JP2006507984A - 船舶構造および船舶の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 層状構造で船舶の全体または部分を建造する新しい方法、船舶または他の構造用建造物に使用するのに適した層状構造、および従来の船舶設計に匹敵するこのような複合構造を生産する方法を達成する。
【解決手段】 ２枚のほぼ平行な薄板金３を含み、その間にコンクリート層４がある。コンクリートは、通常のコンクリートよりも大いに低く、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有している。構造のコンクリート層４は、本質的に張力を担持しないが、圧縮力を担持することができ、薄板金３を支持するように寸法決定されている。

Description

本発明は、船舶（marine vessel）、船舶に使用する層状構造、層状構造モジュール、層状構造モジュールを獲得するための要素、層状構造を生産する方法、ならびに、既存の補剛した板構造、波形構造、および一般的に船舶の構造の強度および積載量を改良する方法に関する。

今日の大部分の民間および軍用の船は、高速サーフェスエフェクト船を除き、純粋に鋼板で作成した船体を有する。鋼板は２つの主要機能を有する。即ち、海に対して水密隔膜として働き、それにより浮力を提供することと、第２に環境負荷および貨物からの負荷、他の機能的負荷などを担持（carrying）するために必要な強度限界を提供することとである。構造用鋼は非常に高い強度を有することができるが、薄い鋼板は圧縮時に座屈してしまうので、その強度限界を十分に活用することは困難である。鋼板の座屈限界を上げる従来の方法は、ビームおよびフレームで板を接続し、板フィールド・グリッド補剛として１方向または２方向に補剛材を取り付けることである。高い応力がかかる隅部および他の細部は、追加の押さえまたは支持要素で強化することが多い。船内で貨物倉間に分離壁を形成する隔壁の場合、代替的な補剛原理は、壁板にチャネル・タイプの波形（コルゲート状）の皺を形成し、それにより積載量増加を達成し、横方向の負荷に対して補剛することである。しかし、波形板も、横方向の負荷の場合も深刻な座屈の形態を呈し得ることを認識しなければならない。

典型的な鋼船の設計を見ると、その複雑さと、船を構築する多くの異なる構造部材が確実に印象づけられる。実際、大型船の場合、船体構造を形成するために、１０万個もの鋼部片を相互に溶接することがある。この複雑さは、多くの鋼部片を切断し、取り付けるという問題ばかりでなく、さらに重要なことに、高度に集約的で費用がかかる溶接作業を実行しなければならないことである。板と補剛要素との溶接は、疲労および破損の危険部位でもある。これらの溶接部は、一般的な腐食に加えて、船の耐用寿命を決定する主要要素である。

船体構造の別の重要な設計考慮事項は、最大負荷および偶発的負荷を支持する容量である。この状況では、３つの事柄が特に重大である。即ち、偶発的負荷からのエネルギーを吸収する能力、構造的冗長性を通して負荷を再分配する能力、および損傷した状態で水と貨物の気密性を維持する能力である。近年、この目的のために新しい国家および国際的な規則が導入されている。例えば、新しいタンカーには二重の船体設計、即ち油タンクと海との間の二重バリアが義務づけられている。言うまでもなく、このような新しい船体の要件の大部分には、追加の鋼使用量と費用とが伴うが、これは、安全および改良された環境性能が要求する価格である。

上述したような新しい措置は、これらの問題以外に、これに最初に対処するように意図していることも示唆している。二重船体の外板間のオープン・スペースは、往々にして水バラストまたは燃料の貯蔵に使用される。板フィールド・グリッド補剛が施されたこれらのスペースは、往々にして検査および洗浄が困難である。これは、損傷の検出および修理を意味し、水バラストの汚染源になることもある。

安全性および環境性能の向上を達成する代替方法が存在し、これは強度の改良、衝突耐性、ひび割れが開始する応力集中の削減、腐食曝露面積の減少、構成要素の洗浄改良などを含む。例えば、複合または「サンドイッチ」板構造を通して、比較的軽量かつ強力な板構造または構造用構成要素を達成できることが知られている。複合板および外殻は、航空機の分野で、特に表皮層および発泡体または「ハニカム」芯材に使用する繊維強化プラスチックで広範囲に使用されている。

複合船体および板パネルは小型の船にも使用されている。例えば、発泡プラスチックの芯またはエラストマーを有するガラス繊維強化プラスチック外板が、小型および中程度に大型の高速軽船舶の船体構造に使用されてきた。さらに、内部エラストマー芯を有する鋼外板で構成されたプレハブ板パネルのシステムが開発され、ここで板パネルは鋼で作成し、特別に準備した縁フレームに沿って相互に溶接することができる。複合パネルは、船内の分離壁、床および自動車甲板として使用されている。しかし、ＳＯＬＡＳ（international convention for the Safety Of Life At Sea、海上における人命の安全のための国際協定）などの現在の規則には、プラスチックなどの高い燃焼性材料が大型客船に使用されないようにするものがある。このような方法で建造した大型船は、非常に高価で、しかも通常は許容可能であるような程度を超える変形を呈することがあるのも事実である。船体のプラスチック外板および発泡体の設計に関してよく知られている別の問題は、高強度の水上船積み中に「離層」、即ち外板と芯との分離の傾向があるということである。これは負荷容量および船体の完全性を甚だしく損傷することがある。

上記検討から、プラスチックの外板と芯との複合構造は、大型船舶の船体を建造するために、そのままでは魅力的でないことが明白である。しかし、複合板の設計は原則的に、構造上非常に有効である。

既存の船舶構造での別の問題は、世界のばら積貨物船による大量の操作経験によると、波形隔壁がばら積船の全体的な安全性能におけるウィーク・リンクであることである。古い船が失われるのは、貨物倉に水が進入した後に隔壁が圧潰し、急速な隔壁の破損および船の沈没につながることが懸念されるケースが多い。したがって、既存のばら積船および他のタイプの商用船舶を強化する効率的かつ費用効果が高い方法を提供できることが非常に重要である。

以前には、船舶の主要部分がコンクリートおよび金属の薄板を備える船舶を建造する試みがあった。その一例が特許文献１で与えられている。この例では、内部薄板金と中間薄板金との間に外部、中間、および内部薄板金およびコンクリートがある。使用されるコンクリートの唯一の仕様は、２枚の薄板の間のスペースに注入できるような粘稠度であることが好ましいことである。

船舶に関連してコンクリートを使用している他の出願もある。

他の１つの例は、特許文献２に記載された二重外板複合パネルの海洋使用である。二重外板パネルは、複数の横材で相互に接合された２枚の鋼外装板を備える。コンクリートなどの充填材料をその後、外装板間のスペースに導入する。外装板は、事前に製造し、横材で相互に締め付けて、コンクリートを充填せずに建造現場に配送する。パネルは、特殊な機械的器具で相互に合わせる。組立後、外装板間の空隙にコンクリートを注入する。コンクリートの特性に関しては、何の要件も設定されていない。この二重外板パネルは、半潜水型掘削船、吸引アンカ杭または沈埋管トンネルの円形脚部に使用するように、広告で示唆されている。このシステムを使用する理由は、建造現場に輸送する場合の外装板の軽量性と、構造に与える強度である。この概念の典型的なコンクリートは、標準的または通常のコンクリートであるか、特殊な場合は、例えば北海の沖合で使用するような軽量コンクリートであり、このコンクリートは１９００ｋｇ／ｍ^３の重量を有することに留意されたい。

コンクリートは、海洋構造に関する他の目的にも使用されている。１つの用法は、船体の強化に関連する。その一例が特許文献３で与えられ、金属船体上のセメント接着層、充填材コンクリート層に埋め込まれた渦巻き線のネットの層を使用し、これは頂部にセメントの被覆層を有する強化したネットの別の層によって制限される。船体強化の別の例が特許文献４で与えられ、これはタンカーの船体に二重船体を設け、これは本質的に、タンクまたは貨物倉の底部に砂を分配して、圧縮し、鉄筋コンクリートの層を砂に適用して、硬化したコンクリートの表面に鋼板を配置し、板が船体に突き当たる縁を溶接することによって、鋼の内部構造用支持部を必要としない。この例は、船体の底部でのみ効率的に使用でき、隔壁または側部および甲板構造には解決策とならない。これらの手順は両方ともいくつかのステップで構成され、そのために実行時には作業量が極めて多くなる。

これに多少等しい方法が特許文献５にも記載されている。それによると、水と接触する薄板金を修理するか、改良しなければならない区域にコンクリートを適用する。コンクリートは、１未満の比重を有し、５ｃｍと４５ｃｍの間の層で適用することが好ましい。コンクリート層は外装し、コンクリートに加えて別の気密層を適用することができる。

既存の船舶構造を強化するために、コンクリート以外の材料も使用されている。例えば、内甲板は補剛リブのシステムで強化され、上部カバー板は空隙スペースをエラストマーで充填した鋼で作成される。

これらの既知の解決法は、船が曝露されるような力に合わせて寸法を決定すると推定される鋼構造を既に有する既存の船の構造を修理するか、改良するためのものである。これらの解決法で使用する鋼板とコンクリートとの双方の要件は、本発明の要件とは有意に異なる。本発明では、船体全体または船の部品を、段階的に、層状構造またはセル状構造も有する小型および大型の構造用モジュールの集合体で建造する。

米国特許第１，２４０，１２９号 米国特許第５，７４１，５７１号 ソビエト特許公報第１６４６９４４号 米国特許第６，００９，８２１号 フランス特許第２ ４７８ ０１５号

本発明の主な目的は、層状構造で船舶の全体または部分を建造する新しい方法、船舶または他の構造用建造物に使用するのに適した層状構造、および従来の船舶設計に匹敵するこのような複合構造を生産する方法を達成することである。

本発明のもう１つの主な目的は、例えば、船体などの様々な部品が、爆発、衝突および座礁などの偶発的負荷の場合に、従来の単一および二重外板船体設計と比較して、完全性および全体的性能を改良する強度および剛性特性を有する船舶を提供し、従来の船と比較して難破を防止するために安全性が改良された船舶を提供することである。もう１つの目的は、例えば、船に使用し、通常の単一船体、さらには通常の二重船体の船とも比較して、環境性能が向上した層状構造を提供することである。これは、損傷した貨物または燃料の漏れに対する完全性および抵抗、さらに船構造で水バラストを扱う方法に関する。

本発明のさらにもう１つの目的は、船に使用し、最少数の隅部および接続部で平滑になり、排出、洗浄および保守がさらに容易かつ効率的になり、したがって費用が削減されるように、全体的な露出表面積を削減する手段として有利である層状構造を提供することである。これによって、防錆を必要とする全体的面積も減少する。また、もう１つの目的は、船に使用し、良好な防火特性および全体的に強化された燃焼挙動を有し、騒音および振動の軽減にも良好な特性を有する層状構造を提供することである。

もう１つの目的は、経済的に従来の鋼船に匹敵し、海上で安全性の向上につながる船舶全体を設計するために使用できる層状構造を開発することである。もう１つの目的は、必要な強度および剛性特性を有し、それと同時に鋼の使用量が著しく減少し、船の同等の鋼構造と同等に軽量であるか、それより軽量である層状構造を達成することである。最後に、もう１つの目的は、従来の船より疲労亀裂が極めて発生しにくく、それにより保守および修理の必要性が低下し、その結果、設計寿命が長くなる船を達成することである。

また、本発明の目的は、様々な構造物形態で既存の構造の積載量を改良する方法を達成する発明と同じ原理を使用することである。構造物の一例は、外部船体、隔壁および甲板の構造で構成された船舶または船である。本発明のもう１つの目的は、強化した波形板、強化した隔壁、または他のタイプの船の外装または板構造を達成することである。

これらの目的は、添付の特許請求の範囲で定義される通りの本発明で達成される。

本発明は、全体または部分が層状構造を備え、層状構造が２つのほぼ平行な薄板金を含み、その間にコンクリート層があり、コンクリートが通常のコンクリートよりはるかに小さく、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有し、層状構造は、構造のコンクリート層が本質的に張力を担持（carrying）できないが、圧縮力は担持（carrying）できるように寸法決定される船、浮きプラットホームなどの船舶に関する。

船舶は、任意のタイプおよびサイズの船、例えば、ばら積貨物船、タンカーまたはコンテナ船またははしけまたは他のタイプのボートである。船舶は、推進装置、他の航海構造または大型の浮き静止構造があるか、これがない半潜水形作業台船でもある。船舶は、全体が本発明による層状構造で建造するか、船舶の部品が層状構造を備えるか、例えば船体および隔壁が層状構造を備えるが、ホッパー・タンクおよび玄側タンクは、層状構造の船体および隔壁に接続した鋼板で形成することができる。

別の可能性は、外部船体のみを層状構造にするか、機関室を囲む部品のように船体の一部のみ層状構造にすることである。層状構造は、２枚の薄板金を備え、間にコンクリート層がある。コンクリート層のコンクリートは、１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有する場合に超軽量コンクリート（ＵＬＷＣ）と表示することができ、これは、通常は約２３００から２５００ｋｇ／ｍ^３の重量を有する通常のコンクリートの半分である。層状構造のコンクリート層は、層状構造の寸法を決定する時に、有意の張力を担持（carrying）できず、層状構造内の直角の圧力を全て伝達すると見なされる。

層状構造の外層は、船級協会または他の適当な当局によって船の用途に認可される任意のタイプの金属で作成することができる。これは、最小降伏応力が２３５ＭＰａの「通常強度鋼」（ＮＳ）、最小降伏応力が２６５ＭＰａから３９０ＭＰａ以下の「高強度鋼」（ＨＳ）、および最小降伏応力が４２０ＭＰａから６９０ＭＰａ以下の「超高強度鋼」（ＥＨＳ）のような鋼の品質で作成した典型的な船用板を含む。これらの鋼品質のクラスに入る非常に多数の個々の鋼表記が存在する。オーステナイト鋼および混粒ステンレス鋼のような特殊合金も使用することができる。さらに、船の特殊な用途では、いわゆる合わせ鋼板を使用することができ、これは母材と、その片側または両側に連続的かつ一体で接合されたこれより薄い層（被覆金属）で構成される。軽量コンクリートの芯材料の構造的および化学的挙動に対して十分な互換性を呈する限り、アルミおよびチタンのような他の金属も使用することができる。

芯材料、即ちコンクリート層は、提案された本発明に適した適当な機械的、化学的および他の機能的特性を呈する材料で構成される。好ましい材料は、通常は約２４００ｋｇ／ｍ^３の重量である通常のコンクリートの半分未満の重量を有する超軽量コンクリート（ＵＬＷＣ）である。即ち、通常は１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有するＵＬＷＣを目指す。このような超軽量コンクリートは、例えば、北海の沖合の構造で以前に使用されていた約１９００ｋｇ／ｍ^３の重量の軽量コンクリートとは大きく異なることに留意されたい。

ＵＬＷＣの組成は、通常のコンクリートとは著しく異なる。このようなコンクリートを作成するには、膨張シェール、粘土、バーミキュライト、軽石（発泡溶岩）、スコリア、発泡ガラス、発泡プラスチックなどの軽量凝結体をコンクリート混合物内に使用することができる。多くのタイプの軽量凝固体が市販されている。あるいは、コンクリート混合物内の空気または気泡の含有率を大きくするために、特殊な化学物質を添加することができる。軽量凝結体と空気または気泡との組み合わせを使用することもできる。コンクリートの延性および引張り強さを向上させるために、様々なタイプの繊維強化を加えることもできる。

非常に軽い良好な構造用コンクリートを達成することは、かなり困難である。本発明に使用する一連のこのようなコンクリートが開発され、試験された。混合物の設計は、水、様々なタイプのセメント、シリカ、石灰岩充填材、「Ｌｉａｖｅｒ」、「Ｐｏｒａｖｅｒ」、「Ｐｅｒｌｉｔｅ」、「Ｌｅｃａ」などの凝結体、および様々なタイプの化学添加剤を使用することを含む。一例として、これらのタイプのコンクリートの１つは、９０５ｋｇ／ｍ^３のフレッシュ・コンクリート密度、１４．５ＭＰａの圧縮立方体強さ、２．６ＭＰａの割裂引張強度、および約６０００ＭＰａのヤング率（弾性率）を有することが特徴である。これは、本発明で働く十分な強度の超軽量コンクリートを獲得できることを示す。同じ混合物は、複合板構造に配置するために良好な作業特性も有する。

本発明は、既存の構造の負荷容量を改良する方法も含む。既存の構造とは、船または船舶のような構造物、例えば船体、甲板または隔壁、または構造物に使用する補剛板のような他の構造で既に使用され、使用する構造の負荷容量を改良しなければならない構造を意味する。既存の構造では、構造物にまだ使用されていない板のような、既に製造された構造も考察するが、この構造は、構造物に使用する前に負荷容量が改良されない。負荷容量の改良は、いくつかの機能を含む。例えば全体的強度、横方向の圧力または点負荷に耐える容量の改良、高い剛性などである。既存の構造に別の板要素を取り付けることによって生じた空隙を充填するために使用するコンクリートは、十分な強度および適当な密度を有するコンクリートである。船のように重量に影響されやすい構造では、通常のコンクリートと軽量コンクリートの両方よりも有意に軽量である、特別に開発したコンクリートを使用すると有利である。

本発明の強度および構造的完全性は、金属およびコンクリートの特性ばかりでなく、これらの材料間の双方向の挙動にも同等に依存する。通常の鋼船のように、強度の主要部分は鋼の負荷容量による。２つの表面で層状構造に金属の大部分を配置することが、構造に曲げ剛性を与え、構成要素の座屈を防止するための最適の解決法である。現実のコンクリートは多少の引張り強さを有し、実際、試験した超軽量コンクリートの引張り強さと圧縮強さとの比率は、通常のコンクリートより高いことが証明されたが、設計および寸法決定のためには、コンクリートが有意の張力を担持（carrying）しないと控えめに推定しなければならない。しかし、複合板および壁のコンクリートはそれでも、以下のようにいくつかの重要な機能を有する。

ａ．全体的構造に圧縮強さおよび剛性を与える。
ｂ．座屈に対して表面の鋼板を支持する。
ｃ．破壊的負荷でエネルギーを吸収する能力、耐火性、構造的減衰など、複合構造に他の一連の機能的特性を提供する。

コンクリート層の構造的強度を向上させるために、コンクリート複合物に繊維を追加することができる。繊維の長さ、密度および方向は、特定の使用に適合させることができる。

全体的構造にコンクリートの圧縮強さおよび剛性能力を使用することは、変形および応力が適当な設計コード（Ｅｕｒｏｃｏｄｅなど）で設定された要件内に維持される限り、かなり単純である。

座屈に対して表面の薄板金を支持する機能も非常に重要である。控えめな方法を取らねばならない。即ち、実際の設計は、コンクリートと金属との十分な接合に頼ってはならない。分離および外側への表面板の座屈に対する抵抗は、適切な位置で、かつ間に適当な間隔を設けた層状構造の薄板間の連結材および／または１枚の薄板からコンクリート層内へのダボによって達成することができる。コンクリートは、これらの係留点で回転を防止する支持を提供し、したがって表面薄板の保持は、これらの点でほぼ「固定」され、それにより表面薄板の座屈限界が向上する。このような固定点を有する表面薄板の座屈限界は、適当な設計公式で計算することができ、それにより全ての設計条件で座屈不良に対して十分な容量があることが確保される。これに関して、この方法で固定した表面薄板は、全体的な安全性という概念に寄与する非常に大きい座屈後保持負荷容量を有することにも留意されたい。実際に本発明を実施する際に、表面薄板を所与の位置でウェブ板に連続溶接し、それにより線幅の固定を確保し、離層を防止することにも留意されたい。

薄板金の間の空間をコンクリートで充填する層状構造の主要な利点は、多くの難破の原因となった座屈不良が、もはや最も重大な不良モードではなくなることである。船体のビームは、本発明による層状構造では、剛性を向上させることができ、それによりPost Derbyshire要件に従って設計される剛性ハッチ構造にさらに匹敵することになる。これによって、船構造の異なる部品の剛性がさらに均一になる。この設計は、爆発、衝突および座礁に関連する特性を改良する。コンクリートは、エネルギー吸収および接触力の分配のために良好なバリアだからである。頑丈な隔壁および場合によっては二重底構造が、貨物取り扱い機器から構造にかかる局所的損傷を軽減する。

複合構造の他の重要な機能的特性は、特定の設計の分析およびラボラトリでの試験を通して特定し、文書化することができる。

構造体中の既存の構造を本発明により改良すると、箱形げた、支持台、ニーブレースなどで形成した空隙のような構造物の他の部品も、負荷容量に関して改良され、全体的に改良された性能を構造物に与えることができる。

板要素を取り付けることによって生じた空隙を完全にコンクリートで充填することを確実に行うために、１つまたはいくつかのアクセスを通して空隙にコンクリートを充填し、空隙の垂直方向で最高部分の付近には、１つまたはいくつかの開口部が存在する。コンクリートが垂直方向で最高部分の付近にある開口部に存在するようになるまで空隙を充填することにより、空隙は空気が排出され、コンクリートで十分に充填されたと高い確度で言うことができる。空隙への開口部は、板要素を既存の構造に取り付けた後に、または板要素を取り付けた結果として作成するか、板要素または既存の構造に予め穿孔した穴でもよい。

既存の構造の用法および形態に応じて、他の板要素を板の片側または両側に取り付けることができる。

既存の構造は補剛した構造でよく、板要素の取り付けによって生じた空隙は、例えば１つまたはいくつかの方向に長手方向があるなど、いくつかの形態でよい。既存の構造は、ほぼ平行な隆起および溝が交互する波形でもよい。隆起および溝には、既存の構造を断面で見た場合に、鋭角、丸まった屈曲部、またはさらに四角形の形態を形成してもよい。既存の構造の一部のみが波形である可能性もある。別の選択肢は、長手方向の補剛材または溝が、既存の構造の一部のみ通ることである。これは例えば隔壁の場合であり、隔壁の頂部および底部の遷移部分が、いわゆる台構造として作成され、内部空隙が隔壁および船体または甲板とほぼ平行に通り、中央部分は、ほぼ垂直方向に通る溝を有する波形板構造である。

本発明は、板要素が少なくとも１つの溝を覆い、空隙を形成するように、溶接または別の方法で締め付けることにより少なくとも１枚の板要素を片側または両側で波形板の隆起に取り付けた、改良された波形板も含む。この空隙は、通常のコンクリートよりはるかに低い密度、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度のコンクリートで充填する。これを片側の全ての溝で実行することにより、元は波形の構造に平滑な表面が生成される。これは、例えば、隔壁に使用する波形構造にとって好ましい。同じ倉で異なる積荷を輸送するので、貨物倉は可能な限り最善の方法で空にしなければならず、非常に良好に洗浄しなければならないからである。

本発明は、強度および負荷容量が改良され、既存の構造を改良するための方法に従って作成された、例えば、隔壁、側壁、底部構造などの船舶の構造もカバーする。

金属とコンクリートの間の接合を増大させる必要があるケースでは、コンクリート層に面する薄板が、表面の粗さを増加させるか、粗くする層または接着層で処理するか、ダボを装備するか、これらの様々な手段を組み合わせることができる。

ダボはいくつかの形態があり、コンクリート層内の小さな距離に到達するだけか、コンクリート層の他方側へほぼ到達してもよい。ダボは、薄板金の表面に溶接するか、ボルト締めするか、他の方法で接着または締め付けることができる。

層状構造の薄板金の間に、連結材を適用してもよい。連結材の目的は、層状構造の薄板金の間で負荷を伝達することであり、層状構造の補強材としても機能する。連結材は、点連結材の形態であるか、例えば、プレート・ガーダまたはウェブとして、１つまたはいくつかの方向に延長部を有してもよい。層状構造には、１方向のガーダの形態の連結材を、ガーダ間の点連結材と組み合わせることが好ましい。連結材、点連結材またはガーダのタイプおよび量は、層状構造の特定の用法によって決定され、例えば、座屈などに対する強度に関して、船体には隔壁と比較すると異なる要件がある。

層状構造のコンクリート層は、閉チャネル要素を含むことができる。これらのチャネル要素は、一般的に両端が開放し、内部空隙を有する。構造の他の部品と共に、これは閉じた空隙、即ち箱を形成することがあり、ここでは「桁箱」とも呼ぶ。チャネル要素は、層状構造の全体的強度を上げ、さらに層状構造の重量を削減するために、コンクリート層に含まれる。チャネル要素は、層状構造内で隣接する薄板金にスペーサで接続される。スペーサは、Ｉ形鋼、Ｕ字フックなどのようないくつかの形態を有することができ、溶接、滑動、ボルト締め、または押し込んで、チャネル要素および薄板金の両方との固定接続部にすることができる。スペーサは、例えば、表面の薄板金の座屈を防止する、剪断力を伝達する、負荷を伝達する要素として、および生産中に桁箱を適正な位置に保持するためなど、いくつかの機能を有する。側壁（表面外板に直角の方向）は、表面外板に溶接し、それにより表面外板に直接接続および支持を提供するように延びてもよい。

チャネル要素の開放端は、層状構造の端部または層状構造のガーダにある隣接金属壁に接続することができる。接続は、チャネル要素を例えばガーダに溶接することによって実行でき、次に閉じた桁箱が形成される。この桁箱は通常は閉鎖しているが、桁箱がサービス・シャフトまたは検査用シャフト、水または燃料または他の液体の貯蔵庫などとして機能できるように、空隙へアクセスすることができる。

新しい船舶、または既存の船舶の交換部品を設計する場合、例えば隔壁を本発明による層状構造で設計し、同時に水バラスト用の区画室として機能するように、必要な安全性、およびパイプを通したアクセス、および場合によっては手によるアクセスを有する層状構造の桁箱を寸法決定することができる。船舶の一部の層状構造を、層状構造内の桁箱が燃料区画として機能できるように設計する場合もある。

層状構造は通常、船舶建造に使用される通常等級の鋼の薄板金で作成する。前述したように、場合によっては貨物倉または区画室、あるいは桁箱でも、通常タイプの鋼を攻撃するか、腐食させるタイプの内容を輸送する。このような場合、層状構造は、輸送する材料に対する抵抗力がさらに高い異なる材料の外層を含むことができる。例えば、輸送する材料が高度に腐食性である場合、層状構造はステンレス鋼の外層を含むことができる。これは、本発明による貨物倉またはタンクの場合、経済的に実行可能である。倉は平滑な側部を有し、このために倉を覆うステンレス鋼の量が最少になるからである。適切な材料の保護層を塗装するか、塗布して鋼を保護する他の方法も使用することができる。

生産、使用および保守に関して、船舶の全体または一部に対して例えばばら積貨物船の通常の鋼構造と比較し、本発明による層状構造から影響されるいくつかの要素がある。船体構造の溶接量は、本発明による層状構造では、従来の二重船体の鋼製貨物船と比較して５０％も削減することができる。船体構造は、より少ない部片で建造することができ、事前に製造する部片のパーセンテージが増加する。

本発明の実現可能性を検証するために、広範囲な作業を実行した。それは、いわゆるパンマックス・タイプのばら積貨物船の設計および分析を含む。船級協会の主要な負荷および設計要件は全て、この検証で考察されている。コンクリートおよび鋼の広範囲な有限要素モデルを使用した数値解析を実行した。研究は、本発明により、鋼および溶接の使用量が従来の船よりも有意に減少した船を建造できることが証明された。さらに、このような船は、従来タイプの同等の二重船体鋼船と同じ重量か、それより軽量でさえあることも判明した。本発明により設計し、建造した船は、価格競争力があるなど、一連の他の有利な特性も有する。

ばら積貨物船、コンテナ船、オイルまたはガス・タンカーまたはケミカル・キャリアまたは他のタイプの貨物船で、本発明による層状構造で達成されるように、平滑な側部および最少数の隅部を有する倉を達成することが主要な利点である。平滑な側部によって、簡単で、より迅速かつ環境に優しい洗浄が可能になり、これは洗浄作業による化学物質の使用、作業時間数、および船舶の停止時間を削減するので、経済的利点も提供する。平滑な貨物倉タンクは、洗浄を適切に実行できるので、貨物と水バラストの両方に同じ貨物室を使用するという可能性も提供することができる。隔壁および船体などの平滑な側部は、腐食から保護するために被覆しなければならない面積が減少するばかりでなく、腐食に曝露する面積も減少し、検査および保守手順中にチェックしなければならない面積も減少するので、保守に関する費用も削減する。

本発明による層状構造は、火災の場合に改良された性能を提供する。コンクリートが良好な防火機能を有するからである。船に必要なパイプを、層状構造のコンクリート層に、またはコンクリート構造の空隙に埋め込み、それにより腐食を回避、防止または少なくとも制限し、防火性を向上させることもできる。

本発明による層状構造は、上述したように、２枚の薄板金、および重量が好ましくは１２００ｋｇ／ｍ^３未満のコンクリートの仲介層を有するコンパクトな層状構造で構成することができる。この構造は、層状構造が構造に２枚の薄板金を有し、さらに衝突および座礁性能にとって重要な芯材料を有することから、それ自身を二重船体構造と同様に見なすことができる。

本発明は、例えば、船、浮きプラットホームまたは同様または他の構造用構造物のような船舶に使用する層状構造モジュールも含む。層状構造モジュールは請求項２〜１２の層状構造によるものであり、厚さがほぼモジュールの厚さと等しく、これより小さい少なくとも２つの要素で構築され、要素はさらに、２枚の薄板金間に連結材または延長ウェブ・連結材を含むことができる。これより小さい要素は、モジュールの長さにほぼ等しい長さ、および第１の長さに直角のモジュールの他の長さの一部にほぼ等しい幅を有することができる。船舶の全体または一部を形成するために、異なる形態または同様の形態を有するいくつかのモジュールを合わせることができる。いくつかのモジュールを最初に相互に組み付け、そのモジュールをその後に接続して、別のレベルのモジュールを形成し、これを再び他の組み合わせのモジュールに相互に取り付けて、別レベルのモジュールを形成する。

また、本発明は、層状構造モジュールを獲得するための要素も含み、要素は、２枚のほぼ平行な薄板金を備え、その間にコンクリート層があり、コンクリートは、通常のコンクリートより非常に小さい、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有する。要素は長さ、幅および厚さを有し、厚さおよび長さは、層状構造モジュールにほぼ対応し、幅は、層状構造モジュールの一部になる。１つの実施形態では、要素は、少なくとも１つの縁部にてコンクリート層内に開放チャネル要素を有し、これはほぼ薄板金に平行である。このチャネル要素は、２つの要素を相互に接続すると、コンクリート層内の閉じたチャネル要素の少なくとも一部を形成する。

本発明は、層状構造に関連する建造方法も含む。船、浮きプラットホームなどのような船舶の全体または一部を建造する際に層状構造を生産する場合、１つの方法は、２枚のほぼ平行な薄板金を使用することを含み、薄板金は所望の距離に位置決めされ、この２枚の薄板の間にコンクリートの中間層を注入し、コンクリートは、通常のコンクリートより非常に小さい、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有する。

船舶の全体または一部を建造するために層状構造を形成する要素を生産する方法は、一対のほぼ平行な薄板金を使用し、薄板金は所望の距離に設定され、その２枚の薄板間にはコンクリートの中間層を注入し、コンクリートは、通常のコンクリートより小さい、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ³未満の密度を有して、コンクリートの中間層は、その後に硬化することができる。その好ましい実施形態は、コンクリートの注入前に、開放チャネル要素を２枚の金属板間の開口部の中心位置にある要素の少なくとも１つの縁部に取り付けることを含む。

さらなる説明で、本発明を詳細な例にて、添付図面に関して説明する。

図１および図２は、船舶１の一部が本発明による層状構造２で構築された船舶１を示す。船体６、隔壁７、玄側タンク９、およびホッパー・タンク８に使用する層状構造２を示すために、船体６の一部、甲板２０の一部およびいくつかのハッチ２１が除去されている。船舶１の船体６および隔壁７は、２枚の薄板金３および中間コンクリート層４を備える層状構造２で設計される。玄側タンク９およびホッパー・タンク８の片側は金属板で設計される。玄側タンクおよびホッパー・タンクは機能的理由から必要であるが、本発明により設計される船の構造用構成要素としては必要でないことに留意されたい。

図２で示すように、船の主要構造は、船体６および隔壁７の垂直方向の部分、垂直方向に延びるプレート・ガーダ１２に層状構造を備える。船体６の底部分は、船舶の長手方向にプレート・ガーダ１２を備える層状構造を有し、閉鎖チャネル要素１３は、ガーダ１２と共に桁箱１４を形成する。桁箱は代替的に、底および／または側部構造のために船体の長手方向に配向できることに留意されたい。

図３ａ〜図３ｃは、全体または一部が本発明による層状構造で形成された船体の３つの可能な異なる断面を示す。図３ａでは、船体６の全主要部品、ホッパー・タンク８および玄側タンク９の内壁も、層状構造で形成される。図３ａの２つの円で見られるように、船体で使用できる少なくとも２つの可能な層状構造がある。例えば２枚の薄板金３とコンクリート層４の構造で、チャネル要素１３があってもなくてもよい。図３ａ〜図３ｃで示す船体の全体または部分には、これらの２つの異なる構造を使用することができる。

図３ｂは、通常の薄板金で作成した玄側タンク９およびホッパー・タンク８の内部分離壁である。図３ｃは、層状構造を備え、より円形の形状になり、ホッパー・タンクまたは玄側タンクがない船体６を有する。構造的強度に関して、これらが必要ないからである。

図４は、２枚の薄板金３およびコンクリート層４を有する、本発明による層状構造の主要スケッチである。図５では主に第２の実施形態が図示され、薄板金３の一方が異なる材料の外層５を有する。これは、例えば輸送すべき貨物が薄板金３の基礎金属に対して非常に腐食性である場合に、解決策となることがある。内壁または隔壁については、両方の表面薄板が異なる材料の層を有することができる。これらの図は正確な縮尺ではない。典型的寸法を示すために、層状船体構造の一例に言及することができ、ここで外部薄板金３は５〜２５ｍｍの厚さを有し、コンクリート層４に埋め込むチャネル要素１３を形成する薄板金は、５〜１０ｍｍの厚さを有する。

図６には、コンクリート層に埋め込まれたチャネル要素１３がある層状構造２の断面図が図示されている。これらのチャネル要素は、層状構造の桁箱１４の他の部分で形成される。本発明の１タイプでは、チャネル要素１３の表面薄板３に対して直角である側部は、表面薄板に直接接続できるように延びる。

図７および図８は、一緒に装着されて層状構造を形成する要素の２つの異なる実施形態を示す。これらの要素は、層状構造と同じ厚さ、および層状構造モジュールの１方向、および層状構造モジュールの反対方向の一部とほぼ同じ長さを有する。要素は、２枚の薄板金３およびコンクリート層４を備える。好ましい実施形態は、２枚の薄板金の間に開放チャネル要素１３も備え、場合によっては図８で示すように、コンクリート層４に埋め込んだ閉鎖チャネル要素１３も備える。チャネル要素は、スペーサ１５を有する２枚の薄板金３の間の開口部に位置決めされる。

層状構造の壁は、図９で示すように、２枚の薄板金３で構成され、その間にコンクリート層４がある。２枚の薄板金は、点連結材１１およびプレート・ガーダ１２によって相互に接続される。コンクリート層は、埋め込んだチャネル要素１３を備えてよく、これはプレート・ガーダ１２と共に桁箱１４を形成する。チャネル要素は、スペーサ１５で薄板に接続される。

本発明による層状構造は、多くの方法で層状構造の特殊用途の要件に一致するような構成にしてよく、例えば桁箱は、燃料または水バラストの貯蔵タンクとして機能するのに適切なサイズで作成することができる。

図１０は、部分的に隔壁１０１、隔壁の下台１１４、底板１１３、および船の側部１１２で構成された船の切り取り断面の単純化した斜視図を示す。隔壁は台形タイプの波形板１０１で作成され、これを支持下台１１４に溶接し、これが隔壁を船の底部構造１１３に接続する。

隔壁の波形板は、空隙１０４を形成するために新しい板要素１０２を既存の構造に取り付けることによって強化される。追加した板１０２の厚さは、波形板の厚さより薄くてよい。空隙１０４はコンクリート１０３で充填される。また、隔壁台１１４の空隙１０４ｂはコンクリート１０３で充填される。これは、隔壁構造全体に、一致する剛性および強度特性を与えるためのものである。

本発明により改良した波形板の一部の断面が、図１１に示されている。既存の構造１０１を形成する波形板は、溝１０６および隆起１０７を有する。板要素１０２を、既存の構造の両側で隆起１０７に取り付けるか、溶接し、それにより波形板の両側に平滑な表面を形成する。空隙１０４はコンクリート１０３で充填される。

船および海洋構造のような構造物は、相当、剛化した板構造で形成される。本発明は、これらの構造物にも使用することができる。既存の構造は、これらの場合、図１２の断面図で示すように、板１１６および補剛手段１１５で構成される。補剛手段１１５は、例えば球形輪郭の補剛材またはプレート・ガーダでよい。板要素１０２を補剛手段に取り付けて、空隙１０４を形成する。次に空隙１０４をコンクリート１０３で充填する。補剛手段１１５のうち取り付けた板要素１０２の層の外側に突出する部分は、図１２の点線で２つの補剛手段１１５について示すように、残りの強度が十分であれば除去することができる。この除去は、板要素１０２を取り付ける前、またはその後に実行することができる。補剛手段１１５の部分を除去すると、平滑な表面になり、これは本発明で改良する前は、多くの突出する補剛材および隅部があった。

図１３は、薄板金３のコンクリート層に面する側に取り付けて、それにより２つの材料間の接合および機械的取り付けを改良することができるダボ１０のいくつかの例を示す。図１３ａは、コンクリート、プラスチック、または少なくともコンクリート層と同じ強度を有し、薄板金３に接着される他の材料で作成したノブ１０を示す。図１３ｂは単純な鋼スタッド１０を示し、これはアーク溶接または摩擦溶接によって薄板金３に取り付けられる。図１３ｃは、スタッドまたは短いチャネル区間１０を示し、これは薄板金３に溶接され、屈曲または突出した形態によって係留を改良する。図１３ｄは、所望の薄板金３の距離に正確に対応する長さで、それにより層状構造アセンブリの係留部および実際的スペーサの両方として働く同様のダボ１０を示す。

図１４は、層状構造の２枚の薄板金３を所望の距離で結合し、コンクリート層との機械的相互作用も提供する連結材１１のいくつかの例を示す。また、このような固定した連結材１１は、コンクリートと薄板金との結合が不良である場合に、表皮の座屈を防止するために重要である。図１４ａでは、鋼または別の材料のＩ字形連結材を２枚の薄板金３に溶接する。図１４ｂは、溶接した連結材１１がＵ字形または開放チャネルの形態を有する同様のケースを示す。図１４ｃの連結材は、一方の薄板３にのみ溶接され、連結材用に適切な開口部がある鋼部片で、反対側の薄板に溶接される「目」を通して他方の薄板３に取り付けられるという意味で、異なるものである。この方法で、組立中に対向する薄板を滑動させ、適正な位置にすると、２枚の薄板が相互に結合される（矢印Ａ参照）。図１４ｄの連結材１１は、滑動連結材の両面タイプであり、両方の薄板３が対向する位置に配置された「目」の取り付け部を有する。開放チャネルまたはＵ字形連結材１１が滑動して、２つの「目」に入ると、外部薄板３が所定の位置にロックされる（矢印Ｂ参照）。

本発明をここでは例示により説明しているが、添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明の範囲内でいくつかの修正および変更を実行することができる。

本発明による層状構造の部品で建造した船舶を示し、本発明を示すために船体の一部が除去されている。 図１の船舶の詳細を示す。 船舶の３つの異なる実施形態の１つの断面図を示し、船舶の全体または一部に、本発明による層状構造が使用されている。 船舶の３つの異なる実施形態の別の１つの断面図を示し、船舶の全体または一部に、本発明による層状構造が使用されている。 船舶の３つの異なる実施形態の更に別の１つの断面図を示し、船舶の全体または一部に、本発明による層状構造が使用されている。 本発明による層状構造を示す。 本発明による層状構造の第２の実施形態を示す。 本発明による層状構造の第３の実施形態を示す。 本発明による要素の異なる実施形態の１つを示す。 本発明による要素の異なる実施形態の別の１つを示す。 層状構造モジュールの一部を示す。 本発明により改良した隔壁の一部の斜視図を示す。 改良された波形板の一部の断面図を示す。 補剛手段で改良された構造の一部の断面図を示す。 ａ〜ｄは、本発明に使用するダボの異なる実施形態を示す。 ａ〜ｄは、本発明に使用する連結材の異なる実施形態を示す。

Claims (36)

1. 船、浮きプラットホームなどの船舶であって、全体または一部が、２枚のほぼ平行な薄板金を含み、その間にコンクリート層がある層状構造を備え、当該コンクリートが、通常のコンクリートよりも大いに低く、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有し、層状構造は、構造内のコンクリート層が本質的にまったく張力を担持しないが、圧縮力を担持することができ、薄板金を支持するように寸法決定されることを特徴とする船舶。
2. 船、浮きプラットホームなどの船舶に使用する層状構造であって、２枚のほぼ平行な薄板金を備え、その間にコンクリート層があって、当該コンクリートが、通常のコンクリートよりも低く、好ましくは１２００ｋｇ／ｍ^３未満の重量を有する層状構造。
3. コンクリート層に面する表面の薄板金が、薄板金とコンクリート層との間の結合または接続特性を向上させる手段を備える請求項１または２に記載の船舶または層状構造。
4. 結合特性を向上させる手段が、薄板金の表面にて粗さが増大することか、追加の接着層またはダボ、またはその組み合わせである請求項１または２に記載の船舶または層状構造。
5. ダボがコンクリート層内の有意な距離に、およびせいぜい層状構造の反対側にある薄板金に到達する請求項４に記載の船舶または層状構造。
6. 層状構造のコンクリート層に、コンクリート層の延性を向上させ、亀裂開口部を減少させ、張力を担持できる繊維が追加される請求項１または２に記載の船舶または層状構造。
7. ２枚の薄板金の間に少なくとも１つの連結材がある請求項１または２に記載の船舶または層状構造。
8. 連結材が点接続部を備える請求項７に記載の船舶または層状構造。
9. 連結材が少なくとも１方向にガーダを備える請求項７または８に記載の船舶または層状構造。
10. 前記コンクリート層が、複数の長手方向にほぼ平行で、等しい断面または異なる断面および内部空隙を有する負荷容量チャネル要素を備え、層状構造の他の要素と共に桁箱を形成する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の船舶または層状構造。
11. チャネル要素がスペーサで隣接する薄板金に接続される請求項１０に記載の船舶または層状構造。
12. 表面薄板金に直角に配向されたチャネル要素の２つの側部が、２枚の薄板金に直接取り付けられる閉鎖チャネル形態を超えて延びる請求項１０に記載の船舶または層状構造。
13. チャネル要素の両方の開放端が、長手方向がチャネル要素の長手方向に対して横方向の状態でガーダに接合され、閉じた桁箱を形成する請求項１０、１１、または１２に記載の船舶または層状構造。
14. 層状構造の桁箱の少なくとも１つに対するアクセスがあり、桁箱がサービス・シャフトおよび／または検査用シャフトなどとして機能することができる請求項１３に記載の船舶。
15. 隔壁のコンクリート層の桁箱に対するアクセスがあり、したがって桁箱が例えば水バラストなどの区画室として機能することができる請求項１４に記載の船舶。
16. 層状構造のコンクリート層の桁箱に対するアクセスがあり、したがって桁箱が燃料の区画室として機能することができる請求項１３に記載の船舶。
17. 前記コンクリート層または桁箱の内側に面していない前記薄板金の表面の一方または両方が、異なる材料の別の外層を含むことができる、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の船舶または層状構造。
18. 既存の構造の負荷容量を改良する方法であって、
    ・空隙を形成するために、少なくとも１つの他の板要素を既存の構造に取り付けるステップと、
    ・通常のコンクリートよりも大いに低く、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度のコンクリートで空隙を充填するステップと、
    ・コンクリートを硬化させるステップと
    を含むことを特徴とする方法。
19. 既存の構造の他の空隙を、通常のコンクリートよりも大いに低く、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度のコンクリートで充填する請求項１８に記載の方法。
20. コンクリートを追加する前に、空隙の垂直方向で最高部分の近傍に少なくとも１つの開口部を作成して、空気の排出を容易にし、空隙を十分に詰めたことを判断するために、少なくとも１つの他のアクセスを通して空隙にコンクリートを追加する請求項１８または１９に記載の方法。
21. 板要素を既存の構造の両側に取り付けて、空隙を形成する請求項１８または２０に記載の方法。
22. 既存の構造が、交互になってほぼ平行な隆起および溝を有する波形構造であり、波形板の少なくとも１つの溝を覆って、少なくとも１つの空隙を形成するように少なくとも１つの他の板要素を取り付ける請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 既存の波形構造の溝を覆う板要素が、溶接によって、または板要素の側部を既存の波形構造の隆起に取り付ける他の方法によって取り付けられる請求項１８〜２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 空隙が、既存の構造の一部である補剛手段に板要素を取り付けることによって形成される請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の方法。
25. 補剛手段が、板要素をこれに取り付けて空隙を形成する前、またはその後に改造される請求項２４に記載の方法。
26. 交互でほぼ平行な隆起および溝を有する改良型波形構造であって、片側または両側に、波形板に取り付けた少なくとも１つの板要素を備え、そのため板要素が少なくとも１つの溝を覆って空隙を形成し、空隙が、通常のコンクリートよりも大いに低く、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度のコンクリートで充填されることを特徴とする改良型波形構造。
27. 少なくとも一方側の全溝が板要素に覆われ、それにより平滑な表面を形成する請求項２６に記載の改良型波形構造。
28. 請求項１８〜２５のいずれか１項に記載の方法により作成し、強度および負荷容量が改良された、例えば、隔壁、側壁、底部構造などのような船または船舶の構造。
29. 請求項２〜１２に記載の層状構造により、船、浮きプラットホームまたは同様の、または他の構造用構造物のように、例えば、船舶に使用する層状構造モジュールであって、モジュールが、２枚の薄板金およびコンクリート層を備えた少なくとも２つのこれより小さい要素で構築され、これより小さい要素が、モジュールの厚さとほぼ等しい厚さであり、要素がさらに、２枚の薄板金の間に少なくとも１つの連結材を備えることができ、そのため２つのこれより小さい要素は、合わせると２枚の平滑な外部金属表面を形成する層状構造モジュール。
30. 層状構造モジュールを獲得するための要素であって、２枚のほぼ平行な薄板金を含み、その間にコンクリート層があって、当該コンクリートが、通常のコンクリートよりも低く、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有することを特徴とする要素。
31. 要素が長さ、幅および厚さを有し、厚さおよび長さは、層状構造モジュールにほぼ対応し、幅は層状構造モジュールの一部になる請求項３０に記載の要素。
32. 要素が少なくとも１つの縁部に、コンクリート層内の開放チャネル要素を有し、これは薄板金にほぼ平行であり、チャネル要素は、２つの要素が相互に接合されると、コンクリート層内の閉鎖チャネル要素の少なくとも一部を形成する請求項３０または３１のいずれか１項に記載の要素。
33. 船、浮きプラットホームなどのような船舶の全体または一部を建造するために層状構造を生産する方法であって、２枚のほぼ平行な薄板金が使用され、薄板金が所望の距離に位置決めされ、これらの２枚のシート間にコンクリートの中間層が注入され、コンクリートは、通常のコンクリートよりも低く、好ましくは約１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有することを特徴とする方法。
34. 船、プラットホームなどのような船舶の全体または部分を建造するために層状構造を形成する要素を生産する方法であって、２枚の主に平行な薄板金が使用され、薄板金が所望の距離で設定され、これらの２枚のシート間にコンクリートの中間層が注入され、コンクリートは、通常のコンクリートよりも低く、好ましくは１２００ｋｇ／ｍ^３未満の密度を有し、その後にコンクリートの中間層を硬化させることができることを特徴とする方法。
35. コンクリートを注入する前に、開放チャネル要素を、２枚の薄板金間の開口部の中心部分で、要素の少なくとも１つの隅部に取り付ける請求項３４に記載の方法。
36. 明細書および図面に記載されたような船舶、構造、構造モジュールおよび要素。
    

Images