■研究開発項目： ■研究開発テーマ： ■研究責任者： ■共同研究グループ：点検・モニタリング・診断技術の研究開発振動モード解析に基づく橋梁の性能評価システムの開発公立大学法人大阪市立大学川合忠雄ＩＭＶ株式会社研究開発の目的・内容研究開発の目的振幅比・増水などで橋脚を支える地盤の支持剛性が低下すると、橋梁が不安定となり、最悪の場合には倒壊する。・橋脚に設置した２つのセンサから得られた振動を組み合わせて得られる振幅比より、地盤による支持剛性を評価し「経年変化による支持剛性の低下」や「増水等による急激な支持剛性の低下」を監視できるモニタリングシステムを構築する。時間センサ外観（手のひらサイズ）図1 センサ設置位置振幅比洗掘が大きいほど、振幅比の値が小さくなることを確認済み時間図2 振幅比変化のイメージ研究開発の内容・手法の概要橋脚の上部と下部の２箇所にセンサを設置して振動を計測する。上部と下部が同時に振動しているデータから橋脚の振幅比（橋脚上部と下部での振動の大きさの比）を求める。・検証内容測定した振幅比によって地盤による支持剛性の違いを判別できるかを検証する。そのために、気温変動や通過車両によるノイズの発生を抑制する手法を検討し、計測した振幅比のばらつきを少なくする。また、地盤形状の実測結果などとの比較により、技術の確からしさを確認する。なお、構築したモニタリングシステムにより、遠隔から安全に複数橋脚の状況把握が可能なものとする。 1 インフラ維持管理・更新・マネジメント技術現状の成果① 現在、以下の成果が得られています。１．振動の計測（計測システムの構築）低水敷【洗掘なし】および河道内【洗掘あり】の橋脚において上部と下部にセンサを設置し、無線ゲートウェイを介してインターネット上で振動を計測できるシステムを構築した。（図3,4）これにより現地に行くことなく、インターネット環境のある事務所などから、いつでもデータを取得可能とした。 a1 [gal] a2 [gal] ２．計測機器の動作確認橋脚の振動は非常に小さく、振動数も数Hzと非常に低いため、一般のセンサでは計測が困難だが、インフラ用に開発したセンサにより、実際に振動を捉えることが確認出来た。（図5）また、設置後の約半年間、正常に稼働しており、耐候性能についても確認している。 2 1 0 -1 -2 2 1 0 -1 -2 洗掘なし図3 センサの設置状況（低水敷【洗掘なし】）センサ２（上部） sencor2 sencor1 センサ１（下部）洗掘あり（約５ｍ）車両通過による振動を計測した 0 10 20 30 時間（秒） t [s] 40 50 図5 計測信号の一例（車両通行時の振動） 2 60 図4 センサの設置状況（河道内【洗掘あり】）インフラ維持管理・更新・マネジメント技術現状の成果② ３．振幅比による有意差の確認常時微振動（夜間など車両の通行が無いとき振動）および交通振動（車両が通行したときの振動）を橋軸方向および橋軸直角方向について計測した。その結果、２Hzおよび４Hz近傍で有意な値を計測できた。特に大きな差が見られた、交通振動における橋軸直角方向の２Hz近傍については、約1.5の差が出ており、有意差が得られることを確認出来た。（図6）４．今後の課題を抽出常時微振動については、交通の無い時間帯でも計測出来るというメリットがあるものの、振動が小さいためにノイズの影響が大きく、ノイズを低減する手法の検討が必要であることが判明した。交通振動については、交通があるときしか計測出来ないものの、振動が大きいためにノイズの影響が出にくいため精度は良くなるが、現状では車重等を計測していないため、今後、条件を把握した車両を用いた実証により、交通荷重と振幅比との関係性を明らかにしていきたい。課題・ノイズ低減手法の開発河道内【洗掘なし】【洗掘あり】 ※振幅比は、センサ２／センサ１にて算出しており、洗掘により値が小さくなる。橋脚種類振幅比低水敷河道内【洗掘なし】【洗掘あり】 4.31 2.80 有意差を確認（約1.5）図6 振幅比の違い ⇒ 環境条件による変動の除去＜条件：交通振動、橋軸直角方向、２Hz近傍＞・交通荷重との関係性を解明 ⇒強制加振実験による検証低水敷 3 インフラ維持管理・更新・マネジメント技術最終目標本システムを利用することにより以下の１．～２．を実現する。１．災害対応の迅速化増水時の高水位・濁水状態においては、船舶や潜水による従来技術では、橋脚の支持状態の変化を検知することは困難だが、本システムでは、管理者は事務所等の遠隔、安全な場所で、散在する複数の橋梁を一括で監視することが可能となり、災害等の緊急時においてもタイムリーな対応が可能となる。２．橋梁点検の効率化平常時においても、管理対象となる多数の橋梁に対して振幅比の変動傾向を計測し続けることで、異常発生リスクの高い橋梁を絞り込み、詳細調査の実施や、点検の優先度を高めるなど、橋梁点検の効率化を図ることが出来る。また、定期点検等により橋脚の支持状態に悪化傾向が見られるなどして、要注意と判断された橋脚を監視することで、補修工事や次回点検までの間における異常発生に対しても常に把握し、交通の安全を見守ることが可能。最終目標（アウトカム）・災害対応の迅速化複数の橋梁における異常をタイムリーに遠隔監視・橋梁点検の効率化要注意橋梁をスクリーニングして優先順位を設定 4 図7 システムの運用イメージインフラ維持管理・更新・マネジメント技術