安全のために、橋の構造的完全性をリアルタイムで測定できますか？

この質問へのフォローアップとして、構造的完全性監視情報をリアルタイムで提供でき、その情報から安全性の決定を現実的に行うのに十分な程度まで提供できるかどうか疑問に思います。

状況を把握するために、米国および世界の他の地域では、連邦政府、州政府、および地方政府が、橋梁を含むインフラストラクチャに関する構造的完全性報告を定期的に受け取っています。これらのレポートは、スケジュールに基づいて実行される評価の結果であり、評価の間隔は数か月または場合によっては数年になる場合があります。

橋は、重要なインフラストラクチャを提供するため、連邦、州、および地方政府の経済の重要な部分です。ゴールデンゲートブリッジなどの歴史的なランドマークを保護することも重要です。

_{ゴールデンゲートブリッジ、アメリカ合衆国の象徴的な橋}

また、情報不足の結果は非常に深刻な場合があります。たとえば、2007年8月にI-35Wミシシッピ川の橋が崩壊し、多くの命が失われました。

_{崩壊後のI-35W}

質問：

• 差し迫った橋の故障を連邦、州、および地方政府に予告するのに役立つような、リアルタイムのステータスを提供できるテクノロジーはありますか？たとえば、人命の損失を避けるために、I-35の崩壊を予測し、一般に通知することができたものはありますか？ブリッジの構造的完全性を監視するこのワイヤレスセンサーは機能するようですが、ドメインが私の経験の範囲外であるため、私は確信がありません。

橋の状態を監視するのを助けるために、橋の上に置くことができる多くの異なるセンサーがあります。I-35橋が崩壊した後、この地域では多くの宣伝が行われました。これらのセンサーのほとんどは、以前は利用可能でしたが、その必要性は一般には明らかではありませんでした。

センサー

• 加速度計
• ひずみゲージ
• 変位計
• レベル検知ステーション（傾斜モニター）
• 風速計
• 温度センサー
• 動的なWeight-in-Motionセンサー
• 腐食モニター
• 音響亀裂モニター
• 音響ケーブルモニター

これらのセンサーは有線でも無線でもかまいません。いくつかは、通過する車両からの振動でさえ動かされます。

コスト

コストは、橋梁監視システムを検討する際の主要な要因です。初期費用が妥当と思われる場合でも：

センサーは小さく、無線で、頑丈で、実質的にメンテナンスの必要がない、と彼は言います。それらは10年以上続くと予想され、各コストは約20 ドルです。平均サイズの高速道路橋には、約500 ドルのセンサーが必要で、合計コストは約10,000 ドルです。

これは、センサーの継続的な監視のコストを考慮していません。リアルタイムの監視は高価であり、リアルタイムの監視よりもさらに少ないため、すでに薄すぎた運輸省の予算に絶えず流出します。予算にもっとお金があれば、橋はより良い状態になります。

これらの橋は、建物全体を登る訓練された検査官によってすでに定期的に検査されています。これはI-35ブリッジで行われ、まだ崩壊しました。

システムのコストと複雑さにより、完全に監視されるのはごく少数の非常に大きな構造物になります。これらのシステムのコストは、上記の金額よりも高い可能性があります。上記の値は、個々のセンサーのコストでもあります。センサーを最も有用な場所に確実に配置するには、ブリッジの完全な調査を行う必要があります。

ロケーション

各センサーは、単一のデータポイントのみを測定します。どのセンサーが最も有益かを判断するには、多くの考えと研究が必要になります。

センサーを配置した後でも、センサーの結果を監視している人が警告の構成要素を把握できるように、包括的な基準を設定する必要があります。多くの誤検知があり、場合によっては誤検知さえあります。

記事は指摘します：

最終的に、Fuを追加し、リアルタイムのリモートセンシングは貴重な補足として機能しますが、人間の検査に完全に取って代わるものではありません。「どこにでもセンサーを置くことはできません」と彼は言います。

最終結果

これらのセンサーがすべてI-35ブリッジに設置され、リアルタイムで監視されていたとしても、実際の崩壊は非常に高速で発生したため、トラフィックを時間内に停止することはできませんでした。唯一の違いは、捜査官が通過するより多くの情報があったということです。

飛行機のブラックボックスを考えてください。

リアルタイムの監視を行うことができ、すでに行われています。テクノロジーはそこにあり、hazzeyが指摘したように、コストとリスクの問題です。

練習技師として、私は2つの異なる国で2つの深い掘削プロジェクトに携わっています。このプロジェクトでは、主要な高速道路橋の下にカットアンドカバートンネルが建設されました。どちらの場合も、トラフィックの閉鎖または宛先変更はオプションではありません。両方のプロジェクトの建築当局は、事故の結果が壊滅的なものになる可能性があるため、リアルタイムの構造ヘルスモニタリングを要求しました。

どちらのプロジェクトでも、橋脚の動きを監視するために、ロボットトータルステーションとともに光学プリズムのアレイが配備されています。トータルステーションは、データが継続的にアップロードされるサーバーにネットワーク接続されています。サーバー自体はインターネットに接続されており、関係者はデータをダウンロードして情報を処理できます。さらに、システムによっては、事前に決められたレベルに違反した場合にSMSアラートを生成できます。

監視が行われる前に、以下を判断するために影響/損傷評価を実行する必要があります。

• 建設方法に基づいた橋の基礎での予測された土壌の動き（水​​平および垂直）
• 杭に誘導される力の種類
• 現況図面から決定される既存の杭の構造能力
• サービス中の杭の既存の負荷
• 杭の予備容量
• 橋の基礎の許容横移動と沈下

これに続いて、橋の健全性の現在の状態を評価するための状態調査が続きます。通常、亀裂の目視検査と橋のベアリングの動きの測定が含まれます。

鉄筋コンクリートと鋼の橋は、通常の状況では、突然故障しないため、リアルタイムの監視を必要としません。適切に設計されたブリッジは、構造的に破損する前に保守性が低下する傾向があり、崩壊する前に十分な警告を与えます。また、ブリッジの定期的な検査と保守は、ブリッジの保守性を確保するのに役立ちます。

十分なデータがあれば、リアルタイムの監視により、長期的な動きの傾向を把握し、読み取りエラーを滑らかにできます。致命的な設計、調査記録の解釈における人為的エラー、または橋の構造能力の評価における人的エラーの場合、リアルタイムの監視は災害を回避するのにあまり役に立ちません。

センサーを使用した構造モニタリングは確かに可能です。問題は、監視のコストと、実際に監視できる部品です。

橋の重要度が高いほど、監視コストを支払う価値がある可能性が高くなります（重要度は、主に1日あたりに通過する車両の数に起因しますが、代替ルートとその長さ（つまり、車両の数崩壊時にその上にある可能性があります）役割を果たします）。最近作成された主要な橋には、リンクした記事に記載されているように、何らかの監視が組み込まれている可能性が高く、その例はForth Replacement Crossing（現在はQueensferry Crossingと呼ばれています）です。既存のForth Road Bridgeのように、一部のブリッジには後付けされたシステムがあり、ケーブルの断線を聞くための音響モニタリングがあります。

懸念の原因があることが評価で示された場合、既存の橋は監視に適合している可能性が最も高い。橋の評価で、橋の一部が劣化していることが判明した場合、より頻繁な検査、または監視の設置を推奨する場合があります。監視のコストのため、これは主要なブリッジでのみ発生する可能性があります。

それで、モニタリングはI35-Wの崩壊を防げたでしょうか？

まず、I35-Wは小さな橋ではありませんが、ゴールデンゲートブリッジやフォースブリッジと同じ規模ではありませんでした。したがって、モニタリングは、ブリッジが欠陥があると識別された場合にのみインストールされる可能性がありました。そして、定期的な橋の点検と評価では、小さな接続プレートが小さすぎることに気づかなかったため、それは起こりませんでした。センサーへのリンクは、新しい安価なセンサーが利用可能になった可能性を示唆しているようです。各当局が管理している橋のせん断数を考えると、コストが手頃な価格であるとはまだ見えませんが、おそらく長期にわたって（予算が当局の橋の年間2％まで伸びる可能性があるため、50年と言います-数字私によって完全に空中から引き抜かれた）それが起こる可能性があります。

第二に、ほとんどの監視はリアルタイムではないと思います。監視システムには、重大な動きが発生した場合に自動的に鳴る自動アラームが搭載されているはずですが、私は誰かがそれに対して特に高速に応答すると信じるのに苦労しています。おそらく、システムアラームにより、誰かが見ていることになり、おそらく同じ日はそうではないでしょう。主にシステムは、長期的な問題を調べるためにあります。Forth Road Bridgeを例にとると、ケーブルの断線からの「ping」を記録するために音響モニタリングがあります。サスペンションケーブルを構成する数千の個別のストランドがあります。音響モニタリングがあり、誰かが結果を見て、「過去6か月で63が鳴ったようです。おそらく、負荷を減らすために何かをすることを考えるべきです」と言うことができます。しない 1日で100スナップを記録し、その結果、橋が瞬時に閉じられることを期待して、本当にそこにあると思います。（フォースロードブリッジは、強風のために年に数回閉鎖されます。閉鎖するための適切なシステムがあります）。

第三に、崩壊に関する公式報告書は、失敗が非常に突然だったことを示唆しています。おそらく10秒の警告があったでしょう。リアルタイムモニタリングを使用する場合でも、a）結果を受信し、b）結果が壊滅的に悪いことを判断する必要があります（私のForthの例で100のpingがある場合は簡単、リンクごとに加速度計がある場合は困難です）橋が0.05度移動したこと）およびc）警察を出して橋を閉める。合計時間の見積もり：運が良ければ10分。10秒ではありません。（そして、長期効果のモニタリングを設定し、0.05度が有意であるかどうかがわからない場合、システムはそのために設定されていないため、おそらく3か月程度です。）

免責事項-できる限り事実や参考文献を記載しようとしましたが、実際に得られた結論は私の意見に基づいており、事実ではありません。