(57)【要約】【課題】断層変位を含む地震動を安価で確実に再現することのできる振動試験装置および振動試験方法を提供する。【解決手段】振動台テーブル１８と、この振動台テーブル１８を加振する加振手段１４Ａ〜１４Ｄとを備える振動試験装置１０であって、振動台テーブル１８の上に水平方向に移動可能に固定され、試験体Ｃが載置される積載テーブル２２と、積載テーブル２２を振動台テーブル１８に対して水平方向に相対変位させる変位付与手段２４と、変位付与手段２４の動作と加振手段１４Ａ〜１４Ｄの動作とを連動させる動作連動手段２０とをさらに備えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動台テーブルと、この振動台テーブルを加振する加振手段とを備える振動試験装置であって、
振動台テーブルの上に水平方向に移動可能に固定され、試験体が載置される積載テーブルと、
積載テーブルを振動台テーブルに対して水平方向に相対変位させる変位付与手段と、
変位付与手段の動作と加振手段の動作とを連動させる動作連動手段とをさらに備えることを特徴とする振動試験装置。
【請求項２】
変位付与手段は、振動台テーブルの上に固定され、積載テーブルを水平方向に相対変位させる油圧シリンダからなることを特徴とする請求項１に記載の振動試験装置。
【請求項３】
振動台テーブルに設けられ、作動油を蓄圧する蓄圧手段をさらに備え、油圧シリンダはこの蓄圧手段から供給される作動油により作動することを特徴とする請求項２に記載の振動試験装置。
【請求項４】
蓄圧手段から油圧シリンダに供給される作動油の油圧を制御する油圧制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の振動試験装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、
振動試験前に蓄圧手段と外部の油圧源とを接続して蓄圧手段に作動油を蓄積し、その後、蓄圧手段と外部の油圧源との接続を解除してから振動試験を行うことを特徴とする振動試験方法。
【請求項６】
請求項４に記載の振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、
油圧制御手段は、比例制御電磁弁を含んで構成されており、
振動試験前に比例制御電磁弁の開閉パターンを決定するための予備試験を行った後、振動試験時に、決定した開閉パターンで比例制御電磁弁を開閉制御することにより、積載テーブルに所望の相対変位を付与することを特徴とする振動試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動試験装置に関し、特に断層変位を含む地震動を再現することのできる振動試験装置および振動試験方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２０１６年４月に発生した熊本地震は、地表に現れた断層の近傍で、構造物に甚大な被害が発生した。このときに観測された地震波形の一部には、地震動による振動に加え、断層変位による成分が含まれている。断層変位を含む地震動はＦｌｉｎｇ  Ｓｔｅｐと呼ばれ、比較的固有周期の長い長周期構造物に甚大な影響を与え、特に免震構造物の場合には擁壁の衝突を引き起こす可能性があることから、重要な研究課題となっている。
【０００３】
熊本地震で観測された断層変位は最大２ｍ程度と大きく、通常の振動台で再現実験を行うのは困難である。振動台の構造上、その可動変位は大きくても１ｍ程度であり、場合によっては数ｍに達する断層近傍の地震動を再現できるような振動台を設計することは現実的ではない。さらに、断層運動は地震後に永久変位が残る不可逆的なものであるが、振動台は実験後に原点位置に戻ることを前提として設計されているため制御が難しい。
【０００４】
一方、従来の振動台として、例えば変位を増大させるために２段重ねにした振動台や、慣性質量を用いて振動を増幅する振動台が知られている（例えば、特許文献１〜５を参照）。しかしながら、これらの振動台は比較的高価であるとともに複雑な制御を要するといった問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−５５６３０号公報
【特許文献２】特開２０００−１７１３７４号公報
【特許文献３】特開２００１−３０５００８号公報
【特許文献４】特開２００３−２８７４７５号公報
【特許文献５】特開２００４−６１２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このため、断層変位を含む地震動を安価で確実に再現することのできる振動試験装置の開発が求められていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、断層変位を含む地震動を安価で確実に再現することのできる振動試験装置および振動試験方法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】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る振動試験装置は、振動台テーブルと、この振動台テーブルを加振する加振手段とを備える振動試験装置であって、振動台テーブルの上に水平方向に移動可能に固定され、試験体が載置される積載テーブルと、積載テーブルを振動台テーブルに対して水平方向に相対変位させる変位付与手段と、変位付与手段の動作と加振手段の動作とを連動させる動作連動手段とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る他の振動試験装置は、上述した発明において、変位付与手段は、振動台テーブルの上に固定され、積載テーブルを水平方向に相対変位させる油圧シリンダからなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他の振動試験装置は、上述した発明において、振動台テーブルに設けられ、作動油を蓄圧する蓄圧手段をさらに備え、油圧シリンダはこの蓄圧手段から供給される作動油により作動することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る他の振動試験装置は、上述した発明において、蓄圧手段から油圧シリンダに供給される作動油の油圧を制御する油圧制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る振動試験方法は、上述した振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、振動試験前に蓄圧手段と外部の油圧源とを接続して蓄圧手段に作動油を蓄積し、その後、蓄圧手段と外部の油圧源との接続を解除してから振動試験を行うことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の振動試験方法は、上述した振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、油圧制御手段は、比例制御電磁弁を含んで構成されており、振動試験前に比例制御電磁弁の開閉パターンを決定するための予備試験を行った後、振動試験時に、決定した開閉パターンで比例制御電磁弁を開閉制御することにより、積載テーブルに所望の相対変位を付与することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る振動試験装置によれば、振動台テーブルと、この振動台テーブルを加振する加振手段とを備える振動試験装置であって、振動台テーブルの上に水平方向に移動可能に固定され、試験体が載置される積載テーブルと、積載テーブルを振動台テーブルに対して水平方向に相対変位させる変位付与手段と、変位付与手段の動作と加振手段の動作とを連動させる動作連動手段とをさらに備えるので、加振手段の動作中に断層変位を模擬した変位を変位付与手段によって積載テーブルに確実に与えることができる。しかも、この構成によれば、既存の振動台テーブルを活用して断層変位を含む地震動を再現することができる。したがって、本発明によれば、断層変位を含む地震動を安価で確実に再現することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係る他の振動試験装置によれば、変位付与手段は、振動台テーブルの上に固定され、積載テーブルを水平方向に相対変位させる油圧シリンダからなるので、油圧シリンダの動作によって断層変位を模擬した変位を積載テーブルに与えることができるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係る他の振動試験装置によれば、振動台テーブルに設けられ、作動油を蓄圧する蓄圧手段をさらに備え、油圧シリンダはこの蓄圧手段から供給される作動油により作動するので、振動試験中に油圧シリンダを外部の油圧ポンプなどの油圧源に接続しておく必要がなくなる。このため、振動台テーブルの変位を妨げない接続配管などの準備が不要となり、振動試験を簡便に実施することができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る他の振動試験装置によれば、蓄圧手段から油圧シリンダに供給される作動油の油圧を制御する油圧制御手段をさらに備えるので、油圧制御手段で油圧を制御することによって積載テーブルに目標とする模擬的な断層変位を与えることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係る振動試験方法によれば、上述した振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、振動試験前に蓄圧手段と外部の油圧源とを接続して蓄圧手段に作動油を蓄積し、その後、蓄圧手段と外部の油圧源との接続を解除してから振動試験を行うので、振動試験中に油圧シリンダを外部の油圧ポンプなどの油圧源に接続しておく必要はない。このため、振動台テーブルの変位を妨げない接続配管などの準備が不要となり、振動試験を簡便に実施することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る他の振動試験方法によれば、上述した振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、油圧制御手段は、比例制御電磁弁を含んで構成されており、振動試験前に比例制御電磁弁の開閉パターンを決定するための予備試験を行った後、振動試験時に、決定した開閉パターンで比例制御電磁弁を開閉制御することにより、積載テーブルに所望の相対変位を付与するので、積載テーブルに目標とする模擬的な断層変位を与えることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係る振動試験装置および振動試験方法の実施の形態を示す側断面図である。
【図２】図２は、入力波の時間波形を示す図であり、（１）は観測地震波（δ＝δ１＋δ２）、（２）は振動台テーブル変位の成分波（δ１）、（３）は模擬的な断層変位の成分波（δ２）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る振動試験装置および振動試験方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
（振動試験装置）
まず、本発明に係る振動試験装置の実施の形態について説明する。
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る振動試験装置１０は、凹状の支持架台１２と、この支持架台１２に一端を固定された加振機１４Ａ〜１４Ｄ（加振手段）と、これら加振機１４Ａ〜１４Ｄに軸受１６Ａ〜１６Ｄを介して連結された振動台テーブル１８と、制御装置２０とからなる。
【００２４】
加振機１４Ａ〜１４Ｄは制御装置２０からの加振制御信号により動作するようになっており、振動台テーブル１８を水平軸方向、鉛直軸方向に加振可能である。なお、振動台テーブル１８の左右および下方に設置される加振機１４Ａ〜１４Ｄに加えて、振動台テーブル１８の前後に同様の加振機を設けることにより、振動台テーブル１８を水平二軸方向（左右方向、前後方向）および鉛直軸方向の３次元で加振可能な構成としてもよい。
【００２５】
振動台テーブル１８は上面視で四角形のテーブルである。この振動台テーブル１８には、試験体Ｃが載置される積載テーブル２２と、油圧シリンダ２４と、蓄圧ボンベ２６とが設置されている。
【００２６】
積載テーブル２２は、振動台テーブル１８の右側の上面に固定されたリニアガイド２８上にスライダーを介して左右方向（水平方向）に直線的に移動可能に固定されている。
【００２７】
油圧シリンダ２４は、積載テーブル２２を振動台テーブル１８に対して左右方向（水平方向）に相対変位させる変位付与手段である。この油圧シリンダ２４は、振動台テーブル１８の左側の上面に固定されており、油圧シリンダ２４内に摺動自在に挿入された図示しないピストンと、油圧シリンダ２４内に移動自在に挿入されるとともに一端がこのピストンに連結されたロッド３０とを備えている。ロッド３０は油圧シリンダ２４の右端部より右方向に突出し、その右端は積載テーブル２２の左端部に接続している。ロッド３０は油圧シリンダ２４内部の図示しないピストンの動きに応じて左右方向に伸縮して、積載テーブル２２に左右方向の相対変位を付与する。このロッド３０の伸縮動作によって、断層変位を模擬した変位を積載テーブル２２に与えることができる。なお、本発明の変位付与手段は油圧シリンダ２４に限るものではなく、積載テーブル２２に左右方向の直線的な変位を付与可能なものであれば気体を使用する空圧シリンダであってもよいし、リニアモータやリニアアクチュエータであってもよい。
【００２８】
ここで、油圧シリンダ２４を動かす油圧源には通常、油圧ポンプが必要であるが、これを振動台テーブル１８上に設置することは困難である。振動台テーブル１８外部に油圧ポンプを設置する場合、振動台テーブル１８上の油圧シリンダ２４まで配管して作動油を送る必要があるが、振動台テーブル１８の変位を妨げないフレキシブルな耐圧ホースを設計することは困難である。そこで本実施の形態では、振動台テーブル１８上に蓄圧ボンベ２６のみを設置し、振動試験前に移動式または振動台テーブル１８外部の油圧ポンプに耐圧ホースで接続して蓄圧ボンベ２６内に作動油を蓄積し、耐圧ホースを取り外してから振動試験を行うようにする。
【００２９】
蓄圧ボンベ２６は、油圧シリンダ２４に供給する作動油を蓄圧するための蓄圧手段であり、振動台テーブル１８の上面であって積載テーブル２２およびロッド３０の動きを妨げない位置に固定される。蓄圧ボンベ２６と油圧シリンダ２４は管路３２で接続しており、油圧シリンダ２４はこの蓄圧ボンベ２６から供給される作動油により作動する。蓄圧ボンベ２６から油圧シリンダ２４に供給される作動油の油圧は、管路３２の途中に設けた比例制御電磁弁３４（油圧制御手段）の開閉によって制御される。比例制御電磁弁３４の開閉は制御装置２０からの弁開度制御信号により制御されるようになっている。蓄圧ボンベ２６を設けることで、振動試験中に油圧シリンダ２４を外部の油圧ポンプなどの油圧源に接続しておく必要がなくなる。このため、本実施の形態によれば、振動台テーブル１８の変位を妨げない接続配管などの準備が不要となり、振動試験を簡便に実施することができる。なお、本発明の油圧制御手段は比例制御電磁弁３４に限るものではなく、目標変位に対するフィードバック制御を行うサーボ弁であってもよい。
【００３０】
制御装置２０は、油圧シリンダ２４の動作と加振機１４Ａ〜１４Ｄの動作とを連動させる動作連動手段として機能するものであり、振動台テーブル１８の動きを妨げない離れた場所に設けられる。この制御装置２０は、無線または有線の通信回線で各加振機１４Ａ〜１４Ｄ、比例制御電磁弁３４にそれぞれ接続している。上述したように、加振機１４Ａ〜１４Ｄ、比例制御電磁弁３４は制御装置２０からそれぞれ送信される所定の加振制御信号、弁開度制御信号により動作が制御される。
【００３１】
ここで、比例制御電磁弁３４の弁開度制御信号は油圧シリンダ２４のロッド３０の伸縮変位に関する情報（変位制御信号）と対応しており、弁開度制御信号を変化させることで油圧シリンダ２４に供給する作動油の流量を最大流量に対して０〜１００％の範囲で連続的に制御し、ロッド３０の伸縮動作を制御する。また、制御装置２０から送られる加振制御信号と弁開度制御信号は同期した信号となっており、これらの信号によって制御される油圧シリンダ２４と加振機１４Ａ〜１４Ｄは連動して動作する。
【００３２】
上記の構成の動作および作用について説明する。
制御装置２０から加振機１４Ａ〜１４Ｄに所定の加振制御信号を送るとともに、これと同期した所定の弁開度制御信号を比例制御電磁弁３４に送ると、加振制御信号によって加振機１４Ａ〜１４Ｄが振動台テーブル１８を加振し、所望の振動が振動台テーブル１８を介して積載テーブル２２上の試験体Ｃに加えられる。一方、弁開度制御信号によって油圧シリンダ２４のロッド３０が伸縮し、積載テーブル２２をリニアガイド２８上に沿って左右方向に相対変位させる。この変位は模擬的な断層変位として積載テーブル２２上の試験体Ｃに付与される。
【００３３】
ここで、振動試験の入力地震波として、断層変位を含む観測地震波を用いる場合には、この観測地震波を、模擬的な断層変位の成分（δ２）と、それ以外の地震動変位の成分（δ１）とに予め分割しておく。図２（１）は分割前の目標地震動（δ＝δ１＋δ２）の時間波形、図２（２）は分割後のδ１の時間波形、図２（３）は分割後のδ２の時間波形の一例である。そして、図のδ２に対応する変位制御信号、つまり弁開度制御信号を油圧シリンダ２４のロッド３０に、δ１に対応する加振制御信号を加振機１４Ａ〜１４Ｄに同期して入力することによって、積載テーブル２２上の試験体Ｃに目標地震動（δ＝δ１＋δ２）を与えることができる。
【００３４】
なお、油圧シリンダ２４を蓄圧ボンベ２６内の油圧を利用して作動する場合には、サーボバルブを用いたクローズループ制御（変位センサによるフィードバック制御）が用いられるのが一般的であるが、本実施の形態の場合には模擬的な断層変位を与える機能に限定されるので、より簡便なオープンループ制御を行うことが可能である。例えば振動試験前に比例制御電磁弁３４の開閉パターンを決定するための予備試験を行った後、振動試験時に、決定した開閉パターンで制御装置２０から比例制御電磁弁３４を開閉制御することで積載テーブル２２に目標とする模擬的な断層変位を与えることができる。
【００３５】
また、従来の振動試験装置として、上述したように、変位を増大させるために２段重ねにした振動台や、慣性質量を用いて振動を増幅する振動台を有する装置が知られているが、本実施の形態では振動台テーブル１８として既存の振動台テーブルを使用するとともに、この振動台テーブル上に積載テーブル２２、油圧シリンダ２４等を設置し、加振手段の動作中に油圧シリンダ２４等によって模擬的な断層変位を積載テーブル２２に確実に与えることができる。このため、熊本地震で観測されたような大きな断層変位を伴う地震動を安価で確実に再現することができ、断層変位を含む地震動を再現する振動試験装置１０を安価に製作することができる。また、本実施の形態の振動試験装置１０によって、これまで困難であった断層近傍に建設される建物の振動試験を簡便に実施することができるので、建物のより高度な耐震性評価が可能となり、例えば断層近傍でも高い耐震性能を有する建物などの開発に資することができる。
【００３６】
（振動試験方法）
次に、本発明に係る振動試験方法の実施の形態について説明する。
【００３７】
本発明に係る振動試験方法は、上述した振動試験装置１０を用いて振動試験を行う方法である。より具体的には、振動試験前に蓄圧ボンベ２６と外部の油圧源とを接続して蓄圧ボンベ２６に作動油を蓄積し、その後、蓄圧ボンベ２６と外部の油圧源との接続を解除してから振動試験を行うようにする。これによれば、振動試験中に油圧シリンダ２４を外部の油圧ポンプなどの油圧源に接続しておく必要はない。このため、振動台テーブル１８の変位を妨げない接続配管などの準備が不要となり、振動試験を簡便に実施することができる。
【００３８】
また、振動試験前に比例制御電磁弁３４の開閉パターンを決定するための予備試験を行った後、振動試験時に、決定した開閉パターンで比例制御電磁弁３４を開閉制御することにより、積載テーブル２２に所望の相対変位を付与するようにしてもよい。このようにすれば、積載テーブル２２に目標とする模擬的な断層変位を与えることができる。
【００３９】
以上説明したように、本発明に係る振動試験装置によれば、振動台テーブルと、この振動台テーブルを加振する加振手段とを備える振動試験装置であって、振動台テーブルの上に水平方向に移動可能に固定され、試験体が載置される積載テーブルと、積載テーブルを振動台テーブルに対して水平方向に相対変位させる変位付与手段と、変位付与手段の動作と加振手段の動作とを連動させる動作連動手段とをさらに備えるので、加振手段の動作中に断層変位を模擬した変位を変位付与手段によって積載テーブルに確実に与えることができる。しかも、この構成によれば、既存の振動台テーブルを活用して断層変位を含む地震動を再現することができる。したがって、本発明によれば、断層変位を含む地震動を安価で確実に再現することができる。
【００４０】
また、本発明に係る他の振動試験装置によれば、変位付与手段は、振動台テーブルの上に固定され、積載テーブルを水平方向に相対変位させる油圧シリンダからなるので、油圧シリンダの動作によって断層変位を模擬した変位を積載テーブルに与えることができる。
【００４１】
また、本発明に係る他の振動試験装置によれば、振動台テーブルに設けられ、作動油を蓄圧する蓄圧手段をさらに備え、油圧シリンダはこの蓄圧手段から供給される作動油により作動するので、振動試験中に油圧シリンダを外部の油圧ポンプなどの油圧源に接続しておく必要がなくなる。このため、振動台テーブルの変位を妨げない接続配管などの準備が不要となり、振動試験を簡便に実施することができる。
【００４２】
また、本発明に係る他の振動試験装置によれば、蓄圧手段から油圧シリンダに供給される作動油の油圧を制御する油圧制御手段をさらに備えるので、油圧制御手段で油圧を制御することによって積載テーブルに目標とする模擬的な断層変位を与えることができる。
【００４３】
また、本発明に係る振動試験方法によれば、上述した振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、振動試験前に蓄圧手段と外部の油圧源とを接続して蓄圧手段に作動油を蓄積し、その後、蓄圧手段と外部の油圧源との接続を解除してから振動試験を行うので、振動試験中に油圧シリンダを外部の油圧ポンプなどの油圧源に接続しておく必要はない。このため、振動台テーブルの変位を妨げない接続配管などの準備が不要となり、振動試験を簡便に実施することができる。
【００４４】
また、本発明に係る他の振動試験方法によれば、上述した振動試験装置を用いて振動試験を行う方法であって、油圧制御手段は、比例制御電磁弁を含んで構成されており、振動試験前に比例制御電磁弁の開閉パターンを決定するための予備試験を行った後、振動試験時に、決定した開閉パターンで比例制御電磁弁を開閉制御することにより、積載テーブルに所望の相対変位を付与するので、積載テーブルに目標とする模擬的な断層変位を与えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明に係る振動試験装置および振動試験方法は、建物などの構造物の振動試験に有用であり、特に、断層変位を含む地震動を安価で確実に再現するのに適している。
【符号の説明】
【００４６】
１０  振動試験装置
１２  支持架台
１４Ａ〜１４Ｄ  加振機（加振手段）
１６Ａ〜１６Ｄ  軸受
１８  振動台テーブル
２０  制御装置（動作連動手段）
２２  積載テーブル
２４  油圧シリンダ（変位付与手段）
２６  蓄圧ボンベ（蓄圧手段）
２８  リニアガイド
３０  ロッド
３２  管路
３４  比例制御電磁弁
Ｃ  試験体
【図１】
2018115914.tif 000003
【図２】
2018115914.tif 000004