水圧再現載荷試験装置
【課題】水門、樋門、樋管におけるゲート等の水圧を受ける平板構造体に対し実際にゲートが使用される状況に近い状態での圧力を載荷する簡易な構成の試験装置により強度試験を行う。
【解決手段】平板構造体である試験体１をその一方の面の側辺において当接担持体２ａ，２ｂにより担持し、荷重載荷部により試験体の反対側の面に水圧再現荷重を載荷する。荷重載荷部は前面が空いた直方体函体状の鋼製取付体１１の前面を閉塞するようにゴム製布体１０を貼り付けて一体化した水圧再現圧力付与部を有し、水圧供給源からの水の供給によりゴム製布体が膨出して水圧再現荷重を試験体に付与する。鋼製取付体は支持体に取り付けられている。測定部では固定部に配設されたロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより試験体に加えられた荷重を間に当接担持体を介して受けて測定し試験体の面に取り付けられた複数の歪み計５ｂ〜５ｉにより試験体における変形量を測定する。
【解決手段】平板構造体である試験体１をその一方の面の側辺において当接担持体２ａ，２ｂにより担持し、荷重載荷部により試験体の反対側の面に水圧再現荷重を載荷する。荷重載荷部は前面が空いた直方体函体状の鋼製取付体１１の前面を閉塞するようにゴム製布体１０を貼り付けて一体化した水圧再現圧力付与部を有し、水圧供給源からの水の供給によりゴム製布体が膨出して水圧再現荷重を試験体に付与する。鋼製取付体は支持体に取り付けられている。測定部では固定部に配設されたロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄにより試験体に加えられた荷重を間に当接担持体を介して受けて測定し試験体の面に取り付けられた複数の歪み計５ｂ〜５ｉにより試験体における変形量を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水圧再現載荷試験装置に関し、特に水門、樋門、樋管におけるゲート等の水圧を受ける平板構造体において実際的な水圧を与え強度試験を行うための水圧再現載荷試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水門、樋門、樋管は河川や水路において治水、取水、内水の排除、逆流防止、潮止め等種々の目的、用途により設置されるものであり、目的、用途に応じたゲートが設けられる。ゲートは水流を抑制するために水流を横断する方向に設置される平板状の部材であり、長期間にわたり水流を抑制するための強度、耐久性を備えた材質のものとすることが必要である。
【０００３】
現在使用されている水門、樋門、樋管等のゲートは鋼材のものが多いが、今後の気候変動による外力の増加、多くの施設の更新時期に対処しコスト削減や長寿命化を進める等の点から鋼材以外の材質のものを用いることもなされている。鋼材の場合にはＪＩＳ等により性能検査について規定されているが、鋼材以外の材料についての性能確認方法はそのようには一般化されていない。
【０００４】
このような現状において、鋼材以外の材料の導入に不可欠な耐候性、耐久性、信頼性というような性能を評定するための知見は不足しており、それに対しては、新たな材料を用いた樋門樋管ゲートの性能の確認試験についての技術的開発を行うことが重要になる。鋼材以外の材質のものを含む平板材等の強度、耐久性の評価のための試験について、例えば特許文献１，２においては、壁材、床材のような建材に用いられるＰＣ板、ＡＬＣ板等の板材の曲げ試験装置について記載されており、これは生産される大型の板材の搬送路において板材を下面から両端側で支持し、その状態で板材の中間位置において上面から曲げ荷重を加えて曲げに対する強度を測定するものである。
【０００５】
また、特許文献３においては、テストピースについて圧力に対する偏倚または形状崩壊に至るまでの経過を定量的に試験するための荷重載荷装置について記載されており、これは大荷重用シリンダ、ピストンとその内側に保持された小荷重用ピストンを備え、それらを併用してテストピースに試験荷重を連続的に載荷できるようにしたものである。
【０００６】
特許文献１、２による板材の曲げ試験装置では、建材等に用いられる板材の強度を試験するものであり、板材に対する荷重は集中荷重による板材への曲げ作用を与える試験荷重となる。このような荷重の載荷はゲート材に加わる水圧の作用について試験する場合とは異なるものであり、このような載荷手段によりゲート材への水圧の作用を試験することはできない。また、特許文献３に示されるような試験装置におけるテストピースは特に板材の形状を意図したものではなく、ゲート材の受ける水圧の作用を確認、評価するための試験に用いるのに適合するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３３８６３号公報
【特許文献２】特開平６−２０１５５４号公報
【特許文献３】特開平４−２７０９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水門、樋門、樋管等におけるゲートの強度、耐久性について試験するには、ゲートとして設置された平板構造体が実際に受ける水圧またはそれを模した状況下で試験を行うことが望まれる。ところが、板材の曲げ試験装置においては、集中荷重による曲げ作用によって曲げ強度の試験を行うものであって、平板が実際の水圧を受ける際の性能を確認、評価することはできないものであり、また、水圧を再現する載荷試験としては、卓上試験器のように小型化するものや、ジャッキにより代替する等によるものが考えられているが、これらによっても水圧を受ける状態での実現象との違いが大きく、メカニズムとしても複雑になり、簡易で経済的な試験装置ではなかった。このため、水門、樋門、樋管におけるゲートのように水圧を受ける板材について、実際に水圧を受ける状況を再現する形態で試験を行い、かつ構造的に簡易で多大の経費を要することのない水圧再現載荷試験装置とすることが本発明の目的となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による水圧再現載荷試験装置は、平板構造体である試験体をその一方の面の側辺において当接担持体により担持した状態で荷重載荷部により前記試験体の反対側の面に水圧再現荷重を載荷したことによる前記試験体の変形量を測定部により測定して試験体の強度試験を行う水圧再現荷重載荷試験装置において、前記荷重載荷部は前面が空いた直方体函体状の鋼製取付体の前面を閉塞するようにゴム製布体を貼り付けて一体化し水圧再現圧力を付与する前記ゴム製布体の部分が試験体の面と実質的に同じ形状及び大きさの面を有するようにして形成された閉じた水圧再現荷重付与部と前記鋼製取付体に接続された管路を介して水を供給しゴム製布体を膨出させ水圧再現荷重を与えるための水圧供給源とからなり、前記鋼製取付体はその後面が支持体に取り付けられており、前記測定部は前記ゴム製布体により前記試験体に加えられた荷重を間に前記当接担持体を介して受けるように固定部に配設されたロードセルと前記試験体において水圧再現荷重を受ける側と反対側の面に取り付けられ前記試験体における変形量を測定するための複数の歪み計とを備えるものである。
【００１０】
前記荷重載荷部におけるゴム製布体を貼り付けた鋼製取付体の支持体が固定部に固定され前記鋼製取付体及びこれに貼り付けられているゴム製布体を前後位置調節可能に支持するのが好ましく、また、前記測定部におけるロードセル及び歪み計により取得された測定信号を結線を介して収集し処理する信号処理部を備えているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、水門、樋門、樋管のゲートとして使用される平板構造体を試験体として強度試験を行うための試験装置として、試験体に荷重を載荷する面と実質的に同じ形状及び大きさの面を有するゴム製布体内に水を充填し膨出させた状態のゴム製布体の面で側辺を保持された試験体面を押圧し、試験体の受ける荷重、変形歪みを測定することにより、水圧再現性の圧力を試験体に載荷することができ、簡易な構成の試験装置により実際にゲートが使用される状況に近い状態での強度試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による水圧再現載荷試験装置の基本構成要素について斜視図で概略的に示した図である。
【図２】図１に示したゴム製袋体と鋼製取付体とを一体化した形態における構成要素を示す図である。
【図３】図１に示した基本構成要素を支持体構造に取り付けた状態の水圧再現載荷試験装置を斜視図で示す図である。
【図４】図３に示した水圧再現載荷試験装置を矢印Ａの方向から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明による水圧再現載荷試験装置の具体的形態について説明する。本発明による水圧再現載荷試験装置の基本形態は、試験体である板材面に対しこれと同等の面積を有する圧力付加手段としてのゴム製布体内に水を充填した状態での圧力を付加し、その圧力を受けた板材の変形による歪み、荷重を測定するようにしたものである。
【００１４】
図１は基本構成要素としての圧力付加手段、板材保持手段とその間に板材を介在させた状況を斜視図で概略的に示したものである。図１において、１はゲート扉体等の試験体であって、一般的に矩形の平板状のものであり、ゲート扉体としての材質はモルタル材を取材とした材質のものを特に対象とするが、他に鋼製のゲート扉体であってもよい。試験体の寸法として例えば厚さが１００ｍｍ、矩形の縦横が１０００〜２０００ｍｍ程度のものが通常ゲート扉体として考えられ、試験装置としてこの試験体の寸法に対応するものとして構成されるが、他の寸法範囲のものであってもよい。
【００１５】
２ａ，２ｂは試験体１の背後において試験体１の両側辺の部分に当接し保持するように配置された柱状の当接保持体であり、試験体の縦寸法と同等の長さのＨ形鋼等により形成される。３ａ，３ｂは当接保持体２ａの背後でそれぞれ上下に配置されたロードセルであり、３ｃ，３ｄは同様に当接保持体２ｂの背後でそれぞれ上下に配置されたロードセルである。当接保持体２ａ，２ｂは図示しないワイヤ等により上方から懸下されている。ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは同等のものであって、試験体１から当接保持体２ａ，２ｂを介して受ける荷重を試験体の４隅の位置において測定するようにその背後の枠体（図１には示されていない）に取り付けられている。
【００１６】
５ａ，５ｂ，………，５ｉは試験体１の背面（図１で手前側）の縦横９箇所の位置に取り付けられた歪みゲージである（５ａ，５ｄ，５ｇは図では見えない）。ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと歪みゲージ５ａ，５ｂ，………，５ｉはそれぞれ結線により信号処理装置７により接続されており、信号処理装置７は測定された荷重、歪みの測定信号を受けて信号処理、演算を行い、試験体１の受ける荷重・変形・歪みについてのデータを生成する。
【００１７】
１０はゴム製布体であり、前面が空いた函体状の鋼製取付体１１の前面を閉塞するように貼り付けて一体化し、このゴム製布体１０と鋼製取付体１１とで内部に閉じた直方体空間を有する水圧再現荷重付与部を形成する。ゴム製布体１０はこの内部空間に水を供給して充填した時に膨出し試験体に圧力を付加させるものであり、その際の圧力に十分に耐えられる厚さ、強度を有するものである。１２は鋼製取付体１１に水を注入する注入管であり、１４は排水する排水管である。注入管１２は鋼製取付体１１の上側位置から水を注入するように取り付けられ、排水管１４は鋼製取付体１１の下側位置から排水するように取り付けられ、鋼製取付体１１近くにおいて排水管１４に圧力計１３が取り付けられており、水圧を測定する。１５はバルブである。
【００１８】
圧力計１３は結線により信号処理装置７に接続され、取得された信号が伝送される。鋼製取付体１１には注入管１２が連結されており、図示しない水道による水圧源から水が供給されて水圧再現荷重付与部内の空間に充填されてゴム製布体１０を膨出させ、水圧再現圧力を試験体に加えるようにする。
【００１９】
図２は図１に示されるゴム製袋体と鋼製取付体１１とを一体化する形態における構成要素を示したものである。鋼製取付体１１は長方形の底面部１１ａの４辺から前方に直角をなして折曲された側面部１１ｂとで前面が空いた直方体形の函状体をなし、さらに４辺の側面部１１ｂの前側縁部は内方に折曲され函状体の空いた前面の枠状辺縁部１１ｃとなるようにしてある。枠状縁辺部１１ｃはその全周に間隔をおいて多数のねじ孔１１ｈを形成してある。ゴム製布体１０には枠状縁辺部１１ｃにおけるねじ孔１１ｈに対応する位置に通孔１０ｈが形成されている。１６は鋼製の保持枠板であり、枠状縁辺部１１ｃにおけるねじ孔１１ｈに対応する位置に通孔１６ｈが形成されている。ゴム製布体１０の通孔１０ｈと鋼製の保持枠板１６の通孔１６ｈは取付け用のボルト１７を貫通させる寸法になっている。
【００２０】
鋼製取付体１１にゴム製布体１０を貼り付ける際に、鋼製取付体１１の枠状縁辺部１１ｃにおけるねじ孔１１ｈにゴム製布体１０における通孔１０ｈを合わせて強力接着剤で貼り付ける。その後に、保持枠板１６を、その通孔１６ｈをゴム製布体１０の通孔１０ｈに合わせてゴム製布体１０上に載置し、各通孔１６ｈにボルト１７を挿入し締め付けて、保持枠板１７によりゴム製布体１０を鋼製取付体１１側に圧接保持する。このようにして、鋼製取付体１１とゴム製布体１０とを一体化した水圧再現荷重付与部が形成される。この内部空間に注入管１２から水を注入し充填した時に内部の水圧でゴム製布体１０の部分が前方に膨出し試験体に水圧再現荷重を付与できるようになる。
【００２１】
水圧再現荷重を付与する部分は保持枠板１６の内側部分であり、この保持枠板１６の内側部分の寸法が試験体の寸法と同等以上になるようにする。鋼製取付体１１の寸法としては、少なくとも保持枠体１６の幅の部分だけ試験体の寸法より大きいものとすることになる。また、ゴム製布体１０については、保持枠体１６の外形寸法より大きくし、その辺縁部を鋼製取付体１１の側面部１１ｂ側に貼り付けるようにしてもよい。
【００２２】
図３は図１に示した基本構成要素を支持体構造に取り付けた状態の水圧再現載荷試験装置を斜視図で示したものであり、この図では試験体１は示していない。図２で、基台２０は４本のＨ形鋼による台部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ（２０ｄは見えない）を矩形状に組んでなるものである。２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは基台上に垂直に立設した同形・同長のＨ形鋼からなる支柱である。支柱２１ｂの頂面と支柱２１ｃの頂面とにわたって梁材２２ａが載置され取り付けられて両支柱を連結し、また、支柱２１ａの頂面と２１ｄの頂面とに渡って梁材２２ｂが載置され取り付けられて両支柱を連結している。
【００２３】
支柱２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと梁材２２ａ，２２ｂとは基台とともに直方体の稜線をなす位置に配設される。また、支柱２１ａと２１ｂとの上部の間、支柱２１ｃと２１ｄとの上部の間にはそれぞれ梁材２２ｃ，２２ｄが渡され取り付けられて支柱の上部の間での連結をしている。梁材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄもＨ形鋼を用いて構成される。支柱２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄのそれぞれと基台の台部材２０ａ，２０ｃとの間に斜めに補強材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ（２３ｄは見えない）を取り付けてある。梁材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ、補強材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄはＨ形を用いて構成される。
【００２４】
支柱２１ａ，２１ｄの上部側においてそれぞれ支柱２１ｂ，２１ｃに向かう片持ち梁状で水平方向の突出梁２４ａ，２４ｄがそれぞれ突設されている。また、支柱２１ａにおいて突出梁２４ａの下側の位置に上下に間隔をおいてジャッキ２５ａ，２５ｂの基端部が固設され、支柱２１ｄにおいて突出梁２４ｄの下側の位置に上下に間隔をおいてジャッキ２５ｃ，２５ｄの基端部が固設されている。ジャッキ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの先端部はゴム製布体１０を貼り付けた鋼製取付体１１の底面側の４隅の位置において鋼製取付体１１を保持するように取り付けられている。鋼製取付体１１はその上辺部においてワイヤにより支柱２１ａ、２１ｄの上部にそれぞれ固設された突出梁２４ａ，２４ｄから懸下されるように保持されている。ジャッキ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄはその進退動作により鋼製取付体１１を移動調整可能である。
【００２５】
支柱２１ｂにおける支柱２１ａ側の面にロードセル３ａ，３ｂが取り付けられ、支柱２１ｃにおける支柱２１ｄ側の面にロードセル３ｃ，３ｄが取り付けられている。ロードセル３ａ，３ｂの前面に接する位置において当接保持体２ａがワイヤにより梁材２２ｃから懸下され，また、ロードセル３ｃ，３ｄの前面に接する位置において当接保持体２ｂがワイヤにより梁材２２ｄから懸下されている。
【００２６】
図４は図３に示した水圧再現載荷試験装置を矢印Ａの方向から見た側面図である。試験体１は鎖線で示され、ゴム製布体１０と当接保持体２ａ，２ｂとの間に挟持される。
【００２７】
〔水圧再現荷重載荷の試験〕
前述のように構成される水圧再現載荷試験装置を用いた試験体への載荷、試験体の強度試験について説明する。試験体の背面側に図１に示すように歪みゲージ５ａ，５ｂ，………，５ｉを取り付け結線により信号処理装置７に接続した状態で当接保持体２ａ，２ｂの面に近接した位置に仮保持しておく。鋼製取付体１１に管路１２を通じてある程度水を供給してゴム製布体１０を膨出させた上で、ジャッキ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを動作させゴム製布体１０の面が試験体１に当接する位置まで前進させ、試験体１がゴム製布体１０と背面側の当接保持体２ａ，２ｂとの間に挟持される状態にする。
【００２８】
この状態から、ゴム製布体における水圧をさらに高める。ゴム製布体は一様に膨出し試験体面を一様に押圧する。すなわち、ゴム製布体の面を介在させてはいるが、水圧を再現する形の一様な圧力を試験体面に付加するものである。試験体は背面側においては側辺のみを保持されており、ゴム製布体の膨出による圧力を受けて曲げ変形が生じる。ゴム製布体１０からの圧力を受けた試験体１への押圧力は当接保持体２ａ，２ｂを介してロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに受け止められ荷重が測定される。また、試験体１の背面に取り付けられた歪みゲージ５ａ，５ｂ，……，５ｉにより試験体１の各点における歪みが測定される。さらに、試験体１に圧力が付加された時のゴム製布体１０の圧力が圧力計１３により測定される。ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ；歪みゲージ５ａ，５ｂ，……，５ｉ；圧力計１３ａ，１３ｂで得られた計測信号は結線により信号処理装置７に伝送され、信号処理、演算を行って試験体の強度についての評価がなされる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 試験体
２ａ，２ｂ 当接担持体
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ ロードセル
５ａ，５ｂ，……，５ｉ 歪みゲージ
７ 信号処理装置
１０ ゴム製布体
１１ 鋼製取付体
１２ 注入管
１３ 圧力計
１４ 排水管
１５ バルブ
２０ 基台
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 支柱
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 梁材
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 補強材
２４ａ，２４ｄ 突出梁
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ ジャッキ
【技術分野】
【０００１】
本発明は水圧再現載荷試験装置に関し、特に水門、樋門、樋管におけるゲート等の水圧を受ける平板構造体において実際的な水圧を与え強度試験を行うための水圧再現載荷試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水門、樋門、樋管は河川や水路において治水、取水、内水の排除、逆流防止、潮止め等種々の目的、用途により設置されるものであり、目的、用途に応じたゲートが設けられる。ゲートは水流を抑制するために水流を横断する方向に設置される平板状の部材であり、長期間にわたり水流を抑制するための強度、耐久性を備えた材質のものとすることが必要である。
【０００３】
現在使用されている水門、樋門、樋管等のゲートは鋼材のものが多いが、今後の気候変動による外力の増加、多くの施設の更新時期に対処しコスト削減や長寿命化を進める等の点から鋼材以外の材質のものを用いることもなされている。鋼材の場合にはＪＩＳ等により性能検査について規定されているが、鋼材以外の材料についての性能確認方法はそのようには一般化されていない。
【０００４】
このような現状において、鋼材以外の材料の導入に不可欠な耐候性、耐久性、信頼性というような性能を評定するための知見は不足しており、それに対しては、新たな材料を用いた樋門樋管ゲートの性能の確認試験についての技術的開発を行うことが重要になる。鋼材以外の材質のものを含む平板材等の強度、耐久性の評価のための試験について、例えば特許文献１，２においては、壁材、床材のような建材に用いられるＰＣ板、ＡＬＣ板等の板材の曲げ試験装置について記載されており、これは生産される大型の板材の搬送路において板材を下面から両端側で支持し、その状態で板材の中間位置において上面から曲げ荷重を加えて曲げに対する強度を測定するものである。
【０００５】
また、特許文献３においては、テストピースについて圧力に対する偏倚または形状崩壊に至るまでの経過を定量的に試験するための荷重載荷装置について記載されており、これは大荷重用シリンダ、ピストンとその内側に保持された小荷重用ピストンを備え、それらを併用してテストピースに試験荷重を連続的に載荷できるようにしたものである。
【０００６】
特許文献１、２による板材の曲げ試験装置では、建材等に用いられる板材の強度を試験するものであり、板材に対する荷重は集中荷重による板材への曲げ作用を与える試験荷重となる。このような荷重の載荷はゲート材に加わる水圧の作用について試験する場合とは異なるものであり、このような載荷手段によりゲート材への水圧の作用を試験することはできない。また、特許文献３に示されるような試験装置におけるテストピースは特に板材の形状を意図したものではなく、ゲート材の受ける水圧の作用を確認、評価するための試験に用いるのに適合するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１３３８６３号公報
【特許文献２】特開平６−２０１５５４号公報
【特許文献３】特開平４−２７０９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
水門、樋門、樋管等におけるゲートの強度、耐久性について試験するには、ゲートとして設置された平板構造体が実際に受ける水圧またはそれを模した状況下で試験を行うことが望まれる。ところが、板材の曲げ試験装置においては、集中荷重による曲げ作用によって曲げ強度の試験を行うものであって、平板が実際の水圧を受ける際の性能を確認、評価することはできないものであり、また、水圧を再現する載荷試験としては、卓上試験器のように小型化するものや、ジャッキにより代替する等によるものが考えられているが、これらによっても水圧を受ける状態での実現象との違いが大きく、メカニズムとしても複雑になり、簡易で経済的な試験装置ではなかった。このため、水門、樋門、樋管におけるゲートのように水圧を受ける板材について、実際に水圧を受ける状況を再現する形態で試験を行い、かつ構造的に簡易で多大の経費を要することのない水圧再現載荷試験装置とすることが本発明の目的となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述した課題を解決すべくなしたものであり、本発明による水圧再現載荷試験装置は、平板構造体である試験体をその一方の面の側辺において当接担持体により担持した状態で荷重載荷部により前記試験体の反対側の面に水圧再現荷重を載荷したことによる前記試験体の変形量を測定部により測定して試験体の強度試験を行う水圧再現荷重載荷試験装置において、前記荷重載荷部は前面が空いた直方体函体状の鋼製取付体の前面を閉塞するようにゴム製布体を貼り付けて一体化し水圧再現圧力を付与する前記ゴム製布体の部分が試験体の面と実質的に同じ形状及び大きさの面を有するようにして形成された閉じた水圧再現荷重付与部と前記鋼製取付体に接続された管路を介して水を供給しゴム製布体を膨出させ水圧再現荷重を与えるための水圧供給源とからなり、前記鋼製取付体はその後面が支持体に取り付けられており、前記測定部は前記ゴム製布体により前記試験体に加えられた荷重を間に前記当接担持体を介して受けるように固定部に配設されたロードセルと前記試験体において水圧再現荷重を受ける側と反対側の面に取り付けられ前記試験体における変形量を測定するための複数の歪み計とを備えるものである。
【００１０】
前記荷重載荷部におけるゴム製布体を貼り付けた鋼製取付体の支持体が固定部に固定され前記鋼製取付体及びこれに貼り付けられているゴム製布体を前後位置調節可能に支持するのが好ましく、また、前記測定部におけるロードセル及び歪み計により取得された測定信号を結線を介して収集し処理する信号処理部を備えているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては、水門、樋門、樋管のゲートとして使用される平板構造体を試験体として強度試験を行うための試験装置として、試験体に荷重を載荷する面と実質的に同じ形状及び大きさの面を有するゴム製布体内に水を充填し膨出させた状態のゴム製布体の面で側辺を保持された試験体面を押圧し、試験体の受ける荷重、変形歪みを測定することにより、水圧再現性の圧力を試験体に載荷することができ、簡易な構成の試験装置により実際にゲートが使用される状況に近い状態での強度試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による水圧再現載荷試験装置の基本構成要素について斜視図で概略的に示した図である。
【図２】図１に示したゴム製袋体と鋼製取付体とを一体化した形態における構成要素を示す図である。
【図３】図１に示した基本構成要素を支持体構造に取り付けた状態の水圧再現載荷試験装置を斜視図で示す図である。
【図４】図３に示した水圧再現載荷試験装置を矢印Ａの方向から見た側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明による水圧再現載荷試験装置の具体的形態について説明する。本発明による水圧再現載荷試験装置の基本形態は、試験体である板材面に対しこれと同等の面積を有する圧力付加手段としてのゴム製布体内に水を充填した状態での圧力を付加し、その圧力を受けた板材の変形による歪み、荷重を測定するようにしたものである。
【００１４】
図１は基本構成要素としての圧力付加手段、板材保持手段とその間に板材を介在させた状況を斜視図で概略的に示したものである。図１において、１はゲート扉体等の試験体であって、一般的に矩形の平板状のものであり、ゲート扉体としての材質はモルタル材を取材とした材質のものを特に対象とするが、他に鋼製のゲート扉体であってもよい。試験体の寸法として例えば厚さが１００ｍｍ、矩形の縦横が１０００〜２０００ｍｍ程度のものが通常ゲート扉体として考えられ、試験装置としてこの試験体の寸法に対応するものとして構成されるが、他の寸法範囲のものであってもよい。
【００１５】
２ａ，２ｂは試験体１の背後において試験体１の両側辺の部分に当接し保持するように配置された柱状の当接保持体であり、試験体の縦寸法と同等の長さのＨ形鋼等により形成される。３ａ，３ｂは当接保持体２ａの背後でそれぞれ上下に配置されたロードセルであり、３ｃ，３ｄは同様に当接保持体２ｂの背後でそれぞれ上下に配置されたロードセルである。当接保持体２ａ，２ｂは図示しないワイヤ等により上方から懸下されている。ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは同等のものであって、試験体１から当接保持体２ａ，２ｂを介して受ける荷重を試験体の４隅の位置において測定するようにその背後の枠体（図１には示されていない）に取り付けられている。
【００１６】
５ａ，５ｂ，………，５ｉは試験体１の背面（図１で手前側）の縦横９箇所の位置に取り付けられた歪みゲージである（５ａ，５ｄ，５ｇは図では見えない）。ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄと歪みゲージ５ａ，５ｂ，………，５ｉはそれぞれ結線により信号処理装置７により接続されており、信号処理装置７は測定された荷重、歪みの測定信号を受けて信号処理、演算を行い、試験体１の受ける荷重・変形・歪みについてのデータを生成する。
【００１７】
１０はゴム製布体であり、前面が空いた函体状の鋼製取付体１１の前面を閉塞するように貼り付けて一体化し、このゴム製布体１０と鋼製取付体１１とで内部に閉じた直方体空間を有する水圧再現荷重付与部を形成する。ゴム製布体１０はこの内部空間に水を供給して充填した時に膨出し試験体に圧力を付加させるものであり、その際の圧力に十分に耐えられる厚さ、強度を有するものである。１２は鋼製取付体１１に水を注入する注入管であり、１４は排水する排水管である。注入管１２は鋼製取付体１１の上側位置から水を注入するように取り付けられ、排水管１４は鋼製取付体１１の下側位置から排水するように取り付けられ、鋼製取付体１１近くにおいて排水管１４に圧力計１３が取り付けられており、水圧を測定する。１５はバルブである。
【００１８】
圧力計１３は結線により信号処理装置７に接続され、取得された信号が伝送される。鋼製取付体１１には注入管１２が連結されており、図示しない水道による水圧源から水が供給されて水圧再現荷重付与部内の空間に充填されてゴム製布体１０を膨出させ、水圧再現圧力を試験体に加えるようにする。
【００１９】
図２は図１に示されるゴム製袋体と鋼製取付体１１とを一体化する形態における構成要素を示したものである。鋼製取付体１１は長方形の底面部１１ａの４辺から前方に直角をなして折曲された側面部１１ｂとで前面が空いた直方体形の函状体をなし、さらに４辺の側面部１１ｂの前側縁部は内方に折曲され函状体の空いた前面の枠状辺縁部１１ｃとなるようにしてある。枠状縁辺部１１ｃはその全周に間隔をおいて多数のねじ孔１１ｈを形成してある。ゴム製布体１０には枠状縁辺部１１ｃにおけるねじ孔１１ｈに対応する位置に通孔１０ｈが形成されている。１６は鋼製の保持枠板であり、枠状縁辺部１１ｃにおけるねじ孔１１ｈに対応する位置に通孔１６ｈが形成されている。ゴム製布体１０の通孔１０ｈと鋼製の保持枠板１６の通孔１６ｈは取付け用のボルト１７を貫通させる寸法になっている。
【００２０】
鋼製取付体１１にゴム製布体１０を貼り付ける際に、鋼製取付体１１の枠状縁辺部１１ｃにおけるねじ孔１１ｈにゴム製布体１０における通孔１０ｈを合わせて強力接着剤で貼り付ける。その後に、保持枠板１６を、その通孔１６ｈをゴム製布体１０の通孔１０ｈに合わせてゴム製布体１０上に載置し、各通孔１６ｈにボルト１７を挿入し締め付けて、保持枠板１７によりゴム製布体１０を鋼製取付体１１側に圧接保持する。このようにして、鋼製取付体１１とゴム製布体１０とを一体化した水圧再現荷重付与部が形成される。この内部空間に注入管１２から水を注入し充填した時に内部の水圧でゴム製布体１０の部分が前方に膨出し試験体に水圧再現荷重を付与できるようになる。
【００２１】
水圧再現荷重を付与する部分は保持枠板１６の内側部分であり、この保持枠板１６の内側部分の寸法が試験体の寸法と同等以上になるようにする。鋼製取付体１１の寸法としては、少なくとも保持枠体１６の幅の部分だけ試験体の寸法より大きいものとすることになる。また、ゴム製布体１０については、保持枠体１６の外形寸法より大きくし、その辺縁部を鋼製取付体１１の側面部１１ｂ側に貼り付けるようにしてもよい。
【００２２】
図３は図１に示した基本構成要素を支持体構造に取り付けた状態の水圧再現載荷試験装置を斜視図で示したものであり、この図では試験体１は示していない。図２で、基台２０は４本のＨ形鋼による台部材２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ（２０ｄは見えない）を矩形状に組んでなるものである。２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄは基台上に垂直に立設した同形・同長のＨ形鋼からなる支柱である。支柱２１ｂの頂面と支柱２１ｃの頂面とにわたって梁材２２ａが載置され取り付けられて両支柱を連結し、また、支柱２１ａの頂面と２１ｄの頂面とに渡って梁材２２ｂが載置され取り付けられて両支柱を連結している。
【００２３】
支柱２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄと梁材２２ａ，２２ｂとは基台とともに直方体の稜線をなす位置に配設される。また、支柱２１ａと２１ｂとの上部の間、支柱２１ｃと２１ｄとの上部の間にはそれぞれ梁材２２ｃ，２２ｄが渡され取り付けられて支柱の上部の間での連結をしている。梁材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄもＨ形鋼を用いて構成される。支柱２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄのそれぞれと基台の台部材２０ａ，２０ｃとの間に斜めに補強材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ（２３ｄは見えない）を取り付けてある。梁材２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ、補強材２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄはＨ形を用いて構成される。
【００２４】
支柱２１ａ，２１ｄの上部側においてそれぞれ支柱２１ｂ，２１ｃに向かう片持ち梁状で水平方向の突出梁２４ａ，２４ｄがそれぞれ突設されている。また、支柱２１ａにおいて突出梁２４ａの下側の位置に上下に間隔をおいてジャッキ２５ａ，２５ｂの基端部が固設され、支柱２１ｄにおいて突出梁２４ｄの下側の位置に上下に間隔をおいてジャッキ２５ｃ，２５ｄの基端部が固設されている。ジャッキ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの先端部はゴム製布体１０を貼り付けた鋼製取付体１１の底面側の４隅の位置において鋼製取付体１１を保持するように取り付けられている。鋼製取付体１１はその上辺部においてワイヤにより支柱２１ａ、２１ｄの上部にそれぞれ固設された突出梁２４ａ，２４ｄから懸下されるように保持されている。ジャッキ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄはその進退動作により鋼製取付体１１を移動調整可能である。
【００２５】
支柱２１ｂにおける支柱２１ａ側の面にロードセル３ａ，３ｂが取り付けられ、支柱２１ｃにおける支柱２１ｄ側の面にロードセル３ｃ，３ｄが取り付けられている。ロードセル３ａ，３ｂの前面に接する位置において当接保持体２ａがワイヤにより梁材２２ｃから懸下され，また、ロードセル３ｃ，３ｄの前面に接する位置において当接保持体２ｂがワイヤにより梁材２２ｄから懸下されている。
【００２６】
図４は図３に示した水圧再現載荷試験装置を矢印Ａの方向から見た側面図である。試験体１は鎖線で示され、ゴム製布体１０と当接保持体２ａ，２ｂとの間に挟持される。
【００２７】
〔水圧再現荷重載荷の試験〕
前述のように構成される水圧再現載荷試験装置を用いた試験体への載荷、試験体の強度試験について説明する。試験体の背面側に図１に示すように歪みゲージ５ａ，５ｂ，………，５ｉを取り付け結線により信号処理装置７に接続した状態で当接保持体２ａ，２ｂの面に近接した位置に仮保持しておく。鋼製取付体１１に管路１２を通じてある程度水を供給してゴム製布体１０を膨出させた上で、ジャッキ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを動作させゴム製布体１０の面が試験体１に当接する位置まで前進させ、試験体１がゴム製布体１０と背面側の当接保持体２ａ，２ｂとの間に挟持される状態にする。
【００２８】
この状態から、ゴム製布体における水圧をさらに高める。ゴム製布体は一様に膨出し試験体面を一様に押圧する。すなわち、ゴム製布体の面を介在させてはいるが、水圧を再現する形の一様な圧力を試験体面に付加するものである。試験体は背面側においては側辺のみを保持されており、ゴム製布体の膨出による圧力を受けて曲げ変形が生じる。ゴム製布体１０からの圧力を受けた試験体１への押圧力は当接保持体２ａ，２ｂを介してロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに受け止められ荷重が測定される。また、試験体１の背面に取り付けられた歪みゲージ５ａ，５ｂ，……，５ｉにより試験体１の各点における歪みが測定される。さらに、試験体１に圧力が付加された時のゴム製布体１０の圧力が圧力計１３により測定される。ロードセル３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ；歪みゲージ５ａ，５ｂ，……，５ｉ；圧力計１３ａ，１３ｂで得られた計測信号は結線により信号処理装置７に伝送され、信号処理、演算を行って試験体の強度についての評価がなされる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 試験体
２ａ，２ｂ 当接担持体
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ ロードセル
５ａ，５ｂ，……，５ｉ 歪みゲージ
７ 信号処理装置
１０ ゴム製布体
１１ 鋼製取付体
１２ 注入管
１３ 圧力計
１４ 排水管
１５ バルブ
２０ 基台
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ 支柱
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 梁材
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ 補強材
２４ａ，２４ｄ 突出梁
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ ジャッキ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板構造体である試験体をその一方の面の側辺において当接担持体により担持した状態で荷重載荷部により前記試験体の反対側の面に水圧再現荷重を載荷したことによる前記試験体の変形量を測定部により測定して試験体の強度試験を行う水圧再現荷重載荷試験装置において、前記荷重載荷部は前面が空いた直方体函体状の鋼製取付体の前面を閉塞するようにゴム製布体を貼り付けて一体化し水圧再現圧力を付与する前記ゴム製布体の部分が試験体の面と実質的に同じ形状及び大きさの面を有するようにして形成された閉じた水圧再現荷重付与部と前記鋼製取付体に接続された管路を介して水を供給しゴム製布体を膨出させ水圧再現荷重を与えるための水圧供給源とからなり、前記鋼製取付体はその後面が支持体に取り付けられており、前記測定部は前記ゴム製布体により前記試験体に加えられた荷重を間に前記当接担持体を介して受けるように固定部に配設されたロードセルと前記試験体において水圧再現荷重を受ける側と反対側の面に取り付けられ前記試験体における変形量を測定するための複数の歪み計とを備えるものであることを特徴とする水圧再現載荷試験装置。
【請求項２】
前記荷重載荷部におけるゴム製布体を貼り付けた鋼製取付体の支持体が固定部に固定され前記鋼製取付体及びこれに貼り付けられているゴム製布体を前後位置調節可能に支持するものであることを特徴とする請求項１に記載の水圧再現載荷試験装置。
【請求項３】
前記測定部におけるロードセル及び歪み計により取得された測定信号を結線を介して収集し処理する信号処理部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水圧再現載荷試験装置。
【請求項１】
平板構造体である試験体をその一方の面の側辺において当接担持体により担持した状態で荷重載荷部により前記試験体の反対側の面に水圧再現荷重を載荷したことによる前記試験体の変形量を測定部により測定して試験体の強度試験を行う水圧再現荷重載荷試験装置において、前記荷重載荷部は前面が空いた直方体函体状の鋼製取付体の前面を閉塞するようにゴム製布体を貼り付けて一体化し水圧再現圧力を付与する前記ゴム製布体の部分が試験体の面と実質的に同じ形状及び大きさの面を有するようにして形成された閉じた水圧再現荷重付与部と前記鋼製取付体に接続された管路を介して水を供給しゴム製布体を膨出させ水圧再現荷重を与えるための水圧供給源とからなり、前記鋼製取付体はその後面が支持体に取り付けられており、前記測定部は前記ゴム製布体により前記試験体に加えられた荷重を間に前記当接担持体を介して受けるように固定部に配設されたロードセルと前記試験体において水圧再現荷重を受ける側と反対側の面に取り付けられ前記試験体における変形量を測定するための複数の歪み計とを備えるものであることを特徴とする水圧再現載荷試験装置。
【請求項２】
前記荷重載荷部におけるゴム製布体を貼り付けた鋼製取付体の支持体が固定部に固定され前記鋼製取付体及びこれに貼り付けられているゴム製布体を前後位置調節可能に支持するものであることを特徴とする請求項１に記載の水圧再現載荷試験装置。
【請求項３】
前記測定部におけるロードセル及び歪み計により取得された測定信号を結線を介して収集し処理する信号処理部を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水圧再現載荷試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１４９９２９（Ｐ２０１２−１４９９２９Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７４６０（Ｐ２０１１−７４６０）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「平成２１年度、国土交通省、「新材料モルタルを主材として低コスト軽量ゲートの実用化に関する技術開発」受託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願」
【出願人】（３０４０２０１７７）国立大学法人山口大学 (579)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「平成２１年度、国土交通省、「新材料モルタルを主材として低コスト軽量ゲートの実用化に関する技術開発」受託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願」
【出願人】（３０４０２０１７７）国立大学法人山口大学 (579)
【Ｆターム（参考）】
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