JP2002303570A - 杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法 - Google Patents
杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法Info
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Abstract
れる杭の急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法
を提供すること。 【解決手段】 杭頭4を重錘3で打撃しておこなう杭の
急速載荷試験に用いる装置であって、重錘と、前記重錘
と前記杭頭の間に介在させる緩衝材2と、からなり、前
記緩衝材は比重が0.35以上0.5以下の材料からな
ることを特徴とするものである。重錘は例えば杭頭に取
り付けた台座に設置する。また、上記した杭の急速載荷
試験装置において、前記緩衝材は高周波の加重成分の発
生を抑制できる材料を使用することができる。
Description
下剛性及び支持力を調査するための杭の急速載荷試験装
置及び杭の急速載荷試験の方法に関するものである。
施されている方法は、静的載荷試験である。この方法に
よれば、打設された杭の沈下剛性及び支持力について信
頼性の高いデータを得ることができるが、大掛かりな載
荷装置を必要とし、試験に時間がかかるという欠点も有
する。これに対して、動的載荷試験は載荷装置が簡単
で、載荷時間が5〜30msと非常に短いため静的載荷
試験の欠点を補う方法ではあるが、波動理論による解析
を必要とし、試験結果には動的影響が含まれるため、常
に信頼性の高いデータが得られるとは言い難い。
験で、この方法によれば載荷時間を動的載荷試験の約1
0倍に当たる50〜200ms程度にすることで弾性波
動の伝播による影響をなくし、静的載荷試験に近い信頼
性の高い試験結果を得ることができる。この急速載荷試
験の方法として、スタナミック試験とスードスタティッ
ク試験と呼ばれる試験方法が一般的に知られている。ス
タナミック試験は、推進薬を燃焼させることで反力マス
cを打ち上げ、その際発生する反力により杭頭aに荷重
を載荷するものである。スードスタティック試験は、杭
頭aに鋼鉄製のコイルバネd又は皿バネ等を設置した状
態で、上方からハンマーeを落下させて載荷を行う方法
である。
速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法にあって
は、次のような問題点がある。 <イ>杭頭に鋼鉄製のバネを設置する方法では、バネ自
体の質量が大きくなるので、打撃の際に杭に作用する力
が減少する。そのため、載荷に用いる重錘の質量を大き
くすることが必要になり、装置全体の形状及び質量が大
規模になる。 <ロ>さらに、鋼鉄製のバネを用いた場合、材料減衰が
小さいため、試験精度を低下させる要因となる高周波の
加重成分が発生する。 <ハ>鋼鉄製のバネは、急速載荷試験の目標に適合する
最大荷重や載荷時間を設定するためにバネ定数や長さを
変更することが難しい。
決するためになされたもので、簡単に実施でき、精度の
高い試験結果が得られる杭の急速載荷試験装置及び杭の
急速載荷試験の方法を提供することを目的とする。ま
た、小規模の試験装置で、大きな荷重を載荷できる杭の
急速載荷試験装置及び杭の急速載荷試験の方法を提供す
ることを目的とする。本発明は、これらの目的の少なく
とも一つを達成するものである。
するために、本発明の杭の急速載荷試験装置は、杭頭を
重錘で打撃しておこなう杭の急速載荷試験に用いる装置
であって、重錘と、前記重錘と前記杭頭の間に介在させ
る緩衝材と、からなり、前記緩衝材は比重が0.35以
上0.5以下の材料からなることを特徴とするものであ
る。重錘は例えば杭頭に取り付けた台座に設置する。
いて、前記緩衝材は高周波の加重成分の発生を抑制でき
る材料を使用することができる。ここで、高周波の加重
成分の発生を抑制できる材料とは、材料減衰が大きい材
料をいう。
おいて、前記重錘を重量層と前記緩衝材と同一材料の緩
衝層の積層構造とすることもできる。ここで、積層構造
は2層以上の任意の層数に形成することができる。
装置において、前記緩衝材は微細セル構造を有する高分
子化合物とすることができる。ここで、高分子化合物と
してはウレタンエラストマーが好適である。
が0.35以上0.5以下の材料からなる緩衝材を杭頭
と重錘の間に設置し、前記緩衝材の上面を前記重錘で打
撃し、杭体に0.05秒以上0.2秒以下の載荷をする
ことを特徴とする方法である。
実施の形態について説明する。
めの装置で、荷重を付与する重錘3と、試験対象となる
杭の杭頭4と重錘3の間に介在させる緩衝材2と、から
なる。ここで重錘3は、ベースマシン5やクレーン等に
より上下動させる。緩衝材2は、通常、杭頭4に設置す
るが、重錘3の下面に取り付けることもできる。
に使用する。緩衝材2には、質量が小さく、弾性範囲が
広い材料を使用する。即ち、緩衝材2の質量が大きけれ
ば重錘3による打撃の際に杭頭4に作用する力が減少す
る。このため、必要な大きさの載荷をおこなうためには
重錘3を大きくしなければならず、急速載荷試験装置1
及びベースマシン5等も大掛かりなものとなる。そこ
で、密度が0.35〜0.5(g/cm3)程度の比重
の小さい材料を使用して緩衝材2を形成する。弾性範囲
が広い材料であれば載荷による永久歪が生じにくく、試
験装置として繰り返し使用することができる。
料を使用する。例えば、鋼鉄製のバネは材料減衰が小さ
いため、重錘3で打撃した時に高周波の加重成分が発生
し、試験精度を低下させる要因となる。そこで、材料減
衰の大きい材料を使用し、高周波の加重成分の発生を抑
え、精度の高い試験結果が得られるようにする。
泡構造を有するウレタンエラストマー(以下、「本ウレ
タンエラストマー」という)を使用するのが好ましい。
本ウレタンエラストマーは、一般のゴムなどに比べて弾
性範囲が広く、幅広い荷重の大きさに対して繰り返し使
用することができる。本ウレタンエラストマーの物理的
性質について表1に示す。
マーは密度が0.35〜0.5(g/cm3)で、鋼鉄
製のバネに比べて非常に軽い。また本ウレタンエラスト
マーは、実使用時において60%までたわみを与えても
荷重を除けばほぼ原形に回復し、90%まで圧縮しても
材質が破壊されることがない。さらに本ウレタンエラス
トマーは、発泡構造であるから圧縮時に応力が比較的均
一に加わり、繰り返し圧縮荷重を載荷しても劣化しにく
く、耐久性に優れている。
である。重錘3は、鋼材などの比重が大きい材料を使用
して形成する。重錘3は、鋼材などの重量材からなる重
量層31と、上記した緩衝材と同じ材料からなる緩衝層
32の積層構造とすることもできる(図1参照)。
ベースマシン5やクレーン等によって重錘3を持ち上げ
た後に自由落下させておこなう。なお、上下方向の駆動
装置を有するベースマシン5に重錘3を接続し、杭頭4
を打撃することもできる。
4に力を作用させ、載荷する機構を模式図として図2に
示す。重錘1を高さHより落下させたとき、緩衝材2の
バネ要素22が圧縮されるとともに材料減衰21がダン
バーとして作用する効果により、重錘3を直接杭頭4に
落下させた場合に比べて載荷時間を10倍以上に延ばす
ことが可能になる。作用した力は緩衝材2を介して杭に
載荷重として伝わる。このとき杭頭4に力の作用する効
率は、重錘3の質量と緩衝材2の質量成分の質量比に依
存し、以下の数式1の関係が成り立つ。
本発明で使用する緩衝材2の質量比は100:1程度で
あり、同じ質量の重錘3を用いた場合の効率は緩衝材2
の方が大幅に大きくなる。
明する。
り付けた台座41等に設置する。緩衝材2のバネ定数や
厚さは、試験の条件によって調節することができる。こ
こでは急速載荷試験の目標とする最大荷重や載荷時間に
合わせて調節する。また、緩衝材2は直方体に成形して
取り付けてもよい(図1参照)が、微小な直方体を分散
して配置しても、4つの直方体を組み合わせて外周を形
成し箱状に配置してもよい(図示せず)。なお、緩衝材
2は重錘3の下面に取り付けてもよい。
た緩衝材2の真上に位置するように重錘3を配置する。
重錘3は、試験条件によって重量層31のみのものと、
重量層31と緩衝層32の積層構造のものとを使い分け
ることができる。比較的長い時間の載荷をおこなう場合
は、積層構造の重錘3を使用する。
試験をおこなった結果について述べる。
せたときの杭に作用する荷重及びそれに対する沈下を計
測し、杭の支持力を検証した。載荷時の緩衝材2の変形
を図5に示す。図5において、緩衝材2の変形量がh1
の範囲にあるときは緩衝材2が弾性的に作用しており、
さらに荷重が大きくなりh2の範囲に入ると緩衝材2が
その効果を失うことになる。従って、緩衝材2の要件と
して弾性範囲h1が大きいほど有効であることになり、
本発明で採用している緩衝材2はこの範囲が80%程度
の大きなものであるため、緩衝材としての効果が非常に
大きい。図6(a)に載荷時間tと載荷荷重fの関係
を、図6(b)に載荷時間tと杭頭の沈下量yの関係を
表した試験結果を示す。この結果より載荷荷重fと沈下
量yの関係を表すと図7に示すような曲線を描くことが
できる。図7の関係より杭の支持力特性を簡単に検証す
ることができる。
急速載荷試験の方法は以上説明したようになるから次の
ような効果を得ることができる。 <イ>試験装置の構造が機械的に単純な構造であり、試
験方法も緩衝材を介して重錘で杭頭を打撃するだけであ
る。このため、簡単に実施できる。 <ロ>緩衝材は高周波の加重成分の発生を抑制できる材
料からなる。このため、精度の高い試験結果を得ること
ができる。 <ハ>緩衝材の比重が小さいため緩衝材の質量も小さく
なり、効率よく重錘の質量を荷重として載荷することが
できる。この結果、試験装置を小規模にすることがで
き、装置の運搬費、設置費などが削減でき経済的であ
る。また、狭隘な場所においても試験が実施できる。 <ニ>緩衝材のバネ定数などの物性や厚さを変えること
で、容易に載荷時間や最大荷重を調節することができ
る。 <ホ>本発明で使用する緩衝材は耐久性に優れているた
め、長期間にわたって繰り返し使用することができる。
また、メンテナンスもほとんど必要ないため維持費を削
減することができる。
図。
の説明図。
試験)の説明図。
載荷時間と杭頭の沈下量との関係図。
Claims (5)
- 【請求項1】杭頭を重錘で打撃しておこなう杭の急速載
荷試験に用いる装置であって、 重錘と、 前記重錘と前記杭頭の間に介在させる緩衝材と、からな
り、 前記緩衝材は比重が0.35以上0.5以下の材料から
なることを特徴とする、 杭の急速載荷試験装置。 - 【請求項2】請求項1記載の杭の急速載荷試験装置にお
いて、 前記緩衝材は高周波の加重成分の発生を抑制できる材料
であることを特徴とする、 杭の急速載荷試験装置。 - 【請求項3】請求項1又は2記載の杭の急速載荷試験装
置において、 前記重錘が重量層と前記緩衝材と同一材料の緩衝層の積
層構造であることを特徴とする、 杭の急速載荷試験装置。 - 【請求項4】請求項1乃至3のいずれかに記載の杭の急
速載荷試験装置において、 前記緩衝材が微細セル構造を有する高分子化合物である
ことを特徴とする、 杭の急速載荷試験装置。 - 【請求項5】比重が0.35以上0.5以下の材料から
なる緩衝材を杭頭と重錘の間に設置し、 前記緩衝材の上面を前記重錘で打撃し、 杭体に0.05秒以上0.2秒以下の載荷をすることを
特徴とする、 杭の急速載荷試験の方法。
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