(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体ケース（１）、円盤式載荷機構（２）、歯車群動力伝達機構（１０）及び外部支持機構を含み、前記円盤式載荷機構（２）及び前記歯車群動力伝達機構（１０）は前記筐体ケース（１）内に設置され、前記筐体ケース（１）は杭体（６）の頂部に置かれ、
前記歯車群動力伝達機構（１０）は、動力伝達歯車I（１００１）、動力伝達歯車II（１００２）及び主歯車（１００３）を含み、前記主歯車（１００３）は主歯車用三角支持フレーム（５）を介して前記筐体ケース（１）に接続され、前記主歯車（１００３）の中心にはモータ接続軸（５０１）が固定されており、前記モータ接続軸（５０１）は可変周波数モータの出力軸に接続され、前記主歯車（１００３）が前記動力伝達歯車I（１００１）に噛み合って動力伝達され、前記動力伝達歯車I（１００１）が前記動力伝達歯車II（１００２）に噛み合って動力伝達され、前記動力伝達歯車I（１００１）と前記動力伝達歯車II（１００２）は反対方向に回動し、前記動力伝達歯車I（１００１）と前記動力伝達歯車II（１００２）の中央部にはいずれも動力伝達主軸（１４）が固定されており、前記動力伝達主軸（１４）の端部にはそれぞれ前記円盤式載荷機構（２）が設けられており、同じ側に位置する前記円盤式載荷機構（２）は反対方向に回動し、
前記円盤式載荷機構（２）は、質量ブロックスライド軸（２０６）、円盤ケース（２０１）、動力伝達主軸節点（２０９）、大質量ブロック（２０４）及び小質量ブロック（２０８）を含み、前記質量ブロックスライド軸（２０６）は前記円盤ケース（２０１）内に設置され、前記質量ブロックスライド軸（２０６）の両端はそれぞれガスケット（２０７）を介して円盤ケース（２０１）の内壁に固定接合され、前記質量ブロックスライド軸（２０６）の中央部には前記動力伝達主軸節点（２０９）が固定されており、前記動力伝達主軸節点（２０９）は前記動力伝達主軸（１４）の端部と固定接合されており、前記大質量ブロック（２０４）及び前記小質量ブロック（２０８）は前記動力伝達主軸節点（２０９）の両側に設置され、前記大質量ブロック（２０４）及び前記小質量ブロック（２０８）は前記質量ブロックスライド軸（２０６）上にスライド可能に被せられており、前記質量ブロックスライド軸（２０６）の外表面には電磁石コイル（２１０）が被せられており、前記大質量ブロック（２０４）及び前記小質量ブロック（２０８）の内環は永久磁石であり、前記質量ブロックスライド軸（２０６）は前記大質量ブロック及び前記小質量ブロックとの間に斥力を形成し、前記大質量ブロック（２０４）と前記ガスケット（２０７）との間、前記小質量ブロック（２０８）と前記ガスケット（２０７）との間にはいずれもダンパーばね（２０５）が設けられており、前記大質量ブロック（２０４）と前記動力伝達主軸節点（２０９）との間、前記小質量ブロック（２０８）と前記動力伝達主軸節点（２０９）との間にはそれぞれ電磁石（２０２）及びダンパーブロック（２０３）が設けられており、前記電磁石（２０２）は質量ブロックの方向に向けられており、前記電磁石（２０２）及び前記ダンパーブロック（２０３）は前記質量ブロックスライド軸（２０６）上に固定して被せられ、前記電磁石（２０２）と前記ダンパーブロック（２０３）は固定接合され、前記動力伝達主軸節点（２０９）の両側の前記電磁石（２０２）及び前記ダンパーブロック（２０３）同士は対称を呈して設置されていることを特徴とする、杭頭の動的載荷シミュレーション装置。
【請求項２】
前記動力伝達歯車I（１００１）と前記動力伝達歯車II（１００２）はいずれも動力伝達歯車用三角支持フレーム（９）を介して前記筐体ケース（１）に接続され、前記動力伝達歯車用三角支持フレーム（９）は、三角形フレーム体II及び調心軸受II（９０１）を含み、前記三角形フレーム体IIの一端は溶接ベース板I（３）を介して前記筐体ケース（１）の縦方向側壁と固定接合され、前記三角形フレーム体IIの他端は溶接ベース板IV（１３）を介して前記筐体ケース（１）の水平底部と固定接合され、前記三角形フレーム体IIの角部には前記調心軸受II（９０１）が設けられており、前記調心軸受II（９０１）は前記三角形フレーム体IIと固定接合され、前記調心軸受II（９０１）の中心には前記動力伝達主軸（１４）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の杭頭の動的載荷シミ
ュレーション装置。
【請求項３】
前記主歯車（１００３）は前記主歯車用三角支持フレーム（５）を介して前記筐体ケース（１）に接続され、前記主歯車用三角支持フレーム（５）は、三角形フレーム体I及び調心軸受I（５０３）を含み、三角形フレーム体Iの一端は溶接ベース板II（４）を介して前記筐体ケース（１）の縦方向側壁と固定接合され、前記三角形フレーム体Iの他端は溶接ベース板III（１２）を介して前記筐体ケース（１）の水平底部と固定接合され、前記三角形フレーム体Iの角部には前記調心軸受I（５０３）が設けられており、前記調心軸受I（５０３）は前記三角形フレーム体Iと固定接合され、前記調心軸受I（５０３）の中心には前記モータ接続軸（５０１）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置。
【請求項４】
前記動力伝達歯車I（１００１）と前記動力伝達歯車II（１００２）はそれぞれ２つ設置され、前記主歯車（１００３）が２つの前記動力伝達歯車I（１００１）に同時に噛み合って動力伝達され、２つの前記動力伝達歯車I（１００１）がそれぞれ２つの前記動力伝達歯車II（１００２）に噛み合って動力伝達され、２つの前記動力伝達歯車I（１００１）は同じ前記動力伝達主軸（１４）に固定され、２つの前記動力伝達歯車II（１００２）は同じ前記動力伝達主軸（１４）に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置。
【請求項５】
前記外部支持機構をさらに含み、前記外部支持機構は四角支持フレーム（８）及びボールヒンジ支持ロッド（１１）を含み、前記筐体ケース（１）の四面の外側にそれぞれ前記四角支持フレーム（８）が設置され、前記四角支持フレーム（８）の底部は四角支持フレーム安定プレート（８０１）を介して地面に接続され、前記四角支持フレーム（８）の頂部はボールヒンジ（１７）を介して前記ボールヒンジ支持ロッド（１１）の一端に接続され、前記ボールヒンジ支持ロッド（１１）の他端は前記筐体ケース（１）とヒンジ接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置。
【請求項６】
前記四角支持フレーム（８）及び前記ボールヒンジ支持ロッド（１１）は伸縮自在式構造であり、前記ボールヒンジ支持ロッド（１１）は外管（１１０１）及び内管（１１０３）を含み、前記内管（１１０３）は前記外管（１１０１）内に設置され、前記内管（１１０３）は前記外管（１１０１）内でスライドし、前記外管（１１０１）及び前記内管（１１０３）にはいずれもボルト孔（１１０２）が設けられており、前記ボルト孔（１１０２）にボルトを挿入して、前記外管（１１０１）と前記内管（１１０３）固定接合させることを特徴とする、請求項５に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置。
【請求項７】
メイン収集器（１５）、サブ収集器（１６）及び圧力センサ（１８）を含むインテリジェンスデータ収集出力システムをさらに含み、前記メイン収集器（１５）及び前記サブ収集器（１６）は前記筐体ケース（１）の底部内側に設置され、前記圧力センサ（１８）は前記筐体ケース（１）の底部外側に設置され、且つ前記筐体ケース（１）の底部と前記杭体（６）の頂部との間に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置。
【請求項８】
前記大質量ブロック及び前記小質量ブロックは、いずれも２つの同じ半円形質量ブロックが係止方式により固定接合されて成っていることを特徴とする、請求項１に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置。
【請求項９】
上半円載荷過程中、大質量ブロック側の電磁石が前記大質量ブロックを引き付け、前記大質量ブロックの載荷半径はｒであり、小質量ブロック側の電磁石は前記小質量ブロックと反発し、ダンパーばねの阻害作用下において、前記小質量ブロックの載荷半径は２ｒで
あり、前記大質量ブロックの質量はＭ、前記小質量ブロックの質量はｍであり、Ｍ＝２ｍとなり、このとき同じ側に位置する２つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りであり、
【数１】
0006798746.tif 000012
下半円載荷過程中、前記大質量ブロックが上半円載荷段階を終えて中心軸に至ると、前記電磁石の極性が変わり、前記大質量ブロック側の電磁石が前記大質量ブロックと反発し、前記大質量ブロックの載荷半径は２ｒであり、前記小質量ブロック側の電磁石が小質量ブロックを引き付け、前記小質量ブロックの載荷半径はｒであり、このとき同じ側に位置する２つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りであり、
【数２】
0006798746.tif 000013
前記大質量ブロックが下半円載荷段階を終えて再び中心軸まで移動すると、上述の応力循環過程が繰り返される、という工程を含むことを特徴とする、請求項１に記載の杭頭の動的載荷シミュレーション装置を用いて載荷のシミュレーションを実現する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭体の動的載荷シミュレーションに関し、特に杭頭の動的載荷シミュレーション装置及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高速道路技術は迅速に発展しており、その応用範囲は既に近海又は沿海部まで及んでいるが、道路地盤の基礎においてよく見られる土層は泥質土であり、盛土で換えるだけでは地盤の耐荷力を保証し難いため、正常使用における耐荷力要求を満たすためには、それらの地区内に杭基礎を設置しなければならない。一方で、杭体の耐荷力は、地盤基礎全体の耐荷性能に直接影響する。そのため、単杭に対して設計荷重における動的特性の測定・解析を行い、最終的に杭体の寿命の状況を予測分析して得ることが必要となる。
【０００３】
従来の杭頭の垂直載荷装置は、載荷の実施時に上方への引抜き力が生じやすく、これにより杭体に引張応力作用が生じ、圧縮杭においては大きな損傷が生じる可能性がより高くなる。また、従来の杭頭の垂直載荷装置は、装置全体がかさばって重いうえに、経済性も悪い。
【０００４】
室内モデル試験及び現場試験の現状を鑑みると、分解・組立や移動が便利で、可変周波数可変段階で荷重を加力する試験装置の早急な開発が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術に存在する上述の欠点を克服し、質量ブロックの大きさを変えることによってモータ周波数を変換し、様々な載荷力、様々な載荷周波数をシミュレートして、実際の荷重下における杭体の状態をシミュレートする、杭頭の動的載荷シミュレーション装置及びその方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の技術案は、以下の通りである。杭頭の動的載荷シミュレーション装置であって、そのうちには筐体ケース、円盤式載荷機構、歯車群動力伝達機構及び外部支持機構を含み、円盤式載荷機構及び歯車群動力伝達機構は筐体ケース内に設置され、筐体ケースは杭体の頂部に置かれる。
【０００７】
歯車群動力伝達機構は、動力伝達歯車I、動力伝達歯車II及び主歯車を含み、主歯車は主歯車用三角支持フレームを介して筐体ケースに接続され、主歯車の中心にはモータ接続軸が固定されており、モータ接続軸は可変周波数モータの出力軸に接続され、主歯車が動力伝達歯車Iに噛み合って動力伝達され、動力伝達歯車Iが動力伝達歯車IIに噛み合って動力伝達され、動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIは反対方向に回動し、動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIの中央部にはいずれも動力伝達主軸が固定されており、動力伝達主軸の端部にはそれぞれ円盤式載荷機構が設けられており、同じ側に位置する円盤式載荷機構は反対方向に回動する。
【０００８】
円盤式載荷機構は、質量ブロックスライド軸、円盤ケース、動力伝達主軸節点、大質量ブロック及び小質量ブロックを含み、質量ブロックスライド軸は円盤ケース内に設置され、質量ブロックスライド軸の両端はそれぞれガスケットを介して円盤ケースの内壁に固定接合され、質量ブロックスライド軸の中央部には動力伝達主軸節点が固定されており、動力伝達主軸節点は動力伝達主軸の端部と固定接合されており、大質量ブロック及び小質量
ブロックは動力伝達主軸節点の両側に設置され、大質量ブロック及び小質量ブロックは質量ブロックスライド軸上にスライド可能に被せられ、質量ブロックスライド軸の外表面には電磁石コイルが被せられており、大質量ブロック及び小質量ブロックの内環は永久磁石であり、質量ブロックスライド軸は大質量ブロック及び小質量ブロックとの間に斥力を形成し、大質量ブロックとガスケットとの間、小質量ブロックとガスケットとの間にはそれぞれダンパーばねが設けられており、大質量ブロックと動力伝達主軸節点との間、小質量ブロックと動力伝達主軸節点との間にはそれぞれ電磁石及びダンパーブロックが設けられており、電磁石は質量ブロックの方向に向けられており、電磁石及びダンパーブロックは質量ブロックスライド軸上に固定して被せられ、電磁石とダンパーブロックは固定接合され、動力伝達主軸節点の両側の電磁石及びダンパーブロック同士は対称を呈して設置されている。
【０００９】
本発明では、動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIはいずれも動力伝達歯車用三角支持フレームを介して筐体ケースに接続され、動力伝達歯車用三角支持フレームは、三角形フレーム体II及び調心軸受IIを含み、三角形フレーム体IIの一端は溶接ベース板Iを介して筐体ケースの縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体IIの他端は溶接ベース板IVを介して筐体ケースの水平底部と固定接合され、三角形フレーム体IIの角部には調心軸受IIが設けられており、調心軸受IIは三角形フレーム体IIと固定接合され、調心軸受IIの中心には動力伝達主軸が設けられている。
【００１０】
主歯車は主歯車用三角支持フレームを介して筐体ケースに接続され、主歯車用三角支持フレームは三角形フレーム体I及び調心軸受Iを含み、三角形フレーム体Iの一端は溶接ベース板IIを介して筐体ケース１の縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体Iの他端は溶接ベース板IIIを介して筐体ケースの水平底部と固定接合され、三角形フレーム体Iの角部には調心軸受Iが設けられており、調心軸受Iは三角形フレーム体Iと固定接合され、調心軸受Iの中心にはモータ接続軸が設けられている。
【００１１】
動力伝達歯車Iと動力伝達歯車IIはそれぞれ２つ設置され、主歯車が２つの動力伝達歯車Iに同時に噛み合って動力伝達され、２つの動力伝達歯車Iがそれぞれ２つの動力伝達歯車IIに噛み合って動力伝達され、２つの動力伝達歯車Iは同じ動力伝達主軸に固定され、２つの動力伝達歯車IIは同じ動力伝達主軸に固定されている。
【００１２】
さらに、外部支持機構を含み、外部支持機構は四角支持フレーム及びボールヒンジ支持ロッドを含み、筐体ケースの四面の外側にそれぞれ四角支持フレームが設置され、四角支持フレームの底部は四角支持フレーム安定プレートを介して地面に接続され、四角支持フレームの頂部はボールヒンジを介してボールヒンジ支持ロッドの一端に接続され、ボールヒンジ支持ロッドの他端は筐体ケースとヒンジ接続されている。
【００１３】
四角支持フレーム及びボールヒンジ支持ロッドは伸縮自在式構造であり、ボールヒンジ支持ロッドは外管及び内管を含み、内管は外管内に設置され、内管は外管内でスライドし、外管及び内管にはいずれもボルト孔が設けられており、ボルト孔にボルトを挿入して、外管と内管を固定接合させる。四角支持フレームの構造はボールヒンジ支持ロッドの構造と同じであり、ここでは説明を省略する。
【００１４】
メイン収集器、サブ収集器及び圧力センサを含むインテリジェンスデータ収集出力システムをさらに含み、メイン収集器及びサブ収集器は筐体ケースの底部内側に設置され、圧力センサは筐体ケースの底部外側に設置され、且つ筐体ケースと杭体の頂部との間に位置している。
【００１５】
大質量ブロック及び小質量ブロックは、いずれも２つの同じ半円形質量ブロックが係止
方式により固定接合されて成っている。
【００１６】
本発明はさらに、上述した杭頭の動的載荷シミュレーション装置を利用して載荷のシミュレーションを実現する方法を含み、それには以下の工程を含む。
【００１７】
上半円載荷過程中、大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックを引き付け、大質量ブロックの載荷半径はｒであり、小質量ブロック側の電磁石は小質量ブロックと反発し、ダンパーばねの阻害作用下において、小質量ブロックの載荷半径は２ｒであり、大質量ブロックの質量はＭ、小質量ブロックの質量はｍであり、Ｍ＝２ｍとなり、このとき同じ側に位置する２つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。
【００１８】
【数１】
0006798746.tif 000002
【００１９】
0006798746.tif 000003
【００２０】
下半円載荷過程中、大質量ブロックが上半円載荷段階を終えて中心軸に至ると、電磁石の極性が変わり、大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックと反発し、大質量ブロックの載荷半径は２ｒであり、小質量ブロック側の電磁石が小質量ブロックを引き付け、小質量ブロックの載荷半径はｒであり、このとき同じ側に位置する２つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。
【００２１】
【数２】
0006798746.tif 000004
【００２２】
0006798746.tif 000005
【００２３】
大質量ブロックが下半円載荷段階を終えて再び中心軸まで移動すると、上述の応力循環過程が繰り返される。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は、次の有利な効果を有する。
【００２５】
（１）円盤式載荷機構は、その内部の質量ブロックにより可変段階の載荷を実現可能であり、電磁石により磁極を変更し、永久磁石同士に吸引力と斥力を生じさせることができ、これにより、上半円載荷過程で半径を変える方式によって杭の引抜き力が解消され、同時に下半円載荷過程で半径を変える方式によって下方への載荷力が提供されるため、当該装置は杭頭の載荷過程中に上方への引抜き力が生じず、下方への垂直な載荷力だけを生じさせる。
【００２６】
（２）分解・組立の面では、全体の重量が軽く、経済的であり、加工に都合がよい。
【００２７】
（３）磁気軸受原理、遠心原理を採用し、可変周波数モータ、歯車群によって杭頭の多段階可変周波数載荷を実現可能であり、その荷重シミュレーションは実際の作動状態に近い。
【００２８】
（４）装置がリアルタイムでデータを収集・出力することができ、リモートインテリジェンスによるデータのモニタリング・解析を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の正面の構造概略図である。
【図２】本発明の右側面の構造概略図である。
【図３】本発明の立体構造概略図である。
【図４】本発明の平面構造概略図である。
【図５】円盤式載荷機構の構造概略図である。
【図６】質量ブロックスライド軸の断面図である。
【図７】歯車群システムの構造概略図である。
【図８】四角支持フレームとボールヒンジ支持ロッドの接続構造概略図である。
【図９】主歯車用三角支持フレームの構造概略図である。
【図１０】動力伝達歯車用三角支持フレームの構造概略図である。
【図１１】圧力センサの配置構造概略図である。
【図１２】上半円載荷段階の作動原理図である。
【図１３】下半円載荷段階の作動原理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の上記目的、特徴及び利点をより明解にするため、以下で図面に基づき本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
【００３１】
本発明を十分に理解できるよう、以下の説明では細部を具体的に詳述する。但し、本発明はここでの説明とは異なる各種の他の方法により実施することが可能であり、当業者は本発明の意図を逸脱することなく同様の拡張が可能である。従って、本発明は以下に開示する具体的な実施形態に限定されない。
【実施例１】
【００３２】
図１〜図４に示す通り、本発明の杭頭の動的載荷シミュレーション装置は、筐体ケース１、円盤式載荷機構２、歯車群動力伝達機構１０、外部支持機構及びインテリジェンスデータ収集出力システムを含み、筐体ケース１は箱体状を呈し、円盤式載荷機構２及び歯車群動力伝達機構１０は筐体ケース１内に設置され、筐体ケース１は杭体６の頂部に置かれる。筐体ケース１の外部には外部支持機構が設置されており、外部支持機構の底部は地面に接続され、外部支持機構の頂部は筐体ケース１に接続され、外部支持機構は、筐体ケース１及び円盤式載荷機構２の位置を小さな幅で調節して、載荷過程中で円盤式載荷機構２が下方の杭頭と十分に接触させることで、円盤式載荷機構２の安定性を保証し、載荷により生じる過大な衝撃作用によって装置全体が倒れないよう防ぐことができる。
【００３３】
図７に示す通り、歯車群動力伝達機構１０は、動力伝達歯車I１００１、動力伝達歯車II１００２及び主歯車１００３を含み、主歯車１００３は主歯車用三角支持フレーム５を介して筐体ケース１に接続され、主歯車１００３の中心にはモータ接続軸５０１が固定されており、モータ接続軸５０１は軸継手を介して可変周波数モータの出力軸に接続され、可変周波数モータはデジタル入力によりモータ回転数を制御することができ、これにより装置全体の載荷周波数を制御する。主歯車１００３が動力伝達歯車I１００１に噛み合って動力伝達され、動力伝達歯車I１００１が動力伝達歯車II１００２に噛み合って動力伝達されるため、動力伝達歯車I１００１と動力伝達歯車II１００２は反対方向に回動する。動力伝達歯車I１００１と動力伝達歯車II１００２はいずれも動力伝達歯車用三角支持フレーム９を介して筐体ケース１に接続される。動力伝達歯車I１００１と動力伝達歯車II１００２の中央部にはいずれも動力伝達主軸１４が固定されており、動力伝達主軸１４の端部には円盤式載荷機構２が接続されている。本実施例中、動力伝達歯車I１００１と動力伝達歯車II１００２はそれぞれ２つ設置され、即ち主歯車１００３が２つの動力伝達歯車I１００１に同時に噛み合って動力伝達され、２つの動力伝達歯車I１００１がそれぞれ２つの動力伝達歯車II１００２に噛み合って動力伝達され、２つの動力伝達歯車I１００１は同じ動力伝達主軸１４に固定され、２つの動力伝達歯車II１００２も同じ動力伝達主軸１４に固定されており、２つの動力伝達主軸１４の両端にはそれぞれ円盤式載荷機構２が固定されており、同じ側に位置する円盤式載荷機構２の回動方向は反対である。主歯車１００３の基礎円半径は１５０ｍｍであり、歯数は３６丁であり、厚さは３００ｍｍで
あり、動力伝達歯車I１００１及び動力伝達歯車II１００２の基礎円半径は１５０ｍｍであり、歯数は３６丁であり、厚さは５０ｍｍである。
【００３４】
図９に示す通り、主歯車の両側にはそれぞれ主歯車用三角支持フレーム５が設置されており、主歯車用三角支持フレーム５は、三角形フレーム体I及び調心軸受I５０３を含み、三角形フレーム体Iの一端は溶接ベース板II４を介して筐体ケース１の縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体Iの他端は溶接ベース板III１２を介して筐体ケース１の水平底部と固定接合されている。三角形フレーム体Iの角部には調心軸受I５０３が設けられており、調心軸受I５０３は三角形フレーム体Iと固定接合され、調心軸受I５０３の中心にはモータ接続軸５０１が設けられている。主歯車用三角支持フレーム５は主歯車１００３に対して支持作用を果たす。
【００３５】
図１０に示す通り、動力伝達歯車用三角支持フレーム９は、三角形フレーム体II及び調心軸受II９０１を含み、三角形フレーム体IIの一端は溶接ベース板I３を介して筐体ケース１の縦方向側壁と固定接合され、三角形フレーム体Iの他端は溶接ベース板IV１３を介して筐体ケース１の水平底部と固定接合されている。三角形フレーム体IIの角部には調心軸受II９０１が設けられており、調心軸受II９０１は三角形フレーム体IIと固定接合され、調心軸受II９０１の中心には動力伝達主軸１４が設けられている。動力伝達歯車用三角支持フレーム９は動力伝達歯車I１００１及び動力伝達歯車II１００２に対して支持作用を果たす。
【００３６】
図８に示す通り、外部支持機構は四角支持フレーム８及びボールヒンジ支持ロッド１１を含み、本実施例中、筐体ケース１の四面の外側にそれぞれ四角支持フレーム８が設置され、四角支持フレーム８の底部は四角支持フレーム安定プレート８０１を介して地面に接続され、四角支持フレーム安定プレート８０１により地面との接触面積を拡げている。四角支持フレーム８の頂部はボールヒンジ１７を介してボールヒンジ支持ロッド１１の一端に接続され、ボールヒンジ支持ロッド１１の他端は筐体ケース１とヒンジ接続されている。四角支持フレーム８とボールヒンジ支持ロッド１１の結合作用は、装置全体の位置決め安定性及び支持剛性を増加させると同時に、載荷の衝撃作用により載荷装置全体が倒れないよう防ぐことができる。本実施例中、四角支持フレーム８及びボールヒンジ支持ロッド１１はいずれも伸縮自在式であり、ボールヒンジ支持ロッド１１は外管１１０１及び内管１１０３を含み、内管１１０３は外管１１０１内に設置され、内管１１０３は外管１１０１内でスライド可能であり、外管１１０１及び内管１１０３にはいずれもボルト孔１１０２が設けられている。内管１１０３が外管１１０１においてスライドする過程では、ボールヒンジ支持ロッド１１の長さ調整を実現しており、ボールヒンジ支持ロッド１１が適当な長さに達したときにボルトをボルト孔１１０２内に挿入することで、ボールヒンジ支持ロッド１１の長さの固定を実現している。四角支持フレーム８の伸縮自在式構造はボールヒンジ支持ロッド１１と同じであり、ここでは説明を省略する。四角支持フレーム８及びボールヒンジ支持ロッド１１の伸縮自在式調節により、杭頭の動的載荷シミュレーション装置の上下位置の微調整を実現している。
【００３７】
円盤式載荷機構２は、質量ブロックスライド軸２０６、円盤ケース２０１、動力伝達主軸節点２０９、大質量ブロック２０４及び小質量ブロック２０８を含み、質量ブロックスライド軸２０６は円盤ケース２０１内に設置され、質量ブロックスライド軸２０６の両端はそれぞれガスケット２０７を介して円盤ケース２０１の内壁に固定接合されている。質量ブロックスライド軸２０６の中央部には動力伝達主軸節点２０９が固定されており、動力伝達主軸節点２０９は動力伝達主軸１４の端部と固定接合されており、動力伝達主軸１４が回動すると、円盤式載荷機構２全体が動力伝達主軸節点２０９により連動されて回動する。大質量ブロック２０４及び小質量ブロック２０８は動力伝達主軸節点２０９の両側に設置され、いずれも２つの同じ半円形質量ブロックが係止方式により固定接合され、且
つ質量ブロックスライド軸２０６上にスライド可能に被せられており、質量ブロックスライド軸２０６の外表面には電磁石コイル２１０が被せられており、質量ブロックスライド軸２０６全体に均一な磁場を生じさせている。大質量ブロック２０４及び小質量ブロック２０８の内環は永久磁石であり、外管は合金鉄であり、質量ブロックスライド軸２０６は大質量ブロック及び小質量ブロックとの間に斥力を形成し、磁気軸受の形態を実現しており、大質量ブロック及び小質量ブロックが質量ブロックスライド軸に沿ってスライドする過程中、摩擦によって質量ブロックスライド軸の温度が過度に高くなって疲労破壊を起こすことがないよう防いでいる。大質量ブロック２０４とガスケット２０７との間、小質量ブロック２０８とガスケット２０７との間にはいずれもダンパーばね２０５が設けられている。小質量ブロック２０８と動力伝達主軸節点２０９との間には電磁石２０２及びダンパーブロック２０３が設けられており、電磁石２０２は小質量ブロック２０８の方向に向けられており、電磁石２０２及びダンパーブロック２０３は質量ブロックスライド軸２０６上に固定して被せられ、電磁石２０２とダンパーブロック２０３は接着方式により固定接合されている。動力伝達主軸節点２０９の両側の電磁石２０２及びダンパーブロック２０３同士は対称を呈して設置されている。当該装置には４つの円盤式載荷機構が設置されて、載荷力のニーズを満たしており、同じ側に位置する円盤式載荷機構を対にして設置することで水平力の発生を相殺している。大・小質量ブロックは電磁石の吸引及び反発により半径が変わり、これにより、垂直方向の載荷力の大きさを変更する。
【００３８】
インテリジェンスデータ収集出力システムは、メイン収集器１５、サブ収集器１６及び圧力センサ１８を含み、メイン収集器１５及びサブ収集器１６は筐体ケース１の底部内側に設置され、図１１に示す通り、圧力センサ１８は筐体ケース１の底部外側に設置され、且つ筐体ケース１と杭体６の頂部との間に位置している。メイン収集器及びサブ収集器はいずれも変位収集器、速度収集器及び加速度収集器を含む。メイン収集器１５は、主に載荷装置が杭頭に接触していないときの変位、速度、加速度を収集し、載荷装置と杭頭の接触状態をモニタリングして、載荷性能に反映させるためのものである。サブ収集器は、平坦な地面との間の変位、速度、加速度を測定することにより、メイン載荷システムを補助的に裏付けると同時に、載荷過程において杭頭と載荷装置の接触前後の動的特性を記録するためのものである。マルチチャンネルデータ測定システムにより、メイン収集器１５、サブ収集器１６及び圧力センサ１８が測定したデータをＰＬＣ、ＤＰＵなどの方式で送信し、インダストリアルインテリジェンスデータベースに入力するか又はコンピュータに直接接続し、携帯電話、タブレット、コンピュータなどの複数の端末を用いてデータの表示及び処理を行う。
【実施例２】
【００３９】
本発明はさらに、上述した杭頭の動的載荷シミュレーション装置を利用して載荷のシミュレーションを実現する方法を含み、当該方法の原理は以下の通りである。図１２及び図１３に示す通り、歯車群動力伝達機構の作動は、可変周波数モータの作動により主歯車１００３が連動されて回動し、主歯車１００３と動力伝達歯車I１００１との間の噛み合い、及び動力伝達歯車I１００１と動力伝達歯車II１００２との間の噛み合いにより、円盤式載荷機構２が回動し、同じ側に位置する円盤式載荷機構２が反対方向に回動する。円盤式載荷機構２の回動過程中、大質量ブロック２０４及び小質量ブロック２０８に円盤式載荷機構全体に対する遠心力が生じ、向心力を水平方向であるＸ軸方向及び垂直方向であるＹ軸方向に分解し、同じ側に位置する２つの円盤式載荷機構２同士のＸ軸方向の合力が相殺され、Ｙ軸方向の合力が相加されることにより、下方への載荷力が生じる。仮に２つの質量ブロックの質量が同じである場合、Ｘ軸方向の合力は０であり、Ｙ軸方向の相加された力である、
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だけが残り、質量ブロックｍの大きさ及び秒速ωの大きさを変更することによって加力の大きさが動的に変更され、載荷力の大きさの動的な可変性を実現することができ、そのうちθは、向心力とＸ軸方向の力の夾角である。当該方法は、以下の工程を含む。
【００４０】
上半円載荷過程中、電磁石の磁極を調整し、大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックを終始引き寄せ、このとき大質量ブロックの載荷半径はｒであり、小質量ブロック側の電磁石は小質量ブロックと終始反発し、ダンパーばね２０５の阻害作用下において、小質量ブロックの載荷半径は２ｒである。大質量ブロックの質量はＭ、小質量ブロックの質量はｍであり、Ｍ＝２ｍとなる。このとき同じ側に位置する２つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。
【００４１】
【数３】
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【００４２】
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【００４３】
下半円載荷過程中、大質量ブロックが上半円載荷段階を終えて中心軸に至ると、電磁石の極性が変わり、このとき大質量ブロック側の電磁石が大質量ブロックと突如反発し、大質量ブロックを素早く弾いて円心から２ｒの位置まで移動させ、さらにダンパーばねの阻害作用下で停止させることができる。小質量ブロック側の電磁石は小質量ブロックを引き寄せ、このとき小質量ブロックの載荷半径はｒであり、このとき同じ側に位置する２つの円盤式載荷機構の応力状況は以下の通りである。
【００４４】
【数４】
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【００４５】
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【００４６】
下半円載段階の載荷段階において、
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は０よりも大きく、構造は下方への載荷力を受ける。大質量ブロックが下半円載荷段階を終えて再び中心軸まで移動すると、電磁石の極性に再び変更が生じ、大質量ブロックが電磁石に引き付けられ、小質量ブロックが電磁石と反発し、大質量ブロックの載荷半径はｒとなり、小質量ブロックの載荷半径は２ｒとなり、これにより、上述の応力循環過程が繰り返される。上述の移動過程中、電磁石はダンパーばねの阻害作用下で移動を停止し、過大な衝撃により電磁石が破壊されてしまうのを防いでいる。
【００４７】
以上、本発明が提供する杭頭の動的載荷シミュレーション装置及びその方法について詳細に紹介を行った。本明細書では、具体的な例を用いて本発明の原理及び実施形態について説明したが、上記の実施例の説明は本発明の方法及び核心思想を理解するための助けにすぎない。本技術分野の当業者であれば本発明の原理を逸脱せずに本発明に対するいくらかの改良及び修飾を行うことが可能であり、それらの改良及び修飾も本発明の特許請求の保護範囲に属することを理解されたい。開示した実施例に対する上述の説明により、当業者は本発明を実現又は使用することができる。それらの実施例に対する様々な修正は当業者にとって容易に明白なものであり、本明細書中で定義される一般的な原理は、本発明の精神又は範囲を逸脱することなく他の実施例中で実現し得る。従って、本発明は本明細書に示す実施例に限定されるものではなく、本明細書で開示する原理及び新規の特徴と一致する最も広い範囲を与えられるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１  筐体ケース
２  円盤式載荷機構
２０１  円盤ケース
２０２  電磁石
２０３  ダンパーブロック
２０４  大質量ブロック
２０５  ダンパーばね
２０６  質量ブロックスライド軸
２０７  ガスケット
２０８  小質量ブロック
２０９  動力伝達主軸節点
２１０  電磁石コイル
３  溶接ベース板I
４  溶接ベース板II
５  主歯車用三角支持フレーム
５０１  モータ接続軸
５０３  調心軸受I
６  杭体
７  固定接合バー
８  四角支持フレーム
８０１  四角支持フレーム安定プレート
９  動力伝達歯車用三角支持フレーム
９０１  調心軸受II
１０  歯車群動力伝達機構
１００１  動力伝達歯車I
１００２  動力伝達歯車II
１００３  主歯車
１１  ボールヒンジ支持ロッド
１１０１  外管
１１０２  ボルト孔
１１０３  内管
１２  溶接ベース板III
１３  溶接ベース板IV
１４  動力伝達主軸
１５  メイン収集器
１６  サブ収集器
１７  ボールヒンジ
１８  圧力センサ
【要約】      （修正有）【課題】杭頭の動的載荷シミュレーション装置及びその方法を提供する。【解決手段】筐体ケース１、円盤式載荷機構２、歯車群動力伝達機構１０及び外部支持機構を含み、円盤式載荷機構２及び歯車群動力伝達機構１０は筐体ケース１内に設置し、筐体ケース１は杭体６の頂部に置く。円盤式載荷機構２は、その内部の質量ブロックにより可変段階の載荷を実現可能であり、電磁石により磁極を変更し、永久磁石同士に吸引力と斥力を生じさせ、これにより、上半円載荷過程で半径を変える方式により杭の引抜き力を解消し、同時に下半円載荷過程で半径を変える方式により下方への載荷力を提供するため、当該装置は杭頭の載荷過程中に上方への引抜き力が生じず、下方への垂直な載荷力だけを生じさせる。質量ブロックの大きさを変えることによりモータ周波数を変換し、様々な載荷力、様々な載荷周波数に対応して、実際の荷重下における杭体６の状態をシミュレートする。【選択図】図１【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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