JPH09137440A - 地盤の振動特性検出方法およびその装置 - Google Patents
地盤の振動特性検出方法およびその装置Info
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- JPH09137440A JPH09137440A JP29682495A JP29682495A JPH09137440A JP H09137440 A JPH09137440 A JP H09137440A JP 29682495 A JP29682495 A JP 29682495A JP 29682495 A JP29682495 A JP 29682495A JP H09137440 A JPH09137440 A JP H09137440A
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Abstract
行時に発生する荷重と等しい振動荷重を任意に発生させ
ることにより、また、建築構造物基礎の緩衝層では、地
震の震度に対応する振動荷重を発生させることにより、
それぞれ振動荷重によって誘起された振動レベルを測定
し、地盤の振動特性を検出する方法およびその装置を提
供する。 【解決手段】重錘を単一回数又は単位時間毎に連続的に
地盤上に所定の落差を以て鉛直方向に落下させ、標準的
な平坦性を有する路面において車両通行時に発生する設
計輪荷重に対応する動的付加荷重、あるいは、地震の震
度に対応する荷重を地盤に載荷すると共に、これにより
発生する振動を振源点からの各距離における振動レベル
として測定することを特徴とする地盤の振動特性検出方
法を構成した。
Description
舗装構造や建築構造物基礎の緩衝層の振動特性検出方法
およびその装置に関するものである。
従来、道路を通過する車両の台数や実際の振動荷重とは
異なる一撃の衝撃荷重にその判断基準が置かれ、その設
計および推定がなされている。すなわち、舗装の設計
は、何れも社団法人日本道路協会発行の「アスファルト
舗装要綱」と「セメントコンクリート舗装要綱」に示さ
れる方法により行われており、基本的に、舗装を破壊す
る荷重としては普通乗用車の1万倍の作用がある大型車
の通行台数により、路線の荷重区分(設計交通量区分)
を表−1のように等級分け(L〜D交通)し、路床(舗
装を支える基礎地盤)の支持力(CBRと平板載荷試験
のK30値)とこの等級の関係より、経験的に得られた図
表(これは50年程前に米国カリフォルニア州で行われ
たAASHO道路試験の結果を元にしているとされてい
る)より舗装厚を決定する方法が一般にとられている。
を輪荷重に換算したものであり、これを基に路床支持力
に適する経済的な舗装構成を設計することは、アスファ
ルトやコンクリート版のたわみ量や発生応力を物理的に
計算することにより理論上可能であるが、地盤(土)の
支持力は路線中均一ではあり得ない事、算定上舗装構成
材料の特性値を仮定するが実地の値と整合性がない事
等、輪荷重を3次元的な広がりで支持する上、変形量が
部分や載荷点よりの距離で異なり、その上実際には連続
振動荷重という極端に算定が難しくなる条件であるた
め、経験的裏付けがない場合にはいくら複雑な算定を行
っても参考値程度にしか採用できないのが現状である。
盤の材料および工法によって異なり道路交通振動対策に
おける重要な要因である。この舗装の振動減衰機能は、
路面に一定の動的荷重を加えて、振源点からの各距離に
おける振動レベルを測定することによって評価できる。
従来、路面に衝撃を加えて振動を測定しようとする方法
としては、次のようなものが実施されている。道路公団
では土砂満載の大型ダンプを角材に乗り上げさせて停止
させ、角材からタイヤを落として路面に衝撃を加えてそ
の時の振動を測定する方法をとっている。また、FWD
という舗装診断システム(FWDたわみ測定装置)では
直径30cmの載荷板を介して舗装の表面に重錘を落下さ
せて衝撃荷重を加え、これにより発生する路面変形量
(たわみ)を荷重中心から半径方向の位置に配置したセ
ンサにより測定し、舗装体の特性を把握する方法がとら
れている。
にタイヤを落として衝撃を加える方法は、通過車両台数
(荷重ではない)や実際の振動荷重とは異なるただ1回
のみの衝撃荷重で、道路舗装の設計や舗設後の評価の推
定を行うものであるので、載荷重は設計輪荷重よりずっ
と小さく、連続した振動荷重である実地の交通荷重で評
価したことにはならないという問題点がある。すなわ
ち、単一荷重であるため、表−1に記載の設計輪荷重に
対応する任意の荷重を作用させることができず、実際の
車両通行時に発生する荷重と同一な振動荷重は発生させ
ることができないものである。また、走行中の自動車
は、路面の凹凸が原因となって強制振動を受け、この反
力として振動および衝撃荷重がタイヤを介して路面に伝
えられ、大きな動的付加荷重が発生する。これが道路交
通振動の発生源であるが、上記FWDたわみ測定装置に
よるFWD衝撃荷重は、あくまで静的荷重(接地圧)に
対応するもので、動的付加荷重への対応ができないとい
う問題がある。
合には、従来、地震の振幅に対応した振動レベルを発生
する手段自体がなかったため、地盤の実際の振動特性を
検出することは不可能であった。
するために、地盤が道路舗装構造である場合には、実際
の車両通行時に発生する荷重と等しい振動荷重を任意に
発生させることにより、また、地盤が建築構造物基礎の
緩衝層である場合には、地震の震度に対応する振動荷重
を発生させることにより、それぞれ振動荷重によって誘
起された振動レベルを測定し、地盤の振動特性を検出す
る方法およびその装置を提供することを目的とする。
めの具体的手段として、本発明は、地盤が道路舗装構造
である場合に、重錘を単一回数又は単位時間毎に連続的
に道路舗装上に所定の落差を以て鉛直方向に落下させ、
標準的な平坦性を有する路面において車両通行時に発生
する設計輪荷重に対応する動的付加荷重を路面に載荷す
ると共に、これにより発生する振動を振源点からの各距
離における振動レベルとして測定することを特徴とする
地盤の振動特性検出方法方法を構成した。また、地盤が
建築構造物基礎の緩衝層である場合に、重錘を単一回数
又は単位時間毎に連続的に地盤上に所定の落差を以て鉛
直方向に落下させ、地震の震度に対応する荷重を地盤に
載荷すると共に、これにより発生する振動を振源点から
の各距離における振動レベルとして測定することを特徴
とする地盤の振動特性検出方法を構成した。
して、起震機と、振動レベル測定装置とからなり、前記
起震機は、駆動モータと、この駆動モータの出力軸に取
り付けた駆動スプロケットホイールと、この駆動スプロ
ケットホイールに離間させて配設された従動スプロケッ
トホイールと、駆動スプロケットホイール・従動スプロ
ケットホイール間に掛け回された第1のローラーチェー
ンと、従動スプロケットホイールの回転力が伝達される
重錘吊上げ用駆動スプロケットホイールと、この重錘吊
上げ用駆動スプロケットホイールの上方に配設された重
錘吊上げ用被駆動スプロケットホイールと、重錘吊上げ
用駆動スプロケットホイール・重錘吊上げ用被駆動スプ
ロケットホイール間に掛け回された第2のローラーチェ
ーンと、従動スプロケットホイールと重錘吊上げ用駆動
スプロケットホイールとの間に介設され、あらかじめ設
定した上限位置および下限位置のリミットスイッチから
の信号により回転力が切断され又は伝達される電磁クラ
ッチと、前記第2のローラーチェーンに取り付けられ、
重錘吊上げ用駆動スプロケットホイールに近い下部域か
ら重錘吊上げ用被駆動スプロケットホイールに近い上部
域に至る区間のみを上下動するワイヤーロープ固定金具
と、このワイヤーロープ固定金具に一端が接続されてお
りワイヤーロープガイドローラを介して懸吊された吊り
ワイヤーロープと、この吊りワイヤーロープの他端に吊
設された重錘とを備え、前記振動レベル測定装置は、起
震機の重錘落下位置からの各距離における振動レベルを
感知するための感震器と、この感震器と接続され、振動
レベルを測定する振動レベルメータと、この振動レベル
メータと接続され、測定された振動レベルを記録する振
動レベル記録計とを備えることを特徴とする地盤の振動
特性検出装置を構成した。
面に基づき説明する。図1の(a),(b)に本発明に
係る舗装の振動減衰機能の評価方法を説明するための装
置である起震機100および振動レベル測定装置200
の概略構成を示す。まず、図1の(a)と、図2および
図3に基づいて起震機100の構成について説明する。
支持架台1はその底部に少なくとも3ケ所設けた据付レ
ベルを調整可能なクッション付きの支持脚2,2,2に
より舗装路面3上に載置される。支持架台1のほぼ中段
に位置させて、駆動モータMが載置固定され、その出力
軸に駆動スプロケットホイール11が取り付けられる。
駆動スプロケットホイール11の下方には従動スプロケ
ットホイール12が配設され、両スプロケットホイール
11,12間に第1のローラーチェーン14が掛け回さ
れている。駆動モータMの出力は、従動スプロケットホ
イール12に伝達され、さらに動力伝達用スプロケット
ホイール13と補助ローラーチェーン15を介して重錘
吊上げ用駆動スプロケットホイール16に伝達される。
従動スプロケットホイール12の軸12aと動力伝達用
スプロケットホイール13の軸13aとの間には電磁ク
ラッチ10が介設され、両軸12a,13aの連結を断
・接する。重錘吊上げ用駆動スプロケットホイール16
上方には、重錘吊上げ用被駆動スプロケットホイール1
7が配設され、両スプロケットホイール16,17間に
第2のローラーチェーン18が掛け回されている。
置にワイヤーロープ固定金具20が取り付けられ、この
ワイヤーロープ固定金具20に吊りワイヤーロープ22
の一端を接続する。吊りワイヤーロープ22は、ワイヤ
ーロープガイドローラ24,24′を介して懸吊され、
その他端に重錘5が吊設されている。第2のローラーチ
ェーン18に取り付けられているワイヤーロープ固定金
具20は、後記する下限および上限のリミットスイッチ
26,28からの信号に基づき駆動モータMの駆動力を
伝達し又は切断する電磁クラッチ10の作用により、重
錘吊上げ用駆動スプロケットホイール16に近い下部域
から、重錘吊上げ用被駆動スプロケットホイール17に
近い上部域に至る区間のみを上下動する。すなわち、電
磁クラッチ10は、重錘5を吊り上げるときのみ接続
し、重錘落下開始付近から次の吊り上げ時までの間開放
しておき、接続および開放の時間を制御することによ
り、任意の吊上げ高さと任意の間隔で起震力を発生させ
る。重錘5の側面には、図4に拡大して示すように、前
後の位置に突条5a,5bが形成されている。また、支
持架台1には、重錘5の落下方向に沿って収嵌部30
a,30bを有する重錘ガイド機構30を設置し、前記
重錘5の突条5a,5bがそれぞれ収嵌部30a,30
bに収嵌されて、重錘5の落下時の安定性を保持する。
なお、ワイヤーロープ固定金具20の上方には吊りワイ
ヤーロープ22を中心として両側にショックアブソーバ
32が取り付けられ、重錘5が落下し接地した時に、慣
性力により吊りワイヤーロープ22および第2のローラ
ーチェーン18が衝撃を受け、吊りワイヤーロープ22
にたるみが生ずることのないよう急速に減速停止させる
役目をしている。
ロードセルLを複数の固定ボルト36により取り付け、
円筒状の介在部片42を外嵌固定させた状態で、その下
部に衝撃板38を、ロードセルLの中央に螺設したネジ
込み部40にネジ込み固定する。ロードセルLからの出
力は、図1に示すように、ロードセルケーブル44を介
して電気的信号として取り出され変換されて、重錘5の
衝撃荷重が歪みゲージ式センサ用指示計46にディジタ
ル表示される。
の台脚部6の構成について示す正面図および側面図であ
る。支持架台1は、前記したように、その底部に少なく
とも3ケ所設けた据付レベルを調整可能なクッション付
きの支持脚2,2,2により舗装路面3上に載置され
る。支持脚2は電動式ウォーム調整ジャッキ構造となっ
ており、支持架台1の下部(3点)に設けた図示しない
枠体に、図7および図8に示すジャッキ50が取り付け
られている。ジャッキ50の構成について説明すると、
図7の三相交流誘導モータ52の出力軸52aにベベル
ギヤ54を取り付け、ウォームギヤ56の軸端に固定し
たベベルギヤ58とを噛合させる。ウォームギヤ56
は、図8のウォームホイールギヤ60と噛み合ってお
り、ウォームホイールギヤ60の軸心に支持脚2を挿通
している。ウォームホイールギヤ60には内歯60aが
形成されており、この内歯60aが支持脚2を構成する
エレベーティングネジ軸2aと噛合している。したがっ
て、三相交流誘導モータ52の出力軸52aの正逆回転
により、その出力はウォームギヤ56からウォームホイ
ールギヤ60に伝達され、支持脚2は上下に移動する。
架台1の四隅には車輪取付具62が外付けされており、
その夫々に車輪64が回転自在に取り付けられている。
前後に位置する車輪取付具62,62同士は貫通する軸
66により連結されて、この軸66を中心に回転可能と
なっており、車輪64が同図(a)の実線の位置か、仮
想線の位置かの何れかの位置で固定できる構成となって
いる。そして、本装置を作動させるときには、図の状態
より支持脚2,2,2をジャッキ50により(図7のA
位置まで)伸長させて、車輪64を浮かせた後、車輪取
付具62を矢印に示すように反転させて車輪64の天地
を逆にする。この状態でジャッキ50により(図7のB
位置まで)支持脚2,2,2を縮退させ、起震力を作用
させる。なお、支持脚2,2,2に加え図3に示す手動
による補助ジャッキ2′,2′を左右対称の位置に設け
合計5点支持として、衝撃力発生時の安定を図ってい
る。本装置による評価試験が終了したときは、再び、ジ
ャッキ50により支持脚2,2,2を(図7のA位置ま
で)伸長させて車輪64を仮想線から実線の位置に戻
す。次に、ジャッキ50により支持脚2,2,2を(図
7のC位置まで)縮退させると、縮退の過程で浮いた状
態の車輪64が接地し、本装置における舗装路面3上の
走行移動が可能となる。
長の目盛板70が取り付けられ、その下端部寄りの所定
位置に下限リミットスイッチ26を設けてある。また、
目盛板70と平行に高さ調節用チェーン72を沿わせ、
これに上限リミットスイッチ28を取り付け、指針70
aが示す目盛板70上の位置を読めるようにしている。
高さ調節用ワイヤ72は、案内ロール74a,74b,
74cによりエンドレスに張設され、ハンドル76を左
右いずれかの方向に回転して上限リミットスイッチ28
の高さを任意に調節することができる。前記電磁クラッ
チ10は、下限および上限のリミットスイッチ26,2
8からの信号により、駆動モータMの駆動力を伝達し又
は切断する。すなわち、下限リミットスイッチ26の信
号を検知すると、電磁クラッチ10は「接」となって、
従動スプロケットホイール12の軸12aと動力伝達用
スプロケットホイール13の軸13aとを連結し、第2
のローラーチェーン18がワイヤーロープ固定金具20
を重錘吊上げ用被駆動スプロケットホイール16に近い
上部域から下方に向かって移動させ、吊りワイヤーロー
プ22を介して重錘5を吊り上げる。重錘5が所定の高
さまで吊り上がり、上限リミットスイッチ28が働く
と、電磁クラッチ10は「断」となって、駆動モータM
の駆動力が切断され、重錘Mは鉛直方向に自由落下す
る。そして、重錘5が路面に到達する直前に再び下限リ
ミットスイッチ26が働き、以後上記の運動が繰り返さ
れて、約1秒間に1回の連続載荷が可能となる。
17の軸端には、回転検出器80が連結されており、重
錘吊上げ用被駆動スプロケットホイール17の回転角度
を、図示しないアレプ等の組合せにより、重錘5の昇降
距離に換算し、重錘5の落下高さを計測する。
地面に設けた不陸修正機構90の平面図および側面断面
図である。不陸修正機構90は、重錘5よりも大径で、
上下を開口した円筒形の枠92と、枠92内に充填した
可塑物94と、その上に載置した吸音材(化学合成繊維
等)96とから成る。枠92は、その中心が重錘5の中
心とほぼ一致するように置かれる。可塑物94は地面の
不陸を吸収し起震力作用面の平坦化を行う。枠92は可
塑物94の変形を拘束し、作用する起震力の安定化を図
る。吸音材96は起震力作用時の衝突音を減少させる。
らの各距離における振動レベルを測定するための振動レ
ベル測定装置200の斜視図である。振動レベル測定装
置200は、起震機の重錘落下位置から離間した位置に
置かれた感震器110と、この感震器110と接続さ
れ、低周波の振動レベルを測定する振動レベル計120
と、この振動レベルメータ120と接続され、測定され
た振動レベルを記録する振動レベル記録用レベルレコー
ダ130とから構成される。なお、振動レベル計はJIS
C 1510に、また、振動レベル記録用レベルレコーダはJI
S C 1512に規定されるものと同等以上の性能を有するも
のを用い、測定方法は、「舗装試験用便覧7−6」に準
じて行うこととする。
体例について説明する。地盤が道路舗装構造である場
合、地盤への載荷重は輪荷重で表すことができる。そし
て、走行時には、路面の平坦性(路面凹凸)と走行速度
によって輪荷重に対応して発生する動的負荷荷重が加算
された動的全荷重が路面に載荷される。表−2は、標準
的な平坦性を有する路面を標準的な速度(40km/H )で
走行する場合の設計輪荷重に対応する動的荷重である。
で、重量 350kgの重錘(直径30cm,高さ63cmの円柱)を
ある高さから自由落下させたときの重錘の落下高さと最
大発生荷重の実測値を示したものである。ただし、ここ
ではアスファルト舗装面に、路面の勾配及び凹凸を修正
する目的で平均厚 1.5cmの常温アスファルト混合物を敷
設し、その上面に厚さ 1.5cmのゴムマットを緩衝層とし
て敷設して、重錘の下端に取り付けたロードセルにより
その出力を測定した。
(σ= 3.5mm)を有する路面を一般道路の標準的な速度
(40km/H )で走行する場合の各輪荷重に対応する動的
荷重を発生させるための重錘の落下高さは (1)式で求め
ることができる。 y=1.7198x−0.111 ………… (1) ここで、y:重錘の落下高さ(cm) x:最大発生荷重( ton) (1)式によって、表−2の各輪荷重に対応する動的荷重
を発生させるための重錘の落下高さは表−3に示すとお
りである。
錘の質量を変えることによって、各種の荷重を設定し、
発生させることができる。これは、標準的な平坦性を有
する路面において車両通行時に発生する設計輪荷重に対
応する動的付加荷重が路面に載荷されたことになる。
負荷荷重を加えることによって誘起された道路端での地
盤振動レベルを測定する。この場合の載荷位置は、原則
として外側車線の外側車輪走行位置とし、また、振動レ
ベルの測定位置は、載荷中心点(振源点)から直角方向
へ、2m,5m,10m, 15mおよび20mとし、各測定点
における振動レベル波形の最大値を結ぶ曲線として表
す。
ベルは、別途測定された基準の振動レベル値と比較さ
れ、逆算により道路舗装構造の振動特性すなわち舗装の
振動減衰機能を評価することができる。
る場合には、地震の震度に対応する荷重を地盤に載荷す
ると共に、これにより発生する振動を振源点からの各距
離における振動レベルとして測定することになる。そし
て、測定された振動レベルは、別途測定された基準の振
動レベル値と比較され、逆算により建築構造物基礎の緩
衝層の振動特性を評価することができる。
地盤が道路舗装構造である場合、起振機を用い、重錘を
道路舗装上に所定の落差を以て鉛直方向に落下させ、そ
の落下高さ、あるいは質量を変えることによって、表−
1に示すL〜D交通に対応する設計輪荷重を任意に作用
させることができる。すなわち、標準的な平坦性を有す
る路面において車両通行時に発生する設計輪荷重に対応
する動的付加荷重を路面に載荷することができる。この
場合、車両が1台走行するときは重錘を1回のみ作用さ
せ、また、車両が複数台走行するときは重錘を単位時間
毎に連続的に(例えば、約1秒間に1回)繰り返し連続
載荷する。そして、これにより発生する振動を振源点か
らの各距離における振動レベルとして測定することによ
り、実測値のデータから、舗装の振動特性を逆算により
判定することができる。
る場合には、起振機を用い、重錘を地盤上に所定の落差
を以て鉛直方向に落下させ、その落下高さ、あるいは質
量を変えることによって、地震の震度に対応する荷重を
地盤に載荷するすることができる。そして、これにより
発生する振動を振源点からの各距離における振動レベル
として測定することにより、実測値のデータから、地盤
の振動特性を逆算により判定することができる。
置とからなる本発明に係る舗装の振動減衰機能の評価方
法を説明するための装置の概略構成を示す斜視図であ
る。
である。
て示す正面図および側面図である。
る。
る。
不陸修正機構の平面図および側面断面図である。
すグラフである。
Claims (6)
- 【請求項1】 重錘を単一回数又は単位時間毎に連続的
に道路舗装上に所定の落差を以て鉛直方向に落下させ、
標準的な平坦性を有する路面において車両通行時に発生
する設計輪荷重に対応する動的付加荷重を路面に載荷す
ると共に、これにより発生する振動を振源点からの各距
離における振動レベルとして測定することを特徴とする
地盤の振動特性検出方法。 - 【請求項2】 重錘を単一回数又は単位時間毎に連続的
に地盤上に所定の落差を以て鉛直方向に落下させ、地震
の震度に対応する荷重を地盤に載荷すると共に、これに
より発生する振動を振源点からの各距離における振動レ
ベルとして測定することを特徴とする地盤の振動特性検
出方法。 - 【請求項3】 起震機と、振動レベル測定装置とからな
り、前記起震機は、駆動モータと、この駆動モータの出
力軸に取り付けた駆動スプロケットホイールと、この駆
動スプロケットホイールに離間させて配設された従動ス
プロケットホイールと、駆動スプロケットホイール・従
動スプロケットホイール間に掛け回された第1のローラ
ーチェーンと、従動スプロケットホイールの回転力が伝
達される重錘吊上げ用駆動スプロケットホイールと、こ
の重錘吊上げ用駆動スプロケットホイールの上方に配設
された重錘吊上げ用被駆動スプロケットホイールと、重
錘吊上げ用駆動スプロケットホイール・重錘吊上げ用被
駆動スプロケットホイール間に掛け回された第2のロー
ラーチェーンと、従動スプロケットホイールと重錘吊上
げ用駆動スプロケットホイールとの間に介設され、あら
かじめ設定した上限位置および下限位置のリミットスイ
ッチからの信号により回転力が切断され又は伝達される
電磁クラッチと、前記第2のローラーチェーンに取り付
けられ、重錘吊上げ用駆動スプロケットホイールに近い
下部域から重錘吊上げ用被駆動スプロケットホイールに
近い上部域に至る区間のみを上下動するワイヤーロープ
固定金具と、このワイヤーロープ固定金具に一端が接続
されておりワイヤーロープガイドローラを介して懸吊さ
れた吊りワイヤーロープと、この吊りワイヤーロープの
他端に吊設された重錘とを備え、前記振動レベル測定装
置は、起震機の重錘落下位置からの各距離における振動
レベルを感知するための感震器と、この感震器と接続さ
れ、振動レベルを測定する振動レベルメータと、この振
動レベルメータと接続され、測定された振動レベルを記
録する振動レベル記録計とを備えることを特徴とする地
盤の振動特性検出装置。 - 【請求項4】 重錘の下部にロードセルを取り付けてな
る請求項3に記載の地盤の振動特性検出装置。 - 【請求項5】 重錘の落下方向に沿って収嵌部を有する
重錘ガイド装置を設置し、重錘の側面に前記収嵌部に収
嵌する突条を形成してなる請求項3又は請求項4に記載
の地盤の振動特性検出装置。 - 【請求項6】 重錘の落下接地面に、重錘よりも大径
で、上下を開口した円筒形の枠を、当該枠の中心と重錘
の中心とがほぼ一致するように置き、枠内に地面の不陸
を吸収して修正するための可塑物を充填し、その上に吸
音材を載置してなる請求項3ないし請求項5のいずれか
に記載の地盤の振動特性検出装置。
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