(57)【要約】  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。
2008537576.tif 000002
【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。
【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】
2008537576.tif 000003
【００４９】
材料主軸内の弾性特性
【数１】
2008537576.tif 000004
【００５０】
変換行列
【数２】
2008537576.tif 000005
積層板主軸内の弾性特性  Ｑｘｙ＝Ｔ−１．Ｑ１２．Ｒ．Ｔ．Ｒ−１    （５）
【００５１】
【数３】
2008537576.tif 000006
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】
2008537576.tif 000007
【００５４】
【数５】
2008537576.tif 000008
【００５５】
【数６】
2008537576.tif 000009
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】
2008537576.tif 000010
【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】
2008537576.tif 000011
【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】
2008537576.tif 000012
【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】
2008537576.tif 000013
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】
2008537576.tif 000014
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】
2008537576.tif 000015
【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】
2008537576.tif 000016
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】
2008537576.tif 000017
【００７５】
【数１２】
2008537576.tif 000018
【００７６】
【数１３】
2008537576.tif 000019
【００７７】
【数１４】
2008537576.tif 000020
【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】
2008537576.tif 000021
【００８０】
【数１６】
2008537576.tif 000022
【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】
2008537576.tif 000023
（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】
2008537576.tif 000024
の場合は、
【００８６】
【数１８】
2008537576.tif 000025
【００８７】
軸方向応力
【数２０】
2008537576.tif 000026
【００８８】
曲げ応力
【数２１】
2008537576.tif 000027
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。
【図１】
2008537576.tif 000028
【図２】
2008537576.tif 000029
【図３】
2008537576.tif 000030
【図４】
2008537576.tif 000031
【図５】
2008537576.tif 000032
【図５Ａ】
2008537576.tif 000033
【図６】
2008537576.tif 000034
【図６Ａ】
2008537576.tif 000035
【図７】
2008537576.tif 000036
【図８】
2008537576.tif 000037
【図９】
2008537576.tif 000038
【図１０】
2008537576.tif 000039
【図１１】
2008537576.tif 000040
【図１２】
2008537576.tif 000041
【図１３】
2008537576.tif 000042
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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