JP2019049177A - 支承構造部材、ホルダ、継手モジュールおよび函体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】支承構造部材、ホルダ、継手モジュールおよび函体モジュールを開示する。【解決手段】支承構造部材は外部負荷の作用を受けている状態で、提供する最大反力が自身の設計閾値である。即ち、外部負荷が支承構造部材の設計閾値より大きい場合、支承構造部材には変形が発生し、設計閾値の大きさの反力を提供する。ホルダは少なくとも１つの支承構造部材を含み、継手モジュールおよび函体モジュールは当該ホルダに配置されている。当該支承構造部材は外部負荷が高くなく、且つ設計閾値より低い場合、剛性構造部材のように変形を効果的に抑制することができる。外部負荷が設計閾値を超える場合に変形を発生し、同時に外部負荷の大きさよりも小さくて安定した支持反力を提供する。当該支承構造部材はホルダ、継手モジュールおよび函体モジュールに利用することができ、当該構造または重要な構造部材を保護する作用を発揮し、橋梁設計、建築構造設計、トンネル設計等の分野において広く応用することができる。【選択図】図１

Description

本発明は支承材料および構造の技術分野に関し、特に支承構造部材、当該支承構造部材を採用するホルダ、継手モジュールおよび函体モジュールに関する。

変形可能な固体は外部の負荷作用下で変形を発生し、変形の特徴に基づいて、一般的には、固体が力を受ける過程での力学的挙動を、弾性変形及び塑性変形という２つの明らかに異なる段階に分けることができる。弾性変形は、外力がある限界値（通常は弾性極限荷重と称する）より小さい場合、変形を引き起こす外力が解除された後、固体が完全に元の形状に復元することができることを示す。このような復元できる変形を弾性変形と呼び、固体が弾性変形のみを発生する段階を弾性段階と呼ぶ。塑性変形は、外力が弾性極限荷重を超えた場合、このときに負荷を解除しても、固体が現状回復することができず、一部分の消えない変形が残されていることを示す。このような残された永久変形を塑性変形と呼び、この段階を塑性段階と呼ぶ。また、固体が後期の塑性変形段階において、材料の変形がその塑性極限を超えて亀裂が局部的に出現し、亀裂が広がることで固体が分断されて完全に分かれる状態になる場合、この時の変形は破断と呼び、図１の応力歪み曲線により示されている。

そのため、従来使用されている変形可能な固体構造が一般的に、支承構造部材とする場合、外部の負荷の変化により、その構造の内力が極限荷重より小さく、極限荷重より大きい場合、弾性変形および塑性変形がそれぞれ発生する。このような通常の可変性固体支承構造部材（例えば鋼構造物、銅構造物）の底部支持構造に伝える作用力も、外部負荷作用の変化にしたがって変化が発生する。弾性変形および塑性歪みが発生し、ひいては破断に至った場合であっても、伝送される作用力も絶えず変動且つ変化し、そして絶えず外部負荷作用力に近付くか、同等になる。この特性により、現在の当該変形可能な固体構造は、土木、住宅およびその他の建設工事における保護構造の設計分野のような、底部支持構造のみに伝送する必要がある負荷の閾値を設計する場合に応用することができない。

本発明の目的は、従来技術に存在する一般的な固体構造が外部の負荷作用下で弾性変形または塑性変形のみを発生し、底部支持構造に伝わる場合の力も絶え間なく変化が発生し、底部支持構造の最大負荷が設計の閾値として提供することができないという上記不足を克服し得る支承構造部材およびその設計方法を提供し、さらに、支承構造部材のホルダ、当該ホルダが採用された継手モジュール、当該継手モジュールが採用された函体モジュールを提供することである。

上記の目的を実現するために、本発明は以下の技術的解決手段を提供する。
支承構造部材の設計方法であって、前記支承構造部材は、外部負荷作用を受ける下で提供する最大反力が自身の設計閾値である。即ち、外部負荷が支承構造部材の設計閾値よりも大きい場合、前記支承構造部材には変形が発生し、同時に設計閾値の大きさに相当する反力を提供する。

本発明の前記支承構造部材は、従来の材料構造であり、当該設計閾値は、当該支承構造部材が外部負荷を受ける場合、歪み発生過程において提供できる最大反力であり、当該反力は、支承構造部材が外部負荷作用の主体に提供する反力、または当該支承構造部材が支承構造部材を支持する担体に伝送される圧力を示す。当該外部負荷が提供する力は圧縮応力であってよく、引張応力であってもよい。

説明すべきことは、当該最大反力は、理論上点まで精確に絞った１つの値であるが、実際には各支承構造部材自身の構造に微視的差異が存在し、測定上の誤差も加わり、当該最大反力は実質的には安定した区間を有する１つの値域である。この値域は、支承構造部材の設計閾値である。さらに、当該支承構造部材が支承構造部材の設計閾値より大きな外部負荷を受ける場合、支承構造部材が提供する最大反力は、歪みが発生する過程においてそれが提供できる最大反力を指す。当該支承構造部材は変形方向において一定の長さを有するため、外部負荷を受けて歪みが発生し、その変形量は、変形極限（つまり最大の変形量）を有するものである。当該支承構造部材が安定した状態にある場合、その支承構造部材の変形量は変形極限になる傾向ではなく、その場合に当該支承構造部材が提供する反力は設計閾値に等しい。当該支承構造部材が極限に至るまで歪み、これ以上歪みが発生できないとき、それが提供する最大反力は逆に突然の変化が発生して外部負荷の大きさに近付く。本出願で議論する当該反力の値は、変形の発生から変形極限の区間までの範囲である。

当該支承構造部材の設計方法では、支承構造部材に弾性変形と塑性変形のみが発生し、上限負荷より大きい場合に破断が発生するという剛性構造の欠陥を克服し、また、弾性変形のみが発生する柔軟性構造の欠陥を克服することができる。即ち、当該支承構造部材が外部負荷が高くなく、且つ設計閾値より低い場合、鋼構造物と同じ支持反力を提供して効果的に変形を抑制することができる。一方、当該支承構造部材には、外部負荷が設計閾値を超える場合、外部負荷の大きさより小さく、安定した支持反力を提供するために、柔軟性構造のように迅速に変形または切削変形（当該変形は従来の弾性変形または塑性変形とは異なる）が発生する、それにより、当該支持担体に破壊が発生しないように、当該支承構造部材を支持する担体に安定した圧力を提供することができ、橋梁設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用され得る。

好ましくは、外部負荷が支承構造部材の設計閾値以下である場合、前記支承構造部材には変形が発生すると共に、外部負荷の大きさ以下の反力を提供する。

前記分析に基づいて、当該支承構造部材の荷重変位特性曲線を複数の段階に分けることができる。第１段階では、その支承構造部材が外部負荷を受けて発生する反力は、支承構造部材の変形量（変位量）の増大とともに徐々に増大する。このときに外部負荷の力の大きさは支承構造部材の設計閾値より小さい。当該支承構造部材には変形が発生し、同時に外部負荷の大きさ以下の反力を提供する。その支承構造が外部負荷を受けて設計閾値の大きさに到達し、ひいては設計閾値を超える場合、第２段階に入る。第２段階において、当該支承構造の変形量は増加し続ける。この場合、支承構造には歪みが発生することによって提供される反力は、支承構造部材の変形量が歪みの極限に達するまで、変化せずに設計閾値と等しい状態を保持する。

好ましくは、外部負荷が支承構造部材の設計閾値以下である場合、前記支承構造部材には弾性変形および／または塑性変形の歪みが発生する。

上記の支承構造部材は、外部負荷が支承構造部材の設計閾値以下である場合、発生する変形は弾性変形および／または塑性変形の歪みである。その場合に支承構造部材は剛性構造部材に発生する歪みが提供する最大反力と類似する。当該歪みの大きさは必ずしも肉眼で識別できる長さの範囲ではなく、マイクロメートルレベルの微視的な変位の変形範囲である。それは支承構造部材の内部構造で発生する弾性変形または塑性変形の歪みによって発生した反力である。

好ましくは、外部負荷が支承構造部材の設計閾値より大きい場合、前記支承構造部材は、例えば切削変形のように塑性変形よりもさらに迅速な歪みが発生する。この場合、当該支承構造部材は柔軟性構造部材と同様な歪みを発生する。提供する最大反力は外部負荷の大きさより小さいものであり、歪みが発生する過程において外部負荷の力の一部分を解放し、最終的に提供する最大反力は安定した閾値である。

好ましくは、前記外部負荷は前記支承構造部材が受ける圧力である。つまり支承構造部材に垂直な面の力である。この力は同じ大きさを持続する力であってもよく、時間と共に変化する力であってもよい。

本発明は支承構造部材をさらに提供する。前記支承構造部材が外部負荷の作用を受ける下で提供する最大反力は自身の設計閾値である。つまり外部負荷が支承構造部材の設計値より大きい場合、前記支承構造には変形が発生し、さらに設計値と同じ大きさの反力を提供する。

好ましくは、外部負荷が支承構造部材の設計閾値以下である場合、前記支承構造部材には弾性変形および／または塑性変形の歪みが発生し、外部負荷の大きさ以下の反力を提供する。

支承構造部材が受ける外部負荷が小さい場合、つまり支承構造部材の設計閾値以下である場合、支承構造部材は剛性状態にある。弾性変形を利用して十分な支持反力を提供することができ、安定状態に置かれる。このときの当該反力は外部負荷の大きさよりも大きくならない（つまりそれ以下）。具体的には一般的な状況下において、支承構造部材が外部負荷を受けて微小の弾性変形が発生している過程において（例えばマイクロメートルレベルの微視的変位の変形範囲）提供する支持反力は当該時刻に対応する外部負荷力の大きさより小さいものである。支承構造部材に微小の弾性変形が発生した後に安定状態にある場合、当該支持反力は外部負荷の大きさに等しくなる。

外部負荷が継続して増大する場合、支承構造部材は別の変形状態に入り、さらに大きい支持反力を提供すると同時に変形が発生する（例えば塑性変形状態）。当該支承構造が提供する反力の大きさと変位の変形量は曲線変化の関係にある。

外部負荷が支承構造部材の設計閾値より大きくなった場合、つまり当該支承構造部材の構造の安全性の上限を危険にさらす場合、当該支承構造部材は大変形または急速切削の状態に入る（ただし一般的な構造材料のような破断状態が発生しない）。当該支承構造部材に急速変形が発生する過程において、迅速に外部負荷の一部分を解放することができる。当該一部の外部負荷の大きさは、支承構造部材の設計閾値を超える負荷力と等しい、あるいは略等しい。そのため当該支承構造部材は外部負荷の大きさよりも小さくて安定した支持反力を提供することができる。提供された反力は一定の値前後を維持する、安定した力であるため、当該支承構造が提供する反力の大きさと変位の変形量は水平な直線変化の関係にある。

外部負荷が設計閾値の大きさ以下まで解放された場合、当該支承構造部材は第２段階の変形の発生が停止し、再度塑性変形または弾性変形状態のような第１段階の変形に入る。

当該支承構造部材は、支承構造部材に弾性変形と塑性変形のみが発生し、上限負荷より大きい場合に破断が発生するという剛性構造の欠陥を克服し、また、弾性変形のみが発生する柔軟性構造の欠陥を克服することができる。つまり、当該支承構造部材は、外部負荷が高くなく、且つ設計閾値より低い場合、鋼構造物と同じ支持反力を提供して効果的に変形を抑制することができる。一方、外部負荷が設計閾値を超える場合、当該支承構造部材には、外部負荷の大きさより小さく、安定した支持反力を提供するために、柔軟性構造のように迅速に大変形または切削変形（ここでの大変形は、支承構造部材が設計値より低い外部負荷を受けるときに発生する小さな変形に対して言及したものであり、つまり単位時間あたりの変形量がさらに大きいことを意味する。切削変形は、支承構造部材に発生する変形過程において結晶体が結晶格子に沿って滑動し得ることによって発生した変形状態を指す。）が発生し得る。それにより、当該支持担体に破壊が発生しないように、当該支承構造部材を支持する担体に安定した圧力を提供することができ、橋梁設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用され得る。

好ましくは、前記支承構造部材は金属材料または金属合金材料の構造部材である。

好ましくは、前記支承構造部材は亜鉛材料の構造部材、亜鉛合金材料の構造部材、アルミ材料の構造部材またはアルミ合金材料の構造部材である。

当該支承構造部材は適切な展延性および優れた切削性を有し、亜鉛、亜鉛合金、またはアルミニウム、アルミニウム合金等の金属に適し、加工や製造をしやすい。一方、従来の赤銅のような展延性に非常に優れる金属および青銅のような脆性金属は、当該支承構造部材の特性には合致しない。

好ましくは、前記支承構造部材は柱状体である。

好ましくは、前記支承構造は、例えば円柱形状の構造のような回転体構造であり、当該材料は軸線を対称軸とする均質等方性を有し、これにより、当該支承構造の特性をより効果的に満たすことができる。

好ましくは、前記支承構造部材は異径部を含み、前記異径部は横断面の大きさが軸方向に沿って変化する構造部分である。

当該支承構造部材の異径部の構造部分は、外部負荷を支承する作用を発揮するだけでなく、さらに荷重変位曲線を安定させる作用を発揮する。つまり、異径部の変形過程において安定した大きさの反力を提供する。

好ましくは、前記異径部は横断面の大きさが軸方向に沿って徐々に大きくなる構造であり、異径部の端部の横断面の大きさは前記定径部と接続される異径部の位置の横断面の大きさより大きい。

好ましくは、前記異径部の側面は、内側へ凹み、ラッパ形状である。当該構造により、当該支承構造部材が設計閾値よりも大きい外部負荷の作用下で、発生した大変形または切削変形が比較的対称で均一である場合、それによって提供される反力も比較的安定した状態である。

好ましくは、前記支承構造部材は、前記異径部上に接続される定径部をさらに含み、前記定径部は断面積の大きさが軸方向に沿って同じである構造部分である。

当該支承構造部材の定径部は主に外部負荷を支承することに用いられ、異径部は主に主要な変形作用を発揮する構造部分である。

好ましくは、前記定径部と異径部は滑らかに移行できる。前記支承構造部材は一体成形されている構造部材であり、これにより、材料は等方性を有し、表面または内部構造の欠陥により塑性変形の負荷上限で破断が発生することが回避される。

好ましくは、前記異径部の下端にはさらに前記支承構造部材を配置するため用いられる組立部が設けられている。前記異径部に接続されている組立部の一端の大きさは、前記異径部端部の大きさより小さい。

組立部は支承構造部材を配置して固定することに用いられ、同時に支承構造部材の変形が定径部と組立部との間の異径部に集中するようにしている。

好ましくは、前記組立部は回転体構造であり、さらに前記定径部と異径部は一体で成形された構造部材である。

好ましくは、前記支承構造部材の定径部、異径部、組立部の横断面の直径はそれぞれｄ３、ｄ３〜ｄ２およびｄ１である。ここで、ｄ２＞ｄ３＞ｄ１であり、前記異径部の横断面の直径はｄ３〜ｄ２である。これは、異径部（１２）の横断面の直径の最小寸法がｄ３であり、横断面の直径の最大寸法がｄ２であることを示している。

好ましくは、前記異径部と組立部が相互に接続されている部分が肩幅であり、前記肩幅の大きさは（ｄ２−ｄ１）／２に等しい。ここで、（ｄ２−ｄ１）／２の参考値は３〜４ｍｍである。

試験において、当該肩部構造の肩幅の大きさにより、当該支承構造部材が大変形または切削変形を発生する場合に、提供される反力の大きさと変位の変形量が水平直線に近い変化の関係であることが示されている。

好ましくは、前記定径部の長さＬ３は２２〜２８ｍｍであり、直径ｄ３は４５〜５０ｍｍである。前記異径部の長さＬ２は１８〜２２ｍｍであり、最大直径ｄ２は４８〜５５ｍｍである。前記組立部の長さＬ１は１３〜１６ｍｍであり、直径ｄ１は４２〜４５ｍｍである。

本発明は、少なくとも１つの上記の支承構造部材を含むホルダをさらに提供する。

当該ホルダは当該支承構造部材を含む。示すべきことは、当該ホルダ上に位置する支承構造部材が圧力を受けて変形する場合、支承構造部材と同層のホルダ内部に位置する他の構造は剛性支持を提供しないということである。それによって当該ホルダは支承構造部材が変形する場合にホルダも変形を発生することができる。当該ホルダは上記支持構造部材が変形することによって提供される反力と変位の変化量の応力歪み特性を利用しているため、負荷記憶型保護を実現している。つまり、外部負荷が比較的小さい（ホルダ負荷の上限より小さい）場合、ホルダ全体は剛性状態にある。全ての支持構造部材の弾性変形を利用することで、十分な支持反力を提供することができる。外部負荷が継続して増大し、且つ全ての支持構造部材の設計閾値の和よりも小さい場合、ホルダは塑性状態に入る。当該ホルダはさらに大きな支持反力を提供することができると同時に、塑性変形を発生して負荷を解放する。外部負荷が増大して構造の安全性の上限を危険にさらす場合（つまり全ての支持構造部材の設計閾値の和より大きいが、ホルダの破断が発生する負荷の上限値よりは小さい）、ホルダは大変形または迅速な切削変形の記憶状態に入る。つまり、ホルダは迅速な変形過程が発生する過程において、迅速に一部の負荷を解放する。この過程において外部負荷よりも小さい安定した支持反力を提供し続ける。負荷が下限負荷（つまりホルダに塑性変形が発生する最小外部負荷値）より小さくなるまで解放された場合、ホルダは再度弾性状態に入る。

そのため、当該ホルダは剛性ホルダと柔軟性ホルダの欠点を克服する。外部負荷が高くない場合、効果的に変形を抑制し、外部負荷が制限を超えている場合、迅速に変形して構造を保護する。それにより、ホルダ底部の支持担体に対して安定した圧力を提供することができ、支持担体が破壊されず、当該ホルダは橋梁設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

好ましくは、各前記支承構造部材の受ける力が提供する反力の方向はホルダの外部負荷を受けて変形する方向に平行である。

好ましくは、全ての前記支承構造部材の高さは同じである。

好ましくは、全ての前記支承構造部材の構造は同じである。つまり、形状、大きさおよび材質は全て同じである。

このような各支承構造部材が提供できる最大支持反力は同じである。実際に必要な支持反力の大きさに基づいて、異なる数量の支承構造を柔軟に選択し、必要な要求を達成しやすい。

さらに、単一の支承構造部材の直径および長さのパラメータを変えることにより、様々なレベルの負荷支承能力のホルダの設計を実現することができる。また、複数の支承構造部材を組み合わせることにより、高い負荷支承能力のホルダの設計も実現することができる。さらに、複数の支承構造を組み合わせたホルダの支承能力はさらに安定し、単一の支承構造のみを含むホルダの不安定性を解消することができる。

好ましくは、受圧板をさらに含み、全ての前記支承構造部材の底部は前記受圧板の表面に配置され、前記受圧板の硬度は全ての支承構造部材の硬度より高い。

全ての支承構造部材の底部には受圧板が配置され、支承構造部材が受圧板上に配置されることにより、全ての支承構造部材は受けた力を支承板に伝えることができる。次に、支承板は力を下方の支持担体上に伝え、これにより、ホルダの力の安定した伝達を実現し、ホルダから下方の支持担体に伝送された応力が不均一であることによって不安定な状態になることを回避する。

好ましくは、前記受圧板上にはそれぞれ各前記支承構造部材に対して横向きの位置決めを行う位置決め構造が設けられ、支承構造部材が力を受けるときに発生する横向きの移動を回避し、安定した、軸線に沿った下向きの伝達を実現する。

好ましくは、前記位置決め構造は各前記支承構造部材上の組立部構造と適合することができる組立穴である。

好ましくは、前記組立穴は直径が比較的小さい上穴と、直径が比較的大きい下穴を含む。前記上穴と下穴は相互に連通し、前記上穴の直径は前記支承構造部材上の組立部の直径の大きさに適合している。

当該組立穴は比較的小さい上穴を採用し、同時に小穴の下方に位置する直径が比較的大きい下穴を採用する。上穴は、支承構造部材の組立部と適合することで位置決めをして固定する作用を発揮する。また、上穴の側壁は、組立部と異径部とを接続する肩部構造と適合して支持作用を発揮する。下穴は、支承構造部材が設計閾値を超過した外部負荷を受けて大変形または切削変形が発生した場合、変形した構造は上穴を通じて下穴に入り、収容の作用を発揮する。そのため変形した構造が異径部の径方向に向いて広がってホルダのその他の構造に影響を及ぼすことを回避することができる。

好ましくは前記上穴と支承構造部材の組立部は締まりばめである。

さらに好ましくは、前記上穴の直径の大きさは前記支承構造部材の組立部の直径より１０〜２０マイクロメートル小さい。そのため、支承構造部材が受圧板上で緊密に合わさることに有利であり、支承構造部材が外部負荷作用を受ける場合、揺れ動くことなく、安定して力を受ける状態を保持する。

好ましくは、全ての前記支承構造部材は均等に前記受圧板上に配置されている。

好ましくは、前記ベースは加圧板をさらに含む。前記加圧板は全ての前記支承構造部材の頂端に配置され、全ての前記支承構造部材は前記加圧板と受圧板との間に配置されている。前記加圧板の硬度は全ての前記支承構造部材の硬度より高い。

当該加圧板は支承構造部材の頂端に配置されている。その目的は外部負荷の力を均一に各支承構造部材上に伝えることである。

説明することは、加圧板及び開孔受圧板は、硬度が支承構造部材より高い金属または非金属材料であり、これにより、支承構造部材を変形するように押圧及び切削することができる。

好ましくは、前記受圧板と前記加圧板との間には、全ての前記支承構造部材と受圧板の横方向の移動を防止するための少なくとも１つのせん断抵抗柱が設けられている。前記受圧板上には位置決め穴が設けられ、前記加圧板上にはめくら穴が設けられている。前記せん断抵抗柱下端には前記受圧板の位置決め穴が適合し、上端には前記加圧板のめくら穴が適合する。初期状態の場合、前記せん断抵抗柱と前記めくら穴の底部は相互に接触しておらずに間隙がある。前記剪断穴の硬度は前記支承構造部材の硬度より高い。

受圧板上には位置決め穴が設けられ、加圧板上にはめくら穴が設けられている。当該位置決め穴とめくら穴は相対して設けられ、せん断抵抗柱を収容することができる。せん断抵抗柱の作用はホルダが水平方向のせん断力を受けて支持構造が破壊されることを防止し、支承構造部材がホルダのその他構造に対して水平に移動することを回避し、さらに、ホルダ内の支承構造部材の正常な支承と変形を保護することである。当然のことながら、各支承構造部材の組立が便利になるように、加圧板に、支承構造部材に対応する複数のめくら穴を設けてもよい。

好ましくは、ホルダの、水平方向の剪断力に対抗する作用を高めるために、全ての前記せん断抵抗柱は、形状、構造および大きさが同じであり、かつ全ての前記支承構造の間に均等に設けられている。

好ましくは、前記受圧板底部には防滑ベースがさらに設けられている。

当該受圧板底部に採用された防滑ベースは、ホルダの水平スライド移動を増加させ、それによって支持担体のホルダ底部に対する摩擦力によりホルダの内部構造が過大な水平の剪断力を受けることを低減またはなくす機能を有する。また、ホルダは、水平の剪断力を受ける際に、ホルダ内の受圧構造部材とその他の構造との相対的な静止を保護するために、全体が適切なスライドおよび回転を行うことができる。当該防滑ベースを採用する必要性は、利用条件によって決められる。具体的な防滑ベースはアスファルト、ゴム、ステンレス等の材料からなる。

好ましくは、前記加圧板の上方にはホルダの高さを調整することができる楔形の填隙パッドが配置されている。

当該填隙ベースは、ホルダを配置した後の余った隙間を埋める作用を有し、鋼板、コンクリート袋のように、任意の構成要素である。

好ましくは、前記加圧板および受圧板の間の周辺にはサイドバッフル板が配置されている。サイドバッフル板は縦向きに加圧板と受圧板の間に配置され、ホルダの外観を美しくし、防水と防塵の作用を有する。

さらに、ホルダのホイスティング、配置および移動の利便性を考慮するために、ホルダの表面に耳板等のモジュールを設けてもよい。

好ましくは、前記ホルダの形状は長方形、正方形、柱状多面体、円形または楕円形状である。配置空間の形状および寸法に基づいてカスタマイズ化設計してもよい。

本発明は、第１継手および第２継手を含む継手モジュールをさらに提供する。前記第１継手と前記第２継手の相互に接続される２つの端部には少なくとも１つの第１剪断キーおよび少なくとも１つの第２剪断キーが設けられている。全ての前記第１剪断キーおよび第２剪断キーは、対応する前記第１継手または前記第２継手の端面上に位置ずれ配置されている。隣接する前記第１剪断キーと第２剪断キーとの間の間隙には、前記ホルダが配置されている。

当該継手モジュールは第１継手および第２継手を含む。当該第１継手および第２継手は、例えば梁体、函体等の構造部材に配置される端部構造のように、２つの独立した構造であってよい。従来の固定接続または剛性接続とは異り、２つのせん断キーを採用し、第１剪断キーおよび第２剪断キーの間にはホルダが配置されている。第１剪断キーおよび第２剪断キーの極限荷重がホルダの設計閾値に等しいことを考慮する。ホルダが支承構造部材を含むため、当該支承構造部材は、外部負荷を受ける際に、最大が設計閾値である反力を提供することができる。そのため、このような継手モジュールは、一定の設計負荷値を有する伝達作用を提供することができる。つまり、継手モジュールにおけるホルダは、第１継手および／または第２継手に接続される梁体、または函体構造部材に対する一定の支持力を提供することができる。外部負荷がホルダの設計閾値以下である場合、当該ホルダは剛性構造部材のように支持反力を提供し、継手モジュールを安定状態に保持する。外部負荷がホルダの設計閾値より大きい場合、第１継手と第２継手が新たなバランスに達するまで、ホルダには迅速な変形または切削変形が発生し、これにより、ホルダから下方の剪断キーに伝送された圧力を設計閾値の大きさと同じように保持する。ホルダのみが最大にまで達し（つまり支承構造部材が完全に変形して扁平状になる）、外部負荷がなおホルダの設計閾値を超えている場合、ホルダが受ける外部負荷は２つの剪断キーに伝えられる。剪断キーの極限荷重をも超えているので、剪断キーには破断が発生する。そのうちの１つの継手は安定を保持し、第１継手および第２継手は分離し、これにより、２つの継手両方の破損を回避することができる。当該継手モジュールは、支承構造部材を有するホルダを配置することにより、従来の剛性接続を固定する継手が外部の負荷に遭遇した場合、２つの継手が同時に歪むか同時に破壊されることに対し、当該継手モジュールは従来の継手の剛性接続または柔軟性接続の欠陥を克服する。外部負荷が高くない場合、継手モジュールは変形を有効に抑制することができる。外部負荷が制限を超えている場合、継手モジュールにおけるホルダは迅速に変形して構造を保護する。それによって２つの継手に対して安定した支持反力を提供することができ、同時に２つの継手が破壊されることがない。当該継手モジュールを橋梁やトンネル構造の安全設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

好ましくは、前記第１継手および第２継手の２つの端部が相互に協働する場合、全ての前記第１剪断キーおよび第２剪断キーは垂直方向に沿って交差して協働する。

好ましくは、前記第１継手の一端は垂直方向に沿って２つの相互に平行な前記第１剪断キーが設けられている。２つの前記第１剪断キーは水平方向に沿うようになっている。前記第２継手と前記第１継手の相互に接続される一端には１つの前記第２剪断キーが設けられている。前記第２剪断キーは２つの前記第１剪断キーの間の間隙に適合し、隣接する前記第１剪断キーと第２剪断キーとの間の間隙に前記ホルダが配置されている。

好ましくは、前記第１継手および第２継手は鉄筋コンクリートの構造管部材である。前記第１剪断キーは埋込み部材を介して前記第１継手の端部に固定されている鋼鉄剪断キーである。前記第２剪断キーは埋込み部材を介して前記第２継手の端部に固定されている鋼鉄剪断キーである。

２つの鋼剪断キーは２つの継手中に埋め込まれており、それ自体が極限荷重を有しているため、設計閾値が鋼鉄剪断キーの極限荷重と同じであるホルダを選択すれば、ホルダは２つの継手に対する保護作用を発揮することができる。

本発明は、さらに函体モジュールを提供し、複数の函体を含み、隣接する２つの函体の間は上記継手モジュールにより接続されている。

当該函体モジュールは函体を含み、陸地、山における函体の接続に用いることができ、さらに海底の沈埋函の分野においても利用することができる。例えば海底の沈埋函に用いるときに、第２函体は沈没船との衝突、海底地震等の外部の作用を受ける場合、沈降が発生する可能性がある場合、第２函体の一端はまず力を第１函体の相互に接続される継手モジュール中に伝える。当該継手モジュールのホルダが受ける外部負荷が突然増大し、当該ホルダ中の支承構造部材には歪みが発生する。これにより反対方向の支持力を提供し、２つの函体は新たな力学的平衡に達する。具体的には、以下の状況を含む。

外部負荷がホルダの設計閾値以下である場合、継手モジュールが提供する支持反力は第１函体および第２函体に解放され、第１函体および第２函体は共同で当該支持反力を支承する。そのため継手モジュールに接続される第２函体の端部は第１函体に対して相対的な変位を発生させず、両者は不変である。２つの函体底部が提供する反作用力が第１函体と第２函体の圧力に等しくなるまで、変位が発生するとしても、第１函体と第２函体が沈降変位を共同で発生する変化である。

外部負荷がホルダの設計閾値より大きい場合、ホ継手モジュールのホルダは迅速に歪みと切削変形が発生する。ホルダが変形する過程において、第２函体の端部は第１函体に対して相対変位が発生し、これにより、構造部材２と構造部材１には相対的な位置ずれが発生するが、第２函体が外部負荷を受けて第１函体に伝送された作用力は、始終ホルダの歪みによって提供された設計閾値に等しい反力に等しく、安全範囲にあり、第１函体および継手モジュール構造の安定に影響を及ぼさない。このとき、第２函体には変位が発生して沈降が引き起こされるため、第２函体の沈降により第２函体の底部の支持基盤が押圧を受けて第２函体に反作用力を提供する。つまり、第２函体が受ける基盤の支持反力は徐々に増大し、第２函体が受ける基盤の支持反力の増加量が、第２函体が沈降作用により継手モジュールのホルダ１００上に作用する一部分の負荷力を相殺し、第１函体と第２函体との間の継手モジュールが受ける負荷力がホルダの設計閾値以下である場合、ホルダは変形を停止して新たな力学的平衡を保持する。そうでない場合、ホルダは変形し続け、第２函体は沈降し続け、基盤も圧縮され続ける。基盤が提供する基盤の支持反力は、第１函体、継手モジュールおよび基盤の第２函体に対する支持力が新しい力学的平衡状態に達し、全ての構造が安定した平衡状態を保持するまで増加し続ける。このとき、第１函体および第２函体の相互の変位は函体の尺度に比べて非常に小さく（例えば函体のサイズが１０メートルを超える場合、変位量は数センチメートル前後である。）、ホルダの非常に小さい変位量により新しい力学的平衡に達する。

極端な状況において、外部負荷がホルダの設計閾値より大幅に大きい場合、継手モジュールに増加した負荷作用力により、ホルダは迅速に発生する歪みと切削変形が最大化となった後、第２函体の沈降によって受ける基盤の支持反力の増加量が継手モジュールのホルダ上の設計閾値より大きい一部の負荷力を相殺しきれない場合、継手モジュール上の第１函体に位置する剪断キーが受ける負荷力も極限荷重を超過する。そのため第１剪断キーは剪断され、第１函体および第２函体は分離し、第２函体は沈降し続け、外部負荷力は第１函体と第２函体との共同応力状態から第２函体のみの応力状態に変化し、継続して沈降する。これにより、第２函体と基盤は相互に圧縮して新しい力学的平衡に達し、ひいては、第２函体は破壊される。しかしながらこのような極端な状況において、第１函体と第２函体に採用される剛性接続に対して、また、同時に破壊される可能性があることに対して、このような極端な状況では第１函体ひいてはその他多くの函体が破壊されることを回避することができ、大部分の函体構造の安全を維持することができる。当該函体モジュールを陸地の橋梁やトンネル構造の安全設計、建築構造設計および海底パイプラインを接続する工事の応用分野に広く利用することができ、函体設計の安全係数を高め、潜在的なリスクを低減し、函体の安全と耐用年数を保証し、函体のメンテナンスをしやすい。

従来技術と比較した本発明の有益な効果は、下記の通りである。

１、本発明に係る支承構造部材は、弾性変形と塑性変形のみが発生し、上限負荷より大きい場合に破断が発生するという剛性構造の欠陥を克服し、また、弾性変形のみが発生する柔軟性構造の欠陥を克服することができる。当該支承構造部材は、外部負荷が高くなく、且つ設計閾値より低い場合、鋼構造物と同じ支持反力を提供して効果的に変形を抑制することができる。当該支承構造部材には、外部負荷が設計閾値を超える場合、外部負荷の大きさより小さく、安定した支持反力を提供するために、柔軟性構造のように迅速に大変形または切削変形が発生し得る。それにより、当該支持担体に破壊が発生しないように、当該支承構造部材を支持する担体に安定した圧力を提供することができ、橋梁設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用され得る。

２、本発明に係る支承構造部材として、亜鉛材料の構造部材、亜鉛合金材料の構造部材、アルミ材料の構造部材またはアルミ合金材料の構造部材を採用し、加工や製造をしやすく、力学的特性に優れている。

３、本発明の前記支承構造部材は、定径部、異径部および組立部を含み、定径部は主に外部負荷を支承することに用いられ、異径部は主に、主な変形作用を発揮する構造部分であり、組立部は支承構造部材を配置および固定することに用いられると共に、支承構造部材の変形を定径部と組立部との間の異径部に集中させる。

４、本発明の前記ホルダは、当該支承構造部材を含み、当該ホルダに位置する支承構造部材が圧力を受けて変形する場合、支承構造部材と同層のホルダ内に位置する他の構造は剛性支持を提供しないため、当該ホルダは支承構造部材が変形をする場合にホルダも変形する。当該ホルダは上記支持構造部材の変形が提供する反力と変位の変化量の応力歪み特性を利用することにより、負荷記憶型保護を実現する。当該ホルダは剛性ホルダと柔軟性ホルダの欠点を克服し、外部負荷が高くない場合、効果的に変形を抑制する。外部負荷が限度を超えている場合、迅速に変形して構造を保護するため、支持担体を破壊しないように、ホルダ底部の支持担体に対して安定した圧力を提供することができる。当該ホルダは橋梁やトンネル構造の安全設計、および建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

５、本発明に係るホルダにおいて、全ての支承構造部材の底部には受圧板が配置され、支承構造部材を受圧板上に配置することにより、全ての支承構造部材は受けた力を支承板に伝えることができる。次に、支承板は力を下方の支持担体上に伝えることで、支持ホルダの力の安定した伝達を実現し、ホルダから下方の支持担体に伝送された力が不均一であることにより不安定な状態になることを回避する。当該支承構造部材の頂端に加圧板がさらに配置されることで、外部負荷の力を均等に各支承構造部材に伝える作用を果たしている。

６、本発明に係るホルダにおいて、受圧板上の組立穴として、比較的小さい上穴を採用し、同時に小穴の下方に位置する直径が比較的大きい下穴を採用する。上穴は、支承構造部材の組立部と適合して位置決め且つ固定する作用を発揮している。また、上穴の側壁は、組立部と異径部とを接続する肩部構造と適合して支持作用を発揮する。下穴は、支承構造部材が設計閾値を超過した外部負荷を受けて大変形または切削変形が発生した場合、変形した構造は上穴を通じて下穴に入り、収容の作用を発揮する。そのため変形した構造が異径部の径方向に向いて広がってホルダのその他の構造に影響を及ぼすことを回避することができる。

７、本発明に係るホルダにおいて、受圧板上には位置決め穴が設けられ、加圧板上にはめくら穴が設けられている。当該位置決め穴とめくら穴は相対的に設けられており、せん断抵抗柱を収容することができる。せん断抵抗柱の作用は、ホルダが水平方向の剪断力を受けて支持構造を破壊することを防止し、支承構造部材がホルダのその他構造に対して水平に移動することを回避し、それによってホルダ内の支承構造部材の正常な支承と変形を保護することである。

８、本発明に係る継手モジュールは、第１継手および第２継手を含む。当該第１継手および第２継手はそれぞれ第１剪断キーおよび第２剪断キーと、両者の間に配置されるホルダを含む。当該継手モジュールは一定の設計荷重値を有する伝達作用を提供することができる。つまり、継手モジュール中のホルダは第１継手および／または第２継手を接続する梁体、または函体構造部材に対して一定の支持力を提供することができる。当該継手モジュールは支承構造部材を有するホルダを配置することにより、従来の剛性接続を固定する継手が外部負荷に遭遇した場合、２つの継手が同時に歪むか同時に破壊されることに対して、当該継手モジュールは従来の継手の剛性接続または柔軟性接続の欠陥を克服する。外部負荷が高くない場合、継手モジュールは変形を効果的に抑制することができる。外部負荷が限度を超えている場合、継手モジュールにおけるホルダは迅速に変形して構造を保護する。それによって、２つの継手に対して安定した支持反力を提供することができ、同時に２つの継手が破壊されることはない。当該継手モジュールを橋梁やトンネル構造の安全設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

９、本発明の前記函体モジュールは複数の函体を含み、隣接する２つの函体の間には継手モジュールが接続されている。第２函体が外部の作用力を受けて沈降が発生する可能性がある場合、第２函体の一端はまず力を第１函体と相互に接続される継手モジュール中に伝え、当該継手モジュールのホルダが受ける外部負荷は突然増大し、当該ホルダ中の支承構造部材には歪みが発生する。これにより、反対方向の支持力を提供し、２つの函体は新しい力学的平衡に達する。当該函体モジュールは陸地の陸橋やトンネル構造の安全設計、建築構造設計、および海底パイプラインを接続する工事の応用分野に広く利用することができ、函体設計の安全係数を高め、潜在的なリスクを低減し、函体の安全と耐用年数を保証し、函体のメンテナンスを行いやすい。

従来の変形可能な固体が外部負荷作用下で提供した負荷反力と変位の変形曲線図である。 本発明に係る支承構造部材が外部負荷作用下で提供した負荷反力と変位の変形曲線図である。 本発明の実施形態２における支承構造部材の構成概略図である。 本発明の実施形態２および２における試験で採用された支承構造部材の正面図である。 本発明の実施形態３中で採用したシャーシの正面図である。 本発明の実施形態３における試験で得られた赤銅の荷重変位曲線図である。 本発明の実施形態３における試験で得られた錫青銅の負荷−時間曲線図である。 本発明の実施形態３における試験で得られた黄銅の負荷−時間曲線図である。 本発明の実施形態３における試験で得られた亜鉛の荷重変位曲線図である。 本発明の実施形態３における試験の赤銅の変形後の図である。 本発明の実施形態３における試験の錫青銅の変形後の図である。 本発明の実施形態３における試験の黄銅の変形後の図である。 本発明の実施形態３における試験の亜鉛棒の変形後の図である。 本発明の実施形態３における亜鉛棒のサイズを変更した後の試験で得られた荷重変位曲線図である。 本発明の実施形態４におけるホルダの外形構成概略図である。 図９における断面図である。 図９における加圧板の底面図である。 図９における受圧板の上面図である。 図１２における受圧板の断面図である。 図９における加圧板、支承構造部材、受圧板およびベースをあわせた概略図である。 図９における加圧板、せん断抵抗柱、受圧板およびベースをあわせた概略図である。 本発明の実施形態５における継手モジュールの構成概略図である。 本発明の実施形態６における函体モジュールが外部の負荷ｆを受ける前の初期の力学的平衡にある概略図である。 本発明の実施形態７における函体モジュールが外部の負荷ｆを受けた後の新しい力学的平衡の概略図である。

以下、実験例及び具体的な実施形態と併せて本発明について詳細に説明する。しかしながら、本発明の上記の主題の範囲は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の内容に基づく全ての技術は、本発明の範囲内に含まれる。

＜実施例１＞
本実施形態は支承構造部材１の設計方法を提供する。支承構造部材１が外部負荷作用を受ける下で提供する最大反力が自身の設計閾値である。即ち、外部負荷が支承構造部材１の設計閾値よりも大きい場合、支承構造部材１には変形が発生し、同時に設計閾値と同じ大きさの反力を提供する。当該反力の負荷の大きさと支承構造部材１の変形、変位と関係は、図２の曲線ｃ区間の形状で示されている。

本発明の支承構造部材１は、従来の材料構造であり、当該設計閾値は、支承構造部材１が外部負荷を受ける場合、歪み発生過程において提供できる最大反力であり、当該反力は、支承構造部材１が外部負荷作用の主体に提供する反力、または支承構造部材１が支承構造部材１を支持する担体に伝送される圧力を指す。

説明すべきことは、当該最大反力は、理論上点まで精確に絞った１つの値であるが、実際には各支承構造部材１自身の構造に微視的差異が存在し、測定上の誤差も加わり、当該最大反力は実質的には安定した区間を有する１つの値域である。この値域は、支承構造部材１の設計閾値である。さらに、支承構造部材１が支承構造部材１の設計閾値より大きな外部負荷を受ける場合、提供する最大反力は、歪みが発生する過程においてそれが提供できる最大反力を指すが、変形が安定している状態のときに提供される最大反力ではない。支承構造部材１が一定の長さを有するため、外部負荷を受ける場合に歪みが発生するが、最終的に歪みが発生できなくなった場合、それが提供する最大反力は逆に突然の変化が発生して外部負荷の大きさに近付く。

支承構造部材１の設計方法において、支承構造部材１が受けた外部負荷からの反力値の大きさと支承構造部材１の変位の変形量の典型的な応力歪み曲線の理論的変化は、以下の複数の段階に分けることができる。
第１段階では、支承構造部材１は外部負荷を受けて発生する反力は、支承構造部材１の変形量（変位量）の増大とともに徐々に増大する。このときの外部負荷の力の大きさは支承構造部材１の設計閾値より小さい。支承構造部材１には変形が発生し、同時に外部負荷の同じ大きさ以下の反力を提供する。その支承構造１が外部負荷を受けて設計閾値の大きさに到達し、ひいては設計閾値を超える場合、第２段階に入る。第１段階の支承構造部材１が変形するが、従来の弾性変形および／または塑性変形の歪み曲線とは限らず、当該従来の弾性変形および／または塑性変形の荷重変位歪み曲線に類似している。
第２段階において、支承構造部材１の変形量は継続して増加する。この場合、その支承構造部材１には歪みが発生することによって提供される反力は、支承構造部材の変形量が歪みの極限に達するまで、変化せずに設計閾値と等しい状態を保持する。

特に、支承構造部材１は、外部負荷が支承構造部材１の設計閾値以下である場合、発生する変形は弾性変形および／または塑性変形の歪みである。その場合に支承構造部材１によって提供された反力は、剛性構造部材に発生する歪みによって提供された最大反力と類似する。当該歪みの大きさは必ずしも肉眼で識別できる長さの範囲ではなく、マイクロメートルレベルの微視的な変位の変形範囲である。当該歪みの大きさは、支承構造部材の内部構造で発生する弾性変形または塑性変形の歪みによって発生した反力の大きさに相当する。そのため、支承構造部材１が受けた外部負荷からの反力値の大きさと支承構造部材１の変位の変形量の典型的な応力歪み曲線の理論的変化は図２に示すとおりである。ａ弾性曲線段階、ｂ塑性曲線段階およびｃ安定曲線段階という３段階を順次に含み、具体的には以下の状況を含む。

支承構造部材１は外部負荷が高くなく、且つ設計閾値より低い場合、支承構造部材１は弾性変形および／または塑性変形の歪みが発生する。この場合の支承構造部材１は剛性構造部材が発生する歪みによって提供された最大反力に類似し、ガスは鋼鉄構造部材と同じように支持反力を提供して変形を効果的に抑制することができる。つまり図に示すａ弾性曲線段階またはｂ塑性曲線段階である。理論上のａ弾性曲線段階は線形直線の関係である。支承構造部材１は、外部負荷が設計閾値を超える場合、柔軟性構造部材のように迅速に大変形または切削変形を発生し得る。提供する最大反力は、外部負荷の大きさよりも小さく、これにより、外部負荷の大きさより小さくて安定した支持反力を提供する。歪みが発生する過程において、外部負荷の一部の分力を解放し、最終的に提供する最大反力は１つの安定した閾値である。それにより、当該支持担体に破壊が発生しないように、支承構造部材１を支持する担体に安定圧力を提供することができる。それは図２における前記ｃの安定曲線段階である。

支承構造部材１は弾性変形と塑性変形のみが発生し、上限負荷より大きい場合に破断が発生するという剛性構造の欠陥を克服し、また、弾性変形のみが発生する柔軟性構造の欠陥を克服することができる。それは橋梁設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

説明すべきことは、上記外部負荷は、支承構造部材１が受けた圧力である。つまり支承構造部材１に垂直な面の力である。この力は同じ大きさを持続する力であってもよく、時間と共に変化する力であってもよい。さらに、支承構造部材１は、外部負荷が支承構造部材１の設計閾値以下である場合、発生する変形が従来の弾性変形および／または塑性変形の歪みでない場合、その曲線は図２中のａおよびｂの２つの曲線とはことなる。しかしながら、外部負荷が支承構造部材１の設計閾値より大きい場合、支承構造部材１が提供する反力負荷の大きさと支承構造部材１の変形の変位変化の関係は、図２中の曲線ｃ区間の形状で示されている。

＜実施例２＞
図２−３に示すように、支承構造部材１において、支承構造部材１は、外部負荷の作用を受ける場合において、提供する最大反力は自身の設計閾値である。つまり外部負荷が支承構造部材１の設計閾値以下である場合、支承構造部材１は弾性変形および／または塑性変形を発生し、外部負荷以下の反力を提供する。外部負荷が支承構造部材１の設計閾値より大きい場合、支承構造部材１は変形を発生し、設計閾値の反力を提供する。

本発明の支承構造部材１は、従来の材料構造である。設計閾値は支承構造部材１が外部負荷を受ける場合、安定状態または歪みが発生する場合に提供できる最大反力を指す。当該反力は支承構造部材１が外部負荷作用の主体に提供する反力、または支承構造部材１が支承構造部材１を支持する担体に伝送される圧力を指す。支承構造部材１は外部負荷が変化する状況下において、それ自身が歪みを発生する。外部負荷が増加し続けるにつれて、支承構造部材１が提供する反力値の大きさと支承構造部材１の変位の変形量の典型的な応力歪み曲線は図２に示すとおりである。ａ弾性曲線段階、ｂ塑性極性段階およびｃ安定極性段階という３段階を順次に含み、具体的には以下の状況を含む。

（１）支承構造部材１が受ける外部負荷が小さい場合、つまり支承構造部材１の設計閾値以下である場合、支承構造部材１は剛性状態にある。弾性変形を利用して十分な支持反力を提供することができる。そのため安定状態に置かれる。このときの当該反力は外部負荷の大きさに等しい。支承構造部材１が提供する反力の大きさと変位の変形量は理論上では線形関係にある。つまり図２に示すａ弾性曲線段階である。しかしながら、実際の支承構造部材１の弾性段階は必ずしも線形関係を示さない。構造および測定誤差に基づいて、示されたものは相変わらず曲線関係であるが、線形関係に近い。また、支承構造部材１が提供する反力は外部負荷の大きさより大きくならない（つまりそれ以下）ということは、支承構造部材１が変形過程において提供する反力が外部負荷の大きさより略小さいことを指す。しかしながら、変形が安定している状態（例えば等速変形段階）に向かっている場合、当該反力の大きさは外部負荷の大きさに等しくなる。

（２）外部負荷が継続して増大する場合、支承構造部材１は塑性変形状態に入り、さらにより大きい支持反力を提供すると同時に塑性変形が発生する。支承構造部材１が提供する反力の大きさと変位の変形量には曲線変化の関係にある。つまり塑性曲線段階である。

（３）外部負荷が支承構造部材１の設計閾値より大きくなった場合、つまり当該支承構造部材１の構造の安全性の上限に達した場合、支承構造部材１は大変形または急速切削の状態に入る（ただし一般的な構造材料のような破断の状態が発生しない）。支承構造部材１に急速変形が発生する過程において、迅速に外部負荷の一部分を解放することができる。当該一部の外部負荷の大きさは、支承構造部材１の設計閾値を超える負荷力と等しい、あるいは略等しい。そのため当該支承構造部材１は外部負荷の大きさよりも小さくて安定した支持反力を提供することができる。提供された反力は安定した一定の値前後を維持する力であるため、当該支承構造部材１が提供する反力の大きさと変位の変形量とは水平な直線変化の関係にある。つまり安定曲線段階である。

外部負荷が設計閾値の大きさ以下まで解放された場合、支承構造部材１は大変形または迅速な切削状態を停止し、再度塑性変形または弾性変形状態に入る。

支承構造部材１として、金属材料または金属合金材料の構造部材を選択し、さらに、亜鉛材料の構造部材、亜鉛合金材料の構造部材、アルミ材料の構造部材またはアルミ合金の構造材料を選択する。支承構造部材１は適切な展延性および優れた切削性を有することを考慮するため、適用される金属は亜鉛、亜鉛合金、またはアルミニウム、アルミニウム合金等であり、加工や製造をしやすい。一方、従来の赤銅のような展延性に非常に優れる金属および青銅のような脆性金属は、支承構造部材１の特性には合致しない。

加工および試験を行いやすくするために、支承構造部材１として、例えば円柱形状構造のような軸線が対称軸である均質等方性を有する回転体構造を選択する。それにより支承構造部材１の特性をより効果的に満たすことができる。

図３に示すように、支承構造部材１は定径部１１および異径部１２を含む。定径部１１は横断面の大きさが軸方向に沿って同じである構造部分であり、異径部１２は横断面の大きさが軸方向に沿って変化する構造部分である。支承構造部材１の定径部１１は主に外部負荷を支承することに用いられ、異径部１２は主に主要な変形作用を発揮する構造部分である。材料の等方性を満たし、表面または内部構造の欠陥により塑性変形の負荷上限で破断が発生することを回避するために、定径部１１と異径部１２は滑らかに移行できる。そのうち異径部１２は横断面の大きさが軸方向に沿って徐々に大きくなる構造であり、異径部１２の端部の横断面の大きさは定径部１１と接続される異径部１２の位置の横断面の大きさより大きい。異径部１２の側面は内にへこみ、ラッパ形の構造を形成する。つまり異径部１２の縦断面の側面の曲線は円弧形であり、一定の曲率を有する。このような構造は支承構造部材１が設計閾値よりも大きい外部負荷の作用下で、発生する大変形または切削変形が対称で均等である場合、それによって提供される反力も比較的安定した状態である。

支承構造部材１を配置しやすくするために、異径部１２の下端には組立部１３がさらに設けられている。異径部１２に接続されている組立部１３の一端の構造の大きさは、異径部１２端部の大きさより小さい。組立部１３は支承構造部材１を配置して固定することに用いられるだけでなく、支承構造部材１の変形が定径部１１と組立部１３の間の異径部１２に集中させることができる。組立部１３、定径部１１および異径部１２は同様に円柱形構造のような回転体構造である。定径部１１、異径部１２および組立部１３によって構成された支承構造部材１は一体成型される構造部材である。

図４に示すように、実際のニーズを満たすために、支承構造部材１の定径部１１、異径部１２および組立部１３の横断面の直径はそれぞれｄ３、ｄ３〜ｄ２およびｄ１であり、ｄ２＞ｄ３＞ｄ１を満たす。さらに異径部１２と組立部１３とを相互に接続する構造は肩幅と定義し、肩幅の大きさは（ｄ２−ｄ１）／２に等しい。

支承構造部材１は、弾性変形と塑性変形のみが発生し、上限負荷より大きい場合に破断が発生するという剛性構造の欠陥を克服し、また、弾性変形のみが発生する柔軟性構造の欠陥を克服することができる。つまり、支承構造部材１は外部負荷が高くなく、且つ設計閾値より低い場合、鋼鉄構造部材と同じ支持反力を提供して効果的に変形を抑制することができる。外部負荷が設計閾値を超える場合、支承構造部材１には、外部負荷の大きさより小さく、安定した支持反力を提供するために、柔軟性構造のように迅速に大変形または切削変形が発生しうる。それにより、当該支持担体に破壊が発生しないように、支承構造部材１を支持する担体に安定した圧力を提供することができ、橋梁設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

＜実施例３＞
本実施形態は支承構造部材１が性能要求を満たす金属材料の選択および試験に関する。

１、材料の予備選定：
支承構造部材１（本実施形態では金属受圧柱と呼ぶ）を選択するにあたっては、２つの基本的条件を満たす必要がある。
１）硬度が鋼鉄より低く、多孔質鋼板により切断することができる。
２）使用環境において十分な耐腐食性を有する。

設計の剪断キーのベース層の負荷および歪みに対する要求と、剪断キーのベース層の動作時の作業環境を総合的に考慮し、予備選定の剪断キー金属の受圧柱の試験材料は、赤銅、錫青銅、黄銅および亜鉛を含む。試験用の各金属材料の主な力学特性は下表のとおりである。

上記鋼ベースで用いるものは４５号鋼である。４５号鋼は優れた炭素構造鋼であり、機械的特性が優れ、機械製造に広く用いられ、一般的には表面の耐摩耗性、コア部の耐衝撃性の重量物積載部品に用いられる。４５号鋼は一定の表面防腐処理を行うことで、継手ベース部材として適している。

赤銅は単質の銅である。強靭で柔らかく、展延性に富む赤紫色で光沢がある金属である。バラ色を有し、表面に酸化膜を形成した後に紫色を呈するため、一般的には赤銅と呼ばれている。赤銅は大気、海水および一部の非酸化性の酸（塩酸、希硫酸）、アルカリ、塩溶液および複数の有機酸（酢酸、クエン酸）中で優れた耐腐食特性を有する。

錫青銅は錫が主な合金元素である青銅である。それは耐食性且つ耐摩耗性があり、比較的優れた力学的特性および加工特性を有し、大気、海水、淡水および蒸気中で十分な耐腐食性を有し、蒸気ボイラや船舶の部品に広く用いられる。

黄銅は銅と亜鉛で構成される「合金」である。黄銅は高い耐摩耗性を有する。強度は高く、硬度は高く、耐化学腐食特性に優れている。

純亜鉛は一般的に良質な蒸留亜鉛インゴットを用いて圧力をかけて生産される。製品の光沢があり、組織に高密度があり、スラグの巻込みがなく、空洞もない。優れた導電性、耐腐食性を有し、溶解は均一であり、耐用年数も長い。亜鉛は優れた抗大気腐食特性を有し、常温下で表面に保護膜が生成されやすいため、最大の用途は亜鉛メッキ工業である。

応用しやすくするため、上記赤銅、錫青銅、黄銅、純亜鉛を棒状の構造に加工した。これらは、それぞれ表１中の材料１−４に対応している。

２、試験の設計
２．１試験方法
マイクロコンピュータを介して電気油圧サーボ圧力試験機が模擬継手ユニットに対する負荷を制御し、材料の負荷−時間曲線、荷重変位曲線を観察し、継手の受圧柱に用いることに適合する金属材料を探し出す。

２．２試験装置と材料試験の装置：
１）マイクロコンピュータ制御の電気油圧サーボ圧力試験機ＷＡＷ−２０００
２）マイクロコンピュータ制御の電気油圧サーボ圧力試験機ＷＡＷ−１０００

試験材料：
１）４５号鋼鉄製シャーシ。寸法は図５に示すとおりである。ただし、Ｎ−穴数、Ｄ１−上穴の径、Ｄ２−下穴の径、Ｈ１−上穴の深さ、Ｈ２−下穴の深さである。
２）金属受圧柱試験部材寸法は図４に示すとおりである。ここで、ｄ１−組立部１３の直径、ｄ２−異径部１２の底の口の直径、ｄ３−定径部１１の直径、Ｌ１−組立部１３の長さ、Ｌ２−異径部１２の長さ、Ｌ３−定径部１１の長さ、Ｌ４−作業区間の長さ、肩幅ａ＝（ｄ２−ｄ１）／２である。

２．３試験ステップ
それぞれ試験材料に対して番号を付け、負荷を加えることで所定のものに相応しい材料を確認する。試験過程においてまず、金属受圧柱の直径が大きい断面がシャーシ表面に接触するまで、機械的圧力を用いて金属受圧柱に適合する直径区間をシャーシ上の穴３２１に圧入する。その後、マイクロコンピュータ制御の電気油圧サーボ万能試験機により負荷を加え、金属受圧柱の力学的特性を観察する。２．４今回の試験の試験終了後、試験結果を分析し、異なる材料の金属受圧柱に対応する負荷曲線は、図６−１〜６−４に示すように、それぞれ、赤銅の荷重変位曲線図、錫青銅の負荷−時間曲線図、黄銅の負荷−時間曲線図および亜鉛の荷重変位曲線図に対応する。

異なる材料の金属受圧柱の試験が終了し、シャーシを取り除いた後の形状は図７−１〜７−４に示すとおりである。

図７−１〜７−４からわかるように、黄銅および錫青銅の柱体には引き切られる現象が現れている。また、受圧円環が圧力を受けた後有効な平面を形成しておらず、崩れた形で柱体から脱落している。これは黄銅および錫青銅が脆性特性をより多く有していることを示している。さらに、その絶え間ない剪断崩落と新しい受圧面の形成を繰り返す過程は、曲線図における応力の上下移動と密接な関係がある。

赤銅は、展延性の特性をより多く表している。赤銅の試験部材の受圧円環が力を受けている過程において、剪断された赤銅は絶えず蓄積して広がることで、受圧面が絶えず増加し、負荷曲線が上昇し続けている。負荷が最大設定値の６００ｋＮに達した場合、受圧円環の断面には亀裂が発生していない。

亜鉛の試験過程において示される適度な展延性について、剪断された亜鉛は赤銅と同じように堆積し、広がることなく、亀裂が発生して縮れ、支承能力は一定レベルに安定すると予想される。黄銅、錫青銅および赤銅が適用できるかどうかをさらに検証するために、第１回試験において、金属受圧柱にスロット（スロットの深さ、スロットの数量）を設け、シャーシと金属受圧柱との摩擦接触面を短縮することを含めて、複数組の銅および銅の合金材料の試験をさらに行った。試験結果により、赤銅、青銅および黄銅材料の力学的特性と歪み過程は終始設計要求を満たすことができないことが示された。材料の均質性と安定性を考慮して、最終的に亜鉛材料を支承構造部材１として選択し、さらなる試験を行った。

具体的には、複数回の試験により、支承構造部材１として選択された亜鉛棒のパラメータは以下のとおりである。定径部１１の長さＬ３は２２〜２８ｍｍ、直径ｄ３は４〜５０ｍｍである。

異径部１２の長さＬ２は１８〜２２ｍｍ、最大直径ｄ２は４８〜５ｍｍである。組立部１３の長さＬ１は１３〜１６ｍｍであり、直径ｄ１は４２〜４５ｍｍである。

肩幅ａは３〜４ｍｍ、異径部１２の側面の曲線半径Ｒは１６０〜１６５ｍｍである。

当該亜鉛棒の荷重変位の応力歪み曲線は図８に示すとおりである。図中の２本の曲線は同じパラメータの２つの亜鉛棒を介して試験的に負荷して得られた荷重変位の応力歪み曲線であり、当該荷重変位の応力歪み曲線は、優れた弾性曲線段階、塑性曲線段階および安定した曲線段階を有し、支承構造部材１の要求を満たしている。

さらに図８の結論として、上記パラメータの要求を満たす条件下で、あるパラメータ値を選択して同じ大きさの２つの支承構造部材１の試験を行い、同じ大きさの外部負荷を加え、当該最大反力の１つは２１０ｋＮであり、別の１つは２３０ｋＮである。どちらの支承構造部材１であろうとも、支承構造部材１の反力値の大きさと支承構造部材１の変位の変化量の応力歪み曲線は、図２における３つの段階に類似している。このようなことが起こったのは、異なる支承構造部材１自身の構造に微視的差異が存在し、さらに加工と測定の誤差も加わり、当該最大反力は、実質的には安定した区間を有する１つの値域であるからである。この値域は支承構造部材１の設計閾値である。
２．４試験結果

１）受圧柱に適合する金属材料は、硬度が４５号鋼より低く、鋼製シャーシにより剪断破壊されることができ、さらに、大気中において優れた抗腐食性能を有する必要がある。

２）負荷レベルが安定した負荷曲線を得るために、受圧柱の圧縮剪断過程において、剪断された部分の金属は連続的でありかつただちに剥離される必要があり、受圧面積が無限に増大し、崩落してはならない。

３）赤銅、錫青銅、黄銅および亜鉛の硬度、抗腐食性、破壊の形態、支承曲線の変化の特徴を総合的に比較して、亜鉛棒で作った金属受圧柱が試験の目標に近いと考えられる。

最後に、亜鉛を剪断キー継手の金属受圧柱の製作材料として選定し、継続して研究を行った。金属受圧柱の外形を変更することにより支承特性は設計要求を満たすようになった。

＜実施例４＞
図９−１０に示すように、本実施形態４は、少なくとも１つの上記実施形態１中に示される支承構造部材１を含むホルダ１００を提供する。示すべきことは、ホルダ１００上に位置する支承構造部材１が圧力を受けて変形している場合、その支承構造部材１と同層のホルダ１００の内部に位置するその他構造は剛性ホルダを提供せず、そのためホルダ１００も、支承構造部材１が変形する場合に変形が発生するということである。

ホルダ１００は上記支持構造部材が変形することによって提供される反力と変位の変化量の応力歪み特性を利用しているので、負荷記憶型保護を実現している。外部負荷が小さい（ホルダ負荷の上限より小さい）場合、ホルダ１００全体は剛性状態にある。全ての支持構造部材の弾性変形を利用することで、十分な支持反力を提供することができる。外部負荷が継続して増大し、且つ全ての支持構造部材の設計閾値の和よりも小さい場合、ホルダ１００は塑性状態に入る。ホルダ１００はさらに大きな支持反力を提供することができると同時に、塑性変形を発生して負荷を解放する。外部負荷が増大して構造の安全性の上限を危険にさらす場合（つまり全ての支持構造部材の設計閾値の和より大きいが、ホルダの破断が発生する負荷の上限値よりは小さい）、ホルダ１００は大変形または迅速な切削変形の記憶状態に入る。つまり、ホルダ１００は迅速な変形過程が発生する過程において、迅速に一部の負荷を解放する。この過程において外部負荷よりも小さい安定した支持反力を提供し続ける。負荷が下限負荷（つまりホルダに塑性変形が発生する最小外部負荷値）より小さくなるまで解放された場合、ホルダ１００は再度弾性状態に入る。

そのため、ホルダ１００は剛性ホルダ１００と柔軟性ホルダ１００の欠点を克服する。外部負荷が高くない場合、効果的に変形を抑制し、外部負荷が制限を超えている場合、迅速に変形して構造を保護する。それにより、ホルダ１００底部の支持担体に対して安定した圧力を提供することができ、支持担体が破壊されず、ホルダ１００を橋梁設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

さらに、各支承構造部材１の受ける力が提供する反力の方向はホルダ１００の外部負荷を受けて変形する方向に平行である。選択される全ての支承構造部材１は、高さが同じであり、支承構造部材１の構造も同じであり、つまり形状、大きさおよび材質はすべて同じである。このような各支承構造部材１が提供できる最大支持反力は同じである。実際に必要な支持反力の大きさに基づいて、異なる数量の支承構造部材１を柔軟に選択し、必要な要求を達成しやすい。

さらに、単一の支承構造部材１の直径および長さのパラメータを変えることにより、様々なレベルの負荷支承能力のホルダ１００の設計を実現することができる。また、複数の支承構造部材１を組み合わせることにより、高い負荷支承能力のホルダ１００の設計も実現することができる。さらに複数の支承構造部材１を組み合わせたホルダ１００の支承能力はさらに安定し、単一の支承構造部材１のみを含むホルダ１００の不安定性を解消することができる。

図１２−１３に示すように、ホルダ１００は受圧板３をさらに含み、全ての支承構造部材１の底部は受圧板３の表面に配置されている。受圧板３の硬度は全ての支承構造部材１の硬度より高い。全ての支承構造部材１の底部には受圧板３が配置され、支承構造部材１が受圧板３上に配置されることにより、全ての支承構造部材１は受けた力を支承板に伝えることができる。次に、支承板は力を下方の支持担体上に伝え、これにより、ホルダ１００力の安定した伝達を実現し、ホルダ１００から下方の支持担体に伝送された力が不均一であることによって不安定な状態になることを回避する。全ての支承構造部材１は均等に受圧板３上に配置されている。

支承構造部材１が力を受けるときに横向きの移動を回避して、安定した軸線に沿った下向きの伝達を実現するために、受圧板３上にはそれぞれ各支承構造部材１に対して横向きの位置決めを行う位置決め構造が設けられている。当該位置決め構造は、各支承構造部材１上の組立部１３の構造と適合することができる組立穴３２である。

組立穴３２は直径が比較的小さい上穴３２１と、直径が比較的大きい下穴３２２を含む。そのうち上穴３２１と下穴３２２は相互に連通し、上穴３２１の直径は支承構造部材１上の組立部１３の直径の大きさに適合している。組立穴３２は比較的小さい上穴３２１を採用し、同時に小穴の下方に位置する直径が比較的大きい下穴３２２を採用する。上穴３２１は、支承構造部材１の組立部１３と適合することで位置決めをして固定する作用を発揮する。また、上穴３２１の側壁は組立部１３と異径部１２とを接続する肩部構造と適合して支持作用を発揮する。下穴３２２は、支承構造部材１が設計閾値を超過した外部負荷を受けて大変形または切削変形が発生した場合、変形した構造は上穴３２１を通じて下穴３２２に入り、収容の作用を発揮する。そのため変形した構造が異径部１２の径方向に向いて広がってホルダ１００のその他の構造に影響を及ぼすことを回避することができる。

さらに、上穴３２１の直径の大きさは支承構造部材１の組立部１３の直径より１０〜２０マイクロメートル小さい。そのため、支承構造部材１が受圧板３上で緊密に合わさることに有利であり、支承構造部材１が外部負荷作用を受ける場合、揺れ動くことなく、安定して力を受ける状態を保持する。受圧板３の各組立穴３２について、必要に応じて穴口の硬度を強化することができ、あるいは穴口部分を交換可能な単独部材として設計することができる。

さらに図１１および１４に示すように、ベースは加圧板２をさらに含む。加圧板２は全ての支承構造部材１の頂端に配置され、全ての支承構造部材１は加圧板２と受圧板３との間に配置されている。加圧板２の硬度は全ての支承構造部材１の硬度より高い。さらに、加圧板２は支承構造部材１の頂端に配置されている。その目的は外部負荷の力を均一に各支承構造部材１上に伝えることである。説明することは、加圧板２及び開孔受圧板３は、支承構造部材１より硬度が高い金属または非金属材であり、それにより、支承構造部材１を変形するように押圧及び切削することができる。

図１５に示すように、受圧板３と加圧板２との間には少なくとも１つのせん断抵抗柱４がさらに設けられている。せん断抵抗柱４の作用は全ての支承構造部材１と受圧板３の横向きの変位を防止するためである。受圧板３上には位置決め穴３１が設けられ、加圧板２上にはめくら穴２１が設けられている。せん断抵抗柱４下端には受圧板３の位置決め穴３１が適合し、上端には加圧板２のめくら穴２１が適合する。初期状態の場合、せん断抵抗柱４とめくら穴２１の底部は相互に接触しておらずに間隙がある。せん断抵抗柱４の硬度は支承構造部材１の硬度より高い。

受圧板上３には位置決め穴３１が設けられ、加圧板２上にはめくら穴２１が設けられている。位置決め穴３１とめくら穴２１は相対して設けられ、せん断抵抗柱４を収容することができる。せん断抵抗柱４の作用はホルダ１００が水平方向の剪断力を受けてホルダ１００の構造が破壊されることを防止し、支承構造部材１がホルダ１００のその他構造に対して水平に移動することを回避し、さらに、ホルダ１００内の支承構造部材１の正常な支承と変形を保護することである。当然のことながら、各支承構造部材１の組立に便利になるように、加圧板２に、支承構造部材１に対応する複数のめくら穴を設けてもよい。ホルダの、水平方向の剪断力に対抗する作用を高めるために、全てのせん断抵抗柱４は、形状、構造および大きさが同じであり、且つ全ての支承構造部材１の間に均等に配置されている。

受圧板３の底部には防滑ベース５がさらに設けられている。加圧板２上方にはホルダ１００の高さを調整することができる楔形の填隙パッド７が配置されている。防滑ベース５の機能は、ホルダの水平移動を増加させ、それによって支持担体のホルダ１００底部に対する摩擦力によりホルダ１００の内部構造が受けた過大な水平の剪断力を低減またはなくすことである。また、ホルダ１００が水平の剪断力を受ける場合、ホルダ１００全体は適切なスライドおよび回転を行うことで、ホルダ１００内の受圧構造部材とその他構造との相対的な静止を保護することができる。防滑ベース５を採用する必要性は、利用条件によって決められる。具体的な防滑ベース５はアスファルト、ゴム、ステンレス等の材料からなる。防滑ベース５または回転ベースの摩擦係数は０．２５以下である。填隙ベース７はホルダ１００を配置した後の余った隙間を埋める作用を有し、鋼パッド７、コンクリート袋のように、任意の構成要素である。

さらに、加圧板２および受圧板３の間の周辺にはサイドバッフル板が配置されている。サイドバッフル板６は縦向きに加圧板２と受圧板３の間に配置され、ホルダ１００の外観を美しくし、防水と防塵の作用を有する。ホルダ１００のホイスティング、配置および移動の利便性を考慮するために、ホルダ１００表面に耳板等のモジュールを設けてもよい。

本実施形態のホルダ１００の形状として、長方形、正方形、柱状多面体、円形または楕円形状を採用してよい。配置空間の形状および寸法に基づいてカスタマイズ設計してもよい。

＜実施形態５＞
図１６に示すように、本実施形態は、第１継手８および第２継手９を含む継手モジュールを提供する。前記第１継手８と第２継手９の相互に接続される２つの端部には少なくとも１つの第１剪断キー８１および少なくとも１つの第２剪断キー９１が設けられている。全ての第１剪断キー８１および第２剪断キー９１は対応する前記第１継手８１または第２継手９１の端面上に位置ずれ配置されている。隣接する前記第１剪断キー８１と第２剪断キー９１との間の間隙には、前記ホルダ１００が配置されている。

第１継手８および第２継手９の２つの端部が相互に協働する場合、全ての第１剪断キー８１および第２剪断キー９１は垂直方向に沿って交差して協働する。特に、第１継手８の一端が垂直方向に沿って２つの相互に平行な前記第１剪断キー８１が設けられており、２つの第１剪断キー８１が水平方向に沿うようになっている。第２継手９と第１継手８の相互に接続される一端には１つの第２剪断キー９１が設けられており、第２剪断キー９１が２つの第１剪断キー８１の間の間隙に適合し、隣接する第１剪断キー８１と第２剪断キー９１との間の間隙にホルダ１００が配置されている。

第１継手８および第２継手９は鉄筋コンクリートの構造管部材である。第１剪断キー８１は、埋込み部材を介して第１継手８の端部に固定された鋼鉄剪断キーである。第２剪断キー９１は、埋込み部材を介して第２継手９の端部に固定されている鋼鉄剪断キーである。２つの鋼剪断キーは２つの継手中に埋め込まれており、それ自体が極限荷重を有しているため、設計閾値が鋼鉄剪断キーの極限荷重と同じであるホルダ１００を選択すれば、ホルダ１００は２つの継手に対する保護作用を発揮することができる。

本実施形態中の継手モジュールは第１継手８および第２継手９を含む。第１継手８および第２継手９は、例えば梁体、函体等の構造部材に配置される端部構造のように、２つの独立した構造であってよい。従来の固定接続または剛性接続とは異なり、２つのせん断キーを採用し、第１剪断キー８１および第２剪断キー９１の間にはホルダ１００が配置されている。第１剪断キー８１および第２剪断キー９１の極限荷重がホルダ１００の設計閾値に等しいことを考慮する。ホルダ１００は支承構造部材１を含むため、支承構造部材１は、外部負荷を受ける際に、最大が設計閾値である反力を提供することができる。そのため、このような継手モジュールにおいて、一定の設計負荷値を有する伝達作用を提供することができる。つまり、継手モジュールにおけるホルダ１００は第１継手８および／または第２継手８に接続される梁体、または函体構造部材に対する一定の支持力を提供することができる。外部負荷がホルダ１００の設計閾値以下である場合、ホルダ１００は剛性構造部材のように支持反力を提供し、継手モジュールを安定状態に保持する。

外部負荷がホルダ１００の設計値より大きい場合、第１継手と第２継手が新しいバランスに達するまで、ホルダ１００には迅速な変形または切削変形が発生し、これにより、ホルダ１００は下方の剪断キーに伝送された圧力を設計閾値の大きさと同じように保持する。ホルダ１００の歪みが最大にまで達し（つまり支承構造部材１が完全に変形して扁平状になる）、外部負荷がなおホルダ１００の設計閾値を超えている場合、ホルダ１００が受ける外部負荷は２つの剪断キーに伝えられる。剪断キーの極限荷重をも超えているので、剪断キーには破断が発生する。そのうちの１つの継手は安定を保持し、第１継手８および第２継手９は分離し、これにより、２つの継手両方の破損を回避することができる。当該継手モジュールは支承構造部材１を有するホルダ１００を配置することにより、従来の剛性接続を固定する継手が外部の負荷に遭遇した場合、２つの継手が同時に歪むか同時に破壊されることに対して、当該継手モジュールは従来の継手の剛性接続または柔軟性接続の決定を克服する。外部負荷が高くない場合、継手モジュールは変形を効果的に抑制することができる。外部負荷が制限を超えている場合、継手モジュールにおけるホルダ１００は迅速に変形して構造を保護する。それによって２つの継手に対して安定した支持反力を提供することができ、同時に２つの継手が破壊されることがない。当該継手モジュールを橋梁やトンネル構造の安全設計、建築構造設計の工事の応用分野に広く利用することができる。

＜実施形態６＞
図１７に示すように、本実施形態は、複数の函体を含む函体モジュールを提供する。隣接する２つの函体の間は上記継手モジュールにより接続されている。

当該函体モジュールは函体を含み、陸地、山における函体の接続に用いることができ、さらに海底の沈埋函の分野においても利用することができる。例えば海底の沈埋函に用いるときに、第２函体３００が沈没船との衝突、海底地震等の外部の作用を受ける場合、沈降が発生する可能性がある場合、第２函体３００の一端はまず力を第１函体２００の相互に接続される継手モジュール中に伝え、当該継手モジュールのホルダ１００が受ける外部負荷は突然増大し、ホルダ１００中の支承構造部材１には歪みが発生する。これにより反対方向の支持力Ｆを提供し、図１８に示すように２つの函体は新たな力学的平衡に達する。函体が相互に変位する場合、函体モジュールの剪断キーの間に押圧応力が発生する。応力レベルが比較的低い場合、各剪断キーが破壊されないように、支承構造部材１は弾性変形により剪断力を伝達する。応力レベルが比較的高い場合、剪断キーおよび埋込み部材が破壊されるおそれがあるとき、支承構造部材１には塑性変形が発生し、受圧板３の下穴３２２内に押し込められ、受圧板３の上穴３２１の穴径より大きい部分の支承構造部材１の金属は剪断されて剥離し、剪断キーの受圧継手モジュールは圧縮され、変形を解放し、第１剪断キー８１または第２剪断キーが受ける負荷の大きさは低減する。そのため第１剪断キー８１または第２剪断キー９１は破壊されることがない。具体的には以下の状況を含む。

（１）、初期の力学的平衡は上記のとおりであり、函体モジュールが外部負荷ｆを受ける前の初期の力学的平衡であり、次の表に示される。
Ｇ＝Ｆ＋Ｎ

ここで、Ｇは第２函体３００の重力であり、Ｆは第１函体２００が継手モジュールのホルダ１００を介して第２函体３００に提供する初期の反対方向の支持力であり、Ｎは基盤の第２函体３００に対する支持力である。

（２）、外部負荷ｆが第２函体３００上に作用するときに、第２函体３００が受ける外部負荷ｆがホルダ１００の設計閾値以下である場合、第２函体３００は外部負荷ｆを受けているので、第１函体２００と第２函体３００との間の継手モジュールホルダ１００はさらなる大きい圧力を受けて弾性変形または塑性変形を発生する。提供される支持反力はΔＦ増加し、Ｆ＋ΔＦとなる。継手モジュールが提供した支持反力Ｆ＋ΔＦは第１函体２００および第２函体３００に解放され、第１函体および第２函体は共同で当該支持反力を支承する。そのため、継手モジュールに接続されている第２函体３００の端部には第１函体２００に対して相対的な変位が発生せず、両者は不変を保持する。２つの函体底部が提供する反作用力が第１函体と第２函体の圧力に等しくなるまで、変位が発生するとしても、第１函体２００および第２函体３００が沈降変位を共同で発生する変化である。第２函体３００の沈降量を無視して計算する必要はなく、このときの新たな力学的平衡は次のように示される。
Ｇ＋ｆ＝（Ｆ＋ΔＦ）＋Ｎ

ここで、Ｇは第２函体３００の重力であり、ｆは第２函体３００が受ける外部負荷であり、Ｆ＋ΔＦは第１函体２００が継手モジュールのホルダ１００を介して第２函体３００に提供する新しい支持力であり、Ｎは基盤の第２函体３００に対する支持力である。

（３）、外部負荷ｆが第２函体３００に作用し、外部負荷ｆがホルダ１００の設計閾値より大きい場合、Ｆ＋ΔＦ＝Ｆｍａｘ＝ホルダ１００の設計閾値となるまで継手モジュールのホルダ１００には迅速に歪みと切削変形が発生し、ホルダ１００が提供した支持反力は迅速に増大する。しかしながら、ホルダ１００が変形する過程において、第２函体３００の端部は第１函体２００に対して相対変位が発生し、これにより、構造部材２と構造部材１には相対的な位置ずれが発生するが、第２函体３００が外部負荷を受けて第１函体２００に伝送された作用力は、ホルダ１００の歪みによって提供された設計閾値に終始等しい反力に等しく、安全範囲にあり、第１函体２００および継手モジュール構造の安定に影響を及ぼさない。この場合、第２函体３００には変位が発生して沈降が引き起こされるため、第２函体３００の沈降により第２函体３００の底部の支持基盤が押圧されて第２函体３００に反作用支持力Ｎを提供する。つまり第２函体３００が受ける基盤の支持反力は徐々に増大し、第２函体３００が受ける基盤の支持反力の増加量ΔＮは第２函体３００が沈降作用により継手モジュールのホルダ１００に作用する一部分の負荷力を相殺し、第１函体２００と第２函体３００との間の継手モジュールが受ける負荷力がホルダ１００の設計閾値以下である場合、ホルダ１００は変形を停止して新たな力学的平衡を保持する。そうでない場合にはホルダ１００は変形し続け、第２函体３００は沈降し続け、基盤も圧縮され続ける。基盤が提供する基盤の支持反力は、第１函体２００、継手モジュールおよび基盤の第２函体３００に対する支持力が新たな力学的平衡状態に達し、全ての構造が安定した平衡状態を保持するまで増加し続ける。このとき、第１函体２００および第２函体３００の相互の変位は函体の尺度に比べて非常に小さく（例えば函体のサイズが１０メートルを超える場合、変位量は数センチメートル前後である）、ホルダ１００の変位量が非常に小さいことにより新たな力学的平衡に達する。当該新たな力学的平衡は以下のように示すことができる。
Ｇ＋ｆ＝Ｆｍａｘ＋（Ｎ＋ΔＮ）

ここで、Ｇは第２函体３００の重力であり、ｆは第２函体３００が受ける外部負荷であり、Ｆｍａｘは第１函体２００が継手モジュールのホルダ１００を介して第２函体３００に提供する最大の反対方向の支持力であり、Ｎは基盤の第２函体３００に対する初期支持力であり、ΔＮは基盤が圧縮されたことによる第２函体３００に対して増加する支持力である。

上記（１）、（２）および（２）の式を合わせると以下を得ることができる。
ｆ＝ΔＦ＋ΔＮ

当該公式の意義は、第２函体３００上で作用する外部負荷ｆがホルダ１００の設計閾値より大きい場合、第１函体２００は継手モジュールのホルダ１００に変形が発生することにより、第２函体３００に提供される反対方向の支持力が迅速に増大し、設計閾値Ｆｍａｘに到達することである。この場合に第２函体３００はホルダ１００に迅速な変形または切削変形が発生することにより沈降が引き起こされる。第２函体３００の沈降は基盤を押圧し、基盤の第２函体３００に対する反対方向の支持力も迅速に増加し、基盤の反対方向の支持力の増加量ΔＮとホルダ１００の増加の固定する反対方向の力ΔＦが外部負荷ｆに等しい場合、当該パイプモジュールは新たな力学的平衡に達し、安定状態を保持する。

説明すべきことは、実際の状況下において、第２函体３００が外部負荷ｆを受けてパイプモジュールの始めの力学的平衡が破壊された後に、パイプモジュールが新たな力学的平衡に達するまでこれに接続されている第１函体２００の力学的平衡に影響を及ぼすことである。この過程にかかる時間は、実施例３中の試験完了にかかった数百秒または数十分間の時間以内ではなく、比較的長い過程であり、数十年にも達する場合もある。しかしながら、これは函体モジュール間のホルダ１００の支承構造部材１の歪みにも影響なく、ホルダ１００中の支承構造部材１の荷重変位歪み特徴曲線の形態の変化にも影響を及ぼさない。支承構造部材１が長時間の歪み過程において、受けた外部負荷が時間の変化と共にさらに緩慢になる。そのため支承構造部材１が提供する負荷反力の大きさ−変位の歪みも時間変化に対してさらに緩慢になる。しかしながら、その特徴曲線の形態は実施例３中の図８の曲線と一致する。

（４）、外部負荷ｆが第２函体３００上に作用する場合、極端な状況の下で外部負荷ｆがホルダ１００の設計閾値Ｆｍａｘよりずいぶん大きい場合、継手モジュールの負荷作用力まで増加し、ホルダ１００には迅速な歪みと切削変形が発生して最大化した後、第２函体３００の沈降によりもたらされて受ける基盤の支持反力の増加量ΔＮは、継手モジュールのホルダ１００上の設計閾値より大きい部分の負荷力を帳消しにするには不足である。つまり、
ΔＦ＋ΔＮ＜ｆである場合、
その継手モジュールの第１函体２００上に位置する第１剪断キー８１が受ける負荷力も極限荷重を超えている。そのため第１剪断キー８１は剪断され、第１函体２００および第２函体３００には分離が発生し、第２函体３００は継続して沈降する。外部負荷力は第１函体２００および第２函体３００が共同で力を受けて、第２函体３００上で力を受けるまで変化をして継続して沈降する。第２函体３００と第１函体２００には分離が発生し、第２函体３００と基盤は相互に圧縮をして新たな力学的平衡に達する。
Ｇ＋ｆ＝Ｎ＋ΔＮ

ただし、このような極端な状況下において、第１函体２００および第２函体３００が剛性接続を採用することで同時に破壊される場合がある。このような極端な状況は第１函体２００、さらにはその他多くのパイプが同時に破壊されることを回避することができ、大部分のパイプ構造の安全を維持することができる。

当該函体モジュールは陸地の陸橋やトンネル構造の安全設計、建築構造設計、および海底パイプラインを接続する工事の応用分野に広く利用することができ、函体設計の安全係数を高め、潜在的なリスクを低減し、函体のメンテナンスを行いやすい。

本明細書に開示される全ての特徴、または開示される全ての方法、あるいは過程におけるステップは、相互に排斥する特徴および／またはステップを除き、全ていかなる方法で組み合わせてよい。

本明細書（いかなる付加された請求項、概要および付属図）中に開示される任意の特徴も、特別な記述がある場合を除き、その他効果があるか、あるいは類似の目的を有する代替できる特徴により交換してよい。つまり、特別な記述がある場合を除き、各特長は一連の同等の効果または類似の特徴における１つの例にすぎない。

１ 支承構造部材
１１ 定径部
２ 異径部、
１３ 組立部
２ 加圧板
２１ めくら穴
３ 受圧板
３１ 位置決め穴
３２ 組立穴
３２１ 上穴
３２２ 下穴
４ せん断抵抗柱
５ ベース
６ サイドバッフル板
７ パッド
８ 第１継手
８１ 第１剪断キー
９ 第２継手
９１ 第２剪断キー
１００ ホルダ
２００ 第１函体
３００ 第２函体

Claims (41)

1. 支承構造部材（１）が外部負荷作用を受ける下で提供する最大反力が自身の設計閾値であり、外部負荷が支承構造部材（１）の設計閾値よりも大きい場合、支承構造部材（１）は、変形を発生すると共に設計閾値の大きさの反力を提供することを特徴とする支承構造部材（１）。
2. 支承構造部材（１）は、外部負荷が支承構造部材（１）の設計閾値以下である場合、弾性変形および／または塑性変形を発生し、外部負荷の大きさ以下の反力を提供することを特徴とする請求項１に記載の支承構造部材（１）。
3. 支承構造部材（１）が金属材料または金属合金材料の構造部材であることを特徴とする請求項１に記載の支承構造部材（１）。
4. 支承構造部材（１）が亜鉛材料の構造部材であることを特徴とする請求項１に記載の支承構造部材（１）。
5. 支承構造部材（１）が亜鉛合金材料の構造部材であることを特徴とする請求項１に記載の支承構造部材（１）。
6. 支承構造部材（１）がアルミ材料の構造部材又はアルミニウム合金材料の構造部材であることを特徴とする請求項１に記載の支承構造部材（１）。
7. 支承構造部材（１）が柱状体または回転体構造であることを特徴とする請求項１に記載の支承構造部材（１）。
8. 支承構造部材（１）が異径部（１２）を含み、異径部（１２）は、横断面の大きさが軸方向に沿って変化する構造部分であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の支承構造部材（１）。
9. 異径部（１２）は、横断面の大きさが軸方向に沿って徐々に大きくなる構造であることを特徴とする請求項８に記載の支承構造部材（１）。
10. 異径部（１２）の側面が内側にへこみ、ラッパ形状をなしていることを特徴とする請求項９に記載の支承構造部材（１）。
11. 支承構造部材（１）がさらに異径部（１２）上に接続される定径部（１１）をさらに含み、定径部（１１）は、横断面の大きさが軸方向に沿って同じである構造部分であることを特徴とする請求項８に記載の支承構造部材（１）。
12. 異径部（１２）の端部の横断面の大きさが定径部（１１）と接続される異径部（１２）の一端の横断面の大きさより大きいことを特徴とする請求項１１に記載の支承構造部材（１）。
13. 定径部（１１）と異径部（１２）が滑らかに移行可能であり、支承構造部材（１）が一体成形されている構造部材であることを特徴とする請求項１１に記載の支承構造部材（１）。
14. 異径部（１２）の下端にはさらに支承構造部材（１）を配置するために用いられる組立部（１３）が設けられ、異径部（１２）に接続されている組立部（１３）の一端の大きさが異径部（１２）端部の大きさより小さいことを特徴とする請求項１１に記載の支承構造部材（１）。
15. 組立部（１３）が回転体構造であり、定径部（１１）と異径部（１２）が一体成形構造であることを特徴とする請求項１４に記載の支承構造部材（１）。
16. 支承構造部材（１）の定径部（１１）、異径部（１２）および組立部（１３）の横断面の直径がそれぞれｄ３、ｄ３〜ｄ２およびｄ１であり、ｄ２＞ｄ３＞ｄ１であり、異径部（１２）の横断面の直径がｄ３〜ｄ２であり、異径部（１２）の横断面の直径の最小寸法がｄ３であり、横断面の直径の最大寸法がｄ２であることを示していることを特徴とする請求項１５に記載の支承構造部材（１）。
17. 異径部（１２）と組立部（１３）が相互に接続される部分が肩幅であり、前記肩幅の大きさが（ｄ２−ｄ１）／２に等しく、（ｄ２−ｄ１）／２が３〜４ｍｍの値であることを特徴とする請求項１６に記載の支承構造部材（１）。
18. 定径部（１１）の長さＬ３が２２〜２８ｍｍであり、直径ｄ３が４５〜５０ｍｍであり、異径部（１２）の長さＬ２が１〜２２ｍｍであり、最大直径ｄ２が４８〜５５ｍｍであり、組立部（１３）の長さＬ１が１３〜１６ｍｍであり、直径ｄ１が４２〜４５ｍｍであることを特徴とする請求項１６に記載の支承構造部材（１）。
19. 少なくとも１つの請求項１〜１８のいずれか１項に記載される支承構造部材（１）を含むことを特徴とするホルダ（１００）。
20. 各支承構造部材（１）が受ける力が提供する反力の方向がホルダ（１００）の外部負荷を受けて変形する方向に平行であることを特徴とする請求項１９に記載のホルダ（１００）。
21. 全ての支承構造部材（１）の高さが同じであることを特徴とする請求項１９に記載のホルダ（１００）。
22. 全ての支承構造部材（１）の構造が同じ、つまり形状、大きさおよび材質が全て同じであることを特徴とする請求項１９に記載のホルダ（１００）。
23. 受圧板（３）をさらに含み、全ての支承構造部材（１）の底部が受圧板（３）の表面に配置され、受圧板（３）の硬度が全ての支承構造部材（１）の硬度より高いことを特徴とする請求項１９に記載のホルダ（１００）。
24. 受圧板（３）上にそれぞれ各支承構造部材（１）に対して横方向の位置決めを行う位置決め構造が配置されていることを特徴とする請求項２３に記載のホルダ（１００）。
25. 位置決め構造が支承構造部材（１）上で組立部（１３）構造と適合することができる組立穴（３２）であることを特徴とする請求項２４に記載のホルダ（１００）。
26. 組立穴（３２）が直径の小さい上穴（３２１）と直径の大きい下穴（３２２）を含み、上穴（３２１）と下穴（３２２）が相互に連通し、上穴（３２１）の直径の大きさと支承構造部材（１）上の組立部（１３）の直径の大きさが適合することを特徴とする請求項２５に記載のホルダ（１００）。
27. 上穴（３２１）と支承構造部材（１）上の組立部（１３）が締まりばめであることを特徴とする請求項２６に記載のホルダ（１００）。
28. 上穴（３２１）の直径の大きさが支承構造部材（１）上の組立部（１３）の直径より１０〜２０マイクロメートル小さいことを特徴とする請求項２７に記載のホルダ（１００）。
29. 全ての支承構造部材（１）が受圧板（３）上に配置されていることを特徴とする請求項２３に記載のホルダ（１００）。
30. 前記ベースが加圧板（２）をさらに含み、加圧板（２）が全ての支承構造部材（１）の頂端に配置されており、全ての支承構造部材（１）が加圧板（２）と受圧板（３）との間に配置されており、加圧板（２）の硬度が全ての支承構造部材（１）の硬度より高いことを特徴とする請求項２３〜２９のいずれか１項に記載のホルダ（１００）。
31. 受圧板（３）と加圧板（２）の間には支承構造部材（１）と受圧板（３）の横方向の移動を防止する少なくとも１つのせん断抵抗柱（４）がさらに配置されており、受圧板（３）上には位置決め穴（３１）が設けられており、加圧板（２）上にはめくら穴（２１）が設けられており、せん断抵抗柱（４）下端には受圧板（３）の位置決め穴（３１）が適合し、上端には加圧板（２）のめくら穴（２１）が適合しており、初期状態の場合、せん断抵抗柱（４）とめくら穴（２１）の底部は相互に接触しておらずに間隙があり、せん断抵抗柱（４）の硬度が支承構造部材（１）の硬度より高いことを特徴とする請求項３０に記載のホルダ（１００）。
32. 全てのせん断抵抗柱（４）の形状、構造および大きさが同じであり、均等に全ての支承構造部材（１）の間に配置されていることを特徴とする請求項３１に記載のホルダ（１００）。
33. 受圧板（３）底部には防滑ベース（５）がさらに設けられていることを特徴とする請求項３０に記載のホルダ（１００）。
34. 加圧板（２）上方にはホルダ（１００）の高さを調整することができる楔形の填隙パッド（７）が配置されていることを特徴とする請求項３０に記載のホルダ（１００）。
35. 加圧板（２）と受圧板（３）の間の周辺には、サイドバッフル板が配置されていることを特徴とする請求項３０に記載のホルダ（１００）。
36. ホルダ（１００）の形状が長方形、正方形、柱状多面体、円形または楕円形状であることを特徴とする請求項１９に記載のホルダ（１００）。
37. 第１継手（８）および第２継手（９）を含み、第１継手（８）と第２継手（９）の相互に接続される２つの端部には少なくとも１つの第１剪断キー（８１）および少なくとも１つの第２剪断キー（９１）が設けられており、全ての第１剪断キー（８１）および第２剪断キー（９１）は、対応する第１継手（８）または第２継手（９）の端面上に位置ずれ配置されており、隣接する前記第１剪断キー（８１）と第２剪断キー（９１）との間の間隙に前記請求項１９〜３６のいずれか１項に記載のホルダ（１００）が配置されていることを特徴とする継手モジュール。
38. 第１継手（８）および第２継手（９）の２つの端部が相互に適合する際に、全ての第１剪断キー（８１）および第２剪断キー（９１）が垂直方向に沿って交差して適合されていることを特徴とする請求項３７に記載の継手モジュール。
39. 第１継手（８）の一端が垂直方向に沿って２つの相互に平行な前記第１剪断キー（８１）が設けられており、２つの第１剪断キー（８１）が水平方向に沿うようになっており、第２継手（９）と第１継手（８）の相互に接続される一端に１つの前記第２剪断キー（９１）が設けられており、第２剪断キー（９１）が２つの前記第１剪断キー（８１）との間の間隙に適合し、隣接する前記第１剪断キー（８１）と第２剪断キー（９１）の間の間隙にホルダ（１００）が配置されていることを特徴とする請求項３８に記載の継手モジュール。
40. 第１継手（８）および第２継手（９）が鉄筋コンクリートの構造管部材であり、第１剪断キー（８１）が埋込み部材により第１継手（８）の端部の鋼鉄剪断キーに固定されており、第２剪断キー（９１）が埋込み部材を介して第２継手（９）の端部の鋼鉄剪断キーに固定されていることを特徴とする請求項３７に記載の継手モジュール。
41. 複数の函体を含み、隣接する２つの函体の間に請求項３７〜４０のいずれか１項に記載の継手モジュールにより接続されていることを特徴とする函体モジュール。