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橋梁の損傷位置同定を目的とした時系列モデルの変化検知による構造モデルアップデート

Research Project

Project/Area Number 23K13394
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 22020:Structure engineering and earthquake engineering-related
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

五井 良直  京都大学, 工学研究科, 助教 (30831359)

Project Period (FY) 2023-04-01 – 2028-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2027: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords構造物ヘルスモニタリング / 異常検知 / 橋梁 / ベイズ統計 / 道路橋 / 損傷検知 / モデルアップデート / ディジタルツイン
Outline of Research at the Start

本研究は、道路橋の遠隔的な異常診断を目的として異常検知および損傷部材同定を実施するための方法論の開発を目的とする。具体的には、先行研究において開発した異常検知技術を構造モデルに拡張し、計測データに含まれる異常値を現実の損傷に紐づけるためのモデルアップデート技術を提案する。提案手法では振動データの特性を表す時系列モデルと構造の特性を表す有限要素モデルとを相互に更新することで実測データに即したディジタルツインを構成し、振動特性の変化を有限要素モデル上の部材の剛性変化に対応付けることで損傷部材同定を行う。詳細な調査に先立って補修・補強を必要とする橋梁の損傷を推定することで重大事故リスクの低減を図る。

Outline of Annual Research Achievements

初年度は,当初の予定通り,異常指示指標を振動モードごとに分解するアルゴリズムを開発し,現在査読付き学術誌向けの論文を執筆中である.並行して,モードごとの異常検知を可視化するGUIの試案を作成した.また上記成果に関連する基礎研究は学術誌での公開に先立ち国際学会IALCCE2023にてプロシーディング論文"Uncertainty quantification of modal properties using half year monitoring data of a plate girder bridge"を公表し議論を行った.さらに,上記研究の基礎となる異常指示指標についての理論的な裏付けを行い,オープンアクセスの査読付き学術誌Structural Control and Health Monitoringへ論文"Bridge Damage Detection Using Ambient Loads by Bayesian Hypothesis Testing for a Parametric Subspace of an Autoregressive Model"を投稿した.
加えて,上記手法の計測手順の最適化を目指し,構造工学論文集の論文"EFI法により最適化したセンサ配置を用いた鋼鈑桁橋のベイズ異常検知"の執筆に共著者として参画した.この論文は構造工学論文集Vol.69A論文賞を受賞している.
また,計画を前倒しし,第二年度の目標である重み付き最適化問題の理論式の試案を構成した.データ同化に用いる骨組みモデルについてもプロトタイプを作成したが,現時点で実測における振動数をうまく再現できてない.当初の予定通り,今年度中にデータ同化及びモデル化の手法について提案する予定である.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初の予定通り,振動モードごとの異常検知アルゴリズムが作成されたことに加え,当初予定を前倒ししてモデル化およびデータ同化手法の開発に着手している.

Strategy for Future Research Activity

当初の方針を継続する.すなわち,第二年度は簡易なモデル化及びデータ同化手法の開発,第三年度は上記手法を応用した異常検知手法の開発,第四年度は有効性の検証,第五年度は総括及び実証を主な目的とする.

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2024 2023

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results)

  • [Journal Article] STUDY ON STRAIN DEVELOPMENT OF STAINLESS STEEL UNDER CYCLIC TENSILE LOADING2024

    • Author(s)
      堀澤 英太郎、杉浦 邦征、北根 安雄、五井 良直
    • Journal Title

      Kou kouzou rombunshuu

      Volume: 31 Issue: 121 Pages: 121_17-121_26

    • DOI

      10.11273/jssc.31.121_17

    • ISSN
      1880-9928, 1884-0329
    • Year and Date
      2024-03-29
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bridge Damage Detection Using Ambient Loads by Bayesian Hypothesis Testing for a Parametric Subspace of an Autoregressive Model2023

    • Author(s)
      Goi Yoshinao、Kim Chul-Woo
    • Journal Title

      Structural Control and Health Monitoring

      Volume: 2023 Pages: 1-20

    • DOI

      10.1155/2023/7986061

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Fatigue crack detection using vibration data in a full-scale sign pole laboratory experiment2023

    • Author(s)
      市川 凌大、五井 良直、河邊 大剛、高瀬 和男、足立 幸朗、杉浦 邦征
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 69A Issue: 0 Pages: 467-474

    • DOI

      10.11532/structcivil.69A.467

    • ISSN
      1881-820X
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bayesian anomaly detection for a steel plate girder bridge using optimized sensor arrangement by means of the EFI method2023

    • Author(s)
      尾中 貴輝、金 哲佑、五井 良直、河邊 大剛
    • Journal Title

      Journal of Structural Engineering, A

      Volume: 69A Issue: 0 Pages: 318-331

    • DOI

      10.11532/structcivil.69A.318

    • ISSN
      1881-820X
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Uncertainty quantification of modal properties using half year monitoring data of a plate girder bridge2023

    • Author(s)
      Y. Goi, C. W. Kim
    • Organizer
      8th International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Experimental study on constitutive law of stainless steel under multiaxial stress2023

    • Author(s)
      E. Horisawa, K. Sugiura, Y. Kitane, Y. Goi
    • Organizer
      8th International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on estimation of reaction force based on vibration measurement of girders2023

    • Author(s)
      I. Kim, S. Watanabe, Y. Goi, Y. Kitane, K. Sugiura, N. Okubo
    • Organizer
      8th International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Change in vibration characteristics of steel poled structure with damage2023

    • Author(s)
      M. Kato, Y. Goi, Y. Kitane, K. Sugiura, Y. Adachi
    • Organizer
      8th International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fatigue Crack Detection for a Weld Toe at Basements of Steel Columns Using the Global Natural Frequencies2023

    • Author(s)
      Y. Goi
    • Organizer
      14th Taiwan-Japan Workshop on Structural and Bridge Engineering
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] マーキングを利用した画像解析による構造物内のひずみ計測方法に関する実験的研究2023

    • Author(s)
      清水厚佑, 北根安雄, 有馬博人, 五井良直, 杉浦邦征
    • Organizer
      土木学会全国大会年次学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 単純細幅箱桁橋の仮組立時における支点反力の測定2023

    • Author(s)
      花岡康夫, 大久保宣人, 杉浦邦征, 北根安雄, 五井良直, KIM Iksong, 秀徳優芽
    • Organizer
      土木学会全国大会年次学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 平織ロービングクロスGFRPの面内せん断疲労強度とせん断剛性低下2023

    • Author(s)
      佐藤顕彦, 北根安雄, 杉浦邦征, 五井良直
    • Organizer
      日本材料学会学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 肉盛溶射により接合された補剛板の圧縮挙動に関する数値解析的検討2023

    • Author(s)
      堀澤英太郎, 杉浦邦征, 北根安雄, 五井良直
    • Organizer
      土木学会全国大会年次学術講演会
    • Related Report
      2023 Research-status Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2024-12-25  

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