2007 年 8 月 1 日、ミネソタ州ミネアポリスのミシシッピ川にかかる I-35W セント アンソニー フォールズ橋がラッシュ アワーの最中に崩落し、13 人が死亡し、重要な交通路が遮断されました。橋を交換し、崩壊の原因を解明し、将来の災害を防ぐために新しい橋を監視することが、関係者にとって重要な優先事項となりました。
その後、橋の性能と長期的な健全性に関する知見を提供し続けるCampbell Scientificの計測システムを含め、橋を迅速かつ安全に交換するための多大な協力が続きました。
このプログラムの第 1 部は、サウスバウンド ピア 2 の柱と基礎を対象としました。ひずみゲージと温度計が設置され、橋と基礎システムの (1) 基礎要素の内部コンクリート硬化温度、(2) 建設荷重、(3) 長期性能が監視されました。
フェーズ 1 では、コンクリートの内部温度を監視し、サーミスタを使用してコンクリートの温度が許容範囲内に保たれていることを確認しました。
フェーズ 2 では、各基礎シャフトの 4 つの高さに設置されたひずみゲージのクラスター (計 48 個のゲージ) を利用しました。ゲージ クラスターは、橋を支えるさまざまな土壌層からの荷重伝達寄与を識別するように設計されました。
各クラスターは、シャフト断面の円周の 1/4 地点に配置された 4 つのバイブレーティングワイヤーひずみゲージと 2 つの抵抗ひずみゲージで構成されていました。さらに、4 つのバイブレーティングワイヤーひずみゲージのクラスターが、南向きの 2 つの橋桁を支える 2 つの柱の 2 つの高さに設置されました。中間レベルのゲージは抵抗ひずみゲージで複製されました。バイブレーティングワイヤーゲージは安定した長期測定を提供し、抵抗ゲージは研究者が交通や風荷重などの短時間の動的イベントを測定できるようにします。
フェーズ 2 のモニタリング データは、基礎にかかる荷重の増加と、建設が進むにつれてその荷重がシャフトの長さに沿ってどのように分散されたかを示しています。グラフは、建設のマイルストーンと相関して、ピア 2 の基盤の下にあるシャフトの 1 つにかかる荷重を示しています。適用された 3,000 キップのシャフト荷重のうち、エンド ベアリングで抵抗されたのは 800 キップのみで、残りの荷重の約半分は岩層の側面せん断によって支えられました。5 月 29 日から 7 月 9 日までの荷重ステップは、15 個のボックス ガーダー セグメントの配置を示しています。
フェーズ 3 は進行中です。フェーズ 2 で得られた較正と相関関係を使用して、橋の長期的な健全性を監視します。シャフトと柱の負荷の変化により異常な状態が特定され、適切な措置を講じるよう担当者に警告できます。
バイブレーティングワイヤゲージ (内部サーミスタを含む) は、Campbell Scientific AVW200 で読み取られ、CR1000 データロガーで記録されます。抵抗ゲージは、Campbell Scientific の CR9000 高速データ収集システムで測定されます。両方のシステムは、ソーラーパネルとディープサイクルバッテリーで自己給電され、各システムは Verizon セルラーモデムを介してリモートホストサーバーにデータをアップロードします。この配置は、(1) データ収集システムが現場の建設電力と通信から独立して動作できるようにし、(2) 日常の建設または運用活動を妨げないようにするように設計されています。
両方のデータ取得システムの主な側面は、リモート データ監視、リモート プログラム ダウンロード、およびデータ取得要件の変更に応じたリモート再構成です。
このプロジェクトは、バイブレーティングワイヤ センサーの読み取りにスペクトル分析法を使用する利点を実証しています。バイブレーティングワイヤ ゲージは電気干渉の影響を受けやすいことで有名ですが、Campbell の特許取得済み VSPECT ®技術により、この懸念は解消されています。システムは 1,000 kW の発電機から 5 フィートのところに設置されました。大型発電機が近くにあっても、ノイズによるデータの損失はなく、測定値がノイズによって損なわれているかどうかを判断するための追加分析も必要ありませんでした。実際、生データはレビューや認定なしで 15 分ごとに公開 Web サイトに自動的に投稿されました。
このプロジェクトでの新しい手法の成功により、プログラム マネージャーはすでに、この手法を今後の 2 つの橋梁監視プロジェクトに取り入れる計画を立てています。