JP2017219369A - 加振装置、振動測定システム、振動測定方法および張力の計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 効率的で、安価で、かつ斜材（ケーブル）の振動を正しく測定することができる装置およびシステムを提供する。【解決手段】 この装置は、斜張橋に用いられる斜材を加振する加振装置であり、斜材が通される通路を有するフレーム部材３０と、フレーム部材３０の両端に設けられ、通路に連続する開口の中心に向けて突出し、通路に通された斜材の上側の外表面に当接して、フレーム部材３０を斜材に支持する支持手段３１と、通路に斜材が通されたフレーム部材３０の斜材の下部に位置し、フレーム部材３０に取り付けられた振動発生手段３２とを含む。この加振装置は、斜材の長さ方向へ走行可能な、斜材の振動を測定する振動測定装置により牽引される。【選択図】 図２

Description

本発明は、斜張橋に用いられる斜材を加振する装置、その装置を備えた振動測定システム、振動測定方法および張力の計測方法に関する。

橋の形式には、塔と橋桁とを斜材（ケーブル）で斜めに繋ぎ支える構造の斜張橋がある。この斜張橋は、ケーブルの張力によって人や車両等が通行する橋桁を支えており、その施工管理において、ケーブルの外観調査や張力測定等が実施される。

ケーブルの張力測定には、ケーブルの固有振動数や減衰定数を測定し、その測定結果を基に張力を求める、いわゆる振動法が一般的に用いられている。振動数は、ケーブルに強制的に振動を与え、その振動波形を加速度計等の振動測定装置で測定し、フーリエ解析を行うことで求め、張力は、その振動数から既知の計算式を使用して求めている。

従来、高所作業車でロープを括り付け、数人の作業員でロープを引っ張る等して、ケーブルに強制振動を与えているが、これでは、多くの人員、高所作業車が必要で、高所作業車を設置するために広い作業範囲を確保しなければならない。

そこで、高所作業車を不要とし、省人化を図りつつ、ケーブルに振動を与え、ケーブルの制振装置の性能試験等を行うことができる装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１１８９６４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の装置では、２つの回転振動発生体を設置しなければ特定の方向に振動させることができず、安価で提供することができないという問題があった。

また、振動を測定するために、上記特許文献１に記載の装置に振動測定装置を取り付けることができるが、振動発生手段が発生させた振動を直接測定することになるため、ケーブルの振動を正しく測定することができないという問題もあった。

そこで、効率的で、安価で、かつケーブルの振動を正しく測定することができる装置およびシステムの提供が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑み、斜張橋に用いられる斜材（ケーブル）を加振する加振装置であって、斜材が通される通路を有するフレーム部材と、フレーム部材の両端に設けられ、通路に連続する開口の中心に向けて突出し、通路に通された斜材の上側の外表面に当接して、フレーム部材を斜材に支持する支持手段と、通路に斜材が通されたフレーム部材の斜材の下部に位置し、該フレーム部材に取り付けられた振動発生手段とを含み、斜材の長さ方向へ走行可能な、該斜材の振動を測定する振動測定装置により牽引される、加振装置が提供される。

本発明によれば、効率的で、安価で、かつケーブルの振動を正しく測定することができる。

振動測定システムの構成例を示した図。 加振装置の構成例を示した図。 加振装置が備える振動発生手段の構成例を示した図。 振動測定装置の１つの構成例を示した図。 加振および振動測定を行う位置について説明する図。 振動測定システムにより実行される振動測定の流れを示したフローチャート。 測定結果から張力を算出する処理の流れを示したフローチャート。 振動測定装置の別の構成例を示した図。 図８に示す振動測定装置が備える振動測定手段の構成例を示した図。 振動測定装置のさらに別の構成例を示した図。

図１は、振動測定システムの構成例を示した図である。この振動測定システムは、斜張橋に用いられるケーブルの振動を測定するシステムで、加振装置と、振動測定装置とを含んで構成される。振動測定システムは、これらに加えて、測定結果からケーブルの張力等を算出する情報処理装置を含むことができる。以下、振動測定システムは、情報処理装置も含むものとして説明する。

斜張橋１０は、川や海の底に基礎が構築され、その基礎の上に、鋼や鉄筋コンクリート(RC)により主塔１１が構築され、その主塔１１から斜め方向へ張られたケーブル１２により主桁（橋桁）１３を直接支える構造の橋である。主塔１１は、一般的には２本であることが多いが、１本や３本以上の場合もある。図１では、主塔１１が１本のみ示されている。なお、主塔１１には、圧縮力が作用する。主桁１３は、人や車両が通行する部分である。

ケーブル１２は、主塔１１と主桁１３とを繋ぎ、主桁１３を支える。ケーブル１２は、主塔１１を挟んで左右に張られ、左右にかかる力のバランスをとり、また、本数を多くすることにより、ケーブル一本あたりに作用する力を小さくしている。

ケーブル１２としては、複数本のPC鋼線から構成されるPC鋼より線の周囲をポリエチレン等の樹脂で被覆したものを用いることができる。ケーブル１２は、これに限られるものではなく、ポリエチレン等の樹脂で作製された保護管内にPC鋼より線を入れ、その間をグラウト等の充填材で充填したものであってもよい。

加振装置２０は、ケーブル１２の長さ方向の任意の位置で、振動を発生し、その発生した振動をケーブル１２に与え、ケーブル１２を加振する装置である。加振装置２０を設けず、自然風によりケーブルに振動を発生させてもよいが、自然風では、ケーブルの１点に集中して振動を与えることができないため、振動波形が数多くの山からなる高次モードの固有振動数しか得ることができない。しかしながら、加振装置２０を用いることで、ケーブルの中央位置に振動を与えれば、一次モードの固有振動数、ケーブルの長さの１／３の位置に振動を与えれば、二次モードの固有振動数といった任意のモードの固有振動数を得ることができる。

振動測定装置２１は、ケーブル１２の長さ方向へ走行可能とされており、加振装置２０を牽引し、所定の測定位置まで自走または牽引することにより移動させることができる。振動測定装置２１は、加速度計等のケーブル１２の振動を測定することができる手段を備え、加振装置２０が発生させたケーブル１２の振動を測定する。振動測定装置２１は、測定時、ケーブル１２に動かないように固定される。振動測定装置２１は、測定結果を、図示しない検証装置へ有線または無線により送信する。

加振装置２０と振動測定装置２１とは、ロープ等の牽引部材２２により連結され、振動測定装置２１は、加振装置２０を牽引し、加振装置２０を所定の位置に移動させる。ちなみに、加振装置と振動測定装置を１つの装置とした場合、加振のノイズを振動測定装置が拾うことから、正確な振動を測定することができない。このため、本発明では、加振装置２０と振動測定装置２１とを分離し、牽引部材２２で連結した構成にしている。このような構成は、そのほか、加振によって急勾配でもずり落ちることや振動測定装置の故障を防ぐことができ、安全性を高めることができる。なお、加振の影響を最小限にするため、牽引部材２２は、振動を伝達しない素材が好ましく、例えば複数のバネやゴム等の弾性部材を用いることができる。

情報処理装置２３は、PC等のコンピュータとされ、振動測定装置２１から測定結果を受信し、その測定結果からケーブル１２の張力等を求め、その張力等が設計時の張力等と比較して低下しているかどうかを検証する。このため、情報処理装置２３は、通信I/Fといった受信手段と、張力等を算出するためのCPUおよびメモリ等の計算手段とを備える。斜張橋１０の架設時には、張力等が設計値を満足するように調整が行われる。このため、情報処理装置２３は、設計値から変動があるかどうかを判定し、変動している場合、どの程度変動しているかを求める。作業者は、その変動の有無、割合に応じて、対策の有無を判断することができる。

振動測定装置２１は、自走式または牽引式の装置であるため、ケーブル１２の長さ方向の任意の位置へ移動し、その位置で停止して固定することで、牽引される加振装置２０が任意の位置に振動を与え、ケーブル１２を加振し、振動測定装置２１がケーブル１２の振動を測定することができる。

図２を参照して、加振装置２０の構成について説明する。加振装置２０は、図２（ａ）に示すように、ケーブル１２が通される通路を有するフレーム部材３０を含む。フレーム部材３０は、例えば、アルミニウム製の角管３０ａを複数本用い、角管３０ａに嵌合される突出部が三方向に延びる三方向ジョイント３０ｂにより連結したものとすることができる。材質は、プラスチックや鋼であってもよいが、軽量で、一定以上の強度を有し、耐食性を有する点で、上記のアルミニウムが望ましい。

角管３０ａは、断面が略矩形で、内部が中空とされている。三方向ジョイント３０ｂは、互いに垂直なx軸、y軸、z軸という三方向の軸に突出部が延びる角管用の連結部材で、突出部は、例えば、先端にいくにつれてわずかにテーパが形成され、角管３０ａの中空の内部に押し込まれることにより断面の大きい末端が角管３０ａの内面に強く密着して、強い締結力を生じさせるものとすることができる。これは一例であるので、一定の締結力が得られるものであれば、このような構造に限定されるものではない。

また、フレーム部材３０は、各端につき、図２（ｂ）に示すケーブル１２が通る開口を形成する４本の角管３０ａのうちの対向する２本を２つに切断し、１８０°異なる方向へ突出部が延びる二方向ジョイントを用いて連結する構造とすることができる。このような構造とすることで、フレーム部材３０を２つに分離し、フレーム部材３０の内部をケーブル１２が通るように取り付けることができる。

ここでは、角管３０ａと三方向ジョイント３０ｂを用いる例を挙げたが、これらの部材に限定されるものではなく、円管と、突出部が円筒状の三方向ジョイントとを用いる構成、４枚の矩形の板のみを用い、それらを接合して両端に開口を有する箱状の構成等としてもよい。

加振装置２０は、図２（ａ）に示すようにフレーム部材３０の両端に設けられ、図２（ｂ）に示すようにフレーム部材３０に形成された通路に連続する開口の中心に向けて突出し、通路に通されたケーブル１２の上側の外表面に当接して、フレーム部材３０をケーブル１２に支持する支持手段３１を含む。支持手段３１は、フレーム部材３０をケーブル１２に支持することができればいかなるものであってもよく、例えば、支点ローラを用いることができる。支点ローラは、フレーム部材３０の各端のケーブル１２が通る開口を形成する４本の角管３０ａのうち、ケーブル１２の上側の外表面に対向する２本の角管から該外表面に向けて突出し、回転軸３１ｂを挿通させる穴を有する支持部材３１ａと、回転軸３１ｂを有するローラ３１ｃとから構成することができる。これは一例であるので、これ以外の構成であってもよい。

フレーム部材３０の各端に２つの支点ローラが設けられ、それら４つの支点ローラでケーブル１２の上側に載せるようにして、フレーム部材３０を支持することができる。なお、支点ローラのケーブル１２との接触部分は、ケーブル１２の外表面と当接し、フレーム部材３０をケーブル１２に支持することから、密着性が良好で、その外表面との摩擦抵抗が大きいほうが望ましい。このため、接触部分は、天然ゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム等の弾性部材から形成することができる。

加振装置２０は、さらに、フレーム部材３０に形成された通路にケーブル１２が通されたフレーム部材３０の、ケーブル１２の下部に位置し、フレーム部材３０に取り付けられた振動発生手段３２を含む。振動発生手段３２は、振動を発生させることができる装置であればいかなる装置であってもよい。振動発生手段３２は、ケーブル１２の真下に位置し、フレーム部材３０を構成する角管３０ａに、必要に応じて台座３３を設け、その台座３３上に設置することができる。

支点ローラを、ケーブル１２の上側に当接するもののみとすることで、下側が押さえられていないので、その周方向への回転が可能になるが、振動発生手段３２が１つでも、ケーブル１２の左右の方向への振動を抑制し、ケーブル１２を適切に鉛直方向へ振動させることができる。また、振動発生手段３２をケーブル１２の下部の位置に取り付けることで、振動発生手段３２が錘の役割を果たし、フレーム部材３０のケーブル１２の周方向への回転を抑止することができる。

なお、ケーブル１２に振動が発生し、フレーム部材３０がケーブル１２の周方向に回転しても、上側の支点ローラでケーブル１２に支持できるようにするため、ケーブル１２の下側にも、ケーブル１２に当接はしないが、近隣した位置にまで延びる２つの支点ローラ等を設けることができる。これは一例であり、周方向への回転は許容するが、支点ローラにより支持できるものであれば、これ以外の構成や構造であってもよい。また、支点ローラも、２つに限られるものではなく、３つ以上であってもよい。

図３を参照して、加振装置２０に用いられる振動発生手段３２について説明する。図３（ａ）は、振動発生手段３２の正面図で、図３（ｂ）は、側面図である。振動発生手段３２は、モータ４０と、モータ４０により回転する回転軸４１と、回転軸４１に対して重心を偏らせて取り付けた錘４２とを含むことができる。図３に示す例では、錘４２は、２つの底面が三角形の三角柱とされ、その三角形の重心からずれた、１つの頂点に近隣する位置を貫通するように回転軸４１が挿設され、回転軸４１に固定されたものとなっている。

モータ４０は、蓄電池等から供給される電気エネルギーを回転エネルギーに変換し、その回転エネルギーを回転軸４１に与える。回転軸４１は、与えられた回転エネルギーにより一定方向に回転する。このため、モータ４０に供給する電気エネルギーの量を調整することで、出力する回転エネルギーを調整し、回転軸４１の回転数を変化させることができる。

回転軸４１には、錘４２が取り付けられ、その重心の位置が回転軸４１からずれているため、回転軸４１の回転により重心がある方向に引っ張られ、その結果、振動が発生する。ここでは、振動発生手段３２として、モータ４０、回転軸４１、錘４２を用いて構成したものを例示したが、振動を発生させることができればいかなる構成のものでも用いることができる。

振動発生手段３２は、通信I/Fを備えた制御回路を含むことができ、情報処理装置２３から上記の電気エネルギーの供給量、具体的には印加する電圧を指示し、制御回路がモータ４０に印加する電圧をその指示された電圧に制御することで、回転数を変化させることができる。この回転数の変化により、振動数を変えることができる。なお、ここでは、印加する電圧を制御するものとして説明したが、供給する電流量を制御してもよい。

次に、図４を参照して、振動測定装置２１の構成について説明する。振動測定装置２１も、加振装置２０と同様、フレーム部材５０と、支持手段５１とを備えることができる。ただし、支持手段５１は、ケーブル１２の上側だけではなく、下側にも設けられ、ケーブル１２の周方向の四方から当接し、ケーブル１２に動かないように固定することが可能な構成とされる。ケーブル１２の振動を高い精度で測定することができなくなるためである。また、支持手段５１は、支点ローラを回転駆動させるモータ５２を備え、走行支持手段として機能し、モータ５２により自動走行させることができる。

また、振動測定装置２１は、加振装置２０と同様、２つに分離可能とされ、フレーム部材５０の内部をケーブル１２が通るように取り付けることができる。

振動測定装置２１は、振動測定手段５３を備え、振動測定手段５３として、加速度計を用いることができる。加速度計としては、圧電式、動電式、歪みゲージ式、半導体式のいずれの方式の加速度計でも用いることができる。なお、振動測定手段５３は、加速度計に限定されるものではなく、速度を測定する速度計、変位を測定する変位計を用いてもよい。 振動測定手段５３として加速度計を用いる場合、ケーブル１２が上下等に振動する際の加速度の波形が測定結果として得られる。振動測定装置２１は、通信I/Fを含む制御回路を備え、制御回路が、通信I/Fを使用し、情報処理装置２３に測定結果を送信することができる。また、制御回路は、情報処理装置２３からモータ５２への指示を受信し、モータ５２の起動や停止、回転数を変更する制御を行うことができる。

図５を参照して、加振し、振動測定を行う位置について説明する。１本のケーブル１２について一次モードから六次モード程度の固有振動数を測定するため、一次モードでは、図５（ａ）に示すケーブル１２の中央の位置Aに、二次モードでは、図５（ｂ）に示すケーブル１２を均等に３つに分けたときの位置B、Cに振動測定システムを配置し、振動を発生させ、ケーブル１２を加振して、ケーブル１２の振動を測定することができる。加振する位置を位置A〜Cの位置にするため、位置A〜Cに加振装置２０を配置することができる。

三次以上のn次モードでも、同様にして、ケーブル１２を均等にn+1に分けたときの各位置に振動測定システムを配置し、振動を発生させ、ケーブル１２の振動を測定することができる。高次モードでは、振動が小さいため、加振する位置と振動を測定する位置とが近いと、ノイズの影響を受けやすい。このため、加振装置２０と振動測定装置２１とを繋ぐ牽引部材２２の長さを変え、それぞれを振動の節の位置に配置し、加振および振動測定を行うことができる。

情報処理装置２３は、測定結果として、加速度波形を受信するが、この加速度波形は、複雑な波形である。この複雑な波形は、周波数が異なる単調な正弦波に分解し、各周波数がどのくらい含まれているかを評価し、最も多いピーク周波数を、ケーブル１２の固有振動数として抽出することができる。この固有振動数を求めるために、高速フーリエ変換FFTを用いることができる。

ケーブル１２の張力は、求めた固有振動数から既知の実用算定式やカーブフィッティング法を使用して算出することができる。実用算定式の詳細については、頭井洋、新家徹、濱崎義弘、「振動法によるケーブル張力実用算定式の補正」、土木学会論文集No.525/I-33, pp.351-354, 1995.10を参照されたい。カーブフィッティング法の詳細については、山極伊知郎、宇津野秀夫、杉井謙一、本田祐嗣、「ケーブル張力と曲げ剛性の同時推定法」、神戸製鋼技報/Vol.49, No.2, pp.12-15, 1999.9を参照されたい。

例えば、カーブフィッティング法について簡単に説明すると、ケーブル１２のような軸力の作用する一次元部材の撓みに関する運動方程式を、境界条件を基に振動数方程式に展開して解くと、以下の関係式を得ることができる。

上記式１は、ケーブル１２の定着構造が、両端単純支持の境界条件の場合の関係式で、上記式２は、両端完全固定の境界条件の場合の関係式である。上記式１〜式３中、Tはケーブル１２の張力(kN)、EIはケーブル１２の曲げ剛性(kN・m²)、f_nはn次の固有振動数(Hz)、nはモードの次数を表す。また、ρはケーブル１２の密度(kg/m³)、Aはケーブル１２の断面積(m²)、Lはケーブル１２の長さ(m)、ωは角固有振動数(rad/s)を表す。

高速フーリエ変換FFTにより算出された固有振動数と、測定したモードの次数との関係は、各算出した点を滑らかに繋ぎ、近似曲線を求めることができる。この近似曲線を求める手法はカーブフィッティングと呼ばれる。このカーブフィッティングにより、上記式１や式２の曲げ剛性項と張力項の係数を算出することができ、その係数から、張力Tと曲げ剛性EIを算出することができる。

ただし、境界条件が両端固定の場合は、上記式２に示すように、曲げ剛性EIと張力Tの関数であるφ/πの項が含まれることから、収束計算を行う必要がある。

以上のようにして、張力Tおよび曲げ剛性EIを算出し、初期値と比較し、変動があるかどうかを判定し、変動がある場合にはどの程度変動しているかを求めることができる。そして、その変動量に応じて、対策の有無を判定することができる。

図１に示す振動測定システムを使用したケーブル１２の振動測定の流れを、図６を参照して説明し、測定結果から張力を算出する処理の流れを、図７を参照して説明する。振動測定は、ステップ６００から開始し、ステップ６０５で、測定対象のケーブル１２に振動測定装置２１および加振装置２０を取り付け、振動測定装置２１と加振装置２０とをロープ等の牽引部材により連結する。牽引部材は、加振装置２０の振動が振動測定装置２１に直接伝達しない容易に変形する部材、可撓性を有する部材であることが好ましい。

振動測定装置２１および加振装置２０はそれぞれ、２つに分離可能とされ、分離された２つを繋ぎ合わせることで、フレーム部材３０、５０内にケーブル１２を通し、支持手段３１、５１によりケーブル１２に支持させることができる。

ステップ６１０では、振動測定装置２１を、ケーブル１２の長さ方向に移動させ、振動測定装置２１に牽引されて、所定の位置に加振装置２０を移動させる。一次モードの固有振動数を測定する場合は、ケーブル１２の中央位置に加振装置２０を移動させる。振動測定装置２１は、支点ローラによってケーブル１２の周囲を四方から挟み込むことで、傾斜するケーブル１２を滑り落ちないように支持するとともに、支点ローラを回転させ、フレーム部材５０を前進させることにより所望の位置に移動させる。

ステップ６１５では、加振装置２０によりケーブル１２に振動を与えて、ケーブル１２を加振する。ステップ６２０では、振動測定装置２１によりケーブル１２の振動を測定し、ステップ６２５では、情報処理装置２３にその測定結果を送信する。ステップ６３０では、測定を終了するかを判断する。一次モードでは１つの点のみの測定であるため、これで測定を終了する。二次以上のモードでは２以上の点で測定する必要があるため、ステップ６１０へ戻り、次の点へ各装置を移動させる。そして、測定すべき点に移動させ、すべて測定したところで、ステップ６３５へ進み、測定を終了する。このようにして、複数の点に移動させ、加振し、測定を行うことができるので、振動測定を短時間で行うことができる。

張力算出処理は、ステップ７００から開始し、ステップ７０５では、測定結果を受信し、取得する。測定結果は、加速度波形である。ステップ７１０では、高速フーリエ変換FFTにより、いくつかの周波数、振幅をもつ正弦波に分解し、それを周波数に対する振幅として表したスペクトル波形においてピークとして現れる周波数（ピーク周波数）を固有振動数として抽出する。

ステップ７１５では、各次元のモードにつき抽出した固有振動数のカーブフィッティングにより、曲げ剛性項と張力項の係数を算出する。ステップ７２０では、上記式１と算出した係数を用いて、曲げ剛性と張力の初期値を算出する。また、ステップ７２５において、上記式３を用いて、φの初期値を算出する。

ステップ７３０では、算出したφを、上記式２の(n-φ/π)の項に代入し、カーブフィッティングにより、曲げ剛性と張力を算出する。ステップ７３５では、曲げ剛性と張力の収束判定を行う。例えば、先に算出した値からの変化量が十分に小さくなったかどうかにより、収束したかどうかを判定することができる。具体的には、閾値を設け、変化量がその閾値より小さくなったかどうかにより、収束したかを判定することができる。ステップ７３５で収束していないと判定した場合、ステップ７２５に戻り、収束したと判定した場合、ステップ７４０へ進む。

ステップ７４０では、曲げ剛性と張力を、算出した値として同定し、ステップ７４５で、設計張力等と比較し、変動の有無等を判定し、張力を評価し、ステップ７５０でこの処理を終了する。変動がなければ、架設時と同じ状態であるため、特に補修等の対策をとる必要がない。これに対し、変動がある場合、どの程度変動しているかを求める。その変動量に応じて、補修を行う等の対応をとることができる。

振動測定装置２１は、図４に示す構成に限られるものではなく、例えば、図８に示すような構成とすることもできる。図８（ａ）は、ケーブル１２の長さ方向に垂直な方向から見た側面図で、図８（ｂ）は、ケーブル１２の長さ方向に向けて見た正面図である。振動測定装置２１は、図４と同様、フレーム部材５０、支持手段５１、駆動手段であるモータ５２、振動測定手段５３を備える。図８に示す例では、支持手段５１が、第１の支持手段５１ａと、第２の支持手段５１ｂとから構成されている。第１の支持手段５１ａは、上側のフレーム部材５０の両端に２つずつの計４つ設けられ、駆動ローラ５４と、駆動ローラ５４を回転駆動させるモータ５２と、駆動ローラ５４およびモータ５２を支持する支持部材５５とから構成されている。

第２の支持手段５１ｂは、下側のフレーム部材５０の両端に１つずつの計２つ設けられ、従動ローラ５６と、従動ローラ５６を支持する支持部材５７と、スライド移動付勢機構５８とから構成されている。支持部材５７は、スライド移動付勢機構５８を介して、下側のフレーム部材５０に取り付けられている。

スライド移動付勢機構５８は、付勢手段として、例えばバネを有し、支持部材５７を上下に移動させることを可能にし、また、支持部材５７上の従動ローラ５６を、上部のケーブル１２に向けて押し付け、上側の駆動ローラ５４とともに挟み込む形で、ケーブル１２に振動測定装置２１を支持させることが可能となっている。このスライド移動付勢機構５８を備えることで、ケーブル１２の接地圧向上に貢献し、第１の支持手段５１ａの駆動力を向上させることができる。

また、振動測定手段５３が、２つの第２の支持手段５１ｂのうちの一方の支持部材５７に取り付けられ、ケーブル１２の外表面に当接する当接部材と、当接部材と一体に設けられた振動検出器と、当接部材をケーブル１２に対し、当接、非当接の状態を切り替える切替手段とを含んで構成されている。

図９を参照して、振動測定手段５３について詳細に説明する。振動測定手段５３は、当接部材としてのブレーキパッド６０と、振動検出器としての振動センサ６１と、バネ６２と、リンクプレート６３と、切替手段としての切替モータ６４と、クランク部６５と、リンク６６〜６８とを含んで構成される。

ブレーキパッド６０は、ケーブル１２の振動を測定する際、ケーブル１２に当接し、振動測定装置２１が動かないように固定するための部材である。振動センサ６１は、加速度計等の振動を測定するためのセンサで、ブレーキパッド６０と一体に取り付けられている。

ブレーキパッド６０は、バネ６２を介してリンクプレート６３に取り付けられ、上下方向への移動を可能にするとともに、バネ６２によりケーブル１２に向けて押し付けた状態で維持することも可能になっている。ブレーキパッド６０は、ケーブル１２の長さ方向に対して垂直方向に延びる軸と、その軸の両端に拡径したヘッド部６０ａとを備え、軸が、リンクプレート６３に設けられた長穴６３ａを挿通している。このため、ブレーキパッド６０は、上下方向への移動に制限はあるが、移動を可能にし、また、当該垂直方向への移動もわずかではあるが、可能になっている。

リンクプレート６３は、平行に配置されたリンク６７、６８を介して支持部材５７と接続され、リンク６７、６８が揺動することにより、リンクプレート６３が支持部材５７に対して平行、すなわち上下方向に動くことができるように構成されている。リンク６７は、リンク６６を介して切替モータ６４の駆動軸に取り付けられたクランク部６５と接続され、切替手段としての切替モータ６４が回転することにより、クランク部６５とリンク６６により、リンク６７が揺動するように構成されている。

切替モータ６４の回転を制御することで、リンクプレート６３を上下動させることができ、振動センサ６１が一体に取り付けられたブレーキパッド６０を、図９（ｂ）に示すケーブル１２に押し当てた状態（当接状態）と、図９（ａ）に示すケーブル１２から離間した状態（非当接状態）とに切り替えることができる。

このようにブレーキパッド６０を当接状態と非当接状態に切り替える構成を採用することで、ケーブル１２の径の大小によらず、ブレーキパッド６０がケーブル１２の表面と接触することを防止して、振動測定装置２１を移動させることができる。また、ブレーキパッド６０をケーブル１２の表面に押し当て、測定位置で確実に振動測定装置２１をケーブル１２に固定することができる。

また、ブレーキパッド６０が、リンクプレート６３からバネ６２を介して支持され、上記の垂直方向にも多少の移動が可能なような隙間が設けられるため、振動測定装置２１がケーブル１２の周方向に振動しても、その振動がブレーキパッド６０と一体に取り付けられた振動センサ６１に伝達しない。このため、ノイズの少ない正確な振動測定が可能となる。

さらに、ブレーキパッド６０をケーブル１２に押し当てることにより、振動測定装置２１をその位置に停止させ、固定することができるので、測定時にモータ５２に電圧を印加してトルクを発生させる必要がなく、その分の消費電力を削減することができる。

このような構成の振動測定装置２１と上記の加振装置２０とを組み合わせた振動測定システムを用いることで、ケーブル１２の任意の位置で、効率的な振動特性の調査が可能となる。

振動測定装置２１は、ブレーキパッド６０が接する部分の劣化等を確認するための、図１０に示すような撮像手段７０を備えることができる。ブレーキパッド６０に劣化やケーブル１２の表面に汚れ等があると、ブレーキがきかず、正確な振動測定を行うことができないからである。撮像手段７０は、ケーブル１２に平行に配置される４本の角管５０ａのそれぞれに、ケーブル１２に対向して取り付けることができる。また、撮像手段７０とともに、撮像手段７０に近隣して光源７１を設けることができる。なお、撮像手段７０および光源７１は、ケーブル１２の汚れだけではなく、劣化状況等を調査する目的でも使用することができる。

図１０に示す例では、４つの撮像手段７０と４つの光源７１が設けられ、ケーブル１２の周方向の略９０°の範囲を１つの撮像手段７０と１つの光源７１を用いて撮像し、これにより、周方向全体を撮像することができる。なお、図１０では、角管５０ａに２つの撮像手段７０、光源７１が隠れている。

ケーブル１２の任意の長さ方向の位置で周方向全体を撮像した後、一定距離移動させ、次の位置で周方向全体を撮像するという作業を繰り返すことで、ケーブル１２全体を撮像し、ケーブル１２の劣化状況等を調査することができる。

撮像は、光源７１からケーブル１２の表面に向けて光を照射し、撮像手段７０でその表面を撮像することにより実施することができる。

光源７１としては、電球、蛍光灯、LED(Light Emitting Diode)ライト等を用いることができる。なお、光源７１は、低消費電力、長寿命、小型という点で、LEDライトが好ましい。光源７１は、フレーム部材５０が４枚の板により形成される場合は必須のものであるが、角管３０ａおよび三方向ジョイント３０ｂを用いて形成されるものの場合、外部からの光でその外表面の様子は分かるので省略してもよい。しかしながら、明るい方がその様子がはっきり分かることから、光源７１を備えるほうが望ましい。

撮像手段７０としては、フォトダイオードを用いるCCD(Charge Coupled Device)イメージセンサやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサが搭載されたカメラを用いることができる。撮像手段７０は、撮像した画像を記録するための記憶装置と、検証装置へ有線または無線により送信するための通信I/Fを含む制御回路を備えることができる。

図１０では、４つの撮像手段７０と４つの光源７１とを備える構成を示したが、ケーブル１２の周方向全体を適切に撮像することができれば、３つ以下であってもよい。また、点検の精度を高めるべく、５つ以上の撮像手段および光源を設けることも可能である。そのほか、ケーブル１２の周方向へ一回転できるように、レール部材等を使用して撮像手段および光源を移動可能な構成にすることで、撮像手段および光源の数をそれぞれ１つのみとすることも可能である。

このような撮像手段７０を備えた振動測定装置２１を用いることで、ケーブル１２の外観調査を振動特性調査と同時に、かつ容易に実施することができ、作業の効率化を図ることができる。また、加振装置２０を用いることで、任意の位置で、自動で加振することができるため、作業員の人数を減らすことができる。モータの回転数を操作することで、振動の周期を変えることができ、各次元のモードに応じた加振を実施することができる。また、高所作業車を使用することなく、任意の位置へ移動させることができるため、高所作業者のための作業スペースを確保する必要がなくなり、交通規制を行う必要がなくなる。

これまで本発明の加振装置、振動測定システムおよび振動測定方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…斜張橋、１１…主塔、１２…ケーブル、１３…主桁、２０…加振装置、２１…振動測定装置、２２…牽引部材、２３…情報処理装置、３０…フレーム部材、３０ａ…角管、３０ｂ…三方向ジョイント、３１…支持手段、３１ａ…支持部材、３１ｂ…回転軸、３１ｃ…ローラ、３２…振動発生手段、３３…台座、４０…モータ、４１…回転軸、４２…錘、５０…フレーム部材、５１…支持手段、５１ａ…第１の支持手段、５１ｂ…第２の支持手段、５２…モータ、５３…振動測定手段、５４…駆動ローラ、５５…支持部材、５６…従動ローラ、５７…支持部材、５８…スライド移動付勢機構、６０…ブレーキパッド、６０ａ…ヘッド部、６１…振動センサ、６２…バネ、６３…リンクプレート、６３ａ…長穴、６４…切替モータ、６５…クランク部、６６〜６８…リンク、７０…撮像手段、７１…光源

Claims (10)

1. 斜張橋に用いられる斜材を加振する加振装置であって、
   前記斜材が通される通路を有するフレーム部材と、
   前記フレーム部材の両端に設けられ、前記通路に連続する開口の中心に向けて突出し、前記通路に通された前記斜材の上側の外表面に当接して、前記フレーム部材を前記斜材に支持する支持手段と、
   前記通路に前記斜材が通された前記フレーム部材の該斜材の下部に位置し、該フレーム部材に取り付けられた振動発生手段とを含み、
   前記斜材の長さ方向へ走行可能な、該斜材の振動を測定する振動測定装置により牽引される、加振装置。
2. 前記支持手段は、前記斜材に当接するローラと、前記ローラを回転可能に支持し、前記フレーム部材に固定される支持部材とを含み、前記フレーム部材の両端に少なくとも２つずつ設けられる、請求項１に記載の加振装置。
3. 前記振動発生手段は、回転軸と、前記回転軸を一定方向に回転させるモータと、前記回転軸に対して重心を偏らせて取り付けた錘とを含む、請求項１または２に記載の加振装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の加振装置と、前記加振装置を牽引し、該加振装置により加振され、発生した斜材の振動を測定する振動測定装置とを含む、振動測定システム。
5. 前記振動測定装置は、前記斜材が通される通路を有するフレーム部材と、前記フレーム部材の両端に設けられ、前記通路に連続する開口の中心に向けて突出し、前記通路に通された前記斜材の外表面に当接して、前記フレーム部材を前記斜材に支持するとともに、前記斜材の長さ方向へ移動することが可能な走行支持手段と、前記斜材の振動を測定する振動測定手段とを備え、
   前記振動測定手段が、前記斜材に当接する当接部材と、前記当接部材と一体に設けられた振動検出器と、前記当接部材を前記斜材に当接または離間させるように切り替える切替手段とを含む、請求項４に記載の振動測定システム。
6. 前記振動測定装置は、前記斜材に対向して設けられ、前記走行支持手段もしくは前記斜材の外表面またはその両方を撮像する撮像手段を含む、請求項５に振動測定システム。
7. 前記振動測定装置は、前記撮像手段に近隣して設けられ、前記撮像手段が撮像する範囲に光を照射するための光源を含む、請求項６に記載の振動測定システム。
8. 前記振動測定装置から測定結果を受信する受信手段と、受信手段により受信された前記測定結果から前記斜材の振動数を算出し、算出した振動数から該斜材に作用する張力を算出する計算手段とを含む情報処理装置をさらに含む、請求項４〜７のいずれか１項に記載の振動測定システム。
9. 斜張橋に用いられる斜材を加振し、該斜材の振動を測定する振動測定方法であって、
   前記斜材が通される通路を有するフレーム部材と、前記フレーム部材の両端に設けられ、前記通路に連続する開口の中心に向けて突出し、前記通路に通された前記斜材の上側の外表面に当接して、前記フレーム部材を前記斜材に支持する支持手段と、前記通路に前記斜材が通された前記フレーム部材の該斜材の下部に位置し、該フレーム部材に取り付けられた振動発生手段とを含む加振装置と、前記斜材の長さ方向へ走行可能な、該斜材の振動を測定する振動測定装置とを、該斜材に取り付ける段階と、
   前記振動測定装置により前記加振装置を牽引し、前記斜材の長さ方向の所定の位置に移動させる段階と、
   前記加振装置により前記斜材を加振する段階と、
   前記振動測定装置により前記斜材の振動を測定する段階とを含む、振動測定方法。
10. 斜張橋に用いられる斜材を加振し、該斜材の振動を測定し、測定結果から該斜材の張力を計測する方法であって、
    前記斜材が通される通路を有するフレーム部材と、前記フレーム部材の両端に設けられ、前記通路に連続する開口の中心に向けて突出し、前記通路に通された前記斜材の上側の外表面に当接して、前記フレーム部材を前記斜材に支持する支持手段と、前記通路に前記斜材が通された前記フレーム部材の該斜材の下部に位置し、該フレーム部材に取り付けられた振動発生手段とを含む加振装置と、前記斜材の長さ方向へ走行可能な、該斜材の振動を測定する振動測定装置とを、該斜材に取り付ける段階と、
    前記振動測定装置により前記加振装置を牽引し、前記斜材の長さ方向の所定の位置に移動させる段階と、
    前記加振装置により前記斜材を加振する段階と、
    前記振動測定装置により前記斜材の振動を測定する段階と、
    前記移動させる段階と前記加振する段階と前記測定する段階とを繰り返し、前記斜材の長さ方向の複数の位置における振動を測定する段階と、
    前記振動測定装置から情報処理装置へ前記複数の位置における測定結果を送信する段階と、
    前記情報処理装置が前記複数の位置における測定結果を用い、所定の関数に適用して収束計算を行うことにより前記斜材の張力を計算する段階とを含む、張力の計測方法。