関合の卒論日誌

4年次 卒論研究

卒論テーマ

経年により腐朽・劣化が心配される集成材桁橋(深沢橋)の振動特性と健全度評価(タブレットを使った振動試験・現場調査)

  秋田県大館市に架かっている集成材桁木橋の深沢橋ですが、架設から20年以上経過していることから腐朽劣化が生じている可能性がある。そこで、タブレット端末を用いた振動試験と目視による健全度調査を行う。振動試験からは固有振動数・振動モード・減衰定数・振動使用性などを明らかにし、目視試験からは部材表面の劣化状態について確認を行う。また深沢橋の3Dモデルで振動解析を行い解析値を算出する。もしFAKOPP(応力波伝播時間測定試験機)を借りることができれば、部材のヤング率を測定し、振動試験から推定したヤング率と比較することができれば面白いかも!?

深沢橋 天気

8月28日

日付天気湿度(%)合計降水量(mm)
8/15曇り740.0
8/16曇り651.0
8/17曇り後晴れ939.5
8/18曇り後晴れ850.0
8/19曇り後晴れ840.0
8/20晴れ900.5
8/21晴れ820.0
8/22晴れ790.0
8/23晴れ780.0
8/24晴れ780.0
8/25晴れ後曇り820.0
8/26晴れ823.5
8/27晴れ後曇り850.0
8/28晴れ850.0

11月10日

日付天気湿度(%)合計降水量(mm)
10/25雨後晴れ911.0
10/26晴れ910.0
10/27曇り時々晴れ951.0
10/28曇り後雨9420.5
10/29雨後曇り910.5
10/30晴れ910.0
10/31晴れ920.0
11/1晴れ後雨8920.5
11/2晴れ909.5
11/3曇り後晴れ870.0
11/4雨後曇り9510.5
11/5晴れ800.0
11/6曇り後雨932.0
11/78447.0
11/8曇り後晴れ881.0
11/9晴れ880.0
11/10曇り後雨9534.0

参考文献

6月7日 matlab

matlabをダウンロードした。

[操作方法]

①変数の新規変数をクリック

②随時k2からエクセルデータを引っ張ってきて各タブレットに対応するようにデータを入れる(砂袋1回目の1の場所とか)

③FFT1-FFT6まで②で作ったデータを入れる 波形のスタートは480で練習した(同じ試験では同じ波形のスタートを設定)

④band1-band6まで②で作ったデータを入れる 下限上限は卓越した周波数の前後で修正(同じ試験では同じ下限上限を設定)

⑤xcross1-xcross6

⑥Phase14とかPhase16とかで同位相、逆位相の確認(同位相→0°-75° 逆位相105°-180° 位相なし→90°±15°)

⑦各試験(落下位置を変えたものを含む)ごとに保存

[開き方]

cd ~/sekiai/matlabzen → cd bin → ./matlab

メモ:matlabに慣れる。salomeで模型づくり。7月に深沢橋(大館)でフィールドワークの予定。

6月14日

減衰定数を求める。

[操作方法(gensui)]

①変数の新規変数をクリック

②随時k2からエクセルデータを引っ張ってきて各タブレットに対応するようにデータを入れる(砂袋1回目の1の場所とか)

③gensuiで各数値を入力する

④ワークスペースで保存

[操作方法(hahupower)]

①変数の新規変数をクリック

②随時k2からエクセルデータを引っ張ってきて各タブレットに対応するようにデータを入れる(砂袋1回目の1の場所とか)

③FFT1-FFT6まで②で作ったデータを入れる 

④band1-band6まで②で作ったデータを入れる 

⑤hahupowerで各数値を入力する

⑥ワークスペースで保存

メモ:来週までに減衰定数を求める。

8月21日(月),25日(金),28日(月),(予備日9月1日(金))に大館、三種、森吉の橋で調査を行う。 内容はFAKKOPという応力波伝播速度試験器を用いて部材のヤング率を測定する。

6月28日

減衰定数を求めたが間違いがあったのでやり直し。

メモ:減衰定数を求め直す。卒論までの見通しを立てる。

7月5日 めおと橋(計算練習)

波形スタート480

im111 砂袋落下衝撃試験1/4 1回目

タブレット11334466
band5.8-6.018.1-18.35.8-6.018.1-18.35.8-6.018.1-18.35.8-6.018.1-18.3
hahupower0.01970.02640.02060.02570.01880.02740.06000.0267
gensui0.01210.02320.01780.02490.02660.01940.03750.0216

im111 砂袋落下衝撃試験1/4 2回目

タブレット11334466
band5.9-6.018.1-18.75.9-6.018.1-18.75.9-6.018.1-18.75.9-6.018.1-18.7
hahupower0.03010.03550.02320.02750.04010.01190.02700.0404
gensui0.01630.02870.01610.04300.03860.03560.03080.0250

im111 砂袋落下衝撃試験1/4 3回目

タブレット11334466
band5.9-6.018.2-18.75.9-6.018.2-18.75.9-6.018.2-18.75.9-6.018.2-18.7
hahupower0.02440.02790.02020.02990.02580.02770.01980.0270
gensui0.01310.02790.00820.02280.02690.03130.02910.0275

im122 砂袋落下衝撃試験1/2 1回目

タブレット25
band8.8-9.08.8-9.0
hahupower0.02060.0236
gensui0.02310.0219

im123 砂袋落下衝撃試験1/2 2回目

タブレット25
band8.38-9.18.8-9.1
hahupower0.02190.0328
gensui0.03220.0214

im124 砂袋落下衝撃試験1/2 3回目

タブレット25
band8.8-9.08.8-9.0
hahupower0.02200.0291
gensui0.01840.0210

im131 砂袋落下衝撃試験3/4 1回目

タブレット11334466
band5.3-6.018.21-18.45.3-6.018.21-18.45.3-6.018.21-18.45.3-6.018.21-18.4
hahupower0.03050.02780.03110.02910.02880.02800.03770.0267
gensui0.02860.02530.01880.0260.03910.02410.04070.0235

im132 砂袋落下衝撃試験3/4 2回目

タブレット11334466
band5.9-6.018.2-18.45.9-6.018.2-18.45.9-6.018.2-18.45.9-6.018.2-18.4
hahupower0.02820.02470.02440.02560.02690.02580.02150.0255
gensui0.01600.02600.01080.02850.03240.01970.02510.0229

im133 砂袋落下衝撃試験3/4 3回目

タブレット11334466
band5.8-6.018.1-18.55.8-6.018.1-18.55.8-6.018.1-18.55.8-6.018.1-18.5
hahupower0.02990.02860.03280.02790.03430.03240.02170.0292
gensui0.02760.03480.02580.02690.04650.02660.04980.0234

im21 人力鉛直加振試験 1回目

タブレット1346
band5.8-5.95.8-5.95.8-5.95.8-5.9
hahupower0.01780.02790.02480.0254
gensui0.01470.01010.00630.0163

im22 人力鉛直加振試験 2回目

タブレット1346
band5.7-6.15.7-6.15.7-6.15.7-6.1
hahupower0.03120.02330.02170.0233
gensui0.01580.01300.01100.0097

im24 人力鉛直加振試験 3回目

タブレット11334466
band5.2-5.917.7-18.65.2-5.917.7-18.65.2-5.917.7-18.65.2-5.917.7-18.6
hahupower0.02890.03770.03570.03830.03970.04140.03720.0370
gensui0.03930.03710.02800.03420.03650.03380.02880.0483

im31 人力水平加振試験 1回目

タブレット123456
band3.8-4.13.8-4.13.8-4.13.8-4.13.8-4.13.8-4.1
hahupower0.02190.02250.02040.02680.02050.0205
gensui0.00830.00670.00630.00660.00590.0059

im32 人力水平加振試験 2回目

タブレット123456
band3.8-4.03.8-4.03.8-4.03.8-4.03.8-4.03.8-4.0
hahupower0.03380.02770.02290.02220.02230.0219
gensui0.00520.00730.00710.00700.00290.0018

im33 人力水平加振試験 3回目

タブレット123456
band3.8-4.03.8-4.03.8-4.03.8-4.03.8-4.03.8-4.0
hahupower0.02680.01920.02680.02670.02060.0267
gensui0.00290.00220.00240.00350.00190.0023

7月12日

スライド作成をしていた。 外国文献購読の授業で英語で中間発表を行った。 今後のために英語力を身につけたい...

salome-mecaで深沢橋の振動解析を行えたので確認をする。

7月19日

進展なし。

秋田県では記録的な大雨が続いている。

秋田市を流れる太平川では氾濫が発生し、警戒レベル5に相当する氾濫発生情報が出るなど秋田県内では複数の中小河川が氾濫した。

15日、秋田市仁別で降り始めから24時間雨量が午後6時過ぎに294mmと観測史上最大になるなどの記録的豪雨となっている。

7月26日

仮想材を作成し終えた。これからメッシュをきって解析をしていく。

夏季休暇

8月28日(月) 深沢橋でフィールドワークを行ったが、スズメバチの巣があり思うように試験を行えなかった。得られた数値でできることをやっていく。

歩道橋の固有振動数

fv = 4.96 - 0.067 × L (基準設定以前に建設)

fv = 4.96 - 0.067 × L (基準設定以後に建設)

fv(鉛直方向基本固有振動数),L(支間長m)

参考資料:橋梁振動の計測と解析 橋梁振動研究会編

深沢橋 salome-meca(7.0GPa)

高欄の仮想材を設定するとファイルが壊れてしまうため、高欄の重さを床版に加えて密度を求めた。

高欄 W=150mm,H=1770mm,L=150mm,N=44個,比重0.38 → 665.874kg

床版 W=3500mm,H=70mm,L=30020mm,比重0.38 → 2794.862kg

   W=3500mm,H=70mm,L=30020mm → 7.3549mm^3

密度 (665.874+2794.862) ÷ 7.3549 = 470.534746 kg/m^3 ≒ 4.7e-10 t/mm^3

E_N→軸方向ヤング率(7000MPa), E_L・E_T→軸直角方向ヤング率(7000☓(1/25)=280MPa), G_LT→せん断弾性係数(7000☓(1/15)=467MPa), NU→ポアソン比, RHO→密度

対傾構仮想材
E2100007.0
NU0.30.4
RHO7.85e-093.8e-10

modes___DEPL[0] 3.579Hz(鉛直対称一次モード) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/modes_DEPL0.png

modes___DEPL[1] 5.341HZ(水平一次モード) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/modes_DEPL1.png

modes___DEPL[3] 12.429HZ(鉛直逆対称一次モード) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/modes_DEPL3.png

FAKOPP試験

E = v^2×ρ×10^-3 の式を用いてヤング率Eを求める。

v:km/s  ρ(密度):kg/m³

ρ = 3.8e-10(t/mm^3) = 0.38(g/cm^3)

ρ = 0.38×10^-3(kg) / 1.0×10^-6(m^3) = 380 kg/m^3

v = 1.0×10^-3(km) / t×10^-6(s)

*床版は3480×10^-6(km)

t:伝播時間

10月4日

キャンバーを考慮して歩行荷重の設定をしていく。 鉢の巣の撤去が完了したらしい!?

10月11日

歩行荷重の設定を引き続き行う。 FAKOPPから求めたヤング率を入れてsalome-mecaで解析していく。

10月25日

歩行荷重を面で設定するとメッシュが切れない。キャンバーが原因? そのため、点で歩行荷重を設定していく。

10月20日(金)雨天のためフィールドワークが延期。 11月7日(火)に実施予定。11月10日(金)予備日。

11月1日

FAKOPPで測定した伝播時間からヤング率を算出した。 その値をsalome-mecaに入力して解析をした。

床版
MPa74645495

振動数(Hz)の比較

みなし新設時応力伝播速度法実測値
鉛直対称一次3.5793.5763.13
鉛直逆対称一次5.3415.0415.37
水平一次12.42912.50610.84

11月8日

進展なし。

11月7日に予定していた深沢橋のフィールドワークは10日に延期。

11月15日

11月10日(金)深沢橋の調査を行ったが雨天のため中断。

得られたデータをまとめていく。

今週末は東北予選。がんばる。

11月22日

12月22日(金)の10時から中間発表。

部活動を引退したので研究を頑張る。

11月29日

測定値の時間による補正を終えた。MATLABで解析していく。

床版をシンプルにし、歩行荷重の設定の仕方を変えたら面で与えられたのでそれで進めていく。

集成材の日本農林規格表28 同一等級構成集成材のラミナの等級区分機による等級区分のE 95-F315を用いて解析を行う。

製材の日本農林規格

深沢橋 salome-meca(9.5GPa)

日本農林規格に則り、みなし架設時の解析をした。

鉛直対称一次モード(3.17Hz) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/sc1.png

水平一次モード(6.52Hz) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/sc2.png

鉛直逆対称一次モード(14.08Hz) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/sc3.png

鉛直対称二次モード(26.20Hz) http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/sc4.png

12月6日 深沢橋 MATLAB

タブレットから得られたデータは[time,X,Y,Z,...]の順で並んでいるためD列の値を使用する。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc1.png

データを0セットする。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc3.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc4.png

6つで比較すると。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc5.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc6.png

タブレット間による時間補正を行うためにスタートした時間を使用する。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc2.png

0セットしたデータを使用して補正する。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc20.png

K2=MATCH(MAX(K6:K1008),K6:K1008,0)

K3==MATCH(MIN(K6:K1008),K6:K1008,0)

K4=MAX(K6:K1008)

K5=MIN(K6:K1008)

L1=L3-\( K \) 3

スタート時間を用いて補正値を算出する。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc21.png

I5=ROUND(\( H \)4-H5,-1)

K列に上記で算出したデータを入力する。

L5=J5-K5

上記のL列の分補正する。 「-」のときは、その分「0」を足す。 「+」のときは、その分データを減らす。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc7.png

新規変数より、 補正されたデータをタブレットごとに登録する。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc8.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc9.png

FFT処理。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc10.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc12.png

band処理。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc13.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc15.png

xcross処理。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc16.png

歩行試験。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc19.png http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc17.png

振動数に卓越周波数。 加速度に「h1hakai」「h2hakai」を代入。 http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/fukazawa/wiki/sc18.png

12月13日

歩行試験の解析から一週間たったが解析が終わらない... どうしようのないので、中間発表に向けて概要とスライドづくりをしていく。

12月20日

ようやく歩行試験の解析が終わった...と見せかけて実は終わってなかったので今日も先輩のパソコンをお借りしている。 22日の中間発表に向けてTexとスライドづくりを完成させる。

振動使用性

salome-meca→Split Horizontal→Create View(SpreadSheet View)→Plot Sekection Over Time

上記の解析を各点で行うと このように なるのでExport SpredSheetしてcsvファイルにする。

csvファイルを開き、応答速度の実効値を求める。

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/sc9.png

y方向速度:max(resharmVITE (1)),cmに変換:=AO3011*0.1,二乗:=AP3011^2,応答速度の実効値:=SQRT(AVERAGE(AQ3011:AQ6011))

次に実測値と比較する。

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/sc10.png

salome解析加速度:max(resharmACCE (1)),mmをcmに:=C6*0.1,測定加速度:0セットした生データ,mをcmに:=E6*100

1月10日

設定を変更して解析を行なった。

振動数(Hz)の比較

みなし新設時応力伝播速度法実測値(8月)実測値(11月)
鉛直対称一次3.723.303.133.22
水平一次6.185.545.27
鉛直逆対称一次13.6712.2810.8411.13
鉛直対称二次26.2023.24

1月17日

データが揃ったので振動使用性についての検討を行なった。 評価表はこれこれを参考にした。

応答速度の実効値(cm/s)評価
2.7多いに歩きにくい
1.7少し歩きにくい
0.85明らかに振動を感じる
0.42振動を感じ始める

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/a4.png

単独歩行

歩調(Hz)健全時の応答速度(cm/s)腐朽時の応答速度(cm/s)
1.70.1790.235
2.00.2730.229
2.30.1780.247

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2023/sekiai/a5.png

群衆歩行

歩調(Hz)健全時の応答速度(cm/s)腐朽時の応答速度(cm/s)
1.70.841.079
2.01.3380.816
2.30.7100.949

縦軸:応答速度(cm/s),横軸:歩調(Hz)

※実効値とは測定した加速度を積分して応答速度を出し、その応答速度の最大値を二条平均平方根化したもの。この値で歩行試験の評価を行う。

1月24日

みなし新設時の固有振動数を8月に測定した振動数(3.125Hz)に合わせることで、橋梁全体の剛性が何%低減しているかを推測。

→結果29.5%ほど低減していると推測した。

1月31日

一昨日、内定者説明会があった。必要書類が多くて驚き。 とりあえずアパートが決まって一安心。

2月7日

発表練習で指摘いただいた箇所の修正中。 解析も追加で行わなければいけない。。。

2月14日

発表まであと一週間となった。がんばろー。

2月19日

卒業論文発表会が終わった。お疲れ様でした~。

3年次 創造工房実習

11月11日 片持ち梁 

片持梁の理論値 6.67mm

メッシュの長さ接点数変位相対誤差計算者
0.5595046.56-1.5千代岡
0.6455126.48774-2.69高井
0.7390756.54133-2.0関合
0.8133976.43695-3.5岡田
0.999036.36315-4.6松田
1.262566.3043375-5.4青野
1.357676.29784-5.6山口
1.451466.286015-5.76山本
1.539356.24807-6.3進藤
1.634006.20446-6.98河合
1.829526.17161-7.5山口
216325.64585-15.3進藤
36675.4053975-18.96山本
42643.6161-45.8関合
51913.86-42千代岡
61902.5077325-62.4高井
7751.41225-78.8青野
8561.2887175-80.7岡田
9491.28799-80.9松田
10441.226075-81.6河合

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/sekiai/1111.png

11月18日 単純梁

単純梁理論値 0.4167mm

メッシュの長さ要素数変位相対誤差計算者
0.56041670.4289822.94千代岡
0.63615840.4212231.09高井
0.71452340.42251.4関合
0.81409870.4226273851.4岡田
0.9918570.4203516060.88松田
1.2245200.404744325-2.87青野
1.3231320.4045-2.93山口
1.4175800.3986-4.34山本
1.5154330.3963177567574.9進藤
1.6159000.399049-4.24河合
1.8116770.404457-0.03山口
2104060.3948197155175.3進藤
323440.32447-22.13山本
414530.3329-20.1関合
54310.136240-67.3千代岡
63600.21304-48.9高井
71960.1019892-75.5青野
81040.1158624-72.2岡田
9810.1247076-70.1松田
10780.07733-81.4河合

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/sekiai/1118.png

11月25日 単純梁 異方性:1次要素 等方性:2次要素

異方性1次 理論値 0.4917mm(ティモシェンコ梁)

メッシュ要素数変位相対誤差計算者
0.56041670.5091673.56千代岡
0.62032090.50472.6高井
0.71452340.50362.42関合
0.81409870.50282702.3岡田
0.9919740.5005271.80松田
1.2248000.4873933-0.9青野
1.3231320.4884-0.67山口
1.4176170.484033-1.56山本
1.5154330.4820229-2.0進藤
1.6159000.483285-1.7河合
1.8116770.47855-2.67山口
2104600.479058-2.6進藤
324360.4278688-12.98山本
414530.42772-13.02関合
54310.273640-44.3千代岡
63600.339331.0高井
71960.213628-58.5青野
81040.22574-54.1岡田
9810.227502-53.7松田
10780.203271-58.7河合

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/sekiai/1125_ihousei.png

等方性2次 理論値 0.4167mm

メッシュ要素数変位相対誤差計算者
0.62032090.42380.98高井
0.71452340.4330113.22関合
0.81409870.4300583.2岡田
0.9919740.429913.18松田
1.2248000.429783.14青野
1.3231320.429893.16山口
1.4176170.429753.13山本
1.5154330.4298443.2進藤
1.6159000.4297543.13河合
1.8116770.429623.10山口
2104600.42960503.1進藤
324860.42923.00山本
414530.42933.02関合
54310.4278852.69千代岡
63600.42822.78高井
71960.42606232.25青野
81040.42630672.3岡田
9810.4251333.18松田
10780.4244661.8河合

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/sekiai/1125_niji.png

12月2日  2部材の単純梁 [#bb9e1071]

サンドウィッチ梁の理論値 0.099mm

メッシュ長さ要素数変位相対誤差計算者
0.71552660.0861-13.0関合
0.81384530.083487-15.7岡田
0.9827660.083312-15.8松田
1.2322790.083574-15.6青野
1.3283430.083668-15.49山口
1.4236670.083680-15.48山本
1.5199580.083516-15.6進藤
1.6194510.086037-13.1河合
1.8109330.084022-15.13山口
2107640.083324-15.8進藤
336180.083497-15.66山本
416230.0852-13.9関合
510070.083104-16.1千代岡
68420.0821-17.1高井
75540.080750-18.4青野
82890.079715-19.5岡田
92610.078427-20.78松田
102320.082495-16.67河合

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/sekiai/sandwich.png

比較?

http://www.str.ce.akita-u.ac.jp/~gotouhan/j2022/sekiai/1202.png

操作方法

UNIXコマンド

gnuplot

inkscape

salome

LaTex

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Last-modified: 2024-02-20 (火) 10:43:08