JP2014106026A - Flexure twisting combined load test method and jig for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パイプや棒状部材等の試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に負荷しながら試験を行う曲げねじり複合荷重試験方法および曲げねじり複合荷重試験用治具に関する。 The present invention relates to a bending torsion composite load test method and a bending torsion composite load test jig for performing a test while simultaneously applying a bending moment and a torsion moment to a test body such as a pipe or a rod-shaped member.
例えば、建築物の配管が地震によって受ける影響を研究するために、単軸の引張試験機を使用して管状の部材(試験体)を試験することがある。管状の試験体に対する引張試験機として、図7に示すものがある(特許文献1)。この引張試験機では、上下の引張台座101,102に対して上下のチャック103,103を偏心させており、上下の引張台座101,102に対して試験体104を偏心させた状態で取り付けている。そのため、上下の取付台座101,102の間隔を広げて試験体104に引張荷重を付与することで、試験体104に曲げ応力を作用させることができる。 For example, in order to study the effects of building piping on earthquakes, tubular members (test specimens) may be tested using a uniaxial tensile testing machine. As a tensile tester for a tubular test body, there is one shown in FIG. 7 (Patent Document 1). In this tensile tester, the upper and lower chucks 103 and 103 are eccentric with respect to the upper and lower tensile pedestals 101 and 102, and the test body 104 is attached in an eccentric state with respect to the upper and lower tensile pedestals 101 and 102. . Therefore, a bending stress can be applied to the test body 104 by increasing the distance between the upper and lower mounting bases 101 and 102 and applying a tensile load to the test body 104.
ところで、地震発生時に建築物の配管に作用する応力は曲げ応力だけに限られず、捩り応力も作用する。しかしながら、上述の引張試験機では試験体104に曲げ応力と捩り応力の両方を同時に与えながら試験を行うことができない。 By the way, the stress acting on the building piping when an earthquake occurs is not limited to bending stress, and torsional stress also acts. However, the above-described tensile testing machine cannot perform a test while simultaneously applying both bending stress and torsional stress to the test body 104.
また、上述の引張試験機は上下の引張台座101,102に対して各チャック103,103を偏心させている専用機であり、高価であると共に、通常の単純な引張試験に使用することができず汎用性に劣る。 The above-described tensile testing machine is a dedicated machine in which the chucks 103 and 103 are eccentric with respect to the upper and lower tensile pedestals 101 and 102, and is expensive and can be used for a normal simple tensile test. Inferior versatility.
本発明は、試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与することができると共に、汎用的な単軸荷重試験機の使用が可能な曲げねじり複合荷重試験方法および曲げねじり複合荷重試験用治具を提供することを目的とする。 The present invention provides a bending torsion combined load test method and a bending torsion combined load test jig capable of simultaneously applying a bending moment and a torsion moment to a specimen and using a general-purpose uniaxial load tester. The purpose is to provide.
かかる目的を達成するために、請求項1記載の曲げねじり複合荷重試験方法は、試験体を単軸荷重試験機の一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置された一対のモーメントアームの先端で試験体の両端を保持すると共に、一対のモーメントアームの基端を一対のチャックに取り付け、一対のチャックの間隔を変化させることで試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与するものである。したがって、単軸荷重試験機によって単軸荷重(引張荷重又は圧縮荷重)を掛けると、試験体に曲げモーメントと捩りモーメントが同時に付与される。 In order to achieve this object, the bending torsional composite load test method according to claim 1 is characterized in that a test body is decentered with respect to a pair of chucks of a uniaxial load tester and a pair of phase angles are arranged with respect to each other. While holding both ends of the specimen at the tip of the moment arm, the base ends of the pair of moment arms are attached to the pair of chucks, and the bending moment and torsional moment are simultaneously applied to the specimen by changing the distance between the pair of chucks. Is. Therefore, when a uniaxial load (tensile load or compressive load) is applied by a uniaxial load testing machine, a bending moment and a torsional moment are simultaneously applied to the specimen.
また、請求項2記載の曲げねじり複合荷重試験方法は、一対のモーメントアームの長さを変化させて試験体に付与する曲げモーメントの大きさを調節するようにしている。 In the bending torsion composite load test method according to claim 2, the length of the pair of moment arms is changed to adjust the magnitude of the bending moment applied to the specimen.
また、請求項3記載の曲げねじり複合荷重試験方法は、一対のモーメントアームの位相角を変化させて試験体に付与する捩りモーメントの大きさを調節するようにしている。 Further, in the bending torsion composite load test method according to the third aspect, the magnitude of the torsional moment applied to the specimen is adjusted by changing the phase angle of the pair of moment arms.
さらに、請求項4記載の曲げねじり複合荷重試験用治具は、試験体の両端を単軸荷重試験機の一対のチャックに取り付ける一対のモーメントアームを備え、一対のモーメントアームは試験体を一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置されるものである。 Furthermore, the bending and torsional composite load testing jig according to claim 4 includes a pair of moment arms for attaching both ends of the test body to a pair of chucks of a uniaxial load tester, and the pair of moment arms includes a pair of test bodies. They are arranged eccentric with respect to the chuck and at a phase angle with respect to each other.
請求項1記載の曲げねじり複合荷重試験方法では、単軸荷重(引張荷重又は圧縮荷重)を掛けるだけで試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与することができるので、一対のモーメントアームで保持可能な試験体に対して曲げ捩り試験を簡単に行うことができる。また、チャック自体には変更を加える必要がないので、単軸荷重試験機(単軸引張試験機、単軸圧縮試験機)として汎用機をそのまま使用することができ、専用機を使用する場合に比べて試験に要するコストを安く抑えることができる。 In the bending torsion composite load test method according to claim 1, since a bending moment and a torsion moment can be simultaneously applied to the specimen simply by applying a uniaxial load (tensile load or compressive load), it is held by a pair of moment arms. A bending torsion test can be easily performed on a possible specimen. In addition, since there is no need to change the chuck itself, a general-purpose machine can be used as it is as a single-axis load tester (single-axis tensile tester or single-axis compression tester). In comparison, the cost required for the test can be reduced.
また、請求項2記載の曲げねじり複合荷重試験方法では、各モーメントアームの長さを変化させることで曲げモーメントの大きさを調節することができるので、試験体に与える曲げモーメントの大きさを簡単に変えることができる。そのため、曲げモーメントの大きさを変えて試験を繰り返し行うのが容易である。また、試験体に与える曲げモーメントと捩りモーメントの大きさの比を変化させるのも容易である。 In the bending torsion composite load test method according to claim 2, the magnitude of the bending moment can be adjusted by changing the length of each moment arm, so the magnitude of the bending moment applied to the specimen can be simplified. Can be changed to Therefore, it is easy to repeat the test by changing the magnitude of the bending moment. It is also easy to change the ratio of the magnitude of the bending moment and torsional moment applied to the specimen.
また、請求項3記載の曲げねじり複合荷重試験方法では、各モーメントアームの位相角を変化させることで捩りモーメントの大きさを調節することができるので、試験体に与える捩りモーメントの大きさを簡単に変えることができる。そのため、捩りモーメントの大きさを変えて試験を繰り返し行うのが容易である。また、試験体に与える曲げモーメントと捩りモーメントの大きさの比を変化させるのも容易である。 In the bending torsion composite load test method according to claim 3, the magnitude of the torsional moment can be adjusted by changing the phase angle of each moment arm. Can be changed to Therefore, it is easy to repeat the test by changing the magnitude of the torsional moment. It is also easy to change the ratio of the magnitude of the bending moment and torsional moment applied to the specimen.
さらに、請求項4記載の曲げねじり複合荷重試験用治具では、試験体の両端を単軸荷重試験機の一対のチャックに取り付ける一対のモーメントアームを備えており、一対のモーメントアームは試験体を一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置されているので、単軸荷重(引張荷重又は圧縮荷重)を掛けるだけで試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与することができ、試験体に対して曲げ捩り試験を簡単に行うことができる。また、チャック自体には変更を加える必要がないので、単軸荷重試験機(単軸引張試験機、単軸圧縮試験機)として汎用機をそのまま使用することができ、専用機を使用する場合に比べて試験に要するコストを安く抑えることができる。 Furthermore, the bending and torsional composite load test jig according to claim 4 includes a pair of moment arms for attaching both ends of the test body to a pair of chucks of a uniaxial load tester, and the pair of moment arms includes the test body. Since it is eccentric with respect to a pair of chucks and arranged at a phase angle, it is possible to simultaneously apply a bending moment and a torsion moment to the specimen simply by applying a uniaxial load (tensile load or compressive load). The bending torsion test can be easily performed on the test body. In addition, since there is no need to change the chuck itself, a general-purpose machine can be used as it is as a single-axis load tester (single-axis tensile tester or single-axis compression tester). In comparison, the cost required for the test can be reduced.
以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the form shown in the drawings.
図1〜図6に、本発明の曲げねじり複合荷重試験用治具の実施形態の一例を示す。単軸荷重試験用治具は、試験体1の両端を単軸荷重試験機の一対のチャック2,2に取り付ける一対のモーメントアーム3,3を備えており、一対のモーメントアーム3,3は試験体1を一対のチャック2,2に対して偏心させると共に互いに位相角θを付けて配置されている。 FIGS. 1-6 shows an example of embodiment of the jig | tool for a bending torsion compound load test of this invention. The uniaxial load test jig includes a pair of moment arms 3 and 3 for attaching both ends of the test body 1 to a pair of chucks 2 and 2 of a uniaxial load tester, and the pair of moment arms 3 and 3 are tested. The body 1 is eccentric with respect to the pair of chucks 2 and 2 and arranged with a phase angle θ.
本実施形態では、単軸荷重試験機として単軸の引張試験機を使用しているが、これに限られず、例えば単軸の引張・圧縮試験機、単軸の圧縮試験機等の使用も可能である。 In this embodiment, a uniaxial tensile tester is used as a uniaxial load tester. However, the present invention is not limited to this. It is.
試験体1としては、例えば丸パイプ形状のもの、角パイプ形状のもの、棒形状のもの等が好ましいが、これらには限られない。 As the test body 1, for example, a round pipe shape, a square pipe shape, a rod shape and the like are preferable, but not limited thereto.
モーメントアーム3,3の基端は単軸荷重試験機のチャック2,2に取り付けられている。チャック2,2としては、試験体1に単軸荷重を作用させる軸線(以下、荷重軸線4という)周りと荷重軸線4に直交する軸線(以下、直交軸線5という)周りに回転自在であることが好ましい。このようにチャック2,2を荷重軸線4と直交軸線5の2軸線周りに回転自在にすることで、変形に伴う試験体1の動きを拘束せずに試験を行うことができる。ただし、必ずしもこのように2軸線周りに回転自在でなくても良く、いずれか一方の軸線周りにのみ回転自在であっても良く、更には両方の軸線周りに回転自在でなくても良く、これらの場合にも曲げ捩り試験を行うことができる。 The base ends of the moment arms 3 and 3 are attached to the chucks 2 and 2 of the single-axis load tester. The chucks 2 and 2 are rotatable around an axis (hereinafter referred to as load axis 4) for applying a uniaxial load to the test body 1 and an axis perpendicular to the load axis 4 (hereinafter referred to as orthogonal axis 5). Is preferred. Thus, by making the chucks 2 and 2 rotatable about the two axes of the load axis 4 and the orthogonal axis 5, the test can be performed without restricting the movement of the test body 1 due to deformation. However, it does not necessarily have to be rotatable around two axes in this way, it may not be rotatable only about one of the axes, and may not be rotatable about both axes. In this case, a bending torsion test can be performed.
本実施形態の単軸荷重試験機のチャック2,2には、荷重軸線4周りの回転を可能にするスラストベアリング6と、直交軸線5周りの回転を可能にする回転軸7,8が設けられており、2軸線周りの回転自由度が確保されている。即ち、ベース9に対して支持軸10がスラストベアリング6を介して荷重軸線4周りに回転自在に設けられていると共に、支持軸10に対して連結片11,11が第1の回転軸7を介して直交軸線5周りに回転自在に設けられており、更に連結片11,11に対して第2の回転軸8が直交軸線5周りに回転自在に設けられている。モーメントアーム3,3は第2の回転軸8によって連結片11,11に直交軸線5周りに回転自在に連結されている。 The chucks 2 and 2 of the single-axis load tester of this embodiment are provided with a thrust bearing 6 that enables rotation around the load axis 4 and rotary shafts 7 and 8 that allow rotation around the orthogonal axis 5. The degree of freedom of rotation around the two axes is ensured. That is, the support shaft 10 is provided so as to be rotatable around the load axis 4 via the thrust bearing 6 with respect to the base 9, and the connecting pieces 11, 11 connect the first rotating shaft 7 with respect to the support shaft 10. The second rotary shaft 8 is provided so as to be rotatable around the orthogonal axis 5 with respect to the connecting pieces 11 and 11. The moment arms 3 and 3 are connected to the connecting pieces 11 and 11 by the second rotating shaft 8 so as to be rotatable around the orthogonal axis 5.
モーメントアーム3,3の先端は試験体1を保持している。本実施形態では、モーメントアーム3,3の先端に設けられたスリット付きの保持用孔に試験体1の端部を挿入し、ボルトを締め付けて保持用孔の径を狭めることで試験体1を試験体1を固定するようにしている。ただし、試験体1の固定手段はこれに限られない。保持用孔はモーメントアーム3,3の軸線方向に対して直交するように設けられている。したがって、モーメントアーム3,3は試験体1の軸線12に対して直交するように配置される。 The tips of the moment arms 3 and 3 hold the test body 1. In the present embodiment, the end of the test body 1 is inserted into a holding hole with a slit provided at the tips of the moment arms 3 and 3, and the diameter of the holding hole is narrowed by tightening a bolt to fix the test body 1. The test body 1 is fixed. However, the fixing means of the test body 1 is not limited to this. The holding hole is provided so as to be orthogonal to the axial direction of the moment arms 3 and 3. Therefore, the moment arms 3 and 3 are arranged so as to be orthogonal to the axis 12 of the test body 1.
モーメントアーム3,3は互いに位相角θを有しており、一対のモーメントアーム3,3の長さLは同じであるので、試験体1は荷重軸線4に対して斜めになった状態で保持される。また、モーメントアーム3,3は試験体1の軸線12に対して直交しているので、モーメントアーム3,3は長さLだけチャック2,2の荷重軸線4に対して試験体1の軸線12を偏心させる。 Since the moment arms 3 and 3 have a phase angle θ with each other, and the length L of the pair of moment arms 3 and 3 is the same, the specimen 1 is held in an inclined state with respect to the load axis 4. Is done. Further, since the moment arms 3 and 3 are orthogonal to the axis 12 of the test body 1, the moment arms 3 and 3 have the length L and the axis 12 of the test body 1 with respect to the load axis 4 of the chucks 2 and 2. Eccentric.
本実施形態では一対のモーメントアーム3,3として同一形状のものを組み合わせてコスト低減を図っているが、異なる形状のものを組み合わせても良い。 In the present embodiment, the pair of moment arms 3 and 3 are combined with the same shape to reduce the cost, but may be combined with different shapes.
次に、本発明の曲げねじり複合荷重試験方法について説明する。この曲げねじり複合荷重試験方法は、試験体1を単軸荷重試験機の一対のチャック2,2に対して偏心させると共に互いに位相角θを付けて配置された一対のモーメントアーム3,3の先端で試験体1の両端を保持すると共に、一対のモーメントアーム3,3の基端を一対のチャック2,2に取り付け、一対のチャック2,2の間隔を変化させることで試験体1に曲げモーメントMと捩りモーメントTを同時に付与するものである。 Next, the bending torsion composite load test method of the present invention will be described. This bending torsion composite load test method is such that the tip of a pair of moment arms 3 and 3 arranged with a phase angle θ between the specimen 1 and a pair of chucks 2 and 2 of a uniaxial load tester. The both ends of the test body 1 are held, the base ends of the pair of moment arms 3 and 3 are attached to the pair of chucks 2 and 2, and the bending moment is applied to the test body 1 by changing the distance between the pair of chucks 2 and 2. M and torsional moment T are applied simultaneously.
各チャック2,2にそれぞれモーメントアーム3,3を取り付け、各モーメントアーム3,3に試験体1を取り付けた後、単軸荷重試験機を作動させて引張荷重を掛けると、試験体1に曲げモーメントMと捩りモーメントTを同時に付与することができる。そのため、試験体1に対して曲げ捩り試験を簡単に行うことができる。また、チャック2,2自体には変更を加える必要がないので、単軸荷重試験機として汎用機をそのまま使用することができ、専用機を使用する場合に比べて試験に要するコストを安く抑えることができる。 When the moment arms 3 and 3 are attached to the chucks 2 and 2, respectively, and the specimen 1 is attached to the moment arms 3 and 3, and the tensile load is applied by operating the single-axis load tester, the specimen 1 is bent. Moment M and torsional moment T can be applied simultaneously. Therefore, a bending torsion test can be easily performed on the test body 1. In addition, since there is no need to change the chucks 2 and 2 themselves, a general-purpose machine can be used as it is as a single-axis load tester, and the cost required for the test can be reduced compared with the case of using a dedicated machine. Can do.
試験体1に付与される曲げモーメントMは数式1によって、捩りモーメントTは数式2によって求められる。 The bending moment M applied to the test body 1 is obtained by Equation 1, and the torsion moment T is obtained by Equation 2.
ここで、L:モーメントアーム3の長さ、H:試験体1の1/2の長さ、θ:モーメントアーム3の位相角θ、P:引張荷重である(図6参照)。 Here, L is the length of the moment arm 3, H is half the length of the test body 1, θ is the phase angle θ of the moment arm 3, and P is the tensile load (see FIG. 6).
また、捩り曲げモーメント比T/Mは、数式3によって求められる。 Further, the torsional bending moment ratio T / M is obtained by Equation 3.
数式1からも明らかなように、一対のモーメントアーム3,3の長さLを変化させて試験体1に付与する曲げモーメントMの大きさを調節することができる。また、数式2からも明らかなように、一対のモーメントアーム3,3の位相角θを変化させて試験体1に付与する捩りモーメントTの大きさを調節することができる。これらのため、試験体1に与える曲げモーメントMの大きさと捩りモーメントTの大きさを簡単に変えることができ、これらを変えながら試験を繰り返し行うのが容易である。また、捩り曲げモーメント比T/Mを変化させるのも容易である。 As is clear from Equation 1, the length L of the pair of moment arms 3 and 3 can be changed to adjust the magnitude of the bending moment M applied to the specimen 1. Further, as is apparent from Equation 2, the magnitude of the torsional moment T applied to the specimen 1 can be adjusted by changing the phase angle θ of the pair of moment arms 3 and 3. For these reasons, the magnitude of the bending moment M and the magnitude of the torsional moment T applied to the specimen 1 can be easily changed, and it is easy to repeat the test while changing these. It is also easy to change the torsional bending moment ratio T / M.
モーメントアーム3の長さLを変化させる手段としては、例えば、長さLの異なる複数種類のモーメントアーム3を準備しておき、モーメントアーム3を交換することで長さLを変化させるようにしても良いし、モーメントアーム3を伸縮可能にすることで長さLを変化させるようにしても良く、その他の手段でも良い。 As means for changing the length L of the moment arm 3, for example, a plurality of types of moment arms 3 having different lengths L are prepared, and the length L is changed by exchanging the moment arm 3. Alternatively, the length L may be changed by making the moment arm 3 extendable and contractable, or other means may be used.
また、モーメントアーム3の位相角θを変化させる手段としては、例えば、位相角θが異なる複数種類のモーメントアーム3を準備しておき、モーメントアーム3を交換することで位相角θを変化させるようにしても良いし、モーメントアーム3の位相角θを可変にすることで位相角θを変化させるようにしても良く、その他の手段でも良い。 Further, as means for changing the phase angle θ of the moment arm 3, for example, a plurality of types of moment arms 3 having different phase angles θ are prepared, and the phase angle θ is changed by exchanging the moment arm 3. Alternatively, the phase angle θ may be changed by making the phase angle θ of the moment arm 3 variable, or other means may be used.
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。 The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上述の説明では、モーメントアーム3,3の軸線を試験体1の軸線12に対して直交させていたが、必ずしも直交させなくても良い。即ち、試験体1に対してモーメントアーム3,3が垂直になるようにしていたが、斜めになるように取り付けても良い。この場合にも曲げモーメントMと捩りモーメントTを付与することできる。 For example, in the above description, the axes of the moment arms 3 and 3 are orthogonal to the axis 12 of the test body 1, but it is not always necessary to orthogonally. In other words, although the moment arms 3 and 3 are perpendicular to the test body 1, they may be attached obliquely. Also in this case, the bending moment M and the torsional moment T can be applied.
1 試験体
2 チャック
3 モーメントアーム
L モーメントアームの長さ
M 曲げモーメント
T 捩りモーメント
θ モーメントアームの位相角
1 Specimen 2 Chuck 3 Moment arm L Moment arm length M Bending moment T Torsional moment θ Phase angle of moment arm
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