斜張橋の構造健全性モニタリング

課題

斜張橋の無線SHMには、高度で信頼性の高いセンサーシステムが必要です。これらの装置は構造的な損傷を検知し、構造性能を評価します。そして、モニタリングデータを用いて内部応力の有限要素モデルを修正することができます。橋梁の構造健全性を監視するには、様々な種類のセンサーが多数必要となり、センサーをネットワークと同期させることが重要です。従来用いられてきた有線ネットワークは、設置・維持管理費用が高額で、構築にも多くの時間を要します。

SHM（構造健全性モニタリング）の要件について言えば、まず最初に挙げなければならないのは、広い周波数範囲を持つセンサーシステムです。このシステムは、ケーブルの張力を測定できる必要があります。また、橋脚、ケーブル、橋桁の状態を監視できる必要もあります。さらに、橋の構造健全性に影響を与える可能性のあるこれらのパラメータの変化を検知できる機能も必要です。

このことから判断すると、重要な課題は、橋梁の構造健全性モニタリング（SHM）に使用されている有線センサーネットワークを、同等の機能を備えた、より堅牢で安価な無線センサーネットワークに置き換えることであった。

ソリューション

この課題に対処するために、 東一エンジニアリングコンサルタント株式会社 は、様々なセンサーからの信号を収集・処理し、LoRa通信を用いて結果を送信できるスマートセンサーノードを開発しました。このシステムは、斜張橋の長期モニタリング用に設計されており、導入が容易で効率的なデータ管理が可能です。システムの主要機能は、損傷の特定と状態評価です。モニタリングシステムは、損傷の位置、程度、速度を特定し、各損傷が構造物に及ぼす影響を総合的に評価します。

このような効果的なソリューションの作成は、 TEKTELIC KONA マクロ IoT ゲートウェイ スマートセンサーノードとの組み合わせにおいて、KONA Macro IoT Gatewayは、堅牢で高性能な屋外用ゲートウェイであり、強化されたキャリアグレードの筐体と多様な導入オプションを備えているため、上記の要件に完璧に適合しました。

ケーブルが敷設された橋梁の構造健全性モニタリング（SHM）を実施するため、KONA Macro IoTゲートウェイが橋梁のケーブル敷設部や壁面に直接設置されました。これは費用対効果が高くコンパクトなLoRaWANゲートウェイであり、土木工学分野における長年の課題に対する解決策となります。 東一エンジニアリングコンサルタント株式会社 との提携で テクテリック 同社は、運用コストが低く、有線方式よりも優れた性能を発揮する、橋梁構造健全性監視（SHM）用のLoRa無線センサーネットワークの構築に成功した。

結論

斜張橋のワイヤレス構造健全性モニタリングには、橋梁の状態を監視するためのセンサーモジュールが必要です。これらの装置は、橋梁の現在の状態、作業環境、および橋梁の安全性に影響を与えるさまざまな要因を記録します。モニタリングデータは、メンテナンスの意思決定や問題の予測に活用できます。

このパートナーシップの最大の成果は、ワイヤレスソリューションを使用することで大幅なコスト削減が実現することです。既存の有線センサーネットワークをスマートセンサーノードに置き換え、完全にワイヤレス化することで、コスト削減が可能になります。 TEKTELIC KONA マクロ IoT ゲートウェイ東一エンジニアリングコンサルタント社は、従来の有線ソリューションと比較して、コストを50%以上削減しました。このスマートソリューションは、監視プロセスの効率向上に大きく貢献しました。

現在のシステムは、環境負荷や交通荷重によって橋梁に生じる振動を検知する無線スマートセンサーノードで構成されています。データはリアルタイムで収集・分析され、長大橋梁の耐用性を判断するために活用できます。このソリューションは、ケーブルモニタリングによる構造健全性モニタリング（SHM）のための新技術の優れた事例と言えます。