JP6775133B2 - 疲労損傷評価装置および疲労損傷評価方法 - Google Patents
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Description
特許文献1、2によれば、加速度センサを使用して、構造物の疲労を予測することができる。しかしながら、道路構造物あるいは道路付帯設備に関する構造物の疲労損傷評価を行うに当たっては、設置環境によらず、より高精度に疲労損傷評価を実現することが強く望まれている。
なお、本発明において疲労損傷評価の対象となる構造物としては、橋などの道路構造物、あるいはジェットファン、情報板、表示板などの道路付帯設備が含まれ、以下の説明では、情報板を代表例として説明する。
図1は、本発明の実施の形態1における疲労損傷評価装置の評価対象の構造物の一例である情報板の設置状態を示す全体構成図である。情報板10は、支柱11に取り付けられており、支柱11の根元のリブに応力が集中し、支柱11への繰り返し応力が発生することで、リブが疲労し、やがて破壊に至る。
コントローラ20は、下式に基づくアフィン変換を実施することで、図4(a)から図4(b)の状態となるように、補正角αによる軸補正を行う。
次に、コントローラ20は、下式に基づくアフィン変換を実施することで、図4(b)から図4(c)の状態となるように、補正角βによる軸補正を行う。
(1)支柱基部12の応力に関連する加速度を算出するには、センサ1−センサ2間の加速度情報の差分を用いる。
(2)横梁部13の根元の応力に関連する加速度を算出するには、センサ3−センサ1間の加速度情報の差分を用いる。
(3)橋梁部張り出し部15の根元の応力に関連する加速度を算出するには、センサ2−センサ4間の加速度情報の差分を用いる。
ただし、間欠計測を実施した場合、間欠計測により計測されていない時間の応力振幅を加味した発生頻度を応力振幅−発生頻度ヒストグラムへ蓄積する必要がある。
D:蓄積疲労度
ni:応力振幅σiの発生回数
NSi:応力振幅σiにおける破断繰り返し数(疲労寿命)
dD:1日当たりの蓄積疲労度増加量の平均値
D:最終評価時の計測開始からの累積D値であり、図12中のD2に相当
t:最終評価日te−計測開始日t0であり、図12中のte−t0に相当
tin:供用開始日
・ステップS301の処理は、入力処理部21により実行される。
・ステップS302〜305の処理は、加速度変化量算出部22により実行される。
・ステップS306、S307の処理は、応力算出部23により実行される。
・ステップS308の処理は、ヒストグラム算出部24により実行される。
・ステップS309〜S313の処理は、寿命算出部25により実行される。
(1)図3の説明では、加速度―応力変換処理の後に応力振幅の計算を行ったが、加速度振幅を計算し、加速度振幅のヒストグラムを先に取得し、後に加速度−応力への変換処理を行って応力振幅を求めてもよい。
(3)バンドパスフィルタ処理は、必ずしも必要としない。また、図3の説明では、4つの固有振動数に対応させてバンドパスフィルタを用意したが、必ずしも全て備える必要はない。
(5)軸変換については、必要がなければ省略してもよい。
Claims (8)
- 構造物に設置された1個以上の3軸加速度センサから出力される前記構造物の加速度情報に基づいて、前記構造物の疲労損傷状態を定量的に評価するコントローラを備えた疲労損傷評価装置であって、
前記コントローラは、
前記構造物の特定部位に設置された前記3軸加速度センサから出力される前記加速度情報を取得する入力処理部と、
前記加速度情報から、前記構造物に対する応力方向の加速度ベクトルの時系列データを生成し、さらに、前記加速度ベクトルの時系列データから、あらかじめ決められた方向における加速度ベクトルの遷移を示す時系列データを、1次あるいはより高次の固有振動に関連する加速度変化量の時系列データとして生成する加速度変化量算出部と、
あらかじめ規定された変換ルールに基づいて前記加速度変化量を応力変化量へ変換することで、前記加速度変化量の時系列データから応力変化量の時系列データを生成する応力算出部と、
前記応力変化量の時系列データから応力振幅の発生頻度ヒストグラムを生成するヒストグラム算出部と、
応力振幅ごとに発生回数と破断繰り返し数の対応関係をあらかじめ規定した応力−蓄積疲労テーブルを用いて、前記応力振幅の発生頻度ヒストグラムから蓄積疲労度を算出する疲労度算出部と
を備える疲労損傷評価装置。 - 前記コントローラは、前記蓄積疲労度の単位時間当たりの増加量から、疲労寿命に至るまでの予測時間を算出する寿命算出部をさらに備える
請求項1に記載の疲労損傷評価装置。 - 前記加速度変化量算出部は、前記あらかじめ決められた方向として、前記構造物の面内方向および面外方向の2方向成分における1次およびより高次の固有振動数を考慮し、面外1次固有振動加速度変化量、面内1次固有振動加速度変化量、より高次の面外固有振動加速度変化量、およびより高次の面内固有振動加速度変化量に関する複数種のデータとして前記加速度変化量の時系列データを生成し、
前記応力算出部は、前記複数種のデータとして生成された前記加速度変化量の時系列データに対応して複数種の応力変化量の時系列データを生成し、前記複数種の応力変化量の時系列データの加算結果として1つの応力変化量の時系列データを生成して出力する
請求項1または2に記載の疲労損傷評価装置。 - 前記3軸加速度センサは、複数で構成され、
前記入力処理部は、複数の3軸加速度センサから取得したそれぞれの加速度情報の差分値を算出し、加速度情報として出力する
請求項1から3のいずれか1項に記載の疲労損傷評価装置。 - 前記入力処理部は、前記加速度情報を時間方向に2階積分することで変位情報を生成し、
前記加速度変化量算出部、前記応力算出部、前記ヒストグラム算出部、および前記疲労度算出部は、前記加速度情報の代わりに前記変位情報を用いて一連の疲労損傷評価処理を実行する
請求項1から4のいずれか1項に記載の疲労損傷評価装置。 - 前記構造物は、道路構造物あるいは道路付帯設備である
請求項1から4のいずれか1項に記載の疲労損傷評価装置。 - 構造物に設置された1個以上の3軸加速度センサから出力される前記構造物の加速度情報に基づいて、前記構造物の疲労損傷状態を定量的に評価する疲労損傷評価方法であって、
前記構造物の特定部位に設置された前記3軸加速度センサから出力される前記加速度情報を取得する入力処理ステップと、
前記加速度情報から、前記構造物に対する応力方向の加速度ベクトルの時系列データを生成し、さらに、前記加速度ベクトルの時系列データから、あらかじめ決められた方向における加速度ベクトルの遷移を示す時系列データを、1次あるいはより高次の固有振動に関連する加速度変化量の時系列データとして生成する加速度変化量算出ステップと、
あらかじめ規定された変換ルールに基づいて前記加速度変化量を応力変化量へ変換することで、前記加速度変化量の時系列データから応力変化量の時系列データを生成する応力算出ステップと、
前記応力変化量の時系列データから応力振幅の発生頻度ヒストグラムを生成するヒストグラム算出ステップと、
応力振幅ごとに発生回数と破断繰り返し数の対応関係をあらかじめ規定した応力−蓄積疲労テーブルを用いて、前記応力振幅の発生頻度ヒストグラムから蓄積疲労度を算出する疲労度算出ステップと
を有する疲労損傷評価方法。 - 前記蓄積疲労度の単位時間当たりの増加量から、疲労寿命に至るまでの予測時間を算出する寿命算出ステップをさらに有する
請求項7に記載の疲労損傷評価方法。
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