(57)【要約】【課題】構造物の載荷面の中央部分にも適切な荷重を負荷することができる構造物の試験方法を提供する。【解決手段】本発明に係る構造物の試験方法は、試験体Ｔの上面に弾性材料で形成された上板１０Ｔを配置するステップと、試験体Ｔの下面に弾性材料で形成された下板１０Ｂを配置するステップと、載荷板２０によって、上板１０Ｔ越しに試験体Ｔの上面に荷重を作用させるステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験体の上面に弾性材料で形成された上板を配置するステップと、
試験体の下面に弾性材料で形成された下板を配置するステップと、
載荷板によって、前記上板越しに試験体の上面に荷重を作用させるステップと
を含むことを特徴とする構造物の試験方法。
【請求項２】
前記荷重は、試験体を圧縮する圧縮荷重である、請求項１に記載の構造物の試験方法。
【請求項３】
前記上板及び前記下板は、発泡スチロールで形成されている、請求項１又は２に記載の構造物の試験方法。
【請求項４】
前記上板及び前記下板の少なくとも一方は、平面視で前記試験体よりも大きな投影面積を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の構造物の試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コンクリート構造物等の試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の社会資本の老朽化に伴い、地中に埋設されたコンクリート構造物等の耐力を評価し、必要な補修等を実施することが求められている。このようなコンクリート構造物等の評価は、実際の使用環境の下で評価することは難しく、例えば、大型構造物試験機を用い、鋼製の平板でコンクリート構造物に荷重を負荷することで耐力評価が行われている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】″大型構造物・部材の各種載荷試験″、［online］、平成29年、JFEテクノリサーチ株式会社、［平成29年7月06日検索］、インターネット〈URL：http://www.jfe-tec.co.jp/stru-eval/〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、地中に埋設されたコンクリート構造物は、地上の重量物からの荷重が均等に負荷されることを想定しているため、上述の耐力評価においても荷重を均等に負荷することが求められる。しかし、鋼製の平板による載荷では、コンクリート構造物の変形に対して平板が追随しないため、コンクリート構造物の隅角部などの変形しにくい部分に荷重が集中してしまい、特に躯体上部の中央部分に荷重を負荷することができない場合があった。
【０００５】
従って、かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、構造物の載荷面の中央部分にも適切な荷重を負荷することができる構造物の試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る構造物の試験方法は、
試験体の上面に弾性材料で形成された上板を配置するステップと、
試験体の下面に弾性材料で形成された下板を配置するステップと、
載荷板によって、前記上板越しに試験体の上面に荷重を作用させるステップと
を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、構造物の載荷面の中央部分にも適切な荷重を負荷することができる構造物の試験方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る構造物の試験方法に用いる構造物試験機の構成を示す図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が右側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る構造物の試験方法に用いる構造物試験機の制御回路の構成例を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る構造物の試験方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施形態に係る構造物の試験方法により試験する試験体（マンホール）の構成、及び試験体に貼付するひずみゲージの配置を示す図であり、（ａ）が斜視図、（ｂ）がＡ−Ａ断面図、（ｃ）がＢ−Ｂ断面図である。
【図５】試験体にかかる荷重値と、載荷板の変位量との関係を示す図である。
【図６】試験体にかかる荷重値と、試験体の上部における歪みとの関係を示す図である。
【図７】試験体にかかる荷重値と、試験体の下部における歪みとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
本実施形態に係る構造物の試験方法に用いる構造物試験機１００は、平面載荷試験を行うための試験機であり、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、鋼製の平板で形成され試験体Ｔに荷重を負荷するための載荷板２０と、載荷板２０を押圧する油圧装置３０と、油圧装置３０による試験体Ｔの押圧による反力を支持する反力部材４０及び反力支柱５０を備えている。試験体Ｔは、例えばマンホール等のコンクリート構造物から切り出されたものであり、試験体Ｔの上面及び下面には、それぞれ発泡スチロール製の上板１０Ｔ及び下板１０Ｂが配置されている。なお、本明細書において、上方向とは図１（ａ）において床Ｆから反力部材４０に向かう方向を指すものとし、下方向とは反力部材４０から床Ｆに向かう方向を指すものとする。また、前後方向とは、図１（ａ）において紙面に垂直な方向を指すものとし、左右方向とは、図１（ａ）における左右方向を指すものとする。
【００１１】
構造物試験機１００は、例えば、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に基づくコンクリートの圧縮強度試験方法を実施するための大型構造物試験機を用いることができる。試験体Ｔに圧縮荷重を作用させる油圧装置３０は、例えば油圧シリンダの駆動により載荷板２０を所定の荷重で押圧可能な構成とすることができる。そして、油圧装置３０は、油圧シリンダへの流量を調整する流量調整バルブを制御することにより加圧速度又は変位速度を調整可能に構成することができる。なお、油圧装置３０に代えて、例えば電気モータ等の油圧以外を用いた他の駆動装置により試験体Ｔを押圧するように構成してもよい。
【００１２】
構造物試験機１００の制御を行う制御回路２００の構成例を図２に示す。制御回路２００は、構造物試験機１００の各機能部の制御を行う制御部２１０と、制御部２１０に作業者からの操作等を入力する入力部２２０と、試験結果の記憶等を行う記憶部２３０と、試験結果の表示等を行う表示部２８０とを備えている。制御部２１０は、例えばプログラムを実行可能なマイコン等により構成することができる。制御部２１０は、上述の流量調整バルブ２６０と通信可能に構成され、流量調整バルブ２６０を制御することにより油圧装置３０の加圧速度又は変位速度を調整可能である。また、制御部２１０は、油圧装置３０内又は外部に設けられた荷重測定用のロードセル２４０からの出力を取得可能に構成されていてもよい。これによって、制御部２１０は圧縮荷重をモニターすることができる。また後述するように、試験体Ｔに歪みゲージＣ１，Ｃ２，Ｆ１，Ｆ２を貼付し、制御部２１０が当該歪みゲージＣ１，Ｃ２，Ｆ１，Ｆ２からの出力を取得可能に構成されていてもよい。これによって、制御部２１０は、圧縮荷重値と試験体Ｔの歪みとの関係をデータ化することができる。更に、制御部２１０は、載荷板２０の下方への変位量を変位センサ２５０から取得可能に構成されていてもよい。
【００１３】
載荷板２０は、下面が平面である鋼製の平板であり、油圧装置３０からの押圧力を試験体Ｔに伝達する。載荷板２０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視で試験体Ｔよりもやや大きい投影面積を有しており、この載荷板２０により、試験体Ｔの上面の全領域に押圧力を加えることができる。なお、載荷板２０の厚みは、構造物試験機１００で想定される押圧力（圧縮力）を加えても載荷板２０に曲げ変形が生じない程度の厚みを有していることが好ましい。
【００１４】
上板１０Ｔは、発泡スチロール（EPS: Expanded Poly-Styrene）で形成されている。発泡スチロールとは、ポリスチレンを微細な泡で発泡させて硬化させた材料であり、軽量かつ弾力性があり衝撃吸収性にも優れる。そして、発泡スチロールは、外力に対して気泡の大きさが変化することで変形し、外力を吸収することができる。従って、図１（ａ）に示すように、載荷板２０が発泡スチロール製の上板１０Ｔを介して試験体Ｔを押圧するように構成すれば、荷重によって試験体Ｔが変形しても、上板１０Ｔが試験体Ｔの上面の変形に追従して変形するため、上板１０Ｔは常に載荷板２０と試験体Ｔ上面の両方に広い面積で接触することができる。従って、載荷板２０は、試験体Ｔが変形しても、試験体Ｔ上面の隅角部に偏ることなく、上面の全領域を押圧することができる。
【００１５】
本実施形態では、下板１０Ｂは、上板１０Ｔと同様に発泡スチロールで形成されている。このように、床Ｆと試験体Ｔとの間に発泡スチロール製の下板１０Ｂを配置することによって、載荷板２０からの荷重等によって試験体Ｔが変形しても、下板１０Ｂが試験体Ｔの下面の変形に追従して変形するため、下板１０Ｂは常に試験体Ｔの下面と床Ｆの両方に広い面積で接触することができる。従って、試験体Ｔは、載荷板２０からの押圧力に対する反力を、試験体Ｔの下面全体で受けることができる。
【００１６】
上述のように油圧装置３０が試験体Ｔを下方に向けて押圧すると、床Ｆからの反力を受けて、油圧装置３０を支持する反力部材４０には上方向の力が作用する。この上方向の力は、反力部材４０の両側に形成された反力支柱５０に伝達される。
【００１７】
なお、試験体Ｔがサイズ：３０００×１４０５×１６９０［ｍｍ］、重量：３．２［ｔ］のコンクリート構造物である場合、上板１０Ｔ及び下板１０Ｂの厚みは、１００〜２００［ｍｍ］であることが好ましい。これは、上板１０Ｔ及び下板１０Ｂを所定以上の厚みで形成することで発泡スチロールが復元できないほどの局所荷重がかからないようにすると共に、上板１０Ｔ及び下板１０Ｂが厚過ぎることによる寸法的な制約の問題や試験体Ｔの固定安定性の問題が生じないように選択された厚み寸法である。
【００１８】
次に、上述の構成を有する本実施形態に係る構造物試験機１００により、コンクリート構造物であるマンホールを試験体Ｔとした圧縮強度試験を行う手順、及び得られる本実施形態の効果の一例について、図３〜図７を用いて説明する。
【００１９】
図３は、本実施形態に係る構造物試験機１００により試験体Ｔの圧縮強度試験を行う手順を示すフローチャートである。まず、作業者は、地中に埋設されているコンクリート構造物であるマンホールを、試験体Ｔとして、床Ｆ上に敷設された下板１０Ｂの上に設置する（ステップＳ１０１）。作業者は、マンホールの全体を下板１０Ｂの上に設置してもよいし、マンホールの一部を切り出してから下板１０Ｂの上に設置してもよい。また、作業者は、マンホールの下面に予め下板１０Ｂを設置した状態で、マンホールを床Ｆ上に配置してもよい。なお、下板１０Ｂの平面視での投影面積は、試験体Ｔであるマンホールの平面視における投影面積よりも大きくなるように形成されることが好ましい。これによって、作業者は、マンホールの下面全体を下板１０Ｂ上に配置することができるため、載荷板２０からの押圧力に対する反力を、試験体Ｔの下面全体で受けることができる。
【００２０】
次に、作業者は、マンホールの上部及び下部に歪みゲージＣ１，Ｃ２，Ｆ１及びＦ２を貼付する（ステップＳ１０２）。本実施形態で試験体Ｔに使用するマンホールは、図４（ａ）の例では外形寸法が３０００×１４０５×１６９０［ｍｍ］の直方体形状を有しており、厚み５０［ｍｍ］の壁面で形成されている。また、マンホールの上壁には、内部空間に通じる開口６０が形成されている。作業者は、図４（ｂ）に示すように、マンホールの上壁の下面において、開口６０に隣接する位置に歪みゲージＣ１を貼付する。また、歪みゲージＣ１よりも側壁に近い位置に歪みゲージＣ２を更に貼付する。これによって、上板１０Ｔに隣接するマンホールの上壁において、荷重が隅角部のみでなく中央部分にも作用しているか否かを計測することができる。作業者は、同様に、図４（ｃ）に示すように、マンホールの底壁の上面において、円筒形状の枡部７０に隣接する位置に歪みゲージＦ１を貼付する。また、歪みゲージＦ１よりも側壁に近い位置に歪みゲージＦ２を更に貼付する。これによって、下板１０Ｂに隣接するマンホールの底壁において、荷重が隅角部のみでなく中央部分にも作用しているか否かを計測することができる。なお、図４（ｂ）、（ｃ）において、矢印方向は歪みゲージＣ１，Ｃ２，Ｆ１及びＦ２によって検出される歪みの方向を表している。
【００２１】
次に、作業者は、マンホールの上壁の上面に上板１０Ｔを配置する（ステップＳ１０３）。上板１０Ｔについても、平面視での投影面積が、マンホールの平面視における投影面積よりも大きくなるように形成することが好ましく、これによって後述する載荷板２０からの荷重をマンホールの上面全体に伝えることができる。
【００２２】
次に、作業者は、構造物試験機１００の制御回路２００の入力部２２０から、試験開始の指示を行う。制御部２１０は、試験開始の指示に基づいて、図示しないスライド機構により載荷板２０、油圧装置３０、及び反力部材４０を下降させ、載荷板２０の下面を上板１０Ｔに接触させる（ステップＳ１０４）。そして、流量調整バルブ２６０の制御を行い油圧装置３０を駆動させて、載荷板２０に対して荷重を作用させる（ステップＳ１０５）。このとき、制御部２１０は、載荷板２０の変位量を変位センサ２５０から取得する（ステップＳ１０７）と共に、油圧装置３０内又は外部に設けられたロードセル２４０からマンホールに作用している荷重値を取得する（ステップＳ１０８）。制御部２１０は、予め決められた速度で載荷板２０が下降するように流量調整バルブ２６０の制御を行う。本実施形態では、載荷板２０の移動速度は、約０．０１［ｍｍ／ｓｅｃ．］である。
【００２３】
制御部２１０は、ステップＳ１０２においてマンホールに配置した歪みゲージＣ１，Ｃ２，Ｆ１及びＦ２から、マンホールの４か所における歪みを取得する（ステップＳ１０９）。制御部２１０は、載荷板２０の変位量と、ロードセル２４０からの荷重値と、歪みゲージＣ１，Ｃ２，Ｆ１及びＦ２からの歪みとを、ほぼ同時に取得して記憶部２３０に記憶する。
【００２４】
制御部２１０は、マンホールが破壊されるまで載荷板２０を移動させつつ、荷重値、及び歪みを取得する（ステップＳ１０６）。本実施形態における圧縮強度試験は、試験体Ｔの圧縮強さを測定する試験であるため、制御部２１０は、荷重値の最大値を圧縮強さとして記憶する。制御部２１０は、試験体Ｔであるマンホールが破壊されると、載荷板２０の移動を停止して試験を終了する。
【００２５】
制御部２１０は、試験が終了すると、記憶部２３０に記憶された載荷板２０の変位量と、ロードセル２４０からの荷重値と、歪みゲージＣ１，Ｃ２，Ｆ１及びＦ２からの歪みとを読み出す。
【００２６】
制御部２１０は、本実施形態の構造物試験機１００により取得された荷重−変位特性、及び荷重−歪み特性を表示部２８０に表示する（ステップＳ１１０）。
図５に試験体Ｔであるマンホールが受けた荷重の変化（荷重−変位特性）を示す。図５の横軸は変位センサ２５０から取得した載荷板２０の変位量、縦軸はロードセル２４０から取得した荷重値を示している。なお、本実施形態では、構造物試験機１００として、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社製の１０ＭＮ大型構造物試験機（非特許文献１参照）を採用し、載荷板２０と試験体Ｔとの間、及び試験体Ｔと床Ｆとの間に発泡スチロール（積水化成品工業株式会社製ＤＸ−３５板厚１００ｍｍ）を挿入した。
【００２７】
本実施形態では、上述のように載荷板２０が一定の変位速度（約０．０１［ｍｍ／ｓｅｃ．］）で下降するように制御して荷重をかけており、図５によれば、載荷時は載荷板２０の変位に対して、試験体Ｔであるマンホールが受ける荷重が徐々に増加していることが分かる。なお、載荷過程に対して除荷過程で荷重−変位特性にヒステリシスが生じているのは、載荷過程で試験体Ｔに破壊が生じて、不可逆変化となっていることに依るものと考えられる。
【００２８】
図６（ａ），（ｂ）に試験体Ｔの上部に貼り付けた歪みゲージＣ１，Ｃ２の歪みの変化（荷重−歪み特性）を示す。図６（ａ），（ｂ）の横軸は歪みゲージＣ１，Ｃ２から取得した試験体Ｔの上部の歪み、縦軸は試験体Ｔが受けた荷重である。図６（ａ），（ｂ）によれば、例えば、試験体Ｔに６００［ｋＮ］の荷重が負荷されているとき、Ｃ１における歪みは１０００×１０−６、Ｃ２における歪みは３５０×１０−６であり、試験体Ｔの上部が中央部を中心に大きく変形していることが分かる。
図７（ａ），（ｂ）に試験体Ｔの下部に貼り付けた歪みゲージＦ１，Ｆ２の歪みの変化（荷重−歪み特性）を示す。図７（ａ），（ｂ）の横軸は歪みゲージＦ１，Ｆ２から取得した試験体Ｔの下部の歪み、縦軸は試験体Ｔが受けた荷重である。図７（ａ），（ｂ）によれば、例えば、試験体Ｔに６００［ｋＮ］の荷重が負荷されているとき、Ｆ１における歪みは１０００×１０−６、Ｆ２における歪みは７００×１０−６であり、試験体Ｔの下部についても中央部を中心に大きく変形している。
仮に隅角部に荷重が集中している場合、試験体Ｔの上部及び下部において、中央部に荷重が負荷されず、コンクリートが変形しないため、中央部の歪みゲージＣ１，Ｆ１に歪みが生じないはずである。しかしながら、本実施形態では、中央部の歪みゲージＣ１，Ｆ１に歪みが確認できたことから、隅角部以外の部分にも荷重が負荷されたと考えられる。以上の結果から、試験体Ｔであるコンクリート構造物の上部と下部に弾性材料を挿入し、上部より平板である載荷板２０越しに載荷することで、隅角部など変形しにくい部分に荷重が集中することなく、試験体Ｔの上部及び下部の中央部分にも荷重を負荷できることが確認できた。
【００２９】
また、本実施形態では、試験体Ｔの上部と下部に配置する上板１０Ｔ及び下板１０Ｂに使用する弾性材料として、発泡スチロールを用いた。これによって、荷重により試験体Ｔが変形しても、発泡スチロールは、試験体Ｔの変形に対して気泡の大きさが変化することで追従して変形する。従って、上板１０Ｔは常に載荷板２０と試験体Ｔ上面の両方に広い面積で接触することができる。従って、試験体Ｔが変形しても、試験体Ｔ上面の隅角部に偏ることなく、上面全体で載荷板２０からの荷重を受けることができる。また、同様に下板１０Ｂは常に床Ｆと試験体Ｔ下面の両方に広い面積で接触することができる。従って、試験体Ｔが変形しても、試験体Ｔ下面の隅角部に偏ることなく、下面全体で床Ｆからの反力を受けることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、上板１０Ｔ及び下板１０Ｂの少なくとも一方は、平面視で試験体Ｔよりも大きな投影面積を有するように構成した。これによって、載荷板２０からの荷重を試験体Ｔ上面の全ての領域で受けることができ、床Ｆからの反力を試験体Ｔ下面の全ての領域で受けることができる。従って、試験体Ｔに対して、地中に埋設されている時と同様の荷重をかけることができるので、より精度よくコンクリート構造物の耐力評価を行うことができる。
【００３１】
本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。
【００３２】
例えば、本実施形態では、制御部２１０が、図３のステップＳ１０４〜Ｓ１１０を実行するように構成したが、この態様には限定されず、作業者が油圧装置３０等の各機能部を手動で操作したり、荷重−歪み特性等を生成したりしてもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、制御部２１０が載荷板２０の変位量、試験体Ｔに加わる荷重値、試験体Ｔに生じる歪みを取得するように構成したが、この態様には限定されない。少なくとも試験体Ｔが破壊するまでに試験機が示す最大荷重値を取得していればよく、載荷板２０の変位量や試験体Ｔに生じる歪みは必ずしも取得する必要はない。
【００３４】
また、本実施形態では、試験体Ｔに上方から圧縮荷重を加えることで、試験体Ｔの圧縮強さを計測するように構成したが、この態様には限定されない。例えば、試験体Ｔの曲げ強さを計測する際に、試験体Ｔに弾性材料を介して荷重を加えるように構成してもよい。
【００３５】
また、本実施形態では、上板１０Ｔ及び下板１０Ｂに用いる弾性材料として発泡スチロールを選択したが、この態様には限定されない。上板１０Ｔ及び下板１０Ｂに用いる弾性材料としては、発泡スチロール以外の緩衝材や、ゴム等の他の弾性材料を用いてもよい。また、上板１０Ｔ及び下板１０Ｂには必ずしも同一の弾性材料を用いる必要はなく、異なる弾性材料を用いてもよい。また、上板１０Ｔ及び下板１０Ｂの平面視における寸法（投影面積）、及び厚みは必ずしも同一でなくてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１０Ｂ      下板
１０Ｔ      上板
２０        載荷板
３０        油圧装置
４０        反力部材
５０        反力支柱
６０        開口
７０        枡部
１００      構造物試験機
２００      制御回路
２１０      制御部
２２０      入力部
２３０      記憶部
２４０      ロードセル
２５０      変位センサ
２６０      流量調整バルブ
２８０      表示部
Ｃ１，Ｃ２，Ｆ１，Ｆ２  歪みゲージ
Ｆ          床
Ｔ          試験体
【図１】
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【図２】
2019020239.tif 000004
【図３】
2019020239.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2019020239.tif 000008
【図７】
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