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DEVICE AND METHOD FOR PASSING VEHICLE WEIGHT ANALYSIS PROCESSING commons meetings

Patent code P160012920
File No. FU533
Posted date Apr 19, 2016
Application number P2013-110067
Publication number P2014-228480A
Patent number P6086486
Date of filing May 24, 2013
Date of publication of application Dec 8, 2014
Date of registration Feb 10, 2017
Inventor
  • (In Japanese)鈴木 啓悟
  • (In Japanese)吉川 将大
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人福井大学
Title DEVICE AND METHOD FOR PASSING VEHICLE WEIGHT ANALYSIS PROCESSING commons meetings
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for passing vehicle weight analysis processing capable of accurately performing analysis processing of an axial load of a vehicle passing over a steel plate deck with a fewer number of strain gauges than a conventional technique in view of solving a problem thereof.
SOLUTION: The device for passing vehicle weight analysis processing performs analysis processing of an axial load of a vehicle passing over a bridge constructed by installing a steel plate deck having a longitudinal rib and a lateral rib with the longitudinal rib oriented in a bridge axial direction. The device for the passing vehicle weight analysis processing has: a measuring section 1 which measures strain on the longitudinal and lateral ribs when the vehicle passes; and a processing section 2 which calculates a tentative axial load value of the passing vehicle on the basis of the measured strain on the longitudinal rib and also calculates an axial load value by correcting the tentative axial load value with a vehicle weight value of the passing vehicle calculated on the basis of the measured strain on the lateral rib.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

鋼床版は、RC床版と比較して軽量であるため、主にスパンの長い橋梁で用いられている。また、鋼床版は、工場で製作して現場で据え付けることができるので、打設が困難な現場においても容易に施工できる。そのため、現場施工に制約がある都市部における高速道路等の橋梁建設にも多く適用されている。

しかしながら、近年、こうした鋼床版の疲労損傷が顕在化し、例えば、首都高速道路や阪神高速道路といった主要な都市高速道路の橋梁において、約7,000箇所の疲労亀裂が発見されている。高速道路における鋼床版の疲労損傷の主な原因としては、重量車両(車両総重量の重い車両)の輪荷重(1つの車輪にかかる重量)による局部変形が挙げられる。

図19は、道路の橋梁に使用されている鋼床版の一例に関する概略構成図である。鋼床版100は、薄板状の鋼板からなるデッキプレート101、デッキプレート101の下面に並行配置されて固定された複数の縦リブ102及び縦リブ102に対して直交するように配置されて固定された複数の横リブ103を備えている。デッキプレート101の上面には、車両が通過する舗装面104が施工されている。縦リブ102は、薄板状の鋼板を断面U字状の樋状に形成して構成されており、長手方向が車両の通過方向(以下「通過方向」と略称する)に沿うように設定されている。そして、縦リブ102の長手方向の両端部がデッキプレート101の下面に溶接固定されている。横リブ103は、所定幅の薄板状の鋼板を用いて縦リブ102に対向する位置にそれぞれ切欠きが形成されており、並行配置された複数の縦リブ102にそれぞれ切欠きを嵌合して接地される。そして、横リブ103は、デッキプレート101の下面に対して通過方向と直交する方向に垂設されて上端部をデッキプレート101に溶接固定されている。

こうした鋼床版100では、重量車両の輪荷重が舗装面104に加わることで、デッキプレート101と縦リブ102との接合部分、縦リブ102と横リブ103との交差部分等に局部的に高い応力が生じるようになる。また、車両の車軸の通過のたびに応力変動が生じるため、応力頻度が必然的に高くなる。図20は、鋼床版100を下方から見た斜視図である。この例では、鋼床版100に疲労損傷が生じており、デッキプレート101において縦リブ102との接合部分に沿うように亀裂101aが生じたり、横リブ103において縦リブ102との交差部分に亀裂103bが生じるようになる。

鋼床版に関する疲労設計及び維侍管理を検討する場合、通過車両の軸重(1つの車軸にかかる重量)とその作用頻度を定量的に把握し、疲労環境を把握することが重要となる。疲労環境の評価方法としては、軸重計を舗装内部あるいは舗装下に敷設して通過車両の重量を算出する方法が提案されているが、この方法では、軸重計自体に高い感度が要求されるため高価になり、設置工事が必要となることや軸重計のメンテナンスといった課題がある。

また、橋梁の主桁に設置したひずみ計から車両通過時のひずみ値を連続測定して軸重を算出手法として、通過車両重量算出手法(Weight-In-Motion;本明細書では、橋梁(Bridge)に用いるため、BWIM法と略称する)が提案されている。BWIM法では、橋梁を構成する部材に設置したひずみ計から取得したひずみ値を用いるため、舗装等の設置工事が不要で、交通を妨げることなく設置、測定及びメンテナンスを行える利点がある。また、測定結果の処理では、行列計算等の比較的簡便な算出処理を行えばよく、システムの構築が容易に行えるメリットがある。

非特許文献1では、BWIM法を用いて鋼床版における輪荷重の算出手法が提案されており、非特許文献2では、BWIM法を用いて鋼床版における軸重の算出手法が提案されているが、これらの算出手法では、縦リブに複数のひずみ計を設置して縦リブのひずみ値を測定し、測定結果に基づいて算出している。

また、非特許文献3では、全自動BWIMシステムを構築し、単純桁の桁橋、多径間連続橋梁の桁橋、鋼床版において長期間連続測定に実施し、車両重量とその頻度の特性を明らかにした。鋼床版を用いた橋として、図19に示すような2径間連続鋼床版箱桁橋の下り線(2車線)に対して車両の走行方向に沿って2つの縦リブに2箇所ずつひずみ計を取り付け、車両の走行方向と直交する1つの横リブに3箇所ひずみ計を取り付けて合計5つのひずみ計の測定結果を用いて解析している。解析処理では、縦リブのひずみ計の測定結果に基づいて車両の走行位置を決定する。また、予め車両の走行位置に対応する車軸位置における影響線(所定の軸重の試験車両の走行による横リブの縦距の推移を示すグラフ)を設定しておき、横リブのひずみ計の測定結果に基づいて算出されたひずみ変動と車軸位置及び影響線により車両重量を算出するようにしている。特許文献3は、非特許文献3に関連する文献であるが、同様の手法を用いて車両重量を算出する点が記載されている。

また、特許文献1では、橋梁の床版の裏面に棒状の補助桁を取り付けるとともに補助桁の下面に歪みゲージを取り付け、歪みゲージによって床版の変形を歪みとして検出することで、床版上を走行する車両の軸重を計測し、計測値に基づいて車両の重量を測定する方法が記載されている。特許文献2では、1測定位置に1つのひずみ計を設置し、3軸以上の大型車両の軸間距離のデータを車種と共に軸間距離データベースに登録し、所定の基準軸重が通過したときの基準軸重ひずみ波形を記憶しておき、計測したひずみ波形から車軸が通過したタイミングを検出し、この通過タイミングから算出した軸間比率と、軸間距離データベースに登録された軸間距離から算出される軸間比率とを比較して、大型車両の軸間距離、車速および車種を特定し、車軸の通過タイミングに合わせて、基準軸重ひずみ波形を時間軸上に配置したひずみ波形を生成し、基準軸重ひずみ波形と実際に計測された車両一台分のひずみ波形のデータとを比較して、各軸の軸重を算出する方法が記載されている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、鋼床版を有する橋梁を通過する車両の重量を解析処理する装置及び方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
縦リブ及び横リブを備えた鋼床版を当該縦リブが橋軸方向に沿うように設けた橋梁を通過する車両の軸重を解析処理する通過車両重量解析処理装置であって、車両通過時の前記縦リブ及び前記横リブのひずみを測定する測定部と、測定された前記縦リブのひずみに基づいて通過車両の仮軸重値を算出するとともに測定された前記横リブのひずみに基づいて算出された通過車両の車両重量値により当該仮軸重値を補正して軸重値を算出する処理部とを備えている通過車両重量解析処理装置。

【請求項2】
 
前記測定部は、前記縦リブの所定間隔を空けた2箇所の測定位置でひずみを測定するとともに当該測定位置の間において前記縦リブと交差する1箇所の測定位置で前記横リブのひずみを測定する請求項1に記載の通過車両重量解析処理装置。

【請求項3】
 
前記処理部は、測定された前記縦リブのひずみに基づいて車両の軸数、車両速度及び軸間隔を算出する測定処理部を備えている請求項1又は2に記載の通過車両重量解析処理装置。

【請求項4】
 
前記処理部は、所定の重量を有する試験車両の通過時に測定された前記縦リブ及び前記横リブのひずみに基づいて影響線を作成する影響線処理部を備えている請求項1から3のいずれかに記載の通過車両重量解析処理装置。

【請求項5】
 
前記処理部は、車両通過時に測定された前記縦リブ及び前記横リブのひずみに合わせて前記影響線を配置してカーブフィッティング処理を行うカーブフィッティング処理部を備えている請求項4に記載の通過車両重量解析処理装置。

【請求項6】
 
前記処理部は、前記縦リブのひずみに対するカーブフィッティング処理により仮軸重値を算出して当該仮軸重値を合計した仮車両重量値を求めるとともに前記横リブのひずみに対するカーブフィッティング処理により車両重量値を算出し、当該車両重量値を当該仮車両重量値で割った補正係数を算出して当該仮軸重値に当該補正係数を掛け合わせて前記軸重値を算出する重量算出部を備えている請求項5に記載の通過車両重量解析処理装置。

【請求項7】
 
請求項1から6のいずれかに記載の通過車両重量解析処理装置を備える通過車両監視装置。

【請求項8】
 
縦リブ及び横リブを備えた鋼床版を当該縦リブが橋軸方向に沿うように設けた橋梁を通過する車両の軸重を解析処理する通過車両重量解析処理方法であって、車両通過時の前記縦リブ及び前記横リブのひずみを測定し、測定された前記縦リブのひずみに基づいて通過車両の仮軸重値を算出し、測定された前記横リブのひずみに基づいて通過車両の車両重量値を算出し、前記車両重量値により前記仮軸重値を補正して軸重値を算出する通過車両重量解析処理方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013110067thum.jpg
State of application right Registered
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