2021 Fiscal Year Annual Research Report
橋梁を用いた振動発電タイプの走行荷重・劣化度評価モニタリングシステムの開発
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19K04574
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
深田 宰史 金沢大学, 地球社会基盤学系, 教授 (10313686)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 敏幸 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (30338256)
北川 章夫 金沢大学, 電子情報通信学系, 教授 (10214785)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 振動発電 / モニタリング / 橋梁振動 / 床版変位 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
北陸地方におけるASRや塩害により劣化した橋梁に対する維持管理方法の問題および維持管理への環境発電技術の積極的な採用という時代背景のもと，本研究では，凍結防止剤により塩害劣化が生じている橋梁を対象として，電源が容易に確保できない現場において，モニタリングデバイスの電力を賄うことができる橋梁振動を利用した振動発電技術の確立を目指した．
本研究では，U字型のフレームに板状の鉄ガリウム合金（Fe－Ga合金）を積層し，これにコイルを巻き，中央に永久磁石を配置した磁歪式振動発電デバイスを用い，この振動発電デバイスが効率よく振動発電する橋梁部材を現地調査および解析により検討した．その結果，横構において大きな振動を得ることが明らかとなった．また，この横構に振動発電デバイスを設置したときの時間帯ごとの平均出力電圧を算出したところ，大きな出力電圧が記録され，概ね0.04mW得られることがわかった．これにより，本振動発電デバイスを橋梁に用いることでモニタリングデバイスの電力を賄うことができることが明らかとなった．
つぎに，試験車を用いた走行試験および一般車を対象とした走行荷重モニタリングを行い，橋梁上を走行する活荷重と床版変位との関係を明らかにするとともに，モニタリングで得られた走行荷重と床版変位の関係と有限要素モデルを用いた弾塑性解析の結果を比較することにより，劣化度を評価することを目指した．
本研究では，試験車および一般車の走行により得られた床版たわみと様々劣化パターンを想定した有限要素モデルを用いた解析結果を比較することで，対象床版の劣化度を推定することができた．また，その劣化状況をモデル化した解析モデルを用いて荷重増分法による弾塑性解析を行い，載荷荷重と床版変位の関係についてまとめたところ，対象床版では，設計値（健全時）に比べ，2～5割程度低下していることが推察された．
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