溶接式光ファイバセンサが鉄筋コンクリート構造体のひずみを計測

マドリッド工科大学 (UPM) の高等技術学校の研究者グループは、 Juli á n Garc í a D í az 、 Nieves Navarro Cano 、 Edelmiro Rú a Allvarez各氏の指導の下で、コンクリートの亀裂を検出し、さまざまな負荷ステップを適用し鋼のひずみを計測する試験を実施。
このようにして、彼らは鉄筋コンクリートのビームが割れ始める正確な時期を決定した。

問題

マドリード工科大学 (UPM) の研究者のグループは、コンクリートだけでなく鋼の内部から構造の歪みを計測するという課題を与えられた。そのためには、最先端の溶接可能な光ファイバセンサとデータ記録技術が必要でした。

ソリューション

同大学チームは、光ファイバと温度センサ、変位変換器、データ収集( DAQ )システム QuantumX MX1615 、 FS22 データ収集器HBM (現在は HBK) のCatman Easyソフトウェアで構成される計測ソリューションを使用しました。このソリューションは、高精度で接続が容易で、現場作業に最適なサイズであることが証明されました。

結果

本試験は、 HBK製品を用いて実施され、本プロジェクトに光ファイバセンサが適合していることを実証したものであり、従来の材料強度の公式よりもコンクリート構造の挙動をより現実的に解析できた。

構造体内部のひずみ計測に最適な光ファイバセンサ

UPM チームは、赤外線サーモグラフィー、音響放射、デジタル画像補正( DIC )、超音波センサ、プラスチック光ファイバ、カーボンナノチューブセンサなどの従来の方法ではなく、 FBG (ファイバーブラッググ格子)に基づく溶接可能な光ファイバセンサを使用した。

「センサを鉄筋に溶接できるため、コンクリートだけでなく、鉄筋自体の計測により内部から構造の歪みを計測することができました」と、ビル建築技術革新の博士課程の学生 Juli á n Garc í a D í az 氏は述べ ています。

光ファイバセンサは、その特性、特に従来の電気ひずみゲージと比較した長寿命、過酷な条件下での長期信号安定性、同一ケーブルに複数のセンサを配置するオプション(多重化)、干渉からのイミュニティ( EMI/RFI )における優位性により選択されました。また、ケーブル長は計測プロセスには影響しません。これはすべて、コスト面での利点と、パフォーマンスと精度の向上につながります。

With the addition of fi光ファイバセンサを追加して、 Garc í a D í az 氏と彼のチームは、 QuantumX MX1615 データ収集システム、 FS22、FS22データ収集器および catman Easy ソフトウェアの多くの機能を活用しながら、 2 つの鉄筋コンクリートビームでテストを実施した (200x300x3000mm、300x500x3000 mm)。

計測システムの設定

The 計測システムは、光ファイバセンサ 2 個と温度センサ 1 個で構成されています(光ファイバセンサの感度を補正するため)。 16 チャンネル QuantumX MX1615 データ収集システムと 20 mm ポテンショメータ式変位センサに接続されたロードセル(精度 0.1% 、 MX1615Bアンプと互換性あり)。   データ取得システムは、 catman Easyソフトウェアがインストールされたコンピュータに接続されています。FS22 データ収集器もこのコンピュータに接続されています。

「博士論文の研究を開始して以来、 HBMに頼ってきましたが、現在は HBK製品に頼っています。その理由は、溶接可能なセンサを使用するオプションと、チームのサポート体制と専門性です。この研究では、HBK は正確で接続が容易で、現場作業に最適なサイズのシステムを提供しています。また、これで十分でない場合は、catman Easy ソフトウェアを介してコンピュータが結果を即座に受信します。」


お客様のビジネスでも同様のニーズがありませんか。また、HBKソリューションの詳細を知りたいとお考えですか  ご連絡ください。

光ファイバ計測は、重要な情報と洞察を提供します:微小亀裂が検出されました

その結果、肉眼では見えない微細な亀裂が光ファイバで検出されるようになり、コンクリートの挙動を分析して鋼の変形を判断できるようになりました。
この試験では、たとえば、鋼へのひずみが理論的計算で確立されたものよりも大きく、以前のラボ試験で示されたものよりもはるかに前に発生することが示されています。
これに付け加えて以下のように述べています:

「この結果は、従来の材料強度の公式よりもはるかに現実的な構造体の挙動を観察できたため、私の期待に応えてくれました」とGarc í a D í az氏は述べています。

これらの理由から、UPMの研究グループは今後の構造変形計測プロジェクトでも、 HBK 製品の利用を継続する予定です。

お客様情報:UPM 構造工学グループ

構造工学グループ は、マドリッド工科大学( UPM )高等土木工学部の連続メディア力学と構造論学部に属しています。

このグループは、土木工学科で構造研究科の基礎科目や上級科目の授業のほか、構造工学分野の研究プロジェクトも行っています。また、構造工学を土木工学の基礎として推進することに重点を置いており、公共部門と民間部門に専門的なサービスを提供しています。


HBMへのお問合せ HBMやHBMの製品について「もっと詳しく知りたい」、「わからないことがある」、「こんな製品を探している」などございましたら、お気軽に下記お問合せフォームでご連絡ください。