JP2003315202A

JP2003315202A - 自走式起振機を用いた振動試験方法

Info

Publication number: JP2003315202A
Application number: JP2002116723A
Authority: JP
Inventors: Akira Okuda; 暁奥田; Toshio Kikuchi; 敏男菊地
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】橋梁の複数の位置での加振及びその計測を面
倒な盛換えを伴うことなく簡単に行う。【解決手段】車体下部に昇降式バイブレータ５を備え
た自走式起振機１を用い、該起振機を橋梁２４における
計測位置まで移動させ、停止状態で前記バイブレータ５
を路面上に接地し、加振することで橋梁２４に強制振動
を生じさせるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自走式起振機を用
いて橋梁等の試験体を加振することにより、試験体の振
動状況を計測する振動試験方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】振動試験体としての橋梁について、その
固有振動数、減衰定数、振動モードなどの固有値や桁の
たわみなどを調査する方法として、従来では、急速除
荷ジャッキによる自由振動試験、起振機をアンカー打
ちした強制振動試験、荷重を積載したダンプトラック
による車両走行試験、クレーン吊上げによる衝撃載荷
試験が採用されていた。

【０００３】ところで、いずれの実験方法においても、
振動源を確保しなければならないが、の強制振動試
験、及びの車両走行試験が、現実的な方法として知ら
れている。このうち、車両走行試験は、実際の交通振動
による橋梁への影響を計測するため、荷重を積載したダ
ンプトラックを実際に走行させるため、ダンプトラック
の手配及び橋梁各部への計測機器の取付けによって実施
可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これに対し、強制振動
試験を行うにあたっては、次に述べるような技術的課題
があった。すなわち、トラック等に積載した起振機を橋
梁上に搬入し、この起振機をトラックからクレーン等に
よって吊り下ろし、吊り下ろした起振機の加振位置を調
整しながらアンカーボルト等によって所定の加振位置に
固定するなどの手数が必要であり、作業に時間がかかる
うえ、アンカーボルト固定によっているため、計測後は
測定位置の補修が必要となっていた。

【０００５】したがって、強制振動試験は、その橋梁の
代表位置で加振することにより行っているが、二次振動
モード以下の振動モードを計測するためには、上述した
煩雑な盛換え作業が必要であるため、実際には一回の測
定のみとし、二次振動モード以下は、フーリエ変換式な
どによる計算に基づいて推定していたが、実測値でない
ため、その橋の振動時における実際の挙動を正確に現わ
したものではなかった。

【０００６】本発明方法は、以上の課題を解決するもの
であり、その目的は、橋梁の複数の位置での加振及びそ
の計測を面倒な盛換えを伴うことなく簡単に行えるよう
にした自走式起振機を用いた振動試験方法を提供するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明方法は、車体に起振手段を備えた自走式起振
機を用い、該起振機を橋梁等の試験体における所定の加
振位置に移動して停止させ、当該加振位置にて前記起振
手段を駆動して前記試験体を加振し、該試験体の振動状
況を計測した後、前記起振機を他の加振位置に移動して
停止させ、当該他の加振位置にて前記起振手段を駆動し
て前記試験体を加振し、該試験体の振動状況を計測する
ことを特徴とするものである。従って、本発明方法は、
設置の手数がかからず、橋梁等の試験体の任意の複数位
置で簡単に加振を行うことができ、また撤去時における
補修などの後作業も不要である。

【０００８】前記加振位置は、橋梁の橋軸方向における
複数位置としたり、橋梁の橋軸直交方向における複数位
置とすることができる。加振位置が橋梁の橋軸方向また
は橋軸直交方向における複数位置であっても移動停止が
簡単であるため、複数位置での加振とその加振状態にお
ける振動モードの計測が可能である。また、ねじれ位置
での加振による計測も可能である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１
（ａ），（ｂ）は本発明方法に用いる自走式起振機を示
すものである。この自走式起振機１は、例えば、ベース
マシンであるトラック型車体２のフロント及びリアホイ
ール３，４間に昇降式のバイプレータ５を配置し、上部
に起振手段としてのバイプレータ５の駆動用の油圧及び
その駆動用機器類６を搭載したものである。バイプレー
タ５は、ジャッキ７によって昇降可能となっており、加
振時には（ａ）に示すようにジャッキ７を下降して地表
面（路面）に接地させ、車両２の走行時には（ｂ）に示
すように、ジャッキ７を上昇させることにより、車体下
部に格納され、自由な移動を可能としている。

【００１０】図２はバイブレータ５の構成とその周縁機
器の概略を示す。バイブレータ５は、リアクションマス
（重錘）８と、リアクションマス８の下部に一体化され
て路面ＧＬに接地されるベースプレート９と、ベースプ
レート９の上部にあって、リアクションマス８の内部を
シリンダとしてそのロッドを一体化したピストン１０
と、ピストン１０を油圧制御弁１１を介して駆動するト
ルクモータ１２と、モータ１２を駆動制御する電気制御
部１４及び油圧回路１５などから概略構成されている。
そして、制御部１４からの駆動信号に基づき、ピストン
１０が上下動することで、ピストン１０を軸として上下
に振動するリアクションマス８の反力がベースプレート
９を介して路面に伝達され、路面を加振することにな
る。この力をグランドフォースと称し、Ｆｇ＝Ｍｒ・Ａｒ＋Ｍｂ・Ａｂの式で表される。ここで、Ｍｒ：リアクションマスの質
量、Ｍｂ：ベースプレートの質量、Ａｒ：リアクション
マスの加速度、Ａｂ：ベースプレートの加速度である。

【００１１】リアクションマス８及びベースプレート９
上には加速度計（図示しない）が配置され、これらによ
り検出された信号は制御部１４に制御信号としてフィー
ドバックされ、制御部１４ではこの信号常時検出しつつ
グランドフォースの位相を基準信号の位相と合致するよ
うにモータ１２及び油圧回路１５を駆動制御する。

【００１２】なお、制御部１４はコントロールボックス
とパソコンとからなっており、ユーザがパソコンに必要
なパラメータを入力することによって希望する振動モー
ドでバイブレータ５を駆動する。一般にバイブレータを
震源とした場合には、通常スイーブ信号を発振し、その
発振波形と受振波形の相関を取り、パルス型の信号に変
換して使用する。

【００１３】また、加振に伴いリバウンドが生じ、車体
２に跳ね上がる力が作用するが、ベースプレート９には
通常車体重量をエアバッグに載荷させておき（この力を
ダウンウエイトと呼ぶ）、ベースプレート９が路面から
跳ね上がることを防止している。つまり、グランドフォ
ースはダウンウエイト以下になるように制御される。

【００１４】次に、以上の起振機１を用いた橋梁の振動
試験方法について説明する。図３は試験に用いた高架橋
を示すもので、この高架橋は、地盤内に構築した複数の
基礎杭２０及びこれの上部に配置されたフーチング２１
上に一体に立設された複数の橋脚２２と、各橋脚２２上
に例えば免震支承２３を介して架設された橋梁２４とか
らなっている。

【００１５】そして、振動試験に先立ち、橋梁各部に各
種センサ類を配置し、図示しない計測機器類に接続して
おく。各センサー類は図に記号で示す。また、各成分の
うちＸ成分は橋軸方向、Ｙ成分は橋軸と直角（幅）方
向、Ｚ成分は上下方向を示す。

【００１６】以上の準備作業後、起振機１を移動させて
橋梁２４の各部で停止させ、バイブレータ５を駆動して
振動を生じさせ、これを備付けの各センサーによって計
測する。

【００１７】起振機１による加振位置は、橋軸方向Ｘに
おいては、橋梁２４の橋軸方向中心、各橋脚間、橋脚２
２上あるいは、橋梁２４の継目位置など任意の位置で移
動と加振を交互に繰返し行うことができる。また、橋軸
直交方向においては、橋梁２４の中心位置、左右位置な
どを選択できる。

【００１８】ここで、橋梁２４上を移動する走行車両に
よる橋梁のたわみは、両端が固定された単純梁のたわみ
の振動モードに置換えられ、１次から高次までの振動モ
ードの重ね合せになっており、フーリエ変換による振動
スペクトルとして、図４（ａ）に示すように、１次振動
数ω１、２次振動数ω２以下の振動数を、波形で表すこ
とができる。

【００１９】そして、応答がピークになる振動数ω１，
ω２，ω３・・・・が当初設計通りであるか、あるいは
後の追加工事や経年劣化によってどのように変化してい
るかどうかを知りたい場合、まず、一次振動モードが発
生しやすい位置に起振機１を位置させて加振すること
で、（ｂ）に示す１次振動数ω１をピークとする波形が
発生するが、２次振動数ω２は理論値に比べて低い値と
なる。

【００２０】次いで、加振位置を任意に変えて加振する
ことで、（ｃ）に示すように２次振動数ω２をピークと
する波形の存在も確認でき、２次振動モードも理論値と
同様であるか否かを実際の計測によって確認可能であ
る。同様にω３・・・以下の高次の振動モードも正確に
測定できる。

【００２１】また、加振位置を橋梁２４の幅方向に変え
て行うことで、橋梁のねじれ振動も計測可能となる。

【００２２】なお、上記実施の形態では、各種センサを
橋梁各部に配置したが、橋脚や地盤上に配置することも
できる。また、起振機１は、橋梁上ではなく、地盤上に
停止して当該地盤を起振することもできる。さらに起振
機１は、特定の周波数を強調した振動で起振することも
でき、例えば交通振動を模した起振による試験も可能で
ある。さらにまた、試験体として橋梁の振動試験を行っ
たが、橋脚、歩道橋、高架水槽、改良地盤、盛土、擁
壁、高層建築物等の振動試験を行うことができることは
いうまでもない。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明による自走式起振機を用いた振動試験方法あっては、
橋梁等の試験体の複数の位置での加振及びその計測を面
倒な盛換えを伴うことなく簡単に行え、また２次振動モ
ード以下の振動も再現できるため、正確な実測値を得る
ことができるほか、ねじれ振動などの実測値も得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は本発明方法が適用される自走
式起振機の加振時及び非加振時の形態を示す側面図であ
る。

【図２】図１のＡ部における加振手段の駆動原理を示す
説明図である。

【図３】同方法が適用される高架橋の側面図及び平面図
である。

【図４】（ａ）〜（ｃ）は橋梁の振動によるフーリエ振
動スペクトルの理論値と、実際の計測時における振動モ
ードを示すグラフである。

【符号の説明】

１自走式起振機２車体５昇降式バイブレータ（起振手段）２４橋梁（試験体）Ｘ橋軸方向Ｙ橋軸直交方向

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車体に起振手段を備えた自走式起振機を
用い、該起振機を試験体における所定の加振位置に移動
して停止させ、当該加振位置にて前記起振手段を駆動し
て前記試験体を加振し、該試験体の振動状況を計測した
後、前記起振機を他の加振位置に移動して停止させ、当
該他の加振位置にて前記起振手段を駆動して前記試験体
を加振し、該試験体の振動状況を計測することを特徴と
する自走式起振機を用いた振動試験方法。
【請求項２】前記試験体が橋梁であることを特徴とす
る請求項１に記載の自走式起振機を用いた振動試験方
法。
【請求項３】前記加振位置が橋梁の橋軸方向における
複数位置であることを特徴とする請求項２に記載の自走
式起振機を用いた振動試験方法。
【請求項４】前記加振位置が橋梁の橋軸直交方向にお
ける複数位置であることを特徴とする請求項２または３
に記載の自走式起振機を用いた振動試験方法。