JP2000258291A - 振動台 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 供試体を加振した際に生じる供試体から加振
テーブル側への荷重と加振テーブル側の慣性力と分離し
て計測する手段を備えた振動台を提供する。 【解決手段】 振動台の加振テーブル２に加振軸方向ご
との荷重を検出する荷重計測器３を複数個設置し、その
上に供試体５を固定するベース４を設置する。ベース４
の加速度を測定する加速度計測器７をベース４に複数個
設ける。荷重計測器３で計測した荷重信号および加速度
計測器７で計測したベース４の加速度を取り込み、加振
軸方向ごとの全並進荷重からベース４の慣性力を差し引
いた並進荷重と、加振軸回りの全回転モーメントからベ
ース４の慣性モーメントを差し引いた回転モーメントと
を算出する演算装置６を備える。供試体５に何ら手を加
えることなく、加振中に生じる供試体５から加振側への
荷重と加振テーブル側ベース４などの慣性力とを明確に
分離して計測できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の振動試験
に用いる振動台に係り、特に、振動台が構造物から受け
る反力としての荷重と振動台側自体の慣性力とを明確に
分離して計測する手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物の振動応答を実験的に評価するた
めに、供試体すなわち構造物を振動台に載せて加振する
振動台実験がなされている。入力される目標信号に従っ
て振動台が動作するように、制御装置が、振動台の変
位，速度，加速度などをフィードバック信号として取り
込み、振動台を制御している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、供試体が共振
した場合などには、供試体から振動台の加振機に加わる
反力が大きな荷重となり、所定の目標信号に従った実験
が困難になって、再現性も悪化するという問題がある。

【０００４】これに対して、国際出願ＰＣＴ/ＪＰ９５/
０１８５０には、供試体から加振機への荷重を検出して
フィードバック制御する方法が示されている。

【０００５】通常、振動台実験では、供試体に測定器を
取り付けると、供試体自体の加速度や変位などを比較的
容易に測定できるが、供試体から加振側への反力となる
荷重を計測するには、新たな工夫が必要となる。

【０００６】振動台において供試体から加振側への荷重
を計測する方法として、例えば、特開平６−５８８３０
号公報には、６本のロッドを組み合わせて力およびモー
メントを算出する６軸のロードセルを振動台上に設置す
る方法が示されている。しかし、この方法でも、ロード
セルなどを含めて加振側が持つ慣性力の影響を取り除く
ことが困難である。

【０００７】特開平４−２７８４３１号公報には、振動
台の加振テーブルとこの加振テーブルを駆動するアクチ
ュエータとの間で荷重を検出する方法、および、加振テ
ーブル上で供試体の荷重を検出する方法が示されてい
る。しかし、荷重検出器の構成および荷重の算出方法に
ついては、明確な記載がない。

【０００８】特開平７−１１３７２１号公報には、積層
ゴム等を用いて供試体の上下方向の荷重を支持し、水平
加振方向の荷重のみを検出する手段が示されているが、
この方法では、多方向の荷重を同時に測定することが困
難である。

【０００９】特開平６−２６９８２号公報には、２分力
計を用いた試験装置が示されている。しかし、これは免
震要素を上下方向に支持する加振機に加わる荷重を計測
する装置であり、振動台とは構成や使い方が異なる。

【００１０】さらに、供試体を固定する相手となる加振
テーブル側の部材を更新したり供試体とともに交換した
りすると、加振テーブル側の質量や重心位置が変わり、
実験結果に影響を及ぼすという問題があった。

【００１１】本発明の目的は、振動台を用いた振動試験
において供試体を加振した際に生じる供試体から加振テ
ーブル側への荷重と加振テーブル側の慣性力と分離して
計測する手段を備えた振動台を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、供試体を搭載する加振テーブルと加振テ
ーブルを目標信号に従って動作させる加振機とを備えた
振動台において、振動台の加振軸方向ごとの荷重を検出
する荷重計測器を加振テーブルに複数個設置し、供試体
を固定するベースを荷重計測器のすべてに固定し、ベー
スの加速度を測定する複数の加速度計測器をベースに設
置し、複数の荷重計測器からの荷重信号に基づき加振軸
方向ごとの全並進荷重および加振軸回りの全回転モーメ
ントを算出する手段と、複数の加速度計測器からの加速
度信号に基づき加振軸方向ごとのベースの慣性力および
加振軸回りのベースの慣性モーメントを算出する手段
と、加振軸方向ごとの全並進荷重からベースの慣性力を
差し引いた並進荷重および加振軸回りの全回転モーメン
トからベースの慣性モーメントを差し引いた回転モーメ
ントを算出する手段とを含む演算装置を備えた振動台を
提案する。

【００１３】本発明は、また、供試体を搭載する加振テ
ーブルと加振テーブルを目標信号に従って動作させる加
振機とを備えた振動台において、振動台の加振テーブル
が、加振機に接続された接続部材と、供試体を搭載し固
定する固定部材とからなり、接続部材と固定部材との間
に振動台の加振軸方向ごとの荷重を検出する荷重計測器
を複数個設置し、供試体を固定する固定部材を荷重計測
器のすべてに固定し、固定部材の加速度を測定する複数
の加速度計測器を固定部材に設置し、複数の荷重計測器
からの荷重信号に基づき加振軸方向ごとの全並進荷重お
よび加振軸回りの全回転モーメントを算出する手段と、
複数の加速度計測器からの加速度信号に基づき加振軸方
向ごとの固定部材の慣性力および加振軸回りの固定部材
の慣性モーメントを算出する手段と、加振軸方向ごとの
全並進荷重から固定部材の慣性力を差し引いた並進荷重
および加振軸回りの全回転モーメントから固定部材の慣
性モーメントを差し引いた回転モーメントを算出する手
段とを含む演算装置を備えた振動台を提案する。

【００１４】本発明においては、振動台の加振テーブル
に加振軸方向ごとの荷重を検出する荷重計測器を複数個
設置し、その上に供試体を固定するベースまたは固定部
材を設置する。ベースまたは固定部材の加速度を測定す
る加速度計測器をベースまたは固定部材に複数個設け
る。荷重計測器で計測した荷重信号および加速度計測器
で計測したベースまたは固定部材の加速度を取り込み、
加振軸方向ごとの全並進荷重からベースまたは固定部材
の慣性力を差し引いた並進荷重と、加振軸回りの全回転
モーメントからベースまたは固定部材の慣性モーメント
を差し引いた回転モーメントとを算出する演算装置を備
えたので、供試体に何ら手を加えることなく、加振中に
生じる供試体から加振側への荷重と加振テーブル側ベー
スまたは固定部材などの慣性力とを明確に分離して計測
できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、図１ないし図５を参照し
て、本発明による振動台の実施例を説明する。

【００１６】《実施例１》図１は、本発明による振動台
の実施例１の構成を示す平面図および側面図である。実
施例１の振動台は、加振機１に接続された加振テーブル
２の上に荷重計測器３を複数個固定してあり、供試体５
を搭載するベース４を荷重計測器３の上に配置し、全て
の荷重計測器３と固定してある。このような構造にする
と、加振機１と加振テーブル２とが既存の振動台にも、
本発明を容易に適用できることになる。

【００１７】荷重計測器３としては、振動台の加振方向
に対応した荷重を成分ごとに計測する分力計を使用でき
る。振動台の搭載重量および加振テーブル２の大きさに
応じて、荷重検出器３の１個当たりの容量および個数を
選定し、荷重計測器３とベース４とからなる部分の剛性
が十分高くなるようにする。

【００１８】その際に、ベース４の質量と供試体５の最
大積載質量との合計質量ｍと荷重計測器３全体の剛性ｋ
からなる１自由度系の固有振動数freqは、数式１で求め
られる。この固有振動数freqは、共振を避ける意味から
も、振動台の加振周波数範囲よりも十分高い振動数にな
るように設定することが望ましい。

【００１９】

【数１】

【００２０】複数の荷重計測器３で計測された荷重は、
演算装置６に入力され、合計の荷重を算出する基礎デー
タとなる。合計荷重の算出は、例えば３軸(ｘ,ｙ,ｚ)の
振動台にｎ個の荷重計測器３を用いた場合、それぞれの
荷重計測器３の荷重値を数式２のように表現すると、合
計の並進荷重Ｆおよび回転モーメントＭは、数式３およ
び数式４で与えられる。ただし、(lｘ,lｙ)は、各々の
荷重計測器３のｘｙ平面上の座標を示している。

【００２１】

【数２】

【００２２】

【数３】

【００２３】

【数４】

【００２４】図２は、ベース４の加速度を検出する加速
度計測器７の設置個所を２種類示す平面図および側面図
である。荷重計測器３で計測される荷重は、供試体５か
らの荷重の他に、ベース４の質量ｍb による慣性力も含
んでいるので、加速度計測器７を設置してベース４の加
速度を測定し、演算装置６に取り込み、以下の手順でで
供試体５からの荷重のみを求める。

【００２５】図２(ａ)に示すように、ベース４の中央付
近に加速度計測器７を設置した場合は、ベース４の加速
度は、数式４のように表現されるので、これを利用すれ
ば、ベース４の並進方向の慣性力を取り除くことができ
る。この場合、数式３に対応する供試体５のみの並進荷
重Ｆは、数式６で与えられる。

【００２６】

【数５】

【００２７】

【数６】

【００２８】さらに、ベース４の回転慣性まで考慮して
これを取り除くには、例えば、図２(ｂ)に示すように、
ベース４の周囲に加速度計測器７を設置し、計測した加
速度の差から供試体のみの回転モーメントを数式７で算
出する。ただし、Iｘ，Iｙ，Iｚは、ベースの各軸回り
の慣性モーメント、ｄｘ，ｄｙは、ベースのｘ方向およ
びｙ方向の寸法であり、対となる加速度計測器７の間の
距離を表している。また、この場合に、供試体５の並進
荷重を求めるには、数式６に代えて、数式８を用いても
よい。

【００２９】

【数７】

【００３０】

【数８】

【００３１】図３は、計測値と演算装置による算出値と
の関係をまとめて示す図である。図３(ａ)に示すよう
に、荷重計測器３からの荷重計測値を演算装置６に入力
し、供試体５とベース４とを合わせた全体の並進荷重お
よび回転モーメントを求める。特に、本発明において
は、複数の加速度計測器７を設置し、これら加速度計測
器７で計測したベース４の加速度計測値も演算装置６に
入力しているので、図３(ｂ)に示すように、ベース４な
どの加振テーブル側の慣性力の影響を除去して、供試体
５のみの並進荷重および回転モーメントを算出できる。
すなわち、振動台を用いた振動試験において供試体５を
加振した際に生じる供試体５から加振テーブル側への荷
重と加振テーブル側の慣性力とを分離して計測できるこ
とになる。

【００３２】図４は、荷重計測器３の固定方法の一例を
示す側面図である。実施例１において、荷重計測器３を
加振テーブル２およびベース４に固定する際に、荷重計
測器３の片側に荷重計測器３よりも外周の大きいフラン
ジ８を形成し、ボルト等で固定する。この構造を採用す
ると、荷重計測器３の下側に位置する加振テーブル２に
フランジ８を用いて荷重計測器３を上方よりボルト１０
を用いて固定し、さらに、上側に位置するベース４を荷
重計測器３の上に乗せた状態にしてボルト１０により固
定でき、組立てが容易となる。

【００３３】図１ないし図４を参照して説明した本発明
による振動台の実施例１は、加振機１と加振テーブル２
とが既存の設備であっても、荷重計測器３，ベース４，
演算装置６，加速度計測器７を増設すれば、実現できる
ので、既存の振動台に本発明を適用する場合に便利な構
造である。

【００３４】《実施例２》図５は、本発明による振動台
の実施例２の構成を示す平面図および側面図である。実
施例２は、実施例１におけるベース４を用いず、加振機
１に接続するための接続部材２０Ａと供試体５を固定す
るための固定部材２０Ｂとに振動台の加振テーブル２を
分割し、接続部材２０Ａと固定部材２０Ｂとの間に複数
個の荷重計測器３を配置してある。

【００３５】実施例２においては、荷重計測器３を接続
部材２０Ａに埋め込むように固定してあり、固定部材２
０Ｂを接続部材２０Ａの凹部に固定してある。すなわ
ち、図１の実施例１とは異なり、既存の振動台には適用
が困難であるが、振動台を新設する場合は、荷重計測機
３を加振テーブル２に内蔵でき、しかも、ベース４が不
要となるので、振動台全体がコンパクトになる。

【００３６】実施例２においても、荷重計測器３の容量
や個数は、任意に設定できる。荷重計測器３で計測した
荷重を演算装置６に入力し、合計の荷重および回転モー
メントを求める。その際、荷重計測器３で計測される荷
重には、固定部材２０Ｂの慣性力も含まれる。そこで、
図２および図３に示した方法により、固定部材２０Ｂの
加速度を測定すると、固定部材２０Ｂの慣性力が得られ
る。この慣性力の分を差し引けば、供試体５からの荷重
のみを求められる。

【００３７】なお、振動台の加振機１と加振テーブル２
または接続部材２０Ａとの接続構造が、油圧による静圧
継手であっても、リンク機構を用いた構造であっても、
本発明を適用できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、振動台の加振テーブル
に加振軸方向ごとの荷重を検出する荷重計測器を複数個
設置し、その上に供試体を固定するベースまたは固定部
材を設置し、ベースまたは固定部材の加速度を測定する
加速度計測器をベースまたは固定部材に複数個設けると
ともに、荷重計測器で計測した荷重信号および加速度計
測器で計測したベースまたは固定部材の加速度を取り込
み、加振軸方向ごとの全並進荷重からベースまたは固定
部材の慣性力を差し引いた並進荷重と、加振軸回りの全
回転モーメントからベースまたは固定部材の慣性モーメ
ントを差し引いた回転モーメントとを算出する演算装置
を備えたので、供試体に何ら手を加えることなく、加振
中に生じる供試体から加振側への荷重と加振テーブル側
ベースまたは固定部材などの慣性力とを明確に分離して
計測できる振動台が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による振動台の実施例１の構成を示す平
面図および側面図である。

【図２】ベース４の加速度を検出する加速度計測器７の
設置個所を２種類示す平面図および側面図である。

【図３】計測値と演算装置による算出値との関係をまと
めて示す図である。

【図４】荷重計測器３の固定方法の一例を示す側面図で
ある。

【図５】本発明による振動台の実施例２の構成を示す平
面図および側面図である。

【符号の説明】

１ 加振機 ２ 加振テーブル ３ 荷重計測器 ４ ベース ５ 供試体 ６ 演算装置 ７ 加速度計測器 ８ 胴体 ９ フランジ １０ ボルト ２０Ａ 接続部材(加振テーブル２) ２０Ｂ 固定部材(加振テーブル２）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供試体を搭載する加振テーブルと前記加
   振テーブルを目標信号に従って動作させる加振機とを備
   えた振動台において、 前記振動台の加振軸方向ごとの荷重を検出する荷重計測
   器を前記加振テーブルに複数個設置し、 前記供試体を固定するベースを前記荷重計測器のすべて
   に固定し、 前記ベースの加速度を測定する複数の加速度計測器を前
   記ベースに設置し、 複数の前記荷重計測器からの荷重信号に基づき加振軸方
   向ごとの全並進荷重および加振軸回りの全回転モーメン
   トを算出する手段と、複数の前記加速度計測器からの加
   速度信号に基づき加振軸方向ごとの前記ベースの慣性力
   および加振軸回りの前記ベースの慣性モーメントを算出
   する手段と、加振軸方向ごとの全並進荷重から前記ベー
   スの慣性力を差し引いた並進荷重および加振軸回りの全
   回転モーメントからベースの慣性モーメントを差し引い
   た回転モーメントを算出する手段とを含む演算装置を備
   えたことを特徴とする振動台。
2. 【請求項２】 供試体を搭載する加振テーブルと前記加
   振テーブルを目標信号に従って動作させる加振機とを備
   えた振動台において、 前記振動台の加振テーブルが、前記加振機に接続された
   接続部材と、前記供試体を搭載し固定する固定部材とか
   らなり、 前記接続部材と前記固定部材との間に前記振動台の加振
   軸方向ごとの荷重を検出する荷重計測器を複数個設置
   し、 前記供試体を固定する固定部材を前記荷重計測器のすべ
   てに固定し、 前記固定部材の加速度を測定する複数の加速度計測器を
   前記固定部材に設置し、 複数の前記荷重計測器からの荷重信号に基づき加振軸方
   向ごとの全並進荷重および加振軸回りの全回転モーメン
   トを算出する手段と、複数の前記加速度計測器からの加
   速度信号に基づき加振軸方向ごとの前記固定部材の慣性
   力および加振軸回りの前記固定部材の慣性モーメントを
   算出する手段と、加振軸方向ごとの全並進荷重から前記
   固定部材の慣性力を差し引いた並進荷重および加振軸回
   りの全回転モーメントから固定部材の慣性モーメントを
   差し引いた回転モーメントを算出する手段とを含む演算
   装置を備えたことを特徴とする振動台。