(57)【要約】【課題】  錘の落下を利用する試験装置において、錘が試験対象物を再打撃することを効率的に防止することが可能な試験装置を提供する【解決手段】  錘を落下させ、試験対象物を打撃することにより行う試験に用いる試験装置であって、錘と接続される停止装置と、停止装置と上下方向に相対移動可能なように該停止装置に挿通される棒部材と、を備える。停止装置は、該棒部材と相対移動する際に該棒部材との間で摩擦力を発生し得るように構成され、棒部材に対して停止装置が下降するときの摩擦力は、棒部材に対して停止装置が上昇するときの摩擦力よりも大であり、かつ、錘の落下を停止できるように設定される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
錘を落下させ、試験対象物を打撃することにより行う試験に用いる試験装置であって、
錘と接続される停止装置と、
前記停止装置と上下方向に相対移動可能なように該停止装置に挿通される棒部材と、を備え、
前記停止装置は、該棒部材と相対移動する際に該棒部材との間で摩擦力を発生し得るように構成され、
前記棒部材に対して前記停止装置が下降するときの前記摩擦力は、前記棒部材に対して前記停止装置が上昇するときの前記摩擦力よりも大であり、かつ、前記錘の落下を停止できるように設定される、試験装置。
【請求項２】
前記停止装置は、前記棒部材との間で摩擦力を生じ得る停止部材と、該停止部材に対して係止可能な係止部材を備え、
前記停止装置は、前記停止部材が前記係止部材によって係止されることで、前記停止部材が前記棒部材との間で実質的に摩擦力を生じない状態である係止状態と、前記停止部材が前記係止部材によって係止されないことで、前記停止部材が前記棒部材との間で摩擦力を生じ得る状態である摩擦状態とを実現可能なように構成される、請求項１に記載の試験装置。
【請求項３】
前記停止装置は、前記錘の落下によって、前記係止状態から前記摩擦状態に変化するように構成される、請求項２に記載の試験装置。
【請求項４】
前記停止部材には、前記棒部材が挿通される孔が形成され、
前記停止部材は、その傾斜角度を変更するように回動可能であり、
前記摩擦状態において前記停止装置が前記棒部材に対して相対的に下降するとき、前記停止部材が所定の傾斜状態となることで、前記孔の縁部と前記棒部材とが噛み合う状態となり、
前記摩擦状態において前記停止装置が前記棒部材に対して相対的に上昇するとき、前記停止部材は前記所定の傾斜状態とは異なる状態となる、請求項２または請求項３に記載の試験装置。
【請求項５】
前記停止部材はブレーキシューと、該ブレーキシューを前記棒部材に対して押圧する押圧部材を備え、
前記押圧部材は、前記係止状態においては前記ブレーキシューに対して押圧力を印加せず、前記摩擦状態においては前記ブレーキシューに対して押圧力を印加可能であるように構成される、請求項２または請求項３に記載の試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、錘の落下を利用する試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木、建築工事においては、地盤の支持力を強化するため杭を打設することがある。杭の支持力や地盤沈下量についてのデータを得るため、打設した杭に対する鉛直載荷試験が実施されている。例えば、所定の高さから自由落下させた錘により杭頭を打撃し、その際に生じる荷重と沈下量の関係を計測、分析して、杭の支持力を推定したり、確認したりする動的載荷試験が行われることがある。
【０００３】
動的載荷試験の一種に急速載荷試験（スタナミック試験）がある。この急速載荷試験においては、杭頭の打撃による衝撃波が杭頭から杭先端に伝播し、また杭頭へ戻ってくるまでの時間の５倍以上の載荷継続時間を与える。そのため、杭頭にゴムやバネなどの緩衝材料（クッション）を設置し、その上から打撃する。このような方法により、弾性波動の伝播による影響をなくし、静的載荷試験に近い信頼性の高い試験結果を得られることを特徴としている（特許文献１参照）。
【０００４】
急速載荷試験においては、急速荷重と杭頭の変位量をデータとして得る。このとき、自由落下した錘がリバウンドを繰り返し、杭頭を再打撃することにより、杭頭の変位量として正確なデータが得られないという問題があった。この問題への対策として、杭頭を打撃した後にリバウンドした錘を停止させる停止手段を備えることで、錘による再打撃を防止することを意図した載荷試験装置が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４４３９１１号公報
【特許文献２】特開２００９−２４９８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２には、停止手段の例として、油圧式のアクチュエータを備えたものが記載されている。そのような構成においては、錘を空中で停止できる程の比較的強力な油圧システムを必要とし、しかも、錘が再度自由落下をし始める前に錘を停止させるためには比較的高精度な油圧操作タイミング制御が要求され、制御が複雑となるとともに、制御タイミングの調整が必要となり煩雑である。また、錘の停止状態を維持するために油圧を働かせ続ける必要がある。このように、特許文献２に記載の装置は、錘による再打撃を防止するための構成や制御が複雑かつ煩雑であり、効率的なものであるとは言えない。
【０００７】
そこで、本発明は、錘の落下を利用する試験装置において、錘が試験対象物を再打撃することを効率的に防止することが可能な試験装置を提供することをその目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの局面による試験装置は、錘を落下させ、試験対象物を打撃することにより行う試験に用いる試験装置であって、錘と接続される停止装置と、停止装置と上下方向に相対移動可能なように停止装置に挿通される棒部材と、を備え、停止装置は、棒部材と相対移動する際に棒部材との間で摩擦力を発生し得るように構成され、棒部材に対して停止装置が下降するときの摩擦力は、棒部材に対して停止装置が上昇するときの摩擦力よりも大であり、かつ、錘の落下を停止できるように設定される、試験装置である。
【発明の効果】
【０００９】
上記局面に規定の試験装置によれば、棒部材に対して停止装置が下降するときの摩擦力は、棒部材に対して停止装置が上昇するときの摩擦力よりも大であり、かつ、錘の落下を停止できるように設定されるため、錘が試験対象物（例えば、杭頭）を打撃した後、上方へリバウンドした際、錘の上昇を許容する一方で、再度の下降を防止することができる。これにより、複雑な制御によらなくても、錘による不要な打撃の繰り返しを自動的に防止することができる。
【００１０】
また、本発明の別の局面によれば、停止装置は、棒部材との間で摩擦力を生じ得る停止部材と、停止部材に対して係止可能な係止部材を備え、停止装置は、停止部材が係止部材によって係止されることで、停止部材が棒部材との間で実質的に摩擦力を生じない状態である係止状態と、停止部材が係止部材によって係止されないことで、停止部材が棒部材との間で摩擦力を生じ得る状態である摩擦状態とを実現可能なように構成される。また更に別の構成によれば、停止装置は、錘の落下によって、係止状態から摩擦状態に変化するように構成される。これによれば、錘の落下によって自動的に係止状態から摩擦状態に切り替わることで、特にタイミングの調整を必要とせずに錘を停止させ、再打撃を防止することができる。
【００１１】
また、更に別の局面によれば、上記試験装置の停止部材には、棒部材が挿通される孔が形成され、停止部材は、その傾斜角度を変更するように回動可能であり、摩擦状態において停止装置が棒部材に対して相対的に下降するとき、停止部材が所定の傾斜状態となることで、孔の縁部と棒部材とが噛み合う状態となり、摩擦状態において停止装置が棒部材に対して相対的に上昇するとき、停止部材は所定の傾斜状態とは異なる状態となる。
【００１２】
また更に別の局面によれば、停止部材はブレーキシューと、ブレーキシューを棒部材に対して押圧する押圧部材を備え、押圧部材は、係止状態においてはブレーキシューに対して押圧力を印加せず、摩擦状態においてはブレーキシューに対して押圧力を印加可能であるように構成される。
このような構成によれば、油圧システムなどの複雑なシステムを利用することなく、比較的簡易な装置により、錘のリバウンドの繰り返し、ひいては、試験対象物の再打撃を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る試験装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る試験装置の要部を示す斜視図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る試験装置の要部を示す斜視図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係る試験装置の要部を示す斜視図である。
【図５】図５は、第１実施形態に係る試験装置の要部を示す部分断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２実施形態に係る試験装置を示す正面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る試験装置を示す部分断面図である。
【図８】図８は、第２実施形態に係る試験装置の係止部材を示す図面である。
【図９】図９は、第２実施形態に係る試験装置の棒部材およびブレーキシューの一部を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
図１を参照して本発明の第１実施形態に係る試験装置１について説明する。以下では、杭の支持力を計測するため、試験装置１を急速載荷試験に用いる場合を例として説明する。図１（Ａ）に示すように、本実施形態に係る試験装置１は、錘１０、停止装置２０、棒部材３０を主たる要素として備える。停止装置２０は錘１０の上部に対して固着されている。棒部材３０は、錘１０および停止装置２０の貫通孔に挿通されている。棒部材３０の上端部付近にはフック５０が取り付けられている。試験装置１による試験用の杭（図示略）の杭頭に対して計測装置（図示略）が取り付けられる。棒部材３０の下端は計測装置の上面に設置または対向させられている。試験装置１を急速載荷試験に用いる場合、計測装置は、緩衝部材、ロードセル、ひずみ計等により構成されるが、従来技術に属する部分であるため、詳細な説明は割愛する。
【００１５】
試験装置１は、図１（Ａ）に示す準備状態においては、錘１０の上部に設けられた溝１１に対してフック５０の先端が掛けられている。この状態からフック５０を外すと、図１（Ｂ）に示すように錘１０が棒部材３０に沿って落下し、計測装置を介して試験対象物である杭の杭頭を打撃する。この時に杭が受ける荷重と杭の沈下量（杭頭の変位量）との関係を非線形ダンピング法（修正除荷点法）等により求めることで、杭の支持力を算出することができる。打撃の後、跳ね上がった錘１０が再び落下し始めると、停止装置２０が即座かつ自動的に停止機能を発揮し、図１（Ｃ）に示すように錘１０を停止させる。これにより、錘１０による杭頭の再打撃を防止する。
【００１６】
次に、図２〜５を参照して、本実施形態に係る停止装置２０の機能および効果を説明する。図２は、錘１０が落下を開始した後であって、杭頭を打撃する前の状態における停止装置２０の状態を示す斜視図である。停止装置２０は、複数のプレート２１（本実施形態では第１〜第３プレート２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ）が互いにヒンジ連結され、錘１０に対して一部が固定された停止部材２１と、停止部材２１の両端部付近に対してヒンジ連結される係止部材２２とからなる。図２に示すように、試験開始時において、停止装置２０の停止部材２１は折り畳まれており、その状態が係止部材２２により保持されている。錘１０が落下し杭頭を打撃すると、図３に示すように係止部材２２は慣性力によりヒンジを中心として回動し、これにより停止部材２１を係止している状態を解消し、停止部材２１を解放する。
【００１７】
錘１０は杭頭を打撃した後、上方へ跳ね上がる。その後、錘１０が落下を再開するまでに、図４に示すように停止部材２１が解放される。本実施形態の停止部材２１は３枚のプレートからなり、最も下側の第１プレート２１Ａは錘１０に対して固定されており、その両端には係止部材２２がヒンジ連結されており、一端側において中間の第２プレート２１Ｂの端部と更にヒンジ連結されており、第２プレート２１Ｂの他端と、最も上側の第３プレート２１Ｃの一端とがヒンジ連結されている。第１〜第３プレート２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃにはそれぞれ孔が設けられ、棒部材３０が挿通されている。図２のように停止部材２１が折り畳まれているときには、第３プレート２１Ｃの孔に対して、棒部材１０は遊嵌されている。一方、図４のように停止部材２１が解放されると、ヒンジ連結の作用により第３プレート２１Ｃが傾斜することで、第３プレート２１Ｃの孔の縁と棒部材３０の周面とが最終的には噛み合う状態となる。プレートの枚数や係止部材２２の個数は、同様の機能および効果を発揮できる限り任意である。
【００１８】
この状態を図５の部分断面図を用いて説明する。すなわち、停止部材２１が解放されることで第３プレート２１Ｃが傾斜し、孔の縁が棒部材３０に接触する（ただし、それ以前に接触していても良い）。この状態で更に錘１０が落下するとき、第３プレート２１Ｃの孔の縁と棒部材３０とが接触していることを一因として、第３プレート２１Ｃは錘１０に遅れて下降することとなり、これにより更に第３プレート２１Ｃの傾斜は大きくなる。最終的には、孔の直径方向に対向する２か所の縁部Ａで棒部材３０を挟み込む状態となる。錘１０が更に下降しようとすることで、停止部材２１のヒンジ連結構造により、第３プレート２１Ｃが更に傾斜しようとする方向へと力が加えられることとなり、これにより両縁部Ａが棒部材３０を挟み込むように押圧する力が増加する。これにより最終的には第３プレート２１Ｃと棒部材３０との軸方向（図５の上下方向）における相対的移動が停止され、もって、錘１０の下降が停止する。この様態を噛み合う状態と呼ぶこととする。外力により錘１０を持ち上げると、第３プレート２１Ｃの傾斜角度が緩むことで、当該噛み合う状態が解消される。各縁部Ａは一点であってもよく、広がりを持っていても良く、複数の点であっても良い。このような構成によれば、簡便な構成で、打撃後に跳ね上がった錘１０を好適なタイミングで自動的に停止させることができ、錘１０による試験対象物の再打撃を簡便な方法で防止することができる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、図６〜図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る試験装置１００について説明する。図６は、第２実施形態の試験装置１００の正面図である。試験装置１００は、錘接続部材１１０と、停止部材１２０と、棒部材１３０とを備える。錘接続部材１１０は、下端に錘（図示略）と接続するための接続部１１１を有する略筒状の部材である。棒部材１３０は、上端側に吊り下げ部１３１を備え、その下端側は錘接続部材１１０に同心状に挿入されている。停止部材１２０は、ガイド部１２１、上部アーム１２２、下部アーム１２３、ブレーキシュー１２４、平行維持部材１２５、付勢部材１２６、係合部１２７とからなる。ガイド部１２１は、棒部材１３０の外周に対して遊嵌される円筒部１２１Ａと、円筒部の外周面上に立設されるガイドフランジ１２１Ｂを有する。上部アーム１２２の一端はガイドフランジ１２１Ｂに対してヒンジ連結され、他端は下部アーム１２３の一端に対してヒンジ連結されている。下部アーム１２３の他端は錘接続部材１１０の外周面上のフランジに対してヒンジ連結されている。
【００２０】
ブレーキシュー１２４は棒部材１３０の外周面に対向するブレーキパッド１２４Ａと、ブレーキパッド１２４Ａの、棒部材１３０とは反対側の面に立設されるブレーキフランジ１２４Ｂを備える。ブレーキフランジ１２４Ｂは上部アーム１２２の両端以外の部分に対してヒンジ連結されるとともに、平行維持部材１２５を介してガイドフランジ１２１Ｂに対してヒンジ連結されている。平行維持部材１２５はガイドフランジ１２１Ｂとブレーキシュー１２４のフランジ１２３Ｂの両方に、ヒンジ連結により互いに平行に架け渡された２つ以上の部材である。このような構成により、ブレーキパッド１２４Ａと棒部材１３０の外周面の間の平行状態を維持したまま、ブレーキシュー１２４は棒部材１３０の外周面に対して近接および離隔する動作を行い得る。付勢部材１２６は、例えば、ばねであり、上部アーム１２２と下部アーム１２３とに架け渡され、両者間の角度を開くように付勢する。図７は、図６の試験装置１００を、ガイド部１２１および錘接続部材１１０の正面部分を切り取った状態で示す部分断面図である。
【００２１】
錘接続部材１１０は、その上端付近の外周面上に支持アーム１１２および係止部材１１３を備える。係止部材１１３は図８（Ａ）に示すように一体的なフック１１３Ａと付勢錘１１３Ｂとからなり、支持アーム１１２の先端に対してヒンジ連結されている。フック１１３Ａは、停止部材１２０の上部アーム１２２に備えられる係合部１２７に対して係合可能である。
【００２２】
次に、試験装置１００の機能および効果について説明する。図６の状態において、図示しない錘と接続された錘接続部材１１０と停止部材１２０は、棒部材１３１に対して上下方向に相対移動することができる。試験開始前には、図示しないストッパによって、当該相対移動は防止されている。ストッパが解除されると、錘、錘接続部材１１０、および停止部材１２０とは、一体的に落下する。
【００２３】
図８（Ａ）は、錘が落下を開始した後であって、錘が試験対象物である杭の杭頭を打撃する前の状態における係止部材１１３の状態を示す図であり、この状態において、フック１１３Ａは係合部１２７に係合している。そのため、上部アーム１２２と下部アーム１２３とは相対的位置関係が固定されている。錘が落下し杭頭を打撃すると、図８（Ｂ）に示すように、付勢錘１１３Ｂは慣性力によりヒンジを中心として回転し、これにより付勢錘１１３Ｂと一体化されたフック１１３Ａを回動させ、係合部１２７から解放する。フック１１３Ａと係合部１２７の係合状態が解消されたことで、上部アーム１２２と下部アーム１２３は相対的に回動することが可能となる。
【００２４】
すると、付勢部材１２６の作用により、上部アーム１２２と下部アーム１２３とが開く方向に相対的に回動する。これにより、上部アーム１２２がヒンジ連結を介してブレーキシュー１２４を図９（Ａ）に示す状態から、棒部材１３０に向かって、押圧する。ただし、付勢部材１２６による押圧力は、図９（Ｂ）のように、ブレーキパッド１２４Ａが棒部材１３０に少なくとも接する程度の力に設定されている。図９は、図６における一点鎖線ＩＸに沿った試験装置１００の部分的な断面図である。
【００２５】
錘は杭頭を打撃した後、上方へ跳ね上がる。その場合、上部アーム１２２と下部アーム１２３の間の角度は小さくなるため、上部アーム１２２がブレーキシュー１２４を棒部材１３０の周面に対して押し付ける力は小さくなるか、消失する。再度、錘が落下を開始するとき、錘が錘接続部材１１０を下方へ引っ張り、上部アーム１２２と下部アーム１２３の間の角度を広げるように作用する。そうすると、上部アーム１２２は、より強力にブレーキシュー１２４を棒部材１３０の周面に対して押し付けることとなる。こうして、ブレーキパッド１２４Ａと棒部材１３０の周面との間に大きな摩擦力が生じ、最終的には錘の落下を停止することができる。本実施形態においては、２組の停止手段１２０を、棒部材１３１を挟む２か所に設置したが、本発明はこれに限らず、３組、４組またはそれ以上の停止手段１２０を用いても良い。
【００２６】
以上、本発明による試験装置を構造物、特に杭の急速載荷試験に用いる例を説明したが、これに限らず、本発明による試験装置を構造物のいかなる打撃試験に用いても良い。例えば、杭の健全性試験（Pile Integrity test: IT試験）や、コンクリート構造物の品質試験において、弾性波を発生させるためにハンマーで打撃することに代えて、本発明の試験用装置を用いて錘を落下させることで打撃を行うことも可能である。また、構造物の試験に限らず、本発明による試験装置を地盤の調査（地盤を錘で打撃することにより行う試験）に用いることも可能である。
【００２７】
係止部材は上記したような機械的な手段のみによる構成に限らず、錘による試験対象物の打撃を検出し、検出結果に基づいて電気的または磁気的方法により停止部材と係止部材の係止状態を解消する構成としても良い。
【００２８】
この発明は、上記発明の実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１、１００  試験装置
２０  停止装置
２１、１２０  停止部材
２２、１１３  係止部材
３０、１３０  棒部材
【図１】
2015229895.tif 000003
【図２】
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【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】
2015229895.tif 000009
【図８】
2015229895.tif 000010
【図９】
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