支承体、测量装置及测量方法与流程

本发明涉及配置在桥梁、大楼等结构物的上部结构与下部结构之间的支承体、及测量与施加给所述支承体的载荷相对应的力的变化的技术。

背景技术：

一直以来，桥梁、大楼等结构物在上部结构与下部结构之间配置有支承体(以下仅称为支承)。例如，供汽车或列车等移动体行驶的桥梁在桥主梁(上部结构)与桥墩(下部结构)之间配置有支承。支承是支撑上部结构的载荷并向下部结构传递的部件。支承上施加因桥主梁的重量产生的静载荷、以及因在桥主梁上行驶的车辆等产生的动载荷。

最近，为了对结构物进行维护管理等，迫切期望测量支承的反作用力。支承的反作用力会根据支承劣化、下部结构下沉、下部结构变动等而变化。即，通过测量支承的反作用力并获知其变化，可判断是否发生了支承劣化、下部结构下沉、下部结构变动等不良状况。

作为可测量反作用力的支承例如示于专利文献1中。所述专利文献1中所示的支承是一种橡胶支承，其使用由钢板和橡胶层交替层叠而成的层叠橡胶，作为对从桥主梁侧施加给桥墩侧的载荷进行支撑的载荷支撑部件，所述钢板由厚度厚的上下部钢板和厚度薄的多个中间部钢板形成。层叠橡胶构成为：从上下部钢板任一方贯穿其厚度方向，设置到达相邻的橡胶层内部的多个测量孔，并在各测量孔填充粘性流体，且在各测量孔的钢板侧部分安装压力传感器并堵塞该测量孔。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第4891891号公报

发明要解决的问题

但是，专利文献1记载的支承要通过以下工序制造：在作为载荷支撑部件的层叠橡胶上，设置用于安装压力传感器的多个测量孔的工序；在各测量孔填充粘性流体的工序；在各测量孔的钢板侧部分安装压力传感器的工序；以及将安装着压力传感器的各测量孔堵塞的工序。即，专利文献1中记载的支承需要复杂的制造工序来制造作为载荷支撑部件的层叠橡胶。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能测量与施加载荷相对应的反作用力等的物理量，且制造工序简单的支承体。

本发明的目的还在于提供能测量与施加给支承体的载荷相对应的力的变化的技术。

用于解决问题的方案

为了实现所述目的，本发明的支承体以如下方式构成。

上瓦形块(uppershoe)固定于结构物的上部结构，下瓦形块(lowershoe)固定于结构物的下部结构。载荷支撑部件配置在上瓦形块与下瓦形块之间，并对从结构物的上部结构侧施加的载荷进行支撑。此外，传感器测量上瓦形块和下瓦形块夹持载荷支撑部件而重叠的方向上的、根据上瓦形块与下瓦形块之间距离的变化而变化的物理量。

根据上瓦形块与下瓦形块之间距离的变化而变化的物理量有如下等。

(1)上部结构与下部结构的距离；

(2)下瓦形块与上部结构的距离；

(3)上瓦形块与下部结构的距离；

(4)上瓦形块与下瓦形块的距离。

上瓦形块与下瓦形块之间距离的变化是载荷支撑部件的应变的变化。因此，可通过使用传感器测量出的物理量和载荷支撑部件的杨氏模量e，计算出支承体(载荷支撑部件)的反作用力。

因此，用传感器持续或定期地测量根据上瓦形块和下瓦形块之间距离的变化而变化的物理量，就能获取支承体的反作用力等的变化。并且，使用获取到的支承体的反作用力等的变化，能简便且适当地进行结构物的维护管理等。

另外，传感器只要能测量根据上瓦形块和下瓦形块之间距离的变化而变化的物理量，则可以任意安装在上瓦形块、下瓦形块、结构物的上部结构、或者结构物的下部结构的任一方。

尤其是，如果将传感器安装在上瓦形块或者下瓦形块的一方，将传感器要测量的检测对象物安装在上瓦形块或者下瓦形块的另一方，就能在未对支承施加载荷的状态下，测量根据上瓦形块和下瓦形块之间距离的变化而变化的物理量的基准值。若使用所述基准值，那么在安装于结构物的上部结构和下部结构之间时，还能得到结构物的上部结构产生的静载荷的大小。

此外，传感器的个数可以是一个，也可以是多个。当传感器的个数为多个时，优选隔着载荷支撑部件安装在两侧。

而且，本发明的测量装置根据传感器测量的根据上瓦形块和下瓦形块之间距离的变化而变化的物理量的测量值，来计算支承体的反作用力等的变化。

另外，根据本发明的测量方法，能简便地利用传感器测量根据上瓦形块和下瓦形块之间距离的变化而变化的物理量。

发明效果

根据本发明，可简化能测量与施加载荷相对应的反作用力等相关物理量的支承体的制造工序。

此外，可简便地测量与施加给支承体的载荷相对应的反作用力等相关物理量。

附图说明

图1是高架道路桥的桥轴方向的概略剖面图。

图2是高架道路桥的桥轴直角方向的概略剖面图。

图3(a)是从桥轴方向观察到的支承的概略平面图，图3(b)是图3(a)中a-a方向的剖面图。

图4(a)是图3(a)中b-b方向的剖面图，图4(b)是图3(a)中c-c方向的剖面图。

图5是表示其它示例的支承的图。

图6(a)、(b)是表示其它示例的支承的图。

图7(a)、(b)是表示其它示例的支承的图。

图8是表示监视系统的概略图。

图9是表示反作用力测量装置的主要部分的构成的块图。

图10是表示管理装置的主要部分的构成的块图。

图11是表示反作用力测量装置的动作的流程图。

图12是表示存储部中存储的测量数据的图。

图13是表示测量时刻和支承的反作用力r的变化量δr的关系的图。

图14是表示支承1的反作用力r的变化量δr的最大值的图。

图15是表示支承1的反作用力r的变化量δr的频度的图。

图16是表示反作用力测量方法的顺序的图。

具体实施方式

下面说明本发明的实施方式。首先，说明支承体(以下简称为支承)的实施方式。

支承是配置在桥梁、大楼等结构物的上部结构与下部结构之间，对上部结构的载荷进行支撑的部件。支承将上部结构的振动衰减后再向下部结构传递。

图1是结构物高架道路桥(桥梁)的桥轴方向(车辆行驶方向)的概略剖面图。图2是高架道路桥的桥轴直角方向(车辆宽度方向)的概略剖面图。高架道路桥是在下部结构即桥墩100和上部结构即主梁101之间配置支承1。桥墩100在桥轴方向上以适当的间隔排列。上部结构在设置于主梁101上表面(桥墩侧的相反面)侧的桥面板上，形成有供汽车行驶的路面、侧壁等。支承1对包括主梁101在内的上部结构的载荷进行支撑。支承1对上部结构的重量产生的静载荷、以及在路面行驶的车辆的重量或上部结构相对于下部结构的相对移位引起的振动等产生的动载荷进行支撑。本例中，如图2所示，在桥墩100的上表面(与主梁101相对的面)上，沿着桥轴直角方向排列并固定有三个支承1。

图3(a)是从桥轴方向观察到的支承的概略平面图，图3(b)是图3(a)中a-a方向的剖面图。而且，图4(a)是图3(a)中b-b方向的剖面图，图4(b)是图3(a)中c-c方向的剖面图。支承1包括下瓦形块2、上瓦形块3、底板4、载荷支撑部件5、接近传感器10、11以及安装配件20、21。

从主梁101侧来看，支承1依次重叠有上瓦形块3、载荷支撑部件5、下瓦形块2、底板4。

上瓦形块3固定于主梁101。此外，底板4利用未图示的锚定螺栓等固定于桥墩100。下瓦形块2安装于底板4。即，下瓦形块2经由底板4固定于桥墩100。支承1有时像本例这样用不同部件构成下瓦形块2和底板4，有时用一个部件构成下瓦形块2和底板4。支承1既可以用不同部件构成下瓦形块2和底板4，也可以用一个部件构成下瓦形块2和底板4。另外，下瓦形块2上在与桥墩100相反的面侧(与主梁101相对的面侧)形成有凹部(凹陷)。

载荷支撑部件5其桥墩100侧的端部嵌插到下瓦形块2的凹部，其主梁101侧的端部从下瓦形块2的凹部突出。载荷支撑部件5和上瓦形块3以相对的面接触。载荷支撑部件5位于下瓦形块2与上瓦形块3之间，下瓦形块2和上瓦形块3不接触。载荷支撑部件5由对水平方向(桥轴方向、桥轴直角方向)上的瓦形块3和下瓦形块2的相对移位产生的水平力(水平载荷)进行支撑的部件和对垂直方向的力(垂直载荷)进行支撑的部件等构成。

另外，支承1还可以包括边块(未图示)，所述边块限制水平方向的上瓦形块3和下瓦形块2的相对移位量。

进而，本例的支承1是在下瓦形块2安装两个接近传感器10、11。接近传感器10、11只要能非接触地测量接近传感器10、11的检测面到检测对象物的距离，则可以是任意传感器。接近传感器10、11例如可使用http://ww.fa.omron.co.jp/products/family/1457/记载的传感器。

接近传感器10、11隔着载荷支撑部件5安装在支承1的两侧。接近传感器10、11沿桥轴直角方向排列。接近传感器10、11安装于安装配件20、21，所述安装配件20、21设置在下瓦形块2上。安装配件20、21固定于下瓦形块2。所述接近传感器10、11测量从检测面到主梁101的相对面的距离。接近传感器10、11的检测面和主梁101的底面相对。本例中接近传感器10、11测量下瓦形块2与上部结构(主梁101)的距离。

支承1因从上部结构侧被施加载荷，载荷支撑部件5变形。因此，如果从上部结构侧施加给支承1的载荷发生变化，载荷支撑部件5的应变量也会变化，其结果，桥墩100和主梁101的相对面间的距离发生变化。桥墩100与主梁101的相对面间的距离的变化量、和下瓦形块2与上部结构(主梁101)的距离的变化量是相同的。此外，桥墩100与主梁101的相对面间的距离的变化量、和上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量是相同的。即，用接近传感器10、11测量的下瓦形块2与上部结构(主梁101)的距离的变化量就是上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量。

后述的反作用力测量装置50通过δx＝(δx1+δx2)/2计算出上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx。δx1是接近传感器10的检测面到主梁101的相对面的距离的变化量，并通过下式计算出。

δx1＝接近传感器10的基准距离－接近传感器10的测量距离

此外，δx2是接近传感器11的检测面到主梁101的相对面的距离的变化量，通过下式计算出。

δx2＝接近传感器11的基准距离－接近传感器11的测量距离

接近传感器10、11的基准距离只要设为在支承1设置时等由各接近传感器10、11测量出的距离即可。而且，如上所述，接近传感器10、11是隔着载荷支撑部件5沿桥轴直角方向排列安装的。并且，计算出接近传感器10的检测面到主梁101的相对面的距离的变化量δx1、和接近传感器11的检测面到主梁101的相对面的距离的变化量δx2的平均值，作为上瓦形块3和下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx。因此，上瓦形块3和下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx中就消除了桥轴直角方向的上瓦形块3和下瓦形块2的相对面间的距离的变化量的差(δx1和δx2的差)。

这样，该支承1可以测量上瓦形块3和下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx。而且，当上瓦形块3和下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx变短时，载荷支撑部件5的反作用力r的变化量δr为下式。

δr＝e×δx

其中，e是载荷支撑部件5的杨氏模量。即，该支承1也能测量载荷支撑部件5的反作用力r的变化。

此外，接近传感器10、11测量的距离只要是根据上瓦形块3和下瓦形块2的相对面间的距离的变化而变化的距离，就没有特别限制。例如，如图5所示，可构成为将接近传感器10、11安装于上瓦形块3，测量接近传感器10、11的检测面和底板4的相对面的距离。此外，如图6(a)所示，可构成为将接近传感器10、11安装于下瓦形块2，且将与接近传感器10、11的检测面相对的检测对象物30、31安装于上瓦形块3，测量接近传感器10、11的检测面和检测对象物30、31的相对面的距离。而且，如图6(b)所示，还可构成为将接近传感器10、11安装于上瓦形块3，将与接近传感器10、11的检测面相对的检测对象物30、31安装于下瓦形块2，测量接近传感器10、11的检测面和检测对象物30、31的相对面的距离。

此外，支承1上安装的接近传感器的个数、其配置也没有特别限制。例如，支承1可以构成为将两个接近传感器10、11按图7(a)那样安装，还可以构成为将四个接近传感器10、11、12、13按图7(b)那样安装。

另外，图5、及图6是从和图3(a)相同的方向观察到的图，图7是和图4(b)对应的方向的剖面图。

接着，说明反作用力测量装置(相当于本发明中所述的测量装置)的实施方式。在此，以图3所示的支承1为例。

图8是表示使用了本例的反作用力测量装置的监视系统的概略图。所述监视系统包括多个反作用力测量装置50和管理装置60。各反作用力测量装置50经由网络70可通信地连接管理装置60。本例中，反作用力测量装置50和支承1是一一对应的。反作用力测量装置50运算对应的支承1(载荷支撑部件5)的反作用力，并将其运算结果经由网络70通知给管理装置60。

管理装置60设置在管理桥梁状态的管理事务所等处。管理者在所述管理装置60中进行各支承1的状态确认等。

图9是表示反作用力测量装置的主要部分的构成的块图。反作用力测量装置50包括控制部51、传感器处理部52、存储部53以及通信部54。

控制部51控制反作用力测量装置50主体各部分的动作。

传感器处理部52连接支承1的接近传感器10、11。传感器处理部52被输入接近传感器10、11的测量信号(从检测面到相对面的测量距离)。接近传感器10、11如上所述测量从检测面到主梁101的相对面的距离。传感器处理部52对应于连接的各接近传感器10、11而具备处理电路(本例中为两个处理电路)，所述处理电路处理从所述接近传感器10、11输入的测量信号，运算支承1的反作用力r的变化量δr。传感器处理部52具备本发明所述的输入部及运算部。

存储部53中存储接近传感器10、11的基准距离、测量数据等。

通信部54对经由网络70和管理装置60之间的通信进行控制，并将存储部53中存储的测量数据发送给管理装置60。

另外，各反作用力测量装置50上还被赋予了识别自身装置的识别码。如上所述，反作用力测量装置50和支承1是一一对应的，因此可根据反作用力测量装置50的识别码来确定出对应的支承1。

图10是表示管理装置的主要部分的构成的块图。管理装置60具备控制部61、操作部62、显示部63、存储部64以及通信部65。

控制部61控制管理装置60主体各部分的动作。

操作部62上连接有鼠标、键盘等输入设备。操作者对连接于操作部62的输入设备进行操作，而向管理装置60主体进行输入操作。操作部62接收对管理装置60主体的输入。

显示部63上连接有液晶显示器等显示设备。显示部63对连接的显示设备的画面显示进行控制。

存储部64中存储用于控制管理装置60主体的动作的各种参数等。

通信部65对经由网络70和反作用力测量装置50之间的通信进行控制。

下面说明反作用力测量装置50的动作。

图11是表示反作用力测量装置的动作的流程图。反作用力测量装置50每隔预定测量时间间隔a(例如20msec间隔)反复获取接近传感器10、11测量出的从检测面到主梁101的相对面的距离的测量值。反作用力测量装置50若获取接近传感器10、11测量出的从检测面到主梁101的相对面的距离的测量值(s1)，就计算出上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx(s2)。

上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx如上所述为

δx＝(δx1+δx2)/2。且δx1及δx2分别为：

δx1＝接近传感器10的基准距离－接近传感器10的测量距离

δx2＝接近传感器11的基准距离－接近传感器11的测量距离。

反作用力测量装置50将接近传感器10的基准距离、及接近传感器11的基准距离存储到存储部53中。

反作用力测量装置50使用在s2中计算出的上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx来计算支承1的反作用力r的变化量δr(s3)。反作用力r的变化量δr为下式。

δr＝e×δx

其中，e为载荷支撑部件5的杨氏模量。

反作用力测量装置50将测量时刻、在s1中接近传感器10、11测量出的从检测面到主梁101的相对面的距离、在s2中计算出的上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx、以及在s3中计算出的载荷支撑部件5的反作用力r的变化量δr建立对应生成记录(本次测量结果)，追加登记到测量数据中(s4)，并返回到s1。

图12是表示存储部中存储的测量数据的图。图12中表示测量时间间隔a为20msec时的示例。图12中，sa#(#＝1、2、3……)是接近传感器10测量的到主梁101的相对面的测量距离，sb#是接近传感器11测量的到主梁101的相对面的测量距离。此外，ave#是在s2中计算出的上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化量δx。另外，δr#是在s3中计算出的支承1的反作用力r的变化量δr。

另外，反作用力测量装置50每到预定通知时间点，就让通信部54将存储部53中存储的测量数据发送给管理装置60。所述通知时间点可设置为每天、每数小时。

管理装置60用通信部接收从反作用力测量装置50发送来的测量数据，并将其存储在存储部64中。

此外，管理装置60根据操作部62中操作者的输入操作，处理存储部64中存储的测量数据(从反作用力测量装置50发送来的测量数据)，并将处理结果显示在显示部63上。

例如，管理装置60根据操作部62中操作者的输入操作执行以下处理：在显示部63上显示测量时刻和支承1的反作用力r的变化量δr的关系。图13是表示测量时刻和支承的反作用力r的变化量δr的关系的图。图13中，横轴为测量时刻，纵轴为支承1的反作用力r的变化量δr的大小。图13中，支承1的反作用力r的变化量δr大的时候，就是行驶中的车辆的轴重施加给支承1的时间点。支承1的反作用力r的变化量δr根据动载荷的大小而变化。

另外，反作用力测量装置50还能根据支承1的反作用力r的变化量δr得到动载荷(例如行驶中的车辆的轴重)的大小。动载荷的大小可通过下式计算出。

动载荷＝δr×a/h

其中，a是上瓦形块3按压载荷支撑部件5的面积(上瓦形块3和载荷支撑部件5的接触面积)。此外，h是垂直方向(上瓦形块3和下瓦形块2的排列方向)上载荷支撑部件5的长度(高度)。

而且，反作用力测量装置50还可以根据操作部62中操作者的输入操作，在显示部63上显示图14、图15所示的数据。图14表示支承1的反作用力r的变化量δr的最大值。另外，图15是表示支承1的反作用力r的变化量δr的频度的图。图14是例如将检测时间间隔设置为5分钟或10分钟，对每个检测时间绘制在检测时间内支承1的反作用力r的变化量δr的最大值而得到的曲线图。

此外，如果支承1是图6所示的构成，在未对所述支承1施加载荷的状态下，将接近传感器10测量出的检测面与检测对象物30的距离设为接近传感器10的基准距离，将接近传感器11测量出的检测面与检测对象物31的距离设为接近传感器11的基准距离，由此，就能得到因静载荷(上部结构的载荷)产生的支承1的反作用力r。

而且，对于已建好的桥梁上安装的支承1，也能测量此支承1的反作用力r的变化量δr。

具体来说，如图16所示，对要测量反作用力r的变化量δr的支承1，以能够测量根据上瓦形块3与下瓦形块2的相对面间的距离的变化而变化的物理量(距离)的方式，安装接近传感器10、11(s11)。另外，将接近传感器10、11连接于反作用力测量装置50(s12)。然后在反作用力测量装置50中执行图11所示的处理。

由此，对于已建好的桥梁上安装的支承1也能测量反作用力r的变化量δr。

另外，这种情况下，只要将接近传感器10、11的基准距离设为未对支承1施加动载荷时接近传感器10、11测量出的距离即可。

这样，利用设置接近传感器10、11这种简便的方法就能测量与施加载荷相对应的反作用力等相关物理量，所述接近传感器10、11测量上瓦形块3和下瓦形块2夹持载荷支撑部件5重叠的方向上的、根据上瓦形块3与下瓦形块2的距离的变化而变化的物理量。

符号说明

1：支承

2：下瓦形块

3：上瓦形块

4：底板

5：载荷支撑部件

10～13：接近传感器

20、21：安装配件

30、31：检测对象物

40：反作用力测量装置

51：控制部

52：传感器处理部

53：存储部

54：通信部

100：桥墩

101：主梁