積雪地域におけるリアルタイム屋根雪荷重評価システムの構築

雪区屋顶雪荷载实时评估系统的构建

基本信息

批准号：
22K14367
负责人：
涌井将貴
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Niigata Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14367/
关键词：
積雪荷重構造ヘルスモニタリング IoT

项目摘要

急な大雪や積雪後の降雨により、屋根に想定以上の荷重が作用した結果、建物の倒壊や屋根の崩落といった被害事例が毎年のように報告されている。また、全国で発生した雪による死亡者の多くは、雪下ろしなどの除雪作業中の事故を原因としている。こうした建物の損傷被害や死亡事故は、見かけの積雪深では屋根に作用する積雪荷重を定量的に評価することが困難であることに起因している。そこで本研究では、建築物を常時モニタリングし、屋根雪荷重をリアルタイムに推定することで、適切な雪下ろしの実施時期を判断可能となるシステムを構築することを目的とする。過去の研究において、屋根雪荷重計測を目的とした観測用建物モデルを開発し、過去3シーズンに渡って計測を行ってきた。この観測用建物モデルは実建物の1/3程度のスケールで製作された木造建物であり、荷重計や加速度計などを設置し、様々な計測が行えれるようになっている。申請者が既往研究で提案した加速度計測による屋根雪荷重の推定手法では、屋根雪荷重によって建物の水平剛性が変化しないと仮定している。しかし過去の計測結果から、屋根上に作用する荷重が増加すると、推定値が過小評価される傾向にあることがわかっている。そこで今年度は、申請者がこれまで提案してきた加速度計測による屋根雪荷重推定手法を改善するため、観測用建物モデルを用いた土のう実験を行った。実験結果から建物の屋根上に作用する荷重が増加すると、建物の水平剛性が増加する傾向にあることを明らかにした。この結果を基に、水平剛性の変化を考慮した屋根雪荷重推定手法を提案し、推定精度が向上することを示した。

由于突如其来的大雪或雪后降雨，导致屋顶承受意外的重荷，导致建筑物倒塌、屋顶倒塌等损坏事件几乎每年都会发生。此外，全国各地许多与雪有关的死亡都是由除雪作业过程中的事故造成的。此类建筑损坏和致命事故的原因是难以根据表观积雪深度定量评估作用在屋顶上的雪荷载。因此，本研究的目的是构建一个系统，通过不断监测建筑物并实时估计屋顶雪荷载来确定适当的除雪时间。在过去的研究中，我们开发了一种观测建筑模型，用于测量屋顶雪荷载，并在过去三个季节进行了测量。该观测建筑模型是按实际建筑的1/3左右的比例制作的木制建筑，并配备了称重传感器、加速度计等设备来进行各种测量。申请人在先前的研究中提出的使用加速度测量来估计屋顶雪荷载的方法假设建筑物的水平刚度不会由于屋顶雪荷载而改变。然而，过去的测量表明，随着作用在屋顶上的荷载增加，估计值往往会被低估。因此，今年，我们利用观测建筑模型进行了沙袋实验，以改进申请人迄今为止提出的基于加速度测量的屋顶雪荷载估计方法。实验结果表明，随着作用在建筑物屋顶上的荷载增加，建筑物的水平刚度趋于增加。基于这些结果，我们提出了一种考虑水平刚度变化的屋顶雪荷载估计方法，并表明可以提高估计精度。