JP2023532885A - 衝撃エネルギーを吸収する構造体 - Google Patents

Abstract

衝撃エネルギーを吸収する構造体は、衝撃にさらされる第１表面（１０）を有するコア（１５）と、コア（１５）内に分布し、コアの材料との摩擦界面を有する補強材とを含む。補強材は、第１表面（１０）に隣接する第１補強領域（１２）に配置され、第１表面に対し４５°未満の角度を形成する抵抗の主要な方向を有する第１補強材（１６）を含む。

Description

発明の詳細な説明

［技術分野］
本発明は、例えば山中における落石、または列車の脱線に相当するような、巨大な物体の偶発的な衝撃からの防護のための構造体の分野に関する。

［従来技術］
道路または建物を偶発的な衝撃から防護するために、２種類の解決策が従来から使用されている。

まず、衝突する物体を遮るように配置された防護ネットが知られている。これらのネットは、一般に金属製であり、変形することによって最大８メガジュール（ＭＪ）の衝撃を止めることができ、コンパクトであるという利点を有する。しかし、それらは多くの問題点を伴う。これらの構造体は、複数回に亘り機能を果たすことができず、かなりのメンテナンスを必要とする。飛翔体を止めた後、アンカーポイントが損傷し、修復を実施しなければならない。これらの構造体のメンテナンスには費用がかかり、また、メンテナンスは頻繁に行われる。また、一般に、屋外に配置されるネットの腐食により、メンテナンスが必要となる。これらの構造体は、一般に、アクセスすることが困難な場所に位置するので、この抑制はより重要である。一方、これらの魅力に欠ける構造体は、景観を損ねる傾向がある。多くの地域では、防護ネットを設置するだけでは落下物にさらされる土地を建設可能にするには不十分であり、景観を守る傾向がある。これらの要件は、土地の圧力が高まっている山岳地帯では重要である。

最後に、これらのネットの有効性は不均一であり、その全範囲にわたって衝撃を吸収することができない。例えば、アンカーポストへの衝撃は、適切に吸収されない。

仏国特許出願公開 第３０８３５５１ Ａ１において、このような防護ネットは、衝撃を完全に遮断することを可能にする実質的な堤防で構成されたマーロンタイプの構造体に関連している。これらの構造体は、最大３０メガジュールというより高いエネルギーを吸収することを可能にし、ほとんどメンテナンスを必要としない。しかしながら、これらの構造体は、地上において大きなフットプリント（専有面積）を占め、実際に使用可能というわけではない。

国際公開公報 第２０１９／０９１５０８ Ａ１、および、国際公開公報 第２０１７／０７７３１３ Ａ１は、ガビオン、すなわち、石または砂袋で満たされた金属ケージを開示しており、強力な衝撃に対する防護を必ずしも要求しない。それにもかかわらず、このような衝撃が生じると、ケージの金属元素が張力を受けて作用する。損傷があまり大きくならないようにするためには、含有された石材の低変形性に依存しなければならないが、構造体による衝撃エネルギーの吸収はかなり制限されたままである。

欧州特許出願公開 第１５２０９３３ Ａ１は、ガビオンのようなフェーシング要素が、補強された土壌構造体の前面に配置され、リサイクルタイヤのような変形可能な材料に関連する技術を開示している。したがって、石材衝突の場合、損傷した個々のフェーシング要素を交換することができる。

［技術的な問題点］
以上から、コンパクトであり、景観との良好な統一感を有することができる、耐久性のある衝撃吸収構造体が必要とされている。

［発明の概要］
本発明は、構造体の厚さを減少させることができるように、衝撃のエネルギーを横方向に分散することを可能にする、補強された衝撃吸収構造体を提案する。補強材の使用が知られている場合、それらの補強材は、従来、堤防の深部において、補強材が作用を受けると予期される方向と平行に、配置されている。

［発明の概要］
本発明の目的は、衝撃にさらされる第１面を有する堤防と、堤防内に分布し、堤防の材料との摩擦界面を有する補強材と、を含む、衝撃エネルギーのものである。補強材は、第１面に隣接する第１補強領域に配置され、第１面に対し４５°未満の角度を形成する主要な強度方向を有する第１補強材を含む。

構造体はマーロンタイプであってもよい。構造体は、衝撃が走ると予想される軌道に直交して配置されてもよい。その防護が求められる衝撃は、例えば、第１面の法線方向に強い成分を有するように生じる。構造体はまた、実質的な衝撃に応じた階段状の地形の崩落を防止するように配置された擁壁であってもよい。

堤防は、好ましくは土から構成されるが、補強材と相互作用することによって機械的エネルギーを吸収しやすい任意のタイプの材料を有することもできる。好ましくは、堤防は、好ましい機械的挙動を有することを可能にする特定の粒度を有する。

一実施形態において、例えば、強力な衝撃が反対方向に生じる可能性が高い場所に適しており、堤防は、第１面に対向する第２面を有する。そして、補強材は、第２面に隣接する第２補強領域に配置され、第２面に対し４５°未満の角度を形成する主要な強度方向を有する第２補強材を含んでよい。

吸収構造体の構成は、第１補強材（または適用可能であれば、第２補強材）によって生じる摩擦が、第１面（または、第２面）に生じる強い衝撃のエネルギーの散逸に著しく寄与することを可能にする。この摩擦は、衝撃による第１面（または第２面）の変形に起因する。第１面（または第２面）に隣接する第１補強領域（または第２補強領域）内の第１補強材（または第２補強材）の位置、および、第１面（または第２面）に対する第１補強材（または第２補強材）の方向は、構造体の深部への挿入を必要とすることなく、有効な散逸を可能にする。したがって、高い運動エネルギーの物体によって打たれる可能性のある面に対して、垂直方向にあまり嵩張らない吸収構造体を得ることが可能である。地上におけるフットプリントは、例えば、１０ｍ以下、好ましくは５ｍ以下、さらにより好ましくは３ｍ以下である。

使用される補強材は、好ましくは一次元タイプの補強材である。すなわち、補強材が示す機械的強度は、ほとんどの場合、単一の強度方向に及ぼされ、補強材が他の方向に示す機械的強度は、当該単一の強度方向に及ぼされる機械的強度と比較して無視できる程度である。補強材は、例えば帯状であり、シート状または拡張格子状ではない。補強材の主要な強度方向は、補強材が作用を受けたときに機械的応力を伝播する傾向がある方向に対応する。それは、一般に、補強材の最大寸法の方向である。

これらの補強材は、補強材の主要な強度方向が、互いに、かつ構造体の１つまたは複数の面に実質的に平行であるように配置される。第１補強材の主要な強度方向は、堤防の第１面に平行であってよく、場合によっては同様に、第２面に平行であってよい。一方、特定の場合において、主要な強度方向は、第１面の平面から、または第１面が平面でない場合には第１面に接する平面から、わずかにずれてもよい。ただし、これらの主要方向と第１面との間に形成される角度は、補強材の、第１面への投影（projection）が、補強材の、第１面に垂直な方向への投影よりも長くなるような、鋭角を維持しなければならない。これにより、垂直方向に衝撃があった場合に、良好なエネルギー散逸効果が得られる。

したがって、面が非平面の場合、互いに延在する補強材は、例えば、面の形に一致する多角形を形成してもよい。曲面は、好ましくは大きな曲率半径を有してよい。

前面の法線に対して垂直な補強材の配置、したがってエネルギーが吸収される衝撃の方向に対して垂直な補強材の配置は、衝撃の機械的エネルギーを横方向に分散し、作用する構造体の厚さを低減することが可能である。

優先的な滑り面を生じさせることによって堤防を弱化させないため、第１補強材を堤防の中心に配置することを可能な限り避けることが好ましい。このような理由から、補強材は、主に、衝撃を受ける可能性がある構造体の１つ以上の面の近くに配置される。これは、堤防の中心に補強材が存在することを排除するものではないが、このような配置は少数である。補強材の分布は、構造体の厚さ方向において不均一である。補強材の密度は、堤防の第１補強領域（または第２補強領域）よりも衝撃面から離れた領域の方が低い。これらは標準的なものであるが、非常に局所的には、例えば、複数の補強材を互いに近付け、それによりこれらの補強材の密度の局所的な増加を引き起こしうる構造体の、構造上の不規則性または変形に起因する例外を見ることができる。したがって、補強材の密度は必ずしも連続的に減少するとは限らない。好ましくは、補強材は、規則的に間隔をおいて配置されるが、構造体の面の少なくとも１つに近接する補強領域にのみ配置される。構造体の面にさほど近接していない領域があってもよく、補強材はより広い間隔を置いて配置されていてもよく、または補強材は配置されていなくてもよい。しかしながら、これらの領域は、他のタイプの補強材を有してもよく、例えば、構造体の厚さ方向に沿って配向された補強材を有してもよい。

以下の特徴は、任意選択的に、実施されてよい。以下の特徴は、互いに独立して、または互いに組み合わせて、実施されてもよい。
－第１補強材および／または第２補強材は、水平に配置される。
－堤防の第１面は、フェーシングで覆われている。このフェーシングは、任意のタイプのものとすることができる。このフェーシングは、構造体の機械的特性の向上を実現することができると共に、例えば緑色または鉱物のフェーシングであるときは、景観との統一感も実現することができる。
－副次補強材は、第１面に対して横方向に配置される。これらの副次補強材は、任意の方向を有してよい。これらの副次補強材は、例えば、衝撃がない静的状態で構造体が耐える力に対して構造体を補強することが可能である。したがって、前面と後面とを接続するジグザグ形状の補強材、または、前面に対して垂直に配向され、第１補強材および／または第２補強材を接続する補強材を考えてもよい。
－第１補強材は、金属性の補強材、またはポリマー材料で作られた補強材、またはジオグリッドタイプの補強材、またはジオテキスタイルタイプの補強材を含む。
－第１補強材のうちの少なくともいくつかは、それらの補強材の主要な強度方向に沿って、連続するセグメントに配置され、そのセグメント間において相互に重複する重複領域を有する。そして、その重複領域において、第１補強材の連続するセグメント間に堤防の材料があってよい。

概して、構造体は、２メガジュールを超える、好ましくは５メガジュールを超えるエネルギーを有する衝撃を吸収することができる。このエネルギーは、例えば、山中に配置された防護マーロンが従来耐えうる圧力に相当する。

摩擦によるエネルギーの散逸は、構造体の性能を維持するために好適である。したがって、補強材の配置は、好ましくは補強材の破断を可能な限り制限するように設計される。複数の補強材は、前面が法線方向の衝撃を受けて作用したときに延性を有し、かつ脆性挙動を有さないよう配置された補強材を含む。

このような配置の実施例は、補強材間の直接的な接続を制限することからなる。主要な強度方向に沿って、連続するセグメントに配置された２つの補強材は、例えば、セグメント間において相互に重複した重複領域に配置され、補強材の間に堤防の材料の層が置かれる。これにより、補強材の破断を回避するために、摩擦を生じさせ、横方向の圧力の伝達を軟化させることが可能である。この相互に重複した重複領域は、補強材の剛性、摩擦面、補強材の破断強度と相関するものである。

補強材の最大寸法もまた重要である。修復を必要とせずに複数の衝撃に耐える構造体を可能にする弾性の観点から、破断を防止するために過大な寸法の補強材を使用しないことが重要である。

［図面の簡単な説明］
本発明の他の特性、詳細、および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を分析することによって明らかになるであろう。

［図１］は、本発明の一実施形態に係る構造体の断面側面図である。

［図２］は、本発明の別の実施形態に係る構造体の断面側面図である。

［図３］は、本発明の別の実施形態に係る構造体の断面側面図である。

［図４］は、本発明の別の実施形態に係る構造体の断面側面図である。

［図５］は、構造体の正面断面図であり、当該断面は、図１～図４のいずれか１つに示される平面Ｖ－Ｖ上にある。

［図６］は、図３における本発明の実施形態に係る構造体の断面上面図である。

［図７］は、図３における本発明の別の実施形態に係る構造体の断面上面図である。

［図８］は、エネルギー衝突後の図６と同様の図である。

［実施形態の説明］
実施例として以下に開示する衝撃エネルギーを吸収する構造体は、山道の近傍を例示すると、最大で数百メートルトンもの重さになりうる落石を遮るために使用される防護マーロンの形態をとる。そのような落石は、６メガジュール（ＭＪ）を超えるエネルギーを運びうる。

この防護マーロンは、図１～４において右側に示される第１面、すなわち前面１０と、左側に示される第２面、すなわち後面２０とを有する。これらの前面１０および後面２０は、図１および図３のように、実質的に平行でありうる。後面２０はまた、図２および図４のように、前面１０に対して傾斜してもよい。

図２および図４における後面２０の方向は、地上における機械的エネルギーのより良好な散逸を可能にするが、地上における構造体のフットプリントを増加させる。

前面１０は、図１～図４において垂直に示されているが、特に、構造体の安定性を増加させることが必要とされる場合、地上におけるフットプリントを修正する場合と、または斜方と予想される衝撃軌道に適応することが必要とされる場合と、において前面１０は傾斜させてもよい。具体的には、前面が衝撃軌道に対して可能な限り垂直であることが好ましい。

当該実施形態のマーロンは、前面１０、および後面２０により画定される土製の堤防１５を備える。補強材１６は、堤防の材料と摩擦界面を有する。例えば、図１～図４の水平断面に垂直な方向おいて、この補強材１６は、垂直方向に規則的に分布し、水平に延び、前面１０、および後面２０と水平である、帯板である。この配向は、衝撃の機械的エネルギーを防護マーロンの厚さよりもむしろ横方向に優先的に分散することを可能にする。

補強材１６は、エネルギーを吸収しなければならない衝撃があるときに、最も作用する堤防１５の領域に配置される。図１および図２による実施形態において、補強材１６は、前面１０に隣接する第１補強領域１２に配置された第１補強材１６から構成される。図３および図４の補強材においては、第１補強領域１２に加えて、第２補強領域２２が後面２０の近くに設けられている。この第２補強領域２２は、第２補強材１６を含む。概して、マーロンの中央領域には、面１０、および後面２０に対して平行に補強材１６が配されない。そして衝撃があるときにマーロンを変形させることで、マーロンを弱化させないようにする。

しかしながら、前面１０、および後面２０に対して横方向に配置された副次補強材１８は、全体を固めるために、堤防１５に組み込まれてもよい。副次補強材１８は特に、前面１０と後面２０とを接続してもよい。

補強材１６は、マーロンの全幅にわたって配置してよい。より好ましくは、補強材１６は、図５に示すように、部分的に重なり合うように主要な強度方向に沿って連続するセグメントに配置されて使用される。２つの連続する補強材１６の間の相互に重複する各領域２５は、補強材１６が互いに接触しないように、堤防の材料を有する。したがって、衝撃を受けたとき、エネルギーは摩擦によって１つのセグメントから次のセグメントに伝達され、徐々に散逸し、同時に、補強材１６を破断させることを回避する。これは、修復を必要とすることなく、マーロンが複数の連続する衝撃に耐えることを可能にする。

理想的には、図６に示すように、機械的エネルギーを可能な限り横方向に分散するよう、補強材１６は前面および後面に対して完全に平行に配置される。しかし、物流上の理由から、または特にマーロンの特定の部分を補強するため、および／またはその特定の部分を防護するため、図７に示すように、補強材はわずかな角度（４５°未満でなければならない）を有しても良く、構造体の厚みにある程度押し込まれてもよい。補強材は、方向が主に横方向のままであるため、前面１０および後面２０に実質的に平行であると考えられる。補強材１６の主要な強度方向は、堤防１５の前面１０および／または後面２０と４５°未満の角度を形成する。

同様に、補強材１６は高さが変化してもよいし、わずかな傾斜を有していてもよい。この傾斜は、エネルギーを可能な限り横方向に分散するように浅いままであることが望ましい。

図８は、図の下部に示される堤防の前面１０に、強力で局所的な衝撃を受けた後の、図６と同様の描写である。エネルギーは、補強材１６によって横方向に適切に散逸されたことが分かりうる。補強材１６は破断しなかった。補強材は、他の衝撃を減衰することができる構成にて配置されたままである。

なお、本発明は上記に開示した実施例に限定されるものではない。本開示は、当業者が所望する保護権利の範囲内において想到しうる異なる発明のすべてを包含する。

本発明の一実施形態に係る構造体の断面側面図である。 本発明の別の実施形態に係る構造体の断面側面図である。 本発明の別の実施形態に係る構造体の断面側面図である。 本発明の別の実施形態に係る構造体の断面側面図である。 構造体の正面断面図であり、断面は、図１～図４のいずれか１つに示される平面Ｖ－Ｖ上にある。 図３における本発明の実施形態に係る構造の断面上面図である。 図３における本発明の実施形態に係る構造の断面上面図である。 エネルギー衝突後の図６と同様の図である。

Claims (12)

1. 衝撃エネルギーを吸収する構造体であって、
   衝撃にさらされる第１面（１０）を有する堤防（１５）と、
   前記堤防（１５）内に分布し、前記堤防の材料との摩擦界面を有する補強材と、を含み、
   前記補強材は、前記第１面（１０）に隣接する第１補強領域（１２）に配置され、前記第１面に対し４５°未満の角度を形成する主要な強度方向を有する第１補強材（１６）を含む、構造体。
2. 前記第１補強材（１６）の前記主要な強度方向は、前記堤防（１５）の前記第１面に平行である、請求項１に記載の構造体。
3. 前記堤防（１５）は前記第１面（１０）に対向する第２面（２０）を有し、
   前記補強材は、前記第２面（２０）に隣接する第２補強領域（２２）に配置され、前記第２面に対し４５°未満の角度を形成する主要な強度方向を有する第２補強材（１６）を含む、請求項１または２に記載の構造体。
4. 前記第２補強材（１６）の主要な強度方向は、前記堤防（１５）の前記第２面に平行である、請求項３に記載の構造体。
5. 前記補強材（１６）は、水平に配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の構造体。
6. 前記堤防（１５）の前記第１面（１０）は、フェーシングで覆われている、請求項１から５のいずれか１項に記載の構造体。
7. 前記構造体は、前記第１面に対して横方向に配置された副次補強材を有する、請求項１から６のいずれか１項に記載の構造体。
8. 前記第１補強材（１６）は、金属性補強材を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の構造体。
9. 前記第１補強材（１６）は、ポリマー材料で作られた補強材を含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の構造体。
10. 前記補強材（１６）は、ジオグリッドタイプまたはジオテキスタイルタイプの補強材を含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の構造体。
11. 前記第１補強材（１６）の少なくともいくつかは、前記第１補強材の主要な強度方向に沿って連続するセグメントに配置され、前記セグメント間において相互に重複する重複領域（２５）を有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の構造体。
12. 前記重複領域（２５）において、前記堤防の材料が、前記第１補強材（１６）の連続するセグメント間にある、請求項１１に記載の構造体。

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