システム同定を用いた空間構造システムの損傷検出に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10650576
• Research Institution: Musashi Institute of Technology
• Principal Investigator: 濱本 卓司 武蔵工業大学, 工学部, 教授 (10228546)
• Keywords: 損傷検出 / 空間構造 / 振動台実験 / システム同定

Research Abstract

空間構造(立体トラスや立体フレーム)は、極めて多くの部材で構成される構造システムである。このため、部材ごとに検出することは、多大な労力・コスト・時間を必要とする。このような場合に、初めから部材レベルで損傷を検出する方法とは逆に、まず全体システムの損傷による変化に着目し、徐々に損傷領域を絞り込み、最終的に損傷部材の位置を特定し、損傷程度を評価しうる逆手法が開発できれば、大幅な労力・コスト・時間の低減が期待できる。この線に沿った有望は方法の一つとして、振動モニタリングに基づく損傷検出法を提案した。その有効性と適応限界を検討するために、本年度は以下の項目を行った。
1.模型の改良・・・トラス構造の特徴である軸力支配の構造システムにするため、節点部分がピン接合になるよう節点部分に磁石を用いた接合方法を採った。また、これにより損傷状態の設定のための部材交換を容易にもする。磁力による接合のため、これに合わせて各部材のバネ剛性を全て低いものに作り換えた。模型は24部材13節点で構成される立体ドーム状トラス構造とし、部材剛性の低下のない健全時(Case0)と、剛性の低下した損傷時(剛性低下率80%)をそれぞれ損傷場所を変えて(Case1〜3)振動台実験を行った。
2.節点加振・・・基盤からの加振による全体的な加振だけではモードの判定が難しく、また高次のモードはノイズに埋もれて特定ができない。立体トラスのような空間構造物は自由度自体が多く、モード特性自体が複雑となりより一層問題を複雑にしている。そのため基盤からの加振の他に、節点を加振することで特定のモードの励起をすることで、より明確なモード特性の特定を試みた。
3.結果と課題・・・磁石を用いた新しい接合方式でも、一般の接合の場合に似たモード特性が見られた。この接合方式が実験モデルに適用可能であるとの見通しが立った。一方で基盤からの加振では節点の回転が見られ、これにより測定結果に少なからずの影響が現れた。節点加振では、加振振動数や加振用の質量により加振がスムーズに行われないという問題があるが、概ね特定のモードの励起は可能であると考えられた。本年度は節点の回転が入らないような節点加振を主にして加振方法の再検討をし、節点間の応答の変化を比較することで損傷の検出を試みる。

Research Products

• [Publications] 濱本,三好,大浴: "水平・上下加振に対する損傷時のトラスドームの動特性に関する振動台実験"1999年度日本建築学会大会学術講演梗概集. B-1. 915-916 (1999)
• [Publications] 濱本,三好,大浴: "三段階システム同定手法を用いたトラスドームの損傷検出に関する振動台実験"1999年度日本建築学会大会学術講演梗概集. B-1. 913-915 (1999)
• [Publications] 濱本,三好,大浴: "立体トラスの損傷検出のための模型振動実験"シェル・空間構造の耐震、耐風、耐雪、耐火を考えた性能設計と解析. 11K-4. 117-122 (1999)
• [Publications] 濱本,三好,大浴: "ハイブリッド加振を用いた損傷検出法の検討"2000年度日本建築学会大会学術講演梗概集. (予定). (2000)