コンクリートのせん断試験方法及びせん断試験用治具

【課題】簡単で、直接的にコンクリートのせん断強度を求めることのできるせん断試験方法及びせん断試験用治具を提供することを解決課題とする。
【解決手段】柱状のコンクリート体のせん断強度を測定するせん断試験方法であって、前記コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として一端部側に筒状の第一治具を嵌合し、中央部を始端として他端部側に筒状の第二治具を嵌合する工程と、第一治具及び第二治具の該コンクリート体の中央部側の端部を、該コンクリート体の長さ方向と直角に、且つ互いに反対方向に引張る工程を有することを特徴とするせん断試験方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンクリートのせん断試験方法及びせん断試験用治具に関し、より詳しくは、簡単、且つ直接的にせん断強度を求めることのできるコンクリートのせん断試験方法及びせん断試験用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリートは建造物等、様々な場面で使用されているが、使用期間中に種々の要因によって亀裂や割れを生じることがある。このような亀裂や割れは安全性に重要な影響を及ぼすことがある。加えて、コンクリートは他の構造材料とは異なり、強度が、調合の違いや、締め固め程度等によっても異なるといったコンクリート特有の性質を持つ。
このような要因から考えても、コンクリートの強度を測定することは重要なことである。
【０００３】
コンクリートの強度としては、主に圧縮強度、引張り強度、せん断強度が挙げられる。
ここで、圧縮強度とは、部材を繊維方向に圧縮したときの強さのことで、強度試験方法としては、下記特許文献１に開示されており、引張り強度とは、部材を引き伸ばす方向に外力が働いた時に対抗する強さのことで、強度試験方法としては、下記特許文献２に開示されている。
【０００４】
また、せん断強度とは、外力を受けた部材内の１つの面を境とし、その両側部分がその面に沿って反対方向に滑ろうとする応力（せん断応力）に対抗する強さのことをいう。
図７において説明すると、せん断強度とは、コンクリート体（２０）の面（Ｄ）を境に上側と下側に反対方向の力（図７中の矢印）を加えたとき、面（Ｄ）を境に滑って、図７（ｂ）の状態になる直前に生じる応力のことである。
【０００５】
従来一般的に使用されているせん断試験方法を図８を用いて、以下説明する。
当該方法は、図８で示す如く、供試体であるコンクリート体（２０）を斜めに固定し、上下から圧縮力を加えることで測定する方法である。この時、コンクリート体（２０）は斜めに固定されているため、圧縮力を加えることにより生じる圧縮応力（Ｅ）は、コンクリート体の長さ方向と平行に加わる力である直応力（Ｅ１）と、コンクリート体（２０）長さ方向と垂直に加わる力であるせん断応力（Ｅ２）に分けることができる。つまり、せん断応力（E２）は、圧縮応力（Ｅ）とコンクリート体（２０）を固定する角度から外挿することで求めることができる。
【０００６】
しかしながら、当該方法において、上記したように、せん断応力（Ｅ２）は、同時に生じる直応力（Ｅ１）の大きさに依存するため、せん断強度を求めるためには、直応力（Ｅ１）の大きさを考慮する必要がある。具体的には、コンクリート体（２０）を固定する角度を数種類設定して、夫々の角度についての直応力（Ｅ１）とせん断応力（Ｅ２）を求め、これらの値から外挿して純せん断強度を求める。
図９は、コンクリート体を固定する角度を三種類設定して、夫々の直応力とせん断応力をプロットした図であり、横軸が直応力を示し、縦軸がせん断応力を示す。この場合、直応力が０となる縦軸切片の値である（Ｆ）がせん断強度となる。
【０００７】
しかしながら、当該方法では、せん断強度を直接的に求めることができないため、角度を数種類設定する必要があり、試験を数回行う必要がある。そのため、作業が煩雑となり、装置も大掛りなものとなるといった問題が生じる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２－１１６１２４号公報
【特許文献２】特開平１１－２１１６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、簡単で、直接的にコンクリートのせん断強度を求めることのできるせん断試験方法及びせん断試験用治具を提供することを解決課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、柱状のコンクリート体のせん断強度を測定するせん断試験方法であって、前記コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として一端部側に筒状の第一治具を嵌合し、中央部を始端として他端部側に筒状の第二治具を嵌合する工程と、第一治具及び第二治具の該コンクリート体の中央部側の端部を、該コンクリート体の長さ方向と直角に、且つ互いに反対方向に引張る工程を有することを特徴とするせん断試験方法に関する。
【００１１】
請求項２にかかる発明は、柱状のコンクリート体のせん断強度を測定するせん断試験用治具であって、前記治具が、第一治具と第二治具からなり、前記第一治具が、前記コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として、一端部側に嵌合される筒状の第一嵌合部と、第一嵌合部におけるコンクリート体の中央部側の端部外周面に、コンクリート体の長さ方向と直角に引張り力を付加するための第一引張り力付加部からなり、前記第二治具が、該コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として他端部側に嵌合される筒状の第二嵌合部と、第二嵌合部におけるコンクリート体の中央部側の端部外周面に、コンクリート体の長さ方向と直角に引張り力を付加するための第二引張り力付加部からなることを特徴とするせん断試験用治具に関する。
【００１２】
請求項３に係る発明は、前記第一引張り力付加部及び前記第二引張り力付加部が、コンクリート体の長さ方向と直角に突出したフランジ形状であり、前記コンクリート体の長さ方向における該第一引張り力付加部の内側端面と該第二引張り力付加部の内側端面を密着保持するための固定具を有することを特徴とする請求項２記載のせん断試験用治具に関する。
【００１３】
請求項４に係る発明は、前記第一嵌合部及び第二嵌合部が有底筒状であって、夫々の深さが前記コンクリート体の長さの１／２であることを特徴とする請求項２又は３記載のせん断試験用治具に関する。
【００１４】
請求項５に係る発明は、前記第一嵌合部及び前記第二嵌合部が有底筒状であって、前記コンクリート体を該底部側から押すための締め具を有することを特徴とする請求項２乃至４いずれか記載のせん断試験用治具に関する。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る発明によれば、コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として一端部側に筒状の第一治具を嵌合し、中央部を始端として他端部側に筒状の第二治具を嵌合する工程と、第一治具及び第二治具のコンクリート体の中央部側の端部を、コンクリート体の長さ方向と直角に、且つ互いに反対方向に引張る工程を有することにより、せん断強度を外挿することなく、直接的且つ簡単に求めることができる。
【００１６】
請求項２にかかる発明によれば、治具が、第一治具と第二治具からなり、第一治具が、コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として、一端部側に嵌合される筒状の第一嵌合部と、第一嵌合部におけるコンクリート体の中央部側の端部外周面に、コンクリート体の長さ方向と直角に引張り力を付加するための第一引張り力付加部からなり、第二治具が、コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として他端部側に嵌合される筒状の第二嵌合部と、第二嵌合部におけるコンクリート体の中央部側の端部外周面に、コンクリート体の長さ方向と直角に引張り力を付加するための第二引張り力付加部からなることにより、コンクリート体の中央部に沿って、長さ方向と垂直で、且つ逆方向に引張ることができる。それにより、せん断強度を外挿することなく、直接的且つ簡単に求めることができる。
【００１７】
請求項３に係る発明によれば、第一引張り力付加部及び第二引張り力付加部が、コンクリート体の長さ方向と直角に突出したフランジ形状であり、コンクリート体の長さ方向における第一引張り力付加部の内側端面と第二引張り力付加部の内側端面を密着保持するための固定具を有することにより、第一治具と第二治具が離れることを防ぐことができる。そのため、コンクリート体にモーメント力が生じず、回転することを防ぐことができ、正確、且つ確実に、せん断強度を測定することができる。
【００１８】
請求項４に係る発明によれば、第一嵌合部及び第二嵌合部が有底筒状であって、夫々の深さがコンクリート体の長さの１／２であることにより、コンクリート体を長さ方向において、固定することができる。そのため、正確にせん断強度を測定することができる。
【００１９】
請求項５に係る発明によれば、第一嵌合部及び第二嵌合部が有底筒状であって、コンクリート体を該底部側から押すための締め具を有することにより、コンクリート体を長さ方向において固定することができる。そのため、正確にせん断強度を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るコンクリートのせん断試験方法について説明する。但し、下記実施例は本発明を何ら限定するものではない。
【００２１】
図１は、本発明に係るコンクリートのせん断試験方法を説明するための説明図であり、コンクリート体（１０）をせん断試験する工程を経時的に示した図である。なお、明細書中において、コンクリート体の長さ方向とは、せん断面と直角な方向をいい、図１では、紙面左右方向である。
【００２２】
以下、図１を用いて、本発明に係るせん断試験方法を説明する。
なお、本発明に係るコンクリートのせん断試験方法では、試供体となるコンクリート体（１０）に円柱状のものを用いるのが一般的である。その理由は、ＪＩＳＡ１１３２により、コンクリートの強度試験で円柱状のコンクリート体を用いていることが規定されているからである。そのため、以下の説明でも、円柱状のコンクリート体を用いて説明する。但し、本発明に使用するコンクリート体（１０）は、円柱状に限られるわけではなく、四角柱等の他の柱状も当然含まれる。その場合、コンクリート体（１０）を嵌合するための治具の形状も、コンクリート体に合わせて設計する必要がある。
【００２３】
まず、図１（ａ）に示す如く、円柱状のコンクリート体（１０）に、図１中右側から円筒状の第一治具（１）が、左側から円筒状の第二治具（２）が嵌め込まれる。
この時、図１（ｂ）で示す如く、コンクリート体（１０）は、長さ方向における中央部（Ａ）を始端として一端部側が筒状の第一治具に嵌合され、中央部（Ａ）を始端として他端部側が筒状の第二治具（２）に嵌合された状態となり、第一治具（１）及び第二治具（２）は中央部で接触する。
【００２４】
次いで、第一治具（１）と第二治具（２）を、コンクリート体（１０）の長さ方向と直角の方向において、夫々反対側に引張る。図１（ｂ）の矢印（Ｂ）は、コンクリート体（１０）を引張ったときに加わる力（引張り力（Ｂ））を示す。
図１（ｂ）に示す如く、コンクリート体（１０）には、中央部（Ａ）を境に反対方向の引張り力（Ｂ）が加わることとなる。
【００２５】
この時、第一治具（１）と第二治具（２）は中央部で接しているため、夫々の中央部側の端部に引張り力（Ｂ）を加えることにより、引張り力が略同一直線上に加わることとなる。そのため、コンクリート体（１０）にモーメント力が生じず、コンクリート体（１０）が回転することを防ぐことができる。
また、引張り力（Ｂ）は、中央部（Ａ）に沿ってそれぞれ加わるため、引張り力（Ｂ）を加えることにより、コンクリート体（１０）に中央部（Ａ）に沿って滑ろうとする応力であるせん断応力以外の応力（直応力等）が生じない。そのため、引張り力（Ｂ）から、せん断応力を容易に且つ直接的に求めることができる。
【００２６】
なお、この際、第一治具（１）及び第二治具（２）が有底円筒状であり、第一次具（１）及び第二次具（２）の深さが、コンクリート体の長さの１／２であることが好ましい。このような形状を有することにより、コンクリート体（１０）が長さ方向に動かないようにすることができるからである。
【００２７】
次いで、本発明に係るせん断試験用治具の実施例について説明する。
図２は、本実施例のせん断試験用治具（１００）を用いたせん断強度試験を説明するための概略図である。
図２に示す如く、せん断試験用治具（１００）は、第一治具（１）と第二治具（２）からなる。そして、引張り機（３）により、第一治具（１）が垂直下方向に、第二治具（２）が垂直上方向に夫々引張られる。
また、図３は第一治具（１）を示した図、図４は第一治具（１）と第二治具（２）をコンクリート体（１０）に嵌合するときの説明図、図５は第一治具（１）にコンクリート体を嵌合したときの内部を説明するための説明図、図６は固定具（５）を説明するための説明図である。
以下、図２乃至６を用いて、せん断試験用治具（１００）について説明する。
【００２８】
第一治具（１）は、コンクリート体（１０）に嵌合される第一嵌合部（１１）と、引張り機（３）に取付けられる第一引張り力付加部（１２）よりなる。
【００２９】
第一嵌合部（１１）は、有底の円筒状を有している。そして、図４に示す如く、開口部からコンクリート体（１０）を挿入し、コンクリート体（１０）の一端部から中央部にかけて嵌合する。
【００３０】
第一引張り力付加部（１２）は、開口端部（コンクリート体（１０）の中央側端部）に、コンクリート体（１０）の長さ方向と直角に設けられており、第一引張り力付加部（１２）は、フランジ状の突起部の先端にリング（１２１）が設けられた形状となっている。そして、引張り機（３）の設けられたフック（３１）にリング（１２１）が引っ掛けられ、引張り力が付加される。
【００３１】
なお、本実施例では、第一引張り力付加部（１２）はフランジ状の突起部にリングが設けられた形状となっているが、当該形状に限られず、例えば、第一嵌合部（１１）に直接リング（１２１）が設けられていてもよい。
【００３２】
また、第二治具（２）も、第一治具（１）と同じ形状を有しており、第二嵌合部（２１）と第二引張り力付加部（２２）よりなる。
そして、図４に示す如く、第二治具（２）は、第一治具（１）とは反対側（図４中右側）からコンクリート体（１０）に嵌合される。
【００３３】
この時、第一嵌合部（１１）の深さ（１１Ｌ）及び第二嵌合部（２１）の深さ（２１Ｌ）は、コンクリート体（１０）の長さ方向の長さ（１０Ｌ）の１／２に設計されていることが好ましい（図４参照）。これにより、第一嵌合部（１１）及び第二嵌合部（２１）にコンクリート体（１０）が嵌合された時、コンクリート体との間に隙間なく嵌合することができる。そのため、コンクリート体（１０）が長さ方向に動くことを防ぐことができ、より正確なせん断強度を求めることができる。
【００３４】
なお、コンクリートの強度試験に用いられるコンクリート体（１０）の大きさは、規格上決められている。具体的には、ＪＩＳＡ１１３２規格では、底面の直径が１００ｍｍで高さが２００ｍｍのコンクリート体を試供体として用いることが示されている。このようなコンクリート体を使用する場合、必然的に、第一嵌合部（１１）及び第二嵌合部の大きさも決定することができる。
【００３５】
加えて、第一嵌合部（１１）及び第二嵌合部（２１）は、底部に締め具（１３，２３）を有している。締め具（１３，２３）は、コンクリート体（１０）を嵌合した際に、コンクリート体（１０）と嵌合部（１１）底部の間に隙間ができた場合、底部側から押すことで、コンクリート体を固定する役割を果たすものである。これにより、嵌合部の深さが、コンクリート体（１０）の長さの１／２より大きい場合でも、コンクリート体（１０）が長さ方向に動くことを防ぐことができ、より正確なせん断強度を求めることができる。
【００３６】
締め具（１３）は、図５に示す如く、第一嵌合部の底部に設けられたネジ穴に挿通したネジ部（１３１）と、第一嵌合部内部のネジ部（１３１）の先端に設けられた押板（１３２）よりなる。そして、ネジ部（１３１）を利用して、押板（１３２）を第一嵌合部（１１）（図５の矢印方向）に押し込むことで、コンクリート体（１０）が長さ方向に動かないように固定することができる。なお、第二嵌合部（２１）に設けられた締め具（２３）も同様の形状を有している。
【００３７】
また、せん断試験用治具（１００）では、図２に示す如く、第一治具（１）の第一嵌合部（１１）の上側の部分と第二治具（２）の引張り力付加部（２２）端部が、チェーン（４）により接続されている。チェーン（４）があることにより、せん断試験によりコンクリート体（１０）がせん断されたときにチェーンがストッパーの役割を果たし、第一治具（１）が落下したり、第二治具（２）が上昇したりするのを防ぐことができる。
【００３８】
さらに、第一引張り力付加部（１２）及び第二引張り力付加部（２２）は、固定具（５）により、密着保持するように固定されている。
具体的には、図６に示す如く、固定具（５）はコ字形状であり、コ字部の幅（５Ｌ）は、第一引張り力付加部と第二引張り力付加部の厚さの合計（Ｃ）に対応して設計されている。そして、第一引張り力付加部（１２）と第二引張り力付加部（２２）を挟むことで固定する。
固定具（２２）を有することにより、引張り機（３）により力を加えた場合でも、第一治具（１）と第二治具（２）が離れることがなく、せん断強度を正確に測定することができる。
【００３９】
引張り機（３）は、第一引張り力付加部（１２）及び第二引張り力付加部（２２）に接合され、第一治具（１）の第一引張り力付加部（１２）を下方向に、第二治具（２）の第二引張り力付加部（２２）を上方向に引張るためのものである。
具体的には、第一引張り力付加部（１２）及び第二引張り力付加部（２２）との接合は、一対のフック（３１）を、リング（１２１，２２１）に引っ掛けることにより行われる。
そして、駆動バー（３２）が下方向（図中矢印）に動くことで、第一引張り力付加部（１２）及び第二引張り力付加部（２２）に、反対方向の力が加わる。
なお、引張り機（３）としては、特に限定されるわけではなく、第一引張り力付加部（１２）と第二引張り力付加部（２２）を反対方向に引張ることができるものであればよい。例えば、油圧駆動式万能試験機、高荷重材料試験機、水平型引張り試験機等が挙げられる。
【００４０】
せん断試験用治具（１００）において、第一治具（１）及び第二治具（２）が上記したような形状を有することにより、コンクリート体（１０）の中央部から左側を第一治具の第一嵌合部（１１）で、右側を第二治具の第二嵌合部（２１）で嵌合させることができる。この時、第一治具（１）及び第二治具（２）は、コンクリート体（１０）の中央部で接触する。
そして、第一引張り力付加部（１２）及び第二引張り力付加部（２２）が夫々、第一嵌合部（１１）及び第二嵌合部（２１）の開口部端に備え付けられ、夫々逆方向に引張られる。それにより、コンクリート体（１０）の中央部に沿って逆方向の力が加わることとなる。
【００４１】
この時、せん断応力は、引張り力より求めることができる。そのため、コンクリートがせん断された時の第一引張り力付加部（１２）及び第二引張り力付加部（２２）にかかる力の和、即ち、引張り機（３）により加えられた力から直接的にせん断強度を求めることができる。
【００４２】
なお、せん断試験用治具（１００）は、第一嵌合部（１１）及び第二嵌合部（２１）を有底の筒状としたが、本発明にかかるせん断試験用治具は、図１で示した場合と同様に、底がなくてもよく、第一嵌合部が中央部を始端として一端部側を、第二嵌合部が中央部を私端として他端部側を嵌合するものであればよい。例えば、第一嵌合部及び第二嵌合部が、中央部に沿って一部の領域のみを嵌合するように設計されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係るせん断試験方法及びせん断試験用治具は、簡単、且つ直接的にせん断強度を求めることのできるため、コンクリートのせん断強度を測定するときに好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】せん断試験方法を説明するための説明図である。
【図２】せん断試験用治具を用いたせん断試験を説明するための概略図である。
【図３】第一治具を示した図である。
【図４】第一治具と第二治具にコンクリート体を嵌合するときの説明図である。
【図５】第一治具にコンクリート体を嵌合したときの内部を説明するための説明図である。
【図６】固定具を説明するための説明図である。
【図７】せん断強度を説明するための説明図である。
【図８】従来のせん断試験方法を説明するための説明図である。
【図９】従来のせん断試験により、せん断応力と直応力をプロットした図である。
【符号の説明】
【００４５】
１第一治具
１１第一嵌合部
１２第一引張り力付加部
１３締め具
２第二治具
２１第二嵌合部
２２第二引張り力付加部
２３締め具
３引張り機
５固定具
１０コンクリート体
１００治具

【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状のコンクリート体のせん断強度を測定するせん断試験方法であって、
前記コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として一端部側に筒状の第一治具を嵌合し、中央部を始端として他端部側に筒状の第二治具を嵌合する工程と、
第一治具及び第二治具の該コンクリート体の中央部側の端部を、該コンクリート体の長さ方向と直角に、且つ互いに反対方向に引張る工程を有することを特徴とするせん断試験方法。
【請求項２】
柱状のコンクリート体のせん断強度を測定するせん断試験用治具であって、
前記治具が、第一治具と第二治具からなり、
前記第一治具が、
前記コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として、一端部側に嵌合される筒状の第一嵌合部と、
第一嵌合部におけるコンクリート体の中央部側の端部外周面に、コンクリート体の長さ方向と直角に引張り力を付加するための第一引張り力付加部からなり、
前記第二治具が、
該コンクリート体の長さ方向において、中央部を始端として他端部側に嵌合される筒状の第二嵌合部と、
第二嵌合部におけるコンクリート体の中央部側の端部外周面に、コンクリート体の長さ方向と直角に引張り力を付加するための第二引張り力付加部からなることを特徴とするせん断試験用治具。
【請求項３】
前記第一引張り力付加部及び前記第二引張り力付加部が、コンクリート体の長さ方向と直角に突出したフランジ形状であり、前記コンクリート体の長さ方向における該第一引張り力付加部の内側端面と該第二引張り力付加部の内側端面を密着保持するための固定具を有することを特徴とする請求項２記載のせん断試験用治具。
【請求項４】
前記第一嵌合部及び第二嵌合部が有底筒状であって、夫々の深さが前記コンクリート体の長さの１／２であることを特徴とする請求項２又は３記載のせん断試験用治具。
【請求項５】
前記第一嵌合部及び前記第二嵌合部が有底筒状であって、前記コンクリート体を該底部側から押すための締め具を有することを特徴とする請求項２乃至４いずれか記載のせん断試験用治具。