JP6842721B2 - 3-axis dynamic tester - Google Patents
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Description
本発明は、大型構造部材の実大動的実験を行うための3軸動的試験機に関するものである。 The present invention relates to a 3-axis dynamic tester for performing a full-scale dynamic experiment of a large structural member.
超高層建築などの巨大な建設物の下層の構造部材は、建設物の自重や地震による水平・鉛直力をうけ、それらが破壊されると建設物が崩壊する恐れがある。
建設物の巨大化とともに、これらの構造部材は大型、高強度になっており、鉛直方向に最大6000トン程の圧縮力や、5000トン程の引張力を想定したものが通常となり、あわせて地震時の水平2方向の力も考慮して採用されている。
しかし、その信頼性を実証するための実大動的実験が可能な3軸動的試験機は世界にも存在しておらず、現在で最も大規模な試験機を有する米国で実験を行うケースが増えている。
特に近年は高減衰ゴム免震支承のデータ捏造事件もあり、既往試験機では不可能な実大実験を日本で行うことができる大容量の試験機に対する要望が高まっている。The lower structural members of huge buildings such as skyscrapers are subject to horizontal and vertical forces due to the weight of the building and earthquakes, and if they are destroyed, the building may collapse.
With the enormous construction, these structural members are becoming larger and stronger, and it is common to assume a maximum compressive force of about 6000 tons and a tensile force of about 5000 tons in the vertical direction. It is adopted in consideration of the force in two horizontal directions at the time.
However, there is no 3-axis dynamic tester in the world that can perform full-scale dynamic experiments to prove its reliability, and the case of conducting experiments in the United States, which currently has the largest tester. Is increasing.
In particular, in recent years, there have been cases of data fabrication of high-damping rubber seismic isolation bearings, and there is an increasing demand for large-capacity testing machines that can carry out full-scale experiments that are not possible with existing testing machines.
米国カリフォルニア大学サンディエゴ校の3軸試験機を図13に示す。
この3軸試験機は、鉛直方向については下方から圧縮力を加えるものである。
このため、次のような問題点がある。
(1)免震支承など、背の低い試験体のみ試験可能である。
(2)鉛直力は圧縮のみであるため、引張試験を行うことができない。
(3)鉛直力はベアリングを介して試験台に加えるが、ベアリングの摩擦力は計測できておらず、実験終了後に試験体なしで加振を行い、それに基づきデータ処理を行う。このため、最終的な実験結果を直接的に得ることはできない。
(4)試験体の水平力の評価誤差が、(3)からは結局不明であり、それを小さくするため、極めて低摩擦と考えられる高価な油膜ベアリングを用いており、その維持費用もかかる。FIG. 13 shows a 3-axis tester at the University of California, San Diego, USA.
This 3-axis tester applies a compressive force from below in the vertical direction.
Therefore, there are the following problems.
(1) Only short specimens such as seismic isolation bearings can be tested.
(2) Since the vertical force is only compression, a tensile test cannot be performed.
(3) The vertical force is applied to the test stand via the bearing, but the frictional force of the bearing cannot be measured, and after the experiment is completed, vibration is performed without the test piece, and data processing is performed based on the vibration. Therefore, the final experimental result cannot be obtained directly.
(4) The evaluation error of the horizontal force of the test piece is not clear from (3) after all, and in order to reduce it, an expensive oil film bearing considered to have extremely low friction is used, and its maintenance cost is also high.
本発明は、上述の従来の3軸試験機の問題を解決し、2方向の水平力の載荷と同時に鉛直方向には、世界の既往最大容量を上回る圧縮力の載荷、および世界初の大容量の引張力の載荷ができ、かつ試験体に対する水平力を直接計測できるという特長ももつ、3軸動的試験機の提供を目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problem of the conventional 3-axis tester, and at the same time as loading horizontal force in two directions, loading compressive force exceeding the world's maximum capacity in the vertical direction, and the world's first large capacity It is an object of the present invention to provide a 3-axis dynamic tester having the feature that the tensile force of the above can be loaded and the horizontal force with respect to the test piece can be directly measured.
上記のような課題を解決するために、本願の第1の発明は、反力床に固定する下反力梁と、前記下反力梁上に水平移動可能に配置するとともに、中央に試験体を固定する可動テーブルと、前記可動テーブルを上部から押える押え格子と、一端を反力壁または前記反力床に固定し、他端を前記押え格子に固定する押え格子リンクと、前記試験体の上端を固定する上反力梁と、一端を前記反力壁に固定し、他端を前記上反力梁に固定する上反力梁リンクと、前記下反力梁と前記押え格子を貫通し、前記上反力梁に固定する貫通ロッドと、を有し、前記貫通ロッドは、前記押え格子の上面より上部に取り付ける上ブロックと、前記下反力梁の下面より下部に取り付ける下ブロックと、前記押え格子と前記上ブロックとの間に固定する上ラムシリンダーと、前記下反力梁と前記下ブロックとの間に固定する下ラムシリンダーと、を有し、前記可動テーブルに、一端を前記反力壁に取り付けた水平アクチュエータを、第一の方向および第一の方向と直交する方向に取り付けることを特徴とする、3軸動的試験機を提供する。
本願の第2発明は、第1発明の3軸動的試験機において、前記試験体と、前記上反力梁との間に柱治具を配置し、前記試験体を、前記柱治具を介して前記上反力梁に固定することを特徴とする、3軸動的試験機を提供する。
本願の第3発明は、第1発明または第2発明の3軸動的試験機において、前記貫通ロッドは前記上反力梁に設けた挿通孔に挿通し、前記挿通孔の上出口と下出口にそれぞれ設ける固定材によって固定し、前記固定材と前記上反力梁との間には球面座金を配置することを特徴とする、3軸動的試験機を提供する。
本願の第4発明は、第1発明乃至第3発明のいずれかの3軸動的試験機において、前記可動テーブルと前記押え格子との間、および前記可動テーブルと前記下反力梁との間に、複数の低摩擦材を配置することを特徴とする、3軸動的試験機を提供する。
本願の第5発明は、第1発明乃至第4発明のいずれかの3軸動的試験機において、前記可動テーブルを水平方向に移動可能な水平加力機構を有し、前記水平加力機構は、前記可動テーブルに取り付ける水平ロッドと、前記反力壁に取り付ける水平ラムシリンダーと、前記水平ロッドと前記水平ラムシリンダーとの間に設ける緩衝器と、を有することを特徴とする、3軸動的試験機を提供する。In order to solve the above-mentioned problems, the first invention of the present application is to arrange a lower reaction force beam fixed to the reaction force floor and horizontally movable on the lower reaction force beam, and a test piece in the center. A movable table for fixing the movable table, a presser beam for pressing the movable table from above, a presser beam link for fixing one end to a reaction force wall or the reaction force floor and the other end for the presser beam, and the test piece. It penetrates the upper reaction force beam that fixes the upper end, the upper reaction force beam link that fixes one end to the reaction force wall and the other end to the upper reaction force beam, and the lower reaction force beam and the holding lattice. The penetrating rod has a penetrating rod fixed to the upper reaction force beam, and the penetrating rod includes an upper block attached above the upper surface of the holding lattice and a lower block attached below the lower surface of the lower reaction force beam. It has an upper ram cylinder fixed between the holding lattice and the upper block, and a lower ram cylinder fixed between the lower reaction beam and the lower block, and one end thereof is attached to the movable table. Provided is a 3-axis dynamic tester characterized in that a horizontal actuator mounted on a reaction force wall is mounted in a first direction and in a direction orthogonal to the first direction.
In the second invention of the present application, in the three-axis dynamic testing machine of the first invention, a pillar jig is arranged between the test body and the upper reaction force beam, and the test body is mounted on the pillar jig. Provided is a 3-axis dynamic tester characterized in that it is fixed to the upper reaction force beam via the beam.
According to the third invention of the present application, in the triaxial dynamic tester of the first invention or the second invention, the through rod is inserted into an insertion hole provided in the upper reaction force beam, and the upper outlet and the lower outlet of the insertion hole are inserted. Provided is a three-axis dynamic testing machine characterized in that a spherical washer is arranged between the fixing material and the upper reaction force beam, which is fixed by a fixing material provided in each of the above.
The fourth invention of the present application is in any of the first to third inventions, the triaxial dynamic tester, between the movable table and the holding lattice, and between the movable table and the lower reaction force beam. Provided is a 3-axis dynamic tester characterized by arranging a plurality of low friction materials.
The fifth invention of the present application has a horizontal force mechanism capable of moving the movable table in the horizontal direction in any of the three-axis dynamic testers of the first invention to the fourth invention. A three-axis dynamic characterized by having a horizontal rod attached to the movable table, a horizontal ram cylinder attached to the reaction force wall, and a shock absorber provided between the horizontal rod and the horizontal ram cylinder. Provide a testing machine.
本発明の3軸動的試験機は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果のうちの少なくとも一つを得ることができる。
(1)可動テーブルを貫通ロッドを介して下反力梁と押え格子とにより挟み込むことにより、可動テーブルが下反力梁から離間して、試験が不安定になることがない。
(2)試験体に対して、圧縮方向のラムシリンダーと、引張方向のラムシリンダーとを別々に用意し、それぞれを同時に用いて試験体への力と(1)の挟み込む力の両方を生じさせることにより、低コストで大容量の3軸動的試験機とすることができる。
(3)柱治具を短くする、または着脱できる構成にすることにより、より背の高い柱や壁などの構造材の実大実験を行うことができ、また、ダンパーなどの横に長い試験体は、可動テーブル上部と反力壁に両端を固定しても実験できる。The 3-axis dynamic tester of the present invention can obtain at least one of the following effects by means for solving the above-mentioned problems.
(1) By sandwiching the movable table between the lower reaction force beam and the holding grid via the through rod, the movable table is separated from the lower reaction force beam and the test is not unstable.
(2) Separately prepare a ram cylinder in the compression direction and a ram cylinder in the tensile direction for the test piece, and use each of them at the same time to generate both a force on the test piece and a pinching force in (1). This makes it possible to obtain a large-capacity 3-axis dynamic tester at low cost.
(3) By shortening the column jig or making it removable, it is possible to carry out full-scale experiments on structural materials such as taller columns and walls, and a horizontally long test piece such as a damper. Can also be tested by fixing both ends to the upper part of the movable table and the reaction force wall.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[1]3軸動的試験機の構成
3軸動的試験機は、下反力梁1、その上に水平移動可能に配置する可動テーブル2、可動テーブル2を上部から押える押え格子3、可動テーブル2上に配置した試験体Pを押える柱治具4、柱治具4上端を固定する上反力梁5および、下反力梁1から押え格子3および上反力梁5を貫通する貫通ロッド6を組み合わせてなる(図1)。
可動テーブル2には、一端を反力壁Wに取り付けた水平アクチュエータ7を2軸方向に取り付ける。
貫通ロッド6には、下反力梁1の下面に下ラムシリンダー81、押え格子3の上面に上ラムシリンダー82をそれぞれ取り付ける。
また、可動テーブル2には、一端を反力壁Wに取り付けた水平加力機構9を単軸方向に取り付ける。[1] Configuration of 3-axis dynamic tester The 3-axis dynamic tester has a lower
A
The
Further, a
<1>下反力梁
下反力梁1は内部をリブで補強した角型断面をもつ梁の集合であり、反力床Fに固定する(図2)。
下反力梁1の4隅には、貫通ロッド6を貫通するロッド挿通溝12を設ける。<1> Lower reaction force beam The lower
<2>可動テーブル
可動テーブル2は、下低摩擦材11を介して下反力梁1上に載置する。
下低摩擦材11は、中央に配置する中央下低摩擦材11aと、外周に配置する外下低摩擦材11bからなる。
中央に配置する中央下低摩擦材11aは、可動テーブル2の下面から突設するテーブル足21の下端に取り付ける。外周に配置する外下低摩擦材11bは、下反力梁1の上面から突設するテーブル受け台13の上端に取り付ける。
可動テーブル2は、水平アクチュエータ7により2軸方向に水平移動する。
例えば水平アクチュエータ7は、1基あたり動的載荷時荷重450トン、変位±1m、静的載荷時荷重600トン、変位±1.4mであり、水平方向のうちの第一の方向(X方向)に2基、それと直交する第二の方向(Y方向)に1基取り付ける。
可動テーブル2はX方向、Y方向それぞれに独立して最大で±1.4m移動するため、下反力梁1のロッド挿通溝12は、貫通ロッド6が可動テーブル2と接触しない位置に設け、また、可動テーブル2の4隅を欠く等、移動しても貫通ロッド6に接触しない形状とする。
可動テーブル2の中央には、可動テーブル2に作用する力を広く分散するための支圧板22を上面および下面に配置する。可動テーブル2と支圧板22にはそれぞれ対応する孔23、221を複数形成してあり、孔23、221を貫通するボルト222にナット223を螺合して一体とする(図3、4)。
そして、可動テーブル2上面の支圧板22上に試験体Pを固定する。試験体Pの種類によっては、台座24を介して支圧板22上に固定してもよい。
試験体Pや台座24にも可動テーブル2の孔23と支圧板22の孔221に対応する孔を設ければ、ボルト222およびナット223で可動テーブル2に固定することができる。<2> Movable table The movable table 2 is placed on the lower
The lower low friction material 11 is composed of a central lower
The lower center
The movable table 2 is horizontally moved in the biaxial direction by the
For example, each
Since the movable table 2 moves independently in the X direction and the Y direction by a maximum of ± 1.4 m, the
At the center of the movable table 2,
Then, the test body P is fixed on the
If the test body P and the
<3>押え格子
押え格子3は、下面に上低摩擦材31を取り付けて、可動テーブル2上に載置する。
押え格子3は、平面視正方形状であり、中央に試験体Pの移動範囲に合わせて切り欠き32を設ける。
押え格子3は、一端を反力壁Wまたは反力床Fに取り付けた押え格子リンク33をX方向とY方向に取り付けて拘束する。押え格子リンク33にはロードセルを取り付ける。
押え格子3の4隅付近には、下反力梁1のロッド挿通溝12に対応する位置に、ロッド挿通孔34を設ける。<3> Presser grid The
The
The
Rod insertion holes 34 are provided near the four corners of the
<4>柱治具
柱治具4は下端を可動テーブル2上面の支圧板22上に固定した試験体Pを取り付けて、上方から押える部材である。
柱治具4の上端は上反力梁5に固定する。
柱治具4は上反力梁5から取り外すこともできる。
たとえば柱や壁などの背の高い構造材を試験体Pとして実大実験を行う際には、柱治具4を取り外して、試験体Pの上端を上反力梁5に固定し(図5)、あるいは横に長い試験体は可動テーブル2の上部と反力壁Wとに両端を固定して実験を行うこともできる。<4> Pillar Jig The pillar jig 4 is a member to which a test body P having its lower end fixed on a
The upper end of the column jig 4 is fixed to the upper
The column jig 4 can also be removed from the upper
For example, when conducting a full-scale experiment using a tall structural material such as a column or a wall as a test body P, the column jig 4 is removed and the upper end of the test body P is fixed to the upper reaction force beam 5 (FIG. 5). ) Or, a horizontally long test piece can be tested by fixing both ends to the upper part of the movable table 2 and the reaction force wall W.
<5>上反力梁
上反力梁5は、内部をリブで補強した角型断面をもつ梁の集合である。
上反力梁5は、一端を反力壁Wに取り付けた上反力梁リンク51をX方向とY方向に取り付けて、水平方向の移動を拘束する。上反力梁リンク51にはロードセルを取り付ける。
上反力梁5の4隅付近には、下反力梁1のロッド挿通溝12の貫通ロッド6の配置位置に対応するロッド挿通孔52を設ける。
上反力梁5の中央には、可動テーブル2と同様に支圧板53を上面および下面に、可動テーブル2の支圧板22と同様の方法で取り付ける。試験体Pや柱治具4は、下面の支圧板53を介して上反力梁5に固定する。<5> Upper reaction force beam The upper
The upper
Rod insertion holes 52 corresponding to the arrangement positions of the through
A bearing
<6>貫通ロッド
貫通ロッド6は下反力梁1のロッド挿通溝12、押え格子3のロッド挿通孔34および上反力梁5のロッド挿通孔52を挿通する。
上反力梁5に挿通した貫通ロッド6は、上下に固定材61を取り付けて固定する。
固定材61はシュリンクディスクが好適であるが、貫通ロッド6をねじ状としてナットを用いてもよい。
貫通ロッド6にはロードセルを取り付ける。<6> Through rod The through
The penetrating
A shrink disc is preferable as the fixing
A load cell is attached to the penetrating
<6.1>球面座金
上反力梁5に挿通した貫通ロッド6のロッド挿通孔52の下側と上側には、球面座金611を固定材61との間に挟みこむ。
上反力梁5と球面座金611の間の力の伝達は全て接触圧力となり、簡素な形状で高い剛性の接合部を形成することができる。
また、球面座金611により、貫通ロッド6の曲げとせん断による水平力の発生を防ぎ、これにより貫通ロッド6から上反力梁5に伝達する水平力は無視できるものとなる。<6.1> Spherical washer A
All the transmission of the force between the upper
Further, the
<6.2>下ラムシリンダー
下反力梁1の下面から突出する貫通ロッド6には下ブロック62を挿通し、固定材61によって支持する。
そして、下反力梁1と下ブロック62との間に、下ラムシリンダー81を配置する。
例えば下ラムシリンダー81は単動で1基あたり荷重1500トン、変位±0.6mであり、各貫通ロッド6に対して2基ずつ取り付け、2基の力を等しく設定する。<6.2> Lower ram cylinder A
Then, the
For example, the
<6.3>上ラムシリンダー
押え格子3の上面から突出する貫通ロッド6には上ブロック63を挿通し、固定材61によって上方への移動を拘束する。
そして、押え格子3と上ブロック63との間に、上ラムシリンダー82を配置する。
下ブロック62と上ブロック63により、可動テーブル2が下反力梁1と押え格子3とで上下を挟み込んで締め付けられ、可動テーブル2が下低摩擦材11から離間して可動テーブル2が不安定となることがない。
例えば上ラムシリンダー82は単動で1基あたり荷重750トン、変位±0.6mであり、各貫通ロッド6に対して2基ずつ取り付け、2基の力を等しく設定する。<6.3> The
Then, the
The movable table 2 is fastened by sandwiching the upper and lower sides between the lower
For example, the
<7>水平加力機構
可動テーブル2には、水平アクチュエータ7の他に、一端を反力壁Wに取り付けた水平加力機構9を、水平方向のうちのX方向に取り付ける(図6)。
水平加力機構9は、可動テーブル2に取り付ける水平ロッド91と、一端を反力壁Wに取り付ける水平ラムシリンダー92と、水平ロッド91と水平ラムシリンダー92との間に配置する緩衝器93と、からなる。
水平ラムシリンダー92は、1基あたり荷重1000トンであり、X方向の最大載荷力は静的載荷時には水平アクチュエータ7(2基)で1200トン、水平ラムシリンダー92(2基)で2000トン、合計3200トンとなる。
水平加力機構9は、可動テーブル2の左右に対称に2基取り付ける。<7> Horizontal force mechanism In addition to the
The
The
Two
[2]3軸動的試験機による試験
<1>せん断試験
試験体Pは上部を柱治具4に固定し、下部を可動テーブル2上面の支圧板22上に固定する。
試験体Pの背が高い場合には、柱治具4を取り外して試験体Pの下部を可動テーブル上面の支圧板22に固定し、上部を上反力梁5下面の支圧板53に固定する。
そして、水平アクチュエータ7を起動して、動的載荷を付与する。上述の水平アクチュエータ7の組み合わせでは、例えばX方向に900トン、Y方向に450トンの動的載荷を付与することができる。
X方向、Y方向それぞれの水平アクチュエータ7により可動テーブル2を水平移動し、試験体Pをせん断変形させる。
そして、上反力梁リンク51のロードセルにより試験体Pに作用するX方向、Y方向のせん断力を計測することができる。上反力梁リンク51は上反力梁5に連結されているため、計測されるせん断力には、可動テーブル2等の慣性力や上低摩擦材31と下低摩擦材11の摩擦力が含まれていないため、試験体Pに作用する力を明確に把握することができる。
また、上低摩擦材31の摩擦力は押え格子リンク33のロードセルにより計測することができる。下低摩擦材11の摩擦力は、水平アクチュエータ7、押え格子リンク33、および上反力梁リンク51に設置したロードセルにより計測された水平力と、可動テーブル2等の慣性力を用いた釣り合い式から求められる。可動テーブル2等の慣性力を求めるために、可動テーブル2等には加速度計を設置する。
なお、ダンパーなどの横長の試験体Pでは、可動テーブル2の上部に治具を介して試験体Pの一方の端部を繋ぎ、他方の端部は反力壁Wに固定する。このときの試験体Pに作用する力は、試験体Pに直列に繋いだロードセルから求める。[2] Test by 3-axis dynamic tester <1> Shear test The upper part of the test piece P is fixed to the column jig 4, and the lower part is fixed on the bearing
When the test body P is tall, the column jig 4 is removed and the lower part of the test body P is fixed to the bearing
Then, the
The movable table 2 is horizontally moved by the
Then, the shear force in the X direction and the Y direction acting on the test piece P can be measured by the load cell of the upper reaction
Further, the frictional force of the upper and
In a horizontally long test body P such as a damper, one end of the test body P is connected to the upper part of the movable table 2 via a jig, and the other end is fixed to the reaction force wall W. The force acting on the test body P at this time is obtained from the load cell connected in series with the test body P.
<2>引張・圧縮試験
下反力梁1下部の下ラムシリンダー81を伸長すると、下ラムシリンダー81により下ブロック62および貫通ロッド6が下方に押し下げられて貫通ロッド6を引張し、そして貫通ロッド6、上反力梁5、柱治具4を介して、試験体Pに圧縮力が作用する(図7)。
また、押え格子3上部の上ラムシリンダー82を伸長すると、上ラムシリンダー82により上ブロック63および貫通ロッド6が上方に押し上げられて貫通ロッド6を圧縮し、貫通ロッド6、上反力梁5、柱治具4を介して、試験体Pに引張力が作用する(図8)。
試験体Pに作用する圧縮力・引張力は、貫通ロッド6のロードセルにより計測する。また、ラムシリンダー内部の圧力計によっても計測可能である。
下ラムシリンダー81と上ラムシリンダー82の作用を重ね合わせることにより、上ブロック63から上反力梁5までの貫通ロッド6上部区間には、様々な大きさの圧縮力または引張力を作用させることができ、その反力が試験体Pへの鉛直力として作用し、試験体Pの引張・圧縮試験を行うことができる。
このとき、下ブロック62から上ブロック63までの間の貫通ロッド6下部区間に作用する引張力により、押え格子3と可動テーブル2を共に下反力梁1に押し付けることで、試験体Pへの水平力から生じる転倒モーメントによる可動テーブル2の接触面における離間や浮き上がりによるロッキング回転を防ぐことができる。<2> Tensile / compression test When the
Further, when the
The compressive force and tensile force acting on the test body P are measured by the load cell of the penetrating
By superimposing the actions of the
At this time, the
<3>ラムシリンダーによる試験
このように、柱治具4を介して試験体Pを取り付けた上反力梁5に固定した貫通ロッド6を上下動させるための機能を、下方向は下ラムシリンダー81、上方向は上ラムシリンダー82に分散することにより、貫通ロッド6を単体で上下動させる押し引き両用のアクチュエータより油圧機構の単純な単動ラムシリンダーを用いることができ、安価で、高出力の加力装置が製造可能となる。
特に、押し引き両用のアクチュエータは長く太い形状で、その両端の接合部も複雑で大きくなるため収まり難く、かつ1500トンの容量のものは実績がないか、非常に高価かのどちらかで、非現実的である。さらに、押し引き両用のアクチュエータの両端の接合部の剛性は引張りで低めになり、単動ラムシリンダーが常に接触圧力で力を伝達し、簡素な形状で高い剛性の接合部を形成しているのとは対照的である。
また、上下のラムシリンダー81、82のみで、試験体Pの圧縮・引張と同時に、押え格子3、可動テーブル2、下反力梁1を押さえつけて一体にできるため、押し引き両用のアクチュエータの場合のように別の機構を必要とすることなく、大容量で安価な3軸動的試験機とすることができる。
ラムシリンダーに回転の自由度があるため、その接地面の傾きにも貫通ロッド6を曲げずに追従できるため球面座金を必要としないが、それが不可能な製品の場合は、下ブロック62や上ブロック63と固定材61との間に球面座金を配置するものとする。
また、大容量の3軸動的試験機とすることにより、大型構造部材の実大動的実験が可能となる。<3> Test using a ram cylinder In this way, the function for moving the through
In particular, push-pull actuators have a long and thick shape, and the joints at both ends are complicated and large, making it difficult to fit, and those with a capacity of 1500 tons are either unproven or very expensive, and are not. It's realistic. In addition, the rigidity of the joints at both ends of the push-pull actuator is reduced by tension, and the single-acting ram cylinder always transmits force by contact pressure, forming a high-rigidity joint with a simple shape. In contrast to.
Further, since the
Since the ram cylinder has a degree of freedom of rotation, it can follow the inclination of the ground contact surface without bending the penetrating
In addition, a large-capacity 3-axis dynamic tester enables full-scale dynamic experiments on large structural members.
<4>鉛直方向と水平方向の組み合わせ
図9は、圧縮力Nとせん断力Qを試験体Pに載荷する場合のラムシリンダーの制御例2つを示す。
例1では、8基の下ラムシリンダー81の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をN+NCとし、同時に8基の上ラムシリンダー82の圧縮力をそれぞれNC/8とする。Nは一定か可変の圧縮力であり、NCは、8基による一定の挟み込み力である。このとき、水平アクチュエータ7により、せん断力Qと転倒モーメント、ひいては貫通ロッド6上部区間の左側と右側に圧縮、引張の力が生じ、下ラムシリンダー81の4基分の荷重値が、左側と右側それぞれで(N+NC)/2 - NQと(N+NC)/2 + NQになる。NQはQによる軸力変動量である。以上では、下ラムシリンダー81が、貫通ロッド6、上ブロック63、上反力梁5を試験体Pの伸び縮みに追従して上下動させ、一方で上ラムシリンダー82は、それぞれNC/8の力を作用するのみで、変位は拘束されないため、この動きに追従する。ラムシリンダーの接触面からの離間の可能性が最も大きいのは図9の左の下ラムシリンダー81であり、これを防ぐためNCを2NQ - Nより大きく設定する。NQは、予め予想したQの最大値から評価できる。
図9の例2は、上記と対比して8基の下ラムシリンダー81の圧縮力をそれぞれ(N+NC)/8とするが変位を拘束せず、8基の上ラムシリンダー82の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をNCとするものである。この場合、上ラムシリンダー82の4基分の荷重値が、左側と右側それぞれでNC/2 + NQとNC/2 - NQ になる。離間の可能性が最も大きいのは図9の右の上ラムシリンダー82であり、これを防ぐためNCを2NQより大きく設定する。また、図9の右の下ラムシリンダー81に示すように、例2ではNQの負担分が要らないため、下ラムシリンダー81の容量を最大限に利用したい場合に有効であるが、上ラムシリンダー82が押え格子3、可動テーブル2、下反力梁1の上にあることから、変位制御の精度に注意する必要がある。<4> Combination of vertical direction and horizontal direction FIG. 9 shows two control examples of the ram cylinder when the compressive force N and the shearing force Q are loaded on the test piece P.
In Example 1, while uniformly maintaining the elongation of the
Example 2 of FIG. 9, respectively compression forces
図10は、図9のNを引張力とした場合である。例1では、8基の上ラムシリンダー82の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をN+NCとし、同時に8基の下ラムシリンダー81の圧縮力をそれぞれNC/8とする。図9と同様な理由で、上ラムシリンダー82の4基分の荷重値が、左側と右側それぞれで(N+NC)/2 + NQと(N - NC)/2 - NQになる。以上では、上ラムシリンダー82が、貫通ロッド6、上ブロック63、上反力梁5を試験体の伸び縮みに追従して上下動させ、一方で下ラムシリンダー81は、それぞれNC/8の力を作用しながら、この動きに追従する。離間の可能性が最も大きい図10の右の上ラムシリンダー82を考慮し、NCを2NQ - Nより大きく設定する。
図10の例2は、上記と対比して8基の上ラムシリンダー82の圧縮力をそれぞれ(N+NC)/8とするが変位を拘束せず、8基の下ラムシリンダー81の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をNCとするものである。この場合、下ラムシリンダー81の4基分の荷重値が、左側と右側それぞれでNC/2 - NQとNC/2 + NQ になる。離間の可能性が最も大きい図10の左の下ラムシリンダー81を考慮し、NCを2NQより大きく設定する。FIG. 10 shows a case where N in FIG. 9 is a tensile force. In Example 1, while uniformly maintaining the elongation of the
Example 2 of FIG. 10, the elongation of the respective compressive forces on the
以上は、上反力梁5を水平に保ちながら上下動させる制御を述べたが、各ラムシリンダーの伸びの調整により、上反力梁5に回転を付与する制御も可能である。また、このように、荷重制御されるラムシリンダーが変位を拘束されない点、複数のラムシリンダーの相対的な変位量と荷重総和の同時制御が可能な点を組合せ、様々な載荷が可能である。
In the above, the control of moving the upper
<5>押え格子リンクおよび上反力梁リンク
剛性の高い押え格子リンク33と上反力梁リンク51によって、押え格子3と上反力梁5の水平移動を防ぐため、貫通ロッド6の傾きが小さく、貫通ロッド6の軸方向力の水平成分の、水平アクチュエータ7から試験体Pにかかる水平力に及ぼす影響は無視でき、水平力の載荷および計測の精度を高くすることができる。<5> Presser grid link and superior reaction beam link In order to prevent the
<6>低摩擦材
可動テーブル2の上下にはそれぞれ上摩擦材31、下低摩擦材11を配置して摩擦力を小さく保ち、押え格子リンク33により押え格子3の水平方向の変形や移動を拘束することで、貫通ロッド6に伝達する水平力は無視できるものとなり、水平アクチュエータ7、押え格子リンク33、および上反力梁リンク51それぞれに取り付けたロードセルにより計測された水平力と、可動テーブル2等の加速度から算出された慣性力とを用いた釣り合い式により、可動テーブル2の水平滑動時の上面と下面それぞれに生じる摩擦力が精度良く算定できるため、それらを上下摩擦材11、31の維持管理面での判断や、摩擦力による周辺部材への影響の評価に用いることができ、高価な油膜ベアリングなどを使用する必要がない。<6> Low-friction material The
<7>水平方向大変形破壊試験
本発明の3軸動的試験機は水平加力機構9を有しており、水平方向の大変形破壊試験を行うことができる。
水平方向大変形破壊試験は、可動テーブル2を水平加力機構9によりX方向に押すことにより試験体Pを破壊するものである。試験体Pを破壊するために必要な変形量が大きい場合には、可動テーブル2を予めX方向の水平加力機構9側に寄せた状態で試験体Pを配置する(図11)。
そして、水平アクチュエータ7とともに水平ラムシリンダー92を伸長して可動テーブル2をX方向に水平移動し(図12)、試験体Pをせん断変形させて破壊する。柱治具4には大きな力が作用するため、斜材等を追加して補強してもよい。
この間に試験体Pに作用するせん断力は、上述のせん断試験と同様に、上反力梁リンク51のロードセルにより計測する。
水平ロッド91と水平ラムシリンダー92との間には緩衝器93を設け、試験体P破壊時に、試験体Pに作用していた水平ラムシリンダー92の力が可動テーブル2に作用して、可動テーブル2が吹き飛んでしまうことを防ぐ。<7> Large Deformation Fracture Test in the Horizontal Direction The 3-axis dynamic tester of the present invention has a
In the horizontal large deformation fracture test, the test piece P is destroyed by pushing the movable table 2 in the X direction by the
Then, the
The shear force acting on the test body P during this period is measured by the load cell of the upper reaction
A
1 下反力梁
11 下低摩擦材
12 ロッド挿通溝
13 テーブル受け台
2 可動テーブル
21 テーブル足
22 支圧板
221 孔
222 ボルト
223 ナット
23 孔
24 台座
3 押え格子
31 上低摩擦材
32 切り欠き
33 押え格子リンク
34 ロッド挿通孔
4 柱治具
5 上反力梁
51 上反力梁リンク
52 ロッド挿通孔
53 支圧板
6 貫通ロッド
61 固定材
611 球面座金
62 下ブロック
63 上ブロック
7 水平アクチュエータ
81 下ラムシリンダー
82 上ラムシリンダー
9 水平加力機構
91 水平ロッド
92 水平ラムシリンダー
93 緩衝器
P 試験体
1 Lower reaction beam 11 Lower
Claims (5)
前記下反力梁上に水平移動可能に配置するとともに、中央に試験体を固定する可動テーブルと、
前記可動テーブルを上部から押える押え格子と、
一端を反力壁または前記反力床に固定し、他端を前記押え格子に固定する押え格子リンクと、
前記試験体の上端を固定する上反力梁と、
一端を前記反力壁に固定し、他端を前記上反力梁に固定する上反力梁リンクと、
前記下反力梁と前記押え格子を貫通し、前記上反力梁に固定する貫通ロッドと、を有し、
前記貫通ロッドは、前記押え格子の上面より上部に取り付ける上ブロックと、前記下反力梁の下面より下部に取り付ける下ブロックと、前記押え格子と前記上ブロックとの間に固定する上ラムシリンダーと、前記下反力梁と前記下ブロックとの間に固定する下ラムシリンダーと、を有し、
前記可動テーブルに、一端を前記反力壁に取り付けた水平アクチュエータを、第一の方向および第一の方向と直交する方向に取り付けることを特徴とする、3軸動的試験機。The lower reaction force beam fixed to the reaction force floor and
A movable table that is horizontally movable on the lower reaction force beam and that fixes the test piece in the center,
A presser grid that presses the movable table from above,
A presser grid link that fixes one end to the reaction wall or the reaction floor and the other end to the presser grid.
An upper reaction force beam that fixes the upper end of the test piece,
An upper reaction beam link that fixes one end to the reaction force wall and the other end to the upper reaction force beam,
It has a lower reaction force beam and a through rod that penetrates the holding lattice and is fixed to the upper reaction force beam.
The penetrating rod includes an upper block attached above the upper surface of the holding grid, a lower block attached below the lower surface of the lower reaction force beam, and an upper ram cylinder fixed between the holding grid and the upper block. , A lower ram cylinder fixed between the lower reaction force beam and the lower block.
A three-axis dynamic testing machine characterized in that a horizontal actuator having one end attached to the reaction force wall is attached to the movable table in a first direction and in a direction orthogonal to the first direction.
前記試験体と、前記上反力梁との間に柱治具を配置し、
前記試験体を、前記柱治具を介して前記上反力梁に固定することを特徴とする、3軸動的試験機。In the 3-axis dynamic testing machine according to claim 1,
A column jig is placed between the test piece and the upper reaction force beam,
A three-axis dynamic testing machine characterized in that the test piece is fixed to the upper reaction force beam via the pillar jig.
前記貫通ロッドは前記上反力梁に設けた挿通孔に挿通し、前記挿通孔の上出口と下出口にそれぞれ設ける固定材によって固定し、
前記固定材と前記上反力梁との間には球面座金を配置することを特徴とする、3軸動的試験機。In the 3-axis dynamic testing machine according to claim 1 or 2.
The through rod is inserted into an insertion hole provided in the upper reaction force beam, and fixed by fixing materials provided at the upper outlet and the lower outlet of the insertion hole, respectively.
A 3-axis dynamic testing machine characterized in that a spherical washer is arranged between the fixing material and the upper reaction force beam.
前記可動テーブルと前記押え格子との間、および前記可動テーブルと前記下反力梁との間に、複数の低摩擦材を配置することを特徴とする、3軸動的試験機。In the 3-axis dynamic testing machine according to any one of claims 1 to 3.
A three-axis dynamic testing machine characterized in that a plurality of low friction materials are arranged between the movable table and the holding grid, and between the movable table and the lower reaction force beam.
前記可動テーブルを水平方向に移動可能な水平加力機構を有し、
前記水平加力機構は、
前記可動テーブルに取り付ける水平ロッドと、
前記反力壁に取り付ける水平ラムシリンダーと、
前記水平ロッドと前記水平ラムシリンダーとの間に設ける緩衝器と、を有することを特徴とする、3軸動的試験機。
In the 3-axis dynamic testing machine according to any one of claims 1 to 4.
It has a horizontal force mechanism that can move the movable table in the horizontal direction.
The horizontal force mechanism is
A horizontal rod attached to the movable table and
A horizontal ram cylinder attached to the reaction wall and
A 3-axis dynamic tester comprising: a shock absorber provided between the horizontal rod and the horizontal ram cylinder.
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