JP4588643B2 - Ｆｗｄの評価用装置、および評価方法。 - Google Patents

Description

本発明は、地盤の剛性を検査するためのＦＷＤ（Falling Weight Deflectmeter）を評価するための装置、およびその評価方法に関する。

道路などの地盤の剛性を検査するために使用される剛性検査装置としては、小型で運搬などの取り扱いが容易な、いわゆる小型ＦＷＤが知られている。この小型ＦＷＤは、地盤上に載架されるセンサ部と、該センサ部上に設置されたゴムなどの緩衝部材とを有し、該緩衝部材上に錘体を落下させ、その落下に伴い前記センサ部に加わる荷重と該センサ部の変位（該荷重による地盤の撓みに伴うセンサ部の変位）とに応じた信号を該センサ部から出力するようにしたものである（例えば特許文献１を参照）。そして、センサ部の出力信号を基に、錘体の落下によって地盤に作用した荷重と地盤の撓み（上下方向の変位）とが計測され、その計測値を基に、地盤の剛性が検査される。
特開２００３−１７６５０４号公報

この種のＦＷＤでは、特に前記緩衝部材の劣化、あるいは環境条件に応じた特性変化が生じやすい。そして、該緩衝部材の状態によって、錘体をセンサ部に落下させたときの荷重の計測値と地盤の撓みの計測値とが影響を受けやすい。従って、使用するＦＷＤによって、地盤の剛性を適切に反映した計測値を得ることができるか否かを評価するための手段が望まれていた。また、この場合、ＦＷＤの使用者が、簡便にＦＷＤの評価を行なうことができるようにすることが望まれていた。

しかしながら、従来は、この種のＦＷＤの評価を適切且つ簡便に行なうための手段が確立されておらず、ＦＷＤの製品毎のメーカが独自の手法によって該ＦＷＤの評価を行なうようにしているのが実状である。

本発明はかかる背景に鑑み、ＦＷＤの評価（ＦＷＤにより得られる計測値が地盤の剛性を検査する上で適切なものとなるか否かの評価）を簡便且つ適切に行なうことができる評価用装置および評価方法を提供することを目的とする。

本発明のＦＷＤの評価用装置は、かかる目的を達成するために、地盤上に載架されるセンサ部と、該センサ部上に設置された緩衝部材とを有し、該緩衝部材上に錘体を落下させ、その落下に伴い前記センサ部に加わる荷重と該荷重によるセンサ部の上下方向の変位量とに応じた信号を該センサ部から出力するようにしたＦＷＤの評価用装置であって、剛体状の床面に載架される剛体状の基体ブロックと、該基体ブロック上に金属ばねを介して支持されて、該金属ばねの弾性変形により該基体ブロックに対して上下方向に移動自在に設けられ、且つ前記ＦＷＤのセンサ部を載架するためのＦＷＤ載架面が上面部に形成された剛体状の可動ブロックと、該可動ブロックの前記基体ブロックに対する上下方向の変位量を検出し、その検出信号を出力する変位センサとを備え、前記可動ブロックに作用する上下方向の荷重と該可動ブロックの変位量との間の線形関係を規定する比例定数の値があらかじめ特定されていることを特徴とする。

かかる本発明の評価装置によれば前記基体ブロックを剛体状の床面（剛性の高い床面）に載架すると共に、前記可動ブロックのＦＷＤ載架面にＦＷＤのセンサ部を載架した状態で、ＦＷＤの錘体を落下させると、その落下に伴う荷重（衝撃荷重）がＦＷＤのセンサ部を介して前記可動ブロックに作用する。また、その作用する荷重によって前記金属ばねが弾性変形し、その弾性変形によって可動ブロックがＦＷＤのセンサ部と共に基体ブロックに対して下方に変位する。そして、その変位量に応じた検出信号が前記変位センサから得られる。従って、該変位センサの検出信号から、ＦＷＤの錘体の落下時のセンサ部および可動ブロックの変位量を計測できる。

また、錘体の落下時において、その落下に伴いＦＷＤのセンサ部に加わる荷重と該荷重による該センサ部の変位量とに応じた信号がＦＷＤのセンサ部から出力される。この場合、基体ブロックを載架する床面、該基体ブロックおよび可動ブロックは剛体状のもの（高剛性のもの）であるので、錘体の落下時にセンサ部に実際に作用する荷重と可動ブロックに実際に作用する荷重とは等しく、また、該センサ部の実際の変位量と可動ブロックの実際の変位量とは等しい。従って、該センサ部の出力信号から、錘体の落下時における可動ブロックの変位量と該可動ブロックに作用した荷重とを計測できる。さらに、前記金属ばねのばね特性によって可動ブロックの変位量と荷重との間には、線形関係が成立するので、前記センサ部の出力信号に基づく該可動ブロックの変位量および荷重の計測値から、当該線形関係を規定する比例定数（ばね定数またはその逆数）を計測することもできる。

ここで、ＦＷＤが正常に機能しておれば、センサ部の出力信号から計測されるセンサ部の変位量は、前記変位センサの検出信号から計測される可動ブロックの変位量と一致もしくはほぼ一致するはずである。また、センサ部の出力信号から計測されるセンサ部の変位量と該センサ部への作用荷重とを基に、前記比例定数を計測したとき、その比例定数の計測値は、あらかじめ特定された前記比例定数の値に一致もしくはほぼ一致するはずである。また、前記金属ばねは一般に、そのばね特性が環境条件の影響を受け難いと共に経年変化を生じにくいので、前記可動ブロックへの作用荷重と該可動ブロックの変位量との間の線形関係を規定する前記比例定数は、あらかじめ力基準機などを使用して高精度に特定しておくことができる。

従って、本発明の評価用装置を使用することで、ＦＷＤの錘体の落下時におけるＦＷＤのセンサ部の出力信号と、評価用装置の変位センサの検出信号と、あらかじめ特定された前記比例定数の値とを基に、ＦＷＤの評価を適切に行なうことができる。また、この場合、ＦＷＤを評価用装置の可動ブロックに載せた状態で、該ＦＷＤの錘体を落下させ、そのときのセンサ部の出力信号と評価用装置の変位センサの検出信号を観測するだけで、ＦＷＤの評価を行なうことができるので、その評価を容易に行なうことができる。

よって、本発明の評価用装置を使用することで、ＦＷＤの評価を簡便且つ適切に行なうことができる。

なお、本発明の評価用装置では、前記金属ばねは、軸心を上下方向に向けて前記基体ブロック上に設置された皿ばねであることが好適である。金属ばねとして皿ばねを使用することで、該金属ばねのばね特性の安定性を高めることができる。また、ＦＷＤの錘体の落下時の可動ブロックの振動を抑えて、前記センサ部の出力信号と前記変位センサの検出信号を波形を滑らかなものとすることができ、ＦＷＤの評価の信頼性を高めることができる。

かかる本発明の評価用装置を使用したＦＷＤの評価は、より具体的には、本発明の評価方法によって次のように行なうことが好ましい。

すなわち、本発明のＦＷＤの評価方法は、前記したＦＷＤの評価用装置を使用して、該ＦＷＤを評価する方法であって、前記評価用装置の基体ブロックを前記剛体状の床面に載架すると共に、該評価用装置の前記可動ブロックのＦＷＤ載架面に前記ＦＷＤのセンサ部を載架する第１ステップと、次いで、前記ＦＷＤの錘体を落下させる第２ステップと、該錘体の落下時における前記センサ部の出力信号に基づき、前記センサ部に作用する荷重と該センサ部の変位量とを計測すると共に、前記評価用装置の変位センサの検出信号に基づき、前記可動ブロックの変位量を計測する第３ステップとを備えると共に、前記ＦＷＤの錘体の重量と該錘体の落下開始時の高さとのうちの少なくともいずれか一方を変更して、前記第２ステップおよび第３ステップの処理を複数回実行し、前記第３ステップで前記センサ部の出力信号に基づき計測された前記センサ部への作用荷重および該センサ部の変位量から把握される前記比例定数の計測値と前記あらかじめ特定された該比例定数の値との比較と、前記第３ステップで計測された変位センサの検出信号に基づき計測された前記可動ブロックの変位量と前記センサ部の出力信号に基づき計測された該センサ部の変位量との比較とに基づき、前記ＦＷＤを評価するようにしたことを特徴とする。

かかる本発明の評価方法によれば、前記ＦＷＤの錘体の重量と該錘体の落下開始時の高さとのうちの少なくともいずれか一方を変更して、前記第２ステップおよび第３ステップの処理を複数回実行するので、前記第３ステップで前記センサ部の出力信号に基づき計測された前記センサ部への作用荷重および該センサ部の変位量から前記比例定数を適切に計測することができる。そして、この比例定数の計測値とあらかじめ特定された比例定数の値との比較と、前記第３ステップで計測された変位センサの検出信号に基づき計測された前記可動ブロックの変位量と前記センサ部の出力信号に基づき計測された該センサ部の変位量との比較とに基づき、ＦＷＤを評価するので、該ＦＷＤの評価を適切に行なうことができる。すなわち、前記比例定数の計測値とあらかじめ特定された比例定数の値とが一致もしくはほぼ一致し、且つ、各回の錘体の落下時において変位センサの検出信号に基づき計測された前記可動ブロックの変位量と前記センサ部の出力信号に基づき計測された該センサ部の変位量とが一致もしくはほぼ一致しておれば、ＦＷＤが正常に機能していると評価することができる。

本発明のＦＷＤの評価用装置および評価方法の一実施形態を図１〜図５を参照して説明する。図１は本実施形態の評価用装置の構成を示す断面図、図２は図１の評価用装置を使用して評価するＦＷＤ（小型ＦＷＤ）とその評価システムの構成を示す図、図３は図１の評価用装置の可動ブロックに作用する荷重と該可動ブロックの変位量との関係を例示するグラフ、図４は図２に示すＦＷＤにより計測される荷重と変位量との波形を例示するグラフ、図５は図２に示すＦＷＤのセンサ部の出力から計測された荷重と変位量との関係を例示するグラフである。

図１に示すように、評価用装置１は、基体ブロック２と、この基体ブロック２に金属ばねとしての皿ばね３を介して支持された可動ブロック４と、可動ブロック４の基体ブロック２に対する上下方向の変位量を検出する変位センサ５を備えている。

基体ブロック２は、円板状に形成された底板６と、この底板６の上面に固着された本体部７とから構成されている。底板６および本体部７は、剛体状の（高剛性の）金属材などにより形成されている。本体部７は、大略筒状に形成されており、その貫通穴８の軸心を底板６の上下方向に向け、且つ、該軸心を底板６の軸心と一致させた状態で、底板６の上面に図示しないボルトなどの締結部材により固定されている。従って、貫通穴８の下端は、底板６により閉蓋されている。

この本体部７の貫通穴８は、その軸方向（上下方向）の中間部分が小さい径の小径穴８ｂとなっており、この小径穴８ｂの上側の部分と下側の部分とが、それぞれ小径穴８ｂよりも径の大きい大径穴８ａ，８ｂとなっている。換言すれば、これらの小径穴８ｂおよび大径穴８ａ，８ｂを同軸に連通させることで、貫通穴８が形成されている。なお、図示の例では、大径穴８ｃは、大径穴８ａよりも小径とされている。また、本体部７の下部には、大径穴８ｃの内周面から本体部７の外周面に該本体部７の径方向に貫通するケーブル挿通孔９が穿設されている。

可動ブロック４は、円板状の大径部４ａと、該大径部４ａよりも径の小さい円柱状の小径部４ｂとから構成されている。小径部４ａは、大径部４ａの一端面（図１の下端面）から、該大径部４ａと同軸且つ一体に突設されている。大径部４ａは、貫通穴８の大径穴８ａの径よりも若干小さい径に形成され、小径部４ｂは、貫通穴８の小径穴８ｂの径よりも若干小さい径に形成されている。そして、該可動ブロック４の小径部４ｂが貫通穴８の大径穴８ａ側から小径穴８ｂを貫通させて大径穴８ｃまで該貫通穴８と同軸に挿入され、且つ大径部４ａが、その上端部（小径部４ｂと反対側の端部）を大径穴８ａの上方に突出させた状態で該大径穴８ａに挿入されている。なお、大径部４ａの上端面（可動ブロック４の上端面）は、後述するＦＷＤ２１のセンサ部２２を載架するＦＷＤ載架面である。

さらに、可動ブロック４の大径部４ａと小径部４ｂとの境界の環状段差面４ｘ（大径部４ａの下端面）と、前記貫通穴８の大径穴８ａと小径穴８ｂとの境界の環状段差面８ｘ（大径穴８ａの底面）との間に、前記皿ばね３が介装されている。該皿ばね３は、例えばＪＩＳ Ｇ ４８０１／ばね鋼鋼材／ＳＵＰ１０により形成されている。この皿ばね３は、その軸心部に可動ブロック４の小径部４ｂの径とほぼ同径の貫通穴３ａが穿設されており、この貫通穴３ａを介して小径部４ｂに外挿されている。このとき、皿ばね３の貫通穴３ａの周囲部分は、可動ブロック４の環状段差面４ｘに当接され、且つ、該皿ばね３の周縁部分は、可動ブロック４の環状段差面４ｘから可動ブロック４の軸方向（貫通穴８の軸方向）に間隔を有する状態で貫通穴８の環状段差面８ｘに当接されている。これにより、可動ブロック４が皿ばね３を介して基体ブロック２の貫通穴８の環状段差面８ｘ上に支持されている。そして、このとき、皿ばね３の撓み（弾性変形）によって、可動ブロック３がその軸方向（上下方向）に基体ブロック２に対して可動とされている。

なお、可動ブロック４の小径部４ｂの下部（大径穴８ｃ内に突出した部分）の外周には、一対のＣ型止め輪１０，１０が装着されている。このＣ型止め輪１０，１０は、貫通穴８の小径穴８ｂの径よりも大きい外径を有し、評価用装置１の運搬時などに、可動ブロック４が基体ブロック２の貫通穴８から抜け落ちるのを防止する。

前記変位センサ５は、本実施形態では、非接触変位センサであり、可動ブロック４の下端面（小径部４ｂの下端面）の中央部に大径穴８ｃ内で対向し、且つ、該下端面と上下方向に間隔を有する状態で基体ブロック２の底板６の上面に固設されている。この場合、該変位センサ５と可動ブロック４の下端面との間隔（上下方向の間隔）は、皿ばね３が最大限に撓んでも、可動ブロック４が変位センサ５に接触することがないような間隔に設定されている。

この変位センサ５は、例えば公知のレーザ式変位センサ（レーザ式ギャップセンサ）により構成され、可動ブロック４と変位センサ５との間隔の変化量（該間隔の任意の初期値からの変化量）、すなわち可動ブロック４の上下方向の変位量を検出する。そして、その検出信号を該変位センサ５に接続された信号出力ケーブル１１を介して出力する。該信号出力ケーブル１１は、大径穴８ｃの内部から、基体ブロック２の前記ケーブル挿通孔９を通って、基体ブロック２の外部に導出されている。

なお、変位センサ５は、静電容量式の変位センサ、あるいは渦電流式の変位センサなど、他の種類のギャップセンサにより構成してもよい。あるいは、変位センサ５を接触式の変位センサにより構成してもよい。該変位センサ５は応答性と検出精度とが比較的高いものを使用することが望ましい。

以上が本実施形態の評価用装置１の構造である。

ここで、上記のように構成された評価用装置１にあっては、あらかじめ可動ブロック４にその上方から作用する荷重（静的荷重）と、該可動ブロック４の上下方向の変位量との関係があらかじめ図示を省略する力基準機とひずみゲージ式の高感度変位計（接触式変位計）とを使用して、計測され、その計測データを基に、可動ブロック４への作用荷重と該可動ブロック４の変位量との関係を規定する比例定数としてのばね定数（＝作用荷重／変位量）が特定されている。

この計測は、本実施形態では、次のように行なった。すなわち、評価用装置１を力基準機にセットして、該評価用装置１の可動ブロック４にその上方から、あらかじめ設定した複数種類の値の荷重を順次、力基準機により付与する。そして、各値の荷重の付与状態において、可動ブロック４の変位量（可動ブロック４に荷重を付与していない状態を基準とする変位量）を２台のひずみゲージ式高感度変位計により互いに異なる箇所で計測し、それらの計測値の平均値を可動ブロック４の実際の変位量として得る。図３にその計測データを例示する。この例では、力基準機により可動ブロック４に付与する荷重の値を、１ｋＮ、２ｋＮ、３ｋＮ、４ｋＮ、５ｋＮの５種類の値に設定した。

そして、この計測データを基に、評価用装置１の可動ブロック４の作用荷重と変位量との関係を表す直線の傾きを最小２乗法などの１次回帰手法により求めることにより、評価用装置１の前記ばね定数を特定した。図３の例では、ばね定数は、７．６５ｋＮ／ｍｍである。以下、このようにして特定した評価用装置１のばね定数を評価用装置１の基準ばね定数という。なお、本実施形態では、可動ブロック４の作用荷重と変位量との関係を規定する比例定数として、ばね定数を特定したが、該ばね定数の逆数値を当該比例定数として特定するようにしてもよい。

次に、この評価用装置１を使用して評価を行なうＦＷＤ（小型ＦＷＤ）の構成の概要を図２を参照して説明する。なお、小型ＦＷＤは、公知のものであるので、その構成の説明は概略に留める。

図２に例示するＦＷＤ２１は、例えば本願出願人が前記特許文献１に開示した小型ＦＷＤであり、地盤上に載架されるセンサ部２２と、このセンサ部２２の上面部の周縁部に固設された緩衝部材２３と、該センサ部２２の上面中央部から立設されて上下方向に延在するガイドロッド２４と、このガイドロッド２４に外挿されて該ガイドロッド２４に沿って上下動自在に設けられた錘体２５とを備えている。図では、錘体２５は、落下した状態で示されており、緩衝部材２３上に載架されている。緩衝部材２３は、例えばゴム材により形成されている。

ガイドロッド２４の上部には、手動操作によって錘体２５を係脱自在に係止する係止機構２６が装着されている。この場合、係止機構２６は、ガイドロッド２４に対する装着位置を上下方向に変更可能とされており、これにより錘体２５を持ち上げて係止機構２６により係止したときの該錘体２５の高さを調整できるようになっている。

また、図示を省略するが、センサ部２２には、その上方から加えられる荷重を検出する荷重センサと、その荷重作用時の該センサ部２２の上下方向の変位量を検出するための変位検出用センサとが内蔵されている。この場合、本実施形態で説明するＦＷＤ２１では、変位検出用センサは、センサ部２２の上下方向の加速度を検出する加速度センサにより構成され、該加速度センサの出力信号が表す加速度を２階積分することで、センサ部２２の上下方向の変位量が計測される。さらに、センサ部２２には、荷重センサおよび変位検出用センサ（加速度センサ）の出力信号を処理するデータ処理部も内蔵されており、このデータ処理部によって、荷重センサの出力信号から所定のサンプリングタイム毎の荷重の計測値を示すデジタルデータが時系列的に生成されると共に、変位検出用センサの出力信号から所定のサンプリングタイム毎のセンサ部２２の変位量の計測値を示すデジタルデータが時系列的に生成されるようになっている。そして、それらの計測値データが、センサ部２２から導出されたケーブル２７を介して外部に出力される。

以上が本実施形態において前記評価用装置１により評価するＦＷＤ（小型ＦＷＤ）２１の概要構成である。

なお、図２において、３１は小型ＦＷＤ２１用の測定器、３２は評価用装置１用の測定器である。測定器３１は、小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２に前記ケーブル２７を介して接続され、該センサ部２２の出力信号が示す荷重および変位量の計測値の時系列波形を表示したり、該計測値のピーク値を表示するなどの処理を行なう。また、測定器３２は、評価用装置１の前記信号出力ケーブル１１に接続され、前記変位センサ５の出力信号が示す変位量の計測値の時系列波形を表示したり、該計測値のピーク値を表示するなどの処理を行なう。

次に、評価用装置１を使用した小型ＦＷＤ２１の評価手法を図２を参照して説明する。
（手順１）
まず、高剛性のコンクリートなど、剛体状の材質で形成された水平な床面Ａ上に、評価用装置１を、その基体ブロック２の底板６を介して載架する。さらに、該評価用装置１の可動ブロック４の上端面（ＦＷＤ載架面）の中央箇所に、小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２を載架する。
（手順２）
次いで、小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２のケーブル２７と、評価用装置１の信号出力ケーブル１１とをそれぞれ前記測定器３１，３２に接続した後、小型ＦＷＤ２１の錘体２５を所定の高さまで持ち上げて、係止機構２６により係止する。
（手順３）
次いで、測定器３１，３２を起動した状態で、錘体２５を係止機構２６から脱離させ、落下させる。このとき、錘体２５は、前記緩衝部材２３上に落下し、その落下によって、小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２と評価用装置１の可動ブロック４に衝撃荷重が作用する。また、その衝撃荷重によって、評価用装置１の皿ばね３が撓み、可動ブロック４が小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２と共に下動する。そして、このとき、センサ部２２に作用する荷重（これは可動ブロック４に作用する荷重に等しい）が該センサ部２２に内蔵された荷重センサ（図示しない）の出力信号を基に該センサ部２２で計測され、その計測データ（所定のサンプリングタイム毎の計測データの時系列）が測定器３１に出力される。また、センサ部２２の変位量（これは可動ブロック４の変位量に等しい）が該センサ部２２に内蔵された変位検出用センサ（図示しない）の出力信号を基に該センサ部２２で計測され、その計測データ（所定のサンプリングタイム毎の計測データの時系列）が測定器３１に出力される。

同時に、可動ブロック４の変位量は、評価用装置１の変位センサ５でも検出され、その検出信号が前記測定器３２に出力される。

そして、測定器３１では、センサ部２２から入力された計測データが示す荷重および変位量の計測値の波形を表示すると共に、その荷重および変位量のそれぞれの計測値の波形のピーク値を求めて、該ピーク値の表示と記憶保持とを行なう。

また、測定器３２では、変位センサ５から入力された検出信号が示す変位量の計測値の波形を表示すると共に、その変位量の計測値の波形のピーク値を求めて、該ピーク値の表示と記憶保持とを行なう。なお、測定器３１，３２における波形の表示は、省略してもよい。

上記のようにして、測定器３１で得られる荷重および変位量の計測値の波形の具体例を図４に示す。図４中のグラフａが、小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２による荷重の計測値の波形を例示し、グラフｂが、該センサ部２２による変位量の計測値の波形を例示している。なお、荷重の計測値の波形（グラフａ）は、小型ＦＷＤ２１の錘体２５を係止機構２６で係止した状態におけるセンサ部２２への荷重を基準として（０として）示されている。同様に、変位量の計測値の波形（グラフｂ）は、錘体２５を係止機構２６で係止した状態におけるセンサ部２２の変位量を基準として（０として）示されている。さらに、図４の縦軸の荷重は、下向きの荷重を正とし、変位量は、下向きの変位量を正としている。

図４のグラフａ，ｂに見られるように、センサ部２２による荷重の計測値の波形は、小型ＦＷＤ２１の錘体２５が緩衝部材２３上に落下した瞬間（図４の時刻ｔ1）から立ち上がる、上に凸の波形となり、センサ部２２による変位量の計測値の波形は、荷重の計測値の波形の立ち上がりからやや遅れて立ち上がる、上に凸の波形となる。

なお、図示は省略するが、測定器３２で得られる変位量の計測値の波形は、測定器３１で得られる変位量の計測値の波形と同様のパターンの波形となる。

以上のようにして、手順３では、小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２から出力される計測データを基に、錘体２５の落下時における該センサ部２２への荷重（衝撃荷重）のピーク値と、該センサ部２２の変位量（下方への変位量）のピーク値とが測定器３１により求められ、そのピーク値の表示と記憶保持とが行なわれる。同時に、評価用装置１の変位センサ５から出力される検出信号を基に、錘体２５の落下時における可動ブロック４の変位量（下方への変位量）のピーク値とが測定器３２により求められ、そのピーク値の表示と記憶保持とが行なわれる。
（手順４）
次いで、錘体２５を再び前記手順３の開始時と同じ高さまで持ち上げることと、これに続いて手順３と同じ処理を行なうこととを、所定回数（例えば５回）、繰り返す。なお、この手順４は省略してもよい。
（手順５）
次に、小型ＦＷＤ２１の錘体２５の重量、または落下開始時の高さ（以下、落下高さという）、あるいは、該重量および落下高さの両者を変更し、前記手順３および手順４と同じ処理を繰り返す。すなわち、小型ＦＷＤ２１の錘体２５の重量と落下高さとの組をあらかじめ複数種類、定めておき、その各種類の重量および落下高さの組に対して、手順３および手順４と同じ処理を行なう。なお、手順４は省略してもよい。
（手順６）
次いで、測定器３１で表示または記憶保持されたセンサ部２２の作用荷重および変位量のピーク値の計測データを基に、該作用荷重と変位量との関係を規定するばね定数（比例定数）を求める。具体的には、まず、小型ＦＷＤ２１の錘体２１の重量および落下高さの、各種類の組に対応する荷重のピーク値の計測データの平均値（前記手順４の回数分の計測データの平均値）と、変位量のピーク値の計測データの平均値（前記手順４の回数分の計測データの平均値）とを求める。これにより、作用荷重のピーク値の計測データの平均値と、変位量のピーク値の計測データの平均値とが、センサ部２２の計測データから錘体２１の重量および落下高さの各種類の組に対応して求められる。以下、このようにして求められる作用荷重のピーク値の計測データの平均値と変位量のピーク値の計測データの平均値とをそれぞれＦＷＤ計測荷重、ＦＷＤ計測変位量という。なお、これらのＦＷＤ計測荷重、ＦＷＤ計測変位量は、測定器３１で演算してもよいが、測定器３１とは別の計算機やパソコン等を使用して求めてよい。

さらに、手順６では、測定器３２で表示または記憶保持された可動ブロック４の変位量のピーク値の計測データを基に、錘体２１の重量および落下高さの各種類の組毎に、該変位量のピーク値の計測データの平均値（前記手順４の回数分の計測データの平均値）とを求める。以下、このようにして求められる変位量のピーク値の計測データの平均値を評価用装置計測変位量という。なお、該評価用装置計測変位量は、測定器３２で演算してもよいが、測定器３２とは別の計算機やパソコン等を使用して求めてもよい。

補足すると、前記手順４を省略するようにした場合には、測定器３１で表示または記憶保持されたセンサ部２２の作用荷重および変位量のピーク値の計測データ（錘体２５の重量および落下高さの各種類の組毎の計測データ）を、それぞれ、ＦＷＤ計測荷重、ＦＷＤ計測変位量として得るようにすればよい。同様に、測定器３２で表示または記憶保持された可動ブロック４の変位量のピーク値の計測データ（錘体２５の重量および落下高さの各種類の組毎の計測データ）を、評価用装置計測変位量として得るようにすればよい。
（手順７）
次いで、錘体２５の重量および落下高さの各種類の組毎の前記ＦＷＤ計測荷重およびＦＷＤ計測変位量から、それらの間の関係を規定する比例定数としてのばね定数（＝ＦＷＤ計測荷重／ＦＷＤ計測変位量）を算出する。具体的には、前記評価用装置１の基準ばね定数を特定した場合と同様に、ＦＷＤ計測荷重とＦＷＤ計測変位量との関係を表す直線の傾きを最小２乗法などの１次回帰手法により求めることにより、ばね定数を算出する。このようにして、ＦＷＤ計測荷重とＦＷＤ計測変位量とから求められるばね定数を以下、ＦＷＤ計測ばね定数という。このＦＷＤ計測ばね定数は、評価用装置１の可動ブロック４の作用荷重と変位量との関係を規定するばね定数を、小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２の計測データを基に推定したものとしての意味を持つ。

なお、手順７は、前記評価用装置計測変位量を求める前に行なうようにしてもよい。
（手順８）
次いで、上記の如く求めたＦＷＤ計測ばね定数と前記評価用装置１の基準ばね定数との比較、並びに、錘体２５の重量および落下高さの各種類の組毎のＦＷＤ計測変位量と評価用装置計測変位量との比較に基づいて、小型ＦＷＤ２１を評価する。具体的には、ＦＷＤ計測ばね定数と基準ばね定数とがほぼ一致する（両ばね定数の差が所定範囲内に収まる）という条件と、錘体２５の重量および落下高さの各種類の組毎のＦＷＤ計測変位量と評価用装置計測変位量とがほぼ一致する（両変位量の差が所定範囲内に収まる）という条件とが成立する場合には、小型ＦＷＤ２１が正常であると判断する。そして、これらの条件のいずれかが満たされない場合には、小型ＦＷＤ２１は不良であると判断する。ここで、小型ＦＷＤ２１が正常であるというのは、該小型ＦＷＤ２１を使用して、任意の地盤の剛性を検査したときに、該小型ＦＷＤ２１のセンサ部２２の計測データから地盤の剛性を適正に把握することができるということ、換言すれば、該計測データが地盤の実際の剛性状態を適切に反映したものとなることを意味する。

以上が、本実施形態における小型ＦＷＤ２１の評価手法の手順である。

次に、該評価手法による具体的な実施例を表１および図５を参照して説明する。

小型ＦＷＤ２１の錘体２５の重量を５ｋｇ、落下高さを１５ｃｍ、３０ｃｍ、４５ｃｍの３種類に定め、前記手順１〜８に従って、小型ＦＷＤ２１を評価した。なお、この例では、小型ＦＷＤ２１は新品である。

このとき、錘体２５の重量および落下高さの各組に対応して、前記手順６で得られたＦＷＤ計測荷重、ＦＷＤ計測変位量、評価用装置計測変位量の値を表１に示す。また、該ＦＷＤ計測荷重およびＦＷＤ計測変位量の間の関係を示すグラフを図５に示す。図５中の黒点が、錘体２５の重量および落下高さの各組に対応する、ＦＷＤ計測荷重およびＦＷＤ計測変位量の組を示している。

この場合、評価用装置１の前記基準ばね定数は、前記図３に示した値（＝７．６５ｋＮ／ｍｍ）である。また、前記手順７で求められたＦＷＤ計測ばね定数、すなわち、図５の直線の傾きは、同図に示す如く、７．６７ｋＮ／ｍｍである。

この実施例では、基準ばね定数と、ＦＷＤ計測ばね定数とは、ほぼ一致している。また、表１に示した如く、錘体２５の重量および落下高さの各組に対応する、ＦＷＤ計測変位量と、評価用装置計測変位量とは、ほぼ一致している。従って、前記手順８において、小型ＦＷＤ２１は、正常であると判断される。

なお、この実施例では、錘体２５の重量を１種類として、落下高さを複数種類（３種類）に設定したが、重量を複数種類に設定し、落下高さを１種類に設定してもよく、あるいは、重量および落下高さの両者を複数種類に設定してもよい。

以上説明したようにして、本実施形態によれば、評価用装置１を使用して、小型ＦＷＤ２１の評価を簡易に行なうことができる。また、評価用装置１は、その構造が極めて簡単であるので、小型ＦＷＤ２１の評価を低コストで行なうことができる。また、評価用装置１の可動ブロック４を基体ブロック２に支持する金属ばねとして、皿ばね４を使用しているので、小型ＦＷＤ２１の錘体２５の落下時に、該皿ばね４の振動が生じにくいと共に、評価用装置１の特性（可動ブロック４の作用荷重と変位量との関係）の安定性が高く、該特性が環境条件の影響を受け難いと共に、経年的な変化を生じにくい。従って、評価用装置１を長期間にわたって使用して、小型ＦＷＤ２１の評価を安定且つ高い信頼性で行なうことができる。

なお、前記実施形態では、小型ＦＷＤ２１の評価用装置１について説明したが、該評価用装置２１は、図２に示した小型ＦＷＤ２１と異なる構成の小型ＦＷＤにも適用できる。さらに、本発明は、小型ＦＷＤだけでなく、公知の通常のＦＷＤ（比較的大型なＦＷＤ）についても適用できる。その場合には、評価用装置の形状、大きさ、金属ばねのばね定数などを該ＦＷＤに適合するように設定すればよい。

本発明の一実施形態の評価用装置の構成を示す断面図。 図１の評価用装置を使用して評価するＦＷＤ（小型ＦＷＤ）とその評価システムの構成を示す図。 評価用装置の可動ブロックに作用する荷重と該可動ブロックの変位量との関係を例示するグラフ。 小型ＦＷＤにより計測される荷重と変位量との波形を例示するグラフ。 小型ＦＷＤのセンサ部の出力から計測された荷重と変位量との関係を例示するグラフ。

符号の説明

１…評価用装置、２…基体ブロック、３…皿ばね（金属ばね）、４…可動ブロック、５…変位センサ、２１…ＦＷＤ（小型ＦＷＤ）、２２…センサ部、２３…緩衝部材、２５…錘体。

Claims (3)

1. 地盤上に載架されるセンサ部と、該センサ部上に設置された緩衝部材とを有し、該緩衝部材上に錘体を落下させ、その落下に伴い前記センサ部に加わる荷重と該荷重によるセンサ部の上下方向の変位量とに応じた信号を該センサ部から出力するようにしたＦＷＤ（Falling Weight Deflectmeter）の評価用装置であって、
   剛体状の床面に載架される剛体状の基体ブロックと、該基体ブロック上に金属ばねを介して支持されて、該金属ばねの弾性変形により該基体ブロックに対して上下方向に可動に設けられ、且つ前記ＦＷＤのセンサ部を載架するためのＦＷＤ載架面が上面部に形成された可動ブロックと、該可動ブロックの前記基体ブロックに対する上下方向の変位量を検出し、その検出信号を出力する変位センサとを備え、前記可動ブロックに作用する上下方向の荷重と該可動ブロックの変位量との間の線形関係を規定する比例定数の値があらかじめ特定されていることを特徴とするＦＷＤの評価用装置。
2. 前記金属ばねは、軸心を上下方向に向けて前記基体ブロック上に設置された皿ばねであることを特徴とする請求項１記載のＦＷＤの評価用装置。
3. 請求項１または２記載のＦＷＤの評価用装置を使用して、前記ＦＷＤを評価する方法であって、
   前記評価用装置の基体ブロックを前記剛体状の床面に載架すると共に、該評価用装置の前記可動ブロックのＦＷＤ載架面に前記ＦＷＤのセンサ部を載架する第１ステップと、
   次いで、前記ＦＷＤの錘体を落下させる第２ステップと、
   該錘体の落下時における前記センサ部の出力信号に基づき、前記センサ部に作用する荷重と該センサ部の変位量とを計測すると共に、前記評価用装置の変位センサの検出信号に基づき、前記可動ブロックの変位量を計測する第３ステップとを備えると共に、前記ＦＷＤの錘体の重量と該錘体の落下開始時の高さとのうちの少なくともいずれか一方を変更して、前記第２ステップおよび第３ステップの処理を複数回実行し、
   前記第３ステップで前記センサ部の出力信号に基づき計測された前記センサ部への作用荷重および該センサ部の変位量から把握される前記比例定数の計測値と前記あらかじめ特定された該比例定数の値との比較と、前記第３ステップで計測された変位センサの検出信号に基づき計測された前記可動ブロックの変位量と前記センサ部の出力信号に基づき計測された該センサ部の変位量との比較とに基づき、前記ＦＷＤを評価するようにしたことを特徴とするＦＷＤの評価方法。

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