技術紹介

吊橋ケーブルバンドボルトのワイヤレス軸力計測装置の開発
鈴木優平 *1

Suzuki Yuhei

長大橋の吊橋のケーブルバンド締付ボルト軸力計測において、従来のシステムを新しいシステムへ置き換えられるかどうかを検証した。実用上十分な精度を求めることは必須であるが、新技術（ワイヤレス方式）を導入し、運用方法を改善できるような装置を開発した。
キーワード：長大橋、吊橋、ケーブルバンド、M5Stack、軸力である。そのため、老朽化により故障が発生して1. はじめにも、メーカーサポートが対応しておらず、再製作

現在、長大橋の吊橋の主ケーブルバンドの締付も難しい。このような状況では、今後、長期にわボルト（図 1（a））の軸力管理は図 1（b）に示す締付たる定期点検に対応することができないため、新ボルトの長さ変化を計測することにより実施してしい装置へ置き換えていく必要がある。

いる。ここで、ケーブルバンドとは、主ケーブル

2. 課題・対策と補剛桁をつなぐ重要な部材である。このケーブ

現状の軸力計測に対し、新しい装置は以下の条ルバンドを締め付けているボルトの軸力に変化がなければ、ゆるみが生じていないことがわかる。

件を満たす必要がある。

この計測システム一式は橋梁建設時に製作さ（1）過去のデータと一貫性を持つれ、その橋梁のボルトに対応した専用機（図 1（c））

ｹｰﾌﾞﾙﾊﾞﾝﾄﾞシステム置き換えのための締付ボルトの取り締付ボルト演算ﾕﾆｯﾄ

ケーブル
バンド

（a）ケーブルバンド外観

図1*1：研究開発センター

測長器

有線

ハンガー
ロープ

基準棒

（b）ケーブルバンド断面（c）従来の軸力計測システム

ケーブルバンド締付ボルトと軸力計測システム

研究開発グループ

博士（工学）—35—

IIC REVIEW/2024/04. No.71

換えなどの大規模改修を必要としない。

されており、自由に計測システムを構築できる（2）締付ボルトの塗装を除去する必要がない

時 代 に な っ て い る。 そ こ で、 本 開 発 案 件 で は、（3）変位式計測である

M5Stack（M5Stack 社）を利用した計測システムを計測位置に金属球が埋め込まれている特殊な採用した。そのシステムを利用すれば社内で機器ボルトであるため、超音波式の採用は難しい。の開発、組み立て、計測サービス、保守点検を完（4）小型かつ軽量結できる。

重量物である演算ユニット、測長器、基準棒

4. 実施項目の落下の危険から、計測場所まで運搬する際に橋を通行止めにしているが、その必要をなくす。

開発は、「軸力計測システム開発」⇒「精度検証」（5）ワイヤレス式⇒「現場検証」と段階を追って進めた。それぞれの作業場所が高所かつ狭いため、作業者の墜落実施内容を説明する。

制止用器具と干渉するような装置の通信ケーブ
4.1 軸力計測システム開発

ルをなくす。
以上から、新規開発は変位計式で演算ユニット開発モジュールである M5Stack を活用し、測長および変位計を小型軽量・ワイヤレス式とするこ器からの電圧信号を計測し、内部 CPU にて変位にとにした。

変換し、Wi-Fi 経由でタブレットに記録されるシステムとした。

3. 軸力計測システム開発

図 2 は従来のシステムと新しいシステム（以下橋梁の長期の保守点検を今後も継続するため新旧システム）の比較である。従来の装置の演算に、新規装置の部品は汎用品を使用する必要があユニットがタブレットへ置き換わり無線化される。近年では、さまざまな開発モジュールが販売た。また、置き換えのできない測長器を除く部分

旧システム
演算ユニット新システム
モバイル
バ ッテ リー・タブレット(0.84kg)

・演算ユニット(8.9kg)
・バッテリー(0.98kg)

・M5Stack+バッテリー(0.13kg)

10.1 kg・変位計(0.05kg)

・変位計(0.23kg)

・Wi-Fi ルーター+バッテリー(0.09kg)

・測長器（置き換え不可）

・測長器（置き換え不可）

図2

新旧システム比較—

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1.1 kg4.3 現場検証の重量は 10.1kg、から 1.1kg となり、1/10 に軽量

実際の橋梁では、図 4 に示すように、作業者は化することができた。

ケーブルの上に乗って計測する。そこで常に振動
4.2 精度検証

している現場のケーブル上で新旧システムを比較

新システムについて、まずは実験室レベルでのした。

精度を確認した。

計測では、従来の方法と同様、基準棒をゼロと検証には精度が保証されているブロックゲージして被計測ボルトの長さを「基準棒長さとの差」とを用いた。図 3 に検証結果を示す。従来のシステして求めた。結果を図 5 に示す。

ムの分解能は 0.01mm であるため、まず 1.00mm、それぞれ 3 回ずつの平均値をとったが、新旧シ1.01mm のブロックゲージを用い、厚さ 1.00mm をステムの差は 0.018mm であった。すなわち、従来基準として、1.01mm（+ 0.01mm）の計測値を求め手法による計測に対して、目標精度の 0.01mm を超た。次に、実用上の最大変位量が 2mm 程度のたえた誤差が生じることを示す。変位量で 0.018mm

め、1.00mm と 2.00mm のブロックゲージを用い、の差は軸力値換算で 0.9t の差である。これは、低厚さ 1.00mm を基準として、2.00mm（+ 1.00mm）の計測値を求めた。
計測は 3 回行い、平均値をとっている。また比較のため、従来のシステムでも検証した。
図 3 に示す通り、新システムでは厚さ 1.01mm のブロックゲージを計測したときの誤差は 0.000mm、厚さ 2.00mm のブロックゲージを計測した場合は、誤差 0.003mm であった。いずれも誤差は 0.01mm以下であり、従来のシステムと同等の精度を有することがわかった。
また、従来のシステムについても誤差は 0.01mm

図4以内であることが確認された。

現場検証（作業者はケーブルに乗って計測している）

1.2
1.005

1.01.003

差 (mm)

0.8
0.6
0.4
0.20.014

0.00.010

ブロックゲージ1.01
旧図3

ブロックゲージ2.00
新ブロックゲージを用いた精度検証結果—

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差 (mm)

4.0
3.8
3.6
3.43.23.02.82.6
2.4
2.22.03.404

3.386

IS-a C451
旧図5新

現場検証結果軸力において装置の差が無視できないこと（例え6. 結論ば 20t であれば 誤差 5％程度）を意味している。
誤差の原因は現地ケーブルが常に振動している

長大橋の吊橋のケーブルバンド締付ボルト軸力

ことや、測長器をボルトに設置する際に装置を傾計測のための新システムの検証を実施した結果、斜させる必要があり、設置状況が社内検証と異実用上は十分な精度であり、新システムへ置き換なったことが考えられる。

えられると判断した。また、ボルト軸力の経年変化を見ていくためであれば、さらに問題は生じな

5. まとめいと考えている。現場計測では新旧システムに差（1）演算ユニットはタブレットへ置き換わり、無が生じたが、これは装置の精度の差ではなく、計線化（Wi-Fi）できた。また、重量は 1.1kg と測状況や設置状況の影響によるものと考えられる

なり、1/10 に軽量化できた。

ため、作業基準を明確に定めるなど装置の運用方法で解決できると考えられる。

（2）精度保証されたブロックゲージを使用して、今後は、他ボルトにおいて新旧システムの同時運

新 シ ス テ ム の 精 度 検 証 を 実 施 し、 目 標 値

用を経て、新システムの有用性を実証していきたい。

0.01mm 以内を満たした。
（3）実際のケーブル上での計測では新旧システ
ムは変位量で 0.018mm（軸力値換算 0.9t）の差が生じた。

研究開発センター
研究開発グループ
博士（工学）鈴木 優平
TEL. 045-791-3522
FAX. 045-791-3547—

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