JP2005171732A - 載荷試験装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 橋梁や建築物等の構造物の基礎やその模型である供試体に、さまざな荷重を作用可能にして、想定し得るすべての載荷パターンを実現することができる載荷試験装置を提供すること。
【解決手段】 供試体２の頂部から該供試体２上下方向の外力を付与する第１載荷ジャッキ３と、供試体２上部にその供試体２と直交または略直交する方向から外力を付与する第２載荷ジャッキ４と、第２載荷ジャッキ４で付与される外力の付与方向と同一方向でもって、地盤材料１４表面に、または、その近傍に位置した供試体２の下部または中途部に外力を付与する第３載荷ジャッキ５とを設け、これら第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を所望した載荷パターンとなるように制御動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、橋梁や建築物等の構造物の基礎である構造体、あるいはその基礎を模した供試体と、その構造体（供試体）と接した地盤材料との力学特性を試験する載荷試験装置及び方法に関する。

橋梁や建築物等の構造物の重量を直接地盤に伝える基礎スラブやフーチングは、構造物自体の重量に加え、行き交う車両等の様々な重量物が載荷されるが、その載荷された荷重によって損傷を受けることは通常あり得ない。このことは地震時においても同様であり、地震の影響によって基礎スラブやフーチング自体が損傷を受けたとする事例はほとんどない。

しかしながら、上記した様々な重量物が、基礎スラブやフーチングに繰り返し載荷されたり、地震による力等によって、基礎が沈下したり、その逆に浮き上ったりといった構造物全体に変状をきたすことは周知の通りである。
とりわけ鉄道構造物における橋梁は、橋梁全体が僅かでも沈下したり傾斜すれば即座に運行を中止しなければならない。

そこで、従来から、構造体と、その構造体と接する地盤材料との力学特性を予め把握するために、かかる力学特性を試験する載荷試験装置がある。
この従来の載荷試験装置は、地盤材料に接した構造体や供試体の頂部に鉛直載荷用ジャッキが配設されると共に、その側面には水平載荷ジャッキが配設されており、構造物や供試体に、その鉛直方向（上下方向）と水平方向から荷重を静的あるいは動的に付与させる、いわゆる２軸式のものが一般的で、かかる装置による試験結果を実際の構造体の設計等に反映させている。

また、上記した力学特性を把握するための載荷試験装置ではないが、これに類する載荷試験装置として、免震ゴム等の供試体そのものの性能を評価する載荷試験装置がある。
この装置も、前記したように上下方向の荷重と水平方向の荷重を付与させる、いわゆる２軸式のものになっている（例えば特許文献１参照）
特開平１０−３３２５６３号公報（第２頁、図１）

しかしながら、上記した従来の載荷試験装置は、いわゆる２軸式であるために、構造体や供試体に外力を付与させるバリエーションが限定されてしまう。
すなわち、上記した２つのジャッキの荷重の掛け方を変えたり、荷重方向を変えたり、あるいはジャッキの配設位置を変えることで、構造物や供試体に対して、鉛直力載荷（曲げモーメントＭ：一定、水平荷重Ｖ：一定，鉛直荷重Ｎ：増減）、水平力曲げモーメント載荷（Ｎ：一定，Ｍ：増減，Ｖ：増減）、鉛直力曲げモーメント載荷（Ｖ：一定，Ｎ：増減，Ｍ：増減）、水平力載荷（Ｎ：一定，Ｍ：一定、Ｖ：増減）、を行うことが可能ではあるものの、曲げモーメント載荷（Ｎ：一定，Ｖ：一定，Ｍ：増減）、鉛直力水平力載荷（Ｍ：一定，Ｖ：増減，Ｎ：増減），さらに、この鉛直荷重Ｎ、水平荷重Ｖ、曲げモーメントＭの複合力載荷を行うことは装置の構造上、不可能であった。

この上記した曲げモーメント載荷と鉛直力水平力載荷、さらに複合載荷を可能とすれば、実際の橋梁や建築物等の構造物の基礎にかかる全ての載荷が試験装置上で再現することができ、極めて好適に構造体の設計などに反映させることができる。

そこで本発明は、さまざな荷重を構造体や供試体に作用させて、すべての載荷パターンを実現することができる載荷試験装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明にかかる載荷試験装置及び方法は、下記の技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１にかかる載荷試験装置は、構造体に外力を付与する外力手段を備え、前記外力手段によって前記構造体に外力を付与して、前記構造体と、前記構造体と接した地盤材料との力学特性を試験する載荷試験装置であって、前記外力手段は、水平方向に位置調整可能に設けられ前記構造体の頂部から前記構造体上下方向の外力を付与する第１載荷ジャッキと、前記構造体と直交または略直交する方向から前記構造体上部に外力を付与する第２載荷ジャッキと、前記第２載荷ジャッキで付与される外力の付与方向と同一方向でもって、前記地盤材料表面に、または、その近傍に位置した前記構造体の下部または中途部に外力を付与する第３載荷ジャッキと、所望する載荷パターンとなるように前記第１〜第３載荷ジャッキを制御動させる制御部とを備えて構成されていることを特徴とする。
請求項２にかかる載荷試験装置は、請求項１において、横方向スライド可能に蛇腹状に形設され前記地盤材料が充填された地盤部と、前記地盤部の側面へ外力を付与して地盤変位を付与する地盤変位ジャッキと、を備え、前記制御部は、前記第１〜第３載荷ジャッキに加えて前記地盤変位ジャッキをも制御動させて、地震時における前記構造体と、前記構造体と接した前記地盤材料との力学特性をも試験可能に構成されていることを特徴とする。
請求項３にかかる載荷試験装置は、請求項１において、前記制御部は、前記構造体に作用させる応力が入力される入力部と、前記構造体の変位量を検出する検出部と、を備えると共に、前記構造体の形状からくる固有の寸法値と、漸次変化する前記検出部の変位量と、前記入力部で入力された入力値と、に基づいて前記第１〜第３載荷ジャッキを制御動させていることを特徴とする。
請求項４にかかる載荷試験装置は、請求項１〜３の何れかにおいて、前記構造体は、橋梁や建築物等の構造物の基礎を模した供試体であることを特徴とする。
請求項５にかかる載荷試験方法は、構造体に外力を付与して前記構造体と前記構造体と接した地盤材料との力学特性を試験する載荷試験方法であって、前記構造体の頂部から前記構造体上下方向の外力を付与する第１載荷工程と、前記構造体と直交または略直交する方向から前記構造体上部に外力を付与する第２載荷工程と、前記第２載荷工程で付与される外力の付与方向と同一方向でもって、前記地盤材料表面に、または、その近傍に位置した前記構造体の下部または中途部に外力を付与する第３載荷工程と、を備え、所望する載荷パターンとなるように前記第１〜第３載荷工程を用いて、前記構造体に外力を付与することを特徴とする。
請求項６にかかる載荷試験方法は、請求項５において、前記構造体と接する地盤材料へ外力を付与する地盤変位工程を備え、前記第１〜第３載荷工程に加えて前記地盤変位工程をも用いて、地震時における前記構造体と、前記構造体と接した前記地盤材料との力学特性をも試験可能に構成されていることを特徴とする。
請求項７にかかる載荷試験方法は、請求項５において、前記構造体に作用させる応力をパラメータにして、前記構造体の形状からくる固有の寸法値と、漸次変化する前記構造体の変位量と、前記応力とに基づいて、前記第１〜第３載荷工程で付与される夫々の外力を決定することを特徴とする。

本発明によれば、構造体の頂部から該構造体上下方向の外力を付与する第１載荷ジャッキと、構造体上部にその構造体と直交または略直交する方向から外力を付与する第２載荷ジャッキと、第２載荷ジャッキで付与される外力の付与方向と同一方向でもって、地盤材料表面に、または、その近傍に位置した前記構造体の下部または中途部に外力を付与する第３載荷ジャッキとを設け、これら第１〜第３載荷ジャッキを制御動することで、鉛直荷重、水平荷重、曲げモーメントの空間上のあらゆる荷重経路を通って、所望する載荷パターンでもって供試体に力を作用することができ、したがって、実際の橋梁や建築物等の構造物の基礎にかかる全ての載荷が試験装置上で再現することができ、極めて好適に構造体の設計などに反映させることができる。

また、横方向スライド可能に蛇腹状に形設され前記地盤材料が充填された地盤部の側面へ外力を付与して地盤変位を付与する地盤変位ジャッキを設け、その地盤変位ジャッキをも制御動させて地盤変位可能にしたから、より自然条件に近い環境下で載荷試験をすることができる。

次に本実施の形態にかかる載荷試験装置を添付図面に基づいて説明する。図中、符号Ａは載荷試験装置を夫々示す。
本実施の形態にかかる載荷試験装置Ａは、実際の橋梁や建築物等の構造物の基礎にかかる全ての載荷が再現可能な極めて好適な載荷試験装置Ａが例示されており、図１に示したように、地盤部１と、第１載荷ジャッキ３と、第２載荷ジャッキ４、第３載荷ジャッキ５と、地盤変位ジャッキ部６と、制御部（図示せず）と、を備え、被試験物である構造体２を取着可能に構成される。

地盤部１は、ゴムや合成樹脂などの可撓性を有する袋体１１と、その袋体１１の外側に積層された平面視ロ字状の枠体１２と、機枠を構成する縦柱側の枠体１２側面に設けられたゴムや合成樹脂などの可撓性を有するシート体１３とで、上部が開口され横方向スライド可能な蛇腹状の箱状に形設され、その内部空間に地盤材料１４が充填されてなる。そして、この地盤部１は、正面視略コ字状に形設された機枠ａ１の下部上面に固設されている。

なお、枠体１２と後述する傾動部材６１を接続する方法として、上記の例では可撓性を有するシート体１３を選定している。これによると、載荷によるシート体１３の圧縮変形量によってジャッキの変位量と枠の変位量も異なることになる。また地盤変形として逆側の変形を加えることができない。そこで、各枠体１２と傾動部材６１、傾動部材６１と後述する地盤変位ジャッキ６２とを、スライダー（リニアガイド：周知の物である）を介して接続している。こうすることによって、傾動部材６１が傾斜した場合、枠体１２を支える支点間隔が変形量の増大とともに増大しても対応可能となる。また逆側マイナスの地盤変形に対しても対応可能となる。

構造体２は、橋梁や建築物等の構造物の基礎を模した供試体（以下、構造体２を供試体２と称呼する）で、例えば図１に例示したように、中途部の軸部を挟んで上下が拡径された大径部が形成されると共にその下方の大径部の下部にフランジが形成された供試体２上部と、そのフランジと対偶するフランジが上部に形成された軸体とその軸体の底面から垂設された杭とで構成された供試体２下部とが、ボルト接合されて一体化されてなり、実際に施工されるものよりスケールダウンさせた相似形状となっている。そして、この供試体２は、この供試体２下部に垂設された杭が上記した地盤材料１４中に埋設されている。

このように本実施の形態で例示した供試体２は、上下に二分割された構成となっているが、そもそも、当該装置Ａは、供試体２と、その供試体２と接した地盤材料１４との力学特性を試験するものであることから、地盤材料１４と接する供試体２下部のみを交換するように構成することで、形状の異なる様々な供試体２に即座に対応することができるようになっている。

なお、この供試体２と上記した地盤材料１４は、当然の事ながら、所望する試験条件によって異なるもので、さらに供試体２は、上記したように二分割されたものに限定されず、後述する第１〜第３載荷ジャッキ３〜５のピストンロッド先端がブラケット３１、４１、５１を介して揺動可能に枢着されている。

第１載荷ジャッキ３は、ピストンロッドとシリンダとを備えて構成された周知の復動型の油圧駆動ジャッキであり、シリンダ基部が、正面視略コ字状に形設された機枠ａ１の上部下面に水平方向位置調整可能に取着されていると共に、ピストンロッド先端が供試体２上部の上面にブラケット３１を介して揺動可能に枢着されている。

このブラケット３１は、図示したように、供試体２上部の上面中央に揺動可能に枢着されているが、上記したシリンダと同様に左右方向に位置調整可能に取り付け可能になっており、シリンダとこのブラケット３１の位置を合わせるように水平方向にずらすことで、供試体２に対して鉛直荷重（軸心上に荷重を付与）の他に偏心荷重が載荷可能になっている。

第２載荷ジャッキ４は、第１載荷ジャッキ３と同様に、ピストンロッドとシリンダとを備えて構成された周知の復動型の油圧駆動ジャッキであり、シリンダ基部が、機枠ａ１を構成する縦柱に固定、または、上下方向スライド可能（図２参照）、または、上下方向へ揺動可能（図３参照）に取着されていると共に、ピストンロッド先端が供試体２上部の側面にブラケット４１を介して上下方向に揺動可能に枢着されて、供試体２と直交する方向から供試体２上部に推力（外力）を付与可能になっている。

第３載荷ジャッキ５は、これも第１載荷ジャッキ３と同様に、ピストンロッドとシリンダとを備えて構成された周知の復動型の油圧駆動ジャッキであり、第２載荷ジャッキ４よりも下方に並設されるように、シリンダ基部が、機枠ａ１を構成する縦柱に固定、または、上下方向スライド可能（図２参照）、または、上下方向へ揺動可能（図３参照）に取着されていると共に、ピストンロッド先端が供試体２下部の側面にブラケット５１を介して上下方向に揺動可能に枢着されて、供試体２と直交する方向から供試体２上部に推力（外力）を付与可能になっている。

この第２載荷ジャッキ４と第３載荷ジャッキ５において、上記したように、そのシリンダ基部が、機枠ａ１を構成する縦柱に上下方向スライド可能にする場合は、図２に示すように、その縦柱にガイドレール７１を上下方向に向かって架設し、そのガイドレール７１とスライド可能に係合したリニアガイド７２をシリンダ基部に取り付けて構成される（スライダータイプ）。

また、機枠ａ１を構成する縦柱に上下方向へ揺動可能にする場合は、図３に示すように、その縦柱に取付ブラケット７３を設けると共に、その取付ブラケットに対して上下方向揺動可能に枢着されシリンダ基部に取着されたシリンダブラケット７４とで構成される（ヒンジタイプ）。

このように構成することで、ピストンロッドが、供試体２の軸芯上に沿って水平に往復移動する載荷方法以外に、供試体２の軸芯上に沿って傾斜状態で往復移動する載荷方法も実現できる。この場合、水平力以外に傾斜に応じた鉛直力成分が作用するため、これを考慮して第１載荷ジャッキ３の値を補正する。

さらに、ブラケット５１を供試体２の軸心上から左右方向（水平方向）にずらして偏心するように設け、ピストンロッド先端を上下方向のみならず左右方向（水平方向）に揺動可能にして該ブラケット５１に接続しても良いもので、その場合、偏心した状態で傾斜移動をも載荷することが可能となる。

地盤変位ジャッキ部６は、傾動部材６１と、上記した第１〜第３載荷ジャッキ３〜５と同様に構成された地盤変位ジャッキ６２と、傾動部材６１に敷設されたガイドレール６４１とそのガイドレール６４１に上下方向スライド可能に係合したガイド６４２とで構成されたスライダー６４とを備えてなる。
傾動部材６１は、機枠ａ１を構成する縦柱と対峙する地盤部１側面の上部域、中間部域、下部域の夫々の領域をカバーするように形設された板状を呈し、それぞれの傾動部材６１の上部が地盤部１側面に回動可能に支持されている。

この地盤変位ジャッキ６２は、そのシリンダ基部が、地盤部１の側面上部、側面中間部、側面下部と対峙するように、機枠ａ１を構成する縦柱に上下方向位置調整可能及び揺動可能に取着されていると共に、ピストンロッド先端に揺動可能に枢着されたブラケット６３が、前記したガイドに固着されて、地盤部１と直交する方向からそれぞれの傾動部材６１の上部近傍に推力（外力）を付与可能になっている。

このように構成された地盤変位ジャッキ部６は、ピストンロッドが前進動することにより、それぞれの傾動部材６１の上部を支点として、蛇腹状に形設された地盤部１の上部、中間部、下部のそれぞれが傾斜して、地盤部１内に充填された地盤材料１４が変動するようになっている。なお、地盤部１が傾斜する際、それぞれの枠体１２間ピッチが伸長するが、上記したシート体１３とスライダー６４とで緩和させている。

制御部（図示せず）は、検出部と、コンピュータと、を備えてなる。
検出部は、上記した第１〜第３載荷ジャッキ３〜５の推力（外力）によって、鉛直方向に立設された供試体２が傾斜した際の傾斜角度を計測する第１変位センサと、その傾斜した際における供試体２最上部の水平方向の移動距離を検出する第２変位センサとを備えて構成され、機枠ａ１内の所定箇所に配設されている。

なお、この第１及び第２変位センサは、リニアエンコーダや超音波センサ等、刻々と変化する上記の変位量をリアルタイムで計測できるものであれば何でも良い。

コンピュータは、所定のプログラムを実行し演算処理するＣＰＵや、該プログラムや供試体２の形状からくる固有の寸法値（第２載荷ジャッキ４と第３載荷ジャッキ５との離間距離ｌ、地盤材料１４表面と第３載荷ジャッキ５との離間距離ｈ）等が記録された、あるいは記録される記録媒体、センサから変位データをサンプリングしてデジタルデータに変換したり、上記の第１〜第３載荷ジャッキ３〜５及び地盤変位ジャッキ６２を油圧駆動させる油圧回路部へ演算処理結果に基づいて制御信号を生成するＡ／Ｄ・Ｄ／Ａコンバータなどを備えて構成された演算実行部と、供試体２に作用させたい所望の応力や載荷試験パターン等を入力するキーボード等の入力手段と入力されたデータを記録する記録媒体とを備えた入力部と、を備えて構成される。
なお、この上記した所定のプログラムとは、上記のハードウェア資源を用いて以下に説明する動作を実現するものである。

次に、以上のように構成された載荷試験装置Ａの一連の動作を説明する。
まず、供試体２に作用させる所望の載荷パターン（載荷試験の種類）を決定する。この載荷パターンは以下の通りである。

（１）鉛直力載荷試験
鉛直力載荷試験は、供試体２に作用させる曲げモーメントＭと水平荷重Ｖとを一定（ゼロを含む）となるように上記第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を制御し、鉛直荷重Ｎのみを供試体２の軸心上に徐々に増加させた後に減少させるパターンである（図４参照）。

（２）水平力載荷試験
水平力載荷試験は、供試体２に作用させる曲げモーメントＭと鉛直荷重Ｎとを一定（ゼロを含む）となるように上記第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を制御し、供試体２に水平荷重Ｖのみを徐々に増加（載荷）させた後に減少させるパターンである（図５参照）。

（３）曲げモーメント載荷試験
曲げモーメント載荷試験は、供試体２に作用させる鉛直荷重Ｎと水平荷重Ｖとを一定（ゼロを含む）となるように上記第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を制御し、供試体２に曲げモーメントＭのみを徐々に増加させた後に減少させるパターンである（図６参照）。

（４）水平力曲げモーメント載荷試験
水平力曲げモーメント載荷試験は、供試体２に作用させる鉛直荷重Ｎのみ一定となるように上記第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を制御し、供試体２に水平荷重Ｖと曲げモーメントＭを徐々に増加させた後に減少させるパターンである（図７参照）。これは図７（ｃ）に示す形の基礎の水平載荷試験と同等の試験となる。

（５）鉛直力曲げモーメント載荷試験
鉛直力曲げモーメント載荷試験は、供試体２に作用させる水平荷重Ｖのみ一定となるように上記第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を制御し、供試体２に鉛直荷重Ｎと曲げモーメントＭを徐々に増加させた後に減少させるパターンである（図８参照）．これは図８（ｃ）に示す第１載荷ジャッキ３を水平方向にずらして偏心させ、供試体２に鉛直荷重Ｎのみを徐々に増加させた後に減少させるパターンの載荷試験（偏心鉛直載荷試験）と同等である。

（６）鉛直力水平力載荷試験
この鉛直力水平力載荷試験は、供試体２に作用させる曲げモーメントＭのみ一定となるように上記第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を制御し、供試体２に鉛直荷重Ｎと水平荷重Ｖを徐々に増加させた後に減少させるパターンである（図９参照）。これは図９（ｃ）に示す供試体２に傾斜荷重（水平荷重Ｖ（分力）と鉛直荷重Ｎ（分力））を徐々に増加させた後に減少させるパターンの載荷試験（傾斜荷重載荷試験）と同等である。

（７）複合力載荷試験
複合力載荷試験は、第１〜第３載荷ジャッキ３〜５を制御して、鉛直荷重Ｎ、水平荷重Ｖ、曲げモーメントＭのそれぞれを、供試体２に任意に作用させるパターンである（図１０（ａ）参照）。このとき、第１〜第３載荷ジャッキ３〜５の推力は図１０（ｂ）となる。

このように上記したいずれかの載荷パターンを決定（入力）したら、選択した載荷パターンに応じて、第１〜第３載荷ジャッキ３〜５は、制御プラグラムに従って制御動される。
なお、載荷試験によって供試体２が傾斜するような場合、載荷ジャッキもそれに追従しなければならない。上記したように、その機械的な構成（シリンダ基部がヒンジのタイプ、シリンダ基部がスライダー（リニアガイド）のタイプ）によって、第１〜第３載荷ジャッキ３〜５の推力の算出式は異なっており、この異なる算出式が前記した制御プログラム内に組み込まれて第１〜第３載荷ジャッキ３〜５は制御動される。
以下、この上記した算出式を説明する。

まず、図１１に示すように、シリンダ基部がヒンジタイプの場合における算出式は、次のようになる。なお、数式に用いた各記号の意味は以下の通りである。
Ｆ_Ａ：第１載荷ジャッキ３の推力
Ｎ：鉛直荷重
Ｆ_Ｂ：第２載荷ジャッキ４の推力
Ｍ：曲げモーメント
ｌ：第２載荷ジャッキ４と第３載荷ジャッキ５との離間距離（固有値であり既知である）
ｈ：地盤材料１４表面と第３載荷ジャッキ５との離間距離（固有値であり既知である）
Ｖ：水平荷重
Ｆ_Ｃ：第３載荷ジャッキ５の推力
α：第２載荷ジャッキ４の水平に対する傾き（時計回り＋）
β：第３載荷ジャッキ５の水平に対する傾き（時計回り＋）
θ：鉛直方向に立設された供試体２が傾斜した際の傾斜角度（第１変位センサによる計測値）
δ_Ｂ：供試体２が傾斜した際における供試体２最上部の水平方向の移動距離（第２変位センサによる計測値）

力の釣り合いにより、

を得る。（１）式により、

（２）式より、

（３）式より、

を得る。したがって、

となる。これよりＦを求めるためには、Ａ^−１を左よりかけ合わせる。

これによって、Ｆのマトリックスが得られる。ここで、α，β，θ→0とすると（４）式は、

（６）式を得る。これはα，β，θ→0の時のジャッキＡ，Ｂ，Ｃの出力を（Ｎ，Ｖ，Ｍ）より求める算定式である。α，β，θ≠0のときについては（５）式を用いることとなる。

次に、図１２に示すように、シリンダ基部がスライダー（リニアガイド）タイプの場合における算出式は、次のようになる。なお、数式に用いた各記号の意味は上記と同じである。
力の釣り合いにより、

を得る。（７）式より、

（８）式より、

（９）式より、

を得る。したがって、

となる。これよりＦを求めるためには、Ａ^−１を左よりかけ合わせる。

これによって、Ｆのマトリックスが得られる。ここで、θ→0とすると（１０）式は、

（１２）式を得る。これはθ→0の時のジャッキＡ，Ｂ，Ｃの出力を（Ｎ，Ｖ，Ｍ）より求める算定式である。α，β，θ≠0のときについては（１１）式を用いることとなる。

上記した第１変位センサと第２変位センサによる計測値は、常時、上記したこれらの算定式（（５）式、（６）式、（１１）式、（１２）式）にフィードバックされて、第２及び第３載荷ジャッキ４，５の推力が決定される。
このように、供試体２に作用させたい力、すなわち、鉛直荷重Ｎ、水平荷重Ｖ、曲げモーメントＭを入力することで、第２載荷ジャッキ４と第３載荷ジャッキ５との離間距離ｌ、地盤材料１４表面と第３載荷ジャッキ５との離間距離ｈ、鉛直方向に立設された供試体２が傾斜した際の傾斜角度θ、供試体２が傾斜した際における供試体２最上部の水平方向の移動距離δ_Ｂにより、第１載荷ジャッキ３の推力Ｆ_Ａ、第２載荷ジャッキ４の推力Ｆ_Ｂ、第３載荷ジャッキ５の推力Ｆ_Ｃがわかるようになっている。

すなわち、上記した、供試体２に作用させる力が明確に区分けできるような載荷パターン（１）〜（６）のようなものから、（７）に示したように、鉛直荷重Ｎ、水平荷重Ｖ、曲げモーメントＭの空間上のあらゆる荷重経路を通って、供試体２に力を作用させることができるようになっている。
そして、選択した載荷パターンによる第１〜第３載荷ジャッキ３〜５の制御動最中、あるいは制御動終了後の供試体２と、供試体２と接した地盤材料１４との力学特性を知見して、一連の試験が終了する。

この上記した載荷パターン（１）〜（７）は、地盤部１の変位を考慮していないが、上記した載荷パターン（１）〜（７）にモード切り替えした後、地盤部変位モードを加えることによって、当該装置は地盤部１に変位を付与することも可能となっている。

その場合、蛇腹状に形設された地盤部１の上部、中間部、下部のそれぞれが独立して傾斜したり、あるいは、停止したりして、３本の地盤変位ジャッキ６２によって地盤部１内に充填された地盤材料１４が所望した条件で変動するようになっており、地盤変位の動作パターンは特に限定されない。
この地盤変位をも付与することによって、地震時における供試体２と、その供試体２と接した地盤材料１４との力学特性をも試験できるようになっている。

以上、本実施の形態にかかる載荷試験装置Ａを説明したが、この上記した一連の動作がなされる載荷試験方法であっても良い。この場合、例えば、上記した第１〜第３載荷ジャッキ３〜５（必ずしも油圧ジャッキでなくて良い）の夫々の動作は、供試体２の各部位への推力を付与する第１〜第３載荷工程となり、さらに、地盤変位ジャッキ６２（必ずしも油圧ジャッキでなくて良い）の動作は、地盤材料１４へ推力を付与する地盤変位工程となる。

また、上述した実施形態は、本発明の好適な実施形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、例えば、本実施の形態における載荷試験装置Ａは、橋梁や建築物等の構造物の基礎を模した相似形状の供試体２を用いているが、構造物に実際に用いられる等倍の構造体を試験する装置で合っても良く、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。

本実施の形態にかかる載荷試験装置の正面図である。 載荷ジャッキをスライダータイプで取付した状態を示す正面図である。 載荷ジャッキをヒンジタイプで取付した状態を示す正面図である。 鉛直力載荷試験の載荷パターンを示す線図であり、（ａ）鉛直荷重と水平荷重の載荷パターンを示す（ｂ）曲げモーメントの載荷パターンを示す 水平力載荷試験の載荷パターンを示す線図であり、（ａ）鉛直荷重と水平荷重の載荷パターンを示す（ｂ）曲げモーメントの載荷パターンを示す 曲げモーメント載荷試験の載荷パターンを示す線図であり、（ａ）鉛直荷重と水平荷重の載荷パターンを示す（ｂ）曲げモーメントの載荷パターンを示す 水平力曲げモーメント載荷試験の載荷パターンを示す線図であり、（ａ）鉛直荷重と水平荷重の載荷パターンを示す（ｂ）曲げモーメントの載荷パターンを示す（ｃ）模式化した供試体への水平載荷試験の載荷パターンを示す 鉛直力曲げモーメント載荷試験の載荷パターンを示す線図であり、（ａ）鉛直荷重と水平荷重の載荷パターンを示す（ｂ）曲げモーメントの載荷パターンを示す（ｃ）模式化した供試体への偏心鉛直載荷試験の載荷パターンを示す 鉛直力水平力載荷試験の載荷パターンを示す線図であり、（ａ）鉛直荷重と水平荷重の載荷パターンを示す（ｂ）曲げモーメントの載荷パターンを示す（ｃ）模式化した供試体への傾斜荷重載荷試験の載荷パターンを示す 任意の複合載荷状態から他の任意の複合載荷状態へ移動させる状態を３次元で示した線図であり、（ａ）供試体へ作用させる、鉛直荷重、水平荷重、曲げモーメントとの値を示す。（ｂ）各ジャッキの推力（外力）を示す ヒンジタイプで取り付けられた載荷ジャッキと供試体との関係を表した説明図であり、（ａ）供試体が変位していない状態を示す（ｂ）供試体が変位した状態を示す スライダータイプで取り付けられた載荷ジャッキと供試体との関係を表した説明図であり、（ａ）供試体が変位していない状態を示す（ｂ）供試体が変位した状態を示す

符号の説明

Ａ 載荷試験装置
ａ１ 機枠
１ 地盤部
１１ 袋体
１２ 枠体
１３ シート体
１４ 地盤材料
２ 構造体（供試体）
３ 第１載荷ジャッキ
３１、４１、５１ ブラケット
４ 第２載荷ジャッキ
５ 第３載荷ジャッキ
６ 地盤変位ジャッキ部
６１ 傾動部材
６２ 地盤変位ジャッキ
６３ ブラケット

Claims (7)

1. 構造体に外力を付与する外力手段を備え、前記外力手段によって前記構造体に外力を付与して、前記構造体と、前記構造体と接した地盤材料との力学特性を試験する載荷試験装置であって、
   前記外力手段は、
   水平方向に位置調整可能に設けられ前記構造体の頂部から前記構造体上下方向の外力を付与する第１載荷ジャッキと、
   前記構造体と直交または略直交する方向から前記構造体上部に外力を付与する第２載荷ジャッキと、
   前記第２載荷ジャッキで付与される外力の付与方向と同一方向でもって、前記地盤材料表面に、または、その近傍に位置した前記構造体の下部または中途部に外力を付与する第３載荷ジャッキと、
   所望する載荷パターンとなるように前記第１〜第３載荷ジャッキを制御動させる制御部とを備えて構成されていることを特徴とする載荷試験装置。
2. 横方向スライド可能に蛇腹状に形設され前記地盤材料が充填された地盤部と、
   前記地盤部の側面へ外力を付与して地盤変位を付与する地盤変位ジャッキと、を備え、
   前記制御部は、前記第１〜第３載荷ジャッキに加えて前記地盤変位ジャッキをも制御動させて、地震時における前記構造体と、前記構造体と接した前記地盤材料との力学特性をも試験可能に構成されていることを特徴とする請求項１記載の載荷試験装置。
3. 前記制御部は、前記構造体に作用させる応力が入力される入力部と、前記構造体の変位量を検出する検出部と、を備えると共に、前記構造体の形状からくる固有の寸法値と、漸次変化する前記検出部の変位量と、前記入力部で入力された入力値と、に基づいて前記第１〜第３載荷ジャッキを制御動させていることを特徴とする請求項１記載の載荷試験装置。
4. 前記構造体は、橋梁や建築物等の構造物の基礎を模した供試体であることを特徴とする請求項１〜３の何れかの載荷試験装置。
5. 構造体に外力を付与して前記構造体と前記構造体と接した地盤材料との力学特性を試験する載荷試験方法であって、
   前記構造体の頂部から前記構造体上下方向の外力を付与する第１載荷工程と、
   前記構造体と直交または略直交する方向から前記構造体上部に外力を付与する第２載荷工程と、
   前記第２載荷工程で付与される外力の付与方向と同一方向でもって、前記地盤材料表面に、または、その近傍に位置した前記構造体の下部または中途部に外力を付与する第３載荷工程と、を備え、
   所望する載荷パターンとなるように前記第１〜第３載荷工程を用いて、前記構造体に外力を付与することを特徴とする載荷試験方法。
6. 前記構造体と接する地盤材料へ外力を付与する地盤変位工程を備え、前記第１〜第３載荷工程に加えて前記地盤変位工程をも用いて、地震時における前記構造体と、前記構造体と接した前記地盤材料との力学特性をも試験可能に構成されていることを特徴とする請求項５記載の載荷試験方法。
7. 前記構造体に作用させる応力をパラメータにして、前記構造体の形状からくる固有の寸法値と、漸次変化する前記構造体の変位量と、前記応力とに基づいて、前記第１〜第３載荷工程で付与される夫々の外力を決定することを特徴とする請求項５記載の載荷試験方法。

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