特許 6842721 ３軸動的試験機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6842721

(24)【登録日】2021年2月25日

(45)【発行日】2021年3月17日

(54)【発明の名称】３軸動的試験機

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/34 20060101AFI20210308BHJP

【ＦＩ】

   G01N3/34 Z

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-539196(P2018-539196)

(86)(22)【出願日】2017年9月15日

(86)【国際出願番号】JP2017033532

(87)【国際公開番号】WO2018052132

(87)【国際公開日】20180322

【審査請求日】2020年7月3日

(31)【優先権主張番号】特願2016-180803(P2016-180803)

(32)【優先日】2016年9月15日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100082418

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 朔生

(74)【代理人】

【識別番号】100167601

【弁理士】

【氏名又は名称】大島 信之

(74)【代理人】

【識別番号】100201329

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 真二郎

(72)【発明者】

【氏名】笠井 和彦

(72)【発明者】

【氏名】松田 和浩

【審査官】 伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−０１０９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３３３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０５９９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０７３５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５３６５７９３（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ３／００ − ３／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

反力床に固定する下反力梁と、
前記下反力梁上に水平移動可能に配置するとともに、中央に試験体を固定する可動テーブルと、
前記可動テーブルを上部から押える押え格子と、
一端を反力壁または前記反力床に固定し、他端を前記押え格子に固定する押え格子リンクと、
前記試験体の上端を固定する上反力梁と、
一端を前記反力壁に固定し、他端を前記上反力梁に固定する上反力梁リンクと、
前記下反力梁と前記押え格子を貫通し、前記上反力梁に固定する貫通ロッドと、を有し、
前記貫通ロッドは、前記押え格子の上面より上部に取り付ける上ブロックと、前記下反力梁の下面より下部に取り付ける下ブロックと、前記押え格子と前記上ブロックとの間に固定する上ラムシリンダーと、前記下反力梁と前記下ブロックとの間に固定する下ラムシリンダーと、を有し、
前記可動テーブルに、一端を前記反力壁に取り付けた水平アクチュエータを、第一の方向および第一の方向と直交する方向に取り付けることを特徴とする、３軸動的試験機。

【請求項2】

請求項１に記載の３軸動的試験機において、
前記試験体と、前記上反力梁との間に柱治具を配置し、
前記試験体を、前記柱治具を介して前記上反力梁に固定することを特徴とする、３軸動的試験機。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の３軸動的試験機において、
前記貫通ロッドは前記上反力梁に設けた挿通孔に挿通し、前記挿通孔の上出口と下出口にそれぞれ設ける固定材によって固定し、
前記固定材と前記上反力梁との間には球面座金を配置することを特徴とする、３軸動的試験機。

【請求項4】

請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の３軸動的試験機において、
前記可動テーブルと前記押え格子との間、および前記可動テーブルと前記下反力梁との間に、複数の低摩擦材を配置することを特徴とする、３軸動的試験機。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の３軸動的試験機において、
前記可動テーブルを水平方向に移動可能な水平加力機構を有し、
前記水平加力機構は、
前記可動テーブルに取り付ける水平ロッドと、
前記反力壁に取り付ける水平ラムシリンダーと、
前記水平ロッドと前記水平ラムシリンダーとの間に設ける緩衝器と、を有することを特徴とする、３軸動的試験機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、大型構造部材の実大動的実験を行うための３軸動的試験機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

超高層建築などの巨大な建設物の下層の構造部材は、建設物の自重や地震による水平・鉛直力をうけ、それらが破壊されると建設物が崩壊する恐れがある。
建設物の巨大化とともに、これらの構造部材は大型、高強度になっており、鉛直方向に最大６０００トン程の圧縮力や、５０００トン程の引張力を想定したものが通常となり、あわせて地震時の水平２方向の力も考慮して採用されている。
しかし、その信頼性を実証するための実大動的実験が可能な３軸動的試験機は世界にも存在しておらず、現在で最も大規模な試験機を有する米国で実験を行うケースが増えている。
特に近年は高減衰ゴム免震支承のデータ捏造事件もあり、既往試験機では不可能な実大実験を日本で行うことができる大容量の試験機に対する要望が高まっている。

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

米国カリフォルニア大学サンディエゴ校の３軸試験機を図１３に示す。
この３軸試験機は、鉛直方向については下方から圧縮力を加えるものである。
このため、次のような問題点がある。
（１）免震支承など、背の低い試験体のみ試験可能である。
（２）鉛直力は圧縮のみであるため、引張試験を行うことができない。
（３）鉛直力はベアリングを介して試験台に加えるが、ベアリングの摩擦力は計測できておらず、実験終了後に試験体なしで加振を行い、それに基づきデータ処理を行う。このため、最終的な実験結果を直接的に得ることはできない。
（４）試験体の水平力の評価誤差が、（３）からは結局不明であり、それを小さくするため、極めて低摩擦と考えられる高価な油膜ベアリングを用いており、その維持費用もかかる。

【0004】

本発明は、上述の従来の３軸試験機の問題を解決し、２方向の水平力の載荷と同時に鉛直方向には、世界の既往最大容量を上回る圧縮力の載荷、および世界初の大容量の引張力の載荷ができ、かつ試験体に対する水平力を直接計測できるという特長ももつ、３軸動的試験機の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記のような課題を解決するために、本願の第１の発明は、反力床に固定する下反力梁と、前記下反力梁上に水平移動可能に配置するとともに、中央に試験体を固定する可動テーブルと、前記可動テーブルを上部から押える押え格子と、一端を反力壁または前記反力床に固定し、他端を前記押え格子に固定する押え格子リンクと、前記試験体の上端を固定する上反力梁と、一端を前記反力壁に固定し、他端を前記上反力梁に固定する上反力梁リンクと、前記下反力梁と前記押え格子を貫通し、前記上反力梁に固定する貫通ロッドと、を有し、前記貫通ロッドは、前記押え格子の上面より上部に取り付ける上ブロックと、前記下反力梁の下面より下部に取り付ける下ブロックと、前記押え格子と前記上ブロックとの間に固定する上ラムシリンダーと、前記下反力梁と前記下ブロックとの間に固定する下ラムシリンダーと、を有し、前記可動テーブルに、一端を前記反力壁に取り付けた水平アクチュエータを、第一の方向および第一の方向と直交する方向に取り付けることを特徴とする、３軸動的試験機を提供する。
本願の第２発明は、第１発明の３軸動的試験機において、前記試験体と、前記上反力梁との間に柱治具を配置し、前記試験体を、前記柱治具を介して前記上反力梁に固定することを特徴とする、３軸動的試験機を提供する。
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の３軸動的試験機において、前記貫通ロッドは前記上反力梁に設けた挿通孔に挿通し、前記挿通孔の上出口と下出口にそれぞれ設ける固定材によって固定し、前記固定材と前記上反力梁との間には球面座金を配置することを特徴とする、３軸動的試験機を提供する。
本願の第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかの３軸動的試験機において、前記可動テーブルと前記押え格子との間、および前記可動テーブルと前記下反力梁との間に、複数の低摩擦材を配置することを特徴とする、３軸動的試験機を提供する。
本願の第５発明は、第１発明乃至第４発明のいずれかの３軸動的試験機において、前記可動テーブルを水平方向に移動可能な水平加力機構を有し、前記水平加力機構は、前記可動テーブルに取り付ける水平ロッドと、前記反力壁に取り付ける水平ラムシリンダーと、前記水平ロッドと前記水平ラムシリンダーとの間に設ける緩衝器と、を有することを特徴とする、３軸動的試験機を提供する。

【発明の効果】

【0006】

本発明の３軸動的試験機は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果のうちの少なくとも一つを得ることができる。
（１）可動テーブルを貫通ロッドを介して下反力梁と押え格子とにより挟み込むことにより、可動テーブルが下反力梁から離間して、試験が不安定になることがない。
（２）試験体に対して、圧縮方向のラムシリンダーと、引張方向のラムシリンダーとを別々に用意し、それぞれを同時に用いて試験体への力と（１）の挟み込む力の両方を生じさせることにより、低コストで大容量の３軸動的試験機とすることができる。
（３）柱治具を短くする、または着脱できる構成にすることにより、より背の高い柱や壁などの構造材の実大実験を行うことができ、また、ダンパーなどの横に長い試験体は、可動テーブル上部と反力壁に両端を固定しても実験できる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】３軸動的試験機の斜視図

【図2】３軸動的試験機の側面図

【図3】可動テーブルの中央部の平面図

【図4】可動テーブルの中央部の断面図

【図5】背の高い試験体を試験する場合の３軸動的試験機の側面図

【図6】可動テーブルへの水平加力機構の取り付け状態の説明図

【図7】３軸動的試験機による圧縮試験の説明図

【図8】３軸動的試験機による引張試験の説明図

【図9】３軸動的試験機による圧縮とせん断を合わせた試験の説明図

【図10】３軸動的試験機による引張とせん断を合わせた試験の説明図

【図11】３軸動的試験機による水平方向大変形破壊試験の説明図（１）

【図12】３軸動的試験機による水平方向大変形破壊試験の説明図（２）

【図13】米国カリフォルニア大学サンディエゴ校の３軸試験機の説明図

【発明を実施するための最良の形態】

【0008】

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】

［１］３軸動的試験機の構成
３軸動的試験機は、下反力梁１、その上に水平移動可能に配置する可動テーブル２、可動テーブル２を上部から押える押え格子３、可動テーブル２上に配置した試験体Ｐを押える柱治具４、柱治具４上端を固定する上反力梁５および、下反力梁１から押え格子３および上反力梁５を貫通する貫通ロッド６を組み合わせてなる（図１）。
可動テーブル２には、一端を反力壁Ｗに取り付けた水平アクチュエータ７を２軸方向に取り付ける。
貫通ロッド６には、下反力梁１の下面に下ラムシリンダー８１、押え格子３の上面に上ラムシリンダー８２をそれぞれ取り付ける。
また、可動テーブル２には、一端を反力壁Ｗに取り付けた水平加力機構９を単軸方向に取り付ける。

【0010】

＜１＞下反力梁
下反力梁１は内部をリブで補強した角型断面をもつ梁の集合であり、反力床Ｆに固定する（図２）。
下反力梁１の４隅には、貫通ロッド６を貫通するロッド挿通溝１２を設ける。

【0011】

＜２＞可動テーブル
可動テーブル２は、下低摩擦材１１を介して下反力梁１上に載置する。
下低摩擦材１１は、中央に配置する中央下低摩擦材１１ａと、外周に配置する外下低摩擦材１１ｂからなる。
中央に配置する中央下低摩擦材１１ａは、可動テーブル２の下面から突設するテーブル足２１の下端に取り付ける。外周に配置する外下低摩擦材１１ｂは、下反力梁１の上面から突設するテーブル受け台１３の上端に取り付ける。
可動テーブル２は、水平アクチュエータ７により２軸方向に水平移動する。
例えば水平アクチュエータ７は、１基あたり動的載荷時荷重４５０トン、変位±１ｍ、静的載荷時荷重６００トン、変位±１．４ｍであり、水平方向のうちの第一の方向（Ｘ方向）に２基、それと直交する第二の方向（Ｙ方向）に１基取り付ける。
可動テーブル２はＸ方向、Ｙ方向それぞれに独立して最大で±１．４ｍ移動するため、下反力梁１のロッド挿通溝１２は、貫通ロッド６が可動テーブル２と接触しない位置に設け、また、可動テーブル２の４隅を欠く等、移動しても貫通ロッド６に接触しない形状とする。
可動テーブル２の中央には、可動テーブル２に作用する力を広く分散するための支圧板２２を上面および下面に配置する。可動テーブル２と支圧板２２にはそれぞれ対応する孔２３、２２１を複数形成してあり、孔２３、２２１を貫通するボルト２２２にナット２２３を螺合して一体とする（図３、４）。
そして、可動テーブル２上面の支圧板２２上に試験体Ｐを固定する。試験体Ｐの種類によっては、台座２４を介して支圧板２２上に固定してもよい。
試験体Ｐや台座２４にも可動テーブル２の孔２３と支圧板２２の孔２２１に対応する孔を設ければ、ボルト２２２およびナット２２３で可動テーブル２に固定することができる。

【0012】

＜３＞押え格子
押え格子３は、下面に上低摩擦材３１を取り付けて、可動テーブル２上に載置する。
押え格子３は、平面視正方形状であり、中央に試験体Ｐの移動範囲に合わせて切り欠き３２を設ける。
押え格子３は、一端を反力壁Ｗまたは反力床Ｆに取り付けた押え格子リンク３３をＸ方向とＹ方向に取り付けて拘束する。押え格子リンク３３にはロードセルを取り付ける。
押え格子３の４隅付近には、下反力梁１のロッド挿通溝１２に対応する位置に、ロッド挿通孔３４を設ける。

【0013】

＜４＞柱治具
柱治具４は下端を可動テーブル２上面の支圧板２２上に固定した試験体Ｐを取り付けて、上方から押える部材である。
柱治具４の上端は上反力梁５に固定する。
柱治具４は上反力梁５から取り外すこともできる。
たとえば柱や壁などの背の高い構造材を試験体Ｐとして実大実験を行う際には、柱治具４を取り外して、試験体Ｐの上端を上反力梁５に固定し（図５）、あるいは横に長い試験体は可動テーブル２の上部と反力壁Ｗとに両端を固定して実験を行うこともできる。

【0014】

＜５＞上反力梁
上反力梁５は、内部をリブで補強した角型断面をもつ梁の集合である。
上反力梁５は、一端を反力壁Ｗに取り付けた上反力梁リンク５１をＸ方向とＹ方向に取り付けて、水平方向の移動を拘束する。上反力梁リンク５１にはロードセルを取り付ける。
上反力梁５の４隅付近には、下反力梁１のロッド挿通溝１２の貫通ロッド６の配置位置に対応するロッド挿通孔５２を設ける。
上反力梁５の中央には、可動テーブル２と同様に支圧板５３を上面および下面に、可動テーブル２の支圧板２２と同様の方法で取り付ける。試験体Ｐや柱治具４は、下面の支圧板５３を介して上反力梁５に固定する。

【0015】

＜６＞貫通ロッド
貫通ロッド６は下反力梁１のロッド挿通溝１２、押え格子３のロッド挿通孔３４および上反力梁５のロッド挿通孔５２を挿通する。
上反力梁５に挿通した貫通ロッド６は、上下に固定材６１を取り付けて固定する。
固定材６１はシュリンクディスクが好適であるが、貫通ロッド６をねじ状としてナットを用いてもよい。
貫通ロッド６にはロードセルを取り付ける。

【0016】

＜６．１＞球面座金
上反力梁５に挿通した貫通ロッド６のロッド挿通孔５２の下側と上側には、球面座金６１１を固定材６１との間に挟みこむ。
上反力梁５と球面座金６１１の間の力の伝達は全て接触圧力となり、簡素な形状で高い剛性の接合部を形成することができる。
また、球面座金６１１により、貫通ロッド６の曲げとせん断による水平力の発生を防ぎ、これにより貫通ロッド６から上反力梁５に伝達する水平力は無視できるものとなる。

【0017】

＜６．２＞下ラムシリンダー
下反力梁１の下面から突出する貫通ロッド６には下ブロック６２を挿通し、固定材６１によって支持する。
そして、下反力梁１と下ブロック６２との間に、下ラムシリンダー８１を配置する。
例えば下ラムシリンダー８１は単動で１基あたり荷重１５００トン、変位±０．６ｍであり、各貫通ロッド６に対して２基ずつ取り付け、２基の力を等しく設定する。

【0018】

＜６．３＞上ラムシリンダー
押え格子３の上面から突出する貫通ロッド６には上ブロック６３を挿通し、固定材６１によって上方への移動を拘束する。
そして、押え格子３と上ブロック６３との間に、上ラムシリンダー８２を配置する。
下ブロック６２と上ブロック６３により、可動テーブル２が下反力梁１と押え格子３とで上下を挟み込んで締め付けられ、可動テーブル２が下低摩擦材１１から離間して可動テーブル２が不安定となることがない。
例えば上ラムシリンダー８２は単動で１基あたり荷重７５０トン、変位±０．６ｍであり、各貫通ロッド６に対して２基ずつ取り付け、２基の力を等しく設定する。

【0019】

＜７＞水平加力機構
可動テーブル２には、水平アクチュエータ７の他に、一端を反力壁Ｗに取り付けた水平加力機構９を、水平方向のうちのＸ方向に取り付ける（図６）。
水平加力機構９は、可動テーブル２に取り付ける水平ロッド９１と、一端を反力壁Ｗに取り付ける水平ラムシリンダー９２と、水平ロッド９１と水平ラムシリンダー９２との間に配置する緩衝器９３と、からなる。
水平ラムシリンダー９２は、１基あたり荷重１０００トンであり、Ｘ方向の最大載荷力は静的載荷時には水平アクチュエータ７（２基）で１２００トン、水平ラムシリンダー９２（２基）で２０００トン、合計３２００トンとなる。
水平加力機構９は、可動テーブル２の左右に対称に２基取り付ける。

【0020】

［２］３軸動的試験機による試験
＜１＞せん断試験
試験体Ｐは上部を柱治具４に固定し、下部を可動テーブル２上面の支圧板２２上に固定する。
試験体Ｐの背が高い場合には、柱治具４を取り外して試験体Ｐの下部を可動テーブル上面の支圧板２２に固定し、上部を上反力梁５下面の支圧板５３に固定する。
そして、水平アクチュエータ７を起動して、動的載荷を付与する。上述の水平アクチュエータ７の組み合わせでは、例えばＸ方向に９００トン、Ｙ方向に４５０トンの動的載荷を付与することができる。
Ｘ方向、Ｙ方向それぞれの水平アクチュエータ７により可動テーブル２を水平移動し、試験体Ｐをせん断変形させる。
そして、上反力梁リンク５１のロードセルにより試験体Ｐに作用するＸ方向、Ｙ方向のせん断力を計測することができる。上反力梁リンク５１は上反力梁５に連結されているため、計測されるせん断力には、可動テーブル２等の慣性力や上低摩擦材３１と下低摩擦材１１の摩擦力が含まれていないため、試験体Ｐに作用する力を明確に把握することができる。
また、上低摩擦材３１の摩擦力は押え格子リンク３３のロードセルにより計測することができる。下低摩擦材１１の摩擦力は、水平アクチュエータ７、押え格子リンク３３、および上反力梁リンク５１に設置したロードセルにより計測された水平力と、可動テーブル２等の慣性力を用いた釣り合い式から求められる。可動テーブル２等の慣性力を求めるために、可動テーブル２等には加速度計を設置する。
なお、ダンパーなどの横長の試験体Ｐでは、可動テーブル２の上部に治具を介して試験体Ｐの一方の端部を繋ぎ、他方の端部は反力壁Ｗに固定する。このときの試験体Ｐに作用する力は、試験体Ｐに直列に繋いだロードセルから求める。

【0021】

＜２＞引張・圧縮試験
下反力梁１下部の下ラムシリンダー８１を伸長すると、下ラムシリンダー８１により下ブロック６２および貫通ロッド６が下方に押し下げられて貫通ロッド６を引張し、そして貫通ロッド６、上反力梁５、柱治具４を介して、試験体Ｐに圧縮力が作用する（図７）。
また、押え格子３上部の上ラムシリンダー８２を伸長すると、上ラムシリンダー８２により上ブロック６３および貫通ロッド６が上方に押し上げられて貫通ロッド６を圧縮し、貫通ロッド６、上反力梁５、柱治具４を介して、試験体Ｐに引張力が作用する（図８）。
試験体Ｐに作用する圧縮力・引張力は、貫通ロッド６のロードセルにより計測する。また、ラムシリンダー内部の圧力計によっても計測可能である。
下ラムシリンダー８１と上ラムシリンダー８２の作用を重ね合わせることにより、上ブロック６３から上反力梁５までの貫通ロッド６上部区間には、様々な大きさの圧縮力または引張力を作用させることができ、その反力が試験体Ｐへの鉛直力として作用し、試験体Ｐの引張・圧縮試験を行うことができる。
このとき、下ブロック６２から上ブロック６３までの間の貫通ロッド６下部区間に作用する引張力により、押え格子３と可動テーブル２を共に下反力梁１に押し付けることで、試験体Ｐへの水平力から生じる転倒モーメントによる可動テーブル２の接触面における離間や浮き上がりによるロッキング回転を防ぐことができる。

【0022】

＜３＞ラムシリンダーによる試験
このように、柱治具４を介して試験体Ｐを取り付けた上反力梁５に固定した貫通ロッド６を上下動させるための機能を、下方向は下ラムシリンダー８１、上方向は上ラムシリンダー８２に分散することにより、貫通ロッド６を単体で上下動させる押し引き両用のアクチュエータより油圧機構の単純な単動ラムシリンダーを用いることができ、安価で、高出力の加力装置が製造可能となる。
特に、押し引き両用のアクチュエータは長く太い形状で、その両端の接合部も複雑で大きくなるため収まり難く、かつ１５００トンの容量のものは実績がないか、非常に高価かのどちらかで、非現実的である。さらに、押し引き両用のアクチュエータの両端の接合部の剛性は引張りで低めになり、単動ラムシリンダーが常に接触圧力で力を伝達し、簡素な形状で高い剛性の接合部を形成しているのとは対照的である。
また、上下のラムシリンダー８１、８２のみで、試験体Ｐの圧縮・引張と同時に、押え格子３、可動テーブル２、下反力梁１を押さえつけて一体にできるため、押し引き両用のアクチュエータの場合のように別の機構を必要とすることなく、大容量で安価な３軸動的試験機とすることができる。
ラムシリンダーに回転の自由度があるため、その接地面の傾きにも貫通ロッド６を曲げずに追従できるため球面座金を必要としないが、それが不可能な製品の場合は、下ブロック６２や上ブロック６３と固定材６１との間に球面座金を配置するものとする。
また、大容量の３軸動的試験機とすることにより、大型構造部材の実大動的実験が可能となる。

【0023】

＜４＞鉛直方向と水平方向の組み合わせ
図９は、圧縮力Nとせん断力Qを試験体Ｐに載荷する場合のラムシリンダーの制御例２つを示す。
例１では、８基の下ラムシリンダー８１の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をN+N_Cとし、同時に８基の上ラムシリンダー８２の圧縮力をそれぞれN_C/8とする。Nは一定か可変の圧縮力であり、N_Cは、８基による一定の挟み込み力である。このとき、水平アクチュエータ７により、せん断力Qと転倒モーメント、ひいては貫通ロッド６上部区間の左側と右側に圧縮、引張の力が生じ、下ラムシリンダー８１の４基分の荷重値が、左側と右側それぞれで(N+N_C)/2 - N_Qと(N+N_C)/2 + N_Qになる。N_QはQによる軸力変動量である。以上では、下ラムシリンダー８１が、貫通ロッド６、上ブロック６３、上反力梁５を試験体Ｐの伸び縮みに追従して上下動させ、一方で上ラムシリンダー８２は、それぞれN_C/8の力を作用するのみで、変位は拘束されないため、この動きに追従する。ラムシリンダーの接触面からの離間の可能性が最も大きいのは図９の左の下ラムシリンダー８１であり、これを防ぐためN_Cを2N_Q - Nより大きく設定する。N_Qは、予め予想したQの最大値から評価できる。
図９の例２は、上記と対比して８基の下ラムシリンダー８１の圧縮力をそれぞれ(N+N_C)/8とするが変位を拘束せず、８基の上ラムシリンダー８２の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をN_Cとするものである。この場合、上ラムシリンダー８２の４基分の荷重値が、左側と右側それぞれでN_C/2 + N_QとN_C/2 - N_Q になる。離間の可能性が最も大きいのは図９の右の上ラムシリンダー８２であり、これを防ぐためN_Cを2N_Qより大きく設定する。また、図９の右の下ラムシリンダー８１に示すように、例２ではN_Qの負担分が要らないため、下ラムシリンダー８１の容量を最大限に利用したい場合に有効であるが、上ラムシリンダー８２が押え格子３、可動テーブル２、下反力梁１の上にあることから、変位制御の精度に注意する必要がある。

【0024】

図１０は、図９のNを引張力とした場合である。例１では、８基の上ラムシリンダー８２の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をN+N_Cとし、同時に８基の下ラムシリンダー８１の圧縮力をそれぞれN_C/8とする。図９と同様な理由で、上ラムシリンダー８２の４基分の荷重値が、左側と右側それぞれで(N+N_C)/2 + N_Qと(N - N_C)/2 - N_Qになる。以上では、上ラムシリンダー８２が、貫通ロッド６、上ブロック６３、上反力梁５を試験体の伸び縮みに追従して上下動させ、一方で下ラムシリンダー８１は、それぞれN_C/8の力を作用しながら、この動きに追従する。離間の可能性が最も大きい図１０の右の上ラムシリンダー８２を考慮し、N_Cを2N_Q - Nより大きく設定する。
図１０の例２は、上記と対比して８基の上ラムシリンダー８２の圧縮力をそれぞれ(N+N_C)/8とするが変位を拘束せず、８基の下ラムシリンダー８１の伸びを均一に保ちながら、圧縮力の総和の目標値をN_Cとするものである。この場合、下ラムシリンダー８１の４基分の荷重値が、左側と右側それぞれでN_C/2 - N_QとN_C/2 + N_Q になる。離間の可能性が最も大きい図１０の左の下ラムシリンダー８１を考慮し、N_Cを2N_Qより大きく設定する。

【0025】

以上は、上反力梁５を水平に保ちながら上下動させる制御を述べたが、各ラムシリンダーの伸びの調整により、上反力梁５に回転を付与する制御も可能である。また、このように、荷重制御されるラムシリンダーが変位を拘束されない点、複数のラムシリンダーの相対的な変位量と荷重総和の同時制御が可能な点を組合せ、様々な載荷が可能である。

【0026】

＜５＞押え格子リンクおよび上反力梁リンク
剛性の高い押え格子リンク３３と上反力梁リンク５１によって、押え格子３と上反力梁５の水平移動を防ぐため、貫通ロッド６の傾きが小さく、貫通ロッド６の軸方向力の水平成分の、水平アクチュエータ７から試験体Ｐにかかる水平力に及ぼす影響は無視でき、水平力の載荷および計測の精度を高くすることができる。

【0027】

＜６＞低摩擦材
可動テーブル２の上下にはそれぞれ上摩擦材３１、下低摩擦材１１を配置して摩擦力を小さく保ち、押え格子リンク３３により押え格子３の水平方向の変形や移動を拘束することで、貫通ロッド６に伝達する水平力は無視できるものとなり、水平アクチュエータ７、押え格子リンク３３、および上反力梁リンク５１それぞれに取り付けたロードセルにより計測された水平力と、可動テーブル２等の加速度から算出された慣性力とを用いた釣り合い式により、可動テーブル２の水平滑動時の上面と下面それぞれに生じる摩擦力が精度良く算定できるため、それらを上下摩擦材１１、３１の維持管理面での判断や、摩擦力による周辺部材への影響の評価に用いることができ、高価な油膜ベアリングなどを使用する必要がない。

【0028】

＜７＞水平方向大変形破壊試験
本発明の３軸動的試験機は水平加力機構９を有しており、水平方向の大変形破壊試験を行うことができる。
水平方向大変形破壊試験は、可動テーブル２を水平加力機構９によりＸ方向に押すことにより試験体Ｐを破壊するものである。試験体Ｐを破壊するために必要な変形量が大きい場合には、可動テーブル２を予めＸ方向の水平加力機構９側に寄せた状態で試験体Ｐを配置する（図１１）。
そして、水平アクチュエータ７とともに水平ラムシリンダー９２を伸長して可動テーブル２をＸ方向に水平移動し（図１２）、試験体Ｐをせん断変形させて破壊する。柱治具４には大きな力が作用するため、斜材等を追加して補強してもよい。
この間に試験体Ｐに作用するせん断力は、上述のせん断試験と同様に、上反力梁リンク５１のロードセルにより計測する。
水平ロッド９１と水平ラムシリンダー９２との間には緩衝器９３を設け、試験体Ｐ破壊時に、試験体Ｐに作用していた水平ラムシリンダー９２の力が可動テーブル２に作用して、可動テーブル２が吹き飛んでしまうことを防ぐ。

【符号の説明】

【0029】

１ 下反力梁
１１ 下低摩擦材
１２ ロッド挿通溝
１３ テーブル受け台
２ 可動テーブル
２１ テーブル足
２２ 支圧板
２２１ 孔
２２２ ボルト
２２３ ナット
２３ 孔
２４ 台座
３ 押え格子
３１ 上低摩擦材
３２ 切り欠き
３３ 押え格子リンク
３４ ロッド挿通孔
４ 柱治具
５ 上反力梁
５１ 上反力梁リンク
５２ ロッド挿通孔
５３ 支圧板
６ 貫通ロッド
６１ 固定材
６１１ 球面座金
６２ 下ブロック
６３ 上ブロック
７ 水平アクチュエータ
８１ 下ラムシリンダー
８２ 上ラムシリンダー
９ 水平加力機構
９１ 水平ロッド
９２ 水平ラムシリンダー
９３ 緩衝器
Ｐ 試験体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】