(57)【要約】【課題】  効率的な載荷が可能である上に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】  荷重体４と受力体５の間に介在させる荷重伝達装置１であって、バネ材２と、前記バネ材に並列に配置した減衰装置３と、前記バネ材の上端と前記減衰装置の上端を接続する載荷部１１と、からなり、前記減衰装置は、爪部３１１と歯部３１２を有するラチェット式のロック機構３１と、封入体３２１と可動間仕切り３２２で区切られた除荷方向側の空間に流体３２３を封入した減衰機構３２とを備え、前記ロック機構の爪部と歯部は、前記載荷部が除荷方向に移動し始めたときに噛み合うことを特徴とするものである。【選択図】図１
2005213975.tif 000002
【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、
前記バネ材に並列に配置した減衰装置と、からなり、
前記減衰装置の減衰機構は除荷方向に移動するときに作動することを特徴とする、
荷重伝達装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷重伝達装置において、
前記減衰装置は、ロック機構と、減衰機構を有し、
前記ロック機構は除荷方向に移動し始めたときに作動し、
前記減衰機構は除荷方向に移動するときに作動することを特徴とする、
荷重伝達装置。
【請求項３】
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、
前記バネ材に並列に配置した減衰装置と、
前記バネ材の上端と前記減衰装置の上端を接続する載荷部と、からなり、
前記減衰装置は、爪部と歯部を有するラチェット式のロック機構と、封入体と可動間仕切りで区切られた除荷方向側の空間に流体を封入した減衰機構とを備え、
前記ロック機構の爪部と歯部は、前記載荷部が除荷方向に移動し始めたときに噛み合うことを特徴とする、
荷重伝達装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前記した従来の荷重伝達装置にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞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。
＜２＞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。
＜３＞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。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のような課題を解決するために、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、前記バネ材に並列に配置した減衰装置と、からなり、前記減衰装置の減衰機構は除荷方向に移動するときに作動することを特徴とするものである。ここで、前記減衰装置は、ロック機構と、減衰機構を有し、前記ロック機構は除荷方向に移動し始めたときに作動し、前記減衰機構は除荷方向に移動するときに作動するように構成できる。
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、バネ材と、前記バネ材に並列に配置した減衰装置と、前記バネ材の上端と前記減衰装置の上端を接続する載荷部と、からなり、前記減衰装置は、爪部と歯部を有するラチェット式のロック機構と、封入体と可動間仕切りで区切られた除荷方向側の空間に流体を封入した減衰機構とを備え、前記ロック機構の爪部と歯部は、前記載荷部が除荷方向に移動し始めたときに噛み合うことを特徴とするものである。
上記において荷重体とは、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。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の荷重伝達装置は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞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、効率的な載荷が可能である上に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。
＜２＞バネ材と、機械式のロック機構や減衰機構からなる減衰装置によって製作できるため、壊れにくく、何度も繰り返し使用することができる。
＜３＞荷重体として自由落下させた重錘を使用する場合は、重錘を吊り上げる作業を行うだけでよく、特殊燃料を使用する方法などに比べてランニングコストが非常に安価である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
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。
【０００７】
＜１＞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、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、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。
【０００８】
＜２＞荷重伝達装置
荷重伝達装置１は、バネ材２と、バネ材２と並列に配置した減衰装置３で構成する。
バネ材２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２を並列に配置することができる。バネ材２を使用する本数を調節することで、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。また、バネ材２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。
荷重伝達装置１は、例えば荷重体４側に配置する載荷部１１と、受力体５側に配置する伝達部１２の間に、複数のバネ材２と複数の減衰装置３を並列に配置して構成する（図１参照）。
【０００９】
＜３＞減衰装置
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。減衰装置３は、載荷方向（図２のＡ方向）に移動するときは作動せず、除荷方向（Ｂ方向）に移動するときに作動する。
減衰装置３は、例えばロック機構３１と減衰機構３２で構成する。ロック機構３１は減衰機構３２が作動し始める位置を制御する機構である。載荷部１１が載荷方向Ａに移動しているときは作動せず、除荷方向Ｂに移動し始めたときに作動してロックされる。
ロック機構３１には、例えば載荷方向Ａに移動するときはロックされず、除荷方向Ｂに移動するときにロックが作動するラチェット式のロック機構３１が採用できる。ラチェット式のロック機構３１は、爪部３１１と歯部３１２で構成する。歯部３１２は、例えば板材の両端に鋸歯状の歯を設けて形成する。爪部３１１は、支点を中心にシーソー状に可動するように支持して、歯部３１２が載荷方向Ａに移動するときには爪部３１１の先は載荷方向Ａに傾いて噛み合わないようにし、歯部３１２の移動が止まると爪部３１１は後方のバネ３１３によって引っ張られることで元の姿勢に戻るようにする。爪部３１１が元の姿勢に戻った状態で歯部３１２が除荷方向Ｂに移動すれば、歯部３１２と爪部３１１が噛み合ってロックされる。
【００１０】
減衰機構３２は、載荷方向Ａ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Ｂ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機構３２である。
減衰機構３２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機構３２はアクティブダンパーとも呼ばれる。減衰機構３２にはオイルダンパーやエアダンパー等が使用できる。
従来から使用されているダンパーは、載荷時の衝撃を緩和する目的で配置されるため、載荷方向Ａに移動するときに作動して減衰効果が発揮されるが、本発明の減衰機構３２は、除荷方向Ｂに移動するときに作動して減衰効果を発揮する。例えば、耐圧構造の筒状の封入体３２１の内部に、可動式の可動間仕切り３２２を配置し、可動間仕切り３２２が除荷方向Ｂに移動する側に気体や液体などの流体３２３を封入する。こうすることによって、可動間仕切り３２２が載荷方向Ａに移動するときはほとんど抵抗無く移動することができ、反対に除荷方向Ｂに移動するときは圧縮率の低い流体３２３の抵抗を受けて減衰することになる。
【実施例】
【００１１】
＜１＞全体構成
実施例においては、本発明の荷重伝達装置１を、受力体５となる杭と荷重体４となる重錘の間に配置した場合について説明する。図２は、杭５ａ（受力体５）の上に荷重伝達装置１を載置し、その上から重錘４ａ（荷重体４）を自由落下させる杭の急速載荷試験システムの側面図である。
杭５ａの上面には杭５ａに載荷される荷重の大きさを計測するためのロードセル５１を設置する。杭頭の変位は光学変位計（図示せず）によって側方から計測する。杭頭のひずみや加速度は、杭頭に設置した歪ゲージや加速度計によって計測する（図示せず）。
ロードセル５１の上部には荷重伝達装置１を設置する。荷重伝達装置１は、上から載荷部１１、並列して配置した複数のバネ材２と減衰装置３、伝達部１２の順に配置する（図３，４参照）。バネ材２と減衰装置３の上部は載荷部１１に連結し、下部は伝達部１２に連結する。ロック機構３１の爪部３１１は架台３１４を介して伝達部１２に固定し、歯部３１２は載荷部１１と連動して動くように上部を載荷部１１に固定する。
荷重伝達装置１の上部には、自由落下した重錘４ａが正確に載荷部１１に衝突して、衝突後に落下することがないように必要に応じてガイド筒４１を配置する。
【００１２】
＜２＞作用
載荷前は、荷重伝達装置１の載荷部１１はバネ材２で支持され、歯部３１２は載荷部１１によって吊り上げられた状態にある。重錘４ａを所定の高さまで吊り上げて自由落下させることによって荷重伝達装置１に載荷する。
重錘４ａが載荷部１１に衝突するとバネ材２が縮み、それに伴って歯部３１２も下方に移動する。載荷された荷重は、バネ材２を介して伝達部１２に伝わり、ロードセル５１を通って杭５ａに伝わる。ここで、杭５ａの載荷荷重に対する沈下量によってバネ材２の変形量は変化する。すなわち、杭５ａの作用荷重に対する沈下量の割合が大きければ、バネ材２の縮み量は小さいままで杭５ａが地中に押し込まれることになるため、歯部３１２の降下量も小さくなる。反対に、杭５ａの作用荷重に対する沈下量の割合が小さければ、杭５ａと重錘４ａに挟まれたバネ材２の縮み量は大きくなり、それに伴って歯部３１２の降下量も大きくなる。
このように載荷試験をおこなう杭５ａによってバネ材２の縮み量が異なることになるが、載荷が終了してバネ材２が縮みから伸びに変化したときから減衰機構３２が作動しなければ重錘４ａの跳ね上がりを抑えることはできない。そこで、ロック機構３１を配置して、バネ材２の縮み量に関わらず載荷方向Ａから除荷方向Ｂに歯部３１２の移動方向が変化したときに歯部３１２と爪部３１１が噛み合ってロックし、それ以降は減衰機構３２が作動して減衰効果を発揮するように構成する。
歯部３１２と爪部３１１が噛み合った後は、歯部３１２に連結された可動間仕切り３２２が上方に移動し、封入された流体３２３の抵抗によって載荷部１１の移動速度が減衰する。すなわち、バネ材２の伸びによって押し上げられる載荷部１１は歯部３１２に連結された減衰機構３２によって移動速度が減衰され、載荷部１１の上に載った重錘４ａの跳ね上がりも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の荷重伝達装置の実施例の説明図。
【図２】荷重伝達装置を配置した杭の急速載荷試験システムの実施例の側面図。
【図３】荷重伝達装置の実施例の側面図及び一部断面図。
【図４】荷重伝達装置の実施例の平面図。
【図５】荷重伝達装置のロック機構の実施例の側面図。
【符号の説明】
【００１４】
１・・・荷重伝達装置
１１・・載荷部
２・・・バネ材
３・・・減衰装置
３１・・ロック機構
３１１・・爪部
３１２・・歯部
３２・・減衰機構
３２１・・封入体
３２２・・可動間仕切り
３２３・・流体
４・・・荷重体
５・・・受力体
【図１】
2005213975.tif 000003
【図２】
2005213975.tif 000004
【図３】
2005213975.tif 000005
【図４】
2005213975.tif 000006
【図５】
2005213975.tif 000007