JPH0572086A - 破壊靱性試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 岩石やコンクリートの強度および靱性の評価
等に使用される破壊靱性試験装置において、試験片の取
り付けを容易とし、しかも信頼性および精度の高い測定
を可能とする。 【構成】 油圧ピストン１０を収縮させ、突起１９と凹
部２０とを離間させ、上下各フック７Ａ，７Ｂの鈎状部
分がともにエンドプレート４間の隙間Ｂに挿入した後、
ナット２２を緩め上部フック７Ａを徐々に持ち上げ、前
記鈎状部分がエンドプレート４のスリット部２側の側面
にそれぞれ密接する位置でナット２２を締め付けて上部
フック７Ａをヘッドプレート２１に固定して試験片１を
取り付け、更に、油圧ピストン１０を伸長してガイドポ
スト１７を上昇させ、上部フック７Ａと下部フック７Ｂ
間を上下方向に離間させるとともに、その際の荷重およ
び変位を計測する。また、荷重測定器のゼロ点補正は、
試験片１の取り付け後、油圧ピストン１０を伸長させて
突起１９と係合部２０とが係合した時点で行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地熱坑や石油掘削用の
坑井における水圧破砕性評価、岩石の応力破砕性および
掘削破砕性評価、ならびにコンクリートの強度および靱
性の評価等に使用される破壊靱性試験装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】岩石等の破壊靱性を試験するための方法
としては、従来よりショートロッド法と呼称される方法
が知られている。ショートロッド法における破壊靱性試
験装置について、図３ないし図６とともに説明する。

【０００３】図３ないし図５は、破壊靱性試験に使用さ
れる試験片１を示すものである。試験片１は円柱状に成
形され、その軸線を含む面にはスリット部２が形成され
ている。そして、スリット部２は、試験片１の一端面よ
り所定の距離Ａ離れた位置に頂点を有し、この頂点にお
ける夾角θが５４．６°である三角形を残すような断面
形状に成形されている。

【０００４】一方、試験片１の前記一端面におけるスリ
ット部２の両側には、平板長方形状をなし、その長手方
向側面から中央に向けてコの字状の切り欠き３が設けら
れたエンドプレート４が、前記長手方向がスリット部２
に平行かつ切り欠き３をスリット部２側に向け、しかも
両エンドプレート４間にスリット部２を挟んで所定幅の
隙間Ｂが形成されるようそれぞれ接着固定されている。

【０００５】図６は、ショートロッド法における、万能
試験機を利用した破壊靱性試験装置および当該試験装置
への試験片１の取り付け状況を示すものである。万能試
験機のクロスヘッド（図示せず）には上部チャック５Ａ
を介して上部ロッド６Ａが釣り下げられ、また、上部ロ
ッド６Ａの下端には、先端が鈎状となった上部フック７
Ａが下向きに固定されている。一方、万能試験機の油圧
ピストン（図示せず）には下部チャック５Ｂを介して下
部ロッド６Ｂが固定され、また、下部ロッド６Ｂの上端
には上部フック７Ａと同一の形状をなす下部フック７Ｂ
が固定されている。

【０００６】上記試験装置に試験片１を取り付けるに
は、まず、上部チャック５Ａを緩め、上部フック７Ａお
よび下部フック７Ｂの前記鈎状部分がともにエンドプレ
ート４間の隙間Ｂに挿入可能となるまで上部ロッド６Ａ
を一旦下降させ、上下各フック７Ａ，７Ｂの前記鈎状部
分をともに前記隙間Ｂに挿入する。ついで、上部ロッド
６Ａを徐々に持ち上げ、前記鈎状部分がエンドプレート
４のスリット部２側の側面にそれぞれ密接し、しかも試
験片１に荷重がかからない位置で上部チャック５Ａを締
め付け、上部ロッド６Ａを上部チャック５Ａに固定す
る。その結果、上部フック７Ａおよび下部フック７Ｂに
より試験片１が上記試験装置に確実に保持される。

【０００７】更に、上記試験装置への試験片１の取り付
けとともに、切り欠き３内に変位測定用のナイフエッジ
８を配置する。ここで、ナイフエッジ８の後端は変位測
定器（図示せず）に接続されている。

【０００８】ショートロッド法における試験片１の破壊
靱性試験は、図６に示す状態から、前記油圧ピストンを
下降させて、上部フック７Ａと下部フック７Ｂ間を上下
に離間させる方向に載荷し、その荷重を前記油圧ピスト
ンに設けられた荷重測定手段により測定するとともに、
ナイフエッジ８間の相対的な離間距離を前記変位測定器
により測定して行われる。また、破壊靱性値は、上記操
作による試験片１への載荷、除荷を繰り返し、その結果
得られた荷重〜歪み曲線から計算によって求められる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の破壊靱性試験装置においては、上部チャック５Ａを
緩め、上下各フック７Ａ，７Ｂの前記鈎状部分をともに
前記隙間Ｂに挿入した後、前記鈎状部分がエンドプレー
ト４のスリット部２側の側面にそれぞれ密接するまで上
部ロッド６Ａを直接持ち上げ、試験装置への試験片１の
取り付けを行っていた。そのため、取り付け作業中上部
ロッド６Ａおよび上部フック７Ａが不安定となり、試験
片１が取り付けにくいばかりではなく、取り付け作業
後、上部フック７Ａの軸線と下部フック７Ｂおよび前記
油圧ピストンの軸線とが必ずしも一致せず、その結果、
破壊靱性値の測定精度が低下する場合があった。

【００１０】また、上記試験装置への試験片１の取り付
け後は、前記荷重測定手段のゼロ点補正を行うことが不
可能となるため、試験片１の取り付けに伴う前記ゼロ点
の変化が未修正のまま計測が行われ、その結果、破壊靱
性値の測定精度が低下するという問題があった。

【００１１】更に、上記従来の試験装置においては、装
置の構造上、万能試験機もしくは引っ張り試験機のいず
れかを利用しなければならず、圧縮試験機の利用は不可
能であった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記事情に鑑
みてなされたもので、基台と、この基台を軸方向摺動可
能に貫通した複数の互いに平行なガイドロッドと、これ
らガイドロッドの各端部間に掛け渡して固定されたヘッ
ドプレートおよびボトムプレートと、

【００１３】前記ボトムプレートをピストンの先端で押
圧し、前記ヘッドプレートを基台から離間する方向へ駆
動する駆動器と、

【００１４】前記ヘッドプレートおよび前記基台のそれ
ぞれに連結され、一端面にスリットが形成された試験片
の、前記スリットを挟む両端部にそれぞれ固定しうる一
対のフックと、

【００１５】前記駆動器によるプレート駆動荷重を測定
する荷重測定器と、当該荷重に伴う前記両端部間の変位
を測定する変位測定器とを具備し、

【００１６】前記ピストンの先端および前記ボトムプレ
ートのピストン当接箇所には、互いに着脱可能に係合す
る係合部がそれぞれ形成されてなる破壊靱性試験装置で
ある。

【００１７】

【作用】本発明においては、前記フックが前記ヘッドプ
レートおよび前記基台に常時安定した状態で連結されて
いるので、試験片の取り付けが容易である。更に、前記
フックの軸線と前記駆動器の軸線とが常に一致している
ので、試験片の正確な位置設定が可能となり、測定精度
が向上する。

【００１８】また、前記試験装置への試験片の取り付け
後、前記荷重測定器のゼロ点補正を行うため、前記ゼロ
点補正を正確に行うことが可能である。

【００１９】

【実施例】以下、図１ないし図２に基づき、本発明の実
施例について、更に詳しく説明する。なお、図３ないし
図６と共通する部分については同一の符号を記してその
説明を省略する。

【００２０】図１および図２は、本発明の破壊靱性試験
装置に試験片１を取り付けた状態を示すものである。図
１において、符号９は圧縮試験機のフレームで、その中
央に設けられた開口部から上下に伸縮可能な油圧ピスト
ン１０が突出している。また、油圧ピストンの１０上端
には荷重測定用のロードセル１１が設置され、ロードセ
ル１１は荷重測定器（図示せず）に接続されている。

【００２１】一方、フレーム９上には４箇所のネジ穴が
形成され、各ネジ穴には円柱状のサポートポスト１２が
ねじ込まれ、ナット１３でフレーム９に固定されてい
る。そして、サポートポスト１２の上部には平板状のサ
ポートプレート１４が、その上面が油圧ピストン１０の
軸線に対して垂直となるよう上下からナット１３で固定
されている。更に、サポートプレート１４には前記軸線
を挟んで点対称に２箇所の貫通孔１５が形成され、貫通
孔１５には環状のガイドブッシュ１６がはめ込まれ、そ
こに、円柱状のガイドポスト１７が上下動可能に挿通さ
れている。

【００２２】ここで、ガイドポスト１７の下端はそれぞ
れナット１３でボトムプレート１８に固定され、ボトム
プレート１８の下面には、ロードセル１１の上端に形成
された突起１９と係合する係合部２０が形成されてい
る。また、ガイドポスト１７の上端はそれぞれナット１
３でヘッドプレート２１に固定され、ヘッドプレート２
１の下面には、上部フック７Ａがナット２２で下向きに
固定され、更に、サポートプレート１４上には、上部フ
ック７Ａと対応する下部フック７Ｂがナット１３で上向
きに固定されている。この場合、図１および図２に示す
ように、ロードセル１１、係合部２０、上下各フック７
Ａ，７Ｂはいずれも油圧ピストン１０の軸線上に位置す
るものとし、また、ガイドポスト１７の移動方向は、前
記軸線と平行となっている。

【００２３】なお、試験片１としては、図３ないし図５
に示すような、上記従来の破壊靱性試験に用いられてい
たものと同様のものが用いられ、そのエンドプレート４
に形成された切り欠き３内にはナイフエッジ８が配置さ
れている。そして、ナイフエッジ８の後端は変位測定器
（図示せず）に接続されている。

【００２４】上記試験装置に試験片１を取り付けるに
は、まず、油圧ピストン１０を収縮させ、上部フック７
Ａおよび下部フック７Ｂの先端が接触した時点でガイド
ポスト１７の下降を停止させ、この状態で更に油圧ピス
トン１０を収縮させて、突起１９と係合部２０とを離間
させる。

【００２５】ついで、上下各フック７Ａ，７Ｂの鈎状部
分をともにエンドプレート４間の隙間Ｂに挿入した後、
ナット２２を緩め上部フック７Ａを徐々に持ち上げ、前
記鈎状部分がエンドプレート４のスリット部２側の側面
にそれぞれ密接し、しかも試験片１に荷重がかからない
位置でナット２２を締め付け、上部フック７Ａをヘッド
プレート２１に固定する。その結果、上部フック７Ａお
よび下部フック７Ｂにより試験片１が上記試験装置に確
実に保持される。

【００２６】また、上記装置を用いた破壊靱性試験は、
突起１９と係合部２０とが係合するまで油圧ピストン１
０を伸長させ、両者が係合した時点で、前記荷重測定器
のゼロ点補正を行った後、その状態から更に油圧ピスト
ン１０を伸長してガイドポスト１７を押し上げ、上部フ
ック７Ａと下部フック７Ｂ間を上下方向に離間させ、そ
の際にロードセル１１に載荷される荷重を前記荷重測定
器により測定するとともに、ナイフエッジ８間の相対的
な離間距離を前記変位測定器により測定して行われる。
そして、破壊靱性値は、上記操作による試験片１への載
荷、除荷を繰り返し、その結果得られた荷重〜歪み曲線
から計算によって求められる。

【００２７】なお、本発明の試験装置においては、フレ
ーム９、油圧ピストン１０、およびロードセル１１に
は、圧縮試験機の部材が、いずれも殆ど改造することな
く用いられている。しかも、試験装置を構成するその他
の部材は、いずれも安価かつ容易に製作可能なものであ
るため、本発明に依れば、高精度の破壊靱性試験装置
を、万能試験機もしくは引っ張り試験機を用いることな
く、かつ安価に製作することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明においては、
前記フックが前記ヘッドプレートの下面および前記サポ
ートプレート上に常時安定した状態で装着されているの
で、試験片の取り付けが容易となった。更に、前記フッ
クの軸線と油圧ピストンの軸線とが常に一致しているの
で、試験片の正確な位置設定が可能となり、測定精度が
向上した。

【００２９】また、前記記試験装置への試験片の取り付
け後、測定装置のゼロ補正を行うため、前記ゼロ点補正
を正確に行うことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の破壊靱性試験装置に対する試験片の取
り付け状況を示す同装置の正面図である。

【図２】本発明の破壊靱性試験装置に対する試験片の取
り付け状況を示す同装置の一部側面図である。

【図３】本発明および従来の破壊靱性試験装置に用いら
れる試験片のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図４】本発明および従来の破壊靱性試験装置に用いら
れる試験片のＩＶ方向からの側面図である。

【図５】本発明および従来の破壊靱性試験装置に用いら
れる試験片のＶ方向からの側面図である。

【図６】従来の破壊靱性試験装置に対する試験片の取り
付け状況を示す同装置の一部側面図である。

【符号の説明】

１ 試験片 ２ スリット部 ３ 切り欠き ４ エンドプレート ５Ａ 上部チャック ５Ｂ 下部チャック ６Ａ 上部ロッド ６Ｂ 下部ロッド ７Ａ 上部フック ７Ｂ 下部フック ８ ナイフエッジ ９ フレーム １０ 油圧ピストン １１ ロードセル １２ サポートポスト １３ ナット １４ サポートプレート １５ 貫通孔 １６ ガイドブッシュ １７ ガイドポスト １８ ボトムプレート １９ 突起 ２０ 凹部 ２１ ヘッドプレート Ａ 試験片のスリット部における、試験片の一端面と残
された三角形の頂点間の距離 Ｂ 試験片のスリット部を挟んでエンドプレート間に形
成された隙間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基台と、この基台を軸方向摺動可能に貫
   通した複数の互いに平行なガイドロッドと、これらガイ
   ドロッドの各端部間に掛け渡して固定されたヘッドプレ
   ートおよびボトムプレートと、 前記ボトムプレートをピストンの先端で押圧し、前記ヘ
   ッドプレートを基台から離間する方向へ駆動する駆動器
   と、 前記ヘッドプレートおよび前記基台のそれぞれに連結さ
   れ、一端面にスリットが形成された試験片の、前記スリ
   ットを挟む両端部にそれぞれ固定しうる一対のフック
   と、 前記駆動器によるプレート駆動荷重を測定する荷重測定
   器と、当該荷重に伴う前記両端部間の変位を測定する変
   位測定器とを具備し、 前記ピストンの先端および前記ボトムプレートのピスト
   ン当接箇所には、互いに着脱可能に係合する係合部がそ
   れぞれ形成されていることを特徴とする破壊靱性試験装
   置。