特開 2024-173012 試験装置、試験体及び試験方法

(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】P2024173012

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】試験装置、試験体及び試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/20 20060101AFI20241205BHJP

   G01M 99/00 20110101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01N3/20

G01M99/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023091117

(22)【出願日】2023-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000004226

【氏名又は名称】日本電信電話株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】899000068

【氏名又は名称】学校法人早稲田大学

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100164471

【弁理士】

【氏名又は名称】岡野 大和

(74)【代理人】

【識別番号】100176728

【弁理士】

【氏名又は名称】北村 慎吾

(72)【発明者】

【氏名】松本 安弘

(72)【発明者】

【氏名】泉 俊光

(72)【発明者】

【氏名】玉松 潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】岩波 基

【テーマコード（参考）】

2G024

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G024AD34

2G024BA13

2G024CA04

2G024DA01

2G024FA02

2G061AA07

2G061AB01

2G061BA07

2G061DA01

2G061EA01

2G061EA02

2G061EA03

2G061EA04

2G061EB04

2G061EB05

2G061EC04

(57)【要約】

【課題】補強された複合構造を有する構造物において、初期構造の劣化による応力の分配を精度よく評価することが可能な試験装置、試験体及び試験方法を提供する。
【解決手段】本開示に係る試験装置１００は、構造物２００の少なくとも一部を模した主構造部１０と、構造物２００を補強するための補強部材２２０の少なくとも一部を模した補強部２０とを備えた試験体３０と、試験体３０を支持する支持部４０と、試験体３０に載荷する載荷部５０と、載荷された試験体３０を計測する計測部６０とを備える試験装置１００であって、主構造部１０は、構造物２００の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部１３を含み、劣化領域部１３は主構造部の他の部位に対して着脱可能とされていることを特徴とする。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

構造物の少なくとも一部を模した主構造部と、
前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部と
を備えた試験体と、
前記試験体を支持する支持部と、
前記試験体に載荷する載荷部と、
載荷された前記試験体を計測する計測部と
を備える試験装置であって、
前記主構造部は、前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含み、該劣化領域部は前記主構造部の他の部位に対して着脱可能とされている、試験装置。

【請求項2】

前記劣化領域部は、板状の前記主構造部の厚み方向に着脱可能であり、前記主構造部の面方向の略中央位置に位置する、請求項１に記載の試験装置。

【請求項3】

前記劣化領域部を前記主構造部に固定する固定部は、平面視及び底面視において前記補強部と重なっておらず、
前記補強部を前記主構造部に固定する固定部は、平面視及び底面視において前記劣化領域部と重なっていない、請求項１又は２に記載の試験装置。

【請求項4】

前記補強部は、前記主構造部における前記劣化領域部とは反対側の面に装着される、請求項１又は２に記載の試験装置。

【請求項5】

前記載荷部は、板状の前記主構造部における一方の面の前記劣化領域部ではない２点に載荷し、
前記支持部は、前記主構造部における他方の面の前記補強部ではない２点を支持する、請求項１又は２に記載の試験装置。

【請求項6】

前記載荷部は、前記主構造部における上端部を下方に向けて載荷し、
前記支持部は、前記主構造部における下端部及び下部側面を支持する、請求項１又は２に記載の試験装置。

【請求項7】

構造物の少なくとも一部を模した主構造部と、
前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部と
を備えた試験体であって、
前記主構造部は、前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含み、該劣化領域部は前記主構造部の他の部位に対して着脱可能とされている、試験体。

【請求項8】

構造物の少なくとも一部を模した主構造部であって、該主構造部は前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含む、該主構造部を試験装置に設置することと、
前記主構造部に載荷しながら変位を計測することと、
前記主構造部への載荷を維持しつつ前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部を前記主構造部に取り付けて補強試験体を形成することと、
前記補強試験体に載荷しながら変位を計測することと、
前記補強試験体への載荷を維持しつつ前記補強試験体から前記劣化領域部を取り外して劣化試験体を形成することと、
前記劣化試験体に載荷しながら変位を計測することと
を含む、試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この開示は、試験装置、試験体及び試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネルや橋梁などのインフラストラクチャーを構成する構造物は、鋼材の腐食等により強度等の構造物としての性能が低下するため、継続して構造物を使用することを目的として補強が行われることがある。構造物を補強する際には、初期の構造と補強部材とを複合構造とすることによって荷重に対する補強効果を評価する手法が検討されており、経済的な補強設計が可能となっている（非特許文献１及び非特許文献２）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】鈴木博之、″供用中の鋼橋の溶接による補修・補強に関する実験的研究″、大阪大学博士論文、1986年

【非特許文献2】塩冶幸男 他、″経年劣化したシールドトンネルの補強に関する研究″、土木学会論文集 F1 (トンネル工学), 67(2)、2011、p. 62-78

【非特許文献3】松本安弘 他、″二次覆工の建設順序を考慮したシールドトンネルの劣化時挙動に関する一考察″、第72回土木学会年次学術講演会公演概要集、2017

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、上述のような初期の構造と補強部材とを複合構造とした構造物においては、補強後に初期の構造部分の劣化が進行した場合、トンネルにかかる土圧や水圧、橋梁にかかる自重等の死荷重が不変であっても補強部材への応力の分配が行われる。しかし、この応力分配の大きさの評価は、数値計算によるものが提案されているものの（非特許文献３）、模型実験による再現が難しく、数値計算による評価の精度が不明であったため、この点において改善の余地があった。

【0005】

従って、かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、補強された複合構造を有する構造物において、初期構造の劣化による応力の分配を精度よく評価することが可能な試験装置、試験体及び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】

【0006】

上記課題を解決するため、本開示に係る試験装置は、
構造物の少なくとも一部を模した主構造部と、
前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部と
を備えた試験体と、
前記試験体を支持する支持部と、
前記試験体に載荷する載荷部と、
載荷された前記試験体を計測する計測部と
を備える試験装置であって、
前記主構造部は、前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含み、該劣化領域部は前記主構造部の他の部位に対して着脱可能とされていることを特徴とする。

【0007】

また、上記課題を解決するため、本開示に係る試験体は、
構造物の少なくとも一部を模した主構造部と、
前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部と
を備えた試験体であって、
前記主構造部は、前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含み、該劣化領域部は前記主構造部の他の部位に対して着脱可能とされていることを特徴とする。

【0008】

また、上記課題を解決するため、本開示に係る試験方法は、
構造物の少なくとも一部を模した主構造部であって、該主構造部は前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含む、該主構造部を試験装置に設置することと、
前記主構造部に載荷しながら変位を計測することと、
前記主構造部への載荷を維持しつつ前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部を前記主構造部に取り付けて補強試験体を形成することと、
前記補強試験体に載荷しながら変位を計測することと、
前記補強試験体への載荷を維持しつつ前記補強試験体から前記劣化領域部を取り外して劣化試験体を形成することと、
前記劣化試験体に載荷しながら変位を計測することと
を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、補強された複合構造を有する構造物において、初期構造の劣化による応力の分配を精度よく評価することが可能な試験装置、試験体及び試験方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1A】本開示の第１実施形態に係る試験装置の正面図である。

【図1B】図１ＡのＡ－Ａ断面による断面図である。

【図2】本開示の第１実施形態に係る試験装置が模している構造物の断面図である。

【図3A】本開示の第１実施形態に係る試験装置に用いる試験体の正面図である。

【図3B】本開示の第１実施形態に係る試験装置に用いる試験体の平面図である。

【図3C】本開示の第１実施形態に係る試験装置に用いる試験体の底面図である。

【図4】本開示の第１実施形態に係る試験装置の制御を行う制御回路の構成例を示すブロック図である。

【図5】本開示の第１実施形態に係る試験方法の実施手順を示すフローチャートである。

【図6A】本開示の第１実施形態に係る試験方法により主構造部に載荷した状態を示す図である。

【図6B】図６Ａに示す試験体への載荷により評価している構造物（シールドトンネル）の状態を示す図である。

【図7A】本開示の第１実施形態に係る試験方法により補強構造部に載荷した状態を示す図である。

【図7B】図７Ａに示す試験体への載荷により評価している構造物（シールドトンネル）の状態を示す図である。

【図8A】本開示の第１実施形態に係る試験方法により劣化構造部に載荷した状態を示す図である。

【図8B】図８Ａに示す試験体への載荷により評価している構造物（シールドトンネル）の状態を示す図である。

【図9】本開示の第２実施形態に係る試験装置の正面図である。

【図10】本開示の第２実施形態に係る試験装置が模している構造物の正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本開示の第１実施形態に係る試験装置１００、試験装置１００に用いる試験体３０、及びこれらを用いた試験方法について、図面を参照して説明する。

【0012】

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本実施形態に係る試験装置１００は、構造物２００（一次覆工、図２等参照）の一部を模した板状の主構造部１０と、構造物２００を補強するための補強部材２２０（二次覆工）の少なくとも一部を模した板状の補強部２０とを備えた試験体３０と、試験体３０の下面２箇所を支持する支持部４０と、試験体３０に上方から載荷する載荷部５０と、載荷された試験体３０を計測する計測部６０とを備えている。

【0013】

また、主構造部１０は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、構造物２００の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部１３を含み、劣化領域部１３は主構造部１０の他の部位（基部１１）に対して着脱可能とされている。

【0014】

なお、本実施形態の試験装置１００は、図１ＡにおけるＺ軸プラス方向を上方、Ｚ軸マイナス方向を下方とする。また、図１ＡにおけるＸ軸方向を左右方向とし、Ｙ軸方向を奥行き方向とする。

【0015】

また、構造物２００の劣化とは、時間の経過や外部環境の影響によって構造物２００の機械的強度等の性能が低下した状態を指す。構造物２００の劣化の具体例としては、金属を含む構造物２００が湿度、塩分などの影響により錆びる腐食や、構造物２００が長年の荷重や地震等の影響を受けて表面や内部に生じるひび割れなどが挙げられる。

【0016】

本実施形態の試験体３０は、図２に示す構造物２００（本実施形態ではシールドトンネル）の周方向の一部を模しており、図２のＢ領域が図１Ａに示す試験体３０に対応する。すなわち、試験体３０の上方（図１ＡにおけるＺ軸プラス方向）が構造物２００の径方向外側方向、試験体３０の下方（図１ＡにおけるＺ軸マイナス方向）が構造物２００の径方向内側方向、試験体３０の左右方向（図１ＡにおけるＸ軸方向）が構造物２００の周方向、試験体３０の奥行き方向（図１ＡにおけるＹ軸方向）が構造物２００の長手方向に対応している。

【0017】

本実施形態の試験装置１００は、図２に図示するように、土圧や水圧等の死荷重に起因するトンネルを下方に向けて押し潰す方向の荷重によって構造物２００にかかる曲げモーメント並びにこれによって各部位に発生する変位と歪みが、補強部材２２０を設置後に構造物２００の一部が劣化した場合に、劣化していない残りの構造物２００’（図８Ｂ参照）と補強部材２２０との間でどのように応力分担されるかを確認することを目的としている。

【0018】

つまり、本実施形態の試験体３０は、構造物２００の径方向内側に補強部材２２０を組み合わせた複合構造を模しており、主構造部１０、補強部２０、及び劣化領域部１３は、それぞれ初期の構造物２００、補強部材２２０、及び構造物２００のうち劣化により構造物として機能しなくなった部位に対応している。

【0019】

主構造部１０の基部１１は、図１Ａ及び図１Ｂに示すようにＸＹ平面方向に延びる平板状の部材である。また、基部１１の上面には、面方向（ＸＹ平面）の略中央位置に配置された劣化領域部１３と、劣化領域部１３のＸ軸方向両側に配置された非劣化領域部１２とが設けられている。劣化領域部１３は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、基部１１に対してボルト１３ａ及びナット１３ｂによりねじ締結されている。同様に、非劣化領域部１２は、基部１１に対してボルト１２ａ及びナット１２ｂによりねじ締結されている。また、劣化領域部１３と非劣化領域部１２のＸ軸方向端部同士が突き合せられた箇所において上方から連結板１４により覆われている。連結板１４は、ボルト１４ａ及びナット１４ｂによって基部１１に対して固定されている。なお、ボルト１３ａ，１４ａ及びナット１３ｂ，１４ｂと締結材料との間には図示するように平座金を設けてもよく、更に平座金に加えて図示しないばね座金を設けてもよい。

【0020】

本実施形態において、劣化領域部１３は、基部１１の厚みよりも薄く形成され、主構造部１０の厚み方向（図１Ａの上下方向）に着脱可能とされている。この構成によって、劣化領域部１３を基部１１から取り外すことによって主構造部１０のうち劣化して構造物として機能しなくなった一部の厚み領域を除いた残りの構造物２００’（図８Ｂ参照）を模した試験を行うことができる。

【0021】

劣化領域部１３及び非劣化領域部１２は、図３Ａに示すように上下方向（Ｚ軸方向）に同一厚みを有しており、図３Ｂに示すように奥行き方向（Ｙ軸方向）に基部１１より短い同一幅を有している。この構成によって、劣化領域部１３及び非劣化領域部１２よりも奥行き方向（Ｙ軸方向）外側の領域において基部１１と後述する補強部２０の補強基部２１とをボルト２１ａ及びナット２１ｂにより固定することができる。従って、主構造部１０における基部１１と劣化領域部１３及び非劣化領域部１２との締結状態を維持したまま、主構造部１０と補強部２０との着脱を行うことができる。

【0022】

本実施形態では、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、劣化領域部１３及び連結板１４を基部１１に装着するためのボルト１３ａ，１４ａ及びナット１３ｂ，１４ｂは、補強部２０と平面視及び底面視において重なっておらず、補強部２０の補強基部２１を基部１１に装着するためのボルト２１ａ及びナット２１ｂは、劣化領域部１３及び連結板１４と平面視及び底面視において重なっていない。この構成によって、補強部２０を基部１１に装着したままの状態で劣化領域部１３及び連結板１４を基部１１に着脱し易くすることができる。また、劣化領域部１３及び連結板１４を基部１１に装着したままの状態で補強部２０を基部１１に着脱し易くすることができる。なお、ボルト２１ａ及びナット２１ｂと締結材料との間には図示するように平座金を設けてもよい。

【0023】

基部１１、非劣化領域部１２、劣化領域部１３及び連結板１４に用いる材料は、略同一の縦弾性係数を有し、好ましくは構造物２００と略同一の縦弾性係数を有していることが好ましい。本実施形態において、構造物２００は例えば鋼材を主材料とした鋼製のセグメントの組み合わせにより形成することができるため、基部１１、非劣化領域部１２、劣化領域部１３及び連結板１４に用いる材料は、鋼製セグメントと同一材料であるか、鋼製セグメントと略同一の縦弾性係数を有していることが好ましい。鋼製セグメントには、例えばＳＭ４００Ｂ、ＳＭ４９０Ｂなどの溶接構造用圧延鋼材やＳＳ４００、ＳＳ４９０などの高張力の一般構造用圧延鋼材を用いることができるが、他の鋼材等を用いてもよい。また、試験体３０は、図１Ａに示すような平板状ではなく、図１Ａにおける下方（構造物２００における径方向内側）に延びるリブを有するなど実際の構造物２００の実施態様に合わせて適宜変更してもよい。

【0024】

なお、構造物２００と試験体３０の弾性係数は、必ずしも一致していなくてもよい。試験体３０の弾性係数に合わせて数値計算モデルを作成し、応力、変位又は歪み等の測定結果と数値計算結果とが合致するか否かを確認することによって数値計算の精度を確認することができるからである。

【0025】

基部１１の下面には、補強部２０が装着されている。補強部２０は、構造物２００（一次覆工）の径方向内側に後から設けられた補強部材２２０（二次覆工）の一部を模しており、好ましくは補強部材２２０と略同一の縦弾性係数を有していることが好ましい。補強部２０は、図３Ａに示すように主構造部１０における劣化領域部１３とは反対側の面に装着されている。また、補強部２０は、図３Ｃに示すように、左右方向（Ｘ軸方向）に延在するとともに、奥行き方向（Ｙ軸方向）に分割されて配置されている。この構成によって、補強部２０を主構造部１０に装着した状態で、Ｙ軸方向中央位置に配置されたボルト１３ａ及びナット１３ｂを緩めることによって劣化領域部１３を基部１１から取り外して、構造物２００のうち劣化により構造物として機能しなくなった部位を除いた構造物２００’を模した試験を実施することができる。なお、補強部材２２０には、例えば無筋コンクリートを用いることができる。また、補強部２０にも補強部材２２０と同一材料又は略同一の縦弾性係数を有する材料を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。

【0026】

支持部４０は、試験体３０の長手方向（左右方向すなわちＸ軸方向）の両端部近傍を下方から支持して四点曲げ試験をおこなうための支点である。支持部４０は、奥行き方向に延在し、ＸＺ平面内の回転方向のモーメントが作用しないように主構造部１０の基部１１の下面を支持している。本実施形態において、支持部４０は、補強部２０の左右方向両端部の外側に隣接する位置において基部１１を支持している。この構成によって、主構造部１０を載荷部５０及び支持部４０により四点支持して載荷した状態で、補強部２０を着脱することができる。また、支持部４０は、主構造部１０における後述する載荷部５０とは反対側の面の補強部２０ではない（基部１１の）２点を支持している。

【0027】

載荷部５０は、図１Ａ等に示すように、主構造部１０における劣化領域部１３ではない（非劣化領域部１２の）２点に当接して駆動部５３からの荷重を主構造部１０に伝える圧子である押圧部５１と、押圧部５１の上部に装着された載荷板５２と、押圧部５１を載荷板５２を介して油圧シリンダー等により下方に押圧する駆動部５３とを備えている。なお、図１Aにおいて、Ａ－Ａ断面は押圧部５１を通らないため、図１Ｂにおいて押圧部５１は図示していない。

【0028】

次に、試験装置１００の制御を行う制御回路４００の構成例を図４に示す。制御回路４００は、試験装置１００の各機能部の制御を行う制御部４１０と、制御部４１０に作業者からの操作等を入力する入力部４２０と、試験結果の記憶等を行う記憶部４３０と、試験結果の表示等を行う表示部４８０とを備えている。制御部４１０は、試験装置１００が備えるＣＰＵ(Central Processing Unit)やＤＳＰ(Digital Signal Processor)で実行させることによって、ソフトウエア処理として実現することができる。しかし、この態様には限定されず、各処理は、例えばＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit)、ＰＬＤ(Programmable Logic Device)、又はＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等によってハードウエア処理として実現するように構成してもよい。制御部４１０は、駆動部５３の油圧シリンダーを動作させる流量調整バルブ４６０を制御可能である。また、制御部４１０は、押圧荷重測定用のロードセル４４０からの出力を取得可能に構成されている。これによって、制御部４１０は押圧荷重から換算した曲げモーメントをモニターすることができる。また、試験体３０に歪みゲージＧを貼付し、制御部４１０が当該歪みゲージＧからの出力を取得可能に構成されていてもよい。試験体３０の歪みは、例えば歪みゲージＧを非劣化領域部１２における上面や補強部２０の下面などに装着することによって、曲げ歪みを検出することができる。また、制御部４１０は、載荷板５２の変位量を試験体３０の変位として変位センサ４５０から取得可能に構成されていてもよい。これによって、制御部４１０は、試験体３０にかかる曲げモーメントと試験体３０の変位及び歪みとの関係をデータ化することができる。上述のロードセル４４０、変位センサ４５０及び歪みゲージＧは、載荷された試験体３０を計測する計測部６０として機能する。

【0029】

次に、本実施形態にかかる試験装置１００による試験方法の実行手順について図５から図８Ｂ等を用いて説明する。

【0030】

まず、試験装置１００の作業者は、図３Ａから図３Ｃに示す試験体３０のうち、主構造部１０のみを試験装置１００に設置する（図５のステップＳ１０１）。この試験体３０の設置は、図３Ａから図３Ｃに示す試験体３０においてボルト２１ａ及びナット２１ｂを緩めることで補強部２０を主構造部１０から取り外し、主構造部１０の下面を支持部４０上に固定することにより実行される。

【0031】

次に作業者は、試験装置１００の入力部４２０から試験開始の指示を行う。制御部４１０は、試験開始の指示に基づいて、流量調整バルブ４６０の制御を行い駆動部５３の油圧シリンダーを作動させて載荷板５２を下方に変位させる。これによって、載荷部５０は、載荷板５２を介して押圧部５１を下方に押圧するように荷重を作用させる（図６Ａ参照）。このとき、制御部４１０は、載荷板５２の変位量を変位センサ４５０から取得すると共に、ロードセル４４０から試験体３０に作用している押圧荷重値を取得し、曲げモーメントを算出する。制御部４１０は、予め決められた速度で載荷部５０の載荷板５２が下降するように流量調整バルブ４６０の制御を行う。なお、図６Ａ及び後述する図６Ｂ、図６Ｃにおいては、駆動部５３の図示を省略している。

【0032】

制御部４１０は、試験体３０に配置した歪みゲージＧから、試験体３０の歪みを取得する。制御部４１０は、載荷部５０の載荷板５２の変位量と、ロードセル４４０からの荷重値（又は曲げモーメント）と、歪みゲージＧからの歪みとをほぼ同時に取得して記憶部４３０に記憶する。

【0033】

制御部４１０は、試験体３０に係る曲げモーメント、変位量、又は歪みが所定値に達するまで載荷板５２を移動させつつ、載荷板５２の荷重値（又は曲げモーメント）、変位量、及び歪みを取得し、記憶部４３０に記憶する。制御部４１０は、曲げモーメント、変位量、又は歪みが所定値に達すると、載荷板５２の移動を停止して載荷した状態を継続する。

【0034】

制御部４１０は、本実施形態の試験装置１００により取得された主構造部１０の曲げモーメント－変位特性、及び曲げモーメント－歪み特性を表示部４８０に表示する。以上の動作により、主構造部１０に曲げモーメントを載荷しながら試験体３０の変位及び歪みを計測する（図５のステップＳ１０２）。

【0035】

なお、この図６Ａに示す試験体３０の状態は、図６Ｂ（ａ）に示すように土壌３００中に構造物２００（一次覆工）を建設した状態から、土圧や水圧等の死荷重が構造物２００にかかり、図６Ｂ（ｂ）に示すように構造物２００が押し潰される方向に曲げモーメントが作用した状態を模したものである。

【0036】

次に、作業者は、主構造部１０に載荷した状態を維持したまま、主構造部１０に補強部２０を取り付けて補強試験体を形成する（図７Ａ参照）（図５のステップＳ１０３）。そして、補強試験体に曲げモーメントが載荷された状態で、補強試験体の変位及び歪みを計測する（図５のステップＳ１０４）。この図７Ａに示す状態では、既に加えられた曲げモーメントにより主構造部１０が変形した状態で補強部２０を取り付けているため、補強部２０が応力分担することがなく、主構造部１０の変位及び歪みは変化しないはずである。このステップＳ１０４において、補強試験体の変位及び歪みがステップＳ１０２と比較して大きく変化した場合には、補強部２０の装着によって主構造部１０に意図しない歪みが生じている可能性があるため、補強部２０の再装着等を試みてもよい。

【0037】

なお、この図７Ａに示す試験体３０（補強試験体）の状態は、図７Ｂに示すように土壌３００中の構造物２００（一次覆工）に土圧や水圧等の死荷重がかかった状態のまま、構造物２００の径方向内側に補強部材２２０（二次覆工）を形成した状態を模したものである。

【0038】

次に、作業者は、図７Ａに示す補強試験体に載荷した状態のまま、補強試験体から劣化領域部１３を取り外して劣化試験体を形成する（図８Ａ参照）（図５のステップＳ１０５）。このステップＳ１０５では、補強試験体から劣化領域部１３を取り外すことによって、それまで主構造部１０が支えてきた荷重の一部を支えられなくなるため、主構造部１０から補強部２０への応力の分配が発生する。劣化試験体に曲げモーメントが載荷され、この応力分配が発生した状態で、劣化試験体の変位及び歪みを計測する（図５のステップＳ１０６）。

【0039】

なお、この図８Ａに示す試験体３０（劣化試験体）の状態は、図８Ｂに示すように土壌３００中の構造物２００（一次覆工）に土圧や水圧等の死荷重がかかった状態で補強部材２２０（二次覆工）が形成された後、構造物２００の一部が劣化して構造物２００’となった状態を模したものである。図８Ｂは、構造物２００の一部が劣化したことにより初期の破線の形状から実線の形状（構造物２００’）へと一部が薄肉化し、これによって構造物２００にかかっていた荷重が補強部材２２０に応力分配されて、補強部材２２０が初期の破線の形状から実線の形状へと変形している様子を示している。

【0040】

以上述べたように、本実施形態に係る試験装置１００は、構造物２００の少なくとも一部を模した主構造部１０と、構造物２００を補強するための補強部材２２０の少なくとも一部を模した補強部２０とを備えた試験体３０と、試験体３０を支持する支持部４０と、試験体３０に載荷する載荷部５０と、載荷された試験体３０を計測する計測部６０とを備える試験装置１００であって、主構造部１０は、構造物２００の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部１３を含み、劣化領域部１３は主構造部の他の部位に対して着脱可能とされるように構成した。このような構成の採用によって、主構造部１０に曲げモーメントがかかった状態で補強部２０を装着した後、劣化領域部１３を取り外すことによって、主構造部１０にかかっていた曲げモーメントの一部が補強部２０へと分配される前後の主構造部１０及び補強部２０の変位及び歪みを定量化することができる。従って、補強された複合構造を有する構造物２００において、初期構造の劣化による応力の分配を精度よく評価することが可能となる。これによって、劣化進行を伴う構造物２００の応力増加を補強部材２２０により軽減する効果を実測して、従来行われてきた数値計算モデルの精度検証が可能となる。特に、構造物２００がトンネルである場合、一次覆工の建設直後に二次覆工が建設される場合、二次覆工が補強部材２２０として機能することが期待できるため、二次覆工による一次覆工の応力増加の軽減効果を評価可能とすることによって、トンネルの耐用年数を精度よく評価することができる。

【0041】

本実施形態に係る試験装置１００を用いて数値計算手法の精度を確認し、評価対象の構造物２００に確認済みの数値計算手法を適用することによって、構造物２００の評価の効率と精度とを両立させることができる。数値計算手法の精度の確認は、試験体３０により実測した変位及び／又は歪みと、数値計算手法により得られた各部材の変位及び／又は歪みとを比較することによって行うことができる。

【0042】

また、本実施形態では、劣化領域部１３は、板状の主構造部１０の厚み方向に着脱可能であり、主構造部１０の面方向の略中央位置に位置するように構成した。このような構成の採用によって、劣化領域部１３を主構造部１０の基部１１から厚み方向に離隔させることで構造物２００の一部が劣化した状態を容易に模して評価することができる。

【0043】

また、本実施形態では、劣化領域部１３を主構造部１０に固定する固定部（ボルト１３ａ及びナット１３ｂ）は、平面視及び底面視において補強部２０と重なっておらず、補強部２０を主構造部１０に固定する固定部（ボルト２１ａ及びナット２１ｂ）は、平面視及び底面視において劣化領域部１３と重なっていないように構成した。このような構成の採用によって、試験体３０の厚み方向にドライバーやトルクレンチ等を挿入して固定部を緩め、劣化領域部１３及び補強部２０を互いに干渉することなく独立して基部１１に対して容易に着脱することができる。

【0044】

また、本実施形態では、補強部２０は、主構造部１０における劣化領域部１３とは反対側の面に装着されるように構成した。このような構成の採用によって、劣化領域部１３及び補強部２０の一方を基部１１に固定した状態で、他方を容易に基部１１に対して着脱することができる。

【0045】

また、本実施形態では、載荷部５０は、板状の主構造部１０における一方の面の劣化領域部１３ではない２点に載荷し、支持部４０は、主構造部１０における他方の面の補強部２０ではない２点を支持するように構成した。このような構成の採用によって、劣化領域部１３及び補強部２０が共に載荷部５０及び支持部４０に当接していないので、試験体３０を載荷した状態で劣化領域部１３及び補強部２０を基部１１に対して着脱し易くすることができる。

【0046】

また、本実施形態に係る試験体３０は、構造物２００の少なくとも一部を模した主構造部１０と、構造物２００を補強するための補強部材２２０の少なくとも一部を模した補強部２０とを備えた試験体３０であって、主構造部１０は、構造物２００の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部１３を含み、劣化領域部１３は主構造部１０の他の部位に対して着脱可能とされるように構成した。このような構成の採用によって、主構造部１０に曲げモーメントがかかった状態で補強部２０を装着した後、劣化領域部１３を取り外すことによって、主構造部１０にかかっていた曲げモーメントの一部が補強部２０へと分配される前後の主構造部１０及び補強部２０の変位及び歪みを定量化することができる。従って、補強された複合構造を有する構造物２００において、初期構造の劣化による応力の分配を精度よく評価することが可能となる。

【0047】

また、本実施形態に係る試験方法は、構造物２００の少なくとも一部を模した主構造部１０であって、主構造部１０は構造物２００の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部１３を含む、主構造部１０を試験装置１００に設置することと、主構造部１０に載荷しながら変位を計測することと、主構造部１０への載荷を維持しつつ構造物２００を補強するための補強部材２２０の少なくとも一部を模した補強部２０を主構造部１０に取り付けて補強試験体を形成することと、補強試験体に載荷しながら変位を計測することと、補強試験体への載荷を維持しつつ補強試験体から劣化領域部１３を取り外して劣化試験体を形成することと、劣化試験体に載荷しながら変位を計測することとを含むように構成した。このような構成の採用によって、主構造部１０に曲げモーメントがかかった状態で補強部２０を装着した後、劣化領域部１３を取り外すことによって、主構造部１０にかかっていた曲げモーメントの一部が補強部２０へと分配される前後の主構造部１０及び補強部２０の変位及び歪みを定量化することができる。従って、補強された複合構造を有する構造物２００において、初期構造の劣化による応力の分配を精度よく評価することが可能となる。

【0048】

次に、本開示の第２実施形態に係る試験装置５００、試験体５３０及び試験方法について説明する。本実施形態の試験体５３０は、第１実施形態の試験体３０を上下方向が長手方向となるように縦置きしており、図９におけるＺ軸プラス方向を上方、Ｚ軸マイナス方向を下方とする。また、図９におけるＸ軸方向を左右方向とし、Ｙ軸方向を奥行き方向とする。

【0049】

本実施形態では、上下方向に延びる主構造部５１０の基部５１１の右側面に劣化領域部５１３及び非劣化領域部５１２を装着し、基部５１１の左側面に補強部５２０が装着されている。

【0050】

なお、本実施形態にかかる試験体５３０は、第１実施形態の試験体３０を縦置きしており、材質や寸法は異なるものの、構造については近似しているため、ここでの更なる説明は省略する。

【0051】

載荷部５５０は、板状の主構造部５１０の上端部５３１を下方に向けて載荷している。また、支持部５４０ａが主構造部５１０の下端部５３２を下方から支持するとともに、他の支持部５４０ｂは、試験体５３０の下端部近傍の非劣化領域部５１２の右面及び基部５１１の左面を支持している。この構成によって、載荷部５５０の駆動部５５３が載荷板５５２を介して主構造部５１０の上端部５３１を下方に押下することによって、試験体５３０に圧縮応力を加えることができる。

【0052】

すなわち、図９に示す試験装置５００は、図１０に示すような橋梁の一部をなすＨ型鋼である構造物６００のウェブ６０２部分を模した主構造部５１０と、ウェブ６０２を補強するための補強部材６２０を模した補強部５２０とを備えた試験体５３０と、試験体５３０の下部３箇所を支持する支持部５４０ａ及び５４０ｂと、試験体５３０に上方から載荷する載荷部５５０と、載荷された試験体５３０を計測する計測部６０とを備えている。

【0053】

本実施形態の試験体５３０は、上フランジ６０１、ウェブ６０２及び下フランジ６０３を有するＨ型鋼である構造物６００において、ウェブ６０２の側方に補強部材６２０を組み合わせた複合構造を模しており、主構造部５１０、補強部５２０、及び劣化領域部５１３は、それぞれ初期のウェブ６０２、補強部材６２０、及びウェブ６０２のうち劣化により構造物６００として機能しなくなった部位に対応している。

【0054】

主構造部５１０や補強部５２０の材料には、ウェブ６０２や補強部材６２０と同じ材料を用いることが好ましく、例えばＳＭ４９０Ｂなどの溶接構造用圧延鋼やＳＳ５４０などの高張力の一般構造用圧延鋼材等を用いることができる。

【0055】

載荷部５５０は、図９に示すように、主構造部５１０の上端部５３１に当接する載荷板５５２と、載荷板５５２を下方に押圧する駆動部５５３とを備えている。

【0056】

試験装置５００の制御を行う制御回路４００の構成例については、第１実施形態と同様に図４の構成を用いることができる。試験体５３０の歪みについては、歪みゲージＧを例えば非劣化領域部５１２における右側面や補強部５２０の左側面などに装着することによって、圧縮歪みを検出することができる。制御部４１０は、押圧荷重から換算した圧縮応力をモニターすることができる。制御部４１０は、試験体５３０にかかる圧縮応力と試験体５３０の変位及び歪みとの関係をデータ化することができる。

【0057】

本実施形態にかかる試験装置５００による試験方法の実行手順については、第１実施形態（図５）との差異点に絞って説明する。

【0058】

まず、試験装置５００の作業者は、試験体５３０のうち、主構造部５１０のみを試験装置５００に設置する（図５のステップＳ１０１）。この試験体５３０の設置は、ボルト及びナットを緩めることで補強部５２０を主構造部５１０から取り外し、主構造部５１０の下端部を支持部５４０ａ，５４０ｂ上に固定することにより実行される。

【0059】

制御部４１０は、載荷板５５２の変位量を変位センサ４５０から取得すると共に、ロードセル４４０から試験体５３０に作用している押圧荷重値を取得し、載荷する圧縮応力を算出する。

【0060】

制御部４１０は、試験体５３０に配置した歪みゲージＧから、試験体５３０の歪みを取得する。制御部４１０は、載荷部５５０の載荷板５５２の変位量と、ロードセル４４０からの荷重値（又は圧縮応力）と、歪みゲージＧからの歪みとをほぼ同時に取得して記憶部４３０に記憶する。

【0061】

制御部４１０は、試験体５３０に係る圧縮応力、変位量、又は圧縮歪みが所定値に達するまで載荷板５２を移動させつつ、載荷板５２の荷重値（又は圧縮応力）、変位量、及び歪みを取得し、記憶部４３０に記憶する。制御部４１０は、圧縮応力、変位量、又は歪みが所定値に達すると、載荷板５２の移動を停止して載荷した状態を継続する。

【0062】

制御部４１０は、本実施形態の試験装置５００により取得された主構造部５１０の圧縮応力－変位特性、及び圧縮応力－歪み特性を表示部４８０に表示する。以上の動作により、主構造部５１０に圧縮応力を載荷しながら試験体５３０の変位及び歪みを計測する（図５のステップＳ１０２）。

【0063】

次に、作業者は、主構造部５１０に載荷した状態を維持したまま、主構造部５１０に補強部５２０を取り付けて補強試験体を形成する（図５のステップＳ１０３）。そして、補強試験体に圧縮応力が載荷された状態で、補強試験体の変位及び歪みを計測する（図５のステップＳ１０４）。この状態では、既に加えられた圧縮応力により主構造部５１０が変形した状態で補強部５２０を取り付けているため、補強部５２０が応力分担することがなく、主構造部５１０の変位及び歪みは変化しないはずである。

【0064】

この試験体５３０（補強試験体）の状態は、橋梁の構造物６００に橋梁重量等の死荷重がかかった状態のまま、ウェブ６０２の側方に補強部材６２０を形成した状態を模したものである。橋梁上を走行する車両等の一定の活荷重を更に仮定して評価を行ってもよい。

【0065】

なお、図１０に示すような劣化したウェブ６０２の両側の側方に補強部材６２０を固定した状態を模すため、図９において主構造部５１０に関して補強部５２０の反対側にも更なる補強部を固定してもよい。その場合、補強部５２０を装着したまま劣化領域部５１３を取り外すことができるように各部材のレイアウトや着脱方法を見直してもよい。

【0066】

次に、作業者は、補強試験体に載荷した状態のまま、補強試験体から劣化領域部５１３を取り外して劣化試験体を形成する（図５のステップＳ１０５）。このステップＳ１０５では、補強試験体から劣化領域部５１３を取り外すことによって、それまで主構造部５１０が支えてきた荷重の一部を支えられなくなるため、主構造部５１０から補強部５２０への応力の分配が発生する。劣化試験体に圧縮応力が載荷され、この応力分配が発生した状態で、劣化試験体の変位及び歪みを計測する（図５のステップＳ１０６）。

【0067】

なお、この試験体５３０（劣化試験体）の状態は、ウェブ６０２に橋梁重量等の死荷重がかかった状態で補強部材６２０が形成された後、ウェブ６０２の一部が劣化した状態を模したものである。

【0068】

以上述べたように、本実施形態では、載荷板５５２は、主構造部５１０における下端部及び下部側面を支持するように構成した。このような構成の採用によって、縦長となる姿勢で支持された構造物６００の圧縮応力による変位及び歪みを容易に評価することができる。

【0069】

本開示を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップなどに含まれる機能などは論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップなどを１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

【0070】

例えば、第１実施形態では、主構造部１０が構造物２００の一部を模したものであり、補強部２０が補強部材２２０の一部を模したものとして構成したが、この態様には限定されない。主構造部１０及び補強部２０が、それぞれ構造物２００及び補強部材２２０の全体を模した試験体を構成するようにしてもよい。

【0071】

また、第１実施形態では、四点曲げ試験により評価するように構成したが、この態様には限定されず、三点曲げ試験など他の試験法に基づいて評価を行ってもよいし、分布荷重を与えることにより評価を行ってもよい。

【0072】

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

【0073】

（付記項１）
構造物の少なくとも一部を模した主構造部と、
前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部と
を備えた試験体と、
前記試験体を支持する支持部と、
前記試験体に載荷する載荷部と、
載荷された前記試験体を計測する計測部と
を備える試験装置であって、
前記主構造部は、前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含み、該劣化領域部は前記主構造部の他の部位に対して着脱可能とされている、試験装置。
（付記項２）
前記劣化領域部は、板状の前記主構造部の厚み方向に着脱可能であり、前記主構造部の面方向の略中央位置に位置する、付記項１に記載の試験装置。
（付記項３）
前記劣化領域部を前記主構造部に固定する固定部は、平面視及び底面視において前記補強部と重なっておらず、
前記補強部を前記主構造部に固定する固定部は、平面視及び底面視において前記劣化領域部と重なっていない、付記項１又は２に記載の試験装置。
（付記項４）
前記補強部は、前記主構造部における前記劣化領域部とは反対側の面に装着される、付記項１から３のいずれか一項に記載の試験装置。
（付記項５）
前記載荷部は、板状の前記主構造部における一方の面の前記劣化領域部ではない２点に載荷し、
前記支持部は、前記主構造部における他方の面の前記補強部ではない２点を支持する、付記項１から４のいずれか一項に記載の試験装置。
（付記項６）
前記載荷部は、前記主構造部における上端部を下方に向けて載荷し、
前記支持部は、前記主構造部における下端部及び下部側面を支持する、付記項１から４のいずれか一項に記載の試験装置。
（付記項７）
構造物の少なくとも一部を模した主構造部と、
前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部と
を備えた試験体であって、
前記主構造部は、前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含み、該劣化領域部は前記主構造部の他の部位に対して着脱可能とされている、試験体。
（付記項８）
構造物の少なくとも一部を模した主構造部であって、該主構造部は前記構造物の使用による劣化部位の少なくとも一部を表す劣化領域部を含む、該主構造部を試験装置に設置することと、
前記主構造部に載荷しながら変位を計測することと、
前記主構造部への載荷を維持しつつ前記構造物を補強するための補強部材の少なくとも一部を模した補強部を前記主構造部に取り付けて補強試験体を形成することと、
前記補強試験体に載荷しながら変位を計測することと、
前記補強試験体への載荷を維持しつつ前記補強試験体から前記劣化領域部を取り外して劣化試験体を形成することと、
前記劣化試験体に載荷しながら変位を計測することと
を含む、試験方法。

【符号の説明】

【0074】

１０ 主構造部
１１ 基部
１２ 非劣化領域部
１２ａ，１３ａ，１４ａ，２１ａ ボルト
１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ，２１ｂ ナット
１３ 劣化領域部
１４ 連結板
２０ 補強部
２１ 補強基部
３０ 試験体
４０ 支持部
５０ 載荷部
５１ 押圧部
５２ 載荷板
５３ 駆動部
６０ 計測部
１００ 試験装置
２００ 構造物
２００’ 劣化していない構造物
２２０ 補強部材
３００ 土壌
４００ 制御回路
４１０ 制御部
４２０ 入力部
４３０ 記憶部
４４０ ロードセル
４５０ 変位センサ
４６０ 流量調整バルブ
４８０ 表示部
５００ 試験装置
５１０ 主構造部
５１１ 基部
５１２ 非劣化領域部
５１３ 劣化領域部
５２０ 補強部
５３０ 試験体
５３１ 上端部
５３２ 下端部
５４０ａ 支持部
５４０ｂ 支持部
５５０ 載荷部
５５２ 載荷板
５５３ 駆動部
６００ 構造物
６０１ 上フランジ
６０２ ウェブ
６０３ 下フランジ
６２０ 補強部材
Ｇ 歪みゲージ

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】