交通振動応答を用いる橋梁損傷同定手法の構築および実用性検証

• Project/Area Number: 26420450
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Structural engineering/Earthquake engineering/Maintenance management engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 何 興文 北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20454605)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2016: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2015: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 橋梁健全度評価 / 構造損傷同定 / 橋梁ヘルスモニタリング / 交通振動解析 / 車両と橋梁との連成振動 / 橋梁の維持管理 / 三次元車両モデル / ソフトコンピューティング

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，鉄道･道路橋を対象に列車・自動車などの走行荷重による交通振動応答を利用し，橋梁－車両連成振動解析手法とソフトコンピューティング理論を活用した，経済的かつ効率的な橋梁健全度一次抽出手法の構築およびその実用性検証を目的としている。報告者の退職で採択課題は途中で終了になるが，これまで得られた成果を以下に述べる。
本研究では，先行研究で構築したシンプルな平面車両モデルおよび単純桁橋モデルによる基本的な損傷同定アルゴリズムをもとに，報告者がこれまで成し遂げた高度な橋梁－車両連成振動に関する解析的研究成果を活用し，前述基本アルゴリズムを拡張し， 15自由度列車および12自由度自動車の三次元車両モデルを用いた実用可能な損傷同定法の確立を進めている。そして，15自由度列車モデルによる損傷同定アルゴリズムは，すでに構築でき数値モデルによる解析的検討を実現している。その研究成果は，国際ジャーナルにSmart Structures and Systemsや国際・国内会議論文に掲載されている。また，12自由度三次元自動車モデルを用いた検討も順調に進めている。
一方，損傷同定において，理論上無数にある橋梁の損傷パターンを実態に基づき適切に設定することは，同定手法の精度および実用性に大いに影響する。実橋梁の損傷実態を把握するため，現在，共同研究者や申請者が委員を務めている関連する学術委員会の協力を
得て，実際の鉄道・道路橋の損傷箇所・程度の統計結果を調査し，有用な知見を得ることができた。
そして，共同研究を行っている研究協力者の協力で，すでに橋梁模型とラジコン車両による室内走行実験を行い，実験データを入手している。また，解析結果との比較検討より，開発した損傷同定手法の妥当性および精度の検証もすでに開始し，手法の妥当性を初歩的に確認できている。

Research Products

• [Journal Article] A structural damage detection approach using train-bridge interaction analysis and soft computing methods (2014)
  • Author(s): Xingwen HE, Mitsuo Kawatani, Toshiro Hayashikawa, Chul-Woo Kim, F. Necati Catbas and Hitoshi Furuta
  • Journal Title: Smart Structures and Systems Volume: Vol. 13, No. 5 Issue: 5 Pages: 869-890
  • DOI: 10.12989/sss.2014.13.5.869
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Feasibility investigation of a bridge damage identification approach using vehicle-induced vibration response (2014)
  • Author(s): Xingwen HE, Takashi Matsumoto, Toshiro Hayashikawa, F. Necati Catbas, Hiroshi Hattori, Chul-Woo Kim, Hitoshi Furuta, and Mitsuo Kawatani
  • Organizer: Fourth International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering 2014 (IALCCE2014)
  • Place of Presentation: Waseda University, Tokyo, Japan
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-19