JP2000180323A - 一定荷重付与装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリートのクリープ試験等の試験体に一
定荷重を付与する場合に使用する一定荷重付与装置にお
いて、クリープ収縮等の試験体寸法変化による付与荷重
変動を抑制して、試験精度の向上が図れるコンパクトな
一定荷重付与装置を提供する。 【解決手段】 試験体１に両端から荷重を付与する一対
の荷重付与板３ａ・３ｂと、前記荷重付与板３ａ・３ｂ
を貫通して配設された前記緊張材５と、前記緊張材５と
前記荷重付与板３ａ・３ｂとを締結する手段７ａ・７ｂ
と、前記緊張材５から前記試験体１への荷重伝達経路の
途中に介在され、設定荷重付与時の撓み変形に対する弾
発力変動が小さい弾発力変動不感帯を有する非線形ばね
９とで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリートのク
リープ試験や免震積層ゴムの耐久試験等の荷重付与装置
であって、試験体に一定荷重を付与・持続可能な一定荷
重付与装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリートに一定荷重を付与すると、
図５に示すようにその瞬間に弾性歪みが生じ、その荷重
を持続すると長年月にわたり歪みが増大する。これをク
リープといい、この他の歪み要因としては含水分の発散
により収縮する乾燥収縮がある。このクリープ特性は配
合・骨材・混和材等により変化する。一方、新配合のコ
ンクリートを構造物に適用する場合、長期付与荷重に対
する安定性の事前評価が必要で、クリープ試験は必須試
験となっている。このクリープ試験時の最重要要件は、
試験期間中の付与荷重を一定に、具体的には１割の変動
範囲内に保持することである。

【０００３】当該試験を簡便に安価に行う装置として、
図６に示すようにＰＣ鋼棒・ＰＣ鋼線等の緊張材１０５
をコンクリート試験体１０１及びこれを挟着する一対の
荷重付与板１０３ａ・１０３ｂ間に貫通して、ナット１
０７ａ・１０７ｂで前記緊張材の端部と前記荷重付与板
１０３ａ・１０３ｂとを螺着緊締するものがある。しか
し、コンクリート試験体１０１は、図５に示すクリープ
収縮や乾燥収縮が生じるために、緊張材１０５に経時的
な荷重減少が発生する。また、試験期間中に温度変化が
あった場合には、試験体１０１と緊張材１０５の線膨張
係数差による温度収縮差に起因した荷重変化が生じる。
したがい、前記試験体１０１への付与荷重を長年月にわ
たり一定に保持することは困難で、試験精度の低下を招
いている。

【０００４】この対策として、図７に示すように筒状の
コンクリート試験体２１に対して直列させて、ロードセ
ル２２、クリープの殆んど生起しない材料より構成され
た荷重枠２３、油圧シリンダ等の荷重付与装置２４とを
それぞれ配し、これらを両端から一対の台板２５・２６
で挟むとともに、同各台板２５・２６及び前記荷重枠２
３とを貫通する一対の鋼棒２７を設け、同鋼棒２７と前
記各台板２５・２６及び荷重枠２３とを締結手段２８・
２９・３０で固定解放自在に締結するようにしたコンク
リートクリープ試験装置（実開昭５９−１０６０５０号
公報参照）等が提案されている。

【０００５】当該クリープ試験装置は、試験体の収縮分
をこの試験体の長さよりも十分に長尺な鋼棒のほぼ全長
で吸収することにより、鋼棒の緊張力の低下を抑えよう
とするもので、荷重枠２３と鋼棒２７の長さを適正にす
ることにより、クリープ発生時の荷重減少量を１割以内
に抑止できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記試
験装置では、荷重枠２３を介して鋼棒２７の長尺化を図
る分だけ装置本体が大型化するので、高温高湿養生槽等
の限られたスペースで試験を行う場合には不向きであ
り、かつハンドリング性が悪い。また、１割近くの荷重
減少量もあり、試験精度が十分とは言い難い。

【０００７】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、試験体に一定荷重を維持して付与する際、クリープ
収縮や乾燥収縮により試験体が収縮し、また試験体と試
験装置の温度変化による温度収縮差が生じても付与荷重
を一定に持続し得、スペースの限られた各種養生槽内に
て試験を行うにも適したコンパクトな一定荷重付与装置
の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、本発明は、試験体に両端から荷重を付
与する一対の荷重付与板と、前記荷重付与板を貫通して
配設された緊張材と、前記緊張材と前記荷重付与板とを
締結する手段と、前記緊張材から前記試験体への荷重伝
達経路の途中に介在され、設定荷重付与時の撓み変形に
対する弾発力変動が小さい弾発力変動不感帯を有する非
線形ばねとで構成されたことを特徴とする。

【０００９】上記構成によれば、設定荷重付与後に経時
的に発生する試験体のクリープ収縮や乾燥収縮、および
温度変化による前記緊張材と前記試験体の荷重付与方向
伸縮差を、前記試験体と前記緊張材の荷重伝達経路の途
中に介在された非線形ばねの弾発力変動不感帯の撓み変
形で吸収するようにしたので、設定荷重は変動すること
なく維持できる。このため、クリープ試験に代表される
一定荷重付与試験精度が著く向上する。

【００１０】また、前記装置はシンプルな構成であるた
め、コンパクト化が図れ、高温高湿養生槽等の限られた
スペースで容易に試験を行えるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は
第１実施形態に係る一定荷重付与装置の概略構成を示す
正面図である。

【００１２】同図に示すようにこの第１実施形態の一定
荷重付与装置は、両端に平行面を有する試験体１に対し
てその両端から荷重を付与する一対の荷重付与板３ａ・
３ｂと、この荷重付与板３ａ・３ｂの端部を貫通して配
設される一対の緊張材５と、この緊張材５の一方端と荷
重付与板３ｂとを螺着緊締するナット７ｂと、前記緊張
材５の他端と螺着されるナット７ａと、このナット７ａ
と前記荷重付与板３ａとの間に介装された非線形ばねで
ある皿ばね部９とで構成されている。

【００１３】前記皿ばね部９は、中心に孔を有する裁頭
円錐状ばね鋼の皿ばね９ａを同じ向きに３枚直列重ねし
た皿ばねセット９ｂと前記と同様構成の皿ばねセット９
ｃの互いの向きを違えて２段に配し、その両側端および
皿ばねセット９ｂと９ｃの間にワッシャー９ｅを設けて
構成されている。このワッシャー９ｅは、撓み変動時の
皿ばね９ａの拡径縮径変形を拘束しないように、皿ばね
９ａとの接触面側のみ低摩擦となるように表面処理する
か、若しくは低摩擦素材を使用するのが望ましい。また
ナット７ａと接触する側のワッシャー面は、ナットの締
付トルクを確保する必要上、高摩擦処理をするのが望ま
しい。

【００１４】前記皿ばね部９は、皿ばねセット当たりの
皿ばね枚数・皿ばねセットのセット数・皿ばねセットの
向き等の重ね方の組み合わせを変更することで、荷重と
撓みとの非線形ばね特性を自由に変更できる。このた
め、重ね方の組み合わせは所期の特性を満足するように
設定すれば良く、本実施形態に限るものではない。

【００１５】非線形ばねとして用いている単体の皿ばね
９ａは、図２に示すようにその厚みｔと高さＨの比Ｈ／
ｔのみで決定する非線形な荷重−撓み特性を有してお
り、本実施形態においては、撓み変形に対する弾発力変
動が小さい弾発力変動不感帯を利用するため、Ｈ／ｔ＝
１．４の皿ばねを使用している。

【００１６】また、特に高温・多湿等の悪環境下で試験
をする場合は、防錆対策として皿ばね表面にグリース・
防錆油等の油分を塗布すれば良い。尚、前記対策は皿ば
ね表面の摺動摩耗防止も兼ねるものである。

【００１７】次に本第１実施形態にかかる一定荷重付与
装置の作用について説明する。

【００１８】試験体１への荷重付与は、ナット７ａ若し
くはナット７ｂの締付力により皿ばね部９が撓むととも
に緊張材５が緊張し、その緊張力が荷重付与板３ａ・３
ｂを経由して試験体１に荷重伝達されることで行われ
る。

【００１９】前記荷重付与後に試験体１にクリープ収縮
等が生じ、緊張材５と試験体１の荷重付与方向伸縮差が
発生すると、前記試験体１と緊張材５の荷重伝達経路の
途中に介在された皿ばね部９の撓みが小さくなり、その
荷重付与方向収縮差を吸収する。この時、当該皿ばね
は、設定荷重において撓み変形に対する弾発力変動不感
帯を有しているため、撓みが小さくなるのみで設定荷重
は一定に保たれる。

【００２０】また、設定荷重付与時とそれ以降の試験期
間中に試験体および装置の温度が変化した場合、試験体
と緊張材の熱膨張係数差に起因した荷重付与方向伸縮差
が発生するが、この伸縮差も前記と同様に皿ばねの撓み
により吸収され、設定荷重は一定に保たれる。

【００２１】このように、一定荷重付与試験において設
定荷重を変動することなく維持できるため、クリープ試
験等を高精度に実施できる。

【００２２】荷重設定については以下のようにして行
う。

【００２３】設定荷重が小さい場合は、図２の皿ばねの
荷重−撓み特性を参照し、目標荷重の撓み量すなわち撓
み変形に対する弾発力変動が小さい弾発力変動不感帯の
撓み量までナット７ａ・７ｂを締め付けることで容易に
設定できる。

【００２４】一方、設定荷重が大きい場合は、荷重計測
器付油圧ジャッキ等により荷重付与板３ａ・３ｂを両側
から挟み込み、荷重計測しながら設定荷重まで圧縮した
状態で、ナット７ａ若しくはナット７ｂを弛みがなくな
る程度まで締め付けた後、油圧ジャッキを除荷すること
で設定できる。

【００２５】図３は第２実施形態に係る一定荷重付与装
置の概略構成を示す正面図である。

【００２６】第２実施形態の一定荷重付与装置は、両端
に平行面を有する試験体１に対してその両端から荷重を
付与する荷重付与板３ｂおよび当接板４と、この当接板
４に対し直列させて配されその当接板４との間に皿ばね
部９を介装する荷重付与板３ａと、前記荷重付与板３ａ
・３ｂと当接板４の端部を貫通して配設される一対の緊
張材５と、この緊張材５の端部と前記荷重付与板３ａ・
３ｂを螺着緊締するナット７ａ・７ｂとで構成されてい
る。

【００２７】前記皿ばね部９は、第１実施形態と同様の
皿ばねセット９ｂ・９ｃ・９ｄを直列に３段重ねる際に
２段目の皿ばねセット９ｃのみ逆向きに重ねるととも
に、その両側端および皿ばねセット９ｂと９ｃ間、９ｃ
と９ｄ間にワッシャー９ｅを設置して構成されている。

【００２８】また、図示していないが、皿ばね部９の水
平方向の離脱防止対策としては、皿ばね部９の中心を挿
通するシャフトを荷重付与板３ａ若しくは当接板４に固
設するか、皿ばね部９を囲繞する円柱のパイプを荷重付
与板３ａ若しくは当接板４に固設することが挙げられ
る。尚、前記シャフト若しくはパイプが付与荷重を支持
しないように、当該シャフト長さ若しくはパイプ長さ
は、皿ばねの撓み量分皿ばね部より短くする。

【００２９】図４は第３実施形態を示し、この一定荷重
付与装置は、両端に平行面を有する試験体１に対してそ
の両端から荷重を付与する一対の荷重付与板３ａ・３ｂ
と、この荷重付与板３ａ・３ｂと前記試験体１の水平断
面中心を貫通して配設される一本の緊張材５と、この緊
張材５の一方端と前記荷重付与板３ｂを螺着緊締するナ
ット７ｂと、前記緊張材５の他端と螺着されるナット７
ａと、このナット７ａと前記荷重付与板３ａとの間に介
装された非線形ばねである皿ばね部９とで構成されてい
る。

【００３０】前記皿ばね部９は、第１実施形態と同様の
皿ばね９ａを同じ向きに２枚直列重ねした皿ばねセット
９ｂと前記と同様構成の皿ばねセット９ｃの互いの向き
を違えて２段に配し、その両側端および皿ばねセット９
ｂと９ｃの間にワッシャー９ｅを設けて構成されてい
る。

【００３１】そして以上の第２実施形態および第３実施
形態の一定荷重付与装置にあっても前述の第１実施形態
の場合と同様の作用効果が得られる。尚、上記各実施形
態においては、非線形ばねとして皿ばねを使用したが、
設定荷重付与時の撓み変形に対する弾発力変動が小さい
弾発力変動不感帯を有するばねであればこれに限るもの
ではない。

【００３２】また、皿ばね素材としてばね鋼を使用した
が、弾性を有する材料であればこれに限るものではな
く、高張力鋼等の鋼系素材・アルミニウム等の非鉄金属
・樹脂系素材でも良い。

【００３３】緊張材については、ＰＣ鋼線・ＰＣ鋼棒等
の鋼系素材等が適当であるが、設定荷重で弾性変形域に
あればこれに限るものではなく、アルミニウム等の非鉄
金属・樹脂系素材でも良い。

【００３４】また、前述の各実施形態では緊張材と荷重
付与板を各々ナットで締結するようにしているが、これ
に限らず、一端側の荷重付与板は緊張材に溶接固定し、
他端側の荷重付与板はナット固定するようにしても良
い。

【００３５】また、試験体についてはコンクリート試験
体についてのみ言及したが、免震積層ゴム等の耐久試験
にも適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明にかか
る一定荷重付与装置は、設定荷重付与後に経時的に発生
する試験体のクリープ収縮や温度変化等による緊張材と
試験体との荷重付与方向伸縮差を、前記試験体と前記緊
張材との荷重伝達経路の途中に介在された非線形ばねの
弾発力変動不感帯の撓み変形で吸収するようにしたの
で、設定荷重に変動を来すことなく一定に維持でき、ク
リープ試験等に代表される一定荷重付与試験を高精度に
実施できる。これに伴い材質基礎データが充実し、前記
データを基礎とし開発した製品の信頼性が向上する。

【００３７】また、この一定荷重付与装置はシンプルな
構成であるため、コンパクト化・廉価化が図れ、高温高
湿養生槽等の限られたスペースで試験を行う場合に適す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一定荷重付与装置の第１実施形態
を示す正面図である。

【図２】皿ばねの非線形な荷重−撓み特性を説明する図
であって、（ａ）は皿ばねの中心断面図であり、（ｂ）
は荷重−撓み特性の変化を示すグラフである。

【図３】本発明に係る一定荷重付与装置の第２実施形態
を示す正面図である。

【図４】本発明に係る一定荷重付与装置の第３実施形態
を示す正面図である。

【図５】コンクリートのクリープ歪み・収縮歪み・弾性
歪みの概念を示す時間−歪のグラフである。

【図６】従来のクリープ試験装置を示す正面図である。

【図７】荷重減少を生起し難いように改善したクリープ
試験装置を示す正面図である。

【符号の説明】

１ 試験体 ３ａ 荷重付与板 ３ｂ 荷重付与板 ５ 緊張材 ７ａ ナット（締結手段） ７ｂ ナット（締結手段） ９ 皿ばね部（非線形ばね） ９ａ 皿ばね ９ｂ 皿ばねセット ９ｃ 皿ばねセット ９ｅ ワッシャー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試験体に両端から荷重を付与する一対の
   荷重付与板と、前記荷重付与板を貫通して配設された緊
   張材と、前記緊張材と前記荷重付与板とを締結する手段
   と、前記緊張材から前記試験体への荷重伝達経路の途中
   に介在され、設定荷重付与時の撓み変形に対する弾発力
   変動が小さい弾発力変動不感帯を有する非線形ばねとで
   構成されたことを特徴とする一定荷重付与装置。