JP6549492B2 - 傾斜角度調整装置及び載荷装置 - Google Patents

Description

本発明は、傾斜角度調整装置及び載荷装置に関する。

橋梁の耐荷重や橋梁に発生する応力は、支承が橋桁を支持する支持条件によって変化する。支持条件に着目した載荷装置では、水平面に対して傾いている橋桁を支持する支承の支持条件を再現するために、治具等を作製して実際の橋梁に近い支持条件を再現することが行われている。
この橋桁のような重量機器を水平面に対して傾きを調整する装置として、特許文献１に記載された傾斜角度調整装置が知られている。

特許文献１の傾斜角度調整装置は、重量機器（被支持体）の脚部を支持するベースとなるソールプレートを昇降する油圧ジャッキ（昇降装置）と、油圧ジャッキに油を供給するポンプ機構と、を備えている。油圧ジャッキは、内部がくり抜かれて上面が開口したシリンダブロックを有している。このシリンダブロックのくり抜き部分にジャッキラムが昇降可能に内挿されている。
ジャッキラムの上面中央側には、半球状に湾曲したくり抜き部を有している。このくり抜き部に略半球体形状をなす球体座が回動自在に組み込まれている。球体座は、略円形状の支持面と、半球状の球状座面とからなっている。球体座の支持面はソールプレートを支承するとともに、球状座面はジャッキラムのくり抜き部に回動可能に接触する。

このように構成した傾斜角度調整装置は、一定量の油が油圧ジャッキに向けて供給されると、油圧ジャッキのジャッキラムが予定したストローク量だけ上昇する。
このとき、ソールプレートは球体座の支持面にて面接触を行う。球体座は支持面の中心点を中心に回動可能であるため、片当たりを防止してソールプレートの昇降作業を行うことができる。

特開２００２−２００８４号公報

特許文献１の傾斜角度調整装置では、ソールプレートが大きい場合には、ソールプレートをジャッキラムだけでなく支持部材等で支持させる。
しかしながら、ジャッキラムを昇降させるとソールプレートの傾きが変わり、支持部材に対してソールプレートが水平面に沿う方向に移動しようとする。支持部材とソールプレートとの間に作用する摩擦力が比較的大きい場合には、支持部材に対してソールプレートは移動しないが、ソールプレート内に不要な応力が作用してしまう。
この傾斜角度調整装置と、ソールプレートに荷重を付与する荷重付与部とにより載荷装置を構成した場合には、ソールプレート内に不要な応力が作用すると、荷重がソールプレートに与える影響を正確に評価できなくなる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、昇降装置を伸縮させたときに被支持体に不要な応力が作用するのを抑制した傾斜角度調整装置、及びこの傾斜角度調整装置を備える載荷装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の傾斜角度調整装置は、基台と、前記基台上に回転可能に支持され、被支持体を下方から支持する回転部材と、上下方向に伸縮可能であって、前記基台上において前記回転部材に対して前記基台の上面に沿って位置をずらして配置された昇降装置と、上方に向かって凸又は下方に向かって凹となるように湾曲した上面である第一の湾曲面を有し、前記昇降装置上に配置された下部支持体と、前記第一の湾曲面に接触する第二の湾曲面を有して前記下部支持体上に配置され、前記被支持体における前記回転部材により支持された部分とは異なる部分を下方から支持する上部支持体と、を備えることを特徴としている。

また、上記の傾斜角度調整装置において、前記第一の湾曲面が球面の一部であり、前記第二の湾曲面が球面の一部であってもよい。
また、上記の傾斜角度調整装置において、前記回転部材は、所定の軸線周りに回転可能に支持されたローラであってもよい。
また、本発明の載荷装置は、上記のいずれか一項に記載の傾斜角度調整装置と、前記被支持体に荷重を付与する荷重付与部と、を備えることを特徴としている。

本発明の傾斜角度調整装置及び載荷装置によれば、昇降装置を伸縮させたときに被支持体に不要な応力が作用するのを抑制することができる。

本発明の第１実施形態の載荷装置の正面図である。 図１中のＡ１部の一部を破断した拡大図である。 同載荷装置のローラの斜視図である。 同載荷装置の作用を説明する上部支持体が上部工を支持している部分の拡大図である。 同載荷装置の作用を説明するローラが上部工を支持している部分の拡大図である。 ローラとフランジとの隙間により柱に作用する応力の変化を測定した結果を示す図である。

以下、本発明に係る載荷装置の一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の載荷装置１は、橋梁の上部工（被支持体）Ｗ１が載荷装置１の傾斜角度調整部（傾斜角度調整装置）１１に支持される支持条件により生じる荷重や応力を試験するものである。
実際の橋梁では、上部工として枕木や軌道等が用いられるが、本実施形態では試験用として、上部工Ｗ１を、図１及び図２に示すように、鉄骨製の柱Ｗ２と梁Ｗ３とがブレースＷ４で補強されたラーメン構造のものとしている。柱Ｗ２の下端部にはフランジＷ５が溶接等により接合されている。柱Ｗ２の水平方向Ｘの中央には、腹板Ｗ７が溶接により接合されている。
なお、試験に用いる上部工Ｗ１の構成は、後述する荷重付与部２６により印加される荷重に耐えられる強度を有する構造体であれば、特に限定されない。

本載荷装置１は、本実施形態の傾斜角度調整部１１と、傾斜角度調整部１１に支持された上部工Ｗ１に荷重を付与する荷重付与部２６と、荷重付与部２６を制御する制御部３６と、を備えている。
図１から図３に示すように、傾斜角度調整部１１は、基台１３と、基台１３上に回転可能に支持されたローラ（回転部材）１４と、基台１３上に配置された昇降装置１５と、昇降装置１５上に配置された下部支持体１６と、下部支持体１６上に配置された上部支持体１７と、を備える。なお、下部支持体１６及び上部支持体１７で、球座（球体座）１８を構成する。

基台１３は、鋼板等で形成されている。基台１３の上面１３ａは水平面に対してほぼ平行に配置されている。
図３に示すように、ローラ１４は鋼管や丸鋼等により中実円柱状に形成されている。ローラ１４は、支持台２０により、基台１３の上面１３ａに平行な軸線Ｃ１周りに回転可能に支持されている。図示はしないが、例えば、ローラ１４に取付けた回転軸の両端部を、支持台２０に設けた軸受け等で支持している。軸線Ｃ１は、ローラ１４と昇降装置１５とを結ぶ方向を水平面に投影させた水平方向Ｘと略平行である。
ローラ１４は、上部工Ｗ１のフランジＷ５を下方Ｚ１から支持する。回転部材がローラ１４であるため、ローラ１４を回転可能に支持する構造が比較的簡単に構成される。

昇降装置１５としては、ＴＯＲＱＵＰ（登録商標、株式会社ＩＨＩインフラ建設製）を用いることが好ましい。ＴＯＲＱＵＰは、減速ギア式ジャッキシステムであり、公知の充電式ドライバーを接続して用いることができる。充電式ドライバーの回転軸を正回転、逆回転させることで、昇降装置１５と上下方向Ｚに伸縮させることができる。例えば、充電式ドライバーの回転軸を１５０回回転させると、昇降装置１５が１ｍｍ伸縮する。
図２に示すように、本実施形態では、昇降装置１５と下部支持体１６との間に公知の高さ調整鋼板２１が配置されている。しかし、高さ調整鋼板２１は傾斜角度調整部１１の必須の構成要素ではない。

図２に示すように、下部支持体１６は、直方体のブロック状に形成され、上方Ｚ２に向かって凸となるように湾曲した上面である第一の湾曲面１６ａを有している。本実施形態では、第一の湾曲面１６ａは球面の一部である。
上部支持体１７は、直方体のブロック状に形成され、上方Ｚ２に向かって凹となるように湾曲した下面である第二の湾曲面１７ａを有している。本実施形態では、第二の湾曲面１７ａは第一の湾曲面１６ａと略同一の半径の球面の一部である。第二の湾曲面１７ａは、下部支持体１６の第一の湾曲面１６ａに接触するとともに第一の湾曲面１６ａに係合する。上部支持体１７は、上部工Ｗ１のフランジＷ５を下方Ｚ１から支持する。

荷重付与部２６の構成は、上部工Ｗ１に荷重を付与可能なものであれば特に限定されない。荷重付与部２６は、図１に示すように、門状に形成された支持体２７と、油圧ポンプ（不図示）と、支持体２７の上部に固定されたシリンダ２８と、シリンダ２８に対して上下方向Ｚに移動可能なラム２９と、上部工Ｗ１に作用する荷重を検出するロードセル（不図示）とを有している。
油圧ポンプは制御部３６に接続され、制御部３６に制御される。
シリンダ２８は、油圧ポンプから供給された作動油を収容する。ラム２９は、シリンダ２８内の作動油の量に応じて上下方向Ｚに移動する。本実施形態では、ラム２９と上部工Ｗ１との間には、荷重を均等に作用させるための載荷梁Ｗ１１が取付けられている。しかし、載荷梁Ｗ１１は載荷装置１の必須の構成要素ではない。
ロードセルは、公知の構成のものである。ロードセルは、上部工Ｗ１の所望の部分に取付けられる。ロードセルは、検出した荷重を制御部３６に送信する。

制御部３６は、図示はしないが演算回路及びメモリ等を有している。メモリには、演算回路を制御するための制御プログラム等が記憶されている。制御部３６には、図示はしないがキーボード等の入力部、及び液晶ディスプレイ等の表示部が接続されている。
演算回路は、ロードセルから送信された荷重の検出結果に基づいて、油圧ポンプが供給する作動油の量を制御する。使用者は、表示部の表示を確認しつつ入力部を操作することで、制御部３６に指示を与えることができる。

次に、以上のように構成された載荷装置１の作用について説明する。
予め、ローラ１４の上面の高さと、上部支持体１７の上面の高さとは、ほぼ等しくなっている。例えば、一対の柱Ｗ２のピッチが、１７００ｍｍであるとする。上部支持体１７におけるローラ１４上に置かれる柱Ｗ２の下方Ｚ１の端部に、図示しない複数のひずみゲージを取付ける。各ひずみゲージを、水平方向Ｘに位置をずらして取付ける。各ひずみゲージを制御部３６に接続する。
使用者は、図示しないクレーン等により、ローラ１４上、及び上部支持体１７上に上部工Ｗ１を置く。この例では、ローラ１４及び上部支持体１７が、橋梁の下部工を構成する支承に相当する。
ローラ１４と上部工Ｗ１のフランジＷ５とは線接触又は点接触になるとともにローラ１４が軸線Ｃ１周りに回転するため、ローラ１４に対してフランジＷ５は比較的容易に水平面に沿って移動することができる。
上部工Ｗ１上に載荷梁Ｗ１１を置く。上部工Ｗ１及び載荷梁Ｗ１１の自重（死荷重）により、ローラ１４及び上部支持体１７等が下方Ｚ１に沈み込む。

昇降装置１５に充電式ドライバーを接続し、例えば、昇降装置１５を上方Ｚ２に伸ばす。下部支持体１６と上部支持体１７とは湾曲面１６ａ、１７ａで接続されているため、下部支持体１６が上方Ｚ２に移動するにしたがって、図４及び図５に示すように、上部支持体１７及び上部工Ｗ１が傾く。このとき、湾曲面１６ａ、１７ａが球面の一部であるため、下部支持体１６に対する上部支持体１７の移動が滑らかになる。一方で、ローラ１４は傾かない。
このため、図４に示すように上部支持体１７と上部工Ｗ１との間に隙間は形成されなく、上部支持体１７の上面とフランジＷ５の下面とが面接触した状態が維持される。一方で、図５に示すようにローラ１４と上部工Ｗ１との間に上下方向Ｚに隙間Ｓが形成され、ローラ１４の上面とフランジＷ５の下面とが点接触する。すなわち、ローラ１４により上部工Ｗ１のフランジＷ５が片当たり支持される。

昇降装置１５の長さは、充電式ドライバーの回転軸の１回転当たり０．０１ｍｍ単位で調整可能であるため、ローラ１４における隙間Ｓを０．１ｍｍ単位で調整することができる。すなわち、橋梁の支承に相当するローラ１４及び上部支持体１７が上部工Ｗ１を支持する支持条件を正確に再現することができる。
ローラ１４により上部工Ｗ１のフランジＷ５を片当たり支持するときに、ローラ１４に対してフランジＷ５は比較的容易に水平面に沿って移動することができるため、上部工Ｗ１に片当たり支持による応力以外の不要な応力が作用するのが抑制される。ここで言う不要な応力とは、ローラ１４による水平面に沿った摩擦力等である。

使用者は、入力部を操作して制御部３６に荷重付与部２６の油圧ポンプを駆動させ、ラム２９により載荷梁Ｗ１１に荷重Ｆを作用させる（図１参照）。この荷重Ｆは、載荷梁Ｗ１１を介して上部工Ｗ１に作用する。ロードセルは、検出した荷重を制御部３６に送信する。
制御部３６は、ロードセルが検出する荷重が、例えば、予め定められた目標荷重になるように油圧ポンプを駆動させるフィードバック制御等を行う。ロードセルが検出する荷重が目標荷重であるときに各ひずみゲージが検出したひずみは、制御部３６に送信される。例えば、このひずみに柱Ｗ２の縦弾性係数を掛けることで柱Ｗ２に作用する応力が求められ、この応力が制御部３６のメモリに記憶される。

ある隙間Ｓに対して目標荷重を作用させたときの応力を測定し終えたら、使用者は、昇降装置１５により隙間Ｓの大きさを変化させ、再び制御部３６により前述の目標荷重を作用させ応力を測定する。
こうして、目標荷重を作用させたときの隙間Ｓに対する柱Ｗ２の各位置での応力の関係が求められる。傾斜角度調整部１１により上部工Ｗ１に不要な応力が作用するのが抑制されるため、荷重Ｆが上部工Ｗ１に与える影響が正確に評価される。
昇降装置１５を下方Ｚ１に縮める場合も、同様である。

（試験結果）
本実施形態の載荷装置１を用いて、ローラ１４とフランジＷ５との隙間Ｓにより柱Ｗ２に作用する応力の変化を測定した結果について図６を用いて説明する。柱Ｗ２において、柱Ｗ２とフランジＷ５を溶接している溶接止端から上方Ｚ２に１０ｍｍの位置に、水平方向Ｘに間隔をおいて複数のひずみゲージ４１を取付けた。
ローラ１４とフランジＷ５との間に隙間Ｓがある場合には、フランジＷ５は支点Ｗ５ａだけでローラ１４に片当たり支持されている。
ローラ１４とフランジＷ５との隙間Ｓの最大値（フランジＷ５の水平方向Ｘの端におけるローラ１４とフランジＷ５との上下方向Ｚの距離）を、ギャップｇとする。

ギャップｇが０ｍｍ（ローラ１４とフランジＷ５との間に隙間Ｓがない場合）の場合とギャップｇが０．９ｍｍ（片当たり支持）の場合において試験を行った。図６の横軸は、水平方向Ｘの一方を正とした腹板Ｗ７の中心からの水平方向Ｘの位置を表す。縦軸は、各ひずみゲージ４１の検出結果から求めた柱Ｗ２の下方Ｚ１の端部に作用する応力を表す。なお、縦軸では、圧縮応力を負の値の応力として表している。
ギャップｇが０ｍｍのときには、水平方向Ｘの位置によらず圧縮応力が作用し、作用する応力の大きさはほぼ等しくなる。一方で、ギャップｇが０．９ｍｍのときには、支点Ｗ５ａに近づくほど圧縮応力の大きさが大きくなり、フランジＷ５における支点Ｗ５ａとは反対側の端では、柱Ｗ２に引張り応力が作用していることが分かった。

以上説明したように、本実施形態の傾斜角度調整部１１によれば、昇降装置１５が上下方向Ｚに伸縮すると、上部工Ｗ１のうち上部支持体１７に支持された部分が上下方向Ｚに移動して上部工Ｗ１の傾きが変わる。このため、上部工Ｗ１は、上部支持体１７以外に上部工Ｗ１を支持する物であるローラ１４に対して水平方向Ｘに移動しようとする。上部工Ｗ１がローラ１４に支持されていることで、ローラ１４に対して上部工Ｗ１が水平面に沿って容易に移動し、ローラ１４と上部工Ｗ１との間で不要な応力が作用するのを抑えて上部工Ｗ１を支持することができる。

湾曲面１６ａ、１７ａが球面の一部であるため、下部支持体１６に対する上部支持体１７の移動が滑らかになる。
回転部材がローラ１４であるため、ローラ１４を回転可能に支持する構造を比較的簡単に構成することができる。
また、本実施形態の載荷装置１によれば、不要な応力が作用するのを抑えて上部工Ｗ１を支持することで、荷重Ｆが上部工Ｗ１に与える影響を正確に評価することができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、湾曲面１６ａ、１７ａが球面の一部であるとしたが、例えば第一の湾曲面１６ａが上方Ｚ２に向かって凸となるように湾曲した面であり、第二の湾曲面１７ａが上方Ｚ２に向かって凹となるように湾曲した面であれば、湾曲面１６ａ、１７ａの形状は特に限定されない。第一の湾曲面１６ａが下方Ｚ１に向かって凹となるように湾曲した面であり、第二の湾曲面１７ａが下方Ｚ１に向かって凸となるように湾曲した面であってもよい。

回転部材は、軸線Ｃ周りに回転するローラ１４であるとしたが、回転部材は球座でもよい。
昇降装置はＴＯＲＱＵＰであるとしたが、昇降装置は一般的な油圧ジャッキ等でもよい。
傾斜角度調整部１１が支持するものは、橋梁の上部工Ｗ１に限られず、発電所の発電機や圧延工場の圧延機器等でもよい。

１ 載荷装置
１１ 傾斜角度調整装置
１３ 基台
１４ ローラ（回転部材）
１５ 昇降装置
１６ 下部支持体
１６ａ 第一の湾曲面
１７ 上部支持体
１７ａ 第二の湾曲面
２６ 荷重付与部
Ｃ１ 軸線
Ｗ１ 上部工（被支持体）
Ｚ 上下方向
Ｚ１ 下方
Ｚ２ 上方

Claims (4)

1. 基台と、
   前記基台上に回転可能に支持され、被支持体を下方から支持する回転部材と、
   上下方向に伸縮可能であって、前記基台上において前記回転部材に対して前記基台の上面に沿って位置をずらして配置された昇降装置と、
   上方に向かって凸又は下方に向かって凹となるように湾曲した上面である第一の湾曲面を有し、前記昇降装置上に配置された下部支持体と、
   前記第一の湾曲面に接触する第二の湾曲面を有して前記下部支持体上に配置され、前記被支持体における前記回転部材により支持された部分とは異なる部分を下方から支持する上部支持体と、
   を備えることを特徴とする傾斜角度調整装置。
2. 前記第一の湾曲面が球面の一部であり、
   前記第二の湾曲面が球面の一部であることを特徴とする請求項１に記載の傾斜角度調整装置。
3. 前記回転部材は、所定の軸線周りに回転可能に支持されたローラであることを特徴とする請求項１又は２に記載の傾斜角度調整装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の傾斜角度調整装置と、
   前記被支持体に荷重を付与する荷重付与部と、
   を備えることを特徴とする載荷装置。

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