橋りょうの下部工の状態監視

平成２６年度構造物技術交流会
平成２６年度構造物技術交流会
研究の目的
橋りょうの下部工の状態監視
健全度診断指標
河床低下・洗掘による健全度低下
状態監視
手法
を提案
構造物技術研究部（基礎・土構造）
阿部慶太
健全度の低下
管理値
平常時
異常時
無線伝送システム
橋りょう下部工の状態監視システム
Railway Technical Research Institute
平成２６年度構造物技術交流会
健全度診断指標
上部工（桁）
センサー
健全度診断指標
上部工（桁）
固有振動数
を現地試験
で計測
重錘（約 0.3KN）
ＩＭＰＡＣＴ
重錘（約 0.3KN）
橋脚躯体
ＩＭＰＡＣＴ
橋脚躯体
洗掘され不安定な状態（不健全）⇒2.9Hz
検査の省力化
管
理
値
健全度診断指標
固有振動数⇒橋りょう下部工の健全度を評価する上で有効な指標
最大加速度振幅比R A
常
時
計
測
基礎補強し安定な状態（健全）⇒8.8Hz
Railway Technical Research Institute 3
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
管理値
0.0
2012/12/07
2013/01/26
2013/03/17
状態監視用センサ
平成２６年度構造物技術交流会
列車荷重(上下方向)
9.6m
P1
P2
P3
P4
P5 13.5m P6 15.6m P7 15.6m
橋軸方向
時間
5.6Hz
P9
15.6m
P10 16.7m P11
5.1Hz
加速度 (gal)
0.060
低振動数域面積
0.050
5.0Hz
200.0
振幅小
0.0
-200.0
5.0
10.0
時間 (sec)
15.0
3.0
5.0
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
17.0
19.0
振動数(Hz)
振動数(Hz)
Railway Technical Research Institute 5
P17
5.0Hz
橋軸方向
振幅大
0 .0
5.0
10.0
時間 (sec)
15.0
0.0
-400.0
10.0
時間 (sec)
15.0
20.0
P11（固有振動数：7.9Hz）
15.0
2 0.0
橋軸直角方向
2 00.0
振幅小
0.0
-200.0
0.0
5.0
10.0
時間 (sec)
15.0
40 0.0
鉛直方向
200.0
5.0
10.0
時間 (sec)
-400.0
20.0
-200.0
0.0
5.0
4 00.0
振幅大
0.0
400.0
1.0
4.4Hz
20 0.0
0.0
橋軸直角方向
200.0
-200.0
0.0
0.000
P16
-2 00.0
20.0
-400.0
0.010
7.9Hz
P15
-4 00.0
0.0
0.020
4.9Hz
P14
16.7m
40 0.0
-400.0
加速度 (gal)
0.030
4.5Hz
橋軸方向
400.0
0.040
4.4Hz
P12 16.7m P13
16.7m
加速度 (gal)
低振動数域面積
0.070
加速度 (gal)
全面積
パワースペクトル振幅
振幅(gal・s)
パワースペクトル面積比=
15.6m
橋軸方向
加速度
橋軸直角方向
加速度
400.0
常時微動
P8
河床
加速度 (gal)
橋軸方向最大加速度
橋軸直角方向
加速度 (gal)
橋軸直角方向最大加速度
2013/06/25
4
列車通過時加速度振幅比と固有振動数との関係
列車通過時加速度
列車通過時加速度振幅比=
2013/05/06
計測日
平成２６年度構造物技術交流会
健全度診断指標
列車振動
固有振動数
と相関を有
する健全度
診断指標を
常時計測
固有
振動数
標準値
固有振動数
2
平成２６年度構造物技術交流会
衝撃振動試験
センサー
時間
2 0.0
鉛直方向
20 0.0
0.0
-200.0
-400.0
0.0
5.0
1 0.0
時間 (se c)
1 5.0
2 0.0
P12（固有振動数：4.4Hz）
6
1
平成２６年度構造物技術交流会
平成２６年度構造物技術交流会
200.0
0.0
-200.0
-200.0
0.0
200.0
400.0
400.0
9.6m
P1
200.0
P2
P3
P4
P5 13.5m P6 15.6m P7 15.6m
P8
15.6m
P9
15.6m
P10 16.7m P11
河床
-200.0
5.6Hz
5.1Hz
4.4Hz
4.5Hz
5.0Hz
4.9Hz
0.001
-400.0
-400.0
橋軸方向加速度(gal)
0.0
200.0
7.9Hz
400.0
4.0Hz
0.001
P12（固有振動数：4.4Hz）
列車通過時加速度振幅比
列車通過時加速度振幅比
2.36
0.43
固有振動数が大きいほど列車通過時加速度振幅比が大きい
Railway Technical Research Institute
0.000
15.6m
P10
16.7m
P11
P12 16.7m P13
16.7m
9.0
8.0
7.0
固有振動数
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
1.0
0.002
3.0
5.0
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
17.0
19.0
0
2013/11/02
2013/12/22
2014/02/10
2014/04/01
2014/05/21
0.53
1.5
1.0
1.0
0.5
0.28
管理値
0.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
(Hz)
固有振動数
7.0
8.0
スペクトル面積比
列車通過時加速度振幅比
健全度診断指標
2.0
7.0
9.0
11.0
13.0
15.0
17.0
19.0
8
平成２６年度構造物技術交流会
状態監視システムの実橋梁への適用
一般橋梁
SDカードまたは現地計測によるデータ取得
2014/07/10
計測日
SDカード
重要橋梁
直接センサ
からデータ
取得
無線伝送システムによるデータ取得
ゲートウェイ
パワースペクトル面積比
2.5
5.0
P12（スペクトル面積比：1.9）
P11（スペクトル面積比：8.6）
固有振動数が大きいほどパワースペクトル面積比が大きい
4.9Hz
管理値
1
3.0
振動数(Hz)
7.9Hz
0.5
1.0
振動数(Hz)
2
1.5
4.4Hz
4.0Hz
0.000
1.0
7
5.0Hz
0.002
3
2.5
健全度診断指標
固有振動数4.0Hzに対応
P17
0.001
0.000
列車通過時加速度振幅比
列車加速度振幅比
P9
4.4Hz
0.003
平成２６年度構造物技術交流会
15.6m
P16
0.001
0.000
橋りょう下部工の状態監視手法
P8
7.9Hz
0.003
0.000
0.000
P5 13.5m P6 15.6m P7 15.6m
P15
P14
16.7m
0.004
0.001
-200.0
橋軸方向加速度(gal)
P11（固有振動数：7.9Hz）
9.6m
P12 16.7m P13
16.7m
0.0
振幅(gal・s)2
-400.0
-400.0
パワースペクトル面積比と固有振動数との関係
振幅(gal・s)2
400.0
橋軸直角方向加速度(gal)
橋軸直角方向加速度(gal)
列車通過時加速度振幅比と固有振動数との関係
中継機（リレー）
アンテナユニット
100cm
9
7.9Hz
8
7
80cm
98cm
61c m
76cm
6
4.4Hz
管理値
5
4
3
2
1
2013/11/02
2013/12/22
2014/02/10
2014/04/01
2014/05/21
計測日
70cm
器具箱重量：約70kg
土台重量：
約300kg
無線伝送システム
2014/07/10
9
10
状態監視用センサ
平成２６年度構造物技術交流会
結論
Ø 橋りょう下部工の健全度評価指標として、列車通
過時加速度振幅比とスペクトル面積比を提案した。
Ø 提案した健全度評価指標は、固有振動数と相関
があり、下部工の健全度を評価する上で有効であ
ることを確認した。
Ø 状態監視用センサと無線伝送システムからなる、
橋りょう下部工の状態監視システムを実橋梁に
適用し有効性を検証した。
Railway Technical Research Institute11
2

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