(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】P2024049136
(43)【公開日】2024-04-09
(54)【発明の名称】変位計測構造
(51)【国際特許分類】
G01B 11/00 20060101AFI20240402BHJP
【ＦＩ】
G01B11/00 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022155415
(22)【出願日】2022-09-28
(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】平 陽兵
(72)【発明者】
【氏名】大窪 一正
(72)【発明者】
【氏名】十川 貴行
(72)【発明者】
【氏名】玉野 慶吾
(72)【発明者】
【氏名】今井 道男
(72)【発明者】
【氏名】岡本 圭司
(72)【発明者】
【氏名】藤原 航太郎
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA06
2F065AA09
2F065AA20
2F065AA22
2F065AA37
2F065AA65
2F065CC14
2F065EE01
2F065FF41
2F065LL02
(57)【要約】
【課題】連結構造物における構造物同士の比較的複雑な相対変位を検知可能とする変位計測構造を提供する。
【解決手段】変位計測構造１は、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂの接合面７，７同士を突合わせて連結されてなる下水道函渠３においてボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対的な変位を計測する変位計測構造であって、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の目地部９を跨いで延在する自由長部分２３を含む光ファイバケーブル１７を少なくとも３本備え、各々の自由長部分２３は、一端部２３ａにおいてボックスカルバート５Ａ側の固定点１８Ａに固定され、他端部２３ｂにおいてボックスカルバート５Ｂ側の固定点１８Ｂに固定され、固定点１８Ａと固定点１８Ｂとの間の距離の変動に応じて弾性的に伸縮する。
【選択図】図３
【解決手段】変位計測構造１は、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂの接合面７，７同士を突合わせて連結されてなる下水道函渠３においてボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対的な変位を計測する変位計測構造であって、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の目地部９を跨いで延在する自由長部分２３を含む光ファイバケーブル１７を少なくとも３本備え、各々の自由長部分２３は、一端部２３ａにおいてボックスカルバート５Ａ側の固定点１８Ａに固定され、他端部２３ｂにおいてボックスカルバート５Ｂ側の固定点１８Ｂに固定され、固定点１８Ａと固定点１８Ｂとの間の距離の変動に応じて弾性的に伸縮する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造物の接合面同士を突合わせて連結されてなる連結構造物において前記構造物同士の相対的な変位を計測する変位計測構造であって、
前記構造物同士の連結部を跨いで延在する自由長部分を含む光ファイバを少なくとも３本備え、
各々の前記自由長部分は、
一端部において一方の前記構造物側の固定点に固定され、他端部において他方の前記構造物側の固定点に固定され、
一方の前記固定点と他方の前記固定点との間の距離の変動に応じて弾性的に伸縮する、変位計測構造。
前記構造物同士の連結部を跨いで延在する自由長部分を含む光ファイバを少なくとも３本備え、
各々の前記自由長部分は、
一端部において一方の前記構造物側の固定点に固定され、他端部において他方の前記構造物側の固定点に固定され、
一方の前記固定点と他方の前記固定点との間の距離の変動に応じて弾性的に伸縮する、変位計測構造。
【請求項2】
前記連結構造物は、前記接合面に直交する方向に延びる周面をもつ柱状をなし、
前記周面の一部であり前記接合面に直交する平面をなす１つの外側面に沿って３本の前記自由長部分が設置されており、
それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記外側面に平行な面内における前記構造物同士の相対的な変位が計測される、請求項１に記載の変位計測構造。
前記周面の一部であり前記接合面に直交する平面をなす１つの外側面に沿って３本の前記自由長部分が設置されており、
それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記外側面に平行な面内における前記構造物同士の相対的な変位が計測される、請求項１に記載の変位計測構造。
【請求項3】
前記連結構造物は四角柱状をなし、前記外側面は、前記接合面に直交する４つの四角柱外側面のうちの１つである、請求項２に記載の変位計測構造。
【請求項4】
前記連結構造物は、前記接合面に直交する方向に延びる周面をもつ柱状をなし、
３本の前記自由長部分のすべてが同一平面上に位置しないように、前記周面に沿って３本の前記自由長部分が設置されており、
それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記接合面に直交する方向における前記構造物同士の相対的な並進的な変位と、前記接合面に平行であり互いに直交する２軸周りにおける前記構造物同士の相対的な回転変位と、が計測される、請求項１に記載の変位計測構造。
３本の前記自由長部分のすべてが同一平面上に位置しないように、前記周面に沿って３本の前記自由長部分が設置されており、
それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記接合面に直交する方向における前記構造物同士の相対的な並進的な変位と、前記接合面に平行であり互いに直交する２軸周りにおける前記構造物同士の相対的な回転変位と、が計測される、請求項１に記載の変位計測構造。
【請求項5】
一方の前記構造物と他方の前記構造物とのそれぞれにおいて前記周面から面外に突出するように設けられた光ファイバ保持部を備え、
一方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記一端部側が固定され、
他方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記他端部側が固定されている、請求項２～４の何れか１項に記載の変位計測構造。
一方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記一端部側が固定され、
他方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記他端部側が固定されている、請求項２～４の何れか１項に記載の変位計測構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、変位計測構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、連結構造物を構成する構造物同士の相対的な変位を計測する変位計測構造として、下記の特許文献１に記載のものが知られている。この変位計測構造は、ＯＴＤＲ測定装置に接続された光ファイバケーブルが、狭窄溝を通過しながら、各構造物に設けられた突起に引っ掛かるようにして構造物同士の間に張り渡されたものである。構造物同士が相対的に変位すると、光ファイバケーブルが突起同士の間で伸長したり狭窄溝の壁に接触して屈折したりすることで、構造物同士の変位を検出することができる。構造物同士が左右方向、上下方向、前後方向、のいずれの方向に相対変位した場合にも上記変位計測構造により変位を検出することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許03725513号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、この変位計測構造によれば、構造物同士の左右方向、上下方向、前後方向の相対変位が組み合わせて同時に発生したり、また、構造物同士の相対的な回転変位が生じたりするような複雑な場合には、相対変位の状況を把握することは出来ないと考えられる。本発明は、連結構造物における構造物同士の比較的複雑な相対変位を検知可能とする変位計測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】
本発明は次の通りである。
【0006】
〔１〕構造物の接合面同士を突合わせて連結されてなる連結構造物において前記構造物同士の相対的な変位を計測する変位計測構造であって、前記構造物同士の連結部を跨いで延在する自由長部分を含む光ファイバを少なくとも３本備え、各々の前記自由長部分は、一端部において一方の前記構造物側の固定点に固定され、他端部において他方の前記構造物側の固定点に固定され、一方の前記固定点と他方の前記固定点との間の距離の変動に応じて弾性的に伸縮する、変位計測構造。
【0007】
〔２〕前記連結構造物は、前記接合面に直交する方向に延びる周面をもつ柱状をなし、前記周面の一部であり前記接合面に直交する平面をなす１つの外側面に沿って３本の前記自由長部分が設置されており、それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記外側面に平行な面内における前記構造物同士の相対的な変位が計測される、〔１〕に記載の変位計測構造。
【0008】
〔３〕前記連結構造物は四角柱状をなし、前記外側面は、前記接合面に直交する４つの四角柱外側面のうちの１つである、〔１〕又は〔２〕に記載の変位計測構造。
【0009】
〔４〕前記連結構造物は、前記接合面に直交する方向に延びる周面をもつ柱状をなし、３本の前記自由長部分のすべてが同一平面上に位置しないように、前記周面に沿って３本の前記自由長部分が設置されており、それぞれの前記自由長部分の伸縮に基づいて、前記接合面に直交する方向における前記構造物同士の相対的な並進的な変位と、前記接合面に平行であり互いに直交する２軸周りにおける前記構造物同士の相対的な回転変位と、が計測される、〔１〕に記載の変位計測構造。
【0010】
〔５〕一方の前記構造物と他方の前記構造物とのそれぞれにおいて前記周面から面外に突出するように設けられた光ファイバ保持部を備え、一方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記一端部側が固定され、他方の前記構造物の前記光ファイバ保持部に前記自由長部分の前記他端部側が固定されている、〔２〕～〔４〕の何れかに記載の変位計測構造。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、連結構造物における構造物同士の比較的複雑な相対変位を検知可能とする変位計測構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施形態に係る変位計測構造が計測対象とする下水道函渠の斜視図である。
【図2】変位計測構造の１つのひずみセンサ部を模式的に示す側面図である。
【図3】変位計測構造の第１実施形態を示す斜視図である。
【図4】（ａ）は、外側面に沿って設置された３本の自由長部分をモデル化して示す平面図であり、（ｂ）は、当該モデルにおいてボックスカルバート同士の相対変位後の状態を示す平面図である。
【図5】変位計測構造の第２実施形態を示す斜視図である。
【図6】変位計測構造の第３実施形態を示す斜視図である。
【図7】変位計測構造の第４実施形態を示す斜視図である。
【図8】（ａ），（ｂ）は、変位計測構造の各変形例をモデル化して示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照しながら本発明に係る変位計測構造の第１実施形態について詳細に説明する。図１に示されるように、本実施形態の変位計測構造が計測対象とする連結構造物は、地中に埋設された既設の下水道函渠３である。下水道函渠３は内部に中空の水路３ａが形成された四角柱状をなし、同様の四角柱状をなす複数のボックスカルバート５が長手方向に連結されて形成される。ボックスカルバート５は、例えば、高さ約３ｍ、幅約３ｍ、長さ約２５ｍのものである。隣接するボックスカルバート５同士は、長手方向端部の接合面７，７同士を突合わせるようにして連結されており、連結部としての目地部９が形成されている。この目地部９においては、接合面７，７の周囲を囲むように巻き立てコンクリート部１１が形成されている。
以下、図面を参照しながら本発明に係る変位計測構造の第１実施形態について詳細に説明する。図１に示されるように、本実施形態の変位計測構造が計測対象とする連結構造物は、地中に埋設された既設の下水道函渠３である。下水道函渠３は内部に中空の水路３ａが形成された四角柱状をなし、同様の四角柱状をなす複数のボックスカルバート５が長手方向に連結されて形成される。ボックスカルバート５は、例えば、高さ約３ｍ、幅約３ｍ、長さ約２５ｍのものである。隣接するボックスカルバート５同士は、長手方向端部の接合面７，７同士を突合わせるようにして連結されており、連結部としての目地部９が形成されている。この目地部９においては、接合面７，７の周囲を囲むように巻き立てコンクリート部１１が形成されている。
【0014】
下水道函渠３においては、目地部９を挟んで隣接するボックスカルバート５同士が、外力の作用や温度変化による収縮・膨張に起因して相対的に変位し、目地部９が開くといった事象が生じ得る。なお、ここでは、ボックスカルバート５自体には変形は生じないものとする。上記の外力としては、下水道函渠３の近傍の工事に起因する地盤の変動による力や、水路３ａを流通する下水の重量により下水道函渠３に作用する力や、下水道函渠３の近傍の地盤沈下による力などが考えられる。
【0015】
以下において、説明に係る目地部９を挟んで隣接する２つのボックスカルバート５を区別する場合には、一方をボックスカルバート５Ａとし、他方をボックスカルバート５Ｂとする。また、図に示されるように、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂの接合面７，７の中心を原点として下水道函渠３の幅方向にＸ軸、長手方向にＹ軸、及び高さ方向にＺ軸を取った直交座標系を設定しＸ，Ｙ，Ｚ等を説明に用いる場合がある。本実施形態では、Ｚ軸は鉛直軸でありＸＹ平面が水平面であるものとする。また、ボックスカルバート５Ａに対するボックスカルバート５Ｂの相対的な変位の各成分に関して、
Ｘ方向への並進的な変位をΔｘ、
Ｙ方向への並進的な変位をΔｙ、
Ｚ方向への並進的な変位をΔｚ、
Ｘ軸周りの回転変位をθｘ、
Ｙ軸周りの回転変位をθｙ、
Ｚ軸周りの回転変位をθｚ、とする。
Ｘ方向への並進的な変位をΔｘ、
Ｙ方向への並進的な変位をΔｙ、
Ｚ方向への並進的な変位をΔｚ、
Ｘ軸周りの回転変位をθｘ、
Ｙ軸周りの回転変位をθｙ、
Ｚ軸周りの回転変位をθｚ、とする。
【0016】
上記のようなボックスカルバート５同士の相対変位を検知するために、変位計測構造１（図３参照）が、下水道函渠３の外周面１３に沿った位置に目地部９ごとに構築される。図１においては変位計測構造１の図示は省略されている。なお、下水道函渠３が四角柱状をなすことから、下水道函渠３の外周面１３は、接合面７に直交する４つの四角柱外側面１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆで構成される。このうち外側面１３ｃは下水道函渠３の上面をなす水平面である。
【0017】
（ひずみセンサ部）
各目地部９に構築される変位計測構造１（図３参照）は、図２に示されるようなひずみセンサ部１５を複数備えている。図２は、１つのひずみセンサ部１５を模式的に示す側面図である。図に示されるように、ひずみセンサ部１５は１本の光ファイバケーブル１７を有している。光ファイバケーブル１７は、例えば、光ファイバ素線の周囲に熱可塑性樹脂層が被覆されてなる光ファイバ心線であってもよい。またひずみセンサ部１５は、光ファイバケーブル１７を保持し案内する２つの光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂを有している。光ファイバ保持部１９Ａは、ボックスカルバート５Ａ上の外側面１３ｃに設けられ、光ファイバ保持部１９Ｂは、ボックスカルバート５Ｂ上の外側面１３ｃに設けられている。これらの光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂは、巻き立てコンクリート部１１を越える高さまで各外側面１３ｃから垂直に面外に突出している。
各目地部９に構築される変位計測構造１（図３参照）は、図２に示されるようなひずみセンサ部１５を複数備えている。図２は、１つのひずみセンサ部１５を模式的に示す側面図である。図に示されるように、ひずみセンサ部１５は１本の光ファイバケーブル１７を有している。光ファイバケーブル１７は、例えば、光ファイバ素線の周囲に熱可塑性樹脂層が被覆されてなる光ファイバ心線であってもよい。またひずみセンサ部１５は、光ファイバケーブル１７を保持し案内する２つの光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂを有している。光ファイバ保持部１９Ａは、ボックスカルバート５Ａ上の外側面１３ｃに設けられ、光ファイバ保持部１９Ｂは、ボックスカルバート５Ｂ上の外側面１３ｃに設けられている。これらの光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂは、巻き立てコンクリート部１１を越える高さまで各外側面１３ｃから垂直に面外に突出している。
【0018】
ひずみセンサ部１５の光ファイバケーブル１７は、ボックスカルバート５Ａの外側面１３ｃからボックスカルバート５Ｂの外側面１３ｃまでに亘って延びている。光ファイバケーブル１７は外側面１３ｃ上に固定されてもよい。ボックスカルバート５Ａからボックスカルバート５Ｂに亘る途中において、光ファイバケーブル１７は、光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂを通過することで外側面１３ｃから面外に持ち上げられるように曲がっている。そして光ファイバケーブル１７は、光ファイバ保持部１９Ａと光ファイバ保持部１９Ｂとの間においては、巻き立てコンクリート部１１を跨いで越えるように外側面１３ｃから離れて延在している。上記のように、目地部９近傍で光ファイバケーブル１７を滑らかな経路で曲げるために、光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂには、スロープ状ガイド部２１が設けられている。スロープ状ガイド部２１は光ファイバケーブル１７をガイドする傾斜面をなし、目地部９に近づくにつれて徐々に外側面１３ｃから離れるように傾斜している。スロープ状ガイド部２１の形状は、光ファイバケーブル１７の計測性能を阻害しない曲げ半径（例えば、光ファイバケーブルの直径の２倍以上の曲げ半径）が確保できるように設定されている。
【0019】
光ファイバケーブル１７は、少なくとも光ファイバ保持部１９Ａの目地部９側の端部において当該光ファイバ保持部１９Ａに固定されている。同様に、光ファイバケーブル１７は、少なくとも光ファイバ保持部１９Ｂの目地部９側の端部において当該光ファイバ保持部１９Ｂに固定されている。以下では、光ファイバ保持部１９Ａの目地部９側の端部における光ファイバケーブル１７の固定点を「固定点１８Ａ」とし、光ファイバ保持部１９Ｂの目地部９側の端部における光ファイバケーブル１７の固定点を「固定点１８Ｂ」とする。光ファイバケーブル１７は、固定点１８Ａ，１８Ｂ以外の箇所においても、光ファイバ保持部１９Ａ及び光ファイバ保持部１９Ｂに接着されてもよい。光ファイバケーブル１７のうち、固定点１８Ａから固定点１８Ｂまでの部分は、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂや巻き立てコンクリート部１１には干渉しない状態で目地部９を跨いで延在する自由長部分２３である。
【0020】
この自由長部分２３に予め引張方向のプレテンションが付与された状態でひずみセンサ部１５が構築される。自由長部分２３は、上記プレテンションによって、光ファイバ保持部１９Ａの目地部９側の端部から光ファイバ保持部１９Ｂの目地部９側の端部まで、直線的に延在する。このような構造で、自由長部分２３は、一端部２３ａにおいて光ファイバ保持部１９Ａの固定点１８Ａに固定され、他端部２３ｂにおいて光ファイバ保持部１９Ｂの固定点１８Ｂに固定されている。
【0021】
また、ひずみセンサ部１５は、自由長部分２３を中空部に挿通させる保護管２７を有している。保護管２７は、例えば、光ファイバケーブル１７を挿通可能な適切な内径をもつ塩ビ管で構成される。保護管２７は例えばパイプクランプ材２７ａ等を介して巻き立てコンクリート部１１に固定されている。保護管２７の一端部は固定点１８Ａに近接して位置しており、保護管２７の一端部と固定点１８Ａとの間には軟質の隙間充填材２９が介在している。同様に、保護管２７の他端部は固定点１８Ｂに近接して位置しており、保護管２７の他端部と固定点１８Ｂとの間にも軟質の隙間充填材２９が介在している。
【0022】
このような構造により、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士が相対的に変位した場合には、これに伴って光ファイバ保持部１９Ａと光ファイバ保持部１９Ｂとが相対的に変位する。そうすると、固定点１８Ａと固定点１８Ｂとの距離が変動し、この距離変動に追従して、自由長部分２３が保護管２７の中空部内で自由に弾性的に伸縮する。なお、このとき、自由長部分２３と保護管２７との摺動抵抗は無視できる程度に小さい。またこのとき、上記隙間充填材２９が変形することにより、光ファイバ保持部１９Ａと光ファイバ保持部１９Ｂとの相対変位は保護管２７によって阻害されない。
【0023】
ひずみセンサ部１５の光ファイバケーブル１７の端部は、計測器３１に接続される。更にこの計測器３１に分析装置３３が接続される。計測器３１は、光ファイバケーブル１７にパルス光を入射するとともに、当該光ファイバケーブル１７の長手方向の各位置から戻ってくる各種散乱光を受光し、受光した散乱光の強度や波長等に関する情報を分析装置３３に送信する。上記の散乱光としては、レイリー散乱光、ブリルアン散乱光等がある。計測器３１の例として、例えばレイリー散乱光を利用するＯＴＤＲ（Optical Time Domain Reflectometer）やブリルアン散乱光を利用するＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer）等を用いることができる。
【0024】
分析装置３３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を含んで構成されたコンピュータである。分析装置３３では、上記の散乱光の強度や波長が、光ファイバケーブル１７に加わったひずみに依存するとの原理に基づき、光ファイバケーブル１７の長手方向の各位置における散乱光の強度や波長が分析される。このような分析により、分析装置３３では、光ファイバケーブル１７の長手方向の各位置に生じているひずみが、例えば数ｃｍのピッチで取得される。
【0025】
そうすると、分析装置３３においては、光ファイバケーブル１７の自由長部分２３の各位置に生じているひずみが数ｃｍピッチで得られ、このひずみの情報と自由長部分２３の初期の長さ（既知）とに基づく演算により、自由長部分２３の伸縮量を得ることができる。具体的には、自由長部分２３上の複数の計測点に関して、当該計測点ひずみと計測点間隔との積の合計値が自由長部分２３の伸縮量である。あるいは、自由長部分２３上の複数の計測点に関して、各計測点のひずみの平均値と自由長部分２３の長さとの積が自由長部分２３の伸縮量である。
【0026】
以上のように、ひずみセンサ部１５によれば、自由長部分２３の伸縮量を取得することができる。すなわち、固定点１８Ａと固定点１８Ｂとの距離の伸縮量を取得することができる。なお、前述したように、自由長部分２３に予め引張方向のプレテンションが付与された状態でひずみセンサ部１５が構築されるので、自由長部分２３が初期の状態から短縮されたことをもって固定点１８Ａと固定点１８Ｂとの距離の短縮量を取得することができる。
【0027】
なお、厳密には、上記のような光ファイバケーブル１７における散乱光の強度や波長は、ひずみだけでなく、光ファイバケーブル１７の周囲の温度にも依存する。従って、分析装置３３で取得される光ファイバケーブル１７の散乱光の情報から、温度の影響を除去する温度補正の仕組みが設けられてもよい。このような温度補正の仕組みの一例として、ひずみセンサ部１５は、光ファイバケーブル１７とは別に、自由長部分２３の近傍に設置される温度計測用光ファイバケーブル（図示せず）を有してもよい。例えば、光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂの近傍において、当該光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂの高さよりも低い位置に保護管２７と同様の保護管（図示せず）が外側面１３ｃに沿って設置される。そして、この保護管の中空部に温度計測用光ファイバケーブルが自由な状態で収納されることで、温度計測用光ファイバケーブルは、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対変位の影響を受けない。また、温度計測用光ファイバケーブルは、光ファイバケーブル１７と同様に計測器３１及び分析装置３３に接続される。
【0028】
上記のように温度計測用光ファイバケーブルはボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対変位の影響を受けないので、温度計測用光ファイバケーブルの散乱光の情報には、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対変位の影響は含まれず、自由長部分２３の近傍の温度の影響が含まれる。よって、分析装置３３は、光ファイバケーブル１７の散乱光の情報を、温度計測用光ファイバケーブルの散乱光の情報と比較することで、温度の影響を除去する演算を行ない、光ファイバケーブル１７の正確なひずみを取得することができる。
【0029】
自由長部分２３の長さは、想定される固定点１８Ａと固定点１８Ｂと相対変位に基づいて設定される。すなわち、自由長部分２３で計測可能な最大の伸長量は、光ファイバケーブル１７で計測可能な最大ひずみと、自由長部分２３の長さと、の積で表される。従って、上記の積が、固定点１８Ａと固定点１８Ｂとの間に想定される最大の伸長量よりも大きくなるように、自由長部分２３の長さが設定される。これにより、想定される相対変位の範囲内においては、計測可能不可能な過大なひずみが自由長部分２３に生じることが避けられ、正確な伸縮量が得られる。同様に、自由長部分２３で計測可能な最大の短縮量は、自由長部分２３に予め付与された引張方向のプレテンションに依存する。従って、このプレテンションの強さも、想定される固定点１８Ａと固定点１８Ｂとの間の相対変位に基づいて設定されればよい。
【0030】
（変位計測構造）
図３は、１つの目地部９に構築される変位計測構造１を示す斜視図である。図に示されるように、１つの目地部９における変位計測構造１は、上記のようなひずみセンサ部１５を３つ備えている。これら３つのひずみセンサ部１５は、互いに同一寸法で同一構成であり、すべて外側面１３ｃ上に設けられ互いに平行に配置されている。すなわち、変位計測構造１は、外側面１３ｃに沿って設置されＹ方向に延在する３本の平行な自由長部分２３を備えている。３本の自由長部分２３は、すべて同じＹ方向位置に配置され、すべて同じ長さである。このような変位計測構造１が下水道函渠３の外周面１３に沿って構築された後、下水道函渠３は地中に埋め戻される。
図３は、１つの目地部９に構築される変位計測構造１を示す斜視図である。図に示されるように、１つの目地部９における変位計測構造１は、上記のようなひずみセンサ部１５を３つ備えている。これら３つのひずみセンサ部１５は、互いに同一寸法で同一構成であり、すべて外側面１３ｃ上に設けられ互いに平行に配置されている。すなわち、変位計測構造１は、外側面１３ｃに沿って設置されＹ方向に延在する３本の平行な自由長部分２３を備えている。３本の自由長部分２３は、すべて同じＹ方向位置に配置され、すべて同じ長さである。このような変位計測構造１が下水道函渠３の外周面１３に沿って構築された後、下水道函渠３は地中に埋め戻される。
【0031】
図４（ａ）は、外側面１３ｃに沿って設置された３本の自由長部分２３をモデル化して示す平面図であり、図４（ｂ）は、当該モデルにおいてボックスカルバート５Ａとボックスカルバート５Ｂとの相対変位後の状態を示す平面図である。図に示されるように、１本目の自由長部分２３を「自由長部分２３ｈ」、２本目の自由長部分２３を「自由長部分２３ｊ」、３本目の自由長部分２３を「自由長部分２３ｋ」で表す。また、自由長部分２３ｈの固定点１８Ａと自由長部分２３ｊの固定点１８ＡとのＸ方向の距離をＤｈ、自由長部分２３ｊの固定点１８Ａと自由長部分２３ｋの固定点１８ＡとのＸ方向の距離をＤｋとする。また、自由長部分２３ｈの伸縮量をＬｈ、自由長部分２３ｊの伸縮量をＬｊ、自由長部分２３ｋの伸縮量をＬｋ、とする。
【0032】
この変位計測構造１は、
(a)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＹ軸周りに捩れない（または、Ｙ軸周りの捩れを無視できる）
(b)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対し水平面（ＸＹ平面）内でのみ変位する（または、水平面内での変位以外の変位は無視できる）
といった環境で使用される。換言すれば、θｘ＝０，θｙ＝０，Δｚ＝０との前提で使用される。
(a)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＹ軸周りに捩れない（または、Ｙ軸周りの捩れを無視できる）
(b)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対し水平面（ＸＹ平面）内でのみ変位する（または、水平面内での変位以外の変位は無視できる）
といった環境で使用される。換言すれば、θｘ＝０，θｙ＝０，Δｚ＝０との前提で使用される。
【0033】
上記のθｘ＝０，θｙ＝０，Δｚ＝０との前提の下では、それぞれの固定点１８Ａ，１８Ｂの位置関係から、下の数式（１），（２），（３）が成立する。
【数1】
【数2】
【数3】
【0034】
また、前述の通り３つの各ひずみセンサ部１５により、各自由長部分２３ｈ，２３ｊ，２３ｋの各伸縮量Ｌｈ，Ｌｊ，Ｌｋは分析装置３３で取得可能であり、また、Ｄｈ及びＤｋは既知である。従って、分析装置３３の演算により数式（１），（２），（３）で表される方程式を解けば、Δｘ，Δｙ，θｚが求められる。
【0035】
以上のように、変位計測構造１によれば、目地部９におけるボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対変位として、Ｘ方向への並進的な変位（Δｘ）、Ｙ方向への並進的な変位（Δｙ）、及びＺ軸周りの回転変位（θｚ）を求めることができる。すなわち、外側面１３ｃに平行な面内（水平面内）におけるボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対変位が求められる。
【0036】
また、分析装置３３は、上記のように求められたボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対変位に基づいて、目地部９の目開きの量を求めることができる。そして、分析装置３３は、求められた目地部９の目開きの量を予め設定された所定の閾値と比較して、目地部９の健全性を評価することもできる。また、目地部９に例えばゴム製の伸縮継手が使用されている場合には、目地部９の目開きの量を伸縮継手の設計値と比較して、当該伸縮継手の健全性を評価することもできる。
【0037】
また、ひずみセンサ部１５は、自由長部分２３を挿通させる保護管２７を有しているので、自由長部分２３が土に直接触れることが避けられる。従って、土の影響で自由長部分２３の伸縮が阻害される可能性が低く、自由長部分２３の円滑な伸縮が確保される。なお、光ファイバケーブル１７が水に濡れた場合にもひずみ計測には影響しないので、自由長部分２３に対する特殊な防水措置は不要である。
【0038】
〔第２実施形態〕
続いて、変位計測構造の第２実施形態について説明する。図５に示される変位計測構造９２では、前述の３つのひずみセンサ部１５が、外側面１３ｃに代えて外側面１３ｆに設置されている。すなわち、３本の自由長部分２３が外側面１３ｆに沿って設置されている。この変位計測構造９２は、
(a)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＹ軸周りに捩れない（または、Ｙ軸周りの捩れを無視できる）
(c)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対し鉛直面（ＹＺ平面）内でのみ変位する（または、鉛直面内での変位以外の変位は無視できる）
といった環境で使用される。換言すれば、Δｘ＝０，θｙ＝０，θｚ＝０との前提で使用される。そして、第１実施形態と同様に、数式（１），（２），（３）におけるＸとＺとを入れ替えた数式が成立するので、分析装置３３の演算によってこれを解けばθｘ，Δｙ，Δｚが求められる。
続いて、変位計測構造の第２実施形態について説明する。図５に示される変位計測構造９２では、前述の３つのひずみセンサ部１５が、外側面１３ｃに代えて外側面１３ｆに設置されている。すなわち、３本の自由長部分２３が外側面１３ｆに沿って設置されている。この変位計測構造９２は、
(a)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＹ軸周りに捩れない（または、Ｙ軸周りの捩れを無視できる）
(c)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対し鉛直面（ＹＺ平面）内でのみ変位する（または、鉛直面内での変位以外の変位は無視できる）
といった環境で使用される。換言すれば、Δｘ＝０，θｙ＝０，θｚ＝０との前提で使用される。そして、第１実施形態と同様に、数式（１），（２），（３）におけるＸとＺとを入れ替えた数式が成立するので、分析装置３３の演算によってこれを解けばθｘ，Δｙ，Δｚが求められる。
【0039】
〔第３実施形態〕
続いて、変位計測構造の第３実施形態について説明する。図６に示される変位計測構造９３では、前述の３つのひずみセンサ部１５が、外側面１３ｃと外側面１３ｆとの両方に設置されている。すなわち、変位計測構造９３は、合計６つのひずみセンサ部１５を備えており、合計６本の自由長部分２３を備えている。３本の自由長部分２３が外側面１３ｃに沿って設置され、３本の自由長部分２３が外側面１３ｆに沿って設置されている。
続いて、変位計測構造の第３実施形態について説明する。図６に示される変位計測構造９３では、前述の３つのひずみセンサ部１５が、外側面１３ｃと外側面１３ｆとの両方に設置されている。すなわち、変位計測構造９３は、合計６つのひずみセンサ部１５を備えており、合計６本の自由長部分２３を備えている。３本の自由長部分２３が外側面１３ｃに沿って設置され、３本の自由長部分２３が外側面１３ｆに沿って設置されている。
【0040】
６本の自由長部分２３のうち、外側面１３ｃに沿って設置された３本の自由長部分２３を用いれば、第１実施形態で説明した通り、θｘ＝０，θｙ＝０，Δｚ＝０と仮定（以下「仮定１」という）した上で、Δｘ，Δｙ，θｚが計測（以下「計測１」という）される。また、外側面１３ｆに沿って設置された３本の自由長部分２３を用いれば、第２実施形態で説明した通り、Δｘ＝０，θｙ＝０，θｚ＝０と仮定（以下「仮定２」という）した上で、θｘ，Δｙ，Δｚが計測（以下「計測２」という）される。
【0041】
この変位計測構造９３の運用方法の一例は次の通りである。まず、計測器３１及び分析装置３３によって、上記の計測１と計測２とが両方とも実行される。その後、これらの計測結果に基づき、ボックスカルバート５Ａ，５Ｂ同士の相対的な変位について、水平面内での変位と鉛直面内での変位との何れが支配的であるかが分析装置３３により判断される。すなわち、上記の仮定１と仮定２とのどちらが妥当な仮定であるかが判断される。そして、仮定１がより妥当であると判断される場合には計測１の結果が採用され、仮定２がより妥当であると判断される場合には計測２の結果が採用される。なお、上記のような仮定１と仮定２との妥当性の判断は、ユーザにより実行されてもよい。
【0042】
〔第４実施形態〕
続いて、変位計測構造の第４実施形態について説明する。本実施形態の変位計測構造９４では、３本の自由長部分２３のすべてが同一平面上に位置しないように、外周面１３に沿って３本の自由長部分２３が設置される。たとえば、３本の自由長部分２３のうちの一部が外側面１３ｃに沿って設置され、他の自由長部分２３は外側面１３ｄ，１３ｅ，１３ｆの何れかに沿って設置される。また、３本の自由長部分２３が１本ずつ互いに異なる外側面１３ｃ～１３ｆに沿って設置されてもよい。
続いて、変位計測構造の第４実施形態について説明する。本実施形態の変位計測構造９４では、３本の自由長部分２３のすべてが同一平面上に位置しないように、外周面１３に沿って３本の自由長部分２３が設置される。たとえば、３本の自由長部分２３のうちの一部が外側面１３ｃに沿って設置され、他の自由長部分２３は外側面１３ｄ，１３ｅ，１３ｆの何れかに沿って設置される。また、３本の自由長部分２３が１本ずつ互いに異なる外側面１３ｃ～１３ｆに沿って設置されてもよい。
【0043】
このような形態の１つの具体例として、図７に示される変位計測構造９４では、前述の３つのひずみセンサ部１５のうち、２つが外側面１３ｃに設置され、１つが外側面１３ｆに設置されている。この変位計測構造９４は、
(a)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＹ軸周りに捩れない（または、Ｙ軸周りの捩れを無視できる）
(d)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＸ方向及びＺ方向にずれない（または、Ｘ方向ずれ及びＺ方向ずれを無視できる）
といった環境で使用される。換言すれば、Δｘ＝０，θｙ＝０，Δｚ＝０との前提で使用される。そして、前述の数式（１），（２），（３）に倣って、３本の自由長部分２３の伸縮量を含む所定の方程式を設定することができ、分析装置３３の演算によってこれを解けばθｘ，Δｙ，θｚが求められる。
(a)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＹ軸周りに捩れない（または、Ｙ軸周りの捩れを無視できる）
(d)ボックスカルバート５Ｂがボックスカルバート５Ａに対しＸ方向及びＺ方向にずれない（または、Ｘ方向ずれ及びＺ方向ずれを無視できる）
といった環境で使用される。換言すれば、Δｘ＝０，θｙ＝０，Δｚ＝０との前提で使用される。そして、前述の数式（１），（２），（３）に倣って、３本の自由長部分２３の伸縮量を含む所定の方程式を設定することができ、分析装置３３の演算によってこれを解けばθｘ，Δｙ，θｚが求められる。
【0044】
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。
【0045】
実施形態では、自由長部分２３がすべてＹ方向に延在しているが、自由長部分２３の延在方向はこれに限定されず、Ｙ方向に対して傾斜していてもよい。例えば、第１～第３実施形態における３本の自由長部分２３が、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示されるような形態で配置されてもよい。図８（ａ），（ｂ）は、外側面１３ｃ及び／又は外側面１３ｆに沿って設置された３本の自由長部分２３をモデル化して示す平面図である。図８（ａ）又は図８（ｂ）の形態では、ボックスカルバート５Ａ側に２つの光ファイバ保持部１９Ａが設けられ、ボックスカルバート５Ｂ側に２つの光ファイバ保持部１９Ｂが設けられる。そして、光ファイバ保持部１９Ａのうちの１つは、２つのひずみセンサ部１５によって共有される。すなわち、光ファイバ保持部１９Ａのうちの１つには、２本の光ファイバケーブル１７が通過し、２本の自由長部分２３の一端部２３ａがそれぞれ固定点１８Ａで固定される。同様に、光ファイバ保持部１９Ｂのうちの１つは、２つのひずみセンサ部１５によって共有される。すなわち、光ファイバ保持部１９Ｂのうちの１つには、２本の光ファイバケーブル１７が通過し、２本の自由長部分２３の他端部２３ｂがそれぞれ固定点１８Ｂで固定される。
【0046】
このような図８（ａ）又は図８（ｂ）の形態においても、前述の数式（１），（２），（３）に倣って、３本の自由長部分２３の伸縮量を含む所定の方程式を設定することができ、分析装置３３の演算によって（Δｘ，Δｙ，θｚ）及び／又は（θｘ，Δｙ，Δｚ）を取得することができる。なお、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示されるような形態は、光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂの個数を削減できる点で好ましい。
【0047】
また、第１～第４実施形態において、相対変位の演算に利用される自由長部分２３の数は、３本に限られず４本以上であってもよい。この場合、４本以上の自由長部分２３の伸縮量を演算に利用されることで、演算結果が冗長性をもち、計測結果の信頼性が向上する。
【0048】
また、第１～第４実施形態では、目地部９に巻き立てコンクリート部１１が形成されている場合の例を説明したが、巻き立てコンクリート部１１がない下水道函渠にも変位計測構造１，９２，９３を適用することができる。この場合、ひずみセンサ部１５の光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂの高さを低くすることができる。または、光ファイバ保持部１９Ａ，１９Ｂが省略されてもよい。
【0049】
また、第１～第４実施形態では、下水道函渠３の外周面１３に沿って変位計測構造１，９２，９３，９４が構築されているが、変位計測構造１，９２，９３，９４は下水道函渠３の水路３ａ側の壁面（中空部の内壁面）に沿って構築されてもよい。また、変位計測構造１，９２，９３，９４は、下水道函渠に限られず、他の函渠に適用することもできる。また、変位計測構造１，９２，９３，９４は、第１～第４実施形態のような断面矩形の函渠に限られず、例えば断面円形の函渠に適用することもできる。また、変位計測構造１，９２，９３，９４は、函渠に限られず、構造物の接合面同士を突合わせて連結されてなる種々の連結構造物に適用することができる。
【符号の説明】
【0050】
１，９２，９３，９４…変位計測構造、３…下水道函渠（連結構造物）、５，５Ａ，５Ｂ…ボックスカルバート（構造物）、７…接合面、９…目地部（連結部）、１３…外周面、１３ｃ，１３ｄ，１３ｅ，１３ｆ…外側面（四角柱外側面）、１７…光ファイバケーブル、１９Ａ，１９Ｂ…光ファイバ保持部、１８Ａ，１８Ｂ…固定点、２３，２３ｈ，２３ｊ，２３ｋ…自由長部分、２３ａ…一端部、２３ｂ…他端部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】