JP5124488B2 - 締固め機械を用いて地盤パラメタを測定する方法および装置 - Google Patents
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Description
はそれぞれ(y軸周りの)ピッチ方向、(x軸周りの)ロール方向および(z軸周りの)ヨー方向の相応する角速度であり、またmUは接触要素の質量である。
は、接触要素の重心における各並進速度を表しており、これに対して
は、相応する加速度を表す。
ΣFX = FC,X+FECC,X+FU,X−mU・g・sin(Φ)・cos(X)
ΣFY = FC,Y+FECC,Y+FU,Y+mU・g・cos(Φ)・sin(X) (3)
ΣFZ = FC,Z+FECC,Z+FU,Z−mU・g・cos(Φ)・cos(X)
で示され、ここでFC,iは接触要素(1)の地盤に対する接触力であり、FU,iは接触要素(1)と、残りの機械(上側質量体)との間の切断力であり、mUは接触要素の質量であり、FECC,iは接触要素を励振する振動発生装置の励振力であり、ΦおよびXは相応するピッチ角ないしはロール角である。
は接触法線(z軸)の方向における接触要素の加速度であり、FECC,Zは、接触要素に衝撃を加える振動発生装置の励振力である。並進運動加速度および角加速度を求めるためつぎのようにする。
は、例えば、接触要素そのものに設けられる加速度センサによって測定することができる。加速度センサとして、例えば、3つのすべての空間方向を同時に測定する重心に取り付けられた3軸センサが有利である。この場合、3つの空間方向における並進運動速度成分
は、例えば、加速度信号を1回積分することによって求めることができる。
が存在する場合、すなわちこれを測定した場合、重心における加速度と、物体の任意の点で測定した加速度との間の運動学的な関係から、求めようとする並進運動加速度も、角加速度も共に求めることができる。この場合、必要な回転角ΦおよびXは、角加速度
を2回積分することによって求めることができる。
FECC,X(t) = EM・Ω2sin(φPhase/2)・cos(Ω・t)
FECC,Y(t) = 0 (6)
FECC,Z(t) = EM・Ω2cos(φPhase/2)・cos(Ω・t)
によって簡略的に計算され、ここでEMは、回転するアンバランスマスの結果的に得られる質量であり、Ωは、振動発生装置の励振周波数であり、φPhaseは、2つのアンバランスマス間の位相である。
動的剛性kdynを決定するために必要な接触移動距離sは、接触要素によって地盤接触力が伝達される時点に決定され、またしかも有利には結果的に得られる力の作用点においてないしはこの点の近くで決定される。それは、力の作用点の移動距離は、最も容易には、作用する接触力の変化と関係しているからである。力の作用点の位置の決定については、後で説明する。
は、運動学的な関係式
ap,zを2回積分することによって、求めようとする接触法線方向における接触移動距離sが得られる。
図1a)は、接触要素と、振動発生装置と、加速度センサとを有する振動プレートの概略側方図を示しており、
図1b)は、振動発生装置のアンバランスシャフトの概略を示す図1a)の接触要素を示しており、
図2は、図1の接触要素の斜視図を示しており、
図3は、時間について接触力Fcontactおよび振動移動距離sを示す相図を示しており、
図4a)および4b)は、小さな接触面積を有する動作中の接触要素を示しており、
図5a)および5b)は、大きな接触面積を有する動作中の接触要素を示しており、
図6は、接触要素における力およびモーメントを(簡略化して)略示しており、
図7は、2シャフト振動発生装置を有する接触要素における幾何学的な関係を示しており、
図8は、三角形の接触面を有する接触要素を示しており、
図9は、図8の接触要素を平面図で示しており、
図10は、四角形の接触面を有する接触要素を示しており、
図11は、図10の接触要素を平面図で示しており、
図12は、五角形の接触面を有する接触要素の平面図を示しており、
図13は、地盤締固め装置として使用される振動ランマを概略側方図で示している。
は、接触法線の方向における接触要素1の加速度であり、またFECCは、接触要素1に加わる振動発生装置2の励振力である。
FECC = EM・Ω2・cos(φPhase/2)・cos(Ω・t)
によって計算することができ、ここでEMは回転するアンバランスシャフト3の結果的に得られる質量を、Ωは、振動発生装置2の励振周波数を、またφPhaseは2つのアンバランスシャフト3の間の位相角をそれぞれ表す。
ΣMx = MC,X + MECC,X + MU,X
ΣMY = MC,Y + MECC,Y + MU,Y (12)
ΣMZ = MC,Z + MECC,Z + MU,Z
にしたがって得られる。
MC,X = FC,Z・rC,Y−FC,Y・rC,Z
MC,Y = FC,Z・rC,X−FC,X・rC,Z (13)
MC,Z = FC,Y・rC,X−FC,X・rC,Y
とすることができ、ここでrCは、接触要素1の重心を基準にした力の作用点の座標である。
MECC,Y = EM・Ω2・[ez・(sinφV+sinφH)−rs・(cosφV+cosφV)] (16)
によって簡略的に計算される。ここでEMは、回転するアンバランスマス3の結果的に得られる質量であり、Ωは、振動発生装置2の励振周波数である。角度φVおよびφHは、前方および後方の発生装置シャフトの目下の位相角を垂直線(z軸)対して表している。これらの位相角は、例えば垂直線(z軸)を用いて表すことができる。これらは、例えば各発生装置シャフトにおける近接スイッチによって別々に求めることができる。rsは、発生装置シャフト中心点間間隔の半分の間隔であり、CADデータから読み取るかまたは直接測定することができる。
ezは、振動発生装置シャフト重心と、下側質量体の全体重心との間のZ軸方向における間隔であり、これも同様にCADデータから求めることができる。
Claims (30)
- 振動して衝撃を加えて地盤を締め固める接触要素(1)を有する地盤締固め装置によって地盤特性を決定する方法において、
− 前記の接触要素(1)は、地盤から加えられる接触力Fcontactがかかって接触移動距離scontactだけ進み、
− 前記の地盤特性を動的変形係数EV,dynVerdichterとして、
− αは、前記の接触要素(1)と地盤との実際接触面積(10)を考慮する接触面積パラメタであり、
− kdynは、前記の地盤の動的剛性でありかつ前記の接触力Fcontactおよび接触移動距離scontactのグラジエントとして形成されることを特徴とする、
地盤締固め装置によって地盤特性を決定する方法。 - 前記の接触要素(1)の地盤に対する接触力Fcontactの、計算すべき空間成分FC,i(ただしi=x,y,z)は、
− mUは接触要素(1)の質量であり、
−
は、接触要素(1)の重心における並進速度であり、
−
は、相応する加速度であり、
− Φは、y軸周りのピッチ角であり、
− Xは、x軸周りのロール角であり、
−
は、ピッチ、ロールおよびヨー方向(z軸周り)における相応の角速度であり、
− FU,iは、接触要素(1)と、残りの地盤締固め装置との間の切断力であり、
− FECC,iは、接触要素(1)を励振する振動発生装置(2)の励振力であり、
− gは重力加速度である、
請求項1に記載の方法。 - 前記の振動発生装置(2)と接触要素との間に設けられる力測定装置によって前記の励振力FECCを測定する、
請求項2から5までのいずれか1項に記載の方法。 - − 前記の振動発生装置(2)は、逆回転する同じ大きさの少なくとも2つのアンバランスマス(3)を有しており、該アンバランスマスの位相は互いに調整可能でありかつ回転軸は前記の接触要素(1)のY軸に平行に配向されており、
− 前記の励振力FECCの成分は関係式
FECC,X=EM・Ω2・sin(φPhase/2)・cos(Ω・t)
FECC,Y=0
FECC,Z=EM・Ω2・cos(φPhase/2)・cos(Ω・t)
によって計算され、
ここでEMは、回転するアンバランスマス(3)の結果的に得られる質量であり、Ωは振動発生装置(2)の励振周波数であり、φPhaseは、2つのアンバランスマスの間の位相角である、
請求項2から6までのいずれか1項に記載の方法。 - − 前記の振動発生装置(2)は、逆回転しかつ同じ大きさの2つのアンバランスマス(3)を有しており、該アンバランスマスの位相はあらかじめ定められているおよび/または互いに調整可能であり、
− 前記の励振力FECCをつぎの式
FECC=EM・Ω2・cos(φPhase/2)・cos(Ω・t)
によって計算し、ここでEMは、回転するアンバランスマス(3)の結果的に得られる質量であり、Ωは振動発生装置(2)の励振周波数であり、φPhaseは、2つのアンバランスマス(3)の間の位相角である、
請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。 - 相異なる時点毎に、接触力Fcontactと、対応する接触移動距離scontactとからなる1つずつの測定点対を形成する、
請求項1から12までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の接触要素(1)が地盤に次第に増大する力で押し付けられる載荷フェーズ中に前記の測定点対に対して、それぞれグラジエントdFcontact/dscontactを形成する、
請求項13に記載の方法。 - 前記の測定点対毎に生じるグラジエントを統計的手法によって平均化し、
これによって得られた平均値を前記の動的剛性kdynとする、
請求項13または14に記載の方法。 - − 前記の接触力Fcontactおよび接触移動距離scontactに対し、時間tに依存する位相線図を形成し、
− 前記の接触要素(1)が次第に増大する力で地盤に押し付けられる載荷フェーズを表す前記の位相線図の部分に対して、前記の動的剛性kdynを表す平均グラジエントdFcontact/dscontactを形成する、
請求項1から15までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の接触力Fcontactの力の作用点(15)の結果的に得られる位置に基づき、前記接触面積パラメタαを決定する、
請求項1から16までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の接触面積パラメタαを決定するため、前記の接触要素(1)と地盤との実際接触面積(12)の面積重心を決定し、
ここで当該の面積重心を前記の接触力Fcontactの力の作用点(15)から求める、
請求項1から17までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の力の作用点(15)は、接触要素(1)の底面の面積重心には依存せず、かつ当該の面積重心と一致する必要はない、
請求項18に記載の方法。 - 前記の有効な接触面積Acを決定するため、接触面積幾何学形状の一部分が既知であり、
前記の接触面積Acの欠けている部分を面積重心の知識から計算する、
請求項20に記載の方法。 - − 地盤の接触時に前記の接触要素(1)の運動を測定センサ(7)によって検出し、
− 当該の測定センサ(7)によって求めた情報ならびに接触力Fcontactに基づいて、接触要素(1)の底面内にある実際接触面積(10)の位置および大きさおよび/または力の作用点(15)を決定する、
請求項18から21までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の接触力Fcontactの力の作用点(15)を決定するため、
− 当該の接触力Fcontactによって発生しかつ地盤締固め装置の走行方向に対して横方向を向いたピッチ軸(8)に対する前記接触要素(1)のピッチ角速度と、
− 走行方向に延在するロール軸(9)に対する前記接触要素(1)のロール加速度とを前記の測定センサ(7)によって決定する、
請求項18から22までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の接触要素(1)の接触力Fcontactの方向における並進運動を前記測定センサ(4,5)によって決定する、
請求項1から23までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の測定センサ(7)によって測定した接触要素(1)の運動と、前記のピッチ軸(8)およびロール軸(9)周りの角運動量保存則の評価とに基づいて、前記の接触力Fcontactによって生じるピッチ軸(8)およびロール軸(9)の周りの接触回転モーメントを決定する、
請求項23または24に記載の方法。 - 前記の接触回転モーメントと、すでに求めた結果的に生じる接触力Fcontactとに基づき、前記のピッチ軸(8)およびロール軸(9)に関してレバアームを決定し、ひいては前記の接触力Fcontactの力の作用点(15)を決定する、
請求項25に記載の方法。 - 前記の接触力Fcontactの力の作用点(15)の位置に基づき、前記の接触面積(12)の面積重心の位置を決定する、
請求項1から26までのいずれか1項に記載の方法。 - 前記の面積重心または力の作用点(15)の位置と、あらかじめ定めた関係とに基づき、前記の接触面積パラメタαを決定する、
請求項1から27までのいずれか1項に記載の方法。 - − 駆動装置によって駆動される振動発生装置(2)と、
− 当該の振動発生装置(2)によって衝撃が加えられて地盤を締め固める接触要素(1)と、
− 当該の接触要素(1)の運動特性を検出する少なくとも1つの測定センサ(6,7)を有しかつ地盤特性を決定する測定システムとを有する地盤締固め装置において、
前記の測定システムは、請求項1から27までのいずれか1項に記載の方法にしたがって作動されることを特徴とする、
地盤締固め装置。 - 前記の地盤締固め装置は、振動プレートまたは振動ランマである、
請求項29に記載の地盤締固め装置。
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