(57)【要約】【課題】  制震ダンパー等の動的特性を把握するために、行われる動的加力試験において、制震ダンパーに実際に作用する変形に即した加力状態を実現する。【解決手段】  ３軸振動台１で発生させた、少なくとも１方向の平面内並進方向変位（Ｘ，Ｙ）と、平面内の回転変位（Ｒz）とを、３軸振動台１のベッド２から周囲の固定床５まで延長した加力用アーム３と加力用治具４を介して、固定床５上に複数の２軸分力計２０を介して据え付けられた試験体１０に入力し、試験体１０の変位量と計測と２軸分力計２０による荷重計測とを行うようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３軸振動台で発生させた、少なくとも１方向の平面内並進方向変位（Ｘ，Ｙ）と、該平面内の回転変位（Ｒz）とを、前記３軸振動台から周囲の固定床まで延長した加力伝達手段を介して、前記固定床上に荷重計を介して据え付けられた試験体に入力し、該試験体の変位量計測と前記荷重計の荷重計測とを行うようにしたことを特徴とする多軸加力試験方法。
【請求項２】
前記平面内並進方向変位と回転変位とは、時刻歴応答変位として前記試験体に連続加力されることを特徴とする請求項１に記載の多軸加力試験方法。
【請求項３】
前記荷重計は、複数個の２軸分力計を配置してなり、該２軸分力計の出力値から前記試験体に作用する荷重値を得ることを特徴とする請求項１に記載の多軸加力試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多軸加力試験方法に係り、特に制震ダンパー等の動的特性を把握するために、行われる動的加力試験において、制震ダンパーに実際に作用する変形に即した加力状態を設定できるようにした多軸加力試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物等に適用される粘弾性体等を用いた制震ダンパーは、鋼板間に挟入された高減衰ゴム等の粘弾性体に、建物層間変形がせん断変形として加わるようにブレース形状や壁型式で設置されるのが一般的である。これらの制震ダンパーの変形時の動的特性等については、たとえば、実大試験体としての制震ダンパーに動的な変形を加え、その特性を得る動的加力試験が行われている。このとき試験体の動的特性を精度良く求めることができるように、種々の加力装置が提案されている（非特許文献１，非特許文献２参照）  これらの加力装置では、試験体としての制震ダンパーは動的加力の動作制御が可能なアクチュエータの加力軸方向にロードセル（荷重計）を介して設置される。アクチュエータによって試験体に与えられる変形の時刻歴データとロードセルから得られる荷重の時刻歴データを収録することにより、試験体の動的特性の把握を行うようになっている。このときアクチュエータを動作させる制御プログラム等の設定により、正弦波や、各種地震の応答波形等のランダム波の時刻歴変形を試験体に付与することができる。
【０００３】
【非特許文献１】岡本修一（東洋ゴム工業（株））他５名，“ウレタンゴム系粘弾性体の開発”，早稲田大学理工総研シンポジウム“粘弾性ダンパーの開発と耐震設計・耐震補強への応用”１５ｐ，１９９７．５．
【非特許文献２】岡部他２名，“オイルダンパーをブレーシング軸上にブレース材と直列に配置した制震システム”，東京工業大学建築物理研究センター“パッシブ制振構造シンポジウム２０００”，３２６ｐ，２０００．３．１０．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、制震ダンパーには、橋脚柱頭部や間柱上部や柱梁接合部の仕口に設置されるタイプもある。この種の制震ダンパーでは、構造物の変形状態により、粘弾性体に並進方向のせん断変形と回転変形とが加わる場合がある。したがって制震ダンパーの設計においては、この変形性状を実現する必要があるが、上述の加力装置による試験では、試験体に１軸方向（並進方向）のみの動的変形を付与することしか想定しておらず、加力装置の出力側に並進方向のせん断変形と共に回転方向の変形を制御可能に付与できるような複数のアクチュエータを装備することは技術的に非常に困難であり、加力装置の製作コストが大幅に増すという問題もある。
【０００５】
一方、振動台（ベッド）上に固定された試験体としての各種の縮尺の模型構造体に３軸加力を行うことができる大型３軸振動台（３次元６自由度振動台）が知られている。この種の公知の３軸振動台では、周囲の固定床から絶縁されたベッドを、外部の複数のアクチュエータの動作により、水平２軸、鉛直１軸、及び各軸周りの回転の同時組み合わせにより３次元方向に剛体変位させることができ、これによりベッド上に固定された試験体に所定の複合的な動的加力が行えるようになっている。本発明の完成に当たり、この振動台ベッドに実現可能な変形を、固定床上に固定されたダンパー等の試験体へ加力させることが試験設備面、試験実施面でのメリットとなる点に着目した。
【０００６】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、制震ダンパー等の試験体を３軸振動台の近傍の固定床に固定し、３軸振動台のベッドの変位を利用して、所定の変形を試験体に入力し、その動的特性を得るようにした多軸加力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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は３軸振動台で発生させた、少なくとも１方向の平面内並進方向変位（Ｘ，Ｙ）と、該平面内の回転変位（Ｒz）とを、前記３軸振動台から周囲の固定床まで延長した加力伝達手段を介して、前記固定床上に荷重計を介して据え付けられた試験体に入力し、該試験体の変位量計測と前記荷重計の荷重計測とを行うようにしたことを特徴とする。
【０００８】
前記平面内並進方向変位と回転変位とは、時刻歴応答変位として前記試験体に連続加力されることが好ましい。前記荷重計は、複数個の２軸分力計を配置してなり、該２軸分力計の出力値から前記試験体に作用する荷重値を得ることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、既存の３軸振動台を用いて所定の並進、回転変位を、試験体に入力することができ、試験体の動的特性を精度良く把握できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の多軸加力試験方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の多軸加力試験方法に用いる装置としての３軸振動台と、３軸振動台１（以下、振動台１と記す。）のベッド２から一部が延出するように取り付けられた加力用アーム３と、加力用アーム３の先端に連結された加力伝達手段としての加力用治具４と、加力用治具４を介して加力用アーム３の変形が入力される、ベッド２と絶縁された固定床５上に固定された試験体１０とを示した装置構成図である。図示した振動台１は、ベッド２外の制御部６による図示しないアクチュエータ動作により、ベッド２を水平２軸（Ｘ，Ｙ軸）、鉛直１軸（Ｚ軸）、及び各軸回転成分（Ｒx,Ｒy,Ｒz)の６成分とし、所定の加振波形により、同時加振することができる公知の振動台１で、ベッド２の最大変位量以上のクリアランス（隙間）７をあけて周囲の固定床５から絶縁されている。なお、本明細書では、静的な加力による変形、時刻歴を伴う連続的な加振を含めて、「加力」という語で表すものとする。
【００１１】
加力用アーム３はベッド２の変位を、固定床５上に固定された試験体１０にロスなく伝達し、加力するための変形伝達部材で、本実施の形態では加力時に変形の生じない十分な曲げ剛性、軸剛性を備えた鋼板組立部材が用いられている。この加力用アーム３は、振動台１のベッド２の平面中心位置を通るＹ軸方向中心軸線ＣBを、部材軸線Ｃmと一致させるように、ベッド２面に形成された固定孔（図示せず）を利用してベッド２に堅固にボルト止めされている。そしてその先端は、加力用治具４を介して固定床５上に固定された試験体１０の鋼板の一部に連結されている。
【００１２】
ここで、制震ダンパーを試験体１０とした場合の発明の構成について、図２各図を参照して説明する。図２（ｂ）に示したように、試験体１０として用いられる制震ダンパーは、平面視して略四角形状をなす平板状をなし、鋼板１１で高減衰ゴム板１２を挟持した積層構造からなり、４枚の高減衰ゴム板１２を間に挟んだ５枚（層）の鋼板１１のうち、上面、下面および中心層の３枚の支持鋼板１１ａは、振動台１外の固定床５に上に据え付けられた４個のロードセル２０上に固着されたベース板１３に堅固にボルト止めされ、他の中間層の２枚の入力鋼板１１ｂは、加力用治具４を介して加力用アーム３端面に堅固に連結されている。したがって、２枚の入力鋼板１１ａを介して試験体１０に加力された変位は、各鋼板１１間に挟在する高減衰ゴム板１２を介して３枚の支持鋼板１１ｂに伝達され、支持鋼板１１ｂと一体的に挙動するベース板１３の変位が、４個の水平２軸（Ｘ，Ｙ）分力計として機能するロードセル２０によって検知される。
【００１３】
ベース板１３上の２点と入力鋼板１１ａの側面には、図２（ａ）に示したように、レーザー変位計２１が取り付けられており、変位作用時（加振時）における試験体１０各部の変位量を計測できるようになっている。また、各ロードセル２０（Ｌ1〜Ｌ4）は、図２各図、図４に示したように、固定床５上にＸ，Ｙ軸方向に等距離をあけて固着され、各ロードセルの配置中心ＣLと、試験体中心位置Ｃsとが一致するように、ベース板１３が各ロードセル２０（Ｌ1〜Ｌ4）上に固着されている。
【００１４】
振動台１の制御部６（図１参照）において、振動台１のアクチュエータ（図示せず）の動作制御を行い、ベッド２の変位を介して試験体１０に任意の動的変形を付与することができるが、本実施の形態では並進（Ｙ）方向と回転（＋Ｒz）方向の動的変形を試験体１０に付与するものとする。この変形時において、試験体１０の入力鋼板は、たとえば図３（ａ）の初期状態から、並進（Ｙ）方向と回転（＋Ｒz）方向に変位した状態（図３（ｂ）参照）まで変位する。なお、並進２軸を考慮し、並進（Ｙ）＋並進（Ｘ）＋回転（Ｒz）方向の加力とすることもある。また、加力（加振）波形は正弦波や特定地震の時刻歴応答波形を適宜選択して入力でき、また波形の重ね合わせを行うこともできる。
【００１５】
ここで、上述した４個のロードセル（２軸分力計）２０（Ｌ1〜Ｌ4）と２個のレーザー変位計２１を用いた計測結果から、動的加力時の荷重とモーメントを求める計算例について説明する。並進（Ｙ）方向の荷重（せん断力）（Ｑ）は４個の２軸分力計から得られる並進（Ｙ）方向の荷重値（反力値）の総和として求められる。回転（Ｒz）方向のモーメント（Ｍ）は各２軸分力計から得られるＸ，Ｙ方向の荷重値と試験体１０中心から２軸分力計の計測位置までの距離（ｍ）との積の組み合わせによって求められる。並進（Ｙ）方向の変位（Ｄy）は２個のレーザー変位計から得られた計測値の平均値とし、回転角（θ）は２台のレーザー変位計の計測値の差をその距離で除することにより求められる。なお、レーザー変位計以外にも公知の変位計を適宜使用できる。
【００１６】
具体的には、図４に示した模式図を参照し、下式で表すことができる。
・水平荷重（せん断力）：Ｑ＝ΣＦyi
ここで、Ｆyi：分力計Ｌiのｙ方向出力値
・モーメント：Ｍ＝ｍ×（−Ｆx1−Ｆy1−Ｆx2＋Ｆy2＋Ｆx3−Ｆy3＋Ｆx4＋Ｆy4）
ここで、ｍ：試験体１０中心から分力計計測位置までの距離
・水平変位：Ｄy＝（Ｄy1＋Ｄy2）／２
・回転角：θ＝（Ｄy2−Ｄy1）／Ｌ
【実施例】
【００１７】
実施例としてこの多軸加力試験方法を用いて行った制震ダンパーの性能確認試験について、簡単に説明する。
試験体：制震ダンパー（高減衰ゴム板：３００mm×３００mm×４層、ゴム厚ｄ＝３mm）
入力変位軸：地震応答波加力２ケース（(1)並進（Ｙ）、(2)並進（Ｙ）十回転（Ｒ））
入力波形：レベル２模擬地震動に対して試験体１０のゴム層に生じる並進および回転方向の応答解析波形を係数倍して加力。
試験結果：地震応答波加力によって得られた変形−荷重関係、回転角−モーメント関係の例を図５に示す。図５（ａ）より、（Ｙ＋Ｒz）方向加力時の荷重は（Ｙ）方向のみの加力時に比べて２割程大きくなることが確認された。また、図５（ｂ）は、本実施例の加力状態で初めて確認される関係であり、設計検討時の有用な情報となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の多軸加力試験方法に用いる装置全体平面図。
【図２】図１に示した装置の加力用アーム、試験体とを拡大して示した平面図、側面図。
【図３】加力時における試験体の変形状態を模式的に示した部分拡大平面図。
【図４】加力時の試験体の力学的諸量を求めるための模式図。
【図５】実施例における制震ダンパーの性能確認試験における試験結果を示したグラフ。
【符号の説明】
【００１９】
１  ３軸振動台
２  ベッド
３  加力用アーム
４  加力用治具
５  固定床
６  制御部
１０  試験体
１１  鋼板
１２  高減衰ゴム板
１３  ベース板
２０  ロードセル
２１  変位計
Ｘ，Ｙ  並進変位方向
Ｒz  Ｚ軸周り回転変位
【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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