コンクリート応力計
【課題】小型且つ簡易な構成で、信頼性の高い応力測定を精度よく行なうことができるコンクリート応力計を提供する。
【解決手段】コンクリートの内部に埋設されてコンクリート内部に発生する応力に応じた圧力を受ける板状の受圧部２を備えており、受圧部２には、受圧部２に作用する圧力を検知するセンサ素子６として、圧力により抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子が内蔵されている。
【解決手段】コンクリートの内部に埋設されてコンクリート内部に発生する応力に応じた圧力を受ける板状の受圧部２を備えており、受圧部２には、受圧部２に作用する圧力を検知するセンサ素子６として、圧力により抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子が内蔵されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレストレスト・コンクリート（ＰＣ）等のコンクリートの内部に発生する応力を計測するためのコンクリート応力計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ等のコンクリートの内部に発生する応力を計測する応力計としては、従来、例えば特許文献１、２に見られるものが知られている。
【０００３】
特許文献１の応力計は、表裏面に低摩擦性シートを貼り付けた低剛性の筒状ケース体の一端部にロードセルを装着した構造のものであり、測定対象のコンクリートと同質、同材齢のコンクリートをケース体に充填した後に、測定対象のコンクリートに埋設され、この状態で、ロードセルにより応力を計測する。
【０００４】
また、特許文献２の応力計は、両端の受圧部の間に、ひずみゲージを貼り付けた起歪体を備えた構造のものであり、測定対象のコンクリートに埋設した状態で受圧部に作用する応力を、起歪体及びひずみゲージを介して電気量に変換して測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８５５５０号公報
【特許文献２】特開２００９−６３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に見られるものでは、測定対象のコンクリートの打設直前に、そのコンクリートと同質、同材齢のコンクリートをケース体に充填する必要があるが、その充填したコンクリートの状態は、充填作業や締め固めの仕方等に左右されやすい。このため、ケース体の内部のコンクリートの状態が、ケース体の周囲に配置される測定対象のコンクリートの状態に対してばらつきを生じやすく、ひいては、測定対象のコンクリートの応力の測定結果の信頼性を十分に確保することが困難である。
【０００７】
また、応力計のケース体へのコンクリートの充填及び応力計の設置を、測定対象のコンクリートの打設直前の短い期間内で行なう必要があるため、それらの作業を熟練者であっても適切に行うことが困難である。
【０００８】
さらに、ロードセルよりも長いケース体を有するため、応力計の小型化が困難であると共に、製造コストも高くなるという不都合がある。
【０００９】
また、前記特許文献２に見られるものでは、起歪体やこれを搭載する構造が必要となるため、応力計の小型化が困難であると共に、必要な部品点数も多くなって、製造コストが高くなるという不都合がある。
【００１０】
さらに、起歪体を有するために、受圧部の幅に対する応力計の厚さの比率が比較的大きなものとならざるを得ない。このため、応力計を埋設する測定対象のコンクリートの水和が進行して、該コンクリートの弾性係数が増加すると、応力の測定精度が低下しやすいという不都合がある。
【００１１】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型且つ簡易な構成で、信頼性の高い応力測定を精度よく行なうことができるコンクリート応力計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のコンクリート応力計は、かかる目的を達成するために、コンクリートの内部に発生する応力を計測するためのコンクリート応力計であって、コンクリートの内部に埋設されて該コンクリート内部に発生する応力に応じた圧力を受ける板状の受圧部を備えており、該受圧部には、該受圧部に作用する圧力を検知するセンサ素子として、該圧力により抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は該圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子が内蔵されていることを特徴とする（第１発明）。
【００１３】
かかる第１発明によれば、受圧部に作用する圧力を検知するために該受圧部に内蔵された前記センサ素子を、該圧力に応じて抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は該圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子としたので、受圧部を薄い板状に形成することができる。
【００１４】
このため、受圧部を、コンクリートの内部で発生する応力やその分布を極力乱さないように該コンクリートの内部に配置することができるとと共に、受圧部の周辺でコンクリートに作用する圧力（コンクリートの応力状態に応じた圧力）に高い精度で近似する圧力を受圧部に作用させることができる。
【００１５】
このため、センサ素子を介して検知される圧力に基づいて、受圧部の周辺のコンクリートで発生する応力を高い信頼性で精度よく計測できることとなる。
【００１６】
また、受圧部は、その厚み方向の両端面に作用する圧力が前記センサ素子に伝わるように構成されていればよいので、受圧部を小型で簡易な構成とすることができる。
【００１７】
よって、第１発明によれば、小型且つ簡易な構成で、信頼性の高い応力測定を精度よく行なうことができるコンクリート応力計を提供できる。
【００１８】
なお、前記抵抗素子としては、例えばマンガニン（登録商標）やイッテリビウム等により構成された抵抗素子を採用することできる。また、前記圧電素子としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛により構成された圧電素子を採用することができる。
【００１９】
上記第１発明では、前記受圧部は、例えば、その厚み方向の両端の受圧面を形成する一対の板状のベース部材の間に前記薄膜状の抵抗素子又は圧電素子を挟みこんだ構造のものとされる。この場合、該一対のベース部材のそれぞれは、前記コンクリートの線膨張係数に一致する線膨張係数を有する材質により構成されていることが好ましい（第２発明）。
【００２０】
なお、この第２発明において、前記コンクリートの線膨張係数に一致する線膨張係数というのは、該コンクリートの線膨張係数と厳密に一致する線膨張係数でよいことはもちろんであるが、該コンリートの線膨張係数に近似的に一致する線膨張係数（該コンクリートの線膨張係数との差が十分に小さい線膨張係数）であってもよい。
【００２１】
かかる第２発明によれば、コンクリートとベース部材との線膨張係数の差に起因する温度応力（温度変化に応じて発生する応力）による圧力が受圧部のベース部材に作用するのが防止される。このため、前記センサ素子が検知する圧力に当該温度応力が影響を及ぼすのを排除することができる。ひいては、コンクリートそのものに発生する応力状態に対応する圧力を、センサ素子を介して検知することができ、該コンクリートの応力計測の精度をより一層高めることができる。
【００２２】
なお、上記ベース部材の材質としては、例えば鉄系材料が好適である。
【００２３】
また、上記第１発明又は第２発明では、前記受圧部の外周面は、前記コンクリートに対する該受圧部の外周面の拘束を絶縁するための縁切り部材により被覆されていることが好ましい（第３発明）。
【００２４】
この第３発明によれば、受圧部の外周面がこれに接触するコンクリートの拘束を受けないこととなるので、受圧部の周辺のコンクリートの応力状態に応じた圧力を受圧部の厚み方向の両端面に適切に作用させることができる。
【００２５】
また、上記第１〜第３発明では、前記受圧部は、円板形状であり、その直径Ｄに対する厚さＬの比率Ｌ／Ｄが、１／１０以下の比率に設定されていることが好ましい（第４発明）。
【００２６】
この第４発明によれば、前記コンクリートの内部に発生する応力やその分布を前記受圧部によって乱さないようにすることを好適に実現することができ、コンクリートそのものの応力状態に応じた圧力に精度よく一致する圧力を前記受圧部に作用させることができる。従って、受圧部が検知する圧力に基づいて、コンクリートの応力を高い信頼性で精度よく測定することができる。
【００２７】
さらに、この第４発明では、前記センサ素子は、円形状であり、前記受圧部の直径Ｄに対する前記センサ素子の直径Ｂの比率Ｂ／Ｄは、０．４〜０．６の範囲内の比率に設定されていることが好適である（第５発明）。
【００２８】
この第５発明によれば、受圧部の周辺のコンクリートの平均的な圧力（コンクリートの応力状態に応じた圧力）に精度よく一致する圧力を前記センサ素子に作用させることができる。その結果、受圧部の周辺の平均的な応力を高い信頼性で適切に測定することができる。
【００２９】
補足すると、以上説明した第１〜第３発明において、前記センサ素子を前記抵抗素子とした場合には、該抵抗素子の抵抗値の変化を電圧信号に変換するために、例えばホイートストンブリッジ回路を用いることができる。この場合、前記センサ素子を含むホイートストンブリッジ回路を構成するための抵抗回路を収容した胴体部をさらに備え、この胴体部を前記受圧部から離隔させるように該受圧部にパイプを介して連結すると共に、前記センサ素子と前記抵抗回路とを接続する接続線を該パイプに挿通するようにすることが好ましい。
【００３０】
このようにすることで、受圧部の周辺のコンクリートの応力状態が胴体部により乱されないよう該胴体部を受圧部から離隔させた状態で、該胴体部を受圧部と共に測定対象のコンクリートに埋設することができる。
【００３１】
なお、この場合、前記抵抗回路には、前記センサ素子の温度変化に応じた抵抗値の変化の影響を補償する（該温度変化に応じた抵抗値の変化が、前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧に影響を及ぼさないようにする）ための温度補償用抵抗体を備えておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態におけるコンクリート応力計の平面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は実施形態のコンクリート応力計の測定精度に関する説明図。
【図４】実施形態のコンクリート応力計の測定精度の特性を示すグラフ。
【図５】実施形態のコンクリート応力計の測定精度に関する説明図。
【図６】実施形態のコンクリート応力計の測定精度の特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。
【００３４】
図１及び図２に示すように、本実施形態のコンクリート応力計１（以下、単に応力計１という）は、受圧部２と、この受圧部２に細菅状のパイプ３を介して連結された胴体部４とを備える。これらの受圧部２及び胴体部４は、ＰＣ（プレストレスト・コンクリート）等のコンクリートの内部に発生する応力を計測する際に、該コンクリートの内部に埋設される部材である。
【００３５】
受圧部２は、測定対象のコンクリートの内部で発生する応力に応じた圧力を検知する機能部であり、その外観形状が円板形状とされている。この受圧部２は、図２に示すように、受圧部２の厚み方向の両端に、受圧面を形成する部材として配置された一対の円板状のベース部材５ａ，５ｂと、これらのベース部材５ａ，５ｂの間で受圧部２に内蔵されたセンサ素子６とを備える。
【００３６】
ベース部材５ａ，５ｂは、いずれも、測定対象のコンクリートと同一もしくはほぼ同一の線膨張係数を有する高剛性の材質で円板形状に形成された部材である。本実施形態では、ベース部材５ａ，５ｂの材質は、鉄系材料である。
【００３７】
センサ素子６は、本実施形態では、圧力に応じて抵抗値が変化する金属材料、例えばマンガニン（登録商標）により構成された抵抗素子である。このセンサ素子６は、エッチング加工により円形の薄膜状に形成されており、ベース部材５ａ，５ｂの間に挟み込まれるようにして、これらのベース部材５ａ，５ｂに固着されている。これにより、ベース部材５ａ，５ｂに作用する圧力が、該ベース部材５ａ，５ｂを介してセンサ素子６に付与されるようになっている。
【００３８】
この場合、センサ素子６の面積はベース部材５ａ，５ｂの面積よりも小さく、ベース部材５ａ，５ｂは、センサ素子６の周囲で間隙を存して対向するように設けられている。そして、その間隙には、センサ素子６を水分等から保護するための防水コーティング剤７が充填されている。
【００３９】
また、ベース部材５ａ，５ｂ及び防水コーティング剤７により形成される受圧部２の外周面は、該外周面が測定対象のコンクリートによって拘束されないようにするために、縁切り材８により被覆されている。この縁切り材８としては、例えばシリコンが用いられている。
【００４０】
本実施形態では、以上の構成の受圧部２の直径（＝ベース部材５ａ，５ｂの直径）に対する該受圧部２の厚さの比率（以下、アスペクト比という）は、十分に小さいものとされている。具体的には、例えば受圧部２の直径は３０ｍｍ、受圧部２の厚さは３ｍｍ以下とされている。従って、アスペクト比は、１／１０以下とされている。
【００４１】
また、本実施形態では、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率は、例えば０．４〜０．６の範囲内の比率（具体的には、例えば０．４７）に設定されている。
【００４２】
前記胴体部４は、センサ素子６が検知する圧力に応じた電気信号を生成するための回路要素を内蔵する部分である。本実施形態では、胴体部４には、センサ素子６と併せてホイートストンブリッジ回路を構成するための複数の抵抗体から成る抵抗回路９が内蔵されている。その抵抗回路９には、温度変化に起因するセンサ素子６の抵抗値の変化の影響を補償するための温度補償用抵抗体（図示省略）が含まれる。
【００４３】
この温度補償用抵抗体は、センサ素子６と同じ材質（本実施形態ではマンガニン（登録商標））の抵抗体であり、該センサ素子６と同様に薄膜状に形成されている。そして、温度補償用抵抗体は、胴体部４の周辺のコンクリートの応力が温度補償用抵抗体に伝わらないように胴体部４内に配置されている。
【００４４】
また、胴体部４には、上記ホイートストンブリッジ回路に外部から電源電圧を供給する電源線や該ホイートストンブリッジ回路の出力電圧を外部に出力する信号線により構成されたケーブル１０が接続されている。
【００４５】
受圧部２と胴体部４とを連結するパイプ３は、受圧部２の周辺のコンクリートの弾性応力及びその分布が胴体部４によって乱されないように、該胴体部４を受圧部２から離隔させる機能を有する部材であり、その一端部がベース部材５ａ，５ｂの間の前記間隙に挿着され、他端部が胴体部４に挿着されている。
【００４６】
そして、このパイプ３には、センサ素子６からあらかじめ導出された接続線１１が挿通されている。該接続線１１は、パイプ３の内部を通って胴体部４内に導入され、前記抵抗回路９に電気的に接続されている。これにより該抵抗回路９とセンサ素子６とによってホイートストンブリッジ回路が構成されるようになっている。
【００４７】
なお、パイプ３は、本実施形態の例では、受圧部２の直径方向に直線状に延在するものとされているが、屈曲又は湾曲された形状であってもよい。
【００４８】
以上が、本実施形態の応力計１の構成である。
【００４９】
ここで、本実施形態の応力計１の受圧部２の前記アスペクト比や、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率と、測定精度との関係について以下に説明しておく。
【００５０】
まず、受圧部２のアスペクト比に関し、測定対象のコンクリートの応力測定のために、図３（ａ），（ｂ）に示すように受圧部２を測定対象のコンクリートの内部に埋設した状況を想定する。図３（ａ）はコンクリートに圧力が作用していない状態（圧力Ｐがゼロである状態）を示しており、図３（ｂ）はコンクリートに圧力ＰがＰ0である等分布荷重が受圧部２の厚み方向（図では上下方向）に作用した状態を示している。
【００５１】
ここで、図３（ａ）に示すように、受圧部２の直径をＤとし、圧力が作用していない状態（圧力Ｐがゼロの状態）での受圧部２の厚さをＬとする。この場合、受圧部２の前記アスペクト比はＬ／Ｄである。また、測定対象のコンクリートの弾性係数をＥc、ポアソン比をνc、受圧部２の全体の弾性係数をＥsとする。
【００５２】
なお、図３（ａ），（ｂ）において、Ｍ層は、受圧部２が配置されているコンクリート層を示し、Ｃ層は、Ｍ層の上下のコンクリート層を示している。
【００５３】
そして、コンクリートに等分布荷重が作用した状態において、図３（ｂ）に示すように、Ｍ層のコンクリートにＰ0の圧力が作用し、これによってＭ層のコンクリートの厚さがＬからΔＳmだけ縮むものとする。さらに、このとき、受圧部２には、Ｍ層のコンクリートと異なる平均圧力（Ｐ0＋Ｐe）が受圧部２の厚み方向に作用し、これによって、受圧部２の厚さが、ＬからΔＳsだけ縮むものとする。なお、Ｐeは、受圧部２が受ける圧力の、コンクリートに作用する圧力Ｐ0（本来の検出対象たる圧力）に対する誤差分に相当するものである。
【００５４】
この図３（ｂ）の状態で、受圧部２の厚み方向の各端面（上端面及び下端面）は、Ｃ層のコンクリートにＳcだけめり込むものとすると、ΔＳm、ΔＳs、Ｓcの関係は、次式（１）により表される。
【００５５】
ΔＳm−ΔＳs＝２・Ｓc ……（１）
また、ΔＳm、ΔＳsは、それぞれ、次式（２）、（３）により求められる。
【００５６】
ΔＳm＝（Ｐ0／Ｅc）・Ｌ ……（２）
ΔＳs＝((Ｐ0＋Ｐe)／Ｅs)・Ｌ ……（３）
また、Ｓcは、高剛性の円板としての受圧部２がＰeの圧力によって、弾性体としてのＣ層のコンクリートにめり込むことによって生じるものと考えることができる。この場合、Ｓcは、次式（４）により求められる。
【００５７】
Ｓc＝((π・(１−νc2)・Ｄ)／(４・Ｅc))・Ｐe ……（４）
上記式（２）〜（４）を式（１）に代入して整理すると、次式（５）が得られる。
【００５８】
【数１】
この式（５）により、Ｐe／Ｐ0と、Ｅs／Ｅcとの間の関係は、図４のグラフにより示される。なお、図４は、Ｄ／Ｌの値、すなわち、受圧部２のアスペクト比の逆数値が、１、５、１０、１００である場合のＰe／Ｐ0と、Ｅs／Ｅcとの間の関係を示すグラフを代表的に例示している。
【００５９】
図４に見られるように、Ｄ／Ｌの値が大きいほど（受圧部２のアスペクト比が小さいほど）、Ｐe／Ｐ0がゼロに近い値となること、すなわち、受圧部２に作用する圧力（Ｐ0＋Ｐe）が、受圧部２の周囲のコンクリートに作用する圧力Ｐ0により一致する圧力になることが判る。特に、Ｅs／Ｅcが１よりも大きい場合には、Ｄ／Ｌの値が大きいと、Ｐe／Ｐ0の値は、コンクリートの弾性係数Ｅcが変化しても、ゼロに近い値でほぼ一定に保たれることが判る。
【００６０】
ここで、コンクリートの若材齢時には、該コンクリートの弾性係数Ｅcは十分に小さいので、Ｅs／Ｅcは、１よりも十分に大きな値となる。また、コンクリートが十分に硬化しても、その弾性係数Ｅcは、鉄系材料の弾性係数を超えることはない。従って、ベース部材５ａ，５ｂを鉄系材料により構成した本実施形態の受圧部２では、Ｅs／Ｅcは、コンクリートの材齢によらずに、１以上の値に保たれる。
【００６１】
このため、受圧部２のアスペクト比を十分に小さくしておくことによって、測定対象のコンクリートの材齢によらずに、Ｐe／Ｐ0の値をゼロに近いほぼ一定の値に保つことができることとなる。ひいては、受圧部２に作用する圧力が、該受圧部２の周辺のコンクリートに作用する圧力Ｐ0と同等の圧力になるようにすることができることとなる。
【００６２】
そこで、本実施形態では、受圧部２のアスペクト比を、前記した如く１／１０以下になるように設定した。この場合、図４のグラフによれば、Ｐe／Ｐ0の値を、概略６％以下に収めることができることとなる。
【００６３】
次に、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率に関し、図５に示すように受圧部２の半径をＲ（＝Ｄ／２）とし、この受圧部２の表面（図５の上面）に圧力Ｐeの等分布荷重を受ける状態を想定する。圧力Ｐeは、前記した通り、受圧部２が受ける圧力の、コンクリートに作用する圧力Ｐ0（本来の検出対象たる圧力）に対する誤差分に相当するものである。
【００６４】
このとき、受圧部２が剛体であるとすると、受圧部２の底面の反力ｑ（詳しくは、受圧部２の中心軸からｒの距離の円周上での反力ｑ）の強度は、次式（６）により表される。
【００６５】
【数２】
そして、受圧部２の底面のうち、受圧部２の中心軸からＲ1の距離までの範囲内の領域（半径Ｒ1の円内の領域）における上記反力ｑの合力Ｐ1は、次式（７）により与えられる。
【００６６】
【数３】
従って、受圧部２の中心軸からＲ1の距離までの範囲内の領域の平均圧力Ｐmは、次式（８）により与えられる。さらに、Ｐeに対するＰmの比率Ｐm／Ｐe（以降、これをＭとおく）は、次式（９）により与えられる。
【００６７】
【数４】
従って、受圧部２の受感部たるセンサ素子６の直径をＢとすれば、この直径Ｂのセンサ素子６には、受圧部２に作用する誤差分の圧力Ｐeに対して、式（８）により与えられるＰmの平均圧力、すなわち、ＰeのＭ倍（Ｍ≦１）の平均圧力が作用することとなる。このため、センサ素子６が検知する圧力Ｐ0＋ＰmのＰ0に対する誤差分Ｐmは、Ｐeよりも小さくなる。
【００６８】
また、上記比率Ｍ（≡Ｐm／Ｐe）と、受圧部２の直径Ｄに対するセンサ素子２の直径Ｂの比率（＝Ｂ／Ｄ）との間の関係は、前記式（９）によって、図６のグラフで示すような関係になる。
【００６９】
図示の如く、Ｂ／Ｄが小さいほど、受圧部２のセンサ素子６が検知する圧力の誤差分Ｐmは小さくなる。従って、誤差分Ｐｍを極力小さくする上では、Ｂ／Ｄが小さいことが好ましいと考えられる。ただし、Ｂ／Ｄが小さ過ぎると、センサ素子６は、局所的な圧力だけを検知することとなるため、受圧部２の周辺のコンクリートの平均的な応力状態を観測する上では、Ｂ／Ｄは大きい方が好ましい。
【００７０】
そして、図６のグラフに見られる如く、Ｂ／Ｄがほぼ０．６以下であれば、比率Ｍがほぼ一定に保たれる。
【００７１】
これらのことから、Ｂ／Ｄは、０．４〜０．６程度の範囲内に設定しておくことが望ましいと考えられる。そこで、本実施形態では、前記した如く、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率、すなわち、Ｂ／Ｄを前記した如く０．４〜０．６の範囲内に設定した。
【００７２】
以上説明した応力計１によって、測定対象のコンクリートの応力を測定する場合には、応力計１の受圧部２及び胴体部４が測定対象のコンクリートの打設予定箇所に事前に設置され、その状態で、該打設予定箇所にコンクリートを打設することで、応力計１の受圧部２及び胴体部４が測定対象のコンクリートの内部に埋設される。
【００７３】
この場合、胴体部４は、受圧部２の配置箇所の周辺のコンクリートの弾性応力及びその分布を乱すことがないような位置で、且つ、受圧部２の配置箇所とほぼ同一の温度環境となるような位置としてあらかじめ選定された位置に設置される。
【００７４】
そして、上記のようにコンクリートの内部に受圧部２等を埋設した状態で、前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧により、受圧部２に作用する圧力が計測され、その圧力に基づいて測定対象のコンクリートの内部で発生した応力が観測される。
【００７５】
この場合、本実施形態の応力計１によれば、受圧部２の厚み方向の両端のベース部材５ａ，５ｂが測定対象のコンクリートとほぼ同一の線膨張係数を有するため、ベース部材５ａ，５ｂとコンクリートとの線膨張係数の差に起因する温度応力による圧力がベース部材５ａ，５ｂに作用するのが防止される。これにより、当該温度応力の影響が排除される。
【００７６】
また、受圧部２の外周面は、縁切り材８により被覆されているので、該外周面が測定対象のコンクリートから拘束されることがない。このため、該コンクリートで発生する応力状態に対応する圧力をベース部材５ａ，５ｂに適切に作用させることができる。
【００７７】
そして、受圧部２の前記アスペクト比や、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率が前記した如く設定されているので、受圧部２の周辺の応力やその分布を乱さないようにしつつ、コンクリートの材齢によらずに、受圧部２の周辺のコンクリートに作用する圧力（コンクリートそのものの応力状態に対応する圧力）に高い精度で一致する圧力を、受圧部２のセンサ素子６にベース部材５ａ，５ｂを介して作用させることができる。
【００７８】
この結果、本実施形態によれば、センサ素子６により検知する圧力に基づいて、受圧部２の周辺のコンクリートの応力を精度よく計測できることとなる。
【００７９】
また、本実施形態では、前記温度補償用抵抗体を備えるため、温度変化に起因してセンサ素子６の抵抗値が変化しても、その影響が、ホイートストンブッジ回路の出力電圧に反映されないようにすることができる。このため、ホイートストンブリッジ回路の出力電圧に基づいて、受圧部２に作用する圧力を精度良く計測できることとなり、ひいては、コンクリートの応力測定の精度を高めることができる。
【００８０】
また、本実施形態の応力計１は、前記特許文献１に見られる如きケース体や、前記特許文献２に見られる如き起歪体を必要とすることなく、受圧部２を薄いベース部材５ａ，５ｂ及びセンサ素子６によって、少ない部品点数で小型に構成することができる。従って、品質のばらつきが少ない応力計１を比較的安価な製造コストで製造することができる。
【００８１】
なお、以上説明した実施形態では、受圧部２に作用する圧力を検知するためのセンサ素子６として、マンガニン（登録商標）により構成された抵抗素子を用いたが、例えばイッテリビウムにより構成された抵抗素子であってもよい。あるいは、センサ素子６として、チタン酸ジルコン酸鉛により構成された圧電素子を用いてもよい。これらのセンサ素子６は、前記実施形態のものと同様に、エッチング加工等により薄膜状に形成できる。
【符号の説明】
【００８２】
１…コンクリート応力計、２…受圧部、５ａ，５ｂ…ベース部材、６…センサ素子、８…縁切り材。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレストレスト・コンクリート（ＰＣ）等のコンクリートの内部に発生する応力を計測するためのコンクリート応力計に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣ等のコンクリートの内部に発生する応力を計測する応力計としては、従来、例えば特許文献１、２に見られるものが知られている。
【０００３】
特許文献１の応力計は、表裏面に低摩擦性シートを貼り付けた低剛性の筒状ケース体の一端部にロードセルを装着した構造のものであり、測定対象のコンクリートと同質、同材齢のコンクリートをケース体に充填した後に、測定対象のコンクリートに埋設され、この状態で、ロードセルにより応力を計測する。
【０００４】
また、特許文献２の応力計は、両端の受圧部の間に、ひずみゲージを貼り付けた起歪体を備えた構造のものであり、測定対象のコンクリートに埋設した状態で受圧部に作用する応力を、起歪体及びひずみゲージを介して電気量に変換して測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１８５５５０号公報
【特許文献２】特開２００９−６３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に見られるものでは、測定対象のコンクリートの打設直前に、そのコンクリートと同質、同材齢のコンクリートをケース体に充填する必要があるが、その充填したコンクリートの状態は、充填作業や締め固めの仕方等に左右されやすい。このため、ケース体の内部のコンクリートの状態が、ケース体の周囲に配置される測定対象のコンクリートの状態に対してばらつきを生じやすく、ひいては、測定対象のコンクリートの応力の測定結果の信頼性を十分に確保することが困難である。
【０００７】
また、応力計のケース体へのコンクリートの充填及び応力計の設置を、測定対象のコンクリートの打設直前の短い期間内で行なう必要があるため、それらの作業を熟練者であっても適切に行うことが困難である。
【０００８】
さらに、ロードセルよりも長いケース体を有するため、応力計の小型化が困難であると共に、製造コストも高くなるという不都合がある。
【０００９】
また、前記特許文献２に見られるものでは、起歪体やこれを搭載する構造が必要となるため、応力計の小型化が困難であると共に、必要な部品点数も多くなって、製造コストが高くなるという不都合がある。
【００１０】
さらに、起歪体を有するために、受圧部の幅に対する応力計の厚さの比率が比較的大きなものとならざるを得ない。このため、応力計を埋設する測定対象のコンクリートの水和が進行して、該コンクリートの弾性係数が増加すると、応力の測定精度が低下しやすいという不都合がある。
【００１１】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、小型且つ簡易な構成で、信頼性の高い応力測定を精度よく行なうことができるコンクリート応力計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のコンクリート応力計は、かかる目的を達成するために、コンクリートの内部に発生する応力を計測するためのコンクリート応力計であって、コンクリートの内部に埋設されて該コンクリート内部に発生する応力に応じた圧力を受ける板状の受圧部を備えており、該受圧部には、該受圧部に作用する圧力を検知するセンサ素子として、該圧力により抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は該圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子が内蔵されていることを特徴とする（第１発明）。
【００１３】
かかる第１発明によれば、受圧部に作用する圧力を検知するために該受圧部に内蔵された前記センサ素子を、該圧力に応じて抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は該圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子としたので、受圧部を薄い板状に形成することができる。
【００１４】
このため、受圧部を、コンクリートの内部で発生する応力やその分布を極力乱さないように該コンクリートの内部に配置することができるとと共に、受圧部の周辺でコンクリートに作用する圧力（コンクリートの応力状態に応じた圧力）に高い精度で近似する圧力を受圧部に作用させることができる。
【００１５】
このため、センサ素子を介して検知される圧力に基づいて、受圧部の周辺のコンクリートで発生する応力を高い信頼性で精度よく計測できることとなる。
【００１６】
また、受圧部は、その厚み方向の両端面に作用する圧力が前記センサ素子に伝わるように構成されていればよいので、受圧部を小型で簡易な構成とすることができる。
【００１７】
よって、第１発明によれば、小型且つ簡易な構成で、信頼性の高い応力測定を精度よく行なうことができるコンクリート応力計を提供できる。
【００１８】
なお、前記抵抗素子としては、例えばマンガニン（登録商標）やイッテリビウム等により構成された抵抗素子を採用することできる。また、前記圧電素子としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛により構成された圧電素子を採用することができる。
【００１９】
上記第１発明では、前記受圧部は、例えば、その厚み方向の両端の受圧面を形成する一対の板状のベース部材の間に前記薄膜状の抵抗素子又は圧電素子を挟みこんだ構造のものとされる。この場合、該一対のベース部材のそれぞれは、前記コンクリートの線膨張係数に一致する線膨張係数を有する材質により構成されていることが好ましい（第２発明）。
【００２０】
なお、この第２発明において、前記コンクリートの線膨張係数に一致する線膨張係数というのは、該コンクリートの線膨張係数と厳密に一致する線膨張係数でよいことはもちろんであるが、該コンリートの線膨張係数に近似的に一致する線膨張係数（該コンクリートの線膨張係数との差が十分に小さい線膨張係数）であってもよい。
【００２１】
かかる第２発明によれば、コンクリートとベース部材との線膨張係数の差に起因する温度応力（温度変化に応じて発生する応力）による圧力が受圧部のベース部材に作用するのが防止される。このため、前記センサ素子が検知する圧力に当該温度応力が影響を及ぼすのを排除することができる。ひいては、コンクリートそのものに発生する応力状態に対応する圧力を、センサ素子を介して検知することができ、該コンクリートの応力計測の精度をより一層高めることができる。
【００２２】
なお、上記ベース部材の材質としては、例えば鉄系材料が好適である。
【００２３】
また、上記第１発明又は第２発明では、前記受圧部の外周面は、前記コンクリートに対する該受圧部の外周面の拘束を絶縁するための縁切り部材により被覆されていることが好ましい（第３発明）。
【００２４】
この第３発明によれば、受圧部の外周面がこれに接触するコンクリートの拘束を受けないこととなるので、受圧部の周辺のコンクリートの応力状態に応じた圧力を受圧部の厚み方向の両端面に適切に作用させることができる。
【００２５】
また、上記第１〜第３発明では、前記受圧部は、円板形状であり、その直径Ｄに対する厚さＬの比率Ｌ／Ｄが、１／１０以下の比率に設定されていることが好ましい（第４発明）。
【００２６】
この第４発明によれば、前記コンクリートの内部に発生する応力やその分布を前記受圧部によって乱さないようにすることを好適に実現することができ、コンクリートそのものの応力状態に応じた圧力に精度よく一致する圧力を前記受圧部に作用させることができる。従って、受圧部が検知する圧力に基づいて、コンクリートの応力を高い信頼性で精度よく測定することができる。
【００２７】
さらに、この第４発明では、前記センサ素子は、円形状であり、前記受圧部の直径Ｄに対する前記センサ素子の直径Ｂの比率Ｂ／Ｄは、０．４〜０．６の範囲内の比率に設定されていることが好適である（第５発明）。
【００２８】
この第５発明によれば、受圧部の周辺のコンクリートの平均的な圧力（コンクリートの応力状態に応じた圧力）に精度よく一致する圧力を前記センサ素子に作用させることができる。その結果、受圧部の周辺の平均的な応力を高い信頼性で適切に測定することができる。
【００２９】
補足すると、以上説明した第１〜第３発明において、前記センサ素子を前記抵抗素子とした場合には、該抵抗素子の抵抗値の変化を電圧信号に変換するために、例えばホイートストンブリッジ回路を用いることができる。この場合、前記センサ素子を含むホイートストンブリッジ回路を構成するための抵抗回路を収容した胴体部をさらに備え、この胴体部を前記受圧部から離隔させるように該受圧部にパイプを介して連結すると共に、前記センサ素子と前記抵抗回路とを接続する接続線を該パイプに挿通するようにすることが好ましい。
【００３０】
このようにすることで、受圧部の周辺のコンクリートの応力状態が胴体部により乱されないよう該胴体部を受圧部から離隔させた状態で、該胴体部を受圧部と共に測定対象のコンクリートに埋設することができる。
【００３１】
なお、この場合、前記抵抗回路には、前記センサ素子の温度変化に応じた抵抗値の変化の影響を補償する（該温度変化に応じた抵抗値の変化が、前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧に影響を及ぼさないようにする）ための温度補償用抵抗体を備えておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態におけるコンクリート応力計の平面図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は実施形態のコンクリート応力計の測定精度に関する説明図。
【図４】実施形態のコンクリート応力計の測定精度の特性を示すグラフ。
【図５】実施形態のコンクリート応力計の測定精度に関する説明図。
【図６】実施形態のコンクリート応力計の測定精度の特性を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の一実施形態を図１〜図６を参照して説明する。
【００３４】
図１及び図２に示すように、本実施形態のコンクリート応力計１（以下、単に応力計１という）は、受圧部２と、この受圧部２に細菅状のパイプ３を介して連結された胴体部４とを備える。これらの受圧部２及び胴体部４は、ＰＣ（プレストレスト・コンクリート）等のコンクリートの内部に発生する応力を計測する際に、該コンクリートの内部に埋設される部材である。
【００３５】
受圧部２は、測定対象のコンクリートの内部で発生する応力に応じた圧力を検知する機能部であり、その外観形状が円板形状とされている。この受圧部２は、図２に示すように、受圧部２の厚み方向の両端に、受圧面を形成する部材として配置された一対の円板状のベース部材５ａ，５ｂと、これらのベース部材５ａ，５ｂの間で受圧部２に内蔵されたセンサ素子６とを備える。
【００３６】
ベース部材５ａ，５ｂは、いずれも、測定対象のコンクリートと同一もしくはほぼ同一の線膨張係数を有する高剛性の材質で円板形状に形成された部材である。本実施形態では、ベース部材５ａ，５ｂの材質は、鉄系材料である。
【００３７】
センサ素子６は、本実施形態では、圧力に応じて抵抗値が変化する金属材料、例えばマンガニン（登録商標）により構成された抵抗素子である。このセンサ素子６は、エッチング加工により円形の薄膜状に形成されており、ベース部材５ａ，５ｂの間に挟み込まれるようにして、これらのベース部材５ａ，５ｂに固着されている。これにより、ベース部材５ａ，５ｂに作用する圧力が、該ベース部材５ａ，５ｂを介してセンサ素子６に付与されるようになっている。
【００３８】
この場合、センサ素子６の面積はベース部材５ａ，５ｂの面積よりも小さく、ベース部材５ａ，５ｂは、センサ素子６の周囲で間隙を存して対向するように設けられている。そして、その間隙には、センサ素子６を水分等から保護するための防水コーティング剤７が充填されている。
【００３９】
また、ベース部材５ａ，５ｂ及び防水コーティング剤７により形成される受圧部２の外周面は、該外周面が測定対象のコンクリートによって拘束されないようにするために、縁切り材８により被覆されている。この縁切り材８としては、例えばシリコンが用いられている。
【００４０】
本実施形態では、以上の構成の受圧部２の直径（＝ベース部材５ａ，５ｂの直径）に対する該受圧部２の厚さの比率（以下、アスペクト比という）は、十分に小さいものとされている。具体的には、例えば受圧部２の直径は３０ｍｍ、受圧部２の厚さは３ｍｍ以下とされている。従って、アスペクト比は、１／１０以下とされている。
【００４１】
また、本実施形態では、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率は、例えば０．４〜０．６の範囲内の比率（具体的には、例えば０．４７）に設定されている。
【００４２】
前記胴体部４は、センサ素子６が検知する圧力に応じた電気信号を生成するための回路要素を内蔵する部分である。本実施形態では、胴体部４には、センサ素子６と併せてホイートストンブリッジ回路を構成するための複数の抵抗体から成る抵抗回路９が内蔵されている。その抵抗回路９には、温度変化に起因するセンサ素子６の抵抗値の変化の影響を補償するための温度補償用抵抗体（図示省略）が含まれる。
【００４３】
この温度補償用抵抗体は、センサ素子６と同じ材質（本実施形態ではマンガニン（登録商標））の抵抗体であり、該センサ素子６と同様に薄膜状に形成されている。そして、温度補償用抵抗体は、胴体部４の周辺のコンクリートの応力が温度補償用抵抗体に伝わらないように胴体部４内に配置されている。
【００４４】
また、胴体部４には、上記ホイートストンブリッジ回路に外部から電源電圧を供給する電源線や該ホイートストンブリッジ回路の出力電圧を外部に出力する信号線により構成されたケーブル１０が接続されている。
【００４５】
受圧部２と胴体部４とを連結するパイプ３は、受圧部２の周辺のコンクリートの弾性応力及びその分布が胴体部４によって乱されないように、該胴体部４を受圧部２から離隔させる機能を有する部材であり、その一端部がベース部材５ａ，５ｂの間の前記間隙に挿着され、他端部が胴体部４に挿着されている。
【００４６】
そして、このパイプ３には、センサ素子６からあらかじめ導出された接続線１１が挿通されている。該接続線１１は、パイプ３の内部を通って胴体部４内に導入され、前記抵抗回路９に電気的に接続されている。これにより該抵抗回路９とセンサ素子６とによってホイートストンブリッジ回路が構成されるようになっている。
【００４７】
なお、パイプ３は、本実施形態の例では、受圧部２の直径方向に直線状に延在するものとされているが、屈曲又は湾曲された形状であってもよい。
【００４８】
以上が、本実施形態の応力計１の構成である。
【００４９】
ここで、本実施形態の応力計１の受圧部２の前記アスペクト比や、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率と、測定精度との関係について以下に説明しておく。
【００５０】
まず、受圧部２のアスペクト比に関し、測定対象のコンクリートの応力測定のために、図３（ａ），（ｂ）に示すように受圧部２を測定対象のコンクリートの内部に埋設した状況を想定する。図３（ａ）はコンクリートに圧力が作用していない状態（圧力Ｐがゼロである状態）を示しており、図３（ｂ）はコンクリートに圧力ＰがＰ0である等分布荷重が受圧部２の厚み方向（図では上下方向）に作用した状態を示している。
【００５１】
ここで、図３（ａ）に示すように、受圧部２の直径をＤとし、圧力が作用していない状態（圧力Ｐがゼロの状態）での受圧部２の厚さをＬとする。この場合、受圧部２の前記アスペクト比はＬ／Ｄである。また、測定対象のコンクリートの弾性係数をＥc、ポアソン比をνc、受圧部２の全体の弾性係数をＥsとする。
【００５２】
なお、図３（ａ），（ｂ）において、Ｍ層は、受圧部２が配置されているコンクリート層を示し、Ｃ層は、Ｍ層の上下のコンクリート層を示している。
【００５３】
そして、コンクリートに等分布荷重が作用した状態において、図３（ｂ）に示すように、Ｍ層のコンクリートにＰ0の圧力が作用し、これによってＭ層のコンクリートの厚さがＬからΔＳmだけ縮むものとする。さらに、このとき、受圧部２には、Ｍ層のコンクリートと異なる平均圧力（Ｐ0＋Ｐe）が受圧部２の厚み方向に作用し、これによって、受圧部２の厚さが、ＬからΔＳsだけ縮むものとする。なお、Ｐeは、受圧部２が受ける圧力の、コンクリートに作用する圧力Ｐ0（本来の検出対象たる圧力）に対する誤差分に相当するものである。
【００５４】
この図３（ｂ）の状態で、受圧部２の厚み方向の各端面（上端面及び下端面）は、Ｃ層のコンクリートにＳcだけめり込むものとすると、ΔＳm、ΔＳs、Ｓcの関係は、次式（１）により表される。
【００５５】
ΔＳm−ΔＳs＝２・Ｓc ……（１）
また、ΔＳm、ΔＳsは、それぞれ、次式（２）、（３）により求められる。
【００５６】
ΔＳm＝（Ｐ0／Ｅc）・Ｌ ……（２）
ΔＳs＝((Ｐ0＋Ｐe)／Ｅs)・Ｌ ……（３）
また、Ｓcは、高剛性の円板としての受圧部２がＰeの圧力によって、弾性体としてのＣ層のコンクリートにめり込むことによって生じるものと考えることができる。この場合、Ｓcは、次式（４）により求められる。
【００５７】
Ｓc＝((π・(１−νc2)・Ｄ)／(４・Ｅc))・Ｐe ……（４）
上記式（２）〜（４）を式（１）に代入して整理すると、次式（５）が得られる。
【００５８】
【数１】
この式（５）により、Ｐe／Ｐ0と、Ｅs／Ｅcとの間の関係は、図４のグラフにより示される。なお、図４は、Ｄ／Ｌの値、すなわち、受圧部２のアスペクト比の逆数値が、１、５、１０、１００である場合のＰe／Ｐ0と、Ｅs／Ｅcとの間の関係を示すグラフを代表的に例示している。
【００５９】
図４に見られるように、Ｄ／Ｌの値が大きいほど（受圧部２のアスペクト比が小さいほど）、Ｐe／Ｐ0がゼロに近い値となること、すなわち、受圧部２に作用する圧力（Ｐ0＋Ｐe）が、受圧部２の周囲のコンクリートに作用する圧力Ｐ0により一致する圧力になることが判る。特に、Ｅs／Ｅcが１よりも大きい場合には、Ｄ／Ｌの値が大きいと、Ｐe／Ｐ0の値は、コンクリートの弾性係数Ｅcが変化しても、ゼロに近い値でほぼ一定に保たれることが判る。
【００６０】
ここで、コンクリートの若材齢時には、該コンクリートの弾性係数Ｅcは十分に小さいので、Ｅs／Ｅcは、１よりも十分に大きな値となる。また、コンクリートが十分に硬化しても、その弾性係数Ｅcは、鉄系材料の弾性係数を超えることはない。従って、ベース部材５ａ，５ｂを鉄系材料により構成した本実施形態の受圧部２では、Ｅs／Ｅcは、コンクリートの材齢によらずに、１以上の値に保たれる。
【００６１】
このため、受圧部２のアスペクト比を十分に小さくしておくことによって、測定対象のコンクリートの材齢によらずに、Ｐe／Ｐ0の値をゼロに近いほぼ一定の値に保つことができることとなる。ひいては、受圧部２に作用する圧力が、該受圧部２の周辺のコンクリートに作用する圧力Ｐ0と同等の圧力になるようにすることができることとなる。
【００６２】
そこで、本実施形態では、受圧部２のアスペクト比を、前記した如く１／１０以下になるように設定した。この場合、図４のグラフによれば、Ｐe／Ｐ0の値を、概略６％以下に収めることができることとなる。
【００６３】
次に、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率に関し、図５に示すように受圧部２の半径をＲ（＝Ｄ／２）とし、この受圧部２の表面（図５の上面）に圧力Ｐeの等分布荷重を受ける状態を想定する。圧力Ｐeは、前記した通り、受圧部２が受ける圧力の、コンクリートに作用する圧力Ｐ0（本来の検出対象たる圧力）に対する誤差分に相当するものである。
【００６４】
このとき、受圧部２が剛体であるとすると、受圧部２の底面の反力ｑ（詳しくは、受圧部２の中心軸からｒの距離の円周上での反力ｑ）の強度は、次式（６）により表される。
【００６５】
【数２】
そして、受圧部２の底面のうち、受圧部２の中心軸からＲ1の距離までの範囲内の領域（半径Ｒ1の円内の領域）における上記反力ｑの合力Ｐ1は、次式（７）により与えられる。
【００６６】
【数３】
従って、受圧部２の中心軸からＲ1の距離までの範囲内の領域の平均圧力Ｐmは、次式（８）により与えられる。さらに、Ｐeに対するＰmの比率Ｐm／Ｐe（以降、これをＭとおく）は、次式（９）により与えられる。
【００６７】
【数４】
従って、受圧部２の受感部たるセンサ素子６の直径をＢとすれば、この直径Ｂのセンサ素子６には、受圧部２に作用する誤差分の圧力Ｐeに対して、式（８）により与えられるＰmの平均圧力、すなわち、ＰeのＭ倍（Ｍ≦１）の平均圧力が作用することとなる。このため、センサ素子６が検知する圧力Ｐ0＋ＰmのＰ0に対する誤差分Ｐmは、Ｐeよりも小さくなる。
【００６８】
また、上記比率Ｍ（≡Ｐm／Ｐe）と、受圧部２の直径Ｄに対するセンサ素子２の直径Ｂの比率（＝Ｂ／Ｄ）との間の関係は、前記式（９）によって、図６のグラフで示すような関係になる。
【００６９】
図示の如く、Ｂ／Ｄが小さいほど、受圧部２のセンサ素子６が検知する圧力の誤差分Ｐmは小さくなる。従って、誤差分Ｐｍを極力小さくする上では、Ｂ／Ｄが小さいことが好ましいと考えられる。ただし、Ｂ／Ｄが小さ過ぎると、センサ素子６は、局所的な圧力だけを検知することとなるため、受圧部２の周辺のコンクリートの平均的な応力状態を観測する上では、Ｂ／Ｄは大きい方が好ましい。
【００７０】
そして、図６のグラフに見られる如く、Ｂ／Ｄがほぼ０．６以下であれば、比率Ｍがほぼ一定に保たれる。
【００７１】
これらのことから、Ｂ／Ｄは、０．４〜０．６程度の範囲内に設定しておくことが望ましいと考えられる。そこで、本実施形態では、前記した如く、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率、すなわち、Ｂ／Ｄを前記した如く０．４〜０．６の範囲内に設定した。
【００７２】
以上説明した応力計１によって、測定対象のコンクリートの応力を測定する場合には、応力計１の受圧部２及び胴体部４が測定対象のコンクリートの打設予定箇所に事前に設置され、その状態で、該打設予定箇所にコンクリートを打設することで、応力計１の受圧部２及び胴体部４が測定対象のコンクリートの内部に埋設される。
【００７３】
この場合、胴体部４は、受圧部２の配置箇所の周辺のコンクリートの弾性応力及びその分布を乱すことがないような位置で、且つ、受圧部２の配置箇所とほぼ同一の温度環境となるような位置としてあらかじめ選定された位置に設置される。
【００７４】
そして、上記のようにコンクリートの内部に受圧部２等を埋設した状態で、前記ホイートストンブリッジ回路の出力電圧により、受圧部２に作用する圧力が計測され、その圧力に基づいて測定対象のコンクリートの内部で発生した応力が観測される。
【００７５】
この場合、本実施形態の応力計１によれば、受圧部２の厚み方向の両端のベース部材５ａ，５ｂが測定対象のコンクリートとほぼ同一の線膨張係数を有するため、ベース部材５ａ，５ｂとコンクリートとの線膨張係数の差に起因する温度応力による圧力がベース部材５ａ，５ｂに作用するのが防止される。これにより、当該温度応力の影響が排除される。
【００７６】
また、受圧部２の外周面は、縁切り材８により被覆されているので、該外周面が測定対象のコンクリートから拘束されることがない。このため、該コンクリートで発生する応力状態に対応する圧力をベース部材５ａ，５ｂに適切に作用させることができる。
【００７７】
そして、受圧部２の前記アスペクト比や、受圧部２の直径に対するセンサ素子６の直径の比率が前記した如く設定されているので、受圧部２の周辺の応力やその分布を乱さないようにしつつ、コンクリートの材齢によらずに、受圧部２の周辺のコンクリートに作用する圧力（コンクリートそのものの応力状態に対応する圧力）に高い精度で一致する圧力を、受圧部２のセンサ素子６にベース部材５ａ，５ｂを介して作用させることができる。
【００７８】
この結果、本実施形態によれば、センサ素子６により検知する圧力に基づいて、受圧部２の周辺のコンクリートの応力を精度よく計測できることとなる。
【００７９】
また、本実施形態では、前記温度補償用抵抗体を備えるため、温度変化に起因してセンサ素子６の抵抗値が変化しても、その影響が、ホイートストンブッジ回路の出力電圧に反映されないようにすることができる。このため、ホイートストンブリッジ回路の出力電圧に基づいて、受圧部２に作用する圧力を精度良く計測できることとなり、ひいては、コンクリートの応力測定の精度を高めることができる。
【００８０】
また、本実施形態の応力計１は、前記特許文献１に見られる如きケース体や、前記特許文献２に見られる如き起歪体を必要とすることなく、受圧部２を薄いベース部材５ａ，５ｂ及びセンサ素子６によって、少ない部品点数で小型に構成することができる。従って、品質のばらつきが少ない応力計１を比較的安価な製造コストで製造することができる。
【００８１】
なお、以上説明した実施形態では、受圧部２に作用する圧力を検知するためのセンサ素子６として、マンガニン（登録商標）により構成された抵抗素子を用いたが、例えばイッテリビウムにより構成された抵抗素子であってもよい。あるいは、センサ素子６として、チタン酸ジルコン酸鉛により構成された圧電素子を用いてもよい。これらのセンサ素子６は、前記実施形態のものと同様に、エッチング加工等により薄膜状に形成できる。
【符号の説明】
【００８２】
１…コンクリート応力計、２…受圧部、５ａ，５ｂ…ベース部材、６…センサ素子、８…縁切り材。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリートの内部に発生する応力を計測するためのコンクリート応力計であって、
コンクリートの内部に埋設されて該コンクリート内部に発生する応力に応じた圧力を受ける板状の受圧部を備えており、該受圧部には、該受圧部に作用する圧力を検知するセンサ素子として、該圧力により抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は該圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子が内蔵されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項２】
請求項１記載のコンクリート応力計において、
前記受圧部は、その厚み方向の両端の受圧面を形成する一対の板状のベース部材の間に前記薄膜状の抵抗素子又は圧電素子を挟みこんだ構造のものであり、該一対のベース部材のそれぞれは、前記コンクリートの線膨張係数に一致する線膨張係数を有する材質により構成されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコンクリート応力計において、
前記受圧部の外周面は、前記コンクリートに対する該受圧部の外周面の拘束を絶縁するための縁切り部材により被覆されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート応力計において、
前記受圧部は、円板形状であり、その直径Ｄに対する厚さＬの比率Ｌ／Ｄが、１／１０以下の比率に設定されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項５】
請求項４記載のコンクリート応力計において、
前記センサ素子は、円形状であり、前記受圧部の直径Ｄに対する前記センサ素子の直径Ｂの比率Ｂ／Ｄは、０．４〜０．６の範囲内の比率に設定されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項１】
コンクリートの内部に発生する応力を計測するためのコンクリート応力計であって、
コンクリートの内部に埋設されて該コンクリート内部に発生する応力に応じた圧力を受ける板状の受圧部を備えており、該受圧部には、該受圧部に作用する圧力を検知するセンサ素子として、該圧力により抵抗値が変化する薄膜状の抵抗素子又は該圧力に応じた電圧を発生する薄膜状の圧電素子が内蔵されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項２】
請求項１記載のコンクリート応力計において、
前記受圧部は、その厚み方向の両端の受圧面を形成する一対の板状のベース部材の間に前記薄膜状の抵抗素子又は圧電素子を挟みこんだ構造のものであり、該一対のベース部材のそれぞれは、前記コンクリートの線膨張係数に一致する線膨張係数を有する材質により構成されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項３】
請求項１又は２記載のコンクリート応力計において、
前記受圧部の外周面は、前記コンクリートに対する該受圧部の外周面の拘束を絶縁するための縁切り部材により被覆されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のコンクリート応力計において、
前記受圧部は、円板形状であり、その直径Ｄに対する厚さＬの比率Ｌ／Ｄが、１／１０以下の比率に設定されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【請求項５】
請求項４記載のコンクリート応力計において、
前記センサ素子は、円形状であり、前記受圧部の直径Ｄに対する前記センサ素子の直径Ｂの比率Ｂ／Ｄは、０．４〜０．６の範囲内の比率に設定されていることを特徴とするコンクリート応力計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２４７３５５（Ｐ２０１２−２４７３５５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２０４８６（Ｐ２０１１−１２０４８６）
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００１０３７６９）オリエンタル白石株式会社 (136)
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月３０日（２０１１．５．３０）
【出願人】（０００１０３７６９）オリエンタル白石株式会社 (136)
【出願人】（０００１５１５２０）株式会社東京測器研究所 (29)
[ Back to top ]