JPH0823537B2 - 構造物に過去に掛かった負荷の検出方法及びそれに用いる負荷検出センサ - Google Patents

構造物に過去に掛かった負荷の検出方法及びそれに用いる負荷検出センサ

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JPH0823537B2
JPH0823537B2 JP13897793A JP13897793A JPH0823537B2 JP H0823537 B2 JPH0823537 B2 JP H0823537B2 JP 13897793 A JP13897793 A JP 13897793A JP 13897793 A JP13897793 A JP 13897793A JP H0823537 B2 JPH0823537 B2 JP H0823537B2
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博明 柳田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば建物、橋梁、膜
構造物のような地上構造物や航空機や船舶のような非地
上構造物、さらに各種の器具や機器等の各種構造物にお
ける構造材や膜材等に掛かった負荷、特に過去に掛かっ
た負荷の程度を非破壊的に検出する方法及びそれに用い
る負荷検出センサに関する。
【0002】
【従来の技術】非破壊検査については従来より各種の方
法が知られている。例えば、特願平3−205303号
や日本セラミックス協会学術論文誌(Journal of Ceram
ic Society of Japan )第100巻12月号の第142
9〜1434頁に開示される方法もその一つである。こ
の非破壊検査法は、炭素繊維の限界伸び率特性と導電特
性を巧みに利用した方法で、ガラス繊維束をコンクリー
ト筋とするコンクリート材のガラス繊維束に炭素繊維を
加え、この炭素繊維の破壊状態から当該CFGFRPコ
ンクリート材に掛かった過去の荷重の程度のデータを
得、このデータからCFGFRPコンクリート材の破壊
可能性を予知するようにしたものである。
【0003】即ち、CFGFRPコンクリート材に一定
以上の荷重が掛かってガラス繊維束と炭素繊維に伸びが
生じるとガラス繊維より小さな限界伸び率特性を持つ炭
素繊維が先ず破断する。そしてこの破断により炭素繊維
の電気抵抗が不可逆的に急増する。従って、CFGFR
Pコンクリート材の炭素繊維における電気抵抗をモニタ
ーすることにより、少なくとも炭素繊維の破断を招くだ
けの荷重が過去に掛かったことを知ることができる、と
いう原理に基づくもので、言わばコンクリートの破壊を
自己診断する方法である。
【0004】この非破壊検査法は、極めて簡便でありし
かも安価であるという大きな利点を持っている。しか
し、この方法ではセンサー用の炭素繊維を構造物に直接
的に組み込む必要があるので、そのような構造を可能と
する構造物にしか適用できないという短所がある。ま
た、過去に掛かった荷重の程度をある程度定量的に検出
することも可能であるが、そのためには一定の条件が必
要とされる。つまり、コンクリート材のように曲げ荷重
による材料の伸び量の3次元方向での比例的分布を十分
に差別的に炭素繊維に作用させることができるような構
造物であれば、この伸び量の3次元方向での比例的分布
に応じて過去に掛かった荷重の定量的検出を行えるが、
このような構造を許容できない構造物の場合には荷重の
定量的検出を行えない。即ち、この方法は、汎用性に乏
しく、各種の構造物について汎用的に定量的な既負荷荷
重の検出を行うには未だ不十分である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このような事情を背景
になされたのが本発明で、上記破壊自己診断用非破壊検
査法の原理をさらに発展的に応用することにより、構造
材等に加わった過去の負荷の定量的検出を各種の構造物
について汎用的に行える検出方法及びそれに用いる負荷
検出センサの提供を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明による検出方法
は、検出対象材と同一条件の負荷が掛かった状態で検出
対象材よりも先に破壊を生じるような破壊特性を有し且
つ導電性を有するセンシング素子を検出対象材に生じる
歪みと比例的な歪みが生じるように検出対象材に組み合
わせ、このセンシング素子に生じた破壊による電気抵抗
の変化により検出対象材の劣化度を検出するようにして
なるもので、破壊特性がそれぞれ異なる複数のセンシン
グ素子を並列的に用いるようにしている。
【0007】このように破壊特性がそれぞれ異なる複数
のセンシング素子を並列的に用いることにより、検出対
象材に生じた過去の歪みの定量的な検出が可能になる。
即ち、例えばそれぞれの限界伸び率がM1 、M2 、M3
……Mn (Mn <Mn+1 )であるセンシング素子S1
2 、S3 ……を用いるとすると、各センシング素子S
1 、S2 、S3 ……はそれぞれの限界伸び率を超える伸
びを生じたときに破断し、不可逆的な電気抵抗の変化を
生じることになる。
【0008】従って、センシング素子について電気抵抗
をモニタした際に、例えばセンシング素子S1 について
のみその電気抵抗が所定値を上回っていたとするとセン
シング素子S1 の限界伸び率M1 とセンシング素子S2
の限界伸び率M2 の間に納まる範囲の伸びが過去におい
て検出対象材に生じたことを知ることができ、また一般
的にはセンシング素子S1 〜Sn についてそれぞれの電
気抵抗が所定値を上回っていたとするとセンシング素子
n の限界伸び率Mn とセンシング素子Sn+1の限界伸
び率Mn+1 の間に納まる範囲の伸びが過去において検出
対象材に生じたことを知ることができる。従って各セン
シング素子の限界伸び率の差分の程度に応じた精度で過
去の歪みの程度、特に最大歪みの程度について定量的な
データを得ることができる。そして、このようにして得
られるデータは、例えば当該データと当該検出対象材の
劣化程度との相関関係について予め集積してあるデータ
から構造物の劣化程度を定量的に知るのに用いることが
できる。
【0009】この説明例のように検出対象材に生じる伸
び歪みの程度を検出するためのセンシング素子は繊維状
に形成するのが好ましい。その素材としては、約1%と
いう小さな限界伸び率を持ちしかも高い電気伝導性を有
する炭素繊維が特に好ましいものの一例として挙げられ
るが、この他にも例えば必要な破壊特性を持つ非導電性
の繊維材に導電材をコーティングした素材を用いること
などもできる。
【0010】また、本方法は上記のように各センシング
素子の限界伸び率(破壊特性)の差分を小さくできれば
できるほど定量精度を向上させることができるが、この
ように限界伸び率の差分を小さく設定するには、同一の
スパンに異なる長さの繊維状センシング素子を配列する
構成とするのが簡便であり自由度も高くすることができ
る。即ち、同一のスパン中に異なる長さのセンシング素
子をそれぞれの長さに応じた弛みを持たせて配列し、こ
の各センシング素子の弛みの程度に応じて限界伸び率に
差分を与えるもので、任意の差分を自由自在に設定可能
となる。
【0011】本発明による検出方法は、上記の説明例の
ように検出対象材に生じる伸び歪みの他に、例えば検出
対象材に生じた過去の繰返し的曲折負荷の程度なども検
出可能であり、この場合には繰返し的曲折負荷による破
壊特性に基づいてセンシング素子を形成することにな
る。
【0012】上記のような検出方法に用いる負荷検出セ
ンサは、例えば合成樹脂のような電気絶縁性の材料を用
いて平板状に形成した基材にそれぞれ破壊特性が異なる
所定数のセンシング素子を並列的に接着したり埋め込む
ことにより固着させた構造とすることができる。この負
荷検出センサは基材を介して検出対象材に固着させて用
いられるもので、これを固着させる余裕のある構造物で
あれば如何なる構造物にも適用可能で極めて高い汎用性
を実現できる。また、この負荷検出センサは、構造物の
試作設計段階において試作構造物に固着させて用い、試
作段階で実際に掛かる荷重を定量的に把握することによ
り、より合理的な設計を進めるためにも用いることがで
きる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。この実施
例は図1及び図2に示すような負荷検出センサ1を用い
て膜構造物における膜材に過去に掛かった負荷を検出す
ることによりその劣化度を把握するようにした例であ
る。
【0014】負荷検出センサ1は、テープ状に形成した
透明樹脂製の基材2に炭素繊維を用いたセンシング素子
1 、S2 、S3 、S4 を並列に埋め込むと共に、各セ
ンシング素子S1 、S2 、S3 、S4 の両端を共通の導
電端子3a、3bで接続して形成されている。各センシ
ング素子S1 、S2 、S3 、S4 は、端から順番に一定
の差分で順次長くなる長さにされ両導電端子3a、3b
により規制されるスパンLと同じ長さのセンシング素子
1 の他はそれぞれの長さに応じた弛みが与えられてい
る。
【0015】この負荷検出センサ1は、図3に示すよう
にして膜構造物の膜材Mに接着させて使用される。この
膜材Mへの接着は膜材Mの矢示Xの如き伸び縮みに連動
して基材2と共に各センシング素子S1 、S2 、S3
4 が伸び縮みするように強力な接着材でなされる。
【0016】この結果、一定以上の伸びが膜材Mに生じ
るとそれに応じて各センシング素子S1 、S2 、S3
4 は順次破断を生じる。従って、必要な点検時期に両
導電端子3a、3b間の電気抵抗を測定すれば、センシ
ング素子S1 、S2 、S3 、S4 の破壊の程度、つまり
端から何本目までが破断したかに応じた電気抵抗値が得
られ、この電気抵抗値から膜材Mの劣化程度を定量的に
知ることができる。
【0017】図4に示すのは他の例による負荷検出セン
サで、この負荷検出センサ10は、基本的には上記実施
例の負荷検出センサ1と同じであるが、全体の長さを長
くして中間部位にも導電端子3c、3d、を設けた点で
異なっている。この負荷検出センサ10によると、導電
端子3a〜3d中の何れを電気抵抗の測定対象とするか
により検出対象材における異なる範囲や部位について劣
化度を検出することができる。
【0018】以上の実施例は膜構造物における膜材の劣
化度を検出する例であったが、一般の建築物や橋梁のよ
うな地上構造物、あるいは航空機や船舶のような非地上
構造物、さらには各種の器具や機器等の各種構造物にも
同様にして本発明を適用できることは当業者にとって容
易に理解可能である。また、本実施例のような負荷検出
センサの形態に限らず、可能な場合には必要に応じて各
センシング素子を検出対象材に直接的に組み込むような
形態で本発明を実施可能であることも当業者にとって容
易に理解可能である。
【0019】
【発明の効果】本発明による検出方法及び負荷検出セン
サは、以上説明したように、過去に生じた負荷の程度を
汎用的に各種の構造物について定量的に検出可能とする
ので、このデータに基づいて構造物の突然の破壊による
不測の事故を未然に防止したり、構造物の改修や建て替
えについての必要な時期を正確に決めたりする保守管理
の質的向上に大きく寄与できるし、また構造物の試作設
計段階において実際に掛かる荷重を定量的に把握するこ
とにより、構造物のより合理的な設計を進めるについて
も大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例による負荷検出センサの平面
図。
【図2】図1の矢示SA2 −SA2 線に沿う断面図。
【図3】図1の負荷検出センサを膜構造物の膜材に用い
た状態を示す側面図。
【図4】本発明の他の実施例による負荷検出センサの平
面図。
【符号の説明】
1 負荷検出センサ 2 基材 S1〜S4 センシング素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−501470(JP,A) 特開 平7−72023(JP,A)

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造物における検出対象材と同一条件の
    負荷が掛かった状態で検出対象材よりも先に破壊を生じ
    るような破壊特性を有し且つ導電性を有するセンシング
    素子を検出対象材に生じる歪みと比例的な歪みが生じる
    ように検出対象材に組み合わせ、このセンシング素子に
    生じた破壊による電気抵抗の変化に基づいて検出対象材
    に過去に掛かった負荷を検出する検出方法であって、破
    壊特性が互いに異なる複数のセンシング素子を並列的に
    用いるようにしたことを特徴とする検出方法。
  2. 【請求項2】 繊維状に形成したセンシング素子を用い
    るようにした請求項1に記載の検出方法。
  3. 【請求項3】 同一のスパンに異なる長さの繊維状セン
    シング素子をそれぞれの長さに応じた弛みを与えて配列
    することにより各繊維状センシング素子に異なる限界伸
    び率を与えるようにした請求項2に記載の検出方法。
  4. 【請求項4】 炭素繊維で形成した繊維状センシング素
    子を用いる請求項2又は請求項3の何れかに記載の検出
    方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜請求項4の何れかに記載の検
    出方法に用いる負荷検出センサであって、電気絶縁性の
    基材にそれぞれ破壊特性が異なる所定数のセンシング素
    子を並列的に固着してなることを特徴とする負荷検出セ
    ンサ。
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JP4957089B2 (ja) 2006-06-13 2012-06-20 富士ゼロックス株式会社 センサ
KR102053827B1 (ko) * 2017-12-08 2019-12-09 울산과학기술원 복합재를 이용한 구조물의 파손 진단장치 및 이에 의한 구조물 파손 진단방법

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