| 研究課題/領域番号 |
20K14814
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| 研究機関 | 東京都市大学 |
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研究代表者 |
関屋 英彦 東京都市大学, 建築都市デザイン学部, 准教授 (60743309)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | 疲労損傷 / 鋼橋 / 圧電素子センサ / MEMSセンサ / 維持管理 |
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| 研究実績の概要 |
鋼橋に生じる疲労損傷は、脆性破壊を引き起こす恐れがあり、できるだけ早期に発見または検知することが重要である。
実験室等で行う疲労試験では、疲労損傷の発生および進展を検知するために、溶接止端部近傍に箔ひずみゲージを貼付することが多い。しかし、箔ひずみゲージの消費電力は大きいため、現場における長期計測において電源の課題が生じる。
そこで、本研究では、センサ部に電力を必要としない圧電素子センサを活用した疲労損傷検知システムの開発を進めている。また、供用中の橋梁における外力（車両荷重）の大きさはランダムとなるため、このランダムな外力情報を取得するためにMEMSセンサを活用する。疲労損傷の発生をリアルタイムに検知できることによって、効果的かつ経済的な鋼道路橋の維持管理に貢献できる。
圧電素子センサを用いたひずみ計測に関する基礎検討は既往研究にて既に実施していた。基礎検討とは、複数パターンの一定周波数の繰り返し荷重下における圧電素子センサの発電応答に関する検討である。しかし、供用中の実橋梁では、ランダムな外力が作用し、様々な周波数帯域の応答が同時に生じるため、実橋梁における圧電素子センサを用いたひずみ計測の精度検証する必要があった。そこで、2020年度は、供用中の実橋梁における現場計測を実施し、圧電素子センサを用いたひずみ計測の精度検証を実施した。現場計測結果から、ランダムな外力が作用し、様々な周波数帯域の応答が同時に生じる条件であっても圧電素子センサにて疲労損傷の発生及び進展を検知するために必要な応答を計測できることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
2020年度は、ランダムな外力が作用し、様々な周波数帯域の応答が同時に生じる条件にて、圧電素子センサの計測精度を検証するため、供用中の実橋梁にて現場計測を実施した。現場計測データを分析した結果、ランダムな外力が作用し、様々な周波数帯域の応答が同時に生じる条件であっても圧電素子センサにて疲労損傷の発生及び進展を検知するために必要な応答を計測できることが明らかとなった。また、異なる箇所においても圧電素子センサによる計測を実施したところ、設置箇所に依らず、活荷重に対する応答を圧電素子センサにて計測できることが確認できた。
2020年度の現場計測では、圧電素子センサの現場適用性に関しても確認することが出来た。圧電素子センサの貼付は、塗膜を剥いだ後に接着剤を用いて実施した。この貼付方法は箔ひずみゲージと同様であり、作業性に関して課題は生じなかった。なお、圧電素子センサを貼付する際に塗膜を剥がして貼付したが、塗膜を剥がさず塗膜上からの計測も可能であれば、開発システムの現場作業性が向上できると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
2020年度の研究にて、ランダムな外力が作用し、様々な周波数帯域の応答が同時に生じる条件であっても圧電素子センサにて疲労損傷の発生及び進展を検知するために必要な応答を計測できることが明らかとなった。
2021年度は、MEMSセンサによる簡易な変位計測に関して検討する。既往研究にて、MEMSセンサを活用した変位計測手法を提案している。提案手法では、MEMSセンサを用いて計測した加速度記録を二回積分し、変位応答を算出する。したがって、提案手法では、積分範囲の同定を目的とし、変位計測用のセンサ以外に、車両の進入および退出を検知するMEMSセンサをそれぞれ1台必要としていた。また、落橋防止装置等により、橋梁同士が接続されている場合、単純桁橋であっても連続桁橋のように挙動し、MEMSセンサによる車両検知では、積分範囲を正確に同定することは困難であった。
そこで2021年度は、車両重量による橋梁の低周波数帯の応答に着目し、MEMSセンサ1台のみによる簡易な変位計測技術を開発する。車両重量による加速度記録の低周波数帯の応答に着目することにより、加速度記録の積分範囲を正確に同定することが可能であると考えている。MEMSセンサ１台にて変位計測が可能となれば、計測した変位応答を外力情報として活用することによって、ランダムな活荷重が作用する実橋梁に適用できる簡易な疲労損傷検知システムを構築することが可能となる。
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