特開 2024-98390 試験体及び試験体の製造方法

(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】P2024098390

(43)【公開日】2024-07-23

(54)【発明の名称】試験体及び試験体の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/08 20060101AFI20240716BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20240716BHJP

【ＦＩ】

G01N3/08

G01N1/28 B

G01N1/28 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023001884

(22)【出願日】2023-01-10

(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】304021288

【氏名又は名称】国立大学法人長岡技術科学大学

(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】玉松 潤一郎

(72)【発明者】

【氏名】田中 亮

(72)【発明者】

【氏名】風戸 千紘

(72)【発明者】

【氏名】笠原 久稔

(72)【発明者】

【氏名】岡村 陽介

(72)【発明者】

【氏名】下村 匠

(72)【発明者】

【氏名】南 海渡

(72)【発明者】

【氏名】山口 貴幸

【テーマコード（参考）】

2G052

2G061

【Ｆターム（参考）】

2G052AA16

2G052AD32

2G052AD52

2G052FD12

2G052GA03

2G061AA01

2G061AB03

2G061BA04

2G061CA08

2G061CB02

2G061CC03

2G061EA01

2G061EA02

2G061EA04

2G061EB04

2G061EB05

(57)【要約】

【課題】試験体にかかる曲げモーメントを低減しつつ直接引張試験を行うための引張試験装置に用いる、試験体及び試験体の製造方法を提供する。
【解決手段】本開示に係る試験体１０は、引張試験装置１００に用いる試験体１０であって、試験体１０は、円柱形状を有する上側把持部１１及び下側把持部１２と、上側把持部１１と下側把持部１２の間に配置され上側把持部１１及び下側把持部１２よりも縮径された破断部１３とを有し、破断部１３は、上側把持部１１及び下側把持部１２の外周面とＲ面１４により接続され、Ｒ面１４は破断部１３の外周面と滑らかに接続されていることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

引張試験装置に用いる試験体であって、
前記試験体は、円柱形状を有する上側把持部及び下側把持部と、前記上側把持部と前記下側把持部の間に配置され前記上側把持部及び前記下側把持部よりも縮径された破断部とを有し、
前記破断部は、前記上側把持部及び前記下側把持部の外周面とＲ面により接続され、前記Ｒ面は前記破断部の外周面と滑らかに接続されている、試験体。

【請求項2】

レジンコンクリートで形成されている、請求項１に記載の試験体。

【請求項3】

前記レジンコンクリートは、熱硬化性樹脂を結合剤として、骨材、砂及び炭酸カルシウムの少なくとも１つを固めた材料である、請求項２に記載の試験体。

【請求項4】

３次元プリンタにより型枠を形成するステップと、
前記型枠内でレジンコンクリートを成型して試験体を製造するステップと
を含み、
前記試験体は、円柱形状を有する上側把持部及び下側把持部と、前記上側把持部と前記下側把持部の間に配置され前記上側把持部及び前記下側把持部よりも縮径された破断部とを有し、
前記破断部は、前記上側把持部及び前記下側把持部の外周面とＲ面により接続され、前記Ｒ面は前記破断部の外周面と滑らかに接続されている、試験体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、コンクリートの引張試験装置に用いる試験体及び試験体の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、強度や腐食耐性及び薬品耐性に優れるレジンコンクリートが地下構造物等に広く用いられている。レジンコンクリートは、熱硬化性樹脂を結合剤として骨材、砂、炭酸カルシウム等を固めた材料であり、セメントコンクリートの３倍から５倍の引張強度及び圧縮強度を持つと言われている。そのため、レジンコンクリートは、セメントコンクリートとは異なり鉄筋と複合されずに用いられ、コンクリート単体で引張強度及び圧縮強度を担保することができる。

【0003】

上記のレジンコンクリートでは、引張強度が圧縮強度の約１／１０程度であるため、構造物の耐力はレジンコンクリートの引張強度に依存する。したがって、レジンコンクリートを構造物に用いる上で、レジンコンクリートの引張強度を正確に把握することが重要となる。

【0004】

ところで、これまでコンクリートの引張強度試験は、試験体を作製することが困難であることや、鉄筋と複合させることを前提として引張強度自体を重要視しない傾向があったため、金属の引張強度試験ほど頻繁に実施されてこなかった。

【0005】

代表的な引張試験方法には、直接引張試験と割裂引張試験とが存在し、コンクリート標準示方書においては、割裂引張試験（ＪＩＳ Ａ １１１３：２０１８）によりコンクリートの引張強度を算出することを原則としている。割裂引張試験とは、円柱形状の試験体を横にして圧縮し、試験体の割裂破断時の最大荷重から引張強度を算出する方法である。この割裂引張試験では、試験体が弾性体であると仮定して圧縮載荷から近似的に引張強度を求めることができるため、簡単に引張強度試験が実施できるという利点がある。

【0006】

一方、実際の試験においては、試験体の破壊部位は複雑な応力状態になっていると考えられるため、引張強度を正確に把握するためには、直接引張試験を行うことが望ましいと言える（例えば、特許文献１から特許文献５）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００５－２３３７３５号公報

【特許文献2】特開２００２－ ５８０２号公報

【特許文献3】実開昭５８－ ９３８５４号公報

【特許文献4】特開２００４－２７１２８９号公報

【特許文献5】特開平０６－２４１９６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかし、直接引張試験は引張強度を把握するのに優れた方法であるが、実施するための課題が存在する。すなわち、試験体を引っ張るために両端部を把持すると、試験装置や試験体の軸心に対する偏心等によって試験体に曲げモーメントがかかるため、試験体の把持部近傍で意図せず破壊が発生する場合があった。このような課題が存在することから直接引張試験については標準的な実施方法が未だ存在しない。

【0009】

従って、かかる点に鑑みてなされた本開示の目的は、試験体にかかる曲げモーメントを低減しつつ直接引張試験を行うための引張試験装置に用いる、試験体及び試験体の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、本開示に係る試験体は、
引張試験装置に用いる試験体であって、
前記試験体は、円柱形状を有する上側把持部及び下側把持部と、前記上側把持部と前記下側把持部の間に配置され前記上側把持部及び前記下側把持部よりも縮径された破断部とを有し、
前記破断部は、前記上側把持部及び前記下側把持部の外周面とＲ面により接続され、前記Ｒ面は前記破断部の外周面と滑らかに接続されていることを特徴とする。

【0011】

また、上記課題を解決するため、本開示に係る試験体の製造方法は、
３次元プリンタにより型枠を形成するステップと、
前記型枠内でレジンコンクリートを成型して試験体を製造するステップと
を含み、
前記試験体は、円柱形状を有する上側把持部及び下側把持部と、前記上側把持部と前記下側把持部の間に配置され前記上側把持部及び前記下側把持部よりも縮径された破断部とを有し、
前記破断部は、前記上側把持部及び前記下側把持部の外周面とＲ面により接続され、前記Ｒ面は前記破断部の外周面と滑らかに接続されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本開示によれば、試験体にかかる曲げモーメントを低減しつつ直接引張試験を行うための引張試験装置に用いる、試験体及び試験体の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】本開示の一実施形態に係る引張試験装置の構成を示す正面図である。

【図1B】図１ＡにおけるＡ部拡大詳細図である。

【図2】本開示の一実施形態に係る引張試験装置による試験対象である試験体の構造を示す正面図である。

【図3】本開示の一実施形態に係る引張試験装置に用いる筒状部材の構成を示す斜視図である。

【図4A】本開示の一実施形態に係る引張試験装置に用いる締結部材の構成を示す平面図である。

【図4B】本開示の一実施形態に係る引張試験装置に用いる締結部材のアーム部の構成を示す左側面図である。

【図5A】本開示の一実施形態に係る引張試験装置に用いるナット部材を示す正面図である。

【図5B】本開示の一実施形態に係る引張試験装置に用いる座金を示す正面図である。

【図6】本開示の一実施形態に係る引張試験装置の設計手順を示すフローチャートである。

【図7】本開示の一実施形態に係る引張試験装置の制御を行う制御回路の構成例を示す図である。

【図8】本開示の一実施形態に係る引張試験方法の実施手順を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示に係る実施形態について、図面を参照して説明する。

【0015】

本実施形態に係る引張試験装置１００は、コンクリートの直接引張試験を行うための試験機であり、図１Ａ等に示すように、試験体１０における上側把持部１１及び下側把持部１２をそれぞれ径方向外側から囲む２つの筒状部材２０と、２つの筒状部材２０を径方向外側から押圧することで試験体１０を筒状部材２０に締結する締結部材４０と、２つの筒状部材２０の一方を他方に対して上下方向に引っ張る引張荷重発生部３０とを備えている。

【0016】

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、引張試験装置１００の上方向は、図１Ａにおいてベース５０から引張駆動部３５へ向かう方向であり、下方向は引張駆動部３５からベース５０に向かう方向とする。また、図１Ａにおける左右方向を引張試験装置１００の左右方向とする。また、図１Ａにおける紙面に垂直方向の手前に向かう方向を前方向とし、図１Ａにおける紙面に垂直方向の奥に向かう方向を後方向とする。また、径方向とは、中心軸線Ｏを通り当該中心軸線Ｏに垂直な直線に沿う方向を意味するものとし、径方向外側方向は中心軸線Ｏから離れる方向、径方向内側方向は中心軸線Ｏに向かう方向とする。

【0017】

まず、本実施形態にかかる引張試験装置１００による試験対象となる試験体１０の構成について説明する。試験体１０は、図２に示すように、円柱形状を有する上側把持部１１及び下側把持部１２と、上側把持部１１と下側把持部１２の間の上下方向位置に配置され上側把持部１１及び下側把持部１２よりも縮径された円柱形状の破断部１３とを有している。本実施形態において、上側把持部１１、下側把持部１２及び破断部１３は、同心状に形成されている。本実施形態において、上側把持部１１の下端部と破断部１３との境界の隅部には、Ｒ面１４が形成されている。すなわち、試験体１０は、上側把持部１１の外周面の下端部から下方に向かってＲ面１４に沿って徐々に縮径されており、Ｒ面１４の下端部において破断部１３の外周面と滑らかに（変曲点無しに）接続されている。同様に、下側把持部１２の上端部と破断部１３との境界の隅部にもＲ面１４が形成されている。試験体１０は、下側把持部１２の外周面の上端部から上方に向かってＲ面１４に沿って徐々に縮径されており、Ｒ面１４の上端部において破断部１３の外周面と滑らかに（変曲点無しに）接続されている。

【0018】

Ｒ面１４は、試験体１０の縦断面において、上側把持部１１の下端部と破断部１３との境界の隅部に描かれる略楕円弧部分、並びに下側把持部１２の上端部と破断部１３との境界の隅部に描かれる略楕円弧部分である。本実施形態では、試験体１０の縦断面における曲線部分（Ｒ面１４）が図２の上下方向に長くなるように設けている。破断部１３における直径が一定である部分の図２の上下方向長さは、少なくとも破断部１３に設置する歪みゲージＧの長さ分だけ確保されている。

【0019】

試験体１０の一例として、上側把持部１１及び下側把持部１２の直径：５０［ｍｍ］、同上下方向長さ：３０［ｍｍ］、破断部１３の直径：４０［ｍｍ］、同上下方向長さ：２０［ｍｍ］とすることができる。上記構成によって、後述するように破断する部位を上側把持部１１又は下側把持部１２から破断部１３へと誘導することができ、直接引張強度を精度よく計測できることが確認できている。

【0020】

試験体１０は、上述のように上側把持部１１及び下側把持部１２の上下方向長さを長くすることによって上側把持部１１及び下側把持部１２にかかる引張荷重を分散し、応力集中を生じにくくして高い引張荷重にも耐えるようにすることができる。また、Ｒ面１４の上下方向に対する径方向への傾斜が緩やかになるようにＲ面１４の上下方向長さを長めに設けている。そして、断面積が一定となる破断部１３の上下方向長さが歪みゲージＧの長さよりも長くなるようにして、歪みゲージＧ内に均一の歪みが生じるようにしている。

【0021】

本実施形態において、試験体１０は、熱硬化性樹脂を結合剤として骨材、砂、炭酸カルシウム等を固めた、いわゆるレジンコンクリートで形成されている。試験体１０は、骨材、砂及び炭酸カルシウムの少なくとも１つを成分に含むことが好ましい。レジンコンクリートは、結合剤にセメントを用いておらず、セメントコンクリートと比較して強度、水密性、耐食性などに優れている。

【0022】

試験体１０は、例えば３次元（３Ｄ）プリンタにより型枠を形成し、型枠内でレジンコンクリートを成型することによって容易に形成することができる。

【0023】

筒状部材２０は、図１Ａに示すように引張試験装置１００に２個用いられており、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２をそれぞれ径方向外側から囲んでいる。これらの筒状部材２０が、後述する締結部材４０によって径方向外側から押圧されることによって、試験体１０が筒状部材２０に締結されている。

【0024】

筒状部材２０は、図３に示すように略円筒形状を有しており、本実施形態では周方向の対向する２箇所において上下方向に延びる切り欠き部２１を備えている。図１Ａにおける上側把持部１１を囲む上側の筒状部材２０では、下部に切り欠き部２１を備えている。他方、下側把持部１２を囲む下側の筒状部材２０では、上部に切り欠き部２１を備えている。図３に示すように、切り欠き部２１の一端は筒状部材２０の軸線方向（上下方向）端部まで達しており、他端は、筒状部材２０の軸線方向略中央位置で終端している。切り欠き部２１の上記他端は、切り欠き部２１の周方向切り欠き幅よりも大きな直径を有する略円形の端部切り欠き２１ａを備えている。この構成によって、筒状部材２０を締結部材４０によって径方向外側から押圧した際に切り欠き部２１の上記他端に応力集中が生じにくくすることができる。

【0025】

筒状部材２０は、図１Ｂに示すように、内面における試験体１０が当接する部位において、僅かに径方向外側に凹んだ拡径部２２を備えている。図１Ａにおける上側把持部１１を囲む上側の筒状部材２０では、下部に拡径部２２を備えている。他方、下側把持部１２を囲む下側の筒状部材２０では、上部に拡径部２２を備えている。このような構成によって、試験体１０の上下方向端部をこの拡径部２２の上下方向端部の隅部２２ａに突き当てて筒状部材２０に対する試験体１０の上下方向位置を位置決めすることができる。また、拡径部２２の面粗さ、内径、偏心度等を管理することによって、筒状部材２０と試験体１０との摩擦力を管理し偏心を抑えることができるので、筒状部材２０の管理及び製造コストを抑制することができる。本実施形態において、筒状部材２０はステンレス鋼によって形成しているが、この態様に限定されず、ステンレス鋼と同等の引張強さを有する他の材料を用いることもできる。なお、本実施形態では、筒状部材２０の内径４９．５［ｍｍ］を拡径部２２において５０．５［ｍｍ］まで拡径している。

【0026】

筒状部材２０における切り欠き部２１が設けられた側とは反対側の上下方向端部近傍には、図１Ａに示すように引張荷重発生部３０を筒状部材２０と連結するための連結部２５が設けられている。連結部２５は、図１Ａに示すように、筒状部材２０の内側において水平方向に延在する板状の部位であり、上側の筒状部材２０の上部、及び下側の筒状部材２０の下部に設けられている。連結部２５は、例えば溶接等によって筒状部材２０の内側に固定され一体化されている。連結部２５の径方向中央部には、引張荷重発生部３０の棒状部材３１を上下方向に貫通させる貫通孔２５ａが設けられている。

【0027】

連結部２５に設けられた貫通孔２５ａは、棒状部材３１の外径よりも大きな内径を有している。この構成によって、引張荷重発生部３０の棒状部材３１が鉛直方向に対して僅かに傾斜していたり、筒状部材２０が棒状部材３１に対して偏心していても、棒状部材３１から筒状部材２０に対して曲げモーメントが作用することを抑制する。そして、棒状部材３１の雄ねじ部３１ａに沿ってねじ係合したナット部材３２は、球面座３２ｃが座金３３の傾斜凹部３３ａ上で傾くことができる。この構成によって、ナット部材３２が引張荷重発生部３０からの鉛直方向の引張力を座金３３を介して筒状部材２０の連結部２５に確実に伝えるとともに、棒状部材３１から筒状部材２０に作用する曲げモーメントを効果的に抑制することができる。したがって、試験体１０にかかる曲げモーメントも抑制することができる。ナット部材３２及び座金３３は、筒状部材２０と棒状部材３１とを締結するナット部材群３４を構成している。本実施形態では、棒状部材３１には、呼びＭ１６の全ねじボルトを用いている。

【0028】

上側の筒状部材２０と連結された棒状部材３１における上端部は、更なるナット部材群３４によって引張駆動部３５に固定されている。引張駆動部３５は、例えば油圧シリンダ等の駆動部を含み、棒状部材３１を介して上側の筒状部材２０を上方に所定の荷重で引っ張る役割を果たしている。なお、図１Ａには、引張駆動部３５のうち、棒状部材３１の上端部が締結される載荷板３５ａのみが図示されている。棒状部材３１の上端部には雄ねじ部３１ａが設けられており、貫通孔３５ｂを通過させた雄ねじ部３１ａをナット部材群３４にねじ係合させて、棒状部材３１を載荷板３５ａに連結している。引張駆動部３５は、駆動部を駆動させることによって、載荷板３５ａを図の上方に所定の引張力で引っ張るように作動する。本実施形態において載荷板３５ａは、鋼製の平板である。載荷板３５ａの厚みは、引張試験装置１００で想定される引張力を加えても載荷板３５ａに曲げ変形が生じない程度の厚みを有していることが好ましい。

【0029】

引張駆動部３５に含まれる駆動部は、油圧シリンダの他、電磁力を用いた電磁駆動装置等であってもよい。

【0030】

下側の筒状部材２０と連結された棒状部材３１における下端部は、引張試験装置１００のベース５０に固定されている。

【0031】

本実施形態では、上側の筒状部材２０のみを棒状部材３１を介して引張駆動部３５と連結するように構成したが、下側の筒状部材２０についても棒状部材３１を介して更なる引張駆動部３５と連結するようにしてもよい。

【0032】

締結部材４０は、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、筒状部材２０の外周面に沿って周方向に延びるとともに周方向に２分割されているアーム部４１と、各アーム部４１の周方向端部同士を締結するための締結フランジ４３とを備えている。本実施形態では、締結フランジ４３同士が締結ボルト４５により締結されている。図４Ａに示すように、一対の締結フランジ４３の一方には貫通孔４３ａが設けられ、他方には雌ねじ部４３ｂが設けられている。締結ボルト４５が一方の締結フランジ４３の貫通孔４３ａを貫通し、他方の締結フランジ４３の雌ねじ部４３ｂに雄ねじ部４５ａがねじ係合することによって、一対の締結フランジ４３同士が連結されている。

【0033】

なお、本実施形態では、周方向の対向する２箇所にそれぞれ一対の締結フランジ４３（合計で二対の締結フランジ４３）を設けるように構成している。このような構成の採用によって、筒状部材２０が締結部材４０によって周方向に均等に径方向内側方向に押圧されるため、試験体１０に曲げモーメントが作用するのを抑制することができる。ただし、この態様には限定されず、周方向の１箇所にのみ一対の締結フランジ４３を設けるように構成してもよい。

【0034】

本実施形態では、締結部材４０のアーム部４１の内周面４１ａの直径は、筒状部材２０の外周面の直径と略同一とされている。このような構成によって、締結部材４０のアーム部４１の内周面４１ａと筒状部材２０の外周面とが周方向に均等に当接する。そのため、締結部材４０による筒状部材２０の径方向内側への押圧によって、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２を径方向外側から周方向に均等に押圧し把持することができる。

【0035】

ナット部材群３４は、図５Ａ及び図５Ｂに示すナット部材３２及び座金３３を有している。図５Ａの例では、ナット部材３２は、平面視で六角形形状を有するナット部３２ａと、ナット部３２ａの軸線方向（図５Ａの上下方向）端部に設けられたフランジ部３２ｂと、フランジ部３２ｂの下面に設けられた球面座３２ｃとを備えている。

【0036】

フランジ部３２ｂは、ナット部３２ａから径方向外側に突出した平面視で円形状をなす部位である。フランジ部３２ｂにおける後述する座金３３に対向する面には、ナット部材３２から座金３３に向かって突出し、略球弧面を有する球面座３２ｃが設けられている。なお、球弧面は、球の表面の一部を意味する。

【0037】

座金３３は、上述のナット部材３２の球面座３２ｃが当接する傾斜凹部３３ａと、径方向中央部を貫く貫通孔３３ｂとを備えている。傾斜凹部３３ａは、図５Ｂに示すように、座金３３の上面の外縁部から下方に向かって径方向内側に傾斜しており、球面座３２ｃと略同一の直径を有する球の球弧面によって形成される凹部である。図５Ａに示す球面座３２ｃがこの傾斜凹部３３ａに当接することによって、ナット部材３２は、球面座３２ｃを構成する球の中心周りに前後方向（球の中心を通り図５Ａの左右方向に延びる回転軸周り）及び左右方向（球の中心を通り図５Ａの紙面に垂直方向に延びる回転軸周り）に回動し、傾くことが可能である。

【0038】

なお、球面座３２ｃは、厳密な球弧面である必要は無く、下方に向かって凸形状を有しナット部材３２を傾斜凹部３３ａ上で回動させることができればよい。また、傾斜凹部３３ａは、円錐台側面形状を有する傾斜面や、球面座３２ｃよりも直径が大きな球が形成する球弧面など、図５Ｂに示す球弧面以外の傾斜面を備えていてもよい。

【0039】

上述の構成を有するナット部材３２及び座金３３から構成されるナット部材群３４を用いて棒状部材３１と筒状部材２０とを連結することによって、筒状部材２０に曲げモーメントが作用することを抑制することができる。すなわち、引張荷重発生部３０の棒状部材３１が鉛直方向に対して僅かに傾斜していても、棒状部材３１の雄ねじ部３１ａにねじ係合したナット部材３２は、球面座３２ｃが座金３３の傾斜凹部３３ａ上で傾くことができる。この構成によって、ナット部材３２が引張荷重発生部３０からの鉛直方向の引張力を座金３３を介して筒状部材２０の連結部２５に伝えるとともに、棒状部材３１から筒状部材２０に作用する曲げモーメントを効果的に抑制することができる。したがって、試験体１０にかかる曲げモーメントも抑制することができる。

【0040】

なお、ナット部材３２の締結強度を適切に調整して、球面座３２ｃが傾斜凹部３３ａ上で傾き易くしておくことが好ましい。

【0041】

ここで、引張試験装置１００を構成する主要部材の設計手法について説明する。

【0042】

まず設計者は、試験体１０と筒状部材２０との間の摩擦係数及び試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２にかけることができる最大把持力から、上側把持部１１及び下側把持部１２に必要な表面積を算出する（図６のステップＳ１０１）。ここで、上側把持部１１及び下側把持部１２にかけることができる最大把持力は、摩擦力を算出する際の垂直抗力に対応する。この最大把持力は、例えば試験体１０の圧縮試験を別途行い、得られた圧縮強度に対して余裕を持って耐えられる値とすることができる。本実施形態では、試験体１０に最大約２トンの引張力をかけることができるように上側把持部１１及び下側把持部１２の表面積を確保している。

【0043】

設計者は、ステップＳ１０１で求めた表面積から試験体１０を覆う筒状部材２０の上下方向長さ及び締結部材４０の上下方向の高さを算出する。ステップＳ１０１で求めた表面積及び上側把持部１１及び下側把持部１２の直径から上側把持部１１及び下側把持部１２の上下方向長さを算出し、更に上側把持部１１及び下側把持部１２を覆うのに必要な筒状部材２０の上下方向長さを算出する。また、算出された筒状部材２０の上下方向長さに対して押圧力をかけるのに必要な締結部材４０の上下方向の高さを算出する。

【0044】

次に設計者は、ステップ１０１で算出した上側把持部１１及び下側把持部１２にかける最大把持力から、筒状部材２０に加える締結部材４０による締結力を算出する（図６のステップＳ１０２）。この締結部材４０による締結力は、上側把持部１１及び下側把持部１２にかける把持力を生み出すように筒状部材２０を弾性変形させるための締結力であり、筒状部材２０の剛性も加味して算出される。この締結部材４０による締結力の算出には、例えば試験体１０及び筒状部材２０の有限要素法モデル等を用いて算出することができる。

【0045】

次に設計者は、ステップＳ１０２で算出した締結部材４０による締結力を生み出すための、締結ボルト４５の直径及び長さ、並びに締結部材４０の高さを算出する（図６のステップＳ１０３）。なお、締結部材４０の高さについては、ステップＳ１０１で算出した値とステップＳ１０３で算出した値のうち、大きい方を採用する。

【0046】

最後に設計者は、締結部材４０のアーム部４１が塑性変形しないようにアーム部４１の径方向の厚みを決定する（図６のステップＳ１０４）。ステップＳ１０４の実行により、筒状部材２０及び締結部材４０の主要パラメータの決定を終了する。

【0047】

次に、引張試験装置１００の制御を行う制御回路２００の構成例を図７に示す。制御回路２００は、引張試験装置１００の各機能部の制御を行う制御部２１０と、制御部２１０に作業者からの操作等を入力する入力部２２０と、試験結果の記憶等を行う記憶部２３０と、試験結果の表示等を行う表示部２８０とを備えている。制御部２１０は、引張試験装置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２１０は、油圧シリンダを動作させる流量調整バルブ２６０を制御可能である。また、制御部２１０は、引張荷重測定用のロードセル２４０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２１０は引張荷重をモニターすることができる。また、試験体１０に歪みゲージＧを貼付し、制御部２１０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。これによって、制御部２１０は、引張荷重値と試験体１０の歪みとの関係をデータ化することができる。また、制御部２１０は、載荷板３５ａの変位量を変位センサ２５０から取得可能に構成されていてもよい。

【0048】

次に、本実施形態にかかる引張試験装置１００による引張試験方法の実行手順について説明する。

【0049】

まず、引張試験装置１００の作業者は、２つの筒状部材２０を、上側の棒状部材３１及び下側の棒状部材３１の先端部にそれぞれ固定する（図８のステップＳ２０１）。この筒状部材２０の固定は、棒状部材３１の先端部を筒状部材２０の貫通孔２５ａに貫通させた後、図１Ａに示すように、棒状部材３１の先端部に設けられた雄ねじ部３１ａにナット部材群３４をねじ係合して棒状部材３１に筒状部材２０を固定する。このとき、上側の筒状部材２０は、ナット部材群３４によって下方向への変位が拘束される。同様に、下側の筒状部材２０は、ナット部材群３４によって上方向への変位が拘束される。

【0050】

なお、筒状部材２０の貫通孔２５ａは、棒状部材３１の外径よりも大きな内径を有しているため、引張荷重をかけていない状態において、筒状部材２０は棒状部材３１に対して水平方向の自由度を有している。

【0051】

次に、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２を筒状部材２０の拡径部２２に嵌合させる。これによって、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２が筒状部材２０によって径方向外側から囲まれた状態となる（図８のステップＳ２０２）。なお、試験体１０には、例えば通常のレジンコンクリート及び６０℃で温水浸漬（促進試験）させたレジンコンクリート等を用いることができる。

【0052】

次に、締結部材４０で筒状部材２０の拡径部２２及び切り欠き部２１が設けられた高さ領域を径方向外側から押圧し、試験体１０を筒状部材２０に締結する（図８のステップＳ２０３）。締結部材４０による試験体１０の筒状部材２０への締結は、図４Ａに示す一対のアーム部４１で筒状部材２０の拡径部２２及び切り欠き部２１が設けられた高さ領域を径方向外側から囲み、締結ボルト４５を用いて対となる締結フランジ４３同士を締結する。アーム部４１の内周面４１ａは、筒状部材２０の外周面と略同一サイズ及び同一形状とされているので、締結部材４０による筒状部材２０の押圧によって、筒状部材２０は周方向に均一の押圧力で押圧される。これによって、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２にも周方向に均一の把持力がかかることになる。

【0053】

次に、引張試験装置１００の作業者は、引張試験装置１００の制御回路２００の入力部２２０から、試験開始の指示を行う。制御部２１０は、試験開始の指示に基づいて、流量調整バルブ２６０の制御を行い引張駆動部３５の油圧シリンダを作動させて載荷板３５ａを上方に変位させる。これによって、引張荷重発生部３０は、筒状部材２０の一方を他方に対して上下方向に引っ張るように荷重を作用させる（図８のステップＳ２０５）。このとき、制御部２１０は、載荷板３５ａの変位量を変位センサ２５０から取得する（図８のステップＳ２０６）と共に、ロードセル２４０から試験体１０に作用している引張荷重値を取得する（図８のステップＳ２０７）。制御部２１０は、予め決められた速度で引張駆動部３５の載荷板３５ａが上昇するように流量調整バルブ２６０の制御を行う。

【0054】

本実施形態では、棒状部材３１にねじ係合されたナット部材３２が球面座３２ｃ及び傾斜凹部３３ａを介して筒状部材２０と連結されているため、引張荷重発生部３０からの引張力を筒状部材２０に伝えつつ、棒状部材３１に対して筒状部材２０を前後方向（図５Ａの左右方向に延びる回転軸周り）及び左右方向（図５Ａの紙面に垂直方向に延びる回転軸周り）に回動させて棒状部材３１から筒状部材２０に曲げモーメントが伝達されないようにすることができる。したがって、引張試験時に試験体１０にかかる曲げモーメントを抑制することができる。

【0055】

制御部２１０は、試験体１０に配置した歪みゲージＧから、試験体１０の破断部１３の歪みを取得する（図８のステップＳ２０８）。制御部２１０は、引張駆動部３５の載荷板３５ａの変位量と、ロードセル２４０からの荷重値と、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２３０に記憶する。

【0056】

制御部２１０は、試験体１０が破壊されるまで載荷板３５ａを移動させつつ、載荷板３５ａの変位量、荷重値、及び歪みを取得する（図８のステップＳ２０４）。本実施形態における引張強度試験は、試験体１０の引張強さを測定する試験であるため、制御部２１０は、荷重値の最大値を引張強さとして記憶する。制御部２１０は、試験体１０が破壊されると、載荷板３５ａの移動を停止する。

【0057】

制御部２１０は、本実施形態の引張試験装置１００により取得された荷重－変位特性、及び荷重－歪み特性を表示部２８０に表示する（図８のステップＳ２０９）。これによって、引張試験装置１００は試験体１０の試験を終了する。

【0058】

以上述べたように、本実施形態にかかる試験体１０は、引張試験装置１００に用いる試験体１０であって、試験体１０は、円柱形状を有する上側把持部１１及び下側把持部１２と、上側把持部１１と下側把持部１２の間に配置され上側把持部１１及び下側把持部１２よりも縮径された破断部１３とを有し、破断部１３は、上側把持部１１及び下側把持部１２の外周面とＲ面１４により接続され、Ｒ面１４は破断部１３の外周面と滑らかに接続されるように構成した。このような構成の採用によって、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２を引張試験装置１００の筒状部材２０に締結した状態で上下方向に引っ張ることによって、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２に周方向に均等な把持力及び引張力がかかる。したがって、試験体１０に作用する曲げモーメントを抑制することができるので、引張応力のみによる試験体１０の破断を再現し易くし、引張強度を正確に計測することができる。

【0059】

また、本実施形態では、試験体１０は、レジンコンクリートで形成されるように構成した。このような構成の採用によって、引張強度が圧縮強度の約１／１０程度であり、構造物の耐力が引張強度に依存するレジンコンクリート構造体において、引張強度を直接的に計測して、引張強度を正確に把握することができる。

【0060】

また、本実施形態では、レジンコンクリートは、熱硬化性樹脂を結合剤として、骨材、砂及び炭酸カルシウムの少なくとも１つを固めた材料であるように構成した。このような構成の採用によって、試験体１０は、結合剤にセメントを用いておらず、セメントコンクリートと比較して強度、水密性、耐食性などの点で優れた特性を有することができる。

【0061】

また、本実施形態は、３次元プリンタにより型枠を形成するステップと、型枠内でレジンコンクリートを成型して試験体１０を製造するステップとを含み、試験体１０は、円柱形状を有する上側把持部１１及び下側把持部１２と、上側把持部１１と下側把持部１２の間に配置され上側把持部１１及び下側把持部１２よりも縮径された破断部１３とを有し、破断部１３は、上側把持部１１及び下側把持部１２の外周面とＲ面１４により接続され、Ｒ面１４は破断部１３の外周面と滑らかに接続されるように構成した。このような構成の採用によって、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２を引張試験装置１００の筒状部材２０に締結した状態で上下方向に引っ張ることによって、試験体１０の上側把持部１１及び下側把持部１２に周方向に均等な把持力及び引張力がかかる。したがって、試験体１０に作用する曲げモーメントを抑制することができるので、引張応力のみによる試験体１０の破断を再現し易くし、引張強度を正確に計測することができる。また、上記試験体１０を３次元（３Ｄ）プリンタを利用して容易に製造することができる。

【0062】

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。

【0063】

例えば、本実施形態では、制御部２１０が、図８のステップＳ２０４～Ｓ２０９を実行するように構成したが、この態様には限定されず、作業者が油圧シリンダ等の各機能部を手動で操作したり、荷重－歪み特性等を生成したりしてもよい。

【0064】

また、本実施形態では、制御部２１０が時間経過に対する載荷板３５ａの変位量、試験体１０に加わる引張荷重値、及び試験体１０に生じる歪みを取得するように構成したが、この態様には限定されない。少なくとも試験体１０が破壊するまでに試験機が示す最大荷重値を取得していればよく、載荷板３５ａの変位量や試験体１０に生じる歪みは必ずしも取得する必要はない。

【0065】

また、本実施形態では、棒状部材３１の長手方向の全領域に雄ねじ部３１ａが形成されるように構成したが、この態様には限定されず、先端部のみに雄ねじ部３１ａが設けられていてもよい。

【0066】

また、本実施形態では、試験体１０がレジンコンクリートにより形成される場合について説明したが、この態様には限定されない。試験体１０は、セメントコンクリートや金属等の他の材料で形成されたものであってもよい。

【0067】

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

【0068】

（付記項１）
引張試験装置に用いる試験体であって、
前記試験体は、円柱形状を有する上側把持部及び下側把持部と、前記上側把持部と前記下側把持部の間に配置され前記上側把持部及び前記下側把持部よりも縮径された破断部とを有し、
前記破断部は、前記上側把持部及び前記下側把持部の外周面とＲ面により接続され、前記Ｒ面は前記破断部の外周面と滑らかに接続されている、試験体。
（付記項２）
レジンコンクリートで形成されている、付記項１に記載の試験体。
（付記項３）
前記レジンコンクリートは、熱硬化性樹脂を結合剤として、骨材、砂及び炭酸カルシウムの少なくとも１つを固めた材料である、付記項２に記載の試験体。
（付記項４）
３次元プリンタにより型枠を形成するステップと、
前記型枠内でレジンコンクリートを成型して試験体を製造するステップと
を含み、
前記試験体は、円柱形状を有する上側把持部及び下側把持部と、前記上側把持部と前記下側把持部の間に配置され前記上側把持部及び前記下側把持部よりも縮径された破断部とを有し、
前記破断部は、前記上側把持部及び前記下側把持部の外周面とＲ面により接続され、前記Ｒ面は前記破断部の外周面と滑らかに接続されている、試験体の製造方法。

【符号の説明】

【0069】

１０ 試験体
１１ 上側把持部
１２ 下側把持部
１３ 破断部
１４ Ｒ面
２０ 筒状部材
２１ 切り欠き部
２１ａ 端部切り欠き
２２ 拡径部
２２ａ 隅部
２５ 連結部
２５ａ （連結部の）貫通孔
３０ 引張荷重発生部
３１ 棒状部材
３１ａ （棒状部材の）雄ねじ部
３２ ナット部材
３２ａ ナット部
３２ｂ フランジ部
３２ｃ 球面座
３３ 座金
３３ａ 傾斜凹部
３３ｂ （座金の）貫通孔
３４ ナット部材群
３５ 引張駆動部
３５ａ 載荷板
３５ｂ （載荷板の）貫通孔
４０ 締結部材
４１ アーム部
４１ａ （アーム部の）内周面
４３ 締結フランジ
４３ａ （締結フランジの）貫通孔
４３ｂ （締結フランジの）雌ねじ部
４５ 締結ボルト
４５ａ （締結ボルトの）雄ねじ部
５０ ベース
１００ 引張試験装置
２００ 制御回路
２１０ 制御部
２２０ 入力部
２３０ 記憶部
２４０ ロードセル
２５０ 変位センサ
２６０ 流量調整バルブ
２８０ 表示部
Ｇ 歪みゲージ
Ｏ 中心軸線

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】