンサ設置治具は、上記ＦＢＧセンサで線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出し、検出した情報に基づいて線状部材の張力を検出するために用いられる。このセンサ設置治具は、２つの固定部材が、上記線状部材の表面に、この線状部材の軸方向に所定間隔をおいて固定される。これらの固定部材に、上記線状部材と平行に延在すると共に、先端が互いに接近する方向に延びる２つの延在部材が、各々設置される。これらの２つの延在部材の先端に、ＦＢＧセンサのひずみ検出部の両側を固定するセンサ固定体が各々設けられる。このような構成により、上記２つの固定部材の間の距離と、上記２つのセンサ固定体の間の距離との比率に応じて、線状部材のひずみが増幅される。したがって、このセンサ設置治具で線状部材に後付けしたＦＢＧセンサにより、線状部材のひずみの変動を良好な精度で測定することができ、その結果、線状部材に作用する張力を良好な精度で検出できる。

本発明の実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法を、橋梁のケーブルに適用する様子を示す模式図である。 本発明の実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態の構造物用線状部材の端部を示す断面図である。 第１実施形態の構造物用線状部材を模式的に示す横断面図である。 第１実施形態の構造物用線状部材を模式的に示す縦断面図である。 第２実施形態の構造物用線状部材を模式的に示す横断面図である。 第２実施形態の構造物用線状部材を模式的に示す縦断面図である。 第３実施形態の構造物用線状部材を模式的に示す横断面図である。 第４実施形態の構造物用線状部材を模式的に示す横断面図である。 第５実施形態の構造物用線状部材を模式的に示す縦断面図である。 第６実施形態の構造物用線状部材が備える保護容器と光ファイバ式ひずみセンサを模式的に示す縦断面図である。 第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す平面図である。 第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す側面図である。 第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す断面図である。 第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す平面図である。 第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す側面図である。 第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す断面図である。 第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す平面図である。 第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す側面図である。 第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す断面図である。 第１０実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す平面図である。 第１０実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す側面図である。 第１０実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、構造物用線状部材に２つの光ファイバ式ひずみセンサを設置した様子を示す断面図である。

以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法を、橋梁用ケーブルに適用する様子を示す模式図である。本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、構造物としての橋梁に使用されている線状部材としてのケーブルに作用する張力を検出するものである。

図１に示すように、本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、橋梁用のケーブル１に、光ファイバ式ひずみセンサ２を設置する。光ファイバ式ひずみセンサ２は、ＦＢＧセンサを用いるのが好ましい。この光ファイバ式ひずみセンサ２は、予め橋梁用ケーブル１に内蔵されていてもよく、あるいは、測定を行う際に橋梁用ケーブル１に後付けしてもよい。この光ファイバ式ひずみセンサ２により、矢印Ａで示すように橋梁用ケーブル１の軸直角方向に変位する振動に起因するひずみの変動を測定する。光ファイバ式ひずみセンサ２としてＦＢＧセンサを用いた場合、このＦＢＧセンサは、光ファイバのコアの所定位置に回折格子が形成されてなるひずみ検出部２ａを有し、このひずみ検出部２ａの回折格子における光の反射波長の変化に基づいて、ひずみを検出する。光ファイバ式ひずみセンサ２は、ＦＢＧ測定器３に接続されている。

上記ＦＢＧ測定器３は、光ファイバ式ひずみセンサ２に光信号を送出すると共にひずみ検出部２ａからの反射光を受光し、これらの送出光と反射光の差に基づいて、ひずみ検出部２ａで検出されたひずみに関する情報を出力する。ＦＢＧ測定器３は、パーソナルコンピュータ４に接続されており、このパーソナルコンピュータ４は、ＦＢＧ測定器３から受け取ったひずみに関する情報を記憶すると共に、ひずみに関する情報の解析を行って橋梁用ケーブル１の張力を検出する。

図２は、本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法を示すフロー図である。図２のフロー図に示すように、本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法では、まず、光ファイバ式ひずみセンサ２としてのＦＢＧセンサにより、橋梁用ケーブル１のひずみの変動を測定する（ステップＳ１）。橋梁用ケーブル１のひずみの変動を測定するとき、加振器等を用いて橋梁用ケーブル１に振動を与えてひずみの変動を生じさせてもよいが、風荷重や活荷重等の種々の荷重によって橋梁用ケーブル１に生じる常時微振動に起因するひずみの変動を測定してもよい。ここで、光ファイバ式ひずみセンサ２で測定されるひずみの変動には、橋梁用ケーブル１の軸方向に作用する荷重の変動に起因するひずみの変動と、橋梁用ケーブル１の軸直角方向の振動Ａに起因するひずみの変動とが重なっている。上記橋梁用ケーブル１の軸方向に作用する荷重としては、この橋梁用ケーブル１が支持する床版上を走行する車両の荷重が挙げられる。

続いて、光ファイバ式ひずみセンサ２によるひずみの測定値にＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；高速フーリエ変換）処理を行い、ひずみの変動周波数の分布を検出する（ステップＳ２）。このＦＦＴ処理は、ＦＢＧ測定器３とパーソナルコンピュータ４のいずれで行ってもよい。

この後、ステップＳ２で検出したひずみの変動周波数の分布に基づいて、橋梁用ケーブル１の軸直角方向の振動Ａに起因する固有振動数を特定する（ステップＳ３）。橋梁用ケーブル１の軸直角方向の振動Ａに起因する固有振動数は、ひずみの変動周波数分布のうち、周波数帯域に基づいて特定することができる。あるいは、橋梁用ケーブル１の複数の異なる周方向位置で同時に測定したひずみの変動の差分を取り、この差分にＦＦＴ処理を行って周波数分布を検出した結果に基づいて、固有振動数を特定してもよい。ここで、橋梁用ケーブル１には、軸方向に作用する荷重に起因するひずみの変動と、橋梁用ケーブル１の軸直角方向の振動Ａに起因するひずみの変動とが重なっており、これらのうち、軸方向の荷重に起因するひずみの変動は、橋梁用ケーブル１のいずれの位置においても互いに同一である。したがって、橋梁用ケーブル１の異なる周方向位置で同時に測定された複数のひずみの変動の差分を取ることにより、軸方向の荷重に起因するひずみの変動を相殺し、橋梁用ケーブル１の軸直角方向の振動Ａに起因するひずみの変動のみを抽出することができる。

この後、上記ステップＳ３で特定した橋梁用ケーブル１の固有振動数に基づいて、橋梁用ケーブル１に作用する張力を算出する（ステップＳ４）。固有振動数を用いた橋梁用ケーブル１の張力の算出は、次の関係式（１）を利用することができる。
ここで、Ｔは橋梁用ケーブル１の張力、ｗは橋梁用ケーブル１の単位重量、ｇは重力加速度、ｆｎはｎ次の固有振動数、Ｌは橋梁用ケーブル１の長さ、ｎは固有振動数の次数、Ｃは定数である。この定数Ｃは、次の関係式（２）によって求められる。
ここで、Ｅ・Ｉは橋梁用ケーブル１の曲げ剛性である。

上記式（１）及び（２）に基づく橋梁用ケーブル１の張力の算出は、パーソナルコンピューター４で行う。ここで、固有振動数を用いた橋梁用ケーブル１の張力の算出式は、上記式（１）及び（２）に限定されず、いわゆる振動法として提案される種々の式を用いることができる。

このように、本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法によれば、光ファイバ式ひずみセンサ２により橋梁用ケーブル１のひずみの変動を測定し、このひずみの変動の測定結果から橋梁用ケーブル１の固有振動数を特定し、特定した固有振動数に基づいて橋梁用ケーブル１の張力を検出する。したがって、光ファイバ式ひずみセンサ２は、橋梁用ケーブル１のひずみの値を正確に測定する必要が無いので、橋梁用ケーブル１に、ひずみの変動を測定可能な程度の強度で固定されていればよい。すなわち、例えば従来の光ファイバ付きＰＣ鋼撚り線のように、ＰＣ鋼撚り線の張力をＰＣ鋼撚り線の軸方向のひずみの値から検出することを目的とし、ひずみ測定用光ファイバのひずみを鋼撚り線のひずみと一致させるために、ひずみ測定用光ファイバをフィラーで包むと共に鋼撚り線に撚り合わせて強固に固定する必要が無い。したがって、本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法では、橋梁用ケーブル１に簡易な固定構造で容易に取り付けた光ファイバ式ひずみセンサ２を用いることができ、その結果、張力の検出のための準備や作業を従来よりも簡易にできる。

本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、橋梁用ケーブル１に光ファイバ式ひずみセンサ２を後付けしてひずみの変動を測定してもよいが、光ファイバ式ひずみセンサ２を予め内蔵したセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１を用いるのが、測定作業を容易にできる点で好ましい。光ファイバ式ひずみセンサ２が予め内蔵されたセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１としては、例えば、芯材の外周側に保護管を添えた状態で保護材を被覆し、上記保護管の内側に光ファイバ式ひずみセンサ２を挿入した後、上記保護管内に接着剤等の固定用樹脂を注入して形成することができる。このような簡易な構造で光ファイバ式ひずみセンサ２を内蔵した橋梁用ケーブル１を使用できるので、張力の検出が可能な橋梁用ケーブル１を低コストで製造することができる。

図３は、本発明の構造物用線状部材の張力検出方法を適用可能な第１実施形態の構造物用線状部材としての橋梁用のケーブルの端部を示す断面図である。第１実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１は、光ファイバ式ひずみセンサ２が予め内蔵されている。このセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１は、斜張橋等の橋梁で桁等を吊り下げて支持するために用いられる。このセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１は、張力を伝達する芯材１４を備え、この芯材１４は、高張力鋼の亜鉛メッキ鋼で形成された複数の素線が平行に配列して形成されている。この芯材１４の外側には、芯材１４を保護する保護材としての保護膜１５が被覆されている。保護膜１５は、ポリエチレンで形成されるのが好ましいが、他の材料で形成されてもよい。センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の端部には、芯材１４と保護膜１５が内挿された外とう管１６が設けられており、この外とう管１６の先端側に、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の端部を桁等の他の部材に連結するためのソケット部１２が設けられている。

本実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１は、上記芯材１４の外側面に沿うように、光ファイバ式ひずみセンサ２が配置されている。この光ファイバ式ひずみセンサ２は、ＦＢＧセンサであり、全長にわたって延びる光ファイバの先端側の部分に、回折格子が形成されてなるひずみ検出部２ａを有する。このひずみ検出部２ａが、芯材１４の外側面に接すると共に保護膜１５で被覆された位置に配置されている。光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａよりも基端側の部分は、芯材１４の表面に沿ってソケット部１２に向かって延在しており、ソケット部１２の先端の近傍で、外部に引き出されている。光ファイバ式ひずみセンサ２の基端には、ＦＢＧ測定器３に接続するためのコネクタ２０が設けられている。

図４Ａは、第１実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の横断面図であって、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａにおける断面を模式的に示す横断面図である。図４Ｂは、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の縦断面図であって、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａの周辺部分を模式的に示す縦断面図である。図４Ａ及び４Ｂにおいて、芯材１４と保護膜１５との間の隙間の形状と、保護膜１５の形状は、模式的に示したものであり、実際の隙間と保護膜１５の形状は異なる。図４Ａ及び４Ｂに示すように、芯材１４の外周面に接するように光ファイバ式ひずみセンサ２を配置し、これらの芯材１４と光ファイバ式ひずみセンサ２の外側を保護膜１５で被覆するという簡易な構造で、光ファイバ式ひずみセンサ２をセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１に内蔵させることができる。このような簡易な構造で内蔵された光ファイバ式ひずみセンサ２により、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１のひずみの変動を測定することで、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の軸直角方向の振動に起因する変動周波数の分布を検出して固有振動数を特定し、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の張力を検出することができる。ここで、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１は、軸直角方向の断面において、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａがセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の上端に位置するように配置されるのが好ましい。センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の上端に位置する光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａにより、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１に卓越して発生する上下方向の振動に起因するひずみの変動を、効果的に測定することができる。また、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａは、軸直角方向の断面において、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の下端に位置するように配置されてもよい。また、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１に生じる振動に応じて、他の位置に光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａを配置してもよい。また、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１に配置される光ファイバ式ひずみセンサ２の数は、１個に限定されず、２個以上でもよい。また、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１に光ファイバ式ひずみセンサ２を２個以上配置する場合、センサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の軸直角断面において、互いに９０°又は１８０°の角度を置いて配置するのが好ましい。

また、第１実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１は、このセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１の端部のソケット部１２に、光ファイバ式ひずみセンサ２のコネクタ２０を備えるので、作業者は、コネクタ２０にＦＢＧ測定器３を接続すれば、ひずみの測定作業を容易かつ迅速に行うことができる。ここで、光ファイバ式ひずみセンサ２は、ソケット部１２の端面からケーブル１１の外側に引き出されてもよく、あるいは、ソケット部１２以外の位置からケーブル１１の外側に引き出されてもよい。また、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａの位置は、ケーブル１１の軸方向において、端部でも中央部でもよく、任意の位置に配置することができる。

図５Ａは、第２実施形態の構造物用線状部材としてのセンサ内蔵型橋梁用ケーブル２１の横断面図であって、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａにおける断面を模式的に示す横断面図である。図５Ｂは、センサ内蔵型橋梁用ケーブル２１の縦断面図であって、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａの周辺部分を模式的に示す縦断面図である。図５Ａ及び５Ｂにおいて、芯材１４とテープ固定部２３との間の隙間の形状と、テープ固定部２３の形状と、テープ固定部２３と外とう管２２との間の隙間の形状は、模式的に示したものであり、実際の各々の隙間とテープ固定部２３の形状は異なる。

第２実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル２１は、光ファイバ式ひずみセンサ２が予め内蔵されている。図５Ａ及び５Ｂに示すように、第２実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル２１は、芯材１４が外とう管２２内に収容されて形成されている。このセンサ内蔵型橋梁用ケーブル２１は、平行に配列された素線からなる芯材１４と、この芯材１４の外周面に接するように配置された光ファイバ式ひずみセンサ２と、この光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａの近傍部分と上記芯材１４を取り巻くように配置されたテープ固定部２３を備える。テープ固定部２３は、樹脂製の粘着テープを巻回して形成されている。上記芯材１４と光ファイバ式ひずみセンサ２とテープ固定部２３が外とう管２２内に収容されている。上記芯材１４と光ファイバ式ひずみセンサ２とテープ固定部２３と、外とう管２２との間には、保護材として、防錆剤を注入してなる防錆層２４が形成されている。このように、芯材１４の外周面に、テープ固定部２３で光ファイバ式ひずみセンサ２を固定するという簡易な構造で、光ファイバ式ひずみセンサ２を内蔵したセンサ内蔵型橋梁用ケーブル２１を構成できる。このような簡易な構造で内蔵された光ファイバ式ひずみセンサ２により、センサ内蔵型橋梁用ケーブル２１のひずみの変動を測定し、ひずみ変動に基づいて固有振動数を特定し、センサ内蔵型橋梁用ケーブル２１の張力を検出することができる。ここで、テープ固定部２３は、粘着テープを芯材１４の全周を巻回して形成されたものに限定されず、芯材１４の周方向の一部に粘着テープを貼付して形成されてもよい。テープ固定部２３は、粘着テープで光ファイバ式ひずみセンサ２を芯材１４に張り付けたものであれば、その形状は特に限定されない。

図６は、第３実施形態の構造物用線状部材としてのセンサ内蔵型橋梁用ケーブル３１の横断面図であって、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａにおける断面を模式的に示す横断面図である。第３実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル３１は、光ファイバ式ひずみセンサ２の固定部材２６を設けた点が、第１実施形態の橋梁用ケーブル１１と異なる。第３実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル３１において、第１実施形態の橋梁用ケーブル１１と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

第３実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル３１は、光ファイバ式ひずみセンサ２が予め内蔵されており、この光ファイバ式ひずみセンサ２は、固定部材２６を介して芯材１４の表面に設置されている。固定部材２６は、光ファイバ式ひずみセンサ２の直径よりも広い幅を有する帯状の板状体であり、樹脂や金属により形成することができる。芯材１４と、固定部材２６を介して芯材１４に取り付けられた光ファイバ式ひずみセンサ２は、保護膜１５によって被覆されている。第３実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル３１は、固定部材２６を介して芯材１４に接する光ファイバ式ひずみセンサ２により、ひずみの変動を効果的に測定することができる。

図７は、第４実施形態の構造物用線状部材としてのセンサ内蔵型橋梁用ケーブル４１の横断面図であって、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａにおける断面を模式的に示す横断面図である。第４実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル４１は、光ファイバ式ひずみセンサ２の固定部材２６を設けた点が、第２実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル２１と異なる。第４実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル４１において、第２実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル２１と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

第４実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル４１は、光ファイバ式ひずみセンサ２が予め内蔵されており、芯材１４の表面に、固定部材２６を介して光ファイバ式ひずみセンサ２が設置されている。固定部材２６は、光ファイバ式ひずみセンサ２の直径よりも広い幅を有する帯状の板状体であり、樹脂や金属により形成することができる。芯材１４と、固定部材２６を介して芯材１４に取り付けられた光ファイバ式ひずみセンサ２は、ひずみ検出部２ａの近傍部分が、テープ固定部２３で被覆されている。第４実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル４１は、固定部材２６を介して芯材１４に接する光ファイバ式ひずみセンサ２により、ひずみの変動を効果的に測定することができる。

図８は、第５実施形態の構造物用線状部材としてのセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１の縦断面図であって、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａの周辺部分を模式的に示す縦断面図である。第５実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１は、光ファイバ式ひずみセンサ２を内蔵したセンサ内蔵型のケーブルである。このセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１は、光ファイバ式ひずみセンサ２が保護容器に収容され、この光ファイバ式ひずみセンサ２を収容した保護容器が、芯材１４を被覆する保護材の中に埋設されている点が、第１実施形態の橋梁用ケーブル１１と異なる。第５実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１において、第１実施形態の橋梁用ケーブル１１と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

図８に示すように、第５実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１は、芯材１４と、芯材１４の表面の近傍に配置されて光ファイバ式ひずみセンサ２を収容した保護容器３６と、上記芯材１４と保護容器３６とを被覆する保護材としての保護層３５を備える。ここで、図８は、芯材１４の寸法を、保護容器３６と保護層３５の寸法に対して過小に表した模式図である。保護容器３６は、ステンレス鋼で形成された円筒管であり、光ファイバ式ひずみセンサ２を略同軸に収容している。保護容器３６は、芯材１４の表面の近傍に、芯材１４と平行に配置された状態で、保護層３５内に埋没されている。保護容器３６の外側面には、保護層３５に固定される２つの固定部３７Ａ，３７Ｂが設けられている。これらの固定部３７Ａ，３７Ｂは、保護容器３６の径方向外側に突出した突起で形成され、保護層３５と噛み合うことで、保護層３５に対して軸方向に移動不可に固定される。保護容器３６の内側面には、上記固定部３７Ａ，３７Ｂが設けられた軸方向位置と略同一の軸方向位置に、光ファイバ式ひずみセンサ２を固定する光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂが各々設けられている。これらの２つの光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂは、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａを挟んだ両側に各々配置されており、光ファイバ式ひずみセンサ２の固定部分を、軸方向に移動不可に各々固定している。保護層３５は、ポリエチレンで形成されている。このセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１は、芯材１４の表面側に保護容器３６が配置された状態で、溶融したポリエチレン材料が塗布されることにより、芯材１４と保護容器３６を被覆して保護容器３６を内部に埋没させた保護層３５が作製されている。ここで、保護層３５は、芯材１４と保護容器３６を被覆して保護する機能を有していれば、他の材料で形成されてもよい。

第５実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１は、軸方向の荷重や、軸直角方向の振動に起因するひずみの変動が、光ファイバ式ひずみセンサ２の検出部２ａによって測定される。ここで、検出部２ａで測定されるひずみε_０は、図８に示す２つの光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂの相互間の距離Ｌ_０に対してΔＬの変位が生じた場合、ε_０＝ΔＬ／Ｌ_０と表すことができる。本実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１は、光ファイバ式ひずみセンサ２が、固定部３７Ａ，３７Ｂで保護層３５に固定された保護容器３６内に収容されると共に、保護容器３６に固定された光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂで固定されているので、センサ内蔵型橋梁用ケーブル５１に生じるひずみの変動を、安定して良好な精度で測定することができる。

図９は、第６実施形態の構造物用線状部材としてのセンサ内蔵型橋梁用ケーブルが備える保護容器４３と光ファイバ式ひずみセンサ２を模式的に示す縦断面図である。第６実施形態の橋梁用ケーブルは、光ファイバ式ひずみセンサ２を収容する保護容器が伸縮可能に形成される点と、光ファイバ式ひずみセンサ２の光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂの設置位置が、第５実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１と異なる。第６実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブルにおいて、第５実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブル５１と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

第６実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブルは、光ファイバ式ひずみセンサ２が予め内蔵されたセンサ内蔵型のケーブルである。図９に示すように、第６実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブルの保護容器４３は、円筒管で形成された２つの固定容器４３ａ，４３ａが、端面を互いに対向させると共に所定の間隔をおいて配置されている。これらの２つの固定容器４３ａ，４３ａの端部の外側面を覆うように、円筒管で形成されて固定容器４３ａの外径よりも多少大きな内径を有する摺動管４３ｂが嵌合している。この固定容器４３ａ，４３ａの間であって摺動管４３ｂに外嵌された部分が、保護容器の伸縮部に該当する。保護容器の固定容器４３ａ，４３ａの内側面には、互いに対向する端面の近傍に、光ファイバ式ひずみセンサ２のひずみ検出部２ａを挟んだ両側を固定する光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂが、各々設けられている。また、保護容器の固定容器４３ａ，４３ａの外側面には、光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂよりも互いに遠い軸方向位置に、固定容器４３ａ，４３ａを保護層３５に固定するための固定部４４Ａ，４４Ｂが設けられている。この保護容器４３は、第５実施形態と同様に、芯材１４の表面側に配置され、保護層３５によって芯材１４と共に被覆されている。

第６実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブルは、軸方向の荷重や、軸直角方向の振動に起因するひずみの変動が、光ファイバ式ひずみセンサ２の検出部２ａによって測定される。ここで、検出部２ａで測定されるひずみε_１は、図９に示す２つの光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂの相互間の距離Ｌ_１に対してΔＬの変位が生じた場合、ε_１＝ΔＬ／Ｌ_１と表すことができる。ここで、この変位ΔＬは、固定容器の固定部４４Ａ，４４Ｂの相互間の距離Ｌ_２に対して生じる変位と同一であるため、これらの固定部４４Ａ，４４Ｂの間で生じるひずみε_２は、ε_２＝ΔＬ／Ｌ_２と表すことができる。これらより、検出部２ａで測定されるひずみε_１と、固定部４４Ａ，４４Ｂの間に生じるひずみであって、センサ内蔵型橋梁用ケーブルに実際に生じるひずみε_２との間には、ε_１＝ε_２・（Ｌ_２／Ｌ_１）の関係が成立する。このように、第６実施形態のセンサ内蔵型橋梁用ケーブルは、伸縮可能な保護容器４３の内側に、保護容器の固定部４４Ａ，４４Ｂの相互間よりも小さい距離で配置された光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂを設けて光ファイバ式ひずみセンサ２を固定することにより、ひずみを増幅して測定することができる。すなわち、保護容器の固定部４４Ａ，４４Ｂの相互間の変位を、固定容器４３ａの固定部４４Ａ，４４Ｂよりも互いに近い側の部分を変位伝達手段として機能させて伝達し、光ファイバ固定体３８Ａ，３８Ｂの間の検出部２ａで測定することにより、光ファイバ式ひずみセンサ２で測定するひずみを増幅することができる。その結果、センサ内蔵型橋梁用ケーブルに生じるひずみの変動を、安定して良好な精度で測定することができる。

第６実施形態において、保護容器４３は、２つの固定容器４３ａの端面の間に、この固定容器４３ａの端部に外嵌する摺動管４３ｂによって伸縮部を形成したが、伸縮部は他の構造でもよい。例えば、固定容器４３ａの互いの端面の間に連結された蛇腹状部材や、柔軟な筒状体等によって伸縮部を形成してもよい。

図１０Ａは、第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、橋梁用ケーブル６１に光ファイバ式ひずみセンサ２Ａを後付けした様子を示す平面図である。図１０Ｂは、橋梁用ケーブル６１に、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けした様子を示す側面図であり、図１０Ｃは、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂが後付けされた橋梁用ケーブル６１の断面図である。本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、橋梁用ケーブル６１の表面に、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けする点が、第１実施形態の橋梁用ケーブル１１を用いた張力検出方法と異なる。第７実施形態において、第１実施形態と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、芯材１４が保護膜１５で被覆されてなる既存の橋梁用ケーブル６１の表面に、２つの光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを粘着テープ５３で取り付けて後付けする。これらの第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２ＢはＦＢＧセンサであり、ひずみ検出部２ａを含んだ軸方向の所定範囲が粘着テープ５３で被覆されて、橋梁用ケーブル６１の表面に張り付けられている。図１０Ｂ及び１０Ｃに示すように、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂは、橋梁用ケーブル６１の軸直角断面において、上端と下端に１８０°の角度を置いて配置されている。

この第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法では、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを橋梁用ケーブル６１に取り付けた後に、上記第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂによって橋梁用ケーブル６１の振動を測定してひずみ変動測定工程を行う。この後、変動周波数分布検出工程を行い、上記ひずみ変動測定工程で第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂによって測定されたひずみの変動に基づいて、橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動周波数の分布を検出する。ここで、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂによる測定値の差分を取ることにより、橋梁用ケーブル６１の軸方向に作用する荷重に起因するひずみの変動を相殺する。これにより、橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動のみを抽出する。こうして抽出した橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動についてＦＦＴ処理を行うことにより、橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動周波数の分布を検出することができる。この後、固有振動数特定工程を行い、上記橋梁用ケーブル６１のひずみの変動周波数分布に基づいて、この橋梁用ケーブル６１の固有振動数を特定する。特定された固有振動数に基づいて、張力算出工程により、橋梁用ケーブル６１の張力を算出する。

このように、第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、２つの光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを粘着テープ５３で橋梁用ケーブル６１に取り付けるという簡単な作業により、橋梁用ケーブル６１の張力を検出することができる。また、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを、橋梁用ケーブル６１の上端と下端に、軸直角断面において１８０°の角度を置いて配置し、これらの第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂの測定値の差分を取るので、橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動のみを抽出できる。したがって、橋梁用ケーブル６１の固有振動数を良好な精度で特定することができて、橋梁用ケーブル６１の張力を良好な精度で容易に検出することができる。

図１１Ａは、第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、橋梁用ケーブル６１に光ファイバ式ひずみセンサ２Ａを後付けした様子を示す平面図である。図１１Ｂは、橋梁用ケーブル６１に、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けした様子を示す側面図であり、図１１Ｃは、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂが後付けされた橋梁用ケーブル６１の断面図である。本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、橋梁用ケーブル６１の表面に、光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを、取付治具を用いて後付けする点が、第７実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法と異なる。第８実施形態において、第７実施形態と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、既存の橋梁用ケーブル６１の表面に、２つの光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを、取付治具５４Ａ，５４Ｂを用いて、橋梁用ケーブル６１の上端と下端に後付けする。橋梁用ケーブル６１の上端に取り付けられる第１の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａは、第１の取付治具５４Ａで取り付けられる。この第１の取付治具５４Ａは、ひずみ検出部２ａの両側に配置され、橋梁用ケーブル６１の表面に接する第１及び第２のケーブル固定部材５５Ａ，５５Ｂを有する。これらのケーブル固定部材５５Ａ，５５Ｂの橋梁用ケーブル６１から遠い側の面には、第１の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａの光ファイバの部分を固定して支持する第１及び第２の光ファイバ固定体５６Ａ，５６Ｂが、各々配置されている。橋梁用ケーブル６１の下端に第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ｂを取り付ける第２の取付治具５４Ｂは、第１の取付治具５４Ａと同様の第１及び第２のケーブル固定部材５５Ａ，５５Ｂと、第１及び第２の光ファイバ固定体５６Ａ，５６Ｂを有する。上記第１の取付治具５４Ａの第１のケーブル固定部材５５Ａと、上記第２の取付治具５４Ｂの第１のケーブル固定部材５５Ａが、固定バンド５７で互いに緊結されて、橋梁用ケーブル６１の表面に固定されている。また、上記第１の取付治具５４Ａの第２のケーブル固定部材５５Ｂと、上記第２の取付治具５４Ｂの第２のケーブル固定部材５５Ｂが、固定バンド５７で互いに緊結されて、橋梁用ケーブル６１の表面に固定されている。固定バンド５７は、樹脂製の荷締めベルトや結束ベルトや結束バンド等で形成できるが、金属で形成された帯状体を用いてもよい。

この第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法では、第６実施形態と同様に、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを橋梁用ケーブル６１に取り付けた後に、上記光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂによって橋梁用ケーブル６１の振動を測定してひずみ変動測定工程を行う。この後、変動周波数分布検出工程を行い、上記ひずみ変動測定工程で第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂによって測定されたひずみの変動の差分に基づいて、橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動周波数の分布を検出する。この橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動についてＦＦＴ処理を行い、ひずみの変動周波数の分布を検出する。この後、固有振動数特定工程を行って橋梁用ケーブル６１の固有振動数を特定し、特定された固有振動数に基づいて、張力算出工程により、橋梁用ケーブル６１の張力を算出する。

このように、第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを、第１及び第２の取付治具５４Ａ，５４Ｂを用いて、橋梁用ケーブル６１に容易に固定して、橋梁用ケーブル６１のひずみ変動を測定し、橋梁用ケーブル６１の軸直角方向の振動に起因するひずみ変動を検出することができる。その結果、橋梁用ケーブル６１の張力を、良好な精度で容易に検出することができる。

図１２Ａは、第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、橋梁用ケーブル６１に光ファイバ式ひずみセンサ２Ａを後付けした様子を示す平面図である。図１２Ｂは、橋梁用ケーブル６１に、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けした様子を示す側面図であり、図１２Ｃは、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂが後付けされた橋梁用ケーブル６１の断面図である。本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、橋梁用ケーブル６１の表面に光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けする取付治具の構造が異なる点が、第８実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法と異なる。第９実施形態において、第８実施形態と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、既存の橋梁用ケーブル６１の表面に、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを、第１及び第２の取付治具６２Ａ，６２Ｂで各々後付けする。これらの取付治具６２Ａ，６２Ｂは、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂのひずみの測定値を増幅する増幅型取付治具である。第１の増幅型取付治具６２Ａは、第１の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａを、橋梁用ケーブル６１の上端に取り付ける。この第１の増幅型取付治具６２Ａは、ひずみ検出部２ａの両側に配置され、橋梁用ケーブル６１の表面に接するケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂを有する。これらのケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂに、橋梁用ケーブル６１と平行に延在すると共に、互いに接近する方向に延びる２つの延在部材６４Ａ，６４Ｂの基端が固定されている。延在部材６４Ａ，６４Ｂは、棒状の材料で形成するのが好ましいが、断面形状は特に限定されない。この２つの延在部材６４Ａ，６４Ｂの先端には、第１の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａのひずみ検出部２ａの両側を固定する光ファイバ固定体６５Ａ，６５Ｂが夫々設けられている。橋梁用ケーブル６１の下端に第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ｂを取り付ける第２の増幅型取付治具６２Ｂは、第１の増幅型取付治具６２Ａと同様のケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂと、延在部材６４Ａ，６４Ｂと、光ファイバ固定体６５Ａ，６５Ｂを有する。上記第１の増幅型取付治具６２Ａの第１のケーブル固定部材６３Ａと、上記第２の増幅型取付治具６２Ｂの第１のケーブル固定部材６３Ａが、固定バンド５７で互いに緊結されて、橋梁用ケーブル６１の表面に固定されている。また、上記第１の増幅型取付治具６２Ａの第２のケーブル固定部材６３Ｂと、上記第２の増幅型取付治具６２Ｂの第２のケーブル固定部材６３Ｂが、固定バンド５７で互いに緊結されて、橋梁用ケーブル６１の表面に固定されている。

第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法で使用される増幅型取付治具６２Ａは、光ファイバ式ひずみセンサ２の検出部２ａによって測定する橋梁用ケーブル６１のひずみを、増幅することができる。検出部２ａで測定されるひずみε_１０は、図１２Ｂに示す２つの光ファイバ固定体６５Ａ，６５Ｂの相互間の距離Ｌ_３に対してΔＬの変位が生じた場合、ε_１０＝ΔＬ／Ｌ_３と表すことができる。ここで、この変位ΔＬは、２つのケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂの相互間の距離Ｌ_４に対して生じる変位と同一であるため、これらのケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂの間で生じるひずみε_２０は、ε_２０＝ΔＬ／Ｌ_４と表すことができる。これらより、検出部２ａで測定されるひずみε_１０と、ケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂの間に生じるひずみであって、橋梁用ケーブル６１に実際に生じるひずみε_２０との間には、ε_１０＝ε_２０・（Ｌ_４／Ｌ_３）の関係が成立する。

このように、第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法で用いる増幅型取付治具６２Ａは、橋梁用ケーブル６１の表面に接するケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂに、２つの延在部材６４Ａ，６４Ｂの基端が固定され、これらの延在部材６４Ａ，６４Ｂの先端に設けられた光ファイバ固定体６５Ａ，６５Ｂで光ファイバ式ひずみセンサ２Ａのひずみ検出部２ａの両側を固定するので、橋梁用ケーブル６１のひずみを増幅して測定することができる。すなわち、ケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂの間の変位を、変位伝達手段として機能する延在部材６４Ａ，６４Ｂによって伝達し、光ファイバ固定体６５Ａ，６５Ｂの間の検出部２ａで測定することにより、光ファイバ式ひずみセンサ２で測定するひずみを増幅することができる。このようなひずみの増幅効果は、第１の増幅型取付治具６２Ａと第２の増幅型取付治具６２Ｂのいずれも同様に発揮できる。その結果、橋梁用ケーブル６１に生じるひずみの変動を、安定して良好な精度で測定することができる。

図１３Ａは、第１０実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、橋梁用ケーブル６１に光ファイバ式ひずみセンサ２Ａを後付けした様子を示す平面図である。図１３Ｂは、橋梁用ケーブル６１に、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けした様子を示す側面図であり、図１３Ｃは、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂが後付けされた橋梁用ケーブル６１の断面図である。本実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法は、橋梁用ケーブル６１の表面に光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けする取付治具の固定構造が異なる点が、第９実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法と異なる。第１０実施形態において、第９実施形態と同様の構成部分には同一の符号を用いて、詳細な説明を省略する。

第１０実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法では、既存の橋梁用ケーブル６１に第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを後付けするため、第９実施形態と同様の第１及び第２の増幅型取付治具６２Ａ，６２Ｂを用いる。すなわち、第１及び第２の増幅型取付治具６２Ａ，６２Ｂは、橋梁用ケーブル６１の表面に接するケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂと、このケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂに基端が固定された２つの延在部材６４Ａ，６４Ｂと、これらの延在部材６４Ａ，６４Ｂの先端に設けられて光ファイバ式ひずみセンサ２Ａのひずみ検出部２ａの両側を固定する２つの光ファイバ固定体６５Ａ，６５Ｂを備える。第１０実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法では、上記第１及び第２の増幅型取付治具６２Ａ，６２Ｂを、固定バンド５７に替えて、金属製の固定リング７３，７３によって互いに固定している。この固定リング７３，７３は、ケーブル固定部材６３Ａ，６３Ｂが中央に各々挿通された２つの半円弧状の金属製のベルトを、橋梁用ケーブル６１の表面を取り囲むように配置し、これらのボルトの端部に形成されたフランジをボルト７４で互いに固定して橋梁用ケーブル６１に装着されている。この固定リング７３，７３により、第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを橋梁用ケーブル６１の表面に強固に固定することができる。その結果、橋梁用ケーブル６１に生じるひずみの変動を、後付けした第１及び第２の光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂにより、安定して良好な精度で測定することができる。

上記第７乃至第１０実施形態の構造物用線状部材の張力検出方法において、光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂを、橋梁用ケーブル６１の上端と下端に配置したが、鉛直方向において互いに異なる位置であれば、他の位置に配置してもよい。また、光ファイバ式ひずみセンサ２Ａ，２Ｂは、橋梁用ケーブル６１の軸直角断面において１８０°の角度を置いて配置したが、他の角度でもよく、例えば９０°の角度を置いて配置してもよい。また、橋梁用ケーブル６１に配置する光ファイバセンサ２の数は、１個でもよい。

また、上記各実施形態において、光ファイバ式ひずみセンサ２はＦＢＧセンサを用いたが、ブリルアン散乱式光ファイバセンサ等の他のひずみ測定原理を応用した光ファイバ式ひずみセンサを用いてもよい。

また、上記各実施形態において、橋梁用ケーブル１，６１及びセンサ内蔵型橋梁用ケーブル１１，２１，３１，４１，５１は、複数の素線を平行に配列して形成された芯材１４を有したが、張力を伝達するものであれば、ケーブルの芯材の形態はこれに限定されない。例えば、本発明は、亜鉛メッキＰＣ鋼撚り線等のように、鋼撚り線で形成された芯材を有するケーブルにも適用できる。この場合、光ファイバ式ひずみセンサ２は鋼撚り線に撚り込む必要が無く、芯材の延在方向と平行に、芯材の表面又は表面の近傍に配置すればよい。

また、上記各実施形態では、構造物としての橋梁に使用されている線状部材としてのケーブルの張力を検出したが、橋梁は、斜張橋やニールセンローゼ橋等の種々の形態のものが該当する。また、線状部材は、桁等を介して床版を吊るために使用されるもののほか、プレストレストコンクリートに関して張力を受け持つために使用されるＰＣ鋼線やＰＣ鋼撚り線やＰＣ鋼棒も該当する。特に、外装型の外ケーブル補強構造を有するプレストレストコンクリートのＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒の張力を測定する場合に、本発明は有効である。また、構造物は橋梁に限定されず、種々の土木構造物や建築構造物等が該当する。また、線状部材は、ケーブルに限定されず、例えば鋼線や鋼棒等、張力を受け持つために使用される線状の部材が広く該当する。

本発明は、以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、多くの変形が、本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１，６１ 橋梁用ケーブル
１１，２１，３１，４１，５１ センサ内蔵型橋梁用ケーブル
２，２Ａ，２Ｂ 光ファイバ式ひずみセンサ
２ａ 光ファイバ式ひずみセンサのひずみ検出部
３ ＦＢＧ測定器
４ パーソナルコンピュータ
１２ ソケット部
１４ 芯材
１５ 保護膜
１６，２２ 外とう管
２０ コネクタ
２３ テープ固定部
２４ 防錆層
２６ 固定部材
３５ 保護層
３６，４３ 保護容器
３７Ａ，３７Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ 保護容器の固定部
３８Ａ，３８Ｂ，５６Ａ，５６Ｂ，６５Ａ，６５Ｂ 光ファイバ固定体
４３ａ 固定容器
４３ｂ 摺動管
５３ 粘着テープ
５４Ａ，５４Ｂ 光ファイバ式ひずみセンサの取付治具
５５Ａ，５５Ｂ，６３Ａ，６３Ｂ ケーブル固定部材
５７ 固定バンド
６２Ａ，６２Ｂ 光ファイバ式ひずみセンサの増幅型取付治具
６４Ａ，６４Ｂ 延在部材
７３ 固定リング
７４ ボルト

Claims (12)

1. 構造物に使用された線状部材に作用している張力を検出する張力検出方法であって、
   上記線状部材に設置された光ファイバ式ひずみセンサにより、上記線状部材のひずみの変動を測定するひずみ変動測定工程と、
   上記ひずみ変動測定工程で測定されたひずみの変動に基づいて、上記線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動周波数の分布を検出する変動周波数分布検出工程と、
   上記変動周波数分布検出工程で検出されたひずみの変動周波数分布に基づいて、上記線状部材の固有振動数を特定する固有振動数特定工程と、
   上記固有振動数特定工程で特定された固有振動数に基づいて、上記線状部材の張力を算出する張力算出工程と
   を備えることを特徴とする構造物用線状部材の張力検出方法。
2. 請求項１に記載の構造物用線状部材の張力検出方法において、
   上記ひずみ変動測定工程では、上記線状部材の周面の近傍に、断面において互いに９０°又は１８０°の角度を置いて配置された複数の光ファイバ式ひずみセンサにより、ひずみの変動を測定することを特徴とする構造物用線状部材の張力検出方法。
3. 請求項２に記載の構造物用線状部材の張力検出方法において、
   上記変動周波数分布検出工程では、上記光ファイバ式ひずみセンサのうちの２つによる測定値の差分に基づいて、線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出することを特徴とする構造物用線状部材の張力検出方法。
4. 請求項１に記載の構造物用線状部材の張力検出方法において、
   上記光ファイバ式ひずみセンサが、上記線状部材に予め内蔵されていることを特徴とする構造物用線状部材の張力検出方法。
5. 請求項１に記載の構造物用線状部材の張力検出方法において、
   上記光ファイバ式ひずみセンサが、上記線状部材のひずみを増幅する治具を介して、上記線状部材の表面に後付けされたものであることを特徴とする構造物用線状部材の張力検出方法。
6. 請求項１に記載の構造物用線状部材の張力検出方法において、
   上記光ファイバ式ひずみセンサが、上記線状部材の表面に粘着テープで後付けされたものであることを特徴とする構造物用線状部材の張力検出方法。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の構造物用線状部材の張力検出方法において、
   上記光ファイバ式ひずみセンサが、ＦＢＧセンサであることを特徴とする構造物用線状部材の張力検出方法。
8. 張力を受け持つために構造物に使用される線状部材であって、
   張力を伝達する芯材と、
   上記芯材の表面の近傍に両端が固定された保護容器と、
   上記保護容器内に収容され、上記保護容器の両端の固定部分の近傍で、ひずみの検出部を挟んだ両側部分が上記保護容器に各々固定され、この線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出するＦＢＧセンサと、
   上記芯材と、上記ＦＢＧセンサが収容された保護容器とを被覆する保護材と
   を備えることを特徴とする構造物用線状部材。
9. 張力を受け持つために構造物に使用される線状部材であって、
   張力を伝達する芯材と、
   上記芯材の表面の近傍に両端が固定された固定部と、これらの固定部の間に設けられ、長手方向に伸縮可能に形成された伸縮部とを有する保護容器と、
   上記保護容器内に収容され、上記保護容器の両端の固定部分よりも内側の位置で、ひずみの検出部を挟んだ両側部分が上記保護容器に固定され、この線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出するＦＢＧセンサと、
   上記芯材と、上記ＦＢＧセンサが収容された保護容器を被覆する保護材と
   を備えることを特徴とする構造物用線状部材。
10. 張力を受け持つために構造物に使用される線状部材であって、
    張力を伝達する芯材と、
    上記芯材の表面部分に粘着テープで張り付けられ、軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出するＦＢＧセンサと、
    上記芯材と、上記ＦＢＧセンサを張り付けた粘着テープを被覆する保護材と
    を備えることを特徴とする構造物用線状部材。
11. 請求項８乃至１０のいずれかに記載の構造物用線状部材において、
    端部の近傍に、上記ＦＢＧセンサに接続するためのコネクタが設けられていることを特徴とする構造物用線状部材。
12. 張力が作用している構造物用の線状部材に、この線状部材の軸直角方向の振動に起因するひずみの変動を検出するＦＢＧセンサを設置するためのセンサ設置治具であって、
    上記線状部材の表面に、この線状部材の軸方向に所定間隔をおいて固定される２つの固定部材と、
    基端が上記２つの固定部材に各々固定され、上記線状部材と平行に延在すると共に、先端が互いに接近する方向に延びる２つの延在部材と、
    上記２つの延在部材の先端に各々設けられ、ＦＢＧセンサのひずみ検出部の両側を固定する２つのセンサ固定体と
    を備えることを特徴とする構造物用線状部材用センサ設置治具。