JPH0381095B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明はスラブなどの構造実験において、試験
体に等分布荷重を負荷させるようにした加力方法
およびその装置に関するものである。 「従来の技術」 従来一般に、この種の構造実験において、等分
布荷重による応力を模擬するには、次のような方
法がとられている。 (A) 水圧バツグによる等分布載荷方法…試験体と
反力構台との間に水圧バツグ配置し、該水圧バ
ツグに水圧をかけることにより試験体に等分布
荷重を負荷させる方法。 (B) トーナメント載荷方式による多点加力方法…
加力機器から載荷梁によつて多数の加力点に荷
重を分散させる方法。 「発明が解決しようとする問題点」 ところが、前記従来の方法においては、次のよ
うな解決すべき問題点があつた。 すなわち、(A)の水圧バツグによる載荷方法で
は、水圧バツグを試験体の全面に接触させて等分
布荷重を負荷させるようにしているので、試験体
の大きさと同等の大きさを有する反力台が必要で
あり、しかも境界条件を固定とする場合には、前
記反力台は試験体の最大耐力時の荷重に耐え得る
構造を持ち、かつ試験体をPC鋼材等で連結する
ことのできる構成であることを要求されるので、
反力台の大きさが大きくなつてしまう問題点があ
る。 また、このような反力台の代わりに反力床を適
用した場合、実験場所に制約を受けるといつた不
満がある。さらに、この水圧バツグでは、水圧バ
ツグの設置面の試験体のひび割れ進展状況を観察
することができず、また試験体の変形量が大きく
なると、水圧バツグが試験体の変形に追従できな
くなるといつた問題点も生じる。 しかも、この方法では、水圧バツグを試験体の
形状に合わせて製作する必要性があるため、試験
体が大型化すると、水圧バツグの素材の強度を高
強度にする必要がある等の不具合点もある。 一方、(B)のトーナメント載荷方式による多点加
力方法では、多数の加力点を必要とする際に、加
力フレームの高さが高くなり、また載荷梁等の組
み立ても難しく、不安定であるといつた問題点が
ある。 しかも、このものでは、載荷梁の配置に制限が
あるため、必然的に載荷梁に対する応力に対して
反力の取れる位置が制限されてしまうといつた不
具合点もあり、また加力機器により負荷する荷重
は、等分布荷重を複数の集中荷重に置き換えたも
のであるため、等分布荷重を十分に模擬すること
ができず、局部的な応力の特異点は発生しないも
のの、反曲点位置が等分布荷重時に近似しないと
いつた問題点もある。 本発明は、このような従来の問題点を有効に解
決するもので、その目的とするところは、多点加
力時の試験体の応力分布が、実機設計に対応した
等分布荷重時固定境界スラブの応力分布を模擬で
きるようにした構造実験における等分布加力方法
および装置を提供することにある。 「問題点を解決するための手段」 かかる目的を達成するために本発明の等分布加
力方法は、試験体に等分布荷重と同等な応力を生
じさせるようにした多点加力方法であつて、加重
点位置および荷重値を任意に定め、試験体に等分
布荷重を与えたときの応力分布に近似する組み合
わせを予め解析的に求め、この解析により求めた
最適な荷重点位置に求めた荷重値を加力装置によ
つて試験体に加えることを特徴とするものであ
る。 また、試験体に等分布荷重を作用させる装置と
しては、試験体を載置する加力基礎台と、該加力
基礎台に下端が埋め込まれかつ基礎台上面から上
方に延出しかつ加力基礎台の周囲に沿つて複数配
置された支持柱と、該支持柱に取り外し自在にか
つ段違いの格子状に組み込まれた反力梁と、該反
力梁と試験体との間に配置され試験体に対して荷
重を負荷する複数の加力装置とを有し、かつ前記
加力基礎台に、試験体をこの加力基礎台に固定す
るPC鋼材を配設する手段がある。 「作用」 本発明では、加力基礎台の上で試験体の試験を
する前に、構造実験すべき試験体における等分布
荷重の応力分布に、近似させるまで、前記加力装
置の加力点位置および荷重値を変えながら、加力
装置の加力点位置および荷重値に関して解析を行
ない、等分布荷重の応力分布に最も近似した加力
装置の加力点位置および荷重値を決定しておくた
め、実機実験によつても加力装置による多点加力
方法で等分布荷重を模擬することができる。 「実施例」 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。 第１図および第２図は、本発明の加力装置の一
実施例を示すもので、図中符号１は試験体Ａを載
置する加力基礎台、２はこの加力基礎台１に基端
が埋め込まれこの基礎台１よりも自由端が上方に
延出する支持柱、３はこれら支持柱２に取り外し
自在にかつ段違いの格子状に組み込まれた反力
梁、４はこの反力梁３と試験体Ａとの間に複数
（実施例では９個）配置された油圧ジヤツキであ
り、これら符号１ないし４により、本実施例の主
要部材を構成している。 前記加力基礎台１は、地盤Ｇの上に突設された
４角枠状の鉄筋コンクリート製壁部５を主体とし
て構成され、該壁部５の上面に試験体Ａの載置面
５ａが設けられるとともに、この壁部５には、上
下方向（第２図上下方向）に延びるPC鋼材挿通
孔が壁部５の長さ方向に沿つて等間隔に形成され
ている。 なお、図面ではこの挿通孔にはPC鋼材６が配
置された状態が示されている。また、前記壁部５
にはPC鋼材挿通孔の下端が開口する貫通口７が
設けられるとともに、壁部５の内側に入るための
進入口８が形成されている。 一方、前記支持柱２および反力梁３はＨ鋼によ
り構成されており、この支持柱２は本実施例で
は、壁部５の周囲にフランジ面２ａを壁部５に向
けた状態で２個づつ等間隔に設けられている。ま
た、前記反力梁３は、前記フランジ面２ａが対向
する支持柱２にボルト、ナツト等の固定手段によ
り着脱自在に架け渡されており、しかもこれら反
力梁３の内前後方向（第１図上下方向）に延びる
反力梁３は、左右方向に延びる反力梁３の下側に
位置して段違いに組み立てられている。 そして、この下側に位置する反力梁３には、Ｈ
鋼からなる４角枠状でかつ真中にもＨ鋼が架け渡
された支持枠９が一体に取り付けられるととも
に、該支持枠９には前記油圧ジヤツキ４が固定さ
れている。 この油圧ジヤツキ４は、実施例では、支持枠９
の４隅、各辺の中央部および支持枠９の中心部に
合計９個が固定されており、また、各油圧ジヤツ
キ４のロツド４ａにはロードセル１０と試験体Ａ
の上面に接するユニバーサルヘツド１１が取り付
けられている。 次に、この装置によつて、試験体Ａの構造実験
を行なう場合について工程順に説明する。

【1】 荷重位置および荷重値の解析工程 まず、前記装置により試験体Ａの構造実験を
行なう前に、油圧ジヤツキの荷重位置および荷
重値の検討を行なう。 この検討は、油圧ジヤツキ４による多点加力
時の試験体Ａの応力分布が、実機スラブの応力
分布（等分布荷重の応力分布）を模擬できるよ
うに、複数の油圧ジヤツキ４の加力点位置およ
び荷重値に関して、それぞれ位置と荷重値を変
えながら、パラメトリツクな検討を行ない、等
分布荷重の応力分布に最も近似した油圧ジヤツ
キの加力点位置および荷重値を決定するもので
ある。 なお、多点加力実験の試験体応力を、実機設
計に対応した等分布荷重時固定境界スラブの応
力分布に近似させる方法として、次の２つの場
合を考えた。 なお、加力点位置は、加力装置の大きさ等を
考慮して９点としてある。 () 第５図および第６図に示すように、試験
体Ａを等分に分割し、それぞれの部分の中心
点Ｏに加力する方法。この場合の加力点位置
は第５図（CASEX1）および第６図
（CASEY1）に示す通りである。 なお、この方法は、等分布荷重時梁実験で
一般的な手段である。 () 加力点位置および荷重値を適切に選ぶこ
とにより、等分布荷重時固定境界スラブの応
力と近似させる方法。この場合の加力点位置
は第３図（CASEX2）および第４図
（CASEY2）に示す通りである。 （）の方法では、９個の加力点位置を変
え、それぞれの加力点位置に順次単位荷重を
加え、試験体Ａの応力を求める。加力点位置
ごとの単位荷重に、それぞれの試験体Ａの応
力を係数倍し、加え合わせることにより等分
布荷重時固定境界スラブの応力分布に近似さ
せる。 以上（）、（）の方法で、加力点位置およ
び荷重値を決定するために、第１表に示すよう
に二方向板スラブ試験体と、一方向板スラブ試
験体とに分けて、それぞれ解析ケース
（CASE）を行ない、有限要素法を用いて解析
をした。 検討結果 加力点位置および荷重値を変えパラメトリツ
クに検討する解析ケースについては、応力分布
を検討した結果、最も等分布荷重時固定境界ス
ラブの応力分布に近似できたものについて、図
示するものとする。 この場合の加力点位置は、第３図および第４
図に示す通りであり、荷重比は、二方向板の場
合(イ)式で、一方向板の場合(ロ)式で示すように設
定した。 P₁：P₂：P₃＝１：２：３ ……(イ) P₄：P₅＝１：２ ……(ロ) なお、(イ)式において、符号P₁は、第３図に
示すように、試験体Ａの中心に位置する油圧ジ
ヤツキ４の加力点を、P₂は試験体Ａの中心線
Ｘ−Ｘ線、Ｙ−Ｙ線に位置する油圧ジヤツキ４
の加力点を、またP₃は試験体Ａの対角線上に
位置する油圧ジヤツキ４の加力点を示し、ま
た、(ロ)式において、符号P₄は、第４図に示す
ように、試験体Ａの中心線Ｙ−Ｙ線上に位置す
る油圧ジヤツキ４の加力点を、P₅はこの中心
線Ｙ−Ｙ線の左右対象位置にある油圧ジヤツキ
４の加力点を示している。

【表】 （）スラブ面を等分に分割し、それぞれの
部分の中心点に加力する方法（CASEX1、
CASEY1）および（）加力点位置および荷
重値を適切に選ぶことにより、等分布荷重時固
定境界スラブの応力分布と近似させる方法
（CASEX2、CASEY2）について、応力分布を
（CASEX3、CASEY3）と比較検討する。 各解析ケースについて、スラブ中心線上およ
び端部近傍の曲げモーメント、せん断力を等分
布荷重時固定境界スラブの曲げモーメント、せ
ん断力と比較した図を、二方向板については、
第７図および第８図に示し、一方向板について
は、第９図および第１０図に示す。 加力点位置および荷重値の決定に当たつて
は、実験目的に基づいて評価基準を設定し、応
力解析結果についての評価を行ない決定する。 第２表はその評価表である。

【表】

【表】 第２表の評価は、（）、（）の方法を比較
し、その優劣を決定し、それを○（優）、△
（劣）で表した。 前記第２表、および応力分布の比較から、
CASEX2、CASEY2の加力点位置および荷重
比が、等分布荷重時固定境界スラブの応力分布
を良く近似できるものと判断される。

【2】 等分布加力装置の構築工程 加力装置を第１図などに示すように、組み立
てられた状態とするには、装置全体と試験体Ａ
とを合わせた全重量を支持できる設置場所を設
定しておき、この設置場所の所定位置に支持柱
２を配置するとともに反力梁３を架け渡して、
これら支持柱２および反力梁３からなる加力フ
レームを先組みした状態とする。 次いで、前記支持柱２を基準として、壁部５
を成形するための型枠をセツトし、この型枠の
中にPC鋼材挿通孔を構成するシース管（エン
ビ管）を固定する一方、加力基礎台１に必要な
鉄筋を、必要かぶり厚を確保した状態でセツト
する。なお、この型枠内にセツトする鉄筋は、
予め工場等において鉄筋の必要量を鉄筋かごと
してユニツト化しておく。 鉄筋かご等のセツトが終了したならば、型枠
の中にコンクリートを打設して、壁部５を作
り、このコンクリートの所定強度が得られた状
態で、反力梁３を外して試験体Ａをセツトし、
この試験体Ａの上に油圧ジヤツキ４などを配置
すれば、第１図などに示した装置が完成する。 なお、前記において、加力装置を設置する場
所は、装置を設置して試験体Ａの構造実験を実
施できる場所であれば、屋内および屋外を問わ
ず、任意に設定することができる。 また前記試験体Ａをセツトする手順について
ここで説明を補足しておくと、これは、先組み
した加力フレームから、反力梁３を取り外し、
加力基礎台１の上から試験体Ａを載置するもの
であるが、試験体Ａを載置した後、さらにPC
鋼材６によつて、加力基礎台１に固定する手順
が加わり、またこのPC鋼材６は、実験中に試
験体Ａと加力基礎台１との両接合面が開かない
だけの導入力を与えておくものである。

【3】 実験工程 そして、構造実験を行なうには、全部のセツ
トが完了した時点すなわち試験体ＡをPC鋼材
６によつて加力基礎台１に固定し、９個の油圧
ジヤツキ４を支持枠９によつて試験体Ａの中心
部によつつた設定位置に配置した時点で、各油
圧ジヤツキ４をそれぞれの設定荷重で動作させ
て、ロツド４ａを伸張させていく。 この際の油圧ジヤツキ４の荷重位置は、二方
向板の場合は、第３図に示す位置において行な
い、その際の各油圧ジヤツキ４の設定荷重は、
前記解析工程で検討した(イ)式の荷重比を用い
る。 P₁：P₂：P₃＝１：２：３ ……(イ) また、一方向板の場合の油圧ジヤツキ４の荷
重位置は、第４図に示す位置において行ない、
その際の各油圧ジヤツキ４の設定荷重は、前記
解析工程で検討した(ロ)式の荷重比を用いる。 P₄：P₅＝１：２ ……(ロ) しかして、前記した設定荷重により、油圧ジ
ヤツキ４を動作させて、油圧ジヤツキ４のロツ
ド４ａを伸張させると、油圧ジヤツキ４は反力
梁３から反力を受け、試験体Ａに等分布荷重が
作用する。そして、等分布荷重が試験体Ａに作
用すると、試験体Ａは次第に変形して湾曲して
いくが、本実施例では、油圧ジヤツキ４により
試験体Ａを変形させているので、試験体Ａの最
大耐力時の荷重と変形に対して追従することが
でき、また試験体Ａの上面のひび割れも観察す
ることができる。なお、試験体Ａの下面につい
ては、加力基礎台１の壁部５に形成した進入口
８から観察することができる。 また前記試験体Ａと加力基礎台１とをPC鋼
材６により強固に固定しているので、スラブ周
辺境界条件をできるだけ固定の状態にすること
ができ、しかも加力フレームの支持柱２を加力
基礎台１に埋め込む構成としているので、自己
釣合系にすることができる利点もある。 なお、本実施例では、支持枠９に設けた９個
の油圧ジヤツキ４により、試験体Ａに荷重を負
荷させる構成としているが、他の形状を持つた
試験体の構造実験をする場合には、その試験体
について、加力点の位置および設定荷重を解析
工程により検討し、等分布荷重を作用させるよ
うにする。 そして、このような際に、油圧ジヤツキ４の
位置などを変更するようなことが生じた場合、
本実施例では、反力梁３を段違い構造とするこ
とで、組み立てを簡単にしているので、反力梁
３に作用する応力に対して、反力の取れる位置
を任意に設定することができる利点がある。 「実施例」 次に本発明にかかる加力方法の作用効果を確認
するために行なつた実験結果を紹介する。 この実験においては、第１図および第２図に示
す装置を使用し、各油圧ジヤツキ４の設定位置お
よびその設定荷重の比などの設定条件は前述した
実施例に従つている。 第１１図および第１２図は二方向板における実
験結果を示し、また第１３図および第１４図は位
置方向板における実験結果を示すものである。 なお、第１１図および第１３図においては、 (1) 試験体Ａの中心線Ｘ−Ｘ線上の曲げモーメン
トを実線で示した。 (2) 試験体Ａの中心線Ｙ−Ｙ線上の曲げモーメン
トを破線で示した。 一方、第１２図および第１４図においては、 (1) 試験体Ａの中心線Ｘ−Ｘ線上の軸力を実線で
示した。 (2) 試験体Ａの中心線Ｙ−Ｙ線上の軸力を破線で
示した。 以上４つの実験例から明らかなように、本発明
にかかる加力方法では、モーメント形状から見て
十分に等分布荷重を模擬できているものと推定す
ることができる。 「発明の効果」 以上説明したように、本発明によれば、次のよ
うな優れた効果を奏することができる。 (a) 加力装置の基礎を、試験体を載置する加力基
礎台と、この加力基礎台から上方に延出する支
持柱および反力梁とにより構成したから、装置
全体をコンパクトにまとめることができる。 (b) 予め構造実験すべき試験体における等分布荷
重の応力分布に、近似させるまで、前記加力装
置の加力点位置および荷重値を変えながら、加
力装置の加力点位置および荷重値に関して解析
を行ない、等分布荷重の応力分布に最も近似し
た加力装置の加力点位置および荷重値を決定し
ておき、この解析により決定した加力装置の加
力点位置に加力装置を配設するとともに、解析
により決定した荷重値を各加力位置で加力装置
により加えるようにしているので、等分布荷重
時の応力にできるだけ近似した荷重状態を模擬
することができる。 (c) 試験体をPC鋼材によつて加力基礎台に固定
するようにしたので、試験体の周辺境界条件を
できるだけ固定の状態にすることができる。 (d) 反力梁を段違いの格子状に組むことによつ
て、その組み立てを簡単にすることができ、ま
たこの反力梁および支持梁からなる加力フレー
ムに作用する応力に対して、反力の取れる位置
を任意に設定することができる。 (e) 加力基礎台に載置された試験体に、該加力基
礎台に下端が埋め込まれた支持柱とこの支持柱
に組まれた反力梁とからなる架構にセツトされ
た加力装置を介して荷重を負荷するようにして
いるので、装置全体を自己釣合系とすることが
でき、したがつて、反力床を必要とせず、実験
場所に制約されることがない。 (f) 反力梁を支持柱に対して取り外し自在に組ん
でいるので、反力梁を取り外し、吊り上げるこ
とで、試験体のセツト、リセツトが容易にな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の加力装置の一実
施例を示すもので、第１図は平面図、第２図は第
１図−線に沿う矢視断面図、第３図は二方向
板における各加力点の設定荷重を説明するために
示した概略図、第４図は一方向板における各加力
点の設定荷重を説明するために示した概略図、第
５図および第６図は本発明の加力方法と比較する
ために示した多の加力方法の加力点を示すもの
で、それぞれ第３図および第４図と同様の概略
図、第７図および第８図は二方向板の解析ケース
における試験体中心線上の応力分布を説明するた
めに示したもので、第７図は曲げモーメントを比
較したグラフ、第８図はせん断力を比較したグラ
フ、第９図および第１０図は一方向板における応
力分布を説明するために示したもので、第９図は
曲げモーメントを比較したグラフ、第１０図はせ
ん断力を比較したグラフ、第１１図および第１２
図は二方向板における実験の結果を示すもので、
第１１図は曲げモーメント分布を示すグラフ、第
１２図は軸力分布を示すグラフ、第１３図および
第１４図は一方向板における実験結果を示すもの
で、第１３図は曲げモーメント分布を示すグラ
フ、第１４図は軸力分布を示すグラフである。 １……加力基礎台、２……支持柱、２ａ……フ
ランジ面、３……反力梁、４……油圧ジヤツキ、
５……壁部、６……PC鋼材、８……進入口、９
……支持枠、１０……ロードセル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 試験体に等分布荷重と同等な応力を生じさせ
   るようにした多点加力方法であつて、 加重点位置および荷重値を任意に定め、試験体
   に等分布荷重を与えたときの応力分布に近似する
   組み合わせを予め解析的に求め、この解析により
   求めた最適な荷重点位置に求めた荷重値を加力装
   置によつて試験体に加えることを特徴とする構造
   実験における等分布加力方法。 ２ 試験体を載置する加力基礎台と、該加力基礎
   台に下端が埋め込まれかつ基礎台上面から上方に
   延出しかつ加力基礎台の周囲に沿つて複数配置さ
   れた支持柱と、該支持柱に取り外し自在にかつ段
   違いの格子状に組み込まれた反力梁と、該反力梁
   と試験体との間に配置され試験体に対して荷重を
   負荷する複数の加力装置とを有し、かつ前記加力
   基礎台には、試験体をこの加力基礎台に固定する
   PC鋼材が配設されていることを特徴とする構造
   実験における等分布加力装置。