分布型光センシングによる構造ヘルスモニタリングシステムの構築

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15360228
• 研究機関: 茨城大学
• 研究代表者: 呉 智深 茨城大学, 工学部, 教授 (00223438)
• 研究分担者: 佐々木 豊 茨城大学, 工学部, 教授 (90225897) ; 原田 隆郎 茨城大学, 工学部, 助手 (00241745) ; 横山 功一 茨城大学, 工学部, 教授 (20302325) ; 横田 浩久 茨城大学, 工学部, 講師 (30272115)
• キーワード: 都市インフラ構造物 / 構造ヘルスモニタリング / 分布型光センシング / BOTDR / FBG / 損傷検知 / 実時間的診断システム / ワイヤレスセンシング

研究概要

本研究では、BOTDR分布式および多点式FBG光センシング技術をはじめ、各種光センシング技術の分布計測性状を検討した上で、それらによる都市インフラの構造モニタリング手法を開発する。初年度において下記の成果が得られている。
1.構造物のヘルスモニタリングの各種分布センシングに関する比較検討:各種光センシング手法の工学的な原理、設置手法、分解能や精度およびそれによりモニタリングされている各種構造性能指標の詳細を既存のデータをもって整理し、各種センシング手法の適用性に関する共通的および個別的な実験項目を究明した。また、各種センシング技術のリモートモニタリング手法に関する検討を行った。これらの検討により、分布型センシングの精度向上手法を提案した。
2.国内や海外における検証実験の実施:日本国内では、BOTDRやFBG光センシングに関する実用的なセンサの試作、設置方法、精度と空間分解能の改善、ゲージ長の変化方法などに関する基本的な検討、吊橋および斜張橋のケーブル部材、FRP補強されたPC桁橋のセンシングを行うためのモデル実験を実施し、道路橋の実構造物への適用も試みた。また、海外のミーズリー大学においては本研究のBOTDR手法と先方のETDR手法によるひずみ分布、ひび割れおよび圧縮損傷の分布センシング能力に関する比較検討を実施、南京大学においてはBOTDRセンシングの精度に影響する要因を検討した。
3.光センシング-構造解析を融合した実時間的診断システムの構築:BOTDR時間的および空間的分布センシングデータの集計・処理システムの構築を行い、ひび割れ解析手法、構造分散同定およびニューラルネットワーク大規模解析手法を発展し、静的ひずみやひび割れ分布や動的応答データを用いた診断解析手法を構築している。

研究成果

• [文献書誌] Xu, B., Wu, Z.S., Yokoyama, K.: "Neural Networks for Decentralized Control of Cable-Stayed Bridge"Journal of Bridge Engineering (ASCE). Vol.8, No,4. 229-236 (2003)
• [文献書誌] Xu, B., Wu, Z.S., Yokoyama, K.: "Post Earthquake Damage Detection for a Cable Stayed Bride with Neural Networks"Journal of Applied Mechanics, JSCE. Vol.6. 1149-1156 (2003)
• [文献書誌] He, W., Wu, Z.S., Yin, J., Kojima, Y.: "Compressive Failure of Concrete Tunnel Lining Simulated by Different Compressive Models"Journal of Applied Mechanics, JSCE. Vol.6. 1207-1215 (2003)
• [文献書誌] 呉 智深, 許 斌, 原田隆郎: "都市インフラに関する構造ヘルスモニタリングの現状と展望-展望論文-"土木学会応用力学論文集. Vol.6. 1043-1054 (2003)
• [文献書誌] Wu, Z.S.: "Structural Health Monitoring and Intelligent Infrastructure in Japan"SHMII-1'2003. Vol. 1. 153-167 (2003)
• [文献書誌] Xu, B., Wu, Z.S.: "Long-Gauge Fiber-Optic Sensor for Dynamic Strain Measurement and Structural Health Monitoring"SHMII-1'2003. Vol.1. 299-307 (2003)
• [文献書誌] Xu, B., Wu, Z.S., Yokoyama, K.: "Response Time Series Based Structural Parametric Assessment Approach with Neural Networks"SHMII-1'2003. Vol.1. 601-609 (2003)
• [文献書誌] Wu, Z.S., Xu, B., Hayashi, K., Machida, A.: "Fiber Optic Sensing of RC Girder Strengthened with Prestressed PBO Fiber Sheets"SHMII-1'2003. Vol.2. 1191-1199 (2003)