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 fatigue damage, brittle damage caused by the risk of damage, appropriate repair, reinforcement and implementation of the important. In particular, the maintenance and management of fatigue damage is important for early detection. The reason for this is that the early discovery of this problem requires a minimum of appropriate treatment. In-house testing is performed in the event of an injury, such as an injury, and is performed in the event of an injury. The problem of power consumption is a long-term measurement problem. This study aims to construct a fatigue damage detection system for the use of piezoelectric element systems in MEMS systems. In 2022, the study aims to investigate the possibility of fatigue damage detection for the use of piezoelectric element systems in MEMS systems. As a result, the steel bed plate has the same structure as the steel truss bridge, and the fatigue damage detection is possible. The results of this study show the possibility of detecting fatigue damage in the outer part of the point of contact. In addition, MEMS can be used to detect and detect the damage of piezoelectric elements. As a result, the possibility of fatigue damage detection in steel bridges under the action of external forces (vehicle loads) due to the application of voltage-dependent elements is shown.

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