JP4644668B2 - 流体力支持体 - Google Patents

Description

本発明は、圧搾気体で加圧できる撓み性材料の気密の伸張型中空本体と、少なくとも二つの圧縮／引張要素（５）とを有する流体力支持体に関するものである。

膨張性の中空体の形態の流体力支持体は、例えば本願と同一の出願人の特許文献１及び特許文献２から種々知られている。かかる支持体は横方向負荷を受ける場合に、その主たる目的は支持体をゆがめることなく生じた引張り力及びせん断力を吸収することから成っている。

特許文献２において、軸方向圧縮力は圧縮部材で吸収され、一方、軸方向引張り力は、中空本体のまわりにらせん状に巻かれかつ圧縮部材の端部に固定される二つの引張要素によって吸収される。この特許文献２に開示された構造要素の流体力部分は座屈に対して圧縮部材を安定化する機能を備えている。

特許文献１において、幾つかの中空本体はブリッジを形成するように平行の形態で結合される。この場合、引張力は、全ての中空本体を包囲する撓み性カバーで吸収され、また圧縮力は互いに緊張させた要素から成るブリッジプレートで吸収される。これらの要素は、中空本体を包囲し従って座屈に対して固定されるカバーに横から固定されている。

特許文献２は、本発明に関連した最も近い文献である。特許文献２に開示された流体力構造要素は、少なくとも二つの引張要素を備え、これら引張要素は、中空体のまわりにらせん上に配置されるために、構造要素の長さに比べて相対的に長い。負荷のもとでは、これは、比較的短い引張要素が用いられる場合より座屈が相当に大きくなる。このような要素を支持体として用いる際には、構造要素の最外方端部よりむしろ構造要素の頂部における支持力を吸収するノードには複雑な支持構造が必要となる。特許文献１では、引張要素は、単に引張力を限定された程度に吸収できるだけでありしかも相当な技術的費用をかけて拡張され得るだけである表面の大きなカバーから成っている。
米国特許第３，８９４，３０７号 ＷＯ０１／７３２４５

本発明は、曲げ強さが強く、簡単かつコスト的に有効な形態で製造でき、しかも極めて迅速に選択できかつ通常の構造体に酔うに接続できる複雑な構造構成要素及び構造体、例えば屋根やブリッジに容易に組立てることのできる複数の引張及び圧縮部材によって流体力支持体を開発するという目的に基いている。

本発明の本質的な特徴に関して、本発明の対象は、圧縮／引張要素が中空本体の表面線に沿って中空本体と隣接し、かつ中空本体に接続され、また中空本体がそれの両端部に向ってテーパー状形態をもち、さらに少なくとも二つの圧縮／引張要素がそれらの端部において互いに確実に接続されているによって達成される。その他の有利な実施形態は特許請求の範囲の請求項２以下に記載されている。

本発明の対象は、添付図面に例示する幾つかの実施形態に関して以下に詳細に説明する。

図１には、本発明の対象の第１の実施形態を概略的に示している。支持体１は、両端部に向ってテーパー状になった伸張型中空本体２と、圧縮部材３と、引張要素４とから成っている。中空本体２は、撓み性であるが、伸縮性の制限された気密材料のカバー７で形成されている。一つの材料にこれらの性質を組み合わせるのは難しいので、中空本体２は有利には、伸縮性の制限された撓み性外方カバー７と弾性気密内方袋体とで構成される。中空本体２は弁６によって圧搾気体で加圧され得る。圧縮部材３及び引張要素４は中空本体２をそれの直径上対向した表面線に沿って接合する。圧縮部材３は適当な手段によってこの表面線に沿って中空本体２に接続される。これは例えば、中空本体２を包囲する複数のバンド、又はポケット、又はウェルト型接続体によって実現され得る。引張要素４は両端部は圧縮部材３の両端に確実に固定される。流体力支持体１のこの第１の実施形態は、支持体１に単に一方向だけに圧縮力が作用する応用例の場合に適している。これは例えば、ブリッジ自体の重量及び負荷荷重から成る負荷を受けるブリッジ支持体に適用する。圧縮部材３及び引張要素４は、圧縮部材３に作用しかつ引張要素４の方向に向いた荷重ベクトルの作用面に位置している。中空本体２は、圧縮部材３の材料が降伏点まで応力を受けることができるように、圧縮部材３が座屈するのを防止している。この降伏点は、バーの座屈荷重より相当に高い力にある。さらに、中空本体２は圧縮部材３及び引張要素４を互いに空間的に分離している。かかる構造の特徴は、材料の消費が少ないこと、重量が軽いこと及び荷重支持能力が高いことにある。図１ａは側面図を示し、図１ｂは線Ａ−Ａに沿った断面図を示している。

図２には、例えば屋根構造体に用いることのできる流体力支持体１の第２の実施形態を示している。風の強い時には、屋根のある特定の領域は、垂直方向における荷重を補償することを上回る相当な風による吸い上げを受け得る。従って利用した支持体１においては、結果として動的作用は逆となる。図２において、図１の底部の引張要素４の代わりに圧縮／引張要素５、すなわち、圧縮力及び引張力を吸収できる要素が用いられている。最も簡単でしかも最も普通に用いられる圧縮／引張要素５は第２圧縮部材３から成っている。例えば、かかる要素すなわちバーは同様に適切な引張及び圧縮特性をもつ鋼又はアルミニウムで作ることができる。適切な圧縮特性を持つが引張特性が不十分である材料は、引張力を吸収するために使用できるような引張ケーブルで予め応力を掛けておくことができる。このように高引張強さをもたらす材料の一例は鋼ケーブルでプレストレスを掛けたコンクリートである。図２において、圧縮／引張要素５は二つの直径上相対した表面線に沿って中空本体２を包囲している。圧縮／引張要素５はまた、荷重のもとにおいてこれらの要素が座屈するのを防止するために、表面線に固定される。圧縮／引張要素５はそれらの端部で互いに接続され、そして荷重の方向に応じて引張要素として又は圧縮要素として働く。本発明の範囲は、二つの圧縮／引張要素５がそれらの圧縮又は引張特性に関して異なる複数の実施形態を包含している。例えば、これらの圧縮／引張要素５は、上方要素が下方要素より高い圧縮力に耐えることができるように実現してもよい。図２ａは側面図を示し、また図２ｂは線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示している。

図３には、本発明の流体力支持体１の第３の実施形態を示している。上述の例において、支持体１は本質的に垂直平面における荷重を受けるが、しかし支持体１が直立状態で垂直に配置され、柱状体として用いられる場合には、横断力は本質的には一つの平面だけではもはや生じないが、しかし支持体は全横方向から同様な強さの荷重例えば風による荷重を受けることになり得る。全横方向からの力に耐えるために、図３に示す支持体１は三つの圧縮／引張要素５を備え、これら三つの圧縮／引張要素５は中空本体２の横断面上に一様に配置されかつ表面線に沿って中空本体２に固定され、上記圧縮／引張要素５はそれらの端部で互いに非確実的に接続されている。このような支持体１を支持柱状体として利用する場合には、軸線方向荷重も受ける。本発明の範囲は、三つ以上の圧縮／引張要素５が中空本体２上に配置される複数の実施形態を包含している。図３ａは概略側面図であり、また図３ｂは線Ｃ−Ｃに沿った横断面図である。

図４には、圧縮／引張要素５が弾性的に曲げることのできる材料で作られている場合に、減圧したすなわち気体を抜いた中空本体２を備えた完全な支持体１が移送又は貯蔵の目的でどのように小さなユニットに巻き取られるかを示している。図４ａは、気体を抜いた中空本体２を備えた完全な支持体１を巻き取った状態で示し、図４ｂは中空本体２を加圧して動作状態にある支持体１を縮小して示している。気体を抜いた中空本体２及び弾性的に曲げることのできる圧縮／引張要素５又は圧縮部材３を備えた支持体１は例えばＳ字形に折り畳むことができる。

図５及び図６には、支持体１の端部に圧縮／引張要素５を接続するための異なった仕方を示している。図５において、圧縮／引張要素５は、例えば中空本体２の端部を包囲できる端部片９に接続されている。軸８は、支持体を相互接続した構造体に結合するために例えば端部片９に固定されてもよく、代わりに、端部片９は軸受に直接配置できるように構成することもできる。

図６では、圧縮／引張要素５の端部は軸８によって接続されている。

図７には、圧縮／引張要素５の有利な実施形態を示し、図示圧縮／引張要素５は端部に向って断面積が広くなっており、従って曲げ強さが非常に強くなっている。圧縮／引張要素５のこの構造は、圧縮／引張要素５が支持体１の中央部より支持体１の端部において高い曲げモーメントを吸収する必要があることを考慮している。図６において、圧縮／引張要素５の端部に向って曲げ強さを大きくするのはこの増大した横断面積によって達成される。

図８〜図１０には、中空本体２の種々の実施形態を示している。中空本体２の横断面は全長にわたって本質的には円形である。しかし、本発明の範囲は、他の横断面形状すなわち横断面が中空本体の全長にわたって変化する、例えば卓越した横方向安定性を達成するために平らな横断面をもつ実施形態も包含している。図８は、支持体１の上側の曲率が相当大きく、下側の曲率が平坦である非対称型の中空本体２の実施形態を示している。このような形状の中空本体２を備えた支持体１は、ブリッジとして使用し、一側から荷重を受けた場合に僅かにゆがむだけである。図９には、長手方向軸線に対して回転対称に構成される中空本体２を示している。この中空本体は本質的には端部の尖った円筒状管から成っている。縦断面で見ると、図１０に示す中空本体２は滴形態に構成されている。

図１１〜図１３には、幾つかのチャンバー１０に分割される中空本体を備えた種々の実施形態を示している。図１１において、中空本体は、長手方向軸線を横切って中空本体２の全断面積を占める幾つかのチャンバー１０に分割されている。これらのチャンバー１０はそれぞれ異なるレベルで加圧され得る。図示実施形態は三つの圧力レベルでの変化を示している。この場合、式Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ３＜Ｐ４が適用される。圧力は支持体１の端部に向かって増大している。図１２においては、中空本体２は長手方向に本質的に平行に配列されしかも中空本体２の本質的に全長にわたってのびる幾つかのチャンバー１０に分割されている。図１３には、縦方向と横方向に分割したチャンバー１０の組み合わせが示されている。図１１〜図１３に示す実施形態の一つの共通の特徴は、中空本体が、伸縮性の限定された、例えばアラミド補強繊維製の撓み性カバー７からなっていることにある。伸縮性の気密材料の幾つかの袋体１１は伸縮性の限定されたこのカバー７内に挿置される。さらにカバー７内に埋め込まれたウエブ１２は、加圧袋体１１の位置を本質的に画定する働きをし、従って袋体１１がカバー７内で移動するのを阻止することができる。これは、図１１では支持体１の一側に例示されている。しかし、図１２及び図１３に示すように気密カバー７を気密ウエブ１２で幾つかのチャンバー１０に分割することも考えられることであり、本発明の範囲内である。

図１４には、本発明の支持体１の別の実施形態を示している。図２による支持体１はアーク型形状に上向きに湾曲しており、従って凹状の下側部及び凸状の上側部を備えている。支持体１の二つの端部間の距離は本質的には端部を当接部にクランプすることによってまたは外部引張要素１４によって固定できる。支持体１が下向きに作用する荷重を受けると、二つの圧縮／引張要素５は圧縮され、引張力は当接部又は引張要素１４によって吸収される。

図１５ａ、図１５ｂ及び図１５ｃにはブリッジ構造体に流体力支持体１を応用した例を示している。図１による二つの支持体１は、これら支持体を接続しかつ圧縮部材３上に位置する道路構造体１３によって軽量ブリッジに結合されている。当業者はこのような道路を例えば繊維補強プラスチックのサンドイッチ構造の形態で建設する種々の仕方に精通しているので、この点は詳細に説明しない。図１５ａはブリッジの平面図であり、図１５ｂは線Ｄ−Ｄに沿った断面図であり、また図１５ｃは線Ｅ−Ｅに沿った断面図である。

流体力支持体の第１の実施形態の概略側面図。 流体力支持体の第１の実施形態の概略横断面図。 流体力支持体の第２の実施形態の概略側面図。 流体力支持体の第２の実施形態の概略横断面図。 流体力支持体の第３の実施形態の概略側面図。 流体力支持体の第３の実施形態の概略横断面図。 巻いた状態における流体力支持体の第４の実施形態をの概略側面図。 膨張させた状態における流体力支持体の第４の実施形態の概略横断面図。 圧縮／引張要素の非確実な接続部の第１の実施形態の概略側面図。 圧縮／引張要素の非確実な接続部の第２の実施形態の概略側面図。 圧縮／引張要素の一つの実施形態の概略平面図。 中空本体の形状の一例の概略側面図。 中空本体の形状の別の例の概略側面図。 中空本体の形状のさらに別の例の概略側面図。 幾つかの圧力チャンバーに分割される中空本体の第１の実施形態の概略縦断面図。 幾つかの圧力チャンバーに分割される中空本体の第２の実施形態の概略縦断面図。 幾つかの圧力チャンバーに分割される中空本体の第３の実施形態の概略縦断面図。 流体力支持体の第５の実施形態の概略側面図。 幾つかの流体力支持体を接続する第１の応用例を示す概略平面図。 幾つかの流体力支持体を接続する第１の応用例を示す概略側面図。 幾つかの流体力支持体を接続する第１の応用例を示す概略横断面図。

Claims (17)

1. 圧搾気体で加圧できる撓み性材料の気密の伸張型中空本体と、
   横断作動負荷の印加に応じて軸線方向に圧縮される少なくとも一つの圧縮要素と、
   横断作動負荷の印加に応じて軸線方向に引張される少なくとも一つの引張要素と
   を有する流体力支持体において、
   気密の伸張型中空本体がそれの両端部に向ってテーパー状形態をもち、
   少なくとも一つの圧縮要素及び少なくとも一つの引張要素が、気密の伸張型中空本体のそれぞれの端部に位置した共通のノードにおいて相互に接続され、
   気密の伸張型中空本体をふくらました時、少なくとも一つの圧縮要素及び少なくとも一つの引張要素が、気密の伸張型中空本体の発生ライン上に位置し、
   また、横断作動負荷の印加に応じて、少なくとも一つの圧縮要素が気密の伸張型中空本体の近い側に位置し、そして少なくとも一つの引張要素が気密の伸張型中空本体の遠い側に位置すること
   を特徴とする流体力支持体。
2. 少なくとも二つの圧縮／引張要素（５）が中空本体（２）のまわりに回転対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の流体力支持体。
3. 少なくとも二つの圧縮／引張要素（５）の少なくとも一つが単に引張力を吸収する必要があり、その結果引張要素（４）の形態で実現され、また少なくとも二つの圧縮／引張要素（５）の少なくとも一つが単に圧縮力を吸収する必要があり、その結果圧縮要素（３）の形態で実現され、該少なくとも一つの圧縮要素（３）が中空本体（２）の表面線に沿って中空本体（２）に非確実に接続され、かつ少なくとも一つの引張要素（４）に二つの端部で固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体力支持体。
4. 少なくとも一つの圧縮要素（３）が、引張要素（４）に対して直径的に反対側に位置する中空本体（２）の表面線に沿ってのび、そして中空本体（２）に非確実に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の流体力支持体。
5. 中空本体（２）が長手方向軸線に沿って本質的に円形横断面をもつことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の流体力支持体。
6. 中空本体（２）が本質的に、長手方向軸線を横切って加圧できる幾つかのチャンバー（１０）に分割され、これらのチャンバー（１０）が本質的に、中空本体（２）の全横断面にわたってのびていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体力支持体。
7. チャンバー（１０）がそれぞれ異なる程度に加圧され、そして中空本体（２）の中央より中空本体（２）の端部に向って高い圧力を受けることを特徴とする請求項６に記載の流体力支持体。
8. 中空本体（２）が、本質的に長手方向軸線に平行に位置しそして加圧できる幾つかのチャンバー（１０）に分割され、これらのチャンバー（１０）が本質的に、中空本体（２）の全長にわたってのびていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の流体力支持体。
9. 端部片（９）が両端部に設けられ、圧縮要素（３）、引張要素（４）及び圧縮／引張要素（５）が上記端部片（９）に非確実に固定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の流体力支持体。
10. 圧縮／引張要素（５）が弾性的に曲がることができ、また支持体（２）が非加圧状態において巻き取り又は折りたたみできることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の流体力支持体。
11. 圧縮／引張要素（５）が
    中空本体（２）のまわりにのびかつ圧縮／引張要素（５）に固定される複数のバンド、又は
    圧縮／引張要素（５）を挿入するポケット、又は
    ウェルト型接続体
    によって中空本体（２）に固定されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の流体力支持体。
12. 中空本体（２）が、外方カバー（７）及び内部に挿入した少なくとも一つの内方袋体（１１）で構成され、外方カバー（７）が伸縮性の制限された撓み性材料で作られ、また内方袋体（１１）が気密弾性材料で作られていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の流体力支持体。
13. 中空本体の外方カバー（７）がウエブ（１２）によって幾つかのチャンバー（１０）に分割されることを特徴とする請求項６〜８、１２のいずれか一項に記載の流体力支持体。
14. 支持体（１）が円弧型形態で構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の流体力支持体。
15. 円弧型支持体（１）の端部が中空本体（２）に隣接しない外部引張要素（１４）で接続されていることを特徴とする請求項１４に記載の流体力支持体。
16. 建築構造物及び公共事業における支持要素として請求項１〜１５のいずれか一項に記載の流体力支持体（１）の利用。
17. 道路構造物（１３）が上方圧縮／引張要素（５）上に配置され固定され、ブリッジ支持体として請求項１〜１５のいずれか一項に記載の少なくとも二つの流体力支持体（１）の利用。

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