お客様の挑戦
トロント大学のマーク・ハギンズ構造研究所は、 何十年もの間、土木構造工学の分野で世界的に大きな影響を与えてきました。 極限状態での鉄筋コンクリートの挙動に関する同所での研究は、 現在、カナダやアメリカの橋梁や 建築基準法のせん断規定の理論的基礎となっています。また、ヨーロッパの新しいモデルコードにも影響を与えています。
この研究所の構造試験エンジニアは、長年にわたり、 実験と解析を独自の手法で組み合わせて研究に適用してきました。1984 年、Michael P. Collins 教授 は、 面内および面外に負荷を受けた大型（1.626 m x 1.626 m）の鉄筋コンクリート要素 の挙動を研究するために、非常に柔軟で強力な研究ツールであるシェルエレメントテスト（SET）システムを開発しました。当初、 で試験を受けた試料は、橋梁、原子炉格納容器、 および海上石油プラットフォームの断面をモデル化することを目的としていました。また、当研究所で開発した 修正圧縮理論を検証する手段にもなります。
最近になって、コンクリートの材料科学が大きく進歩したことで、 研究所のエンジニアは、SET システムの能力に限界を感じ始めました。
「実用的に利用可能なコンクリートの強度は、 過去 20 年間で 3 倍に向上しました。これにより、はるかに小さな鉄筋コンクリート の部材でも、以前よりも高い負荷をかけることが可能になりました」と、同大学土木工学科の構造工学教授である Evan Bentz 博士 はいいます。 「これらの進歩により、あらゆる種類の魅力的な新しいコンクリート材料 の挙動が導入されました。しかし、オリジナルの SET システムの弱点も露呈してしまいました。」
2007年、 Bentz 博士とCollins 教授は、業界に遅れを取らないようにするためには、 遥かに高いレベルの制御と精度で試料を試験できる必要があると考えました。 コンクリート構造物の故障は一般的に非線形で発生するため、 アップグレードには、取得した試験データと、任意の瞬間にかかる負荷と 動きを正確に相関させる機能が必要となります。
「私たちは、オリジナルの SET システムがどのように機能しているかについて深い知識を持っていましたが、私たちが求める機能を実現するために必要な高度な制御技術やシステム統合の専門知識は持っていませんでした」とBentz 博士は述べています。
政府の研究機関であるカナダ・ファウンデーション・フォー・イノベーションから、 SET システムをアップグレードするための助成金を獲得した後、研究室では提案書の募集を開始しました。「私たちは、アップグレードを完了するために、2 つの異なるリソースが必要になると考えていました。1つは可能性を教えてくれる人、もう1つは実際にやってくれる人です」と Bentz 博士 は述べています。「1つのリソースでその両方を実現できることを知り、嬉しくなりました。それが、MTS を選んだ理由です。」
MTS のソリューション
2010 年初頭に完成した SET システム のアップグレードは、耐久性があり、 高性能な静的試験システムを、 耐久性があり、より高性能な動的 試験システムに効果的に変えました。そのために、 オリジナルシステムの 60 個のアクチュエータすべてに、 サーボ制御装置 と負荷・変位変換器を個別に装備しました。 最先端 のFlexTest® 200 デジタルコントローラと、 先進的なAeroPro™ ソフトウェアを実行するクライアント PC を統合することで、完全な動的制御を確立しました。 制御とデータ収集を完全に 統合した唯一の構造物試験アプリケーションパッケージである AeroPro ソフトウェアは、 大量の制御と多数のデータ収集チャンネルの効率的な管理 を容易にし、 リアルタイムの試験モニタリングを可能にし、 試料破壊の各瞬間の 詳細な時刻歴を提供します。
そのため、オリジナルのシステムでは、 アクチュエータのグループの圧力制御のみを行っていましたが、 アップグレードされたシステムでは、 各アクチュエータの負荷と変位 を同時に制御することができ、 より洗練された実世界の テストプロファイルの実行と、より高い 解像度のデータの取得が可能になりました。「 バンクのジャッキが一定の圧力で出てくるという以前のシステム は、非常に機能的でシンプルなものでした。しかし、より高強度で脆いコンクリートに必要な 制御を行うためには、 個々の変位を制御する機能が必要でした」と Bentz 博士は説明しています。「AeroPro ソフトウェアのコントロールオプションの柔軟性は、これほど多くのチャネルを滞りなく制御するためにまさに必要なものでした。」
システムのアップグレードには、2 台のSilentFlo™ 油圧パワーユニット、293 モデル油圧サービスマニホールド、および統合されたハードラインからなる全く新しい油圧分配システムも含まれています。
「新しい制御、作動、ソフトウェアの機能を導入することで、コンクリート試料は基本的に空間に浮かんでおり、いつでも任意の方向に特定の負荷や動きをかけることができます。」 Bentz 博士は述べています。「厳密な制御を行いながら、8 つの使用可能な力成分すべてにコンクリートシェルの要素をかけることができるようになりました。」
MTS のソリューションには、試験エンジニアが SET システムのアップグレードを十分に活用できるようにするための広範なオンサイトユーザートレーニングも含まれていました。
お客様のメリット
Bentz 博士によると、アップグレードされた SET システムにより、Mark Huggins Structures Laboratory は今日の鉄筋コンクリート構造物の実際の動作条件をシミュレートすることに大きく近づきました。これには、地震や爆発の影響を綿密に調査、長い時間をかけてのみ現れる故障のメカニズムを調査する能力が含まれます。
「元々の SET システムはよく機能していましたが、静的なシステムであったため可能性が限られていました」と Bentz 博士は述べています。「 高精度な 動的ソリューションを備えた今、私たちは幅広い 負荷シナリオの下で、 機械的故障の際に何が起こっているかを正確に詳細 に把握することができます。仮定する必要ははるかに少なくなります。」
「ここでは、興味深い新しい科学が発見されようとしていると思います」と Bentz 博士は述べています。「そして橋が使用中にどのくらい持つかを正確に予測する能力にこれまで以上に自信を持っています。」
Bentz 博士は、SETシステムのアップグレードを成功させるためには、MTS の専門知識とプロフェッショナリズムが不可欠であると述べています。「コミュニケーションは、導入時も導入後も素晴らしいものでした」と彼は語っています。「必ず、MTS の担当者がプロフェッショナルで有能、そして常に必要に応じて支援を惜しまないことを知りました。」
「セットアップ全体が私たちの期待通りに機能しています」と Bentz 博士は述べています。「 理想的でした。」
