JP2001050878A - 可搬式の載荷試験装置及び測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】点載荷強度の測定精度を高め、測定を簡単にす
る。 【解決手段】供試体２を一対のポインタ３４、３５で挟
み、供試体２の径を測定し、供試体２への載荷速度を一
定にするようにポインタ３４、３５を移動し、供試体２
が破壊する際の点載荷荷重を測定し、供試体２の径と点
載荷荷重から点載荷強度を算出する載荷試験装置、又は
測定する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の強度評価に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、油圧手動式載荷試験装置は、トン
ネルなどの雑然とした作業現場で岩石などの強度評価に
使用されており、その点載荷強度を短時間に測定するも
のである。しかし、従来の油圧手動式載荷試験装置は、
オペレータが手動で油圧装置を操作するため、供試体に
かける載荷速度を一定に制御することが難しく、測定結
果に大きなばらつきが生ずることがある。特に、オペレ
ータによる個人差で操作が異なったり、また、同一のオ
ペレータでも操作毎に操作が異なり、データの信頼性に
問題が生じることがある。

【０００３】また、従来の油圧手動式載荷試験装置は、
供試体の大きさを測定する装置の目盛や、供試体にかけ
た最大載荷荷重装置の目盛で直読するため、操作が不便
である上に、読取り誤差やミスが生じる可能性がある。
更に、複数個の供試体を複数回測定して、それらの測定
値を手動で計算処理するため、操作が不便である上に、
入力ミスが生じることもある。

【０００４】また、その他の載荷試験装置は、大型なも
のとなり、作業現場では使用できず、現場で採った供試
体を、その都度、載荷試験装置の設置場所まで持って行
って測定しなくてはならず、作業効率が悪かった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】＜イ＞本発明は、可搬
性に優れた載荷試験装置を提供することにある。 ＜ロ＞また、本発明は、点載荷強度を簡単に求めること
にある。 ＜ハ＞また、本発明は、点載荷強度の測定精度を高める
ことにある。 ＜ニ＞また、本発明は、自動化した点載荷試験装置を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、物体を一対の
押材で載荷して載荷強度を測定する可搬式の載荷試験装
置において、物体を一対の押材で載荷した際の一対の押
材の間隔を測定する距離測定装置と、物体への載荷速度
を一定にするように押材を移動する押材駆動装置と、物
体への載荷中の又は物体が破壊する際の載荷荷重を測定
する荷重測定装置とを備えることを特徴とする、可搬式
の載荷試験装置、又は、物体を一対のポインタで載荷し
て点載荷強度を測定する可搬式の載荷試験装置におい
て、物体を一対のポインタで載荷した際の一対のポイン
タの間隔を測定する距離測定装置と、物体への載荷速度
を一定にするようにポインタを移動するポインタ駆動装
置と、物体への載荷中の又は物体が破壊する際の点載荷
荷重を測定する荷重測定装置とを備えることを特徴とす
る、可搬式の載荷試験装置、又は、前記可搬式の載荷試
験装置において、ポインタ駆動装置は、高圧の油圧を吐
出する高圧用油圧ポンプと低圧の油圧を吐出する低圧用
油圧ポンプを使用し、高圧用油圧ポンプの油圧吐出量
は、低圧用油圧ポンプより少なくし、低圧用油圧ポンプ
のリリーフ圧は、ポインタが物体に作用する載荷荷重の
油圧より低くすることを特徴とする、可搬式の載荷試験
装置、又は、前記の載荷試験装置において、高圧用油圧
ポンプと低圧用油圧ポンプを駆動するモータに印加する
電圧は、一対のポインタが物体を載荷した際に低電圧に
切り替えられることを特徴とする、可搬式の載荷試験装
置、又は、前記可搬式の載荷試験装置において、距離測
定装置と荷重測定装置の出力値から点載荷強度を算出
し、統計処理を行う演算処理装置を備えることを特徴と
する、可搬式の載荷試験装置、又は、物体を一対のポイ
ンタで挟んで点載荷強度を測定する方法において、一対
のポインタで物体を挟んで一定の載荷速度で載荷し、一
対のポインタ間の距離を測定し、物体が破壊する際の点
載荷荷重を測定し、測定して求めたポインタ間の距離と
点載荷荷重から点載荷強度を算出することを特徴とす
る、点載荷強度を測定する方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【０００８】＜イ＞載荷試験装置 載荷試験装置は、一対の押材間に種々の被試験物、例え
ば岩石、安全靴などを配置し、押材で被試験物を載荷し
て応力歪み曲線を測定したり、破壊強度を測定するな
ど、被試験物の強度特性を求めるものである。なお、載
荷とは、押材などで物体に荷重を付与することである。

【０００９】一対の押材として一対のポインタを使用し
た点載荷試験装置の例を図１〜５に示す。この載荷試験
装置は、載荷部１と制御部６を備え、図１は載荷部１の
正面図であり、図２は図１の載荷部１の扉１３を開けて
供試体２を配置した図であり、図３は載荷部１の平面図
であり、図４は載荷部１の側面図であり、図５は制御部
６である。この載荷試験装置は、載荷部１と制御部６を
別体で構成してあるが、一体型として構成しても良い。
また、載荷軸方向は、鉛直だけでなく、水平方向など任
意の方向でも構わない。

【００１０】この載荷試験装置は、岩石などの供試体２
をポインタ３４、３５で挟み、一定の載荷速度で荷重を
付与し、供試体２を破壊して供試体２の点載荷強度を求
めることもできる。載荷試験装置は、例えば、現場で試
験が可能なように、可搬式にして、一人で持ち運びが容
易にできるように小型軽量に構成される。また、載荷試
験装置は、例えば、自動的に一定の載荷速度で荷重を付
与する自動式載荷試験装置として構成される。

【００１１】一定の載荷速度とは、ひずみ速度が一定の
場合と、応力速度が一定の場合があり、測定条件により
適宜選択される。

【００１２】＜ロ＞載荷部 載荷試験装置の載荷部１は、載荷室１２を有する筐体１
１、窓１４を有する扉１３を備え、筐体１１内に供試体
２を挟む一対の上ポインタ３４と下ポインタ３５、上ポ
インタ３４を駆動するポインタ駆動装置、上ポインタ３
４と下ポインタ３５間の距離を測定する距離測定装置
５、供試体に載荷した荷重を測定する荷重測定装置４を
備えている。

【００１３】＜ハ＞供試体 供試体２は、測定される対象物であり、対象物の種類、
試験仕様に応じて種々の供試体に使用され、例えば建設
工事の現場では、切羽の岩片、盛土材料として使用する
岩石、コンクリート自体などに適用される。供試体２
は、球状に限らず、塊状の形状で使用でき、試験方法の
仕様により大きさは変化し、例えば、径が１５ｍｍ〜８
５ｍｍ程度の大きさで、載荷試験装置の載荷室１１に配
置され、上ポインタ３４と下ポインタ３５で載荷され
る。

【００１４】＜ニ＞載荷室 載荷室１１は、供試体２を内部に配置して一対のポイン
タ３４、３５で挟んで載荷して破壊する部屋である。載
荷室１１は、供試体２を出し入れするための開閉自在の
扉１３を有し、扉１３には載荷状態を観察でき、しかも
供試体が破壊する際、外部に飛散しないように金網が設
けられた窓１４を有している。なお、載荷室１１には、
必要に応じて、供試体２を一対のポインタ３４、３５で
載荷するための所定の位置に固定する固定具を備えるこ
とができる。

【００１５】＜ホ＞ポインタ ポインタ３４、３５は、対によって供試体を挟んで、点
載荷するものである。下ポインタ３５は、筐体１の床面
に交換可能に取り付けられ、上ポインタ３４は、載荷軸
３３の先端に交換可能に取り付ける。ポインタの形状
は、対象となる試験方法の使用に応じて決められ、一般
的に用いられている岩石点載荷試験では、例えば、コー
ン型で先端が、５Ｒ、６０度の円錐形である。

【００１６】一対のポインタ３４、３５は、上下移動す
るように配置するだけでなく、水平方向など任意の方向
に配置しても良い。また、一対のポインタの何れが、ま
たは何れもが可動する構造であってもよい。

【００１７】＜ヘ＞ポインタ駆動装置 ポインタ駆動装置は、供試体２への載荷速度を一定にす
るように上ポインタ３４を移動する装置であり、例え
ば、ポインタ駆動装置として油圧ポンプ３２に油圧ホー
ス３６を介して油圧シリンダ３１に油圧を与え、上ポイ
ンタ３４の載荷軸３３を駆動する。油圧ポンプ３２の油
圧回路は、例えば図６のように構成することができる。

【００１８】図６では、高圧の油圧を吐出する高圧用油
圧ポンプ３２２と低圧の油圧を吐出する低圧用油圧ポン
プ３２１を備える。高圧用油圧ポンプ３２２は、供試体
２を容易に破壊できる油圧を発生する。低圧用油圧ポン
プ３２１は、低圧でリリーフするように構成され、例え
ばリリーフ圧は、ポインタ３４、３５が供試体に載荷す
る圧力より小さくする。高圧用油圧ポンプ３２２と低圧
用油圧ポンプ３２１の吐出油量は、高圧用油圧ポンプ３
２２の方を少なくし、例えば、１対１０の割合にする。
図６の油圧回路において、各ポンプをモータ３２３で駆
動すると、油圧がリザーバ３２４から油圧シリンダ３１
に供給される。低圧用油圧ポンプ３２１により多くの油
量が油圧シリンダ３１に供給され、上ポインタ３４、下
ポインタ３５が供試体を挟み込み、反力が与えられて油
圧シリンダ３１の油圧が所定圧力になると、低圧用リリ
ーフバルブ３２５が開いて、低圧用油圧ポンプ３２１か
らの油圧の供給は停止する。それに代わって、高圧用油
圧ポンプ３２２から高圧の油圧が徐々に油圧シリンダ３
１に供給される。なお、逆止弁３２７は、高圧の油圧を
ポンプに逆流することを防止し、高圧用リリーフバルブ
３２６は、高圧用油圧ポンプ３２２のリリーフ圧を規定
し、解放バルブ３２８は、油圧シリンダ３１の油量をリ
ザーバ３２４に戻すものである。

【００１９】ポンプ駆動モータとして直流モータを使用
し、モータ３２３に供給する電圧を例えばＤＣ１２Ｖと
６Ｖで切り替えると、油圧ポンプ３２１、３２２の供給
油量を更に調整することができる。この切り替え時期
は、例えば、上ポインタ３４が供試体２に載荷した時点
でＤＣ１２Ｖから６Ｖに切り替えると、上ポインタ３４
の載荷速度をより遅くすることができる。

【００２０】交流モータを使用してインバータ制御する
ことにより、同様な効果を得ることができる。

【００２１】なお、ポインタ駆動装置の駆動方式は、電
動、油圧、又は空気圧など、何れの駆動方式でも良い。
また、載荷速度は、対象となる試験方法の仕様に応じて
決められ、ある仕様では、破壊までの時間の目安を１０
秒〜６０秒としており、標準的なサンプルをこの時間で
破壊する。また、装着時間、即ち載荷までの時間は、操
作性や載荷試験装置の性能によって決められる。また、
モータ３２３は、ポンプケーブル３７で制御部６から電
力が供給される。

【００２２】上ポインタ３４の移動速度は、試験方法の
仕様に応じて決まり、例えば、載荷時では０．１ｍｍ／
ｓ〜０．２ｍｍ／ｓの定速とする。また、装着時や載荷
軸３３の戻し時は操作性や載荷試験装置の能力により、
例えば、１ｍｍ／ｓ〜１０ｍｍ／ｓとし、作業性の向上
を図る。

【００２３】＜ト＞荷重測定装置 荷重測定装置４は、供試体２にかかる点荷重を測定する
ものであり、例えば、ロードセルや圧力計が使用でき
る。ロードセルは、下ポインタ３５の下部に取り付け、
上ポインタ３４が供試体２を押した際の反力を測定し、
正確な点載荷荷重を求めることができる。荷重測定装置
４の測定信号は、ロードセルケーブルを介して制御部６
に送られる。なお、荷重測定装置４は、上ポインタ３４
側に取り付けても良い。

【００２４】＜チ＞距離測定装置 距離測定装置５は、供試体２の径や、供試体２が破壊し
た時点の大きさなどを測定するものであり、ポテンショ
メータなどのが使用でき、例えば、上ポインタ３４の載
荷軸３３の移動位置を測定してもよい。即ち、一対のポ
インタで供試体２を挟んだ時、上ポインタ３４の位置を
測定して、一対のポインタ間の距離を求めて供試体２の
径を測定する。距離測定装置５の測定信号は、センサケ
ーブル５１を介して制御部６に送られる。

【００２５】＜リ＞制御部 制御部６は、装置全体の制御と、データの演算処理を行
うものであり、例えば図５のように、電源スイッチ６
３、動作スイッチ６４、非常停止スイッチ６５などのス
イッチ、タッチ操作機能付きディスプレイ６２などの表
示装置及び演算処理装置６１、各種ケーブルを接続する
コネクタ６６などを備えている。演算処理装置６１は、
装置全体の動作制御と、距離測定装置５の出力値Ｄと荷
重測定装置４の出力値Ｐから供試体２の点載荷強度を求
めるものであり、演算処理装置６１は、距離測定装置５
と荷重測定装置４と電気的に接続され、これらの出力値
を自動的に取り込み、演算処理することができる。例え
ば、点載荷強度Ｓｔ＝０．９×Ｐ／Ｄ²の式より、点載
荷強度Ｓｔを算出する。また、演算処理装置６１は、複
数個の供試体２、例えば１０個の供試体２の点載荷強度
の最大値、最小値や平均値を算出し、それたの値をタッ
チ操作機能付きディスプレイ６２に表示することができ
る。更に、演算処理装置６１のデータを外部のパソコン
に取り込むことができる。取り込み手段は、例えば、Ｒ
Ｓ２３２Ｃなどの伝送規格やＰＣカードなどで行なうこ
とができる。また、制御部６をシーケンサやパソコンで
構成することができる。

【００２６】タッチ操作機能付きディスプレイ６２は、
例えば図７のような画面を表示する。図７（Ａ）はサン
プル符号を設定する画面であり、図７（Ｂ）は測定した
測定値を表示する画面であり、図７（Ｃ）は複数の測定
値の平均値を表示する画面である。

【００２７】以下に、載荷試験装置の操作例を説明す
る。

【００２８】＜イ＞操作の流れの概要 載荷試験装置の操作において、供試体２のサンプルをそ
の採取場所などにより複数のグループ（１、２、・・・
ｉ・）に分け、同一グループ内の供試体（１、２、・・
・ｊ・）の測定を繰り返し、載荷強度を算出し、データ
を保存し、次に他のグループについて測定を繰り返す。
その流れ図を図８に示し、ステップＳ３〜Ｓ５は同一グ
ループの各供試体を選択するための手順であり、ステッ
プＳ２１〜Ｓ２９は１つの供試体について測定する手順
であり、ステップＳ６〜Ｓ１１は同一グループの演算処
理、データの妥当性、表示、及び保存の手順であり、ス
テップＳ２、Ｓ１２はグループを選択する手順である。

【００２９】＜ロ＞供試体の測定操作 載荷試験装置の電源スイッチ６３をオンにして、装置を
リセットする（Ｓ１）。ステップＳ２〜Ｓ３でグループ
と供試体の順序を選択した後、扉１３を開けたまま供試
体をポインタ間に操作者の手で保持したまま（Ｓ２
１）、動作スイッチ６４を押すと、可動ポインタである
上ポインタ３４が高速で前進移動して供試体２を載荷し
保持して停止する（Ｓ２２）。この一時停止した時に載
荷点間の距離（Ｄｉ）を測定する（Ｓ２３）。

【００３０】次に、供試体２を保持した状態で扉１３を
閉め、再度動作スイッチ６４を押すと、上ポインタ３４
は低速で前進移動し、供試体２を載荷し（Ｓ２４）、供
試体を破壊する（Ｓ２５）。この際、上ポインタ３４が
供試体２を保持した以降、扉１３を閉めないと上ポイン
タ３４は動かない。また、上ポインタ３４に掛かる荷重
が規定以上になると、供試体２の破壊如何に関わらず、
上ポインタ３４は前進できない。また、上ポインタ３４
が前進端まで移動しても供試体２を保持できないときは
反転復帰する。

【００３１】供試体２が破断した時の載荷重（Ｆ０ｉ）
と破断時載荷点間の距離（Ｄ’ｉ）を計測し（Ｓ２
６）、次に、ポイントロード指数（Ｓｔｉ）の計算を行
う（Ｓ２７）。

【００３２】１個の供試体の計測が終了すると、上ポイ
ンタ３４を上げて載荷軸３３を戻し（Ｓ２８）、供試体
２の破片を載荷室１１から取り出す（Ｓ２９）。

【００３３】＜ハ＞測定値の演算処理 同一グループの全ての供試体２の測定が終了すると、ス
テップＳ２７で求めた各供試体の点載荷強度（ポイント
ロード指数）を演算処理装置で統計処理して、表示する
（Ｓ６）。必要に応じてデータが妥当かどうか調べる
（Ｓ７）。この妥当性の判断は、オペレータ又は、演算
処理装置６１が行う。検定の結果、データが妥当でない
場合（Ｓ７）、オペレータは、不適なデータを削除する
か、供試体２を追加するか判断する（Ｓ８）。不適デー
タは削除し（Ｓ９）、必要な場合、供試体２を追加する
（Ｓ１０）。データが妥当な場合、データをメモリに保
存し（Ｓ１１）、次のグループを測定し、全てのグルー
プの測定が終了すると、測定を終了する。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、次のような効果を得ることが
できる。 ＜イ＞載荷試験装置を小型化して可搬式とすることがで
きる。 ＜ロ＞また、簡便にして容易に、物の載荷強度を測定す
ることができる。 ＜ハ＞また、建設工事などの施工中の供試体採取現場に
おいて、容易に、短時間で試験することができ、試験結
果を遅滞なく直ちに当該工事に反映することができるの
で、工事能率の向上に大いに寄与することができる。 ＜ニ＞また、供試体の寸法、及び破壊荷重を自動計測す
ることにより、測定精度を向上でき、更に、載荷速度を
一定に保ち、得られる載荷強度のばらつきを少なくし
て、信頼性の高い試験結果を得ることができる。 ＜ホ＞また、ポインタなどの押材を交換して、形状の異
なる押材を採用して、小型容器類の強度試験、安全靴の
強度試験などの荷重試験に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】載荷試験装置の載荷部の正面図

【図２】載荷試験装置の載荷部に供試体を配置した説明
図

【図３】載荷試験装置の載荷部の平面図

【図４】載荷試験装置の載荷部の側面図

【図５】載荷試験装置の制御部の正面図

【図６】油圧ポンプの油圧回路図

【図７】タッチ操作パネル付きディスプレイの説明図

【図８】載荷試験装置の操作の流れ図

【符号の説明】

１・・・載荷部 １１・・筐体 １２・・載荷室 １３・・扉 １４・・窓 １５・・キャッチグリップ ２・・・供試体 ３１・・油圧シリンダ ３２・・油圧ポンプ ３２１・低圧用油圧ポンプ ３２２・高圧用油圧ポンプ ３２３・モータ ３２４・リザーバ ３２５・低圧用リリーフバルブ ３２６・高圧用リリーブバルブ ３２７・逆止弁 ３２８・解放バルブ ３３・・載荷軸 ３４・・上ポインタ ３５・・下ポインタ ３６・・油圧ホース ３７・・ポンプケーブル ４・・・荷重測定装置 ４１・・ロードセルケーブル ５・・・距離測定装置 ５１・・センサケーブル ６・・・制御部 ６１・・演算処理装置 ６２・・タッチ操作機能付きディスプレイ ６３・・電源スイッチ ６４・・動作スイッチ ６５・・非常停止スイッチ ６６・・コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 浩 東京都渋谷区渋谷一丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 鈴木祥三 東京都渋谷区渋谷一丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 青木俊朗 東京都渋谷区渋谷一丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 広川隆男 東京都渋谷区渋谷一丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 柳原好孝 東京都渋谷区渋谷一丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 横尾幹茂 東京都大田区池上５−25−４ 東都電機工 業株式会社内 (72)発明者 川瀬吉彰 東京都大田区池上５−25−４ 東都電機工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G061 AA02 AB03 BA01 CA06 CA20 DA01 DA08 EA01 EA10 EB05 EC02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体を一対の押材で載荷して載荷強度を測
   定する可搬式の載荷試験装置において、 物体を一対の押材で載荷した際の一対の押材の間隔を測
   定する距離測定装置と、 物体への載荷速度を一定にするように押材を移動する押
   材駆動装置と、 物体への載荷中の又は物体が破壊する際の載荷荷重を測
   定する荷重測定装置とを備えることを特徴とする、 可搬式の載荷試験装置。
2. 【請求項２】物体を一対のポインタで載荷して点載荷強
   度を測定する可搬式の載荷試験装置において、 物体を一対のポインタで載荷した際の一対のポインタの
   間隔を測定する距離測定装置と、 物体への載荷速度を一定にするようにポインタを移動す
   るポインタ駆動装置と、 物体への載荷中の又は物体が破壊する際の点載荷荷重を
   測定する荷重測定装置とを備えることを特徴とする、 可搬式の載荷試験装置。
3. 【請求項３】請求項２に記載の可搬式の載荷試験装置に
   おいて、 ポインタ駆動装置は、高圧の油圧を吐出する高圧用油圧
   ポンプと低圧の油圧を吐出する低圧用油圧ポンプを使用
   し、 高圧用油圧ポンプの油圧吐出量は、低圧用油圧ポンプよ
   り少なくし、 低圧用油圧ポンプのリリーフ圧は、ポインタが物体に作
   用する載荷荷重の油圧より低くすることを特徴とする、 可搬式の載荷試験装置。
4. 【請求項４】請求項３に記載の可搬式の載荷試験装置に
   おいて、 高圧用油圧ポンプと低圧用油圧ポンプを駆動するモータ
   に印加する電圧は、一対のポインタが物体を載荷した際
   に低電圧に切り替えられることを特徴とする、 可搬式の載荷試験装置。
5. 【請求項５】請求項２に記載の可搬式の載荷試験装置に
   おいて、 距離測定装置と荷重測定装置の出力値から点載荷強度を
   算出し、統計処理を行う演算処理装置を備えることを特
   徴とする、 可搬式の載荷試験装置。
6. 【請求項６】物体を一対のポインタで挟んで点載荷強度
   を測定する方法において、 一対のポインタで物体を挟んで一定の載荷速度で載荷
   し、一対のポインタ間の距離を測定し、物体が破壊する
   際の点載荷荷重を測定し、測定して求めたポインタ間の
   距離と点載荷荷重から点載荷強度を算出することを特徴
   とする、 点載荷強度を測定する方法。