JP2004093315A

JP2004093315A - 部材強度試験装置

Info

Publication number: JP2004093315A
Application number: JP2002254241A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ikeda; 池田　秀一; Koichi Iizuka; 飯塚　幸一
Original assignee: Chiyoda Maintenance Kk
Current assignee: Chiyoda Maintenance Kk
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】簡単且つ容易に部材２６の軸方向の荷重に対する耐性を試験することが出来る共に、部材２６の捻れ等による影響や摩擦抵抗等の影響を受けることなく、定量的に部材の軸方向の引っ張り強度や固着強度を試験する。
【解決手段】部材強度試験装置は、構造物２６に固定された部材２７にスイベルジョイント１１を介して着脱自在に且つ回転自在に連結されるネジ軸８と、脚部１により前記部材２７から所要の間隔をおいて構造物２６に対して固定して配置されると共に、前記ネジ軸８をねじ込むネジ軸受３と、このネジ軸受３にねじ込まれたネジ軸８を回転すると共に、そのネジ軸８に加わるトルクを表示するトルクレンチ１６とを有する。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、壁に固定したアンカーボルトやその他の部材の引っ張り強度や構造物に対する固着強度を試験するための部材強度試験装置に関し、様々な固着形態の部材の引っ張り強度や固着強度を定量的に試験することが出来る部材強度試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築現場、設備設置工事現場、設備撤去工事現場等において、建築物内での重量物の設置や撤去のため、建築物にアンカーボルトによる連結や溶接等の手段により、建築構造物に仮設の吊り具を固定し、この仮設の吊り具で重量物を吊り下げ、その重量物を所定の位置に設置したり、撤去のため台車に乗せたりすることが行われる。
この場合、工事の安全性の確保、建築物や設備の保護等の目的から、仮設吊り具の強度試験を行い、その強度が吊り下げる重量物の荷重に耐えられるから否か予め確認する必要がある。
【０００３】
従来においては、仮設吊り具の強度試験を行うための専用の試験機器が無いため、十分な安全を確保したうえで、実際に重量のある仮荷を吊り下げ、吊り具がその仮荷の荷重に耐えられるか否かにより試験をしていた。
しかし、このような強度試験では、吊り下げる重量物の重量に見合う仮荷を用意する必要があり、重量のある仮荷を現場に搬入し、その後撤去する必要がある等、強度試験そのものが極めて面倒であるという問題がある。
【０００４】
他方、重量のある仮荷を吊り下げることなく、アンカーボルトの引っ張り強度試験を行う装置として、油圧発生装置を使用したもの（特開２００１−２２８０６６号公報）やトルクレンチを使用するもの（特開平１０−４８１１２号公報）等が提案されている。
【０００５】
前者は、充電式のバッテリを有する手動形式の油圧発生装置と、この油圧発生装置に油圧ホースを介して着脱自在に接続される油圧シリンダを備え、この油圧シリンダの固定ナット装置をその固定部でアンカーボルトに着脱自在に固定し、前記油圧発生装置で発生する油圧を前記油圧シリンダによりアンカーボルトに伝達することにより、アンカーボルトに所要の引っ張り荷重を加え、その引っ張り強度を確認するものである。
【０００６】
また後者は、アンカーボルトを埋め込んだ基礎の上に、下方が開口された断面略コ字形状に形成された機器用の架台を配置し、基礎の表面から突出したアンカーボルトのねじ部を架台の孔を通し、さらにワッシャを介してナットをねじ込みお、このナットを所定トルク値にセットしたトルクレンチで締め付けるものである。この締め付けトルクからアンカーボルトに発生する軸力を求め、軸力＝張力とみなしてアンカーボルトの引き抜き強度を診断するものである。
【０００７】
【発明が解決しようとしている課題】
前者の充電式のバッテリを有する手動形式の油圧発生装置を使用したアンカーボルトの引っ張り強度試験装置は、バッテリや油圧発生装置が大型であり、重量があるため、取り扱いが不便である。また、装置が複雑な分だけ高価であるため、普及していない。
【０００８】
他方、前者のトルクレンチでアンカーボルトにねじ込んだボルトを締め付ける形式のものは、ボルトの締め付け時に、締め付けトルクがアンカーボルトの軸方向の張力以外にボルト、ワッシャ、架台の間の摩擦抵抗の影響を受ける。しかもその摩擦抵抗がボルトの呼び径やアンカーボルトの軸方向の荷重によって一定でない。そのため、ボルトの締め付けトルクからアンカーボルトに発生する軸力、すなわちアンカーボルトに加わる軸方向の張力を定量的に換算することが出来ない。そのため、本来の引っ張り荷重試験の目的を達成することが出来ない。
【０００９】
また、測定対象となるアンカーボルトをナットで直接締め付けるため、アンカーボルトに回転方向の荷重も加わり、アンカーボルトには捻れ応力も発生する。このため、仮にアンカーボルトが破断されたり抜けたりした場合でも、それが軸方向の張力のみに起因しないことになるため、耐荷重性を正確に再現出来ない。しかも、試験を行う対象がアンカーボルトに限られるため、構造物に溶接した非ネジ系の吊り具等の試験は行うことが出来ないという課題がある。
【００１０】
本発明は、このような従来のアンカーボルト等の部材の引っ張り試験手段の課題に鑑み、簡単且つ容易に部材の軸方向の荷重に対する耐性を試験することが出来る共に、部材の捻れ等による影響や摩擦抵抗等の影響を受けることなく、定量的に部材の軸方向の引っ張り強度や固着強度を試験することが出来る部材強度試験装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、建物の壁等の構造物２６に固定された引っ張り試験をする対象物である部材２７とは別に独立したネジ軸８を使用する。このネジ軸８を回転自在にスイベルジョイント１１を介して着脱自在に且つ回転自在に部材２７に連結すると共に、部材２７から所要の間隔をおいて構造物２６に固定して配置されたネジ軸受３にネジ軸１１をねじ込む。この状態でネジ軸１１が部材２７を引っ張る方向に同ネジ軸１１を回転し、その回転時のトルクを表示出来るようにした。このネジ軸１１の回転時のトルクをその軸力に換算し、これにより部材２７の軸方向にかかる張力を求め、構造物２６に固定された部材２７がどれだけの軸方向の荷重に耐えることが出来るかを確認可能にした。
【００１２】
すなわち、本発明による部材強度試験装置は、構造物２６に固定された部材２７にスイベルジョイント１１を介して着脱自在に且つ回転自在に連結されるネジ軸８と、脚部１により前記部材２７から所要の間隔をおいて構造物２６に対して固定して配置されると共に、前記ネジ軸８をねじ込むネジ軸受３と、このネジ軸受３にねじ込まれたネジ軸８を回転すると共に、そのネジ軸８に加わるトルクを表示するトルクレンチ１６とを有するものである。
例えば、ネジ軸受３は脚部１により、部材２７を固定した構造物２６に対して固定され、ネジ軸８がトルクレンチ１６により回転される。
【００１３】
このような本発明による部材強度試験装置では、構造物２６に固定された部材２７にスイベルジョイント１１を介して着脱自在に且つ回転自在に連結されるネジ軸８を回転して部材２７に軸方向の荷重を加え、部材２７は回転させない。そのため、部材２７には捻れ荷重が殆どかからず、ネジ軸８に発生する軸力に伴う軸方向の荷重のみがかかることになる。このため、部材２７には捻れ荷重による影響を受けることなく、その軸方向の耐荷重を正確に試験することが可能である。
【００１４】
また、ネジ軸８は、構造物２６に対して固定して配置されネジ軸受３にねじ込み、このネジ軸受３に対して回転することにより、ネジ軸８に軸力を発生させ、この軸力により部材２７に軸方向への荷重を加える。このときネジ軸８は、そのネジ溝に沿って摩擦抵抗を受けるが、それ以外に摩擦抵抗は受けない。ネジに加える締付けトルクの大きさは、そのネジに発生する軸力とネジの呼び径の積に比例することが既に明らかになっている。この比例関係を正確に再現出来る程度に精密に作られ、且つ管理されたネジをネジ軸８とネジ軸受３とに使用することにより、部材２７にネジ軸８の締め付けトルクに比例した張力を与えることが出来る。これにより、部材２７の張力に対する耐久性を正確に試験することが可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について、具体的且つ詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明による部材強度試験装置の一実施形態を示すものである。これらの図では、部材２７として、構造物２６である天井壁に埋め込んだアンカーボルトの引っ張り試験を行うものを例として示した。
【００１６】
この部材強度試験装置は、脚部１を有している。この脚部１は、一面が開口した円筒形の本体２とその内部に設けた補強用のリブ５を有する。本体２の開口部側には、硬質ゴム等からなる板状の面当部４が等角度間隔で設けられている。他方、脚部１の閉じた端面の中央には孔６が明いており、この孔６と中心軸が一致するようにようにネジ軸受３が固定されている。図示の例では、ネジ軸受３として市販の六角ナットが使用されており、これが脚部１の端面の外側に溶接等の手段で固定されている。ネジ軸受３は、それ以外の貫通するネジ孔を有するナット状の雌ねじであればよく、またその取り付け箇所は、脚部１の端面の内側であってもよい。
【００１７】
なお、脚部１は後述するようにネジ軸受３を部材２７から所望の距離離して構造物２６に固定出来るものであれば、前記のような円筒形のものでなくてもよい。例えば、四角筒形のものや三脚、四脚状のものでもよい。但し、脚部１は、試験しようとする部材２７に比べて十分な強度があり、且つその圧縮や撓み等の変形が部材２７の延びに対して無視出来るようなものを使用する必要がある。
【００１８】
ネジ軸８は、前記ネジ軸受３のネジ孔に適合する雄ネジを切ったネジ部９を有している。このネジ軸８は、試験しようとする部材２７に比べて十分な引っ張り強度があり、且つその延び等の変形が部材２７の延びに対して無視出来るようなものを使用する。そのため、ネジ軸８は、部材２７に比べて十分径の大きいものが使用される。
【００１９】
ネジ軸８の一端には、このネジ部９を回転させるためのレンチのスパナヘッドを掛ける六角柱状のスパナ掛け１０が設けられている。他方、ネジ部９の他端には、回転自在なスイベルジョイント１１を介してフック１２が設けられている。このフック１２は、前記の部材２７に連結するためのジョイントであり、部材２７にネジ軸８の一端を連結出来ればフック以外のジョイントを使用してもよい。なお、このフック１２により部材２７をネジ軸８の一端に連結するため、アンカーボルトである部材２７の端部にアイナット１３がねじ込まれる。
【００２０】
さらにこの部材強度試験装置は、前記ネジ軸８を回転すると共に、その回転時の締め付けトルクを表示するためのトルクレンチ１６を備えている。
トルクレンチには、予め所望のトルク値をセットしてボルトやナットを締め付けるプリセット型とボルトやナットの締め付け時の締め付けトルク値を目盛で表示する表示型とに大別される。前者は、トルク能力範囲のトルク値の中から希望するトルク値を予めセットしておき、締め付け時に締め付けトルクが予めセットした値に達すると、「カチッ」という音や手元に軽い「ショック」を発してで知らせるものである。表示型は締め付け時の締め付けトルクによる部材の変位をトルク値として指針や数値で指し示す形式のものである。本発明では、基本的に何れの形式のトルクレンチでも使用することが出来る。
【００２１】
図示の例では、基本的に表示型のトルクレンチに分類される中で、特にプレート型と呼ばれるトルクレンチが使用されている。このトルクレンチ１６は、アーム１７の先端にボックス状のヘッド１９を有しており、このヘッド１９は、前記ネジ軸８のスパナ掛け１０に適合し、それを掛けることが出来る。また、図３に示すように、アーム１７の手元側にトルク値を目盛ったプレート１９が固定されている。さらに、前記ヘッド１９からアーム１７と平行にプレート１９に向けて指針２０が伸びている。この指針２０は、アーム１７に荷重をかけない状態では、トルク値０を示しているが、ヘッド１８にボルトのヘッドやナットを掛けて締め付けるため、アーム１７に荷重をかけると、アーム１７が撓み、この撓みに応じてプレート１９上を指針２０の先端が相対的に移動し、アーム１７によりヘッド１８に加えられた締め付けトルクに応じたトルク値を指針２０が指し示す仕組みである。
【００２２】
次に、このような構成要素からなる部材強度試験装置の使用方法と部材２７の強度試験の方法を以下に説明する。
まず、図１に示す状態から、図２に示すようにアンカーボルトである部材２７の端部に予めアイナット１３をねじ込んでおく。このアイナット１３にフック１２を掛け、これらアイナット１３とフック１２とにより、ネジ軸８の一端を部材２７に連結する。
【００２３】
他方、ネジ軸８の他端側を脚部１の孔６に通し、さらにそのネジ部９をネジ軸受３にねじ込む。スパナ掛け１０がネジ軸受３から突出するまでネジ部９をネジ軸受３にねじ込み、或る程度ネジ軸８をねじ込んだ後、図２と図３に示すように、スパナ掛け１０にトルクレンチ１６のヘッド１８を差し込み、トルクレンチ１６のレバー１７を回転してネジ軸８が部材２７を引っ張る方向にネジ軸８を回していく。図３に示した矢印は、締め付け時のトルクレンチ１６のレバー１７の回転方向である。
【００２４】
このようにしてトルクレンチ１６でネジ軸８を締め付けていくと、ネジ軸８に軸力が発生し、この軸力がフック１２とアイナット１３を介して部材２７に伝達され、部材２７が引っ張られ、部材２７に張力が生じる。そして、トルクレンチ１６には、ネジ軸８に加えた締め付けトルクが表示される。
【００２５】
ところで、精密に作られ、且つネジ溝の摩擦抵抗等の管理がなされたネジ軸８とネジ軸受３を使用した場合、ネジ軸８の締付けトルクの大きさは発生するネジ軸８の軸力、すなわち張力とネジ軸８の呼び径の積に比例することが明らかになっている。具体的には、次のような比例関係が成り立つ。
Ｔ＝Ｋ・Ｄ・Ｆ
ここで、Ｔ：締め付けトルク（ｋｇｆ×ｍｍ）、　Ｋ：トルク係数、Ｄ：ねじの呼び径（ｍｍ）、Ｆ：ねじの軸力（ｋｇｆ）である。そして、前記のトルク係数Ｋの値はネジの呼び径Ｄ毎に次の通りである。
Ｍ１０〜Ｍ１５　　　　０．００１７
Ｍ１７〜Ｍ７０　　　０．００１６
Ｍ７５〜Ｍ２００　　０．００１５
より細密には、標準締め付けトルクと軸力との相関が表として公表されている。
【００２６】
ここで、ネジ軸８に発生する軸力は部材２７にかかる張力と同じである。そこで、部材２７に要求される引っ張り強度や構造物２６への固着強度に換算した締め付けトルクまでトルクレンチ１６でネジ軸８を締め付け、そこで部材２７が破断したり構造物２６から抜け落ちない場合は、その部材２７の引っ張り強度や固着強度が要求される強度を得ていると判断することが出来る。
【００２７】
さらに、破壊試験を行う場合は、トルクレンチ１６でネジ軸８を締め付けていき、部材２７が破断または構造物２６から外れる寸前のトルク値を読み取り、それを前記の式または換算表からネジ軸８の軸力に換算することで、部材２７の最大耐荷重が試験的に求められる。
なお、プリセット型のトルクレンチを使用した場合は、前者の非破壊による要求される強度を満たすか否かの試験のみを行うことが出来る。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明による部材強度試験装置では、簡単な手順で構造物２６に固着された部材２７の引っ張り強度や固着強度を試験することが出来る。また、部材２７の捻れやネジ軸８とネジ軸受３のネジ部分以外の摩擦抵抗等の影響を受けることなく、標準的な締め付けトルクと軸力との関係から部材２７の張力を定量的に求めて試験を行うことが出来るので、正確な試験が可能となる。さらに、部材２７を直接引っ張るのではなく、ネジ軸８を介して引っ張るため、アンカーボルトのようなネジ形部材以外にもあらゆる形態の部材の試験に適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による部材強度試験装置の一実施形態について、その各要素を分離した状態を一部断面して示した側面図である。
【図２】本発明による部材強度試験装置の前記実施形態について、部材の試験を行う状態を一部断面して示した側面図である。
【図３】本発明による部材強度試験装置の前記実施形態について、部材の試験を行う状態を底面図である。
【符号の説明】
１　　脚部
３　　ネジ軸受
８　　ネジ軸
１１　スイベルジョイント
１６　トルクレンチ
２６　構造物
２７　部材

Claims

構造物（２６）に固定された部材（２７）に対する強度を試験する部材強度試験装置であって、構造物（２６）に固定された部材（２７）にスイベルジョイント（１１）を介して着脱自在に且つ回転自在に連結されるネジ軸（８）と、脚部（１）により前記部材（２７）から所要の間隔をおいて構造物（２６）に対して固定して配置されると共に、前記ネジ軸（８）をねじ込むネジ軸受（３）と、このネジ軸受（３）にねじ込まれたネジ軸（８）を回転すると共に、そのネジ軸（８）に加わるトルクを表示するトルクレンチ（１６）とを有することを特徴とする部材強度試験装置。
ネジ軸受（３）は脚部（１）により、部材（２７）を固定した構造物（２６）に対して固定され、ネジ軸（８）がトルクレンチ（１６）により回転されることを特徴とする請求項１に記載の部材強度試験装置。