特開 2023-37601 現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023037601

(43)【公開日】2023-03-15

(54)【発明の名称】現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 33/00 20060101AFI20230308BHJP

   E02D 27/10 20060101ALI20230308BHJP

【ＦＩ】

E02D33/00

E02D27/10

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022136869

(22)【出願日】2022-08-30

(31)【優先権主張番号】202111032399.8

(32)【優先日】2021-09-03

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】518229179

【氏名又は名称】青▲島▼理工大学

【氏名又は名称原語表記】ＱＩＮＧＤＡＯ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ

(71)【出願人】

【識別番号】522345548

【氏名又は名称】山▲東▼港口青▲島▼港集▲団▼有限公司

(71)【出願人】

【識別番号】515313826

【氏名又は名称】河海大学

【氏名又は名称原語表記】Ｈｏｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．１ Ｘｉｋａｎｇ Ｒｏａｄ， Ｇｕｌｏｕ， Ｎａｎｊｉｎｇ， Ｊｉａｎｇｓｕ Ｃｈｉｎａ

(71)【出願人】

【識別番号】519008773

【氏名又は名称】中国石油大学（華東）

【氏名又は名称原語表記】Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ（Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ）

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．６６，Ｗｅｓｔ Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇ Ｒｏａｄ，Ｈｕａｎｇｄａｏ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ

(71)【出願人】

【識別番号】522345559

【氏名又は名称】中▲電▼工程海洋能源工程技▲術▼研究院

(71)【出願人】

【識別番号】522345560

【氏名又は名称】山▲東▼高速集▲団▼有限公司▲創▼新研究院

(71)【出願人】

【識別番号】505072650

【氏名又は名称】浙江大学

【氏名又は名称原語表記】ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

(71)【出願人】

【識別番号】522345571

【氏名又は名称】西北▲農▼林科技大学

(71)【出願人】

【識別番号】518336123

【氏名又は名称】哈▲尓▼▲濱▼工▲業▼大学

(71)【出願人】

【識別番号】520377794

【氏名又は名称】中国科学院地▲質▼▲与▼地球物理研究所

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＯＦ ＧＥＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＳ， ＣＨＩＮＥＳＥ ＡＣＡＤＥＭＹ ＯＦ ＳＣＩＥＮＣＥＳ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． １９， Ｂｅｉｔｕｃｈｅｎｇ Ｗｅｓｔｅｒｎ Ｒｏａｄ， Ｃｈａｏｙａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ

(71)【出願人】

【識別番号】510262769

【氏名又は名称】大連理工大学

【氏名又は名称原語表記】Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

(71)【出願人】

【識別番号】522344600

【氏名又は名称】上海市政工程▲設▼▲計▼研究▲総▼院（集▲団▼）有限公司

(71)【出願人】

【識別番号】522345582

【氏名又は名称】中建八局第一建▲設▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】弁理士法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼俊▲偉▼

(72)【発明者】

【氏名】▲鄭▼▲東▼生

(72)【発明者】

【氏名】凌▲賢▼▲長▼

(72)【発明者】

【氏名】霍守▲東▼

(72)【発明者】

【氏名】王▲騰▼

(72)【発明者】

【氏名】李大勇

(72)【発明者】

【氏名】▲シン▼ ▲東▼▲亮▼

(72)【発明者】

【氏名】辛公▲鋒▼

(72)【発明者】

【氏名】裴▲華▼富

(72)【発明者】

【氏名】国振

(72)【発明者】

【氏名】唐▲亮▼

(72)【発明者】

【氏名】于秀霞

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼博

(72)【発明者】

【氏名】王正中

(72)【発明者】

【氏名】▲馮▼凌云

(72)【発明者】

【氏名】▲蘇▼雷

(72)【発明者】

【氏名】崔林

(72)【発明者】

【氏名】梁作▲棟▼

(72)【発明者】

【氏名】光洪峰

(72)【発明者】

【氏名】▲張▼超

(72)【発明者】

【氏名】代▲シン▼可

(72)【発明者】

【氏名】▲陳▼水月

(72)【発明者】

【氏名】▲賈▼▲寧▼

【テーマコード（参考）】

2D046

【Ｆターム（参考）】

2D046BA00

(57)【要約】

【課題】現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置及び方法を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、水平力を受ける単杭基礎特性の現場試験分野に関し、特に、現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置及び方法に関する。固結システムと、外側支持システムと、円盤載荷システムと、動力伝達システムと、動力システムと、載荷フィードバック検出システムとを備え、固結システムは、全装置の底部に位置し、載荷フィードバック検出システムは外側支持システムと固結システムとの間に設けられ、円盤載荷システムと動力伝達システムは外側支持システム内に設けられ、動力システムは外側支持システムの上方に固定され、動力伝達システムを介して動力を円盤載荷システムに伝達し、全装置の外側に保護システムが設けられる。該装置は、着脱と移動に便利で、振幅が可変で、周波数が可変で、現場での杭頂部動的水平載荷のシミュレーションを実現し、動的水平載荷が十分に大きく、かつ大きな調整範囲を有する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置であって、固結システム（１）と、外側支持システム（２）と、円盤載荷システム（３）と、動力伝達システム（４）と、動力システム（５）と、載荷フィードバック検出システム（７）とを備え、固結システム（１）は、全装置の底部に位置し、載荷フィードバック検出システム（７）は外側支持システム（２）と固結システム（１）との間に設けられ、円盤載荷システム（３）と動力伝達システム（４）は外側支持システム（２）内に設けられ、動力システム（５）は外側支持システム（２）の上方に固定され、動力伝達システム（４）を介して動力を円盤載荷システム（３）に伝達し、全装置の外側に保護システム（６）が設けられ、
前記外側支持システム（２）は、並置された上鋼板（２０１）及び下鋼板（２０２）を備え、上鋼板（２０１）と下鋼板（２０２）との間が複数の鋼棒（２０３）で固結され、上鋼板（２０１）の底面及び下鋼板（２０２）の頂面に旋回軸受台が取り付けられ、上鋼板（２０１）は動力システム（５）に固結され、下鋼板（２０２）は載荷フィードバック検出システム（７）に固結され、
前記円盤載荷システムは、複数の円盤（３０１）と、各円盤に固定された重り（３０２）とを備え、円盤（３０１）は伝動軸に固定され、円盤（３０１）上の重りを各々円の中心に対して回転運動させ、各伝動軸に軸方向に沿って複数の円盤（３０１）が固定され、２つの伝動軸上の位置が対応し、互いに逆方向に回転する２つの円盤で一組の基本ユニットを構成し、円盤載荷システムは複数組の基本ユニットを備え、
前記動力伝達システムは、複数の伝動軸と、伝動歯車と、伝動歯車の動力伝達可能な連結を実現する伝動用チェーンとを備え、伝動軸の頂端及び底端に各々軸受（４０１３）が固定され、軸受は各々上鋼板及び下鋼板の軸受台内に設けられ、伝動歯車は伝動軸に固定され、伝動歯車及び伝動用チェーンを介して、各組の基本ユニット内の２つの円盤を互いに逆方向に回転させる
ことを特徴とする、現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置。

【請求項2】

前記円盤載荷システムは、四組の基本ユニットで構成され、各段には二組の基本ユニットが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置。

【請求項3】

前記動力伝達システムは、６つの伝動軸を備え、伝動軸は第１伝動軸（４０１）と、第２伝動軸（４０２）と、第３伝動軸（４０３）と、第４伝動軸（４０４）と、第５伝動軸（４０５）と、第６伝動軸（４０６）とを備え、第３伝動軸（４０３）、第４伝動軸（４０４）、第５伝動軸（４０５）、第６伝動軸（４０６）に各々２つの円盤（３０１）が固定され、かつ上記４つの伝動軸の中央部に各々１つの伝動歯車が固定され、第３伝動軸（４０３）の端部及び第５伝動軸（４０５）の端部に各々伝動歯車が固定され、第１伝動軸（４０１）の端部に第３伝動歯車（４０９）が固定され、第１伝動軸（４０１）の中央部に第１変向歯車（４０１１）が固定され、第２伝動軸（４０２）の端部に伝動歯車が固定され、第２伝動軸（４０２）の中央部に第２変向歯車（４０１２）が固定され、第１変向歯車（４０１１）と第２変向歯車（４０１２）とが噛み合い、動力システムの出力軸に第１伝動歯車（４０７）及び第２伝動歯車（４０８）が固定され、
前記第１伝動歯車（４０７）は、伝動用チェーンを介して第１伝動軸の端部にある第３伝動歯車（４０９）に動力伝達可能に連結され、第２伝動歯車（４０８）は伝動用チェーンを介して第５伝動軸（４０５）の端部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第５伝動軸（４０５）の中央部にある伝動歯車は伝動用チェーンを介して第６伝動軸（４０６）の中央部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第２伝動軸（４０２）の端部にある伝動歯車は伝動用チェーンを介して第３伝動軸（４０３）の端部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第３伝動軸（４０３）の中央部にある伝動歯車は伝動用チェーンを介して第４伝動軸（４０４）の中央部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、
前記第４伝動軸（４０４）と第６伝動軸（４０６）との間に二組の基本ユニットが形成され、第３伝動軸（４０３）と第５伝動軸（４０５）との間に２組の基本ユニットが形成される
ことを特徴とする、請求項２に記載の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置。

【請求項4】

前記固結システム（１）は、スチールスリーブ（１０１）と、固定用円盤（１０３）とを備え、スチールスリーブ（１０１）は固定用円盤（１０３）の底面の中心に固結され、固定用円盤（１０３）とスチールスリーブ（１０１）との間に複数の補強リブ（１０２）がさらに設けられ、補強リブ（１０２）は固定用円盤（１０３）の円周方向に沿って等間隔に配置され、固定用円盤（１０３）は上方の載荷フィードバック検出システム（７）に固結されることを特徴とする、請求項１に記載の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置。

【請求項5】

前記載荷フィードバック検出システムは、カンチレバー計量センサー（７０１）と、穴付き円盤（７０２）とを備え、計量センサー（７０１）の頂端及び底端に各々穴付き円盤（７０２）が固定され、穴付き円盤はボルトで固定用円盤（１０３）に固結されることを特徴とする、請求項４に記載の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置。

【請求項6】

前記動力システムは、インバータモータ（５０１）と、周波数変換器（５０２）と、フランジ（５０３）とを備え、フランジ（５０３）はインバータモータ（５０１）の底部に固定され、フランジ（５０３）を介して上鋼板（２０１）に固結され、インバータモータ（５０１）の出力軸に伝動歯車が固定されることを特徴とする、請求項１に記載の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置。

【請求項7】

前記上鋼板（２０１）の中央部に丸孔が穿設され、インバータモータ（５０１）の出力軸が外側支持システム（２）内に延在することを容易にすることを特徴とする、請求項６に記載の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置を利用して杭頂部動的水平載荷をシミュレートする方法であって、
円盤式載荷システムは、複数組の基本ユニットを備え、各組の基本ユニットは互いに逆方向に回転する２つの円盤を備え、各円盤は円盤上の重りを各々円盤の円の中心に対して回転運動させ、円盤上の重りの重量をｍ、重りの運動半径をｒ、重りの等速円運動の角速度をω、重りが発生させる遠心力をＦ_ｎとすると、遠心力は次式のように表され、
Ｆ_ｎ＝ｍｒω^２ （１）
半径が同じ２つの円盤上の重りの重量が等しい場合、対称な等速回転により遠心力Ｆ_ｎが生じ、遠心力Ｆ_ｎをｘ、ｙ方向に沿って２つの力に分解し、ここで、式（２）はｘ方向の合力、式（３）がｙ方向の合力を表し、
Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｎｓｉｎ（θ）－Ｆ_ｎｓｉｎ（θ）＝０ （２）
Ｆ_ｙ＝２ｍｒω^２ｃｏｓ（θ）＝２ｍｒω^２ｃｏｓ（ωｔ） （３）
２つの重りの回転により生じる遠心力を重ね合わせた後、ｘ方向の分力が相殺され、値が余弦関数で動き、方向が１軸双方向運動の力を提供する
ことを特徴とする、杭頂部動的水平載荷をシミュレートする方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水平力を受ける単杭基礎特性の現場試験分野に関し、特に、現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

沿岸地域は、我が国の経済の中で最も発展した地域で、この地域のより旺盛なインフラ需要を作り出している。しかし、臨海地域には干潟、深く厚く雑多な盛土、スライム及び断層帯などの複雑な地質が広く分布し、多くの自然地盤の支持力では工事の要件を満たすことができず、杭基礎は一般的な需要になっている。港湾、埠頭、洋上風車などの海洋構造物の支持構造の動的応答は、風、波、潮流、船舶の衝撃などの要因に影響され、杭基礎の供用性は水平支持力の影響を大きく受ける。

【0003】

現在、杭基礎の水平支持力に対する試験は、実験室試験と数値シミュレーション解析の段階にとどまっており、現場試験法に欠け、現場での施工重量検証には有効な検査手法が不足している。この現状に着目し、現場試験法により本出願の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置を開発、試験した。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の目的は、従来技術に存在する上記の欠陥を克服し、現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置及び方法を提供することである。該装置は、着脱・移動に便利で、振幅が可変で、周波数が可変で、現場での杭頂部動的水平載荷のシミュレーションを実現し、動的水平載荷が十分に大きく、かつ大きな調整範囲を有する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の技術的手段として、現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置であって、固結システムと、外側支持システムと、円盤載荷システムと、動力伝達システムと、動力システムと、載荷フィードバック検出システムとを備え、固結システムは、全装置の底部に位置し、載荷フィードバック検出システムは外側支持システムと固結システムとの間に設けられ、円盤載荷システムと動力伝達システムは外側支持システム内に設けられ、動力システムは外側支持システムの上方に固定され、動力伝達システムを介して動力を円盤載荷システムに伝達し、全装置の外側に保護システムが設けられ、
前記外側支持システムは、並置された上鋼板及び下鋼板を備え、上鋼板と下鋼板との間が複数の鋼棒で固結され、上鋼板の底面及び下鋼板の頂面に旋回軸受台が取り付けられ、上鋼板は動力システムに固結され、下鋼板は載荷フィードバック検出システムに固結され、
前記円盤載荷システムは、複数の円盤と、各円盤に固定された重りとを備え、円盤は伝動軸に固定され、円盤上の重りを各々円の中心に対して回転運動させ、各伝動軸に軸方向に沿って複数の円盤が固定され、２つの伝動軸上の位置が対応し、互いに逆方向に回転する２つの円盤で一組の基本ユニットを構成し、円盤載荷システムは複数組の基本ユニットを備え、
前記動力伝達システムは、複数の伝動軸と、伝動歯車と、伝動歯車の動力伝達可能な連結を実現する伝動用チェーンとを備え、伝動軸の頂端及び底端に各々軸受が固定され、軸受は各々上鋼板及び下鋼板の軸受台内に設けられ、伝動歯車は伝動軸に固定され、伝動歯車及び伝動用チェーンを介して、各組の基本ユニット内の２つの円盤を互いに逆方向に回転させる。

【0006】

本発明において、好ましくは、前記円盤載荷システムは、四組の基本ユニットで構成され、各段には二組の基本ユニットが設けられ、四組の基本ユニットが一緒に回転して現場試験要件を満たす合力を提供する。

【0007】

前記動力伝達システムは、６つの伝動軸を備え、伝動軸は第１伝動軸と、第２伝動軸と、第３伝動軸と、第４伝動軸と、第５伝動軸と、第６伝動軸とを備え、第３伝動軸、第４伝動軸、第５伝動軸、第６伝動軸に各々２つの円盤が固定され、かつ上記４つの伝動軸の中央部に各々１つの伝動歯車が固定され、第３伝動軸の端部及び第５伝動軸の端部に各々伝動歯車が固定され、第１伝動軸の端部に第３伝動歯車が固定され、第１伝動軸の中央部に第１変向歯車が固定され、第２伝動軸の端部に伝動歯車が固定され、第２伝動軸の中央部に第２変向歯車が固定され、第１変向歯車と第２変向歯車とが噛み合い、動力システムの出力軸に第１伝動歯車及び第２伝動歯車が固定され、
前記第１伝動歯車は、伝動用チェーンを介して第１伝動軸の端部にある第３伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第２伝動歯車は伝動用チェーンを介して第５伝動軸の端部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第５伝動軸の中央部にある伝動歯車は伝動用チェーンを介して第６伝動軸の中央部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第２伝動軸の端部にある伝動歯車は伝動用チェーンを介して第３伝動軸の端部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第３伝動軸の中央部にある伝動歯車は伝動用チェーンを介して第４伝動軸の中央部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、
前記第４伝動軸と第６伝動軸との間に二組の基本ユニットが形成され、第３伝動軸と第５伝動軸との間に２組の基本ユニットが形成される。

【0008】

前記固結システムは、スチールスリーブと、固定用円盤とを備え、スチールスリーブは固定用円盤の底面の中心に固結され、固定用円盤とスチールスリーブとの間に複数の補強リブがさらに設けられ、補強リブは固定用円盤の円周方向に沿って等間隔に配置され、固定用円盤は上方の載荷フィードバック検出システムに固結される。

【0009】

前記載荷フィードバック検出システムは、カンチレバー計量センサーと、穴付き円盤とを備え、計量センサーの頂端及び底端に各々穴付き円盤が固定され、穴付き円盤はボルトで固定用円盤に固結される。

【0010】

前記動力システムは、インバータモータと、周波数変換器と、フランジとを備え、フランジはインバータモータの底部に固定され、フランジを介して上鋼板に固結され、インバータモータの出力軸に伝動歯車が固定される。

【0011】

前記上鋼板の中央部に丸孔が穿設され、インバータモータの出力軸が外側支持システム内に延在することを容易にする。

【0012】

本発明は、上記装置を利用して杭頂部動的水平載荷をシミュレートする方法も提供する。円盤式載荷システムは、複数組の基本ユニットを備え、各組の基本ユニットは互いに逆方向に回転する２つの円盤を備え、各円盤は円盤上の重りを各々円盤の円の中心に対して回転運動させ、円盤上の重りの重量をｍ、重りの運動半径をｒ、重りの等速円運動の角速度をω、重りが発生させる遠心力をＦ_ｎとすると、遠心力は次式（１）のように示される。

【0013】

Ｆ_ｎ＝ｍｒω^２ （１）

【0014】

半径が同じ２つの円盤上の重りの重量が等しい場合、対称な等速回転により遠心力Ｆ_ｎが生じ、遠心力Ｆ_ｎをｘ、ｙ方向に沿って２つの力に分解し、ここで、式（２）はｘ方向の合力、式（３）はｙ方向の合力を表す。

【0015】

Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｎｓｉｎ（θ）－Ｆ_ｎｓｉｎ（θ）＝０ （２）

【0016】

Ｆ_ｙ＝２ｍｒω^２ｃｏｓ（θ）＝２ｍｒω^２ｃｏｓ（ωｔ） （３）

【0017】

２つの重りの回転により生じる遠心力を重ね合わせた後、ｘ方向の分力が相殺され、値が余弦関数で動き、方向が１軸双方向運動の力を提供する。

【発明の効果】

【0018】

本発明の有利な効果
現在の建設現場で最も一般的に使用されているジャッキタイプの載荷方法と比較して、本発明は、着脱にも移動にも便利で、振幅が可変で、周波数が可変で、動的水平載荷が十分で、大きな調整範囲を有し、使い方も簡単で、全自動化により人件費を節約し、荷重出力値をリアルタイムで検出し、載荷経過を記録し、現場の高周波マルチサイクル杭頂部動的水平載荷を実現する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の概略構成図である。

【図2】本発明の固結システムの概略構成図である。

【図3】本発明の外側支持システムの概略構成図である。

【図4】本発明の円盤式載荷システムの概略構成図である。

【図5】本発明の動力伝達システムの概略構成図である。

【図6】本発明の動力システムの概略構成図である。

【図7】本発明の保護システムの概略構成図である。

【図8】本発明の載荷フィードバック検出システムの概略構成図である。

【図9】各組基本ユニットにおける２つの重りの遠心力フィッティングの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本発明の上記目的、特徴及び利点をより明白かつ理解しやすくするため、以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の具体的実施形態を詳細に説明する。

【0021】

本発明を完全に理解するため、以下の描写では、具体的詳細を説明している。しかしながら、本発明は、本明細書に記載されたものとは異なる他の多くの形態で実施することができ、当業者は、本発明の概念から逸脱することなく類推することができる。したがって、本発明は、以下に開示される具体的実施形態によって限定されない。

【0022】

図１に示すように、本発明の現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置は、固結システム１と、外側支持システム２と、円盤載荷システム３と、動力伝達システム４と、動力システム５と、載荷フィードバック検出システム７とを備え、固結システム１は全装置の底部に位置し、載荷フィードバック検出システム７は外側支持システム２と固結システム１との間に設けられ、円盤載荷システム３と動力伝達システム４は外側支持システム２内に設けられ、動力システム５は外側支持システム２の上方に固定され、動力伝達システム４を介して動力を円盤載荷システム３に伝達し、全装置の外側に保護システム６が設けられる。

【0023】

固結システムは、装置の底部に位置し、装置を試験対象基礎に固定し、荷重を伝達するために用いられる。図２に示すように、本実施例において、固結システム１は、スチールスリーブ１０１と、固定用円盤１０３とを備え、スチールスリーブ１０１は固定用円盤１０３の底面の中心に固結され、固定用円盤１０３とスチールスリーブ１０１との間に複数の補強リブ１０２がさらに設けられ、補強リブ１０２は固定用円盤１０３の円周方向に沿って等間隔に配置され、補強リブにより固定用円盤とスチールスリーブとの間の連結強度を向上する。スチールスリーブ１０１の環状側面にボルトを締め付けて杭頭を固定するための複数のボルト孔が間隔をあけて穿設される。固定用円盤１０３に上方の載荷フィードバック検出システム７と固結するための複数のボルト孔が間隔をあけて穿設される。スチールスリーブ１０１と杭頭との間が面接触し、杭頭に従来のジャッキ載荷の点荷重ではなく、均等な荷重を提供し、海上杭基礎の実際の力を受けることをより現実的にシミュレートする。

【0024】

固結システムの上方に載荷フィードバック検出システム７が固定され、図８を参照すると、載荷フィードバック検出システム７は、カンチレバー計量センサー７０１と、穴付き円盤７０２とを備え、カンチレバー計量センサー７０１の収集精度が１９２０ＨＺに達し、載荷データのリアルタイム監視の目的を達成できる。計量センサー７０１の頂端及び底端に各々穴付き円盤７０２が固定され、頂端の穴付き円盤はボルトで外側支持システム２に固結され、底端の穴付き円盤はボルトで固結システム１に固結される。

【0025】

図３に示すように、外側支持システム２は、並置された上鋼板２０１及び下鋼板２０２を備え、上鋼板２０１と下鋼板２０２との間が４本の鋼棒２０３で固結されることで本体枠を構成する。上鋼板２０１の底面及び下鋼板２０２の頂面に旋回軸受台に取り付けられ、円盤載荷システム３は旋回軸受台を介して上鋼板、下鋼板と連結することから円盤載荷システム３が外側支持システム内部で安定して回転するのを実現する。

【0026】

図４及び図５に示すように、円盤載荷システム３は、複数の円盤３０１と、各円盤３０１に固定された重り３０２とを備え、円盤３０１は伝動軸に固定され、伝動軸が円盤３０１を回転させる過程において円盤３０１上の重り３０２を各々円の中心に対して回転運動させる。重り３０２は、取り外し可能であり、重り３０２の素材及びサイズを変更することによって重り３０２の重量を変更できることで、載荷振幅を調整できる。本実施形態において、８つの円盤３０１を備え、２つの円盤ごとは同じ伝動軸に固設され、伝動軸上の位置が対応し、互いに逆方向に回転する２つの円盤で一組の基本ユニットを構成するので、円盤載荷システム３全体は四組の基本ユニットで構成され、２段に分けて配置され、各段には二組の基本ユニットが設けられ、四組の基本ユニットが一緒に回転して現場試験要件を満たす合力を提供する。本出願において、円盤の数は本実施形態に記載の８つに限定されず、状況に応じて他の数の円盤を選択し得る。作業過程中に載荷フィードバック検出システム７のカンチレバー計量センサー７０１により円盤載荷システム３を介して杭頭に加えられるリアルタイムな荷重データを収集し、データをコンピュータに伝送して載荷の大きさ、載荷頻度、載荷サイクル回数を計算する。

【0027】

動力伝達システム４は、複数の伝動軸と、伝動歯車と、伝動歯車の動力伝達可能な連結を実現する伝動用チェーンとを備え、伝動軸に軸方向に沿って複数の円盤３０１が間隔をあけて設けられ、伝動軸の頂端及び底端に各々軸受４０１３が固定され、軸受は上鋼板及び下鋼板の軸受台内に各々設けられ、伝動軸と外側支持システムとの間の回転連結を実現する。伝動歯車は、伝動軸に固定され、伝動歯車及び伝動用チェーンを介して、各組の基本ユニット内の２つの円盤が互いに逆方向に回転されることを実現し、かつ各円盤の回転速度を同一にさせる。

【0028】

図５に示すように、本実施形態内の動力伝達システム４は、６つの伝動軸と、１２つの伝動歯車と、５つの伝動用チェーンとを備え、伝動軸は第１伝動軸４０１、第２伝動軸４０２、第３伝動軸４０３、第４伝動軸４０４、第５伝動軸４０５、第６伝動軸４０６であり、第３伝動軸４０３、第４伝動軸４０４、第５伝動軸４０５、第６伝動軸４０６に２つの円盤３０１が各々固定され、かつ上記４つの伝動軸の中央部に１つの伝動歯車が各々固定され、第３伝動軸４０３の端部及び第５伝動軸４０５の端部に伝動歯車が各々固定される。第１伝動軸４０１の端部に第３伝動歯車４０９が固定され、第１伝動軸４０１の中央部に第１変向歯車４０１１が固定され、第２伝動軸４０２の端部に伝動歯車が固定され、第２伝動軸４０２の中央部に第２変向歯車４０１２が固定され、第１変向歯車４０１１と第２変向歯車４０１２とが噛み合っている。動力システムの出力軸に第１伝動歯車４０７及び第２伝動歯車４０８が固定され、第１伝動歯車４０７は、伝動用チェーン４０１０を介して第１伝動軸端部の第３伝動歯車４０９に動力伝達可能に連結され、第２伝動歯車４０８は伝動用チェーン４０１０を介して第５伝動軸４０５の端部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結される。第５伝動軸４０５中央部にある伝動歯車は、伝動用チェーン４０１０を介して第６伝動軸４０６の中央部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結される。第２伝動軸４０２の端部にある伝動歯車は、伝動用チェーン４０１０を介して第３伝動軸４０３の端部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結され、第３伝動軸４０３の中央部にある伝動歯車は伝動用チェーン４０１０を介して第４伝動軸４０４中央部にある伝動歯車に動力伝達可能に連結される。

【0029】

伝動歯車４０７は、動力システムから出力された運動エネルギーが伝動用チェーン４０１０を介して第１伝動軸４０１に伝達し、第１伝動軸４０１の回転方向を正回転に設定し、第１変向歯車４０１１と第２変向歯車４０１２との間の噛み合いにより、第２伝動軸４０２を逆回転させ、第２伝動軸４０２は伝動用チェーンを介して第３伝動軸４０３を逆回転させると、第３伝動軸４０３に固定された２つ円盤が逆回転し、第３伝動軸４０３は伝動用チェーンを介して第４伝動軸４０４を逆回転させると、第４伝動軸４０４に固定された２つの円盤が反転する。伝動歯車４０８は、動力システムから出力された運動エネルギーを、伝動用チェーン４０１０を介して第５伝動軸４０５に伝達すると、第５伝動軸４０５が正回転し、第５伝動軸４０５に固定された２つの円盤が正回転し、第５伝動軸４０５は伝動用チェーンを介して第６伝動軸４０６を正回転させると、第６伝動軸４０６に固定された２つの円盤が正回転する。互いに逆方向に回転する第４伝動軸４０４及び第６伝動軸４０６に固定された２つの対応する円盤の間に一組の基本ユニットを構成し、互いに逆方向に回転する第３伝動軸４０３及び第５伝動軸４０５に固定された２つの対応する円盤の間に一組の基本ユニットを構成するので、第４伝動軸４０４と第６伝動軸４０６との間に二組の基本ユニットが形成され、第３伝動軸４０３と第５伝動軸４０５との間に二組の基本ユニットが形成される。

【0030】

図６に示すように、動力システムは、インバータモータ５０１と、周波数変換器５０２と、フランジ５０３とを備え、フランジ５０３はインバータモータ５０１の底部に固定され、フランジ５０３を介してインバータモータ５０１を外側支持システムの上鋼板２０１に固定する。本実施形態におけるインバータモータ５０１は、２．２ｋＷのレベル４可変周波数モータを用い、周波数変換器５０２がヘビーデューティタイプの単相２２０Ｖ周波数変換器を用い、周波数変換器５０２をコンピュータに接続すると、インバータモータ出力の正確な制御を実現できる。上鋼板２０１の中央部に丸孔が穿設され、インバータモータ５０１の出力軸が外側支持システム２内に延在することを容易にし、出力軸が動力伝達システム４に連結される。

【0031】

装置全体の外側には、図７に示すような保護システム６が設けられ、本実施形態における保護システムは鋼製ハウジングであり、鋼製ハウジングを設けることにより、装置の劣化を避け、過負荷などの不測の事象が発生する時による人身損害及び物的損害を未然に防ぐことができる。

【0032】

該装置を現場で組み立てて使用する場合、まず固結システムを取り付ける。先にスチールスリーブ１０１を杭頭の外側に嵌め、スチールスリーブ１０１の側辺の孔内にボルトをねじ込んで、スチールスリーブ１０１と杭頂部とを一体として固結させる。次に固結システムの固定用円盤１０３と載荷フィードバック検出システム７の穴付き円盤７０２とをボルト及びナットで固結させ、そして載荷フィードバック検出システム７の上方に外側支持システムの下鋼板２０２をボルトで固結し、下鋼板２０２に動力伝達システム４及び円盤載荷システム３を取り付けてから外側支持システムの上鋼板２０１を取り付け、インバータモータ５０１の出力軸を上鋼板２０１の既設孔内に挿入し、ボルトを締め付けて、インバータモータ５０１の出力軸を動力伝達システム４に連結し、最後に保護システム７を装置全体の外部に嵌める。

【0033】

本発明は、上記装置を利用して杭頂部動的水平載荷をシミュレートする方法も提供する。円盤式載荷システムは、複数組の基本ユニットを備え、各組の基本ユニットは互いに逆方向に回転する２つの円盤を備え、各円盤は円盤上の重りを各々円盤の円の中心に対して回転運動させ、図８に示すように、各組の基本ユニットの重り伝動によって発生する遠心力の計算プロセスは次の通りである。

【0034】

円盤上の重りの重量をｍ、重りの運動半径をｒ、重りの等速円運動の角速度をω、重りが発生させる遠心力をＦ_ｎとすると、遠心力は式（１）のように表される。

【0035】

Ｆ_ｎ＝ｍｒω^２ （１）

【0036】

半径が同じ２つの円盤上の重りの重量が等しい場合、対称な等速回転により遠心力Ｆ_ｎが生じ、図８の力を受ける解析の概略図からも分かるように、質点が受ける力Ｆ_ｎはｘ、ｙ方向に沿って２つの力に分解できる。ここで、式（２）はｘ方向の合力、式（３）はｙ方向の合力を表す。

【0037】

Ｆ_ｘ＝Ｆ_ｎｓｉｎ（θ）－Ｆ_ｎｓｉｎ（θ）＝０ （２）

【0038】

Ｆ_ｙ＝２ｍｒω^２ｃｏｓ（θ）＝２ｍｒω^２ｃｏｓ（ωｔ） （３）

【0039】

上記の式からも分かるように、２つの重りの回転により生じる遠心力を重ね合わせた後、ｘ方向の分力が相殺され、値が余弦関数で動き、方向が１軸双方向運動の力のみを提供する。

【0040】

以上、本発明により提供される現場用の杭頂部動的水平載荷をシミュレートする装置及び方法を詳細に説明してきた。本明細書は、具体的実施例を使用して本発明の原理及び実施形態を描写し、以上の実施例の説明は本発明の方法及びこの中核の思想への理解を助けるためにのみ使用される。当業者であれば、本発明の原理から逸脱することなく、本発明に対して様々な改良及び潤色を行なうこともでき、かかる改良及び潤色も本発明の特許請求の保護範囲内に含まれることを指摘されたい。開示された実施例の上記の説明は、当業者に本発明を実施又は使用させることができる。これらの実施例に対する多種多様な修正は、当業者にとって自明であり、本明細書で定義される一般原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施例で実施することができる。したがって、本発明は、本明細書に示される実施例に限定されることはなく、本明細書に開示される原理及び新規特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。

【符号の説明】

【0041】

１ 固結システム
１０１ スチールスリーブ
１０２ 補強リブ
１０３ 固定用円盤
２ 外側支持システム
２０１ 上鋼板
２０２ 下鋼板
２０３ 鋼棒
３ 円盤載荷システム
３０１ 円盤
３０２ 重り
４ 動力伝達システム
４０１ 第１伝動軸
４０２ 第２伝動軸
４０３ 第３伝動軸
４０４ 第４伝動軸
４０５ 第５伝動軸
４０６ 第６伝動軸
４０７ 第１伝動歯車
４０８ 第２伝動歯車
４０９ 第３伝動歯車
４０１０ 伝動用チェーン
４０１１ 第１変向歯車
４０１２ 第２変向歯車
４０１３ 軸受
５ 動力システム
５０１ インバータモータ
５０２ 周波数変換器
５０３ フランジ
６ 保護システム
７ 載荷フィードバック検出システム
７０１ 計量センサー
７０２ 穴付き円盤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【外国語明細書】