お客様の挑戦
世界的な人口増加は、土木技術者にとって特別な課題となっています。大きな都市では、より高い建物、より大きな公共交通機関、より長い橋などが必要となり、これらすべてが地震やその他の災害に耐えられるように設計する必要があります。中国で最も古い歴史を持つ名門大学の一つである同済大学は、この分野をリードしており、新しい試験方法を用いてエンジニアの設計改善を支援しています。
同済大学の土木工学部には、橋梁工学部門と土木工学災害軽減国家重点実験室があります。ここでは、Chengyu Yang 博士が橋梁の耐震設計の研究部門の主要な教授として、橋梁、ビル、トンネルなど様々な構造物への壊滅的な地震の影響を軽減するための試験を行っています。
「長大橋のモデルに振動台試験を行うことは、私たちの最大の課題の一つです」と Yang 博士は述べています。「テーブルが1つしかない場合、たとえ 6 × 6 メートルのテーブルであっても、橋のモデルは100分の1 や 200分の1 までの比較的小さなものでなければなりません。」
問題は、モデルが小さければ小さいほど、結果が役に立たないということです。小型のモデルでは、実際の橋梁構造と同じようには反応しないため、試験データを実物大の構造に推定することは難しくなります。ましてや、62km にも及ぶ江蘇省の泰州橋ともなれば、その解決は困難を極めるでしょう。
MTS のソリューション
泰州橋のレプリカのような大型モデルの耐震試験を完了するために、Yang 博士のチームは MTS と協力して、複数の構成を設定することができ、重さ 200 トンまでのモデルをサポートする、他に類を見ない振動台ソリューションを委託しました。同済大学の多機能振動台 (MFST) ラボ に設置されたこのソリューションは、世界最大のマルチテーブル地震試験施設に 4 つのテーブルを組み込んだものです。
振動台は、油圧アクチュエータを用いて、地震などの際に構造物が受ける負荷や運きを再現します。同済大学の MFST ラボには、 70 トンの振動台 2 台と 30 トンの振動台 2 台が設置されており、隣接する 2 つのトレンチ内の任意の場所に複数の構成で配置することができます。長さ 70 m の溝には 4 つのテーブルがすべて入り、長さ 30 m の溝には 2 つのテーブルが入ります。4 つのテーブルはすべて 2 メートル単位で配置・固定できるため、両溝にまたがるような長い試料や大きな試料にも対応できます。
最も重要なのは、 4 つのテーブルの動きを同期させて、あたかも 1 つの非常に大きなプラットフォームのように地震波を再現することも、テーブルを独立して操作することもできることです。このソリューションでは、高速リアルタイムの共有メモリアプリケーションを使用して、すべてのテーブルが他のすべてのテーブルのデータを「見る」ことができます。すべてのデータはマスターコントローラに統合され、コマンドとフィードバックを解釈してすべてを同期させます。これにより、ラボは試験環境全体をより広範囲に制御できます。
「このような方法で、この規模で使用できる振動台の技術を持っている研究室は世界中にありません」と Yang 博士は述べています。「MFST ラボ は、その規模から上海のダウンタウンにある同済大学の近くには設置できませんでした。新しいキャンパスに作らなければなりませんでした。実験棟は長さ 100m 、幅 88m です。」
このソリューションは、MTS が過去30年以上にわたって培ってきた伝統的な振動台技術を活用しながらも、Yang 博士のチームの仕様に合わせてカスタマイズされています。MTS と同済大学のエンジニアが協力して、サイズ、容量、柔軟性を組み合わせたこれまでにないソリューションを開発しました。
お客様のメリット
同済大学 MFST ラボが泰州橋のスケールモデルで地震試験を行った際、振動台ソリューションのサイズと構成設定のしやすさには明確な利点がありました。
「今では、3 メートルの長さではなく、65 メートルの長さの 40分の1 スケールのモデルを使うことができます」と Yang 博士は言います。「モデルを設計し、試験に合わせてテーブルを構成するのではなく、その逆を行うことができます。研究者にとってはとても便利です。彼らは、次善の策を講じるのではなく、最も必要なデータを得ることができるのです。
Yang 博士のチームは、より大きなモデルを試験することで、実際の状況に近い試験環境を作り、研究者が実際のシステムの応答をよりよく予測できるようにしています。より現実的な試験を行うことで、バーチャルモデルの検証や精度の向上につながり、大型構造物の設計を改善することができます。また、MTS のソリューションは、MFST ラボに新しい試験を追求する機会を与えてくれます。
「中国本土、香港、マカオを結ぶトンネルの試験を終えたところです」と Yang 博士は述べました。「以前は、 4 × 4 メートルの箱に入った土の中に、トンネル 1 本分の模型を入れていました。今度は 40 m の長さの箱で同じ試験をしてみましょう。大規模な構造物では、地震波の当たり方が部位によって異なるため、不均一な加振条件でセグメントの接合部を評価することが重要です。これは独特な研究です。」
このソリューションは、同済大学と MTS の 30 年に渡る関係を示す一つの例であり、プロジェクトごとに強固なものとなっています。
「MTS のスタッフは、営業からエンジニア、技術者に至るまで、全員が勤勉でプロフェッショナルです」と Yang 博士は述べました。「今年の夏、ある試験について質問があったので、日曜日の午後、つまりアメリカでは土曜日の深夜にメールを送りました。返事が直ぐ来るとは期待していませんでした。翌朝には、米国と中国の MTS の複数の異なる担当者から回答がありました。これは、彼らが私たちのニーズに対していかに応答が早いかを示す一例です。」
