JP2015010917A - Force application testing device - Google Patents

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智昭 杉山
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聡 安田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compact force application testing device capable of measuring a characteristic value of a test piece with high accuracy.SOLUTION: A force application testing device includes: a first frame 2 and a second frame 3 arranged with a test piece S interposed therebetween in the axial direction of the test piece S; a horizontal force introduction part 4 equipped with horizontal force introduction means 10 for introducing a horizontal force to the test piece S via the first frame 2 and the second frame 3; and a plurality of vertical force introduction parts 5 equipped with vertical force introduction means 20 for introducing a vertical force to the test piece S via the first frame 2 and the second frame 3. The horizontal force introduction part 4 has first measuring means 11 for measuring an axial force applied to the horizontal force introduction means 10, and the vertical force introduction part 5 has: pin joint parts 22, 23 interposed between itself and the first frame 2 and between itself and the second frame 3, respectively; and second measuring means 21 for measuring an axial force and a shear force applied to the vertical force introduction means 20.

Description

本発明は、試験体に水平力や鉛直力を加えて試験体の耐力や変形性状等の特性値を計測する加力試験装置に関する。   The present invention relates to a force test apparatus that applies a horizontal force or a vertical force to a test body to measure characteristic values such as the proof stress and deformation properties of the test body.

加力試験装置は、実構造物に近い条件を試験室等で模擬し、試験体に水平力や鉛直力を加えて試験体の耐力や変形性状等の特性値を計測する装置である。従来の加力試験装置として、例えば、特許文献１に記載の建研式加力試験装置が知られている。   The force test apparatus is an apparatus that simulates conditions close to a real structure in a test room or the like, and applies a horizontal force or a vertical force to the test body to measure characteristic values such as the proof stress and deformation properties of the test body. As a conventional force test apparatus, for example, a Kenken-type force test apparatus described in Patent Document 1 is known.

図２の（ａ）は、特許文献１の建研式加力試験装置を示す概略図である。図２の（ａ）に示すように、建研式加力試験装置１００は、一対のＬ字状のフレーム１０１，１０２と、水平力導入ジャッキ１０３と、鉛直力導入ジャッキ１０４と、平行保持手段１０５とで主に構成されている。試験体Ｓは、フレーム１０１，１０２の間に設置されている。平行保持手段１０５は、パンタグラフ機構で構成されており、載荷中におけるフレーム１０１の基部１０１ａとフレーム１０２の基部１０２ａとの平行を維持する手段である。   FIG. 2A is a schematic diagram showing the Kenken-type force test apparatus of Patent Document 1. FIG. As shown in FIG. 2A, the Kenken-type force test apparatus 100 includes a pair of L-shaped frames 101 and 102, a horizontal force introducing jack 103, a vertical force introducing jack 104, and parallel holding means. 105. The test body S is installed between the frames 101 and 102. The parallel holding means 105 is configured by a pantograph mechanism, and is a means for maintaining parallelism between the base 101a of the frame 101 and the base 102a of the frame 102 during loading.

建研式加力試験装置１００は、十分な剛性を有する平行保持手段１０５を形成し、当該平行保持手段１０５をフレーム１０１，１０２に確実に固定する必要があるため、装置の設計・製造が煩雑になるという問題がある。また、平行保持手段１０５のパンタグラフ機構によって装置が大型化し、広い設置面積が必要になるという問題がある。   Since the Kenken-type force test apparatus 100 needs to form parallel holding means 105 having sufficient rigidity and to securely fix the parallel holding means 105 to the frames 101 and 102, the design and manufacture of the apparatus is complicated. There is a problem of becoming. In addition, the pantograph mechanism of the parallel holding means 105 increases the size of the apparatus and requires a large installation area.

一方、図２の（ｂ）は非特許文献１等の従来の加力試験装置を示す概略図である。図２の（ｂ）に示すように、従来の加力試験装置２００は、Ｌ字状のフレーム２０１，２０２と、水平力導入部２０３と、鉛直力導入部２０４，２０４とで主に構成されている。   On the other hand, FIG. 2B is a schematic diagram showing a conventional force test apparatus such as Non-Patent Document 1. As shown in FIG. 2 (b), the conventional force test apparatus 200 is mainly composed of L-shaped frames 201 and 202, a horizontal force introducing portion 203, and vertical force introducing portions 204 and 204. ing.

水平力導入部２０３は、水平力導入アクチュエータ２１１と、水平力導入アクチュエータ２１１に作用する軸力を計測するロードセル２１２と、水平力導入アクチュエータ２１１とフレーム２０１とをピン接合により連結するクレビス２１３と、ロードセル２１２とフレーム２０２とをピン接合により連結するクレビス２１４と、で構成されている。   The horizontal force introduction unit 203 includes a horizontal force introduction actuator 211, a load cell 212 that measures an axial force acting on the horizontal force introduction actuator 211, a clevis 213 that connects the horizontal force introduction actuator 211 and the frame 201 by pin joining, The clevis 214 connects the load cell 212 and the frame 202 by pin bonding.

鉛直力導入部２０４は、鉛直力導入アクチュエータ２２１と、鉛直力導入アクチュエータ２２１に作用する軸力を計測するロードセル２２２と、鉛直力導入アクチュエータ２２１とフレーム２０１とをピン接合により連結するクレビス２２３と、ロードセル２２２とフレーム２０２とをピン接合により連結するクレビス２２４と、で構成されている。   The vertical force introduction unit 204 includes a vertical force introduction actuator 221, a load cell 222 that measures an axial force acting on the vertical force introduction actuator 221, a clevis 223 that connects the vertical force introduction actuator 221 and the frame 201 by pin joining, The clevis 224 connects the load cell 222 and the frame 202 by pin bonding.

鉛直力導入アクチュエータ２２１は、試験体Ｓに対して圧縮荷重及び引張荷重の両方を載荷することができる装置である。鉛直力導入アクチュエータ２２１，２２１は、フレーム２０１，２０２間の距離δ１と距離δ２とが等しくなるように制御される。また、鉛直力導入部２０４，２０４の両端には、それぞれクレビス２２３，２２４が設置されている。このため、フレーム２０１，２０２間の平行を維持することができる。また、従来の加力試験装置２００は、パンタグラフ機構は不要となるため、装置のコンパクト化を図ることができる。   The vertical force introduction actuator 221 is a device that can load both the compressive load and the tensile load on the test body S. The vertical force introducing actuators 221 and 221 are controlled so that the distance δ1 and the distance δ2 between the frames 201 and 202 are equal. Further, clevises 223 and 224 are respectively installed at both ends of the vertical force introducing portions 204 and 204. For this reason, the parallelism between the frames 201 and 202 can be maintained. Further, since the conventional force test apparatus 200 does not require a pantograph mechanism, the apparatus can be made compact.

加力試験装置２００において、試験体Ｓに水平力を載荷すると試験体Ｓにせん断力ＱＳが作用するが、このせん断力ＱＳは、水平力導入部２０３に作用する軸力Ｐと同等になると考えられるため、水平力導入部２０３のロードセル２１２によってせん断力ＱＳを計測することができる。なお、本明細書では、試験体に作用するせん断力とは、試験体の材軸と直角方向から加わる外荷重を意味している。 In Loading Test apparatus 200, although shear force Q S to the specimen S to loading the horizontal force acting on the specimen S, the shear force Q S is equal to the axial force P acting on the horizontal force introduction part 203 for what is believed to be, it is possible to measure the shear force Q S by the load cell 212 of the horizontal force introduction part 203. In this specification, the shearing force acting on the specimen means an external load applied from a direction perpendicular to the material axis of the specimen.

実公平４−１６１９５号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-16195 平石久廣ほか：鉄筋コンクリート造柱の曲げ降伏後の限界変形に関する研究（その１）柱の中心圧縮実験、純曲げ実験および曲げせん断実験とその相関、日本建築学会構造系論文報告集、第410号、PP.27〜PP.39,1990.4Hisashi Hiraishi et al .: Study on critical deformation after bending yielding of reinforced concrete columns (Part 1) Column center compression test, pure bending test and bending shear test and their correlations, The Architectural Institute of Japan, Proc. PP.27-PP.39,1990.4

しかし、試験体Ｓに水平力と鉛直力とを同時に載荷すると、鉛直力導入部２０４のクレビス２２３，２２４に回転摩擦が発生する。特に、実大に近い大型試験体や高強度材料を用いた試験体の試験を行う場合には、大きな鉛直力を作用させる必要があるため、クレビス２２３，２２４の回転摩擦が無視できなくなる。   However, when a horizontal force and a vertical force are simultaneously loaded on the test body S, rotational friction is generated in the clevises 223 and 224 of the vertical force introduction unit 204. In particular, when conducting a test of a large-sized specimen close to the actual size or a specimen using a high-strength material, it is necessary to apply a large vertical force, so the rotational friction of the clevises 223 and 224 cannot be ignored.

クレビス２２３，２２４に回転摩擦が作用すると、クレビス２２３，２２４に水平方向成分の力が発生するため、鉛直力導入部２０４もせん断力の一部を負担することになる。これにより、水平力導入部２０３の軸力Ｐは試験体Ｓに作用するせん断力ＱＳと同値とはならず、測定値の信頼性が低下する。クレビス２２３，２２４の回転摩擦を無視できる程度に低減できればよいが、特に、大規模加力試験装置に適用できる程度に大型で、かつ、回転摩擦が極小のクレビスは非常に高価となり現実的ではない。 When rotational friction acts on the clevises 223 and 224, a horizontal component force is generated on the clevises 223 and 224, so that the vertical force introduction unit 204 also bears a part of the shearing force. Thus, the axial force P of the horizontal force introduction part 203 does not become shear force Q S and equivalence acting on the test body S, the reliability of the measurements is reduced. Although it is only necessary to reduce the rotational friction of the clevises 223 and 224 to a negligible level, a clevis that is large enough to be applied to a large-scale force test apparatus and has minimal rotational friction is very expensive and is not realistic. .

このような観点から、本発明は、試験体の特性値を高い精度で計測することができるとともにコンパクトな加力試験装置を提供することを課題とする。   From such a viewpoint, it is an object of the present invention to provide a compact force test apparatus that can measure the characteristic value of a specimen with high accuracy.

このような課題を解決する本発明は、試験体の軸方向において前記試験体を挟んで配置される支持部及び載荷部と、前記支持部及び前記載荷部を介して前記試験体に前記軸方向に対して垂直な第一方向力を導入する第一方向力導入手段を備えた第一方向力導入部と、前記支持部及び前記載荷部を介して前記試験体の前記軸方向と平行な第二方向力を導入する第二方向力導入手段を備えた複数の第二方向力導入部と、を有し、前記第一方向力導入部は、前記第一方向力導入手段に作用する軸力を計測する第一計測手段を有し、前記第二方向力導入部は、前記支持部との間及び前記載荷部との間にそれぞれ介設されるピン接合部と、前記第二方向力導入手段に作用する軸力及びせん断力を計測する第二計測手段と、を有することを特徴とする。   The present invention that solves such a problem includes a support portion and a loading portion that are disposed with the test body sandwiched in the axial direction of the test body, and the axial direction is provided to the test body via the support portion and the load portion described above. A first directional force introducing portion having a first directional force introducing means for introducing a first directional force perpendicular to the first direction, and a first parallel to the axial direction of the specimen through the support portion and the load portion described above. A plurality of second directional force introducing portions provided with a second directional force introducing means for introducing a two-directional force, wherein the first directional force introducing portion acts on the first directional force introducing means. A first measuring means for measuring the second direction force introduction portion, the pin joint portion interposed between the support portion and the load portion, and the second direction force introduction portion. And a second measuring means for measuring an axial force and a shearing force acting on the means.

かかる構成によれば、試験体に作用するせん断力は、第一方向力導入部に作用する軸力から複数の第二方向力導入手段に作用するせん断力を減算した値と推定することができる。これにより、試験体の特性値を高い精度で計測することができる。また、両端にピン接合部を有する第二方向力導入手段を支持部と載荷部との間に設けたことにより、支持部と載荷部との平行を維持することができる。これにより、簡易かつコンパクトな構成にすることができる。   According to such a configuration, the shear force acting on the specimen can be estimated as a value obtained by subtracting the shear force acting on the plurality of second direction force introduction means from the axial force acting on the first direction force introduction portion. . Thereby, the characteristic value of the specimen can be measured with high accuracy. Further, by providing the second directional force introducing means having the pin joint portions at both ends between the support portion and the loading portion, the parallelism between the support portion and the loading portion can be maintained. Thereby, it can be set as a simple and compact structure.

また、前記第一計測手段及び前記第二計測手段に接続された制御部を備えており、前記制御部では、前記第一計測手段で計測された軸力から前記第二計測手段で計測されたせん断力が減算されることが好ましい。かかる構成によれば、試験装置をより簡易に構成することができる。   In addition, a control unit connected to the first measurement unit and the second measurement unit is provided, and the control unit is measured by the second measurement unit from the axial force measured by the first measurement unit. It is preferred that the shear force is subtracted. According to such a configuration, the test apparatus can be configured more simply.

本発明の加力試験装置によれば、試験体の特性値を高い精度で計測することができるとともに装置全体をコンパクトにすることができる。   According to the force test apparatus of the present invention, the characteristic value of the specimen can be measured with high accuracy and the entire apparatus can be made compact.

本発明の実施形態に係る加力試験装置を示す概略図である。It is the schematic which shows the force test apparatus which concerns on embodiment of this invention. （ａ）は特許文献１の建研式加力試験装置を示す概略図であり、（ｂ）は非特許文献１等の従来の加力試験装置を示す概略図である。(A) is the schematic which shows the Kenken type | formula force test apparatus of patent document 1, (b) is the schematic which shows the conventional force test apparatus of nonpatent literature 1 grade | etc.,. 図２の（ｂ）の従来の加力試験装置を用いて大きな軸力を作用させた加力試験において、試験体のせん断力−部材角の関係を示す正側包絡線である。FIG. 3 is a positive envelope showing a relationship between a shear force and a member angle of a specimen in a force test in which a large axial force is applied using the conventional force test apparatus of FIG.

本実施形態に係る加力試験装置について図面を参照して詳細に説明する。図１に示すように、本実施形態に係る加力試験装置１は、試験体に水平力及び鉛直力を同時に載荷して、試験体に作用するせん断力等の特性値を計測する装置である。本実施形態における水平力は、特許請求の範囲の「第一方向力」に相当する。また、鉛直力は、特許請求の範囲の「第二方向力」に相当する。なお、説明における「上下」、「左右」は図１の矢印に従う。また、説明における「前後」は、図１の紙面表裏方向を意味する。   The force test apparatus according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, a force test apparatus 1 according to the present embodiment is an apparatus that simultaneously loads a horizontal force and a vertical force on a test body and measures characteristic values such as a shear force acting on the test body. . The horizontal force in the present embodiment corresponds to the “first direction force” in the claims. The vertical force corresponds to the “second direction force” in the claims. In the description, “upper and lower” and “left and right” follow the arrows in FIG. Further, “front and back” in the description means the front and back direction of the sheet of FIG.

加力試験装置１は、第一フレーム２と、第二フレーム３と、水平力導入部４と、鉛直力導入部５，５と、制御部６とで主に構成されている。   The force test apparatus 1 mainly includes a first frame 2, a second frame 3, a horizontal force introduction unit 4, vertical force introduction units 5 and 5, and a control unit 6.

第一フレーム２は、加力試験装置１の土台となる部位であり、正面視Ｌ字状を呈する。第一フレーム２は、特許請求の範囲の「支持部」に相当する。第一フレーム２には、試験体Ｓや鉛直力導入部５等が配置される。第一フレーム２は、例えば鋼板等で形成されており、試験時の鉛直力に耐え得る耐力剛性を備えている。第一フレーム２は、基礎部２ａと、基礎部２ａの端部から立ち上がる柱状の立上り部２ｂとで構成されている。なお、加力試験装置１の土台となる部位を、本実施形態ではフレーム状としているが、試験室の床や壁を利用して試験体Ｓ等を配置するようにしてもよい。   The first frame 2 is a part serving as a foundation of the force test apparatus 1 and has an L shape in front view. The first frame 2 corresponds to a “support portion” in the claims. In the first frame 2, a test body S, a vertical force introducing portion 5 and the like are arranged. The first frame 2 is formed of, for example, a steel plate or the like, and has a load bearing rigidity that can withstand a vertical force during the test. The first frame 2 includes a base portion 2a and a columnar rising portion 2b that rises from the end of the base portion 2a. In addition, although the site | part used as the foundation of the force test apparatus 1 is made into the frame shape in this embodiment, you may make it arrange | position the test body S etc. using the floor and wall of a test chamber.

第二フレーム３は、正面視Ｌ字状を呈し、第一フレーム２に対向して配置されている。第二フレーム３は、特許請求の範囲の「載荷部」に相当する。第二フレーム３は、例えば鋼板等で形成されており、試験時の鉛直力に耐え得る耐力剛性を備えている。第二フレーム３は、載荷梁３ａと、載荷梁３ａの端部から耐力床２ａに向かって延設された延設部３ｂとで構成されている。延設部３ｂは、立上り部２ｂと平行になっている。載荷梁３ａの左右方向の寸法は、耐力床２ａの左右方向の寸法の半分程度になっている。   The second frame 3 has an L shape when viewed from the front, and is disposed to face the first frame 2. The second frame 3 corresponds to a “loading portion” in the claims. The second frame 3 is formed of, for example, a steel plate or the like, and has a load bearing rigidity that can withstand a vertical force during the test. The second frame 3 includes a loading beam 3a and an extending portion 3b extending from the end of the loading beam 3a toward the load-bearing floor 2a. The extending portion 3b is parallel to the rising portion 2b. The horizontal dimension of the loading beam 3a is about half of the horizontal dimension of the load-bearing floor 2a.

試験体Ｓは、基礎部２ａと載荷梁３ａとの間に配置されている。試験体Ｓの形状は特に制限されないが、本実施形態では柱状を呈する。試験体Ｓの軸方向は、鉛直方向と平行になっている。   The test body S is disposed between the base portion 2a and the loading beam 3a. Although the shape in particular of the test body S is not restrict | limited, In this embodiment, it exhibits columnar shape. The axial direction of the test body S is parallel to the vertical direction.

水平力導入部４は、第一フレーム２及び第二フレーム３を介して試験体Ｓに水平力を導入する部位である。水平力導入部４は、特許請求の範囲の「第一方向力導入部」に相当する。水平力導入部４は、立上り部２ｂと延設部３ｂとの間において、水平に設置されている。また、水平力導入部４は、その中心軸の延長線が試験体Ｓの断面中心を通る位置に設置されている。水平力導入部４は、水平力導入手段１０と、第一計測手段１１と、クレビス１２，１３とを含んで構成されている。   The horizontal force introduction unit 4 is a part that introduces a horizontal force to the test body S via the first frame 2 and the second frame 3. The horizontal force introducing portion 4 corresponds to a “first direction force introducing portion” in the claims. The horizontal force introducing portion 4 is horizontally installed between the rising portion 2b and the extending portion 3b. Further, the horizontal force introducing portion 4 is installed at a position where the extension line of the central axis passes through the center of the cross section of the specimen S. The horizontal force introduction unit 4 includes a horizontal force introduction unit 10, a first measurement unit 11, and clevises 12 and 13.

水平力導入手段１０は、本実施形態では油圧シリンダで構成されている。水平力導入手段１０は、特許請求の範囲の「第一方向力導入手段」に相当する。水平力導入手段１０は、試験体Ｓに水平力を導入できる装置であれば特に制限されるものではない。水平力導入手段１０は、例えば、空圧シリンダや電動シリンダ等他のアクチュエータを用いることもできる。水平力導入手段１０は、制御部６に電気的に接続されている。水平力導入手段１０は、制御部６からの制御信号に基づいて作動する。   The horizontal force introducing means 10 is constituted by a hydraulic cylinder in this embodiment. The horizontal force introducing means 10 corresponds to “first direction force introducing means” in the claims. The horizontal force introducing means 10 is not particularly limited as long as it is a device that can introduce a horizontal force to the test body S. As the horizontal force introducing means 10, for example, another actuator such as a pneumatic cylinder or an electric cylinder can be used. The horizontal force introducing means 10 is electrically connected to the control unit 6. The horizontal force introducing means 10 operates based on a control signal from the control unit 6.

第一計測手段１１は、水平力導入手段１０の載荷によって水平力導入手段１０に作用する軸力を計測可能な装置である。第一計測手段１１は、本実施形態では水平力導入手段１０のピストンロッドの先端に設置されている。第一計測手段１１は、例えば、一軸ロードセルを用いることができる。本実施形態では、軸力（一軸）のみ計測できる装置を用いているが、二軸以上を計測可能な装置を用いてもよい。第一計測手段１１で計測された計測データは、制御部６に記憶されるようになっている。   The first measuring means 11 is an apparatus capable of measuring the axial force acting on the horizontal force introducing means 10 when the horizontal force introducing means 10 is loaded. In the present embodiment, the first measuring means 11 is installed at the tip of the piston rod of the horizontal force introducing means 10. As the first measuring means 11, for example, a uniaxial load cell can be used. In this embodiment, a device that can measure only axial force (one axis) is used, but a device that can measure two or more axes may be used. Measurement data measured by the first measuring means 11 is stored in the control unit 6.

クレビス１２は、立上り部２ｂと水平力導入手段１０との間に設置されており、ピン接合部（ピン節点）となる部位である。クレビス１２は、前後方向に延設する軸１２ａを備えており、立上り部２ｂに対する水平力導入手段１０の回転を許容する。   The clevis 12 is installed between the rising part 2b and the horizontal force introducing means 10, and is a part that becomes a pin joint (pin node). The clevis 12 includes a shaft 12a extending in the front-rear direction, and allows the horizontal force introducing means 10 to rotate with respect to the rising portion 2b.

クレビス１３は、第一計測手段１１と延設部３ｂとの間に設置されており、ピン接合部（ピン節点）となる部位である。クレビス１３は、前後方向に延設する軸１３ａを備えており、延設部３ｂに対する水平力導入手段１０の回転を許容する。   The clevis 13 is installed between the first measuring means 11 and the extending part 3b, and is a part that becomes a pin joint (pin node). The clevis 13 includes a shaft 13a extending in the front-rear direction, and allows the horizontal force introducing means 10 to rotate with respect to the extending portion 3b.

鉛直力導入部５，５は、第一フレーム２及び第二フレーム３を介して試験体Ｓに鉛直力を導入するとともに、第一フレーム２と第二フレーム３間の平行を維持する部位である。鉛直力導入部５は、特許請求の範囲の「第二方向力導入部」に相当する。鉛直力導入部５，５は、試験体Ｓを挟んで左右両側に設置されている。初期状態の鉛直力導入部５は、基礎部２ａと載荷梁３ａとの間において、基礎部２ａ及び載荷梁３ａに対してそれぞれ垂直になっている。鉛直力導入部５，５はそれぞれ同じ構成からなるが、両者を区別する場合には、「５Ａ」、「５Ｂ」の符号を付す。鉛直力導入部５は、鉛直力導入手段２０と、第二計測手段２１と、クレビス２２，２３とを含んで構成されている。   The vertical force introducing portions 5 and 5 are portions for introducing a vertical force to the test body S via the first frame 2 and the second frame 3 and maintaining parallelism between the first frame 2 and the second frame 3. . The vertical force introducing portion 5 corresponds to a “second direction force introducing portion” in the claims. The vertical force introducing portions 5 and 5 are installed on both the left and right sides of the test body S. The vertical force introducing portion 5 in the initial state is perpendicular to the foundation portion 2a and the loading beam 3a between the foundation portion 2a and the loading beam 3a. The vertical force introducing portions 5 and 5 have the same configuration, but the reference numerals “5A” and “5B” are attached to distinguish the two. The vertical force introduction unit 5 includes a vertical force introduction unit 20, a second measurement unit 21, and clevises 22 and 23.

鉛直力導入手段２０は、本実施形態では試験体Ｓに圧縮及び引張を付与することができる油圧シリンダで構成されている。鉛直力導入手段２０は、特許請求の範囲の「第二方向力導入手段」に相当する。鉛直力導入手段２０は、試験体Ｓに鉛直力を導入できる装置であれば特に制限されるものではない。鉛直力導入手段２０は、例えば、空圧シリンダ、電動シリンダ等他のアクチュエータを用いることもできる。鉛直力導入手段２０は、制御部６に電気的に接続されている。鉛直力導入手段２０は、制御部６からの制御信号に基づいて作動する。なお、以下の説明では、鉛直力導入手段２０，２０のうち、一方の鉛直力導入部５Ａに対応する方に符号「２０Ａ」を付し、他方の鉛直力導入部５Ｂに対応する方に符号「２０Ｂ」を付す。   In this embodiment, the vertical force introducing means 20 is constituted by a hydraulic cylinder capable of applying compression and tension to the test body S. The vertical force introducing means 20 corresponds to “second direction force introducing means” in the claims. The vertical force introducing means 20 is not particularly limited as long as it is a device that can introduce a vertical force to the test body S. As the vertical force introducing means 20, for example, another actuator such as a pneumatic cylinder or an electric cylinder can be used. The vertical force introducing means 20 is electrically connected to the control unit 6. The vertical force introducing means 20 operates based on a control signal from the control unit 6. In the following description, of the vertical force introducing means 20 and 20, the one corresponding to one vertical force introducing portion 5A is denoted by “20A”, and the one corresponding to the other vertical force introducing portion 5B is denoted. “20B” is attached.

第二計測手段２１は、水平力導入手段１０及び鉛直力導入手段２０の載荷によって、鉛直力導入手段２０に作用する軸力、せん断力を計測可能な装置である。第二計測手段２１は、本実施形態では鉛直力導入手段２０のピストンロッドの先端に設置されている。第二計測手段２１は、例えば、公知の六軸力覚センサー等を用いることができる。本実施形態では、三軸方向の力および各軸回りのモーメントを計測できる装置を用いているが、少なくともせん断力及び軸力の二軸を計測可能な装置を用いてもよい。第二計測手段２１で計測された計測データは、制御部６に記憶されるようになっている。   The second measuring means 21 is a device that can measure the axial force and shear force acting on the vertical force introducing means 20 by loading the horizontal force introducing means 10 and the vertical force introducing means 20. In the present embodiment, the second measuring means 21 is installed at the tip of the piston rod of the vertical force introducing means 20. For example, a known six-axis force sensor can be used as the second measuring means 21. In the present embodiment, a device that can measure a force in three axial directions and a moment around each axis is used, but a device that can measure at least two axes of a shear force and an axial force may be used. Measurement data measured by the second measuring means 21 is stored in the control unit 6.

クレビス２２は、基礎部２ａと鉛直力導入手段２０との間に設置されており、ピン接合部（ピン節点）となる部位である。クレビス２２は、前後方向に延設する軸２２ａを備えており、基礎部２ａに対する鉛直力導入手段２０の回転を許容する。   The clevis 22 is installed between the base portion 2a and the vertical force introducing means 20, and is a portion that becomes a pin joint (pin node). The clevis 22 includes a shaft 22a extending in the front-rear direction, and allows the vertical force introducing means 20 to rotate with respect to the base portion 2a.

クレビス２３は、載荷梁３ａと第二計測手段２１との間に設置されており、ピン接合部（ピン節点）となる部位である。クレビス２３は、前後方向に延設する軸２３ａを備えており、載荷梁３ａに対する鉛直力導入手段２０の回転を許容する。   The clevis 23 is installed between the loading beam 3a and the second measuring means 21, and is a part that becomes a pin joint (pin node). The clevis 23 includes a shaft 23a extending in the front-rear direction, and allows the vertical force introducing means 20 to rotate with respect to the loading beam 3a.

制御部６は、加力試験装置１の全体の動作を制御する部位である。制御部６は、ＣＰＵ、記憶手段、入力手段、表示手段等を含んで構成されている。制御部６は、水平力導入手段１０、第一計測手段１１、鉛直力導入手段２０、第二計測手段２１とそれぞれ電気的に接続されている。制御部６では、第一計測手段１１及び第二計測手段２１から送信された計測データを演算して、試験体Ｓに作用するせん断力等を算出する。   The control unit 6 is a part that controls the overall operation of the force test apparatus 1. The controller 6 includes a CPU, storage means, input means, display means, and the like. The controller 6 is electrically connected to the horizontal force introducing means 10, the first measuring means 11, the vertical force introducing means 20, and the second measuring means 21, respectively. In the control unit 6, the measurement data transmitted from the first measurement unit 11 and the second measurement unit 21 are calculated, and the shearing force acting on the specimen S is calculated.

また、具体的な図示は省略するが、制御部６は、基礎部２ａと載荷梁３ａとの平行を維持する平行維持手段を備えている。平行維持手段は、変位計と、鉛直力導入手段２０，２０とを含んで構成されている。変位計は、鉛直力導入部５Ａが設置された部位における基礎部２ａと載荷梁３ａとの間の距離ＬＡと、鉛直力導入部５Ｂが設置された部位における基礎部２ａと載荷梁３ａとの間の距離ＬＢを計測する。変位計は、例えば、レーザー変位計を用いることができる。変位計で得られた計測データは、制御部６に記憶されるようになっている。   Although not shown in the drawings, the control unit 6 includes parallel maintaining means for maintaining parallelism between the base portion 2a and the loading beam 3a. The parallel maintaining means includes a displacement meter and vertical force introducing means 20 and 20. The displacement meter includes a distance LA between the base portion 2a and the loading beam 3a at the site where the vertical force introducing portion 5A is installed, and the base portion 2a and the loading beam 3a at the site where the vertical force introducing portion 5B is installed. The distance LB between them is measured. As the displacement meter, for example, a laser displacement meter can be used. Measurement data obtained by the displacement meter is stored in the control unit 6.

制御部６は、変位計から送られてきた距離ＬＡと距離ＬＢとの差を演算する。距離ＬＡと距離ＬＢとの差がゼロでなかった場合、当該差がゼロになるように、鉛直力導入手段２０Ａ又は鉛直力導入手段２０Ｂに制御信号を送信する。これにより、応力を載荷しているときにおいて、基礎部２ａと載荷梁３ａとの平行を維持することができる。なお、平行維持手段は、前記した構成に限定されるものではない。例えば、鉛直力導入手段２０のピストンロッドの変位量を計測可能な計測装置を設け、当該ピストンロッドの変位量の差に基づいて基礎部２ａと載荷梁３ａとの平行を維持するようにしてもよい。   The control unit 6 calculates the difference between the distance LA and the distance LB sent from the displacement meter. When the difference between the distance LA and the distance LB is not zero, a control signal is transmitted to the vertical force introducing means 20A or the vertical force introducing means 20B so that the difference becomes zero. Thereby, when stress is loaded, the parallelism between the foundation portion 2a and the loading beam 3a can be maintained. Note that the parallel maintaining means is not limited to the configuration described above. For example, a measuring device capable of measuring the displacement amount of the piston rod of the vertical force introducing means 20 is provided, and the parallelism between the base portion 2a and the loading beam 3a is maintained based on the difference in displacement amount of the piston rod. Good.

本実施形態に係る加力試験装置１で、試験体Ｓに対してせん断加力試験を行う場合には、第一フレーム２と第二フレーム３との間に試験体Ｓを設置した後、水平力導入手段１０及び鉛直力導入手段２０を作動させて試験体Ｓに水平力と鉛直力とを付与する。この際、平行維持手段によって、基礎部２ａと載荷梁３ａとの平行は維持されながら、水平力が付与される。   In the force test apparatus 1 according to the present embodiment, when a shear force test is performed on the test body S, the test body S is installed between the first frame 2 and the second frame 3, and then horizontal. The force introduction means 10 and the vertical force introduction means 20 are operated to apply a horizontal force and a vertical force to the test body S. At this time, a horizontal force is applied by the parallel maintaining means while maintaining the parallelism between the base portion 2a and the loading beam 3a.

試験体に作用するせん断力をせん断力ＱＳとし、水平力導入手段１０に作用する軸力を軸力Ｐとする。また、鉛直力導入手段２０Ａに作用するせん断力をせん断力Ｑ２０Ａとし、鉛直力導入手段２０Ｂに作用するせん断力をせん断力Ｑ２０Ｂとする。せん断力ＱＳは、式１で算出することができる。式１の演算は、本実施形態では、制御部６で行っている。
せん断力ＱＳ＝軸力Ｐ−（せん断力Ｑ２０Ａ＋せん断力Ｑ２０Ｂ） （式１） The shearing force acting on the specimen as a shear force Q S, the axial force acting on the horizontal force introduction means 10 and the axial force P. The shear force acting on the vertical force introducing means 20A is referred to as shear force Q 20A, and the shear force acting on the vertical force introducing means 20B is referred to as shear force Q 20B . Shear force Q S can be calculated by Equation 1. The calculation of Expression 1 is performed by the control unit 6 in this embodiment.
Shear force Q S = Axial force P− (Shear force Q 20A + Shear force Q 20B ) (Formula 1)

ここで、従来では、クレビス２２，２３に作用する回転摩擦によって、水平方向成分の応力が発生するため、軸力Ｐ≠せん断力ＱＳとなり、計測されたせん断力の信頼性は低いものであった。図３は、図２の（ｂ）の加力試験装置２００を用いて大きな軸力を作用させた加力試験（以下、「参考試験」という。）において、試験体Ｓのせん断力−部材角の関係を示す正側包絡線である。当該参考試験では、設計基準強度が２００Ｎ／ｍｍ２の超高強度コンクリート柱を用いた。 Here, conventionally, the rotational friction which acts on the clevis 22 and 23, the stress in the horizontal direction component is generated, the axial force P ≠ shear force Q S, and the reliability of the measured shear force was low It was. FIG. 3 shows the shear force-member angle of the specimen S in a force test (hereinafter referred to as “reference test”) in which a large axial force is applied using the force test apparatus 200 of FIG. It is a positive envelope which shows the relationship. In the reference test, an ultra high strength concrete column having a design standard strength of 200 N / mm 2 was used.

当該参考試験では、試験体の表面に貼付したひずみゲージの計測値を用いて複雑な解析を行い、試験体のせん断力を算出している。図３の実線Ｄ１は、ひずみゲージ計測値を元に解析されたせん断力を示している。一方、図３の点線Ｄ２は、ロードセル２１２（図２（ｂ）参照）によって計測された軸力を示している（水平力導入アクチュエータ２１１に作用する軸力＝試験体Ｓのせん断力）。また、図３の差分Ｅは、クレビス２２３，２２４の摩擦によって鉛直力導入部２０４が負担するせん断力を示している。   In the reference test, a complex analysis is performed using the measurement value of a strain gauge affixed to the surface of the specimen, and the shear force of the specimen is calculated. A solid line D1 in FIG. 3 indicates the shear force analyzed based on the strain gauge measurement value. On the other hand, the dotted line D2 in FIG. 3 indicates the axial force measured by the load cell 212 (see FIG. 2B) (axial force acting on the horizontal force introducing actuator 211 = shearing force of the specimen S). Further, the difference E in FIG. 3 indicates the shearing force borne by the vertical force introduction unit 204 due to the friction between the clevises 223 and 224.

図３の差分Ｅに示すように、水平力導入アクチュエータ２１１によって計測した試験体Ｓのせん断力の中に、クレビス２２３，２２４の摩擦によって負担されるせん断力が含まれことは明らかであり、最大で２８％程度を占めている。つまり、試験体に大きな軸力を載荷する場合、試験体のせん断力の計測精度は著しく低下することがわかる。   As shown in the difference E in FIG. 3, it is clear that the shear force borne by the friction of the clevis 223 and 224 is included in the shear force of the specimen S measured by the horizontal force introduction actuator 211. It accounts for about 28%. That is, it can be seen that when a large axial force is loaded on the test specimen, the measurement accuracy of the shear force of the test specimen is significantly reduced.

しかし、本実施形態では、軸力及びせん断力を計測可能な第二計測手段２１，２１を備えているため、水平力導入手段１０に作用する軸力Ｐから、一対の鉛直力導入手段２０Ａ，２０Ｂにそれぞれ作用するせん断力Ｑ２０Ａ，Ｑ２０Ｂを差し引いた値を試験体に作用するせん断力と推定することができる。これにより、試験体Ｓの特性値を複雑な解析を行うことなく高い精度で計測することができる。また、本実施形態では、前記した式１の演算を制御部６で行うようにしたため、簡易な構成でせん断力を算出することができる。 However, in this embodiment, since the second measuring means 21 and 21 that can measure the axial force and the shearing force are provided, the pair of vertical force introducing means 20A, A value obtained by subtracting the shearing forces Q 20A and Q 20B acting on 20B, respectively, can be estimated as the shearing force acting on the specimen. Thereby, the characteristic value of the test body S can be measured with high accuracy without performing complicated analysis. In the present embodiment, since the calculation of Equation 1 is performed by the control unit 6, the shear force can be calculated with a simple configuration.

また、本実施形態では、第一フレーム２及び第二フレーム３と鉛直力導入部５（５Ａ，５Ｂ）とをピン接合で接合するとともに、平行維持手段を備えているため、基礎部２ａ，２ｂの平行状態が維持される。これにより、試験体Ｓに対してバランスよく水平力を付与することができる。また、従来のようにパンタグラフ機構を備える必要がないので、装置全体をコンパクトにすることができる。   In the present embodiment, since the first frame 2 and the second frame 3 and the vertical force introducing portion 5 (5A, 5B) are joined by pin joining and provided with parallel maintaining means, the base portions 2a, 2b are provided. The parallel state is maintained. Thereby, a horizontal force can be applied to the specimen S in a well-balanced manner. Moreover, since it is not necessary to provide a pantograph mechanism as in the prior art, the entire apparatus can be made compact.

以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、本実施形態では、断面Ｌ字状のフレームの形状を用いたが、他の形状のフレームを用いてもよい。また、本実施形態ではピン接合部としてクレビスを用いたが、部材同士をピン節点で連結可能な治具であれば他の治具を用いてもよい。また、鉛直力導入部５は、本実施形態では２体用いたが、３体以上設けてもよい。   Although the embodiments of the present invention have been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, in the present embodiment, the shape of a frame having an L-shaped cross section is used, but a frame having another shape may be used. In the present embodiment, clevis is used as the pin joint portion, but other jigs may be used as long as the jigs can connect the members with pin nodes. Further, although two vertical force introducing portions 5 are used in this embodiment, three or more vertical force introducing portions 5 may be provided.

また、本実施形態では、延設部３ｂを設けて水平力導入部４を設置しているが、延設部３ｂを省略するとともに、立上り部２ｂを延設して載荷梁３ａの端面に水平力導入部４を設置してもよい。   In the present embodiment, the extending portion 3b is provided and the horizontal force introducing portion 4 is installed. However, the extending portion 3b is omitted, and the rising portion 2b is extended to be horizontal to the end surface of the loading beam 3a. A force introducing unit 4 may be installed.

また、本実施形態では、試験体Ｓの軸方向が鉛直方向と平行となるように設置しているが、加力試験装置１を９０°回転させて、試験体Ｓの軸方向が水平方向と平行となるように設置してもよい。   Moreover, in this embodiment, although it has installed so that the axial direction of the test body S may become parallel to a perpendicular direction, the force test apparatus 1 is rotated 90 degrees, and the axial direction of the test body S is a horizontal direction. You may install so that it may become parallel.

１ 加力試験装置
２ 第一フレーム（支持部）
２ａ 基礎部
２ｂ 立上り部
３ 第二フレーム（載荷部）
３ａ 載荷梁
３ｂ 延設部
４ 水平力導入部（第一方向力導入部）
５ 鉛直力導入部（第二方向力導入部）
６ 制御部
１０ 水平力導入手段（第一方向力導入手段）
１１ 第一計測手段
１２ クレビス（ピン接合部）
１３ クレビス（ピン接合部）
２０ 鉛直力導入手段（第二方向力導入手段）
２１ 第二計測手段
２２ クレビス（ピン接合部）
２３ クレビス（ピン接合部）
Ｓ 試験体 1 Force test device 2 First frame (support)
2a Foundation part 2b Rising part 3 Second frame (loading part)
3a Loading beam 3b Extension part 4 Horizontal force introduction part (first direction force introduction part)
5 Vertical force introduction part (second direction force introduction part)
6 Control unit 10 Horizontal force introducing means (first direction force introducing means)
11 First measuring means 12 Clevis (pin joint)
13 Clevis (pin joint)
20 Vertical force introducing means (second direction force introducing means)
21 Second measuring means 22 Clevis (pin joint)
23 Clevis (pin joint)
S specimen

Claims (2)

試験体の軸方向において前記試験体を挟んで配置される支持部及び載荷部と、
前記支持部及び前記載荷部を介して前記試験体に前記軸方向に対して垂直な第一方向力を導入する第一方向力導入手段を備えた第一方向力導入部と、
前記支持部及び前記載荷部を介して前記試験体の前記軸方向と平行な第二方向力を導入する第二方向力導入手段を備えた複数の第二方向力導入部と、を有し、
前記第一方向力導入部は、前記第一方向力導入手段に作用する軸力を計測する第一計測手段を有し、
前記第二方向力導入部は、前記支持部との間及び前記載荷部との間にそれぞれ介設されるピン接合部と、前記第二方向力導入手段に作用する軸力及びせん断力を計測する第二計測手段と、を有することを特徴とする加力試験装置。 A support portion and a loading portion that are arranged across the test body in the axial direction of the test body;
A first directional force introducing portion comprising first directional force introducing means for introducing a first directional force perpendicular to the axial direction to the test body via the support portion and the load portion;
A plurality of second direction force introduction portions including second direction force introduction means for introducing a second direction force parallel to the axial direction of the test body through the support portion and the load portion described above,
The first directional force introduction unit has first measuring means for measuring an axial force acting on the first directional force introducing means,
The second direction force introduction part measures a pin joint part interposed between the support part and the load part, and an axial force and a shear force acting on the second direction force introduction means. And a second measuring means. 前記第一計測手段及び前記第二計測手段に接続された制御部を備えており、
前記制御部では、前記第一計測手段で計測された軸力から前記第二計測手段で計測されたせん断力が減算されることを特徴とする請求項１に記載の加力試験装置。 A controller connected to the first measuring means and the second measuring means;
The force test apparatus according to claim 1, wherein the control unit subtracts the shear force measured by the second measuring unit from the axial force measured by the first measuring unit.
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