(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定点に敷設される載荷板と、
付勢力を有し、かつ外部から与えられる衝撃力を前記載荷板の頂部に伝達する緩衝手段と、
前記載荷板の頂部の内、前記緩衝手段を介して前記衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、その伝達された衝撃力に応じた加速度α（ｔ）  を時系列ｔの順に計測する加速度計測手段と、
前記載荷板の頂部の内、前記衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、前記時系列ｔの順に前記緩衝手段によって伝達された衝撃力Ｐ（ｔ）  を計測する荷重計測手段と、
前記加速度計測手段によって計測された加速度α（ｔ）  を積分することによって、３つの時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２における速度Ｖ（ｔ０）、Ｖ（ｔ１）、Ｖ（ｔ２）および変位Ｓ（ｔ０）、Ｓ（ｔ１）、Ｓ（ｔ２）  を算出する速度・変位算出手段と、
前記３つの時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２について、前記加速度計測手段と前記荷重計測手段とによって計測された加速度α（ｔ０）、α（ｔ１）、α（ｔ２）および衝撃力Ｐ（ｔ０）、Ｐ（ｔ１）、Ｐ（ｔ２）  と、前記速度・変位算出手段によって算出された速度Ｖ（ｔ０）、Ｖ（ｔ１）、Ｖ（ｔ２）および変位Ｓ（ｔ０）、Ｓ（ｔ１）、Ｓ（ｔ２）と、前記載荷板、前記緩衝手段および前記測定点からなる振動系の質量ｍ２  と、その測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  とに対してこの振動系について成立する運動方程式
ｍ２・α（ｔ０）＋ｂ２・Ｖ（ｔ０）＋ｃ２・Ｓ（ｔ０）−Ｐ（ｔ０）＝０
ｍ２・α（ｔ１）＋ｂ２・Ｖ（ｔ１）＋ｃ２・Ｓ（ｔ１）−Ｐ（ｔ１）＝０
ｍ２・α（ｔ２）＋ｂ２・Ｖ（ｔ２）＋ｃ２・Ｓ（ｔ２）−Ｐ（ｔ２）＝０
の根として、これらの衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  を算出する測定点評価手段と
を備えたことを特徴とする動的載荷試験装置。
【請求項２】
測定点に敷設される載荷板と、
付勢力を有し、かつ外部から与えられる衝撃力を前記載荷板の頂部に伝達する緩衝手段と、
前記載荷板の頂部の内、前記緩衝手段を介して前記衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、その伝達された衝撃力に応じた加速度α（ｔ）  を時系列ｔの順に計測する加速度計測手段と、
前記載荷板の頂部の内、前記衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、前記時系列ｔの順に前記緩衝手段によって伝達された衝撃力Ｐ（ｔ）  を計測する荷重計測手段と、
情報処理装置との間に形成された伝送路に、前記荷重計測手段によって計測された衝撃力Ｐ（ｔ）  と、前記加速度計測手段によって計測された加速度α（ｔ）  とを送出する計測結果送出手段と
を備えたことを特徴とする動的載荷試験装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の動的載荷試験装置において、
衝撃力を与える重錘が加速する軌道を形成し、その軌道の長さと、この重錘に作用する制動力との双方あるいは何れか一方の可変が可能である案内手段を備えた
ことを特徴とする動的載荷試験装置。
【請求項４】
請求項２に記載の動的載荷試験装置において、
加速度計測手段によって計測された加速度α（ｔ）  を積分することによって、前記時系列ｔの順に速度Ｖ（ｔ）  と変位Ｓ（ｔ）  とを算出する速度・変位算出手段を備え、
計測結果送出手段は、
前記加速度計測手段によって計測された加速度α（ｔ）  と荷重計測手段によって計測された衝撃力Ｐ（ｔ）  とに併せて、前記速度・変位算出手段によって算出された速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を伝送路に送出する
ことを特徴とする動的載荷試験装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤、路床、構築物の床面その他の面について、衝撃に対する力学的な応答に基づいて特性の計測や評価を可能とする動的載荷試験装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物の基礎地盤や路床については、一般に、例えば、総重量が既知であり、かつ十分であるダンプトラックが静的反力として適用される平板載荷試験やＣＢＲ試験が実施されることによって、支持力の計測および評価が行われる。
しかし、近年、加速度、歪みその他の機械的な物理量についても小型、かつ軽量であって感度が高いセンサが実用化され、これらのセンサに併せて、高度に進展した電子技術および情報処理技術が適用されることによって、動的載荷試験を簡便に実現する動的載荷試験装置が開発され、道路舗装、土工事、建築その他の多様な分野にも普及しつつある。
【０００３】
図７は、動的載荷試験装置の第一の構成例を示す図である。
図において、三脚８１の頂部８１Ａには、両端がその頂部８１Ａを挟んで平行に対向する案内部材８２が垂直に埋設され、その案内部材８２には、棒状に形成されたランマ８３の先端部が三脚８１の脚部と同じ下方に遊貫する。ランマ８３の頂部にはハンドル８４が連結され、かつ案内部材８２の端部の内、三脚８１の脚部に対して反対の方向に位置する端部には、ランマ８３に適応した係止機構（図示されないが、以下では、簡単のため、符号「８５Ａ」を付与して示すこととする。）と、その係止機構８５Ａに連結されたスイッチレバー８５と、接栓座８６とが取り付けられる。ランマ８３の先端部には加速度センサ（図示されない。）８３Ａが内蔵され、その加速度センサ８３Ａはカールコード８７を介して接栓座８６に接続される。接栓座８６には、その接栓座８６に適合した接栓８８と、この接栓８８に一端が接続されたインタフェースケーブル８９とを介して制御部９０が接続される。
【０００４】
なお、上述した構成要素の内、「８０」番台の符号が付与された構成要素の組み合わせからなる部分については、以下では、簡単のため、「載荷機構部」と称し、符号「８０」を付与して示すこととする。
【０００５】
制御部９０は、インタフェースケーブル８９の他端に接続されたインタフェース部９１と、そのインタフェース部９１と共に内部バス９２に接続されたプロセッサ９３、操作表示部９４およびプリンタ９５から構成される。
このような従来例では、載荷機構部８０は、既述の計測や評価の対象となるべき地盤等（以下、単に「計測点」という。）に三脚８１を介して設置される。
【０００６】
さらに、試験に際しては、ハンドル８４が三脚８１の頂部８１Ａから隔たる方向に引き上げられることによって、ランマ８３の側面の所定の箇所は係止機構８５Ａに係止し、そのランマ８３の位置は計測点に対して規定の高さに設定される。
また、ランマ８３の先端部は、スイッチレバー８５が操作者によって操作されることによって係止機構８５Ａとの係止状態が解除されると、重力によって加速されるつつ規定の速度で測定点に衝突する。
【０００７】
一方、制御部９０では、プロセッサ９３は、加速度センサ８３Ａからカールコード８７、接栓座８６、接栓８８およびインタフェースケーブル８９を介して時系列ｔの順に刻々と与えられる加速度α（ｔ）  をインタフェース部９１および内部バス９２を介して取り込み、主記憶の所定の記憶領域に所望の期間に亘って蓄積する。
【０００８】
さらに、プロセッサ９３は、これらの蓄積された加速度α（ｔ）  を所定の形式の帳票として操作表示部９４およびプリンタ９５に出力する。
すなわち、ダンプトラック等のように大きな反力が用いられることなく、測定点にランマ８３の先端部によって与えられる規定の衝撃に応じて、その測定点に対するランマ８３の貫入時の応答加速度が効率的に計測される。
【０００９】
したがって、測定点の周囲が狭小であっても、その測定点の相対的な支持力特性値の測定が簡便に実施される。
図８は、動的載荷試験装置の第二の構成例を示す図である。
【００１０】
図において、載荷板１０１の頂部の中央部には、加速度センサ１０２が内蔵されると共に、その載荷板１０１の中心を通る仮想的な法線の上に位置すべき中心球１０３を有する負荷吸収ケース１０４が取り付けられる。負荷吸収ケース１０４には、その負荷吸収ケース１０４の側面に係合可能であって着脱可能である横倒し防止部材１０５と、その防止部材１０５に積層されたバネ１０６とが一端に取り付けられてなるガイドロッド１０７が垂直に取り付けられる。ガイドロッド１０７には、バネ１０６に当設可能なウエイト止め部材１０８が一体化されると共に、そのガイドロッド１０７の側面に摺動可能であるウエイト１０９が環装される。ガイドロッド１０７の他端（頂部）の近傍には、ハンドル１１０Ａを含む係止部材１１０が取り付けられる。加速度センサ１０２の出力はケーブル１１１を介して制御部１２０に接続され、載荷板１０１の頂部の内、負荷吸収ケース１０４から所定の距離隔たった複数の箇所には、運搬用ハンドル１１２−１〜１１２−Ｎが取り付けられる。
【００１１】
なお、以下では、上述した構成要素の内、制御部１２０以外の構成要素の組み合わせからなる部分については、簡単のため「載荷機構部」と称し、符号「１００」を付与して示すこととする。
制御部１２０は、ケーブル１１１の他端に接続されたインタフェース部１２１と、そのインタフェース部１２１と共に内部バス１２２に接続されたプロセッサ１２３、操作表示部１２４およびプリンタ１２５から構成される。
【００１２】
このような従来例では、載荷機構部１００は、載荷板１０１が所望の測定点に位置する状態で設置される。
また、試験に際しては、ウエイト１０９はガイドロッド１０７に沿って引き上げられることによって係止部材１１０に係止し、そのウエイト１０９の位置は計測点に対して規定の高さに設定される。
【００１３】
さらに、ハンドル１１０Ａが操作者によって操作されることによって係止部材１１０との係止状態が解除されると、ウエイト１０９は重力によって加速されつつ落下して規定の速度でバネ１０６に衝突する。
このような衝突に際して生じた衝撃力は、ウエイト１０９（ウエイト止め部材１０８）からバネ１０６、中心球１０３および負荷吸収ケース１０４を介して加速度センサ１０２に伝達される。
【００１４】
ところで、載荷機構部１００と、載荷板１０１が設置された測定点とは、
・  ウエイト１０９の質量ｍ０  とバネ１０６の質量の三分の一の値との和ｍ１  （以下、単に「質量ｍ１  」という。）、
・  質量ｍ１  を有する仮想載荷板（以下、「仮想載荷板１」という。）の変位Ｓ１  、
・  バネ１０６のバネ係数ｃ１  、
・  載荷機構部１００（バネ１０６）の衝撃緩和率ｂ１  、
・  仮想載荷板１によって与えられる衝撃力Ｐ１  、
・  載荷板１０１の質量とバネ１０６の質量の三分の二の値とに併せて、その載荷板１０１を介して与えられる衝撃に応じて振動する測定点の領域の質量の内、二分の一に相当する値との和ｍ２（以下、単に「質量ｍ２  」という。）、
・  質量ｍ２  を有する仮想載荷板（以下、「仮想載荷板２」という。）の変位Ｓ２  、
・  測定点のバネ係数ｃ２  、
・  測定点の衝撃緩和率ｂ２  、
・  仮想載荷板２によって与えられる衝撃力Ｐ２  、
に対して、一般に、図９に示されるように、２つの直列に配置された振動系を形成すると見なされる。
【００１５】
一方、制御部１２０では、プロセッサ１２３には、このような振動系のパラメータの内、上述した質量ｍ０、ｍ１  、バネ係数ｃ１  、衝撃緩和率ｂ１  、ウエイト１０９が係止部材１１０から離れて落下する経路の長さ（以下、「落下距離」という。）ｈ、載荷板１０１の半径ｒおよび測定点における重力加速度ｇが予め定数として与えられる。
【００１６】
また、プロセッサ１２３は、
Ｖ０  ＝ｍ０（２ｇｈ）１／２／ｍ１    ・・・（１）
ω０１＝（ｃ１／ｍ１）１／２          ・・・（２）
Ｐ０  ＝Ｖ０（ｃ１・ｍ１）１／２        ・・・（３）
の各式で示される算術演算を行うことによって、仮想載荷板１の衝突速度Ｖ０  と載荷機構部１００単体の振動数ω０１とに併せて、衝撃緩和が何ら行われない場合に仮想載荷板１によって生じ得る最大衝撃力Ｐ０  を算出する。
【００１７】
なお、上式（１）  は運動量保存の法則に基づいて導出された式であり、かつ上式（２）、（３）は基本的な力学に基づいて与えられる式であるので、これらの式については、ここでは、詳細な説明を省略する。
さらに、プロセッサ１２３は、加速度センサ１０２からケーブル１１１およびインタフェース部１２１を介して与えられる加速度を監視することによって、バネ１０６を介して中心球１０２にウエイト１０９が衝突した時点を特定し、その時点以降においてこの加速度の履歴をとると共に、その加速度を積分しつつ解析することによって、時系列の順に対応した最大振動位Ｓ０１、測定点の最大変位Ｓ２ｍａｘ、測定点の最大変位速度Ｖ２ｍａｘ（測定点の変位Ｓ２  の導関数として与えられる。）を求める。
【００１８】
また、プロセッサ１２３の主記憶の特定の記憶領域には、図９に示す振動系の運動方程式に基づいて予め求められ、かつ測定点の振動する領域を含んでなる仮想載荷板２の振動数ω０２が未知であっても、上述した最大変位速度Ｖ２ｍａｘ、振動数ω０１および最大変位Ｓ２ｍａｘに対する関数（あるいは近似値）として振動数比εを与えるテーブルが配置される。なお、このような振動数比εについては、
ε＝ω０２／ω０１  ・・・  （４）
の式で定義される。
【００１９】
プロセッサ１２３は、このようなテーブルを参照することによって振動数比εを算出すると共に、上式（４）  に基づいて振動数ω０２を求め、かつ上述した運動方程式に基づいて導出された
μ＝ｍ２  ／ｍ１                    ・・・（５）
Ｉ２  ＝ｂ２／（２・ｍ２ω０２）        ・・・（６）
ｃ２  ＝με２ｃ１                    ・・・（７）
ｂ２  ＝２・Ｉ２με（ｃ１  ・ｍ１）１／２  ・・・（８）
ｃ２  ／ｃ１  ＝με２                ・・・（９）
の各式が成立する値として、測定点のバネ係数ｃ２  と衝撃緩和率ｂ２  とを算出する。
【００２０】
なお、上式（５）〜（８）が導出される過程については、本願発明に関係がないので、ここでは、その説明を省略する。
ところで、載荷板１０１が、文献［Ｚｕｒ  Ｔｈｅｏｒｉｅ  ｄｅｓ  Ｂａｕｇｒｕｎｄｅｓ  ：  Ｄｅｒ  Ｂａｕｉｎｇｅｎｉｅｕｒ  （１９２６）］ＳＣＨＬＥＩＣＨＥＲ，Ｆ著の第４８号の第９３１頁ないし第９３５頁と、第４９号の第９４９頁ないし第９５２頁に掲載されるように、既述の均等な円形の載荷板である場合には、その載荷板１０１の半径ｒと、測定点のバネ係数ｃ２  および衝撃緩和率ｂ２  と、ポアソン比γと、その測定点の弾性係数Ｅおよび粘性抵抗λとの間には、一般に、
ｃ２  ／Ｅ＝ｂ２  ／λ＝３π２ｒ／｛１６・（１−γ２）｝  ・・・（１０）
の式が成立する。
【００２１】
プロセッサ１２３は、ポアソン比γに併せて、既知のバネ係数ｃ２  および衝撃緩和率ｂ２  を上式（１０）に適用することによって、測定点の弾性係数Ｅおよび粘性抵抗λを算出する。
さらに、プロセッサ１２３は、このようにして求められた測定点の弾性係数Ｅおよび粘性抵抗λに併せて、その測定点にかかわる所望の情報（例えば、測定点の加速度、速度、変位等々）を所定の形式の帳票として操作表示部１２４およびプリンタ１２５に適宜出力する。
【００２２】
すなわち、図８に示す動的載荷試験装置によれば、測定点が疑似的な弾性体と見なされるが、その測定点のバネ係数ｃ２  と衝撃緩和率ｂ２  との如何にかかわらず、ウエイト１０９によって載荷板１０１に与えられる衝撃力が加速度センサ１０２が時系列の順に与える加速度に基づいて間接的に求められ、測定点の特性の確認や評価が簡便に、かつ効率的に実現される。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来例の内、図７に示す動的載荷試験装置が適用された場合には、ランマ８３によって測定点に与えられる衝撃力が計測されず、かつその測定点の弾性体としての特性が何ら勘案されることなく、支持力等の計測や確認が行われていた。
【００２４】
また、図８に示す動的載荷試験装置では、測定点に与えられる衝撃力は、加速度センサ１０２によって与えられる加速度に基づいて行われる算術演算の結果として間接的に求められる。したがって、このような衝撃力がリアルタイムで求められるためには、制御部１２０に搭載されるべきプロセッサ１２３の処理量が大きくなってコスト高となり、あるいはコストやそのプロセッサ１２３の処理量の上限に阻まれて所望の頻度では得られない可能性が高かった。
【００２５】
さらに、上述した算術演算および既述の手順に基づいてプロセッサ１２３が行う一連の処理に供され得る主記憶その他の資源が有限であるために、載荷板１０１の形状、寸法および力学的な特性に併せて、ウエイト１０９の質量ｍ０  や落下距離ｈの組み合わせについて何らかの制約が課され、かつ上述した計測や確認は必ずしも柔軟には達成されなかった。
【００２６】
本発明は、測定点の力学的な応答の観測が精度よく効率的に実現され、その観測の結果に基づく多様な解析の可能性が確保される動的載荷試験装置を提供することを目的とする。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
図１は、請求項１、３に記載の発明の原理ブロック図である。
請求項１に記載の発明は、測定点に敷設される載荷板１１と、付勢力を有し、かつ外部から与えられる衝撃力を載荷板１１の頂部に伝達する緩衝手段１２と、載荷板１１の頂部の内、緩衝手段１２を介して衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、その伝達された衝撃力に応じた加速度α（ｔ）  を時系列ｔの順に計測する加速度計測手段１３と、載荷板１１の頂部の内、衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、時系列ｔの順に緩衝手段１２によって伝達された衝撃力Ｐ（ｔ）  を計測する荷重計測手段１４と、加速度計測手段１３によって計測された加速度α（ｔ）  を積分することによって、３つの時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２における速度Ｖ（ｔ０）、Ｖ（ｔ１）、Ｖ（ｔ２）および変位Ｓ（ｔ０）、Ｓ（ｔ１）、Ｓ（ｔ２）  を算出する速度・変位算出手段１５と、３つの時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２について、加速度計測手段１３と荷重計測手段１４とによって計測された加速度α（ｔ０）、α（ｔ１）、α（ｔ２）および衝撃力Ｐ（ｔ０）、Ｐ（ｔ１）、Ｐ（ｔ２）  と、速度・変位算出手段１５によって算出された速度Ｖ（ｔ０）、Ｖ（ｔ１）、Ｖ（ｔ２）および変位Ｓ（ｔ０）、Ｓ（ｔ１）、Ｓ（ｔ２）と、載荷板１１、緩衝手段１２および測定点からなる振動系の質量ｍ２  と、その測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  とに対してこの振動系について成立する運動方程式
ｍ２・α（ｔ０）＋ｂ２・Ｖ（ｔ０）＋ｃ２・Ｓ（ｔ０）−Ｐ（ｔ０）＝０
ｍ２・α（ｔ１）＋ｂ２・Ｖ（ｔ１）＋ｃ２・Ｓ（ｔ１）−Ｐ（ｔ１）＝０
ｍ２・α（ｔ２）＋ｂ２・Ｖ（ｔ２）＋ｃ２・Ｓ（ｔ２）−Ｐ（ｔ２）＝０
の根として、これらの衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  を算出する測定点評価手段１６とを備えたことを特徴とする。
【００２８】
図２は、請求項２、４に記載の発明の原理ブロック図である。
請求項２に記載の発明は、測定点に敷設される載荷板１１と、付勢力を有し、かつ外部から与えられる衝撃力を載荷板１１の頂部に伝達する緩衝手段１２と、載荷板１１の頂部の内、緩衝手段１２を介して衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、その伝達された衝撃力に応じた加速度α（ｔ）  を時系列ｔの順に計測する加速度計測手段１３と、載荷板１１の頂部の内、衝撃力が伝達される箇所、あるいはその箇所の近傍について、時系列ｔの順に緩衝手段１２によって伝達された衝撃力Ｐ（ｔ）  を計測する荷重計測手段１４と、情報処理装置２１との間に形成された伝送路２２に、荷重計測手段１４によって計測された衝撃力Ｐ（ｔ）  と、加速度計測手段１３によって計測された加速度α（ｔ）  とを送出する計測結果送出手段２３とを備えたことを特徴とする。
【００２９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の動的載荷試験装置において、衝撃力を与える重錘３１が加速する軌道を形成し、その軌道の長さと、この重錘３１に作用する制動力との双方あるいは何れか一方の可変が可能である案内手段３２を備えたことを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の動的載荷試験装置において、加速度計測手段１３によって計測された加速度α（ｔ）  を積分することによって、時系列ｔの順に速度Ｖ（ｔ）  と変位Ｓ（ｔ）  とを算出する速度・変位算出手段４１を備え、計測結果送出手段２３は、加速度計測手段１３によって計測された加速度α（ｔ）  と荷重計測手段１４によって計測された衝撃力Ｐ（ｔ）  とに併せて、速度・変位算出手段４１によって算出された速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を伝送路２２に送出することを特徴とする。
【００３０】
（作用）
請求項１に記載の発明にかかわる動的載荷試験装置では、荷重計測手段１４は緩衝手段１２を介して載荷板１１の頂部に時系列ｔの順に伝達された衝撃力Ｐ（ｔ）を計測し、かつ加速度計測手段１３は同様に載荷板１１の頂部に伝達された衝撃力に応じて生じるその載荷板１１の加速度α（ｔ）  を時系列ｔの順に計測する。さらに、速度・変位算出手段１５は、このようにして計測された加速度α（ｔ）  を積分することによって、３つの時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２における速度Ｖ（ｔ０）、Ｖ（ｔ１）、Ｖ（ｔ２）および変位Ｓ（ｔ０）、Ｓ（ｔ１）、Ｓ（ｔ２）  を算出する。
【００３１】
一方、測定点評価手段１６は、上述した３つの時刻ｔ０、ｔ１、ｔ２について、加速度計測手段１３と荷重計測手段１４とによってそれぞれ計測された加速度α（ｔ０）、α（ｔ１）、α（ｔ２）および衝撃力Ｐ（ｔ０）、Ｐ（ｔ１）、Ｐ（ｔ２）と、速度・変位算出手段１５によって算出された速度Ｖ（ｔ０）、Ｖ（ｔ１）、Ｖ（ｔ２）および変位Ｓ（ｔ０）、Ｓ（ｔ１）、Ｓ（ｔ２）と、載荷板１１、緩衝手段１２および上述した測定点からなる振動系の質量ｍ２  と、その測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  とに対してこの振動系について成立する運動方程式
ｍ２・α（ｔ０）＋ｂ２・Ｖ（ｔ０）＋ｃ２・Ｓ（ｔ０）−Ｐ（ｔ０）＝０
ｍ２・α（ｔ１）＋ｂ２・Ｖ（ｔ１）＋ｃ２・Ｓ（ｔ１）−Ｐ（ｔ１）＝０
ｍ２・α（ｔ２）＋ｂ２・Ｖ（ｔ２）＋ｃ２・Ｓ（ｔ２）−Ｐ（ｔ２）＝０
の根として、これらの衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  を算出する。
【００３２】
すなわち、載荷板１１、その載荷板１１に衝撃力を与える物体あるいは媒質および緩衝手段１２からなる振動系について運動方程式に基づく算術演算と、測定点に実際に与えられる衝撃力Ｐ２  の算出とが行われることなく、その測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  が算出されるので、これらの衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  に基づく測定点の弾性係数Ｅおよび粘性抵抗λの算出が簡便に、かつ効率的に達成される。
【００３３】
請求項２に記載の発明にかかわる動的載荷試験装置では、荷重計測手段１４は緩衝手段１２を介して載荷板１１の頂部に時系列ｔの順に伝達された衝撃力Ｐ（ｔ）を計測し、かつ加速度計測手段１３は同様に載荷板１１の頂部に伝達された衝撃力に応じて生じるその載荷板１１の加速度α（ｔ）  を時系列ｔの順に計測する。また、計測結果送出手段２３は、情報処理装置２１との間に形成された伝送路２２に、上述したように荷重計測手段１４によって計測された衝撃力Ｐ（ｔ）  と、加速度計測手段１３によって計測された加速度α（ｔ）  とを送出する。
【００３４】
すなわち、請求項１に記載の動的載荷試験装置を構成する速度・変位算出手段１５および測定点評価手段１６と、図８に示す従来例を構成するプロセッサ１２３とによって行われる算術演算だけではなく、所望の手順に基づく演算が上述した情報処理装置２１によって適宜行われる環境が確保されるので、測定点について、構造や特性に適応した多様な力学的な応答、解析および評価の柔軟な実現が可能となる。
【００３５】
請求項３に記載の発明にかかわる動的載荷試験装置では、請求項１または請求項２に記載の動的載荷試験装置において、衝撃力は、案内手段３２によって形成された軌道を介して緩衝手段１２に衝突する重錘３１によって与えられる。また、案内手段３２は、上述した軌道の長さと、重錘３１に作用する制動力との双方あるいは何れか一方の可変が可能である。
【００３６】
すなわち、緩衝手段１２および載荷板１１を介して測定点に与えられる衝撃力の増減がその載荷板１１や重錘３１が交換されることなく実現され、その衝撃力は荷重計測手段１４によって実測されるので、所望の衝撃力に柔軟に適応した測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  が簡便に求められる。
請求項４に記載の発明にかかわる動的載荷試験装置では、請求項１に記載の動的載荷試験装置において、速度・変位算出手段４１は、加速度計測手段１３によって計測された加速度α（ｔ）  を積分することによって、時系列ｔの順に速度Ｖ（ｔ）と変位Ｓ（ｔ）  とを算出する。また、計測結果送出手段２３は、加速度計測手段１３によって計測された加速度α（ｔ）  と荷重計測手段１４によって計測された衝撃力Ｐ（ｔ）  とに併せて、上述したように速度・変位算出手段４１によって算出された速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を伝送路２２に送出する。
【００３７】
すなわち、伝送路２２を介して対向する情報処理装置２１では、上述した速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を算出する処理を省略することができるので、請求項２に記載の動的載荷試験装置に比べて、ソフトウエアの構成の簡略化と処理の効率化とがはかられる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００３９】
図３は、請求項１〜４に記載の発明に対応した実施形態を示す図である。
図において、図８に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ符号を付与して示し、ここでは、その説明を省略する。
本実施形態と図８に示す従来例との構成の相違点は、負荷吸収ケース１０４に代えて負荷吸収ケース７０が備えられ、制御部１２０に代えて制御部７１が備えられた点にある。
【００４０】
また、負荷吸収ケース７０と負荷吸収ケース１０４との構成の相違点は、図４に示すように、従来例と同様に内蔵された加速度センサ１０２に併せて、内壁に貼着されたロードセンサ７２が備えられた点にある。
さらに、制御部７１と制御部１２０との構成の相違点は、プロセッサ１２３に代えてプロセッサ７３が備えられ、かつケーブル７４を介して上述したロードセンサ７１に接続されると共に、インタフェース部１２１と共に内部バス１２２に接続されたインタフェース部７５が備えられた点にある。
【００４１】
なお、本実施形態と図１および図２に示すブロック図との対応関係については、載荷板１０１は載荷板１１に対応し、バネ１０６は緩衝手段１２に対応し、加速度センサ１０２、ケーブル１１１、インタフェース部１２１およびプロセッサ７３は加速度計測手段１３に対応し、ロードセンサ７２、ケーブル７４、インタフェース部７５およびプロセッサ７３は荷重計測手段１４に対応し、プロセッサ７３は速度・変位算出手段１５，４１および測定点評価手段１６に対応し、ウエイト１０９は重錘３１に対応し、ガイドロッド１０７、ウエイト止め部材１０８、係止部材１１０およびハンドル１１０Ａは案内手段３２に対応する。
【００４２】
以下、図３および図４を参照して請求項１に記載の発明に対応した本実施形態の動作を説明する。
まず、本実施形態では、載荷機構部および測定点には、図９に示すように、従来例と同様の振動系が形成される。なお、ロードセンサ７２の質量については、ここでは、簡単のため、無視し得る程度に小さいと仮定する。
【００４３】
ロードセンサ７２は、中心球１０３を介して既述の仮想載荷板１が与える衝撃力Ｐ１  を計測し、かつインタフェース部７５を介してプロセッサ７３にその衝撃力Ｐ１  を与える。
ところで、図９に示す振動系については、このような衝撃力Ｐ１  に併せて、仮想載荷板１の質量ｍ１  および変位Ｓ１  と、バネ１０６の衝撃緩和率ｂ１  およびバネ係数ｃ１  と、既述の仮想載荷板２の質量ｍ２  および変位Ｓ２  と、測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  とに対して、
ｍ１・ｄ２Ｓ１／ｄｔ２＋Ｐ１  ＝０                            ・・・（ａ）
ｍ２・ｄ２Ｓ２／ｄｔ２＋ｂ２・ｄＳ２／ｄｔ＋ｃ２・Ｓ２−Ｐ１  ＝０  ・・・（ｂ）
の運動方程式が成立する。
【００４４】
プロセッサ７３は、加速度センサ１０２から与えられる加速度α（ｔ）（上式（ｂ）  の第一項に含まれる（ｄ２Ｓ２／ｄｔ２）に相当する。）を実時間で積分することによって、上式（ｂ）  の第二項と第三項とそれぞれに含まれる速度Ｖ（ｔ）（＝ｄＳ２／ｄｔ）と変位Ｓ（ｔ）（＝Ｓ２）とを算出すると共に、これらの加速度α（ｔ）、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を主記憶の特定の記憶領域に蓄積する。
【００４５】
また、プロセッサ７３は、上述した処理の過程では、これらの加速度α（ｔ）、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）がそれぞれ極大値をとる時点ｔ０、ｔ１、ｔ２を特定すると共に、これらの時点ｔ０、ｔ１、ｔ２における加速度α（ｔ）、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  の値であるα（ｔ０）、Ｖ（ｔ０）、Ｓ（ｔ０）、α（ｔ１）、Ｖ（ｔ１）、Ｓ（ｔ１）、α（ｔ２）、Ｖ（ｔ２）、Ｓ（ｔ２）と、ロードセンサ７２から与えられる衝撃力Ｐ１（ｔ０）、Ｐ１（ｔ１）、Ｐ１（ｔ２）  とを得る。
【００４６】
さらに、プロセッサ７３は、このようにして得られた値が上式（ｂ）  に適用されてなる
ｍ２・α（ｔ０）＋ｂ２・Ｖ（ｔ０）＋ｃ２・Ｓ（ｔ０）−Ｐ１（ｔ０）＝０
ｍ２・α（ｔ１）＋ｂ２・Ｖ（ｔ１）＋ｃ２・Ｓ（ｔ１）−Ｐ１（ｔ１）＝０
ｍ２・α（ｔ２）＋ｂ２・Ｖ（ｔ２）＋ｃ２・Ｓ（ｔ２）−Ｐ１（ｔ２）＝０
の連立方程式の根として、測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  を算出する。
【００４７】
また、プロセッサ７３は、この衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  を既述の式（１０）に代入することによって、測定点の弾性係数Ｅおよび粘性抵抗λを算出する。
このように本実施形態によれば、載荷機構部にロードセンサ７２が付加され、かつプロセッサ７３が上述した手順に基づいて処理を行うことによって、測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  が図８に示す従来例に比べて大幅に効率的に求められる。
【００４８】
したがって、プロセッサ７３について要求される処理量およびソフトウエアのサイズの大幅な削減が可能となり、かつ応答性が高められる。
なお、本実施形態では、既述の時点ｔ０、ｔ１、ｔ２  について成立する連立方程式の根として、測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  が算出されているが、所望の応答性や精度が得られるならば、ウエイト１０９の落下に応じて衝撃力Ｐ１  が発生した時点以降の如何なる時点がこれらの時点ｔ０、ｔ１、ｔ２  に代えて適用されてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、３つの時点ｔ０、ｔ１、ｔ２  のみにおける加速度α（ｔ）、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  の値が適用されてなる単一の連立方程式に基づいて、測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  が算出されているが、その測定点の弾性体としての特性が衝撃力に応じて生じた変形や破壊、あるいは本来的な構造に起因して刻々と変化する可能性がある場合には、これらの衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  については、時間軸上で先行する２つ以上の時点を含む新たな３つの時点における加速度α（ｔ）、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  に対して成立する連立方程式の解として、順次更新されてもよい。
【００５０】
さらに、このような３つ時点については、操作表示部１２４を介して操作者によって与えられる指示に応じて適宜設定あるいは更新されることによって、測定点の属性、環境条件その他に対する柔軟な適応性が確保されてもよい。
また、本実施形態では、上式（１０）で示される算術演算が行われることによって測定点の弾性係数Ｅおよび粘性抵抗λが算出されているが、このような算術演算については、その測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  が算出された時点で行われることが要求されない場合には、例えば、外部に接続された情報端末や別体のカリキュレータを介して適宜行われてもよい。
【００５１】
以下、請求項２、４に記載の発明に対応した実施形態について説明する。
本実施形態と請求項１に記載の発明に対応した実施形態との構成の相違点は、通信ポート７７と、その通信ポート７７と内部バス１２２とに接続された通信インタフェース部（ＣＩ）７８とが備えられ、かつプロセッサ７３に代えてプロセッサ７９が備えられてなる制御部７１Ａが制御部７１に代えて備えられた点にある。
【００５２】
なお、本実施形態と図２に示すブロック図との対応関係については、後述する情報端末（図示されない。）は情報処理装置２１に対応し、通信ポート７７および通信インタフェース部７８は伝送路２２に対応し、プロセッサ７９および通信インタフェース部７８は計測結果送出手段２３に対応する。
以下、図３を参照して請求項２、４に記載の発明に対応した本実施形態の動作を説明する。
【００５３】
プロセッサ７９は、加速度センサ１０２から与えられる加速度α（ｔ）  を実時間で積分することによって、速度Ｖ（ｔ）  と変位Ｓ（ｔ）  とを算出すると共に、これらの加速度α（ｔ）  、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を主記憶の特定の記憶領域に蓄積する。
【００５４】
さらに、プロセッサ７９は、通信インタフェース部７８を物理的に駆動することによって、通信ポート７７を介して接続された情報端末（パーソナルコンピュータ等）との間に、例えば、ＲＳ−２３２Ｃに準拠した通信リンクを形成し、かつ上述したように蓄積された加速度α（ｔ）  、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を所定の形式でその通信リンクに送出する。
【００５５】
したがって、本実施形態によれば、上述した通信リンクが確実に形成される限り、請求項１に記載の発明に対応した実施形態や図８に示す従来例においてプロセッサ７９、１２３によって行われる演算だけではなく、その通信リンクを介して接続された所望の情報端末の処理量の限りにおいて、測定点の多様な力学的特性にかかわる柔軟な解析や評価が可能となる。
【００５６】
なお、本実施形態では、上述した解析や評価の具体例が何ら示されていないが、図５および図６に示すように、図８に示す従来例や請求項１に記載の発明に対応した実施形態と同様にして求められた物理量の内、
・  所望の物理量の自己相関、
・  載荷機構部および測定点に個別に形成される振動系について求められた単一または複数の物理量の相関（例えば、図５および図６に示される。）、
・  所望の複数の複数の物理量の相互相関、
等々として定義される特徴量の算出と、所定の評価基準に基づくこのような特徴量の評価とが行われてもよい。
【００５７】
また、このような特徴量については、測定点となり得る地盤や路床等について予め実測され、あるいはこれらの地盤や路床のモデルとして既知の特性を有する疑似弾性体について理論的に求められると共に、かつ体系的に蓄積された測定点の構造、媒質、力学的な特性等々のデータベースを基準とすることによって、実際に算出された特徴との相関に基づく測定点の構造その他の予測に供されてもよい。
【００５８】
さらに、本実施形態では、ＲＳ−２３２Ｃに準拠した通信ポート７７を介して上述した加速度α（ｔ）  、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  が所望の情報端末宛に送出されているが、このような通信ポート７７には、このようなＤＴＥ／ＤＣＥインタフェースに限定されず、例えば、ＳＣＳＩ、ＳＡＳＩ等々の標準的なバス、あるいはセントロニクス規格に準拠したパラレルインタフェース方式が適用されてもよい。
【００５９】
また、本実施形態では、上述した加速度α（ｔ）  、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  の送出に際して適用される通信手順、上述した情報端末と対向して行われるハンドシェーク（対話）の有無および方式については、如何なるものが適用されてもよい。
さらに、本実施形態では、プロセッサ７９は通信ポート７７を介して上述した加速度α（ｔ）  、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  を送出する処理のみを行っているが、例えば、請求項１に記載の発明に対応した実施形態や図８に示す従来例と同様の演算が並行して行われてもよい。
【００６０】
また、本実施形態では、上述した加速度α（ｔ）  、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  のみが通信ポート７７を介して送出されているが、その通信ポート７７のビットレートあるいは適用された通信手順に適応して遅滞なく送出され、または情報端末が行う処理の課程で対応関係が保証されるならば、これらの加速度α（ｔ）  、速度Ｖ（ｔ）  および変位Ｓ（ｔ）  と共に、並行して求められた如何なる物理量が併せて送出されてもよい。
【００６１】
以下、請求項３に記載の発明に対応した実施形態について説明する。
本実施形態と請求項１に記載の発明に対応した実施形態との構成の相違点は、係止部材１１０に代えて係止部材７６が備えられた点にある。
以下、図３を参照して請求項３に記載の発明に対応した本実施形態の動作を説明する。
【００６２】
係止部材７６は、ガイドロッド１０７の内部に配置され、かつウエイト１０９がこのガイドロッド１０７の外周側面の何れの箇所に位置する状態であっても、ハンドル１１０Ａに対して操作者によって行われる操作に応じてそのウエイト１０９との係止状態を維持し、あるいは解除する機構を有する。
したがって、ウエイト１０９がガイドロッド１０７に沿って実際に落下する区間の長さｈは、上述したようにハンドル１１０Ａに対して操作者が行う操作に応じて自在に設定される。
【００６３】
すなわち、係止部材７６との係止状態が解除されたウエイト１０９が落下することによって測定点に与えられる衝撃力は、そのウエイト１０９や載荷板１０１が交換されることなく、自在に可変される。
したがって、本実施形態によれば、ウエイト１０９によって与えられる衝撃力に応じて衝撃緩和率ｂ２  やバネ係数ｃ２  の値が異なった値となる地盤、路床その他の多様な測定点について、支持力等の確認や評価が柔軟に達成される。
【００６４】
なお、上述した各実施形態では、ウエイト１０９が備えられているが、このようなウエイト１０９については、衝撃力が所望の精度で確度高く与えられるならば、着脱可能な物体で適宜代用されてもよく、必ずしも専用の部材として備えられなくてもよい。
また、上述した各実施形態では、ウエイト１０９が重力加速度のみに応じて加速されつつ中心球１０３に向かって落下しているが、このようなウエイト１０９には、ガイドロッド１０７その他の部材によって適宜制動力が作用してもよく、あるいは油圧、空気圧その他が利用されてなる加速機構を介して強制的な加速がはかられてもよい。
【００６５】
さらに、上述した各実施形態では、ウエイト１０９が落下する経路がガイドロッド１０７によって決定されているが、そのウエイト１０９について所望の加速あるいは制動がはかられるならば、このような経路は直線状の鉛直な経路でなくてもよく、かつガイドロッド１０７のようにその経路を維持する部材は何ら備えられなくてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
上述したように請求項１に記載の発明では、所望の測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  と、これらの衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  に基づくその測定点の弾性係数Ｅおよび粘性抵抗λの算出が簡便に、かつ効率的に達成される。
【００６７】
また、請求項２に記載の発明では、測定点について、構造や特性に適応した多様な力学的な応答、解析および評価の柔軟な実現が可能となる。
さらに、請求項３に記載の発明では、所望の衝撃力に柔軟に適応して測定点の衝撃緩和率ｂ２  およびバネ係数ｃ２  が簡便に求められる。
また、請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の発明に比べて、ソフトウエアの構成の簡略化と処理の効率化とがはかられる。
【００６８】
したがって、これらの発明によれば、動的載荷試験が測定点の環境に適応して迅速に、かつ確度高く達成され、広範な分野に対するその動的載荷試験の適用と、個々の分野における多様なニーズに対する柔軟な適応とが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１、３に記載の発明の原理ブロック図である。
【図２】請求項２、４に記載の発明の原理ブロック図である。
【図３】請求項１〜４に記載の発明に対応した実施形態を示す図である。
【図４】負荷吸収ケースの構造を示す図である。
【図５】特徴量の具体例を示す図（１）  である。
【図６】特徴量の具体例を示す図（２）  である。
【図７】動的載荷試験装置の第一の構成例を示す図である。
【図８】動的載荷試験装置の第二の構成例を示す図である。
【図９】載荷機構部および測定点に形成される振動系を示す図である。
【符号の説明】
１１，１０１  載荷板
１２  緩衝手段
１３  加速度計測手段
１４  荷重計測手段
１５，４１  速度・変位算出手段
１６  測定点評価手段
２１  情報処理装置
２２  伝送路
２３  計測結果送出手段
３１  重錘
３２  案内手段
７０，１０４  負荷吸収ケース
７１，７１Ａ，９０，１２０  制御部
７２  ロードセンサ
７３，７９，９３，１２３  プロセッサ
７４  ケーブル
７５，９１，１２１  インタフェース部（ＩＦ）
７６，１１０  係止部材
７７  通信ポート
７８  通信インタフェース部（ＣＩ）
８０，１００  載荷機構部
８１  三脚
８１Ａ  頂部
８２  案内部材
８３  ランマ
８３Ａ，１０２  加速度センサ
８４，１１０Ａ  ハンドル
８５  スイッチレバー
８６  接栓座
８７  カールコード
８８  接栓
８９  インタフェースケーブル
９２，１２２  内部バス
９４，１２４  操作表示部
９５，１２５  プリンタ
１０３  中心球
１０５  横倒し防止部材
１０６  バネ
１０７  ガイドロッド
１０８  ウエイト止め部材
１０９  ウエイト
１１０  係止部材
１１１  ケーブル
１１２  運搬用ハンドル
【図１】
0003616501.tif 000002
【図２】
0003616501.tif 000003
【図３】
0003616501.tif 000004
【図４】
0003616501.tif 000005
【図５】
0003616501.tif 000006
【図６】
0003616501.tif 000007
【図７】
0003616501.tif 000008
【図８】
0003616501.tif 000009
【図９】
0003616501.tif 000010