(57)【要約】【課題】試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与する。汎用的な単軸荷重試験機を使用可能にする。【解決手段】試験体１を単軸荷重試験機の一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角θを付けて配置された一対のモーメントアーム３，３の先端で試験体１の両端を保持すると共に、一対のモーメントアーム３，３の基端を一対のチャックに取り付け、一対のチャックの間隔を変化させることで試験体１に曲げモーメントＭと捩りモーメントＴを同時に付与するようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体を単軸荷重試験機の一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置された一対のモーメントアームの先端で前記試験体の両端を保持すると共に、前記一対のモーメントアームの基端を前記一対のチャックに取り付け、前記一対のチャックの間隔を変化させることで前記試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与することを特徴とする曲げねじり複合荷重試験方法。
【請求項２】
前記一対のモーメントアームの長さを変化させて前記試験体に付与する曲げモーメントの大きさを調節することを特徴とする請求項１記載の曲げねじり複合荷重試験方法。
【請求項３】
前記一対のモーメントアームの位相角を変化させて前記試験体に付与する捩りモーメントの大きさを調節することを特徴とする請求項１記載の曲げねじり複合荷重試験方法。
【請求項４】
試験体の両端を単軸荷重試験機の一対のチャックに取り付ける一対のモーメントアームを備え、前記一対のモーメントアームは前記試験体を前記一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置されることを特徴とする曲げねじり複合荷重試験用治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプや棒状部材等の試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に負荷しながら試験を行う曲げねじり複合荷重試験方法および曲げねじり複合荷重試験用治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、建築物の配管が地震によって受ける影響を研究するために、単軸の引張試験機を使用して管状の部材（試験体）を試験することがある。管状の試験体に対する引張試験機として、図７に示すものがある（特許文献１）。この引張試験機では、上下の引張台座１０１，１０２に対して上下のチャック１０３，１０３を偏心させており、上下の引張台座１０１，１０２に対して試験体１０４を偏心させた状態で取り付けている。そのため、上下の取付台座１０１，１０２の間隔を広げて試験体１０４に引張荷重を付与することで、試験体１０４に曲げ応力を作用させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４９４１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、地震発生時に建築物の配管に作用する応力は曲げ応力だけに限られず、捩り応力も作用する。しかしながら、上述の引張試験機では試験体１０４に曲げ応力と捩り応力の両方を同時に与えながら試験を行うことができない。
【０００５】
また、上述の引張試験機は上下の引張台座１０１，１０２に対して各チャック１０３，１０３を偏心させている専用機であり、高価であると共に、通常の単純な引張試験に使用することができず汎用性に劣る。
【０００６】
本発明は、試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与することができると共に、汎用的な単軸荷重試験機の使用が可能な曲げねじり複合荷重試験方法および曲げねじり複合荷重試験用治具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するために、請求項１記載の曲げねじり複合荷重試験方法は、試験体を単軸荷重試験機の一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置された一対のモーメントアームの先端で試験体の両端を保持すると共に、一対のモーメントアームの基端を一対のチャックに取り付け、一対のチャックの間隔を変化させることで試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与するものである。したがって、単軸荷重試験機によって単軸荷重（引張荷重又は圧縮荷重）を掛けると、試験体に曲げモーメントと捩りモーメントが同時に付与される。
【０００８】
また、請求項２記載の曲げねじり複合荷重試験方法は、一対のモーメントアームの長さを変化させて試験体に付与する曲げモーメントの大きさを調節するようにしている。
【０００９】
また、請求項３記載の曲げねじり複合荷重試験方法は、一対のモーメントアームの位相角を変化させて試験体に付与する捩りモーメントの大きさを調節するようにしている。
【００１０】
さらに、請求項４記載の曲げねじり複合荷重試験用治具は、試験体の両端を単軸荷重試験機の一対のチャックに取り付ける一対のモーメントアームを備え、一対のモーメントアームは試験体を一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置されるものである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の曲げねじり複合荷重試験方法では、単軸荷重（引張荷重又は圧縮荷重）を掛けるだけで試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与することができるので、一対のモーメントアームで保持可能な試験体に対して曲げ捩り試験を簡単に行うことができる。また、チャック自体には変更を加える必要がないので、単軸荷重試験機（単軸引張試験機、単軸圧縮試験機）として汎用機をそのまま使用することができ、専用機を使用する場合に比べて試験に要するコストを安く抑えることができる。
【００１２】
また、請求項２記載の曲げねじり複合荷重試験方法では、各モーメントアームの長さを変化させることで曲げモーメントの大きさを調節することができるので、試験体に与える曲げモーメントの大きさを簡単に変えることができる。そのため、曲げモーメントの大きさを変えて試験を繰り返し行うのが容易である。また、試験体に与える曲げモーメントと捩りモーメントの大きさの比を変化させるのも容易である。
【００１３】
また、請求項３記載の曲げねじり複合荷重試験方法では、各モーメントアームの位相角を変化させることで捩りモーメントの大きさを調節することができるので、試験体に与える捩りモーメントの大きさを簡単に変えることができる。そのため、捩りモーメントの大きさを変えて試験を繰り返し行うのが容易である。また、試験体に与える曲げモーメントと捩りモーメントの大きさの比を変化させるのも容易である。
【００１４】
さらに、請求項４記載の曲げねじり複合荷重試験用治具では、試験体の両端を単軸荷重試験機の一対のチャックに取り付ける一対のモーメントアームを備えており、一対のモーメントアームは試験体を一対のチャックに対して偏心させると共に互いに位相角を付けて配置されているので、単軸荷重（引張荷重又は圧縮荷重）を掛けるだけで試験体に曲げモーメントと捩りモーメントを同時に付与することができ、試験体に対して曲げ捩り試験を簡単に行うことができる。また、チャック自体には変更を加える必要がないので、単軸荷重試験機（単軸引張試験機、単軸圧縮試験機）として汎用機をそのまま使用することができ、専用機を使用する場合に比べて試験に要するコストを安く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の曲げねじり複合荷重試験方法の実施形態の一例を示す概念図である。
【図２】本発明の曲げねじり複合荷重試験用治具の実施形態の一例を示す斜視図である。
【図３】単軸荷重試験機のチャックの断面図である。
【図４】各軸線の関係を示し、試験体の軸線方向から見た説明図である。
【図５】各軸線の関係を示し、試験体の正面から見た説明図である。
【図６】曲げモーメントＭと捩りモーメントＴの算出を説明するための図である。
【図７】従来の引張試験の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の構成を図面に示す形態に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１〜図６に、本発明の曲げねじり複合荷重試験用治具の実施形態の一例を示す。単軸荷重試験用治具は、試験体１の両端を単軸荷重試験機の一対のチャック２，２に取り付ける一対のモーメントアーム３，３を備えており、一対のモーメントアーム３，３は試験体１を一対のチャック２，２に対して偏心させると共に互いに位相角θを付けて配置されている。
【００１８】
本実施形態では、単軸荷重試験機として単軸の引張試験機を使用しているが、これに限られず、例えば単軸の引張・圧縮試験機、単軸の圧縮試験機等の使用も可能である。
【００１９】
試験体１としては、例えば丸パイプ形状のもの、角パイプ形状のもの、棒形状のもの等が好ましいが、これらには限られない。
【００２０】
モーメントアーム３，３の基端は単軸荷重試験機のチャック２，２に取り付けられている。チャック２，２としては、試験体１に単軸荷重を作用させる軸線（以下、荷重軸線４という）周りと荷重軸線４に直交する軸線（以下、直交軸線５という）周りに回転自在であることが好ましい。このようにチャック２，２を荷重軸線４と直交軸線５の２軸線周りに回転自在にすることで、変形に伴う試験体１の動きを拘束せずに試験を行うことができる。ただし、必ずしもこのように２軸線周りに回転自在でなくても良く、いずれか一方の軸線周りにのみ回転自在であっても良く、更には両方の軸線周りに回転自在でなくても良く、これらの場合にも曲げ捩り試験を行うことができる。
【００２１】
本実施形態の単軸荷重試験機のチャック２，２には、荷重軸線４周りの回転を可能にするスラストベアリング６と、直交軸線５周りの回転を可能にする回転軸７，８が設けられており、２軸線周りの回転自由度が確保されている。即ち、ベース９に対して支持軸１０がスラストベアリング６を介して荷重軸線４周りに回転自在に設けられていると共に、支持軸１０に対して連結片１１，１１が第１の回転軸７を介して直交軸線５周りに回転自在に設けられており、更に連結片１１，１１に対して第２の回転軸８が直交軸線５周りに回転自在に設けられている。モーメントアーム３，３は第２の回転軸８によって連結片１１，１１に直交軸線５周りに回転自在に連結されている。
【００２２】
モーメントアーム３，３の先端は試験体１を保持している。本実施形態では、モーメントアーム３，３の先端に設けられたスリット付きの保持用孔に試験体１の端部を挿入し、ボルトを締め付けて保持用孔の径を狭めることで試験体１を試験体１を固定するようにしている。ただし、試験体１の固定手段はこれに限られない。保持用孔はモーメントアーム３，３の軸線方向に対して直交するように設けられている。したがって、モーメントアーム３，３は試験体１の軸線１２に対して直交するように配置される。
【００２３】
モーメントアーム３，３は互いに位相角θを有しており、一対のモーメントアーム３，３の長さＬは同じであるので、試験体１は荷重軸線４に対して斜めになった状態で保持される。また、モーメントアーム３，３は試験体１の軸線１２に対して直交しているので、モーメントアーム３，３は長さＬだけチャック２，２の荷重軸線４に対して試験体１の軸線１２を偏心させる。
【００２４】
本実施形態では一対のモーメントアーム３，３として同一形状のものを組み合わせてコスト低減を図っているが、異なる形状のものを組み合わせても良い。
【００２５】
次に、本発明の曲げねじり複合荷重試験方法について説明する。この曲げねじり複合荷重試験方法は、試験体１を単軸荷重試験機の一対のチャック２，２に対して偏心させると共に互いに位相角θを付けて配置された一対のモーメントアーム３，３の先端で試験体１の両端を保持すると共に、一対のモーメントアーム３，３の基端を一対のチャック２，２に取り付け、一対のチャック２，２の間隔を変化させることで試験体１に曲げモーメントＭと捩りモーメントＴを同時に付与するものである。
【００２６】
各チャック２，２にそれぞれモーメントアーム３，３を取り付け、各モーメントアーム３，３に試験体１を取り付けた後、単軸荷重試験機を作動させて引張荷重を掛けると、試験体１に曲げモーメントＭと捩りモーメントＴを同時に付与することができる。そのため、試験体１に対して曲げ捩り試験を簡単に行うことができる。また、チャック２，２自体には変更を加える必要がないので、単軸荷重試験機として汎用機をそのまま使用することができ、専用機を使用する場合に比べて試験に要するコストを安く抑えることができる。
【００２７】
試験体１に付与される曲げモーメントＭは数式１によって、捩りモーメントＴは数式２によって求められる。
【００２８】
【数１】
2014106026.tif 000003
【００２９】
【数２】
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【００３０】
ここで、Ｌ：モーメントアーム３の長さ、Ｈ：試験体１の１／２の長さ、θ：モーメントアーム３の位相角θ、Ｐ：引張荷重である（図６参照）。
【００３１】
また、捩り曲げモーメント比Ｔ／Ｍは、数式３によって求められる。
【００３２】
【数３】
2014106026.tif 000005
【００３３】
数式１からも明らかなように、一対のモーメントアーム３，３の長さＬを変化させて試験体１に付与する曲げモーメントＭの大きさを調節することができる。また、数式２からも明らかなように、一対のモーメントアーム３，３の位相角θを変化させて試験体１に付与する捩りモーメントＴの大きさを調節することができる。これらのため、試験体１に与える曲げモーメントＭの大きさと捩りモーメントＴの大きさを簡単に変えることができ、これらを変えながら試験を繰り返し行うのが容易である。また、捩り曲げモーメント比Ｔ／Ｍを変化させるのも容易である。
【００３４】
モーメントアーム３の長さＬを変化させる手段としては、例えば、長さＬの異なる複数種類のモーメントアーム３を準備しておき、モーメントアーム３を交換することで長さＬを変化させるようにしても良いし、モーメントアーム３を伸縮可能にすることで長さＬを変化させるようにしても良く、その他の手段でも良い。
【００３５】
また、モーメントアーム３の位相角θを変化させる手段としては、例えば、位相角θが異なる複数種類のモーメントアーム３を準備しておき、モーメントアーム３を交換することで位相角θを変化させるようにしても良いし、モーメントアーム３の位相角θを可変にすることで位相角θを変化させるようにしても良く、その他の手段でも良い。
【００３６】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００３７】
例えば、上述の説明では、モーメントアーム３，３の軸線を試験体１の軸線１２に対して直交させていたが、必ずしも直交させなくても良い。即ち、試験体１に対してモーメントアーム３，３が垂直になるようにしていたが、斜めになるように取り付けても良い。この場合にも曲げモーメントＭと捩りモーメントＴを付与することできる。
【符号の説明】
【００３８】
１  試験体
２  チャック
３  モーメントアーム
Ｌ  モーメントアームの長さ
Ｍ  曲げモーメント
Ｔ  捩りモーメント
θ  モーメントアームの位相角
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図１】
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【図２】
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