岩田龍也

炭素繊維シートを用いた鋼構造物の振動制御

宮下剛　准教授

鋼橋では，大型車両が伸縮継手を通過する際に，桁端部ウェブパネルが振動する低周波騒音の問題がある．従来，ダンパー設置や伸縮継手の改良といった対策が施されているが，施工が大掛かりとなり死荷重の増加に繋がる．そこで，鋼部材の腐食損傷に対する補修・補強材料として用いられており，軽量，高強度，高弾性などの優れた特徴を有する炭素繊維シートに着目する．既往の炭素繊維シートの振動特性に関する研究については，減衰特性を明らかにする研究は行われている．しかし， 炭素繊維シートを接着させた鋼板の振動特性に関する研究は行われておらず、基礎的なデータ収集が必要となる。
そこで，本研究では，軽量かつ高剛性の炭素繊維シートに着目し，効率的な振動制御（剛性と減衰の付与）を可能とするシートの貼り方や形状等の検討を行った．初めに，基礎的な振動抑制効果と積層数の影響などを検討するため，幅の狭い梁鋼板を用いて，振動計測実験を行った（実験�@）．次に，炭素繊維シートの貼り方や形状等の違いによる影響を確認するため，幅の長い鋼板を用いて振動計測実験を行った（実験�A）．各実験に対して試験体を製作し，レーザードップラ速度計を用いて計測を行い，固有振動数と減衰比を同定した．対象とする振動モードは，全体系の1次モードとした．なお，各実験の試験ケースにおける固有振動数の理論値は，長方形の片持ち鋼板の公式と炭素繊維シートの鋼換算厚さを用いて算出した．
実験の結果から得られた知見を以下に示す．1）実験�@において，鋼板に炭素繊維シートを接着し，積層数を増加させることで，固有振動数と減衰比が増加した．このことから，炭素繊維シート接着による振動制御が確認できた．また，実験値と理論値は概ね一致した.2）実験�Aにおいても，実験�@と同様に炭素繊維シート接着における振動制御を確認した．L字アングル状にシートを加工した試験体において，少ない貼付け面積で固有振動数が増加するものの，減衰の増加は限定的であった．等間隔に貼り付けることで、より効果があると見込まれる．3）今後の課題として，L字アングルの本数を増やした場合の計測実験，実構造物への適用へ向けたFEAを用いた事前の解析的検討が挙げられる．