土木学会第71回年次学術講演会(平成28年9月)

Ⅴ‑626

省電力型最大応答部材角測定装置の開発（公財）鉄道総合技術研究所

正会員 ○仁平 達也 正会員 岡本 大（株）計測リサーチコンサルタント

非会員

宮本 則幸 正会員 濱田弘志

曙ブレーキ工業（株）

非会員

西條 敦志 非会員 安齋 眞

１． はじめに柱端部に生じる最大応答部材角と損傷レベルの関係は概ね把握されているため，最大応答部材角を効率的に測定できれば，計測部地震後早期に柱の損傷レベル評価が可能となり，復旧作業の効率化やダウンタイムの減少が期待できる．これらの観点から，測定棒

これまでに著者らは，地震時の鋼板巻き補強柱を含む，RC 高架橋柱の最大応答部材角を直接測定することが出来る，最大応答部材角測定装置の開発を行ってきた 1),2)．今回，この装置（以下，旧装置）を改良し，図 1 に示す，時刻歴応答を測定出来る

負側

X方向

正側特長を有する省電力型最大応答部材角測定装置を開発した．これに関して，図 2 に示す，精度検証試験を行った．

応答部

正側負側

Y方向

図 1 開発した装置

２． 省電力型最大応答部材角測定装置の概要

測定棒（図1参照）

旧装置は地震後の線路方向（X 方向），線路直角方向（Y 方向）の XY 方向の最大応答部材角のみを記録する装置であった．し復帰ばね：X軸
リンク：Y軸かしながら，実際の構造物の挙動については，例えば，不整形な構造物の場合等，X 方向や Y 方向に卓越した応答になるとは回転ポテンショセンサ：Y軸
復帰ばね：Y軸限らない 3)ことや，軸方向鉄筋が座屈するような損傷を受けた場合には，応答の繰返しにより損傷が進行する場合があること
4)が考えられる．そのため，地震後の構造物の被害解析を行う

図 2 精度確認試験

リンク：X軸
回転ポテンショセンサ：X軸場合には，時刻歴のデータを用いることで，より精緻な検討が

図 3 計測部の内部構造（見上げ図）出来ると考える．また，大規模地震時に実構造物のモニタリングシステムは各種提案されているが，実構造物の応答値について，加速度センサーや速度センサー等から算出する場合等においては，応答方向等も含め，直接的に地震時の変形挙動を把握することは難しいと考える．これらを考慮し，大規模地震時において，直接的に XY 方向の時刻歴の部材角の測定が可能な機構とした．
旧装置は機械式のセンサーと冶具により構成されており，装置内に遊間が生じる機構であった．そのため，正負とも0.003（rad）程度の，測定不能となる範囲（不感帯）が存在していた．この程度の範囲は，一般的な RC ラーメン高架橋柱においては軸方向鉄筋が降伏し，柱が塑性化する部材角（損傷レベル 1 と 2 の閾値）以下であるものの，可能な限り微小な柱の応答を測定することはモニタリング上望ましいと考える．これらを踏まえ，本装置は，図 3 に示すように，測定棒の変位を角度に変換し，測定棒の端部を球面上かつフォーク状に囲んで構成する一対のリンク機構を同一平面上に設けた．一方のリンクには X 軸用の回転ポテンショセンサを他方のリンクには，Y 軸用の回転ポテンショセンサを固定し，リンク機構部には復帰バネが取付けられ，常に測定棒とリンク機構のガタを片方に押し付ける様に計測部を構成した．これにより可能な限り遊間をなくす機構とした．また，旧装置は機構上，測定後に手動でリセットする必要があり，上層梁柱接合部付近に設置している装置のリセット設定は，高所作業車や足場等を用いる必要があった．そのため，リセットされていない状態で大規模な余震が発生した場合，測定が困難となる可能性があった．そこで，本装置は，0点設定ができるソフトウェアを有した電気回路と通信部を有し，測定後に通信によりリセット設定が可能な機構とした．
本装置による測定方法は，大規模地震時の構造物の応答加速度（50gal 程度）をトリガーとし，XY 方向ともに 50Hz，連続的に 60 秒測定することを基本とした．なお，測定終了後は，直ちに，FOMA 等の電話回線により基地局まで最大測定値のみを伝送し，事前に検討している非線形応答解析結果から構造物の各部材の損傷状況を把握する評価システムに接続すること，および，地震後の随時検査において，Zigbee 等の無線により，本装置近傍から時刻歴のデータを取得する評価システムに接続することを想定している．これらに必要な電源は，太陽光パネルにより蓄電した電力を用いる
キーワード 最大応答部材角測定装置，ピークセンサー，損傷レベル
連絡先〒185-8540 東京都国分寺市光町 2-8-38 （公財）鉄道総合技術研究所 鋼・複合構造 Tel：043-573-7280‑1251‑

土木学会第71回年次学術講演会(平成28年9月)

Ⅴ‑626

ことを想定している．
３． 精度確認試験の概要
精度検証試験は，本装置に正弦波および模擬地震波（L2G3 地震波）により生じる柱天端の応答部材角を静的に与え，入力値と測定値を比較するものである．本試験における測定棒の測定棒全長は 1550mm（実構造物は塑性ヒンジ長以上の 1000～2000mm 程

表 1 試験ケース
入力地震波

Case
1234正弦波
L2G3 地盤※※柱高さ7m の1 層鉄道RC ラーメン高架橋を想定度を想定）とした．表 1 に試験に用いた波形を示す．合計 4 ケー

測定棒先端の応答部与える変位量に逆算し，図 1 に示す，X 方向と Y 方向に与えた．
４． 精度確認試験結果および考察
図 4 に Case1，図 5 に Case4 の試験結果を示す．表 2 と図 6 に応答部材角（θ）

ス実施した．既往の検討 4)と同様に，線路直角方向の非線形動的解析により得られた柱天端部における各時刻歴での応答部材角を，測定精度の検討結果を示す．入力値は測定中に経験した最大応答部材角とし，旧装置の精度 1)との比較により検討した．

入力値
測定値
測定値の最大値
測定値の最小値

0.04
0.03
0.02
0.01
0.00
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04

0.001
0.000-0.001

る遊間の影響を受けることが分かった．

応答部材角（θ）

装置と比べてその影響は小さいものの，図 3 の計測部内に存在す
図6に示すように，旧装置に比べて，測定値/入力値は若干小さく-0.004

入力値
測定値
測定値の最大値
測定値の最小値

0.02

橋柱の損傷レベル1 と2 の閾値程度である最大応答部材角0.01

0.001

0.00

0.000

-0.01

旧装置の不感帯領域-0.02-0.001-0.002-0.003-0.03-0.004

表 2 測定値/入力値（括弧内は旧装置）

平均値あり，旧装置と概ね同等の測定精度であることを確認した．
標準偏差

来る装置として省電力型最大応答部材角測定装置を開発した．こ

0.003
0.002

0.01

（rad）以上においては，測定精度がより向上し，測定値/入力値の大規模地震時における高架橋柱の部材角の時刻歴応答を測定出

0.004a)全データb)拡大図
図 5 Case4 の測定結果（L2G3 地盤，Y 方向）は小さいことが分かった．また，一般的な鉄道RC ラーメン高架

５．おわりに-0.003-0.04

なったものの，標準偏差や変動係数は小さく，測定値のバラつき

平均値が0.958，変動係数が5.5%となった．旧装置が0.988，6.6%で-0.002

旧装置の不感帯領域0.03

旧装置では計測が困難であった範囲±0.003（rad）以下でも応答測定精度にバラつきが生じやすいことが分かった．すなわち，旧0.003
0.002

力値に対して追随することが可能であることを確認した．また，範囲（例えば，応答部の移動量 0.001（rad）=1.55mm）であり，0.004a)全データb)拡大図
図 4 Case1 の測定結果（正弦波，X 方向）

各ケースにおいて，本装置は正負側ともに時刻歴で測定し，入することを確認した．しかしながら，この範囲は，非常に微小な方向
X 方向
Y 方向
X 方向
Y 方向

変動係数（％）

全データ
0.918（0.976）
0.147（0.086）
16.0（8.8）0.003(rad)以上
0.938（0.976）
0.076（0.086）8.1（8.8）0.01(rad)以上0.958（0.988）
0.052（0.065）5.5（6.6）※旧装置：全データ＝0.003(rad)以上のデータ（0.003(rad)以下は不感帯）

れに関して，模擬地震波等を与えた精度確認試験を実施した． そ1.50

や，これまでに開発した機械式の装置と概ね同等の測定精度であ1.25ることを確認した．本研究は国土交通省の鉄道技術開発費補助金を受けて実施した．
参考文献 1）仁平達也，曽我部正道，宮本則幸，濱田弘志：鉄道 RC ラーメン高架橋柱の最大応答部材角測定装置の開発について，土木学会第 61 回年次学術講演会，V-397，
20062）鈴木哲也，仁平達也，曽我部正道，宮本則幸：鉄道RC ラーメン高架橋柱の損測定値/入力値の結果，測定不能な範囲である不感帯はほとんど存在しないこと

旧装置
本装置

1.00
0.750.50

RCラーメン高架橋柱の損傷レベル1と2の閾値程度

0.25

旧装置の不感帯領域

傷レベル検知システムの開発，コンクリート工学年次論文集，Vol.29,No.2，pp.721-726，
2007 3）例えば，谷村幸裕，渡邊忠朋，蘆谷讓：鉄道 RC ラーメン橋台の三次元非線形

0.000.00

地震応答解析，土木学会論文集E，Vol. 64, No. 3, pp. 400-415，2008 4）例えば，仁平達也，

0.01
0.020.03
最大応答部材角(θmax)

谷村幸裕，岡本大，田所敏弥：RC 柱の載荷履歴が履歴曲線の形状に及ぼす影響について，

図 6 測定精度（測定値/入力値）

土木学会第60 回年次学術講演会，V-490，2005‑1252‑0.04