構造物の振動測定

Construction vibration measurements

建物や橋などの構造物や地面の振動を測定するのは、近くの建設現場や風の強い日など、振動源が特に強い場合に重要です。これは、その振動が周囲の人々に不快感を与えないことはもちろん、より重要なのは構造物に損傷を与えないことを確認するためです。

すべての建物や橋はある程度振動しますが、建設に使われた材料の品質や人々の安全を保証するためには、振動の限界を常に監視する必要があります。安全性や快適性を考慮した結果、多くの国々が異なる環境での振動の限界を定める規制や基準を制定しています。

振動レベルを測定するために最も一般的に使用されるのは振動モニターです。

振動モニターとは?

構造振動とは、物体内の粒子が振動することで生じる現象です。これは、構造物が上下左右の3つの方向で振動していることを示します。

Vibration in 3 Dimensions

構造振動はどこで測定されますか?

構造振動は、さまざまな場面で測定されます。

  • 建設現場
    • 土木工事や爆破作業などで地面が振動し、近隣の建物に影響を与える可能性があります。また、作業中や作業後に住民に不快感を与えないようにする必要があります。
  • 爆破解体
    • 周囲の環境や近隣のコミュニティ、作業員の安全に配慮する必要があります。
  • 鉄道や道路
    • 交通量が多い時間帯には、周辺住民の快適さを確保するために建物や地面の振動を追跡することが重要です。 
  • トンネル工事
    • 地下鉄トンネルの建設中に発生する振動が都市部の環境に影響を与える可能性があります。そのため、トンネル上部の基礎工事を監視する必要があります。
    • 自然災害や増加する利用者数によって構造物が突然損傷し崩壊することがあります。そのため、定期的な状態や性能の評価が不可欠です。 

振動モニターはさらに広範囲の応用があります。例えば、以下のような感度の高い構造物を保護するために利用されています。

  • 病院
  • 発電所
  • 水力ダム
  • データセンター
  • 博物館
  • 歴史的な場所

また、以下のように多岐にわたる分野でも使用されています。

  • 解体工事
  • 製品のテスト
  • 教育

振動を測定するのにどのような単位が使用されますか?

振動中、構造内の粒子は振動します。各軸ごとに、粒子が振動する速度(速度)は、時間と距離の移動(変位)から計算されます。

粒子速度(v)は、ミリメートル毎秒(mm/s)またはインチ毎秒(in/s)で測定され、次のように定義されます。

v = Δd / Δt

Δd →粒子の変位を表し、ミリメートルまたはインチ単位で表されます
Δt → 時間を表し、秒単位で表されます。


PPV(ピーク粒子速度)

PPV(ピーク粒子速度)は、振動測定で使用される最も基本的な値です。これは、ある期間内の各軸ごとの最大の粒子速度を示します。

 

Peak Particle Velocity


PCPV (Peak Component Particle Velocity)

ThePCPV(Peak Component Particle Velocity)は、各軸方向の三つのPPV(ピーク粒子速度)の最大値です 。

 

PCPV = max(PPVx, PPVy, PPVz)


PVS (Peak Vector Sum)

PVS(Resultant Particle Velocity)は、x、y、およびz方向のすべてのPPVを組み合わせて計算される速度です。

 

PVS = √((PPVx)2 + (PPVy)2 + (PPVz)2)

 

数学的には、PVS(Resultant Particle Velocity)は、各PPV成分の2乗を足し合わせたものの平方根として表されます。


DF (Dominant Frequencies)

振動信号は、個々の周波数成分に分解することができます(ゼロクロスや高速フーリエ変換などの方法を使用)。このようにして、支配的な周波数(DF)を得ることができ、これにより自然(共振)周波数の変化など、有益な情報を得ることができます。これらの周波数は構造の剛性に比例します。例えば、鋼構造物での変化は深刻な腐食を示す可能性があります。そのため、鋼製の橋の監視では、周波数の値の変化に注意を払う必要があります。

Switch Time to Frequency Domain

 

時間領域と周波数領域での信号の表示:

* ゼロクロス(ZC)は周波数推定の最も簡単な方法の一つです。これは、振動が各周期でx軸を2回横切るという原理に基づいています。したがって、単純にクロスの数を数えて2で割り、観測ウィンドウのサイズで再度割ることで、支配的な周波数を得ることができます。この方法は、数周期分のデータがある場合に最も効果的です。観測ウィンドウの長さが長いほど、精度が高くなります。

 

振動モニターとは?

 

お問い合わせ先

Contact us for a quotation or to discuss your measurement application.

Request Information    Call now: +423 239 60 60