特許 7457639 変形計測方法、変形計測装置、合成度計測方法、及び合成度計測装置

(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】

(24)【登録日】2024-03-19

(45)【発行日】2024-03-28

(54)【発明の名称】変形計測方法、変形計測装置、合成度計測方法、及び合成度計測装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20240321BHJP

【ＦＩ】

G01B11/16 Z

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020212293

(22)【出願日】2020-12-22

(65)【公開番号】P2022098725

(43)【公開日】2022-07-04

【審査請求日】2023-04-27

(73)【特許権者】

【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】今井 道男

【審査官】仲野 一秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１１４１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１５２１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２５７５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３０８５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３０３９７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ １１／００－１１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼矢板の変形状態を計測する変形計測方法であって、
前記鋼矢板の２箇所の測定箇所のそれぞれに前記鋼矢板の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが前記鋼矢板に設置された状態で、
２本の前記光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の前記測定箇所の長手方向ひずみの分布と、前記測定箇所同士の位置関係と、に基づいて、前記鋼矢板の変形状態を取得する変形状態取得工程を備え、
前記測定箇所のうちの１箇所は前記鋼矢板のフランジに設定され、前記測定箇所のうちの他の１箇所は前記鋼矢板のウエブに設定されている、変形計測方法。

【請求項2】

２本の平行に延在する前記光ファイバセンサを有する所定のセンサ部材が前記鋼矢板の表面に取り付けられることで、前記光ファイバセンサが前記鋼矢板に設置された状態とされている、請求項１に記載の変形計測方法。

【請求項3】

鋼矢板の変形状態を計測する変形計測装置であって、
前記鋼矢板の２箇所の測定箇所のそれぞれに前記鋼矢板の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが前記鋼矢板に設置された状態で、
２本の前記光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の前記測定箇所の長手方向ひずみの分布と、前記測定箇所同士の位置関係と、に基づいて、前記鋼矢板の変形状態を取得する変形状態演算部を備え、
前記測定箇所のうちの１箇所は前記鋼矢板のフランジに設定され、前記測定箇所のうちの他の１箇所は前記鋼矢板のウエブに設定されている、変形計測装置。

【請求項4】

互いの長手方向を略平行にして接合部で接合された第１部材及び第２部材を有する合成部材における前記第１部材と前記第２部材との合成度合いを計測する合成度計測方法であって、
前記第１部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに前記第１部材の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが前記第１部材に設置され、前記第２部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに前記第２部材の長手方向に延在するように他の２本の光ファイバセンサが前記第２部材に設置された状態で、
前記第１部材の２本の前記光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の前記測定箇所の長手方向ひずみの分布と、前記第２部材の２本の前記光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の前記測定箇所の長手方向ひずみの分布と、前記第１部材の２箇所の前記測定箇所、前記第２部材の２箇所の前記測定箇所、及び前記接合部の位置関係と、に基づいて、前記第１部材と前記第２部材との合成度合いを取得する合成度取得工程を備える、合成度計測方法。

【請求項5】

互いの長手方向を略平行にして接合部で接合された第１部材及び第２部材を有する合成部材における前記第１部材と前記第２部材との合成度合いを計測する合成度計測装置であって、
前記第１部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに前記第１部材の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが前記第１部材に設置され、前記第２部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに前記第２部材の長手方向に延在するように他の２本の光ファイバセンサが前記第２部材に設置された状態で、
前記第１部材の２本の前記光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の前記測定箇所の長手方向ひずみの分布と、前記第２部材の２本の前記光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の前記測定箇所の長手方向ひずみの分布と、前記第１部材の２箇所の前記測定箇所、前記第２部材の２箇所の前記測定箇所、及び前記接合部の位置関係と、に基づいて、前記第１部材と前記第２部材との合成度合いを取得する合成度演算部を備える、合成度計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、変形計測方法、変形計測装置、合成度計測方法、及び合成度計測装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

外力によって構造物の部材にどのような変形が生じるかを把握することは、設計の合理化や部材の耐久性の推定など色々な面で重要である。部材の変形を計測するための従来の方法の例として、例えば下記特許文献１には、山留壁の土圧による変形を計測する方法が開示されている。この方法では、山留壁に予めガイドパイプが溶接され、傾斜計を有する測定ユニットが複数連結されてガイドパイプに挿入され、ガイドパイプに沿った各位置の山留壁の傾斜が各測定ユニットによって計測される。また他の手法としては、部材の表面に多数のひずみゲージを設置するといった手法も考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】実開平01-102812号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種の計測において、部材の変形状態をより詳細に把握するためには、細かいピッチで部材の測定点を設定し測定値を収集する必要がある。しかしながら、上記の計測方法でこれを実現しようとすれば、多数の測定ユニットやひずみゲージを使用する必要があり、限界がある。この問題に鑑み、本発明は、細かいピッチで部材を測定可能な変形計測方法及び変形計測装置、並びに合成度計測方法及び合成度計測装置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】

本発明の変形計測方法は、対象部材の変形状態を計測する変形計測方法であって、対象部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに対象部材の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが対象部材に設置された状態で、２本の光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の測定箇所の長手方向ひずみの分布と、測定箇所同士の位置関係と、に基づいて、対象部材の変形状態を取得する変形状態取得工程を備える。

【0006】

本発明の変形計測方法では、２本の平行に延在する光ファイバセンサを有する所定のセンサ部材が対象部材の表面に取り付けられることで、光ファイバセンサが対象部材に設置された状態とされていることとしてもよい。

【0007】

本発明の変形計測装置は、対象部材の変形状態を計測する変形計測装置であって、対象部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに対象部材の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが対象部材に設置された状態で、２本の光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の測定箇所の長手方向ひずみの分布と、測定箇所同士の位置関係と、に基づいて、対象部材の変形状態を取得する変形状態演算部を備える。

【0008】

本発明の合成度計測方法は、互いの長手方向を略平行にして接合部で接合された第１部材及び第２部材を有する合成部材における第１部材と第２部材との合成度合いを計測する合成度計測方法であって、第１部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに第１部材の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが第１部材に設置され、第２部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに第２部材の長手方向に延在するように他の２本の光ファイバセンサが第２部材に設置された状態で、第１部材の２本の光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の測定箇所の長手方向ひずみの分布と、第２部材の２本の光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の測定箇所の長手方向ひずみの分布と、第１部材の２箇所の測定箇所、第２部材の２箇所の測定箇所、及び接合部の位置関係と、に基づいて、第１部材と第２部材との合成度合いを取得する合成度取得工程を備える。

【0009】

本発明の合成度計測装置は、互いの長手方向を略平行にして接合部で接合された第１部材及び第２部材を有する合成部材における第１部材と第２部材との合成度合いを計測する合成度計測装置であって、第１部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに第１部材の長手方向に延在するように２本の光ファイバセンサが第１部材に設置され、第２部材の２箇所の測定箇所のそれぞれに第２部材の長手方向に延在するように他の２本の光ファイバセンサが第２部材に設置された状態で、第１部材の２本の光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の測定箇所の長手方向ひずみの分布と、第２部材の２本の光ファイバセンサの各々で計測された２箇所の測定箇所の長手方向ひずみの分布と、第１部材の２箇所の測定箇所、第２部材の２箇所の測定箇所、及び接合部の位置関係と、に基づいて、第１部材と第２部材との合成度合いを取得する合成度演算部を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、細かいピッチで部材を測定可能な変形計測方法及び変形計測装置、並びに合成度計測方法及び合成度計測装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】（ａ）は変形計測方法の対象部材を示す断面図であり、（ｂ）はその側面図である。

【図2】変形計測装置を示すブロック図である。

【図3】（ａ）は対象部材の微小断層の断面図であり、（ｂ）はそのひずみ線図である。

【図4】（ａ）は複数の鋼矢板で構成される山留壁を示す水平断面図であり、（ｂ）はその１つの鋼矢板を拡大して示す図である。

【図5】（ａ）は鋼矢板表面における光ファイバセンサの取付構造を示す断面図であり、（ｂ）はハット型の鋼矢板で構成される山留壁を示す水平断面図である。

【図6】（ａ）～（ｇ）は、本発明者らによる試験結果を示す図である。

【図7】山留壁の１つの鋼矢板を示す水平断面図である。

【図8】変形計測方法の対象部材である山留壁を示す水平断面図である。

【図9】（ａ）は合成度計測方法の計測対象である山留壁を示す水平断面図であり、（ｂ）はそのひずみ線図である。

【図10】山留壁の鋼矢板同士の継手効率とひずみ線図との相関関係を示す図である。

【図11】（ａ）は合成度計測方法の計測対象である合成部材を示す断面図であり、（ｂ），（ｃ）はそのひずみ線図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態について詳細に説明する。各実施形態において、同一又は同等の構成要素には図面に同一の符号を付して重複する説明を省略する。

【0013】

〔第１実施形態〕
図１（ａ）は、本実施形態の変形計測方法及び変形計測装置の計測対象である対象部材１を示す断面図であり、図１（ｂ）は、その対象部材１の側面図である。図１に示されるように、対象部材１は矩形断面をなす長尺部材である。以下では、対象部材１の長手方向をＺ方向とし、対象部材１の断面の矩形の一方の辺の延在方向をＸ方向、他方の辺の延在方向をＹ方向とする。図中に二点鎖線で示されるように、対象部材１には、外力によりＹＺ平面内での曲げ変形が生じるものとする。上記の曲げ変形の中立面Ｈが図中に一点鎖線で示される。本実施形態の計測方法では、この曲げ変形の変形状態を把握すべく、対象部材１のＹ方向変位（図中にδで示す）のＺ方向における分布が取得される。

【0014】

本実施形態の変形計測方法では、まず、対象部材１の中立面Ｈとは異なる位置に２箇所の測定箇所Ｐ１，Ｐ２が設定される。そして、測定箇所Ｐ１，Ｐ２にそれぞれ光ファイバセンサ３，５が設置される。測定箇所Ｐ１，Ｐ２はＺ方向に一次元的に延在しており、光ファイバセンサ３，５は対象部材１のＺ方向の全長に亘って延在している。測定箇所Ｐ１，Ｐ２は、中立面Ｈに直行する方向（Ｙ方向）に互いに位置をずらして設定されればよい。すなわち、測定箇所Ｐ１，Ｐ２は、互いにＹ座標が異なる位置に設定されればよい。この場合、図１の例のように測定箇所Ｐ１と測定箇所Ｐ２とが中立面Ｈを挟んで反対側に位置してもよいが、中立面Ｈから見て同じ側に位置してもよい。測定箇所Ｐ１と測定箇所Ｐ２との間のＹ方向の距離Ｌが大きいほど変形計測の感度や精度が高くなるので、距離Ｌが大きくなるように測定箇所Ｐ１，Ｐ２を設定することが好ましい。

【0015】

測定箇所Ｐ１，Ｐ２は、対象部材１の表面上に設定されてもよく対象部材１の内部に設定されてもよい。すなわち、光ファイバセンサ３，５は、対象部材１の表面に固定されてもよく対象部材１内に埋込まれてもよい。図１の例では、光ファイバセンサ３が対象部材１の表面に固定され、光ファイバセンサ５が対象部材１内に埋込まれる。光ファイバセンサ３，５は、それぞれ測定箇所Ｐ１，Ｐ２のＺ方向の伸縮に追従して伸縮し対象部材１と一体として挙動するように固定される。

【0016】

図２に模式的に示されるように、変形計測装置１１は、対象部材１に設置される上述の２本の光ファイバセンサ３，５と、計測器７と、分析装置９と、表示装置１０と、を備えている。変形計測装置１１では、光ファイバセンサ３，５の端部に計測器７が接続され、更にこの計測器７に分析装置９が接続される。計測器７は、光ファイバセンサ３，５にパルス光を入射するとともに、当該光ファイバセンサ３，５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９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７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。

【0017】

分析装置９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。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納された制御プログラムに基づいて、分析装置９を制御する。ＲＡＭは、ＣＰＵがＲＯＭに格納された制御プログラムを実行する際のワークメモリとして機能する。分析装置９では、上記の散乱光の強度や波長が、光ファイバセンサ３，５に加わったひずみに依存するとの原理に基づき、光ファイバセンサ３，５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。

【0018】

この分析により、分析装置９では、光ファイバセンサ３，５の各Ｚ座標の位置における長手方向ひずみ（Ｚ方向に伸縮するひずみ）が、例えば数ｃｍのピッチで取得され、その結果、光ファイバセンサ３，５に生じている長手方向ひずみの分布が得られる。以下では、対象部材１、測定箇所Ｐ１，Ｐ２、及び光ファイバセンサ３，５に関する長手方向ひずみ（長手方向に伸縮するひずみ）を単に「Ｚひずみ」と呼び、このＺひずみのＺ方向における分布を単に「Ｚひずみ分布」と呼ぶ。

【0019】

光ファイバセンサ３のＺひずみ分布は対象部材１の測定箇所Ｐ１のＺひずみ分布を表し、光ファイバセンサ５のＺひずみ分布は対象部材１の測定箇所Ｐ２のＺひずみ分布を表す。すなわち、分析装置９では、対象部材１の測定箇所Ｐ１，Ｐ２それぞれのＺひずみ分布が取得される。そして、分析装置９（変形状態演算部）では、測定箇所Ｐ１，Ｐ２の各Ｚひずみ分布と、測定箇所Ｐ１，Ｐ２同士の間のＹ方向の距離（Ｙ座標の差）と、に基づく所定の演算が実行され、対象部材１のＹＺ平面内での曲げ変形の変形状態が取得される（変形状態取得工程）。ここで取得される変形状態とは、前述のとおり、対象部材１のＹ方向変位δ（図１参照）のＺ方向における分布である。分析装置９による演算結果は、表示装置１０によって表示される。表示装置１０は、例えば、ディスプレイ画面表示によって演算結果をユーザに提示するディスプレイモニタである。変形計測装置１１は、例えば、対象部材１の変形後の形状を表示装置１０に視覚的に画面表示してもよい。

【0020】

上記のように対象部材１のＹ方向変位δのＺ方向における分布が導出可能である原理は次の通りである。ここでは、対象部材１が曲げ変形するときに当該対象部材１の各断面は平面を保持しているものと仮定する。まず、対象部材１について図１及び図３（ａ）に示されるような任意の微小断層３１を考えると、当該微小断層３１内の各部位には対象部材１の曲げ変形に起因してＺひずみが生じる。前述のように対象部材１の各断面が平面を保持するとの仮定によれば、このＺひずみの大きさは微小断層３１内でＹ座標に対して線形性をもつ。また、測定箇所Ｐ１，Ｐ２のそれぞれのＺひずみ分布が測定により得られているので、微小断層３１中の測定箇所Ｐ１及びＰ２の２点のＺひずみＱ１及びＱ２が既知である。更に、当該２点間のＹ方向の距離Ｌも既知であるので、図３（ｂ）に示されるように、微小断層３１内のＹ方向におけるひずみ線図Ｗが判明する。なお、上記の距離Ｌは、例えば分析装置９に予め入力され記憶されている。

【0021】

そして、図３（ｂ）に示されるように、上記のひずみ線図Ｗの傾きとして表されるφが、変形した微小断層３１の曲率に相当する。上記のように得られた曲率φを適切な境界条件を定めて２階積分することで、対象部材１のＹ方向変位δ（図１（ｂ）参照）のＺ方向における分布を取得することができる。なお、分析装置９による演算は、上記のような原理に基づくものであればよく、実際の演算の手順が上記のとおりである必要はない。

【0022】

上述のように、分析装置９は、測定箇所Ｐ１，Ｐ２の各Ｚひずみ分布と、測定箇所Ｐ１，Ｐ２同士の間のＹ方向の距離（Ｙ座標の差）と、に基づいて、対象部材１のＹ方向変位δのＺ方向における分布を算出する。すなわち、変形計測装置１１により、対象部材１のＹＺ平面内での曲げ変形の変形状態を計測することができる。

【0023】

また、対象部材１の軸力（Ｚ方向の引張／圧縮）に起因する微小断層３１のＺひずみ成分は、当該微小断層３１のＹ方向両端のＺひずみ（図３（ｂ）のひずみ線図におけるひずみＱａ及びひずみＱｂ）の平均値として表される。従って、分析装置９の演算により、変形計測装置１１は、対象部材１の軸力に起因する変形状態を更に取得することもできる。

【0024】

以上説明した変形計測装置１１及び変形計測方法によれば、光ファイバセンサ３，５及びＯＴＤＲ又はＢＯＴＤＲを用いることで、測定箇所Ｐ１，Ｐ２の各Ｚひずみ分布を細かいピッチ（例えば数ｃｍピッチ）で取得することができる。従って、このＺひずみ分布に基づいて対象部材１の変形状態も細かいピッチで取得することができる。その結果、対象部材１の細かい点までより正確に変形状態を知ることができ、ひいては、対象部材１の合理的な設計が可能になる。また、光ファイバセンサ３，５とＯＴＤＲ又はＢＯＴＤＲとを用いることで、対象部材１の変形状態をリアルタイムで取得することもできる。

【0025】

更には、変形計測装置１１及び変形計測方法では、光ファイバセンサ３，５を採用することにより、多数のひずみセンサを配列して対象部材１に取り付けたり、ひずみセンサをＺ方向に順次移動させるためのガイドパイプを予め対象部材１に取り付けたりする手法に比較して、比較的簡易に計測が可能である。特に、対象部材１の表面に多数のひずみゲージを貼り付ける手法に比較すれば、リード線の数が減少し、水分等に対する耐久性も向上する。

【0026】

〔第２実施形態〕
本実施形態では、図４に示されるＵ型の鋼矢板５１を上記の対象部材１に適用する。鋼矢板５１は、山留壁５０の一部を構成すべく地盤Ｇに設置されたものである。図４（ａ）は山留壁５０の一部を示す水平断面図である。複数の鋼矢板５１が継手部５３を介して水平方向に連結されて山留壁５０が形成されている。図に示されるように、鉛直方向をＺ方向、山留壁５０に直交する方向をＹ方向、山留壁５０が水平に延在する方向をＸ方向とする。山留壁５０には、主に、地盤Ｇ側から掘削領域Ｆ側に向けてＹ方向の土圧が作用する。また、山留壁５０に切梁やグラウンドアンカー（図示せず）等が使用される場合には、これらによる反力がＹ方向に作用する。従って、山留壁５０にはＹＺ平面内における曲げ変形が生じる。なお、山留壁５０及び鋼矢板５１は、各断面が平面を保持したまま曲げ変形する部材であるとみなしてよい。

【0027】

この山留壁５０においては、隣接する鋼矢板５１同士は、継手部５３において互いにフック状の継手を係合させているが、互いに溶接等で接合されているものではない。従って、各鋼矢板５１は、互いに独立して曲げ変形するものとみなしてよい。本実施形態の変形計測装置１１及び変形計測方法は、独立して曲げ変形するものとみなされる１つの鋼矢板５１の変形状態を計測する。図４（ｂ）に示されるように、鋼矢板５１の曲げ変形の中立面Ｈは、当該鋼矢板５１を横切ってＸＺ平面と略平行に存在する。

【0028】

計測対象である鋼矢板５１において、測定箇所Ｐ１は鋼矢板５１のフランジ部５１ｋの継手部５３の近傍に設定され、測定箇所Ｐ２は鋼矢板５１のウエブ部５１ｊの中央に設定される。測定箇所Ｐ１，Ｐ２は、中立面Ｈを挟んで互いに反対側に位置している。変形計測装置１１の光ファイバセンサ３，５は、それぞれ、測定箇所Ｐ１，Ｐ２において地盤Ｇ側の面にＺ方向に延在するように取り付けられ、鋼矢板５１の全長に亘って延在している。変形計測装置１１は、上記のように設置された光ファイバセンサ３，５の各Ｚひずみ分布を、鋼矢板５１の測定箇所Ｐ１，Ｐ２の各Ｚひずみ分布として取得する。

【0029】

そして変形計測装置１１の分析装置９は、所定の演算により、測定箇所Ｐ１，Ｐ２の各Ｚひずみ分布と、測定箇所Ｐ１，Ｐ２同士の間のＹ方向の距離と、に基づいて、鋼矢板５１のＹ方向変位のＺ方向における分布を当該鋼矢板５１の変形状態として取得する。なお、このような鋼矢板５１の変形状態の演算は、前述した第１実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。

【0030】

光ファイバセンサ３，５は、光ファイバ素線と当該光ファイバ素線を覆う樹脂等の被覆と、で主に構成される。光ファイバセンサ３，５は、鋼矢板５１が地盤Ｇ内に打設される前に、当該鋼矢板５１の表面に取り付けられる。光ファイバセンサ３，５は、一例として次のような態様で鋼矢板５１の表面に取り付けられる。

【0031】

例えば、図５（ａ）に示されるように、鋼矢板５１のウエブ部５１ｊの表面に光ファイバセンサ５を仮止した状態から、当該光ファイバセンサを上から覆うように鋼矢板５１のほぼ全長に亘って樹脂系の接着剤が塗布される。この接着剤が硬化することにより、光ファイバセンサ５を埋込む樹脂層５５が形成される。光ファイバセンサ５は樹脂層５５と一緒に鋼矢板５１と一体化する。更に樹脂層５５を上から覆うように保護用クロス５６（例えばガラスクロス）が設置される。そして、保護用クロス５６に含浸させるように樹脂系の接着剤が塗り込まれ、当該接着剤が硬化することで樹脂層５７が形成される。これにより、保護用クロス５６と樹脂層５５，５７とからなり光ファイバセンサ５を覆うセンサ保護層５８が形成される。センサ保護層５８の存在により、鋼矢板５１の打設時の機械的な力で光ファイバセンサ５が破損したり鋼矢板５１から脱落したりする可能性が低減される。なお、もう一方の光ファイバセンサ３についても、上記と同様の取り付け構造で鋼矢板５１に取り付けられる。上述のような取付け構造によれば、鋼矢板５１の表面から比較的小さい突出量で光ファイバセンサ３，５を取り付けることができる。

【0032】

上述のように鋼矢板５１，６１の地盤Ｇ側の面に光ファイバセンサ３，５がされると、掘削領域Ｆの掘削作業の際に光ファイバセンサ３，５が損傷し難いので好ましい。また、光ファイバセンサ３，５は鋼矢板５１，６１の掘削領域Ｆ側の面に設置されてもよいし、地盤Ｇ側と掘削領域Ｆ側との両面にそれぞれ設置されてもよい。

【0033】

なお、図５（ｂ）に示されるように、山留壁５０を構成する鋼矢板がハット型の鋼矢板６１であってもよい。この場合は例えば、鋼矢板６１の中央のウエブ部６１ｊに測定箇所Ｐ１が設定され、当該測定箇所Ｐ１の地盤Ｇ側の面に光ファイバセンサ３が設置される。また、鋼矢板６１の継手部６３の直近の位置に測定箇所Ｐ２が設定され、当該測定箇所Ｐ２の地盤Ｇ側の面に光ファイバセンサ５が設置される。

【0034】

以上のような変形計測装置１１及び変形計測方法によれば、第１実施形態と同様に、光ファイバセンサ３，５及びＯＴＤＲ又はＢＯＴＤＲを用いることにより、測定箇所Ｐ１，Ｐ２の各Ｚひずみ分布を細かいピッチ（例えば数ｃｍピッチ）で取得することができる。従って、このＺひずみ分布に基づいて鋼矢板５１の変形状態も細かいピッチで取得することができ、その結果、対象部材１の細かい点までより正確に変形状態を知ることができる。

【0035】

特に、山留壁５０の鋼矢板５１を測定対象とする場合において、地盤Ｇには複雑な土層構成や複雑な地下水位状況等があり得るので、鋼矢板５１には複雑な土圧が作用し得る。更に、山留壁５０を支持する切梁やグラウンドアンカーが存在する場合にはこれらに起因する複雑な反力も鋼矢板５１に作用する。従って、鋼矢板５１に生じる曲げモーメントや変形は複雑になる傾向があり、長手方向（Ｚ方向）において数か所の極値が生じる場合がある。このような極値を正確に把握するためには、鋼矢板５１の変形状態を細かいピッチで取得する必要があるので、鋼矢板５１の変形計測には特に、上述したような変形計測装置１１及び変形計測方法が好適に適用される。そして、上記のような極値を含めて鋼矢板５１の変形状態が正確に把握されることで、鋼矢板５１及び山留壁５０の合理的な設計が可能になる。また、掘削領域Ｆの掘削途中段階で鋼矢板５１の変形状態を計測し、これに基づいて土圧を推定することで、工事完了までの鋼矢板５１及び山留壁５０の挙動を予測する、という運用も可能である。

【0036】

図６は、本発明者らによる試験結果を示すグラフである。この試験では、図６（ａ）に示されるように、鋼矢板５１が地下3000mmの深さまで地表から打設され、掘削領域Ｆが地表から1750mmの深さまで掘削されてなる山留壁５０が構築された。この山留壁５０に対して、高さ方向（Ｚ方向）に等間隔に配列して複数のひずみゲージを取り付け、各箇所のＺひずみを計測した。この計測を２つの鋼矢板５１について行い、図６（ｂ）～（ｇ）に示す計測結果を得た。図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、計測された各箇所のＺひずみを示す折れ線グラフ８１，８２を示す。また、図６（ｅ），（ｆ），（ｇ）は、計測された各箇所のＺひずみに基づいて算出された、各箇所のＹ方向変位を示す折れ線グラフ８３，８４を示す。折れ線グラフ８１，８３は１つ目の鋼矢板５１の計測結果であり、折れ線グラフ８２，８４は２つ目の鋼矢板５１の計測結果である。図６（ｂ）及び（ｅ）はひずみゲージの取付け箇所を５点とし、図６（ｃ）及び（ｆ）は８点、図６（ｄ）及び（ｇ）は１５点としたものである。

【0037】

更に別途、本実施形態の変形計測装置１１及び変形計測方法により、上記２つの鋼矢板５１について、ＺひずみのＺ方向における分布９１，９２と、Ｙ方向変位のＺ方向における分布９３，９４と、を取得し、その結果を各図６（ｂ）～（ｇ）に重ねて表示した。本実施形態の変形計測装置１１及び変形計測方法によれば、グラフ９１～９４に示されるように、グラフ８１～８４よりも更に細かいピッチでデータが得られている。

【0038】

図６（ｂ）～（ｇ）のグラフ８１～グラフ８４から判るように、ひずみゲージの取付け箇所を５点、８点、１５点と増やすほど、鋼矢板５１の変形状態をより細かいピッチでより詳細に知ることができる。しかしながら、例えば図６（ｄ）のグラフ８１を見ると、Ｚひずみの極値が-2000mmの近傍に存在すると予想されるものの、明確とは言えない。これに対してグラフ９１によれば、この極値の位置が明確に判明する。以上のように、本実施形態の変形計測装置１１及び変形計測方法によれば、従来のひずみゲージを用いた方法に比較して、鋼矢板５１の変形状態における極値が正確に把握されることが確認された。

【0039】

〔第３実施形態〕
本実施形態における変形計測装置１１及び変形計測方法は、第２実施形態と比較して、鋼矢板５１に対する光ファイバセンサ３，５の設置形態が異なっている。その他の点については第２実施形態と同様であるので、重複する説明を省略する。

【0040】

図７に示されるように、本実施形態では、センサ部材２１が鋼矢板５１の表面に取り付けられることで、鋼矢板５１に光ファイバセンサ３，５が設置される。２本の光ファイバセンサ３，５はＹ方向に並んでいる。センサ部材２１はＺ方向に延在する長尺の部材であり、センサ部材本体２３と、当該センサ部材本体２３内に平行に埋込まれた２本の光ファイバセンサ３，５と、を有する。センサ部材本体２３及び２本の光ファイバセンサ３，５は、一体として曲げ挙動する。センサ部材本体２３は、例えば、金属製でもよく樹脂製でもよい。センサ部材本体２３の材料が、鋼矢板５１と同じ材料であってもよい。センサ部材２１は、例えば、鋼矢板５１のウエブ部５１ｊの中央において地盤Ｇ側の面に溶接等によって固定されており、鋼矢板５１の全長に亘って延在している。

【0041】

光ファイバセンサ３，５は、センサ部材本体２３を介して、鋼矢板５１と一体となって曲げ挙動するように、センサ部材２１が鋼矢板５１に固定される。そして、鋼矢板５１とセンサ部材２１とが一体として曲げ変形するときには、鋼矢板５１の断面とセンサ部材２１の断面とを合わせた断面全体が平面を保持するものとみなしてよい。センサ部材２１は、鋼矢板５１の打設前に取り付けられる。このような形態で鋼矢板５１に光ファイバセンサ３，５が設置された場合にも、第２実施形態と同様にして鋼矢板５１の変形状態を計測することができる。

【0042】

〔第４実施形態〕
本実施形態において、図８に示される山留壁５０では、隣接する鋼矢板５１同士が、継手部５３において互いにフック状の継手を係合させるとともに溶接等で接合されている。山留壁５０は複数の鋼矢板５１からなる完全合成の合成部材として挙動する。すなわち、地盤Ｇからの土圧等が作用すれば山留壁５０は一体として曲げ挙動する。

【0043】

この場合、２つの測定箇所Ｐ１，Ｐ２を次のように設定することで、山留壁５０全体としての変形状態を計測することができる。山留壁５０を構成する１つの鋼矢板５１のウエブ部５１ｊに測定箇所Ｐ１が設定され、当該測定箇所Ｐ１の地盤Ｇ側の面に光ファイバセンサ３が設置される。また、上記の鋼矢板５１に隣接する鋼矢板５１のウエブ部５１ｊに測定箇所Ｐ２が設定され、当該測定箇所Ｐ２の地盤Ｇ側の面に光ファイバセンサ５が設置される。このようにして、変形計測装置１１では、山留壁５０のＹ方向変位のＺ方向における分布が当該山留壁５０の変形状態として取得される。

【0044】

なお、山留壁５０がハット型の鋼矢板６１で構成される場合には、図５（ｂ）に示される形態により、継手部６３が溶接されているか否かに関わらず、当該山留壁５０全体としてのＹ方向変位のＺ方向における分布が当該山留壁５０の変形状態として取得される。

【0045】

〔第５実施形態〕
前述のように山留壁５０（図８）の鋼矢板５１同士が継手部５３で溶接等されたとしても、継手部５３が完全に接合されているか否かが未知である場合がある。すなわち、複数の鋼矢板５１からなる合成部材における、鋼矢板５１同士の継手効率（合成度合い）が未知である場合がある。この場合に、変形計測装置１１を用いて継手効率を計測する方法について、以下説明する。

【0046】

この計測方法では、図９（ａ）に示されるように、山留壁５０を構成する１つの鋼矢板５１Ａ（第１部材）と、当該鋼矢板５１Ａに隣接する鋼矢板５１Ｂ（第２部材）と、の継手効率（合成度合い）が計測される。継手部５３は、鋼矢板５１Ａ，５１Ｂからなる合成部材のＹ方向中央に位置している。まず、鋼矢板５１Ａにおいては、継手部５３近傍に測定箇所Ｐ１Ａが設定され、ウエブ部５１ｊの中央に測定箇所Ｐ２Ａが設定される。鋼矢板５１Ｂにおいても同様に、継手部５３近傍に測定箇所Ｐ１Ｂが設定され、ウエブ部５１ｊの中央に測定箇所Ｐ２Ｂが設定される。そして、各測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ｂの地盤Ｇ側の面に、それぞれ光ファイバセンサ３Ａ，５Ａ，３Ｂ，５Ｂが設置される。山留壁５０に所定の土圧等が作用しているときに、この４本の光ファイバセンサ３Ａ，５Ａ，３Ｂ，５Ｂから得られる散乱光に基づいて、変形計測装置１１は、各測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２ＢのＺひずみ分布を取得することができる。

【0047】

そして、変形計測装置１１は、各測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２ＢのＺひずみ分布と、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ｂ及び継手部５３の５点のＹ方向の位置関係（例えば、上記５点の各Ｙ座標）と、に基づいて継手効率を導出する。このように継手効率が導出可能である原理は次の通りである。変形計測装置１１においては、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２ＡのＺひずみＱ１Ａ及びＱ２Ａが既知であり、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ及び継手部５３の位置関係が既知であるので、第１実施形態で説明したとおり、例えば図９（ｂ）に示されるように、鋼矢板５１Ａに関して任意の微小断層のＹ方向におけるひずみ線図ＷＡが判明する。同様にして、鋼矢板５１Ｂに関して任意の微小断層３１のＹ方向におけるひずみ線図ＷＢも判明する。よって、図９（ｂ）に示されるように、鋼矢板５１Ａ，５１Ｂで構成される合成部材のＹ方向幅全体のひずみ線図ＷＡ，ＷＢが判明する。なお、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ｂ及び継手部５３の位置関係は、例えば分析装置９に予め入力され記憶されている。

【0048】

ここで、鋼矢板５１Ａと鋼矢板５１Ｂとが継手部５３において完全に接合されている（継手効率＝１である）と仮定すれば、鋼矢板５１Ａと鋼矢板５１Ｂとが一体として曲げ挙動するので、ひずみ線図ＷＡ，ＷＢは、図１０における「継手効率＝１」で示されるような態様を示す。この場合、継手部５３の位置でＺひずみ＝０となる。これに対し、鋼矢板５１Ａと鋼矢板５１Ｂとが継手部５３において完全に分離している（継手効率＝０である）と仮定すれば、鋼矢板５１Ａと鋼矢板５１Ｂとが別々に独立して曲げ挙動するので、ひずみ線図ＷＡ，ＷＢは、図１０における「継手効率＝０」で示されるような態様を示す。この場合、鋼矢板５１Ａの，５１Ｂともに継手部５３にはＺひずみが生じる。

【0049】

そして、０＜継手効率＜１の範囲では、ひずみ線図ＷＡ，ＷＢは「継手効率＝１」の態様と「継手効率＝０」の態様との中間的な態様を示し、継手効率に応じて態様が変動していく。具体的には、継手効率が０から１に近づくに従って、ひずみ線図ＷＡ，ＷＢの両方において継手部５３に生じる引張ひずみ又は圧縮ひずみが小さくなっていく。また、例えば、継手効率が０から１に近づくに従って、鋼矢板５１Ａのウエブ部５１ｊのひずみに対する鋼矢板５１Ａ（ひずみ線図ＷＡ）の継手部５３のひずみの比が小さくなり、鋼矢板５１Ｂのウエブ部５１ｊのひずみに対する鋼矢板５１Ｂ（ひずみ線図ＷＢ）の継手部５３のひずみの比が小さくなる、といった関係にある。

【0050】

このように、ひずみ線図ＷＡ，ＷＢの態様と継手効率との間には相関関係があるので、変形計測装置１１の分析装置９（合成度演算部）においては、光ファイバセンサ３Ａ，５Ａ，３Ｂ，５Ｂから得られたひずみ線図ＷＡ，ＷＢを事前に準備された相関関係に照らして、任意の微小断層における継手効率を取得することができる（合成度取得工程）。なおこの場合、変形計測装置１１の分析装置９による演算は、上記のような原理に基づくものであればよく、実際の演算の手順が上記のとおりである必要はない。

【0051】

以上のように、鋼矢板５１Ａ（第１部材）に設置された２本の光ファイバセンサ３Ａ，５Ａと、鋼矢板５１Ｂ（第２部材）に設置された２本の光ファイバセンサ３Ｂ，５Ｂと、を備える変形計測装置１１は、山留壁５０における鋼矢板５１Ａと鋼矢板５１Ｂとの継手効率（合成度合い）のＺ方向における分布を計測する合成度計測装置として使用することができる。

【0052】

〔第６実施形態〕
前述のように合成度計測装置として使用される変形計測装置１１は、山留壁５０には限定されず図１１に示されるような合成桁７１における部材間の合成度合いを計測することにも適用することができる。図１１は合成桁７１の断面図であり、合成桁７１は図１０の紙面に直交する方向（Ｚ方向）に延在している。図１１に示されるように、合成桁７１は、Ｈ鋼からなる複数の鋼桁７５と、鋼桁７５のフランジ上面にずれ止めを施して接合部７７で接合された鉄筋コンクリート製の床版７３と、を備えている。床版７３の上面には下向きの荷重（Ｙ方向の荷重）が作用し、この荷重に起因して合成桁７１がＹＺ平面内で曲げ変形する。このような合成桁７１において、接合部７７の上記ずれ止めが完全に機能しているか否かが未知であり、すなわち、鋼桁７５と床版７３との合成度合いが未知であるものとする。なお、「合成度合い」は０～１の値で表され、合成度合い＝１（完全合成）の状態では鋼桁７５と床版７３とが一体の梁として曲げ挙動し、合成度合い＝０（非合成）の状態では、鋼桁７５と床版７３とが別々に独立して曲げ挙動する。

【0053】

本実施形態の合成度計測方法では、図１１に示されるように、床版７３の内部の下面近傍に測定箇所Ｐ１Ａが設定され当該測定箇所Ｐ１Ａに光ファイバセンサ３Ａが埋込まれる。同様に、床版７３の内部の上面近傍に測定箇所Ｐ２Ａが設定され当該測定箇所Ｐ２Ａに光ファイバセンサ５Ａが埋込まれる。また、鋼桁７５のウエブ上部に測定箇所Ｐ１Ｂが設定され、ウエブ下部に測定箇所Ｐ２Ｂが設定される。そして、測定箇所Ｐ１Ｂにおけるウエブ側面に光ファイバセンサ３Ｂが取り付けられ、測定箇所Ｐ２Ｂにおけるウエブ側面に光ファイバセンサ５Ｂが取り付けられる。

【0054】

合成桁７１に適切な荷重が付与されているときに、上記の４本の光ファイバセンサ３Ａ，５Ａ，３Ｂ，５Ｂから得られる散乱光に基づいて、変形計測装置１１は、各測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２ＢのＺひずみ分布を取得することができる。そして、第５実施形態と同様に、変形計測装置１１では、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２ＢのＺひずみ分布と、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ｂ及び接合部７７の５点のＹ方向の位置関係と、に基づいて、図１１（ｂ），（ｃ）に例示されるように、床版７３の微小断層のＹ方向におけるひずみ線図ＷＡと、鋼桁７５の微小断層のＹ方向におけるひずみ線図ＷＢと、が判明する。例えば、図１１（ｂ）は、合成度合い＝１（完全合成）の場合のひずみ線図ＷＡ，ＷＢを示し、図１１（ｃ）は、０＜合成度合い＜１の場合のひずみ線図ＷＡ，ＷＢの一例を示している。

【0055】

そして、第５実施形態と同様に、ひずみ線図ＷＡ，ＷＢの態様と、鋼桁７５と床版７３との合成度合いと、の間には相関関係がある。従って、変形計測装置１１においては、第５実施形態と同様にして、光ファイバセンサ３Ａ，５Ａ，３Ｂ，５Ｂから得られたひずみ線図ＷＡ，ＷＢを事前に準備された相関関係に照らして、上記微小断層の合成度合いを取得することができ、ひいては、合成度合いのＺ方向における分布を取得することができる。

【0056】

なお、床版７３の内部に埋込まれる光ファイバセンサ３Ａ，５Ａは、床版７３内部の鉄筋に固定されることが好ましい。床版７３においては、上面又は下面から床版７３の厚み方向にひび割れが生じることがある。仮に、光ファイバセンサ３Ａ，５Ａが単に床版７３のコンクリート部分に埋込まれているだけの場合を考えると、上記のようなひび割れが光ファイバセンサ３Ａ，５Ａの位置に到達している場合に、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａの引張ひずみが光ファイバセンサ３Ａ，５Ａの引張ひずみとして正しく伝達されない場合がある。これに対して、光ファイバセンサ３Ａ，５Ａが鉄筋に固定されていれば、上記のようなひび割れの存在に関わらず、測定箇所Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａの引張ひずみ（すなわち、鉄筋の引張ひずみ）は、光ファイバセンサ３Ａ，５Ａの引張ひずみとして正しく伝達される。従って、床版７３のひび割れが存在していても、合成度合いを正確に計測することができる。

【0057】

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。

【0058】

第１～第４実施形態では、対象部材（対象部材１、鋼矢板５１，６１、山留壁５０）の変形状態として、当該対象部材のＹ方向変位のＺ方向における分布が計測されているが、計測可能な対象部材の変形状態はこれには限定されない。すなわち、本発明の変形計測装置１１及び変形計測方法では、対象部材に作用する曲げモーメント（ＹＺ平面内での曲げモーメント）のＺ方向における分布、対象部材の傾斜（ＹＺ平面内での傾斜）のＺ方向における分布、対象部材の所定の表面に生じる歪み（又は応力）のＺ方向における分布、などが対象部材の変形状態として計測されてもよい。

【0059】

また、本発明の変形計測装置１１及び変形計測方法は、山留壁５０や鋼矢板５１に限られず、各断面が平面を保持して曲げ変形するとみなされるような、種々の長尺の部材に適用することができる。例えば、本発明の変形計測装置１１及び変形計測方法は、ＳＭＷの芯材、鉄筋コンクリート部材、プレストレストコンクリート部材、等の変形計測にも適用することができる。また、対象部材が鉄筋コンクリート製である場合には、対象部材の内部に埋込まれる光ファイバセンサ３Ａ，５Ａは、鉄筋に固定されることが好ましい。前述したとおり、光ファイバセンサ３Ａ，５Ａが鉄筋に固定されることにより、対象部材のコンクリート部にひび割れが生じている場合にも、合成度合いを正確に計測することができる。

【符号の説明】

【0060】

１…対象部材、３，５，３Ａ，５Ａ，３Ｂ，５Ｂ…光ファイバセンサ、１１…変形計測装置、９…分析装置（変形状態演算部、合成度演算部）、２１…センサ部材、５１Ａ…鋼矢板（第１部材）、５１Ｂ…鋼矢板（第２部材）、５３…継手部（接合部）、７７…接合部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１Ａ，Ｐ２Ａ，Ｐ１Ｂ，Ｐ２Ｂ…測定箇所。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】