(57)【要約】【解決手段】橋梁、商業用又は工業用建造物などを建設するのに有用な建設用梁は、内部容積を備えた細長い外殻を有している。梁の内部容積の中には、梁の長手方向に沿って伸長する側面外形を有する導管が設置されている。圧縮補強材が、導管の内部容積に充填されている。梁は、剪断接続装置を含んでおり、剪断接続装置の一方の端部は、圧縮補強材の中に配置され、他方の端部は、外殻を貫通して外側に伸長している。【選択図】図１
2009523928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
橋梁、商業用又は工業用建造物などを建設するのに有用な建設用梁において、
内部容積を有する細長い外殻と、
前記外殻の内部容積内の導管であって、前記梁の長手方向に沿って伸長する曲線状の側面外形を有している導管と、
前記導管の内部容積に充填される圧縮補強材であって、前記梁の強度に直接寄与する圧縮補強材と、
第１端部と第２端部を有する本体を備えている剪断接続装置であって、前記本体の前記第１端部は、前記圧縮補強材の中に配置され、前記本体の前記第２端部は、前記外殻を貫通して外側に伸長している、剪断接続装置と、を備えている建設用梁。
【請求項２】
前記本体の前記第１端部には、ねじが切られている、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項３】
前記剪断接続装置は、前記本体の前記第２端部に連結されている固定装置を備えている、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項４】
前記本体は、ロッドを備えており、前記剪断接続装置は、前記ロッドに連結されている固定装置を更に備えている、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項５】
前記本体の第２端部は、外側に支持床板の中へと伸長しており、前記梁と前記床板の間の複合的挙動を行うことになる、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項６】
前記剪断接続装置は、組立式の繊維強化プラスチックを備えている、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項７】
前記圧縮補強材は、前記梁の剛性に直接寄与している、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項８】
前記剪断接続装置は、前記本体の前記第１端部に連結されている拡張可能な付属物を備えている、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項９】
前記細長い外殻と前記導管は、工場で製作され、前記剪断接続装置は、建設現場で前記細長い外殻の中に導入される、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項１０】
前記細長い外殻は、床板を支持するように構成されている上部フランジを備えており、前記剪断接続装置は、前記上部フランジに対して、３０°から６０°の間の角度で装着される、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項１１】
前記細長い外殻は、上部フランジを備えており、前記剪断接続装置は、複数の剪断接続装置を備えており、各剪断接続装置は、前記上部フランジに対して、前記剪断接続装置と前記細長い外殻の第１端部との間の距離の関数である或る角度で装着されている、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項１２】
前記細長い外殻は、上部フランジを備えており、前記剪断接続装置は、複数の剪断接続装置を備えており、各剪断接続装置は、前記上部フランジに対して、前記建設用梁の中の前記剪断接続装置の位置における剪断力の関数である或る角度で装着されている、請求項１に記載の建設用梁。
【請求項１３】
橋梁、商業用又は工業用建造物などを建設するのに有用な建設用梁において、
内部容積を有する細長い外殻と、
前記外殻の前記内部容積内の曲線状の導管であって、前記成形導管は前記梁の長手方向に沿って伸長する曲線状の側面外形を有している、導管と、
前記外殻の前記内部容積内の補助導管であって、前記梁の横方向に沿って伸長する補助導管と、
前記曲線状の導管の前記内部容積と前記補助導管に充填される圧縮補強材であって、前記梁の強度に直接寄与する圧縮補強材と、を備えており、
前記曲線状の導管と前記補助導管は互いに流体連通している、建設用梁。
【請求項１４】
前記圧縮補強材は、前記建設用梁が組み立てられた後で前記導管に挿入される、請求項１３に記載の建設用梁。
【請求項１５】
前記補助導管は、前記外殻を貫通して前記曲線状の導管から外側に伸長している、請求項１３に記載の建設用梁。
【請求項１６】
第１端部及び第２端部を有する本体を備えている剪断接続装置を備えており、前記本体の前記第１端部は、前記曲線状の導管の中に配置され、前記本体の前記第２端部は、前記補助導管を貫通して伸長している、請求項１３に記載の建設用梁。
【請求項１７】
第１端部及び第２端部を有する本体を備えている剪断接続装置を備えており、前記本体の前記第１端部は、前記圧縮補強材の中に配置され、前記本体の前記第２端部は、前記外殻を貫通して伸長している、請求項１３に記載の建設用梁。
【請求項１８】
前記剪断接続装置は、前記本体の前記第２端部に連結されている固定装置を備えている、請求項１３に記載の建設用梁。
【請求項１９】
前記補助導管は、前記細長い外殻に沿って長手方向に複数の横方向導管を含んでいる、請求項１３に記載の建設用梁。
【請求項２０】
橋梁、商業用又は工業用建造物などを建設するのに有用な建設用梁において、
内部容積を有する細長い外殻と、
前記外殻の前記内部容積内の第１導管であって、前記梁の長手方向に沿って伸長する側面外形を有している第１導管と、
前記外殻の前記内部容積内の第２導管であって、前記梁の横方向に沿って伸長している第２導管と、
前記第１及び第２導管の前記内部容積に充填される圧縮補強材と、
第１端部と第２端部を有する本体を備えている剪断接続装置であって、前記本体の前記第１端部は、前記圧縮補強材の中に配置され、前記本体の前記第２端部は、前記外殻を貫通して外側に伸長している、剪断接続装置と、を備えている建設用梁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概括的には、歩行者及び／又は車両の交通用に設計された橋梁と建造物に、より厳密には、商業用及び工業用骨組式建造物構造と短乃至中間梁間橋梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国の多くの又は殆どの短梁間橋梁構造は、支持構造、最も一般的には鋼鉄又はプレストレストコンクリートＩ形梁の骨組み、の上に甲板面を備えた構造になっている。例えば、従来式の２梁間橋梁（全長１４０フィート）は、５本の長手方向の３６インチ鋼鉄幅広フランジ梁又は５本の長手方向の４５インチタイプIVＡＡＳＨＴＯプレストレストコンクリート桁で構成された骨組みシステムの上に支持されている７インチの補強コンクリートの構造用床板の上に３インチの舗装摩耗面を有している。
【０００３】
米国には、プラスチックを使用することにより優れた耐腐食性を提供し、且つ、競合力のあるコストに加えて、輸送及び組立てコストに関係する構造用部材自身の重量軽減を伴って建造することができる、橋梁の骨組みに使用するための構造用梁に対する顕著な必要性が在ると考えられている。勿論、プラスチックは、繊維強化プラスチックを指す場合もある。
【０００４】
繊維強化プラスチックから構造用要素を製作することにより、腐食環境に曝されることに起因する劣化が起こり難い構造となることが知られている。或る型式の構造用骨組み部材は、現在では引き抜き成形工程を用いて製造されている。この工程では、一方向性繊維（代表的にはガラス）が、金属製金型を通して継続的に引っ張られ、これらの繊維は、多方向性ガラス織布に包み込まれ、ビニールエステルの様な熱硬化性樹脂基材と一体に融合される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複合構造用部材は、優れた耐腐食性を提供するが、ガラス繊維を使用する構造的形状は、鋼鉄と比較して弾性率が非常に低く、コンクリート及び鋼鉄の両者に比べて材料コストの非常に高いことが広く知られている。結果的に、全体的に繊維強化プラスチックで構成されている引き抜き成形構造用梁は、供用性要件、即ち建造物及び橋梁用設計規約で現在義務化されている動荷重撓み基準を満たすように設計及び製作するには、費用対効果が優れているとは言えない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
橋梁、商業用又は工業用建造物などに有用な、内部容積を備えた細長い外殻を有している建設用梁が提供されている。梁の内部容積の中には、梁の長手方向に沿って伸長する側面外形を有する導管が設置されている。圧縮補強材が、導管の内部容積に充填されている。梁は、剪断接続装置を含んでおり、剪断接続装置の一方の端部は、圧縮補強財の中に配置されており、他方の端部は、外殻を貫通して外側に伸長している。
【０００７】
剪断接続装置の第１端部は、ねじが切られている。剪断接続装置は、本体の第２端部に連結されている固定装置を含んでいる。本体は、ロッドを含んでおり、固定装置は、ロッドに連結されている。更に、剪断接続装置は、ねじ付きロッド、固定装置、及びボルトを含んでおり、固定装置は、ボルトでねじ付きロッドに連結されている。或いは、剪断接続装置は、組立式の繊維強化プラスチックを備えていてもよい。
【０００８】
或る実施形態では、梁は、外殻の内部容積の中に補助導管を含んでいる。補助導管は、梁の横方向に沿って伸長している。圧縮補強材が、補助導管の内部容積に充填されていてもよい。補助導管は、導管と流体連絡している。
【０００９】
本発明のこの他の特徴及び利点は、本発明を実行するに際して現在考えられる最良の形態を例示する好適な実施形態に関する以下の詳細な説明を考察すれば、当業者には明らかになるであろう。
【実施例】
【００１０】
本発明の更なる利点は、添付図面と併せて本発明の以下の詳細な説明を読めば、明らかになるであろう。
図１は、橋梁１０の例証的実施形態を示している。例証的橋梁１０は、橋梁の橋台１２の間及び中央橋脚１３の上に架かっている５列の複合梁１１を使用して建設されている。これらの複合梁１１は、図２に示すように、橋梁の中心線２０に関して横方向に左右対称に、約７フィート６インチの間隔を空けて配置されている。例証的橋梁１０の外面から外面までの幅は、約３５フィートと示されているが、これより広くても狭くてもよい。橋梁１０がもっと広いか又は狭い実施形態では、断面図内の複合梁１１の数及び梁１１の間隔が変動する場合もある。
【００１１】
例証的橋梁１０は、約７０フィートの２つの梁間を備えており、更に列ごとに２つの複合梁１１を有している。代わりの実施形態では、例証的橋梁１０は、もっと多くの又は少ない梁間を有していてもよく、梁間は、もっと長くても短かくてもよい。列内の各複合梁１１は、橋台１２と中央橋脚１３の間に支持されているだけである。別の実施形態では、１つの列内の２つ又はそれ以上の桁が、支持材上に連続して設置されている。２つより多い梁間を備えている橋梁では、複合梁１１は、２つの隣接する橋脚１３の間で支持されることになる。甲板面は、必ずしも必要というわけではないが、上に敷設された磨耗する舗装２２で覆われた甲板床板２１を含んでいる。或る実施形態では、甲板床板２１は、補強コンクリート甲板床板である。甲板は、例えば、繊維強化プラスチック甲板の様な、補強コンクリート以外の材料で建設してもよい。
【００１２】
図１に示す複合梁１１は、プラスチック梁外殻３０、圧縮補強材３１、及び引張補強材３２を含んでいる。或る実施形態では、複合梁１１は、図４から図７、及び他の図に示している様に、心材４４を含んでいてもよい。複合梁１１は、様々な幅、高さで製作することができ、梁１１の長さに亘って幅及び／又は高さを変化させて建設することもできる。図１から図３に示す梁１１の実証的実施形態では、梁１１は、４７インチの一定の高さ、及び１６インチの一定の幅を有している。図１に示す橋梁１０の複合梁１１の高さでは、梁間対深さの比率が、約１８対１となっているが、特許請求の範囲を逸脱すること無く、異なる梁間対深さの比率を提供するように変更することもできる。
【００１３】
複合梁１１の梁外殻３０は、梁１１で予想される力に耐えるよう最適な方向に向けられたガラス繊維で補強されたビニールエステル樹脂で作ってもよい。梁１１は、他の種類のプラスチック樹脂、他の種類の樹脂、又は他の種類のプラスチックを使用して作ることもできる。梁外殻３０は、上部フランジ３３、底部フランジ３４、中間垂直補強材３６、及び２つの端部補強材３７を含んでいる。梁外殻３０は、圧縮補強材３１のために使用される連続導管３８、注入口３９、及び排気口４０も含んでいる。梁外殻３０は、更に、加えられた荷重を複合梁１１に伝達し、圧縮補強材３１と引張補強材３２の間で剪断力を伝達する役目を果た剪断伝達媒体３５を含んでいる。
【００１４】
或る実施形態では、剪断伝達媒体３５は、２つの垂直ウェブを備えているが、単一又は多数のウェブ、又は上部フランジ３３、底部フランジ３４、圧縮補強材３１、及び引張補強材３２を相互に接続するトラス部材を含んでいてもよい。梁外殻３０の構成要素は、全て真空支援樹脂移送法を使用して、又は他の製造工程を使用して、継ぎ目無しに製作することができる。
【００１５】
図４に示すように、心材４４は、連続導管３８の上方及び下方に配置してもよいし、連続導管３８を取り囲んでいてもよい。心材４４は、ポリイソシアネート、ポリウレタン、ポリスチレンの様な低密度発泡体でも、木材、又は合成又は加工澱粉の様な或る種の澱粉でも、繊維材料でもよい。心材４４は、外殻３０と連続導管３８の間の空間の全てに充填されていてもよいし、一部に充填されていてもよい。心材４４は、追加の剪断伝達要素として働き、或いは、圧縮補強材３１の樹脂注入及び／又は導入前に、梁１１の形を維持する役目を果たす。
【００１６】
梁外殻３０の剪断伝達媒体３５は、６５％の繊維が梁１１の長手方向軸に沿って配置され、残り３５％の繊維が梁１１の長手方向軸に対してプラス又はマイナス４５°の方向に等量で配置されている三軸織物を備えている６層のガラス繊維織布４１によって補強されている。長手方向軸に対してプラス又はマイナス４５°の方向に繊維を配置することによって、梁１１内の剪断力と関係するため、強度及び剛性の両方が向上する。剪断媒体３５は、もっと多いか又は少ない層のガラス繊維補強材で構成してもよいし、異なる繊維の寸法、特性又は向きで構成してもよい。
【００１７】
梁外殻３０の剪断伝達媒体を備えているガラス補強織布の層は、断面の外周周りに伸長し、梁外殻３０の上部フランジ３３、底部フランジ３４、及び垂直端部補強材３７の補強材となっている。梁外殻３０の外周は、或る半径で丸みを付けられた隅部を有する長方形であるが、異なる形状を用いて構成することもできる。梁外殻３０に使用されているガラス繊維織布の全ての長手方向継ぎ目４２は、梁外殻３０の上部又は底部フランジ内に配置されている。梁外殻３０の上部フランジ３３は、更に、三軸の織物織布４１の層の間に長手方向に配置されている４層の一方向織物ガラス繊維織布４３を含んでいてもよく、この４層の織布は、９０°の角度で下方へ曲がり、梁外殻３０の垂直端部補強材３７を形成する助けとなる。
【００１８】
各梁外殻３０は、更に、これもガラス繊維強化プラスチックで構成されている中間垂直補強材３６を含んでいる。垂直補強材３６は、図３で梁外殻３０に沿って約５フィートの長手方向間隔を空けて配置されているように示しているが、異なる間隔で配置することもできる。垂直補強材の寸法は、梁外殻３０の内部高さ及び幅と同じである。垂直補強材３６の補強材は、６５％の繊維の層が垂直面に沿って配置されていることを除き、剪断伝達媒体３５を備えているウェブに使用されているのと同じ三軸織物ガラス織布４１を３層、合成梁１１の長手方向軸に垂直に備えている。図４に示す例証的垂直補強材３６は、厚さが約０．１２６インチであるが、異なる厚さで構成することもできる。垂直補強材３６は、異なる割合、向き、又は構成の補強織布を使用して製作することもできる。
【００１９】
梁外殻３０は、梁１１の両端部の間を、圧縮補強材３１を収容するように設計されている側面外形に沿って長手方向に連続して走っている導管３８を備えて製作されているが、これについては後で説明する。導管３８は、連続する長方形の薄い壁の管、又は丸い管、又は別の形状の管を備えている。導管３８は、図４に示す様に、２層の三軸織物ガラス繊維織布４１で構成されている。導管３８は、中を通過する際に、中間補強材３６を垂直に遮断することになるが、遮断の高さは、圧縮補強材３１の側面外形の関数となる。導管３８は、更に、図５に表すように、梁１１の１つのウェブに沿って配置されている、圧縮補強材３１の導入に使用される注入口３９を含んでいる。排気口４０は、図６に示す様に、導管の側面外形に沿って最も高い点と最も低い点に配置されている。導管３８も、異なる割合、向き、又は構成の補強織布を使用して構成することもできる。
【００２０】
各複合梁１１は、圧縮補強材３１を含んでいる。圧縮補強材３１は、ポートランドセメントコンクリート、ポートランドセメントグラウト、ポリマーセメントコンクリート、又はポリマーコンクリートを備えている。或る実施形態では、圧縮補強材３１は、平方インチ当り６０００ポンドの圧縮強度を有するポートランドセメントコンクリートを備えている。圧縮補強材３１は、導管３８の側面に配置されている注入口３９を通してポンプで注入することにより、梁外殻３０内の導管３８の中に導入される。排気口４０は、圧縮補強材３１を設置する間に空気が導管３８の中に閉じ込められるのを防ぐ。
【００２１】
圧縮補強材３１は、図６に示す様に、幅１５．５インチ、高さ１４．７インチの長方形の断面を有しているが、もっと大きいか又は小さい寸法で製作することもできる。圧縮補強材３１の側面外形５０は、梁端部で梁１１の底部付近を出発し、梁１１の中心付近に位置する側面外形の最も高い点まで上向きに曲線を描く経路を辿るので、導管３８は上部フランジ３３に接することになる。図３に示す例証的実施形態では、圧縮補強材３１の側面外形５０は、梁端部で梁１１の底部から約７インチ離れたところを出発し、梁１１の中心に位置する側面外形上の最高点を有する放物線を描いて変化する経路を辿るので、導管３８は上部フランジ３３に接することになる。圧縮補強材３１の側面外形５０は、梁端部で梁１１の底部付近を出発し、梁１１の中心付近の点まで上方に曲線を描く他の曲線状の経路を辿ってもよい。
【００２２】
圧縮補強材３１の側面外形５０は、アーチ構造とほぼ同じ様式で梁１１に加えられる垂直荷重によって生じる圧縮及び剪断力に耐えるように設計されている。圧縮補強材３１の側面外形５０は、異なる幾何学的経路に沿って、表示されている寸法とは異なる寸法で構成することもできる。提示されている実施形態は、梁外殻３０を組立てた後で圧縮補強材３１を導入するように想定しているが、梁外殻３０の製作の間に圧縮補強材３１を導入することもできる。
【００２３】
複合梁１１に外部から加えられる荷重によって生じる、圧縮補強材３１の中に誘起される推力は、複合梁１１の引張補強材３２によって平衡が保たれる。或る実施形態では、引張補強材３２は、平方インチ当り１６００００ポンドの引張強度、及び平方インチ当り１６００００００ポンドの弾性係数を有する一方向性カーボン補強繊維の層を備えている。複合梁１１の或る実施形態ではカーボン繊維を利用しているが、引張補強材３２には、ガラス、アラミド、標準補強用軟鋼、又は当技術では既知の予応力を掛けた撚り線を含め、他の繊維を使用することもできる。
【００２４】
図４に示すように、底部フランジ３４のガラス補強材の直ぐ上に、剪断伝達媒体３５の底部６インチ内側に沿って配置されている繊維は、複合梁１１の長手方向軸に沿って配置されている。繊維は、更に、梁１１の端部で圧縮補強材３１の周りを包んでいる。引張補強材３２は、梁外殻３０が組み立てられるのと同時に、複合梁１１の中に継ぎ目無く製作してもよいが、後日装着することのできるように、導管を梁外殻３０の中に入れるか、又は引張補強材３２を梁外殻３０の外側に製作後に接着することにより、装着することもできる。引張補強材３２内の繊維の量、組成、方向、及び配置も、変えることができる。
【００２５】
或る実施形態では、梁間内の全ての複合梁１１は、同じ物理的幾何学形状、組成、及び方向性を有している。異なる及び／又は変動する幾何学形状を備えた複合梁１１を使用しても、恩恵を得ることができるであろう。しかしながら、梁外殻３０に同じ物理的幾何学形状を有する複合梁１１を使用すると、繰り返しに伴う規模の経済性により、製作するためのツーリングコストを最小限に抑えることができる。幾つかの橋梁を建設する場合は、梁外殻３０に同じ幾何学形状を備えた複合梁１１を使用して、圧縮補強材３１の寸法又は側面外形、又は引張補強材３２の量又は寸法だけを変更することにより、異なる橋梁の荷重要件を満足することができる。
【００２６】
剪断接続装置６２を含んでいる梁１１の実施形態を図８から図１２に示している。図８は、剪断接続装置６２を含んでいる梁１１の正面図である。図９は、図８の４―４線に沿う、剪断接続装置６２を含んでいる梁１の断面図である。図１０は、剪断接続装置６２の第１実施形態の詳細図である。図１１は、剪断接続装置６２の第２実施形態の詳細図である。図１２は、加えられた荷重によって生じる梁１１、剪断接続装置６２、及び甲板床板２１内の力を示している負荷線図である。明瞭化を期して、随意的な垂直補強材３６は、図８から図１２では省略しているので、剪断接続装置６２がより明瞭に示されている。垂直補強材３６は、図８から図１２に示す梁１１の実施形態に含まれていてもいなくてもよいものと理解されたい。
【００２７】
図８及び図９に示すように、梁１１は、少なくとも１つの剪断接続装置６２を備えている。図８及び図９は、共に、梁１１に対する複数の剪断接続装置６２の例証的配置に関する１つの方法を示している。梁１１と甲板床板２１の間に使用されている剪断接続装置６２は、２つの明確な利点を提供する。第１に、剪断接続装置６２は、梁１１と甲板床板２１の間の積極的な接続の手段を提供しており、それにより、梁１１に対する甲板床板２１の滑り又は変位が防止される。第２に、剪断接続装置６２は、梁１１の上部フランジ３３と甲板床板２１の間の水平方向剪断力に抵抗し、それにより、これら２つの部品が単一の複合的構造用構成要素として一体に作動し、加えられた荷重に抵抗することができる。而して、剪断接続装置６２は、複合梁１１と甲板床板２１及び／又は上に載っている磨耗舗装２２の間の複合的構造的挙動を促進する。
【００２８】
剪断接続装置６２を梁１１及び／又は甲板床板２１に装着し、固定するための様々な方法について、これから説明する。第１の装着方法（図示せず）では、剪断接続装置６２は、機械的締結具又は接着剤を使用して梁１１の上部フランジ３３に取り付けられるか、又は上部フランジ３３に組み込まれる。この方法では、梁１１のウェブを介して剪断力伝達することになる。
【００２９】
第２の装着方法では、図８から図１１に示すように、剪断接続装置６２は、梁１１の外殻３０の上部を貫通し、導管３８の壁を貫通して形成された穴７０を通して装着される。梁１１が心材４４を含んでいる実施形態では、穴７０が、同様に、図示のように、梁外殻３０の内部容積の一部に充填された心材４４に形成される。剪断接続装置６２は、圧縮補強材３１を図解の導管３８の中に導入する前に、第１端部６５を図解の導管３８の中に伸長させることにより、梁１１の中に固定される。その後、例えば橋梁１０の建設現場で、圧縮補強材３１を導入し硬化させて、剪断接続装置６２が梁１１に堅く取り付けられることになる。或いは、圧縮補強材３１を、製造現場で導入し硬化させてもよい。
【００３０】
剪断接続装置６２の第２端部６３は、梁１１の上部を貫通して突き出ていてもよい。剪断接続装置６２は、端部６３近くに固定装置を含んでいる。例えば、固定装置は、端部６３近くで剪断接続装置６２に堅く取り付けられている。固定装置は、以下で説明し図１０及び図１１に示すように、方形のプレート又は大きな座金を備えていてもよい。勿論、この固定装置は、多くの他の形状を取ることもでき、丸、方形、長方形、星型、八角形、六角形、五角形でもよく、殆ど全ての考えられる多角形の形状を有していてもよい。
【００３１】
多くの異なる形状を有する剪断接続装置６２の様々な実施形態が、本開示の特許請求の範囲内で想起される。或る実施形態では、剪断接続装置６２は、本体７６を備えている。例えば、本体７６は、図１１に示すように、梁１１の中に挿入されたねじ付ロッドを備えている。ロッドのねじ山７８は、圧縮補強材３１との剪断境界面を提供し、剪断接続装置６２に引張力を作り出す。図１１に示す剪断接続装置６２の実施形態の最上部分６３は、プレート７４を備えている固定装置を含んでいる。例えば、プレート７４は、約４分の１インチから２分の１インチの間の厚さを有しており、望ましくはプレート７４の中心付近に貫通穴が切られている。このプレートは、プレート７４の両側面部でねじ付ロッドにねじ込まれたボルト７２でねじ付ロッドに取り付けられている。他の実施形態では、プレート７４は、剪断接続装置６２の本体７６に溶接又は鋳造で取り付けることもできる。プレート７４と本体７６は、鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅、又は金属合金の様な金属でできていてもよい。プレート７４と本体７６は、ガラス、ガラス繊維、カーボン、鋼、又はそれらの材料や他の材料の混合物の様な合成材料でできていてもよい。
【００３２】
別の実施形態では、剪断接続装置６２は、上に述べた剪断接続装置６２の実施形態とよく似た幾何学形状を有する組立式の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）部材を備えていてもよい。その場合、金属構造に発生しがちな、酸化に起因する経年腐食及び劣化が限定されるなど、ＦＲＰ剪断コネクタを使用することの利点がある。
【００３３】
図１０に示すように、別の実施形態では、剪断接続装置６２は、本体６６と、剪断接続装置６２が成形導管３８の中に挿入される時にトグルボルトの作用と同じ様式で拡張する拡張可能な付属物６８を有する端部６５を備えている。図１０に示す付属物６８は、剪断接続装置６２を圧縮補強材の中へ更にしっかりと固定できるようにしている。図１０に示す剪断接続装置６２の実施形態の最上部分６３は、更にプレート６４を備えている固定装置を含んでいる。例えば、プレート６４は、ボルトを用いて（ロッドを備えている）本体６６に取り付けてもよいし、剪断接続装置６２の本体６６の最上部分６３付近に溶接又は鋳造で取り付けてもよい。プレート６４と本体６６は、鋼、鉄、アルミニウム、ニッケル、銅、又は金属合金の様な金属でできていてもよい。プレート６４と本体６６は、ガラス、ガラス繊維、カーボン、鋼、又はそれらの材料や他の材料の混合物の様な合成材料でできていてもよい。
【００３４】
図１２の負荷線図で示すように、剪断接続装置６２の固定装置の１つの利点は、曲げの時に甲板床板２１に発生する圧縮力を、剪断接続装置６２を介して圧縮補強材３１に引張力として伝達することである。図１２では、Ｔは引張力を、Ｃは圧縮力を表している。剪断接続装置６２に導入される引張力と甲板床板２１の圧縮力は、梁１１の上部フランジ３３と圧縮補強材３２の間の心材４４へと向けられる垂直力により平衡を保たれる。
【００３５】
図８から図１２に示すように、剪断接続装置６２は、約４５°の角度で装着されるが、様々な実施形態では、この角度はもっと大きくても又は小さくてもよい。目的は、剪断接続装置６２を、加えられた荷重からのゼロ剪断力を有する梁１１の点に向かって伸長する方向の角度に向けることである。剪断接続装置６２の平衡力における効率は、傾斜角度によって決まる。
【００３６】
図８から図１２に示される梁１１の実施形態の１つの特徴は、梁１１の建設中に心材４４の中に形成される補助導管６１である。補助導管６１は、図８に示す例示的実施形態では垂直な方向性を有しているが、どの様な方向に向いていてもよい。補助導管６１は、後で、成形導管３８が充填されるのと同様の方式で、圧縮補強材として使用されるのと同様の材料で充填することができる。充填されると、これらの補助導管６１は、様々な異なる目的を果たすことができる。図８に示す１つの実施例では、１つ又はそれ以上の円筒形の補助導管６１は、梁１１の支承部の中心線で垂直位置に向いている。（図８では梁の半分のみが示されているため、支承部の１つの中心線のみが示され、円筒形の補助導管６１の半分のみが示されている。）この例示的実施形態では、補助導管６１は、圧縮補強材を充填すると、梁１１の端部で支承部補強材としての役割を果たす。別の実施例では、同様の補助導管６１を、梁１１に沿った他の思慮深い位置に導入することもできる。例えば、補助導管６１は、剪断接続装置６２の固定装置の真下に導入することもできる。加えて、補助導管６１は、圧縮補強材を同様に充填して、剪断伝達媒体３５又は心材４４の代わりに支承応力の補助成分を伝達するための荷重経路としての役割を果たすこともできる。
【００３７】
加えて、補助導管６１は、圧縮補強材を梁１１の内部容積にポンプで送り込み易くするため、注入ホース又は管を取り付けるための場所としての役割も果たす。この目的のために補助導管６１を使用することにより、圧縮補強材を成形導管３８の最低点から梁の中に注入し、一方では、圧縮補強材の中に空気が閉じ込められることの無いようにするため、成形導管３８の最高点に排気口を設けることができるようになる。補助導管６１は、ねじ付ロッド、又は橋梁１０の建設中に梁１１を組み立てるために吊り上げる手段を提供することができる吊り上げフックを挿入するための場所としての役割も果たすことができる。
【００３８】
梁１１の中にそれらの補助導管１１を作り込むことは、以下のように遂行することができる。梁１１に圧縮補強材を注入する前に、補助導管６１は、所望の位置から或る体積の剪断伝達媒体３５を、心材４４を切断又は穿孔することにより除去することで作成することができる。袋詰め材料又はラテックスで作ることのできる可撓性を有する袋を、心材４４の中に作られた空間に配置することができる。梁１１の金型の中に穴を設けて、袋詰め材料又は袋が、穴を通って伸長し、金型の内側では不透過性を維持し、但し金型の外側の大気には開いているようにしてもよい。そうすると、前記袋は、樹脂を梁１１に導入する間の梁１１の注入時に、大気圧に開放されたままとなる。真空圧が金型に加えられると、袋詰め材料又は袋を梁１１の内側の心材４４に押し付けて拡張及び圧縮することになり、それによって、梁１１の注入中に、樹脂がこの内部容積に充填されるのが防がれる。梁１１に樹脂を注入した後、袋詰め材料又は空気袋を取り外すだけで、所望の導管を得ることができる。樹脂を用いて複合構造を作り出すための一般的な工程は、当業者には既知である。
【００３９】
例証的橋梁１０は、図１３に示すように、迅速に且つ容易に建設することができる。複合梁１１は、当該技術では標準的なように、クレーンを使用して複合梁を設置することにより、圧縮補強材３１の注入の前に組み立てられる。複合梁１１は、圧縮補強材３１の装填の前及びその間は、自立していることができる。橋梁の架け替え、又は修復の場合、既存の橋台及び／又は中間橋脚を再利用することができる。次に、圧縮補強材を梁外殻３０の中の成形導管３８の中に注入することにより、圧縮補強材３１が複合梁１１の中に導入される。圧縮補強材３１は、ポンプ注入技法を用いて注入することができ、この技法は、当技術では既知である。
【００４０】
複合梁１１が設置され、圧縮補強材３１が導入されると、甲板床板２１が、複合梁１１の上の所定の位置に成形される。或る実施形態では、甲板床板２１は、厚さ７インチの補強コンクリート床板である。甲板床板２１は、異なる組成及び／又は異なる材料を使用して構成することもできる。
【００４１】
以上、本発明を、図面及び上記説明で詳細に図解し説明してきたが、これらは例証的なものであり、何ら制限を課すものではなく、好適な実施形態を示し説明したに過ぎず、本発明の精神の範囲内に含まれる全ての変更及び修正は、保護されるよう切望するものと理解されたい。本発明を、特定の例証的実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、その変形及び修正は、説明し且つ特許請求の範囲で定義しているように、本発明の範囲と精神の中に在る。限定的な数の実施形態のみを説明してきたが、当業者には自明のように、本発明の範囲の中で、もっと多くの実施形態及び実施例が考えられる。従って、本発明は、特許請求の範囲及びその等価物という観点を除き、制約されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】複合梁を使用して建設された橋梁の第１実施形態の部分斜視図である。
【図２】図１に示す橋梁の代表的断面図である。
【図３】図１に示す橋梁の複合梁の第１実施形態の側面図である。
【図４】複合梁の部分斜視図である。
【図５】図３の１−１線に沿う部分断面図である。
【図６】図３の２−２線に沿う部分断面図である。
【図７】図３の３−３線に沿う部分断面図である。
【図８】図１に示す橋梁の複合梁の第２実施形態の側面図である。
【図９】図８の４−４線に沿う部分断面図である。
【図１０】図８の梁の剪断接続装置の第１実施形態の側面図である。
【図１１】図８の梁の剪断接続装置の第２実施形態の側面図である。
【図１２】図８の梁の断面の負荷線図である。
【図１３】図１に示す橋梁で、下部構造の上に設置されている複合梁を示している概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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