耐衝撃性に優れたコンクリートビームの開発

マドリード工科大学(UPM)土木工学部の構造工学グループは、コンクリート構造物が岩石の落下にさらされたときの耐久性の検証を行う、コンクリートビームの耐衝撃性分析を実施しました。

Sánchez教授をリーダーとする構造工学グループは、構造物研究所の自由落下試験機を使用してビームの衝撃試験を実施しました。Servosis社によって開発されたこのマシンは、最高精度で力を検出できるHBMの ワッシャ型圧電式力センサCFW  のモデルCFW-190およびCFW-700を装備しています。鉄筋コンクリートビームは、衝撃時のエネルギー吸収能力が、非常に小さいため、せん断荷重下で破損する傾向があります。したがって、金属繊維補強材を用いたコンクリートビームを用いて耐久性向上の可能性を検証する試験を行いました。

問題

マドリード工科大学(UPM)の構造工学グループは、構造工学の分野で様々な研究プロジェクトを行っています。そのプロジェクトの1つに、鉄筋コンクリートの耐久性(岩石の落下に対する耐性)に関する研究があります。この研究を実施するために、同グループは力と加速度を計測し記録する最新の技術が必要でした。

ソリューション

マドリード大学の構造研究所(Laboratorio de Estructuras)は、Servosis社によって開発された自由落下試験機を導入しました。この装置は、最高精度で力を検出できるHBMの圧電式力センサCFWのモデルCFW-190およびCFW-700を装備しています。

結果

力センサCFWを備えた自由落下試験機のおかげで、UPMの研究者は試験を実施して、金属繊維補強ビームがより大きなエネルギー吸収能力を提供し、せん断荷重下での破損を防ぐことができるという結論を得ました。

Tests Using a Free Fall Machine

The 試験は、7種類のコンクリートと3種類の繊維について実施しました。0%(繊維なし)、0.5%および1%(の繊維使用)です。断面寸法:125 mm幅 X 250 mm高で長さ2000mmのビームに、200 kgの鉄製の塊(接触面は半径29 mm)を、高さ1.75mの位置から落として、速度5.9 m/sで衝突させました。HBMの試験装置および計測装置を備えたServosis社の装置の試験結果から、繊維の種類に応じてせん断破壊を防止し、安全性を向上させることが可能であることが明らかになりました。HBMのセンサは、4.3 pC/Nの精度で衝撃と反作用の力の計測と記録が可能です。5 V/g2の精度を有する圧電式加速度計(PCB 353B14)を使用して、鋼球の垂直加速度および重量を確認しました。

サポートをカスタマイズ

Servosis社と構造工学グループは、特定のプロジェクトの要件を満たすソリューションの開発に関し、HBMの専門家が提供するサポートが優れているため、また、同社製品の高い信頼性を評価して、HBMを選択しました。自由落下試験機の建設プロセス中に、Joaquín Gonzalo氏(CEO兼サービシスのテクニカルディレクタ)は以下のように述べています:

HBMは、テストおよび計測製品の性能、そして可能な限り最良の結果を生み出す適切な製品の選択に協力してくれたため、我々の信頼を得ています。」

自由落下試験機に取り付けられた圧電式センサ(クリックして拡大)
圧電式力センサCFW-190
圧電式力センサCFW-700

精度と信頼性

HBMの革新的な製品は、安全性、信頼性、品質に関する厳しい諸条件を十分に満足する性能を持つだけでなく、設置が容易な汎用ソリューションです。公称力計測値が190kNと700kNである大きな圧電式リングは、精度や分解能を損なうことなく、過荷重に強い耐性があります。衝撃に対する各構成要素の挙動を研究するには、実験的検証が不可欠です。

“「このプロジェクトででは、センサによりテスト対象の要素の挙動を数値化して、耐久性とエネルギー吸収能力を評価しました。HBMのセンサは、変形率が大きい領域でも高い信頼性で計測が可能なため、本研究で重要な役割を果たしました」とZanuySánchez教授は述べています。

これらのセンサには、アンプ、データ収集システム、計測ソフトウェアなどの様々なアクセサリが付属できるので、完全な計測チェーンを構成する場合に最適です。HBMとUPM構造工学グループは、この研究で協力した結果、顕著な成功を収めたので、今後も他の研究プロジェクトで協力する予定です。

Carlos ZanuySánchez教授:マドリード工科大学(UPM)の土木工学部の構造工学グループ長

自由落下試験機を使用したビームの衝撃試験の動画


お客様紹介:

UPM大学の構造工学グループ

この構造工学グループは、マドリード工科大学(UPM)の土木工学部の連続体力学と構造部に所属しています。土木工学科で構造工学プログラム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の両方に特化したサービスを提供しています。

Servosis社

1988年に設立のServosis社は、材料、サーボシステム、機械および産業プロセス制御、ロボット、計測システム、およびデータ収集の品質管理と分析に使用される試験機および電子機械システムを設計、開発、製造するスペインの企業です。

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