Development of fatigue damage detection system for steel bridge using MEMS sensor and piezoelectric element sensor

采用MEMS传感器和压电元件传感器的钢桥疲劳损伤检测系统的开发

• 批准号: 20K14814
• 负责人: 関屋 英彦
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Tokyo City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K14814/
• 关键词: 疲労損傷; 鋼橋; 圧電素子センサ; MEMSセンサ; 維持管理; 鋼構造; 維持管理工学

鋼橋に生じる疲労損傷は，脆性破壊を引き起こす危険性があり，適切な補修・補強を実施することが重要である．特に，疲労損傷の維持管理においては早期発見が重要である．この理由は，早期に発見することができれば，必要最小限の処置にて適切な対応が可能であるためである．実験室内にて実施する疲労試験等においては，疲労損傷の検知にひずみゲージによるひずみ計測が実施されている．しかしながら，箔ひずみゲージは消費電力が大きいため、実橋における長期的な計測において，電源の課題が生じることが考えられる．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鋼橋における疲労損傷検知システムの構築を目的としている．2022年度は，圧電素子センサとMEMSセンサを用いて，供用中の鋼床版橋梁の現地計測を実施し，その計測データに基づき，疲労損傷検知の可能性に関して検討を行った．その結果，鋼床版においても鋼桁橋のガセット溶接部と同様に，疲労損傷の検知が可能である応答を計測することができた．この研究成果は，点検時に外側から確認できない疲労損傷を圧電素子センサにて検知できる可能性を示している．また，MEMSセンサを活用せず，圧電素子センサのみによる簡易な疲労損傷検知システムを提案し，その有効性について計測データに基づき検討を行った．その結果，圧電素子センサのみを用いて，ランダムな外力（車両荷重）が作用する供用中の鋼橋における疲労損傷検知の可能性が示された．

Steel bridge に raw じ る exhausted は 労 injury, brittle broken 壊 を lead き up こ す dangerous 険 sex が あ り, appropriate な solder, reinforcing を be applied す る こ と が important で あ る. Special に, maintenance and management of fatigue, labor, injury, にお て て early findings が important である. The reason for な is that in the early stage, に were found to be する とがで とがで れば, the necessary minimum limit is placed にて appropriately な for 応が possible であるためである. Be 験 indoor に て be applied す る exhausted 労 test such as に お い て は, exhausted 労 damage の 検 know に ひ ず み ゲ ー ジ に よ る ひ ず み measuring が be applied さ れ て い る. し か し な が ら, foil ひ ず み ゲ ー ジ は consumption power が き い た め, be bridge に お け る long-term な measuring に お い て, power の subject born が じ る こ と が exam え ら れ る. そ こ で this study で は, セ ン サ department に power を necessary と し な い 圧 electric element child セ ン サ を use し た steel bridge に お け る exhausted 労 damage 検 know シ ス テ ム の build を purpose と し て い る. 2022 annual は 圧 electric element child セ ン サ と MEMS セ ン サ を with い て, for use in の version of bridge steel bed の in situ measuring を be し, そ の measuring デ ー タ に base づ き, exhausted 労 damage possibility 検 know の に masato し て 検 line for を っ た. そ の results, steel bed に お い て も steel truss bridge の ガ セ ッ ト dissolves department と with others に, exhausted 労 damage の 検 may know が で あ る 応 answer を measuring す る こ と が で き た. は こ の research results, point when 検 に lateral か ら confirm で き な い exhausted 労 damage を 圧 electric element child セ ン サ に て 検 know で き を る possibility in し て い る. ま た, MEMS セ ン サ を use せ ず, 圧 electric element child セ ン サ の み に よ る simple な exhausted 労 damage 検 know シ ス テ ム を proposal し, そ の have sharper sex に つ い て measuring デ ー タ に base づ き 検 line for を っ た. そ の results, 圧 electric element child セ ン サ の み を with い て, ラ ン ダ ム な external forces (car struck load) が role す る for use in steel bridge に の お け る exhausted 労 damage possibility 検 know の が shown さ れ た.

项目成果

PROPOSAL FOR A SIMPLE FATIGUE DAMAGE DETECTION SYSTEM USING ONLY PIEZOELECTRIC SENSORS FOR STEEL BRIDGES

针对钢桥仅使用压电传感器的简单疲劳损伤检测系统的提案

• DOI: 10.2208/jscejj.22-15055
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of JSCE
• 作者: 森近 翔伍;関屋 英彦;葉山 瑞樹;永井 政伸
• 通讯作者: 永井 政伸

圧電素子センサを活用した鋼橋の疲労損傷検知に関する基礎的な研究

压电传感器钢桥疲劳损伤检测基础研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 森近 翔伍;関屋 英彦;葉山 瑞樹;永井 政伸
• 通讯作者: 永井 政伸

STUDY ON FATIGUE DAMAGE DETECTION IN STEEL BRIDGES USING PIEZOELECTRIC SENSOR AND MEMS ACCELEROMETER

基于压电传感器和MEMS加速度计的钢桥疲劳损伤检测研究

• DOI: 10.2208/jscejam.77.2_i_525
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. A2 (Applied Mechanics (AM))
• 作者: 森近 翔伍;関屋 英彦;葉山 瑞樹;Yanjie ZHU;永井 政伸
• 通讯作者: 永井 政伸

圧電素子センサおよびMEMS加速度センサを活用した鋼橋の疲労損傷検知に関する研究

基于压电传感器和MEMS加速度传感器的钢桥疲劳损伤检测研究

• 发表时间: 2021
• 作者: 森近 翔伍;関屋 英彦;葉山 瑞樹;Yanjie ZHU;永井 政伸
• 通讯作者: 永井 政伸