(57)【要約】【課題】装置全体ではなく部分的な変更のみにより各種大きさの試験体の火災時破壊挙動を適切に観測し得る構造部材の載荷加熱試験装置を提供する。【解決手段】加熱炉等の加熱装置１に、該加熱装置１で発生する熱を通過させる熱通過窓２が設けられた耐火マスク３を、前記加熱装置１の開口を覆うように取り付け、該耐火マスク３に対し載荷装置５を、前記熱通過窓２の外周を取り囲むように別体に配置することにより、前記熱通過窓２を塞ぐようにセットされる構造部材の試験体４に前記載荷装置５で圧縮荷重を付与する。【選択図】図１
2012083244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口が設けられた加熱室を有する加熱装置と、
前記開口を覆うと共に前記加熱装置で発生する熱を通過させる熱通過窓が設けられた耐火マスクと、
前記熱通過窓の外側周囲に設けられ、構造部材の試験体に圧縮荷重を付与する載荷装置と、を備え、
前記試験体は、前記熱通過窓を塞ぐように前記載荷装置にセットされることを特徴とする構造部材の載荷加熱試験装置。
【請求項２】
前記耐火マスクを、
前記加熱装置の開口を覆い且つ中央部に前記熱通過窓が穿設された耐火パネルと、
該耐火パネルの外周縁部に固定される外枠と、
該外枠に掛け渡すように且つ前記熱通過窓を両側から挟むように前記耐火パネルの外面に固定される中間枠と
から構成すると共に、
前記載荷装置を、
前記中間枠に対し前記熱通過窓の外周を取り囲むように取り付けられ且つ前記試験体をセット可能な載荷架台と、
該載荷架台に取り付けられ且つ前記試験体に圧縮荷重を付与する加圧ジャッキと、
前記載荷架台に対し前記熱通過窓の外周縁部と試験体との間に介在されるよう取り付けられ且つ前記載荷架台への熱の伝わりを遮断する遮熱部材と
から構成した請求項１記載の構造部材の載荷加熱試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造部材の載荷加熱試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、繊維強化プラスチック、特に炭素繊維強化プラスチック（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics）、ガラス繊維強化プラスチック（GFRP：Glass Fiber Reinforced Plastics）、アラミド繊維強化プラスチック（AFRP：Aramid Fiber Reinforced Plastics）等の複合材料は、比剛性と比強度が優れており、従来よりも軽量構造が可能となることから、橋梁、車両、航空機、船舶、プラント等の構造部材といった各種分野で広く使用されている。
【０００３】
しかしながら、前記繊維強化プラスチックはマトリックス樹脂が高温で軟化する。このため、構造物が加熱された際に、繊維強度に依存して挙動が予測しやすい引張荷重下とは異なり、圧縮荷重下においては樹脂の強度に依存する部分が多く挙動が予想し難い。
【０００４】
かかる背景を鑑みて、金属部材構造と比べると、FRP部材構造の設計では、火災時のような高温環境における破壊挙動の把握が重要視されている。該構造に用いる部材の載荷加熱挙動を取得する必要性が高まっているが、このような挙動を観測する試験方法の国内基準はない。
【０００５】
尚、建築構造部材の耐火試験装置の一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２９７７９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示されているような試験装置は、建築構造部材を対象としているため、装置の大型化が避けられず、しかも、建築構造部材のように規格寸法が定まっているものへの試験には適している反面、構造部材の試験体の寸法が小さいような場合には、対応が困難となり、装置全体を試験体の大きさに合わせて変更せざるを得なくなるという欠点を有していた。
【０００８】
本発明は、斯かる実情に鑑み、装置全体ではなく部分的な変更のみにより各種大きさの試験体の火災時破壊挙動を適切に観測し得る構造部材の載荷加熱試験装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、開口が設けられた加熱室を有する加熱装置と、
前記開口を覆うと共に前記加熱装置で発生する熱を通過させる熱通過窓が設けられた耐火マスクと、
前記熱通過窓の外側周囲に設けられ、構造部材の試験体に圧縮荷重を付与する載荷装置と、を備え、
前記試験体は、前記熱通過窓を塞ぐように前記載荷装置にセットされることを特徴とする構造部材の載荷加熱試験装置にかかるものである。
【００１０】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１１】
構造部材の試験体を載荷装置にセットし、前記試験体に圧縮荷重を付与しつつ、加熱装置で熱を発生させると、該加熱装置で発生する熱が耐火マスクの熱通過窓から前記構造部材の試験体へ伝わって該試験体が加熱され、これにより、構造部材の載荷加熱挙動を取得し、火災時破壊挙動を観測することが可能となる。
【００１２】
本発明では、前記加熱装置に対して、耐火マスクと載荷装置とを別体としているため、特許文献１に開示されているような建築構造部材を対象とした試験装置とは異なり、装置を大型化しなくて済み、しかも、構造部材の試験体の寸法が各種変更された場合には、耐火マスクの熱通過窓の大きさを変えると共に、載荷装置の調整を行うだけで対応が可能となり、加熱装置を含む装置全体を試験体の大きさに合わせて変更しなくて済む。
【００１３】
前記構造部材の載荷加熱試験装置においては、前記耐火マスクを、
前記加熱装置の開口を覆い且つ中央部に前記熱通過窓が穿設された耐火パネルと、
該耐火パネルの外周縁部に固定される外枠と、
該外枠に掛け渡すように且つ前記熱通過窓を両側から挟むように前記耐火パネルの外面に固定される中間枠と
から構成すると共に、
前記載荷装置を、
前記中間枠に対し前記熱通過窓の外周を取り囲むように取り付けられ且つ前記試験体をセット可能な載荷架台と、
該載荷架台に取り付けられ且つ前記試験体に圧縮荷重を付与する加圧ジャッキと、
前記載荷架台に対し前記熱通過窓の外周縁部と試験体との間に介在されるよう取り付けられ且つ前記載荷架台への熱の伝わりを遮断する遮熱部材と
から構成することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構造部材の載荷加熱試験装置によれば、装置全体ではなく部分的な変更のみにより各種大きさの試験体の火災時破壊挙動を適切に観測し得るという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の構造部材の載荷加熱試験装置の実施例を示す斜視図である。
【図２】本発明の構造部材の載荷加熱試験装置の実施例を示す正面図である。
【図３】本発明の構造部材の載荷加熱試験装置の実施例を示す側面図である。
【図４】本発明の構造部材の載荷加熱試験装置の実施例を示す平断面図であって、図２のＩＶ−ＩＶ断面相当図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
【００１７】
図１及び図２〜図４は本発明の構造部材の載荷加熱試験装置の実施例であって、該載荷加熱試験装置は、加熱装置１と、耐火マスク３と、載荷装置５とを備えてなる構成を有している。前記加熱装置１は、ガス等の燃料を燃焼させ熱を発生する加熱炉等のように開口１ａが設けられた加熱室を有するものである。前記耐火マスク３は、前記加熱装置１の開口１ａを覆うように取り付けられ、前記加熱装置１で発生する熱を通過させる熱通過窓２が設けられている。前記載荷装置５は、前記耐火マスク３に対し前記熱通過窓２の外周を取り囲むように別体に配置される。そして、構造部材の試験体４が前記熱通過窓２を塞ぐようにセットされ、該セットされる構造部材の試験体４に前記載荷装置５で圧縮荷重を付与するようにしてある。
【００１８】
本実施例の場合、前記耐火マスク３は、前記加熱装置１の開口１ａを覆い且つ中央部に前記熱通過窓２が穿設された耐火パネル６と、該耐火パネル６の外周縁部にボルト７にて固定されるＣ形鋼で組まれた外枠８と、該外枠８に掛け渡すように且つ前記熱通過窓２を両側から挟むように前記耐火パネル６の外面にボルト９にて固定されるＣ形鋼からなる中間枠１０とから構成してある。尚、前記耐火パネル６は、図３及び図４に示す如く、ＡＬＣパネル６ａ（ALC：Autoclaved Lightweight aerated Concrete（オートクレーブ養生した軽量気泡コンクリート））に、シリカアルミナ系の耐熱繊維に無機及び微量の有機バインダーを加えて板状に成形したセラミックボード６ｂと、シリカアルミナ系の耐熱繊維を連続的に積層しブランケット状に成形したセラミックス繊維製断熱材６ｃとを貼り付けることにより構成してある。
【００１９】
又、前記載荷装置５は、前記中間枠１０に対し前記熱通過窓２の外周を取り囲むように保持板１１にて取り付けられ且つ前記試験体４をセット可能なＨ形鋼で組まれた載荷架台５ａと、該載荷架台５ａに取り付けられ且つ前記試験体４に台座５ｂを介して圧縮荷重を付与する加圧ジャッキ５ｃと、前記載荷架台５ａに対し前記熱通過窓２の外周縁部と試験体４との間に介在されるよう取り付けられ且つ前記載荷架台５ａへの熱の伝わりを遮断する遮熱部材５ｄとから構成してある。尚、前記遮熱部材５ｄは、ＡＬＣパネルで形成してある。
【００２０】
本発明で載荷加熱挙動を観測できる前記構造部材の試験体４の一例としては、コア材と呼ばれる密度の低い材料を、剛性及び強度の高いスキン（又はフェイスと呼ばれる）で挟み、軽量高剛性なサンドイッチ構造としたものが挙げられる。因みに、前記コア材には、機能性を考慮した上で、バルサ、アルミハニカム、アラミドハニカム、フォーム材（PVC、PET、PEI等）のような材料が一般的に用いられ、又、前記スキンには、炭素繊維強化プラスチック、ガラス繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック等の複合材料が用いられ、これらの繊維強化プラスチックのマトリックス樹脂としては、ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ等が挙げられる。尚、前記構造部材の試験体４としては、前述の如きサンドイッチ構造のものに限らず、木材、コンクリート、鉄鋼、アルミニウム、プラスチック等を選定することも可能である。
【００２１】
次に、上記実施例の作用を説明する。
【００２２】
構造部材の試験体４を載荷装置５の載荷架台５ａにセットし、加圧ジャッキ５ｃにより前記試験体４に台座５ｂを介して圧縮荷重を付与しつつ、加熱炉等の加熱装置１内でガス等の燃料を燃焼させ熱を発生させると、該加熱装置１で発生する熱が耐火マスク３の熱通過窓２から前記構造部材の試験体４へ伝わって該試験体４が加熱され、これにより、構造部材の載荷加熱挙動を取得し、火災時破壊挙動を観測することが可能となる。
【００２３】
本実施例では、前記加熱装置１に対して、耐火マスク３と載荷装置５とを別体としているため、特許文献１に開示されているような建築構造部材を対象とした試験装置とは異なり、装置を大型化しなくて済み、しかも、構造部材の試験体４の寸法が各種変更された場合には、耐火マスク３の熱通過窓２の大きさを変えると共に、載荷装置５の調整を行うだけで対応が可能となり、加熱装置１を含む装置全体を試験体４の大きさに合わせて変更しなくて済む。
【００２４】
ここで、仮に、前記載荷装置５の載荷架台５ａが加熱装置１の熱によって加熱された場合、その温度上昇に伴う剛性の低下を補うべく、Ｈ形鋼で組まれる載荷架台５ａを大きくしてその剛性を高めなければならなくなるが、前記載荷架台５ａには前記熱通過窓２の外周縁部と試験体４との間に介在されるよう遮熱部材５ｄを取り付けているため、載荷装置５の載荷架台５ａへの熱の伝わりが遮断され、その温度上昇に伴って剛性が低下することが避けられ、Ｈ形鋼で組まれる載荷架台５ａを大きくしなくて済み、この点も装置全体をコンパクト化する上で有効となる。
【００２５】
又、前記載荷架台５ａに対し前記熱通過窓２の外周縁部と試験体４との間に介在されるよう遮熱部材５ｄを取り付けたことにより、試験体４の全面が加熱されず、試験体４の加熱面積が試験体４の面積よりも小さくなるが、このように試験体４の全面ではなく部分的に加熱が行われることに伴う試験結果へのサイズ効果を小さくするために、加熱面積ひいては試験体４の面積は大きい方が望ましい。
【００２６】
しかし、試験体４の圧縮荷重が付与される方向の長さを長くすると、該圧縮荷重載荷によって試験体４が座屈変形する可能性があり、試験体４の長さは座屈変形が生じない範囲に収める必要があると考えられる。
【００２７】
一方、前記試験体４の幅（圧縮荷重が付与される方向と直角な方向の寸法）は、試験体４の熱伝導率により決定することが望ましい。例えば、前記試験体４の面内熱伝導率が小さい場合は、試験体４の面積を大きくし且つ熱通過窓２の面積（暴露面積）を大きくして暴露面積／遮熱部材面積の比率を大きくし、遮熱部材５ｄによるサイズ効果を小さくすることが有効となる。
【００２８】
逆に、前記試験体４の面内熱伝導率が大きい場合には、遮熱部材５ｄによるサイズ効果は小さいため、試験体４の面積を小さくし且つ熱通過窓２の面積を小さくして暴露面積/遮熱部材面積の比率を小さくすることも可能となる。
【００２９】
因みに、繊維強化プラスチックの繊維による熱伝導率の差は、
アラミド繊維≪ガラス繊維＜PAN系炭素繊維＜ピッチ系炭素繊維
となる。
【００３０】
こうして、装置全体ではなく部分的な変更のみにより各種大きさの試験体４の火災時破壊挙動を適切に観測し得る。
【００３１】
尚、本発明の構造部材の載荷加熱試験装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００３２】
１    加熱装置
１ａ  開口
２    熱通過窓
３    耐火マスク
４    試験体
５    載荷装置
５ａ  載荷架台
５ｃ  加圧ジャッキ
５ｄ  遮熱部材
６    耐火パネル
６ａ  ＡＬＣパネル
６ｂ  セラミックボード
６ｃ  セラミックス繊維製断熱材
【図１】
2012083244.tif 000003
【図２】
2012083244.tif 000004
【図３】
2012083244.tif 000005
【図４】
2012083244.tif 000006