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ピークセンサー
 
■ピークセンサーの適用事例
1.大坂橋耐震補強に伴う変位計測 / 大坂橋(東京都渋谷区)
2.扇大橋耐震補強に伴う変位計測 / 扇大橋(東京都足立区)
3.鉄道RC ラーメン高架橋柱の損傷レベル検知システム



事例1:大坂橋耐震補強に伴う変位計測 / 大坂橋(東京都渋谷区)

橋梁桁の最大移動量を記録するため、平成11年12月から ピークセンサーIPG010を橋梁支承部に2台設置し、橋梁のモニタリングを行っています。
現在、設置されたセンサーと東京工業大学、三木研究室がオンラインで結ばれ、同研究室において橋梁のモニタリングが行われています。
※平成14年3月、橋梁の耐震補強工事に伴い、センサーを再設置しました。
現場
計測現場(大坂橋)

計測方法
モニタリングは、センサー両端の下側に取付脚を設置し、この間の引張方向の最大移動距離を計測しています。下写真では、右側の足が固定になり左側の足が桁の移動とともに移動する仕組みになっています。つまり、桁左側へ移動したときに変位量の最大値が計測されます。
ピークセンサー設置状況
ピークセンサー設置状況
ピークセンサー設置状況 ピークセンサー設置状況



 

事例2:扇大橋耐震補強に伴う変位計測 / 扇大橋(東京都足立区)

概要
地震時の橋梁桁の最大変位を記録するため、橋梁の耐震補強工事(主にシューの交換や桁の落橋防止装置の設置) に伴い、縮尺変位機構付のピークセンサーLST-TC型を橋梁支承部に2台設置しました。
計測現場
計測現場
計測方法
橋梁支承部の最大変位計測を行うにあたり、ピークセンサー本体では測定範囲(±300mm)をカバー出来ないことから、縮尺変位機構を開発し、支承部の計測を行いました。測定は手動測定で、測定コネク ターを1ヶ所にまとめて配線を行っています。測定は指示計の出力値から初期値を引いた値に校正係数をかけることによって求めます。

縮尺変位機構(SMG-HS01)
縮尺変位機構はピークセンサーに取付け、測定対象の変位量をセンサーの測定範囲内に縮尺変換するための機構です。
この機構はてこの原理を応用したものなので、作用点間の距離を長くすることにより測定範囲を大きくすることが可能です。
縮尺変位機構
縮尺変位機構

センサーの設置
センサー部分は橋脚天端(水平部分)にアンカーで固定、アーム受けピースは橋桁に直接溶接して行いました。また、正確なデータを得るため、防水カバーと外カバーを設置しました。
アーム受けピース設置状況 防水カバー設置状況
外カバー設置状況
アーム受けピース設置状況 防水カバー設置状況 外カバー設置状況




事例3:鉄道RC ラーメン高架橋柱の損傷レベル検知システム

概要
鉄道RCラーメン高架橋の損傷は,通常被災後の随時検査において目視により確認がなされます。しかし,近年鋼板巻き補強が施され,目視による損傷の把握が困難なRC柱の本数が増加する傾向にあります。一方,柱端部に生じる最大応答部材角と損傷レベルの関係は概ね把握されているため,最大応答部材角を効率的に測定出来れば,地震後早期に柱の損傷レベル評価が可能となり,復旧作業の効率化が図れます。
そこで、鉄道RCラーメン高架橋柱の損傷レベル検知システムの開発を実施しました。このシステムは、RCラーメン高架橋柱に設置した損傷レベル検知センサー(ピ−クセンサーにより直接的に高架橋柱の最大応答部材角を測定する装置)により、地震時における最大応答部材角を測定し、そのデータを送受信機を中継しながら基地局へ伝送するとともに,地震後の随時検査においてRF-ID(Radio Frequency Identification)タグにより回収するものです。 このシステムの実用化に向け、模擬地震波等を与える室内実験により、損傷レベル検知センサーの性能確認を行いました。併せて、実鉄道構造物に装置を取付け,耐久性確認試験を行いました。
※本システムは(財)鉄道総合技術研究所との共同で開発を行っております。
システムの概念図
システムの概念図


損傷レベル検知センサー(最大応答部材角測定装置)の開発
損傷レベル検知センサーは、ピ−クセンサーにより直接的に高架橋柱の最大応答部材角を測定する装置です。ピークセンサーの検出範囲は±10mmであり、地震時における高架橋柱の水平変位は50〜300mm程度を想定する必要があるため、幾何学的な相似の関係を利用して応答部材角を測定することができます。 また、地震時に鉄道RCラーメン高架橋の柱は全方向に振動することが予測されるため、任意方向の変位量をX方向(線路方向)とY方向(線路直角方向) 成分に分解し,1 装置で2方向の最大応答部材角を測定する機構としています。
損傷レベル検知センサー
損傷レベル検知センサー

室内実験
室内実験では、振動台(損傷レベル検知センサーを設置したラーメン構造の試験体)に正弦波及び模擬地震波を与え、その地震波により生じる柱頭の応答部材角を損傷レベル検知センサーとレーザ変位計により測定し、動的な測定精度を確認しました。
振動台と測定方法
振動台と測定方法


[応答部材角の測定結果]
センサーは正負側ともに経験した最大応答部材角を測定、記憶していることが分かります。
θls:レーザ変位計により測定した応答部材角の値
θps:損傷レベル検知センサーにより測定した応答部材角の値
不感帯:構造上発生する検知不能な微小な変位量。±1mm 程度存在する。微小な応答部材角の場合、この不感帯のために応答部材角は測定されない。

[測定精度]
下グラフを見るとθls の値が小さい場合,値にばらつきがみられますが, 値が大きくなるにつれて,測定精度が向上する傾向がみられました。 また、下表より、損傷レベ ル検知センサーでの測定値(θps)をレーザー変形計での測定値(θls)で除した値の平均値は1.00,変動係数は6.4%となりました。鉄道RC ラーメン高架橋柱の損傷(曲げ降伏)が生じるのは、最大応答部材角が0.01(rad)程度であることから、 θls が0.01(rad)以上のデータで整理すると,平均値は0.99,変動係数は3.6%となりました。
これらのことから、損傷レベル検知センサーは、精度よく最大応答部材角を測定できることが確認されました。

θlsとθpsの比較

θps/θlsの平均値と変動係数
入力波形
全データ
0.01(rad)以上
平均値
変動係数(%)
平均値
変動係数(%)
正弦波
1.00
3.6
0.99
2.9
L1波
1.03
9.4
0.99
4.5
L2SP1G3波
1.02
7.4
1.02
4.3
L2SP2G3波
0.99
3.7
0.98
4.5
神戸NS波
0.98
4.4
0.98
4.5
全試験ケース
1.00
6.4
0.99
3.6

実鉄道構造物への検知センサーの設置
室内試験結果を受け、実鉄道構造物(ラーメン高架橋の鋼板巻き立て補強柱)に,損傷レベル検知センサーを設置し,施工性の確認,RF-IDタグによる定期的なデータ取得の確認を行いました(データ取得は現在も継続中)。
梁部装置設置状況
動作確認状況
梁部装置設置状況
動作確認状況
柱部装置設置状況
保護カバー設置後
柱部装置設置状況
保護カバー設置後

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