WO2007020724A1 - 携帯型縦弾性係数測定装置及び破断強度測定装置 - Google Patents

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WO2007020724A1
WO2007020724A1 PCT/JP2006/302793 JP2006302793W WO2007020724A1 WO 2007020724 A1 WO2007020724 A1 WO 2007020724A1 JP 2006302793 W JP2006302793 W JP 2006302793W WO 2007020724 A1 WO2007020724 A1 WO 2007020724A1
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load
portable
specimen
elastic modulus
measuring device
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PCT/JP2006/302793
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Takuo Suzuki
Kenichi Hirashima
Kiyokazu Kimura
Masashi Kurose
Toshio Hagihara
Original Assignee
Yamanashi University
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    • G01N2203/026—Specifications of the specimen
    • G01N2203/0298—Manufacturing or preparing specimens

Definitions

  • the present invention relates to an existing artificial structure made of a solid object such as concrete, asphalt concrete, or wood, or an existing non-artificial object that is a solid object such as rock bed or wood (hereinafter referred to as an object to be measured).
  • the present invention relates to a longitudinal elastic modulus measuring device and a breaking strength measuring device used for diagnosis of).
  • portable longitudinal elastic modulus that measures the longitudinal elastic modulus by loading the test object formed on the measurement target object with the necessary load on the site where the artificial structure or non-artificial object that is the measurement target object is located.
  • the present invention relates to a measuring device, a longitudinal elasticity measuring device and a breaking strength measuring device using bending deformation of a test specimen when a load is loaded.
  • a cylindrical specimen (diameter: 100mm X (Length: 200 mm) is collected and taken back to the measurement room, and the elastic modulus is generally measured using a universal testing machine to measure the breaking strength.
  • the universal testing machine used here measures the elastic modulus and breaking strength of the material constituting the structure by a compression or tensile test, and the test specimen used is the above-mentioned cylindrical specimen. It is. In order to measure the compressive strength using this specimen, it is necessary to load 400 kgf / cm 2 on the specimen. Also, in order to measure the breaking strength by a tensile test, it is necessary to loading the 30kgfZc m 2. External power such as hydraulic pressure is required for loading heavy loads
  • the cylindrical specimen collected by this technique also requires the measurement of the longitudinal elastic modulus and the test of the breaking strength by a compression test using a conventional universal testing machine. There is a problem that it is impossible to measure the longitudinal elastic modulus and test the breaking strength of the structure in real time.
  • the object to be measured has a diameter: 45 mm X length: 90 mn!
  • a technology to estimate the longitudinal elastic modulus and torsional strength of the object to be measured by forming a cylindrical test specimen of ⁇ 13 5 mm and performing a torsion test on this specimen has been proposed! Patent Document 1).
  • the elastic modulus that can be directly measured is the shear elastic modulus, and in order to obtain the longitudinal elastic modulus, there is a problem that the Poisson's ratio must be assumed to be an appropriate value.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 3067016
  • Non-Patent Document 1 Japanese Patent Application No. 2004-081786
  • the problem of the present invention is to provide a longitudinal elastic modulus and a breaking strength necessary for diagnosis of a structure at an existing site of an existing artificial structure such as concrete or an existing non-artificial object such as a rock. It is an object of the present invention to provide a longitudinal elastic modulus measuring device and a breaking strength measuring device for enabling the direct measurement.
  • the surface force of the object to be measured is perforated so that the columnar body remains, and a bending load is applied to one end of the open end of the cantilever structure test body formed in the object to be measured.
  • a bending load is applied to one end of the open end of the cantilever structure test body formed in the object to be measured.
  • the portable load loader is characterized in that it includes centric pusher means for loading a load so that the test body is not twisted.
  • the object to be measured such as a structure
  • a structure is drilled from the surface with a core drill or the like to form a cylindrical specimen, so that a bottom cantilever specimen is joined to the specimen.
  • Bending deformation is caused by applying a concentrated load near the open end of this cantilever structure specimen. It is essential for accurate measurement that the load applied here passes through the center line (shear center line) of the open end face of the specimen. In the present invention, this is realized by using means (hereinafter referred to as centric pusher means) in which the direction of the loaded load passes through the center of the specimen.
  • centric pusher means means in which the direction of the loaded load passes through the center of the specimen.
  • the specimen is a cylinder, and a ratio (LZD) of the diameter D to the length L of the cylinder is 2 or more.
  • the measurement target object is an artificial structure constructed of concrete, asphalt concrete, wood, or the like, or a non-artificial object such as a rock mass or a rock.
  • the present invention is characterized in that a load is loaded by the portable load loader until the specimen is broken, and the breaking strength is measured by the load at the time of the break.
  • the longitudinal elastic modulus measuring device of the present invention can be directly measured at the site where the measurement target object is located without using external power such as hydraulic pressure.
  • external power such as hydraulic pressure.
  • FIG. 1 is a view showing a cylindrical test body formed on an object to be measured.
  • FIG.2 A cylindrical specimen formed on the object to be measured is used as a cantilever with a load. It is the figure which showed the obtained state.
  • FIG. 3 is a diagram showing components constituting the portable longitudinal elastic modulus measuring device used in this example.
  • FIG. 4 is a diagram showing details for explaining the operation of the portable load loader used in this embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing a test body formed on a measurement target object used in this example and a storage space provided adjacent to the test body.
  • FIG. 6 is a view showing a state where the storage space used in the present embodiment is shaped by removing the perforation protrusion.
  • FIG. 8 is a view showing details of a crank plate used in the present embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a center pusher that allows the direction of the load used in this example to pass through the center line of the specimen.
  • ⁇ 11 Shows the relationship between the amount of deflection measured in this example and the magnitude of the loaded load.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the longitudinal elastic modulus and the size ratio measured in this example.
  • FIG. 1 is a view showing a state in which a cylindrical test body 11 is formed on the object 10 to be measured.
  • the cylindrical specimen 11 may be formed by using a commercially available core drill.
  • a solid large-diameter hole is provided in the object to be measured 10 by a core drill having a cylindrical drill bit having a diamond tip at the tip, and then a solid cylindrical body (test body 11) is formed. Break off 10 forces to be measured, and obtain a cylindrical test specimen with a diameter of 100 mm and a length of 200 mm for use in a universal testing machine!
  • FIG. 2 shows a state in which the test body 11 is left on the measurement target object 10 and the cylindrical test body 11 formed on the measurement target object 10 in the field is regarded as a cantilever beam loaded with a load. With things is there. As shown in FIG. 2, by applying a load on site, the test body 11 is in a bending deformation state and can be displaced.
  • the displacement is recorded while changing the magnitude of the loaded load at the site where the measurement object 10 is located, and the release end of the cantilever beam, which is generally known by a known method, that is, structural mechanics, etc. If the relational expression between the load and deflection when a load is loaded on is applied as a conversion formula, the longitudinal elastic modulus can be measured at the site. At this time, the time to record the displacement while applying the load is about 5 to 10 minutes. If the above conversion formula is stored in a storage / calculation device such as a notebook personal computer in advance, The longitudinal elastic modulus can be obtained on site.
  • the magnitude of the loaded load is within the elastic deformation range of the object 10 to be measured.
  • FIG. 3 is a diagram showing components of the portable longitudinal elastic modulus measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • the portable longitudinal elastic modulus measuring apparatus includes a portable load loader 30 and a load detector 31 for detecting a load loaded by the portable load loader 30. It is good if it is composed of a displacement detector 32 for detecting displacement caused by bending deformation in the test body 11.
  • the method of measuring the longitudinal elastic modulus is slightly different depending on the material of the object 10 to be measured shown in FIG. 3 and the dimensions of the formed cylindrical test body 11, the diameter and length of the test body 11 are different from those of the prior art. Compared to the case of a small size (diameter: 45mm X length: about 113mm to 158mm)! Note that in the actual site, as shown in FIG. 1, the force in which the measurement target object 10 exists around the test body 11 formed on the measurement target object 10 is the longitudinal elasticity of the present invention in FIG. In order to easily explain the measurement method using the coefficient measuring apparatus, the ambient force measurement object 10 of the test body 11 is omitted.
  • test body 11 is cantilevered
  • the test body 11 and the measurement object 10 show only the bottom surface of the test body 11 integrally with the measurement object 10. Show and specimen 1 The components required for measuring the longitudinal elastic modulus according to the present invention are shown separately around 1.
  • the load detector 31 is located between the portable load loader 30 and the test body 11, but the load detector 31 detects the load generated by the portable load loader 30. It is not limited to this as long as it can be detected.
  • the installation position can be changed appropriately according to the material of the object 10 to be measured, the dimensions of the specimen 11 and the situation at the site.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the portable load loader 30.
  • Fig. 4 (a) shows the details of the portable load loader 30.
  • the outline of the operation at the time of loading is that a predetermined loading force can be obtained by rotating the loading needle 400 and moving the slide body 410 relative to the fixed body 411. That is, the loading needle 400 is connected to the handle bracket 401 through the through hole 402, while the handle bracket 401 is fixed to the main screw 404.
  • the main screw 404 is also rotated, and the slide body 410 is relative to the fixed body 411 by the action of the main screw receiving female screw 405 provided on the slide body 410. Will be moved to. Furthermore, the main screw 404 is sandwiched between an upper slide pin 406 and a mouth slide pin 407 that are mounted in parallel to the fixed body 411. Therefore, the slide body 410 operated by the rotation of the main screen 404 is relatively moved in parallel.
  • the specimen 11 described above is used.
  • the curvature teeth 412 that are in direct contact with the load and the flat teeth 413 that share the reaction force during loading can also move in parallel.
  • the curvature tooth 412 that is in direct contact with the specimen 11 has a curvature, it is easy to manage the contact state with the specimen 11.
  • FIG. 4 b) shows a photo of the prototype loader 30.
  • Fig. 5 shows an outer diameter: 52 mm X inner diameter: 45 mm X effective drilling depth: 300 mm cylindrical drill bit with a diamond tip at the tip.
  • 45mm X length a state in which a cylindrical specimen 11 of about 113 mm to 158 mm is formed, and a space for accommodating the portable load loader 30 and the load detector 31 adjacent to the specimen 11 12
  • the figure shows a state where a drill bit with a diameter of 32 mm was drilled to a depth of about 30 mm. At this time, the perforation protrusion 13 is formed. This is an obstacle when the portable load loader 30 and the load detector 31 are housed. It was decided to remove it by striking.
  • FIG. 5 (b) shows a cross section of the test body 11 and the storage space 12 formed on the measurement object 10.
  • FIG. 6 shows a state after the perforated protrusion 13 shown in FIG. 5 is removed.
  • Fig. 6 (a) shows that a cylindrical specimen 11 is formed on a mortar measurement object 10, and the storage space for the portable load loader 30 and the load detector 31 is connected in a straight line. I understand.
  • Figure 6 (b) shows a photograph actually formed.
  • FIG. 7 shows a state in which a test for measuring the longitudinal elastic modulus is being performed.
  • the object to be measured 10 and the cylindrical specimen 11 formed thereon are mortar, and the dimensions of the cylindrical specimen 11 are diameter: 45 mm X length: about 113 mm to 158 mm. Therefore, here, in order to test the method of measuring the longitudinal elastic modulus and the breaking strength, as a load detector 31, a product name made by Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd .: compression micro load cell, product number: CLS- We decided to use 2KNA, and for the displacement detector 32, we decided to use the product name: clip type displacement meter, product number: UB-2 manufactured by Tokyo Sokki Kenkyujo Co., Ltd.
  • the displacement detector 32 can be omitted because it is only necessary to measure the magnitude of the load at the time of the rupture strength test.
  • the load detector 31 used here, the bottom surface is in contact with the plane in order to accurately detect the loaded load. Therefore, in this embodiment, this condition is satisfied by using the crank plate 14.
  • FIG. 8 shows details of the crank plate 14.
  • This crank plate 14 is composed of a flat plate portion 15 that is in direct contact with the load detector 31 and a handle 16 that is provided so as to be easily installed in the storage space 12.
  • the performance required for the crank plate 14 is broken. This is the strength that the flat plate part 15 does not deform even when a large load is applied to test the strength.This is because the strength of the crank plate 14 is about the same as SS41, which is a general structural steel. This can be fully achieved.
  • the crank plate 14 may be prepared according to the size of the storage space 12. The force should be approximately 1 to 2 mm in thickness.
  • Fig. 9 shows the parts constituting the core pusher in which the direction of the load applied to the test body 11 passes through the center line of the test body, and the state in which the load is loaded at the center of the test body 11.
  • FIG. In order to allow the load applied by the portable load loader 30 to pass through the center line of the cylindrical specimen of the cantilever structure formed by drilling the object 10 to be measured, flat teeth 41 3 and curvature teeth 412 are also used.
  • the core pusher means is used.
  • the flat tooth 413 applies the load by the portable load loader 30 to the curvature tooth 412 using the object 10 to be measured as a reaction wall.
  • the flat teeth 413 and the curvature teeth 412 are in contact with each other in a plane, and the curvature teeth 412 are in line contact with the load cell 31.
  • the load applied by the portable load loader 30 is applied so as to pass through the center line of the specimen 11.
  • FIG. 10 is a photograph showing the actual state when the longitudinal elastic modulus is measured.
  • the loading needle 400 of the portable load loader 30 is extended and rotated with a wrench to load the load.
  • Fig. 11 shows the results when loading is performed as described above, the amount of displacement when the specimen 11 undergoes bending deformation is taken on the horizontal axis, and the magnitude of the loaded load is taken on the vertical axis. Show. Plot the relationship between the deflection (displacement) and the load, and the relationship between the deflection and the load at that time is the least square method etc. The approximate straight line 100 is obtained by, and the slope 101 is obtained on the spot.
  • the slope 101 of the straight line can be converted into a longitudinal elastic modulus by a known conversion formula. Furthermore, assuming that the measurement object 10 is isotropic, the Poisson's ratio can be derived from the shear elastic modulus obtained from Non-Patent Document 1.
  • Table 1 shows that for the same object 10 to be measured, the diameter D of the test body 11 is fixed to 45 mm, and the length L of the test body 11 is set to about 113 mm, 135 mm, and 158 mm. It is the result of seeking.
  • the ratio of diameter dimension D to length dimension L of these specimens 11 L / D is the force corresponding to about 2.5, 3 and 3.5 respectively. It was confirmed that it was almost the same as the value of about 21 GPa of the longitudinal elastic modulus obtained by the conventional compression test.
  • Test specimen 1 Test specimen 2
  • Test specimen v3 Test specimen 3
  • Table 2 shows that three cylindrical specimens having a length (L) three times the diameter (D) were formed on the mortar measurement object, and the same method was used for these three specimens 1 to 3. This is the result of obtaining the longitudinal elastic modulus by Specimen 1 is 22.6 Gpa, Specimen 2 is 22.0 Gpa, and Specimen is 22.0 Gpa, compared to the longitudinal elastic modulus (21.2 Gpa) measured by the conventional method of measuring the modulus of elasticity 3 was 22.5 Gpa, and the values of the longitudinal elastic modulus were almost the same.
  • Fig. 12 shows the relationship between the longitudinal elastic modulus of the specimen and the dimensional ratio (L ZD) obtained by a portable longitudinal elastic modulus measurement device, and the conventional measurement method (measured with a universal testing machine by collecting one core) ) Is a graph showing the relationship between the longitudinal elastic modulus and the dimensional ratio (LZD). As shown in Fig. 12, when the L / D is 2.5 or more, it was found that the longitudinal elastic modulus almost coincides.
  • the portable load tester of the present invention it is possible to easily measure the longitudinal modulus and breaking strength of a structure in real time in the field. There is a possibility that it can be used for recovery and repair work.

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Description

明 細 書
携帯型縦弾性係数測定装置及び破断強度測定装置
技術分野
[0001] 本発明は、コンクリートやアスファルトコンクリート、木材などの固形物体からなる既 存の人工構造物や、岩盤ゃ榭木などの固形物体である既存の非人工物体 (以下、 測定対象物体と称する)の診断に用いられる縦弾性係数測定装置と破断強度測定 装置に関する。特に、測定対象物体である人工構造物や非人工物体の所在現場に お!ヽて、前記測定対象物体に形成した試験体に必要な荷重を載荷し縦弾性係数を 測定する携帯型縦弾性係数測定装置、荷重載荷時の試験体の曲げ変形を利用した 縦弾性測定装置および破断強度測定装置に関する。
背景技術
[0002] 従来、既存の構造物 (測定対象物体)の診断のために縦弾性係数の測定、破断強 度の測定を行う方法としては、測定対象物体から円柱状の試験体 (直径： 100mm X 長さ： 200mm)を採取して測定室に持ち帰り、万能試験機を用いて縦弾性係数の測 定ゃ破断強度の測定を行うのが一般的である。
[0003] ここで使用する万能試験機は、圧縮または引張試験により、構造物を構成する材料 の弾性係数や破断強度を測定するものであり、使用する試験体は、上述した円柱状 の試験体である。この試験体を用いて圧縮強度の測定を行うには 400kgf/cm2を試験 体に載荷する必要がある。また、引張試験により破断強度を測定するには、 30kgfZc m2を載荷する必要がある。力かる荷重の載荷には、油圧等の外部動力が必要である
[0004] また、これまでの測定方法では、円柱状の試験体を採取する必要があり、その寸法 は直径： 100mm X長さ： 200mmと大きい。このため、構造物に大きな採取跡が残って しまうとともに、採取した円柱状試験体を測定室に持ち帰らなければならないため、 現場にお!、てリアルタイムに構造物の縦弾性係数や破断強度を測定できな 、と 、う 問題があった。また、このことは現場の状況に応じて最適な復旧活動がその場ででき ないという問題があった。 [0005] 更に、試験体を測定室に持ち帰らなければならないことから輸送コストがかかるとと もに、高価で大きな万能試験器を用いなければ試験ができないため、構造物の診断 にコストがかかるという問題があった。
[0006] 標準より小さい径の試験体を採取して圧縮強度を測定する方法として、コンクリート 構造体から直径： 15mmカゝら 30mm、長さは直径の倍程度の小径円柱状試験体を複数 採取し、その小径円柱状試験体を複数回に渡る圧縮試験の平均値から構造物の縦 弾性係数や破断強度を推定する技術が提案されて!ヽる (特許文献 1)。
[0007] しかし、この技術においても採取した円柱状試験体は、従来の万能試験機を使つ ての圧縮試験によって縦弾性係数の測定や破断強度の試験を行わなければならず 、現場にお!、てリアルタイムに構造物の縦弾性係数の測定や破断強度の試験を行う ことができな 、と 、う問題がある。
[0008] 上記の問題を解決する方法として、測定対象物体に直径: 45mm X長さ： 90mn！〜 13 5mm程度の円柱状試験体を形成し、この試験体にねじり試験を施すことによって測 定対象物体の縦弾性係数やねじり強度を現場にて推定する技術が提案されて!ヽる（ 非特許文献 1)。しかし、この技術においては直接測定できる弾性係数はせん断弾性 係数であり、縦弾性係数を求めるためにはポアソン比を適当な値に仮定しなければ ならないという問題がある。
特許文献 1：特許第 3067016号公報
非特許文献 1：特願 2004— 081786号
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] そこで、本発明の課題は、コンクリートなどの既存の人工構造物や岩盤などの既存 の非人工物体の所在現場にお!、て、構造物の診断に必要な縦弾性係数と破断強度 を直接測定できるようにするための、縦弾性係数測定装置及び破断強度測定装置を 提供することにある。
課題を解決するための手段
[0010] (1)本発明は、測定対象物体の表面力 柱状体が残るように穿孔し、測定対象物体 中に形成された片持ち梁構造の試験体の解放端の一端に曲げ荷重を作用させる携 帯型荷重載荷器と、前記荷重を検出する荷重検出器と、前記荷重により前記試験体 に生じた変位を検出する変位検出器と、前記変位を縦弾性係数に換算する換算器と を備え、前記携帯型荷重載荷器は、前記試験体にねじりが生じないように荷重を載 荷する向芯押子手段を備えたことを特徴とする。構造物などの測定対象物体にコアド リル等により、表面から穿孔し、円柱状試験体を形成することにより、底面は試験体に 結合した片持ち梁の試験体をつくる。この片持ち梁構造の試験体の解放端の近傍に 集中荷重を加えることにより曲げ変形を生じさせる。ここで加える荷重の向きが試験 体の解放端面の中心線 (せん断中心線)を通るように載荷することが正確な測定をす る上で不可欠である。本発明では、載荷荷重の向きが試験体の中心を通る手段 (以 下、向芯押子手段)を用いることにより、これを実現している。携帯型荷重試験器によ り加えた荷重の値と曲げ変形により生じた変位の値力 構造体の縦弾性係数を換算 する換算器により、試験体を採取、持ち帰ることなぐ測定対象物体の縦弾性係数を 直接測定することができる。
(2)前記試験体は円柱であり、該円柱の直径 Dと長さ Lとの比 (LZD)が、 2以上であ ることは好適である。
(3)前記測定対象物体は、コンクリート、アスファルトコンクリートおよび木材等で建造 された人工構造物、又は岩盤、榭木等の非人工物体であることを好適である。
(4)本発明は、前記携帯型荷重載荷器により、前記試験体が破断するまで荷重を載 荷し、該破断時の荷重により、破断強度を測定することを特徴とする。
発明の効果
[0011] 本発明の携帯型縦弾性係数測定装置によれば、油圧等の外部動力を用いることなく 、測定対象物体の所在現場において、縦弾性係数を直接測定することができる。ま た、本発明の携帯型荷重試験器により荷重を前記試験体が破断に至るまで増大させ て、破断時の荷重の値を求めることにより、現場において測定対象物体の破断強度 を測定することができる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]測定対象物体に形成された円柱状試験体を示した図である。
[図 2]測定対象物体に形成した円柱状試験体を荷重が載荷された片持ち梁としてと らえた状態を示した図である。
圆 3]本実施例で用いた携帯型縦弾性係数測定装置の構成機器を示した図である。 圆 4]本実施例で使用する携帯型荷重載荷器の動作を説明するための詳細を示した 図である。
[図 5]本実施例で使用する測定対象物体に形成した試験体と、試験体に隣接させて 設けた収納スペースを示した図である。
圆 6]本実施例で使用する収納スペースを穿孔突起部を取り除くことにより整形した 状態を示した図である。
圆 7]本実施例での縦弾性係数の測定中の様子を示したものである。
[図 8]本実施例で使用するクランクプレートの詳細を示した図である。
[図 9]本実施例で使用する荷重の向きが試験体の中心線を通るようにする向芯押子 の構成を示した図。
圆 10]本実施例の縦弾性係数測定中の写真を示したものである。
圆 11]本実施例で計測されたたわみ量と載荷荷重の大きさの関係図を示したもので ある。
圆 12]本実施例で計測された縦弾性係数と寸法比の関係を示した図である。
符号の説明
10 測定対象物体
11 試験体
30 携帯型荷重載荷器
31 荷重検出器
32 変位検出器
400 載荷ハンドル
401 ハンドルブラケット
402 貫通孔
403 ノヽンドルストッパー
404 メインスクリュー
405 メインスクリュー受け雌ねじ 406 アツノ 一スライドピン
407 口ワースライドピン
408 アッパースライドピン受け孔
409 口ワースライドピン受け孑し
410 スライドボデー
411 固定ボデー
412 曲率歯
413 フフット困'
12 収納スペース
13 穿孔突起部
14 クランクプレート
15 平面プレート部
16 取っ手
100 近似直線
101 近似直線の傾き
発明を実施するための最良の形態
[0014] 図面に基づき本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明はこれに 限定されるものではな 、。図 1は測定対象物体 10に円柱状の試験体 11を形成した状 態を示した図である。円柱状試験体 11は、市販のコアドリルを用いることによって形成 すればよい。従来技術においては、ダイヤモンドチップを先端に有する円筒状のドリ ルビットを備えたコアドリルにより、中実の大口径の孔を測定対象物体 10に設けた後 、中実の円柱体 (試験体 11)を測定対象物体 10力も折り取り、それを万能試験機に供 するための直径： 100mm X長さ： 200mmの円柱状試験体を得て!/ヽる。
[0015] 本実施の形態では、円筒状ドリルビットを用いて穿孔を行うところまでは、これまで のコアドリルの使用方法と何ら変わるところはないが、試験体 11を折り取らずに前記 測定対象物体 10にそのまま残置しておくことに特徴がある。
[0016] 図 2は試験体 11を測定対象物体 10に残置させ、測定対象物体 10に現場にて形成し た円柱状試験体 11を荷重が載荷された片持ち梁としてとらえた状態を示したもので ある。図 2に示すように現場にて荷重を載荷することによって、前記試験体 11は曲げ 変形の状態となり変位を生じさせることができる。
[0017] 測定対象物体 10が所在する現場にて載荷荷重の大きさを変化させながら、変位を 記録し、既知の方法、すなわち構造力学等で一般的に知られている片持ち梁の解放 端に荷重を載荷した際の荷重とたわみの関係式を換算式として適用すれば、現場に て縦弾性係数を測定できることになる。この時、前記荷重を与えながら前記変位を記 録しつづける時間は 5分〜 10分間程度であり、前記の換算式を予めノート型パーソナ ルコンピュータなどの記憶 ·演算装置に格納しておけば、現場にて縦弾性係数を求 めることができる。
[0018] 以上の説明では、載荷荷重の大きさが測定対象物体 10の弾性変形範囲内であるこ とが前提となっている。しかし、載荷荷重の値を試験体が破断に至るまで大きくするこ とによって、破断時の荷重を現場にて記録することも可能である。これにより、破断強 度を測定することが可能である。なお、破断時の荷重の大きさがわかればよいので、 変位の計測は省略しても試験を行うことが可能である。
[0019] 図 3は本発明の一実施の形態である携帯型縦弾性係数測定装置の構成機器を示 した図である。図 3に示すように、実施の形態発明による携帯型縦弾性係数測定装置 は、携帯型荷重載荷器 30と前記携帯型荷重載荷器 30により載荷した荷重を検出す るための荷重検出器 31と、試験体 11に生じた曲げ変形による変位を検出するための 変位検出器 32によって構成されて!ヽれば良!ヽ。
[0020] 図 3に示す測定対象物体 10の材質や形成した円柱状試験体 11の寸法によって縦 弾性係数の測定方法は多少異なるが、ここでは前記試験体 11の直径と長さが従来 技術に比較して小型 (直径： 45mm X長さ：約 113mm〜158mm程度)の場合につ!、て説 明する。なお、実際の現場においては図 1で示したように、測定対象物体 10に形成し た試験体 11の周囲には測定対象物体 10が存在している力 図 3においては、本発明 の縦弾性係数測定装置を用いた測定方法をわ力りやすく説明するため、前記試験 体 11の周囲力 測定対象物体 10を省略して示しある。
[0021] 試験体 11と測定対象物体 10は、試験体 11が片持ち梁状であることを強調するため に試験体 11の底面のみが測定対象物体 10と一体ィ匕している様子を図示し、試験体 1 1の周囲には本発明による縦弾性係数を測定するために必要な構成機器を分離して 示している。
[0022] 図 3においては、荷重検出器 31は、携帯型荷重載荷器 30と試験体 11の間に位置し ているが、荷重検出器 31は携帯型荷重載荷器 30によって発生される荷重を検出でき ればこれに限定されるものではない。測定対象物体 10の材質や試験体 11の寸法や 現場での状況に応じて適宜に設置位置を変えることができる。
[0023] 図 4は、携帯型荷重載荷器 30の動作を説明するためのものである。図 4(a)に携帯型 荷重載荷器 30の詳細を示す。載荷時の作動概要は載荷ノヽンドル 400を回転させるこ とによって、固定ボデー 411に対してスライドボデー 410を平行移動させることによって 所定の載荷力を得ることができる。すなわち、載荷ノヽンドル 400は貫通孔 402によって ハンドルブラケット 401と接続されている一方、ハンドルブラケット 401はメインスクリュー 404と固定されている。
[0024] したがって、載荷ハンドル 400を回転させることによってメインスクリュー 404も回転し 、スライドボデー 410に設けられたメインスクリュー受け雌ねじ 405との作用によって固 定ボデ一 411に対してスライドボデー 410が相対的に移動することとなる。さらにメイン スクリュー 404は固定ボデー 411に平行に取り付けられているアッパースライドピン 406 と口ワースライドピン 407によって挟まれており、スライドボデー 410にはアツパースライ ドビン受け孔 408と口ワースライドピン受け孔 409とが設けられて!/、るので、メインスクリ ユー 404の回転によって作動するスライドボデー 410は平行に相対移動することになる
[0025] また、メインスクリュー 404、アッパースライドピン 406および口ワースライドピン 407は 載荷しょうとする荷重 (最大で 100kg瑕度）に対して十分な剛性を有しているため、前 記試験体 11に直接接触し、荷重を載荷する曲率歯 412と載荷時の反力を分担するフ ラット歯 413も平行に移動することができる。また、試験体 11と直接接触する前記曲率 歯 412は曲率をもっているため、試験体 11との接触状況を管理することが容易である
[0026] なお、載荷ハンドル 400の両端に設けられて!/、るハンドルストッパー 403は、載荷ハ ンドル 400がハンドルブラケット 401から脱落するのを防止するためのものである。図 4( b)に試作した荷重載荷器 30の写真を示す。
実施例 1
[0027] 図 5は先端にダイヤモンドチップを有する外径： 52mm X内径: 45mm X有効穿孔深 さ： 300mmの円筒状ドリルビットを用いて、コアドリルによりモルタルで作成した測定対 象物体 10に直径： 45mm X長さ：約 113mm〜 158mmの円柱状試験体 11を形成した状 態と、さらに、試験体 11に隣接させて、携帯型荷重載荷器 30と荷重検出器 31を収納 させるためのスペース 12を直径： 32mmのドリルビットを用いて深さが 30mm程度になる ように穿孔した状態を示したものである。このときに穿孔突起部 13が形成されるのだ 力 これは携帯型荷重載荷器 30と荷重検出器 31を収納させる際の妨げとなったので 、タガネやマイナスの貫通ドライバーを用いてハンマーなどの打撃により取り除くことと した。
[0028] 図 5(b)に測定対象物体 10に形成した試験体 11と収納スペース 12の断面を示す。図 6は図 5で示した穿孔突起部 13を取り除いた後の状態を示したものである。図 6(a)はモ ルタル製の測定対象物体 10に円柱状試験体 11が形成されており、携帯型荷重載荷 器 30と荷重検出器 31の収納スペースが直線状に接続されて 、ることがわかる。図 6(b) に実際に形成した写真を示す。
[0029] 図 7は縦弾性係数を測定するための試験を行っている様子を示したものである。収 納スペース 12に納められた携帯型荷重載荷器 30の載荷ノヽンドル 400を回転させるこ とによって、曲率歯 412に荷重が作用し、フラット歯 413が反力を受け持っており、その ときの荷重を荷重検出器 31が計測している。そして、モルタル製の測定対象物体 10 に形成した直径： 45mm X長さ：約 113mm〜158mmの円柱状試験体 11に、曲げ変形 が生じており、そのときの変位を変位検出器 32が計測している。
[0030] ここに、測定対象物体 10とそこに形成された円柱状試験体 11はモルタルであること 、また、円柱状試験体 11の寸法が直径： 45mm X長さ：約 113mm〜158mmであることか ら、ここでは縦弾性係数を測定する方法と破断強度を試験するために、荷重検出器 3 1として (株)東京測器研究所製の品名：圧縮超小型荷重計、品番: CLS-2KNAを用 いることとし、また、変位検出器 32には (株)東京測器研究所製の品名：クリップ型変 位計、品番: UB-2を用いることにした。 [0031] ただし、前述したように、破断強度試験の際には破断時の荷重の大きさのみが計測 できればよいので、変位検出器 32は省略することができる。また、ここで用いた荷重 検出器 31の使用制限として、載荷された荷重を正確に検出するためには底面が平面 と接していることが条件となっている。そこで本実施例では、クランクプレート 14を用い ることにより、この条件を満たすことにした。
[0032] 図 8はクランクプレート 14の詳細を示したものである。このクランクプレート 14は荷重 検出器 31と直接接触する平面プレート部 15と、収納スペース 12に設置がしやすいよう に設けられた取っ手 16とから構成されており、クランクプレート 14に求められる性能は 破断強度を試験するための大きさの荷重を載荷しても平面プレート部 15が変形しな い程度の剛性をもつことである力 これは、クランクプレート 14に一般構造用鋼である SS41程度の強度を持たせれば十分に達成することができる。クランクプレート 14は収 納スペース 12の大きさに応じて作成すれば良いのだ力 概ね l〜2mm程度の厚みが 必要である。
[0033] 図 9は試験体 11に加える荷重の向きが試験体の中心線を通るようにする向芯押子 を構成するパーツと、その試験体 11の中心に荷重を載荷している状況を示した図で ある。携帯型荷重載荷器 30により加えられる荷重が、測定対象物体 10に穿孔により 形成した片持梁構造の円柱状試験体の中心線を通るようにするために、フラット歯 41 3、曲率歯 412力もなる向芯押子手段を用いている。フラット歯 413は測定対象物体 10 を反力壁として携帯型荷重載荷器 30による荷重を曲率歯 412にかける。フラット歯 413 と曲率歯 412とは平面で接し、曲率歯 412はロードセル 31と線接触する。これにより、 携帯型荷重載荷器 30により加えられる荷重は、試験体 11の中心線を通るように加え られる。
[0034] 図 10は縦弾性係数を測定しているときの実際の様子を写真で示したものである。こ こでは、載荷が容易に行えるように、携帯型荷重載荷器 30の載荷ノヽンドル 400をレン チで延長して回転させ、荷重を載荷している。
[0035] 図 11に上記の要領で載荷を行い、試験体 11が曲げ変形を生じる際にたわんだ変 位量を横軸にとり、載荷した荷重の大きさを縦軸にとったときの結果を示す。たわみ（ 変位)と荷重の関係をプロットし、そのときのたわみと荷重との関係を最小二乗法など によって近似直線 100を得て、さらにその傾き 101をその場で求める。
[0036] 直線の傾き 101は既知の換算式によって縦弾性係数に変換することができる。さら に、測定対象物体 10が等方性であると仮定し、前記非特許文献 1により求めたせん 断弾性係数とからポアソン比を導出することもできる。
[0037] 表 1は同一の測定対象物体 10に対して、試験体 11の直径寸法 Dを 45mmに固定し、 試験体 11の長さ Lを約 113mm、 135mmおよび 158mmに設定して縦弾性係数を求めた 結果である。これらの試験体 11の直径寸法 Dと長さ寸法 Lの比 L/Dはそれぞれ約 2.5、 3および 3.5に相当する力 いずれの値も 20回〜 30回測定を行った結果を平均したも のであり、従来の圧縮試験により求めた縦弾性係数の値約 21GPaとほぼ同じであるこ とが確認できた。
[0038] [表 1]
Figure imgf000013_0001
[0039]
[表 2] 式験体 1 試験体 2 試験体 v3
1回目 23 23.8 23
2回目 22.1 24.5 20.5
3回目 23.1 22.1 23.6
4回目 22.2 23.7 22
5回目 22.5 20.5 23.2
6回目 23.2 20.1 1 9.8
7回目 22.4 1 9.2 25.2
平均 22.6 22.0 22.5
[0040] 表 2はモルタルの測定対象物に長さ（L)が直径 (D)の 3倍の円柱状試験体を 3つ 形成し、これらの 3つの試験体 1〜3について、同様の方法により縦弾性係数を求め た結果である。従来の縦弾性係数の測定手法 (コアを採取し、縦弾性係数測定装置 により測定）による縦弾性係数 (21.2Gpa)に対し、試験体 1が 22.6Gpa、試験体 2が 22. 0Gpa、試験体 3が 22.5Gpaと、縦弾性係数の値はほぼ一致した。
[0041] 図 12は携帯型縦弾性係数測定装置により求めた試験体の縦弾性係数と寸法比 (L ZD)との関係、および従来測定法 (コア一を採取して万能試験機にて測定）により縦 弾性係数と寸法比 (LZD)との関係を示したグラフである。図 12に示すとおり、 L/D が 2. 5以上において、ほぼ縦弾性係数が一致することが判明した。
産業上の利用可能性
[0042] 本発明の携帯型荷重試験器によれば、現場においてリアルタイムで構造物の縦弹 性係数と破断強度とを簡易に測定することができることから、試験経費を大幅に低減 したり、現場において適切は復旧及び補修作業を行ったりすることに利用できる可能 '性がある。

Claims

請求の範囲
[1] 測定対象の表面力 の穿孔により形成された片持ち梁構造の試験体の解放端に 曲げ荷重を作用させる携帯型荷重載荷器と、
前記荷重を検出する荷重検出器と、
前記荷重により前記試験体に生じた変位を検出する変位検出器と、
前記変位を縦弾性係数に換算する換算器とを備え、
前記携帯型荷重載荷器は、前記試験体にねじりが生じないように荷重を載荷する向 芯押子手段を備えたことを特徴とする携帯型縦弾性係数測定装置。
[2] 前記試験体は円柱であり、該円柱の直径 Dと長さ Lとの比 (LZD) 1S 2以上である ことを特徴とする請求項 1に記載の携帯型縦弾性係数測定装置。
[3] 前記測定対象物体は、コンクリート、アスファルトコンクリートおよび木材等で建造さ れた人工構造物、又は岩盤、榭木等の非人工建造物であることを特徴とする請求項
1又は 2に記載の携帯型縦弾性係数測定装置。
[4] 測定対象の表面力 の穿孔により形成された片持ち梁構造の試験体の解放端に 曲げ荷重を作用させる携帯型荷重載荷器と、
前記荷重を検出する荷重検出器と、
前記荷重により前記試験体に生じた変位を検出する変位検出器と、
前記変位を縦弾性係数に換算する換算器とを備え、
前記携帯型荷重載荷器は、試験体にねじりが生じないように荷重を載荷する向芯押 子手段を備え、
前記携帯型荷重載荷器により、前記試験体が破断するまで荷重を載荷し、該破断時 の荷重から、破断強度を測定することを特徴とする破断強度測定装置。
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