特開 2024-176268 光ファイバーケーブル設置構造

(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】P2024176268

(43)【公開日】2024-12-19

(54)【発明の名称】光ファイバーケーブル設置構造

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20241212BHJP

   G02B 6/46 20060101ALI20241212BHJP

【ＦＩ】

G01B11/16 G

G02B6/46 321

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023094706

(22)【出願日】2023-06-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】小嶋 進太郎

(72)【発明者】

【氏名】曽我部 直樹

(72)【発明者】

【氏名】平 陽兵

(72)【発明者】

【氏名】十川 貴行

(72)【発明者】

【氏名】皆川 春奈

【テーマコード（参考）】

2F065

2H038

【Ｆターム（参考）】

2F065AA65

2F065BB12

2F065DD16

2F065FF51

2F065LL02

2H038CA33

(57)【要約】

【課題】光ファイバーケーブルの断線と剥離とを抑制する光ファイバーケーブル設置構造を提供する。
【解決手段】光ファイバーケーブル設置構造１は、鉄筋３のひずみを計測するための光ファイバーケーブル５を鉄筋３に設置する構造であって、光ファイバーケーブル５を鉄筋３の平坦部７に接着する接着層１１と、光ファイバーケーブル５及び接着層１１を覆うカバー部材１３と、カバー部材１３を平坦部７に接着する接着層１２と、を備え、カバー部材１３及び接着層１２は、光ファイバーケーブル５及び接着層１１に非接触である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象部材のひずみを計測するための光ファイバーケーブルを前記対象部材に設置する光ファイバーケーブル設置構造であって、
前記光ファイバーケーブルを前記対象部材の表面に接着する第１接着層と、
前記光ファイバーケーブル及び前記第１接着層を覆うカバー部材と、
前記カバー部材を前記対象部材の表面に接着する第２接着層と、を備え、
前記カバー部材及び前記第２接着層は、前記光ファイバーケーブル及び前記第１接着層に非接触である、光ファイバーケーブル設置構造。

【請求項2】

前記光ファイバーケーブル及び前記第１接着層を埋め込むように前記対象部材の表面と前記カバー部材との間の空間を充填する充填層を更に備え、
前記充填層は前記第１接着層に比べて弾性係数が小さい、請求項１に記載の光ファイバーケーブル設置構造。

【請求項3】

対象部材のひずみを計測するための光ファイバーケーブルを前記対象部材に設置する光ファイバーケーブル設置構造であって、
前記光ファイバーケーブルを前記対象部材の表面に接着する接着層と、
前記接着層よりも弾性係数が小さい材料からなり、前記対象部材の表面に貼着され、前記光ファイバーケーブル及び前記接着層を覆う被覆部材と、を備える、光ファイバーケーブル設置構造。

【請求項4】

前記対象部材は、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋である、請求項１～３の何れか１項に記載の光ファイバーケーブル設置構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光ファイバーケーブル設置構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、対象物に光ファイバーケーブルを接着し、光ファイバーにパルス光を入射して生じる後方散乱光を検出することで、対象物の歪み分布や温度分布を計測することが知られている（例えば、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2002-131024号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

光ファイバーケーブルを用いたこの種のひずみ測定では、光ファイバーケーブルが断線したり対象物から剥離したりすれば、所望のひずみ測定が不可能になってしまう。ここで、光ファイバーケーブルの断線を抑制するためには、光ファイバーケーブルの径を太くし接着層を厚くすることで、光ファイバーケーブル及び接着層の機械的強度を向上することが好ましい。その一方で、光ファイバーケーブルの径が太くなり接着層が厚くなるほど、光ファイバーケーブルと接着層とを合わせた部分の剛性が高くなる。これにより、対象物のひずみ発生時に対象物と接着層との界面に発生するずれせん断力が大きくなる。そうすると、接着層が対象物から剥離し易くなり、すなわち、光ファイバーケーブルが対象物から剥離し易くなる。このように、光ファイバーケーブルの断線抑制と剥離抑制とを両立することは難しい。そこで、本発明は、光ファイバーケーブルの断線と剥離とを抑制する光ファイバーケーブル設置構造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】

【0005】

本発明の要旨は以下の〔１〕～〔４〕に存する。

【0006】

〔１〕対象部材のひずみを計測するための光ファイバーケーブルを前記対象部材に設置する光ファイバーケーブル設置構造であって、前記光ファイバーケーブルを前記対象部材の表面に接着する第１接着層と、前記光ファイバーケーブル及び前記第１接着層を覆うカバー部材と、前記カバー部材を前記対象部材の表面に接着する第２接着層と、を備え、前記カバー部材及び前記第２接着層は、前記光ファイバーケーブル及び前記第１接着層に非接触である、光ファイバーケーブル設置構造。

【0007】

〔２〕前記光ファイバーケーブル及び前記第１接着層を埋め込むように前記対象部材の表面と前記カバー部材との間の空間を充填する充填層を更に備え、前記充填層は前記第１接着層に比べて弾性係数が小さい、〔１〕に記載の光ファイバーケーブル設置構造。

【0008】

〔３〕対象部材のひずみを計測するための光ファイバーケーブルを前記対象部材に設置する光ファイバーケーブル設置構造であって、前記光ファイバーケーブルを前記対象部材の表面に接着する接着層と、前記接着層よりも弾性係数が小さい材料からなり、前記対象部材の表面に貼着され、前記光ファイバーケーブル及び前記接着層を覆う被覆部材と、を備える、光ファイバーケーブル設置構造。

【0009】

〔４〕前記対象部材は、鉄筋コンクリート構造物における鉄筋である、〔１〕～〔３〕の何れか１項に記載の光ファイバーケーブル設置構造。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、光ファイバーケーブルの断線と剥離とを抑制する光ファイバーケーブル設置構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（ａ）は、第１実施形態の光ファイバーケーブル設置構造を示す分解斜視図であり、（ｂ）は、その光ファイバーケーブル設置構造の断面図である。

【図2】（ａ）は、第２実施形態の光ファイバーケーブル設置構造を示す断面図であり、（ｂ）は、第３実施形態の光ファイバーケーブル設置構造を示す断面図である。

【図3】本発明者らによる引張試験の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（第１実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明に係る光ファイバーケーブル設置構造の第１実施形態について詳細に説明する。図１（ａ）は、本実施形態の光ファイバーケーブル設置構造１を示す分解斜視図であり、図１（ｂ）は、光ファイバーケーブル設置構造１の断面図である。図１に示される光ファイバーケーブル設置構造１は、鉄筋３に対しひずみ計測用の光ファイバーケーブル５を接着し一体化させるものである。光ファイバーケーブル５は、例えば、直径０．９ｍｍの光ファイバー心線である。

【0013】

鉄筋３の周面の一部として平坦な表面をなす平坦部７が鉄筋３の全長に亘って存在している。鉄筋３の長手方向に延在する光ファイバーケーブル５が、上記の平坦部７に対して、ひずみ計測の対象の領域全体に亘って、鉄筋３と一体化するように接着される。光ファイバーケーブル５が接着された鉄筋３は、鉄筋コンクリート構造物１００の鉄筋としてコンクリート１０３に埋設される。例えば、本実施形態における鉄筋３は市販のネジ節鉄筋であり、当該ネジ節鉄筋が有する平坦部が上記の平坦部７として利用される。以下において、単に「長手方向」と言うときには平坦部７の長手方向（鉄筋３の長手方向）を意味し、単に「幅方向」と言うときには平坦部７の幅方向を意味する。

【0014】

光ファイバーケーブル５の端部は、上記鉄筋コンクリート構造物１００の外部に引き出され、例えばＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）やＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）等のひずみ計測器（図示せず）に接続される。このひずみ計測器から光ファイバーケーブル５の光ファイバーにパルス光が入射されると、光ファイバーの長手方向の各部位からの散乱光がひずみ計測器に戻る。この散乱光がひずみ計測器で解析されることで、光ファイバーケーブル５の長手方向の各部位のひずみを知ることができ、当該光ファイバーケーブル５が一体的に接着された鉄筋３の長手方向の各部位のひずみを知ることができる。

【0015】

図１（ｂ）に拡大して示されるように、光ファイバーケーブル設置構造１は、光ファイバーケーブル５と、光ファイバーケーブル５を平坦部７に接着する接着層１１（第１接着層）と、光ファイバーケーブル５及び接着層１１を覆うカバー部材１３と、カバー部材１３を平坦部７に接着する接着層１２（第２接着層）と、を備えている。

【0016】

光ファイバーケーブル５を平坦部７に接着する工程では、例えば、平坦部７上に光ファイバーケーブル５が仮止めされ、この光ファイバーケーブル５上から当該光ファイバーケーブル５の両側にはみ出す幅で平坦部７に接着剤が塗布される。この接着剤が硬化することで接着層１１が形成され、光ファイバーケーブル５及び接着層１１は鉄筋３に対し一体的に接着される。上記接着剤が比較的薄く塗布されて、接着層１１が比較的薄く形成されることが好ましい。

【0017】

カバー部材１３は鉄筋３の概ね長手方向全体に亘って延在する部材であり、カバー部材１３の断面形状は平坦部７から外方に膨らむ円弧をなしている。当該円弧の両端に対応する部分が、それぞれ、平坦部７に接着されることで、カバー部材１３が平坦部７に固定されている。カバー部材１３は、硬質の材料からなる部材であり、例えば、金属製であってもよく、樹脂製（例えば、塩化ビニル樹脂製）であってもよい。カバー部材１３と平坦部７との間には断面半円状の空間１５が形成され、当該空間１５内に前述の光ファイバーケーブル５及び接着層１１が存在している。

【0018】

カバー部材１３を平坦部７に接着する工程では、例えば、既に平坦部７上に存在する光ファイバーケーブル５及び接着層１１を幅方向に挟んで２箇所の位置に接着剤が塗布される。ここでは、接着層１１に接触しないように接着層１１との間に幅方向の隙間をあけて接着剤が塗布される。そして、カバー部材１３が平坦部７上に載置され、塗布された上記接着剤によりカバー部材１３の両端がそれぞれ平坦部７に接着される。この接着剤が硬化することで、接着層１２が形成される。接着層１２を形成する接着剤としては、例えば、接着層１１を形成する接着剤と同じものが使用される。このようなカバー部材１３の接着工程は、光ファイバーケーブル５用の接着層１１が完全に硬化した後に実行されてもよい。

【0019】

カバー部材１３は、光ファイバーケーブル５に対して非接触であり、接着層１１に対しても非接触である。また、接着層１２も、光ファイバーケーブル５に対して非接触であり、接着層１１に対しても非接触である。カバー部材１３は、前述の通り硬質の部材であり、カバー部材１３の弾性係数は、鉄筋３の弾性係数よりも小さく、接着層１１及び接着層１２の弾性係数よりも大きい。また、接着層１１及び接着層１２の弾性係数は、光ファイバーケーブル５の弾性係数よりも大きい。すなわち、上記の各部位の弾性係数は、鉄筋３、カバー部材１３、接着層１１及び接着層１２、光ファイバーケーブル５、の順に大きい。

【0020】

以上のような光ファイバーケーブル設置構造１による作用効果について説明する。鉄筋コンクリート構造物１００の構築においては、鉄筋３に光ファイバーケーブル５が設置された状態で、この鉄筋３を埋め込むように鉄筋コンクリート構造物１００のコンクリート１０３が打設される。コンクリート１０３はカバー部材１３の外面に接する。このコンクリート打設の際には、例えば、作業者が鉄筋３に接触する、締固め用のバイブレータが鉄筋３に接触する、などして、鉄筋３に外力が加わる場合がある。これに対して、光ファイバーケーブル設置構造１では、光ファイバーケーブル５が硬質のカバー部材１３により覆われ、カバー部材１３と光ファイバーケーブル５とは非接触であり両者の間には隙間が存在する。従って、上記のような外力に起因して光ファイバーケーブル５に付与される力は小さく抑えられ、その結果、外力による光ファイバーケーブル５の断線が抑制される。

【0021】

上記のように、光ファイバーケーブル５がカバー部材１３で覆われているので、接着層１１を厚くして光ファイバーケーブル５を保護する必要性は低く、接着層１１を薄くすることができる。すなわち、接着層１１の厚さは、光ファイバーケーブル５を鉄筋３に対して一体化できるものであれば十分である。また、光ファイバーケーブル５を太くする必要性も低く、例えば、前述したような直径０．９ｍｍの光ファイバー心線よりも細いものを採用することもできる。そうすると、光ファイバーケーブル５と接着層１１とを合わせた部分の剛性は低く抑えられ、鉄筋３のひずみ発生時に鉄筋３と接着層１１との界面に発生するずれせん断力は小さく抑えられる。

【0022】

また、カバー部材１３は弾性係数が比較的大きい部材である。従って、仮に、光ファイバーケーブル５と、接着層１１と、接着層１２と、カバー部材１３と、を合わせた部位が一体として挙動するとすれば、この一体の部位の剛性は比較的高くなる。その結果、鉄筋３のひずみ発生時には、鉄筋３と上記一体の部位との界面に発生するずれせん断力は比較的大きく、上記一体の部位が鉄筋３から剥離し易い。すなわち、光ファイバーケーブル５が鉄筋３から剥離し易い。これに対して、光ファイバーケーブル設置構造１では、カバー部材１３は、光ファイバーケーブル５に対して非接触であり、接着層１１に対しても非接触である。また、接着層１２も、光ファイバーケーブル５に対して非接触であり、接着層１１に対しても非接触である。従って、光ファイバーケーブル５及び接着層１１は、カバー部材１３及び接着層１２とは別に挙動し、その結果、前述の通り、鉄筋３のひずみ発生時に鉄筋３と接着層１１との界面に発生するずれせん断力は小さく抑えられる。

【0023】

上記のように、鉄筋３のひずみ発生時に鉄筋３と接着層１１との界面に発生するずれせん断力は小さく抑えられる。よって、鉄筋３のひずみ発生時に接着層１１が鉄筋３から剥離し難く、すなわち、光ファイバーケーブル５が鉄筋３から剥離し難い。その結果、例えば鉄筋３の降伏以降に発生し得る数万μの大ひずみの計測にも対応可能になり得る。以上のように、光ファイバーケーブル設置構造１によれば、光ファイバーケーブル５の断線と剥離とを抑制することができる。

【0024】

（第２実施形態）
続いて、光ファイバーケーブル設置構造の第２実施形態について説明する。図２（ａ）は本実施形態の光ファイバーケーブル設置構造５１の断面図である。図に示されるように、光ファイバーケーブル設置構造５１は、第１実施形態の光ファイバーケーブル設置構造１に加えて、充填層１７を備えるものである。その他の点においては光ファイバーケーブル設置構造１と同様であるので、同一又は同等の構成要素に同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0025】

充填層１７は、鉄筋３の平坦部７とカバー部材１３とで囲まれた空間１５を充填するものである。充填層１７の材料としては、例えば、シリコーン樹脂などの弾性係数が小さい材料が使用される。充填層１７の弾性係数は、接着層１１の弾性係数よりも小さく、光ファイバーケーブル５の弾性係数よりも小さい。この充填層１７を形成する工程では、例えば、カバー部材１３が平坦部７に接着された後、空間１５内に流動性の充填材料が注入される。或いは、カバー部材１３の内側に充填材料が仕込まれた状態から、カバー部材１３が平坦部７に接着されるようにして、空間１５内に充填材料が充填されてもよい。この充填材料が硬化することで充填層１７が形成される。空間１５内の光ファイバーケーブル５及び接着層１１は充填層１７に埋め込まれた状態になる。

【0026】

このような光ファイバーケーブル設置構造５１によれば、充填層１７が、コンクリート打設時に鉄筋３に加わる衝撃力を吸収するので、カバー部材１３とともに外力から光ファイバーケーブル５を保護し、光ファイバーケーブル５の断線が抑制される。また、充填層１７は、光ファイバーケーブル５及び接着層１１と、カバー部材１３及び接着層１２と、の間に介在しているが、充填層１７の弾性係数は比較的小さい。従って、光ファイバーケーブル５及び接着層１１がカバー部材１３等と合わせて一体として挙動する作用は小さく抑えられる。よって、光ファイバーケーブル５が鉄筋３から剥離する可能性は、充填層１７の存在に起因して極端に増大することはない。また、充填層１７により空間１５が塞がれるので、鉄筋コンクリート構造物１００において、空間１５が水みちになって鉄筋３の腐食等の原因になるといった可能性が低減される。

【0027】

（第３実施形態）
続いて、光ファイバーケーブル設置構造の第３実施形態について説明する。図２（ｂ）は本実施形態の光ファイバーケーブル設置構造６１の断面図である。図に示されるように、光ファイバーケーブル設置構造６１は、第１実施形態の光ファイバーケーブル設置構造１のカバー部材１３に代えて、保護テープ１９（被覆部材）を備えるものである。その他の点においては光ファイバーケーブル設置構造１と同様であるので、同一又は同等の構成要素に同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0028】

保護テープ１９は、鉄筋３の概ね長手方向全体に亘って延在し、片面に粘着面を有する帯状の部材である。保護テープ１９は、平坦部７側に粘着面を向けて光ファイバーケーブル５及び接着層１１を覆うように平坦部７に貼着される。保護テープ１９と光ファイバーケーブル５との間に隙間があいていてもよく、保護テープ１９と接着層１１との間に隙間があいていてもよい。保護テープ１９の弾性係数は、接着層１１の弾性係数よりも小さく、光ファイバーケーブル５の弾性係数よりも小さい。保護テープ１９を平坦部７に貼着する工程は、光ファイバーケーブル５用の接着層１１が完全に硬化した後に実行されてもよい。

【0029】

このような光ファイバーケーブル設置構造６１によれば、鉄筋３を埋め込むように鉄筋コンクリート構造物１００のコンクリート１０３が打設され、コンクリート１０３は保護テープ１９の外面に接する。このコンクリート打設の際には、弾性係数が比較的小さい保護テープ１９がクッションとなって光ファイバーケーブル５が外力から保護され、光ファイバーケーブル５の断線が抑制される。また、保護テープ１９が、光ファイバーケーブル５及び接着層１１に付着していたとしても、保護テープ１９の弾性係数は比較的小さい。従って、光ファイバーケーブル５及び接着層１１が保護テープ１９と合わせて一体の部位として挙動したとしても、その一体の部位の剛性は、光ファイバーケーブル５及び接着層１１の剛性に比較して極端に増大するものではない。よって、光ファイバーケーブル５が鉄筋３から剥離する可能性は、保護テープ１９の存在に起因して極端に増大することはない。

【0030】

図３は、光ファイバーケーブル設置構造６１に関して本発明者らが行なった鉄筋の引張試験の結果を示す。この試験サンプルの鉄筋には光ファイバーケーブル設置構造６１によって光ファイバーケーブルを設置し、鉄筋の下端から５５０ｍｍの位置にはひずみゲージを設置した。引張試験では、ひずみゲージによる鉄筋のひずみの計測値と、光ファイバーケーブルによる鉄筋のひずみの計測値と、が約11500μでほぼ一致した。この試験により、光ファイバーケーブル設置構造６１によって10000μ程度の鉄筋の大ひずみが計測可能であることが確認され、例えば鉄筋の降伏以降に発生し得るひずみの計測にも対応可能であることが確認された。

【0031】

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【符号の説明】

【0032】

１，５１，６１…光ファイバーケーブル設置構造、３…鉄筋（対象部材）、７…平坦部、５…光ファイバーケーブル、１１…接着層（第１接着層）、１２…接着層（第２接着層）、１３…カバー部材、１５…空間、１７…充填層、１９…保護テープ（被覆部材）、１００…鉄筋コンクリート構造物。

【図1】

【図2】

【図3】