JP2932523B2 - 構造物の反力管理方法 - Google Patents

構造物の反力管理方法

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JP2932523B2 JP23965889A JP23965889A JP2932523B2 JP 2932523 B2 JP2932523 B2 JP 2932523B2 JP 23965889 A JP23965889 A JP 23965889A JP 23965889 A JP23965889 A JP 23965889A JP 2932523 B2 JP2932523 B2 JP 2932523B2
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【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、構造物を製作上の誤差が現れた自然体の
姿勢に水平支持する際に用いる構造物の最適反力管理方
法に関する。
「従来の技術」 従来より、複数のブロックを縦方向に芯合わせして1
つの長大橋主塔などを組み立てたり、複数のブロックを
横方向に芯合わせして1つの橋梁などを組み立てること
が知られている。このような構造物にあっては、最終的
な施工精度を満たすために、それらの構造物固有の形状
を正確に検査することが必要とされている。
上述した正確な検査を行うに当たっては、従来、構造
物に外的な拘束力が加わらない、すなわち構造物を製作
上の誤差が現れた自然体の姿勢になるように、構造物を
それが施工されるときの状態にしている。このため、例
えば、上述した長大橋主塔のように、縦方向に組み立て
られる構造物の場合には、必然的に、その構造物を縦置
きにして検査が行われる。
「発明が解決しようとする課題」 しかし、構造物の形状によっては、その姿勢を施工さ
れるときの姿勢にすることが難しい場合がある。例え
ば、前述した大型縦長の長大橋主塔のように、その構造
物を縦置きにした状態で検査等を行うことは、安全およ
び工程短縮を図る上において大きな障害になる。
この発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、構
造物の施工時の姿勢の如何に拘わらず、複数の支持手段
によって、構造物を製作上の誤差が現れた自然体の姿勢
にすることができ、かつ、安全および工程短縮を図るこ
とができる構造物の反力管理方法を提供することを目的
としている。
「課題を解決するための手段」 このような問題点を解決するために、この発明では複
数の支持手段により構造物を支持し、各支持手段におけ
る実際の反力を測定し、構造解析により求めた構造物の
重量分布から、前記各支持手段の理論上の反力を求め、
前記理論上の反力と前記実際の反力との差を前記各支持
手段の調整反力量とし、前記各支持手段を各々単位変位
させた時の前記各支持手段の反力変化に基づき、前記調
整反力量から前記各支持手段の支点調整変位量を求め、
この支点調整変位量に基づいて前記支持手段を押し上げ
て、前記実際の反力と前記理論上の反力とを等しくする
ことを特徴とする。
「作用」 本発明は、次のような基本原理を利用したものであ
る。
例えば、構造物が宇宙空間に浮遊しているとすれば、
その構造物は周囲から何ら拘束を受けないため、構造物
固有の自然な形状、すなわち構造物に製作上の誤差があ
る場合はその誤差が現れた状態になる。本発明は、この
ような自然な形状を地上で擬似的に再現するものであ
る。
構造物が誤差なく製作され、その底面が曲率,歪を持
たない完全な平面であるとすると、この構造物の底面を
複数点例えば4点で支持する場合、各支持点での支持反
力は、構造解析により、各支持点の位置や構造物の重量
分布から理論上求められる。そして、構造物を現実に上
記と同様の各支持手段位置かつ支持反力で支持すると、
その構造物は、支持反力からねじれ等の拘束を受けず、
自身の持つ固有の形態のままで支持されることになる。
ただし、地上では重力によって支持点間にたわみを生じ
させるが、これは支持点の数または位置の調整や、構造
物中の剛性の高い部分を支持点とすることにより、たわ
みの影響を極小にでき、またたわみ量の解析によって構
造物の形状認識にフィードバックすることが可能であ
る。
このような原理に基づくと、仮に構造物に製作誤差が
ある場合でも、上記と同じ支持点位置かつ支持反力で支
持すると、構造物は、支持反力からねじれ等の拘束を受
けないため、製作誤差が現れて自身の持つ固有の形態が
再現されることになる。本明細書においては、構造物の
固有の形態が再現されることを、支持反力により構造物
にでじれ等の応力が作用しないとして、以下、適宜『無
応力の自然体』と称している。
ちなみに、構造物を例えば定盤(剛体でかつ載置面が
平面)に載せると、構造物は自重により定盤になじんだ
状態となり、構造物には定盤になじむのに必要なねじれ
等の応力が作用して、製作誤差があっても外形に現れな
いことになる。従って、構造物を単に複数点で支持した
だけでは定盤に載置したのと同様に各支持点になじんだ
状態で構造物が支持され、結果として製作誤差があって
も外形に現れない。
本発明は、構造物自身の持つ固有の形態を再現するも
のであり、上記構成が採用されることにより、構造物を
無応力の自然体の姿勢にすることが可能となる。
「実施例」 次に図面を参照してこの発明の実施例について説明す
る。
第1図はこの発明の一実施例の方法を説明するための
概念図である。この図において、1は、例えば、長大橋
主塔を構成する複数のブロックのうちの1つである。な
お、同図においては、ブロック1を直方体として簡略化
している。水平面上に位置する複数(N個)の支持手段
2,2,……により支持されている。支持手段2,2,……に
は、例えば、油圧によってシリンダを押し上げるジャッ
キ等を用いる。このようなジャッキは、上記油圧からそ
の押し上げ力を検出する油圧センサと、シリンダの突出
量からその押し上げ量を検出するストロークセンサを備
えている。また、上記ブロック1と上記支持手段2,2,…
…との接点を支点P1,P2,……,PNとする。この例の場
合、ブロック1は、その一端が支点P1,P2,……,Pj(0
<j<N)において支持され、他端が支点Pj+1,Pj+2,…
…,PNにおいて支持される。
次に、この実施例による反力管理方法の手順につい
て、第2図に示すフローチャートおよび第3図に示す概
念図を参照して説明する。
まず、上述したように、ブロック1が支持手段2,2,…
…の上に載置せられると、ステップS1において、各支点
P1〜PNに加わった当該ブロック1の重量による荷重(以
下、反力という)が油圧センサによって計測される。こ
こで、各支点P1〜PNにおける反力をR1,R2,……RNとする
(第3図(a)参照)。また、ブロック1が無応力の自
然体で支持された場合の各支点P1〜PNにおける理論上の
荷重、すなわち目標反力R′o1,R′o2,……,R′oNを予
め図面等から構造解析などによって別途求めておく(第
3図(b)参照)。ただし、ブロック1は、複数の構成
部材から構成されている場合があり、これらの構成部材
をボルト・ナットまたは溶接等により接合する場合があ
る。また、上述した図面等から得られるブロック1の重
量には、上記接合のための孔あけ等による重量ロスや溶
接等による重量アップが含まれていないため、実際の重
量ΣRi(i=1〜N)に基づいて各目標反力R′o1
R′oNを修正する必要性が生じる場合がある。そこで、
次に、ステップS2に進み、実際の重量ΣR
i(i=1〜N)と理論上の重量ΣR′
oi(i=1〜N)との比に上述した各目標反力R′o1
R′oNを乗算することによって、各支点P1〜PNにおける
新たな目標反力Ro1,Ro2,……,RoNを求める(第3図
(c)参照)。この目標反力Roi(i=1〜N)を求め
る式を以下に示す。
次に、ステップS3に進み、各支点P1〜PNの現在の反力
R1〜RNをどの程度調整にすれば、目標反力Ro1,Ro2,…
…,RoNに達するかを次の式に従って求める(第3図
(d)参照)。
ΔRi=Roi−Ri ………………(2) (1≦i≦N) ここで、ΔRiは、調整反力であり、i番目の支点Pi
おける反力Riを目標反力Roiにするための調整量であ
る。
次に、ステップS4において、各支点P1〜PNにおける反
力R1〜RNを各調整反力ΔR1〜RN分だけ変化させるべく、
各支持手段2のシリンダの押し上げ量、すなわち調整変
位量(支点変位量)Δδ〜δを求める。
この場合、ある支点Pi(1≦i≦N)における調整反
力ΔRiは、その支点Piにおける調整変位量Δδによっ
て変化するのは当然であるが、それ以外の支点Pk(k
は、i以外の1〜Nまでの整数)の調整変位量Δδ
よっても影響を受ける。このため、各支点P1〜PNの調整
変位量Δδ〜Δδは、他の全支点P1〜PNにおける調
整変位量Δδ〜Δδを考慮して計算する必要があ
る。例えば、図示の支点P1における調整反力ΔR1は、調
整変位量Δδとこれ以外の支点P2,P3,……PNにおける
調整変位量Δδ2,Δδ3,……Δδとによって決まる。
また、上記各支点P2〜PNの調整変位量Δδ〜Δδ
よる支点P1への影響の度合いは、それらの位置関係(例
えば、方向や距離)によってそれぞれ異なる。具体的な
例をあげると、例えば、支点P1(n)におけて、当該支点P
1(n)の調整変位量Δδ1(n)を単位変位量(=1)とし
て、この単位変位量だけ上記支点P1(n)の位置を変化さ
せると、当該支点P1(m)における反力R1(m)が変化する。
この時の反力変化をΔr1(m)とすると(第3図(e)参
照)、この反力変化Δr1(m)は、Δr1(m)=a11(mn)・Δ
δ1(n)と表すことができ、このa11(mn)が影響度(以
下、感度係数という)である。また、Δδ1(n)は上述し
たように単位変位量(=1)であるため、感度係数a
11(mn)は、反力変化Δr1(m)に等しくなる(Δr1(m)=a
11(mn))。また、支点P2(n)の位置を単位変位量(Δδ
2(n)=1)だけ変化させた場合には、支点P1(m)におけ
る圧力R1(m)がΔr1(m)=a12(mn)・Δδ2(n)だけ変化す
る(第3図(f)参照)。したがって、このa
12(mn)(=Δr1(m))がこの場合の感度係数になる。
上述した感度係数amnは次のように表すことができ
る。
ここで、Δδ=1、m,n=1〜Nである。この感度
係数amnは、予め定量的に求めておく必要があり、例え
ば、上述したように、実際にブロック1を載置後、各支
点P1〜PNに各々単位変位量分の変化を与え、その時の各
支点P1〜PNにおける反力変化Δr1〜ΔrNを測定し、感度
係数amnとする。または、ブロック1の重量、理論上の
反力および上記(3)式などに基づいて、計算機上でシ
ュミレートして、感度係数amnを求めておく。以上のこ
とから、支点P1における調整圧力ΔR1は、全支点P1〜PN
の調整変位量Δδ〜Δδを考慮して、次式のように
表すことができる。
ΔR1〜a11・Δδ+a12・Δδ+……+a1N・Δδ …………(4) また、同様にして各支点P2〜PNにおける調整圧力ΔR2
〜ΔRNは、次式のように表すことができる。
上記(4)式および(5)式をまとめて行列式で表す
と、 {ΔRN}=[K]・{Δδ} ……(6) となる。ただし、 とする。したがって、上記(6)式を変形すれば、 {Δδ}=[K]-1・{ΔRN} ……(7) となる。ここで、[K]-1は[K](感度マトリクス)
の逆行列である。このように、この実施例では、予め求
めておいた感度係数amnおよび調整反力ΔR1〜ΔRNに基
づき、上記(7)式によって、各支点P1〜PNの調整変位
量Δδ〜Δδが一度に求められる(第3図(g)参
照)。
次に、ステップS5に進み、上記調整変位量Δδ〜Δ
δに基づいて各支持手段のシリンダの押し上げ量を変
化させ、支点P1〜PNにおける反力上記目標反力Ro1〜RoN
に等しくする。この結果、ブロック1は、無応力の自然
体の姿勢で支持される。
なお、上述した実施例では、行列計算によって全支点
P1〜PNにおける調整変位量Δδ〜Δδを一度に求
め、各支持手段のシリンダの押し上げ量を変化させるた
め、短時間でブロックを無応力の自然体の姿勢に支持で
きる利点が得られる。
また、上述した反力調整には、ある程度の許容誤差を
設けておいてもよい。この場合の許容誤差は、姿勢制御
によってブロックの姿勢が変化する際、当該ブロックの
端面の傾きをどの程度まで許容するかによって決定すれ
ばよい。すなわち、端面が垂直な程、許容誤差は小さく
なる。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば水平面上に位
置する複数の支持手段の上に、構造物を載置して、理想
的な構造物の重量分布から、その理想的な構造物を前記
支持手段の上に載置した場合における各支持手段での理
論上の反力を求める。そして、この理論上の反力と等し
くなるように、マトリクス演算によって全支点P1〜PN
おける調整変位量Δδ〜Δδを一括にして求め、各
支持手段のシリンダの押し上げ量を一度に変位させるた
め、構造物を無応力の自然体の姿勢に短時間で支持でき
る。また、構造物を無応力の自然体の姿勢に支持できる
ため、安全および工程短縮を図ることができる利点が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成を説明するための概
念図、第2図は同実施例の実行手順を説明するためのフ
ローチャート、第3図は同実施例による反力管理の概念
図である。 1……ブロック(構造物)、2……支持手段。
フロントページの続き (72)発明者 麻野 純生 広島県呉市光町5丁目17番地 石川島播 磨重工業株式会社呉新宮工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E01D 21/00 E01D 19/02 G01M 19/00 E04H 12/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の支持手段により構造物を支持し、各
    支持手段における実際の反力を測定し、 構造解析により求めた構造物の重量分布から、前記各支
    持手段の理論上の反力を求め、 前記理論上の反力と前記実際の反力との差を前記各支持
    手段の調整反力量とし、 前記各支持手段を各々単位変位させた時の前記各支持手
    段の反力変化に基づき、前記調整反力量から前記各支持
    手段の支点調整変位量を求め、 この支点変位調整変位量に基づいて前記支持手段を押し
    上げて、前記実際の反力と前記理論上の反力とを等しく
    することを特徴とする構造物の反力管理方法。
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