(57)【要約】コンクリート構造物（２２）を耐震補強する方法は、レーザ（３０）でコンクリート構造物の部分から材料を除去すること、および構造に支持を提供するために安定化構造体（５６）を位置決めすることを含む。
2005517839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザエネルギー密度を有するレーザビームでコンクリート構造物の部分を照射することによって、前記部分から材料を除去すること、
前記コンクリート構造物の部分の近傍に安定化構造体を配置すること、および、
前記安定化構造体を前記コンクリート構造物の前記部分に取り付け、それによって前記安定化構造体が前記コンクリート構造物を構造的に支持することを含む、コンクリート構造物を耐震補強する方法。
【請求項２】
前記コンクリート構造物の部分は壁を備え、前記部分から材料を除去することが、前記壁内に孔を穿孔することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記孔を穿孔することが、ほぼ円筒形の孔が形成されるように、前記壁の表面に沿ってレーザビームを円形運動させることを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記安定化構造体は鉄筋を備え、前記安定化構造体を前記壁に取り付けることが前記鉄筋を前記孔内で固定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記安定化構造体を壁に取り付けることが、鉄筋の周囲に型枠を形成し、型枠にコンクリートを打設することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記コンクリート構造物の部分は壁を備え、前記部分から材料を除去することが、前記壁からキーを切削することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記キーを切削することが、レーザビームを前記壁の表面に沿った多数の切削経路内で移動させることを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記キーが、ほぼ矩形の形状を有する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記壁に安定化構造体を取り付けることが、前記キーの切削部分の周囲に型枠を作成すること、および前記型枠の中にコンクリートを打設して前記コンクリートをキーの切削部分に充填することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記コンクリート構造物の部分が、前記コンクリート構造物内に埋め込まれた鉄筋を備え、前記材料を除去することが、コンクリートを除去して前記鉄筋の部分を露出させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
材料を除去することが、前記鉄筋を検知すること、および前記鉄筋を実質的に照射することを回避して前記鉄筋を実質的に損傷することを回避することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記鉄筋を検知することが、Ｘ線を使用して前記鉄筋の位置決定をすることを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記鉄筋を検知することが、前記材料を除去するとき、前記鉄筋から反射される光を検知するために電子アイを使用することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記筋を照射することを実質的に回避することが、前記鉄筋から反射された光を検知した際、前記鉄筋からレーザビームを遠ざけることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記鉄筋を照射することを実質的に回避することが、前記鉄筋から反射された光を検知した際、レーザエネルギー密度を低下させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記コンクリート構造物の部分はカラムを備え、前記部分から材料を除去することが、前記カラム内に孔を穿孔することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
孔を穿孔することが、ほぼ円筒形の孔が形成されるように、前記カラムの表面に沿ってレーザビームを円形運動させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記コンクリート構造物の部分はカラムを備え、前記部分から材料を除去することが、前記カラムからキーを切削することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
キーを切削することが、レーザビームを前記カラムの表面に沿った多数の切削経路内で移動させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記コンクリート構造物の部分から材料を除去することが、レーザビームを使用して円筒形のプラグを芯抜きして、前記コンクリート構造物の部分から円筒形プラグを取り去ることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
騒音許容レベル、振動許容レベルおよび煤塵許容レベルを有する機器および人によって占有されるコンクリート構造物を耐震補強する方法であって、
レーザビームで前記コンクリート構造物の部分を照射し、騒音許容レベルよりも小さい騒音と、振動許容レベルよりも小さい振動と、煤塵許容レベルよりも少ない煤塵とを発生させて前記部分から材料を除去すること、
前記コンクリート構造物の一部分の近傍に安定化構造体を配置すること、
前記コンクリート構造物の一部分に前記安定化構造体を取り付けることによって前記安定化構造体が前記コンクリート構造物を構造的に支持することを可能にすることを含む、方法。
【請求項２２】
前記コンクリート構造物が、健康管理施設を含み、前記機器が、健康管理機器を含み、前記人が、前記健康管理施設の職員および患者を含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記部分をレーザビームで照射することによって前記コンクリート構造物の部分から材料を除去すること、および、
前記コンクリート構造物を、構造的に支持することを含む、コンクリート構造物を耐震補強する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に構造の分野、特にコンクリート構造物を耐震補強するための改良型の装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００２年３月１５日に提出された米国特許出願第１０／１００，２２３号の継続出願であり、２００２年２月２０日に提出された米国特許仮出願第６０／３５８，１３２号に対する米国特許法第１１９条の下での優先権を請求し、その開示を参照によって本明細書に組み込む。
【０００３】
既存のコンクリート構造物を補強することは、改正された建物安全基準を満たすためによく必要となる。たとえば、地震が発生しやすい世界の地域では、安全規定は、地震動に対する追加の安定性および柔軟性が得られるように既存の構造物を補強することによって地震活動に対する改善された構造上の柔軟性を要求するために、適切な監督官庁によって継続的に検討および修正されている。
【０００４】
既存のコンクリート構造物の耐震補強は、コンクリート構造物の占有者にとってかなりの不便を与えて行われることがよくある。いくつかの補強手法は、（延性を提供するために）追加のコンクリートおよび／または鋼と結合することによってコンクリート構造物を補強することを含む。他の補強手法は、衝撃吸収システムを設置することによって、コンクリート構造物を地面から隔離することを含む。通常、このような構造物は、高いレベルの騒音、塵、公害、振動およびコンクリート構造物での通常の作業の中断を伴う。これらの不便性は、病院等のように、占有者が作業の中断に対して特に敏感となるような建物、および建設プロジェクトの継続が一般に実現できない建物では特に面倒である。
【０００５】
コンクリートの機械的掘削は、特に悪影響を及ぼすコンクリート構造物の補強の構成要素である。通常、このような機械掘削は、コンクリート表面との粗野な物理的な接触によって掘削する、ダイヤモンドの先端のロータリードリルまたはインパクトドリルを使用して達成される。このタイプの機械的ドリルは、高いレベルの騒音、構造物の他の部分へ伝播するかなりの振動、および特別な保護手段を必要とし、また、かなり大量の煤塵および破片を生じさせる。
【０００６】
レーザは、その広範囲の材料を切削する能力、および危険なまたは極度の条件へのその適用可能性のため、外国の建設プロジェクトで使用されている。たとえば、Ｐｒｉｃｅに対して発行され、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第４，２２７，５８２号（「’５８２号特許」）は、石油またはガス坑井の制限された領域内から、坑井ケーシングおよびそれを包囲する地層に穿孔するための装置および方法を開示している。’５８２号特許では、発熱性のガス（たとえば酸素）および、掘削工程を高速化するために掘削される材料と反応するフラクシング剤（たとえば粉末化された鉄またはハロゲン化アルカリ）の高圧噴射とともに、レーザ掘削ツールが使用されている。Ｈａｍａｓａｋｉ他に対して発行され、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第４，５６８，８１４号（「’８１４号特許」）は、原子炉内の生体遮蔽壁の解体のためのなどの、かなり危険な状況でコンクリートを切削するための装置および方法を開示している。’８１４号特許はまた、ＭｇＯに富んだ補助材料および切削プロセスによって生成される粘性のある溶融したスラグの除去を容易にするための清浄装置を伴った、自動化されたレーザカッタの使用を開示している。
【０００７】
コンクリートまたは強化コンクリートを切削するための数値パラメータの関数としての二酸化炭素レーザの切削能力の研究が、Ｙｏｓｈｉｚａｗａ他による「Ｓｔｕｄｙ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」という題名の１９８９年４月の「Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ」、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．１、ｐ．３１で刊行されており（以下で「Ｙｏｓｈｉｚａｗａ文献」と呼ぶ）、その全体を参照によって本明細書に組み込む。Ｙｏｓｈｉｚａｗａ文献は、レーザパワー、補助ガス圧力および方向、レーザレンズ焦点長さ、レーザスポットのコンクリートを横切る走査速度、およびコンクリートのタイプおよび含水量の関数としてレーザによって生じさせられた切欠きの深度を監視した室内実験によるデータを提供している。また、Ｙｏｓｈｉｚａｗａ文献は、約１０６Ｗ／ｃｍ２よりも大きいレーザエネルギー密度が、コンクリートを切削するために必要であり、約１０７Ｗ／ｃｍ２よりも大きいレーザエネルギー密度が、鋼で補強されたコンクリートを切削するために必要であることを結論付けた。
【特許文献１】米国特許出願第１０／１００，２２３号
【特許文献２】米国特許仮出願第６０／３５８，１３２号
【特許文献３】米国特許第４，２２７，５８２号
【特許文献４】米国特許第４，５６８，８１４号
【非特許文献１】Ｙｏｓｈｉｚａｗａ他；「Ｓｔｕｄｙ  ｏｎ  Ｌａｓｅｒ  Ｃｕｔｔｉｎｇ  ｏｆ  Ｃｏｎｃｒｅｔｅ」；「Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｊａｐａｎ  Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｓｏｃｉｅｔｙ」、Ｖｏｌ．２０、Ｎｏ．１、ｐ．３１、１９８９年４月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、コンクリート構造物の耐震補強を、騒音、振動および煤塵を、従来型の掘削または切削技術を使用して発生するよりもかなり少なくして行うことができるコンクリート構造物を補強するための方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態では、コンクリート構造物を耐震補強する方法が開示されている。方法は、レーザエネルギー密度を有するレーザビームで部分を照射することによって、前記コンクリート構造物の部分から材料を除去することを含む。方法は、前記コンクリート構造物の部分の近傍に安定化構造体を配置することをさらに含む。方法は、安定化構造体を前記コンクリート構造物の部分に取り付け、それによって前記安定化構造体がコンクリート構造物を構造的に支持することをさらに含む。
【００１０】
本方法の別の実施形態では、機器および人によって占有されているコンクリート構造物を耐震補強する方法が開示されている。装置および人は、騒音許容レベル、振動許容レベルおよび煤塵許容レベルを有する。方法は、レーザビームで前記コンクリート構造物の部分を照射することによって前記部分から材料を除去することを含む。材料を除去することは、騒音許容レベルよりも小さい騒音レベルの騒音と、振動許容レベルよりも小さい振動と、煤塵許容レベルよりも小さい煤塵レベルの煤塵を発生させる。方法は、前記コンクリート構造物の部分の近傍に安定化構造体を配置することをさらに含む。方法は、安定化構造体を前記コンクリート構造物の部分に取り付け、それによって前記安定化構造体が前記コンクリート構造物に対する構造的支持を提供することをさらに含む。
【００１１】
本発明のさらに別の実施形態では、コンクリート構造物を耐震補強する方法が開示されている。方法は、レーザビームで部分を照射することによって、前記コンクリート構造物の部分から材料を除去することを含む。方法は、前記コンクリート構造物に対する構造的支持を提供することをさらに含む。
【００１２】
従来技術に対して行われた本発明およびその利点を要約する目的で、本発明のある目的および利点が上記で開示されたが、このようなすべての目的および利点は、本発明の特定の実施形態に従って達成される必要はないことを理解されたい。したがって、たとえば、本明細書で教示または示唆されたような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、本明細書で教示されたような１つの利点または利点の群を達成または最適化するような方式で具現化および実施されることを当業者なら理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
これらの実施形態のすべては、本明細書に開示した本発明の範囲内にあることが意図されている。本明細書のこれらおよびその他の実施形態は、添付の図面を参照している好ましい実施形態の詳細な説明を追えば、当業者なら容易に明らかになるであろう。本発明はここに開示されたいかなる特定の実施形態にも限定されない。
【００１４】
図１は、コンクリート構造物１０を耐震補強する方法１００の一実施形態のフローチャートである。方法１００は、レーザエネルギー密度を有するレーザビーム３０で部分２０を照射することによってコンクリート構造物１０の部分２０から材料を除去することを含む作業ブロック１１０を含む。方法１００は、安定化構造体４０をコンクリート構造物１０の部分２０の近傍に配置することを含む作業ブロック１２０をさらに含む。方法１００は、安定化構造体４０をコンクリート構造物１０の部分２０に取り付けることを含む作業ブロック１３０をさらに含む。安定化構造体４０は、コンクリート構造物１０の構造的に支持する。
【００１５】
コンクリート構造物１０の部分２０から材料を除去するためにレーザビーム３０を使用することによって、コンクリート構造物１０の耐震補強を、騒音、振動および煤塵を、従来型の掘削または切削技術を使用して発生するよりもかなり少なくして行うことができる。通常、ビルなどのコンクリート構造物１０は、騒音許容レベル、振動許容レベルおよび煤塵許容レベルを有する機器および人々によって占有されている。たとえば、ある実施形態では、コンクリート構造物１０は、中断および過度の騒音、振動および煤塵に対して特に感受性が高い、健康管理機器、人および患者によって占有されている、病院などの健康管理施設を備える。部分２０にレーザビーム３０を照射することによりコンクリート構造物１０の部分２０から材料の除去によって発生する騒音、振動および煤塵のレベルは、対応する許容レベルよりも低くすることができ、それによって、健康管理施設の作業やその患者の行動を妨害することなく耐震補強を行うことを可能にする。
【００１６】
ある実施形態では、レーザビーム３０の位置、運動、走査速度およびレーザエネルギー密度がすべて、制御システムによって制御されている。制御システムは、例えば、プログラム可能なマイクロチップによって制御され、または本明細書に記載のような材料の所望の除去を行うために手動で走査することができる。当業者は本発明の実施形態に従って制御システムを構成することができる。
【００１７】
レーザビーム３０は、レーザシステムによって発生する。レーザシステムは、ある実施形態では、フッ化水素化学駆動レーザ、二酸化炭素レーザ、ネオジムガラスなどの固体相レーザ、またはその他のタイプの新型レーザを備える。ある実施形態では、パルス長、振動数、レーザエネルギー密度、およびレーザビーム３０の面積および直径３０を含むがそれに限定されないレーザシステムの様々な動作パラメータが、実行されている耐震補強手法に対して最適な切削や穿孔を行うために制御システムによって制御される。また、ある実施形態のレーザシステムは、レーザビーム３０が放射されるコンクリート構造物１０の部分２０の表面を横切って配置され、操作されることを許すように構成されている。ある実施形態のレーザシステムは、コンクリートの過度の加熱を回避し、それによってコンクリート構造物１０の構造的完全性に実質上の損傷を与えることを回避するように構成されている。たとえば、レーザエネルギー密度およびレーザ切削速度は、コンクリートに伝達される熱を最小にして、滑らかな表面になるように最適化される。他の実施形態は、コンクリート構造物１０への熱損傷を制限するために水またはその他の冷却流体の使用を含んでいる。
【００１８】
ある実施形態のレーザシステムは、切削領域からのスラグの除去を補助するための装置を備えることができる。ある実施形態では、スラグの除去が、放射されたスラグを切削領域から吹き飛ばすことによってレーザビーム透過速度を加速させるガス流を発生させるための、ガス供給源およびノズルによって補助されている。他の実施形態では、ガスは、材料の除去を補助するためのフラクシング剤との相互作用により発熱的に反応性のガスを含んでいる。さらに他の実施形態では、レーザシステムは、溶融したスラグと混合するＭｇＯに富んだ補助材料を含んでおり、それによってスラグをより容易に除去できるようにする。このような実施形態はまた、スラグを放射領域から除去するためのワイヤブラシ、スクレーピングツール、または真空システムなどの清浄化デバイスを備える。高温のスラグを適時に除去することは、コンクリートに伝達される熱を制御することをさらに助け、このようにしてコンクリート構造物１０への熱損傷を低減させる。本発明の実施形態と適合するレーザシステムの例が、参照によってその全体が本明細書に組み込まれるＰｒｉｃｅの’５８２号特許およびＨａｍａｓａｋｉ他の’８１４号特許に記載されている。
【００１９】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃは、コンクリート構造物１０の部分２０を耐震補強する一実施形態を概略的に示している。図２Ａに概略的に示した実施形態では、部分２０は壁２２を備える。一実施形態では、材料は、レーザエネルギー密度を有する壁２２をレーザビーム３０で照射し、それによって壁２２内に孔２４を穿孔することによって壁２２から除去される。ある実施形態の孔２４は、壁２２の全幅にわたって延びることができるが、他の実施形態では、孔２４は、図２Ａに概略的に示すように壁２２の幅を部分的に通ってしか延びていない。
【００２０】
ある実施形態では、レーザビーム３０は、壁２２の表面を横切るレーザビーム３０の実質的な運動なしに、ほぼ円筒形の孔２４が形成されるように構成されている。他の実施形態では、孔２４を穿孔することは、ほぼ円筒形の孔が形成されるように、壁２２の表面に沿ってレーザビーム３０を円形運動させることを含んでいる。Ｙｏｓｈｉｚａｗａ文献に記載されているように、コンクリート内のレーザ切削の深度は、レーザビーム３０がコンクリートの表面を横切って走査される速度によって制御することができる。そのとき、材料の所望の深度および幅が除去されるまで、レーザビーム３０をコンクリートの領域上に複数通過させることによって孔２４を穿孔することができる。この手法はまた、熱損傷を低減させるためにコンクリート内へ伝達される熱を追加で制御することを提供することができる。さらに他の実施形態では、孔２４は、ほぼ円錐形の形状または任意の形状を有する。当業者は、本発明の実施形態によって孔２４を穿孔するために、適切なレーザエネルギー密度を有するレーザビーム３０を発生させるようにレーザを構成することが可能である。
【００２１】
図２Ｂに概略的に示すように、ある実施形態では、壁２２の近傍に安定化構造体４０を配置することが、壁２２内の孔２４内に鉄筋５０を配置すること、および鉄筋５０を孔２４内に固定することを含む。通常、鉄筋５０は、鋼製でありコンクリート構造物１０の部分２０と安定化構造体４０の間を結合する。鉄筋５０はまた、安定化構造体４０に追加的な構造強度を提供する。ある実施形態では、鉄筋５０が、孔２４内に配置され、エポキシ６０が鉄筋５０と孔２４の間に充填され、エポキシ６０が硬化した後に鉄筋５０が壁２２に固定される。当業者は、本発明の実施形態に従って適切なエポキシ６０を選択することができる。
【００２２】
典型的な実施形態では、２つ以上の孔２４が壁２２内に穿孔され、各孔２４内に鉄筋５０が固定されている。ある実施形態では、壁２２に固定された鉄筋５０
が他の鉄筋５２と結合され、それによって図２Ｂに概略的に示すように鉄筋格子構造５４が形成される。当業者は、本発明の実施形態に従って鉄筋５０、５２を構成することができる。
【００２３】
ある実施形態では、安定化構造体４０を壁２２に取り付けることは、鉄筋５０の周囲に作成された型枠の中にコンクリート７０を打設することによって安定化壁４２を形成することを含む。硬化する際、図２Ｃに示すように、打設されたコンクリート７０が、壁２２と連続的に結合され、鉄筋５、５２を備える安定化壁４２を形成する。このような実施形態では、安定化壁４２は、コンクリート構造物１０を構造的に支持する。当業者は、本発明の実施形態に従って安定化壁４２を形成することができる。
【００２４】
図３Ａに概略的に示すように、本発明の他の実施形態では、コンクリート構造物１０の部分２０は壁２２を備え、壁２２から材料を除去することは、壁２２の中にキー８０を切削することを含む。キー８０は、図３Ａに概略的に示すように、壁２２の表面からの切欠き（除去部）である。ある実施形態では、キー８０を切削することは、レーザビーム３０をほぼ矩形のキー８０が形成されるようにして壁２２の表面に沿った多数の切削経路内で移動させることを含む。他の実施形態では、キー８０は円形の形状、または任意の形状である。通常２つ以上のキー８０が、以下でより詳細に説明するように、構造強度を向上させるために壁２２の中に切削される。当業者は、本発明に適した寸法および形状のキー８０を構成することができる。
【００２５】
ある実施形態では、壁２２の近傍に安定化構造体４０を配置することおよび安定化構造体４０を壁２２に取り付けることは、キー８０を利用して、壁２２の表面の周囲に作成された型枠の中にコンクリート７０を打設することによって安定化壁４２を形成することを含む。硬化する際、図３Ｂに概略的に示すように、打設されたコンクリート７０は安定化壁４２を形成するが、これは、コンクリート構造物１０の壁２２と安定化壁４２とが結合構造となって壁２２と連続的に結合される。このような実施形態では、安定化壁４２は、コンクリート構造物１０を構造的に支持し、それによって、壁２２と安定化壁４２の間のせん断応力に抵抗する。ある実施形態では、ここで説明されたキー８０が、追加の構造安定性を有する安定化壁４２を形成するために上記で説明された孔２４および鉄筋５０、５２とともに形成される。当業者は、本発明の実施形態に従って安定化壁４２を形成することができる。
【００２６】
ある実施形態では、耐震補強されるコンクリート構造物１０の部分２０は、部分２０に追加の構造強度を提供する鉄筋５６を備える。コンクリート構造物１０をより強く構造的に支持するために、ある実施形態の安定化構造体４０は、部分２０の鉄筋５６と一体化される。コンクリート構造物１０の部分２０がコンクリート構造物１０の中に埋め込まれた鉄筋５６を備えるこのような実施形態では、材料を除去することは、コンクリートを除去して鉄筋５６の部分を露出させることである。
【００２７】
キー８０が部分２０内に切り込まれている実施形態では、キー８０は、図４に概略的に示すように、レーザビーム３０によって部分２０の鉄筋５６の近傍に切削することができ、鉄筋５６が露出されるような寸法を有する。安定化構造体４０の打設されたコンクリート７０が、その後鉄筋５６と結合することができ、それによって構造強度が向上する。ある実施形態では、鉄筋５６がレーザビーム３０によって部分的にのみ露出されるが、他の実施形態では、鉄筋５６を包囲しているコンクリートをレーザビーム３０によって完全に除去され、安定化構造体４０の打設されたコンクリート７０が鉄筋５６を包囲する。他の実施形態では、露出された鉄筋５６が、安定化構造体４０の追加の鉄筋５０、５２と結合し、それによってコンクリート構造物１０の部分２０と安定化構造体４０をより密に結合することができる。同様に、孔２４がレーザビーム３０によって部分２０内に穿孔される実施形態では、孔２４を、コンクリート構造物１０の部分２０内の鉄筋５６の部分が有利なように露出させる寸法にすることができる。
【００２８】
レーザビーム３０によるコンクリート構造物１０の部分２０の鉄筋５６への損傷を最小化するために、ある実施形態では、コンクリート構造物１０の部分２０から材料を除去することは、鉄筋５６を検知し、鉄筋５６を実質上照射することを回避し、それによって鉄筋５６を実質上損傷させることを回避することを含む。図５は、レーザビーム３０が、鉄筋５６が埋め込まれているコンクリートのセクションを切り取っている構成の一実施形態を概略的に示している。この構成では電子アイ９０を備える。矢印は、切削されるコンクリートを横切るレーザビーム３０の走査方向を示している。ある実施形態では、比較的浅い深度のコンクリートが、好ましくは、レーザビーム３０の各経路上で切り取られ、鉄筋５６が露出して電子アイ９０によって検知されるまで、走査が繰り返される。
【００２９】
ある実施形態では、電子アイ９０が、材料が除去されているとき、鉄筋５６から反射された光を検知し、鉄筋５６とコンクリートの反射率の差に応答することによって電子アイ９０が鉄筋５６を検知するように配置されている。反射される光は、レーザビーム３０、間接照明、またはその他の光源によって発生させられる。他の実施形態では、電子アイ９０が、分光学的な差、またはその他の入射光に対する鉄筋５６およびコンクリートの相互作用での差に応答する。さらに他の実施形態では、電子アイ９０は、包囲しているコンクリートの特徴と異なる鉄筋５６の他の特徴に応答する。当業者は、本発明の実施形態に従って電子アイ９０を構成することができる。
【００３０】
ある実施形態では、いったん鉄筋５６から反射された光が電子アイ９０によって検知されると、レーザビーム３０が鉄筋５６からコンクリートの別のセクションへ進められ、それによって鉄筋５６が照射されるのを実質上回避する。代替となる実施形態では、鉄筋５６から反射された光が検知されると、レーザビーム３０のレーザエネルギー密度を低下させる。参照によって本明細書に組み込まれるＹｏｓｈｉｚａｗａの文献に記載されているように、レーザビーム３０のレーザエネルギー密度は、コンクリートを切削することができるが、鉄筋を実質上非損傷のまま残すレベルにまで低下させることができる。このようにして、コンクリートはコンクリート構造物１０と安定化構造体４０との十分な結合を確実にするのに適切な深度まで切削することができ、しかも、コンクリート構造物１０内の鉄筋５６が損傷してその構造に悪影響を与えるのを防止することができる。
【００３１】
さらに他の実施形態では、コンクリート構造物１０内の鉄筋５６の位置は、Ｘ線を使用して配置することができる。複数の方向からコンクリート構造物１０の部分２０内の鉄筋５６を撮像することによって、コンクリート構造物１０の部分２０内の鉄筋５６の深度、ならびにコンクリート構造物１０の部分２０の表面に沿った鉄筋５６の位置を決定することができる。鉄筋５６の位置のこのような決定は、レーザビーム３０が材料を除去するために位置決めされる前に行うことができ、それによって、孔２４の穿孔やキー８０の切削や材料除去のために、使用者が適切な位置を決定することができる。当業者は、本発明の実施形態に従って、鉄筋５６を配置するためにＸ線を使用することができる。
【００３２】
図６Ａ、６Ｂおよび６Ｃに概略的に示すように、ある実施形態では、コンクリート構造物１０の部分２０は、カラム２６を備え、部分２０から材料を除去することは、カラム２６内に孔２４を穿孔することを含んでいる。これらの孔２４は、安定化壁４２を備える安定化構造体４０をカラム２６に結合するために、ある実施形態で使用される。カラム２６が鉄筋５６を備える実施形態では、新しい鉄筋５０のための孔２４をカラム２６内の既存の鉄筋５６の近傍に配置することができるように、既存の鉄筋５６の位置が識別される。ある実施形態では、図６Ａに概略的に示すように、カラム２６内の既存の鉄筋５６の位置は、カラム２６をレーザビーム３０で照射することによってカラム２６の外表面から材料を除去して鉄筋５６を露出させることによって識別される。通常、鉄筋５６は、カラム２６の表面の約１．５インチ下にあり、それによって、カラム２６が安定化壁４２と結合される領域内で、レーザビーム３０の照射によって約１．５インチのコンクリートを除去する必要がある。当業者は、耐震補強される特定のカラム２６に応じて、実際の深度が様々であってよいことを認識されたい。また、カラム２６の表面からの材料の除去が、表面を粗くし、それによってカラム２６と安定化壁４２の間のより強い結合を提供するために使用されてもよい。
【００３３】
孔２４は、図６Ｂに示すように、カラム２６の既存の鉄筋５６の近傍で、レーザビーム３０でカラム２６を照射することによって穿孔される。ある実施形態では、カラム２６内に孔２４を穿孔することは、壁２２内の孔２４を穿孔することに関して上記で説明したように、ほぼ円筒形の孔２４が形成されるように、カラム２６の表面に沿ってレーザビーム３０を円形運動させることを含んでいる。
【００３４】
耐震補強壁２２に関して上記で説明したように、ある実施形態のカラム２６は、安定化壁４２と結合され、それによって安定化壁４２がカラム２６を構造的に支持できることになる。このような実施形態では、鉄筋５０は、レーザビーム３０によって穿孔された孔２４内にエポキシ６０によって固定される。通常の実施形態では、２つ以上の孔２４がカラム２６内に穿孔され、各孔２４の中に固定された鉄筋５０を有する。ある実施形態では、図６Ｂに示すように、カラム２６に固定された鉄筋５０が他の鉄筋５２によって互いに結合することによって鉄筋格子構造５４を形成する。当業者は、本発明の実施形態に従って鉄筋５０、５２を構成することができる。
【００３５】
ある実施形態では、安定化構造体４０をカラム２６と結合することは、鉄筋５０の周囲に作成された型枠の中にコンクリート７０を打設することによって安定化壁４２を形成することを含む。硬化する際、図６Ｃに示すように、打設されたコンクリート７０が、壁２２と連続的に結合され、鉄筋５０、５２を備える安定化壁４２を形成する。このような実施形態では、安定化壁４２は、カラム２６に対する構造支持を提供する。当業者は、本発明の実施形態に従って安定化壁４２を形成することができる。
【００３６】
別法として、またはカラム２６内に孔２４を穿孔することに加えて、ある実施形態でカラム２６から材料を除去することは、カラムからキー８０を切削することを含んでいる。ある実施形態では、カラム２６からキー８０を切削することは、キー８０を壁２２内で切削することに関して上記で述べたように、レーザビーム３０をカラム２６の表面に沿った多数の切削経路内で移動させることを含む。硬化する際、打設されたコンクリート７０が、カラム２６と安定化壁４２とが結合構造となってカラム２６と連続的に結合される安定化壁４２を形成する。このような実施形態では、安定化壁４２は、カラム２６に対する構造的支持を提供し、それによって、キー８０が壁２２と安定化壁４２の間のせん断応力に耐える。当業者は、本発明の実施形態に従ってカラム２６からの材料の適切な除去を選択することができる。
【００３７】
図７に概略的に示すように、ある実施形態では、コンクリート構造物１０の部分２０は、床部２８および梁部２９を備え、部分２０から材料を除去することは、部分２０をレーザビーム３０で照射することによって床部２８および梁部２９内に孔２４を穿孔することを含んでいる。これらの孔２４は、安定化カラム４４を備える安定化構造体４０を床部２８および梁部２９と結合するために、ある実施形態で使用される。このような実施形態では、レーザビーム３０が床部２８を通り梁部２９内へ孔２４を穿孔するために使用される。鉄筋５０が、上記で説明したように梁部２９の孔２４に固定され、鉄筋５２が、床部２８の孔２４を通って挿入されて、鉄筋５０と結合されて、鉄筋格子構造５４を形成する。
【００３８】
ある実施形態では、安定化構造体４０を床部２８および梁部２９と結合することは、鉄筋格子構造５４の周囲に作成された型枠の中にコンクリート７０を打設することによって安定化カラム４４を形成することをさらに含む。硬化する際、打設されたコンクリート７０が、床部２８および梁部２９の両方と結合され、鉄筋５０、５２を備える安定化カラム４４を形成する。このような実施形態では、安定化カラム４４は、コンクリート構造物１０に対する構造支持を提供する。当業者は、本発明の実施形態に従って安定化カラム４４を形成することができる。
【００３９】
他の実施形態では、図８に概略的に示すように、孔２４は、レーザビーム３０を使用して円筒形のプラグ９０を芯抜きし、次に円筒形プラグ９０を折り取ることによってコンクリート構造物１０の部分２０内に形成することができる。円筒形のプラグ９０の芯を抜くことは、コンクリート構造物１０の部分２０の表面に方向付けながら、レーザビーム３０を円形運動させ、それによって孔２４の円周の周囲を切削することを含んでいる。このような実施形態は、大きな穴２４を形成するために有用であり、レーザ照射によって孔２４内のすべての材料を除去するためにコンクリート上の大きなパワーが入射するのを回避することができてコンクリートへの熱損傷の可能性を低減できる。
【００４０】
コンクリート構造物を補強することについて示したが、一般に、他の建設プロジェクトへの本明細書の方法および装置の適用例を当業者なら容易に見出すであろう。本発明は、ある好ましい実施形態および実施例について開示されたが、本発明は、具体的に開示された実施形態を超えて、他の代替となる実施形態および／または本発明の使用および明らかな修正形態およびそれと等価なものへ続くことが、当業者なら理解されよう。したがって、本明細書に開示された本発明の範囲は、上記で説明された特定の開示された実施形態によって限定されるべきではなく、特許請求の範囲を精細に読むことによって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】コンクリート構造物を耐震補強する方法の一実施形態のフローチャートである。
【図２】Ａ、Ｂ及びＣは、レーザビームによる照射によって穿孔された孔を有する壁を備えるコンクリート構造物の部分を耐震補強する一実施形態の概略図である。
【図３】Ａ及びＢは、レーザビームによる照射によって切削されたキーを備える壁を備えるコンクリート構造物の部分を耐震補強する一実施形態の概略図である。
【図４】コンクリート構造物の部分の鉄筋の近傍でのレーザビームによる照射によって切削されたキーの概略図である。
【図５】レーザビームが、鉄筋が埋め込まれているコンクリートのセクションを切り出している構成の一実施形態の概略図である。
【図６】Ａ、Ｂ及びＣは、レーザビームによる照射によって穿孔された孔を有する床部および梁部を備えるコンクリート構造物の部分を耐震補強する一実施形態の概略図である。
【図７】レーザビームによる照射によって床部を通っておよび梁部内に穿孔された孔を備える床部および梁部を備えるコンクリート構造物の部分を耐震補強する一実施形態の概略図である。
【図８】レーザビームを使用して円筒形のプラグの芯を抜くことによってコンクリート構造物の部分内に切削された孔の概略図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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