官学連携による振動発電技術を用いた橋梁引張部材の張力モニタリングシステムの開発

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イタリアの斜張橋，モランディ橋や台湾のニールセンローゼ橋，南方澳跨港大橋の崩落事故など吊ケーブルの腐食が原因とされる橋梁全体構造の崩壊事故が起きたことは記憶に新しい．これらの橋を含め，ケーブルなど引張部材を有する橋梁において，道路管理者は引張部材の張力を常時把握していないのが現状である．IoTおよびIT技術が発達した現在，予算や技術者が不足している地方自治体において，ケーブルなどの引張部材の張力を実橋で簡易に管理できるモニタリングシステムの開発が必要であると考えた．本研究では，電源が容易に確保できない橋梁現場において，長期間，ケーブルなどの引張部材の張力をモニタリングできる振動発電を利用したモニタリングデバイスを開発し，地方自治体と連携して道路管理者が維持管理に役立つ張力モニタリングシステムの開発を目的とした．この目的に対して，今年度は，本学の近くに架設されている金沢市が管理するエクストラドーズド橋，朝霧大橋の斜材ケーブルを対象としたケーブルの振動実験を行った．まず，ケーブルに加速度計（707LF, TEAC製）を設置して人力による加振試験を行い，各ケーブルの卓越振動数を調べた．つぎに，計測した1次の卓越振動数を用いて簡易推定式により張力を求め，建設時の導入張力と比較した．その結果，卓越振動数から5％以内の精度で張力を推定できることを明らかにした．また，MEMSの加速度計により取得した加速度データを周波数分析し，ピーク周波数の上位5つの卓越振動数をLoRa通信（プライベート）により大学まで（約1-2km）無線送信できるデバイスを開発した．さらに，磁歪式振動発電デバイスをケーブルに設置して大型車1台走行による発電量を把握した．