(57)【要約】【課題】最初の載荷後に発生する騒音や振動を最小限に抑えることができる荷重伝達装置を提供すること。【解決手段】重錘４ａと杭５ａの間に介在させる荷重伝達装置１であって、並列配置した複数のバネ材２１，２２と、前記バネ材２２に直列に連結した減衰装置３と、からなり、前記減衰装置の減衰効果は、載荷時よりも除荷時の方が大きいことを特徴とするものである。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重体と受力体の間に介在させる荷重伝達装置であって、
バネ材と、
前記バネ材に直列に連結した減衰装置と、からなり、
前記減衰装置の減衰効果は、載荷時よりも除荷時の方が大きいことを特徴とする、
荷重伝達装置。
【請求項２】
荷重体と受力体の間に介在させる荷重伝達装置であって、
並列配置した複数のバネ材と、
前記バネ材の少なくとも一つに直列に連結した減衰装置と、からなり、
前記減衰装置の減衰効果は、載荷時よりも除荷時の方が大きいことを特徴とする、
荷重伝達装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の荷重伝達装置において、
前記バネ材の少なくとも一つのバネ定数を調整することにより載荷荷重の大きさ及び載荷時間の少なくとも一方を調整することを特徴とする、
荷重伝達装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の荷重伝達装置において、
前記減衰装置の減衰定数を調整することにより荷重体の除荷方向に移動する速度を調整することを特徴とする、
荷重伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭の載荷試験装置、杭打ち機又は地盤の締め固め装置などによって荷重を載荷する場合に用いる荷重伝達装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
重錘を落下させて載荷する方法は、杭の載荷試験、杭打ち、地盤の締め固めなどにおいて従来から使用されている。
しかし、重錘を落下させて載荷すると、載荷が極めて短時間におこなわれ、衝撃力となって杭や地盤などの受力体に伝達される。この結果、杭等に引張り力が発生して破損したり、騒音や振動などの建設公害が発生したりする問題がある。
このように重錘を落下させておこなう杭の載荷試験は、動的載荷試験と呼ばれている。動的載荷試験は、載荷時間が５〜３０ｍｓと非常に短く、杭を一次元弾性体とみなして波動理論によって複雑な解析をおこなうことで静的支持力を推定する必要がある。
そこで、荷重を付加する重錘（荷重体）と、荷重を受ける杭等（受力体）の間にバネ材からなる荷重伝達装置を介在させることで、載荷時間を長くし、杭等に引張り力を生じさせないようにする急速載荷試験が従来から実施されている。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
上記した従来の荷重伝達装置にあっては、以下のような問題点がある。
＜イ＞バネ材だけで荷重伝達装置を構成した場合、重錘を落下させることによって荷重を載荷した後も、バネ材が振幅することによって繰り返し杭頭の打撃がおこなわれ、騒音や振動が繰り返し発生する。
＜ロ＞騒音や衝撃力を抑えるために、杭頭などにクッション材などの緩衝材を配置する方法もあるが、杭に荷重が伝達すると同時に緩衝材による減衰が始まるため、載荷効率が悪くなる。
＜ハ＞載荷後に跳ね上がった重錘を上空で捕まえる方法もあるが、移動する重錘を捕まえる装置は複雑で、高価な装置となるため、経済的ではない。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、簡単な構造で効率的に載荷が可能な荷重伝達装置を提供することを目的とする。
また、最初の載荷後に発生する騒音や振動を最小限に抑えることができる荷重伝達装置を提供することを目的とする。
さらに、壊れにくく、安価な荷重伝達装置を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的のうち少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の荷重伝達装置は、荷重体と受力体の間に介在させる荷重伝達装置であって、バネ材と、前記バネ材に直列に連結した減衰装置と、からなり、前記減衰装置の減衰効果は、載荷時よりも除荷時の方が大きいことを特徴とするものである。ここで、荷重体とは、荷重を付加するものをいい、自由落下させる重錘、油圧式又はディーゼル式のハンマ、特殊な推進剤を燃焼させて反力体を打ち上げる場合の反力などが該当する。また、受力体は、荷重体の荷重を受けるものをいい、杭の載荷試験時の杭、杭打ちをおこなう場合の打ち込み杭、重錘落下締固め工法における地盤などが該当する。
【０００６】
また、荷重体と受力体の間に介在させる荷重伝達装置であって、並列配置した複数のバネ材と、前記バネ材の少なくとも一つに直列に連結した減衰装置と、からなり、前記減衰装置の減衰効果は、載荷時よりも除荷時の方が大きいことを特徴とするものである。例えば、２本のバネ材を並列配置して、一方のバネ材に直列に減衰装置を連結する。
【０００７】
ここで、上記した荷重伝達装置において、前記バネ材の少なくとも一つのバネ定数を調整することにより載荷荷重の大きさ及び載荷時間の少なくとも一方を調整することができる。また、前記減衰装置の減衰定数を調整することにより荷重体の除荷方向に移動する速度を調整することもできる。
【０００８】
【本発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
＜イ＞適用条件
本発明の荷重伝達装置１は、荷重体４と受力体５の間に介在させて、荷重体４の荷重を受力体５に伝達するための装置である。
ここで、荷重体４とは、荷重を付加するものをいい、自由落下させる重錘４ａ、油圧式又はディーゼル式のハンマ、特殊な推進剤を燃焼させて反力体を打ち上げる場合の反力などが該当する。
受力体５は、荷重体４の荷重を受けるものをいい、杭の載荷試験時の杭５ａ、杭打ちをおこなう場合の打ち込み杭、重錘落下締固め工法における地盤などが該当する。
【００１０】
＜ロ＞荷重伝達装置
荷重伝達装置１は、並列配置した複数のバネ材２１，２２と、バネ材２２に直列に連結した減衰装置３で構成する。
バネ材２１，２２は、鋼材などを巻いたり曲げたりして強い弾性力を持たせた材料をいい、必要に応じて任意の本数のバネ材を並列に配置することができる。バネ材を使用する本数を増やせば、最大荷重及び載荷時間を大きな範囲でコントロールすることができる。
図１には、２本のバネ材２１，２２を並列に配置した実施例を示した。また、バネ材２１，２２のバネ定数は、荷重体４の質量、所望する載荷時間などに応じて任意に調整することができる。例えば、バネ材２１のバネ定数の４倍のバネ定数を有するバネを、バネ材２２に使用することができる。
そして、一方のバネ材２２には、減衰装置３を直列に連結する。減衰装置３を連結するバネ材は、一本に限定されるものではなく、任意に選択することができる。また、必要に応じてすべてのバネ材に減衰装置３を連結してもよい。
減衰装置３は、荷重体４の移動速度や振幅を減少させるために用いる装置である。本発明で使用する減衰装置３は、載荷方向（図２のＡ方向）と除荷方向（Ｂ方向）で減衰定数の異なる装置を使用する。すなわち、載荷方向に移動するときはできるだけ荷重体４による載荷荷重を減少させないように減衰定数を０又は低い値とし、荷重体４が跳ね上がる除荷方向に移動するときは移動速度や振幅を減少させるために減衰定数を高い値に設定した非線形の減衰装置３を使用する。
減衰装置３は、通常、ダンパー又はショックアブソーバとよばれる装置であり、移動方向や変位量などに応じて減衰定数が変化する非線形の減衰装置３はアクティブダンパーとも呼ばれる。減衰装置３にはオイルダンパーやエアダンパー等が使用できる。
【００１１】
【実施例】
次に本発明の荷重伝達装置１を使用した場合の作用について説明する。
【００１２】
＜イ＞解析条件
本発明の荷重伝達装置１を使用した場合（本発明、図２参照）と、減衰装置３を配置しない場合（比較例）の、載荷時及び載荷後の荷重体４の挙動を解析した。
解析で使用した荷重体４の質量は２０（ｔｏｎ）、荷重体４を取り付けた荷重伝達装置１が受力体５に衝突する時の速度は５（ｍ／ｓ）、バネ材２１のバネ定数は０．０（ｋＮ／ｍ）、バネ材２２のバネ定数は３１５８．３（ｋＮ／ｍ）とした。
また、「本発明」の荷重伝達装置１で使用した減衰装置３は、受力体５の受ける荷重が最大値に達するまでは減衰定数が０．０（ｋＮ　ｓ／ｍ）であり、最大荷重に達した後は減衰定数が１２５．７（ｋＮ　ｓ／ｍ）となるように設定して解析をおこなった。ここで、受力体５の受ける荷重が最大値に達するのは、バネ材の縮み量が最大値に達するときである。
なお、「比較例」では、荷重体の質量を２０（ｔｏｎ）、荷重体が受力体に衝突する時の速度を５（ｍ／ｓ）、バネ材のバネ定数を３１５８．３（ｋＮ／ｍ）とした。
【００１３】
＜ロ＞解析結果の比較
図３に荷重伝達装置が受力体５に接触した後の経過時間と荷重体４の速度の関係を表した図を示す。ここで、荷重体４の速度は、図２のＡ方向に移動するときに正となり、Ｂ方向に移動するときに負となる。
図３（ａ）は「本発明」の荷重伝達装置１を使用した場合の解析結果であるが、「比較例」の図３（ｂ）と比べると、載荷荷重が最大値に達する（荷重体４の速度が０となる）までは荷重体４の速度が一致していることがわかる。しかし、除荷が始まると、「比較例」の速度が載荷時と同じように速度を増すのに比べて、「本発明」の荷重体４の速度はほとんど増加せずに低い値で収束することがわかる。これは、バネ材に蓄えられた力が減衰装置３によって吸収されるためである。最終的に「比較例」の荷重体４の跳ね上がり速度は３．８（ｍ／ｓ）になるのに対して、「本発明」の荷重体４の跳ね上がり速度は１．４（ｍ／ｓ）で留まることになる。
【００１４】
また、図４に荷重伝達装置１が受力体５に接触した後の経過時間と荷重体４の変位の関係を表した図を示す。
「比較例」の荷重体４の変位は、放物線を描き、載荷が始まった位置よりも上方に跳ね上がることが図４（ｂ）からわかる。これに対して「本発明」の荷重体４の変位は最大変位に達するまでは「比較例」と一致した動きを示すが、除荷が始まると「本発明」の荷重体４の戻りは鈍くなり、「比較例」が最初の位置に戻った時間に達しても、０．１５ｍ程度しか戻らないことがわかる。この結果、「本発明」の荷重伝達装置１を使用すれば、載荷荷重を減少させることなく早期に振幅を減少させることができるといえる。
【００１５】
＜ハ＞作用
上記した解析結果は、理想的な減衰装置３を使用した場合の結果であるが、載荷時と除荷時で振幅を減衰させる力が異なる減衰装置３を使用すれば、載荷を効率的におこないつつも、騒音や振動の発生を抑えて載荷をおこなうことができる。また、減衰装置３の減衰定数を調整することで、荷重体４の移動する速度や振幅量を調整することができる。
【００１６】
【本発明の効果】
本発明の荷重伝達装置は以上説明したようになるから、次のような効果を得ることができる。
＜イ＞非線形の減衰装置を配置することで、簡単な構造で効率的な載荷がおこなえる。
＜ロ＞載荷荷重が最大値に達した後に、効果的に荷重体の速度や振幅を減衰させることができるので、最初の載荷後に発生する騒音や振動を最小限に抑えることができる。
＜ハ＞荷重伝達装置の構造は単純であるため、壊れにくく、安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の荷重伝達装置の実施例の斜視図。
【図２】荷重伝達装置を使用した載荷状況を模式的に表した説明図。
【図３】（ａ）本発明の荷重伝達装置を使用した場合の経過時間と荷重体の速度の関係図。（ｂ）比較例の経過時間と荷重体の速度の関係図。
【図４】（ａ）本発明の荷重伝達装置を使用した場合の経過時間と荷重体の変位の関係図。（ｂ）比較例の経過時間と荷重体の変位の関係図。
【符号の説明】
１・・・荷重伝達装置
２１・・バネ材
２２・・バネ材
３・・・減衰装置
４・・・荷重体
５・・・受力体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004124611.tif 000006