JP6630531B2 - 免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法、及び免震支承の施工品質管理方法 - Google Patents

免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法、及び免震支承の施工品質管理方法 Download PDF

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本発明は、免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法、及び免震支承の施工品質管理方法に関する。
免震支承により構造物を支持する免震建物の耐震性能は、この免震支承の免震特性に大きく依拠している。また、この免震支承が、設計で想定した免震特性を発揮できるものになっているかを確認するためには、構造物を支持した状態の免震支承に作用している鉛直荷重の大きさを把握することが有効である。しかし、免震支承に作用している鉛直荷重を直接的に測定することは難しい。
引用文献1には、内蔵された圧力センサーの値に基づいて、作用している鉛直荷重を求めることができる積層ゴムが開示されている。しかし、積層ゴムに圧力センサーを内蔵する手間が掛かり、また、多数の積層ゴムに作用している鉛直荷重をそれぞれ求めようとすると、多くの費用が掛かってしまう。
特開2009−156284号公報
本発明は係る事実を考慮し、構造物を支持した状態の免震支承に作用する鉛直荷重を簡易に推定することを課題とする。
第1態様の発明は、鉛直荷重無負荷状態の免震支承の高さHを測定する工程と、前記免震支承に対して行った鉛直載荷試験によって、鉛直荷重無負荷状態の前記免震支承の鉛直変位を0とした前記免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を求める工程と、構造物を支持した状態の前記免震支承の高さhを測定し、前記高さHから前記高さhを引いて前記免震支承の鉛直変位dを算出する工程と、前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記鉛直変位dとから、前記構造物を支持した状態の前記免震支承に作用している鉛直荷重を間接的に求める工程と、を有する免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法である。
第1態様の発明では、鉛直載荷試験により求めた免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線に基づいて、構造物を支持した状態の免震支承に作用している鉛直荷重を免震支承の鉛直変位dから間接的に求めることにより、圧力センサー等の計測機器を免震支承に設けずに、構造物を支持した状態の免震支承に作用している鉛直荷重を簡易に推定することができる。
また、圧力センサー等の計測機器を免震支承に設ける必要がないので、コストや手間を多くかけずに多数(例えば、構造物を支持する免震支承の全数)の積層ゴムに作用している鉛直荷重を推定することができる。
第2態様の発明は、鉛直荷重無負荷状態の免震支承の高さHを測定する工程と、前記免震支承に対して行った鉛直載荷試験によって、鉛直荷重無負荷状態の前記免震支承の鉛直変位を0とした前記免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を求める工程と、構造物を支持した状態の前記免震支承の高さhを測定し、前記高さHから前記高さhを引いて前記免震支承の鉛直変位dを算出する工程と、前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記鉛直変位dとから、前記構造物を支持した状態の前記免震支承に作用している鉛直荷重を間接的に求める工程と、前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記鉛直変位dとから間接的に求めた、前記構造物を支持した状態の前記免震支承に作用している鉛直荷重が、前記免震支承の鉛直荷重許容上限値と鉛直荷重許容下限値との間に収まっているか検査する工程と、を有する免震支承の施工品質管理方法である。
第2態様の発明では、鉛直載荷試験により求めた免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線に基づいて免震支承の鉛直変位dから間接的に求めた、構造物を支持した状態の免震支承に作用している鉛直荷重が、免震支承の鉛直荷重許容上限値と鉛直荷重許容下限値との間に収まっているか検査することにより、免震支承の施工品質を管理することができる。例えば、鉛直載荷試験により求めた免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線に基づいて免震支承の鉛直変位dから間接的に求めた免震支承の鉛直荷重が、鉛直荷重許容上限値と鉛直荷重許容下限値との間に収まっていれば、設計で想定した通りに免震支承が適切に施工され設置されていると評価することができる。
第3態様の発明は、鉛直荷重無負荷状態の免震支承の高さHを測定する工程と、前記免震支承に対して行った鉛直載荷試験によって、鉛直荷重無負荷状態の前記免震支承の鉛直変位を0とした前記免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を求める工程と、構造物を支持した状態の前記免震支承の高さhを測定し、前記高さHから前記高さhを引いて前記免震支承の鉛直変位dを算出する工程と、前記鉛直変位dが、前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記免震支承の鉛直荷重許容上限値とから設定した前記免震支承の鉛直変位許容上限値と、前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記免震支承の鉛直荷重許容下限値とから設定した前記免震支承の鉛直変位許容下限値との間に収まっているか検査する工程と、を有する免震支承の施工品質管理方法である。
第4態様の発明は、第1態様の発明において、測定された前記免震支承の高さHは温度補正を施すことにより基準温度における値に換算され、前記鉛直載荷試験によって求められた前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線の当該鉛直変位は温度補正を施すことにより基準温度における値に換算される。
第5態様の発明は、第2態様又は第3態様の発明において、測定された前記免震支承の高さHは温度補正を施すことにより基準温度における値に換算され、前記鉛直載荷試験によって求められた前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線の当該鉛直変位は温度補正を施すことにより基準温度における値に換算される。
第3態様の発明では、構造物を支持した状態の免震支承の鉛直変位dが、免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と免震支承の鉛直荷重許容上限値とから設定した免震支承の鉛直変位上限管理値と、免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と免震支承の鉛直荷重許容下限値とから設定した免震支承の鉛直変位下限管理値との間に収まっているか検査することにより、免震支承の施工品質を管理することができる。例えば、構造物を支持した状態の免震支承の鉛直変位dが、鉛直変位許容上限値と鉛直変位許容下限値との間に収まっていれば、設計で想定した通りに免震支承が適切に施工され設置されていると評価することができる。
また、構造物を支持した状態の免震支承の鉛直変位dにより免震支承の施工品質を管理できるので、現場にて即座に免震支承の施工品質を確認することができる。
本発明は上記構成としたので、構造物を支持した状態の免震支承に作用する鉛直荷重を簡易に推定することができる。
本発明の実施形態に係る上部構造物を支持した状態の積層ゴム支承を示す正面図である。 図2(a)及び図2(b)は、本発明の実施形態に係る鉛直載荷試験の状況を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を示す線図である。 本発明の実施形態に係る鉛直載荷試験を行う試験装置を示す正面図である。 従来の免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を示す線図である。 図6(a)、図6(b)及び図6(c)は、従来の鉛直載荷試験の状況を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る免震支承の施工品質管理方法を示す線図である。 本発明の実施形態に係る免震支承の施工品質管理方法を示す線図である。
図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法について説明する。
図1には、免震建物10において、基礎構造物12上に設置され構造物としての上部構造物14を支持する免震支承としての積層ゴム支承16が示されている。積層ゴム支承16は、ゴム板と鋼板を交互に重ねて構成された積層ゴム本体18と、積層ゴム本体18の下部に設けられた下フランジ20と、積層ゴム本体18の上部に設けられた上フランジ22とを有して構成されている。
本実施形態の免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法では、このように上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重を、免震支承の高さ測定工程、免震支承の鉛直変位測定工程、免震支承の鉛直変位算出工程、及び免震支承の鉛直荷重推定工程を行うことによって間接的に求める。
まず、免震支承の高さ測定工程では、図2(a)の正面図に示すように、鉛直荷重が載荷されていない鉛直荷重無負荷状態の積層ゴム支承16の高さHを、インサイドマイクロメータ等により測定し、温度補正を施して基準温度(20°C)に換算した値にする。本例では、積層ゴム支承16の高さHを、下フランジ20の上面から上フランジ22の下面までの高さとしている。なお、積層ゴム支承16の高さHは、積層ゴム支承16の周方向に対して略等間隔に位置する複数箇所で高さHを測定し、これらの値の平均値とするのが好ましい。
次に、免震支承の鉛直変位測定工程では、出荷時試験において積層ゴム支承16に対して行った鉛直載荷試験の測定値に基づいて、図3のグラフに示す、積層ゴム支承16の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線(以下、「荷重−変位曲線24」とする)を求める。荷重−変位曲線24の鉛直変位の値は、測定値に温度補正を施して基準温度(20°C)における値に換算した値にする。
図4の正面図には、鉛直載荷試験を行う試験装置26の一例が示されている。積層ゴム支承16への鉛直荷重の載荷は、反力梁28の下面に設けられた油圧ジャッキ30により、受け部材32を介して行われる。積層ゴム支承16は、測定台36上に設置されており、積層ゴム支承16に載荷した鉛直荷重の大きさは、受け部材32と油圧ジャッキ30の間に設けられたロードセル34によって測定する。
鉛直載荷試験は、図2(a)の正面図に示すように、鉛直荷重が載荷されていない鉛直荷重無負荷状態の積層ゴム支承16の鉛直変位を0とし、図2(b)の正面図に示すように、油圧ジャッキ30による積層ゴム支承16への鉛直荷重Pの載荷に伴う積層ゴム支承16の鉛直変位Tを測定する。
これにより、図3に示す荷重−変位曲線24を求める。図3のグラフの縦軸には、油圧ジャッキ30により積層ゴム支承16に載荷された鉛直荷重Pの値が示され、横軸には、積層ゴム支承16の鉛直変位Tの値が示されている。
次に、免震支承の鉛直変位算出工程では、図1に示すように、免震建物10の竣工点検時に、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16の高さhをインサイドマイクロメータ等により測定し、温度補正を施して基準温度(20°C)に換算した値にする。本例では、積層ゴム支承16の高さhを、下フランジ20の上面から上フランジ22の下面までの高さとしている。なお、積層ゴム支承16の高さhは、積層ゴム支承16の周方向に対して略等間隔に位置する複数箇所で高さhを測定し、これらの値の平均値とするのが好ましい。
そして、この高さhを、図2(a)で測定した積層ゴム支承16の高さHから引いて、積層ゴム支承16の鉛直変位d(=H−h)を算出する。これにより、図3に示すように、鉛直荷重無負荷状態の積層ゴム支承16の鉛直変位を0とした、グラフの横軸T上の鉛直変位dが求められる。
次に、免震支承の鉛直荷重推定工程では、図3に示すように、荷重−変位曲線24と、積層ゴム支承16の鉛直変位dとから、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重fを間接的に求める。
次に、本発明の実施形態に係る免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法の作用と効果について説明する。
本実施形態の免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法では、図3に示すように、鉛直載荷試験により求めた積層ゴム支承16の荷重−変位曲線24に基づいて、実測した積層ゴム支承16の鉛直変位dから、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重fを間接的に求めることにより、圧力センサー等の計測機器を積層ゴム支承16に設けずに、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重を簡易に推定することができる。
また、圧力センサー等の計測機器を積層ゴム支承16に設ける必要がないので、コストや手間を多くかけずに多数の積層ゴム支承16(例えば、上部構造物14を支持する積層ゴム支承16の全て)に対して作用している鉛直荷重fを推定することができる。
ここで、出荷時試験において従来行われている、積層ゴム支承16の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線の求め方について説明する。
まず、積層ゴム支承16に対して行った鉛直載荷試験の測定値に基づいて、図5のグラフに示す、積層ゴム支承16の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線(以下、「荷重−変位曲線38」とする)を求める。
鉛直載荷試験は、図6(a)の正面図に示すように、鉛直荷重が載荷されていない鉛直荷重無負荷状態の積層ゴム支承16に対して油圧ジャッキ30により鉛直荷重Pを載荷し、図6(b)の正面図に示すように、積層ゴム支承16に作用する鉛直荷重Pが100〜200kN程度に達した時点で載荷を停止する。
そして、この状態の積層ゴム支承16の鉛直変位を0として、図6(c)の正面図に示すように、油圧ジャッキ30により鉛直荷重Pを積層ゴム支承16に載荷し、積層ゴム支承16への鉛直荷重Pの載荷に伴う積層ゴム支承16の鉛直変位Tを測定する。積層ゴム支承16の鉛直変位Tは、測定台36の上面から受け部材32の下面までの高さを測定することにより求める。
これにより、図5に示す荷重−変位曲線38を求める。図5のグラフの縦軸には、油圧ジャッキ30により積層ゴム支承16に載荷された鉛直荷重Pの値が示され、横軸には、積層ゴム支承16の鉛直変位Tの値が示されている。
しかし、このようにして求められた荷重−変位曲線38と、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16の鉛直変位d(=H−h)とから間接的に求めた鉛直荷重fは、実際に積層ゴム支承16に作用する鉛直荷重f1よりも大きな値になってしまう。
これは、積層ゴム支承16が、低軸力下において比較的低い鉛直剛性を有することに起因するものであり、積層ゴム支承16には、鉛直荷重無負荷状態から100〜200kN程度の鉛直荷重P0を載荷するまでの間に大きな鉛直変位量δ0が生じるので、100〜200kN程度の鉛直荷重P0を載荷した状態の積層ゴム支承16の鉛直変位を0として求めた荷重−変位曲線38では、実際に積層ゴム支承16に作用する鉛直荷重f1を推定することが難しい。
これに対して、本実施形態の免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法では、鉛直荷重無負荷状態の積層ゴム支承16の鉛直変位を0として求めた荷重−変位曲線24に基づいて、積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重fを間接的に求めることにより、従来の方法で求めた荷重−変位曲線38に基づいて、積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重fを間接的に求めるものよりも、実際に積層ゴム支承16に作用する鉛直荷重を精度よく推定することができる。
以上、本発明の実施形態について説明した。
なお、本実施形態では、図2(a)及び図1に示すように、積層ゴム支承16の高さH、hを、下フランジ20の上面から上フランジ22の下面までの高さとした例を示したが、積層ゴム支承16の高さH、hは、下フランジ20の下面から上フランジ22の上面までの高さ(図1に示す高さL)としてもよい。
また、本実施形態では、図2(a)に示すように、免震支承の高さ測定工程において、鉛直荷重無負荷状態の積層ゴム支承16の高さHを測定した例を示したが、この高さHの測定は、高さHに変化が無ければ、鉛直載荷試験の前に行ってもよいし、後に行ってもよい。鉛直荷重無負荷状態の積層ゴム支承16の高さHの測定は、鉛直載荷試験の前に行うのが好ましい。
さらに、本実施形態では、図1に示すように、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16の高さhを、免震建物10の竣工点検時に測定した例を示したが、積層ゴム支承16の高さhの測定は、竣工点検時以外のタイミングで行ってもよい。すなわち、積層ゴム支承16の免震特性を確認したいときに、積層ゴム支承16の高さhの測定を行えばよい。
また、本実施形態では、図1に示すように、免震支承を積層ゴム支承16とした例を示したが、本実施形態の免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法は、他の構成の免震支承に作用する鉛直荷重を間接的に求めることができる。例えば、免震支承は、弾性すべり支承であってもよい。
さらに、本実施形態では、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重を間接的に求める例を示したが、上部構造物14は、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、CFT造(Concrete-Filled Steel Tube:充填形鋼管コンクリート構造)、それらの混合構造など、さまざまな構造のものであってもよい。
また、本実施形態では、免震支承の高さ測定工程、免震支承の鉛直変位測定工程、免震支承の鉛直変位算出工程、及び免震支承の鉛直荷重推定工程を行うことによって、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重を間接的に求める例を示したが、免震支承の高さ測定工程、免震支承の鉛直変位測定工程、免震支承の鉛直変位算出工程、及び免震支承の鉛直荷重推定工程に加え、鉛直荷重検査工程を行うことによって、免震支承の施工品質管理方法とすることができる。
鉛直荷重検査工程では、図7のグラフに示すように、荷重−変位曲線24と、積層ゴム支承16の鉛直変位dとから間接的に求めた、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重fが、積層ゴム支承16の鉛直荷重許容上限値fmax(例えば、積層ゴム支承16の鉛直荷重設計値f0の+30%の値)と、積層ゴム支承16の鉛直荷重許容下限値fmin(例えば、積層ゴム支承16の鉛直荷重設計値f0の−30%の値)との間に収まっているか検査する。
この免震支承の施工品質管理方法では、鉛直荷重fが、鉛直荷重許容上限値fmaxと鉛直荷重許容下限値fminとの間に収まっているか検査することにより、積層ゴム支承16の施工品質を管理することができる。例えば、鉛直荷重fが、鉛直荷重許容上限値fmaxと鉛直荷重許容下限値fminとの間に収まっていれば、設計で想定した通りに積層ゴム支承16が適切に施工され設置されていると評価することができる。
さらに、本実施形態では、免震支承の高さ測定工程、免震支承の鉛直変位測定工程、免震支承の鉛直変位算出工程、及び免震支承の鉛直荷重推定工程を行うことによって、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16に作用している鉛直荷重を間接的に求める例を示したが、免震支承の高さ測定工程、免震支承の鉛直変位測定工程、及び免震支承の鉛直変位算出工程に加え、鉛直変位検査工程を行うことによって、免震支承の施工品質管理方法とすることができる。
鉛直変位検査工程では、図8のグラフに示すように、積層ゴム支承16の鉛直変位dが、荷重−変位曲線24と鉛直荷重許容上限値fmaxとから設定した積層ゴム支承16の鉛直変位許容上限値dmaxと、荷重−変位曲線24と鉛直荷重許容下限値fminとから設定した積層ゴム支承16の鉛直変位許容下限値dminとの間に収まっているか検査する。
この免震支承の施工品質管理方法では、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16の鉛直変位dが、鉛直変位許容上限値dmaxと鉛直変位許容下限値dminとの間に収まっているか検査することにより、積層ゴム支承16の施工品質を管理することができる。例えば、鉛直変位dが、鉛直変位許容上限値dmaxと鉛直変位許容下限値dminの間に収まっていれば、設計で想定した通りに積層ゴム支承16が適切に施工され設置されていると評価することができる。また、上部構造物14を支持した状態の積層ゴム支承16の鉛直変位dにより積層ゴム支承16の施工品質を管理できるので、現場にて即座に積層ゴム支承16の施工品質を確認することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
14 上部構造物(構造物)
16 積層ゴム支承(免震支承)
24 荷重−変位曲線(免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線)
d 鉛直変位
max 鉛直変位許容上限値
min 鉛直変位許容下限値
f 鉛直荷重
max 鉛直荷重許容上限値
min 鉛直荷重許容下限値
H、h 高さ

Claims (5)

  1. 鉛直荷重無負荷状態の免震支承の高さHを測定する工程と、
    前記免震支承に対して行った鉛直載荷試験によって、鉛直荷重無負荷状態の前記免震支承の鉛直変位を0とした前記免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を求める工程と、
    構造物を支持した状態の前記免震支承の高さhを測定し、前記高さHから前記高さhを引いて前記免震支承の鉛直変位dを算出する工程と、
    前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記鉛直変位dとから、前記構造物を支持した状態の前記免震支承に作用している鉛直荷重を間接的に求める工程と、
    を有する免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法。
  2. 鉛直荷重無負荷状態の免震支承の高さHを測定する工程と、
    前記免震支承に対して行った鉛直載荷試験によって、鉛直荷重無負荷状態の前記免震支承の鉛直変位を0とした前記免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を求める工程と、
    構造物を支持した状態の前記免震支承の高さhを測定し、前記高さHから前記高さhを引いて前記免震支承の鉛直変位dを算出する工程と、
    前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記鉛直変位dとから、前記構造物を支持した状態の前記免震支承に作用している鉛直荷重を間接的に求める工程と、
    前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記鉛直変位dとから間接的に求めた、前記構造物を支持した状態の前記免震支承に作用している鉛直荷重が、前記免震支承の鉛直荷重許容上限値と鉛直荷重許容下限値との間に収まっているか検査する工程と、
    を有する免震支承の施工品質管理方法。
  3. 鉛直荷重無負荷状態の免震支承の高さHを測定する工程と、
    前記免震支承に対して行った鉛直載荷試験によって、鉛直荷重無負荷状態の前記免震支承の鉛直変位を0とした前記免震支承の鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線を求める工程と、
    構造物を支持した状態の前記免震支承の高さhを測定し、前記高さHから前記高さhを引いて前記免震支承の鉛直変位dを算出する工程と、
    前記鉛直変位dが、前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記免震支承の鉛直荷重許容上限値とから設定した前記免震支承の鉛直変位許容上限値と、前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線と前記免震支承の鉛直荷重許容下限値とから設定した前記免震支承の鉛直変位許容下限値との間に収まっているか検査する工程と、
    を有する免震支承の施工品質管理方法。
  4. 測定された前記免震支承の高さHは温度補正を施すことにより基準温度における値に換算され、前記鉛直載荷試験によって求められた前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線の当該鉛直変位は温度補正を施すことにより基準温度における値に換算される請求項1に記載の免震支承に作用する鉛直荷重の推定方法。
  5. 測定された前記免震支承の高さHは温度補正を施すことにより基準温度における値に換算され、前記鉛直載荷試験によって求められた前記鉛直荷重−鉛直変位の関係曲線の当該鉛直変位は温度補正を施すことにより基準温度における値に換算される請求項2又は3に記載の免震支承の施工品質管理方法。
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