JP7847776B2 - Force testing device - Google Patents
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Description
特許法第30条第2項適用 集会名:説明会「実大免震試験施設説明会」、主催者名:一般財団法人免震研究推進機構、開催日:2022年4月11日。 発行者名:一般財団法人免震研究推進機構、刊行物名:パンフレット「免震技術・制振技術の更なる発展のために 実大免震試験施設の設置について」、発行年月日:2022年4月11日。 ウェブサイトの閲覧場所:一般財団法人免震研究推進機構、アドレス:http://jsil.or.jp/、http://jsil.or.jp/facility.html、ウェブサイト掲載日:2022年7月12日。 集会名:セミナー「既存の実大試験機に内在する課題とその解決」、主催者名:一般財団法人免震研究推進機構、開催日:2022年8月20日。Article 30, Paragraph 2 of the Patent Law applies. Meeting name: Briefing session "Briefing session on full-scale seismic isolation testing facilities", Organizer: Japan Seismic Isolation Research Promotion Foundation, Date: April 11, 2022. Publisher: Japan Seismic Isolation Research Promotion Foundation, Publication name: Pamphlet "Regarding the establishment of full-scale seismic isolation testing facilities for the further development of seismic isolation and vibration control technologies", Publication date: April 11, 2022. Website access location: Japan Seismic Isolation Research Promotion Foundation, Address: http://jsil.or.jp/, http://jsil.or.jp/facility.html, Website posting date: July 12, 2022. Meeting name: Seminar "Challenges inherent in existing full-scale testing machines and their solutions", Organizer: Japan Seismic Isolation Research Promotion Foundation, Date: August 20, 2022.
本発明は、構造物または当該構造物の構成部材を模擬した試験体に対して、鉛直力と水平力を同時に作用させ、試験体の応答を計測する加力試験装置であり、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明である。 This invention relates to a load testing device that simultaneously applies vertical and horizontal forces to a test specimen simulating a structure or its constituent members, and measures the response of the test specimen. It also represents a technology that prevents frictional and inertial forces from being mixed into the horizontal force measurements of a three-way or two-way dynamic load testing machine for seismic isolation devices.
建物を建築するに際し、建物の構造部材等の信頼性を実証するために、構造部材等に関する試験体に対して力を作用させ、試験体の応答を計測する実大実験が行われている。 When constructing a building, full-scale experiments are conducted to demonstrate the reliability of structural components by applying forces to test specimens related to those components and measuring their response.
例えば特許文献1には、縦用のスイーベルジョイント付加振器と、横用のスイーベルジョイント付加振器と、加振力を伝達し、微少な摩擦でテーブルを縦に案内し回転動を拘束するスライドベアリング、及びスライドベアリング軸支持装置と、を備え、被試験体に縦動単独、横動単独、もしくは縦横同時連成加振力を与える試験装置が開示されている。
また、特許文献2には、可撓性部材の一端を保持する第1保持部を鉛直方向に往復移動可能な第1加力部と、可撓性部材の他端を保持する第2保持部を第1の水平方向に往復移動する第2加力部と、第2保持部を第1の水平方向とは異なる第2の水平方向に往復移動する第3加力部とを備える試験装置が開示されている。
これらの特許文献1、2の構成では、試験体の応答を正確に計測できない可能性がある。例えば特許文献2の構成において、可撓性部材の他端を保持する第2保持部を水平方向に揺動可能に設けられた継手に、ロードセルを設け、このロードセルによって、可撓性部材に作用する水平力を計測することが考えられる。この場合においては、ロードセルによって計測される水平力には、第2保持部を静止した状態から移動させたり、第2保持部の移動方向を変えたりする際に、第2保持部に作用する慣性力が含まれてしまう。また、第2支持部と、第2支持部を揺動可能に支持する支持台との間に生じる摩擦力も、ロードセルによって計測される水平力に含まれてしまう。
このように、特許文献1、2の構成において、試験体に作用する水平力を計測しようとしても、慣性力や摩擦力が含まれた水平力が計測されてしまう。
For example, Patent Document 1 discloses a test apparatus comprising a vertical swivel joint additional vibrator, a horizontal swivel joint additional vibrator, a slide bearing that transmits the excitation force and guides the table vertically with minute friction to restrain rotational motion, and a slide bearing shaft support device, which applies vertical motion alone, horizontal motion alone, or simultaneous vertical and horizontal coupled excitation force to the object under test.
Furthermore, Patent Document 2 discloses a test apparatus comprising: a first force-applying part that can reciprocate vertically with respect to a first holding part that holds one end of a flexible member; a second force-applying part that reciprocates in a first horizontal direction with respect to a second holding part that holds the other end of the flexible member; and a third force-applying part that reciprocates in a second horizontal direction different from the first horizontal direction with respect to the second holding part.
In the configurations described in Patent Documents 1 and 2, there is a possibility that the response of the test specimen cannot be accurately measured. For example, in the configuration of Patent Document 2, a load cell is provided on a joint that is rotatably mounted horizontally to hold the other end of the flexible member, and the horizontal force acting on the flexible member is measured using this load cell. In this case, the horizontal force measured by the load cell includes the inertial force acting on the second holding part when it is moved from a stationary position or when the direction of movement of the second holding part is changed. In addition, the frictional force generated between the second support part and the support base that rotatably supports the second support part is also included in the horizontal force measured by the load cell.
Thus, in the configurations of Patent Documents 1 and 2, even when attempting to measure the horizontal force acting on the test specimen, the measured horizontal force includes inertial force and frictional force.
これに対し、特許文献3には、反力床に固定する下反力梁と、下反力梁上に水平移動可能に配置されて試験体を固定する可動テーブルと、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反力床に固定し、他端を押え格子に固定する押え格子リンクと、試験体の上端を固定する上反力梁と、一端を反力壁に固定し、他端を上反力梁に固定する上反力梁リンクと、を有した試験装置が開示されている。
上反力梁は、上反力梁リンクにより、水平方向の移動が拘束されている。上反力梁リンクには、ロードセルが取り付けられている。
下反力梁と押え格子を貫通するように、貫通ロッドが設けられている。貫通ロッドは、上反力梁に固定され、上反力梁を支持している。貫通ロッドは、押え格子と押え格子より上部に配置された上ブロックとの間に固定された上ラムシリンダーと、下反力梁と下反力梁より下部に配置された下ブロックとの間に固定された下ラムシリンダーを備えている。可動テーブルには、一端を反力壁に取り付けた水平アクチュエータが取り付けられている。
貫通ロッドは、球面座金を介して、上反力梁に固定されている。この球面座金により、貫通ロッドの曲げやせん断による水平力の発生が抑制され、貫通ロッドから上反力梁に伝達される水平力は無視できるものとなる。
In contrast, Patent Document 3 discloses a testing apparatus comprising: a lower reaction beam fixed to a reaction floor; a movable table positioned horizontally on the lower reaction beam to fix a test specimen; a retaining grid that presses down on the movable table from above; a retaining grid link fixed at one end to a reaction wall or reaction floor and the other end to the retaining grid; an upper reaction beam that fixes the upper end of the test specimen; and an upper reaction beam link fixed at one end to a reaction wall and the other end to the upper reaction beam.
The upper reaction beam is constrained from horizontal movement by upper reaction beam links. Load cells are attached to the upper reaction beam links.
A through-rod is provided so as to penetrate the lower reaction beam and the retaining grid. The through-rod is fixed to the upper reaction beam and supports the upper reaction beam. The through-rod includes an upper ram cylinder fixed between the retaining grid and an upper block located above the retaining grid, and a lower ram cylinder fixed between the lower reaction beam and a lower block located below the lower reaction beam. A horizontal actuator is attached to the movable table, with one end attached to the reaction wall.
The through-rod is fixed to the reaction beam via a spherical washer. This spherical washer suppresses the generation of horizontal forces due to bending and shearing of the through-rod, making the horizontal force transmitted from the through-rod to the reaction beam negligible.
上記のような試験装置において、例えばせん断試験を行う際には、水平アクチュエータを起動して、可動テーブルを水平移動させることで、試験体に対して水平力を付与する。上反力梁リンクのロードセルにより、試験体に作用する水平力が計測される。
このように、水平アクチュエータによって水平移動される可動テーブルに作用する水平力ではなく、可動テーブルを挟んで試験体の上端を固定する上反力梁に対して、可動テーブルから試験体を介して作用する水平力が計測される。このようにして計測される水平力には、可動テーブルを動かす際の慣性力や、可動テーブルとこれを支持する他の部材との間に作用する摩擦力が含まれないため、試験体に作用する力を明確に把握することができる。
In the test apparatus described above, for example, when performing a shear test, a horizontal actuator is activated to move the movable table horizontally, thereby applying a horizontal force to the test specimen. The load cell of the upper reaction beam link measures the horizontal force acting on the test specimen.
In this way, the horizontal force measured is not the horizontal force acting on the movable table which is moved horizontally by the horizontal actuator, but rather the horizontal force acting from the movable table through the test specimen to the upper reaction beam that fixes the upper end of the test specimen on either side of the movable table. Since the horizontal force measured in this way does not include the inertial force when moving the movable table or the frictional force acting between the movable table and other members that support it, the force acting on the test specimen can be clearly determined.
しかし、特許文献3の構成においては、上反力梁を支持するに際し、下反力梁から上反力梁までを挿通するように貫通ロッドを設けている。このような構成では、貫通ロッドの曲げとせん断による水平力の発生を防ぐために、貫通ロッドと上反力梁との接合部に球面座金を設ける等、構造が複雑なものとなっている。したがって、特許文献3の構成を実現するには、コストが嵩む。
また、特許文献3の可動テーブル上に乗せられる試験体には大きな鉛直荷重が作用するが、可動テーブルの上下はラムジャッキと抑え格子で挟まれており、可動テーブルの上下面にも大きな摩擦力が作用する。このため、水平ジャッキの能力を高める必要があった。
更に、球面座金の部分においても、厳密には摩擦が生じているため、これによる摩擦力が、測定される水平力に影響し、水平力を正確に検出できない場合もある。
試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出できる加力試験装置を、簡潔な構成で、実現することが望まれている。
However, in the configuration of Patent Document 3, a through rod is provided to support the upper reaction beam, extending from the lower reaction beam to the upper reaction beam. In such a configuration, the structure is complex, requiring the provision of spherical washers at the joint between the through rod and the upper reaction beam to prevent the generation of horizontal forces due to bending and shearing of the through rod. Therefore, implementing the configuration of Patent Document 3 would be costly.
Furthermore, although a large vertical load acts on the test specimen placed on the movable table described in Patent Document 3, the movable table is sandwiched between ram jacks and a retaining grid, and a large frictional force acts on the upper and lower surfaces of the movable table. For this reason, it was necessary to increase the capacity of the horizontal jacks.
Furthermore, friction does occur even in the spherical washer portion, and this frictional force can affect the measured horizontal force, sometimes making it impossible to accurately detect the horizontal force.
There is a need for a load testing device that can accurately and in real time detect the horizontal force acting on a test specimen, with a simple configuration.
本発明が解決しようとする課題は、試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供することである。 The problem that this invention aims to solve is to provide a load testing device that can accurately and in real time detect the horizontal force acting on a test specimen and can be implemented with a simple structure.
本発明者らは、加力試験装置(例えば、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機)として、加振テーブル上に設置する試験体に作用する水平力測定値に、加振テーブルを動かす際の慣性力、および加振テーブルとこれを支持する部材との間に作用する摩擦力が混入していない反力梁の側で測定することを考え、試験体を固定する反力梁を介し、反力壁と前記反力梁との間に設ける反力検出器で計測される第1の水平力と、前記反力梁に接合されたゴム支持材が変形して伝達される第2の水平力との合算値として直接測定する、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術を発明した。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、構造物または当該構造物の構成部材に関する試験体に対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、前記試験体の応答を計測する(例えば、3軸加力試験装置、または2軸加力試験装置)加力試験装置において、水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明であって、反力床の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキと、前記鉛直動的ジャッキの上方に設置され、上面に前記試験体が固定される加振テーブルと、前記試験体の上端を固定する反力梁と、一端が反力壁に固定され、他端が前記加振テーブルに固定される複数の水平動的ジャッキと、一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力壁に固定される反力検出器と、下端が前記反力床に対して相対移動不能に設けられ、上端が前記反力梁に接合されて前記反力梁を支持するゴム支持材と、一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力床に固定された緊張材と、を備え、前記試験体に作用する水平力は、前記反力検出器で計測される第1の水平力と、前記ゴム支持材が変形して伝達される第2の水平力との合算値であることを特徴とする、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明である。
このような構成によれば、試験体は、加振テーブルの上に設置される。試験体の上端は反力梁で固定される。加振テーブルが、鉛直動的ジャッキ、及び水平動的ジャッキにより動かされると、試験体には、鉛直力に加え、水平力が作用する。試験体に作用する水平力は、反力梁を介し、反力壁と反力梁との間に設けられる反力検出器に、圧縮力または引張力として伝達する。ここで、反力梁は、下端が反力床に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材によって、下方から支持されており、反力梁は反力床に対して相対移動が可能な状態となっているため、この水平力の伝達は、ゴム支持材によっては阻害されない。このようにして反力検出器に伝達された水平力は、第1の水平力として計測される。
上記の要領で反力検出器が第1の水平力を検出するに際し、反力検出器は、反力検出器に伝達する水平力の影響を受けて、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体に伝達した水平力のうち、この、反力検出器の変形及び反力梁の移動のために消費される水平力は、反力検出器によって第1の水平力として計測され得ない。ここで、反力検出器の圧縮量、伸長量は、微小なものであり、これに伴う反力梁の移動量、及びゴム支持材の変形量も、微小なものとなる。ゴム支持材の変形量とゴム支持材に作用する水平力の関係は、変形量が微小である初期変形段階においては基本的に比例関係となる。したがって、この関係を予め把握しておけば、ゴム支持材の変形量を基に、反力梁に伝達される水平力のうち、第1の水平力として反力検出器によって計測されない部分を、第2の水平力、すなわちゴム支持材が変形して伝達される成分として把握することができる。
こうして検出された、反力検出器で計測される第1の水平力と、ゴム支持材が変形して伝達される第2の水平力とを合算することにより、試験体に作用する水平力を、正確に検出することができる。
ここで、第1及び第2の水平力は、水平動的ジャッキによって直接動かされる加振テーブルに対して計測されるものではない。したがって、第1及び第2の水平力には、加振テーブルを動かす際の慣性力や、加振テーブルとこれを支持する部材との間に作用する摩擦力が含まれない。
また、反力梁が、反力床に対し、緊張材によって接続されているため、反力梁の鉛直方向の変位は抑制される一方で、水平方向には剛には拘束されていない。このため、ゴム支持材に作用する水平力は、鉛直方向に緊張材を通して伝達されにくい。これにより、水平力の計測精度が向上する。
以上が相乗し、試験体に作用する水平力を正確に検出することができる。
また、上記のような構成においては、反力梁を支持するに際し、基本的にはゴム支持材と緊張材を設ければ良いため、構成が簡潔なものとなる。
更に、上記のような構成においては、摩擦力と慣性力の影響を受けていないため、水平力の検出をリアルタイムで行うことが可能である。
その結果、試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供することが可能となる。
The inventors have invented a technique for a dynamic load testing device for seismic isolation devices (for example, a three-way or two-way dynamic load testing device) that prevents frictional and inertial forces from being mixed into the horizontal force measurement of a test specimen placed on a vibration table. This technique involves measuring the horizontal force on the specimen placed on the vibration table on the side of the reaction beam, where the inertial force when moving the vibration table and the frictional force acting between the vibration table and the supporting members are not mixed in. The measurement is taken directly as the sum of a first horizontal force measured by a reaction force detector installed between the reaction wall and the reaction beam via the reaction beam that fixes the specimen, and a second horizontal force transmitted by the deformation of a rubber support material joined to the reaction beam.
To solve the above problems, the present invention employs the following means.
In other words, the present invention relates to a load-bearing test apparatus (for example, a three-axis load-bearing test apparatus or a two-axis load-bearing test apparatus) that applies forces simultaneously from the vertical and horizontal directions to a test specimen relating to a structure or a component of said structure and measures the response of said test specimen, and is an invention of a technique for preventing frictional force and inertial force from being mixed into the horizontal force measurement value, comprising: a plurality of vertical dynamic jacks provided above a reaction floor; an excitation table installed above the vertical dynamic jacks and on which the test specimen is fixed to the upper surface; a reaction beam that fixes the upper end of the test specimen; and a plurality of horizontal dynamic jacks, one end of which is fixed to the reaction wall and the other end of which is fixed to the excitation table. This invention provides a technology to prevent frictional and inertial forces from being mixed into the horizontal force measurement values of a three-way or two-way dynamic loading test machine for seismic isolation devices, characterized in that the horizontal force acting on the test specimen is the sum of a first horizontal force measured by the reaction force detector and a second horizontal force transmitted by the deformation of the rubber support material, comprising a jack, a reaction force detector with one end fixed to the reaction beam and the other end fixed to the reaction wall, a rubber support material with its lower end provided so as to be immovable relative to the reaction floor and its upper end joined to the reaction beam to support the reaction beam, and a tensioning member with one end fixed to the reaction beam and the other end fixed to the reaction floor, wherein the horizontal force acting on the test specimen is the sum of a first horizontal force measured by the reaction force detector and a second horizontal force transmitted by the deformation of the rubber support material.
In this configuration, the test specimen is placed on an excitation table. The upper end of the test specimen is fixed by a reaction beam. When the excitation table is moved by vertical and horizontal dynamic jacks, the test specimen is subjected to a horizontal force in addition to a vertical force. The horizontal force acting on the test specimen is transmitted as a compressive or tensile force to a reaction force detector installed between the reaction wall and the reaction beam via the reaction beam. Here, the reaction beam is supported from below by a rubber support whose lower end is fixed relative to the reaction floor, and the reaction beam is movable relative to the reaction floor, so the transmission of this horizontal force is not hindered by the rubber support. The horizontal force transmitted to the reaction force detector in this manner is measured as the first horizontal force.
When the reaction force detector detects the first horizontal force in the manner described above, the reaction force detector undergoes a slight compressive or elongative deformation due to the influence of the horizontal force transmitted to it, and the reaction beam moves horizontally by the amount of this compression or elongation. Of the horizontal force transmitted to the test specimen, the horizontal force consumed for the deformation of the reaction force detector and the movement of the reaction beam cannot be measured as the first horizontal force by the reaction force detector. Here, the amount of compression and elongation of the reaction force detector is minute, and the amount of movement of the reaction beam and the deformation of the rubber support material that accompany it are also minute. The relationship between the deformation of the rubber support material and the horizontal force acting on the rubber support material is basically proportional in the initial deformation stage when the deformation is minute. Therefore, if this relationship is understood in advance, the portion of the horizontal force transmitted to the reaction beam that is not measured as the first horizontal force by the reaction force detector can be identified as the second horizontal force, i.e., the component transmitted by the deformation of the rubber support material, based on the deformation of the rubber support material.
By adding together the first horizontal force detected by the reaction force detector and the second horizontal force transmitted by the deformation of the rubber support material, the horizontal force acting on the test specimen can be accurately detected.
Here, the first and second horizontal forces are not measured with respect to the excitation table that is directly moved by the horizontal dynamic jack. Therefore, the first and second horizontal forces do not include the inertial force when moving the excitation table or the frictional force acting between the excitation table and the member supporting it.
Furthermore, because the reaction beam is connected to the reaction floor by tensioning members, the vertical displacement of the reaction beam is suppressed, while it is not rigidly constrained in the horizontal direction. Therefore, the horizontal force acting on the rubber support is less likely to be transmitted vertically through the tensioning members. This improves the accuracy of horizontal force measurement.
The combined effect of these factors allows for the accurate detection of horizontal forces acting on the test specimen.
Furthermore, in the above configuration, since the reaction beam only requires rubber support members and tensioning members, the structure becomes simple.
Furthermore, in the configuration described above, since it is not affected by frictional and inertial forces, it is possible to detect horizontal forces in real time.
As a result, it becomes possible to provide a load testing device that can accurately and in real time detect the horizontal force acting on the test specimen and can be realized with a simple structure.
本発明の一態様においては、前記ゴム支持材が、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承である。
このような構成によれば、単層のゴム支承、または積層ゴム支承であるゴム支持材は、高い鉛直剛性を有しており、鉛直方向の変形が抑えられる。このため、ゴム支持材に水平力が作用した際に、ゴム支持材の鉛直方向の変形が抑えられ、ゴム支持材は、作用した水平力の分だけ、水平方向にスムーズに変形することができる。したがって、第2の水平力を、正確に、把握することができる。
In one embodiment of the present invention, the rubber support material is a single-layer rubber bearing or a laminated rubber bearing consisting of multiple layers.
With this configuration, the rubber support material, whether a single-layer or laminated rubber bearing, has high vertical rigidity, and vertical deformation is suppressed. Therefore, when a horizontal force acts on the rubber support material, vertical deformation of the rubber support material is suppressed, and the rubber support material can deform smoothly in the horizontal direction by the amount of the applied horizontal force. Thus, the second horizontal force can be accurately detected.
本発明の一態様においては、前記ゴム支持材は複数設置され、前記ゴム支持材の各々は、隣接した位置に設けられた前記緊張材によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されている。
このような構成によれば、緊張材のプレストレス力により、高い鉛直剛性を有するゴム支持材が、圧縮応力が作用した状態で拘束されることで、ゴム支持材の鉛直方向の変位を抑えつつ、ゴム支持材の面圧依存性を最小化することができる。これにより、ゴム支持材の水平方向の変形による第2の水平力を、安定して計測することができる。
In one embodiment of the present invention, a plurality of rubber support members are installed, and each of the rubber support members is constrained under a predetermined compressive stress by a prestressing force from a tensioning member provided at an adjacent position.
With this configuration, the prestressing force of the tensioning member restrains the rubber support material, which has high vertical rigidity, under compressive stress. This suppresses the vertical displacement of the rubber support material while minimizing its dependence on surface pressure. As a result, the second horizontal force caused by the horizontal deformation of the rubber support material can be measured stably.
本発明の一態様においては、前記反力検出器は、前記反力梁と前記反力壁の間に複数配置され、当該反力検出器にはロードセルが内蔵され、かつ曲げモーメントを低減させる接合部が両端に設けられている。
このような構成によれば、軸力を精度よく測定できるロードセルを、反力検出器に内蔵し、さらに、反力検出器の両端に、曲げモーメントを低減させる接合部が設けられることで、反力梁の変位に基づくロードセルへの曲げモーメントの発生を抑えることができる。
In one embodiment of the present invention, a plurality of reaction force detectors are arranged between the reaction beam and the reaction wall, each reaction force detector has a built-in load cell, and joints for reducing bending moment are provided at both ends.
With this configuration, a load cell capable of accurately measuring axial force is built into the reaction force detector, and joints that reduce bending moment are provided at both ends of the reaction force detector, thereby suppressing the generation of bending moment on the load cell due to the displacement of the reaction beam.
本発明によれば、試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a load testing device that can accurately and in real time detect the horizontal force acting on a test specimen and can be realized with a simple structure.
本発明は、構造物を模擬した試験体に対して、鉛直力と水平力を同時に作用させ、前記試験体の応答を計測する加力試験装置(例えば、3軸加力試験装置、または2軸加力試験装置)である。本発明は、加力試験装置として、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術を具現化したものである。具体的には、本発明の加力試験装置は、反力床の上方に設ける鉛直動的ジャッキの上部に設置される加振テーブルと、試験体の上端を固定する反力梁と、一端が反力壁に固定され、他端が加振テーブルに固定される水平動的ジャッキと、一端が反力梁に固定され、他端が反力壁に固定される反力検出器と、下端が相対移動不能に設けられ、上端が反力梁に接合されて反力梁を支持するゴム支持材と、を備え、試験体に作用する水平力が、反力検出器で計測される第1の水平力と、ゴム支持材が変形して伝達される第2の水平力との合算値であることを特徴とする。
以下、添付図面を参照して、本発明による加力試験装置を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る加力試験装置の構成を示す斜視図を図1に示す。図2は、図1の加力試験装置の構成を模式的に示した平面図である。図3は、図2の加力試験装置の構成を、第2方向から見た図である。図4は、図2の加力試験装置の構成を、第1方向から見た図である。図5は、図2のI-I矢視断面図である。
図1~図5に示される加力試験装置10は、試験体Tに対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、試験体Tの応答を計測する。ここで、加力試験装置10における試験体Tは、構造物、または構造物の構成部材に関するものである。本実施形態では、試験体Tとして、構造物に組み込まれる免震装置、より具体的には積層ゴム支承を例示する。試験体Tとしては、積層ゴム支承以外の、すべり支承等の、他の種類の免震、制振装置が適用され得る。また、試験体Tとしては、免震装置以外に、例えば、構造物またはその一部を模擬した、柱試験体、壁試験体、縮小した構造物の架構試験体、等が挙げられる。
加力試験装置10は、試験ピット1内に設置されている。試験ピット1は、反力床2と、一対の反力壁3と、を有している。反力床2は、地盤上に鉛直方向に所定の厚さを有して、例えば建物の基礎上に形成されている。反力床2は、平面視矩形状に形成されている。一対の反力壁3は、反力床2の床面に沿った第1方向D1に間隔をあけて配置されている。一対の反力壁3は、反力床2の第1方向D1の両端部から、それぞれ、鉛直上方に立ち上がって形成されている。一対の反力壁3は、水平面内で第1方向D1に直交する第2方向D2を含む鉛直面内に延在するように設けられている。一対の反力壁3は、反力床2に対して、移動不能に設けられている。反力床2、及び反力壁3は、試験の際に、後述する鉛直動的ジャッキ21、水平動的ジャッキ22、反力検出器30等から入力される反力を受け止められるよう、十分強固に形成されている。
The present invention relates to a load testing device (for example, a three-axis load testing device or a two-axis load testing device) that simultaneously applies vertical and horizontal forces to a test specimen simulating a structure and measures the response of the test specimen. The present invention embodies a technology that prevents frictional and inertial forces from being mixed into the horizontal force measurement values of a three-way or two-way dynamic load testing machine for seismic isolation devices, as a load testing device. Specifically, the load testing apparatus of the present invention comprises an excitation table installed on top of a vertical dynamic jack provided above a reaction floor, a reaction beam that fixes the upper end of the test specimen, a horizontal dynamic jack with one end fixed to a reaction wall and the other end fixed to the excitation table, a reaction force detector with one end fixed to the reaction beam and the other end fixed to the reaction wall, and a rubber support material whose lower end is provided so as not to move relative to it and whose upper end is joined to the reaction beam to support the reaction beam, characterized in that the horizontal force acting on the test specimen is the sum of a first horizontal force measured by the reaction force detector and a second horizontal force transmitted by the deformation of the rubber support material.
Hereinafter, with reference to the attached drawings, an embodiment for implementing the load testing apparatus according to the present invention will be described based on the drawings.
Figure 1 is a perspective view showing the configuration of a load testing apparatus according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a schematic plan view showing the configuration of the load testing apparatus of Figure 1. Figure 3 is a view of the load testing apparatus of Figure 2 from a second direction. Figure 4 is a view of the load testing apparatus of Figure 2 from a first direction. Figure 5 is a cross-sectional view taken along the line I-I in Figure 2.
The loading test apparatus 10 shown in Figures 1 to 5 applies forces to the test specimen T simultaneously from the vertical and horizontal directions and measures the response of the test specimen T. Here, the test specimen T in the loading test apparatus 10 refers to a structure or a component of a structure. In this embodiment, the test specimen T is exemplified as a seismic isolation device incorporated into a structure, more specifically, a laminated rubber bearing. Other types of seismic isolation and vibration control devices other than laminated rubber bearings, such as sliding bearings, can be applied as the test specimen T. In addition to seismic isolation devices, other examples of test specimens T include column test specimens, wall test specimens, and scaled-down structural frame test specimens that simulate a structure or a part thereof.
The load testing apparatus 10 is installed in the test pit 1. The test pit 1 has a reaction floor 2 and a pair of reaction walls 3. The reaction floor 2 is formed on the ground with a predetermined thickness in the vertical direction, for example, on the foundation of a building. The reaction floor 2 is formed in a rectangular shape in plan view. The pair of reaction walls 3 are spaced apart in a first direction D1 along the floor surface of the reaction floor 2. The pair of reaction walls 3 are formed rising vertically upward from both ends of the reaction floor 2 in the first direction D1. The pair of reaction walls 3 are provided to extend in a vertical plane that includes a second direction D2 perpendicular to the first direction D1 in the horizontal plane. The pair of reaction walls 3 are provided so as to be immovable relative to the reaction floor 2. The reaction floor 2 and the reaction walls 3 are formed to be sufficiently strong so as to be able to receive the reaction forces input from the vertical dynamic jacks 21, horizontal dynamic jacks 22, reaction force detectors 30, etc., which will be described later, during the test.
加力試験装置10(3軸加力試験装置)は、加振テーブル11と、反力梁13と、ゴム支持材15と、緊張材17と、複数の鉛直動的ジャッキ21と、複数の水平動的ジャッキ22と、反力検出器30と、を備えている。
図3~図5に示されるように、加振テーブル11は、反力床2の上方に間隔をあけて配置されている。加振テーブル11は、複数の鉛直動的ジャッキ21の上方に設置されている。加振テーブル11は、複数の鉛直動的ジャッキ21により、下方から支持されている。加振テーブル11は、基台11aと、加振テーブル本体11bと、ベアリング11cと、を備えている。基台11aは、例えば、平面視矩形状で、水平面に沿って形成されたテーブル状をなしている。基台11aは、複数の鉛直動的ジャッキ21上に支持されている。加振テーブル本体11bは、基台11aの上方に間隔をあけて配置されている。加振テーブル本体11bは、基台11aと同様、例えば、平面視矩形状で、水平面に沿って形成されたテーブル状をなしている。ベアリング11cは、基台11aの上面と加振テーブル本体11bの下面との間に配置されている。ベアリング11cは、例えば複数のボールベアリングであり、加振テーブル本体11bを、基台11a上で、水平面内で移動自在に支持している。加振テーブル本体11bの上面には、試験体Tの下端が固定される。
The load-bearing test device 10 (three-axis load-bearing test device) comprises an excitation table 11, a reaction beam 13, a rubber support member 15, a tension member 17, a plurality of vertical dynamic jacks 21, a plurality of horizontal dynamic jacks 22, and a reaction force detector 30.
As shown in Figures 3 to 5, the excitation table 11 is positioned above the reaction floor 2 at intervals. The excitation table 11 is installed above a plurality of vertical dynamic jacks 21. The excitation table 11 is supported from below by the plurality of vertical dynamic jacks 21. The excitation table 11 comprises a base 11a, an excitation table body 11b, and a bearing 11c. The base 11a is, for example, rectangular in plan view and has a table shape formed along the horizontal plane. The base 11a is supported on a plurality of vertical dynamic jacks 21. The excitation table body 11b is positioned above the base 11a at intervals. The excitation table body 11b is, like the base 11a, for example, rectangular in plan view and has a table shape formed along the horizontal plane. The bearing 11c is positioned between the upper surface of the base 11a and the lower surface of the excitation table body 11b. The bearing 11c is, for example, a plurality of ball bearings, and supports the vibration table body 11b on the base 11a so that it can move freely in the horizontal plane. The lower end of the test specimen T is fixed to the upper surface of the vibration table body 11b.
反力梁13は、加振テーブル11の上方に間隔をあけて設置されている。図2~図5に示されるように、反力梁13は、反力梁本体13aと、第1梁部材13b及び第2梁部材13cと、を一体に有している。反力梁本体13aは、加振テーブル11を、上方から覆うように形成されている。反力梁本体13aの下面には、試験体Tの上端が固定される。
第1梁部材13b、第2梁部材13cは、第2方向D2に間隔をあけて配置されている。第1梁部材13b、第2梁部材13cは、反力梁本体13aの第2方向D2の両端部に接合されている。第1梁部材13b、第2梁部材13cは、それぞれ、平面視で、反力梁本体13aに対し、第1方向D1の両側に突出するように延びている。第1梁部材13bと第2梁部材13c、互いに平行となるように設けられている。
反力梁13は、反力床2、反力壁3、及び次に説明する支持壁14に対し、離間して、水平方向に相対移動可能に設けられている。
The reaction beam 13 is installed above the excitation table 11 at intervals. As shown in Figures 2 to 5, the reaction beam 13 integrally comprises a reaction beam body 13a, a first beam member 13b, and a second beam member 13c. The reaction beam body 13a is formed to cover the excitation table 11 from above. The upper end of the test specimen T is fixed to the lower surface of the reaction beam body 13a.
The first beam member 13b and the second beam member 13c are spaced apart in the second direction D2. The first beam member 13b and the second beam member 13c are joined to both ends of the reaction beam body 13a in the second direction D2. In a plan view, the first beam member 13b and the second beam member 13c each extend outwards from the reaction beam body 13a in the first direction D1. The first beam member 13b and the second beam member 13c are arranged parallel to each other.
The reaction beam 13 is spaced apart from the reaction floor 2, the reaction wall 3, and the support wall 14, which will be described next, and is movable relative to them in the horizontal direction.
第1梁部材13b、第2梁部材13cの下方には、それぞれ、支持壁14が設けられている。支持壁14は、平面視で、第1梁部材13b、第2梁部材13cと重なるように形成されている。支持壁14は、下端が反力床2に固定されている。支持壁14は、反力床2から鉛直上方に延びている。支持壁14の上端は、第1梁部材13b、第2梁部材13cの下面と鉛直方向に間隔をあけて形成されている。
支持壁14は、一対の反力壁3と同様に、反力床2に対して、移動不能に固定して設けられている。
本実施形態においては、支持壁14は、反力壁3とは独立して設けられているように図示されているが、これに限られない。例えば、図2において、第2方向D2を含む鉛直面内に延在するように設けられた反力壁3と直交するように、第1方向D1を含む鉛直面内に延在するように他の反力壁3を設け、この上端が、第1梁部材13b、第2梁部材13cの下面と鉛直方向に間隔をあけて位置するように、設けられてもよい。
Support walls 14 are provided below the first beam member 13b and the second beam member 13c, respectively. The support walls 14 are formed so as to overlap the first beam member 13b and the second beam member 13c in a plan view. The lower end of the support wall 14 is fixed to the reaction floor 2. The support wall 14 extends vertically upward from the reaction floor 2. The upper end of the support wall 14 is formed with a vertical gap between it and the lower surfaces of the first beam member 13b and the second beam member 13c.
The support wall 14, like the pair of reaction walls 3, is fixed to the reaction floor 2 in an immovable manner.
In this embodiment, the support wall 14 is shown to be provided independently of the reaction wall 3, but it is not limited to this. For example, in Figure 2, another reaction wall 3 may be provided so as to be perpendicular to the reaction wall 3 provided so as to be provided so as to be provided so as to be provided in a vertical plane including the first direction D1, and so as to be perpendicular to the reaction wall 3 provided so as to be provided so as to be provided so as to be provided so as to be positioned with a vertical gap between its upper end and the lower surfaces of the first beam member 13b and the second beam member 13c.
ゴム支持材15は、支持壁14の上端と、第1梁部材13b、第2梁部材13cの下面との間に設けられている。ゴム支持材15は、水平面内で間隔をあけて複数設けられている。本実施形態においては、ゴム支持材15は、第1梁部材13b、第2梁部材13cの各々の下に、第1方向D1に間隔をあけて3箇所に設けられている。
ゴム支持材15は、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承である。本実施形態において、ゴム支持材15は、上部フランジ15aと、下部フランジ15bとの間に、複数層の積層ゴム層15cと、を備えた積層ゴム支承である。このような積層ゴム支承からなるゴム支持材15は、高い鉛直剛性を有している。
各ゴム支持材15の下端15e、すなわち下部フランジ15bの下面は、支持壁14の上端に固定されている。これにより、各ゴム支持材15の下端は、反力床2に対して相対移動不能に設けられている。各ゴム支持材15の上端15d、すなわち上部フランジ15aの上面は、反力梁13の第1梁部材13b、第2梁部材13cの下面に接合されている。このようにして、複数のゴム支持材15は、反力梁13を下方から支持している。
The rubber support members 15 are provided between the upper end of the support wall 14 and the lower surfaces of the first beam member 13b and the second beam member 13c. Multiple rubber support members 15 are provided at intervals in the horizontal plane. In this embodiment, the rubber support members 15 are provided at three locations below each of the first beam member 13b and the second beam member 13c, at intervals in the first direction D1.
The rubber support material 15 is either a single-layer rubber bearing or a laminated rubber bearing consisting of multiple layers. In this embodiment, the rubber support material 15 is a laminated rubber bearing comprising multiple laminated rubber layers 15c between an upper flange 15a and a lower flange 15b. A rubber support material 15 consisting of such a laminated rubber bearing has high vertical rigidity.
The lower end 15e of each rubber support member 15, i.e., the lower surface of the lower flange 15b, is fixed to the upper end of the support wall 14. This ensures that the lower end of each rubber support member 15 is immovable relative to the reaction floor 2. The upper end 15d of each rubber support member 15, i.e., the upper surface of the upper flange 15a, is joined to the lower surfaces of the first beam member 13b and the second beam member 13c of the reaction beam 13. In this way, the multiple rubber support members 15 support the reaction beam 13 from below.
図3、図4に示されるように、緊張材17は、一端が反力梁13に固定され、支持壁14を鉛直方向に貫通するように設けられて、他端が反力床2に固定されている。図2に示されるように、緊張材17は、平面視で、各ゴム支持材15の周囲に隣接した位置に、複数本ずつ設けられている。
図6は、加力試験装置の緊張材の上部の定着構造を示す、図3のA矢視部分の断面図である。図7は、上記緊張材の下部の定着構造を示す、図3のB矢視部分の断面図である。
図3、図4、図6、図7に示されるように、緊張材17は、PC鋼より線(或いはPC鋼棒)からなり、第1梁部材13bと第2梁部材13c、及び支持壁14を、貫通して設けられている。
As shown in Figures 3 and 4, the tensioning member 17 is fixed at one end to the reaction beam 13, is installed so as to penetrate the support wall 14 vertically, and the other end is fixed to the reaction floor 2. As shown in Figure 2, in a plan view, multiple tensioning members 17 are provided adjacent to each rubber support member 15.
Figure 6 is a cross-sectional view taken along the line A in Figure 3, showing the anchoring structure of the upper part of the tensioning member of the load-bearing test apparatus. Figure 7 is a cross-sectional view taken along the line B in Figure 3, showing the anchoring structure of the lower part of the tensioning member.
As shown in Figures 3, 4, 6, and 7, the tensioning member 17 is made of PC steel strands (or PC steel bars) and is provided penetrating the first beam member 13b, the second beam member 13c, and the support wall 14.
図6に示されるように、緊張材17の一端17aは、第1梁部材13b、第2梁部材13cの上面に、上部定着部19を用いて定着されている。上部定着部19は、ベースプレート19aと、チェアー管19bと、アンカープレート19cと、リングナット19dと、アンカーヘッド19eと、を有している。ベースプレート19aは、第1梁部材13b、第2梁部材13cの上面に沿って設けられている。チェアー管19bは、筒状で、ベースプレート19aの上側に設けられている。本実施形態においては、緊張材17としては、複数の鋼線が撚られて形成された、PC鋼より線が用いられている。このPC鋼より線は、一端17aにおいては、複数のPC鋼より線に分離され、これらPC鋼より線の各々が、個別に定着されている。より詳細には、チェアー管19bの内側には、緊張材17を構成する各PC鋼より線が挿通されている。アンカープレート19cは、チェアー管19bの上端を塞ぐように設けられている。リングナット19dは、アンカープレート19cの上面に着座している。アンカーヘッド19eは、リングナット19dの内側に設けられ、リングナット19dの回転にともなって、鉛直方向に変位するよう設けられている。緊張材17の一端17aは、アンカーヘッド19eに、テーパ状の止め具17dにより下方への移動が拘束されている。緊張材17の一端17a、リングナット19d、及びアンカーヘッド19eは、キャップ19fによって覆われている。具体的には、PC鋼より線は、一本に見える鋼線が、さらに細い鋼線を寄って作られている。このより線を束にして、工場から運ばれ、これらは、寄らずに直線的に設置される。 As shown in Figure 6, one end 17a of the tensioning member 17 is fixed to the upper surfaces of the first beam member 13b and the second beam member 13c using an upper fixing part 19. The upper fixing part 19 has a base plate 19a, a chair tube 19b, an anchor plate 19c, a ring nut 19d, and an anchor head 19e. The base plate 19a is provided along the upper surfaces of the first beam member 13b and the second beam member 13c. The chair tube 19b is cylindrical and is provided above the base plate 19a. In this embodiment, a PC steel strand, formed by twisting together multiple steel wires, is used as the tensioning member 17. At one end 17a, this PC steel strand is separated into multiple PC steel strands, and each of these PC steel strands is fixed individually. More specifically, each PC steel strand constituting the tensioning member 17 is inserted inside the chair tube 19b. The anchor plate 19c is provided to cover the upper end of the chair tube 19b. The ring nut 19d is seated on the upper surface of the anchor plate 19c. The anchor head 19e is provided inside the ring nut 19d and is designed to displace vertically as the ring nut 19d rotates. One end 17a of the tensioning member 17 is restrained from downward movement by a tapered fastener 17d attached to the anchor head 19e. The end 17a of the tensioning member 17, the ring nut 19d, and the anchor head 19e are covered by a cap 19f. Specifically, the PC steel strands appear to be a single steel wire, but are actually made by twisting together thinner steel wires. These strands are bundled and transported from the factory, and they are installed in a straight line without being twisted.
図7に示されるように、緊張材17の他端17bは、反力梁13から所定の距離以上離れた、下方の位置に固定されている。緊張材17の他端17bは、反力床2に、下部定着部18を用いて定着されている。下部定着部18は、ベースプレート18aと、チェアー管18bと、アンカープレート18cと、リングナット18dと、アンカーヘッド18eと、を有している。ベースプレート18aは、反力床2の下面に埋め込まれるように設けられている。チェアー管18bは、筒状で、ベースプレート18aの下側に設けられている。PC鋼より線は、一端17aと同様に、他端17bにおいても、複数のPC鋼より線に分離され、これらPC鋼より線の各々が、個別に定着されている。より詳細には、チェアー管18bの内側には、緊張材17を構成する各PC鋼より線が挿通されている。アンカープレート18cは、チェアー管18bの下端を塞ぐように設けられている。リングナット18dは、アンカープレート18cの下面に着座している。アンカーヘッド18eは、リングナット18dの内側に設けられ、リングナット18dの回転にともなって、鉛直方向に変位するよう設けられている。緊張材17の他端17bは、アンカーヘッド18eに、テーパ状の止め具17cにより上方への移動が拘束されている。緊張材17の他端17b、リングナット18d、及びアンカーヘッド18eは、キャップ18fによって覆われている。 As shown in Figure 7, the other end 17b of the tensioning member 17 is fixed at a lower position, at a predetermined distance or more from the reaction beam 13. The other end 17b of the tensioning member 17 is anchored to the reaction floor 2 using a lower anchoring part 18. The lower anchoring part 18 has a base plate 18a, a chair tube 18b, an anchor plate 18c, a ring nut 18d, and an anchor head 18e. The base plate 18a is provided so as to be embedded in the lower surface of the reaction floor 2. The chair tube 18b is cylindrical and is provided below the base plate 18a. The PC steel strands are separated into multiple PC steel strands at the other end 17b, just as at the one end 17a, and each of these PC steel strands is anchored individually. More specifically, each PC steel strand constituting the tensioning member 17 is inserted inside the chair tube 18b. The anchor plate 18c is provided to cover the lower end of the chair tube 18b. The ring nut 18d is seated on the lower surface of the anchor plate 18c. The anchor head 18e is provided inside the ring nut 18d and is designed to displace vertically as the ring nut 18d rotates. The other end 17b of the tensioning member 17 is restrained from upward movement by a tapered fastener 17c attached to the anchor head 18e. The other end 17b of the tensioning member 17, the ring nut 18d, and the anchor head 18e are covered by a cap 18f.
支持壁14の、緊張材17が貫通して設けられる部分には、シース管からなる管17pが埋設されて設けられている。緊張材17の一端17aと他端17bとの間は、この管17pに挿通されている。管17pの下端部には、管17pよりも細径の鞘管17qが挿入されている。鞘管17qの外側には、スパイラル筋16が、支持壁14に埋設されて設けられている。
このような緊張材17は、リングナット18d、19dを締め付けることによって、予め設定されたプレストレス力(引張力)が導入されている。ゴム支持材15の各々は、隣接した位置に設けられた緊張材17によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されている。
A pipe 17p made of a sheath pipe is embedded in the portion of the support wall 14 through which the tension member 17 is installed. The space between one end 17a and the other end 17b of the tension member 17 is inserted through this pipe 17p. A sheath pipe 17q, which has a smaller diameter than pipe 17p, is inserted into the lower end of pipe 17p. A spiral reinforcement 16 is embedded in the support wall 14 on the outside of the sheath pipe 17q.
A pre-set prestressing force (tensile force) is introduced into the tensioning member 17 by tightening the ring nuts 18d and 19d. Each of the rubber support members 15 is restrained under a predetermined compressive stress due to the prestressing force from the tensioning members 17 installed at adjacent positions.
このようにして、反力梁13は、プレストレス力を導入した緊張材17により、ゴム支持材15を介して支持壁14に押圧されることで、支持壁14及び反力床2に対して、鉛直方向には変位不能に設けられている。
ここで、プレストレス力を導入した緊張材17には、導入したプレストレス力を材長さで除した幾何水平剛性が作用する。すなわち、緊張材17に張力がかかることで、緊張材17に直交する水平方向における剛性が、本来であれば、上昇する。ただし、本実施形態においては、後に説明するように、反力梁13が水平方向に変位可能となるように設けたうえで、加振テーブル11を加振し、加振テーブル11から試験体Tを介して反力梁13に作用する水平力を、反力壁3と反力梁13の間に水平方向に設けられた反力検出器30のロードセル35によって計測しようとするものである。このため、緊張材17による、反力梁13の水平方向における拘束を強くすると、反力梁13に作用する水平力を正確に計測できなくなる可能性がある。
このため、反力梁13の水平方向における拘束が強くならないように、緊張材17はできるだけ長くして、幾何水平剛性を低くするのが望ましい。
また、緊張材17が挿通される菅17pの径Dは、反力梁13の水平変位に伴って緊張材17が傾斜変形するに際し、管17pの内壁に接触してこの変形を抑制することがないように、ゴム支持材15を支持する支持壁14内の全高さを通して、十分な大きさとなるように設定するのが望ましい。
In this manner, the reaction beam 13 is pressed against the support wall 14 via the rubber support member 15 by the tensioning member 17 into which a prestressing force is introduced, thereby being positioned so as to be unable to be displaced vertically relative to the support wall 14 and the reaction floor 2.
Here, the tension member 17, to which the prestress force has been introduced, is subjected to a geometric horizontal stiffness obtained by dividing the introduced prestress force by the length of the member. That is, when tension is applied to the tension member 17, the stiffness in the horizontal direction perpendicular to the tension member 17 should, in principle, increase. However, in this embodiment, as will be explained later, the reaction beam 13 is provided to be displaceable in the horizontal direction, and the excitation table 11 is excited. The horizontal force acting on the reaction beam 13 from the excitation table 11 via the test specimen T is then measured by the load cell 35 of the reaction force detector 30, which is installed horizontally between the reaction wall 3 and the reaction beam 13. For this reason, if the horizontal constraint on the reaction beam 13 by the tension member 17 is made too strong, it may become impossible to accurately measure the horizontal force acting on the reaction beam 13.
Therefore, in order to prevent the horizontal restraint of the reaction beam 13 from becoming too strong, it is desirable to make the tensioning member 17 as long as possible to lower the geometric horizontal stiffness.
Furthermore, it is desirable that the diameter D of the pipe 17p through which the tensioning member 17 is inserted be set to be sufficiently large throughout the entire height of the support wall 14 that supports the rubber support member 15, so that when the tensioning member 17 deforms by tilting due to the horizontal displacement of the reaction beam 13, it does not come into contact with the inner wall of the pipe 17p and suppress this deformation.
図3~図5に示されるように、複数本の鉛直動的ジャッキ21は、反力床2の上方に設けられ、それぞれ、鉛直方向に延びている。複数本の鉛直動的ジャッキ21は、例えば、加振テーブル11の四隅の下側に設けられている。各鉛直動的ジャッキ21の下端は、反力床2に固定されている。各鉛直動的ジャッキ21の上端は、加振テーブル11の下面に固定されている。各鉛直動的ジャッキ21は、外部から供給される油圧等により、鉛直方向に伸縮駆動される。
図2~図5に示されるように、複数本の水平動的ジャッキ22は、加振テーブル11に対し、第1方向D1の両側に配置されている。本実施形態において、水平動的ジャッキ22は、加振テーブル11に対して第1方向D1の両側に、それぞれ、第2方向D2に間隔をあけて2本ずつ設けられている。各水平動的ジャッキ22は、それぞれ、一端22aが反力壁3に固定され、他端22bが加振テーブル11のテーブル本体11bに固定されている。特に図5に示されるように、各水平動的ジャッキ22の両端22a、22bは、反力壁3、加振テーブル11に対し、それぞれ、ジョイント部材22jを介して、水平動的ジャッキ22がジョイント部材22jを中心に回転自在となるように接続されている。
第1方向D1において加振テーブル11の一方の側に位置する2本の水平動的ジャッキ22は、これらの間の距離が、図2に示されるように平面視したときに、加振テーブル11から離れるにつれて、漸次離れるように、第1方向D1に対して、例えば10°程度の角度をつけて設けられている。第1方向D1において加振テーブル11の他方の側に位置する2本の水平動的ジャッキ22についても同様である。
これら複数本の鉛直動的ジャッキ21、及び複数本の水平動的ジャッキ22が作動することにより、加振テーブル11に下端が固定され、反力梁13に上端が固定された試験体Tに対して、鉛直方向と水平方向から力が同時に作用する。このようにして試験体Tに作用した力に対する、試験体Tの応答が、計測される。
As shown in Figures 3 to 5, multiple vertical dynamic jacks 21 are provided above the reaction floor 2 and each extends vertically. The multiple vertical dynamic jacks 21 are provided, for example, below the four corners of the excitation table 11. The lower end of each vertical dynamic jack 21 is fixed to the reaction floor 2. The upper end of each vertical dynamic jack 21 is fixed to the lower surface of the excitation table 11. Each vertical dynamic jack 21 is driven to extend and retract vertically by hydraulic pressure supplied from an external source.
As shown in Figures 2 to 5, multiple horizontal dynamic jacks 22 are arranged on both sides of the excitation table 11 in the first direction D1. In this embodiment, two horizontal dynamic jacks 22 are provided on each side of the excitation table 11 in the first direction D1, with a gap in the second direction D2. Each horizontal dynamic jack 22 has one end 22a fixed to the reaction wall 3 and the other end 22b fixed to the table body 11b of the excitation table 11. In particular, as shown in Figure 5, both ends 22a and 22b of each horizontal dynamic jack 22 are connected to the reaction wall 3 and the excitation table 11, respectively, via joint members 22j, so that the horizontal dynamic jack 22 can rotate around the joint member 22j.
Two horizontal dynamic jacks 22 located on one side of the excitation table 11 in the first direction D1 are positioned at an angle of approximately 10° with respect to the first direction D1, such that the distance between them gradually increases as they move away from the excitation table 11 when viewed from above, as shown in Figure 2. The same applies to the two horizontal dynamic jacks 22 located on the other side of the excitation table 11 in the first direction D1.
As these multiple vertical dynamic jacks 21 and multiple horizontal dynamic jacks 22 operate, forces are simultaneously applied from both the vertical and horizontal directions to the test specimen T, whose lower end is fixed to the excitation table 11 and whose upper end is fixed to the reaction beam 13. The response of the test specimen T to the forces applied to it in this manner is measured.
反力検出器30は、複数本の鉛直動的ジャッキ21、及び複数本の水平動的ジャッキ22により、試験体Tに力を作用させた場合における、試験体Tの応答を計測する。反力検出器30は、一端30aが反力梁13に固定され、他端30bが反力壁3に固定されている。反力検出器30は、ロードセル35を備えており、一端と他端とを結ぶ反力検出器30の検出軸方向における荷重が、ロードセル35により検出される。
図2~図5に示されるように、本実施形態においては、反力検出器30として、第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bと、第3反力検出器30C及び第4反力検出器30Dと、が設けられている。
The reaction force detector 30 measures the response of the test specimen T when a force is applied to the test specimen T by multiple vertical dynamic jacks 21 and multiple horizontal dynamic jacks 22. One end 30a of the reaction force detector 30 is fixed to the reaction beam 13, and the other end 30b is fixed to the reaction wall 3. The reaction force detector 30 is equipped with a load cell 35, and the load in the detection axis direction of the reaction force detector 30 connecting the one end and the other end is detected by the load cell 35.
As shown in Figures 2 to 5, in this embodiment, the reaction force detector 30 is provided as a first reaction force detector 30A and a second reaction force detector 30B, and a third reaction force detector 30C and a fourth reaction force detector 30D.
第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bは、反力梁13の反力梁本体13aと、反力壁3との間に設けられている。第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bは、反力梁13に対し、第1方向D1の一方側に配置されている。第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bは、平面視したときに、反力梁13の、第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bが設けられていない、第2方向D2に延在する一辺13s(図2参照)の中央部から、反力壁3に向けて所定の角度で広がるように設けられている。第1反力検出器30Aと第2反力検出器30Bの各々は、反力梁13の反力梁本体13aの一辺13sに一端30aが固定され、他端30bが反力壁3に固定されている。特に図5に示されるように、第1反力検出器30A、第2反力検出器30Bの各々の一端30aは、反力梁本体13aに対し、接合部30jを介して、第1反力検出器30A、第2反力検出器30Bの各々が接合部30jを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。第1反力検出器30A、第2反力検出器30Bの各々の他端30bは、反力壁3に対し、接合部30kを介して、第1反力検出器30A、第2反力検出器30Bの各々が接合部30kを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。これにより、第1反力検出器30A、第2反力検出器30Bに作用する曲げモーメントが低減されている。
また、複数の反力検出器30を反力梁13の中央部から一定の角度をもって放射状に配置することで、反力梁13の変形を介在させず試験体Tの反力を直接計測可能であり、直交方向の反力も同時に計測することができる。さらに、反力梁13を挟んで、複数の反力検出器30を反力梁13の両端に設置することで、反力梁13の平面的な回転挙動を拘束し、かつ偶力を測定することできる。
The first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are provided between the reaction beam body 13a of the reaction beam 13 and the reaction wall 3. The first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are positioned on one side of the reaction beam 13 in the first direction D1. When viewed from above, the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are provided so as to extend at a predetermined angle from the center of one side 13s (see Figure 2) of the reaction beam 13 that extends in the second direction D2, where the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are not provided, toward the reaction wall 3. One end 30a of the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are fixed to one side 13s of the reaction beam body 13a of the reaction beam 13, and the other end 30b is fixed to the reaction wall 3. In particular, as shown in Figure 5, one end 30a of the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are connected to the reaction beam body 13a via a joint 30j, so that each of the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B can rotate freely around the horizontal axis about the joint 30j. The other end 30b of the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are connected to the reaction wall 3 via a joint 30k, so that each of the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B can rotate freely around the horizontal axis about the joint 30k. As a result, the bending moment acting on the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B is reduced.
Furthermore, by arranging multiple reaction force detectors 30 radially from the center of the reaction beam 13 at a certain angle, the reaction force of the test specimen T can be measured directly without involving the deformation of the reaction beam 13, and the reaction force in the orthogonal direction can also be measured simultaneously. In addition, by installing multiple reaction force detectors 30 at both ends of the reaction beam 13, the rotational behavior of the reaction beam 13 in the planar direction can be constrained, and the couple can be measured.
第3反力検出器30C及び第4反力検出器30Dは、反力梁13に対し、第1方向D1の他方側に、すなわち反力梁13の第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bが設けられた側とは反対の側に、配置されている。第3反力検出器30Cは、反力梁13の第1梁部材13bと、反力壁3との間に設けられている。第4反力検出器30Dは、反力梁13の第2梁部材13cと、反力壁3との間に設けられている。第3反力検出器30C及び第4反力検出器30Dは、平面視したときに、互いに平行に延びている。
第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dの各々の一端30aは、第1梁部材13bと第2梁部材13cの、第1方向D1において同じ側の端部に、それぞれ固定されている。特に図5に示されるように、第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dの各々の一端30aは、第1梁部材13b、第2梁部材13cに対し、接合部30mを介して、第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dの各々が接合部30mを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dの各々の他端30bは、反力壁3に固定されている。第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dの各々の他端30bは、反力壁3に対し、接合部30nを介して、第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dの各々が接合部30nを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。これにより、第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dに作用する曲げモーメントが低減されている。
The third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D are positioned on the other side of the first direction D1 relative to the reaction beam 13, that is, on the side opposite to the side of the reaction beam 13 where the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are provided. The third reaction force detector 30C is provided between the first beam member 13b of the reaction beam 13 and the reaction wall 3. The fourth reaction force detector 30D is provided between the second beam member 13c of the reaction beam 13 and the reaction wall 3. When viewed from above, the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D extend parallel to each other.
One end 30a of each of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D is fixed to the same end on the first beam member 13b and the second beam member 13c in the first direction D1. In particular, as shown in Figure 5, one end 30a of each of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D is connected to the first beam member 13b and the second beam member 13c via a joint 30m, so that each of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D can rotate freely around a horizontal axis with respect to the joint 30m. The other end 30b of each of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D is fixed to the reaction wall 3. The other ends 30b of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D are connected to the reaction force wall 3 via a joint 30n, such that each of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D can rotate freely around a horizontal axis with respect to the joint 30n. This reduces the bending moment acting on the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D.
図8は、上記加力試験装置において、試験体に水平力が作用した状態を示す図である。
このような加力試験装置10では、試験体Tは、加振テーブル11の上に設置される。試験体Tの上端は反力梁13で固定される。加振テーブル11には、鉛直動的ジャッキ21、及び水平動的ジャッキ22により、鉛直方向、及び水平方向に同時に力が作用される。例えば、加振テーブル11に対し、試験体Tが支持すべき建物の荷重に相当する力が鉛直動的ジャッキ21により作用される状態としたうえで、水平動的ジャッキ22により加振テーブル11を加振するように、鉛直動的ジャッキ21、及び水平動的ジャッキ22は、操作される。加振テーブル11に力が作用されると、図8に示すように、試験体Tには、水平力Ftが作用する。試験体Tに水平力Ftが作用すると、試験体Tの上端が固定された反力梁13に対し、この水平力Ftが伝達する。
反力梁13は、下端15eが反力床2に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材15によって、下方から支持されている。また、反力梁13は、プレストレス力を導入した緊張材17により、支持壁14及び反力床2に対して、鉛直方向には変位不能に設けられている。このため、反力梁13は、反力梁13に伝達した水平力によって、水平方向に移動しようとする。
Figure 8 shows the state in which a horizontal force is applied to the test specimen in the above-described load-bearing test apparatus.
In such a load-bearing test apparatus 10, the test specimen T is placed on the vibration table 11. The upper end of the test specimen T is fixed by a reaction beam 13. Forces are simultaneously applied to the vibration table 11 in the vertical and horizontal directions by vertical dynamic jacks 21 and horizontal dynamic jacks 22. For example, the vertical dynamic jacks 21 are applied to the vibration table 11 with a force equivalent to the building load that the test specimen T should support, and then the vertical dynamic jacks 21 and horizontal dynamic jacks 22 are operated to vibrate the vibration table 11 using the horizontal dynamic jacks 22. When a force is applied to the vibration table 11, a horizontal force Ft acts on the test specimen T, as shown in Figure 8. When a horizontal force Ft acts on the test specimen T, this horizontal force Ft is transmitted to the reaction beam 13 to which the upper end of the test specimen T is fixed.
The reaction beam 13 is supported from below by a rubber support member 15, the lower end 15e of which is provided so as not to move relative to the reaction floor 2. Furthermore, the reaction beam 13 is provided so as not to be displaced vertically relative to the support wall 14 and the reaction floor 2 by a tension member 17 into which a prestressing force has been introduced. For this reason, the reaction beam 13 will attempt to move horizontally due to the horizontal force transmitted to it.
ここで、第1反力検出器30Aと第2反力検出器30Bの各々は、平面視したときに、反力梁13の反力梁本体13aの一辺13sの中央部に一端30aが固定され、反力壁3に向けて所定の角度で広がるように設けられて、他端30bが反力壁3に固定されるように、設けられている。また、第3反力検出器30C及び第4反力検出器30Dは、反力梁13に対し、反力梁13の第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bが設けられた側とは反対の側に、配置されている。第3反力検出器30Cと第4反力検出器30Dの一端30aは、第1梁部材13bと第2梁部材13cの同じ側の端部に、それぞれ固定され、他端30bが反力壁3に固定されている。
このように反力検出器30が設けられることにより、反力梁13の回転や平行移動が抑制される。例えば、反力梁13が回転しようとした際には、第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bのいずれか一方に作用する圧縮力により、あるいは第3反力検出器30C及び第4反力検出器30Dのいずれか一方に作用する圧縮力により、これが抑制される。また、例えば反力梁13が第1方向D1に移動しようとした際には、第1反力検出器30A及び第2反力検出器30B、または第3反力検出器30C及び第4反力検出器30Dのいずれかに作用する圧縮力により、これが抑制される。更に、例えば反力梁13が第2方向D2に移動しようとした際には、第1反力検出器30A及び第2反力検出器30Bのいずれかに作用する圧縮力により、これが抑制される。
このようにして、反力梁13の移動が反力検出器30によって抑制されることで、反力梁13に伝達した水平力は、反力検出器30(第1反力検出器30A、第2反力検出器30B、第3反力検出器30C、第4反力検出器30D)に、圧縮力または引張力として伝達される。反力梁13に伝達した水平力(の大部分)は、反力検出器30に設けられたロードセル35により、第1の水平力F1として検出される。
実際には、第1の水平力F1は、第1反力検出器30A、第2反力検出器30B、第3反力検出器30C、第4反力検出器30Dの各々のロードセル35によって検出された値を基に、演算により検出される。
Here, the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are arranged such that, when viewed from above, one end 30a is fixed to the center of one side 13s of the reaction beam body 13a of the reaction beam 13, and they are positioned to spread out toward the reaction wall 3 at a predetermined angle, with the other end 30b fixed to the reaction wall 3. The third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D are positioned on the side of the reaction beam 13 opposite to the side where the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are located. One end 30a of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D are fixed to the same end of the first beam member 13b and the second beam member 13c, respectively, with the other end 30b fixed to the reaction wall 3.
By providing the reaction force detectors 30 in this manner, rotation and translation of the reaction beam 13 are suppressed. For example, when the reaction beam 13 attempts to rotate, this is suppressed by a compressive force acting on either the first reaction force detector 30A or the second reaction force detector 30B, or by a compressive force acting on either the third reaction force detector 30C or the fourth reaction force detector 30D. Also, for example, when the reaction beam 13 attempts to move in the first direction D1, this is suppressed by a compressive force acting on either the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B, or the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D. Furthermore, for example, when the reaction beam 13 attempts to move in the second direction D2, this is suppressed by a compressive force acting on either the first reaction force detector 30A or the second reaction force detector 30B.
In this way, the movement of the reaction beam 13 is suppressed by the reaction force detector 30, and the horizontal force transmitted to the reaction beam 13 is transmitted to the reaction force detector 30 (first reaction force detector 30A, second reaction force detector 30B, third reaction force detector 30C, fourth reaction force detector 30D) as a compressive or tensile force. The majority of the horizontal force transmitted to the reaction beam 13 is detected as a first horizontal force F1 by a load cell 35 provided in the reaction force detector 30.
In practice, the first horizontal force F1 is detected by calculation based on the values detected by the load cells 35 of the first reaction force detector 30A, the second reaction force detector 30B, the third reaction force detector 30C, and the fourth reaction force detector 30D.
このようにして反力検出器30が第1の水平力Ftを検出するに際し、反力検出器30はこれに作用する力によって、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁13は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体Tに伝達した水平力のうち、この、反力検出器30の変形及び反力梁13の移動のために消費された水平力は、反力検出器30によっては検出され得ないものである。すなわち、反力検出器30によって検出された第1の水平力F1は、試験体Tに作用し、反力梁13に伝達した水平力とは、完全には一致しない。
ここで、反力梁13はゴム支持材15により、下方から支持されている。ゴム支持材15の下端15eは、支持壁14及び反力床2に対して相対移動不能に設けられているため、反力梁13の水平移動に伴い、ゴム支持材15は、水平方向に変形する。上記のような、反力検出器30の圧縮量、伸長量は、数mm程度の微小なものであるため、反力梁13が水平方向に移動しようとしたとしても、その移動量も、微小なものとなる。加力試験装置10では、このようなゴム支持材15の微小な変形量を、例えばゴム支持材15の近傍に設けられたレーザ変位計(図示無し)で検出することにより、ゴム支持材15が変形することで伝達される第2の水平力F2を取得する。
In this way, when the reaction force detector 30 detects the first horizontal force Ft, the reaction force detector 30 undergoes a slight compressive or elongative deformation due to the force acting on it, and the reaction beam 13 moves horizontally by the amount of this compression or elongation. Of the horizontal force transmitted to the test specimen T, the horizontal force consumed for the deformation of the reaction force detector 30 and the movement of the reaction beam 13 cannot be detected by the reaction force detector 30. In other words, the first horizontal force F1 detected by the reaction force detector 30 does not perfectly match the horizontal force acting on the test specimen T and transmitted to the reaction beam 13.
Here, the reaction beam 13 is supported from below by a rubber support member 15. The lower end 15e of the rubber support member 15 is provided so as to be immovable relative to the support wall 14 and the reaction floor 2, the rubber support member 15 deforms horizontally as the reaction beam 13 moves horizontally. As described above, the amount of compression and extension of the reaction force detector 30 is minute, on the order of a few millimeters, so even if the reaction beam 13 tries to move horizontally, the amount of movement will also be minute. The loading test device 10 detects this minute deformation of the rubber support member 15, for example, with a laser displacement meter (not shown) provided near the rubber support member 15, and thereby obtains the second horizontal force F2 transmitted by the deformation of the rubber support member 15.
図9は、ゴム支持材の変形量と、ゴム支持材の変形により生じる第2の水平力との関係の一例を示す図である。
ここで、図9に示されるように、ゴム支持材15の変形量と、第2の水平力F2の関係は、ゴム支持材15の変形量が微小であれば、基本的に比例関係となる。このため、水平力を作用させた場合の、ゴム支持材15の上部フランジ15aと下部フランジ15bとの水平方向の相対変形量を、事前の部材実験等により図9のようなゴム支持材15の変形量と、第2の水平力F2の関係との関係を予め把握しておく。そして、実際に加振テーブル11から試験体Tに水平力Ftを作用させたときには、ゴム支持材15に生じる変形量を、レーザ変位計で検出し、検出された変形量を基に、ゴム支持材15によって負担される第2の水平力F2を取得する。
このようにして、試験体Tに伝達した水平力のうち、第1の水平力F1として計測されなかった分が、第2の水平力F2として取得される。
加力試験装置10では、上記のようにして得られた第1の水平力F1と、第2の水平力F2とを合算し、その合算値を、試験体Tに作用する水平力Ftとする。
Figure 9 shows an example of the relationship between the amount of deformation of the rubber support material and the second horizontal force generated by the deformation of the rubber support material.
As shown in Figure 9, the relationship between the deformation of the rubber support member 15 and the second horizontal force F2 is basically proportional if the deformation of the rubber support member 15 is small. Therefore, the relationship between the deformation of the rubber support member 15 and the second horizontal force F2, as shown in Figure 9, is determined in advance through prior member experiments, etc., to determine the relative horizontal deformation of the upper flange 15a and lower flange 15b of the rubber support member 15 when a horizontal force is applied. Then, when a horizontal force Ft is actually applied to the test specimen T from the vibration table 11, the deformation occurring in the rubber support member 15 is detected by a laser displacement meter, and the second horizontal force F2 borne by the rubber support member 15 is obtained based on the detected deformation.
In this way, the portion of the horizontal force transmitted to the test specimen T that was not measured as the first horizontal force F1 is obtained as the second horizontal force F2.
In the load testing device 10, the first horizontal force F1 and the second horizontal force F2 obtained as described above are added together, and the sum of these values is defined as the horizontal force Ft acting on the test specimen T.
上述したような加力試験装置10は、構造物または当該構造物の構成部材に関する試験体Tに対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、試験体Tの応答を計測する加力試験装置10であって、反力床2の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキ21と、鉛直動的ジャッキ21の上方に設置され、上面に試験体Tが固定される加振テーブル11と、試験体Tの上端を固定する反力梁13と、一端22aが反力壁3に固定され、他端22bが加振テーブル11に固定される複数の水平動的ジャッキ22と、一端30aが反力梁13に固定され、他端30bが反力壁3に固定される反力検出器30と、下端15eが反力床2に対して相対移動不能に設けられ、上端15dが反力梁13に接合されて反力梁13を支持するゴム支持材15と、一端17aが反力梁13に固定され、他端17bが反力床2に固定された緊張材17と、を備え、試験体Tに作用する水平力Ftは、反力検出器30で計測される第1の水平力F1と、ゴム支持材15が変形して伝達される第2の水平力F2との合算値である。
このような構成によれば、試験体Tは、加振テーブル11の上に設置される。試験体Tの上端は反力梁13で固定される。加振テーブル11が、鉛直動的ジャッキ21、及び水平動的ジャッキ22により動かされると、試験体Tには、鉛直力に加え、水平力が作用する。試験体Tに作用する水平力Ftは、反力梁13を介し、反力壁3と反力梁13との間に設けられる反力検出器30に、圧縮力または引張力として伝達する。ここで、反力梁13は、下端15eが反力床2に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材15によって、下方から支持されており、反力梁13は反力床2に対して相対移動が可能な状態となっているため、この水平力の伝達は、ゴム支持材15によっては阻害されない。このようにして反力検出器30に伝達された水平力は、第1の水平力F1として計測される。
上記の要領で反力検出器30が第1の水平力F1を検出するに際し、反力検出器30は、反力検出器30に伝達する水平力の影響を受けて、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁13は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体Tに伝達した水平力のうち、この、反力検出器30の変形及び反力梁13の移動のために消費される水平力は、反力検出器30によって第1の水平力F1として計測され得ない。ここで、反力検出器30の圧縮量、伸長量は、微小なものであり、これに伴う反力梁13の移動量、及びゴム支持材15の変形量も、微小なものとなる。ゴム支持材15の変形量とゴム支持材15に作用する水平力の関係は、変形量が微小である初期変形段階においては基本的に比例関係となる。したがって、この関係を予め把握しておけば、ゴム支持材15の変形量を基に、反力梁13に伝達される水平力Ftのうち、第1の水平力F1として反力検出器30によって計測されない部分を、第2の水平力F2、すなわちゴム支持材15が変形して伝達される成分として把握することができる。
こうして検出された、反力検出器30で計測される第1の水平力F1と、ゴム支持材15が変形して伝達される第2の水平力F2とを合算することにより、試験体Tに作用する水平力Ftを、正確に検出することができる。
ここで、第1及び第2の水平力F1、F2は、水平動的ジャッキ22によって直接動かされる加振テーブル11に対して計測されるものではない。したがって、第1及び第2の水平力F1、F2には、加振テーブル11を動かす際の慣性力や、加振テーブル11とこれを支持する部材(基台11aやベアリング11c)との間に作用する摩擦力が含まれない。
また、反力梁13が、反力床2に対し、緊張材17によって接続されているため、反力梁13の鉛直方向の変位は抑制される一方で、水平方向には剛には拘束されていない。このため、ゴム支持材15に作用する水平力は、鉛直方向に緊張材17を通して伝達されにくい。これにより、水平力の計測精度が向上する。
以上が相乗し、試験体Tに作用する水平力を正確に検出することができる。
また、上記のような構成においては、反力梁13を支持するに際し、基本的にはゴム支持材15と緊張材17を設ければ良いため、構成が簡潔なものとなる。
更に、上記のような構成においては、摩擦力と慣性力の影響を受けていないため、水平力の検出をリアルタイムで行うことが可能である。
その結果、試験体Tに作用する水平力Ftを正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置10を提供することが可能となる。
The above-described load testing apparatus 10 is a load testing apparatus 10 that simultaneously applies forces from the vertical and horizontal directions to a test specimen T relating to a structure or a component of said structure, and measures the response of the test specimen T, comprising: a plurality of vertical dynamic jacks 21 provided above the reaction floor 2; an excitation table 11 installed above the vertical dynamic jacks 21 and on which the test specimen T is fixed to the upper surface; a reaction beam 13 that fixes the upper end of the test specimen T; and a plurality of horizontal dynamic jacks, one end 22a fixed to the reaction wall 3 and the other end 22b fixed to the excitation table 11. The apparatus comprises a buckle 22, a reaction force detector 30 with one end 30a fixed to the reaction beam 13 and the other end 30b fixed to the reaction wall 3, a rubber support member 15 with its lower end 15e fixed so as not to move relative to the reaction floor 2 and its upper end 15d joined to the reaction beam 13 to support the reaction beam 13, and a tension member 17 with one end 17a fixed to the reaction beam 13 and the other end 17b fixed to the reaction floor 2. The horizontal force Ft acting on the test specimen T is the sum of a first horizontal force F1 measured by the reaction force detector 30 and a second horizontal force F2 transmitted by the deformation of the rubber support member 15.
In this configuration, the test specimen T is placed on the excitation table 11. The upper end of the test specimen T is fixed by the reaction beam 13. When the excitation table 11 is moved by the vertical dynamic jack 21 and the horizontal dynamic jack 22, a horizontal force acts on the test specimen T in addition to the vertical force. The horizontal force Ft acting on the test specimen T is transmitted as a compressive or tensile force to the reaction force detector 30, which is provided between the reaction wall 3 and the reaction beam 13, via the reaction beam 13. Here, the reaction beam 13 is supported from below by a rubber support member 15 whose lower end 15e is fixed so as to be immovable relative to the reaction floor 2, and the reaction beam 13 is movable relative to the reaction floor 2, so the transmission of this horizontal force is not hindered by the rubber support member 15. The horizontal force transmitted to the reaction force detector 30 in this way is measured as the first horizontal force F1.
When the reaction force detector 30 detects the first horizontal force F1 in the manner described above, the reaction force detector 30 undergoes a slight compressive or elongative deformation due to the influence of the horizontal force transmitted to it, and the reaction beam 13 moves horizontally by the amount of this compression or elongation. Of the horizontal force transmitted to the test specimen T, the horizontal force consumed for the deformation of the reaction force detector 30 and the movement of the reaction beam 13 cannot be measured as the first horizontal force F1 by the reaction force detector 30. Here, the amount of compression and elongation of the reaction force detector 30 is minute, and the amount of movement of the reaction beam 13 and the amount of deformation of the rubber support material 15 that accompany it are also minute. The relationship between the amount of deformation of the rubber support material 15 and the horizontal force acting on the rubber support material 15 is basically proportional in the initial deformation stage when the amount of deformation is minute. Therefore, by understanding this relationship in advance, it is possible to identify the portion of the horizontal force Ft transmitted to the reaction beam 13 that is not measured by the reaction force detector 30 as the first horizontal force F1, based on the amount of deformation of the rubber support material 15, as the second horizontal force F2, i.e., the component transmitted by the deformation of the rubber support material 15.
By adding the first horizontal force F1, measured by the reaction force detector 30, and the second horizontal force F2, transmitted by the deformation of the rubber support material 15, the horizontal force Ft acting on the test specimen T can be accurately detected.
Here, the first and second horizontal forces F1 and F2 are not measured with respect to the excitation table 11 which is directly moved by the horizontal dynamic jack 22. Therefore, the first and second horizontal forces F1 and F2 do not include the inertial force when moving the excitation table 11 or the frictional force acting between the excitation table 11 and the members supporting it (base 11a and bearing 11c).
Furthermore, since the reaction beam 13 is connected to the reaction floor 2 by a tensioning member 17, the vertical displacement of the reaction beam 13 is suppressed, while it is not rigidly constrained in the horizontal direction. Therefore, the horizontal force acting on the rubber support member 15 is less likely to be transmitted vertically through the tensioning member 17. This improves the accuracy of horizontal force measurement.
The combined effect of these factors allows for the accurate detection of the horizontal force acting on the test specimen T.
Furthermore, in the above configuration, when supporting the reaction beam 13, it is basically sufficient to provide rubber support material 15 and tensioning material 17, resulting in a simpler structure.
Furthermore, in the configuration described above, since it is not affected by frictional and inertial forces, it is possible to detect horizontal forces in real time.
As a result, it becomes possible to provide a force testing device 10 that can accurately and in real time detect the horizontal force Ft acting on the test specimen T, and can be realized with a simple structure.
また、ゴム支持材15は、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承である。
このような構成によれば、単層のゴム支承、または積層ゴム支承であるゴム支持材15は、高い鉛直剛性を有しており、鉛直方向の変形が抑えられる。このため、ゴム支持材に水平力が作用した際に、ゴム支持材15の鉛直方向の変形が抑えられ、ゴム支持材15は、作用した水平力の分だけ、水平方向にスムーズに変形することができる。したがって、第2の水平力F2を、正確に、把握することができる。
Furthermore, the rubber support material 15 is either a single-layer rubber bearing or a laminated rubber bearing consisting of multiple layers.
With this configuration, the rubber support material 15, which is a single-layer rubber bearing or a laminated rubber bearing, has high vertical rigidity, and vertical deformation is suppressed. Therefore, when a horizontal force acts on the rubber support material, vertical deformation of the rubber support material 15 is suppressed, and the rubber support material 15 can deform smoothly in the horizontal direction by the amount of the applied horizontal force. Thus, the second horizontal force F2 can be accurately determined.
また、ゴム支持材15は、複数設置され、ゴム支持材15の各々は、隣接した位置に設けられた緊張材17によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されている。
このような構成によれば、緊張材17のプレストレス力により、高い鉛直剛性を有するゴム支持材15が、圧縮応力が作用した状態で拘束されることで、ゴム支持材15の鉛直方向の変位を抑えつつ、ゴム支持材15の面圧依存性を最小化することができる。これにより、ゴム支持材15の水平方向の変形による第2の水平力F2を、安定して計測することができる。
具体的に加力試験装置では、上下方向は、ゴム支持材による高い鉛直剛性とPC鋼より線を用いた高プレストレス力で拘束し、水平方向は低弾性剛性(例えば、鉛直剛性の1/3000程度)を利用して数mm以下の変形を許容することで、ほとんどの水平反力を反力検出器に負担させることができ、ゴム支持材が変形して伝達される第2の水平力はゴム支持材の総剛性にこの部分に生じる微小変形を乗じて算出される。その結果、試験体に作用する水平荷重は、ゴム支持材に生じる第2の水平力と、反力検出器の第1の水平力とを合算値として、正確に、かつ即時に測定することができる。
Furthermore, multiple rubber support members 15 are installed, and each rubber support member 15 is restrained under a predetermined compressive stress by a prestressing force from tensioning members 17 provided at adjacent positions.
With this configuration, the prestressing force of the tensioning member 17 restrains the rubber support member 15, which has high vertical rigidity, under compressive stress. This suppresses the vertical displacement of the rubber support member 15 while minimizing its dependence on surface pressure. As a result, the second horizontal force F2 caused by the horizontal deformation of the rubber support member 15 can be measured stably.
Specifically, in the loading test apparatus, the vertical direction is constrained by high vertical stiffness provided by the rubber support material and high prestress force using PC steel strands, while the horizontal direction is constrained by low elastic stiffness (for example, about 1/3000 of the vertical stiffness) to allow deformation of a few millimeters or less. This allows most of the horizontal reaction force to be borne by the reaction force detector, and the second horizontal force transmitted by the deformation of the rubber support material is calculated by multiplying the total stiffness of the rubber support material by the minute deformation that occurs in this part. As a result, the horizontal load acting on the test specimen can be accurately and immediately measured as the sum of the second horizontal force generated in the rubber support material and the first horizontal force of the reaction force detector.
また、反力検出器30は、反力梁13と反力壁3の間に複数配置され、当該反力検出器30にはロードセル35が内蔵され、かつ曲げモーメントを低減させる接合部30j、30k、30m、30nが両端に設けられている。
このような構成によれば、軸力を精度よく測定できるロードセル35を、反力検出器30に内蔵し、さらに、反力検出器30の両端に、曲げモーメントを低減させる接合部30j、30k、30m、30nが設けられることで、反力梁13の変位に基づくロードセル35への曲げモーメントの発生を抑えることができる。
Furthermore, multiple reaction force detectors 30 are arranged between the reaction beam 13 and the reaction wall 3. Each reaction force detector 30 has a built-in load cell 35 and is provided with joints 30j, 30k, 30m, and 30n at both ends to reduce bending moment.
With this configuration, a load cell 35 capable of accurately measuring axial force is built into the reaction force detector 30, and joints 30j, 30k, 30m, and 30n that reduce bending moment are provided at both ends of the reaction force detector 30, thereby suppressing the generation of bending moment on the load cell 35 due to the displacement of the reaction beam 13.
また、緊張材17の他端17bは、反力梁13から所定の距離以上離れた下方の位置に固定され、緊張材17の一端17aと他端17bとの間は管17pに挿通されており、管17pの内径Dは、反力梁13の水平変形に伴う緊張材17の水平移動を許容する大きさとなっている。
このような構成によれば、緊張材17に作用する幾何水平剛性が低くなるようにして、反力梁13を水平方向に移動可能としつつ、この移動に伴う緊張材17の変位を許容可能な構成を実現することができる。
Furthermore, the other end 17b of the tensioning member 17 is fixed at a position below the reaction beam 13 at a predetermined distance or more, and the space between one end 17a and the other end 17b of the tensioning member 17 is inserted into a pipe 17p, and the inner diameter D of the pipe 17p is large enough to allow the horizontal movement of the tensioning member 17 due to the horizontal deformation of the reaction beam 13.
With this configuration, the geometric horizontal stiffness acting on the tensioning member 17 is reduced, making it possible to move the reaction beam 13 in the horizontal direction while allowing the displacement of the tensioning member 17 associated with this movement.
また、反力検出器30は、第1反力検出器30Aと第2反力検出器30Bを備え、第1反力検出器30Aと第2反力検出器30Bの各々は、平面視したときに、反力梁13の一辺13sの中央部に一端30aが固定され、反力壁3に向けて所定の角度で広がるように設けられて、他端30bが反力壁3に固定されるように、設けられている。
このような構成によれば、第1反力検出器30Aと第2反力検出器30Bを反力梁13の一辺13sの中央部から反力壁3に向けて所定の角度で拡がるように配置することで、反力梁13の変形を介在させず試験体Tの反力を直接計測できることができ、直交方向の反力も同時に計測できる。
Furthermore, the reaction force detector 30 comprises a first reaction force detector 30A and a second reaction force detector 30B. When viewed from above, one end 30a of each of the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B is fixed to the center of one side 13s of the reaction beam 13, and is provided to spread out toward the reaction wall 3 at a predetermined angle, with the other end 30b fixed to the reaction wall 3.
With this configuration, by arranging the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B so that they spread out at a predetermined angle from the center of one side 13s of the reaction beam 13 toward the reaction wall 3, the reaction force of the test specimen T can be measured directly without involving the deformation of the reaction beam 13, and the reaction force in the orthogonal direction can also be measured simultaneously.
また、反力梁13は、互いに平行に設けられる第1梁部材13bと第2梁部材13cを備え、反力検出器30は、第3反力検出器30Cと第4反力検出器30Dを備え、第3反力検出器30Cと第4反力検出器30Dは、反力梁13に対し、反力梁13の第1反力検出器30Aと第2反力検出器30Bが設けられた側とは反対の側に、配置され、第3反力検出器30Cと第4反力検出器30Dの一端30aは、第1梁部材13bと第2梁部材13cの同じ側の端部に、それぞれ固定されている。
このような構成によれば、第3反力検出器30Cと第4反力検出器30Dを、第1梁部材13bと第2梁部材13cの同じ側の端部に設置することで、反力梁13の平面的な回転挙動を拘束し、かつ偶力を測定することが可能となる。
Furthermore, the reaction beam 13 comprises a first beam member 13b and a second beam member 13c, which are provided parallel to each other, and the reaction force detector 30 comprises a third reaction force detector 30C and a fourth reaction force detector 30D. The third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D are positioned on the side of the reaction beam 13 opposite to the side of the reaction beam 13 where the first reaction force detector 30A and the second reaction force detector 30B are provided, and one end 30a of the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D are fixed to the same end of the first beam member 13b and the second beam member 13c, respectively.
With this configuration, by installing the third reaction force detector 30C and the fourth reaction force detector 30D on the same end of the first beam member 13b and the second beam member 13c, it becomes possible to restrain the rotational behavior of the reaction beam 13 in the planar direction and measure the couple.
また、本発明の加力試験装置では、試験体に作用する水平力を、反力検出器で計測される第1の水平力と、ゴム支持材が変形して伝達される第2の水平力との合算値として直接測定する加力試験システムを構築される。このことにより、摩擦力、慣性力が混入しない精度の高い反力時刻歴をリアルタイムで取得する事が可能となる。この加力試験システムを用いることで、試験体に対して加力と同時に応答値が得られるために、その応答値を瞬時に取り込んで構造物の応答を高い精度で推定することができる。
また、本発明の加力試験装置は、下記の特徴を備える。
加力試験装置にあっては、緊張材は反力梁に対する他端を、反力壁のできるだけ離れた位置(鉛直下方)に固定し、その間はゴム支持材の水平変形に伴う緊張材の水平移動を許容し、その緊張材は内径の管で囲まれていることを特徴とする。
加力試験装置にあっては、反力検出器またはその一部は、試験体の設置される反力梁中央に一端を、他端を一定の角度で広げて反力壁に固定した2本の反力検出器を有することを特徴とする。
加力試験装置にあっては、反力検出器またはその一部は、試験体の設置される反力梁両端に一端を、他端を反力壁に固定した2本の反力検出器を有することを特徴とする。
Furthermore, the load testing apparatus of the present invention constructs a load testing system that directly measures the horizontal force acting on the test specimen as the sum of a first horizontal force measured by a reaction force detector and a second horizontal force transmitted by the deformation of the rubber support material. This makes it possible to acquire a highly accurate reaction force time history in real time, free from the interference of frictional and inertial forces. By using this load testing system, response values are obtained simultaneously with the application of load to the test specimen, and these response values can be instantaneously captured to estimate the response of the structure with high accuracy.
Furthermore, the force testing apparatus of the present invention has the following features.
In a load-bearing test apparatus, the tensioning member is fixed at the other end relative to the reaction beam as far away from the reaction wall as possible (vertically downward), allowing for horizontal movement of the tensioning member due to the horizontal deformation of the rubber support member, and the tensioning member is enclosed in a tube of a specific inner diameter.
The load testing apparatus is characterized in that the reaction force detector or a part thereof has two reaction force detectors, one end of which is fixed to the center of the reaction beam on which the test specimen is installed, and the other end of which is spread out at a certain angle and fixed to the reaction wall.
The load testing apparatus is characterized in that the reaction force detector or a part thereof has two reaction force detectors, one end of which is fixed to the reaction beam on which the test specimen is installed, and the other end of which is fixed to the reaction wall.
(実施形態の変形例)
なお、本発明の加力試験装置は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、加力試験装置10は、第1方向D1に沿う水平方向に加振テーブル11を加振する水平動的ジャッキ22と、鉛直方向の力を加振テーブル11に作用させる水平動的ジャッキ22と、を備えるようにしたが、これに限られない。これに加え、加力試験装置を、第2方向D2に沿う水平方向に加振テーブル11を加振する、他の水平動的ジャッキを更に設けるように構成して、鉛直方向に力を作用させつつ、第1方向D1、及び第2方向D2の水平2方向に加振テーブル11を加振するように、3軸に同時に力を作用させる構成として実現するようにしてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
(Variations of the embodiment)
It should be noted that the force testing apparatus of the present invention is not limited to the embodiments described above with reference to the drawings, and various modifications are conceivable within its technical scope.
For example, in the above embodiment, the force testing device 10 is provided with a horizontal dynamic jack 22 that vibrates the vibration table 11 in a horizontal direction along the first direction D1, and a horizontal dynamic jack 22 that applies a vertical force to the vibration table 11, but it is not limited to this. In addition, the force testing device may be configured to further include another horizontal dynamic jack that vibrates the vibration table 11 in a horizontal direction along the second direction D2, thereby realizing a configuration in which forces are applied simultaneously to three axes so as to vibrate the vibration table 11 in two horizontal directions, the first direction D1 and the second direction D2, while applying a vertical force.
In addition to the above, it is possible to select or replace the configurations listed in the above embodiments, or to change them to other configurations as appropriate, as long as it does not deviate from the spirit of the present invention.
2 反力床 22a 一端
3 反力壁 22b 他端
10 加力試験装置(3軸加力試験装置、または2軸加力試験装置)
11 加振テーブル 30 反力検出器
13 反力梁 30a 一端
15 ゴム支持材 30b 他端
15d 上端 30j、30k、30m、30n 接合部ジョイント部材
15e 下端 35 ロードセル
17 緊張材 D 内径
17a 一端 F1 第1の水平力
17b 他端 F2 第2の水平力
21 鉛直動的ジャッキ Ft 水平力
22 水平動的ジャッキ T 試験体
2. Reaction floor 22a (one end) 3. Reaction wall 22b (other end) 10. Loading test device (triaxial loading test device or biaxial loading test device)
11 Vibration table 30 Reaction force detector 13 Reaction beam 30a one end 15 Rubber support member 30b other end 15d Upper end 30j, 30k, 30m, 30n Joint member 15e Lower end 35 Load cell 17 Tensioner D Inner diameter 17a one end F1 First horizontal force 17b other end F2 Second horizontal force 21 Vertical dynamic jack Ft Horizontal force 22 Horizontal dynamic jack T Test specimen
Claims (4)
反力床の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキと、
前記鉛直動的ジャッキの上方に設置され、上面に前記試験体が固定される加振テーブルと、
前記試験体の上端を固定する反力梁と、
一端が反力壁に固定され、他端が前記加振テーブルに固定される複数の水平動的ジャッキと、
一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力壁に固定される反力検出器と、
下端が前記反力床に対して相対移動不能に設けられ、上端が前記反力梁に接合されて前記反力梁を支持するゴム支持材と、
一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力床に固定された緊張材と、
を備え、
前記試験体に作用する水平力は、前記反力検出器で計測される第1の水平力と、前記ゴム支持材が変形して伝達される第2の水平力との合算値であることを特徴とする加力試験装置。 A force testing apparatus for measuring the response of a test specimen to a structure or a component of said structure, by simultaneously applying forces from the vertical and horizontal directions to said test specimen,
Multiple vertical dynamic jacks are installed above the reaction floor,
An excitation table is installed above the aforementioned vertical dynamic jack, and the test specimen is fixed to its upper surface.
A reaction beam that fixes the upper end of the test specimen,
Multiple horizontal dynamic jacks, one end of which is fixed to the reaction wall and the other end of which is fixed to the vibration table,
A reaction force detector, with one end fixed to the reaction beam and the other end fixed to the reaction wall,
A rubber support member whose lower end is provided so as not to move relative to the reaction floor, and whose upper end is joined to the reaction beam to support the reaction beam,
A tensioning member, with one end fixed to the reaction beam and the other end fixed to the reaction floor,
Equipped with,
The load testing apparatus is characterized in that the horizontal force acting on the test specimen is the sum of a first horizontal force measured by the reaction force detector and a second horizontal force transmitted by the deformation of the rubber support material.
The loading test apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of reaction force detectors are arranged between the reaction beam and the reaction wall, each reaction force detector has a built-in load cell, and joints for reducing bending moment are provided at both ends.
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