JP3905456B2

JP3905456B2 - 複合載荷試験装置

Info

Publication number: JP3905456B2
Application number: JP2002317261A
Authority: JP
Inventors: 貴之石井; 一博斉藤; 久哲大塚; 亘矢葺
Original assignee: 株式会社巴技研
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2007-04-18
Anticipated expiration: 2022-10-31
Also published as: JP2004150976A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、装置フレームに一端部を固定した試験片の他端部に荷重を加えることで、捩り、曲げおよび軸重の各載荷試験を行う載荷試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築構造物や土木構造物における梁部位等の強度を把握するには、軸周りの捩り、軸に直交する方向の曲げ、軸方向の軸重の３つの基本的な載荷試験によりなされる。従来、軸周りの捩り載荷試験装置においては捩りに加えて複合的に軸重を加えることは、試験片である供試体の軸芯が一致していることから比較的容易に行え、多くの装置例が提案されている（例えば下記特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−６１３２７号公報（段落１２および図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の軸重載荷も可能な捩り載荷試験装置において、軸に直交する曲げ方向の力も加えようとすると、試験片の軸芯の移動を伴うことから、装置構造が複雑になる上、制御も面倒であるので、載荷制御が困難視されて試験の実施が敬遠されていた。そして、これらの従来のものでは、捩り、曲げおよび軸重の各載荷を同時に行うことはもとより、これらの各荷重を独立して各別に載荷する配慮もなされたことがなかった。
【０００５】
そこで、本発明では前述したような従来の載荷試験装置の課題を解決して、簡素な構造にても、捩り、曲げおよび軸重の各荷重を同時に載荷することを可能にするとともに、独立して各別に載荷することをも可能にした複合載荷試験装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため本発明では、装置フレームに一端部を固定した試験片の他端部に荷重を加えることで、捩り、曲げおよび軸重の各載荷試験を行う載荷試験装置において、前記試験片の他端部に捩りトルクを加える捩り用アクチュエータが設置された複合載荷フレームを、曲げ用アクチュエータにより曲げ方向にスライド自在に装置フレームに設置するとともに、同様に曲げ方向にスライド自在に設置された軸重用アクチュエータにより試験片の他端部に軸重が載荷されるように構成して、前記捩り、曲げおよび軸重の各荷重を載荷する各アクチュエータが集中する載荷点を設けて、各載荷試験を独立して各別に行えるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記試験片の他端部に曲げおよび軸重を載荷する軸部材が、捩り方向および曲げ方向に回転自在な２方向回転支持装置を介して前記曲げ用アクチュエータからの載荷荷重を受けるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記２方向回転支持装置を球面支持面により構成したことを特徴とするもので、これらを課題解決のための手段とするものである。
【０００７】
【実施の形態】
以下、本発明の複合載荷試験装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１（Ａ）は本発明の複合載荷試験装置の１つの実施の形態を示す全体正面図、図１（Ｂ）は軸重用アクチュエータを示す図１（Ａ）のＡ矢視図、図２（Ａ）は曲げ用アクチュエータを示す図１（Ａ）のＢ矢視図、図２（Ｂ）は捩り用アクチュエータを示す図１（Ａ）のＣ矢視図、図３は平面図である図１（Ａ）のＤ矢視図、図４は軸重用アクチュエータが設置されるレール付き台座を示す図１（Ａ）のＥ矢視図、図５は２方向回転支持装置の縦断方向図、図６は２方向回転支持装置の横断方向図、図７は２方向回転支持装置の平面方向図である。
【０００８】
本発明の複合載荷試験装置の基本的な構造は、図１に示すように、装置フレーム１に一端部を固定した試験片１０の他端部１０Ａに荷重を加えることで、捩り、曲げおよび軸重の各載荷試験を行う載荷試験装置において、前記試験片１０の他端部１０Ａに捩りトルクを加える捩り用アクチュエータ３、４が設置された複合載荷フレーム２を、曲げ用アクチュエータ６により曲げ方向にスライド自在に装置フレーム１に設置するとともに、同様に曲げ方向にスライド自在に設置された軸重用アクチュエータ１１により試験片１０の他端部１０Ａに軸重が載荷されるように構成して、前記捩り、曲げおよび軸重の各荷重を載荷する各アクチュエータが集中する載荷点７を設けて、各載荷試験を独立して各別に行えるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
以下に詳述する。図１（Ａ）および図１（Ｂ）から分かるように、正面視で四角形の装置フレーム１は、前後（紙面に直交する方向）に平行に配置された同形の正面視で四角形の第１および第２フレーム１Ａおよび１Ｂから構成される。装置フレーム１の中央より僅か左側には、前記第１、第２フレーム１Ａ、１Ｂを囲むように長方形の複合載荷フレーム２が上下方向にスライド自在に配設される。該複合載荷フレーム２の右側の右フレーム１Ｄとの間には、供試体である試験片１０が一端部を右フレーム１Ｄにボルト等により固定されてセット可能に構成され、複合載荷フレーム２の左側の左フレーム１Ｃとの間には軸重用アクチュエータ１１が配設される。
【００１０】
一方、装置フレーム１における下フレーム１Ｆには、前記複合載荷フレーム２に併設して曲げ用アクチュエータ６が配設され、該曲げ用アクチュエータ６が、フレーム連結部材８により前記複合載荷フレーム２に連結された２方向回転支持装置７を上下方向（試験片１０の曲げ荷重載荷方向）にスライドさせるように構成される。したがって、曲げ用アクチュエータ６の上下方向の伸縮が、２方向回転支持装置７を介して複合載荷フレーム２共々試験片１０に曲げ荷重を載荷することになる。曲げ用アクチュエータ６の上下方向の伸縮に伴い、２方向回転支持装置７に接続された前記軸重用アクチュエータ１１も、左フレーム１Ｃに設置された台座１２に対してレール１３、１３（図１（Ｂ）、図４参照）上をスライドするように構成されている。
【００１１】
装置フレーム１Ａ、１Ｂを囲む長方形の複合載荷フレーム２の上下方向のスライドは、図１および図３に示すように、上フレーム１Ｅの下部および下フレーム１Ｆの上部において第１および第２フレームにわたり横架されたところの、第１および第２面外拘束支持装置９Ａ、９Ｂの間と、第１および第２フレームの外側面との間にて摺接して行われる。これら摺接面には滑り部材１４（図１（Ａ）、図２（Ｂ）、図３参照）が配設される。図２（Ｂ）に示すように、曲げ載荷時に上下にスライドする複合載荷フレーム２内には、それぞれ上下にて軸支された第１捩り用アクチュエータ３および第２捩り用アクチュエータ４が配設され、それらの伸縮端部には、試験片１０の軸端部１０Ａを把持してこれを軸周りに捩るための把持アーム５が軸支される。したがって、初期状態から第１および第２捩り用アクチュエータ３、４を同時に伸長させることによって、試験片１０の軸端部１０Ａが反時計方向に回転し、一端部が右フレーム１Ｄに固定された試験片１０に捩り荷重を載荷して捩り試験を行うことができる。
【００１２】
図２（Ａ）は、曲げ用アクチュエータ６によって曲げ載荷がなされる２方向回転支持装置７がフレーム連結部材８によって複合載荷フレーム２に連結された状態を示す図１（Ａ）のＢ矢視図で、捩り用アクチュエータ３、４等が省略された状態を示している。フレーム連結部材８の上部に固定された２方向回転支持装置７の内部には軸部材１５がセットされる。該軸部材１５は、前記試験片１０の軸端部１０Ａと接続され、曲げ用アクチュエータ６による曲げ荷重を試験片１０の軸端部１０Ａに伝えるとともに、軸重用アクチュエータ１１による軸重を試験片１０の軸端部１０Ａに伝えることができる。
【００１３】
次に、図５〜図７により、本発明の特徴的な、捩り、曲げおよび軸重の各載荷試験の同時および各別載荷の実施を可能とする２方向回転支持装置７について説明する。２方向回転支持装置７の縦断方向図である図５および横断方向図である図６に示すように、試験片１０の軸端部１０Ａに右側の接続部が接続され、軸重用アクチュエータ１１の載荷部に左側の接続部が接続された軸部材１５は、一対の捩り受け部材１６における対向する円弧状の捩り摺動面Ｒ１６、Ｒ１６間に回転および軸方向摺動自在に嵌合される。捩り受け部材１６、１６はその外周が前記軸部材１５と直交する円弧状の曲げ摺動面Ｒ１７、Ｒ１７により曲げ受け部材１７、１７の対向する内周面間に回転自在に嵌合されている。図７は図５を上方から見た平面図で、軸部材１５の径に対する捩り受け部材１６および曲げ受け部材１７の大きさおよび位置関係が明確に理解される。
【００１４】
以上のような構成による本実施の形態のものの動作を説明する。
＜捩り載荷試験＞
捩り載荷試験を行う場合には、図１（Ａ）に示すように、装置フレーム１の右フレーム１Ｄにボルト等にて一端部を固定した試験片１０の他端部である軸端部１０Ａに対して軸周りに捩りトルクを載荷する。図２（Ｂ）に示すように、複合載荷フレーム２内における一対の捩り用アクチュエータ３、４を伸長させることによって、把持アーム５を反時計方向に回転させ、把持アーム５を固定した試験片１０の軸端部１０Ａを回転させて捩りトルクを載荷することができる。前記一対の捩り用アクチュエータ３、４を縮小させた場合は、軸端部１０Ａに時計方向の捩りトルクを載荷することができる。捩り用アクチュエータ３、４によるこれらの捩りトルクの載荷時には、図６に示すように、軸端部１０Ａに接続された軸部材１５が捩り受け部材１６、１６の捩り摺動面Ｒ１６、Ｒ１６内で回転するので、後述する曲げ載荷時に上下にスライド移動する複合載荷フレーム２の位置とは無関係に独立して行うことができることは言うまでもない。
【００１５】
＜曲げ載荷試験＞
曲げ載荷試験を行う場合には、図１（Ａ）に示すように、複合載荷フレーム２に併設された曲げ用アクチュエータ６を伸縮することにより、２方向回転支持装置７における軸部材１５を介して試験片１０の軸端部１０Ａを上下に変位させ、試験片１０に曲げ荷重を載荷することができる。このとき、前記２方向回転支持装置７を固定支持するフレーム連結部材８を介して複合載荷フレーム２も上下にスライド移動するとともに、軸重用アクチュエータ１１も左フレーム１Ｃに固定された台座１２のレール１３上を上下にスライドすることになるが、図５に示すように、軸端部１０Ａに接続された軸部材１５は捩り受け部材１６の外周面と曲げ受け部材１７の内周面との間の円弧状の曲げ摺動面Ｒ１７、Ｒ１７が相対摺動するので、２方向回転支持装置７を介して他の載荷アクチュエータに影響を及ぼすことがなく、前記捩り用アクチュエータ３、４および軸重用アクチュエータ１１を作動させなければ、曲げ載荷を独立して単独で行える。
【００１６】
＜軸重載荷試験＞
軸重載荷試験を行う場合には、図１（Ａ）に示すように、装置フレーム１の左フレーム１Ｃの台座１２上にスライド自在に設置された軸重用アクチュエータ１１を伸長させることにより、２方向回転支持装置７における軸部材１５を介して試験片１０の軸端部１０Ａに圧縮荷重を載荷することができる。このとき、図５に示すように、軸端部１０Ａに接続された軸部材１５が軸動するが、捩り受け部材１６における捩り摺動面Ｒ１６、Ｒ１６内を軸方向に摺動することができるので、軸重載荷試験を単独で行えるのは無論のこと、曲げ摺動面Ｒ１７と関連させて、この軸重載荷を捩り用アクチュエータ３、４による捩り載荷試験および曲げ用アクチュエータ６による曲げ載荷試験時にも行うことは言うまでもない。
【００１７】
なお、図示しての詳細な説明は省略するが、前記２方向回転支持装置を球面支持面により構成することもできる。つまり、図５を参照して説明すると、捩り受け部材１６の外周面と曲げ部材１７との間の円弧状の摺動面Ｒ１７に相当する面を球面に構成するものである。このような構成により、互いが干渉することなく、捩り載荷中の曲げ載荷、軸重および捩り載荷中の曲げ載荷がより容易となる。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、装置フレームの形状、形式、装置フレームへの試験片のセット形態、捩り用アクチュエータ、曲げ用アクチュエータおよび軸重用アクチュエータの形状、形式（油圧、空気圧、電磁気力等により伸縮）および装置フレームへの設置形態（軸重用アクチュエータについては、レール等を介した装置フレームへのスライド自在な設置形態）、２方向回転支持装置の形状、形式およびその装置フレームへのスライド自在な設置形態、試験片の軸端部と軸部材との接続形態、軸部材の２方向回転支持装置における支持形態（互いに直交する円弧状の面を組み合わせたもの、円弧状の面と球面とを組み合わせたものの他、軸周りと軸芯に直交する方向の２方向の回転が許容される形態なら適宜のものが採用され得る）等については適宜採用が可能である。また、軸重をかけながら試験片の根元端部についてもスライド装置を用いて載荷するように構成することもできる。
【００１９】
【発明の効果】
以上、詳細に説明してきたように本発明によれば、装置フレームに一端部を固定した試験片の他端部に荷重を加えることで、捩り、曲げおよび軸重の各載荷試験を行う載荷試験装置において、前記試験片の他端部に捩りトルクを加える捩り用アクチュエータが設置された複合載荷フレームを、曲げ用アクチュエータにより曲げ方向にスライド自在に装置フレームに設置するとともに、同様に曲げ方向にスライド自在に設置された軸重用アクチュエータにより試験片の他端部に軸重が載荷されるように構成して、前記捩り、曲げおよび軸重の各荷重を載荷する各アクチュエータが集中する載荷点を設けて、各載荷試験を独立して各別に行えるように構成したことにより、簡素な構造のフレームと各アクチュエータとの組合せによって、捩り、曲げおよび軸重の各荷重を同時に載荷することが可能となる。
【００２０】
しかも、捩り、曲げおよび軸重載荷試験のうち１つのみを、他の載荷試験に影響を与えることなく独立して試験することができるのみならず、１つの載荷試験中に他の載荷試験を行うことも可能となる。さらに、複合載荷フレームの移動に無関係に捩りトルク付与のみを独立して行える上に、曲げ用アクチュエータと連動して曲げ載荷が同時に行えるとともに、複合載荷フレームの移動に伴ってスライドする軸重用アクチュエータの影響を受けないと同時に、軸重用アクチュエータのいずれの位置にても軸重載荷が可能となる。
【００２１】
さらにまた、前記試験片の他端部に曲げおよび軸重を載荷する軸部材が、捩り方向および曲げ方向に回転自在な２方向回転支持装置を介して前記曲げ用アクチュエータからの載荷荷重を受けるように構成した場合は、互いに直交する簡素な円弧状の２つの面を組み合わせるだけで、複数の載荷試験を独立および同時に行うことが可能となる。
また、前記２方向回転支持装置を球面支持面により構成した場合は、捩り載荷中の曲げ載荷、軸重および捩り載荷中の曲げ載荷がより容易となる。
かくして、本発明によれば、簡素な構造にても、捩り、曲げおよび軸重の各荷重を同時に載荷することを可能にするとともに、独立して各別に載荷することをも可能にした複合載荷試験装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の複合載荷試験装置の１つの実施の形態を示すもので、図１（Ａ）は全体正面図、図１（Ｂ）は軸重用アクチュエータを示す図１（Ａ）のＡ矢視図である。
【図２】同、図２（Ａ）は曲げ用アクチュエータを示す図１（Ａ）のＢ矢視図、図２（Ｂ）は捩り用アクチュエータを示す図１（Ａ）のＣ矢視図である。
【図３】同、平面図である図１（Ａ）のＤ矢視図である。
【図４】同、軸重用アクチュエータが設置されるレール付き台座を示す図１（Ａ）のＥ矢視図である。
【図５】同、２方向回転支持装置の縦断方向図である。
【図６】同、２方向回転支持装置の横断方向図である。
【図７】同、２方向回転支持装置の平面方向図である。
【符号の説明】
１・・・・装置フレーム
１Ａ・・・・第１フレーム
１Ｂ・・・・第２フレーム
１Ｃ・・・・左フレーム
１Ｄ・・・・右フレーム
１Ｅ・・・・上フレーム
１Ｆ・・・・下フレーム
２・・・・複合載荷フレーム
３・・・・第１捩り用アクチュエータ
４・・・・第２捩り用アクチュエータ
５・・・・把持アーム
６・・・・曲げ用アクチュエータ
７・・・・２方向回転支持装置（支持装置）
８・・・・フレーム連結装置
９・・・・面外拘束支持装置
９Ａ・・・・第１面外拘束支持装置
９Ｂ・・・・第２面外拘束支持装置
１０・・・・試験片（供試体）
１０Ａ・・・軸端部
１１・・・・軸重用アクチュエータ
１２・・・・台座
１３・・・・レール
１４・・・・滑り部材
１５・・・・軸部材
１６・・・・捩り受け部材
１７・・・・曲げ受け部材
Ｒ１６・・・捩り摺動面
Ｒ１７・・・曲げ摺動面

Claims

装置フレームに一端部を固定した試験片の他端部に荷重を加えることで、捩り、曲げおよび軸重の各載荷試験を行う載荷試験装置において、前記試験片の他端部に捩りトルクを加える捩り用アクチュエータが設置された複合載荷フレームを、曲げ用アクチュエータにより曲げ方向にスライド自在に装置フレームに設置するとともに、同様に曲げ方向にスライド自在に設置された軸重用アクチュエータにより試験片の他端部に軸重が載荷されるように構成して、前記捩り、曲げおよび軸重の各荷重を載荷する各アクチュエータが集中する載荷点を設けて、各載荷試験を独立して各別に行えるように構成したことを特徴とする複合載荷試験装置。
前記試験片の他端部に曲げおよび軸重を載荷する軸部材が、捩り方向および曲げ方向に回転自在な２方向回転支持装置を介して前記曲げ用アクチュエータからの載荷荷重を受けるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の複合載荷試験装置。
前記２方向回転支持装置を球面支持面により構成したことを特徴とする請求項２に記載の複合載荷試験装置。