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(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】P2024070740
(43)【公開日】2024-05-23
(54)【発明の名称】加力試験装置
(51)【国際特許分類】
G01N 3/32 20060101AFI20240516BHJP
G01M 7/06 20060101ALI20240516BHJP
【ＦＩ】
G01N3/32 H
G01M7/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022181448
(22)【出願日】2022-11-11
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用申請有り 集会名：説明会「実大免震試験施設説明会」、主催者名：一般財団法人免震研究推進機構、開催日：２０２２年４月１１日。 発行者名：一般財団法人免震研究推進機構、刊行物名：パンフレット「免震技術・制振技術の更なる発展のために 実大免震試験施設の設置について」、発行年月日：２０２２年４月１１日。 ウェブサイトの閲覧場所：一般財団法人免震研究推進機構、アドレス：ｈｔｔｐ：／／ｊｓｉｌ．ｏｒ．ｊｐ／、ｈｔｔｐ：／／ｊｓｉｌ．ｏｒ．ｊｐ／ｆａｃｉｌｉｔｙ．ｈｔｍｌ、ウェブサイト掲載日：２０２２年７月１２日。 集会名：セミナー「既存の実大試験機に内在する課題とその解決」、主催者名：一般財団法人免震研究推進機構、開催日：２０２２年８月２０日。
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人防災科学技術研究所、「戦略的イノベーション創造プログラム （Ｓ Ｉ Ｐ）／国家レジリエンス（防災・減災）の強化／高精度荷重計測機構を有する動的試験機を活用した解析法の開発／」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】522443132
【氏名又は名称】一般財団法人免震研究推進機構
(71)【出願人】
【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】110002077
【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】篠崎 洋三
(72)【発明者】
【氏名】和田 章
(72)【発明者】
【氏名】高橋 良和
(72)【発明者】
【氏名】竹内 徹
(72)【発明者】
【氏名】吉敷 祥一
【テーマコード（参考）】
2G061
【Ｆターム（参考）】
2G061AA17
2G061AB04
2G061AB08
2G061BA01
2G061CA20
2G061CB20
2G061DA01
2G061EA03
2G061EB05
(57)【要約】
【課題】試験体に作用する水平力を正確に検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供する。
【解決手段】加力試験装置１０は、複数の鉛直動的ジャッキ２１と、上面に試験体Ｔが固定される加振テーブル１１と、試験体Ｔの上端を固定する反力梁１３と、複数の水平動的ジャッキ２２と、一端３０ａが反力梁１３に固定され、他端３０ｂが反力壁３に固定される反力検出器３０と、下端１５ｅが反力床２に対して相対移動不能に設けられ、上端１５ｄが反力梁１３に接合されて反力梁１３を支持するゴム支持材１５と、一端１７ａが反力梁１３に固定され、他端１７ｂが反力床２に固定された緊張材１７と、を備え、試験体Ｔに作用する水平力は、反力検出器３０で計測される第１の水平力と、ゴム支持材１５が変形して伝達される第２の水平力との合算値である。
【選択図】図３
【解決手段】加力試験装置１０は、複数の鉛直動的ジャッキ２１と、上面に試験体Ｔが固定される加振テーブル１１と、試験体Ｔの上端を固定する反力梁１３と、複数の水平動的ジャッキ２２と、一端３０ａが反力梁１３に固定され、他端３０ｂが反力壁３に固定される反力検出器３０と、下端１５ｅが反力床２に対して相対移動不能に設けられ、上端１５ｄが反力梁１３に接合されて反力梁１３を支持するゴム支持材１５と、一端１７ａが反力梁１３に固定され、他端１７ｂが反力床２に固定された緊張材１７と、を備え、試験体Ｔに作用する水平力は、反力検出器３０で計測される第１の水平力と、ゴム支持材１５が変形して伝達される第２の水平力との合算値である。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
構造物または当該構造物の構成部材に関する試験体に対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、前記試験体の応答を計測する加力試験装置であって、
反力床の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキと、
前記鉛直動的ジャッキの上方に設置され、上面に前記試験体が固定される加振テーブルと、
前記試験体の上端を固定する反力梁と、
一端が反力壁に固定され、他端が前記加振テーブルに固定される複数の水平動的ジャッキと、
一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力壁に固定される反力検出器と、
下端が前記反力床に対して相対移動不能に設けられ、上端が前記反力梁に接合されて前記反力梁を支持するゴム支持材と、
一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力床に固定された緊張材と、
を備え、
前記試験体に作用する水平力は、前記反力検出器で計測される第１の水平力と、前記ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力との合算値であることを特徴とする加力試験装置。
反力床の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキと、
前記鉛直動的ジャッキの上方に設置され、上面に前記試験体が固定される加振テーブルと、
前記試験体の上端を固定する反力梁と、
一端が反力壁に固定され、他端が前記加振テーブルに固定される複数の水平動的ジャッキと、
一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力壁に固定される反力検出器と、
下端が前記反力床に対して相対移動不能に設けられ、上端が前記反力梁に接合されて前記反力梁を支持するゴム支持材と、
一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力床に固定された緊張材と、
を備え、
前記試験体に作用する水平力は、前記反力検出器で計測される第１の水平力と、前記ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力との合算値であることを特徴とする加力試験装置。
【請求項2】
前記ゴム支持材は、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承であることを特徴とする請求項１に記載の加力試験装置。
【請求項3】
前記ゴム支持材は複数設置され、前記ゴム支持材の各々は、隣接した位置に設けられた前記緊張材によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されていることを特徴とする請求項１または２に記載の加力試験装置。
【請求項4】
前記反力検出器は、前記反力梁と前記反力壁の間に複数配置され、当該反力検出器にはロードセルが内蔵され、かつ曲げモーメントを低減させる接合部が両端に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の加力試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、構造物または当該構造物の構成部材を模擬した試験体に対して、鉛直力と水平力を同時に作用させ、試験体の応答を計測する加力試験装置であり、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明である。
【背景技術】
【0002】
建物を建築するに際し、建物の構造部材等の信頼性を実証するために、構造部材等に関する試験体に対して力を作用させ、試験体の応答を計測する実大実験が行われている。
【0003】
例えば特許文献１には、縦用のスイーベルジョイント付加振器と、横用のスイーベルジョイント付加振器と、加振力を伝達し、微少な摩擦でテーブルを縦に案内し回転動を拘束するスライドベアリング、及びスライドベアリング軸支持装置と、を備え、被試験体に縦動単独、横動単独、もしくは縦横同時連成加振力を与える試験装置が開示されている。
また、特許文献２には、可撓性部材の一端を保持する第１保持部を鉛直方向に往復移動可能な第１加力部と、可撓性部材の他端を保持する第２保持部を第１の水平方向に往復移動する第２加力部と、第２保持部を第１の水平方向とは異なる第２の水平方向に往復移動する第３加力部とを備える試験装置が開示されている。
これらの特許文献１、２の構成では、試験体の応答を正確に計測できない可能性がある。例えば特許文献２の構成において、可撓性部材の他端を保持する第２保持部を水平方向に揺動可能に設けられた継手に、ロードセルを設け、このロードセルによって、可撓性部材に作用する水平力を計測することが考えられる。この場合においては、ロードセルによって計測される水平力には、第２保持部を静止した状態から移動させたり、第２保持部の移動方向を変えたりする際に、第２保持部に作用する慣性力が含まれてしまう。また、第２支持部と、第２支持部を揺動可能に支持する支持台との間に生じる摩擦力も、ロードセルによって計測される水平力に含まれてしまう。
このように、特許文献１、２の構成において、試験体に作用する水平力を計測しようとしても、慣性力や摩擦力が含まれた水平力が計測されてしまう。
また、特許文献２には、可撓性部材の一端を保持する第１保持部を鉛直方向に往復移動可能な第１加力部と、可撓性部材の他端を保持する第２保持部を第１の水平方向に往復移動する第２加力部と、第２保持部を第１の水平方向とは異なる第２の水平方向に往復移動する第３加力部とを備える試験装置が開示されている。
これらの特許文献１、２の構成では、試験体の応答を正確に計測できない可能性がある。例えば特許文献２の構成において、可撓性部材の他端を保持する第２保持部を水平方向に揺動可能に設けられた継手に、ロードセルを設け、このロードセルによって、可撓性部材に作用する水平力を計測することが考えられる。この場合においては、ロードセルによって計測される水平力には、第２保持部を静止した状態から移動させたり、第２保持部の移動方向を変えたりする際に、第２保持部に作用する慣性力が含まれてしまう。また、第２支持部と、第２支持部を揺動可能に支持する支持台との間に生じる摩擦力も、ロードセルによって計測される水平力に含まれてしまう。
このように、特許文献１、２の構成において、試験体に作用する水平力を計測しようとしても、慣性力や摩擦力が含まれた水平力が計測されてしまう。
【0004】
これに対し、特許文献３には、反力床に固定する下反力梁と、下反力梁上に水平移動可能に配置されて試験体を固定する可動テーブルと、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反力床に固定し、他端を押え格子に固定する押え格子リンクと、試験体の上端を固定する上反力梁と、一端を反力壁に固定し、他端を上反力梁に固定する上反力梁リンクと、を有した試験装置が開示されている。
上反力梁は、上反力梁リンクにより、水平方向の移動が拘束されている。上反力梁リンクには、ロードセルが取り付けられている。
下反力梁と押え格子を貫通するように、貫通ロッドが設けられている。貫通ロッドは、上反力梁に固定され、上反力梁を支持している。貫通ロッドは、押え格子と押え格子より上部に配置された上ブロックとの間に固定された上ラムシリンダーと、下反力梁と下反力梁より下部に配置された下ブロックとの間に固定された下ラムシリンダーを備えている。可動テーブルには、一端を反力壁に取り付けた水平アクチュエータが取り付けられている。
貫通ロッドは、球面座金を介して、上反力梁に固定されている。この球面座金により、貫通ロッドの曲げやせん断による水平力の発生が抑制され、貫通ロッドから上反力梁に伝達される水平力は無視できるものとなる。
上反力梁は、上反力梁リンクにより、水平方向の移動が拘束されている。上反力梁リンクには、ロードセルが取り付けられている。
下反力梁と押え格子を貫通するように、貫通ロッドが設けられている。貫通ロッドは、上反力梁に固定され、上反力梁を支持している。貫通ロッドは、押え格子と押え格子より上部に配置された上ブロックとの間に固定された上ラムシリンダーと、下反力梁と下反力梁より下部に配置された下ブロックとの間に固定された下ラムシリンダーを備えている。可動テーブルには、一端を反力壁に取り付けた水平アクチュエータが取り付けられている。
貫通ロッドは、球面座金を介して、上反力梁に固定されている。この球面座金により、貫通ロッドの曲げやせん断による水平力の発生が抑制され、貫通ロッドから上反力梁に伝達される水平力は無視できるものとなる。
【0005】
上記のような試験装置において、例えばせん断試験を行う際には、水平アクチュエータを起動して、可動テーブルを水平移動させることで、試験体に対して水平力を付与する。上反力梁リンクのロードセルにより、試験体に作用する水平力が計測される。
このように、水平アクチュエータによって水平移動される可動テーブルに作用する水平力ではなく、可動テーブルを挟んで試験体の上端を固定する上反力梁に対して、可動テーブルから試験体を介して作用する水平力が計測される。このようにして計測される水平力には、可動テーブルを動かす際の慣性力や、可動テーブルとこれを支持する他の部材との間に作用する摩擦力が含まれないため、試験体に作用する力を明確に把握することができる。
このように、水平アクチュエータによって水平移動される可動テーブルに作用する水平力ではなく、可動テーブルを挟んで試験体の上端を固定する上反力梁に対して、可動テーブルから試験体を介して作用する水平力が計測される。このようにして計測される水平力には、可動テーブルを動かす際の慣性力や、可動テーブルとこれを支持する他の部材との間に作用する摩擦力が含まれないため、試験体に作用する力を明確に把握することができる。
【0006】
しかし、特許文献３の構成においては、上反力梁を支持するに際し、下反力梁から上反力梁までを挿通するように貫通ロッドを設けている。このような構成では、貫通ロッドの曲げとせん断による水平力の発生を防ぐために、貫通ロッドと上反力梁との接合部に球面座金を設ける等、構造が複雑なものとなっている。したがって、特許文献３の構成を実現するには、コストが嵩む。
また、特許文献３の可動テーブル上に乗せられる試験体には大きな鉛直荷重が作用するが、可動テーブルの上下はラムジャッキと抑え格子で挟まれており、可動テーブルの上下面にも大きな摩擦力が作用する。このため、水平ジャッキの能力を高める必要があった。
更に、球面座金の部分においても、厳密には摩擦が生じているため、これによる摩擦力が、測定される水平力に影響し、水平力を正確に検出できない場合もある。
試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出できる加力試験装置を、簡潔な構成で、実現することが望まれている。
また、特許文献３の可動テーブル上に乗せられる試験体には大きな鉛直荷重が作用するが、可動テーブルの上下はラムジャッキと抑え格子で挟まれており、可動テーブルの上下面にも大きな摩擦力が作用する。このため、水平ジャッキの能力を高める必要があった。
更に、球面座金の部分においても、厳密には摩擦が生じているため、これによる摩擦力が、測定される水平力に影響し、水平力を正確に検出できない場合もある。
試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出できる加力試験装置を、簡潔な構成で、実現することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開平１－１７８８４４号公報
【特許文献2】特開２００２－３３３３９２号公報
【特許文献3】特許第６８４２７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明が解決しようとする課題は、試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、加力試験装置（例えば、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機）として、加振テーブル上に設置する試験体に作用する水平力測定値に、加振テーブルを動かす際の慣性力、および加振テーブルとこれを支持する部材との間に作用する摩擦力が混入していない反力梁の側で測定することを考え、試験体を固定する反力梁を介し、反力壁と前記反力梁との間に設ける反力検出器で計測される第１の水平力と、前記反力梁に接合されたゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力との合算値として直接測定する、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術を発明した。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、構造物または当該構造物の構成部材に関する試験体に対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、前記試験体の応答を計測する（例えば、３軸加力試験装置、または２軸加力試験装置）加力試験装置において、水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明であって、反力床の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキと、前記鉛直動的ジャッキの上方に設置され、上面に前記試験体が固定される加振テーブルと、前記試験体の上端を固定する反力梁と、一端が反力壁に固定され、他端が前記加振テーブルに固定される複数の水平動的ジャッキと、一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力壁に固定される反力検出器と、下端が前記反力床に対して相対移動不能に設けられ、上端が前記反力梁に接合されて前記反力梁を支持するゴム支持材と、一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力床に固定された緊張材と、を備え、前記試験体に作用する水平力は、前記反力検出器で計測される第１の水平力と、前記ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力との合算値であることを特徴とする、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明である。
このような構成によれば、試験体は、加振テーブルの上に設置される。試験体の上端は反力梁で固定される。加振テーブルが、鉛直動的ジャッキ、及び水平動的ジャッキにより動かされると、試験体には、鉛直力に加え、水平力が作用する。試験体に作用する水平力は、反力梁を介し、反力壁と反力梁との間に設けられる反力検出器に、圧縮力または引張力として伝達する。ここで、反力梁は、下端が反力床に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材によって、下方から支持されており、反力梁は反力床に対して相対移動が可能な状態となっているため、この水平力の伝達は、ゴム支持材によっては阻害されない。このようにして反力検出器に伝達された水平力は、第１の水平力として計測される。
上記の要領で反力検出器が第１の水平力を検出するに際し、反力検出器は、反力検出器に伝達する水平力の影響を受けて、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体に伝達した水平力のうち、この、反力検出器の変形及び反力梁の移動のために消費される水平力は、反力検出器によって第１の水平力として計測され得ない。ここで、反力検出器の圧縮量、伸長量は、微小なものであり、これに伴う反力梁の移動量、及びゴム支持材の変形量も、微小なものとなる。ゴム支持材の変形量とゴム支持材に作用する水平力の関係は、変形量が微小である初期変形段階においては基本的に比例関係となる。したがって、この関係を予め把握しておけば、ゴム支持材の変形量を基に、反力梁に伝達される水平力のうち、第１の水平力として反力検出器によって計測されない部分を、第２の水平力、すなわちゴム支持材が変形して伝達される成分として把握することができる。
こうして検出された、反力検出器で計測される第１の水平力と、ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力とを合算することにより、試験体に作用する水平力を、正確に検出することができる。
ここで、第１及び第２の水平力は、水平動的ジャッキによって直接動かされる加振テーブルに対して計測されるものではない。したがって、第１及び第２の水平力には、加振テーブルを動かす際の慣性力や、加振テーブルとこれを支持する部材との間に作用する摩擦力が含まれない。
また、反力梁が、反力床に対し、緊張材によって接続されているため、反力梁の鉛直方向の変位は抑制される一方で、水平方向には剛には拘束されていない。このため、ゴム支持材に作用する水平力は、鉛直方向に緊張材を通して伝達されにくい。これにより、水平力の計測精度が向上する。
以上が相乗し、試験体に作用する水平力を正確に検出することができる。
また、上記のような構成においては、反力梁を支持するに際し、基本的にはゴム支持材と緊張材を設ければ良いため、構成が簡潔なものとなる。
更に、上記のような構成においては、摩擦力と慣性力の影響を受けていないため、水平力の検出をリアルタイムで行うことが可能である。
その結果、試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供することが可能となる。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、構造物または当該構造物の構成部材に関する試験体に対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、前記試験体の応答を計測する（例えば、３軸加力試験装置、または２軸加力試験装置）加力試験装置において、水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明であって、反力床の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキと、前記鉛直動的ジャッキの上方に設置され、上面に前記試験体が固定される加振テーブルと、前記試験体の上端を固定する反力梁と、一端が反力壁に固定され、他端が前記加振テーブルに固定される複数の水平動的ジャッキと、一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力壁に固定される反力検出器と、下端が前記反力床に対して相対移動不能に設けられ、上端が前記反力梁に接合されて前記反力梁を支持するゴム支持材と、一端が前記反力梁に固定され、他端が前記反力床に固定された緊張材と、を備え、前記試験体に作用する水平力は、前記反力検出器で計測される第１の水平力と、前記ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力との合算値であることを特徴とする、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術の発明である。
このような構成によれば、試験体は、加振テーブルの上に設置される。試験体の上端は反力梁で固定される。加振テーブルが、鉛直動的ジャッキ、及び水平動的ジャッキにより動かされると、試験体には、鉛直力に加え、水平力が作用する。試験体に作用する水平力は、反力梁を介し、反力壁と反力梁との間に設けられる反力検出器に、圧縮力または引張力として伝達する。ここで、反力梁は、下端が反力床に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材によって、下方から支持されており、反力梁は反力床に対して相対移動が可能な状態となっているため、この水平力の伝達は、ゴム支持材によっては阻害されない。このようにして反力検出器に伝達された水平力は、第１の水平力として計測される。
上記の要領で反力検出器が第１の水平力を検出するに際し、反力検出器は、反力検出器に伝達する水平力の影響を受けて、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体に伝達した水平力のうち、この、反力検出器の変形及び反力梁の移動のために消費される水平力は、反力検出器によって第１の水平力として計測され得ない。ここで、反力検出器の圧縮量、伸長量は、微小なものであり、これに伴う反力梁の移動量、及びゴム支持材の変形量も、微小なものとなる。ゴム支持材の変形量とゴム支持材に作用する水平力の関係は、変形量が微小である初期変形段階においては基本的に比例関係となる。したがって、この関係を予め把握しておけば、ゴム支持材の変形量を基に、反力梁に伝達される水平力のうち、第１の水平力として反力検出器によって計測されない部分を、第２の水平力、すなわちゴム支持材が変形して伝達される成分として把握することができる。
こうして検出された、反力検出器で計測される第１の水平力と、ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力とを合算することにより、試験体に作用する水平力を、正確に検出することができる。
ここで、第１及び第２の水平力は、水平動的ジャッキによって直接動かされる加振テーブルに対して計測されるものではない。したがって、第１及び第２の水平力には、加振テーブルを動かす際の慣性力や、加振テーブルとこれを支持する部材との間に作用する摩擦力が含まれない。
また、反力梁が、反力床に対し、緊張材によって接続されているため、反力梁の鉛直方向の変位は抑制される一方で、水平方向には剛には拘束されていない。このため、ゴム支持材に作用する水平力は、鉛直方向に緊張材を通して伝達されにくい。これにより、水平力の計測精度が向上する。
以上が相乗し、試験体に作用する水平力を正確に検出することができる。
また、上記のような構成においては、反力梁を支持するに際し、基本的にはゴム支持材と緊張材を設ければ良いため、構成が簡潔なものとなる。
更に、上記のような構成においては、摩擦力と慣性力の影響を受けていないため、水平力の検出をリアルタイムで行うことが可能である。
その結果、試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供することが可能となる。
【0010】
本発明の一態様においては、前記ゴム支持材が、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承である。
このような構成によれば、単層のゴム支承、または積層ゴム支承であるゴム支持材は、高い鉛直剛性を有しており、鉛直方向の変形が抑えられる。このため、ゴム支持材に水平力が作用した際に、ゴム支持材の鉛直方向の変形が抑えられ、ゴム支持材は、作用した水平力の分だけ、水平方向にスムーズに変形することができる。したがって、第２の水平力を、正確に、把握することができる。
このような構成によれば、単層のゴム支承、または積層ゴム支承であるゴム支持材は、高い鉛直剛性を有しており、鉛直方向の変形が抑えられる。このため、ゴム支持材に水平力が作用した際に、ゴム支持材の鉛直方向の変形が抑えられ、ゴム支持材は、作用した水平力の分だけ、水平方向にスムーズに変形することができる。したがって、第２の水平力を、正確に、把握することができる。
【0011】
本発明の一態様においては、前記ゴム支持材は複数設置され、前記ゴム支持材の各々は、隣接した位置に設けられた前記緊張材によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されている。
このような構成によれば、緊張材のプレストレス力により、高い鉛直剛性を有するゴム支持材が、圧縮応力が作用した状態で拘束されることで、ゴム支持材の鉛直方向の変位を抑えつつ、ゴム支持材の面圧依存性を最小化することができる。これにより、ゴム支持材の水平方向の変形による第２の水平力を、安定して計測することができる。
このような構成によれば、緊張材のプレストレス力により、高い鉛直剛性を有するゴム支持材が、圧縮応力が作用した状態で拘束されることで、ゴム支持材の鉛直方向の変位を抑えつつ、ゴム支持材の面圧依存性を最小化することができる。これにより、ゴム支持材の水平方向の変形による第２の水平力を、安定して計測することができる。
【0012】
本発明の一態様においては、前記反力検出器は、前記反力梁と前記反力壁の間に複数配置され、当該反力検出器にはロードセルが内蔵され、かつ曲げモーメントを低減させる接合部が両端に設けられている。
このような構成によれば、軸力を精度よく測定できるロードセルを、反力検出器に内蔵し、さらに、反力検出器の両端に、曲げモーメントを低減させる接合部が設けられることで、反力梁の変位に基づくロードセルへの曲げモーメントの発生を抑えることができる。
このような構成によれば、軸力を精度よく測定できるロードセルを、反力検出器に内蔵し、さらに、反力検出器の両端に、曲げモーメントを低減させる接合部が設けられることで、反力梁の変位に基づくロードセルへの曲げモーメントの発生を抑えることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、試験体に作用する水平力を正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態に係る加力試験装置の構成を示す斜視図である。
【図8】上記加力試験装置において、試験体に水平力が作用した状態を示す図である。
【図9】ゴム支持材の変形量と、ゴム支持材の変形により生じる第２の水平力との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明は、構造物を模擬した試験体に対して、鉛直力と水平力を同時に作用させ、前記試験体の応答を計測する加力試験装置（例えば、３軸加力試験装置、または２軸加力試験装置）である。本発明は、加力試験装置として、免震装置の三方向または二方向の動的加力試験機の水平力測定値に摩擦力・慣性力を混入させない技術を具現化したものである。具体的には、本発明の加力試験装置は、反力床の上方に設ける鉛直動的ジャッキの上部に設置される加振テーブルと、試験体の上端を固定する反力梁と、一端が反力壁に固定され、他端が加振テーブルに固定される水平動的ジャッキと、一端が反力梁に固定され、他端が反力壁に固定される反力検出器と、下端が相対移動不能に設けられ、上端が反力梁に接合されて反力梁を支持するゴム支持材と、を備え、試験体に作用する水平力が、反力検出器で計測される第１の水平力と、ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力との合算値であることを特徴とする。
以下、添付図面を参照して、本発明による加力試験装置を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る加力試験装置の構成を示す斜視図を図１に示す。図２は、図１の加力試験装置の構成を模式的に示した平面図である。図３は、図２の加力試験装置の構成を、第２方向から見た図である。図４は、図２の加力試験装置の構成を、第１方向から見た図である。図５は、図２のＩ－Ｉ矢視断面図である。
図１～図５に示される加力試験装置１０は、試験体Ｔに対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、試験体Ｔの応答を計測する。ここで、加力試験装置１０における試験体Ｔは、構造物、または構造物の構成部材に関するものである。本実施形態では、試験体Ｔとして、構造物に組み込まれる免震装置、より具体的には積層ゴム支承を例示する。試験体Ｔとしては、積層ゴム支承以外の、すべり支承等の、他の種類の免震、制振装置が適用され得る。また、試験体Ｔとしては、免震装置以外に、例えば、構造物またはその一部を模擬した、柱試験体、壁試験体、縮小した構造物の架構試験体、等が挙げられる。
加力試験装置１０は、試験ピット１内に設置されている。試験ピット１は、反力床２と、一対の反力壁３と、を有している。反力床２は、地盤上に鉛直方向に所定の厚さを有して、例えば建物の基礎上に形成されている。反力床２は、平面視矩形状に形成されている。一対の反力壁３は、反力床２の床面に沿った第１方向Ｄ１に間隔をあけて配置されている。一対の反力壁３は、反力床２の第１方向Ｄ１の両端部から、それぞれ、鉛直上方に立ち上がって形成されている。一対の反力壁３は、水平面内で第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２を含む鉛直面内に延在するように設けられている。一対の反力壁３は、反力床２に対して、移動不能に設けられている。反力床２、及び反力壁３は、試験の際に、後述する鉛直動的ジャッキ２１、水平動的ジャッキ２２、反力検出器３０等から入力される反力を受け止められるよう、十分強固に形成されている。
以下、添付図面を参照して、本発明による加力試験装置を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る加力試験装置の構成を示す斜視図を図１に示す。図２は、図１の加力試験装置の構成を模式的に示した平面図である。図３は、図２の加力試験装置の構成を、第２方向から見た図である。図４は、図２の加力試験装置の構成を、第１方向から見た図である。図５は、図２のＩ－Ｉ矢視断面図である。
図１～図５に示される加力試験装置１０は、試験体Ｔに対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、試験体Ｔの応答を計測する。ここで、加力試験装置１０における試験体Ｔは、構造物、または構造物の構成部材に関するものである。本実施形態では、試験体Ｔとして、構造物に組み込まれる免震装置、より具体的には積層ゴム支承を例示する。試験体Ｔとしては、積層ゴム支承以外の、すべり支承等の、他の種類の免震、制振装置が適用され得る。また、試験体Ｔとしては、免震装置以外に、例えば、構造物またはその一部を模擬した、柱試験体、壁試験体、縮小した構造物の架構試験体、等が挙げられる。
加力試験装置１０は、試験ピット１内に設置されている。試験ピット１は、反力床２と、一対の反力壁３と、を有している。反力床２は、地盤上に鉛直方向に所定の厚さを有して、例えば建物の基礎上に形成されている。反力床２は、平面視矩形状に形成されている。一対の反力壁３は、反力床２の床面に沿った第１方向Ｄ１に間隔をあけて配置されている。一対の反力壁３は、反力床２の第１方向Ｄ１の両端部から、それぞれ、鉛直上方に立ち上がって形成されている。一対の反力壁３は、水平面内で第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２を含む鉛直面内に延在するように設けられている。一対の反力壁３は、反力床２に対して、移動不能に設けられている。反力床２、及び反力壁３は、試験の際に、後述する鉛直動的ジャッキ２１、水平動的ジャッキ２２、反力検出器３０等から入力される反力を受け止められるよう、十分強固に形成されている。
【0016】
加力試験装置１０（３軸加力試験装置）は、加振テーブル１１と、反力梁１３と、ゴム支持材１５と、緊張材１７と、複数の鉛直動的ジャッキ２１と、複数の水平動的ジャッキ２２と、反力検出器３０と、を備えている。
図３～図５に示されるように、加振テーブル１１は、反力床２の上方に間隔をあけて配置されている。加振テーブル１１は、複数の鉛直動的ジャッキ２１の上方に設置されている。加振テーブル１１は、複数の鉛直動的ジャッキ２１により、下方から支持されている。加振テーブル１１は、基台１１ａと、加振テーブル本体１１ｂと、ベアリング１１ｃと、を備えている。基台１１ａは、例えば、平面視矩形状で、水平面に沿って形成されたテーブル状をなしている。基台１１ａは、複数の鉛直動的ジャッキ２１上に支持されている。加振テーブル本体１１ｂは、基台１１ａの上方に間隔をあけて配置されている。加振テーブル本体１１ｂは、基台１１ａと同様、例えば、平面視矩形状で、水平面に沿って形成されたテーブル状をなしている。ベアリング１１ｃは、基台１１ａの上面と加振テーブル本体１１ｂの下面との間に配置されている。ベアリング１１ｃは、例えば複数のボールベアリングであり、加振テーブル本体１１ｂを、基台１１ａ上で、水平面内で移動自在に支持している。加振テーブル本体１１ｂの上面には、試験体Ｔの下端が固定される。
図３～図５に示されるように、加振テーブル１１は、反力床２の上方に間隔をあけて配置されている。加振テーブル１１は、複数の鉛直動的ジャッキ２１の上方に設置されている。加振テーブル１１は、複数の鉛直動的ジャッキ２１により、下方から支持されている。加振テーブル１１は、基台１１ａと、加振テーブル本体１１ｂと、ベアリング１１ｃと、を備えている。基台１１ａは、例えば、平面視矩形状で、水平面に沿って形成されたテーブル状をなしている。基台１１ａは、複数の鉛直動的ジャッキ２１上に支持されている。加振テーブル本体１１ｂは、基台１１ａの上方に間隔をあけて配置されている。加振テーブル本体１１ｂは、基台１１ａと同様、例えば、平面視矩形状で、水平面に沿って形成されたテーブル状をなしている。ベアリング１１ｃは、基台１１ａの上面と加振テーブル本体１１ｂの下面との間に配置されている。ベアリング１１ｃは、例えば複数のボールベアリングであり、加振テーブル本体１１ｂを、基台１１ａ上で、水平面内で移動自在に支持している。加振テーブル本体１１ｂの上面には、試験体Ｔの下端が固定される。
【0017】
反力梁１３は、加振テーブル１１の上方に間隔をあけて設置されている。図２～図５に示されるように、反力梁１３は、反力梁本体１３ａと、第１梁部材１３ｂ及び第２梁部材１３ｃと、を一体に有している。反力梁本体１３ａは、加振テーブル１１を、上方から覆うように形成されている。反力梁本体１３ａの下面には、試験体Ｔの上端が固定される。
第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃは、第２方向Ｄ２に間隔をあけて配置されている。第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃは、反力梁本体１３ａの第２方向Ｄ２の両端部に接合されている。第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃは、それぞれ、平面視で、反力梁本体１３ａに対し、第１方向Ｄ１の両側に突出するように延びている。第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃ、互いに平行となるように設けられている。
反力梁１３は、反力床２、反力壁３、及び次に説明する支持壁１４に対し、離間して、水平方向に相対移動可能に設けられている。
第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃは、第２方向Ｄ２に間隔をあけて配置されている。第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃは、反力梁本体１３ａの第２方向Ｄ２の両端部に接合されている。第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃは、それぞれ、平面視で、反力梁本体１３ａに対し、第１方向Ｄ１の両側に突出するように延びている。第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃ、互いに平行となるように設けられている。
反力梁１３は、反力床２、反力壁３、及び次に説明する支持壁１４に対し、離間して、水平方向に相対移動可能に設けられている。
【0018】
第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの下方には、それぞれ、支持壁１４が設けられている。支持壁１４は、平面視で、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃと重なるように形成されている。支持壁１４は、下端が反力床２に固定されている。支持壁１４は、反力床２から鉛直上方に延びている。支持壁１４の上端は、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの下面と鉛直方向に間隔をあけて形成されている。
支持壁１４は、一対の反力壁３と同様に、反力床２に対して、移動不能に固定して設けられている。
本実施形態においては、支持壁１４は、反力壁３とは独立して設けられているように図示されているが、これに限られない。例えば、図２において、第２方向Ｄ２を含む鉛直面内に延在するように設けられた反力壁３と直交するように、第１方向Ｄ１を含む鉛直面内に延在するように他の反力壁３を設け、この上端が、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの下面と鉛直方向に間隔をあけて位置するように、設けられてもよい。
支持壁１４は、一対の反力壁３と同様に、反力床２に対して、移動不能に固定して設けられている。
本実施形態においては、支持壁１４は、反力壁３とは独立して設けられているように図示されているが、これに限られない。例えば、図２において、第２方向Ｄ２を含む鉛直面内に延在するように設けられた反力壁３と直交するように、第１方向Ｄ１を含む鉛直面内に延在するように他の反力壁３を設け、この上端が、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの下面と鉛直方向に間隔をあけて位置するように、設けられてもよい。
【0019】
ゴム支持材１５は、支持壁１４の上端と、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの下面との間に設けられている。ゴム支持材１５は、水平面内で間隔をあけて複数設けられている。本実施形態においては、ゴム支持材１５は、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの各々の下に、第１方向Ｄ１に間隔をあけて３箇所に設けられている。
ゴム支持材１５は、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承である。本実施形態において、ゴム支持材１５は、上部フランジ１５ａと、下部フランジ１５ｂとの間に、複数層の積層ゴム層１５ｃと、を備えた積層ゴム支承である。このような積層ゴム支承からなるゴム支持材１５は、高い鉛直剛性を有している。
各ゴム支持材１５の下端１５ｅ、すなわち下部フランジ１５ｂの下面は、支持壁１４の上端に固定されている。これにより、各ゴム支持材１５の下端は、反力床２に対して相対移動不能に設けられている。各ゴム支持材１５の上端１５ｄ、すなわち上部フランジ１５ａの上面は、反力梁１３の第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの下面に接合されている。このようにして、複数のゴム支持材１５は、反力梁１３を下方から支持している。
ゴム支持材１５は、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承である。本実施形態において、ゴム支持材１５は、上部フランジ１５ａと、下部フランジ１５ｂとの間に、複数層の積層ゴム層１５ｃと、を備えた積層ゴム支承である。このような積層ゴム支承からなるゴム支持材１５は、高い鉛直剛性を有している。
各ゴム支持材１５の下端１５ｅ、すなわち下部フランジ１５ｂの下面は、支持壁１４の上端に固定されている。これにより、各ゴム支持材１５の下端は、反力床２に対して相対移動不能に設けられている。各ゴム支持材１５の上端１５ｄ、すなわち上部フランジ１５ａの上面は、反力梁１３の第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの下面に接合されている。このようにして、複数のゴム支持材１５は、反力梁１３を下方から支持している。
【0020】
図３、図４に示されるように、緊張材１７は、一端が反力梁１３に固定され、支持壁１４を鉛直方向に貫通するように設けられて、他端が反力床２に固定されている。図２に示されるように、緊張材１７は、平面視で、各ゴム支持材１５の周囲に隣接した位置に、複数本ずつ設けられている。
図６は、加力試験装置の緊張材の上部の定着構造を示す、図３のＡ矢視部分の断面図である。図７は、上記緊張材の下部の定着構造を示す、図３のＢ矢視部分の断面図である。
図３、図４、図６、図７に示されるように、緊張材１７は、ＰＣ鋼より線（或いはＰＣ鋼棒）からなり、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃ、及び支持壁１４を、貫通して設けられている。
図６は、加力試験装置の緊張材の上部の定着構造を示す、図３のＡ矢視部分の断面図である。図７は、上記緊張材の下部の定着構造を示す、図３のＢ矢視部分の断面図である。
図３、図４、図６、図７に示されるように、緊張材１７は、ＰＣ鋼より線（或いはＰＣ鋼棒）からなり、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃ、及び支持壁１４を、貫通して設けられている。
【0021】
図６に示されるように、緊張材１７の一端１７ａは、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの上面に、上部定着部１９を用いて定着されている。上部定着部１９は、ベースプレート１９ａと、チェアー管１９ｂと、アンカープレート１９ｃと、リングナット１９ｄと、アンカーヘッド１９ｅと、を有している。ベースプレート１９ａは、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃの上面に沿って設けられている。チェアー管１９ｂは、筒状で、ベースプレート１９ａの上側に設けられている。本実施形態においては、緊張材１７としては、複数の鋼線が撚られて形成された、ＰＣ鋼より線が用いられている。このＰＣ鋼より線は、一端１７ａにおいては、複数のＰＣ鋼より線に分離され、これらＰＣ鋼より線の各々が、個別に定着されている。より詳細には、チェアー管１９ｂの内側には、緊張材１７を構成する各ＰＣ鋼より線が挿通されている。アンカープレート１９ｃは、チェアー管１９ｂの上端を塞ぐように設けられている。リングナット１９ｄは、アンカープレート１９ｃの上面に着座している。アンカーヘッド１９ｅは、リングナット１９ｄの内側に設けられ、リングナット１９ｄの回転にともなって、鉛直方向に変位するよう設けられている。緊張材１７の一端１７ａは、アンカーヘッド１９ｅに、テーパ状の止め具１７ｄにより下方への移動が拘束されている。緊張材１７の一端１７ａ、リングナット１９ｄ、及びアンカーヘッド１９ｅは、キャップ１９ｆによって覆われている。具体的には、ＰＣ鋼より線は、一本に見える鋼線が、さらに細い鋼線を寄って作られている。このより線を束にして、工場から運ばれ、これらは、寄らずに直線的に設置される。
【0022】
図７に示されるように、緊張材１７の他端１７ｂは、反力梁１３から所定の距離以上離れた、下方の位置に固定されている。緊張材１７の他端１７ｂは、反力床２に、下部定着部１８を用いて定着されている。下部定着部１８は、ベースプレート１８ａと、チェアー管１８ｂと、アンカープレート１８ｃと、リングナット１８ｄと、アンカーヘッド１８ｅと、を有している。ベースプレート１８ａは、反力床２の下面に埋め込まれるように設けられている。チェアー管１８ｂは、筒状で、ベースプレート１８ａの下側に設けられている。ＰＣ鋼より線は、一端１７ａと同様に、他端１７ｂにおいても、複数のＰＣ鋼より線に分離され、これらＰＣ鋼より線の各々が、個別に定着されている。より詳細には、チェアー管１８ｂの内側には、緊張材１７を構成する各ＰＣ鋼より線が挿通されている。アンカープレート１８ｃは、チェアー管１８ｂの下端を塞ぐように設けられている。リングナット１８ｄは、アンカープレート１８ｃの下面に着座している。アンカーヘッド１８ｅは、リングナット１８ｄの内側に設けられ、リングナット１８ｄの回転にともなって、鉛直方向に変位するよう設けられている。緊張材１７の他端１７ｂは、アンカーヘッド１８ｅに、テーパ状の止め具１７ｃにより上方への移動が拘束されている。緊張材１７の他端１７ｂ、リングナット１８ｄ、及びアンカーヘッド１８ｅは、キャップ１８ｆによって覆われている。
【0023】
支持壁１４の、緊張材１７が貫通して設けられる部分には、シース管からなる管１７ｐが埋設されて設けられている。緊張材１７の一端１７ａと他端１７ｂとの間は、この管１７ｐに挿通されている。管１７ｐの下端部には、管１７ｐよりも細径の鞘管１７ｑが挿入されている。鞘管１７ｑの外側には、スパイラル筋１６が、支持壁１４に埋設されて設けられている。
このような緊張材１７は、リングナット１８ｄ、１９ｄを締め付けることによって、予め設定されたプレストレス力（引張力）が導入されている。ゴム支持材１５の各々は、隣接した位置に設けられた緊張材１７によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されている。
このような緊張材１７は、リングナット１８ｄ、１９ｄを締め付けることによって、予め設定されたプレストレス力（引張力）が導入されている。ゴム支持材１５の各々は、隣接した位置に設けられた緊張材１７によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されている。
【0024】
このようにして、反力梁１３は、プレストレス力を導入した緊張材１７により、ゴム支持材１５を介して支持壁１４に押圧されることで、支持壁１４及び反力床２に対して、鉛直方向には変位不能に設けられている。
ここで、プレストレス力を導入した緊張材１７には、導入したプレストレス力を材長さで除した幾何水平剛性が作用する。すなわち、緊張材１７に張力がかかることで、緊張材１７に直交する水平方向における剛性が、本来であれば、上昇する。ただし、本実施形態においては、後に説明するように、反力梁１３が水平方向に変位可能となるように設けたうえで、加振テーブル１１を加振し、加振テーブル１１から試験体Ｔを介して反力梁１３に作用する水平力を、反力壁３と反力梁１３の間に水平方向に設けられた反力検出器３０のロードセル３５によって計測しようとするものである。このため、緊張材１７による、反力梁１３の水平方向における拘束を強くすると、反力梁１３に作用する水平力を正確に計測できなくなる可能性がある。
このため、反力梁１３の水平方向における拘束が強くならないように、緊張材１７はできるだけ長くして、幾何水平剛性を低くするのが望ましい。
また、緊張材１７が挿通される菅１７ｐの径Ｄは、反力梁１３の水平変位に伴って緊張材１７が傾斜変形するに際し、管１７ｐの内壁に接触してこの変形を抑制することがないように、ゴム支持材１５を支持する支持壁１４内の全高さを通して、十分な大きさとなるように設定するのが望ましい。
ここで、プレストレス力を導入した緊張材１７には、導入したプレストレス力を材長さで除した幾何水平剛性が作用する。すなわち、緊張材１７に張力がかかることで、緊張材１７に直交する水平方向における剛性が、本来であれば、上昇する。ただし、本実施形態においては、後に説明するように、反力梁１３が水平方向に変位可能となるように設けたうえで、加振テーブル１１を加振し、加振テーブル１１から試験体Ｔを介して反力梁１３に作用する水平力を、反力壁３と反力梁１３の間に水平方向に設けられた反力検出器３０のロードセル３５によって計測しようとするものである。このため、緊張材１７による、反力梁１３の水平方向における拘束を強くすると、反力梁１３に作用する水平力を正確に計測できなくなる可能性がある。
このため、反力梁１３の水平方向における拘束が強くならないように、緊張材１７はできるだけ長くして、幾何水平剛性を低くするのが望ましい。
また、緊張材１７が挿通される菅１７ｐの径Ｄは、反力梁１３の水平変位に伴って緊張材１７が傾斜変形するに際し、管１７ｐの内壁に接触してこの変形を抑制することがないように、ゴム支持材１５を支持する支持壁１４内の全高さを通して、十分な大きさとなるように設定するのが望ましい。
【0025】
図３～図５に示されるように、複数本の鉛直動的ジャッキ２１は、反力床２の上方に設けられ、それぞれ、鉛直方向に延びている。複数本の鉛直動的ジャッキ２１は、例えば、加振テーブル１１の四隅の下側に設けられている。各鉛直動的ジャッキ２１の下端は、反力床２に固定されている。各鉛直動的ジャッキ２１の上端は、加振テーブル１１の下面に固定されている。各鉛直動的ジャッキ２１は、外部から供給される油圧等により、鉛直方向に伸縮駆動される。
図２～図５に示されるように、複数本の水平動的ジャッキ２２は、加振テーブル１１に対し、第１方向Ｄ１の両側に配置されている。本実施形態において、水平動的ジャッキ２２は、加振テーブル１１に対して第１方向Ｄ１の両側に、それぞれ、第２方向Ｄ２に間隔をあけて２本ずつ設けられている。各水平動的ジャッキ２２は、それぞれ、一端２２ａが反力壁３に固定され、他端２２ｂが加振テーブル１１のテーブル本体１１ｂに固定されている。特に図５に示されるように、各水平動的ジャッキ２２の両端２２ａ、２２ｂは、反力壁３、加振テーブル１１に対し、それぞれ、ジョイント部材２２ｊを介して、水平動的ジャッキ２２がジョイント部材２２ｊを中心に回転自在となるように接続されている。
第１方向Ｄ１において加振テーブル１１の一方の側に位置する２本の水平動的ジャッキ２２は、これらの間の距離が、図２に示されるように平面視したときに、加振テーブル１１から離れるにつれて、漸次離れるように、第１方向Ｄ１に対して、例えば１０°程度の角度をつけて設けられている。第１方向Ｄ１において加振テーブル１１の他方の側に位置する２本の水平動的ジャッキ２２についても同様である。
これら複数本の鉛直動的ジャッキ２１、及び複数本の水平動的ジャッキ２２が作動することにより、加振テーブル１１に下端が固定され、反力梁１３に上端が固定された試験体Ｔに対して、鉛直方向と水平方向から力が同時に作用する。このようにして試験体Ｔに作用した力に対する、試験体Ｔの応答が、計測される。
図２～図５に示されるように、複数本の水平動的ジャッキ２２は、加振テーブル１１に対し、第１方向Ｄ１の両側に配置されている。本実施形態において、水平動的ジャッキ２２は、加振テーブル１１に対して第１方向Ｄ１の両側に、それぞれ、第２方向Ｄ２に間隔をあけて２本ずつ設けられている。各水平動的ジャッキ２２は、それぞれ、一端２２ａが反力壁３に固定され、他端２２ｂが加振テーブル１１のテーブル本体１１ｂに固定されている。特に図５に示されるように、各水平動的ジャッキ２２の両端２２ａ、２２ｂは、反力壁３、加振テーブル１１に対し、それぞれ、ジョイント部材２２ｊを介して、水平動的ジャッキ２２がジョイント部材２２ｊを中心に回転自在となるように接続されている。
第１方向Ｄ１において加振テーブル１１の一方の側に位置する２本の水平動的ジャッキ２２は、これらの間の距離が、図２に示されるように平面視したときに、加振テーブル１１から離れるにつれて、漸次離れるように、第１方向Ｄ１に対して、例えば１０°程度の角度をつけて設けられている。第１方向Ｄ１において加振テーブル１１の他方の側に位置する２本の水平動的ジャッキ２２についても同様である。
これら複数本の鉛直動的ジャッキ２１、及び複数本の水平動的ジャッキ２２が作動することにより、加振テーブル１１に下端が固定され、反力梁１３に上端が固定された試験体Ｔに対して、鉛直方向と水平方向から力が同時に作用する。このようにして試験体Ｔに作用した力に対する、試験体Ｔの応答が、計測される。
【0026】
反力検出器３０は、複数本の鉛直動的ジャッキ２１、及び複数本の水平動的ジャッキ２２により、試験体Ｔに力を作用させた場合における、試験体Ｔの応答を計測する。反力検出器３０は、一端３０ａが反力梁１３に固定され、他端３０ｂが反力壁３に固定されている。反力検出器３０は、ロードセル３５を備えており、一端と他端とを結ぶ反力検出器３０の検出軸方向における荷重が、ロードセル３５により検出される。
図２～図５に示されるように、本実施形態においては、反力検出器３０として、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂと、第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄと、が設けられている。
図２～図５に示されるように、本実施形態においては、反力検出器３０として、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂと、第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄと、が設けられている。
【0027】
第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂは、反力梁１３の反力梁本体１３ａと、反力壁３との間に設けられている。第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂは、反力梁１３に対し、第１方向Ｄ１の一方側に配置されている。第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂは、平面視したときに、反力梁１３の、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂが設けられていない、第２方向Ｄ２に延在する一辺１３ｓ（図２参照）の中央部から、反力壁３に向けて所定の角度で広がるように設けられている。第１反力検出器３０Ａと第２反力検出器３０Ｂの各々は、反力梁１３の反力梁本体１３ａの一辺１３ｓに一端３０ａが固定され、他端３０ｂが反力壁３に固定されている。特に図５に示されるように、第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂの各々の一端３０ａは、反力梁本体１３ａに対し、接合部３０ｊを介して、第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂの各々が接合部３０ｊを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂの各々の他端３０ｂは、反力壁３に対し、接合部３０ｋを介して、第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂの各々が接合部３０ｋを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。これにより、第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂに作用する曲げモーメントが低減されている。
また、複数の反力検出器３０を反力梁１３の中央部から一定の角度をもって放射状に配置することで、反力梁１３の変形を介在させず試験体Ｔの反力を直接計測可能であり、直交方向の反力も同時に計測することができる。さらに、反力梁１３を挟んで、複数の反力検出器３０を反力梁１３の両端に設置することで、反力梁１３の平面的な回転挙動を拘束し、かつ偶力を測定することできる。
また、複数の反力検出器３０を反力梁１３の中央部から一定の角度をもって放射状に配置することで、反力梁１３の変形を介在させず試験体Ｔの反力を直接計測可能であり、直交方向の反力も同時に計測することができる。さらに、反力梁１３を挟んで、複数の反力検出器３０を反力梁１３の両端に設置することで、反力梁１３の平面的な回転挙動を拘束し、かつ偶力を測定することできる。
【0028】
第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄは、反力梁１３に対し、第１方向Ｄ１の他方側に、すなわち反力梁１３の第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂが設けられた側とは反対の側に、配置されている。第３反力検出器３０Ｃは、反力梁１３の第１梁部材１３ｂと、反力壁３との間に設けられている。第４反力検出器３０Ｄは、反力梁１３の第２梁部材１３ｃと、反力壁３との間に設けられている。第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄは、平面視したときに、互いに平行に延びている。
第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の一端３０ａは、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃの、第１方向Ｄ１において同じ側の端部に、それぞれ固定されている。特に図５に示されるように、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の一端３０ａは、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃに対し、接合部３０ｍを介して、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々が接合部３０ｍを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の他端３０ｂは、反力壁３に固定されている。第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の他端３０ｂは、反力壁３に対し、接合部３０ｎを介して、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々が接合部３０ｎを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。これにより、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄに作用する曲げモーメントが低減されている。
第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の一端３０ａは、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃの、第１方向Ｄ１において同じ側の端部に、それぞれ固定されている。特に図５に示されるように、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の一端３０ａは、第１梁部材１３ｂ、第２梁部材１３ｃに対し、接合部３０ｍを介して、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々が接合部３０ｍを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の他端３０ｂは、反力壁３に固定されている。第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々の他端３０ｂは、反力壁３に対し、接合部３０ｎを介して、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々が接合部３０ｎを中心に水平軸周りに回転自在となるように接続されている。これにより、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄに作用する曲げモーメントが低減されている。
【0029】
図８は、上記加力試験装置において、試験体に水平力が作用した状態を示す図である。
このような加力試験装置１０では、試験体Ｔは、加振テーブル１１の上に設置される。試験体Ｔの上端は反力梁１３で固定される。加振テーブル１１には、鉛直動的ジャッキ２１、及び水平動的ジャッキ２２により、鉛直方向、及び水平方向に同時に力が作用される。例えば、加振テーブル１１に対し、試験体Ｔが支持すべき建物の荷重に相当する力が鉛直動的ジャッキ２１により作用される状態としたうえで、水平動的ジャッキ２２により加振テーブル１１を加振するように、鉛直動的ジャッキ２１、及び水平動的ジャッキ２２は、操作される。加振テーブル１１に力が作用されると、図８に示すように、試験体Ｔには、水平力Ｆｔが作用する。試験体Ｔに水平力Ｆｔが作用すると、試験体Ｔの上端が固定された反力梁１３に対し、この水平力Ｆｔが伝達する。
反力梁１３は、下端１５ｅが反力床２に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材１５によって、下方から支持されている。また、反力梁１３は、プレストレス力を導入した緊張材１７により、支持壁１４及び反力床２に対して、鉛直方向には変位不能に設けられている。このため、反力梁１３は、反力梁１３に伝達した水平力によって、水平方向に移動しようとする。
このような加力試験装置１０では、試験体Ｔは、加振テーブル１１の上に設置される。試験体Ｔの上端は反力梁１３で固定される。加振テーブル１１には、鉛直動的ジャッキ２１、及び水平動的ジャッキ２２により、鉛直方向、及び水平方向に同時に力が作用される。例えば、加振テーブル１１に対し、試験体Ｔが支持すべき建物の荷重に相当する力が鉛直動的ジャッキ２１により作用される状態としたうえで、水平動的ジャッキ２２により加振テーブル１１を加振するように、鉛直動的ジャッキ２１、及び水平動的ジャッキ２２は、操作される。加振テーブル１１に力が作用されると、図８に示すように、試験体Ｔには、水平力Ｆｔが作用する。試験体Ｔに水平力Ｆｔが作用すると、試験体Ｔの上端が固定された反力梁１３に対し、この水平力Ｆｔが伝達する。
反力梁１３は、下端１５ｅが反力床２に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材１５によって、下方から支持されている。また、反力梁１３は、プレストレス力を導入した緊張材１７により、支持壁１４及び反力床２に対して、鉛直方向には変位不能に設けられている。このため、反力梁１３は、反力梁１３に伝達した水平力によって、水平方向に移動しようとする。
【0030】
ここで、第１反力検出器３０Ａと第２反力検出器３０Ｂの各々は、平面視したときに、反力梁１３の反力梁本体１３ａの一辺１３ｓの中央部に一端３０ａが固定され、反力壁３に向けて所定の角度で広がるように設けられて、他端３０ｂが反力壁３に固定されるように、設けられている。また、第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄは、反力梁１３に対し、反力梁１３の第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂが設けられた側とは反対の側に、配置されている。第３反力検出器３０Ｃと第４反力検出器３０Ｄの一端３０ａは、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃの同じ側の端部に、それぞれ固定され、他端３０ｂが反力壁３に固定されている。
このように反力検出器３０が設けられることにより、反力梁１３の回転や平行移動が抑制される。例えば、反力梁１３が回転しようとした際には、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂのいずれか一方に作用する圧縮力により、あるいは第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄのいずれか一方に作用する圧縮力により、これが抑制される。また、例えば反力梁１３が第１方向Ｄ１に移動しようとした際には、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂ、または第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄのいずれかに作用する圧縮力により、これが抑制される。更に、例えば反力梁１３が第２方向Ｄ２に移動しようとした際には、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂのいずれかに作用する圧縮力により、これが抑制される。
このようにして、反力梁１３の移動が反力検出器３０によって抑制されることで、反力梁１３に伝達した水平力は、反力検出器３０（第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂ、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄ）に、圧縮力または引張力として伝達される。反力梁１３に伝達した水平力（の大部分）は、反力検出器３０に設けられたロードセル３５により、第１の水平力Ｆ１として検出される。
実際には、第１の水平力Ｆ１は、第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂ、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々のロードセル３５によって検出された値を基に、演算により検出される。
このように反力検出器３０が設けられることにより、反力梁１３の回転や平行移動が抑制される。例えば、反力梁１３が回転しようとした際には、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂのいずれか一方に作用する圧縮力により、あるいは第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄのいずれか一方に作用する圧縮力により、これが抑制される。また、例えば反力梁１３が第１方向Ｄ１に移動しようとした際には、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂ、または第３反力検出器３０Ｃ及び第４反力検出器３０Ｄのいずれかに作用する圧縮力により、これが抑制される。更に、例えば反力梁１３が第２方向Ｄ２に移動しようとした際には、第１反力検出器３０Ａ及び第２反力検出器３０Ｂのいずれかに作用する圧縮力により、これが抑制される。
このようにして、反力梁１３の移動が反力検出器３０によって抑制されることで、反力梁１３に伝達した水平力は、反力検出器３０（第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂ、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄ）に、圧縮力または引張力として伝達される。反力梁１３に伝達した水平力（の大部分）は、反力検出器３０に設けられたロードセル３５により、第１の水平力Ｆ１として検出される。
実際には、第１の水平力Ｆ１は、第１反力検出器３０Ａ、第２反力検出器３０Ｂ、第３反力検出器３０Ｃ、第４反力検出器３０Ｄの各々のロードセル３５によって検出された値を基に、演算により検出される。
【0031】
このようにして反力検出器３０が第１の水平力Ｆｔを検出するに際し、反力検出器３０はこれに作用する力によって、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁１３は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体Ｔに伝達した水平力のうち、この、反力検出器３０の変形及び反力梁１３の移動のために消費された水平力は、反力検出器３０によっては検出され得ないものである。すなわち、反力検出器３０によって検出された第１の水平力Ｆ１は、試験体Ｔに作用し、反力梁１３に伝達した水平力とは、完全には一致しない。
ここで、反力梁１３はゴム支持材１５により、下方から支持されている。ゴム支持材１５の下端１５ｅは、支持壁１４及び反力床２に対して相対移動不能に設けられているため、反力梁１３の水平移動に伴い、ゴム支持材１５は、水平方向に変形する。上記のような、反力検出器３０の圧縮量、伸長量は、数ｍｍ程度の微小なものであるため、反力梁１３が水平方向に移動しようとしたとしても、その移動量も、微小なものとなる。加力試験装置１０では、このようなゴム支持材１５の微小な変形量を、例えばゴム支持材１５の近傍に設けられたレーザ変位計（図示無し）で検出することにより、ゴム支持材１５が変形することで伝達される第２の水平力Ｆ２を取得する。
ここで、反力梁１３はゴム支持材１５により、下方から支持されている。ゴム支持材１５の下端１５ｅは、支持壁１４及び反力床２に対して相対移動不能に設けられているため、反力梁１３の水平移動に伴い、ゴム支持材１５は、水平方向に変形する。上記のような、反力検出器３０の圧縮量、伸長量は、数ｍｍ程度の微小なものであるため、反力梁１３が水平方向に移動しようとしたとしても、その移動量も、微小なものとなる。加力試験装置１０では、このようなゴム支持材１５の微小な変形量を、例えばゴム支持材１５の近傍に設けられたレーザ変位計（図示無し）で検出することにより、ゴム支持材１５が変形することで伝達される第２の水平力Ｆ２を取得する。
【0032】
図９は、ゴム支持材の変形量と、ゴム支持材の変形により生じる第２の水平力との関係の一例を示す図である。
ここで、図９に示されるように、ゴム支持材１５の変形量と、第２の水平力Ｆ２の関係は、ゴム支持材１５の変形量が微小であれば、基本的に比例関係となる。このため、水平力を作用させた場合の、ゴム支持材１５の上部フランジ１５ａと下部フランジ１５ｂとの水平方向の相対変形量を、事前の部材実験等により図９のようなゴム支持材１５の変形量と、第２の水平力Ｆ２の関係との関係を予め把握しておく。そして、実際に加振テーブル１１から試験体Ｔに水平力Ｆｔを作用させたときには、ゴム支持材１５に生じる変形量を、レーザ変位計で検出し、検出された変形量を基に、ゴム支持材１５によって負担される第２の水平力Ｆ２を取得する。
このようにして、試験体Ｔに伝達した水平力のうち、第１の水平力Ｆ１として計測されなかった分が、第２の水平力Ｆ２として取得される。
加力試験装置１０では、上記のようにして得られた第１の水平力Ｆ１と、第２の水平力Ｆ２とを合算し、その合算値を、試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔとする。
ここで、図９に示されるように、ゴム支持材１５の変形量と、第２の水平力Ｆ２の関係は、ゴム支持材１５の変形量が微小であれば、基本的に比例関係となる。このため、水平力を作用させた場合の、ゴム支持材１５の上部フランジ１５ａと下部フランジ１５ｂとの水平方向の相対変形量を、事前の部材実験等により図９のようなゴム支持材１５の変形量と、第２の水平力Ｆ２の関係との関係を予め把握しておく。そして、実際に加振テーブル１１から試験体Ｔに水平力Ｆｔを作用させたときには、ゴム支持材１５に生じる変形量を、レーザ変位計で検出し、検出された変形量を基に、ゴム支持材１５によって負担される第２の水平力Ｆ２を取得する。
このようにして、試験体Ｔに伝達した水平力のうち、第１の水平力Ｆ１として計測されなかった分が、第２の水平力Ｆ２として取得される。
加力試験装置１０では、上記のようにして得られた第１の水平力Ｆ１と、第２の水平力Ｆ２とを合算し、その合算値を、試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔとする。
【0033】
上述したような加力試験装置１０は、構造物または当該構造物の構成部材に関する試験体Ｔに対して、鉛直方向と水平方向から力を同時に作用させ、試験体Ｔの応答を計測する加力試験装置１０であって、反力床２の上方に設けられる複数の鉛直動的ジャッキ２１と、鉛直動的ジャッキ２１の上方に設置され、上面に試験体Ｔが固定される加振テーブル１１と、試験体Ｔの上端を固定する反力梁１３と、一端２２ａが反力壁３に固定され、他端２２ｂが加振テーブル１１に固定される複数の水平動的ジャッキ２２と、一端３０ａが反力梁１３に固定され、他端３０ｂが反力壁３に固定される反力検出器３０と、下端１５ｅが反力床２に対して相対移動不能に設けられ、上端１５ｄが反力梁１３に接合されて反力梁１３を支持するゴム支持材１５と、一端１７ａが反力梁１３に固定され、他端１７ｂが反力床２に固定された緊張材１７と、を備え、試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔは、反力検出器３０で計測される第１の水平力Ｆ１と、ゴム支持材１５が変形して伝達される第２の水平力Ｆ２との合算値である。
このような構成によれば、試験体Ｔは、加振テーブル１１の上に設置される。試験体Ｔの上端は反力梁１３で固定される。加振テーブル１１が、鉛直動的ジャッキ２１、及び水平動的ジャッキ２２により動かされると、試験体Ｔには、鉛直力に加え、水平力が作用する。試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔは、反力梁１３を介し、反力壁３と反力梁１３との間に設けられる反力検出器３０に、圧縮力または引張力として伝達する。ここで、反力梁１３は、下端１５ｅが反力床２に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材１５によって、下方から支持されており、反力梁１３は反力床２に対して相対移動が可能な状態となっているため、この水平力の伝達は、ゴム支持材１５によっては阻害されない。このようにして反力検出器３０に伝達された水平力は、第１の水平力Ｆ１として計測される。
上記の要領で反力検出器３０が第１の水平力Ｆ１を検出するに際し、反力検出器３０は、反力検出器３０に伝達する水平力の影響を受けて、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁１３は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体Ｔに伝達した水平力のうち、この、反力検出器３０の変形及び反力梁１３の移動のために消費される水平力は、反力検出器３０によって第１の水平力Ｆ１として計測され得ない。ここで、反力検出器３０の圧縮量、伸長量は、微小なものであり、これに伴う反力梁１３の移動量、及びゴム支持材１５の変形量も、微小なものとなる。ゴム支持材１５の変形量とゴム支持材１５に作用する水平力の関係は、変形量が微小である初期変形段階においては基本的に比例関係となる。したがって、この関係を予め把握しておけば、ゴム支持材１５の変形量を基に、反力梁１３に伝達される水平力Ｆｔのうち、第１の水平力Ｆ１として反力検出器３０によって計測されない部分を、第２の水平力Ｆ２、すなわちゴム支持材１５が変形して伝達される成分として把握することができる。
こうして検出された、反力検出器３０で計測される第１の水平力Ｆ１と、ゴム支持材１５が変形して伝達される第２の水平力Ｆ２とを合算することにより、試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔを、正確に検出することができる。
ここで、第１及び第２の水平力Ｆ１、Ｆ２は、水平動的ジャッキ２２によって直接動かされる加振テーブル１１に対して計測されるものではない。したがって、第１及び第２の水平力Ｆ１、Ｆ２には、加振テーブル１１を動かす際の慣性力や、加振テーブル１１とこれを支持する部材（基台１１ａやベアリング１１ｃ）との間に作用する摩擦力が含まれない。
また、反力梁１３が、反力床２に対し、緊張材１７によって接続されているため、反力梁１３の鉛直方向の変位は抑制される一方で、水平方向には剛には拘束されていない。このため、ゴム支持材１５に作用する水平力は、鉛直方向に緊張材１７を通して伝達されにくい。これにより、水平力の計測精度が向上する。
以上が相乗し、試験体Ｔに作用する水平力を正確に検出することができる。
また、上記のような構成においては、反力梁１３を支持するに際し、基本的にはゴム支持材１５と緊張材１７を設ければ良いため、構成が簡潔なものとなる。
更に、上記のような構成においては、摩擦力と慣性力の影響を受けていないため、水平力の検出をリアルタイムで行うことが可能である。
その結果、試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔを正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置１０を提供することが可能となる。
このような構成によれば、試験体Ｔは、加振テーブル１１の上に設置される。試験体Ｔの上端は反力梁１３で固定される。加振テーブル１１が、鉛直動的ジャッキ２１、及び水平動的ジャッキ２２により動かされると、試験体Ｔには、鉛直力に加え、水平力が作用する。試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔは、反力梁１３を介し、反力壁３と反力梁１３との間に設けられる反力検出器３０に、圧縮力または引張力として伝達する。ここで、反力梁１３は、下端１５ｅが反力床２に対して相対移動不能に設けられているゴム支持材１５によって、下方から支持されており、反力梁１３は反力床２に対して相対移動が可能な状態となっているため、この水平力の伝達は、ゴム支持材１５によっては阻害されない。このようにして反力検出器３０に伝達された水平力は、第１の水平力Ｆ１として計測される。
上記の要領で反力検出器３０が第１の水平力Ｆ１を検出するに際し、反力検出器３０は、反力検出器３０に伝達する水平力の影響を受けて、僅かながら圧縮変形または伸長変形し、反力梁１３は、この圧縮量、伸長量の分だけ、水平方向に移動する。試験体Ｔに伝達した水平力のうち、この、反力検出器３０の変形及び反力梁１３の移動のために消費される水平力は、反力検出器３０によって第１の水平力Ｆ１として計測され得ない。ここで、反力検出器３０の圧縮量、伸長量は、微小なものであり、これに伴う反力梁１３の移動量、及びゴム支持材１５の変形量も、微小なものとなる。ゴム支持材１５の変形量とゴム支持材１５に作用する水平力の関係は、変形量が微小である初期変形段階においては基本的に比例関係となる。したがって、この関係を予め把握しておけば、ゴム支持材１５の変形量を基に、反力梁１３に伝達される水平力Ｆｔのうち、第１の水平力Ｆ１として反力検出器３０によって計測されない部分を、第２の水平力Ｆ２、すなわちゴム支持材１５が変形して伝達される成分として把握することができる。
こうして検出された、反力検出器３０で計測される第１の水平力Ｆ１と、ゴム支持材１５が変形して伝達される第２の水平力Ｆ２とを合算することにより、試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔを、正確に検出することができる。
ここで、第１及び第２の水平力Ｆ１、Ｆ２は、水平動的ジャッキ２２によって直接動かされる加振テーブル１１に対して計測されるものではない。したがって、第１及び第２の水平力Ｆ１、Ｆ２には、加振テーブル１１を動かす際の慣性力や、加振テーブル１１とこれを支持する部材（基台１１ａやベアリング１１ｃ）との間に作用する摩擦力が含まれない。
また、反力梁１３が、反力床２に対し、緊張材１７によって接続されているため、反力梁１３の鉛直方向の変位は抑制される一方で、水平方向には剛には拘束されていない。このため、ゴム支持材１５に作用する水平力は、鉛直方向に緊張材１７を通して伝達されにくい。これにより、水平力の計測精度が向上する。
以上が相乗し、試験体Ｔに作用する水平力を正確に検出することができる。
また、上記のような構成においては、反力梁１３を支持するに際し、基本的にはゴム支持材１５と緊張材１７を設ければ良いため、構成が簡潔なものとなる。
更に、上記のような構成においては、摩擦力と慣性力の影響を受けていないため、水平力の検出をリアルタイムで行うことが可能である。
その結果、試験体Ｔに作用する水平力Ｆｔを正確かつリアルタイムに検出可能であり、簡潔な構造で実現することができる加力試験装置１０を提供することが可能となる。
【0034】
また、ゴム支持材１５は、単層のゴム支承、または複数層からなる積層ゴム支承である。
このような構成によれば、単層のゴム支承、または積層ゴム支承であるゴム支持材１５は、高い鉛直剛性を有しており、鉛直方向の変形が抑えられる。このため、ゴム支持材に水平力が作用した際に、ゴム支持材１５の鉛直方向の変形が抑えられ、ゴム支持材１５は、作用した水平力の分だけ、水平方向にスムーズに変形することができる。したがって、第２の水平力Ｆ２を、正確に、把握することができる。
このような構成によれば、単層のゴム支承、または積層ゴム支承であるゴム支持材１５は、高い鉛直剛性を有しており、鉛直方向の変形が抑えられる。このため、ゴム支持材に水平力が作用した際に、ゴム支持材１５の鉛直方向の変形が抑えられ、ゴム支持材１５は、作用した水平力の分だけ、水平方向にスムーズに変形することができる。したがって、第２の水平力Ｆ２を、正確に、把握することができる。
【0035】
また、ゴム支持材１５は、複数設置され、ゴム支持材１５の各々は、隣接した位置に設けられた緊張材１７によるプレストレス力で、所定の圧縮応力が作用した状態で拘束されている。
このような構成によれば、緊張材１７のプレストレス力により、高い鉛直剛性を有するゴム支持材１５が、圧縮応力が作用した状態で拘束されることで、ゴム支持材１５の鉛直方向の変位を抑えつつ、ゴム支持材１５の面圧依存性を最小化することができる。これにより、ゴム支持材１５の水平方向の変形による第２の水平力Ｆ２を、安定して計測することができる。
具体的に加力試験装置では、上下方向は、ゴム支持材による高い鉛直剛性とＰＣ鋼より線を用いた高プレストレス力で拘束し、水平方向は低弾性剛性（例えば、鉛直剛性の１/３０００程度）を利用して数ｍｍ以下の変形を許容することで、ほとんどの水平反力を反力検出器に負担させることができ、ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力はゴム支持材の総剛性にこの部分に生じる微小変形を乗じて算出される。その結果、試験体に作用する水平荷重は、ゴム支持材に生じる第２の水平力と、反力検出器の第１の水平力とを合算値として、正確に、かつ即時に測定することができる。
このような構成によれば、緊張材１７のプレストレス力により、高い鉛直剛性を有するゴム支持材１５が、圧縮応力が作用した状態で拘束されることで、ゴム支持材１５の鉛直方向の変位を抑えつつ、ゴム支持材１５の面圧依存性を最小化することができる。これにより、ゴム支持材１５の水平方向の変形による第２の水平力Ｆ２を、安定して計測することができる。
具体的に加力試験装置では、上下方向は、ゴム支持材による高い鉛直剛性とＰＣ鋼より線を用いた高プレストレス力で拘束し、水平方向は低弾性剛性（例えば、鉛直剛性の１/３０００程度）を利用して数ｍｍ以下の変形を許容することで、ほとんどの水平反力を反力検出器に負担させることができ、ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力はゴム支持材の総剛性にこの部分に生じる微小変形を乗じて算出される。その結果、試験体に作用する水平荷重は、ゴム支持材に生じる第２の水平力と、反力検出器の第１の水平力とを合算値として、正確に、かつ即時に測定することができる。
【0036】
また、反力検出器３０は、反力梁１３と反力壁３の間に複数配置され、当該反力検出器３０にはロードセル３５が内蔵され、かつ曲げモーメントを低減させる接合部３０ｊ、３０ｋ、３０ｍ、３０ｎが両端に設けられている。
このような構成によれば、軸力を精度よく測定できるロードセル３５を、反力検出器３０に内蔵し、さらに、反力検出器３０の両端に、曲げモーメントを低減させる接合部３０ｊ、３０ｋ、３０ｍ、３０ｎが設けられることで、反力梁１３の変位に基づくロードセル３５への曲げモーメントの発生を抑えることができる。
このような構成によれば、軸力を精度よく測定できるロードセル３５を、反力検出器３０に内蔵し、さらに、反力検出器３０の両端に、曲げモーメントを低減させる接合部３０ｊ、３０ｋ、３０ｍ、３０ｎが設けられることで、反力梁１３の変位に基づくロードセル３５への曲げモーメントの発生を抑えることができる。
【0037】
また、緊張材１７の他端１７ｂは、反力梁１３から所定の距離以上離れた下方の位置に固定され、緊張材１７の一端１７ａと他端１７ｂとの間は管１７ｐに挿通されており、管１７ｐの内径Ｄは、反力梁１３の水平変形に伴う緊張材１７の水平移動を許容する大きさとなっている。
このような構成によれば、緊張材１７に作用する幾何水平剛性が低くなるようにして、反力梁１３を水平方向に移動可能としつつ、この移動に伴う緊張材１７の変位を許容可能な構成を実現することができる。
このような構成によれば、緊張材１７に作用する幾何水平剛性が低くなるようにして、反力梁１３を水平方向に移動可能としつつ、この移動に伴う緊張材１７の変位を許容可能な構成を実現することができる。
【0038】
また、反力検出器３０は、第１反力検出器３０Ａと第２反力検出器３０Ｂを備え、第１反力検出器３０Ａと第２反力検出器３０Ｂの各々は、平面視したときに、反力梁１３の一辺１３ｓの中央部に一端３０ａが固定され、反力壁３に向けて所定の角度で広がるように設けられて、他端３０ｂが反力壁３に固定されるように、設けられている。
このような構成によれば、第１反力検出器３０Ａと第２反力検出器３０Ｂを反力梁１３の一辺１３ｓの中央部から反力壁３に向けて所定の角度で拡がるように配置することで、反力梁１３の変形を介在させず試験体Ｔの反力を直接計測できることができ、直交方向の反力も同時に計測できる。
このような構成によれば、第１反力検出器３０Ａと第２反力検出器３０Ｂを反力梁１３の一辺１３ｓの中央部から反力壁３に向けて所定の角度で拡がるように配置することで、反力梁１３の変形を介在させず試験体Ｔの反力を直接計測できることができ、直交方向の反力も同時に計測できる。
【0039】
また、反力梁１３は、互いに平行に設けられる第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃを備え、反力検出器３０は、第３反力検出器３０Ｃと第４反力検出器３０Ｄを備え、第３反力検出器３０Ｃと第４反力検出器３０Ｄは、反力梁１３に対し、反力梁１３の第１反力検出器３０Ａと第２反力検出器３０Ｂが設けられた側とは反対の側に、配置され、第３反力検出器３０Ｃと第４反力検出器３０Ｄの一端３０ａは、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃの同じ側の端部に、それぞれ固定されている。
このような構成によれば、第３反力検出器３０Ｃと第４反力検出器３０Ｄを、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃの同じ側の端部に設置することで、反力梁１３の平面的な回転挙動を拘束し、かつ偶力を測定することが可能となる。
このような構成によれば、第３反力検出器３０Ｃと第４反力検出器３０Ｄを、第１梁部材１３ｂと第２梁部材１３ｃの同じ側の端部に設置することで、反力梁１３の平面的な回転挙動を拘束し、かつ偶力を測定することが可能となる。
【0040】
また、本発明の加力試験装置では、試験体に作用する水平力を、反力検出器で計測される第１の水平力と、ゴム支持材が変形して伝達される第２の水平力との合算値として直接測定する加力試験システムを構築される。このことにより、摩擦力、慣性力が混入しない精度の高い反力時刻歴をリアルタイムで取得する事が可能となる。この加力試験システムを用いることで、試験体に対して加力と同時に応答値が得られるために、その応答値を瞬時に取り込んで構造物の応答を高い精度で推定することができる。
また、本発明の加力試験装置は、下記の特徴を備える。
加力試験装置にあっては、緊張材は反力梁に対する他端を、反力壁のできるだけ離れた位置（鉛直下方）に固定し、その間はゴム支持材の水平変形に伴う緊張材の水平移動を許容し、その緊張材は内径の管で囲まれていることを特徴とする。
加力試験装置にあっては、反力検出器またはその一部は、試験体の設置される反力梁中央に一端を、他端を一定の角度で広げて反力壁に固定した２本の反力検出器を有することを特徴とする。
加力試験装置にあっては、反力検出器またはその一部は、試験体の設置される反力梁両端に一端を、他端を反力壁に固定した２本の反力検出器を有することを特徴とする。
また、本発明の加力試験装置は、下記の特徴を備える。
加力試験装置にあっては、緊張材は反力梁に対する他端を、反力壁のできるだけ離れた位置（鉛直下方）に固定し、その間はゴム支持材の水平変形に伴う緊張材の水平移動を許容し、その緊張材は内径の管で囲まれていることを特徴とする。
加力試験装置にあっては、反力検出器またはその一部は、試験体の設置される反力梁中央に一端を、他端を一定の角度で広げて反力壁に固定した２本の反力検出器を有することを特徴とする。
加力試験装置にあっては、反力検出器またはその一部は、試験体の設置される反力梁両端に一端を、他端を反力壁に固定した２本の反力検出器を有することを特徴とする。
【0041】
（実施形態の変形例）
なお、本発明の加力試験装置は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、加力試験装置１０は、第１方向Ｄ１に沿う水平方向に加振テーブル１１を加振する水平動的ジャッキ２２と、鉛直方向の力を加振テーブル１１に作用させる水平動的ジャッキ２２と、を備えるようにしたが、これに限られない。これに加え、加力試験装置を、第２方向Ｄ２に沿う水平方向に加振テーブル１１を加振する、他の水平動的ジャッキを更に設けるように構成して、鉛直方向に力を作用させつつ、第１方向Ｄ１、及び第２方向Ｄ２の水平２方向に加振テーブル１１を加振するように、３軸に同時に力を作用させる構成として実現するようにしてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
なお、本発明の加力試験装置は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、加力試験装置１０は、第１方向Ｄ１に沿う水平方向に加振テーブル１１を加振する水平動的ジャッキ２２と、鉛直方向の力を加振テーブル１１に作用させる水平動的ジャッキ２２と、を備えるようにしたが、これに限られない。これに加え、加力試験装置を、第２方向Ｄ２に沿う水平方向に加振テーブル１１を加振する、他の水平動的ジャッキを更に設けるように構成して、鉛直方向に力を作用させつつ、第１方向Ｄ１、及び第２方向Ｄ２の水平２方向に加振テーブル１１を加振するように、３軸に同時に力を作用させる構成として実現するようにしてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
【符号の説明】
【0042】
２ 反力床 ２２ａ 一端
３ 反力壁 ２２ｂ 他端
１０ 加力試験装置（３軸加力試験装置、または２軸加力試験装置）
１１ 加振テーブル ３０ 反力検出器
１３ 反力梁 ３０ａ 一端
１５ ゴム支持材 ３０ｂ 他端
１５ｄ 上端 ３０ｊ、３０ｋ、３０ｍ、３０ｎ 接合部ジョイント部材
１５ｅ 下端 ３５ ロードセル
１７ 緊張材 Ｄ 内径
１７ａ 一端 Ｆ１ 第１の水平力
１７ｂ 他端 Ｆ２ 第２の水平力
２１ 鉛直動的ジャッキ Ｆｔ 水平力
２２ 水平動的ジャッキ Ｔ 試験体
３ 反力壁 ２２ｂ 他端
１０ 加力試験装置（３軸加力試験装置、または２軸加力試験装置）
１１ 加振テーブル ３０ 反力検出器
１３ 反力梁 ３０ａ 一端
１５ ゴム支持材 ３０ｂ 他端
１５ｄ 上端 ３０ｊ、３０ｋ、３０ｍ、３０ｎ 接合部ジョイント部材
１５ｅ 下端 ３５ ロードセル
１７ 緊張材 Ｄ 内径
１７ａ 一端 Ｆ１ 第１の水平力
１７ｂ 他端 Ｆ２ 第２の水平力
２１ 鉛直動的ジャッキ Ｆｔ 水平力
２２ 水平動的ジャッキ Ｔ 試験体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】