迅速配置可能な軽量耐荷重アーチ・システム
埋設アーチ橋、トンネル、地下燃料庫または貯蔵施設、および格納庫の構築用の迅速組立可能な軽量耐荷重システムは、繊維強化高分子材料から形成され、実質的に垂直面に向きを定められた複数の軽量アーチ状中空管状支持部材を有する。この軽量管状支持部材は、管状支持部材の垂直面に対して直角な方向に配置され、垂直荷重を管状支持部材に伝達でき、耐荷重システムに横方向耐荷力をもたらすことができる少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材によって連結される。管状支持部材は、さらなる強度または剛性をもたらすように適切な材料で満たすことができる1つまたは複数の穴が頂部近くに取り付けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は一般的に現場での重構築装置(heavy construction equipment)の必要を最小限にする、埋設アーチ橋、トンネル、地下貯蔵施設、格納庫、または燃料庫の迅速な構築に有用な、垂直および水平両方向(vertical and horizontal direction)で荷重に耐えることができる迅速配置可能な軽量管状アーチ耐荷重システム(rapidly−deployable lightweight load resisting arch system)に関する。
【背景技術】
【0002】
過去に、短および中間スパン埋設アーチ橋、ならびにいくつかの地下貯蔵施設およびトンネルを構築する(construct)ために使用されてきたいくつかの種類の技術が存在してきている。これらの構造物は通常、交通機関または他の荷重を受ける土壌表土(soil overburden)によって覆われる。
【0003】
1つの技術には、ある場所で製造され次いで構築現場に出荷されるプレキャスト・コンクリート構造体(precast concrete structure)の使用が含まれる。このプレキャスト・コンクリート構造体は巧みに製造され構築の要件に合致するが、プレキャスト・コンクリート構造体の使用は、出荷し次いでプレキャスト・コンクリート構造体を設置するのが高価であるので大きく費用を増加させる。プレキャスト・コンクリート構造体は設置する(install)のに幾分か速いが、プレキャスト・コンクリート構造体は非常に重く、現場で重装置を必要とする。
【0004】
別の技術には、構築現場で形成され次いでクレーン等によって所定の位置内に吊り上げられる現場打ちコンクリート構造体の使用が含まれる。この現場打ち技術は、構造体を出荷しなくてもよい利点を提供する。他方、現場打ちの使用は、現場コンクリート面を構築現場で最初に構築しなければならないのでやはり高価であり、かつ時間が掛かる。この現場打ちコンクリート構造体は、時間集中的なかつ非常に高価な組み立て、ならびに型枠の除去、鉄筋バーの配置、および長時間の構築準備期間を必要とする。
【0005】
さらに別の技術には、パイプ金属構造体の使用が含まれる。金属パイプ構造体は腐蝕に起因して寿命が低下する。別の欠点は、パイプ金属構造体は短スパンおよび軽荷重に限定されることである。
【0006】
これら既存の構築方法技術の各々は、本発明によって克服される重大な不利益を有している。今日ほとんどの橋梁を構築し次いで組み立てるために、現場で構築用の重装置が必要であることに加え、これらの既存の構築技術に共通の主要な欠点は、金属および鉄筋コンクリート(steel reinforced concrete)は広く使用されかつ多くの構造体の構築で受け入れられているが、強化コンクリート構造体は劣化を受け易いということである。時間と共に、特に北の気象では、非常に多くの凍結融解サイクルおよび着氷除去化学薬品の使用が腐蝕および材料の劣化を加速する。水、道路用塩(road salt)等、およびそれらの凍結および融解などの状態に鉄筋コンクリート構造体を暴露することは、クラックを構造体内に形成させる。これらのクラックは、鉄筋を腐蝕かつ膨張させ、さらなるクラックを生じさせ、それによって空気およびより多くの水が構造体に入るのを可能にし、それによって構造体を弱くし損傷させる。
【発明の要約】
【0007】
一態様では、本発明は、現場での重構築装置の必要を最小限にする、全体的にアーチ状の中空管状主支持部材のネットワークを有する軽量耐荷重システムに関する。一態様では、本発明は、互いに並置されるアーチ状の管状支持部材のネットワークを含む。
【0008】
別の態様では本発明は、動作的に互いに保持される間隔を開けて配置されるアーチ状管状支持部材のネットワークを含む。さらに別の態様では、並置されるまたは間隔を開けて配置されるネットワークの両方とも、支持部材上に配置されかつそれに取り付けられた平らなまたは波形の垂直および横方向耐力部材(lateral force resisting member)を含むことができる。
【0009】
さらに別の態様では本発明は、耐荷重システムに対しさらなる強度および剛性をもたらすように、管状主支持部材がグラウト材、砂、コンクリート等などの流動可能材料によって現場充填される耐荷重システムに関する。
【0010】
具体的な態様では本発明は、垂直表土を支持するための複数の管状支持部材を備えるネットワーク耐荷重システムに関する。ある実施形態ではこの耐荷重システムは、車道、橋または地下貯蔵施設などでの土壌表土、または橋内などでの車両荷重を支持するのに特に有用である。
【0011】
ある実施形態では各管状支持部材は、管状支持部材が無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材、または砂などを管状支持部材の頂部近くの開口部を介して現場充填できるように管状支持部材の頂部部分近くに開口部を有する。
【0012】
これらの管状支持部材は、各管状支持部材の長さに沿って間隔を開けて配置される横断穴を貫通して嵌合される実質的に水平のロッドを使用して横断方向に連結される。
【0013】
ある実施形態では、管状支持部材は少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結される、複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に中空の構造部材を備える。
【0014】
これらの管状支持部材は、少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結される。横方向耐力部材は、管状支持部材に対して直角の方向に全体的に配置される。これらの横方向耐力部材は、管状支持部材に垂直荷重を伝達し、かつ耐荷重システムに対し横方向耐荷力(lateral load capacity)をもたらすことができる。ある実施形態では、横方向耐力部材は波形のシートを備え、シート波形は管状支持部材の垂直面に対して直角の方向に走る。
【0015】
本発明の様々な目的および利点は、添付の図面を考慮して読むとき、好ましい実施形態の以下の詳細な説明からこの分野の技術者に対し明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明は、埋め込みコンクリートおよび金属アーチ構造体を構築するための既存の構築方法技術に伴う多くの困難を克服する。本発明は、軽量構成部品の使用が構築速度を上げ構築現場での重装置の必要を減少させる、例えば、短スパン埋設橋、地下貯蔵施設、トンネル構造体などの用途の構築に特に有用である。
【0017】
したがって一態様では本発明は、本明細書の図ではLとして全体的に示される活荷重または死荷重を支持するための、垂直面に実質的に向きを定められた全体的にアーチ状のまたは曲がった形状の管状支持部材のネットワークを有する耐荷重システムに関する。この荷重Lは、本発明の耐荷重システムに力を加える土壌表土であり得ることを理解されるべきである。
【0018】
一態様では、本発明は埋設アーチ状橋、トンネル、または地下燃料庫の構築用の迅速組立可能な軽量耐荷重システムに関する。この迅速組立可能軽量耐荷重システムは、繊維強化高分子材料から形成され、かつ管状支持部材が集団で垂直耐荷重システムを形成するように、垂直面に実質的に向きを定められた複数の軽量アーチ状管状支持部材を有する。この軽量管状支持部材は少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材によって連結される。横方向耐力部材は、管状支持部材の垂直面に対して直角な方向に配置される。横方向耐力部材は、垂直荷重を管状支持部材に伝達し、かつ耐荷重システムに対して横方向耐荷力をもたらすことができる。この管状支持部材は、さらなる強度または剛性をもたらすように、管状支持部材を膨張グラウト材、膨張高分子、無収縮コンクリート、または砂材料で満たせるようにする1つまたは複数の穴を管状支持部材の頂部(top)または頂上(crown)近くに有する。本発明の軽量システムの鍵となる特徴の中には、その運搬可能性、耐用性、構築現場で必要とされる最小限の装置で迅速に組み立てることができることが存在する。
【0019】
別のある態様ではこの支持部材は、横方向耐力部材が荷重を管状支持部材に伝達するように機能し、かつ耐荷重システムに横方向荷重強度、またはラッキング強度(racking strength)をもたらすように、管状支持部材によって画成される垂直面に対して直角な方向に全体的に配置される少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結される。
【0020】
次に図面を参照すると、図1に全体的に均一な半径1を有する全体的にアーチ状の管状支持部材2の第1の実施形態によって支持される荷重Lの概略図が示されている。この管状支持部材2は中空であり、画成された内側横断面寸法3を有する。この全体的に均一な半径1はそれによって、所定の高さ5および所定の長さ5を有する管状支持部材2を提供する。この管状支持部材2の内側横断面寸法、半径、高さおよび長さの特定の寸法は、本明細書で十分に説明されるであろうように、管状支持部材が使用される最終使用用途によって導かれることは理解されるべきである。例えば、中空管状支持部材2は、全体的に円の、正方形の、長方形の、台形のまたは他の有用な構造形態であることができ、そのようなものとして、内側横断面寸法3はしたがって、管状支持部材2の直径、内側長さまたは幅のうちの少なくとも1つを画成する。同様に、内側横断面寸法が、管状支持部材が最終使用用途の必要に対応する変化する厚さを有することができるように管状支持部材のアーチの長さに沿って変化することができることは、本発明の企図された範囲内である。ある最終使用用途では、地面に隣接する管状支持部材の下側部分が、管状支持部材の上側部分を支持するためにより厚いことが望ましい可能性がある。
【0021】
図2は、荷重Lが支持される、角度6aを画成する第1の半径6、および角度7aを画成する第2の半径7を有する全体的にアーチ状の管状支持部材9の第2の実施形態の概略図を示す。この管状支持部材9は、その第1の端部9bで第2のアーチ状の構造区画12aと連通している第1のアーチ状構造区画9aを含む。第1のアーチ状構造区画9aは、その第2の端部9cで第3のアーチ状構造区画12bと連通している。この管状支持部材9は中空であり、画成された内側横断面寸法8を有する。第1のアーチ状構造区画9aは、第1の半径6および角度6aによって画成されるアーチ状寸法を有し、他方第2および第3のアーチ状構造区画12a、12bはそれぞれ、第2の半径7および角度7aによって画成されるアーチ状寸法を有する。この第1および第2の半径6および7の組合せはそれぞれ、それによって所定の高さ10および所定の長さ11を有する管状支持部材9を提供する。第1の半径6および第2の半径7の長さを変更することによって、管状支持部材9の高さ10および幅11が変更される。
【0022】
図3は、荷重Lが支持される、角度13aを画成する第1の半径13、および角度15aを画成する第2の半径15を有する管状支持部材16の第3の実施形態の概略図を示す。この管状支持部材16は、その第1の端部16bで第1の全体的に直線の構造区画17aと連通し、かつその第2の端部16cで第2の全体的に直線の構造区画17bと連通する、第1のアーチ状構造区画16aを含む。この管状支持部材16は中空であり、画成された内側横断面寸法14を有する。このアーチ状構造区画16aは、第1の半径13および角度13aによって画成されるアーチ状の寸法を有し、他方第2および第3のアーチ状構造区画12a、12bはそれぞれ、第2の半径15および角度15aによって画成されるアーチ状の寸法を有する。第1および第2の半径13および15の組合せはそれぞれ、それによって所定の高さ18および所定の長さ19を有する管状支持部材16を提供する。第1の半径13および第2の半径15の長さを変更することによって、管状支持部材16の高さ18および幅19が変更される。
【0023】
図4は、荷重Lが支持される、角度20aを画成する第1の半径20、および角度21aを画成する第2の半径21を有する全体的にアーチ状の管状支持部材27の第4の実施形態の概略図を示す。この管状支持部材27は、複数のアーチ状構造区画27a、27bおよび27cを含む。より少ないまたはより多いアーチ状構造区画も含めることができ、そのようなアーチ状構造区画の数は、少なくとも部分的には、最終使用用途によって決まることは理解されるべきである。図示の実施形態では、第1のアーチ状構造区画27aは、第1のアーチ状構造区画27aの第1の端部27dのところで第4のアーチ状構造区画24aと連通する。第3のアーチ状構造区画27cは、第3のアーチ状構造区画27cの第1の端部27eのところで第5のアーチ状構造区画24bと連通する。この構造部材27は中空であり、画成された内側横断面寸法22を有する。第1、第2および第3のアーチ状構造区画27a、27bおよび27cはそれぞれ、第1の半径20および角度20aによって画成されるアーチ状の寸法を画成する。第4および第5のアーチ状構造区画24a、24bはそれぞれ、第2の半径21および角度21aによって画成されるアーチ状の寸法を有する。第1および第2の半径20および21の組合せはそれぞれ、それによって所定の高さ23および所定の長さ25を有する管状支持部材27を提供する。第1の半径20および第2の半径21の長さを変化させることによって、管状支持部材27の高さ23および幅25が変更される。図4に示す実施形態は、アーチ状構造区画の隣接する端部に動作的に連結される複数の連結具部材、すなわち第4のアーチ状構造区画24aを第1のアーチ状構造区画27aに動作的に連結させる第1の連結具部材26a、第1のアーチ状構造区画27aを第2のアーチ状構造区画27bに動作的に連結させる第2の連結具部材26b、第2のアーチ状構造区画27bを第3のアーチ状構造区画27cに動作的に連結させる第3の連結具部材26c、および第3のアーチ状構造区画27cを第5のアーチ状構造区画24bに動作的に連結させる第4の連結具部材26dとを含む。したがって、連結具部材の使用によって、管状支持部材27を部片で、または短い構造区画で設置現場に運んできて、容易に組み立てることが可能になる。
【0024】
図5および5Aは、構造体断面27aおよび27bの外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きな内径29を有する有用な連結具部材28の1つの型式を示す。連結具部材28は、構造区画27aおよび27bの隣接する端部が連結具部材28内に固定して保持されるように、好ましい長さ30を有する。
【0025】
図6および6Aは、内径32を有する有用な連結具部材31の別の型式、および隣接する構造区画33aおよび33bの別の実施形態を示す。構造区画33aおよび33bの各々は、狭まった、またはテーパのついた区域35を含む端部を画成する。図6および6Aに示す実施形態では、連結具部材31の内径32は、構造体断面33aおよび33bの外径のテーパのついた区域35と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい。この連結具部材31は、構造区画33aおよび33bの隣接する端部が連結具部材31内に固定して保持されるように、好ましい長さ34lを有する。この連結具部材31は、連結具31が隣接する構造区画33aおよび33bの端部上に入れ子式に配置されるとき、連結具部材31の外径が構造区画33aおよび33bの外径によって画成されるものと同じ面内にあるように、好ましい厚さ34tも有する。この実施形態はそれによって、(例えば、構造区画33aおよび33bからなる)多数の管状支持部材を、さらに以下で説明するように、接触係合(touching engagement)に配置できるようになる。
【0026】
図7は、一致していない軸を有する第1および第2の区画36aおよび36bを有する、有用な連結具エルボ部材36の別の型式を示す。このエルボ連結具部材36は、構造区画27aおよび27bの外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい内径36cを有する。この連結具部材36は、構造区画27aおよび27bの隣接する端部が連結具部材36内に固定して保持されるように、好ましい長さ38を有する。
【0027】
図8は、一致していない軸を有する第1および第2の区画40aおよび40bを有する、有用な連結具エルボ部材40の別の型式を示す。このエルボ連結具部材40は、狭まった、またはテーパのついた区域35の外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい内径40cを有する。図8に示す実施形態では、この連結具部材40の内径32は、構造区画33aおよび33bのテーパのついた区域35の外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい。この連結具部材40の各々の区画40aおよび40bは、構造区画33aおよび33bの隣接する端部が連結具部材40内に固定して保持されるように、好ましい長さ42を有する。連結具部材40は、連結具部材40が隣接する構造区画33aおよび33bの端部上に入れ子式に配置されるとき、連結具部材40の外径が構造区画33aおよび33bの外径によって画成されるものと同じ面内にあるように、好ましい厚さ41も有する。この実施形態はそれによって、(構造区画33aおよび33bからなる)多数の構造部材を、さらに以下で説明するように、接触係合に配置できるようにする。
【0028】
一態様では、図9および図10に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための50a、50b、50c、50dおよび50eとして全体的に示す、全体的にアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、5つの隣接する管状支持部材の図示は、説明を容易にするため示されていることを理解すべきである。管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eのネットワークは、例えば車道または橋または地下貯蔵施設を形成する土壌表土などの荷重を受ける耐荷重主システムを集団で形成する。
【0029】
ある実施形態では、この耐荷重システムは、ダウエル、鉄筋またはガラス繊維などの複数の横切って延びるロッド51を含む。各ロッド51は、管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50e内の半径方向に延びる開口部52を貫通して延びるように配置される。ある実施形態では、管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eのネットワーク内の最外開口部52に隣接してナットを同軸に配置することができることができる。一実施形態では、この長手方向管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eは、橋の最終使用用途では通行車に平行に配置される。各ロッド51は、補強および剛性に対する最終使用要件に応じて、図10に示すように隣接するロッド51からある距離54に配置することができ、または別法として、ロッド51は、異なる距離のところに間隔を開けて配置することもできる。
【0030】
ある実施形態では、各管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eは、少なくとも1つの開口部52を含み、この開口部を介して、管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eに追加の強度および剛性をもたらすように、構築現場で管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eを補強材料57で充填することができる。
【0031】
別の実施形態では図11に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に60a、60bおよび60cとして示される、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状のまたは曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離61のところに間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。
【0032】
ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材60a、60bおよび60cの外表面上に間隔を開けて配置される形態の複数の横方向耐力部材62a、62b、62c等を含む。ある実施形態では、第1の横方向耐力部材62aは、第2の横方向耐力部材62bから距離64のところに配置される。各横方向耐力部材62a、62b、および62cは、各横方向耐力部材62a、62b、および62cが管状支持部材60a〜60cのネットワーク上に容易に位置決めできるように、好ましい幅63を有する。この耐力部材62a、62b、および62cは、複数の適切な留め具65によって管状支持部材60a〜60cに固定される。管状支持部材60a、60bおよび60cのネットワークならびに横方向耐力部材62a等は、車道または橋または地下貯蔵施設を形成するための土壌表土などの荷重を受ける耐荷重主システムを集団で形成する。
【0033】
別の態様では図12に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に70a、70bおよび70cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、図示の距離のところの間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために行われ、各管状支持部材間の間隔は支承すべき荷重によって決まることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材70a〜70cの外表面上に間隔を開けて配置される形態である、複数の横方向耐力部材71a、71b、72a、72b、73a、73b等を含む。ある実施形態ではこのネットワークは、第1の横方向耐力部材71aが管状支持部材70a〜70cの第1の端部上に配置され、その後で横方向耐力部材71bが管状支持部材70a〜70cの第2の端部上に配置されて組み立てられる。引き続く組み立ては、横方向耐力部材が管状支持部材上に交互に配置されるように、横方向耐力部材72a、次いで72b、73a、73b等々の順次配置を含む。ある実施形態では、各横方向耐力部材は、隣接する横方向耐力部材から距離74のところに配置される。この横方向耐力部材71a〜73b等は、複数の適切な留め具75によって管状支持部材70a〜70cに固定される。ある態様では、各管状支持部材70a〜70cは、少なくとも1つの開口部76a、76bおよび76cをそれぞれ含み、この開口部を介して、管状支持部材70a〜70cに追加の強度および剛性をもたらすように、構築現場で管状支持部材70a〜70cを適切な補強材料57で充填することができる。
【0034】
別の態様では図13に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に80a、80bおよび80cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離81のところの間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材80a〜80cの外表面上に、間隔を開けて配置される形態である、複数の横方向耐力部材85を含む。ある実施形態では、第1の横方向耐力部材85aは、隣接する横方向耐力部材85bからある距離86のところに配置される。各横方向耐力部材85は、各横方向耐力部材85が管状支持部材80a〜80cのネットワーク上に容易に配置できるように好ましい幅を有する。この横方向耐力部材85a等は、管状支持部材内の補強材料82内に延びる複数の適切な留め具84によって管状支持部材80a〜80cに固定される。各管状支持部材80a、80bおよび80cは、少なくとも部分的に最終使用用途によって決まる好ましい直径83を有する。
【0035】
別の態様では図14に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に90a、90bおよび90cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離91のところの間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材90a〜90cの外表面上に間隔を開けて配置される形態である、複数の波形の横方向耐力部材92a、92b、92c等を含む。この波形横方向耐力部材92a等は、波形横方向耐力部材は曲げるのが容易であるので容易な構築が可能となり、かつアーチからアーチへの方向に所望の高強度をもたらし、それによってアーチと直角な方向に剛性をもたらす。ある実施形態では、第1の横方向耐力部材92aは、第2の横方向耐力部材92bに直ぐ隣接して配置される。各横方向耐力部材92a等は、各横方向耐力部材92が管状支持部材90a〜90cのネットワーク上に容易に配置できるように好ましい幅95を有する。この横方向耐力部材92a等は、複数の適切な留め具93によって管状支持部材90a〜90cに固定される。
【0036】
別の態様では図15に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための100a、100bおよび100cとして全体的に示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離101のところに間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために行われており、かつ各管状支持部材間の間隔は支承すべき荷重によって決まることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材100a、100bおよび100cの外表面上に間隔を開けて配置される形態である、複数の横方向耐力部材102a、102b、103a、103b、等を含む。ある実施形態では、このネットワークは、第1の横方向耐力部材102aが管状支持部材100a〜100cの第1の端部上に配置され、その後で第2の横方向耐力部材102bが管状支持部材100a〜100cの第2の端部上に配置されて組み立てられる。引き続く組み立ては、横方向耐力部材103a、次いで103b等々の交互かつ順次配置を含む。ある実施形態では、各横方向耐力部材は、隣の横方向耐力部材に直ぐに隣接して配置される。この横方向耐力部材102a〜103b等は、複数の適切な留め具106によって管状支持部材100a〜100cに固定される。ある態様では、各構造部材100a〜100cは、少なくとも1つの開口部105a、105bおよび105cをそれぞれ含み、この開口部を介して、管状支持部材100a〜100cに追加の強度および剛性をもたらすように、構築現場で管状支持部材100a〜100cを適切な補強材料で充填することができる。
【0037】
別の態様では図16に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に110a、110bおよび110cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離111のところに間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材110a〜110cの外表面上の所定の位置にある、全体的に連続する横方向耐力部材112を含む。この全体的に連続する横方向耐力部材112は、管状支持部材内の補強材料114内に延びる複数の適切な留め具115によって管状支持部材110a〜110cに固定される。各管状支持部材110a、110bおよび110cは、少なくとも部分的に最終使用用途によって決まる好ましい直径113を有する。
【0038】
本発明の一態様では、管状支持部材は繊維強化高分子(FRP)複合材料基材(fiber−reinforced polymer composite matrix)から製造される。このFRP基材は、エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル、フェノールまたはウレタンのうちの少なくとも1つを含む、ただし限定ではない、熱硬化性樹脂を備えることができる。このFRP基材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、PVC、またはアクリルのうちの少なくとも1つを含む、ただし限定ではない、熱可塑性樹脂も備えることができる。FRP補強材は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維またはこれらの種類の繊維の1つまたは複数の組合せを、ただし限定ではなく、備えることができる。繊維強化高分子複合材料の管状支持部材は、樹脂注入(真空樹脂トランンスファー成形)[resin infusion(Vacuum−Assisted Resin Transfer Molding)]または曲線モールド上のフィラメント・ワインディング、または他の適切な方法を含む、ただし限定ではない、様々なプロセスを使用して製造することができる。繊維の形態は、限定ではなく、縫われた(stitched)、織られた(woven)または編まれた(braided)生地であることができる。各管状支持部材の壁厚および直径は、管状支持部材が耐荷重システムの自重および充填された材料の重量を支持するようなものである。例えば、コンクリートが使用されるとき、この複合管状支持部材/コンクリート断面は、土壌表土およびどのような追加の死荷重または活荷重重力も担持するように設計される。
【0039】
ある態様では、この充填補強材料は無収縮もしくは膨張湿潤コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材、および/または砂を備えることができる。
【0040】
さらに別の態様では、管状支持部材は、ジオメンブレン(geomembrane)または他の適切なジオテキスタイル(geotextile)などの、柔軟性のある生地で被覆することができる。耐荷重システムは次いで砂、土壌等などの適切な材料で埋め戻される(backfilled)。
【0041】
別の態様では、横方向耐力部材は管状支持部材にねじまたは他の適切な留め具を介して固定される。この横方向耐力部材および留め具は一緒に、荷重を管状支持部材に伝達し、本発明の耐荷重システムに横方向荷重、またはラッキング強度をもたらすように機能する。ある実施形態では、この横方向耐力部材は、波形金属シート、FRP、押し出しPVC、ポリカーボネート、および木材−プラスチック複合材料を含む、ただし限定ではない、柔軟性のある平らなまたは波形のシートを備える。ある実施形態では、この横方向耐力部材のシートの波形は管状支持部材に対して直角な方向に走る。
【0042】
さらに別の態様では本発明は、各管状支持部材が実質的に一平面内に実質的に向きを定められたアーチを形成する長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に曲がった中空管状支持部材を組み立てることを含む、橋またはトンネルなどの耐荷重システムを建設する(build)ための方法に関する。管状支持部材が組み立てられているとき、この管状支持部材は一時的に支えられ、規定された距離のところに互いに間隔を開けて配置される。管状支持部材の下端部のところから開始し、管状支持部材は、少なくとも部分的に複数の横方向耐力部材によって覆われる。ある実施形態では、この横方向耐力部材は、シートの波形が管状支持部材に対して直角な方向に走るように配置される波形シートである。この横方向耐力部材はねじまたは他の留め具を介して管状支持部材に動作的に連結される。ある実施形態では、管状支持部材は、管状支持部材の頂上近くの少なくとも1つの開口部を介して適切な補強材料で実質的に充填される。同様に、ある実施形態では、管状支持部材の適切かつ完全な充填を容易にするために、振動を管状支持部材に加えることができる。袖壁(wingwall)等などの適切な構築支持体が次いでこの耐荷重システムに取り付けられ、かつ必要に応じて、耐荷重システムは必要な深さに土壌で埋め戻され、舗装される。
【0043】
さらに別の態様では本発明は、最初に複数の短いアーチ・セグメントをより長い曲がった中空管状支持部材に組み立てるステップと、次いで上記で説明した方法で続けるステップを含む、橋またはトンネルなどの耐荷重システムを建設する方法に関する。
【0044】
図17は、設計仮定条件を検証し、確認するために使用された、計測器計画と実物大アーチ構造荷重試験設定を示す。図18は、アーチの実物大構造荷重試験を通じて得られた荷重〜撓みの形態での試験結果を提供するグラフである。荷重はコンクリート充填アーチのスパン中央に加えられ、撓みはスパン中央で測定される。
【実施例】
【0045】
FRPアーチ管の解析と設計
一実施例では、本発明のアーチ管が、4.6m(15フィート)、178mm(7インチ)コンクリート充填FRPアーチ管の設計を例示することによって、以下の条件の下で設計される。
1.空のFRPアーチ管が湿潤コンクリートの重量によって発生する死荷重応力に対して確認される。
2.反復解析を必要とする、スパン中央での最大集中垂直荷重の計算。モーメント〜曲率数値モデルが178mm(7インチ)直径FRPコンクリート複合材料断面の最大モーメント耐力を計算するのに使用される。この最終モーメントを達成するのに必要な臨界集中加荷重は、従来方式の構造解析モデルによって求められる。
3.全体的なバックリング(global buckling)は2つの場合の下で確認される。
a.コンクリートの硬化前
b.コンクリートの硬化およびスパン中央のところに集中荷重を加えた後
局所的壁バックリングも確認される。
【0046】
1.湿潤コンクリート(wet concrete)の重量下でのFRPアーチ管
の確認
湿潤コンクリートの重量に等価な垂直等分布荷重が構造体の長さに沿って加えられるときのFRPアーチ管が、構造解析コンピュータ・プログラムを使用してモデル化される。このアーチは、直線梁要素でメッシュ化する(meshed)ことができる。境界条件はピン支点として考えることができる。面積9.0cm2(1.398in2)、慣性モーメント363cm4(8.717in4)、および弾性係数13.3GPa(1.795×106psi)が、2.23mm(0.088インチ)の厚さおよび177.8mm(7インチ)の半径を有するFRP中空管に対する値であるとして取られた。
Ashell=2.π.r.t (1)
Ishell=2.π.r3.t (2)
【0047】
管の弾性係数は、表1に存在する材料の主軸内の薄板の弾性特性(elastic property)を主要な積層板軸(laminate axis)に変換することによって計算される。
【0048】
【表1】
【0049】
材料主軸内の弾性特性
【数1】
【0050】
変換行列
【数2】
積層板主軸内の弾性特性 Qxy=T−1.Q12.R.T.R−1 (5)
【0051】
【数3】
ここで、m=cos(θ)、かつn=sin(θ)である。構造解析が行われた後、危険断面(critical section)が選択され、最大発生モーメントが得られる。危険断面は、シェルに伝達される軸方向力が最小でありかつ静水圧によって支持されているので、最大曲げ力に基づいて選択される。
【0052】
内力が評価された後、FRPシェルの耐力が生じた応力に対して確認される。薄い積層板解析が仮定される。この複合材特性は、直交異方材料に対する古典的な積層板理論を使用して得られる。生じた内力から結果として生じる曲げ応力(σb)、軸応力σa、および剪断応力σνは、以下のような簡単な弾性理論を使用して計算される。
【0053】
【数4】
【0054】
【数5】
【0055】
【数6】
ここでM、P、およびVはそれぞれ、加えられたモーメント、軸力および剪断力であり、cは中立軸から応力が計算された位置までの距離であり、AshellおよびIshellはそれぞれFRP管の面積および慣性モーメントであり、tはシェルの厚さ、Qは第1の慣性モーメント(first moment of inertia)である。
【0056】
モーメントおよび軸方向応力は重ね合わされる。剪断応力と共にこの重ね合わされた応力は、主積層板軸から主材料軸に変換され、次いで最大応力説(Maximum Stress Theory)を使用して破壊に対して確認される。応力計算および破壊の確認は、シェルの周囲に沿って同時に行われる。
【0057】
解析に使用される変数は表(2)に与えられ、計算はコンピュータ・プログラムを使用して自動化されている。
【0058】
【表2】
【0059】
この適用のための数値計算を容易にするために開発されたコンピュータ・プログラムは、第1のプライが繊維方向で破壊するとき、またはシェルが加えられた力を保持するのに適切であることが証明されたときのいずれかで終了することができる。シェルが生じた応力に耐えることに失敗する場合は、このコンピュータ・プログラムは、(1)破壊の種類(繊維破壊、基材破壊または剪断破壊)、(2)破壊が起きたところのプライ番号、(3)中央および横断面の頂部四分円を通過する垂直軸に対する角度での破壊位置、(4)最後に、加えられた応力に対する最大強度として定義される強度比を発生させ、そうでない場合は、プログラムはアーチ状シェルの設計は適切であると表明するであろう。
【0060】
現行の例示的な実施例に対して、かつ表(3)に与えられる値を使用して、このシェルは湿潤コンクリートの重量を保持できることがわかる。
【0061】
【表3】
【0062】
2.スパン中央に加えられる集中荷重の下でのFRPコンクリート・アーチ管の解析
FRPコンクリート・アーチが支持できる最大垂直集中スパン中央荷重を計算するのに、反復方法が使用される。この反復方法は、2つの数値コンピュータ・プログラムの使用に立脚している:(1)FRPコンクリート横断面のモーメント耐力を計算するためのモーメント〜曲率プログラム、(2)所与の構造体モデルおよび荷重に基づく内部に生じる力を計算する構造解析プログラムである。モーメント〜曲率出力および入力変数の簡単な要約が最初に与えられる。FRPコンクリート試料の解析に適用された反復法を詳細に説明する。反復手順を理解するのに助ける流れ図も含まれる。
【0063】
モーメント〜曲率モデル入力データを表4に示し、変数は表1に定義される。
【0064】
【表4】
【0065】
全ての値は英国単位、psi、インチ、またはポンドで与えられる。層の数および材料種類の数が次に入力される。各材料に対する弾性特性は列で与えられる。プライ成層の向き、厚さおよび各プライに対する材料参照番号が続く。このプライ成層および材料はコンマで分離される。次にコンクリート特性、すなわち当初の縦弾性係数、当初のポアソン比、一軸強度(unconfined strength)、および一軸コンクリートに対する最大応力時の歪が与えられる。次に軸力、剪断スパン、剪断フラグ(shear flag)、および剪断定数(shear constant)(νk)が記述される。剪断スパンは4点曲げ試験に対する支持部から最も近い加荷重までの距離、または3点曲げ試験に対する支持部から梁の中央部までの距離として定義される。剪断定数(νk)は、コンクリート・コアによって保持される剪断を計算するのに使用されるパラメータである。
【0066】
【数7】
ACIは、psi単位に対して1.9と3.5の間のνkを推奨している。横断面半径は後で与えられる。最後に、歪出力に対する角度が設定される。この角度は、横断面の中心を起源として有する垂直軸に対して取られる。軸方向、フープ方向および剪断歪がモーメントおよび剪断荷重の関数として得られる。
【0067】
反復法は、次に説明するように、FRP−コンクリート・アーチ管が担持できる集中荷重を求めるために使用される。モーメント−曲率解析内への軸力および剪断力の入力は最初はゼロであると仮定され、横断面のモーメント耐力および割線剛性(secant stiffness)が生成される。モーメント耐力のところの中立線が解析から抽出される。アーチは一連の直線梁要素を使用する市販の構造解析プログラムを使用して解析される。横断面の面積、A、は変換されたFRPシェル、Ashell、および割れていないコンクリート断面、Acr、の合計として考慮される。
A=Acr+Ashell (10)
ここで、 Ashell=(2πr・t)・n (11)
かつ Acr=r2.(α−sin(α).cos(α)) (12)
ここで、rは円形横断面の半径であり、
【0068】
αは
【数8】
として定義され、cは、横断面の中央からモーメント耐力のところの中立軸までの距離である。同様な方法で、慣性モーメント、Iは変換されたシェル慣性、Ishell、および割れていないコンクリート慣性Icrの合計として取られる。
I=Icr+Ishell (13)
Ishell=2.π.r3.t (14)
【0069】
【数9】
【0070】
弾性係数はモーメント曲率解析によって生じる割線剛性(EI)をIで割ることによって計算される。材料特性が計算された後、任意の集中荷重がスパン中央に垂直に加えられ、構造解析が行われる。最大モーメントの絶対値がモーメント曲率解析によって生じた値と比較される。スパン中央での任意の荷重は、アーチに生じる最大モーメントが横断面のモーメント耐力に収斂するまで変更される。これが達成された後、最大モーメントの断面のところの軸力および剪断力がモーメント曲率プログラムに再入力され、新たなモーメント耐力および割線剛性が計算される。これらの値が再度構造解析プログラムに使用され、新たな軸力および剪断力が計算される。このプロセスが、剪断力および軸力の変化が十分小さくなるまで数回繰り返される。この反復法を図示する流れ図を図20に示す。
【0071】
反復法(interactive method)を走らせた後、FRP−コンクリート・アーチは54.6m−kN(40.3ft−kip)のモーメント耐力、および655GPa(95000ksi)の対応する割線剛性を有していたことが見出された。アーチのスパン中央に加えられた最大垂直荷重は、12,272kg(27ips)に等しいことが見出された。
【0072】
3.FRP−コンクリート管状アーチ・バックリング解析
FRPアーチ管が2つの荷重下での全体バックリングに対して確認される。
1.湿潤コンクリートの重量下でのFRPアーチ管
2.スパン中央に加えられた集中荷重下でのFRPコンクリート・アーチ管
便宜のため、この計算を促進するためにコンピュータを使用することができる。線形弾性材料用の仮想仕事を使用して、以下の解析が適用位置エネルギ関数を最小にする。
【0073】
位置エネルギ方程式
【数10】
ここで、図21に示すように、EIは曲げ剛性(flexural stiffness)、EAは軸方向剛性、Pは臨界バックリング荷重、q(x)は部材上の分布荷重、およびv(x)は一組の立方梁要素形状関数である。この形状関数は以下のように定義される。
【0074】
【数11】
【0075】
【数12】
【0076】
【数13】
【0077】
【数14】
【0078】
軸方向歪は無視することができ、分布荷重q(x)は解析から除かれる。位置エネルギ式を最小にし、それをゼロに等しくすることによって、弾性(Ke)および幾何学的形状(Kg)剛性行列が導かれる。
【0079】
【数15】
【0080】
【数16】
【0081】
以下の解析が行われた(図22を参照):(1)全体剛性行列、Keを組み立てる、(2)
この剛性行列に境界条件を適用する、K_BC、(3)節点撓みを計算する、
【0082】
【数17】
(4)部材力を計算する、(5)幾何学的形状剛性行列、Kgを組み立てる、(6)固定変位を取り除くためにKeとKgを約分する(reduce)、そして(7)一般化された固有値問題を解き、臨界荷重を計算する。
【0083】
手元の例示的な問題の解析に対して、均一分布荷重に曝されたFRPアーチ管に対するバックリング荷重は1002kg/m(56ポンド/インチ)であり、他方スパン中央のところの集中荷重に曝されたFRP−コンクリート・アーチ管のバックリング荷重は75kips(34,090ポンド)であることが見出された。湿潤コンクリートの重量に起因する臨界バックリング荷重を計算するために、各節点のところに均一分布の単位力が垂直に加えられる。このバックリング荷重は、89mm(3.5インチ)半径のFRP管内の湿潤コンクリートの分布荷重836kg/m(46.75ポンド/インチ)より大きな1,002kg/m(56ポンド/インチ)であったことがわかる。同様に、スパン中央のところに垂直に加えられた荷重に対する臨界バックリング荷重を計算するために、スパン中央に単位力が加えられた。バックリング荷重は75kips(34,090ポンド)であったことが見出され、他方、前に見出されたFRPコンクリート・アーチ管によって担持されるべき荷重は27kips(12,270ポンド)である。したがって、この実施例で使用されたFRPアーチ管は、この2つの荷重の場合の下で全体バックリングに曝されないであろう。
【0084】
FRP中空管の局所壁バックリング解析
FRPアーチ管システムに対し例証される最後の種類の解析は、軸方向圧縮の下での局所的バックリングである。弾性シェル・バックリングを使用する1組の方程式が、単純化された概略方法として使用される。
【0085】
もし
【数19】
の場合は、
【0086】
【数18】
【0087】
軸方向応力
【数20】
【0088】
曲げ応力
【数21】
ここで、Lは円筒の長さであり、Dはシェル厚さの中央から測定する横断面直径であり、tはシェル厚さであり、rは回転半径であり、νおよびEはそれぞれ材料のポアソン比および弾性係数であり、Cは0.0165として考慮される。
【0089】
本明細書に示す例示的な問題に対して、湿潤コンクリートの重量から結果として生じる応力は、FRP管内の局所的なバックリングに結果としてならないことが見出されている。バックリング解析に対して使用されるモーメント力290.2m−N(214ポンド−フィート)および軸力212.7kg(468ポンド)は、任意の所与の位置のところでそれぞれ生じる最大の力であり、これは控えめな近似である。
【0090】
特許法の規定に従って、本発明の原理および動作方法がその好ましい実施形態で説明され図示されてきた。しかしながら、本発明は、その趣旨および範囲から逸脱することなく具体的に説明され、図示されたものと異なって実施できることを理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0091】
【図1】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第1の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図2】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第2の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図3】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第3の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図4】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第4の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図5】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第1の連結具部材(connector member)の、部分的に横断面の、概略側面図である。
【図5A】図5の線5A−5Aに沿って取られた横断面図である。
【図6】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第2の連結具部材の、部分的に横断面の、概略側面図である。
【図6A】図6の線6A−6Aに沿って取られた横断面図である。
【図7】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第3の連結具部材の、部分的に断面の、概略側面図である。
【図8】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第4の連結具部材の、部分的に断面の、概略側面図である。
【図9】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、並列の、または隣接する配置にある複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図10】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、並列の、または隣接する配置にある複数の管状支持部材の切断、概略斜視図である。
【図11】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図12】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、管状支持部材上に配置されるいくつかの横方向耐力部材を示す、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図13】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の切断、概略斜視図である。
【図14】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図15】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材上に配置されるいくつかの横方向耐力部材を示す、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図16】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の切断、概略斜視図である。
【図17】構造体荷重試験設定の計測器計画の概略図である。
【図18】実物大の構造体荷重試験を通して得られた荷重〜撓みに対する荷重(kips)対変位(インチ)を示すグラフである。
【図19】割れた円筒状断面の面積および慣性を計算するのに有用な概略図である。
【図20】集中荷重下でのFRPコンクリート・アーチ・チューブ解析の概略図である。
【図21】位置エネルギ方程式を説明する概略図である。
【図22】湿潤コンクリート(wet concrete)の重量下での、または集中荷重下での、あるいは液体または流れの形態での他の充填剤の下での、アーチ全体のバックリング解析用の流れ図である。
【技術分野】
【0001】
本発明は一般的に現場での重構築装置(heavy construction equipment)の必要を最小限にする、埋設アーチ橋、トンネル、地下貯蔵施設、格納庫、または燃料庫の迅速な構築に有用な、垂直および水平両方向(vertical and horizontal direction)で荷重に耐えることができる迅速配置可能な軽量管状アーチ耐荷重システム(rapidly−deployable lightweight load resisting arch system)に関する。
【背景技術】
【0002】
過去に、短および中間スパン埋設アーチ橋、ならびにいくつかの地下貯蔵施設およびトンネルを構築する(construct)ために使用されてきたいくつかの種類の技術が存在してきている。これらの構造物は通常、交通機関または他の荷重を受ける土壌表土(soil overburden)によって覆われる。
【0003】
1つの技術には、ある場所で製造され次いで構築現場に出荷されるプレキャスト・コンクリート構造体(precast concrete structure)の使用が含まれる。このプレキャスト・コンクリート構造体は巧みに製造され構築の要件に合致するが、プレキャスト・コンクリート構造体の使用は、出荷し次いでプレキャスト・コンクリート構造体を設置するのが高価であるので大きく費用を増加させる。プレキャスト・コンクリート構造体は設置する(install)のに幾分か速いが、プレキャスト・コンクリート構造体は非常に重く、現場で重装置を必要とする。
【0004】
別の技術には、構築現場で形成され次いでクレーン等によって所定の位置内に吊り上げられる現場打ちコンクリート構造体の使用が含まれる。この現場打ち技術は、構造体を出荷しなくてもよい利点を提供する。他方、現場打ちの使用は、現場コンクリート面を構築現場で最初に構築しなければならないのでやはり高価であり、かつ時間が掛かる。この現場打ちコンクリート構造体は、時間集中的なかつ非常に高価な組み立て、ならびに型枠の除去、鉄筋バーの配置、および長時間の構築準備期間を必要とする。
【0005】
さらに別の技術には、パイプ金属構造体の使用が含まれる。金属パイプ構造体は腐蝕に起因して寿命が低下する。別の欠点は、パイプ金属構造体は短スパンおよび軽荷重に限定されることである。
【0006】
これら既存の構築方法技術の各々は、本発明によって克服される重大な不利益を有している。今日ほとんどの橋梁を構築し次いで組み立てるために、現場で構築用の重装置が必要であることに加え、これらの既存の構築技術に共通の主要な欠点は、金属および鉄筋コンクリート(steel reinforced concrete)は広く使用されかつ多くの構造体の構築で受け入れられているが、強化コンクリート構造体は劣化を受け易いということである。時間と共に、特に北の気象では、非常に多くの凍結融解サイクルおよび着氷除去化学薬品の使用が腐蝕および材料の劣化を加速する。水、道路用塩(road salt)等、およびそれらの凍結および融解などの状態に鉄筋コンクリート構造体を暴露することは、クラックを構造体内に形成させる。これらのクラックは、鉄筋を腐蝕かつ膨張させ、さらなるクラックを生じさせ、それによって空気およびより多くの水が構造体に入るのを可能にし、それによって構造体を弱くし損傷させる。
【発明の要約】
【0007】
一態様では、本発明は、現場での重構築装置の必要を最小限にする、全体的にアーチ状の中空管状主支持部材のネットワークを有する軽量耐荷重システムに関する。一態様では、本発明は、互いに並置されるアーチ状の管状支持部材のネットワークを含む。
【0008】
別の態様では本発明は、動作的に互いに保持される間隔を開けて配置されるアーチ状管状支持部材のネットワークを含む。さらに別の態様では、並置されるまたは間隔を開けて配置されるネットワークの両方とも、支持部材上に配置されかつそれに取り付けられた平らなまたは波形の垂直および横方向耐力部材(lateral force resisting member)を含むことができる。
【0009】
さらに別の態様では本発明は、耐荷重システムに対しさらなる強度および剛性をもたらすように、管状主支持部材がグラウト材、砂、コンクリート等などの流動可能材料によって現場充填される耐荷重システムに関する。
【0010】
具体的な態様では本発明は、垂直表土を支持するための複数の管状支持部材を備えるネットワーク耐荷重システムに関する。ある実施形態ではこの耐荷重システムは、車道、橋または地下貯蔵施設などでの土壌表土、または橋内などでの車両荷重を支持するのに特に有用である。
【0011】
ある実施形態では各管状支持部材は、管状支持部材が無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材、または砂などを管状支持部材の頂部近くの開口部を介して現場充填できるように管状支持部材の頂部部分近くに開口部を有する。
【0012】
これらの管状支持部材は、各管状支持部材の長さに沿って間隔を開けて配置される横断穴を貫通して嵌合される実質的に水平のロッドを使用して横断方向に連結される。
【0013】
ある実施形態では、管状支持部材は少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結される、複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に中空の構造部材を備える。
【0014】
これらの管状支持部材は、少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結される。横方向耐力部材は、管状支持部材に対して直角の方向に全体的に配置される。これらの横方向耐力部材は、管状支持部材に垂直荷重を伝達し、かつ耐荷重システムに対し横方向耐荷力(lateral load capacity)をもたらすことができる。ある実施形態では、横方向耐力部材は波形のシートを備え、シート波形は管状支持部材の垂直面に対して直角の方向に走る。
【0015】
本発明の様々な目的および利点は、添付の図面を考慮して読むとき、好ましい実施形態の以下の詳細な説明からこの分野の技術者に対し明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
本発明は、埋め込みコンクリートおよび金属アーチ構造体を構築するための既存の構築方法技術に伴う多くの困難を克服する。本発明は、軽量構成部品の使用が構築速度を上げ構築現場での重装置の必要を減少させる、例えば、短スパン埋設橋、地下貯蔵施設、トンネル構造体などの用途の構築に特に有用である。
【0017】
したがって一態様では本発明は、本明細書の図ではLとして全体的に示される活荷重または死荷重を支持するための、垂直面に実質的に向きを定められた全体的にアーチ状のまたは曲がった形状の管状支持部材のネットワークを有する耐荷重システムに関する。この荷重Lは、本発明の耐荷重システムに力を加える土壌表土であり得ることを理解されるべきである。
【0018】
一態様では、本発明は埋設アーチ状橋、トンネル、または地下燃料庫の構築用の迅速組立可能な軽量耐荷重システムに関する。この迅速組立可能軽量耐荷重システムは、繊維強化高分子材料から形成され、かつ管状支持部材が集団で垂直耐荷重システムを形成するように、垂直面に実質的に向きを定められた複数の軽量アーチ状管状支持部材を有する。この軽量管状支持部材は少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材によって連結される。横方向耐力部材は、管状支持部材の垂直面に対して直角な方向に配置される。横方向耐力部材は、垂直荷重を管状支持部材に伝達し、かつ耐荷重システムに対して横方向耐荷力をもたらすことができる。この管状支持部材は、さらなる強度または剛性をもたらすように、管状支持部材を膨張グラウト材、膨張高分子、無収縮コンクリート、または砂材料で満たせるようにする1つまたは複数の穴を管状支持部材の頂部(top)または頂上(crown)近くに有する。本発明の軽量システムの鍵となる特徴の中には、その運搬可能性、耐用性、構築現場で必要とされる最小限の装置で迅速に組み立てることができることが存在する。
【0019】
別のある態様ではこの支持部材は、横方向耐力部材が荷重を管状支持部材に伝達するように機能し、かつ耐荷重システムに横方向荷重強度、またはラッキング強度(racking strength)をもたらすように、管状支持部材によって画成される垂直面に対して直角な方向に全体的に配置される少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結される。
【0020】
次に図面を参照すると、図1に全体的に均一な半径1を有する全体的にアーチ状の管状支持部材2の第1の実施形態によって支持される荷重Lの概略図が示されている。この管状支持部材2は中空であり、画成された内側横断面寸法3を有する。この全体的に均一な半径1はそれによって、所定の高さ5および所定の長さ5を有する管状支持部材2を提供する。この管状支持部材2の内側横断面寸法、半径、高さおよび長さの特定の寸法は、本明細書で十分に説明されるであろうように、管状支持部材が使用される最終使用用途によって導かれることは理解されるべきである。例えば、中空管状支持部材2は、全体的に円の、正方形の、長方形の、台形のまたは他の有用な構造形態であることができ、そのようなものとして、内側横断面寸法3はしたがって、管状支持部材2の直径、内側長さまたは幅のうちの少なくとも1つを画成する。同様に、内側横断面寸法が、管状支持部材が最終使用用途の必要に対応する変化する厚さを有することができるように管状支持部材のアーチの長さに沿って変化することができることは、本発明の企図された範囲内である。ある最終使用用途では、地面に隣接する管状支持部材の下側部分が、管状支持部材の上側部分を支持するためにより厚いことが望ましい可能性がある。
【0021】
図2は、荷重Lが支持される、角度6aを画成する第1の半径6、および角度7aを画成する第2の半径7を有する全体的にアーチ状の管状支持部材9の第2の実施形態の概略図を示す。この管状支持部材9は、その第1の端部9bで第2のアーチ状の構造区画12aと連通している第1のアーチ状構造区画9aを含む。第1のアーチ状構造区画9aは、その第2の端部9cで第3のアーチ状構造区画12bと連通している。この管状支持部材9は中空であり、画成された内側横断面寸法8を有する。第1のアーチ状構造区画9aは、第1の半径6および角度6aによって画成されるアーチ状寸法を有し、他方第2および第3のアーチ状構造区画12a、12bはそれぞれ、第2の半径7および角度7aによって画成されるアーチ状寸法を有する。この第1および第2の半径6および7の組合せはそれぞれ、それによって所定の高さ10および所定の長さ11を有する管状支持部材9を提供する。第1の半径6および第2の半径7の長さを変更することによって、管状支持部材9の高さ10および幅11が変更される。
【0022】
図3は、荷重Lが支持される、角度13aを画成する第1の半径13、および角度15aを画成する第2の半径15を有する管状支持部材16の第3の実施形態の概略図を示す。この管状支持部材16は、その第1の端部16bで第1の全体的に直線の構造区画17aと連通し、かつその第2の端部16cで第2の全体的に直線の構造区画17bと連通する、第1のアーチ状構造区画16aを含む。この管状支持部材16は中空であり、画成された内側横断面寸法14を有する。このアーチ状構造区画16aは、第1の半径13および角度13aによって画成されるアーチ状の寸法を有し、他方第2および第3のアーチ状構造区画12a、12bはそれぞれ、第2の半径15および角度15aによって画成されるアーチ状の寸法を有する。第1および第2の半径13および15の組合せはそれぞれ、それによって所定の高さ18および所定の長さ19を有する管状支持部材16を提供する。第1の半径13および第2の半径15の長さを変更することによって、管状支持部材16の高さ18および幅19が変更される。
【0023】
図4は、荷重Lが支持される、角度20aを画成する第1の半径20、および角度21aを画成する第2の半径21を有する全体的にアーチ状の管状支持部材27の第4の実施形態の概略図を示す。この管状支持部材27は、複数のアーチ状構造区画27a、27bおよび27cを含む。より少ないまたはより多いアーチ状構造区画も含めることができ、そのようなアーチ状構造区画の数は、少なくとも部分的には、最終使用用途によって決まることは理解されるべきである。図示の実施形態では、第1のアーチ状構造区画27aは、第1のアーチ状構造区画27aの第1の端部27dのところで第4のアーチ状構造区画24aと連通する。第3のアーチ状構造区画27cは、第3のアーチ状構造区画27cの第1の端部27eのところで第5のアーチ状構造区画24bと連通する。この構造部材27は中空であり、画成された内側横断面寸法22を有する。第1、第2および第3のアーチ状構造区画27a、27bおよび27cはそれぞれ、第1の半径20および角度20aによって画成されるアーチ状の寸法を画成する。第4および第5のアーチ状構造区画24a、24bはそれぞれ、第2の半径21および角度21aによって画成されるアーチ状の寸法を有する。第1および第2の半径20および21の組合せはそれぞれ、それによって所定の高さ23および所定の長さ25を有する管状支持部材27を提供する。第1の半径20および第2の半径21の長さを変化させることによって、管状支持部材27の高さ23および幅25が変更される。図4に示す実施形態は、アーチ状構造区画の隣接する端部に動作的に連結される複数の連結具部材、すなわち第4のアーチ状構造区画24aを第1のアーチ状構造区画27aに動作的に連結させる第1の連結具部材26a、第1のアーチ状構造区画27aを第2のアーチ状構造区画27bに動作的に連結させる第2の連結具部材26b、第2のアーチ状構造区画27bを第3のアーチ状構造区画27cに動作的に連結させる第3の連結具部材26c、および第3のアーチ状構造区画27cを第5のアーチ状構造区画24bに動作的に連結させる第4の連結具部材26dとを含む。したがって、連結具部材の使用によって、管状支持部材27を部片で、または短い構造区画で設置現場に運んできて、容易に組み立てることが可能になる。
【0024】
図5および5Aは、構造体断面27aおよび27bの外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きな内径29を有する有用な連結具部材28の1つの型式を示す。連結具部材28は、構造区画27aおよび27bの隣接する端部が連結具部材28内に固定して保持されるように、好ましい長さ30を有する。
【0025】
図6および6Aは、内径32を有する有用な連結具部材31の別の型式、および隣接する構造区画33aおよび33bの別の実施形態を示す。構造区画33aおよび33bの各々は、狭まった、またはテーパのついた区域35を含む端部を画成する。図6および6Aに示す実施形態では、連結具部材31の内径32は、構造体断面33aおよび33bの外径のテーパのついた区域35と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい。この連結具部材31は、構造区画33aおよび33bの隣接する端部が連結具部材31内に固定して保持されるように、好ましい長さ34lを有する。この連結具部材31は、連結具31が隣接する構造区画33aおよび33bの端部上に入れ子式に配置されるとき、連結具部材31の外径が構造区画33aおよび33bの外径によって画成されるものと同じ面内にあるように、好ましい厚さ34tも有する。この実施形態はそれによって、(例えば、構造区画33aおよび33bからなる)多数の管状支持部材を、さらに以下で説明するように、接触係合(touching engagement)に配置できるようになる。
【0026】
図7は、一致していない軸を有する第1および第2の区画36aおよび36bを有する、有用な連結具エルボ部材36の別の型式を示す。このエルボ連結具部材36は、構造区画27aおよび27bの外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい内径36cを有する。この連結具部材36は、構造区画27aおよび27bの隣接する端部が連結具部材36内に固定して保持されるように、好ましい長さ38を有する。
【0027】
図8は、一致していない軸を有する第1および第2の区画40aおよび40bを有する、有用な連結具エルボ部材40の別の型式を示す。このエルボ連結具部材40は、狭まった、またはテーパのついた区域35の外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい内径40cを有する。図8に示す実施形態では、この連結具部材40の内径32は、構造区画33aおよび33bのテーパのついた区域35の外径と同一の広がりを有する、またはそれよりわずかに大きい。この連結具部材40の各々の区画40aおよび40bは、構造区画33aおよび33bの隣接する端部が連結具部材40内に固定して保持されるように、好ましい長さ42を有する。連結具部材40は、連結具部材40が隣接する構造区画33aおよび33bの端部上に入れ子式に配置されるとき、連結具部材40の外径が構造区画33aおよび33bの外径によって画成されるものと同じ面内にあるように、好ましい厚さ41も有する。この実施形態はそれによって、(構造区画33aおよび33bからなる)多数の構造部材を、さらに以下で説明するように、接触係合に配置できるようにする。
【0028】
一態様では、図9および図10に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための50a、50b、50c、50dおよび50eとして全体的に示す、全体的にアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、5つの隣接する管状支持部材の図示は、説明を容易にするため示されていることを理解すべきである。管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eのネットワークは、例えば車道または橋または地下貯蔵施設を形成する土壌表土などの荷重を受ける耐荷重主システムを集団で形成する。
【0029】
ある実施形態では、この耐荷重システムは、ダウエル、鉄筋またはガラス繊維などの複数の横切って延びるロッド51を含む。各ロッド51は、管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50e内の半径方向に延びる開口部52を貫通して延びるように配置される。ある実施形態では、管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eのネットワーク内の最外開口部52に隣接してナットを同軸に配置することができることができる。一実施形態では、この長手方向管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eは、橋の最終使用用途では通行車に平行に配置される。各ロッド51は、補強および剛性に対する最終使用要件に応じて、図10に示すように隣接するロッド51からある距離54に配置することができ、または別法として、ロッド51は、異なる距離のところに間隔を開けて配置することもできる。
【0030】
ある実施形態では、各管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eは、少なくとも1つの開口部52を含み、この開口部を介して、管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eに追加の強度および剛性をもたらすように、構築現場で管状支持部材50a、50b、50c、50dおよび50eを補強材料57で充填することができる。
【0031】
別の実施形態では図11に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に60a、60bおよび60cとして示される、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状のまたは曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離61のところに間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。
【0032】
ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材60a、60bおよび60cの外表面上に間隔を開けて配置される形態の複数の横方向耐力部材62a、62b、62c等を含む。ある実施形態では、第1の横方向耐力部材62aは、第2の横方向耐力部材62bから距離64のところに配置される。各横方向耐力部材62a、62b、および62cは、各横方向耐力部材62a、62b、および62cが管状支持部材60a〜60cのネットワーク上に容易に位置決めできるように、好ましい幅63を有する。この耐力部材62a、62b、および62cは、複数の適切な留め具65によって管状支持部材60a〜60cに固定される。管状支持部材60a、60bおよび60cのネットワークならびに横方向耐力部材62a等は、車道または橋または地下貯蔵施設を形成するための土壌表土などの荷重を受ける耐荷重主システムを集団で形成する。
【0033】
別の態様では図12に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に70a、70bおよび70cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、図示の距離のところの間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために行われ、各管状支持部材間の間隔は支承すべき荷重によって決まることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材70a〜70cの外表面上に間隔を開けて配置される形態である、複数の横方向耐力部材71a、71b、72a、72b、73a、73b等を含む。ある実施形態ではこのネットワークは、第1の横方向耐力部材71aが管状支持部材70a〜70cの第1の端部上に配置され、その後で横方向耐力部材71bが管状支持部材70a〜70cの第2の端部上に配置されて組み立てられる。引き続く組み立ては、横方向耐力部材が管状支持部材上に交互に配置されるように、横方向耐力部材72a、次いで72b、73a、73b等々の順次配置を含む。ある実施形態では、各横方向耐力部材は、隣接する横方向耐力部材から距離74のところに配置される。この横方向耐力部材71a〜73b等は、複数の適切な留め具75によって管状支持部材70a〜70cに固定される。ある態様では、各管状支持部材70a〜70cは、少なくとも1つの開口部76a、76bおよび76cをそれぞれ含み、この開口部を介して、管状支持部材70a〜70cに追加の強度および剛性をもたらすように、構築現場で管状支持部材70a〜70cを適切な補強材料57で充填することができる。
【0034】
別の態様では図13に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に80a、80bおよび80cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離81のところの間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材80a〜80cの外表面上に、間隔を開けて配置される形態である、複数の横方向耐力部材85を含む。ある実施形態では、第1の横方向耐力部材85aは、隣接する横方向耐力部材85bからある距離86のところに配置される。各横方向耐力部材85は、各横方向耐力部材85が管状支持部材80a〜80cのネットワーク上に容易に配置できるように好ましい幅を有する。この横方向耐力部材85a等は、管状支持部材内の補強材料82内に延びる複数の適切な留め具84によって管状支持部材80a〜80cに固定される。各管状支持部材80a、80bおよび80cは、少なくとも部分的に最終使用用途によって決まる好ましい直径83を有する。
【0035】
別の態様では図14に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に90a、90bおよび90cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離91のところの間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材90a〜90cの外表面上に間隔を開けて配置される形態である、複数の波形の横方向耐力部材92a、92b、92c等を含む。この波形横方向耐力部材92a等は、波形横方向耐力部材は曲げるのが容易であるので容易な構築が可能となり、かつアーチからアーチへの方向に所望の高強度をもたらし、それによってアーチと直角な方向に剛性をもたらす。ある実施形態では、第1の横方向耐力部材92aは、第2の横方向耐力部材92bに直ぐ隣接して配置される。各横方向耐力部材92a等は、各横方向耐力部材92が管状支持部材90a〜90cのネットワーク上に容易に配置できるように好ましい幅95を有する。この横方向耐力部材92a等は、複数の適切な留め具93によって管状支持部材90a〜90cに固定される。
【0036】
別の態様では図15に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための100a、100bおよび100cとして全体的に示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離101のところに間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために行われており、かつ各管状支持部材間の間隔は支承すべき荷重によって決まることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材100a、100bおよび100cの外表面上に間隔を開けて配置される形態である、複数の横方向耐力部材102a、102b、103a、103b、等を含む。ある実施形態では、このネットワークは、第1の横方向耐力部材102aが管状支持部材100a〜100cの第1の端部上に配置され、その後で第2の横方向耐力部材102bが管状支持部材100a〜100cの第2の端部上に配置されて組み立てられる。引き続く組み立ては、横方向耐力部材103a、次いで103b等々の交互かつ順次配置を含む。ある実施形態では、各横方向耐力部材は、隣の横方向耐力部材に直ぐに隣接して配置される。この横方向耐力部材102a〜103b等は、複数の適切な留め具106によって管状支持部材100a〜100cに固定される。ある態様では、各構造部材100a〜100cは、少なくとも1つの開口部105a、105bおよび105cをそれぞれ含み、この開口部を介して、管状支持部材100a〜100cに追加の強度および剛性をもたらすように、構築現場で管状支持部材100a〜100cを適切な補強材料で充填することができる。
【0037】
別の態様では図16に示すように、耐荷重システムは、活荷重または死荷重を支持するための全体的に110a、110bおよび110cとして示す、全体的に間隔を開けて配置されるアーチ状の、または曲がった形状の管状支持部材のネットワークを含む。この耐荷重システムは、より少ないまたはより多くの管状支持部材を含むことができ、距離111のところに間隔を開けて配置される3つの管状支持部材の図示は、説明を容易にするために示されていることを理解すべきである。ある実施形態では、この耐荷重システムは、間隔を開けて配置される管状支持部材110a〜110cの外表面上の所定の位置にある、全体的に連続する横方向耐力部材112を含む。この全体的に連続する横方向耐力部材112は、管状支持部材内の補強材料114内に延びる複数の適切な留め具115によって管状支持部材110a〜110cに固定される。各管状支持部材110a、110bおよび110cは、少なくとも部分的に最終使用用途によって決まる好ましい直径113を有する。
【0038】
本発明の一態様では、管状支持部材は繊維強化高分子(FRP)複合材料基材(fiber−reinforced polymer composite matrix)から製造される。このFRP基材は、エポキシ、ビニルエステル、ポリエステル、フェノールまたはウレタンのうちの少なくとも1つを含む、ただし限定ではない、熱硬化性樹脂を備えることができる。このFRP基材は、ポリプロピレン、ポリエチレン、PVC、またはアクリルのうちの少なくとも1つを含む、ただし限定ではない、熱可塑性樹脂も備えることができる。FRP補強材は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維またはこれらの種類の繊維の1つまたは複数の組合せを、ただし限定ではなく、備えることができる。繊維強化高分子複合材料の管状支持部材は、樹脂注入(真空樹脂トランンスファー成形)[resin infusion(Vacuum−Assisted Resin Transfer Molding)]または曲線モールド上のフィラメント・ワインディング、または他の適切な方法を含む、ただし限定ではない、様々なプロセスを使用して製造することができる。繊維の形態は、限定ではなく、縫われた(stitched)、織られた(woven)または編まれた(braided)生地であることができる。各管状支持部材の壁厚および直径は、管状支持部材が耐荷重システムの自重および充填された材料の重量を支持するようなものである。例えば、コンクリートが使用されるとき、この複合管状支持部材/コンクリート断面は、土壌表土およびどのような追加の死荷重または活荷重重力も担持するように設計される。
【0039】
ある態様では、この充填補強材料は無収縮もしくは膨張湿潤コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材、および/または砂を備えることができる。
【0040】
さらに別の態様では、管状支持部材は、ジオメンブレン(geomembrane)または他の適切なジオテキスタイル(geotextile)などの、柔軟性のある生地で被覆することができる。耐荷重システムは次いで砂、土壌等などの適切な材料で埋め戻される(backfilled)。
【0041】
別の態様では、横方向耐力部材は管状支持部材にねじまたは他の適切な留め具を介して固定される。この横方向耐力部材および留め具は一緒に、荷重を管状支持部材に伝達し、本発明の耐荷重システムに横方向荷重、またはラッキング強度をもたらすように機能する。ある実施形態では、この横方向耐力部材は、波形金属シート、FRP、押し出しPVC、ポリカーボネート、および木材−プラスチック複合材料を含む、ただし限定ではない、柔軟性のある平らなまたは波形のシートを備える。ある実施形態では、この横方向耐力部材のシートの波形は管状支持部材に対して直角な方向に走る。
【0042】
さらに別の態様では本発明は、各管状支持部材が実質的に一平面内に実質的に向きを定められたアーチを形成する長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に曲がった中空管状支持部材を組み立てることを含む、橋またはトンネルなどの耐荷重システムを建設する(build)ための方法に関する。管状支持部材が組み立てられているとき、この管状支持部材は一時的に支えられ、規定された距離のところに互いに間隔を開けて配置される。管状支持部材の下端部のところから開始し、管状支持部材は、少なくとも部分的に複数の横方向耐力部材によって覆われる。ある実施形態では、この横方向耐力部材は、シートの波形が管状支持部材に対して直角な方向に走るように配置される波形シートである。この横方向耐力部材はねじまたは他の留め具を介して管状支持部材に動作的に連結される。ある実施形態では、管状支持部材は、管状支持部材の頂上近くの少なくとも1つの開口部を介して適切な補強材料で実質的に充填される。同様に、ある実施形態では、管状支持部材の適切かつ完全な充填を容易にするために、振動を管状支持部材に加えることができる。袖壁(wingwall)等などの適切な構築支持体が次いでこの耐荷重システムに取り付けられ、かつ必要に応じて、耐荷重システムは必要な深さに土壌で埋め戻され、舗装される。
【0043】
さらに別の態様では本発明は、最初に複数の短いアーチ・セグメントをより長い曲がった中空管状支持部材に組み立てるステップと、次いで上記で説明した方法で続けるステップを含む、橋またはトンネルなどの耐荷重システムを建設する方法に関する。
【0044】
図17は、設計仮定条件を検証し、確認するために使用された、計測器計画と実物大アーチ構造荷重試験設定を示す。図18は、アーチの実物大構造荷重試験を通じて得られた荷重〜撓みの形態での試験結果を提供するグラフである。荷重はコンクリート充填アーチのスパン中央に加えられ、撓みはスパン中央で測定される。
【実施例】
【0045】
FRPアーチ管の解析と設計
一実施例では、本発明のアーチ管が、4.6m(15フィート)、178mm(7インチ)コンクリート充填FRPアーチ管の設計を例示することによって、以下の条件の下で設計される。
1.空のFRPアーチ管が湿潤コンクリートの重量によって発生する死荷重応力に対して確認される。
2.反復解析を必要とする、スパン中央での最大集中垂直荷重の計算。モーメント〜曲率数値モデルが178mm(7インチ)直径FRPコンクリート複合材料断面の最大モーメント耐力を計算するのに使用される。この最終モーメントを達成するのに必要な臨界集中加荷重は、従来方式の構造解析モデルによって求められる。
3.全体的なバックリング(global buckling)は2つの場合の下で確認される。
a.コンクリートの硬化前
b.コンクリートの硬化およびスパン中央のところに集中荷重を加えた後
局所的壁バックリングも確認される。
【0046】
1.湿潤コンクリート(wet concrete)の重量下でのFRPアーチ管
の確認
湿潤コンクリートの重量に等価な垂直等分布荷重が構造体の長さに沿って加えられるときのFRPアーチ管が、構造解析コンピュータ・プログラムを使用してモデル化される。このアーチは、直線梁要素でメッシュ化する(meshed)ことができる。境界条件はピン支点として考えることができる。面積9.0cm2(1.398in2)、慣性モーメント363cm4(8.717in4)、および弾性係数13.3GPa(1.795×106psi)が、2.23mm(0.088インチ)の厚さおよび177.8mm(7インチ)の半径を有するFRP中空管に対する値であるとして取られた。
Ashell=2.π.r.t (1)
Ishell=2.π.r3.t (2)
【0047】
管の弾性係数は、表1に存在する材料の主軸内の薄板の弾性特性(elastic property)を主要な積層板軸(laminate axis)に変換することによって計算される。
【0048】
【表1】
【0049】
材料主軸内の弾性特性
【数1】
【0050】
変換行列
【数2】
積層板主軸内の弾性特性 Qxy=T−1.Q12.R.T.R−1 (5)
【0051】
【数3】
ここで、m=cos(θ)、かつn=sin(θ)である。構造解析が行われた後、危険断面(critical section)が選択され、最大発生モーメントが得られる。危険断面は、シェルに伝達される軸方向力が最小でありかつ静水圧によって支持されているので、最大曲げ力に基づいて選択される。
【0052】
内力が評価された後、FRPシェルの耐力が生じた応力に対して確認される。薄い積層板解析が仮定される。この複合材特性は、直交異方材料に対する古典的な積層板理論を使用して得られる。生じた内力から結果として生じる曲げ応力(σb)、軸応力σa、および剪断応力σνは、以下のような簡単な弾性理論を使用して計算される。
【0053】
【数4】
【0054】
【数5】
【0055】
【数6】
ここでM、P、およびVはそれぞれ、加えられたモーメント、軸力および剪断力であり、cは中立軸から応力が計算された位置までの距離であり、AshellおよびIshellはそれぞれFRP管の面積および慣性モーメントであり、tはシェルの厚さ、Qは第1の慣性モーメント(first moment of inertia)である。
【0056】
モーメントおよび軸方向応力は重ね合わされる。剪断応力と共にこの重ね合わされた応力は、主積層板軸から主材料軸に変換され、次いで最大応力説(Maximum Stress Theory)を使用して破壊に対して確認される。応力計算および破壊の確認は、シェルの周囲に沿って同時に行われる。
【0057】
解析に使用される変数は表(2)に与えられ、計算はコンピュータ・プログラムを使用して自動化されている。
【0058】
【表2】
【0059】
この適用のための数値計算を容易にするために開発されたコンピュータ・プログラムは、第1のプライが繊維方向で破壊するとき、またはシェルが加えられた力を保持するのに適切であることが証明されたときのいずれかで終了することができる。シェルが生じた応力に耐えることに失敗する場合は、このコンピュータ・プログラムは、(1)破壊の種類(繊維破壊、基材破壊または剪断破壊)、(2)破壊が起きたところのプライ番号、(3)中央および横断面の頂部四分円を通過する垂直軸に対する角度での破壊位置、(4)最後に、加えられた応力に対する最大強度として定義される強度比を発生させ、そうでない場合は、プログラムはアーチ状シェルの設計は適切であると表明するであろう。
【0060】
現行の例示的な実施例に対して、かつ表(3)に与えられる値を使用して、このシェルは湿潤コンクリートの重量を保持できることがわかる。
【0061】
【表3】
【0062】
2.スパン中央に加えられる集中荷重の下でのFRPコンクリート・アーチ管の解析
FRPコンクリート・アーチが支持できる最大垂直集中スパン中央荷重を計算するのに、反復方法が使用される。この反復方法は、2つの数値コンピュータ・プログラムの使用に立脚している:(1)FRPコンクリート横断面のモーメント耐力を計算するためのモーメント〜曲率プログラム、(2)所与の構造体モデルおよび荷重に基づく内部に生じる力を計算する構造解析プログラムである。モーメント〜曲率出力および入力変数の簡単な要約が最初に与えられる。FRPコンクリート試料の解析に適用された反復法を詳細に説明する。反復手順を理解するのに助ける流れ図も含まれる。
【0063】
モーメント〜曲率モデル入力データを表4に示し、変数は表1に定義される。
【0064】
【表4】
【0065】
全ての値は英国単位、psi、インチ、またはポンドで与えられる。層の数および材料種類の数が次に入力される。各材料に対する弾性特性は列で与えられる。プライ成層の向き、厚さおよび各プライに対する材料参照番号が続く。このプライ成層および材料はコンマで分離される。次にコンクリート特性、すなわち当初の縦弾性係数、当初のポアソン比、一軸強度(unconfined strength)、および一軸コンクリートに対する最大応力時の歪が与えられる。次に軸力、剪断スパン、剪断フラグ(shear flag)、および剪断定数(shear constant)(νk)が記述される。剪断スパンは4点曲げ試験に対する支持部から最も近い加荷重までの距離、または3点曲げ試験に対する支持部から梁の中央部までの距離として定義される。剪断定数(νk)は、コンクリート・コアによって保持される剪断を計算するのに使用されるパラメータである。
【0066】
【数7】
ACIは、psi単位に対して1.9と3.5の間のνkを推奨している。横断面半径は後で与えられる。最後に、歪出力に対する角度が設定される。この角度は、横断面の中心を起源として有する垂直軸に対して取られる。軸方向、フープ方向および剪断歪がモーメントおよび剪断荷重の関数として得られる。
【0067】
反復法は、次に説明するように、FRP−コンクリート・アーチ管が担持できる集中荷重を求めるために使用される。モーメント−曲率解析内への軸力および剪断力の入力は最初はゼロであると仮定され、横断面のモーメント耐力および割線剛性(secant stiffness)が生成される。モーメント耐力のところの中立線が解析から抽出される。アーチは一連の直線梁要素を使用する市販の構造解析プログラムを使用して解析される。横断面の面積、A、は変換されたFRPシェル、Ashell、および割れていないコンクリート断面、Acr、の合計として考慮される。
A=Acr+Ashell (10)
ここで、 Ashell=(2πr・t)・n (11)
かつ Acr=r2.(α−sin(α).cos(α)) (12)
ここで、rは円形横断面の半径であり、
【0068】
αは
【数8】
として定義され、cは、横断面の中央からモーメント耐力のところの中立軸までの距離である。同様な方法で、慣性モーメント、Iは変換されたシェル慣性、Ishell、および割れていないコンクリート慣性Icrの合計として取られる。
I=Icr+Ishell (13)
Ishell=2.π.r3.t (14)
【0069】
【数9】
【0070】
弾性係数はモーメント曲率解析によって生じる割線剛性(EI)をIで割ることによって計算される。材料特性が計算された後、任意の集中荷重がスパン中央に垂直に加えられ、構造解析が行われる。最大モーメントの絶対値がモーメント曲率解析によって生じた値と比較される。スパン中央での任意の荷重は、アーチに生じる最大モーメントが横断面のモーメント耐力に収斂するまで変更される。これが達成された後、最大モーメントの断面のところの軸力および剪断力がモーメント曲率プログラムに再入力され、新たなモーメント耐力および割線剛性が計算される。これらの値が再度構造解析プログラムに使用され、新たな軸力および剪断力が計算される。このプロセスが、剪断力および軸力の変化が十分小さくなるまで数回繰り返される。この反復法を図示する流れ図を図20に示す。
【0071】
反復法(interactive method)を走らせた後、FRP−コンクリート・アーチは54.6m−kN(40.3ft−kip)のモーメント耐力、および655GPa(95000ksi)の対応する割線剛性を有していたことが見出された。アーチのスパン中央に加えられた最大垂直荷重は、12,272kg(27ips)に等しいことが見出された。
【0072】
3.FRP−コンクリート管状アーチ・バックリング解析
FRPアーチ管が2つの荷重下での全体バックリングに対して確認される。
1.湿潤コンクリートの重量下でのFRPアーチ管
2.スパン中央に加えられた集中荷重下でのFRPコンクリート・アーチ管
便宜のため、この計算を促進するためにコンピュータを使用することができる。線形弾性材料用の仮想仕事を使用して、以下の解析が適用位置エネルギ関数を最小にする。
【0073】
位置エネルギ方程式
【数10】
ここで、図21に示すように、EIは曲げ剛性(flexural stiffness)、EAは軸方向剛性、Pは臨界バックリング荷重、q(x)は部材上の分布荷重、およびv(x)は一組の立方梁要素形状関数である。この形状関数は以下のように定義される。
【0074】
【数11】
【0075】
【数12】
【0076】
【数13】
【0077】
【数14】
【0078】
軸方向歪は無視することができ、分布荷重q(x)は解析から除かれる。位置エネルギ式を最小にし、それをゼロに等しくすることによって、弾性(Ke)および幾何学的形状(Kg)剛性行列が導かれる。
【0079】
【数15】
【0080】
【数16】
【0081】
以下の解析が行われた(図22を参照):(1)全体剛性行列、Keを組み立てる、(2)
この剛性行列に境界条件を適用する、K_BC、(3)節点撓みを計算する、
【0082】
【数17】
(4)部材力を計算する、(5)幾何学的形状剛性行列、Kgを組み立てる、(6)固定変位を取り除くためにKeとKgを約分する(reduce)、そして(7)一般化された固有値問題を解き、臨界荷重を計算する。
【0083】
手元の例示的な問題の解析に対して、均一分布荷重に曝されたFRPアーチ管に対するバックリング荷重は1002kg/m(56ポンド/インチ)であり、他方スパン中央のところの集中荷重に曝されたFRP−コンクリート・アーチ管のバックリング荷重は75kips(34,090ポンド)であることが見出された。湿潤コンクリートの重量に起因する臨界バックリング荷重を計算するために、各節点のところに均一分布の単位力が垂直に加えられる。このバックリング荷重は、89mm(3.5インチ)半径のFRP管内の湿潤コンクリートの分布荷重836kg/m(46.75ポンド/インチ)より大きな1,002kg/m(56ポンド/インチ)であったことがわかる。同様に、スパン中央のところに垂直に加えられた荷重に対する臨界バックリング荷重を計算するために、スパン中央に単位力が加えられた。バックリング荷重は75kips(34,090ポンド)であったことが見出され、他方、前に見出されたFRPコンクリート・アーチ管によって担持されるべき荷重は27kips(12,270ポンド)である。したがって、この実施例で使用されたFRPアーチ管は、この2つの荷重の場合の下で全体バックリングに曝されないであろう。
【0084】
FRP中空管の局所壁バックリング解析
FRPアーチ管システムに対し例証される最後の種類の解析は、軸方向圧縮の下での局所的バックリングである。弾性シェル・バックリングを使用する1組の方程式が、単純化された概略方法として使用される。
【0085】
もし
【数19】
の場合は、
【0086】
【数18】
【0087】
軸方向応力
【数20】
【0088】
曲げ応力
【数21】
ここで、Lは円筒の長さであり、Dはシェル厚さの中央から測定する横断面直径であり、tはシェル厚さであり、rは回転半径であり、νおよびEはそれぞれ材料のポアソン比および弾性係数であり、Cは0.0165として考慮される。
【0089】
本明細書に示す例示的な問題に対して、湿潤コンクリートの重量から結果として生じる応力は、FRP管内の局所的なバックリングに結果としてならないことが見出されている。バックリング解析に対して使用されるモーメント力290.2m−N(214ポンド−フィート)および軸力212.7kg(468ポンド)は、任意の所与の位置のところでそれぞれ生じる最大の力であり、これは控えめな近似である。
【0090】
特許法の規定に従って、本発明の原理および動作方法がその好ましい実施形態で説明され図示されてきた。しかしながら、本発明は、その趣旨および範囲から逸脱することなく具体的に説明され、図示されたものと異なって実施できることを理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【0091】
【図1】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第1の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図2】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第2の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図3】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第3の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図4】ネットワーク耐荷重システムに使用するための第4の幾何学的形状を有する管状支持部材の一実施形態の概略側面図である。
【図5】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第1の連結具部材(connector member)の、部分的に横断面の、概略側面図である。
【図5A】図5の線5A−5Aに沿って取られた横断面図である。
【図6】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第2の連結具部材の、部分的に横断面の、概略側面図である。
【図6A】図6の線6A−6Aに沿って取られた横断面図である。
【図7】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第3の連結具部材の、部分的に断面の、概略側面図である。
【図8】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材と共に使用するための第4の連結具部材の、部分的に断面の、概略側面図である。
【図9】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、並列の、または隣接する配置にある複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図10】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、並列の、または隣接する配置にある複数の管状支持部材の切断、概略斜視図である。
【図11】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図12】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、管状支持部材上に配置されるいくつかの横方向耐力部材を示す、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図13】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の切断、概略斜視図である。
【図14】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図15】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、構造部材上に配置されるいくつかの横方向耐力部材を示す、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の概略斜視図である。
【図16】ネットワーク耐荷重システムに使用するための、横方向耐力システムを上に有する、間隔を開けて配置される複数の管状支持部材の切断、概略斜視図である。
【図17】構造体荷重試験設定の計測器計画の概略図である。
【図18】実物大の構造体荷重試験を通して得られた荷重〜撓みに対する荷重(kips)対変位(インチ)を示すグラフである。
【図19】割れた円筒状断面の面積および慣性を計算するのに有用な概略図である。
【図20】集中荷重下でのFRPコンクリート・アーチ・チューブ解析の概略図である。
【図21】位置エネルギ方程式を説明する概略図である。
【図22】湿潤コンクリート(wet concrete)の重量下での、または集中荷重下での、あるいは液体または流れの形態での他の充填剤の下での、アーチ全体のバックリング解析用の流れ図である。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
各管状支持部材が繊維強化高分子材料から形成され、各管状支持部材が実質的に垂直な面に向きを定められており、前記管状支持部材が耐垂直荷重システムを集団で形成する、複数のアーチ状の中空管状支持部材を備える耐荷重システム。
【請求項2】
中空管状支持部材が、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト、および/または砂を含む群から選択される補強材料によって少なくとも部分的に充填される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項3】
各管状支持部材が前記管状支持部材の頂部部分近くに1つまたは複数の開口部を有し、前記管状支持部材が前記管状支持部材の頂部近くの前記開口部を介して、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト、または砂によって現場充填されることができる、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項4】
前記管状支持部材が、各管状支持部材の長さに沿って間隔を開けて配置される横断方向の穴を貫通して嵌合される実質的に水平のロッドを使用して横断方向に連結される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項5】
前記管状支持部材がジオテキスタイルなどの柔軟性のある生地によって被覆される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項6】
前記管状支持部材が、少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結される複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に中空の構造部材を備える、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項7】
前記管状支持部材が、前記管状支持部材に対して直角な方向に全体的に配置される少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結され、前記横方向耐力部材が垂直荷重を前記管状支持部材に伝達することができ、かつ前記耐荷重システムに横方向荷重強度をもたらす、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項8】
少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材が柔軟性のある平らなシートまたは波形シートのうちの少なくとも1つを備え、前記シートの波形が前記管状支持部材の垂直面に直角な方向に走る、請求項7に記載の耐荷重システム。
【請求項9】
前記横方向耐力部材の前記シートが、金属、繊維強化高分子材料、押し出しPVC材料、ポリカーボネート材料、または木材−プラスチック複合材料のうちの少なくとも1つを備える、請求項8に記載の耐荷重システム。
【請求項10】
各管状支持部材が繊維強化高分子材料から形成され、各管状支持部材が実質的に垂直面に向きを定められており、前記管状支持部材が集団で耐荷重システムを形成し、前記管状支持部材が複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結された少なくとも部分的に中空の構造部材を備え、前記管状支持部材が少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結され、前記横方向耐力部材が前記管状支持部材に対して直角な方向に配置され、前記横方向耐力部材は垂直荷重を前記管状支持部材に伝達し、かつ前記耐荷重システムに横方向荷重強度をもたらすことができ、前記横方向耐力部材が金属、繊維強化高分子材料、押し出しPVC材料、ポリカーボネート材料、または木材−プラスチック複合材料の柔軟性のある平らなシートうちの少なくとも1つを備える、複数のアーチ状の管状支持部材を備える耐荷重システム。
【請求項11】
前記管状支持部材が、設計死荷重および設計活荷重を担持するために、必要に応じて互いに計算された距離のところに間隔を開けて配置される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項12】
前記管状支持部材が、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材、膨張高分子、および/または砂を含む群から選択される補強材料によって少なくとも部分的に充填される、請求項10に記載の耐荷重システム。
【請求項13】
各管状支持部材が繊維強化高分子材料から形成され、各管状支持部材が実質的に垂直面に向きを定められており、前記管状支持部材が集団で耐荷重システムを形成し、前記管状支持部材が複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結される少なくとも部分的に中空の構造部材を備え、前記管状支持部材が少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結され、前記横方向耐力部材が前記管状支持部材の垂直面に対して直角な方向に配置され、前記横方向耐力部材は垂直荷重を前記管状支持部材に伝達し、かつ前記耐荷重システムに横方向荷重強度をもたらすことができ、前記横方向耐力部材が少なくとも1つの波形シートを備え、前記シートの波形が前記管状支持部材の垂直方向に対して直角な方向に走り、前記横方向耐力部材が金属、繊維強化高分子材料、押し出しPVC材料、ポリカーボネート材料、または木材−プラスチック複合材料のうちの少なくとも1つを備える、複数のアーチ状の管状支持部材を備える耐荷重システム。
【請求項14】
前記管状支持部材が、設計死荷重および設計活荷重を担持するために、必要に応じて互いに計算された距離のところに間隔を開けて配置される、請求項13に記載の耐荷重システム。
【請求項15】
前記管状支持部材が、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材もしくは高分子、および/または砂を含む群から選択される補強材料によって少なくとも部分的に充填される、請求項13に記載の耐荷重システム。
【請求項16】
前記管状支持部材が、第1の半径を有する第1の全体的にアーチ状の構造区画と、前記第1の構造区画の前記第1の半径と異なる第2の半径を有し、前記第1のアーチ状構造区画の第1の端部のところに配置される第2のアーチ状構造区画と、前記第1の構造区画の第1の半径と異なる第3の半径を有し、前記第1のアーチ状構造区画の第2の端部のところに配置される第3のアーチ状構造区画とを含む、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項17】
複数の連結具部材が前記構造区画の隣接する端部に動作的に連結する、請求項16に記載の耐荷重システム。
【請求項18】
前記連結具部材が前記構造部材の外径と同一の広がりを有する、またはわずかに大きな内径を有する、請求項17に記載の耐荷重システム。
【請求項19】
前記構造部材が前記連結具部材の横断面積より小さな横断面積を画成するテーパのついた端部を有する、請求項17に記載の耐荷重システム。
【請求項20】
前記管状支持部材が複数の構造部材を含み、前記複数の構造部材が、第1のアーチ状の構造区画;第1のアーチ状の構造区画の第1の端部に配置される第1の、全体的に直線の構造区画と;第1のアーチ状の構造区画の第2の端部に配置される第2の、全体的に直線の構造区画とを含む、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項21】
複数の連結具部材が前記構造区画の隣接する端部に動作的に連結する、請求項20に記載の耐荷重システム。
【請求項22】
前記連結具部材が前記構造部材の外径と同一の広がりを有する、またはわずかに大きな内径を有する、請求項21に記載の耐荷重システム。
【請求項23】
前記構造部材が前記連結具部材の横断面積より小さな横断面積を画成するテーパのついた端部を有する、請求項21に記載の耐荷重システム。
【請求項24】
各管状支持部材が垂直面に実質的に向きを定められたアーチを形成する、長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に曲線の中空管状支持部材を組み立てるステップと、前記管状支持部材が組み立てられているとき、互いに所定の距離のところに前記管状支持部材を一時的に支え、かつ間隔を開けて配置するステップと、前記管状支持部材の下端部から開始し、平らな、または波形が前記管状支持部材の垂直面に対して直角に走る波形の横方向耐力パネルで前記管状支持部材の少なくとも一部分を覆い、前記横方向耐力パネルを前記管状支持部材に固定するステップとを含む、耐荷重システムを建設する方法。
【請求項25】
前記管状支持部材を前記管状支持部材の頂上近くの少なくとも1つの開口部を介して適切な補強材料で充填するステップと、その後で前記管状支持部材の頂上の開口部の上に少なくとも1つの横方向耐力パネルを配置し、前記パネルを固定するステップとをさらに含む、請求項24に記載の方法。
【請求項26】
最初に複数の短いアーチ状のセグメントをより長い曲線の中空構造部材に組み立てるステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。
【請求項27】
前記横方向耐力部材が波形シートを備え、前記シート波形が前記管状支持部材の垂直面に対して直角方向に走る、請求項24に記載の方法。
【請求項28】
前記耐荷重システムが短スパン埋設橋、地下貯蔵施設またはトンネル構造体のうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項1】
各管状支持部材が繊維強化高分子材料から形成され、各管状支持部材が実質的に垂直な面に向きを定められており、前記管状支持部材が耐垂直荷重システムを集団で形成する、複数のアーチ状の中空管状支持部材を備える耐荷重システム。
【請求項2】
中空管状支持部材が、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト、および/または砂を含む群から選択される補強材料によって少なくとも部分的に充填される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項3】
各管状支持部材が前記管状支持部材の頂部部分近くに1つまたは複数の開口部を有し、前記管状支持部材が前記管状支持部材の頂部近くの前記開口部を介して、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト、または砂によって現場充填されることができる、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項4】
前記管状支持部材が、各管状支持部材の長さに沿って間隔を開けて配置される横断方向の穴を貫通して嵌合される実質的に水平のロッドを使用して横断方向に連結される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項5】
前記管状支持部材がジオテキスタイルなどの柔軟性のある生地によって被覆される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項6】
前記管状支持部材が、少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結される複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に中空の構造部材を備える、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項7】
前記管状支持部材が、前記管状支持部材に対して直角な方向に全体的に配置される少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結され、前記横方向耐力部材が垂直荷重を前記管状支持部材に伝達することができ、かつ前記耐荷重システムに横方向荷重強度をもたらす、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項8】
少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材が柔軟性のある平らなシートまたは波形シートのうちの少なくとも1つを備え、前記シートの波形が前記管状支持部材の垂直面に直角な方向に走る、請求項7に記載の耐荷重システム。
【請求項9】
前記横方向耐力部材の前記シートが、金属、繊維強化高分子材料、押し出しPVC材料、ポリカーボネート材料、または木材−プラスチック複合材料のうちの少なくとも1つを備える、請求項8に記載の耐荷重システム。
【請求項10】
各管状支持部材が繊維強化高分子材料から形成され、各管状支持部材が実質的に垂直面に向きを定められており、前記管状支持部材が集団で耐荷重システムを形成し、前記管状支持部材が複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結された少なくとも部分的に中空の構造部材を備え、前記管状支持部材が少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結され、前記横方向耐力部材が前記管状支持部材に対して直角な方向に配置され、前記横方向耐力部材は垂直荷重を前記管状支持部材に伝達し、かつ前記耐荷重システムに横方向荷重強度をもたらすことができ、前記横方向耐力部材が金属、繊維強化高分子材料、押し出しPVC材料、ポリカーボネート材料、または木材−プラスチック複合材料の柔軟性のある平らなシートうちの少なくとも1つを備える、複数のアーチ状の管状支持部材を備える耐荷重システム。
【請求項11】
前記管状支持部材が、設計死荷重および設計活荷重を担持するために、必要に応じて互いに計算された距離のところに間隔を開けて配置される、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項12】
前記管状支持部材が、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材、膨張高分子、および/または砂を含む群から選択される補強材料によって少なくとも部分的に充填される、請求項10に記載の耐荷重システム。
【請求項13】
各管状支持部材が繊維強化高分子材料から形成され、各管状支持部材が実質的に垂直面に向きを定められており、前記管状支持部材が集団で耐荷重システムを形成し、前記管状支持部材が複数の長手方向の、実質的に平行な、少なくとも1つの連結具部材によって動作的に連結される少なくとも部分的に中空の構造部材を備え、前記管状支持部材が少なくとも1つまたは複数の横方向耐力部材に動作的に連結され、前記横方向耐力部材が前記管状支持部材の垂直面に対して直角な方向に配置され、前記横方向耐力部材は垂直荷重を前記管状支持部材に伝達し、かつ前記耐荷重システムに横方向荷重強度をもたらすことができ、前記横方向耐力部材が少なくとも1つの波形シートを備え、前記シートの波形が前記管状支持部材の垂直方向に対して直角な方向に走り、前記横方向耐力部材が金属、繊維強化高分子材料、押し出しPVC材料、ポリカーボネート材料、または木材−プラスチック複合材料のうちの少なくとも1つを備える、複数のアーチ状の管状支持部材を備える耐荷重システム。
【請求項14】
前記管状支持部材が、設計死荷重および設計活荷重を担持するために、必要に応じて互いに計算された距離のところに間隔を開けて配置される、請求項13に記載の耐荷重システム。
【請求項15】
前記管状支持部材が、無収縮もしくは膨張コンクリート、無収縮もしくは膨張グラウト材もしくは高分子、および/または砂を含む群から選択される補強材料によって少なくとも部分的に充填される、請求項13に記載の耐荷重システム。
【請求項16】
前記管状支持部材が、第1の半径を有する第1の全体的にアーチ状の構造区画と、前記第1の構造区画の前記第1の半径と異なる第2の半径を有し、前記第1のアーチ状構造区画の第1の端部のところに配置される第2のアーチ状構造区画と、前記第1の構造区画の第1の半径と異なる第3の半径を有し、前記第1のアーチ状構造区画の第2の端部のところに配置される第3のアーチ状構造区画とを含む、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項17】
複数の連結具部材が前記構造区画の隣接する端部に動作的に連結する、請求項16に記載の耐荷重システム。
【請求項18】
前記連結具部材が前記構造部材の外径と同一の広がりを有する、またはわずかに大きな内径を有する、請求項17に記載の耐荷重システム。
【請求項19】
前記構造部材が前記連結具部材の横断面積より小さな横断面積を画成するテーパのついた端部を有する、請求項17に記載の耐荷重システム。
【請求項20】
前記管状支持部材が複数の構造部材を含み、前記複数の構造部材が、第1のアーチ状の構造区画;第1のアーチ状の構造区画の第1の端部に配置される第1の、全体的に直線の構造区画と;第1のアーチ状の構造区画の第2の端部に配置される第2の、全体的に直線の構造区画とを含む、請求項1に記載の耐荷重システム。
【請求項21】
複数の連結具部材が前記構造区画の隣接する端部に動作的に連結する、請求項20に記載の耐荷重システム。
【請求項22】
前記連結具部材が前記構造部材の外径と同一の広がりを有する、またはわずかに大きな内径を有する、請求項21に記載の耐荷重システム。
【請求項23】
前記構造部材が前記連結具部材の横断面積より小さな横断面積を画成するテーパのついた端部を有する、請求項21に記載の耐荷重システム。
【請求項24】
各管状支持部材が垂直面に実質的に向きを定められたアーチを形成する、長手方向の、実質的に平行な、少なくとも部分的に曲線の中空管状支持部材を組み立てるステップと、前記管状支持部材が組み立てられているとき、互いに所定の距離のところに前記管状支持部材を一時的に支え、かつ間隔を開けて配置するステップと、前記管状支持部材の下端部から開始し、平らな、または波形が前記管状支持部材の垂直面に対して直角に走る波形の横方向耐力パネルで前記管状支持部材の少なくとも一部分を覆い、前記横方向耐力パネルを前記管状支持部材に固定するステップとを含む、耐荷重システムを建設する方法。
【請求項25】
前記管状支持部材を前記管状支持部材の頂上近くの少なくとも1つの開口部を介して適切な補強材料で充填するステップと、その後で前記管状支持部材の頂上の開口部の上に少なくとも1つの横方向耐力パネルを配置し、前記パネルを固定するステップとをさらに含む、請求項24に記載の方法。
【請求項26】
最初に複数の短いアーチ状のセグメントをより長い曲線の中空構造部材に組み立てるステップをさらに含む、請求項24に記載の方法。
【請求項27】
前記横方向耐力部材が波形シートを備え、前記シート波形が前記管状支持部材の垂直面に対して直角方向に走る、請求項24に記載の方法。
【請求項28】
前記耐荷重システムが短スパン埋設橋、地下貯蔵施設またはトンネル構造体のうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載の耐荷重システム。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図5A】
【図6】
【図6A】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図5A】
【図6】
【図6A】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【公表番号】特表2008−537576(P2008−537576A)
【公表日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−552355(P2007−552355)
【出願日】平成18年1月23日(2006.1.23)
【国際出願番号】PCT/US2006/002364
【国際公開番号】WO2006/081214
【国際公開日】平成18年8月3日(2006.8.3)
【出願人】(507215529)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成20年9月18日(2008.9.18)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年1月23日(2006.1.23)
【国際出願番号】PCT/US2006/002364
【国際公開番号】WO2006/081214
【国際公開日】平成18年8月3日(2006.8.3)
【出願人】(507215529)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]