特許 6984562 健全性評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6984562

(24)【登録日】2021年11月29日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】健全性評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/3581 20140101AFI20211213BHJP

   G01N 21/21 20060101ALI20211213BHJP

   G01N 21/88 20060101ALI20211213BHJP

   G01L 1/00 20060101ALI20211213BHJP

   G01L 1/24 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/3581

   G01N21/21 Z

   G01N21/88 Z

   G01L1/00 B

   G01L1/24 Z

   G01L1/00 G

【請求項の数】8

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2018-151248(P2018-151248)

(22)【出願日】2018年8月10日

(65)【公開番号】特開2020-26991(P2020-26991A)

(43)【公開日】2020年2月20日

【審査請求日】2020年9月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】天野 哲也

(72)【発明者】

【氏名】境 禎明

【審査官】 嶋田 行志

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１６／１５２０７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１８／０４３４３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−１１８５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−０４７２４６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００８−２６８１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０３５５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２６４０３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 新たな超高周波電磁波を用いた道路構築物欠陥診断の研究開発，道路政策の質の向上の資する技術研究開発 成果報告レポート，NO.22-4，日本，新道路技術会議，2014年06月，1-46，様式５

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／００−Ｇ０１Ｎ ２１／６１

Ｇ０１Ｎ ２１／８４−Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０１Ｇ １１／００−Ｇ０１Ｇ １１／２０

Ｇ０１Ｌ １／００−Ｇ０１Ｌ １／２６

Ｇ０１Ｎ ２２／００−Ｇ０１Ｎ ２２／０４

ＪＳＴＰｌｕｓ／ＪＳＴ７５８０／ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物の死荷重によって生じた応力分布を測定可能に構成された応力分布測定装置により測定された前記構造物の死荷重応力分布に基づいて、解析手段によって前記構造物の健全性を評価する健全性評価方法であって、
前記解析手段は、
前記構造物における設計に基づいた死荷重応力分布と、前記応力分布測定装置により測定された前記構造物の死荷重応力分布とを比較し、
前記設計に基づいた死荷重応力分布と前記測定された死荷重応力分布との乖離によって、前記構造物の健全性を評価する
ことを特徴とする健全性評価方法。

【請求項2】

前記解析手段は、前記構造物における応力分布が変化する原因となる構成部材の設置条件を仮定した場合に、前記仮定された設置条件の場合に前記構造物に生じる応力分布を導出可能に構成され、
前記解析手段は、前記導出した応力分布が前記測定された応力分布と略一致した場合に、前記測定された前記構造物における前記構成部材の設置条件が、前記仮定した設置条件であると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の健全性評価方法。

【請求項3】

前記構造物が金属基体の上層に非金属層が設けられて構成され、
前記応力分布測定装置が、
前記構造物の表面の所定位置にテラヘルツ波を照射可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波発信手段と、
前記構造物の前記所定位置において反射されたテラヘルツ波を検出可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波検出手段と、を備える
ことを特徴とする請求項１または２に記載の健全性評価方法。

【請求項4】

前記テラヘルツ波発信手段から出射されたテラヘルツ波を前記非金属層に照射するとともに、前記テラヘルツ波検出手段により前記非金属層を透過したテラヘルツ波の強度を検出することによって、前記非金属層における応力状態を測定して前記非金属層を光弾性法におけるひずみ検出手段として用いることにより、前記構造物における応力分布を測定する
ことを特徴とする請求項３に記載の健全性評価方法。

【請求項5】

金属基体の上層に非金属層が設けられた構造物に生じた応力分布を測定可能に構成された応力分布測定装置により測定された前記構造物の応力分布に基づいて、前記構造物の健全性を解析手段によって評価する健全性評価方法であって、
前記応力分布測定装置は、前記構造物の表面の所定位置にテラヘルツ波を照射可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波発信手段と、前記構造物の前記所定位置において反射されたテラヘルツ波を検出可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波検出手段と、前記テラヘルツ波発信手段における前記テラヘルツ波の出射側に設けられた発信側直線偏光手段と、前記テラヘルツ波検出手段の検出側に、偏光方向が前記発信側直線偏光手段の偏光方向と９０°異なるように設けられた検出側直線偏光手段と、前記テラヘルツ波発信手段の出射側に設けられ、前記発信側直線偏光手段を透過した直線偏光のテラヘルツ波を円偏光になるように位相差を与える発信側位相変換手段と、前記検出側直線偏光手段に対して前記テラヘルツ波の入射側に設けられ、前記テラヘルツ波に位相差を与える検出側位相変換手段と、を備え、
前記構造物に作用する主応力差を測定可能に構成されているとともに、前記テラヘルツ波検出手段により検出したテラヘルツ波の検出強度から得られる前記構造物の主応力差を用いて前記構造物の応力分布を導出可能に構成され、
前記解析手段は、
前記構造物における設計に基づいた応力分布と、前記応力分布測定装置により測定された前記構造物の応力分布とを比較し、
前記設計に基づいた応力分布と前記測定された応力分布との乖離によって、前記構造物の健全性を評価する
ことを特徴とする健全性評価方法。

【請求項6】

金属基体の上層に非金属層が設けられた構造物に生じた応力分布を測定可能に構成された応力分布測定装置により測定された前記構造物の応力分布に基づいて、解析手段によって前記構造物の健全性を評価する健全性評価方法であって、
前記応力分布測定装置は、前記構造物の表面の所定位置にテラヘルツ波を照射可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波発信手段と、前記構造物の前記所定位置において反射されたテラヘルツ波を検出可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波検出手段と、前記テラヘルツ波発信手段における前記テラヘルツ波の出射側に設けられた発信側直線偏光手段と、前記テラヘルツ波検出手段の検出側に、偏光方向が前記発信側直線偏光手段の偏光方向と９０°異なるように設けられた検出側直線偏光手段と、を備え、
前記発信側直線偏光手段および前記検出側直線偏光手段は、前記発信側直線偏光手段の偏光方向と前記検出側直線偏光手段の偏光方向とが９０°異なった状態を維持しながら回転可能に構成され、
前記発信側直線偏光手段および前記検出側直線偏光手段を偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら回転させた任意の位置でのテラヘルツ波の検出強度と、前記発信側直線偏光手段の偏光方向と前記検出側直線偏光手段の偏光方向とが９０°異なった状態を維持しながらさらに４５°回転させた位置における検出強度と、を加算することによって主応力差を測定するとともに、
前記発信側直線偏光手段および前記検出側直線偏光手段の回転とともに、前記テラヘルツ波検出手段により検出したテラヘルツ波の検出強度が極小となる方向に基づいて前記構造物に作用する主応力方向を測定し、測定された、前記構造物の主応力差および前記構造物の主応力方向に基づいて前記構造物の応力分布を導出し、
前記解析手段は、
前記構造物における設計に基づいた応力分布と、前記応力分布測定装置により測定された前記構造物の応力分布とを比較し、
前記設計に基づいた応力分布と前記測定された応力分布との乖離によって、前記構造物の健全性を評価する
ことを特徴とする健全性評価方法。

【請求項7】

前記解析手段は、前記構造物における応力分布が変化する原因となる構成部材の設置条件を仮定した場合に、前記仮定された設置条件の場合に前記構造物に生じる応力分布を導出可能に構成され、
前記解析手段は、前記導出した応力分布が前記測定された応力分布と略一致した場合に、前記測定された前記構造物における前記構成部材の設置条件が、前記仮定した設置条件であると判定する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の健全性評価方法。

【請求項8】

前記構造物は前記構成部材として少なくとも１つの支承を有する橋梁である
ことを特徴とする請求項２、請求項２を引用する請求項３，４、および請求項７のいずれか１項に記載の健全性評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、構造物の健全性を評価する健全性評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

構造物を安全に供用するためには構造物の健全性を評価することが重要である。構造物の健全性の評価のための検査方法として代表的なものに、外観の目視検査がある。従来の外観の目視検査によれば、構造物の大きな変形や各種の構成部材の明らかな機能不良を見つけることが可能である（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１１−２１４９５７号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】小塩達也他、摩擦型ひずみゲージによる応力聴診器の開発と構造物の健全度診断への応用、土木学会第６０回年次学術講演会、平成１７年９月

【非特許文献2】山口淳、「テラヘルツイメージングシステムの開発」、ＰＩＯＮＥＥＲ Ｒ＆Ｄ（２０１４）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の外観の目視検査においては、定量的な評価が困難であることから、評価の精度に限界があった。また、構造物において、設計応力を超えた異常な応力が発生している場合であっても、外観から確認できるような大きな変形などが生じていない場合には、見落とされてしまうという問題があった。

【0006】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、構造物における健全性を精度良く測定可能な健全性評価方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る健全性評価方法は、構造物に生じた応力分布を測定可能に構成された応力分布測定装置により測定された前記構造物の応力分布に基づいて、前記構造物の健全性を解析手段によって評価する健全性評価方法であって、前記解析手段は、前記構造物における設計に基づいた応力分布と、前記応力分布測定装置により測定された前記構造物の応力分布とを比較し、前記設計に基づいた応力分布と前記測定された応力分布との乖離によって、前記構造物の健全性を評価することを特徴とする。

【0008】

（２）本発明の一態様に係る健全性評価方法は、上記（１）の発明において、前記解析手段は、前記構造物における応力分布が変化する原因となる構成部材の設置条件を仮定した場合に、前記仮定された設置条件の場合に前記構造物に生じる応力分布を導出可能に構成され、前記解析手段は、前記導出した応力分布が前記測定された応力分布と略一致した場合に、前記測定された前記構造物における前記構成部材の設置条件が、前記仮定した設置条件であると判定することを特徴とする。

【0009】

（３）本発明の一態様に係る健全性評価方法は、上記（１）または（２）の発明において、前記構造物が金属基体の上層に非金属層が設けられて構成され、前記応力分布測定装置が、前記構造物の表面の所定位置にテラヘルツ波を照射可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波発信手段と、前記構造物の前記所定位置において反射されたテラヘルツ波を検出可能に構成されているとともに、前記構造物の表面を走査可能なテラヘルツ波検出手段と、を備えることを特徴とする。

【0010】

（４）本発明の一態様に係る健全性評価方法は、上記（３）の発明において、前記テラヘルツ波発信手段から出射されたテラヘルツ波を前記非金属層に照射するとともに、前記テラヘルツ波検出手段により前記非金属層を透過したテラヘルツ波の強度を検出することによって、前記非金属層における応力状態を測定して前記非金属層を光弾性法におけるひずみ検出手段として用いることにより、前記構造物における応力分布を測定することを特徴とする。

【0011】

（５）本発明の一態様に係る健全性評価方法は、上記（２）または上記（２）を引用する上記（３），（４）のいずれかの発明において、前記構造物は前記構成部材として少なくとも１つの支承を有する橋梁であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る健全性評価方法によれば、構造物における健全性を精度良く測定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明の一実施形態による測定対象となる橋梁における正常状態の一例を示す図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態による測定対象となる橋梁における異常状態の一例を示す図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態による応力測定装置の構成を示す図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態による応力測定装置の他の構成を示す図である。

【図5】図５は、本発明の一実施形態による健全性評価方法を橋梁における支承の健全性の診断に適用した場合のフローチャートである。

【図6】図６は、本発明の一実施形態による補修方法のフローチャートである。

【図7】図７は、従来の光弾性法による応力測定方法を説明するための光弾性応力測定装置の概略構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の一実施形態による健全性評価方法について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

【0015】

まず、本発明による健全性評価方法を説明するにあたり、本発明の理解を容易にするために、本発明の原理について説明する。なお、一実施形態においては、代表的な構造物として橋梁の鈑桁を例に説明する。鈑桁には桁や床版などの自重によって発生する死荷重と称される荷重が存在する。鈑桁には、死荷重と橋脚部に設けられた鈑桁を支持する装置（以下、支承）の設置条件または支持条件に対応して、設計上想定されている死荷重応力分布が存在する。一方、経年劣化などによってピンによって支持される支承が正しく回転しなくなった場合や、ローラによって支持される支承が正しく移動しなくなった場合など、支承の設置条件に異常が生じた場合には、死荷重応力分布に変化が生じる。

【0016】

そこで、測定対象としての鈑桁における死荷重応力分布を測定して、設計上想定されている死荷重応力分布と対比することができれば、両者の間に大きな乖離が存在した場合に、鈑桁に異常が生じていると判断できる。さらに、鈑桁の支承における支持条件を種々の条件に変更して、支持条件を調整した解析を行うことによって、支持条件に応じた死荷重応力分布を導出する。測定された鈑桁における死荷重応力分布を、解析によって導出された死荷重応力分布と比較して、両者が一致した場合、導出された死荷重応力分布における支持条件が、測定された鈑桁における支持条件であると判定することが可能になる。これにより、測定された鈑桁のどの部位にどのような異常が発生しているかを特定することができる。発生している異常と、異常の発生している部位を特定できれば、鈑桁における適切な部位に対して適切な補修を施すことが可能になる。以下に説明する本発明は、以上の鋭意検討により案出されたものである。

【0017】

次に、以上説明した原理に基づいた、本発明の一実施形態による健全性評価方法について説明する。図１および図２はそれぞれ、鋼製の橋梁における鈑桁のウエブ面の死荷重応力分布の正常状態および異常状態の一例を示す図である。

【0018】

図１に示すように、鋼製の橋梁の鈑桁３０は、ウエブ３０ａおよびフランジ３０ｂを有して構成される。鈑桁３０の両側は、一方の端部を支持する例えばピン・ローラ型支承からなる支承３１と、他方の端部を支持する例えばピン・固定型支承からなる支承３２によって支持される。支承３１，３２が、いずれも正常状態であって、設計仕様通りに機能している場合、鈑桁３０のウエブ３０ａの面に発生する応力分布は、圧縮応力３３ａおよび引張応力３３ｂの応力分布が、設計で想定されている応力分布と一致する。これに対し、図２に示すように、支承３１，３２の少なくとも一方が機能不全になっている異常状態であって、設計仕様通りに機能していない場合には、圧縮応力３３ａや引張応力３３ｂの応力分布が、設計で想定されている応力分布（図１参照）と乖離する。

【0019】

そのため、ウエブ３０ａにおいて死荷重によって発生する死荷重応力分布を測定して、設計上想定されている死荷重応力分布と対比した場合に、測定した死荷重応力分布が設計上想定されている死荷重応力分布と乖離していた場合、異常状態であると判断できる。また、異常状態においては、支承３１，３２の少なくとも一方が機能不全になっている可能性が高い。

【0020】

（応力分布の測定方法）
上述した正常状態および異常状態を判断するためには、鈑桁３０に生じる応力分布を測定する必要がある。以下に、橋梁のウエブ３０ａにおける応力分布を測定するための応力分布の測定方法について説明する。

【0021】

通常、構造物は部材の保護のために、表面が耐環境性に優れた塗料や樹脂などによって被覆される。これらの代表的なものとして、塗装や塗覆装等の、鋼製の構造物が腐食しないように保護する防食層としての非金属層がある。これらの非金属層は通常、部材の表面に密着している。したがって、非金属層は部材に準じて変形するため、構造物を構成する金属基体としての鋼などにひずみが生じると、表面に密着している非金属層にも同様にひずみが生じる。非特許文献１に基づいた本発明者の知見によれば、金属基体のひずみと表面の非金属層のひずみとはほぼ一致する。したがって、非金属層のひずみを測定することによって、金属基体のひずみを評価することができるので、金属基体の応力状態も評価できる。

【0022】

従来、樹脂やガラスなどの透明な材料の応力を評価する方法として、光弾性法が知られている。図７は、従来の光弾性法による応力測定方法を説明するための光弾性応力測定装置の概略構成を示す図である。

【0023】

図７に示すように、従来の光弾性応力測定装置１００は、互いに直線状に配置された、可視光源１０１、第１偏光板１０２、λ／４波長板１０３，１０４、第２偏光板１０５、およびカメラ１０６を有して構成される。なお、必要に応じてさらにレンズなどが設けられる。これらのうちの第１偏光板１０２と第２偏光板１０５とは、互いの偏光方向が９０°（π／２）異なるように設けられている。一方、λ／４波長板１０３，１０４は互いの主軸方向が９０°異なるように設けられている。その上で、第１偏光板１０２の偏光方向とλ／４波長板１０３の主軸方向とは互いに、４５°（π／４）異なるように設けられている。同様に、λ／４波長板１０４の主軸方向と第２偏光板１０５の偏光方向は互いに、４５°異なるように設けられている。応力が測定される光弾性体からなる測定対象物１１０は、可視光に対して透明な例えばエポキシ樹脂などからなる。測定対象物１１０は、λ／４波長板１０３，１０４の間の所定位置に配置される。

【0024】

光弾性応力測定装置１００によって測定対象物１１０に生じる応力を測定する場合には、まず、可視光源１０１から可視光を出射させる。可視光源１０１から出射された可視光は、第１偏光板１０２によって直線偏光となった後、λ／４波長板１０３によって円偏光となる。円偏光となった可視光は、測定対象物１１０に入射して測定対象物１１０の応力場に起因する複屈折によって位相差δを生じ、楕円偏光となる。なお、楕円偏光は円偏光である場合を含む。ここで、複屈折により生じる位相差δは、以下の（１）式に示すように、測定対象物１１０の主応力差（σ₁−σ₂）に比例する。
δ＝２πＣｔ（σ₁−σ₂）／λ …（１）
なお、λは使用する光の波長、Ｃは測定対象物１１０の材料の光弾性係数、ｔは測定対象物１１０の厚さである。

【0025】

測定対象物１１０を透過した光は、λ／４波長板１０４によって直線偏光になった後、第２偏光板１０５を通過した偏光成分が、カメラ１０６によって撮像される。これにより、測定対象物１１０に生じた位相差に依存した画像が、カメラ１０６によって撮像可能となって、測定対象物１１０の応力状態が観察可能になる。カメラ１０６によって撮像された画像は、測定対象物１１０における明暗模様の光弾性縞の画像として得られる。得られた明暗模様の光弾性縞は等色線と言われる。撮像された等色線を観察することによって、測定対象物１１０の厚さｔと光弾性係数Ｃとから光弾性パラメータとしての主応力差（σ₁−σ₂）を導出することができる。

【0026】

一方、図７に示す光弾性応力測定装置１００において、λ／４波長板１０３，１０４を取り除いた構成にすることによって、さらに主応力方向を測定することができる。すなわち、光弾性応力測定装置１００において、可視光源１０１からカメラ１０６の間の光軸上から、λ／４波長板１０３，１０４を取り外した状態にする。この構成においては、可視光源１０１から出射した可視光が、第１偏光板１０２を通過して直線偏光に偏光された後、測定対象物１１０に入射する。ここで、第１偏光板１０２の偏光方向、すなわち直線偏光の偏光方向と主応力方向とが一致している場合には、直線偏光は偏光方向が変化することなく測定対象物１１０を透過する。測定対象物１１０を透過した光は、第１偏光板１０２の偏光方向と平行な直線偏光であることから、第２偏光板１０５をほとんど透過しない。この場合、第２偏光板１０５を透過した光を観測すると、測定対象物１１０において等傾線と言われる暗線が発現する。一方、第１偏光板１０２の偏光方向と主応力方向とが一致していない場合には、測定対象物１１０を透過する光には複屈折によって位相差δが生じるため、測定対象物１１０を透過した光は楕円偏光になって、第２偏光板１０５によって偏光されて透過する。透過する光の強度は、第１偏光板１０２の偏光方向と主応力方向との角度の差に応じて変化する。これにより、第１偏光板１０２と第２偏光板１０５とを、互いの偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら測定対象物１１０に入射する可視光の偏光方向の角度が変化するように回転させると、カメラ１０６によって撮像される光に明暗が生じて、第１偏光板１０２の回転角度に対応して光弾性縞が撮像される。カメラ１０６によって撮像された光弾性縞の画像に基づいて、測定対象物１１０における主応力方向を導出することができる。

【0027】

以上のようにして、光弾性応力測定装置１００により光弾性パラメータとしての主応力差（σ₁−σ₂）および主応力方向を検出することができる。主応力差（σ₁−σ₂）および主応力方向が得られると、例えば、せん断応力差積分法により、測定対象物１１０における主応力成分σ₁，σ₂をそれぞれ分離した状態で導出することが可能になる。主応力成分σ₁，σ₂および主応力方向（最大主応力方向）が得られれば、測定対象物１１０の状態、すなわち測定対象物１１０の健全性を詳細に評価可能となる。

【0028】

ところが、上述した従来の光弾性応力測定装置１００を用いた光弾性法による応力の測定においては、可視光源１０１から出射する可視光を使用しているため、測定対象物１１０としては、可視光を透過可能な透明材料からなるものに限定されていた。これに対し、実際の構造物などに対して防食のために使用される塗装や塗覆装を構成する樹脂材料は、可視光に対して不透明であることから、可視光を用いた光弾性法を適用することが困難であった。

【0029】

そこで、本発明者は、可視光に代えて電磁波の一種であるテラヘルツ波を用いることを想到し、テラヘルツ波を用いた光弾性法による健全性評価方法について検討を行った。テラヘルツ波は、非特許文献２に記載のように、樹脂などの非金属材料に照射するとほとんどが透過する一方、金属材料に照射するとほとんどが反射する性質を有する。本発明者は、テラヘルツ波が有する性質に着目して、ひずみによって電磁波の複屈折現象が生じる光弾性法の原理と併用することによって、可視光に対して不透明な非金属層である樹脂においてもひずみを測定可能であることを想到した。さらに、本発明者は、非金属層のひずみを評価することによって、その下層の鋼材などの対象物のひずみを評価できることを見いだした。このような方法を、本明細書において「テラヘルツ波光弾性法」と言う。すなわち、本発明者は、テラヘルツ波を用いることによって、構造物の表面に密着した防食層などの樹脂からなる非金属層を、構造物のひずみを測定するためのひずみセンサとして用いることを想到した。すなわち、非金属層をひずみ検出手段としての機能させることを想到した。上述した本発明者の鋭意検討によるテラヘルツ波光弾性法を用いて、非金属層のひずみを測定することにより、構造物の任意の位置におけるひずみを非接触で測定可能になる。さらに、本発明者は、テラヘルツ波は、金属材料に照射するとほとんどが反射することから、反射を用いたテラヘルツ波光弾性法なども可能であることを想到した。この一実施形態による応力分布の測定に用いられる応力測定装置は、以上の本発明者による鋭意検討によって構成されたものである。

【0030】

（応力分布測定装置）
図３は、本発明の一実施形態による応力分布測定装置の構成を示す図である。図３に示すように、一実施形態による応力分布測定装置としての応力測定装置１は、解析制御部１０、テラヘルツ波発信器１１、およびテラヘルツ波検出器１２を備える。一実施形態において測定の対象となる鋼製の鈑桁３０などの構造物（以下、鋼構造物１５）は、金属基体としての鋼材１５ａの表面に、塗装や塗覆装などの各種の樹脂からなる非金属層の防食層１５ｂが設けられて構成されている。

【0031】

応力測定装置１は、テラヘルツ波Ｌ₁を偏光させて鋼構造物１５の表面に照射可能に構成されているとともに、鋼構造物１５を反射したテラヘルツ波Ｌ₂を偏光させた後に検出可能に構成された反射型のテラヘルツ波計測装置から構成される。すなわち、応力測定装置１は、テラヘルツ波発信手段とテラヘルツ波検出手段とを兼ね備える。ここで、テラヘルツ波は、１テラヘルツ（１ＴＨｚ＝１０¹²Ｈｚ）前後、具体的には、１００ＧＨｚ〜１０ＴＨｚ（１０¹¹〜１０¹³Ｈｚ）オーダーの周波数領域である、いわゆるテラヘルツ領域に属する電磁波である。テラヘルツ領域は、光の直進性と電波の透過性を兼ね備えた周波数領域である。なお、一実施形態においてテラヘルツ波の周波数は、防食層１５ｂの材質や厚さなどの条件に応じて選択することが可能であり、防食層１５ｂでのテラヘルツ波の減衰度（透過度）によって選択してもよい。

【0032】

テラヘルツ波発信手段としてのテラヘルツ波発信器１１は、例えば共鳴トンネルダイオード（ＲＴＤ：Resonant Tunneling Diode）などを備えたテラヘルツ波発生素子１１ａ、半球レンズ１１ｂ、コリメートレンズ１１ｃ、および対物レンズ１１ｄを有して構成される。なお、共鳴トンネルダイオードの代わりに、光伝導アンテナ（ＰＣＡ：Photo Conductive Antenna）を用いてもよい。テラヘルツ波発信器１１における発信側には、発信側直線偏光手段としての第１偏光板１３ａ、および発信側位相変換手段としてのλ／４波長板１４ａが設けられている。なお、直線偏光手段は、電磁波に対して位相変換を行う位相変換手段として機能する。第１偏光板１３ａの偏光方向とλ／４波長板１４ａの主軸方向とは互いに、４５°異なるように設けられている。なお、テラヘルツ波発信器１１、第１偏光板１３ａ、およびλ／４波長板１４ａは、直線状に配置された光学系を構成しているが、必ずしも直線状に配置される場合に限定されず、テラヘルツ波Ｌ₁を反射する反射ミラーなどをさらに備えて、テラヘルツ波を屈曲させる光学系であってもよい。テラヘルツ波発信器１１、第１偏光板１３ａ、およびλ／４波長板１４ａからなる発信光学系は、テラヘルツ波Ｌ₁の直線偏光であるテラヘルツ波Ｌ_1pを、鋼構造物１５の面に対して所定角度αで照射可能に構成されている。

【0033】

テラヘルツ波検出手段としてのテラヘルツ波検出器１２は、例えばＲＴＤからなるテラヘルツ波検出素子１２ａ、半球レンズ１２ｂ、および集光レンズ１２ｃを有して構成される。テラヘルツ波検出器１２は、テラヘルツ波検出素子１２ａによってテラヘルツ波の反射波（テラヘルツ波Ｌ₂，Ｌ_2p）を受信可能な状態で、応力測定装置１に設けられている。テラヘルツ波検出器１２における検出側には、検出側偏光手段としての第２偏光板１３ｂ、および検出側位相変換手段としてのλ／４波長板１４ｂが設けられている。λ／４波長板１４ｂの主軸方向と第２偏光板１３ｂの偏光方向とは互いに、４５°異なるように設けられている。

【0034】

第１偏光板１３ａと第２偏光板１３ｂとは互いに、偏光方向が９０°異なるように設けられている。ここで、第１偏光板１３ａと第２偏光板１３ｂとの偏光方向が９０°異なるように設けられているとは、λ／４波長板１４ａ，１４ｂが設けられておらず、かつ複屈折現象が生じる部材が設けられていない状態で、第１偏光板１３ａによって直線偏光にされた後、偏光状態が変わることなく所定の面を反射したテラヘルツ波が、第２偏光板１３ｂを透過しない状態になることである。また、上述した第１偏光板１３ａおよび第２偏光板１３ｂとの関係から、λ／４波長板１４ａ，１４ｂは互いの主軸方向が９０°異なっている。

【0035】

以上のように構成された応力測定装置１において、少なくともテラヘルツ波発信器１１、テラヘルツ波検出器１２、第１偏光板１３ａ、第２偏光板１３ｂ、およびλ／４波長板１４ａ，１４ｂからなるテラヘルツ波光学系は、一体として鋼構造物１５に対して相対的に走査可能に構成される。これにより、応力測定装置１は、鋼構造物１５の表面の所定範囲を走査しつつ、テラヘルツ波Ｌ₁を照射可能、かつ反射されたテラヘルツ波を検出可能に構成されている。なお、応力測定装置１のテラヘルツ波光学系を鋼構造物１５の表面に対して相対的に走査させる走査機構としては、従来公知の種々の走査機構を採用することができ、さらには手動で走査させることも可能である。

【0036】

解析手段および制御手段としての解析制御部１０は、信号増幅部１０ａ、バイアス生成部１０ｂ、ロックイン検出部１０ｃ、および解析処理部１０ｄを備える。解析制御部１０は、テラヘルツ波発信器１１に対する各種制御を行う。また、解析制御部１０は、テラヘルツ波検出器１２によって検出されたテラヘルツ波の信号に対して、各種処理を行う。信号増幅部１０ａは、テラヘルツ波検出器１２によって検出された信号を増幅し、テラヘルツ波受信データとしてロックイン検出部１０ｃに出力する。バイアス生成部１０ｂは、バイアス電圧を生成してテラヘルツ波発生素子１１ａおよびテラヘルツ波検出素子１２ａをバイアスすることによって、発信するテラヘルツ波、または検出されたテラヘルツ波を、バイアス電圧に応じて変化させる。テラヘルツ波発生素子１１ａおよびテラヘルツ波検出素子１２ａによって発信または検出されたテラヘルツ波は、微弱な場合もある。この一実施形態においては、発信または検出されたテラヘルツ波が微弱である場合の例を示し、テラヘルツ波の検出にはロックイン検出が用いられる。ロックイン検出の際、テラヘルツ波発信器１１においては、テラヘルツ波発生素子１１ａのバイアス電圧として変調された参照信号が用いられることにより、テラヘルツ波の検出信号のノイズ成分が除去される。これにより、発信または検出されたテラヘルツ波が微弱であっても、検出を精度良く行うことができる。解析手段としての解析処理部１０ｄは、検出されたテラヘルツ波受信データを格納する所定の記録部（図示せず）を備えるとともに、テラヘルツ波受信データに対して解析処理を行う。さらに、解析処理部１０ｄの記憶部（図示せず）には、上述した鈑桁３０などが正常状態である場合の死荷重応力分布のデータが格納されている。

【0037】

（主応力差の測定方法）
次に、以上のように構成された応力測定装置１による応力の測定について説明する。上述したように、鋼構造物１５は鋼材１５ａの鋼面１５ａｓに防食層１５ｂが設けられている。鋼材１５ａは、橋梁や配管などの構造物において一般的に用いられる代表的な材料である。なお、鋼構造物１５としては、例えば塗覆装を有する鋼構造物のほか、アルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などの金属基体の所定の面を下地として、下地の上層に非金属層が形成された種々の物体とすることができる。

【0038】

防食層１５ｂは、下地の鋼材１５ａにおける鋼面１５ａｓの防食層として機能し、接着剤なども含む。防食層１５ｂは、鋼材１５ａの鋼面１５ａｓに密着して設けられている。そのため、防食層１５ｂが施された鋼材１５ａに応力に起因してひずみが生じると、生じたひずみのほとんどが防食層１５ｂに伝播し、防食層１５ｂにも鋼材１５ａに準じたひずみが発生する。そのため、鋼構造物１５においてあらかじめ、従来公知の方法、例えば引きはがし試験等により、防食層１５ｂが鋼材１５ａの鋼面１５ａｓに密着した状態であるか否かの検査を行う。

【0039】

防食層１５ｂが鋼面１５ａｓに密着した状態の鋼構造物１５において、応力測定装置１のテラヘルツ波発信器１１から防食層１５ｂの表面１５ｂｓに向けてテラヘルツ波Ｌ₁を出射する。具体的には、テラヘルツ波発生素子１１ａにおいて発生したテラヘルツ波は、半球レンズ１１ｂ、コリメートレンズ１１ｃ、および対物レンズ１１ｄを介して、テラヘルツ波Ｌ₁として出射される。ここで、発信されるテラヘルツ波Ｌ₁は、典型的には連続的に発信されるテラヘルツ連続波であるが、断続的に発信されるテラヘルツパルス波やトーンバースト波であってもよい。

【0040】

テラヘルツ波発信器１１から発信されたテラヘルツ波Ｌ₁は、第１偏光板１３ａによって直線偏光にされる。第１偏光板１３ａを通過した直線偏光のテラヘルツ波は、λ／４波長板１４ａを透過して円偏光となる。円偏光となったテラヘルツ波Ｌ_1pは、所定角度αの入射角で鋼構造物１５の防食層１５ｂに入射する。上述したように、防食層１５ｂには下層の鋼材１５ａのひずみに準じたひずみが生じている。そのため、防食層１５ｂに入射したテラヘルツ波Ｌ_1pは、防食層１５ｂ内においてひずみに応じた複屈折が生じつつ鋼面１５ａｓによって完全反射される。鋼面１５ａｓにおいて完全反射したテラヘルツ波Ｌ₂は、防食層１５ｂ内においてひずみに応じた複屈折が生じつつ、表面１５ｂｓから出射される。

【0041】

表面１５ｂｓから出射したテラヘルツ波Ｌ₂は、複屈折により位相差δを生じて楕円偏光または円偏光になっており、λ／４波長板１４ｂを透過して直線偏光となった後、第２偏光板１３ｂによって偏光される。偏光されたテラヘルツ波Ｌ_2pは、テラヘルツ波検出器１２によって検出される。これにより、防食層１５ｂを透過したテラヘルツ波の楕円率であって、防食層１５ｂにおける複屈折によって生じた位相差に依存したテラヘルツ波の強度が、テラヘルツ波検出器１２によって検出される。

【0042】

以上のように、テラヘルツ波検出器１２によって検出されたテラヘルツ波Ｌ_2pの強度は、防食層１５ｂの主応力差（σ₁−σ₂）に比例した物理量になる。他方で、防食層１５ｂの光弾性係数および厚さをあらかじめ計測しておく。その上で、テラヘルツ波Ｌ_2pの強度を検出すると、テラヘルツ波Ｌ_2pの強度、光弾性係数、および厚さから、防食層１５ｂの主応力差（σ₁−σ₂）を導出できる。上述したように、防食層１５ｂのひずみは下層の鋼材１５ａのひずみに準じている。そのため、防食層１５ｂの主応力差（σ₁−σ₂）が求まると、この主応力差から防食層１５ｂの主ひずみ差（ε₁−ε₂）を導出できる。防食層１５ｂの主ひずみ差（ε₁−ε₂）は、鋼面１５ａｓの主ひずみ差と等価になるので、鋼材１５ａの各種パラメータに基づいて、鋼面１５ａｓの主応力差（σ₁′−σ₂′）を導出できる。すなわち、導出された防食層１５ｂの主応力差（σ₁−σ₂）から、鋼材１５ａの主応力差（σ₁′−σ₂′）を導出できる。これらの導出は、解析制御部１０の解析処理部１０ｄなどにより実行される。

【0043】

さらに、上述した走査機構によって、上述したテラヘルツ波光学系を鋼構造物１５の表面に沿って所定範囲を走査させる。これにより、鋼構造物１５の表面１５ｂｓの所定範囲において、防食層１５ｂのひずみに応じたテラヘルツ波の強度分布が、テラヘルツ波検出器１２によって検出される。テラヘルツ波検出器１２によって検出されたテラヘルツ波の強度分布は、防食層１５ｂにおけるテラヘルツ波の光弾性縞の等色線の分布として得られる。上述したように、得られた防食層１５ｂにおける光弾性縞の等色線の分布は、鋼材１５ａにおける等色線の分布と同等になる。すなわち、防食層１５ｂは、鋼材１５ａのひずみの主応力差（σ₁−σ₂）の検出に関するひずみセンサとして機能する。このひずみセンサとしての防食層１５ｂにおけるひずみの状態を、テラヘルツ波を用いて検出することによって、鋼材１５ａのひずみの状態を測定することが可能となる。

【0044】

（主応力方向の測定装置）
上述した構造物である鋼材１５ａに生じる主応力方向が不明である場合、主応力差（σ₁−σ₂）の測定に加えて、主応力方向を測定する必要がある。図４は、主応力方向を測定するための、一実施形態による応力測定装置の他の構成を示す図である。

【0045】

図４に示すように、応力測定装置２は、応力測定装置１において、λ／４波長板１４ａ，１４ｂが設けられていない構成を有する。また、応力測定装置２は、応力測定装置１における第１偏光板１３ａおよび第２偏光板１３ｂに対応して、第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂがそれぞれ設けられている。第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂはそれぞれ、互いに同径の円盤状の偏光板から構成されているとともに、円盤状の外周部分に互いに同じピッチの外歯が形成された円盤ギヤ形状を有する。

【0046】

応力測定装置２において、第１偏光板２１ａと第２偏光板２１ｂとの間には、偏光板同期回転機構２２が設けられている。偏光板同期回転機構２２は、旋回ヘッド２２ａ、ギヤボックス２２ｂ、および偏光板同期回転ギヤ２２ｃを有して構成される。旋回ヘッド２２ａは、従来公知のギヤボックス２２ｂを介して偏光板同期回転ギヤ２２ｃに接続されている。旋回ヘッド２２ａを回転軸Ｏの回りで回転させることにより、ギヤボックス２２ｂ内の複数のギヤを介して、偏光板同期回転ギヤ２２ｃが回転される。偏光板同期回転ギヤ２２ｃの外周部分には、第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂの外周部分の外歯と噛み合う外歯が形成されている。偏光板同期回転ギヤ２２ｃの外歯と、第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂの外歯とが噛み合うことにより、偏光板同期回転ギヤ２２ｃの回転に伴って、第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂが同じ回転方向に回転する。ここで、第１偏光板２１ａの外径と第２偏光板２１ｂの外径とは互いに同径である。そのため、旋回ヘッド２２ａを回転させて偏光板同期回転ギヤ２２ｃを回転させると、第１偏光板２１ａと第２偏光板２１ｂとは、偏光方向が所定の偏光方向、ここでは９０°の角度だけ異なった状態を維持しながら、同じ回転方向に回転する。その他の構成は、応力測定装置１と同様である。

【0047】

（主応力方向の測定方法）
次に、上述した応力測定装置２を用いた主応力方向の測定方法について説明する。すなわち、図４に示すように、テラヘルツ波発信器１１から出射したテラヘルツ波Ｌ₁は、第１偏光板２１ａを通過して直線偏光に偏光された後、鋼構造物１５の防食層１５ｂに入射される。防食層１５ｂに入射したテラヘルツ波Ｌ_1pは、鋼材１５ａの鋼面１５ａｓによって完全反射されて防食層１５ｂを透過して出射される。この状態で、偏光板同期回転ギヤ２２ｃを回転させて、第１偏光板２１ａと第２偏光板２１ｂとを、互いの偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら回転させる。

【0048】

第１偏光板２１ａと第２偏光板２１ｂとの回転に伴って、第１偏光板２１ａの偏光方向、すなわち直線偏光のテラヘルツ波Ｌ_1pの偏光方向と防食層１５ｂの主応力方向とが一致する状態が生じる。この状態においてテラヘルツ波Ｌ_1pは、直線偏光が変化することなく防食層１５ｂを透過する。テラヘルツ波Ｌ_1pはさらに、鋼面１５ａｓで反射されて防食層１５ｂを透過する。防食層１５ｂを透過したテラヘルツ波Ｌ₂は、第１偏光板２１ａの偏光方向に沿った直線偏光である。そのため、テラヘルツ波Ｌ₂は、第１偏光板２１ａの偏光方向に対して９０°異なる偏光方向の第２偏光板２１ｂをほとんど透過せず、第２偏光板２１ｂを透過したテラヘルツ波Ｌ_2pの強度は極小になる。この場合、第２偏光板２１ｂを透過したテラヘルツ波Ｌ_2pを観測すると、防食層１５ｂにおいてテラヘルツ波Ｌ_2pの強度が極小となる等傾線と言われる暗線が発現する。

【0049】

第１偏光板２１ａの偏光方向と防食層１５ｂの主応力方向とが一致した場合、テラヘルツ波Ｌ₂は第２偏光板２１ｂをほとんど透過しない。すなわち、図４に示すＸ軸およびＹ軸と第２偏光板２１ｂとにおいて、第２偏光板２１ｂを透過したテラヘルツ波Ｌ_2pが極小になった場合に、第２偏光板２１ｂの偏光方向、および、第２偏光板２１ｂの偏光方向に対して直交する方向が主応力方向になる。これにより、防食層１５ｂの主応力方向を導出することができる。

【0050】

一方、第１偏光板２１ａの偏光方向と主応力方向とが不一致の状態の場合、防食層１５ｂに入射したテラヘルツ波Ｌ_1pは、防食層１５ｂで生じる複屈折によって位相差が生じる。そのため、防食層１５ｂから出射したテラヘルツ波Ｌ₂は楕円偏光または円偏光になっている。楕円偏光のテラヘルツ波Ｌ₂は第２偏光板２１ｂを透過して直線偏光に偏光される。直線偏光のテラヘルツ波Ｌ_2pは、テラヘルツ波検出器１２によって検出される。この状態におけるテラヘルツ波Ｌ_2pの強度は、上述した第１偏光板２１ａの偏光方向と防食層１５ｂの主応力方向とが一致した場合のテラヘルツ波Ｌ_2pの強度に比して大きくなる。

【0051】

以上の状態の変化に基づいて、テラヘルツ波検出器１２によって検出されるテラヘルツ波Ｌ_2pの強度は、第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂが９０°回転する間に、極大と極小が交互に発現する。これにより、主応力方向が導出されると、従来公知の方法によって、鋼材１５ａの形状や外力の作用条件などに基づいて、最大主応力成分σ₁の主応力方向を導出することができる。

【0052】

さらに、上述した走査機構（図示せず）によって、少なくともテラヘルツ波発信器１１、テラヘルツ波検出器１２、第１偏光板２１ａ、および第２偏光板２１ｂを一体とした第２テラヘルツ波光学系を、鋼構造物１５の表面に沿って所定範囲を走査させる。これにより、テラヘルツ波検出器１２によって、鋼構造物１５の所定範囲において防食層１５ｂの主応力方向に沿ったテラヘルツ波Ｌ_2pの強度分布が検出される。テラヘルツ波検出器１２によって検出されたテラヘルツ波Ｌ_2pの強度分布は、防食層１５ｂにおけるテラヘルツ波の等傾線として得られる。防食層１５ｂは鋼材１５ａの鋼面１５ａｓに密着しているので、得られた光弾性縞の等傾線は、鋼材１５ａにおける等傾線になる。すなわち、防食層１５ｂは、鋼材１５ａのひずみの主応力方向の検出に関するひずみセンサとして機能する。

【0053】

以上の方法に基づいて、主応力差（σ₁−σ₂）および主応力方向が導出される。必要に応じて、従来公知のせん断応力差積分法によって、導出された主応力差（σ₁−σ₂）と主応力方向とに基づき、主応力成分σ₁，σ₂を互いに分離した形で導出可能である。これらの導出は、解析制御部１０の解析処理部１０ｄなどにより実行される。防食層１５ｂにおける主応力成分σ₁，σ₂や主応力方向など光弾性パラメータが判明すると、防食層１５ｂの弾性定数などに基づいて、防食層１５ｂのひずみを導出できる。上述したように、通常、防食層１５ｂと下層の構造物を構成する鋼材１５ａとは密着状態であり、防食層１５ｂのひずみは鋼材１５ａのひずみに準じている。したがって、防食層１５ｂのひずみとして得られた鋼材１５ａのひずみと鋼材１５ａの弾性係数とに基づいて、鋼材１５ａに生じる応力を導出できる。

【0054】

すなわち、応力測定装置１，２によって、テラヘルツ波を用いてひずみセンサとなる防食層１５ｂのひずみの状態を検出することによって、鋼材１５ａのひずみの状態を測定可能となる。これにより、主応力成分σ₁，σ₂および主応力方向が導出されると、鋼構造物１５の応力状態、すなわち測定対象物である鋼材１５ａの応力状態を測定できる。換言すると、テラヘルツ波光弾性法によって防食層１５ｂの応力状態を導出することによって、最終的に下層の鋼材１５ａの応力状態を導出して、鋼構造物１５に生じている応力分布を測定することが可能となる。

【0055】

（変形例）
次に、上述した一実施形態による主応力差の測定方法および主応力方向の測定方法の変形例について説明する。すなわち、図４に示す応力測定装置２において、第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂは、偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら同じ回転方向に回転する。この場合、任意の偏光方向の位置での検出強度と，その位置から第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂを偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら４５°回転させた位置でのテラヘルツ波Ｌ_2pの強度を検出し、検出された２つのテラヘルツ波Ｌ_2pの強度を加算することによって、主応力差（σ₁−σ₂）を求めることも可能である。

【0056】

より詳細には、任意の偏光方向で検出される光の強度Ｉ₁は、以下の（２）式に示すように、複屈折により生じる位相差δと主応力方向と偏光方向とのなす角度φに依存する。
Ｉ₁＝Ａ²sin²２φ・sin²（δ／２） …（２）
なお、Ａは入射光の振幅である。

【0057】

さらに、光の強度Ｉ₁が検出された位置から、第１偏光板２１ａおよび第２偏光板２１ｂを、互いの偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら、４５°回転させた位置において検出される光の強度Ｉ₂は、（３）式に示すようになる。
Ｉ₂＝Ａ²sin²２（φ+π／４）・sin²（δ／２） …（３）

【0058】

以上のように検出された光の強度Ｉ₁，Ｉ₂を合成すると、合成された光の強度Ｉは、以下の（４）式に示すように、主応力方向と偏光方向とのなす角度φに依存しない。
Ｉ＝Ｉ₁＋Ｉ₂＝Ａ²sin²（δ／２） …（４）
これは、光弾性法において、円偏光を用いた場合と同じ結果が得られることを意味する。これにより、応力測定装置２によって、防食層１５ｂの主応力方向と主応力差（σ₁−σ₂）とをともに導出可能になる。その他の構成は、上述した一実施形態と同様である。

【0059】

（健全性評価方法）
次に、以上のようにして測定された鈑桁３０からなる鋼構造物１５の応力分布は、鈑桁３０の死荷重応力分布となる。そこで、以上のように測定される鈑桁３０の死荷重応力分布に基づいた鈑桁３０を支持する支承３１，３２の健全性評価方法について説明する。図５は、一実施形態による健全性評価方法の一例を説明するためのフローチャートである。図５に示すフローチャートは、鋼製の橋梁における健全性の評価から補修対象の絞り込みを行うまでの処理を示し、例えば解析制御部１０における解析処理部１０ｄによって実行される。

【0060】

図５に示すように、まず、ステップＳＴ１において、上述した応力測定装置１，２などを用いて、橋梁の鈑桁３０における死荷重応力分布を測定する。次に、ステップＳＴ２に移行して解析処理部１０ｄは、記憶部に格納されている正常状態における死荷重応力分布（以下、設計応力分布）のデータと、ステップＳＴ１において測定された死荷重応力分布（以下、測定応力分布）のデータとの比較を行う。その後、ステップＳＴ３に移行する。

【0061】

ステップＳＴ３において解析処理部１０ｄは、設計応力分布と測定応力分布との間に乖離があるか否かを判定する。解析処理部１０ｄが、設計応力分布と測定応力分布との間に乖離はなく互いに略一致していると判定した場合（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、ステップＳＴ１０に移行して、現状の鈑桁３０の応力分布は正常状態であって、支承３１，３２の状態も正常状態であると判定して、健全性診断処理を終了する。一方、ステップＳＴ３において解析処理部１０ｄが、設計応力分布と測定応力分布との間に乖離があると判定した場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ４に移行する。

【0062】

ステップＳＴ４において解析処理部１０ｄは、支承３１，３２の条件を仮定して、応力分布の計算による導出を行う。これは、設計応力分布と測定応力分布との間に乖離がある場合、橋梁の鈑桁３０において、何らかの異常が生じていると考えられるためである。この点、鈑桁３０や床版の重量が経年的に大きく変化する可能性は極めて低い。そのため、設計応力分布と測定応力分布との乖離の原因は、支持している支承３１，３２の機能の異常に起因していると考えられる。ここで、支承３１，３２の設置条件を変更する方法の一例について説明する。

【0063】

一実施形態において、鈑桁３０の一方の端部を支持する支承３１は、例えばピン・ローラ型支承からなり、回転可能かつ水平移動可能に構成されている。鈑桁３０の他方の端部を支持する支承３２は、例えばピン・固定型支承からなり、回転可能かつ固定状態に構成されている。そこで、解析処理部１０ｄは、支承３１の回転の自由度のデータを設計仕様に対してＸ％、水平移動の自由度のデータを設計仕様に対してＹ％だけ減少させるように変更する。これとともに、解析処理部１０ｄは、支承３２の回転の自由度のデータを設計仕様に対してＺ％減少させるように変更する。支承３１，３２における自由度を設計仕様に対して減少させるのは、支承３１，３２における機能が低下した状態を再現するためである。その後、解析処理部１０ｄは、支承３１，３２における自由度が変更されたデータに基づいて、鈑桁３０に生じる死荷重応力分布を導出する。解析処理部１０ｄが計算によって導出した死荷重応力分布（以下、計算応力分布）のデータは、解析処理部１０ｄの記憶部に格納される。

【0064】

その後、ステップＳＴ５に移行して、解析処理部１０ｄは、計算応力分布のデータと測定応力分布のデータとの比較を行う。その後、ステップＳＴ６に移行する。ステップＳＴ６において解析処理部１０ｄは、計算応力分布と測定応力分布との間に乖離があるか否かを判定する。解析処理部１０ｄが、計算応力分布と測定応力分布との間に乖離があると判定した場合（ステップＳＴ６：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ７に移行する。

【0065】

ステップＳＴ７において解析処理部１０ｄは、支承３１，３２における条件を変更する。すなわち、解析処理部１０ｄは、支承３１，３２における自由度のデータを、ステップＳＴ４において変更した自由度のデータと異なるデータに変更する。具体的には、支承３１において、回転の自由度に関するＸ％、水平移動の自由度に関するＹ％、および支承３２において回転の自由度に関するＺ％のうちの少なくとも１つの値を変更して、自由度のデータを変更する。その後、ステップＳＴ４に復帰する。ステップＳＴ４〜ＳＴ７の処理は、ステップＳＴ６において解析処理部１０ｄが、計算応力分布と測定応力分布との間に乖離がないと判定するまで繰り返し実行される。

【0066】

ステップＳＴ６において解析処理部１０ｄが、計算応力分布と測定応力分布との間に乖離はなく互いに略一致していると判定した場合（ステップＳＴ６：Ｎｏ）、ステップＳＴ８に移行する。ステップＳＴ８において解析処理部１０ｄは、実際の支承３１，３２の状態と、ステップＳＴ４またはステップＳＴ７において仮定したデータに基づいた支承３１，３２の状態とが一致していると判定する。すなわち、解析処理部１０ｄは、計算応力分布で仮定した支承３１，３２の自由度の状態が、実際の支承３１，３２における異常状態での自由度の状態であると判定する。

【0067】

その後、ステップＳＴ９に移行すると、解析処理部１０ｄは、ステップＳＴ８において判定した支承３１，３２の状態に基づいて、異常が生じている支承３１，３２と、支承３１，３２における不良事象を導出する。これにより、解析処理部１０ｄは、補修対象にすべき支承３１，３２、および不良事象を確定する。以上により、健全性診断処理を終了する。

【0068】

（構造物の補修処理方法）
その後、以上の健全性診断処理によって導出された、補修対象にすべき支承３１，３２、および不良事象に基づいて、補修の状態を確認しつつ、鈑桁３０からなる鋼構造物１５の補修を行う。図６は、一実施形態による構造物の補修処理方法の一例を示すフローチャートである。

【0069】

図６に示すように、まず、ステップＳＴ１１において、上述した補修対象にすべき支承３１，３２に対する不良事象に基づき、補修作業者などが補修を行う。その後、ステップＳＴ１２において所定の管理者または解析処理部１０ｄ（以下、管理者と総称する）が、補修の効果を確認する必要があるか否かを判定する。管理者が、補修の効果を確認する必要は無いと判定した場合（ステップＳＴ１２：Ｎｏ）、ステップＳＴ１６に移行して、補修が完了したと判定して、補修処理を終了する。

【0070】

一方、ステップＳＴ１２において管理者が、補修の効果を確認する必要があると判定した場合（ステップＳＴ１２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１３，ＳＴ１４，ＳＴ１５を順次実行する。ステップＳＴ１３，ＳＴ１４においては、上述した健全性診断処理におけるステップＳＴ１，ＳＴ２と同様にして、応力測定装置１，２などを用いて再度、鋼構造物１５における死荷重応力分布を測定した後、設計応力分布と測定応力分布とを比較する。ステップＳＴ１５においては、上述したステップＳＴ３と同様にして、解析処理部１０ｄが設計応力分布と測定応力分布との間に乖離があるか否かを判定する。ステップＳＴ１５において解析処理部１０ｄが、設計応力分布と測定応力分布との間に乖離があると判定した場合（ステップＳＴ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ１７に移行する。

【0071】

ステップＳＴ１７においては、ステップＳＴ１４において行われた設計応力分布と測定応力分布との比較に基づいて、管理者が補修工事の内容を調整して、ステップＳＴ１８に移行して、追加の補修工事を行う。その後、ステップＳＴ１２に復帰する。ステップＳＴ１２〜ＳＴ１５，ＳＴ１７，ＳＴ１８の処理は、ステップＳＴ１５において設計応力分布と測定応力分布との間に乖離はなく略一致していると判定される（ステップＳＴ１５：Ｎｏ）まで、繰り返し実行される。

【0072】

ステップＳＴ１５において解析処理部１０ｄが、設計応力分布と測定応力分布との間に乖離はなく互いに略一致していると判定した場合（ステップＳＴ１５：Ｎｏ）、ステップＳＴ１６に移行する。ステップＳＴ１６においては、補修後の鋼構造物１５の死荷重応力分布は正常状態であることから、支承３１，３２の状態も正常状態であることから、補修が完了したと判定して、補修処理を終了する。以上により、一実施形態による補修処理が終了する。

【0073】

以上説明した一実施形態による健全性評価方法によれば、設計応力分布と測定応力分布との間に乖離があるか否かを判定し、乖離があると判定した場合に、支承３１，３２の設置条件を変更して計算応力分布を導出し、計算応力分布と測定応力分布との間に乖離がなく互いに略一致するまで、支承３１，３２の設置条件を繰り返し仮定していることにより、鈑桁３０などの鋼構造物１５における健全性を定量的に測定して評価することが可能となる。

【0074】

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた応力測定装置１，２の構成はあくまでも例に過ぎず、テラヘルツ波を用いて構造物の表面に密着した非金属層の主応力差および主応力方向を測定可能な構成であれば、必要に応じてこれと異なる構成の装置を用いてもよい。また、本発明は、上述した実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により限定されない。

【0075】

例えば、上述した一実施形態においては、橋梁の鈑桁３０などの支承３１，３２の健全性を診断しているが、健全性の診断対象となる構造物としては、必ずしも鈑桁３０および支承３１，３２に限定されるものではない。具体的にはパイプラインなどの構造物を健全性の診断対象とすることも可能である。パイプラインなどにおいては、管軸方向に水平移動するように設計されたサポート部や、熱応力などを吸収するために設置された伸縮継手などが設けられている。これらのサポート部や伸縮継手が正常に機能していない場合、パイプラインの全体にわたって応力分布に変化が生じる。この場合、上述した一実施形態による健全性診断処理によって、応力分布の変化を測定して設計による応力分布と比較することによって、補修箇所および補修すべき機能を特定でき、最適な補修を行うことが可能になる。さらに、構造物としては、橋梁の鈑桁３０やパイプライン以外にも、ガントリークレーン（橋形クレーン）などのクレーンや、プラントの配管などであってもよく、種々の構造物とすることが可能である。

【0076】

また、上述した一実施形態においては、支承の自由度の変更を３つのパラメータとして行っているが、必ずしも３つのパラメータに限定されるものではなく、１つ以上の変更可能なパラメータであって、鋼構造物１５において応力分布の変化を生じさせるものであれば、任意のパラメータを設定することが可能である。

【0077】

例えば、上述した一実施形態においては、鈑桁３０における死荷重応力分布を測定する方法として、テラヘルツ波光弾性法を用いたが、必ずしもテラヘルツ波光弾性法に限定されるものではない。すなわち、テラヘルツ波光弾性法以外に、Ｘ線応力測定法、磁気ひずみ法、パルクハウゼンノイズ法、音弾性法などの各種非破壊応力測定法や、部分的な切り取りによる応力開放法や盲穴法などの、ひずみゲージを用いた準非破壊的な測定方法を採用することも可能である。また、応力が発生する原因として、死荷重に限定されるものではなく、載荷試験などによって重量物を載置した場合に生じる応力を測定するようにしてもよい。

【0078】

例えば、上述した一実施形態においては、鋼構造物１５に対してテラヘルツ波をスポット的に照射して、鋼材１５ａの鋼面１５ａｓによってスポット的に反射させているが、必ずしもスポット的に照射および反射に限定されない。例えば、テラヘルツ波発信器１１の代わりに、テラヘルツ波を面状に出射可能なテラヘルツ波光源を用いるとともに、テラヘルツ波検出器１２の代わりに、テラヘルツ波Ｌ_2pを面状の分布として検出可能なテラヘルツ波検出アレイなどを用いることも可能である。この構成によれば、測定対象物としての鋼構造物１５における鋼材１５ａの応力分布、すなわち主応力差（σ₁−σ₂）と主応力方向とを導出して、評価することが可能になる。

【0079】

例えば、上述した一実施形態においては、応力測定装置２において、第１偏光板２１ａと第２偏光板２１ｂとを互いの偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら回転させるための機構として、偏光板同期回転機構２２を用いているが、必ずしもこの機構に限定されるものではない。第１偏光板２１ａと第２偏光板２１ｂとを互いの偏光方向が９０°異なった状態を維持しながら回転させることが可能であれば、従来公知の種々の回転機構を採用することが可能である。

【0080】

例えば、上述した一実施形態においては、応力測定装置１，２において、テラヘルツ波を鋼構造物１５に向けて出射するための光学系と、鋼面１５ａｓで反射されたテラヘルツ波を検出するための光学系とを光軸が異なる非同軸とした構成にしているが、必ずしも非同軸に限定されない。具体的には、ハーフミラーなどを用いることによって、テラヘルツ波を出射する光学系と反射されたテラヘルツ波を検出する光学系とを、光軸が重なる同軸とした構成にすることも可能である。

【0081】

また、上述した一実施形態において、鋼構造物１５の鋼材１５ａに生じる主応力方向が、形状や設計などによって明確である場合がある。この場合、上述のように得られた主応力差（σ₁−σ₂）と、形状や設計などによって明確である主応力方向とに基づいて、従来公知のせん断応力差積分法によって、主応力成分σ₁，σ₂を互いに分離した形で求めることが可能になる。これらの導出は、解析制御部１０の解析処理部１０ｄなどにより実行される。主応力成分σ₁，σ₂および主応力方向が導出されることによって、鋼構造物１５の状態、すなわち測定対象物である橋梁の鈑桁３０の荷重応力分布を詳細に測定することが可能となる。さらに、鋼材１５ａにおいて生じる応力が一軸応力場の場合、または一軸応力場に近い状態の応力場である場合、主応力差（σ₁−σ₂）は、ほぼ最大主応力成分σ₁とみなすことができる。この場合、せん断応力差積分法によって主応力差（σ₁−σ₂）から主応力成分σ₁，σ₂を分離させる導出処理が省略可能になる。すなわち、主応力差（σ₁−σ₂）を測定するのみで、鈑桁３０における死荷重応力分布を詳細に測定することが可能となる。

【符号の説明】

【0082】

１，２ 応力測定装置
１０ 解析制御部
１０ａ 信号増幅部
１０ｂ バイアス生成部
１０ｃ ロックイン検出部
１０ｄ 解析処理部
１１ テラヘルツ波発信器
１１ａ テラヘルツ波発生素子
１１ｂ，１２ｂ 半球レンズ
１１ｃ コリメートレンズ
１１ｄ 対物レンズ
１２ テラヘルツ波検出器
１２ａ テラヘルツ波検出素子
１２ｃ 集光レンズ
１３ａ，２１ａ 第１偏光板
１３ｂ，２１ｂ 第２偏光板
１４ａ，１４ｂ λ／４波長板
１５ 鋼構造物
１５ａ 鋼材
１５ａｓ 鋼面
１５ｂ 防食層
１５ｂｓ 表面
２２ 偏光板同期回転機構
２２ａ 旋回ヘッド
２２ｂ ギヤボックス
２２ｃ 偏光板同期回転ギヤ
３０ 鈑桁
３０ａ ウエブ
３０ｂ フランジ
３１，３２ 支承
３３ａ 圧縮応力
３３ｂ 引張応力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】