JP2009541615A - 橋梁、及び橋梁を製造する方法 - Google Patents

Abstract

橋梁は、１つの内管部（２）、及び内管部（２）を取り囲む１つの外管部（１）から構築される。内管部及び外管部（１、２）は、内管部（２）及び外管部（１）が接続パイプ（３‐１３）を通して互いに接続され、それによって剛性複合構造が形成されるように内管部（２）の外表面及び外管部（１）の内表面に溶接された接続パイプ（３‐１３）によって、互いに接合される。これらの管及びパイプは、互いにレーザー溶接されることが好ましく、連続シームが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に、物質、電気及び通信ライン、並びに人の通路を形成するための、超軽量鋼鉄製橋梁を製造する方法に関する。

本発明は、その方法によって製造された橋梁にも関する。

現在、歩道橋、パイプ橋、及び運搬橋は、支持フレーム、並びにそのフレームを覆っている壁部、床部、及び屋根部を含む。パイプ、人の通り道、及びケーブルなどがその橋梁の内部に位置し、橋梁のフレームにこれらを搭載するために用いられるさらなる支持構造が必要である。従って、フレームは、その覆っている構造及び有効部材、並びにそれらの支持構造の全重量を支えなければならず、このため、支持フレームは非常に強固な重いものとならざるを得ない。重量構造は、さらに、地面に対する支持体又は建築構造が短スパンで必要となる。そのような重量構造は、建築に時間がかかり、大量の建築資材と作業が必要であるため費用のかかるものとなる。橋梁の断面は、建築が最も容易であることから、通常は正方形である。このため、受風面積が大きくなり、風によって橋梁に大きな負荷がかかることになる。降雪環境下では、橋梁の平らな屋根部に雪が堆積して応力が増大し、冬期の間は除雪が必要となる場合がある。橋梁は、通常はＡフレームが用いられる重量支持架台を用いるため、地面又は床面に広い区域が必要である。この区域は、支持架台があるために、実質的に他の目的には使用できない。全体として、現在の橋梁構造は、非常に重く、大きく、費用がかかり、材料費がかさむものである。

本発明によれば、橋梁は、１つの内管部、及び内管部を取り囲む少なくとも１つの外管部から構築され、内管部及び外管部は、内管部及び外管部が接続パイプを通して互いに接続され、それによって剛性複合構造が形成されるように内管部の外表面及び外管部の内表面に溶接された少なくとも１つの前記接続パイプによって、互いに接合される。

本発明の他の局面によると、管部及びパイプは、互いにレーザー溶接され、連続シームが好ましい。内管部及び外管部の間の空間は、非常に強固な応力外皮構造が形成されるように、内管部及び外管部に溶接されたいくつかの接続パイプを含むことが好ましい。橋梁の材料は、ステンレス鋼又は耐酸鋼であることが好ましく、それによって、橋梁は、気象条件及び環境によるストレスに対する耐性を有する。管部の断面は、楕円形であることが好ましい。

本発明の１つの実施形態によると、橋梁は、防液性及び気密性の空間が形成されるように、連続シームを用いた溶接によって接合される。

本発明のその他の目的及び特徴は、添付の図面と共に考察される以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。しかし、これらの図面は、単に説明の目的を意図するものであって、本発明の限界を定義することを意図するものではなく、これらに対して添付の請求項を参照するべきであることは、理解されるべきである。

本発明は、液体、気体、及び固体物質の輸送のために、又は軽車両通行用橋梁として利用することができる。閉じられた連続する表面を持つ橋梁は、整然とした外観を有している。液体、気体煙、若しくは蒸気の輸送に用いられる、又は粒子状固体物質のための空気コンベアとして機能する薄壁多用途パイプを、橋梁の管部の間に一体化させることにより、超軽量であるが極めて剛性な構造が達成される。考え方は、多用途パイプを、その重量を別の支持構造で支えるのではなく、構造部材として用いるということである。橋梁全体の重量、すなわち、橋梁の重量と輸送される物質の重量を合わせた重量と比較した、橋梁の正味の重量、すなわち、輸送される物質の重量という点で、極めて好都合である。さらに、堅さ及び剛性により、橋梁の支持体間を長スパンとすることもでき、それによって、地面又は床面上に要する橋梁の占有区域、並びに必要な建築資材の量が減少する。長スパン及び超軽量構造の組み合わせにより、建築資材の使用量を、極めて大きく削減することができる。

本発明の好ましい実施形態では、橋梁は、もともと防液性及び防ガス性であることから、水面に浮遊した状態で、又は水面下に配置することができる。橋梁はさらに、橋梁の内部が汚染から気密性を保たれていることから、汚染された、又は有害な空間を通すことも容易に可能である。この構造は、さらなるシールを行うことなく、過圧状態、及び減圧状態に耐性を有する。これは、管部の内部又は外部にある粉塵又は気体などから気密性を保つ際に有益である。同じ構造を、さらに、地下のパイプトンネル、又はその他のトンネル構造に用いることもでき、この場合、通常は、土壌の重量による負荷をさらなる支持構造なしに支えることができる。

橋梁の支持脚部は、少なくとも２つの外皮管（ｓｋｉｎ ｔｕｂｅ）及び接続パイプを用いることにより、同じ原理に従って構築することができる。そのような構造は剛性及び安定であり、従って、Ａフレームの代わりに単脚（ｓｉｎｇｌｅ ｌｅｇ）のみを使用することができる。このことにより、Ａフレームなどを用いる場合と比較して、橋梁下部の占有区域に非常に広い空いた部分ができることになる。この脚部は、橋梁構造のように多用途パイプを通すために用いることができ、脚部の内管部内に非常出口、階段、又はエレベーターさえも設置することが可能である。このことによって、空いた空間がより効率よく利用され、脚部の構造は、Ａフレームの構造に比べて非常に単純なものである。

本発明の１つの有利な実施形態によると、橋梁の断面は楕円形状である。このことにより、内管部と外管部との間の距離を、管部の間に種々の径のパイプが設置されるように、変化させることができる。さらに、この断面形状は、構造の堅さという点で非常に有利である。橋梁の外皮に平面部分がないため、風の抵抗が小さく、振動を起こす乱流が低く抑えられる。屋根部表面が曲面で平滑であることから、橋梁上に雪が堆積することはなく、従って、除雪の必要がない。これは橋梁のメンテナンス費用という面で重要である。風及び雪による負荷が低いことは、脚部にかかる応力も低減し、脚部をより軽量にすることができる。外表面が平滑であり、さらに外表面を耐候性材料で形成することにより、橋梁を、単に水及び場合によっては洗剤で洗浄することで清浄に保つことができる。所望する場合は、橋梁の洗浄を自動化することができる。

橋梁は、単に構造中に必要な配管を追加するだけで、容易に加熱又は冷却を提供することができる。断熱は、橋梁の少なくとも２つの外皮管部間を減圧することによって形成することができ、又はその同じ空間を、その空間へスプレー注入された断熱発泡体、又はその他の従来のいかなる断熱材によって提供してもよい。注目すべきは、ここで用いられる鋼材が熱伝導によって熱の移動を引き起こすものの、管部内の閉じられた空間を提供する構造は、すでに断熱の作用を有するということである。

本発明による橋梁、パイプ橋を示す図である。 本発明による第２の橋梁、運搬橋を示す図である。 本発明による第３の橋梁、歩道橋を示す図である。 本発明による橋脚部の実施形態を示す図である。

図１は、楕円形状の外皮管部１、及び円形状の内管部２を有するパイプ橋を示す。外管部１と内管部２との間の距離は、従って、楕円の側部よりも端部の方が大きくなる。これによって、内管部と外管部との間の空間に種々の径を持つパイプを設置することが可能となる。内管部と外管部との間の距離が最大となるパイプ橋の上部には、一体化された大径ガスパイプ４が設置される。管部１と２との間の空間は、外管部１の楕円の中点へ向かうにつれて小さくなる。同時に、その空間に配置されるパイプの径もそれに従って小さくなる。本実施形態では、パイプは、液体パイプ３、空気パイプ５、空気輸送ライン６、オートメーションケーブル用チャネル１１、電気ケーブル用チャネル１２、及び凝結水除去用パイプ９、並びに、最後に、一体化されたプロセスパイプ１７を含む。さらに、空間１３は、メンテナンス、又は出入り用の扉のために、内管部と外管部との間に形成される。内管部２の内部の空間は、断熱された熱管部１５を搭載した主支持梁部１４によって区切られている。主支持梁部の下には、様々な個別のパイプ１６のための空間が存在する。

図１の実施形態で示されるパイプは、この橋梁構造内に設置可能な多用途パイプの種類の例に過ぎない。耐力構造は、主に内管部及び外管部の外皮、並びにその間にあるパイプから成る。これらのパイプ及び管部は、非常に剛性である応力外皮構造を形成し、使用されている材料の厚さに比べて、大きい負荷に耐えることができる。外皮管部１、２の厚さは、好ましくは０．５‐２ｍｍとすることができるが、最大４ｍｍまでの厚さも用いることができる。材料メーカーから標準的な厚さとして容易に入手可能な材料厚さを選択することが推奨される。これは、建築コストを低く抑える手助けとなる。橋梁内の多用途パイプは、その当初の用途に対する要求事項に従った寸法としなければならない。しかし、それらの強度は、橋梁が本発明に従って設計される場合、通常は、橋梁の構造部材としての使用に対して適切である強度を超えている。橋梁の部材がここで示すように組み合わされる場合、構造の合わせた強度は、各部材を合計した剛性及び強度を遥かに超えるものとなる。

図２は、内管部及び外管部１、２ともに楕円形状の断面を有する歩道橋を示す。従って、外皮間の距離は、管部の全周にわたって同じである。この例では、スプリンクラーパイプ９、内管部２の内部空間に照明孔を有する照明ケーブルパイプ、窓部材１８、トンネルのための排水パイプ８、及びオートメーション電気ケーブルパイプは、管部の間に配置される。楕円形状の端部には、空気取り入れ用チャネル１９、及び空気出口用チャネル２０がある。これらのチャネル１９、２０を形成するパイプの直径は、内管部及び外管部の間の距離よりも大きく、それによってそれらは内管部の内部へ到達し、内管部は、これらのパイプ１９、２０に接合されている。内管部は、本実施形態では、凸面形状の曲面となるように加工された２つの金属板部分から作られ、空気パイプ１９、２０に溶接されている。歩道橋部２１は、内管部の内部に形成される。

図３による運搬橋は、再び、楕円形状の外管部１及び円形状の内管部２を利用している。最も大きなパイプ、すなわち、粉塵除去パイプ２２及び加熱パイプ２３が、外皮管部間の距離が最大となる橋梁の側部を通っている。それに加えて、橋梁用排水パイプ８、スプリンクラーパイプ９、照明ケーブルパイプ１０、オートメーション及び電気ケーブル用の架設パイプ１１、１２が、外皮管部１、２の間を通っている。内管部の内部の空間は、仕切り壁２４で仕切られており、その一方の側が歩道橋部であり、もう一方の側がベルトコンベアである。本実施形態、又は本発明の他のいかなる実施形態のコンベアも、所望するいかなる種類のものであってよく、例えば、ベルトコンベア、チェインコンベア、スクレーパーコンベア、空気コンベア、又はコンベア軌道（ｃｏｎｖｅｙｏｒ ｔｒａｃｋ）であってよい。

産業界及びその他で使用される橋梁は、多くの場合非常に長いため、その長さは温度によって大きく変化する。これを相殺するため、蛇腹構造を用いることができる。通常使用されている公知の種類の蛇腹構造を、本発明でも使用することができる。交差部、又は分岐部は、Ｔ型、Ｘ型、又はその他のいかなる種類でもよい。交差地点を形成するための考えられる１つの方法としては、本発明と類似の応力外皮構造として作製することができるボール形状の交差部材を用いることである。橋梁は通常、決まった長さを有するセグメントから成るため、そのセグメントを互いに接合しなければならない。これは、蛇腹構造を用いるか、又は橋梁セグメントの端部に取り付けられたフランジ部を接合することによって行うことができる。

図４は、本発明による橋梁を支持するために使用することができる脚部の１つの実施形態を示す。基本的に、脚部は橋梁セグメントと類似の構造であり、ただ、直立した形で設置されるだけである。図４の脚部は、円形状の内管部２と楕円形状の外管部１との組み合わせを有する。脚部内の内管部と外管部との間に設置される多用途パイプは、主に、橋梁に用いられるパイプと同じものから成る。パイプの数及び種類は、当然、橋梁及び脚部を使用する分野によって決定される。多用途パイプは、オートメーション、及び電気ケーブル用のパイプ１１、１２、排水パイプ８、スプリンクラー水用パイプ９及びさらなる消火水用パイプ２８、空気加熱用パイプ２７、粉塵除去用パイプ２２、並びに脚部シャフト３０の換気用パイプ２９を含む。脚部シャフトは、内管部２の内部空間によって形成され、脚部によって支持される橋梁への出入りのための梯子、階段、又はエレベーターを設置することができる。必要であれば、脚部は、ウエブ状の補強材２６でさらに補剛することができる。

外管部及び内管部に対しては、楕円及び円形状の断面が好ましい。基本的に、これらは、四角形、五角形、又は六角形などの角のある断面から成っていてもよい。しかし、このような形状では、角の端部が応力点を形成し、まっすぐな平表面は、曲表面よりも座屈に対する抵抗力が弱い。従って、このような形状は、材料及び厚さが同じであっても、楕円及び円のような連続曲線形状と同じ強度を必ずしも示さない。このような形状は、風及び雪による負荷からも、より影響を受けやすい。１つの好ましい実施形態として、例えば、管部の上部が楕円形状の曲面、下部が円形状となるなどのように、断面の一部を楕円形状に、一部を円形状に形成することが考えられる。

橋梁、又は脚部は、以下のようにして製造される。

まず、内管部１が形成される。これは、金属の平板を所望の曲率に曲げ加工し、端部同士を溶接することによって行うことができる。後の製造工程でレーザー溶接を使用するため、本工程でもレーザー溶接を使用することが妥当である。しかし、所望する場合は、その他のいかなる溶接方法もここで用いることができる。楕円形状の管部の径又は寸法は、橋梁構造では非常に大きいものとなる場合があり、従って、互いに溶接されるいくつかのセグメントから成る管部を作製することが望ましいであろう。第２の製造工程では、多用途パイプが内管部の外表面にレーザー溶接される。ここでレーザー溶接を使用するのは、金属板のうちの１つを通して溶接を行った場合、金属板の間にシームを形成することができるからである。ここでは、溶接は内管部の内側から行う。レーザー溶接では、連続シームを用いることが好ましい。これによっても、液体及び気体に対して気密性を有するシームが形成され、従って、構造全体を気密にすることができる。所望の数の多用途パイプの内管部への溶接が終わると、第２の（外）管部１を１枚若しくは複数枚の金属板から加工し、多用途パイプ上へ溶接することができる。外管部は、外管部の外皮の外側から多用途パイプへ溶接される。ここでもレーザー溶接、並びに連続シームが用いられる。何らかの理由で所望する場合は、不連続なシームを用いることができるが、レーザー溶接においては、それによってエネルギー、材料ともに節約されることはない。外管部も、多用途パイプ上に１つずつ載せることができる複数のセグメントから作製することが好ましく、そのセグメントが配置された時点で端部同士を溶接によって封止する。当然、外管部を別に製造し、その管部を長手方向に多用途パイプ上を通すということもまったく同様に可能である。内管部の寸法が小さい場合、十分に大きい径を有する既製の鋼管から作製することが可能である。この場合でも、そのような管は、通常、溶接された管であり、従って少なくとも１つのシームが内管部上に形成される。

製造の重要な特徴は、まずは内管部の内側から、次に外管部の外側から、管部を多用途パイプへレーザー溶接することである。シームは連続であることが好ましい。

上述の構造例、及び製造の説明は、２個の管部又は外皮コアを有する部材を示しているだけである。３個、４個、若しくはさらに多くの同軸管を用いてマルチコアの橋梁構造を作製することもまったく可能である。例えば、第３の管部を追加することで、橋梁全体を断熱化することができ、この場合、断熱部は中間管部と外管部との間である。

このように、本発明の基本的な新規な特徴を、その好ましい実施形態にあてはめることで示し、説明し、指摘してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者によって、形状及び記述内容の詳細について種々の省略、置き換え、及び変更が可能であることは理解されるであろう。例えば、実質的に同じ結果をもたらす部材、及び／又は方法の工程のすべての組み合わせが本発明の範囲内であることは明確に意図している。記述したある実施形態から別の実施形態への部材の置き換えも、すべて意図し、想定したものである。さらに、図面が必ずしも縮尺通りに描かれたものではなく、事実上単なる概念図であるということも理解されるべきである。従って、この文書に添付する請求項の範囲によって示される内容によってのみ制限されることを意図している。

Claims (13)

1. ‐第１の断面及び該断面の第１の寸法を有する第１の管部（２）を提供する工程と、
   ‐少なくとも１つの多用途パイプ（３‐１３）を提供する工程と、
   ‐前記第１の断面及び寸法よりも大きい断面及び寸法を有する第２の管部（１）を提供する工程と、
   を含む、橋梁を製造する方法であって、
   ‐前記少なくとも１つの多用途パイプ（３‐１３）を、前記第１の管部（２）の外表面上に、前記第１の管部（２）の内側から、長さ方向にレーザーによって溶接し、及び、
   ‐前記第２の管部（１）を、前記少なくとも１つの多用途パイプ（３‐１３）上に、前記第２の管部（１）の外側から、レーザーによって溶接することを特徴とする、
   方法。
2. 前記溶接を、連続シームを用いて行うことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記管部（１、２）の少なくとも１つを、金属板である少なくとも１つのセグメントから加工し、板の端部同士を溶接して管に成形することによって形成することを特徴とする、請求項１、又は２に記載の方法。
4. 金属板のいくつかのセグメントから成る少なくとも１つの管部を形成することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 楕円形状又は円形状のごとき連続した曲線である断面を有する少なくとも１つの管部を作製することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
6. 楕円形状の断面を有する少なくとも１つの管部、及び円形状の断面を有する少なくとも１つの管部を作製することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 第１の断面及び断面の寸法を有する内管部（２）と、
   第２の断面及び寸法を有し、前記内管部を取り囲む少なくとも１つの外管部（１）と、
   少なくとも１つの多用途パイプ（３‐１３）と、
   を含み、
   前記管部（１、２）の少なくとも１つが、金属板で形成され、該金属板の少なくとも２つの端部を接合するシームを有する、
   実質的に閉じられた構造を有する橋梁であって、
   前記内管部及び外管部（１、２）が、前記内管部及び前記外管部が前記多用途パイプによって互いに接続されて、それによって剛性複合構造が形成されるように前記内管部の外表面及び前記外管部の内表面に溶接された前記少なくとも１つの多用途パイプによって、互いに接合されることを特徴とする、
   橋梁。
8. 前記少なくとも１つの多用途パイプ（３‐１３）が、前記内管部（２）の外表面に前記内管部（２）の内側からレーザー溶接され、前記外管部（１）の内表面に前記外管部（１）の外側からレーザー溶接されることを特徴とする、請求項７に記載の橋梁。
9. 前記管部の少なくとも１つが、楕円形状又は円形状のごとき連続した曲線である断面を有することを特徴とする、請求項７又は８に記載の橋梁。
10. 前記管部の少なくとも１つ（１）が楕円形状の断面を有し、前記管部の１つ（２）が円形状の断面を有し、径の異なる少なくとも２つの多用途パイプ（４、３）が前記管部（１、２）の間の空間に配置されることを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の橋梁。
11. 少なくとも前記管部が、ステンレス又は耐酸鋼から作製されることを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の橋梁。
12. 前記管部の少なくとも１つが、金属板のいくつかの部分から作製されることを特徴とする、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の橋梁。
13. 前記橋梁に類似の構造を有し、少なくとも１つの多用途パイプによって互いに接合された少なくとも１つの内管部及び１つの外管部を持つ少なくとも１つの脚部（図４）を特徴とする、請求項７乃至９のいずれか１項に記載の橋梁。

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