JPS5961746A - ２軸構造物試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、垂直圧縮荷重および水平横荷重に対する試
験体の強度を試験するための２軸構造物試験装置に関す
るものであり、特に地震時の荷重に対する柱部材の強度
を試験するに適した試験装置に関するものである。

最近、地震の多発にともない、地震時の荷重に対する柱
部材の強度を試験することが強く要望されている。この
発明は、その要望に応じるべくなされたものである。地
震時には、柱部材の上端に、建造物の自重およびその横
揺れによって垂直圧縮荷重および水平横荷重が載荷され
る。したがって、その柱部材の強度を試験するには、直
立させた試験体の上端に、その上方から垂直シリンダに
よって垂直圧縮荷重を載荷すると同時に、横から水平シ
リンダによって水平横荷重を載荷すればよい。しかしな
がら、水平横荷重を試験体の上端に載荷すると、試験体
が曲がり、その上端が横方向に変位する。地震時の荷重
に対する柱部材の強度を試験するには、試験体の上端が
横方向に変位しても、それに関係なく同様に垂直圧縮荷
重が試験体の上端に載荷されるようにせねばならない。

しかも、垂直圧縮荷重の荷重軸と水平横荷重の荷重軸の
交点が常時試験体の上端の所定位１４に保持されるよう
にする必要がある。

この発明は、前記条件をみたすことができる試験装置を
提供すべくなされたもので、垂直シリンダをその反力を
受ける反力フレームに対し実質」二水平に移動可能に案
内するとともに、試験体の上端に相対的に回転運動可能
に接合する。

そして、垂直シリンダと試験体の上端の回転中心を実質
上垂直圧縮荷重の荷重軸と水平横荷重の荷重軸の交点に
位置させたものである。

以下、この発明の実施例を図面について説明する。

図において、試験体（１）は垂直に配置され、ベッド（
２）」―に直立している。試験体（１）の下端は、フラ
ンジとボルトまたは溶接によってベッド（２）に固定さ
れている。垂直圧縮荷重は、試験体（１）の上端にその
上方から垂直シリンダ（３）によって載荷される。水平
横荷重は、試験体（１）の上端にその横から水平シリン
ダ（４）によって載荷される。

垂直シリンダ（３）は、試験体（１）の上端と反力フレ
ーム（５）間に実質上垂直に配置され、荷重伝達水平移
動機構（６）によって反力フレーム（５）に対し実質上
水平に移動可能に案内されている。水平移動機構（６）
は、上下一対の荷重支持板（７）＋（８）の水平ガイド
面間に多数のボール（９）を転勤可能に介在させたもの
である。垂直シリンダ（３）は下側の支持板（８）に固
定され、上側の支持板（７）は反力フレーム（５）に固
定されている。また、第３図および第４図に示すように
、下側の支持板（８）に軸支された支持ローラ（１０）
およびガイドローラ０１）が上側の支持板（７）の上面
および側面に係合されている。これによって、垂直シリ
ンダ（３）が反力フレーム（５）に対し第１図において
実質上水平に移動可能に支持され、案内されているもの
である。

垂直シリンダ（３）は、荷重伝達回転継手（１２）によ
って試験体（１）の上端に相対的に回転運動可能に接合
されている。荷重伝達回転継手θ２）は、上下一対の圧
盤（＋３）ｉｌ→の湾曲ガイド面間に多数のローラ０５
）を転勤可能に介在させるとともに、下側の圧盤（Ｉ４
）と試験体（１）の上端の湾曲ガイド面間に多数のロー
ラ（１６）を転勤可能に介在させたものである。上側の
圧盤（１３）は、垂直シリンダ（３）のロッド（Ｊ７）
に固定されている。また、第１図に示されているように
、上側の圧盤θ４）と試験体（］）の上端の湾曲ガイド
面は垂直シリンダ（３）および水平シリンダ（４）を含
む垂直面内において中心（Ｃ）から一定半径（Ｒ１）離
れだ円弧上に形成されている。

したがって、垂直シリンダ（３）と試験体（１）の上端
は第１図において中心（Ｃ）のまわりに相対的に回転運
動することができる。第２図に示されているように、各
圧盤（１ａ）　、　Ｑ＜）の湾曲ガイド面は前記垂直面
と直交する垂直面内において中心（Ｃ／）から一定半径
（Ｒ２）離れた円弧上に形成されている。したがって、
垂直シリンダ（３）と試験体（１）の上端はＦ、２図に
おいて中心（Ｃつのまわりに相対的に回転運動すること
もできる。各回転中心（Ｃ）、　（Ｃつは、垂直圧縮荷
重の荷重軸（ｙ）と水平横荷重の荷重軸（Ｘ）の交点に
位置している。

垂直シリンタ責３）のヘッド側およびロン上側はサーボ
弁０８）を介してポンプ（１９）およびタンク（２０）
に接続されている。シリンダ（３）のヘッド側は圧力変
換器０１）に接続されている。

水平シリンダ（４）は、試験体（］、）の上端と反力フ
レーム（ハ）間に実質上水平に配置され、ボール継手（
２３１，Ｇ２４）によって反力フレームＱ功および試験
体（１）の上端に相対的に回転運動可能に連結されてい
る。各ボール継手（ハ）、（２→は、それぞれ一対の荷
重支持板間にボール（ハ）、（ハ）を転勤可能に介在さ
せたものである。また、この実施例では、シリンダ（４
）とボール継手（ハ）間にロードセル（財）が設けられ
、シリンダ（４）はスプリング（ハ）によって反力フレ
ーム（ハ）に弾性支持されている。

水平シリンダ（４）の駆動に同調させて垂直シリンダ（
３）を水平に移動させる水平同調機構として、同調シリ
ンダ０９）が使用されている。同調シリ〕ダ（社）は、
水平移動機構（６）の荷重支持板（８）と尺力フレーム
（５）間に実質上水平に配置され、両者に相対的に回転
運動可能に連結されている。また、後述するように、同
調シリンダに）と反力フレーム（５）間に、試験体（１
）の上端の水平変位量と同調シリンダ（２９）のストロ
ークのずれを吸収するはね（図示せず）が設けられてい
る。

水平シリンダ（４）と同調シリンダに）のロッド側は互
いに同一の受圧面積を有し、互いに接続されている。水
平シリンダ（４）および同調シリンダ（２９＞のヘッド
側はサーボ弁（ロ）を介してポンプ０υおよびタンク０
．１に接続されている。

前記のように構成された２軸描造物試験装置において、
垂直シリンダ（３）のヘッド側に液圧を供給し、垂直シ
リンダ（３ンを駆動させると、垂直圧縮荷重が荷重伝達
回転継手（Ｉ２）の圧盤１１’３Ｆ　、　Ｉ’ＩＪおよ
びｒＪ−ラθ５）、＋　（１Ｇ）を介して試験体（１）
の上端に載荷される。その反力は、荷重伝達水平移動機
構（６）の荷重支持板（７）、（８）およびボール（９
）によって反力フレーム（５）に伝達される。反力フレ
ーム（５）は、伝達される反力を受け、これを支持する
。

これと同時に、水平シリンダ（４）のヘッド側に液圧を
供給し、水平シリンダ（４）を駆動すると、水平横荷重
がボーノン継手（２４の荷重支持板およびボールＧ！Ｌ
　ロードセル（ハ）を介して試験体（１）の上端に載荷
される。その反力は、ボール継手（財）の荷重支持板お
よびボールに）によって反力フレームＨに伝達される。

反力フレームに）は、伝達される反力を受け、これを支
持する。

水平横荷重を試験体（１）の上端に載荷すると、試験体
（１）が曲がり、その上端が第１図において横方向に変
位する。したがって、水平横荷重の反力が荷重伝達回転
継手θ２）の圧盤（（ｉ３１　；旧）・およびローラ（
’５）　＋　（１６）を介して垂直シリンダ（３）に作
用する。水平横荷重の反力を受けると、垂直シリン・ダ
（３）は第１図において実質上水平に移動する。

水平移動機構（６）のボール（９）は各荷重支持板（７
）。

（８）の水平ガイド面上を転動し、ローラ（１０）　、
　（ＩＩ）は上側の支持板（７）の上面および側面上を
転動し、垂直シリンダ（３）を案内する。これと同時に
、試験体（１）の上端が垂直シリンダ（３）に対し相対
的に第１図において回転軸心（Ｃ）のまわりを回転運動
する。回転継手（Ｉ２）のローラ（１６）は、下側の圧
盤（１４）と試験体（１）の」二端の湾曲ガイド面上を
転動し、垂直シリンダ（３）および試験体（１）の上端
を案内する。

これによって、水平横荷重の反力が吸収されるものであ
る。したがって、試験体（１）の上端は拘束されず、水
平横荷重に応じて横方向に変位する。試験体（１）の上
端が横方向に変位しても、それに関係なく垂直シリンタ
宣３）は実質上垂直に保持され、同様に垂直圧縮荷重が
試験体（１）の上端に載荷される。

また、試験体（１）の上端が横方向に変位すると、それ
に応じて水平シリンダ（４）が駆動され、そのロッド側
から同調シリンダに）のロッド側に液圧が供給される。

これによって、同調シリンダ（ハ）が駆動され、水平移
動機構（６）の下側の荷重支持板（８）を索引する。し
たがって、垂直シリンダ（３）はｑ：５１１’ｒ支持板
（８）と一体重に円滑に移動する。また、水ゝ１４シリ
ンダ（４）と同調シリンダ（ハ）のロッド側の受圧面積
は互いに同一であるため、水平シリンダ（４）と同調シ
リンダに）のストロークは互いに同一に保持される。し
たがって、垂直シリンダ（３）は試験体（１）の上端の
変位に応じて的確に移動する。なお、試験体（１）が曲
がるとき、その上端は上下方向にも変位するため、試験
体（１）の上端の水平変位量と同調シリンダに）のスト
ロークは厳密には同一ではない。そのずれは、同調シリ
ンダＧ！９）と反力フレーム（５）間に設けられたばね
によって吸収される。

また、回転中心（Ｃ）は垂直荷重の荷重軸（ｙ）と水平
荷重の荷重軸（Ｘ）の交点に位置し、試験体（１）の上
端は垂直シリンダ（３）に対し相対的にこの回転中心（
Ｃ）のまわりを回転運動するため、垂直荷重の荷重軸（
ｙ）と水平荷重の荷重軸（Ｘ）の交点は回転中心（Ｃ）
からはずれず、常時試験体（１）の上端の所定位置に保
持される。したがって、試験体（１）の上端の所定位置
において垂直圧縮荷重および水平横荷重が的確に載荷さ
れる。

したがって、地震時の荷重に対する柱部材の強度につい
て正確に試験することができる。垂直シリンダ（３）の
ヘッド端に液圧を供給するとき、圧力変換器（２１）に
よってその液圧を検出し、サーホ゛弁０８）を制御する
と、液圧を一定に保持することかでき、垂直圧縮荷重を
一定に維持することができる。圧力変換器（２１）によ
って液圧を変換し、垂直圧縮荷重を調ｍすることもでき
る。水平横荷重については、ロードセルＨによって水平
横荷重を検出し、それに応じてサーボ弁（３＠を制御し
、水平横荷重を調節することができる。

この他、水平横荷重と同様、垂直横荷重の検出にもロー
ドセルを使用してもよい。シリンダ（ｓ）　、　（４）
のヘッド側の液圧を検出する圧力セルを使用してもよい
。シリンダ（３）、（４）のストロークを検出し、それ
に応じて垂直圧縮荷重および水平横荷重の一方または両
方を制御することもできる。シリンダ（３Ｌ　（４）の
ストロークを検出するには、差動トランス、ポテンショ
メータなどの検出機構を使用ずればよい。さらに、試験
体（すに多数のストレーンゲージを貼り付け、その種々
の個所の変位を検出することもてきる。各検出信号を記
録装置によって処理し、特性曲線、プリントアウトなど
の試験データを得ることも可能である。

したがって、試験体（１）の強度について静的および動
的強度試験から地震時のシミュレーション試験まで広範
囲に試験することができる。

なお、試験体（１）によっては、その」二端が第２図に
おいて横方向に変位することも考えられる。

この場合は、試験体（１）の上端が垂直シリンダ（３）
に対し相対的に第２図において回転軸心（Ｃつのまわり
を回転運動する。これによって、水平横荷重の反力が吸
収される。

以上説明したように、この発明は、試験体の上端が横方
向に変位しても、それに関係なく同様に垂直圧縮荷重を
試験体の」一端に載荷することができ、地震時の荷重に
対する柱部側の強度を試験することができる。特に、こ
の発明は、垂直シリンダと試験体の上端の回転中心を実
質上垂直圧縮荷重の荷重軸と水平横荷重の荷重軸の交点
に位置させたから、垂直圧縮荷重の荷重軸と水平横荷重
の葡爪軸の交点を常時試験体の上ｙ１Ｍの所定位置に保
持することができる。したがって、地震＋＋、＋１８の
荷重に対する柱部利の強度について正確に試験すること
ができるものである。

この発明には、前記実施例の他に種々の変形例が考えら
れる。たとえば、荷重伝達回転継手として、多数のボー
ルを一対の圧盤の球面ガイド面間に転勤可能に介在させ
たボール式のものを使用してもよい。油圧を圧盤の球面
ガイド面間に介在させた静圧式のものを使用してもよい
。

トラニオン式自在継手を使用してもよい。水平移動機構
および水平同調機構にも、種々のものが考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す断面側面図、第２図
は第１図の垂直シリンダ、回転継手および試験体の上端
の断面正面図、第３図は第１図の水平移動機構の側面図
、第４図は第３図の端面図である。 （１）・・・・・・・・・・・・・・・試験体（３）・
・・・・・・・・・・・・・・垂直シリンダ（４）・・
・・・・・・・・・・・・・水平シリンダ（５）・・・
・・・・・・・・・・・・反力フレーム（６）・・・・
・・・・・・・・・・・水平移動機構（１２）・・・・
・・・・・・・・・・・回転継手（Ｃ）・・・・・・・
・・・・・・・・回転中心（ｙ）・・・・・・・・・・
・・・・・垂直圧縮荷重の荷重軸（Ｘ）・・・・・・・
・・・・・・・・水平横荷重の荷重軸特許出願人　　株
式会社島津製作所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直１°ムさせた試験体の上端に、その上方から垂直シリ
   ンダによって垂直圧縮荷重を載荷すると同時に、横から
   水平シリンダによって水平横荷重を載荷するようにした
   試験装置において、前記垂直シリンダをその反力を受け
   る反力フレー１、に７・１シ実実」−４水平に移動ロエ
   能に案内するとともに、前記試験体の上端に相対的に回
   転運動可能に接合し、前記垂直シリンダと前記試験体の
   上端の回転中心を実質上前記垂直圧縮荷重の荷重軸と前
   記水平横荷重の荷重軸の交点に位置させたことを特徴と
   する２軸構造物試験装置。