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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022083562
(43)【公開日】2022-06-06
(54)【発明の名称】変位計測装置
(51)【国際特許分類】
G01B 5/30 20060101AFI20220530BHJP
【ＦＩ】
G01B5/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020194953
(22)【出願日】2020-11-25
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001911
【氏名又は名称】特許業務法人アルファ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】磯田 和彦
【テーマコード（参考）】
2F062
【Ｆターム（参考）】
2F062AA02
2F062AA07
2F062AA09
2F062BB14
2F062BC18
2F062CC26
2F062EE05
2F062EE07
2F062EE13
2F062EE22
2F062EE47
2F062EE63
2F062GG31
2F062GG41
2F062GG44
2F062HH15
2F062HH16
2F062HH29
2F062HH37
2F062JJ10
(57)【要約】
【課題】簡易かつ安価な構成で２つの構造体間の相対変位を計測する。
【解決手段】変位計測装置は、計測ポールと２つの受け部材と傾斜計とを備える。計測ポールは、初期状態において第１の方向に延伸し、一端部に第１および第２のスリットが形成され、他端部に第３および第４のスリットが形成されている。第１の受け部材は、第１の構造体に固定され、回転可能に接合された第１および第２の棒状部材を有する。第１の棒状部材は、第２の方向に延伸し、第１のスリットに挿入されている。第２の棒状部材は、第３の方向に延伸し、第２のスリットに挿入される。第２の受け部材は、第２の構造体に固定され、回転可能に接合された第３および第４の棒状部材を有する。第３の棒状部材は、第２の方向に延伸し、第３のスリットに挿入されている。第４の棒状部材は、第３の方向に延伸し、第４のスリットに挿入されている。傾斜計は、計測ポールの傾きを計測する。
【選択図】図５
【解決手段】変位計測装置は、計測ポールと２つの受け部材と傾斜計とを備える。計測ポールは、初期状態において第１の方向に延伸し、一端部に第１および第２のスリットが形成され、他端部に第３および第４のスリットが形成されている。第１の受け部材は、第１の構造体に固定され、回転可能に接合された第１および第２の棒状部材を有する。第１の棒状部材は、第２の方向に延伸し、第１のスリットに挿入されている。第２の棒状部材は、第３の方向に延伸し、第２のスリットに挿入される。第２の受け部材は、第２の構造体に固定され、回転可能に接合された第３および第４の棒状部材を有する。第３の棒状部材は、第２の方向に延伸し、第３のスリットに挿入されている。第４の棒状部材は、第３の方向に延伸し、第４のスリットに挿入されている。傾斜計は、計測ポールの傾きを計測する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の方向に対向する第１の構造体と第２の構造体との距離が既知のとき、前記第１の方向に直交する第２の方向と、前記第１の方向と前記第２の方向とに直交する第３の方向と、についての前記第１の構造体と前記第２の構造体との間の相対変位を計測する変位計測装置であって、
前記第２の方向および前記第３の方向の前記相対変位がゼロである初期状態において前記第１の方向に延伸する計測ポールであって、前記第１の方向の一端部に、前記初期状態において前記第２の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第１のスリットと、前記初期状態において前記第３の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第２のスリットと、が形成されており、前記第１の方向の他端部に、前記初期状態において前記第２の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第３のスリットと、前記初期状態において前記第３の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第４のスリットと、が形成されている、計測ポールと、
前記第１の構造体に固定された第１の受け部材であって、前記初期状態において前記第２の方向に延伸し、かつ、前記計測ポールに形成された前記第１のスリットに挿入された第１の棒状部材と、前記初期状態において前記第３の方向に延伸し、前記計測ポールに形成された前記第２のスリットに挿入され、かつ、前記第１の棒状部材に対して前記第１の方向の軸廻りに相対回転可能に接合された第２の棒状部材と、を有する、第１の受け部材と、
前記第２の構造体に固定された第２の受け部材であって、前記初期状態において前記第２の方向に延伸し、かつ、前記計測ポールに形成された前記第３のスリットに挿入された第３の棒状部材と、前記初期状態において前記第３の方向に延伸し、前記計測ポールに形成された前記第４のスリットに挿入され、かつ、前記第３の棒状部材に対して前記第１の方向の軸廻りに相対回転可能に接合された第４の棒状部材と、を有する、第２の受け部材と、
前記計測ポールに取り付けられ、前記計測ポールの前記第１の方向に対する傾きを計測する傾斜計と、
を備える、変位計測装置。
前記第２の方向および前記第３の方向の前記相対変位がゼロである初期状態において前記第１の方向に延伸する計測ポールであって、前記第１の方向の一端部に、前記初期状態において前記第２の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第１のスリットと、前記初期状態において前記第３の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第２のスリットと、が形成されており、前記第１の方向の他端部に、前記初期状態において前記第２の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第３のスリットと、前記初期状態において前記第３の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第４のスリットと、が形成されている、計測ポールと、
前記第１の構造体に固定された第１の受け部材であって、前記初期状態において前記第２の方向に延伸し、かつ、前記計測ポールに形成された前記第１のスリットに挿入された第１の棒状部材と、前記初期状態において前記第３の方向に延伸し、前記計測ポールに形成された前記第２のスリットに挿入され、かつ、前記第１の棒状部材に対して前記第１の方向の軸廻りに相対回転可能に接合された第２の棒状部材と、を有する、第１の受け部材と、
前記第２の構造体に固定された第２の受け部材であって、前記初期状態において前記第２の方向に延伸し、かつ、前記計測ポールに形成された前記第３のスリットに挿入された第３の棒状部材と、前記初期状態において前記第３の方向に延伸し、前記計測ポールに形成された前記第４のスリットに挿入され、かつ、前記第３の棒状部材に対して前記第１の方向の軸廻りに相対回転可能に接合された第４の棒状部材と、を有する、第２の受け部材と、
前記計測ポールに取り付けられ、前記計測ポールの前記第１の方向に対する傾きを計測する傾斜計と、
を備える、変位計測装置。
【請求項2】
請求項１に記載の変位計測装置であって、さらに、
前記第１の受け部材を、前記第１の棒状部材または前記第２の棒状部材の前記第１の方向、前記第２の方向および前記第３の方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、前記第１の構造体に固定する第１の接合部材と、
前記第２の受け部材を、前記第３の棒状部材または前記第４の棒状部材の前記第１の方向、前記第２の方向および前記第３の方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、前記第２の構造体に固定する第２の接合部材と、
を備える、変位計測装置。
前記第１の受け部材を、前記第１の棒状部材または前記第２の棒状部材の前記第１の方向、前記第２の方向および前記第３の方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、前記第１の構造体に固定する第１の接合部材と、
前記第２の受け部材を、前記第３の棒状部材または前記第４の棒状部材の前記第１の方向、前記第２の方向および前記第３の方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、前記第２の構造体に固定する第２の接合部材と、
を備える、変位計測装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の変位計測装置であって、
前記初期状態における前記計測ポールの前記第１の方向に直交する断面は、２軸対称閉断面である、変位計測装置。
前記初期状態における前記計測ポールの前記第１の方向に直交する断面は、２軸対称閉断面である、変位計測装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の変位計測装置であって、
前記第１の方向は、鉛直方向である、変位計測装置。
前記第１の方向は、鉛直方向である、変位計測装置。
【請求項5】
請求項４に記載の変位計測装置であって、さらに、
前記計測ポールを下方向に付勢する付勢手段を備える、変位計測装置。
前記計測ポールを下方向に付勢する付勢手段を備える、変位計測装置。
【請求項6】
請求項４または請求項５に記載の変位計測装置であって、
前記第１の構造体は、免震装置の上部に位置する上部構造体であり、
前記第２の構造体は、前記免震装置の下部に位置する下部基礎である、変位計測装置。
前記第１の構造体は、免震装置の上部に位置する上部構造体であり、
前記第２の構造体は、前記免震装置の下部に位置する下部基礎である、変位計測装置。
【請求項7】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の変位計測装置であって、さらに、
前記傾斜計によって計測された前記計測ポールの前記第１の方向に対する傾きと、前記第１の方向における前記第１の受け部材の中心と前記第２の受け部材の中心との間の距離と、に基づき、前記相対変位を算出する制御部を備える、変位計測装置。
前記傾斜計によって計測された前記計測ポールの前記第１の方向に対する傾きと、前記第１の方向における前記第１の受け部材の中心と前記第２の受け部材の中心との間の距離と、に基づき、前記相対変位を算出する制御部を備える、変位計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書に開示される技術は、第１の構造体と第２の構造体との間の相対変位を計測する変位計測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば地震による建築物の被害を軽減・防止するための構造として、免震構造が知られている。免震構造は、下部基礎と上部構造体との間に免震層を設け、免震層に、アイソレーター（例えば積層ゴム）とダンパー（例えばオイルダンパー）とを備える免震装置を設置し、免震装置によって下部基礎の揺れを上部構造体に伝わりにくくする構造である。このような免震構造において、地震時に免震装置が設計通りに機能していることを確認するため、地震時における免震層の変位（すなわち、下部基礎と上部構造体との間の相対変位）を計測することは極めて重要なことである。
【0003】
従来、免震層の変位を計測する方法として、ケガキ計を用いる方法が知られている。この方法は、地震時に、上部構造体に固定されたケガキ針によって、免震層の下部床面に水平設置されたケガキ板に引っかき傷を付けることにより、免震層の変位を計測する方法である。ケガキ計を用いた免震層の変位の計測方法では、余震が続いている中で免震層に入ってケガキ板の傷を確認する必要があり、安全面で課題がある。
【0004】
ケガキ計に代えて、水平型変位計を用いて免震層の変位を計測する方法も知られている。この方法では、有線または無線による通信回線を用いることにより、免震層に入ることなくリアルタイムで変位データを取得・確認することができる。しかしながら、水平型変位計を用いた方法では、水平２方向を計測するために最低２台の水平型変位計を免震層に設置する必要があり、設置スペースが大きいという課題がある。
【0005】
設置スペースが小さく、かつ、免震層に入ることなくリアルタイムで変位データを取得・確認することができる変位計測装置として、直立型変位計測装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この変位計測装置は、棒状部材と、棒状部材の上端を水平２方向に回転可能に支持しつつ上部構造体に接合する上部自在継手と、棒状部材の下端を水平２方向に回転可能に支持する下部自在継手と、下部自在継手を鉛直方向へ変位可能に支持しつつ下部基礎に接合する滑り軸受と、棒状部材の上端または下端の水平２方向の回転角度を計測する２つのエンコーダとを備えている。この変位計測装置によれば、２つのエンコーダにより計測された回転角度に基づき、下部基礎と上部構造体との間の水平２方向の相対変位を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１８－１３６３１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述した従来の直立型変位計測装置では、自在継手や滑り軸受等の精密機械部品が必要であるため、構成が複雑になると共にコストが高いという課題がある。なお、このような課題は、免震構造における下部基礎と上部構造体との間の水平２方向の相対変位を計測する変位計測装置に限らず、第１の構造体と第２の構造体との間の相対変位を計測する変位計測装置に共通の課題である。
【0008】
本明細書では、上述した課題の少なくとも一部を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。
【0010】
（１）本明細書に開示される変位計測装置は、第１の方向に対向する第１の構造体と第２の構造体との距離が既知のとき、前記第１の方向に直交する第２の方向と、前記第１の方向と前記第２の方向とに直交する第３の方向と、についての前記第１の構造体と前記第２の構造体との間の相対変位を計測する変位計測装置である。変位計測装置は、計測ポールと、第１の受け部材と、第２の受け部材と、傾斜計とを備える。計測ポールは、前記第２の方向および前記第３の方向の前記相対変位がゼロである初期状態において前記第１の方向に延伸する部材である。計測ポールの前記第１の方向の一端部には、前記初期状態において前記第２の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第１のスリットと、前記初期状態において前記第３の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第２のスリットと、が形成されている。計測ポールの前記第１の方向の他端部には、前記初期状態において前記第２の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第３のスリットと、前記初期状態において前記第３の方向に平行であり、かつ、前記第１の方向に延伸する第４のスリットと、が形成されている。第１の受け部材は、前記第１の構造体に固定されており、第１の棒状部材と、第２の棒状部材とを有する。第１の棒状部材は、前記初期状態において前記第２の方向に延伸し、かつ、前記計測ポールに形成された前記第１のスリットに挿入されている。第２の棒状部材は、前記初期状態において前記第３の方向に延伸し、前記計測ポールに形成された前記第２のスリットに挿入され、かつ、前記第１の棒状部材に対して前記第１の方向の軸廻りに相対回転可能に接合されている。第２の受け部材は、前記第２の構造体に固定されており、第３の棒状部材と、第４の棒状部材とを有する。第３の棒状部材は、前記初期状態において前記第２の方向に延伸し、かつ、前記計測ポールに形成された前記第３のスリットに挿入されている。第４の棒状部材は、前記初期状態において前記第３の方向に延伸し、前記計測ポールに形成された前記第４のスリットに挿入され、かつ、前記第３の棒状部材に対して前記第１の方向の軸廻りに相対回転可能に接合されている。傾斜計は、前記計測ポールに取り付けられ、前記計測ポールの前記第１の方向に対する傾きを計測する。
【0011】
本変位計測装置はこのような構成であるため、計測ポールの一端部が、第２の方向および第３の方向廻りの回転を自在、第１の方向廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、第１の構造体に接合され、かつ、計測ポールの他端部が、第２の方向および第３の方向廻りの回転を自在、第１の方向廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、第２の構造体に接合された状態となっている。そのため、地震時等に第１の構造体と第２の構造体とが第２の方向および／または第３の方向に相対変位した際に、計測ポールが第１の方向に対して傾く。該傾きに伴い発生する計測ポールの材軸方向の変位については、第１の受け部材および第２の受け部材を構成する各棒状部材が計測ポールに形成された各スリット内を移動することで対応できる。そして、傾斜計により計測された計測ポールの傾きを用いて、第１の構造体と第２の構造体との間の第２の方向および第３の方向の相対変位を算出することができる。従って、本変位計測装置によれば、設置スペースが小さく、かつ、遠隔からリアルタイムで変位データを取得・確認することができる変位計測装置を実現することができると共に、自在継手や滑り軸受等の精密機械部品を用いることなく汎用構造部品を用いて、比較的簡易、軽量かつ安価な構成の変位計測装置を実現することができる。
【0012】
（２）上記変位計測装置において、さらに、前記第１の受け部材を、前記第１の棒状部材または前記第２の棒状部材の前記第１の方向、前記第２の方向および前記第３の方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、前記第１の構造体に固定する第１の接合部材と、前記第２の受け部材を、前記第３の棒状部材または前記第４の棒状部材の前記第１の方向、前記第２の方向および前記第３の方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、前記第２の構造体に固定する第２の接合部材と、を備える構成としてもよい。この構成によれば、第１の構造体と第２の構造体との間の第２の方向および第３の方向の相対変位を精度良く算出することができると共に、変位計測装置の設置の容易化を実現することができる。
【0013】
（３）上記変位計測装置において、前記初期状態における前記計測ポールの前記第１の方向に直交する断面は、２軸対称閉断面である構成としてもよい。本変位計測装置によれば、第１の構造体と第２の構造体との間の第２の方向および第３の方向の相対変位を精度良く算出することができる。
【0014】
（４）上記変位計測装置において、前記第１の方向は、鉛直方向である構成としてもよい。本変位計測装置によれば、第１の構造体と第２の構造体との間の水平方向の相対変位を算出することができる。
【0015】
（５）上記変位計測装置において、さらに、前記計測ポールを下方向に付勢する付勢手段を備える構成としてもよい。本変位計測装置によれば、地震時等の際の計測ポールの上下動を抑制することができ、変位計測装置の破損の発生を抑制することができる。
【0016】
（６）上記変位計測装置において、前記第１の構造体は、免震装置の上部に位置する上部構造体であり、前記第２の構造体は、前記免震装置の下部に位置する下部基礎である構成としてもよい。本変位計測装置によれば、免震構造の下部基礎と上部構造体との間の水平方向の相対変位を算出することができる。
【0017】
（７）上記変位計測装置において、さらに、前記傾斜計によって計測された前記計測ポールの前記第１の方向に対する傾きと、前記第１の方向における前記第１の受け部材の中心と前記第２の受け部材の中心との間の距離と、に基づき、前記相対変位を算出する制御部を備える構成としてもよい。本変位計測装置によれば、傾斜計により計測された計測ポールの傾きを用いて、第１の構造体と第２の構造体との間の第２の方向および第３の方向の相対変位を算出することができる。
【0018】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、変位計測装置、変位計測方法、変位計測システム、変位計測装置または変位計測システムを備える建築物等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】本実施形態における変位計測装置１００を備える建築物１８０の構成を概略的に示す説明図
【図2】本実施形態における変位計測装置１００の詳細構成を示す説明図
【図3】計測ポール１０の詳細構成を示す説明図
【図4】下側受け部材２０（または上側受け部材３０）および下側接合部材４０（または上側接合部材５０）の詳細構成を示す説明図
【図5】Ｘ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図
【図6】Ｙ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図
【図7】Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図
【図8】Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【0020】
Ａ．実施形態：
Ａ－１．変位計測装置１００を備える建築物１８０の構成：
図１は、本実施形態における変位計測装置１００を備える建築物１８０の構成を概略的に示す説明図である。なお、図１において、Ｚ軸方向は鉛直方向であり、Ｚ軸正方向は上方向であり、Ｚ軸負方向は下方向である。この点は、以降の図においても同様である。Ｚ軸方向は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。
Ａ－１．変位計測装置１００を備える建築物１８０の構成：
図１は、本実施形態における変位計測装置１００を備える建築物１８０の構成を概略的に示す説明図である。なお、図１において、Ｚ軸方向は鉛直方向であり、Ｚ軸正方向は上方向であり、Ｚ軸負方向は下方向である。この点は、以降の図においても同様である。Ｚ軸方向は、特許請求の範囲における第１の方向の一例である。
【0021】
図１に示すように、建築物１８０は、上部構造体１１０と、下部基礎１２０と、アイソレーター１３０と、ダンパー１４０と、制御装置１５０と、変位計測装置１００とを備える。上部構造体１１０は、建築物１８０の本体であり、下部基礎１２０は、上部構造体１１０の下方に設置された基礎である。下部基礎１２０と上部構造体１１０との間には、免震層ＳＩが設けられている。下部基礎１２０は、特許請求の範囲における第１の構造体の一例であり、上部構造体１１０は、特許請求の範囲における第２の構造体の一例である。
【0022】
アイソレーター１３０およびダンパー１４０は、免震層ＳＩに設けられており、免震装置を構成している。アイソレーター１３０は、例えば積層ゴムにより構成されており、Ｚ軸方向において上部構造体１１０を支持すると共に、地震力等の水平力が作用する際に、下部基礎１２０の短周期の揺れを長周期の揺れに変換して上部構造体１１０に伝えることにより、上部構造体１１０の揺れを低減するための装置である。ダンパー１４０は、例えばオイルダンパーにより構成されており、上部構造体１１０の揺れを早期に減衰させるための装置である。
【0023】
変位計測装置１００は、免震層ＳＩに設けられている。変位計測装置１００は、免震層ＳＩの変位、すなわち、下部基礎１２０と上部構造体１１０との間の水平２方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）の相対変位を計測するための装置である。Ｘ軸方向は、特許請求の範囲における第２の方向の一例であり、Ｙ軸方向は、特許請求の範囲における第３の方向の一例である。
【0024】
制御装置１５０は、例えばＣＰＵとメモリとを備えるコンピューターにより構成されており、免震層ＳＩの外部に配置されている。制御装置１５０は、配線ケーブル１５２を介して変位計測装置１００に接続されており、変位計測装置１００に対する電力供給や、変位計測装置１００からのデータ収集等を行う。配線ケーブル１５２は、上部構造体１１０と下部基礎１２０との間の相対変位に追従できるように、弛ませた状態で設置される。変位計測装置１００と制御装置１５０とを合わせた構成を変位計測装置と捉えることもできる。制御装置１５０は、特許請求の範囲における制御部の一例である。
【0025】
Ａ－２．変位計測装置１００の詳細構成：
図２は、本実施形態における変位計測装置１００の詳細構成を示す説明図である。図２のＡ欄には、初期状態（地震力等の水平力が作用せず、下部基礎１２０と上部構造体１１０との間の水平２方向の相対変位が共にゼロである状態）における変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図２のＢ欄には、初期状態における変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されている。図２に示すように、変位計測装置１００は、計測ポール１０と、下側受け部材２０と、上側受け部材３０と、下側接合部材４０と、上側接合部材５０と、傾斜計６０とを備える。
図２は、本実施形態における変位計測装置１００の詳細構成を示す説明図である。図２のＡ欄には、初期状態（地震力等の水平力が作用せず、下部基礎１２０と上部構造体１１０との間の水平２方向の相対変位が共にゼロである状態）における変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図２のＢ欄には、初期状態における変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されている。図２に示すように、変位計測装置１００は、計測ポール１０と、下側受け部材２０と、上側受け部材３０と、下側接合部材４０と、上側接合部材５０と、傾斜計６０とを備える。
【0026】
（計測ポール１０の構成）
図３は、計測ポール１０の詳細構成を示す説明図である。図３には、計測ポール１０の斜視外観構成が示されている。図２および図３に示すように、計測ポール１０は、初期状態においてＺ軸方向（鉛直方向）に延伸する棒状の部材である。初期状態における計測ポール１０のＺ軸方向に直交する断面（ＸＹ断面）は、２軸対称閉断面である。本実施形態では、計測ポール１０として角形鋼管が用いられており、該断面は、正方形断面である。初期状態において、計測ポール１０を構成する角形鋼管の２つの側面はＸ軸およびＺ軸に平行であり、角形鋼管の他の２つの側面はＹ軸およびＺ軸に平行である。
図３は、計測ポール１０の詳細構成を示す説明図である。図３には、計測ポール１０の斜視外観構成が示されている。図２および図３に示すように、計測ポール１０は、初期状態においてＺ軸方向（鉛直方向）に延伸する棒状の部材である。初期状態における計測ポール１０のＺ軸方向に直交する断面（ＸＹ断面）は、２軸対称閉断面である。本実施形態では、計測ポール１０として角形鋼管が用いられており、該断面は、正方形断面である。初期状態において、計測ポール１０を構成する角形鋼管の２つの側面はＸ軸およびＺ軸に平行であり、角形鋼管の他の２つの側面はＹ軸およびＺ軸に平行である。
【0027】
計測ポール１０の下端部には、第１のスリット１１と第２のスリット１２とが形成されている。第１のスリット１１は、初期状態においてＸ軸方向に平行であり、かつ、計測ポール１０の下端からＺ軸正方向（上方向）に延伸するスリットである。第２のスリット１２は、初期状態においてＹ軸方向に平行であり、かつ、計測ポール１０の下端からＺ軸正方向（上方向）に延伸するスリットである。本実施形態では、第１のスリット１１は、計測ポール１０のＸＹ断面において、該断面の中心点を通り、かつ、Ｘ軸に平行な直線状に配置されており、第２のスリット１２は、計測ポール１０のＸＹ断面において、該断面の中心点を通り、かつ、Ｙ軸に平行な直線状に配置されている。また、本実施形態では、計測ポール１０として角形鋼管が用いられているため、第１のスリット１１は、角形鋼管におけるＹ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されており、第２のスリット１２は、角形鋼管におけるＸ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されている。計測ポール１０の下端部は、特許請求の範囲における計測ポールの一端部の一例である。
【0028】
また、計測ポール１０の上端部には、第３のスリット１３と第４のスリット１４とが形成されている。第３のスリット１３は、初期状態においてＸ軸方向に平行であり、かつ、計測ポール１０の上端からＺ軸負方向（下方向）に延伸するスリットである。第４のスリット１４は、初期状態においてＹ軸方向に平行であり、かつ、計測ポール１０の上端からＺ軸負方向（下方向）に延伸するスリットである。本実施形態では、第３のスリット１３は、計測ポール１０のＸＹ断面において、該断面の中心点を通り、かつ、Ｘ軸に平行な直線状に配置されており、第４のスリット１４は、計測ポール１０のＸＹ断面において、該断面の中心点を通り、かつ、Ｙ軸に平行な直線状に配置されている。また、本実施形態では、計測ポール１０として角形鋼管が用いられているため、第３のスリット１３は、角形鋼管におけるＹ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されており、第４のスリット１４は、角形鋼管におけるＸ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されている。計測ポール１０の上端部は、特許請求の範囲における計測ポールの他端部の一例である。
【0029】
（下側受け部材２０、上側受け部材３０、下側接合部材４０および上側接合部材５０の構成）
図４は、下側受け部材２０（または上側受け部材３０、以下同様）および下側接合部材４０（または上側接合部材５０、以下同様）の詳細構成を示す説明図である。図４のＡ欄には、下側受け部材２０のＸＹ平面（上面）の構成が示されており、図４のＢ欄には、下側受け部材２０のＹＺ断面構成が示されており、図４のＣ欄には、下側受け部材２０のＸＺ断面構成が示されており、図４のＤ欄には、下側受け部材２０および下側接合部材４０の斜視外観構成が示されている。
図４は、下側受け部材２０（または上側受け部材３０、以下同様）および下側接合部材４０（または上側接合部材５０、以下同様）の詳細構成を示す説明図である。図４のＡ欄には、下側受け部材２０のＸＹ平面（上面）の構成が示されており、図４のＢ欄には、下側受け部材２０のＹＺ断面構成が示されており、図４のＣ欄には、下側受け部材２０のＸＺ断面構成が示されており、図４のＤ欄には、下側受け部材２０および下側接合部材４０の斜視外観構成が示されている。
【0030】
図４に示すように、下側受け部材２０は、第１の棒状部材２１と、第２の棒状部材２２とを有する。第１の棒状部材２１は、初期状態においてＸ軸方向に延伸する棒状の部材である。第１の棒状部材２１は、例えば棒鋼により構成されており、第１の棒状部材２１の延伸方向に直交する断面は、例えば円形である。また、第１の棒状部材２１の外径は、計測ポール１０の第１のスリット１１の幅と同一であるか、または、該幅より僅かに小さい。第２の棒状部材２２は、初期状態においてＹ軸方向に延伸する棒状の部材である。第２の棒状部材２２は、例えば棒鋼により構成されており、第２の棒状部材２２の延伸方向に直交する断面は、例えば円形である。また、第２の棒状部材２２の外径は、計測ポール１０の第２のスリット１２の幅と同一であるか、または、該幅より僅かに小さい。第２の棒状部材２２は、第１の棒状部材２１に対してＺ軸廻りに相対回転可能に接合されている。より具体的には、第１の棒状部材２１および第２の棒状部材２２のそれぞれにおける長さ方向中央付近の断面に切り欠きが設けられており、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とが、切り欠きが互いに係合するように組み合わされた状態で、ボルト２６により接合されている。これにより、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とは、Ｚ軸廻りに相対回転可能なピン接合とされ、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とのなす角が初期状態の９０度から変更可能となっている。下側受け部材２０は、特許請求の範囲における第１の受け部材の一例である。
【0031】
下側接合部材４０は、平板部４１と、一対の立ち上がり部４２と、一対のストッパー部４６とを有している。下側接合部材４０は、例えば鋼材により構成されている。下側接合部材４０は、特許請求の範囲における第１の接合部材の一例である。
【0032】
下側接合部材４０の平板部４１は、Ｚ軸方向に直交する平板形状の部分であり、下部基礎１２０に形成された立ち上がり基礎１２２（図２）の上面に、例えばボルト（不図示）により固定されている。
【0033】
下側接合部材４０の各立ち上がり部４２は、平板部４１の上面から上方向に延伸する平板状の部分である。各立ち上がり部４２には、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔４４が形成されている。一方の立ち上がり部４２の貫通孔４４には、下側受け部材２０の第１の棒状部材２１の一端部が挿入されており、他方の立ち上がり部４２の貫通孔４４には、第１の棒状部材２１の他端部が挿入されている。これにより、第１の棒状部材２１が、一対の立ち上がり部４２によって、Ｘ軸廻りに回転可能に、かつ、Ｙ軸およびＺ軸廻りの回転が拘束された状態で支持されている。その結果、第１の棒状部材２１を含む下側受け部材２０が下側接合部材４０に固定され、ひいては、下側受け部材２０が立ち上がり基礎１２２を含む下部基礎１２０に固定されている。
【0034】
下側接合部材４０の各ストッパー部４６は、平板部４１の上面に固定された小片状の部分である。一方のストッパー部４６の上面により、下側受け部材２０の第２の棒状部材２２の一端部が支持されており、他方のストッパー部４６により、第２の棒状部材２２の他端部が支持されている。これにより、第２の棒状部材２２のＸ軸廻りの回転が拘束されており、ひいては、第２の棒状部材２２を含む下側受け部材２０のＸ軸廻りの回転が拘束されている。ただし、ストッパー部４６によって第２の棒状部材２２のＺ軸廻りの回転は拘束されていないため、下側受け部材２０が下側接合部材４０に固定された状態においても、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とのなす角が初期状態の９０度から変更可能となっている。なお、ストッパー部４６を省略し、代わりに、第１の棒状部材２１の両端部を立ち上がり部４２に剛接合することにより、下側受け部材２０のＸ軸廻りの回転を拘束してもよい。
【0035】
上側受け部材３０の構成は、上下逆向きである点を除き、上述した下側受け部材２０の構成と同一である。すなわち、上側受け部材３０は、第３の棒状部材３１と、第４の棒状部材３２とを有する。第３の棒状部材３１は、初期状態においてＸ軸方向に延伸する棒状の部材である。第３の棒状部材３１は、例えば棒鋼により構成されており、第３の棒状部材３１の延伸方向に直交する断面は、例えば円形である。また、第３の棒状部材３１の外径は、計測ポール１０の第３のスリット１３の幅と同一であるか、または、該幅より僅かに小さい。第４の棒状部材３２は、初期状態においてＹ軸方向に延伸する棒状の部材である。第４の棒状部材３２は、例えば棒鋼により構成されており、第４の棒状部材３２の延伸方向に直交する断面は、例えば円形である。また、第４の棒状部材３２の外径は、計測ポール１０の第４のスリット１４の幅と同一であるか、または、該幅より僅かに小さい。第４の棒状部材３２は、ボルト３６により、第３の棒状部材３１に対してＺ軸廻りに相対回転可能にピン接合されている。これにより、第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とのなす角が初期状態の９０度から変更可能となっている。上側受け部材３０は、特許請求の範囲における第２の受け部材の一例である。
【0036】
上側接合部材５０の構成は、上下逆向きである点を除き、上述した下側接合部材４０の構成と同一である。すなわち、上側接合部材５０は、平板部５１と、一対の立ち上がり部５２と、一対のストッパー部５６とを有している。平板部５１は、Ｚ軸方向に直交する平板形状の部分であり、上部構造体１１０（図２）の下面に、例えばボルト（不図示）により固定されている。上側接合部材５０の各立ち上がり部５２は、平板部５１の下面から下方向に延伸する平板状の部分であり、Ｘ軸方向に貫通する貫通孔５４が形成されている。一方の立ち上がり部５２の貫通孔５４には、上側受け部材３０の第３の棒状部材３１の一端部が挿入されており、他方の立ち上がり部５２の貫通孔５４には、第３の棒状部材３１の他端部が挿入されている。これにより、第３の棒状部材３１が、一対の立ち上がり部５２によって、Ｘ軸廻りに回転可能に、かつ、Ｙ軸およびＺ軸廻りの回転が拘束された状態で支持されている。その結果、第３の棒状部材３１を含む上側受け部材３０が上側接合部材５０に固定され、ひいては、上側受け部材３０が上部構造体１１０に固定されている。上側接合部材５０の各ストッパー部５６は、平板部５１の下面に固定された小片状の部分である。一方のストッパー部５６の下面により、上側受け部材３０の第４の棒状部材３２の一端部が支持されており、他方のストッパー部５６により、第４の棒状部材３２の他端部が支持されている。これにより、第４の棒状部材３２のＸ軸廻りの回転が拘束されており、ひいては、第４の棒状部材３２を含む上側受け部材３０のＸ軸廻りの回転が拘束されている。ただし、ストッパー部５６によって第４の棒状部材３２のＺ軸廻りの回転は拘束されていないため、上側受け部材３０が上側接合部材５０に固定された状態においても、第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とのなす角が初期状態の９０度から変更可能となっている。上側接合部材５０は、特許請求の範囲における第２の接合部材の一例である。
【0037】
図２（および後述する図５から図８）に示すように、下側受け部材２０の第１の棒状部材２１は、計測ポール１０の下端部に形成された第１のスリット１１に挿入されており、第２の棒状部材２２は、計測ポール１０の下端部に形成された第２のスリット１２に挿入されている。なお、上述したように、本実施形態では、第１のスリット１１が、計測ポール１０を構成する角形鋼管におけるＹ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されているため、第１の棒状部材２１の一端部が、一方の平板部に形成されたスリットに挿入されており、第１の棒状部材２１の他端部が、他方の平板部に形成されたスリットに挿入されている。同様に、本実施形態では、第２のスリット１２が、計測ポール１０を構成する角形鋼管におけるＸ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されているため、第２の棒状部材２２の一端部が、一方の平板部に形成されたスリットに挿入されており、第２の棒状部材２２の他端部が、他方の平板部に形成されたスリットに挿入されている。
【0038】
このように、本実施形態の変位計測装置１００では、下側受け部材２０の第１の棒状部材２１および第２の棒状部材２２が、それぞれ、計測ポール１０の下端部に形成された第１のスリット１１および第２のスリット１２に挿入されている。また、下側受け部材２０は、下側接合部材４０を介して、下部基礎１２０に固定されている。そのため、計測ポール１０の下端部は、Ｘ軸およびＹ軸廻りの回転を自在、Ｚ軸廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、下部基礎１２０に接合されている。なお、計測ポール１０の下端部は、例えばバネ等の付勢手段１０２（図１）により、下部基礎１２０側(下方向)に付勢されている。
【0039】
また、図２（および後述する図５から図８）に示すように、上側受け部材３０の第３の棒状部材３１は、計測ポール１０の上端部に形成された第３のスリット１３に挿入されており、第４の棒状部材３２は、計測ポール１０の上端部に形成された第４のスリット１４に挿入されている。なお、上述したように、本実施形態では、第３のスリット１３が、計測ポール１０を構成する角形鋼管におけるＹ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されているため、第３の棒状部材３１の一端部が、一方の平板部に形成されたスリットに挿入され、第３の棒状部材３１の他端部が、他方の平板部に形成されたスリットに挿入されている。同様に、本実施形態では、第４のスリット１４が、計測ポール１０を構成する角形鋼管におけるＸ軸およびＺ軸に平行な２つの平板部に形成された２つのスリットから構成されているため、第４の棒状部材３２の一端部が、一方の平板部に形成されたスリットに挿入され、第４の棒状部材３２の他端部が、他方の平板部に形成されたスリットに挿入されている。
【0040】
このように、本実施形態の変位計測装置１００では、上側受け部材３０の第３の棒状部材３１および第４の棒状部材３２が、それぞれ、計測ポール１０の上端部に形成された第３のスリット１３および第４のスリット１４に挿入されている。また、上側受け部材３０は、上側接合部材５０を介して、上部構造体１１０に固定されている。そのため、計測ポール１０の上端部は、Ｘ軸およびＹ軸廻りの回転を自在、Ｚ軸廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、上部構造体１１０に接合されている。
【0041】
（傾斜計６０の構成）
傾斜計６０は、計測ポール１０に取り付けられており、計測ポール１０のＺ軸方向に対する傾き（ＸＺ面内およびＹＺ面内の傾き）を計測する２方向傾斜センサーである。図２に示すように、本実施形態では、傾斜計６０は、計測ポール１０を構成する角形鋼管におけるＸ軸およびＺ軸に平行な側面に取り付けられている。傾斜計６０は、計測ポール１０の傾きを計測可能な装置であれば、どのような装置であってもよいが、例えば小型軽量なＭＥＭＳセンサーである。
傾斜計６０は、計測ポール１０に取り付けられており、計測ポール１０のＺ軸方向に対する傾き（ＸＺ面内およびＹＺ面内の傾き）を計測する２方向傾斜センサーである。図２に示すように、本実施形態では、傾斜計６０は、計測ポール１０を構成する角形鋼管におけるＸ軸およびＺ軸に平行な側面に取り付けられている。傾斜計６０は、計測ポール１０の傾きを計測可能な装置であれば、どのような装置であってもよいが、例えば小型軽量なＭＥＭＳセンサーである。
【0042】
図１に示すように、傾斜計６０は、配線ケーブル１５２を介して制御装置１５０と接続されている。傾斜計６０には、配線ケーブル１５２を介して電力が供給され、また、傾斜計６０により計測された各時刻における計測ポール１０の傾きを示すデータは、配線ケーブル１５２を介して制御装置１５０に転送される。
【0043】
免震層ＳＩへの変位計測装置１００の設置の際には、計測ポール１０の下端に下側受け部材２０および下側接合部材４０を組み付け、計測ポール１０の上端に上側受け部材３０および上側接合部材５０を組み付けた後、免震層ＳＩにおける所定の位置に固定する。また、免震層ＳＩからの変位計測装置１００の撤去の際には、下側接合部材４０と立ち上がり基礎１２２との締結を解除し、下側接合部材４０を立ち上がり基礎１２２の位置から水平方向にずらして分解・撤去する。
【0044】
Ａ－３．変位計測装置１００の動作：
次に、地震時等に上部構造体１１０と下部基礎１２０との間で相対変位が発生した際の変位計測装置１００の動作について説明する。
次に、地震時等に上部構造体１１０と下部基礎１２０との間で相対変位が発生した際の変位計測装置１００の動作について説明する。
【0045】
Ａ－３－１．Ｘ軸方向への変位時の変位計測装置１００の動作：
まず、上部構造体１１０が下部基礎１２０に対してＸ軸方向に変位量δＸだけ相対変位したとき（以下、単に「Ｘ軸方向への変位時」という。）における変位計測装置１００の動作を説明する。図５は、Ｘ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図である。図５のＡ欄には、変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図５のＢ欄には、変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されており、図５のＣ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＸＺ側面構成が拡大して示されている。
まず、上部構造体１１０が下部基礎１２０に対してＸ軸方向に変位量δＸだけ相対変位したとき（以下、単に「Ｘ軸方向への変位時」という。）における変位計測装置１００の動作を説明する。図５は、Ｘ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図である。図５のＡ欄には、変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図５のＢ欄には、変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されており、図５のＣ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＸＺ側面構成が拡大して示されている。
【0046】
上述したように、計測ポール１０の下端部は、Ｘ軸およびＹ軸廻りの回転を自在、Ｚ軸廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、下部基礎１２０に接合されており、かつ、計測ポール１０の上端部は、Ｘ軸およびＹ軸廻りの回転を自在、Ｚ軸廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、上部構造体１１０に接合されている。そのため、Ｘ軸方向への変位時には、図５のＡ欄に示すように、初期状態においてＺ軸方向に延伸する姿勢であった計測ポール１０が、Ｙ軸廻りに回転して傾斜する。なお、免震装置（積層ゴム支承やすべり支承などの荷重支持部材）のＺ軸方向の剛性は十分に大きく、地震時等における上部構造体１１０と下部基礎１２０との間のＺ軸方向の相対変位は略ゼロであるため、Ｚ軸方向における下側受け部材２０の中心と上側受け部材３０の中心との間の距離(以下、「受け部材間鉛直距離」という。)ｈは、地震時等においても一定とみなすことができる。
【0047】
計測ポール１０が傾斜すると、計測ポール１０の材軸方向に沿った下側受け部材２０と上側受け部材３０との間の中心間距離（以下、「受け部材間実距離Ｌ」という。）は、初期状態の値、すなわち受け部材間鉛直距離ｈから、下記の式（１）で表される値に増加する。そのため、下側受け部材２０を構成する第１の棒状部材２１および第２の棒状部材２２は、それぞれ、計測ポール１０の下端部に形成された第１のスリット１１および第２のスリット１２内を相対的に移動する。このとき、図５のＣ欄に示すように、第１の棒状部材２１の一端部（図の例では右端部）が、スリット範囲ＳＲに形成された第１のスリット１１の上端に接触する。また、上側受け部材３０を構成する第３の棒状部材３１および第４の棒状部材３２は、それぞれ、計測ポール１０の上端部に形成された第３のスリット１３および第４のスリット１４内を相対的に移動する。なお、下側受け部材２０を構成する第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とは、互いに直交した状態を維持し、上側受け部材３０を構成する第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とは、互いに直交した状態を維持する。
【数1】
【0048】
計測ポール１０がＹ軸廻りに回転して傾斜すると、傾斜計６０によって、計測ポール１０の傾斜角θＹ（Ｚ軸方向からのＹ軸廻りの傾斜角）が計測される。傾斜計６０から計測ポール１０の傾斜角θＹの計測結果を受け取った制御装置１５０は、下記の式（２）に従い、上部構造体１１０の下部基礎１２０に対するＸ軸方向の変位量δＸを算出する。
【数2】
【0049】
Ａ－３－２．Ｙ軸方向への変位時の変位計測装置１００の動作：
次に、上部構造体１１０が下部基礎１２０に対してＹ軸方向に変位量δＹだけ相対変位したとき（以下、単に「Ｙ軸方向への変位時」という。）における変位計測装置１００の動作を説明する。図６は、Ｙ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図である。図６のＡ欄には、変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図６のＢ欄には、変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されており、図６のＣ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＹＺ側面構成が拡大して示されている。
次に、上部構造体１１０が下部基礎１２０に対してＹ軸方向に変位量δＹだけ相対変位したとき（以下、単に「Ｙ軸方向への変位時」という。）における変位計測装置１００の動作を説明する。図６は、Ｙ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図である。図６のＡ欄には、変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図６のＢ欄には、変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されており、図６のＣ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＹＺ側面構成が拡大して示されている。
【0050】
Ｙ軸方向への変位時には、図６のＢ欄に示すように、初期状態においてＺ軸方向に延伸する姿勢であった計測ポール１０が、Ｘ軸廻りに回転して傾斜する。計測ポール１０が傾斜すると、受け部材間実距離Ｌは、初期状態の値、すなわち受け部材間鉛直距離ｈから、下記の式（３）で表される値に増加する。そのため、下側受け部材２０を構成する第１の棒状部材２１および第２の棒状部材２２は、それぞれ、計測ポール１０の下端部に形成された第１のスリット１１および第２のスリット１２内を相対的に移動する。このとき、図６のＣ欄に示すように、第２の棒状部材２２の一端部（図の例では右端部）が、スリット範囲ＳＲに形成された第２のスリット１２の上端に接触する。また、上側受け部材３０を構成する第３の棒状部材３１および第４の棒状部材３２は、それぞれ、計測ポール１０の上端部に形成された第３のスリット１３および第４のスリット１４内を相対的に移動する。なお、下側受け部材２０を構成する第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とは、互いに直交した状態を維持し、上側受け部材３０を構成する第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とは、互いに直交した状態を維持する。
【数3】
【0051】
計測ポール１０がＸ軸廻りに回転して傾斜すると、傾斜計６０によって、計測ポール１０の傾斜角θＸ（Ｚ軸方向からのＸ軸廻りの傾斜角）が計測される。傾斜計６０から計測ポール１０の傾斜角θＸの計測結果を受け取った制御装置１５０は、下記の式（４）に従い、上部構造体１１０の下部基礎１２０に対するＹ軸方向の変位量δＹを算出する。
【数4】
【0052】
Ａ－３－３．Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時の変位計測装置１００の動作：
次に、上部構造体１１０が下部基礎１２０に対して、Ｘ軸方向に変位量δＸだけ相対変位し、かつ、Ｙ軸方向に変位量δＹだけ相対変位したとき（以下、単に「Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時」という。）における変位計測装置１００の動作を説明する。なお、以下では、δＸ≧δＹの場合について説明するが、δＸ＜δＹの場合においても、下側受け部材２０とスリットとの接触位置が異なる点を除いて同様である。図７および図８は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図である。図７のＡ欄には、変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図７のＢ欄には、変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されており、図８のＡ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＸＺ側面（図７のＢ欄に示すＢ面Ｆｂ）の構成が拡大して示されており、図８のＢ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＸＺ側面（図７のＢ欄に示すＡ面Ｆａ）の構成が拡大して示されており、図８のＣ欄には、下側受け部材２０のＸＹ平面（上面）の構成が拡大して示されている。
次に、上部構造体１１０が下部基礎１２０に対して、Ｘ軸方向に変位量δＸだけ相対変位し、かつ、Ｙ軸方向に変位量δＹだけ相対変位したとき（以下、単に「Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時」という。）における変位計測装置１００の動作を説明する。なお、以下では、δＸ≧δＹの場合について説明するが、δＸ＜δＹの場合においても、下側受け部材２０とスリットとの接触位置が異なる点を除いて同様である。図７および図８は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時における変位計測装置１００の動作を示す説明図である。図７のＡ欄には、変位計測装置１００のＸＺ側面構成が示されており、図７のＢ欄には、変位計測装置１００のＹＺ側面構成が示されており、図８のＡ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＸＺ側面（図７のＢ欄に示すＢ面Ｆｂ）の構成が拡大して示されており、図８のＢ欄には、計測ポール１０の下端部周辺のＸＺ側面（図７のＢ欄に示すＡ面Ｆａ）の構成が拡大して示されており、図８のＣ欄には、下側受け部材２０のＸＹ平面（上面）の構成が拡大して示されている。
【0053】
Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時には、図７のＡ欄およびＢ欄に示すように、初期状態においてＺ軸方向に延伸する姿勢であった計測ポール１０が、Ｙ軸廻りおよびＸ軸廻りに回転して傾斜する。計測ポール１０が傾斜すると、受け部材間実距離Ｌは、初期状態の値、すなわち受け部材間鉛直距離ｈから、下記の式（５）で表される値に増加する。そのため、下側受け部材２０を構成する第１の棒状部材２１および第２の棒状部材２２は、それぞれ、計測ポール１０の下端部に形成された第１のスリット１１および第２のスリット１２内を相対的に移動する。このとき、図８のＡ欄に示すように、第１の棒状部材２１の一端部（図の例では右端部）が、スリット範囲ＳＲに形成された第１のスリット１１の上端に接触する。また、上側受け部材３０を構成する第３の棒状部材３１および第４の棒状部材３２は、それぞれ、計測ポール１０の上端部に形成された第３のスリット１３および第４のスリット１４内を相対的に移動する。なお、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時には、下側受け部材２０を構成する第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とのなす角は、図８のＣ欄に示すように、初期状態における９０度から角度φだけ変化し、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とが互いに直交しない状態となる。同様に、Ｘ軸方向およびＹ軸方向への変位時には、上側受け部材３０を構成する第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とのなす角は、初期状態における９０度から変化し、第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とが互いに直交しない状態となる。
【数5】
【0054】
計測ポール１０がＹ軸廻りおよびＸ軸廻りに回転して傾斜すると、傾斜計６０によって、計測ポール１０の傾斜角θＹ（Ｚ軸方向からのＹ軸廻りの傾斜角）および傾斜角θＸ（Ｚ軸方向からのＸ軸廻りの傾斜角）が計測される。傾斜計６０から計測ポール１０の傾斜角θＹおよび傾斜角θＸの計測結果を受け取った制御装置１５０は、下記の式（６）および（７）に従い、上部構造体１１０の下部基礎１２０に対するＸ軸方向の変位量δＸおよびＹ軸方向の変位量δＹを算出する。
【数6】
【0055】
例えば、受け部材間鉛直距離ｈ＝１６００ｍｍ、Ｘ軸方向への変位量δＸ＝５６６ｍｍ、Ｙ軸方向への変位量δＹ＝５６６ｍｍである場合、実際の変位量は約８００ｍｍ、傾斜角θＹは約１９．５度、傾斜角θＸは約１９．５度、受け部材間実距離Ｌは約１７８８ｍｍとなり、受け部材間実距離Ｌは、初期状態の値ｈから約１８８ｍｍ増加することとなる。そのため、計測ポール１０の各スリットの深さを２００ｍｍ程度にすればよく、十分実用範囲であると言える。なお、計測ポール１０の自重によって計測ポール１０は下側受け部材２０上に載置されるため、計測ポール１０の下端部に形成される各スリットの深さを、計測ポール１０の上端部に形成される各スリットの深さより浅くしてもよい。例えば、計測ポール１０の下端部に形成される各スリットの深さを１００ｍｍ程度とし、計測ポール１０の上端部に形成される各スリットの深さを２００ｍｍ程度としてもよい。また、計測ポール１０を構成する角形鋼管を、□－１００×１００×２．３とすると、第２の棒状部材２２のスリット延伸方向の移動量ｖ（図８のＢ欄参照）＝５０×ｔａｎθＸ＝約１７．６ｍｍとなり、第２の棒状部材２２の水平方向の移動量ｕ(同)＝ｖ×ｓｉｎθＸ＝約５．８４ｍｍとなり、それぞれかなり小さい値となる。また、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とのなす角の変化量φ＝ｔａｎ－１（ｕ／５０）＝約６．６７度となり、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とのなす角が、初期状態の９０度から僅かに変化することとなる。なお、このとき、計測ポール１０もＺ軸廻りに回転するが、計測ポール１０の側面の傾斜角は該回転によって変化しないため、変位量δＸおよびδＹと傾斜角θＹおよびθＸの関係は変わらない。
【0056】
Ａ－４．本実施形態の効果：
以上説明したように、本実施形態の変位計測装置１００は、Ｚ軸方向（鉛直方向）に対向する下部基礎１２０と上部構造体１１０との間のＸ軸方向およびＹ軸方向の相対変位を計測する装置である。変位計測装置１００は、計測ポール１０と、下側受け部材２０と、上側受け部材３０と、傾斜計６０とを備える。計測ポール１０は、初期状態（下部基礎１２０と上部構造体１１０との間のＸ軸方向およびＹ軸方向の相対変位がゼロである状態）においてＺ軸方向に延伸する部材である。計測ポール１０の下端部には、初期状態においてＸ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第１のスリット１１と、初期状態においてＹ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第２のスリット１２とが形成されている。計測ポール１０の上端部には、初期状態においてＸ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第３のスリット１３と、初期状態においてＹ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第４のスリット１４とが形成されている。下側受け部材２０は、下部基礎１２０に固定されており、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とを有する。第１の棒状部材２１は、初期状態においてＸ軸方向に延伸し、かつ、計測ポール１０に形成された第１のスリット１１に挿入されている。第２の棒状部材２２は、初期状態においてＹ軸方向に延伸し、計測ポール１０に形成された第２のスリット１２に挿入されており、かつ、第１の棒状部材２１に対してＺ軸廻りに相対回転可能に接合されている。上側受け部材３０は、上部構造体１１０に固定されており、第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とを有する。第３の棒状部材３１は、初期状態においてＸ軸方向に延伸し、かつ、計測ポール１０に形成された第３のスリット１３に挿入されている。第４の棒状部材３２は、初期状態においてＹ軸方向に延伸し、計測ポール１０に形成された第４のスリット１４に挿入されており、かつ、第３の棒状部材３１に対してＺ軸廻りに相対回転可能に接合されている。傾斜計６０は、計測ポール１０に取り付けられ、計測ポール１０のＺ軸方向に対する傾きを計測する。
以上説明したように、本実施形態の変位計測装置１００は、Ｚ軸方向（鉛直方向）に対向する下部基礎１２０と上部構造体１１０との間のＸ軸方向およびＹ軸方向の相対変位を計測する装置である。変位計測装置１００は、計測ポール１０と、下側受け部材２０と、上側受け部材３０と、傾斜計６０とを備える。計測ポール１０は、初期状態（下部基礎１２０と上部構造体１１０との間のＸ軸方向およびＹ軸方向の相対変位がゼロである状態）においてＺ軸方向に延伸する部材である。計測ポール１０の下端部には、初期状態においてＸ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第１のスリット１１と、初期状態においてＹ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第２のスリット１２とが形成されている。計測ポール１０の上端部には、初期状態においてＸ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第３のスリット１３と、初期状態においてＹ軸方向に平行であり、かつ、Ｚ軸方向に延伸する第４のスリット１４とが形成されている。下側受け部材２０は、下部基礎１２０に固定されており、第１の棒状部材２１と第２の棒状部材２２とを有する。第１の棒状部材２１は、初期状態においてＸ軸方向に延伸し、かつ、計測ポール１０に形成された第１のスリット１１に挿入されている。第２の棒状部材２２は、初期状態においてＹ軸方向に延伸し、計測ポール１０に形成された第２のスリット１２に挿入されており、かつ、第１の棒状部材２１に対してＺ軸廻りに相対回転可能に接合されている。上側受け部材３０は、上部構造体１１０に固定されており、第３の棒状部材３１と第４の棒状部材３２とを有する。第３の棒状部材３１は、初期状態においてＸ軸方向に延伸し、かつ、計測ポール１０に形成された第３のスリット１３に挿入されている。第４の棒状部材３２は、初期状態においてＹ軸方向に延伸し、計測ポール１０に形成された第４のスリット１４に挿入されており、かつ、第３の棒状部材３１に対してＺ軸廻りに相対回転可能に接合されている。傾斜計６０は、計測ポール１０に取り付けられ、計測ポール１０のＺ軸方向に対する傾きを計測する。
【0057】
本実施形態の変位計測装置１００は、このような構成であるため、計測ポール１０の下端部が、Ｘ軸およびＹ軸廻りの回転を自在、Ｚ軸廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、下部基礎１２０に接合され、かつ、計測ポール１０の上端部が、Ｘ軸およびＹ軸廻りの回転を自在、Ｚ軸廻りの回転を拘束、材軸方向の変位を自在に、上部構造体１１０に接合された状態となっている。そのため、地震時等に上部構造体１１０と下部基礎１２０とが水平方向に相対変位した際に、計測ポール１０がＺ軸方向に対して傾く。該傾きに伴い発生する計測ポール１０の材軸方向の変位については、下側受け部材２０および上側受け部材３０を構成する各棒状部材が計測ポール１０に形成された各スリット内を移動することで対応できる。そして、傾斜計６０により計測された計測ポール１０の傾きを用いて、下部基礎１２０と上部構造体１１０との間のＸ軸方向およびＹ軸方向の相対変位を算出することができる。従って、本実施形態の変位計測装置１００によれば、設置スペースが小さく、かつ、免震層ＳＩに入ることなく遠隔からリアルタイムで変位データを取得・確認することができる変位計測装置を実現することができると共に、自在継手や滑り軸受等の精密機械部品を用いることなく、例えば角形鋼管や鋼板、棒鋼といった汎用構造部品を用いて、比較的簡易、軽量かつ安価な構成の変位計測装置を実現することができる。
【0058】
また、本実施形態の変位計測装置１００は、さらに、下側接合部材４０と上側接合部材５０とを備える。下側接合部材４０は、下側受け部材２０を、第１の棒状部材２１（または第２の棒状部材２２）のＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、下部基礎１２０に固定する。上側接合部材５０は、上側受け部材３０を、第３の棒状部材３１（または第４の棒状部材３２）のＺ軸方向、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の軸廻りの回転を拘束しつつ、上部構造体１１０に固定する。そのため、本実施形態の変位計測装置１００によれば、下部基礎１２０と上部構造体１１０との間のＸ軸方向およびＹ軸方向の相対変位を精度良く算出することができると共に、免震層ＳＩへの変位計測装置１００の設置の容易化を実現することができる。
【0059】
また、本実施形態の変位計測装置１００では、初期状態における計測ポール１０のＺ軸方向に直交する断面は、２軸対称閉断面である。そのため、本実施形態の変位計測装置１００によれば、下部基礎１２０と上部構造体１１０との間のＸ軸方向およびＹ軸方向の相対変位を精度良く算出することができる。
【0060】
また、本実施形態の変位計測装置１００は、さらに、計測ポール１０を下方向に付勢する付勢手段１０２を備える。そのため、本実施形態の変位計測装置１００によれば、地震時等の際の計測ポール１０の上下動を抑制することができ、変位計測装置１００の破損の発生を抑制することができる。
【0061】
なお、受け部材間鉛直距離ｈは、上部構造体１１０と下部基礎１２０との間で想定される水平方向の相対変位量の１／２以上であることが好ましい。このような構成とすることにより、地震時等における計測ポール１０の傾斜角を２６．５度程度未満とすることができ、計測ポール１０の上下端部に形成する各スリットの深さを０．１２×ｈ程度未満にすることができ、計測ポール１０の構成を無理なく実現することができる。
【0062】
Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【0063】
上記実施形態における建築物１８０や変位計測装置１００の構成は、あくまで一例であり、種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、計測ポール１０として角形鋼管が用いられているが、計測ポール１０として丸形鋼管等の他の材料が用いられてもよい。また、計測ポール１０は、必ずしも中空管状である必要はなく、密実な棒状の部材であってもよい。
【0064】
上記実施形態では、変位計測装置１００と制御装置１５０とが配線ケーブル１５２を介して接続されているが、傾斜計６０にバッテリーを設け、かつ、傾斜計６０から制御装置１５０へのデータ転送を無線通信回線を介して行うことにより、配線ケーブル１５２を省略してもよい。
【0065】
上記実施形態では、免震構造における下部基礎１２０と上部構造体１１０との間の水平２方向の相対変位を計測する変位計測装置１００について説明したが、本明細書に開示される技術は、これに限られず、第１の構造体と第２の構造体との間の相対変位を計測する他の変位計測装置にも同様に適用可能である。
【符号の説明】
【0066】
１０：計測ポール １１：第１のスリット １２：第２のスリット １３：第３のスリット １４：第４のスリット ２０：下側受け部材 ２１：第１の棒状部材 ２２：第２の棒状部材 ２６：ボルト ３０：上側受け部材 ３１：第３の棒状部材 ３２：第４の棒状部材 ３６：ボルト ４０：下側接合部材 ４１：平板部 ４２：立ち上がり部 ４４：貫通孔 ４６：ストッパー部 ５０：上側接合部材 ５１：平板部 ５２：立ち上がり部 ５４：貫通孔 ５６：ストッパー部 ６０：傾斜計 １００：変位計測装置 １０２：付勢手段 １１０：上部構造体 １２０：下部基礎 １２２：立ち上がり基礎 １３０：アイソレーター １４０：ダンパー １５０：制御装置 １５２：配線ケーブル １８０：建築物 ＳＩ：免震層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】