JP3510337B2 - トラスの部材応力実験装置 - Google Patents

トラスの部材応力実験装置

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【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、トラスの部材応力測定
装置に関するものである。 【0002】 【従来の技術】一般に、土木、建築、機械などの各分野
において、トラス型の骨組み構造物は一般的に知られて
いる。このトラス型の骨組み構造物(以下、トラスとい
う。)は、図8や図9に示すように、弦材、すなわち、
上弦材Uおよび下弦材Lを、腹材、すなわち、斜材Dや
垂直材Vで連結して構成されている。そして、トラスの
部材強度を検討する場合、トラスを構成する上弦材U、
下弦材L、斜材Dおよび垂直材Vといった各部材に作用
する応力を算定する必要がある。すなわち、トラスに外
力が作用したときに、各部材がどの程度の引張力あるい
は圧縮力を受けているかを把握する必要があり、通常、
図解や計算により求めている。 【0003】一方、トラスについては、中等および高等
教育課程で学習され、その強度計算は前述した図解や計
算によって求められるものの、力は目に見えない量であ
るため、学習者は、各部材応力を直観的に理解しにくい
面があった。このため、実開平1−88974号公報や
実開平3−98475号公報に記載されるように、外側
部材、この外側部材に摺動自在に嵌合された内側部材か
らなる杆材と、この杆材の内部に配設されたバネ部材と
によってバネ構造体を形成し、このバネ構造体をトラス
の各部材である弦材や腹材として組み立てた後、このよ
うなトラスに荷重を作用させることにより、トラスを構
成する各部材にどのような、また、どの程度の力が作用
するかをバネ構造体の伸縮量とその方向により直観的に
把握できるようにした考案が提案されている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たバネ構造体を用いて組み立てたトラスにおいては、荷
重を作用させる前にバネ構造体の自重によって伸縮し、
予断を与えるという欠点があった。この場合、バネ構造
体を構成するバネ部材の弾性係数を大きくすることも考
えられるが、その場合は、バネ構造体の伸縮量が小さく
なり、力の作用状態を視覚によって把握することが著し
く困難となる。 【0005】また、トラスの縮尺模型を製造し、応力を
測定しようとする部材に直接ひずみゲージを貼付し、ト
ラスに荷重を作用させて応力を測定することも考えられ
るが、一般に弾性域で生ずるひずみは微小量(1/10
00以下)であり、非常に高倍率かつ高精度の測定機器
が必要となるばかりでなく、比較的小さな模型でも相当
大きな荷重を作用させなければならず、取り扱いが煩雑
となる欠点があった。 【0006】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、トラスの各部材に作用する応力を簡単確実
に測定することのできるトラスの部材応力実験装置を提
供するものである。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明のトラスの部材応
力実験装置は、回転支承部材および移動支承部材を設け
た基台と、この基台の回転支承部材および移動支承部材
に両端がそれぞれ軸支され、応力測定対象位置の弦材も
しくは腹材に対応して配設された力計部材、この力計部
材が配設された応力測定対象位置の弦材もしくは腹材を
除く弦材および腹材に対応して配設された一般部材、お
よび、これらの力計部材や一般部材の重合部に掛け渡さ
れた横桁とで構成されたトラスにおいて、前記力計部材
にプルービングリングを設けることにより、任意の横桁
に載荷した際の力計部材に作用する応力をプルービング
リングに貼付したひずみゲージを介して、もしくは、プ
ルービングリングに配置したダイヤルゲージを介して
測定できるようにしたことを特徴とするものである。 【0008】 【作用】基台の回転支承部材および移動支承部材に、応
力測定対象位置の弦材もしくは腹材に対応して配設され
た力計部材と、この力計部材が配設された応力測定対象
位置の弦材もしくは腹材を除く弦材および腹材に対応し
て配設された一般部材と、これらの力計部材もしくは一
般部材を回転自在に軸支する横桁とから組み立てられた
トラスの両端をそれぞれ軸支した後、任意の横桁に載荷
する。 【0009】この結果、力計部材がプルービングリング
を備えていることにより、力計部材に作用する応力を比
較的小さな荷重で大きなひずみを測定することができ、
しかも、トラスの部材応力をプルービングリングに貼付
したひずみゲージを介して、もしくは、プルービングリ
ングに配置したダイヤルゲージを介して確実に測定する
ことができる。 【0010】 【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 【0011】図1および図2には、本発明のトラスの部
材応力測定装置1が示されており、このトラスの部材応
力実験装置1は、基台2と、この基台2上に支持された
トラス3から構成されている。 【0012】基台2は、チャンネル材から形成され、適
宜水平調整可能な基台フレーム21と、この基台フレー
ム21に固定され、トラス3の一端側を回転自在に軸支
する回転支承部材22と、トラス3の他端側を移動自在
かつ回転自在に軸支する移動支承部材23から構成され
ている。回転支承部材22は、図3にその詳細を示すよ
うに、円筒体24を固定した支持板25と、トラス3を
構成する横桁33の両端部を支持できるように、支持板
25上に間隔をおいて固定されたブラケット26からな
り、このブラケット26には、横桁33を回転自在に軸
支する軸受10を嵌入可能な小孔26aが形成されてい
る。そして、回転支承部材22の円筒体24は、基台フ
レーム21に取付板27を介して固定されたブッシュ2
8に回転自在に嵌合されている。 【0013】また、移動支承部材23も、回転支承部材
22と同様に、円筒体24を備えた支持板25と、横桁
33を回転自在に軸支する軸受10を設けたブラケット
26から構成されている。ただし、移動支承部材23の
ブラケット26には、横桁33を軸支する軸受10が転
動できるように、トラス2の長さ方向に沿って長孔26
bが形成されている(図5参照)。 【0014】そして、基台2の基台フレーム21に対す
る回転支承部材22と移動支承部材23との間隔は、組
み立てるトラス3のスパンに合わせて固定としたが、ス
パンを可変とする場合は、一方の支承部材を基台フレー
ム21に摺動自在に設けるようにすればよい。 【0015】一方、トラス3は、弦材としての下弦材L
および上弦材U、腹材としての斜材Dのうち、部材応力
の測定対象となる任意の下弦材L、斜材D、上弦材Uに
対応して配設された力計部材31と、この力計部材31
が配設された下弦材L、斜材D、上弦材Uを除く下弦材
L、斜材D、上弦材Uに対応して配設された板状の一般
部材32と、これらの力計部材31および一般部材32
の重合部に掛け渡された横桁33と、横桁33に載荷可
能な荷重としての分銅34から構成され、前述した力計
部材31および一般部材32の両端には、横桁33に対
して力計部材31および一般部材32がそれぞれ回転自
在に軸支されるように、軸受10が嵌入されている。 【0016】具体的には、トラス3は、同一長さの下弦
材L1 〜L4 、斜材D1 〜D8 および上弦材U1 〜U3
を有するワーレントラスであって、これらの弦材もしく
は腹材のうち、部材応力を測定しようとする斜材D4
よび上弦材U2 に力計部材31が配設され、力計部材3
1が配設された斜材D4 および上弦材U2 を除くその他
の斜材D1 〜D3 ,D5 〜D8 、上弦材U1 ,U3 およ
び下弦材L1 〜L4 に力計部材31と同一長さの一般部
材32が配設されている。そして、これらの下弦材L1
〜L4 、斜材D1 〜D8 および上弦材U1 〜U3 として
配設された力計部材31と一般部材32との重合部であ
る格点〜に横桁33が掛け渡され、さらに、格点
に掛け渡された横桁33に分銅34が載荷されている。 【0017】この場合、トラス3は平面トラスとして取
り扱うことから、力計部材31は、一平面内に配設され
ている。 【0018】ところで、力計部材31は、図6および図
7に示すように、継手35を有するプルービングリング
36と、このプルービングリング36の継手35に着脱
自在に連結された板状の接続部材37からなり、比較的
小さな荷重で大きなひずみを測定することができる。そ
して、力計部材31に作用した荷重によって発生したひ
ずみは、プルービングリング36の中央部に貼付された
ひずみゲージ11によって測定することができ、その測
定結果は、詳細には図示しないが、ひずみ計に表示する
ことができる。 【0019】なお、この実施例においては、プルービン
グリング36にひずみゲージを貼付して力計部材31に
作用する応力を検出したが、プルービングリング36に
ダイヤルゲージを配置し、プルービングリング36の直
径の変化量から把握するようにしてもよい。 【0020】また、力計部材31の接続部材36および
一般部材32は、長さの異なる複数種類が用意されてお
り、必要な長さの接続部材36および一般部材32を選
択することにより、図1および図8に示したワーレント
ラス以外に、ハウトラス(図9参照)やプラットトラ
ス、屋根トラスなどを組み立てることができる。 【0021】次に、このようなトラス3の部材応力を測
定する場合について、説明すると、まず、各一組の下弦
材L1 〜L4 、斜材D1 〜D8 および上弦材U1 〜U3
に対応して力計部材31および一般部材32とともに、
横桁33を用意し、横桁33の両端に、それぞれ軸受1
0を嵌合した力計部材31および一般部材32を嵌め込
み、それらの下弦材L1 〜L4 、斜材D1 〜D8 および
上弦材U1 〜U3 に対応する力計部材31および一般部
材32が離脱しないようにナット12(図3参照)で締
結する。この場合、部材応力を測定しようとする斜材D
4 および上弦材U2 には力計部材31を配設し、その他
の下弦材L、斜材Dおよび上弦材Uには、一般部材32
が配設される。また、格点によっては、力計部材31を
含む一般部材32の重合枚数が変化するため、力計部材
31の接続部材37および一般部材32と同一の板厚を
有するスペーサ13を配置して力計部材31や一般部材
32が捩じれないように調整する必要がある。 【0022】このようにしてトラス3を組み立てたなら
ば、その両端に位置する一般部材31(下弦材L1 と斜
材D1 および下弦材L4 と斜材D8 )の重合部を回転支
承部材21と移動支承部材22のブラケット26に配設
した横桁33の両端に嵌め込み、離脱しないようにナッ
ト12で締結する。この後、格点に位置する横桁33
に分銅34を載荷すれば、その荷重によって斜材D4
よび上弦材U2 に対応して配設された力計部材31に作
用する応力は、そのプルービングリング36に貼付され
たひずみゲージ11によって電気信号に変換され、図示
しないひずみ計に表示されるものである。 【0023】この場合、測定対象位置の部材として、斜
材D4 および上弦材U2 を選択したが、これ以外の下弦
材Lや斜材Dあるいは上弦材Uであってもよい。例え
ば、全ての下弦材L1 〜L4 、斜材D1 〜D8 および上
弦材U1 〜U3 に対応して力計部材31を配設してトラ
ス3を組み立ててもよく、下弦材L、斜材Dあるいは上
弦材Uから選択された任意の一つに対応して力計部材3
1を配設してもよい。また、分銅34の載荷位置も格点
以外の格点であってもよく、その個数も任意である。 【0024】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、回転支承
部材および移動支承部材を設けた基台と、この基台の回
転支承部材および移動支承部材に両端がそれぞれ軸支さ
れ、応力測定対象位置の弦材もしくは腹材に対応して配
設された力計部材、この力計部材が配設された応力測定
対象位置の弦材もしくは腹材を除く弦材および腹材に対
応して配設された一般部材、および、これらの力計部材
もしくは一般部材を回転自在に軸支する横桁から組み立
てられたトラスとから構成され、前記力計部材はプルー
ビングリングを備え、任意の横桁に載荷することによ
り、力計部材に作用する応力をプルービングリングに貼
付したひずみゲージを介して、もしくは、プルービング
リングに配置したダイヤルゲージを介して測定できるよ
うに構成したことにより、力計部材に作用する応力を比
較的小さな荷重で大きなひずみを測定することができ、
取り扱いが簡単になるとともに、トラスの部材応力をひ
ずみゲージもしくはダイヤルゲージを介して確実に測定
することができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のトラスの部材応力実験装置の正面図で
ある。 【図2】本発明のトラスの部材応力実験装置の平面図で
ある。 【図3】図2のX−X線断面図である。 【図4】図1のY部の拡大図である。 【図5】図1のZ部の拡大図である。 【図6】力計部材の正面図である。 【図7】力計部材の側面図である。 【図8】ワーレントラスを示す概略図である。 【図9】ハウトラスを示す概略図である。 【符号の説明】 1 部材応力実験装置 2 基台 21 基台フレーム 22 回転支承部材 23 移動支承部材 3 トラス 31 力計部材 32 一般部材 33 横桁 34 分銅 36 プルービングリング L,L1 〜L4 下弦材(弦材) D,D1 〜D8 斜材(腹材) U,U1 〜U3 上弦材(弦材)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尼田 正男 和歌山県日高郡印南町印南2164−3 (72)発明者 阪本 吉一 大阪府交野市倉治7丁目23−23 (72)発明者 宮脇 幸治郎 大阪府枚方市香里ケ丘11丁目30─8 (56)参考文献 特開 平4−6427(JP,A) 実開 平5−42321(JP,U) 特公 昭44−12102(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G09B 23/00 - 23/10 G01L 1/00 G09B 25/04

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】回転支承部材および移動支承部材を設けた
    基台と、この基台の回転支承部材および移動支承部材に
    両端がそれぞれ軸支され、応力測定対象位置の弦材もし
    くは腹材に対応して配設された力計部材、この力計部材
    が配設された応力測定対象位置の弦材もしくは腹材を除
    く弦材および腹材に対応して配設された一般部材、およ
    び、これらの力計部材や一般部材の重合部に掛け渡され
    た横桁とで構成されたトラスにおいて、前記力計部材に
    プルービングリングを設けることにより、任意の横桁に
    載荷した際の力計部材に作用する応力をプルービングリ
    ングに貼付したひずみゲージを介して、もしくは、プル
    ービングリングに配置したダイヤルゲージを介して、測
    定できるようになされたことを特徴とするトラスの部材
    応力実験装置。
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