JP2024511262A - 保護構造物とその保護構造物のための金属保護ネット - Google Patents
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Abstract
少なくとも1つの金属保護ネットを備えた土木工事用の保護構造物であって、ワイヤ、ロープ、またはケーブルの形態である複数の細長い抵抗要素を備え、前記複数の細長い抵抗要素の少なくともいくつかは、超弾性挙動を有する材料から作られている。【選択図】図1
Description
本発明は、落石、雪崩、土石流などの地質学的に不安定な事象から保護するための構造物の分野に関する。
本発明は、少なくとも1つの金属保護ネットを備える保護構造物を特に考慮して開発された。
山岳地帯では、地質学的な不安定性または水文地質学的な不安定性の事象から保護するための構造物を提供することが知られており、この事象では、例えば、地滑り、雪崩、または土石流の波などの自然かつ予測不可能な原因の結果として、岩石、石、岩屑または雪などの物質が上流域から下流域に向かう予期せぬ移動が生じる。これらの保護構造物は、一般に、物質の下流方向への移動を防止または遅延させる少なくとも1つの金属ネットを備える。
落石や土石流からの保護は、インフラ、建物、物品、人の安全性と回復力にとって重要な要素である。たとえ小さな地滑りや土石流であっても、重大な損害や使用の中断、その結果として巨額の経済的損失が生じる可能性がある。雪に閉ざされた山岳地帯で発生する可能性のある雪崩の被害や悪影響についても同じことが言える。
近年、行政機関は、0.02m3から5m3の大きさの石のブロックが剥離し、その後、30m/sを超えることがある速度で下流に移動し、その下の構造物に重大な損傷を引き起こすことを特徴とする「落石」事象にますます注意を払うようになった。この事象はさらに、そのような事象を受ける地帯の対象地域に位置するすべての構造物、建設物および接続ルートに対する公共の安全に関連する問題を代表している。
過去には、落石に対する受動的な保護に関する介入の中では、金属パネルで構成された剛性バリア、例えば、岩石を遮断して保持することにより、鋼製の剛性要素とともに構造物を構成する材料に、衝撃エネルギーを分散させる機能を任せる、あまり柔軟性のない構造物が主に顕著であった。
最近では、金属ネットで作られ、該当する場合はロープに接続される、より柔軟なバリアの使用がますます普及してきている。これらのシステムは、潜在的に不安定な斜面に適切に設置されており、ケーブルやその他の接続要素の複雑なシステムによって衝撃力が基礎構造物に伝達されるようにする金属ネットによって岩石のブロックの落下を遮断しブロックする役割を果たす。しかし、そのような構造物は、落石後に変形してしまったコンポーネントの頻繁なメンテナンスと場合によっては交換の対象となり、落石によって構造物のいくつかの部分に不可逆的な塑性変形の蓄積が生じる可能性がある。さらに、現状では、これらの構造物のテストは、各タイプのバリアの実際の有効性を評価するために必要とされる実際の規模での衝撃テストに委ねられていることに注目する価値がある。これらのテストは、時間と費用の両方の点で非常に困難である。
落石による危険を伴ういくつの状況では、岩石保持カバーまたは表面安定化ネットを設置することが有利である。これらの保護構造物は、岩の多い斜面の表面に固定されたネットで構成されており、これにより、壁から剥がれた岩石は、常に岩石とカバーネットの間に閉じ込められたまま、斜面の麓まで落下する可能性がある。このような保護構造の例は、同じ出願人の国際公開第2005/038143号および国際公開第2011/030316号に記載されている。
落石による危険がある他の状況では、技術的問題、地形的問題、経済的問題、またはアクセスの問題の結果として、岩石保持カバーまたは表面安定化ネットを設置することは有利ではない。これらの場合、効果的な解決策には、利用可能なスペースに応じて、岩の多い斜面に沿って、または斜面の麓に岩石保持バリアの設置が含まれる。これらのバリアは、岩石や石の落下を遮断しブロックするために配置され、衝撃時に伝わるエネルギーを構造物のいくつかのコンポーネントの塑性変形によって分散させる。
岩石保持バリアは、実質的に、遮断構造(ネット)、支持構造(支柱および支持ロープ)、および、延長されることを目的としたいわゆるブレーキまたは分散装置である犠牲要素によって構成され、導入されるエネルギーを大幅に分散させるブレーキシステムによって特徴付けられる。現在使用されているエネルギー分散システムは、通常、金属(アルミニウム、鉄鋼)の可塑化、または接触面間の摩擦に基づいている。しかしながら、計画されたエネルギーに匹敵するエネルギーを有する岩石との衝突の後、その性能レベルを制限する構造の永久変形が記録されることは明らかであり、なぜなら、変形した要素を交換して衝突前からの初期の幾何学的形状を再び取るための準備ができるまで、構造がその後の衝突の場合の追加の変形に耐えることができないためである。
岩石保持バリアの性能レベルは、通常、バリアの遮断エネルギーと遮断の高さの観点から表現され、遮断の高さは、バリアの下部ロープと上部ロープの間の最小距離であると理解されることが意図されている。
標準ETAG0271は、岩石保持バリアの認証に関して2つの異なる性能レベルを定義している。MEL(最大エネルギーレベル)と呼ばれる1つ目の最初のレベルは、初期高さに対して50%を超える残留高さを有し、最大エネルギーレベル(100%)でバリアに衝突する塊を遮断しブロックすることができるバリアを規定する。SEL(サービスエネルギーレベル)と呼ばれる2つ目の性能レベルは、MELの30%に等しいエネルギーレベルでバリアに衝突する2つの連続する塊を(メンテナンスなしで)遮断しブロックすることができるバリアを規定する。この場合、残留高さは、初期高さに対して70%を超えていなければならない。
一定規模の事象の下流では、バリアの残留高さが大幅に減少することを考慮すると、ブレーキやその他の損傷したコンポーネントを交換し、バリアの初期の幾何学的形状を復元することを目的とした特別なメンテナンス作業を実行する必要がある。このすべてには、高い管理コストがかかり、また、岩石保持バリアは一般に、遠隔地でアクセスが困難なことが多い場所である、岩の多い斜面に設置されることも考慮に入れられる。
岩石保持バリアの一例は、同じ出願人からの欧州特許第0940503号に記載されている。また、洪水の結果としての泥と水のマトリックス中または岩の多いマトリックス中の、落下する岩屑から保護するための既知の障壁があり、これは、開いた勾配および谷や峡谷内の両方の勾配に設置でき、形態に応じて支柱の使用を準備するか支柱の使用を準備しない。このようなバリアの一例は、同じ出願人からの国際公開第2014/141096号に記載されている。
これらの既知のタイプの保護構造における最大の欠点の1つは、構造が重大な衝撃を受けた後に保護構造を完全または部分的に交換する必要があることである。交換には、金属ネットまたはその固定部材、あるいはバリアの場合には、ネットまたは分散要素の補強ロープまたは支持ロープが、完全または部分的に含まれる場合がある。これらのメンテナンス作業は高価であり、保護構造物の位置が急な斜面、アクセスできない斜面、またはアクセスが困難な隔離された地帯に設置されることが多いため、非常に困難なことが多い。
したがって、当分野では、交換、修理、またはメンテナンスの必要性および頻度を低減し、衝撃事象の保護のための1回以上の作用の後であっても、保護構造物の効率的かつ長期間の使用を可能にする、保護構造物の性能レベルに関する改善された解決策の必要性が認識されている。
本発明の目的は、従来技術の欠点を克服する、例えば、岩石保持バリアまたは土石流制御バリアなどの保護構造物に使用される保護構造物および/または金属保護ネットを提供することである。本発明の別の目的は、保護構造物、例えば、岩石保持バリアの性能レベルを向上させることである。別の目的は、岩石、岩屑、雪などの物質からの重大かつ繰り返しの衝撃の後でも、個々の抵抗特性を維持する保護構造物および/または金属保護ネットを提供することである。本発明の別の目的は、保護構造物、例えば、岩石保持バリアの性能レベルを向上させることである。別の目的は、岩石、岩屑、雪などの物質からの重大かつ繰り返しの衝撃の後でも、個々の抵抗特性を維持する保護構造物および/または金属保護ネットを提供することである。別の目的は、経済的で長期間耐久性があり、メンテナンスコストを削減できる保護構造物、保護ネットおよび/または金属保護ネットを提供することである。
上に示した目的の中で、特定の目的は、ネットに集中し、いくつかの周囲を囲むゾーンに限定される可塑化の発生とは別に、衝突または衝撃が終わって荷重が取り除かれると、構造のリセンタリングが保証される、つまり、保護構造物が元の状態に戻る、保護構造物、例えば、岩石保持バリアを提供することである。別の具体的な目的は、岩石保持バリアに備えられる分散装置またはブレーキの交換、および計画された内容物に匹敵する高エネルギーの内容物による衝撃後の構造物の再配置を回避することである。
これらの目的および他の目的は、添付の特許請求の範囲に示される特徴を有する保護構造物および/または保護ネットによって達成される。
本発明は、形状記憶合金などのいわゆるスマート材料に基づいて、岩石の運動エネルギーを、保護構造物の多くのコンポーネントおよび特に保護ネットまたはその部分、および/または支持部材もしくはその部分の変形エネルギーに変換する原理に基づいている。このような材料は、頭字語SMA(形状記憶合金)を使用して呼ばれることが多く、これらの金属合金に典型的な弾性範囲(例えば、非限定的な方法で約8から10%)の変形範囲内で変形が生じる場合、可逆的な伸びを特徴とする。出願人によって開発された革新的な使用の間、そのような材料は、弾性変形を受け、エネルギーを分散させ、固定部材に伝達される力を制限するために、保護構造物に使用される。衝撃荷重が取り除かれると、SMAタイプの合金から作られた要素は、再びその初期の幾何学的形状をとり、それによって、少なくとも部分的な変形の除去が達成される。したがって、この革新的なアプローチには、相当な利点がある。まず、変形した分散要素をまったく交換することなく、作用する荷重が取り除かれると、衝撃の終了時に保護構造物の初期形状が確実に回復する。したがって、これは、使用中のメンテナンスコストの削減につながる。
本発明の独創性は、岩石保持バリアなどのような現在の保護構造物の技術を改善するための、SMA材料の特性を使用する可能性に関する研究および/または出版物がないことによって実証される。したがって、本発明は、上記の技術的および経済的利点を確保することに加えて、既存の標準ソリューションの典型的な問題を解決できる非常に革新的な要素を導入しているので、現在の従来技術に対する根本的な技術革新として構成される。
本発明に含まれるそのような保護構造物には、岩石保持バリア、雪保持バリア、ハイブリッド岩石保持バリア、雪キャッチャーまたは統合キャッチャー、皮層補強用のネット、岩屑の落下から保護するためのネット、および他のタイプの構造物が含まれるが、これらに限定されない。本発明に含めるように、または本発明の要素を組み込むように変形できる構造物および/または保護ネットの例は、国際公開第2005/038143号、国際公開第2011/030316号、国際公開第2018/146516号、国際公開2014/141096号および国際公開第2021/053592号に説明されており、これらは参照により本明細書に組み込まれる。
追加の特徴および利点は、非限定的な例として与えられる添付の図面を参照して、好ましい実施形態の以下の詳細な説明から理解されるであろう。
本発明の態様を組み込んだ岩石保持バリアの形態の保護構造物の斜視図である。
図1の構造と同様の保護構造物用の支持ロープの異なる実施形態の斜視図である。
荷重を受けていない形状の図2の支持ロープの詳細を示し、超弾性材料要素は荷重を受けず変形していない状態にある。
荷重を受けた形状の図3と同じ詳細を示し、超弾性材料要素は最大変形を伴う荷重を受けた状態にある。
ここで図1を参照すると、落石に対する保護バリア10は、岩石保持バリアとも呼ばれ、地面に固定された支柱14によって支持されたネットパネル12を備える。一連のロープ16aは、ネット12の上部を連続して支持し、好ましくは、支柱14の上端を通過する。1本以上のロープ16bは、ネット12の下端に長手方向に連続して接続され、好ましくは、支柱14の基部を通過する。ロープ16a、16bは、地面に固定されたアンカー部材18に固定される。支柱14はまた、ロープ19によってバリアの上流の他の固定部材18に接続されることが好ましい。図示の実施形態では、保護バリア10は、ロープ16a、16b、19に沿ってブレーキまたは分散装置を備えていない。ネットパネル12は、好ましくは、ロープから作られたリングまたはパネルを備えたタイプの保護ネットで構成され、二重ねじりまたは単一ねじりを有する金属ネットを追加することができる。
保護バリア10の1つ以上のコンポーネント、例えば、ロープ16a、16b、19のすべてまたはいくつかは、超弾性挙動を有する材料から作られ、その主な特性には、8から10%程度の大きな弾性変形を受け、荷重状態を除去することにより、つまり、ワークに衝突した岩石を除去することにより、実質的な残留変形を伴わずに初期形状に回復する、固有の能力が含まれる。より具体的には、超弾性挙動を有する1つ以上の金属合金、例えば、限定するものではないが、銅/亜鉛/アルミニウムCu-Zn-Al、銅/アルミニウム/ニッケルCu-Al-Ni、鉄/マンガン/ケイ素Fe-Mn-Si、チタン/ニッケルTi-Ni、例えば、55.9%のNiと44.1%のTiを含み、ニチノールとして商業的に知られており、良好な超弾性挙動、つまり、より大きな弾性エネルギーを吸収する能力と、より大きな分散能力を生み出す高いヒステリスを有する合金、などを使用することが可能である。これらの合金はさらに、それらを外部環境と直接接触する用途および本発明の保護構造物に特に適した効率的なものにする、疲労および腐食に対する優れた耐性により選択される。
上で述べたような超弾性挙動を有する材料は、織られ、組み合わせられ、あるいはいずれの場合も保護構造物の保護ネットに接続された、ワイヤ、ケーブル、またはロープから形成される。例えば、ロープ16a、16b、19を完全にまたは部分的に、ニチノールなどのSMA材料のロープまたはワイヤまたはブレーキ要素で構築することが可能である。このようにして、衝撃荷重が取り除かれた後、ブロックの衝撃に起因する弾性伸びが回復し、ロープは、図1に示す衝撃前の初期形状に戻る。
したがって、バリアは、いずれのコンポーネントを交換することなく、再び初期の幾何学的形状、特に遮断高さを取る。このすべてはメンテナンスコストの大幅な削減を意味し、バリアが提供できる安全レベルの維持が保証される。
この初期状態の復元は、SEL(サービスエネルギーレベル)で示されるパフォーマンスレベルに対応するエネルギーに制限されてもよく、またはMEL(最大エネルギーレベル)で示されるレベルに達してもよい。2つの限度に達することは、SMA合金から作られたロープ16aおよび/またはロープ16bおよび/またはロープ19の寸法によって、または従来の分散要素をSMA合金から作られたロープ16aおよび/またはロープ16bおよび/またはロープ19と組み合わせることによっても、達せられてもよい。
SMA材料から作られたロープに加えて、またはそれに代えて、SMAタイプの合金のワイヤから作られた1つ以上のリングをネットパネル12内に組み合わせることが可能である。保護構造物は、SMA材料の保護ネットに重ねられるか、またはそれと組み合わせられる、バーまたは他の細長い要素で強化することもできる。例えば、ネットと組み合わせられ、ネットのメッシュに挿入され、および/またはネットの1つ以上の二重ねじりノードに組み込まれるとともに、SMA材料から作られた、1つ以上の弾性補強要素を備えた二重ねじりタイプの1つのネットで構築されたネットパネルを備えた保護ネットを構築することが可能である。
図2は、図1に示されるものと同様の保護構造物10、またはより一般的には、例えば、ネットの上部が支柱で支えられ下部が自由なハイブリッド保護構造物のような、支柱によって支持されるネットを備えた保護構造物を支持するのに適した支持ロープ20の特定の実施形態を示す。
図2の例では、ロープ20は、保護構造物の分野で一般に知られているタイプの分散装置またはブレーキ21の領域で相互に接続された2つのロープ部分20a、20bによって形成される。以下でより明らかになるように、ロープ20を設けなくてもよく、したがって、単一部品で構築できる限り、分散装置またはブレーキ21の存在は、本発明の目的に必要ではない。さらに、ロープ20は、1つまたは2つの断片のみ、または2つの断片から作られる必要はないが、代わりに、ロープのいくつかの断片、セグメントまたは部分を直列および/または並列に結合することによって構築されてもよい。好ましくは、ロープ20は、鋼製の金属ロープである。
ロープ20は、アンカー部材18によって地面に固定される。ロープ構造体20の他端は、支柱14の上端に固定される。それぞれ、地面および支柱14への、ロープ20の両端の固定のタイプは、当該分野で知られている様々な技術に従って、図示されたものとは異なるタイプであってもよい。
分散装置またはブレーキ21は、それがロープ20上に設けられている場合、例えば、保護構造物が関係する地滑りの衝撃エネルギーを吸収するのに適している。図示された分散装置またはブレーキ21は、相互に横に並ぶ2つの金属チューブ22を備え、その中に2つのそれぞれのロープ部分20a、20bが延び、その端部が分散装置またはブレーキ21の向こう側に突き出ている。金属チューブ22の端部に位置する2つの圧縮ヘッド23にも、ロープ部分20a、20bが通され、その端部には端子24が固定されている。
ロープ部分20a、20b上の牽引力により、端子24が圧縮ヘッド23に押し当てられ、今度はそれがチューブ22を押し、牽引力が十分に大きい場合にはその塑性変形を引き起こす。保護構造物への高い衝撃エネルギーは、チューブ22の変形中に吸収され分散される。
ロープ20上には、より少ないエネルギーでの衝撃の結果として所定の大きさまでのロープ20上の牽引応力に弾性的に応答する減衰部材25も備えられ、これに加えて、分散装置またはブレーキ21が動作可能になる。減衰部材25は、ロープ20上の2つの固定位置28の間に挿入された弾性セグメント26を備える。固定位置28は、ロープ20上に圧着された2つの金属スリーブによって構築することができ、または機能的に同様のタイプの接続手段によって構築することができる。弾性セグメント26は、例えば、ニチノールとして上に示したタイプの超弾性挙動を有する材料からなる、相互に直列および/または平行に配置された1つ以上のロープ部分を用いて構築することができる。
図3からも分かるように、変形していない構成では、弾性セグメント26は、ロープ20上の2つの固定位置28の間の長さL1を有する。長さL1は、弾性セグメント26の材質および保護構造物の特性に基づいて設定される。例えば、固定位置28間の弾性セグメント26の長さL1は、1mより短いか、または1mより長い可能性を排除しないとしても、約1mとすることができる。2つの端子29は、弾性部分26が牽引力を受けたときに擦り切れたり、固定位置28から外れたりしないことを保証する。
ロープ20は、2つの固定位置28の間に、弾性セグメント26の非変形長さL1よりも長い長さL2を有する抵抗部分30を有する。好ましくは、長さL2は、さらに弾性セグメント26が永久塑性変形を受けることになる長さよりも短い。一般に、長さL2は、L1より約8%から10%大きく、これは、長さL1が1mに等しい弾性セグメント26の場合、抵抗部分30は、約1.08から1.10mの長さL2を有することを意味する。
弾性セグメント26の変形していない構成では、ロープ20がいかなる牽引力も受けていないとき、図2および図3に示すように、固定位置28間の抵抗部分30は、緩んだままである。図4は、限界のケースを示し、この場合、ロープ20は、弾性セグメント26がその変形が超弾性範囲内に留まるその所定の最大伸びを受けるような牽引力を受ける。この限界に達すると、ロープの抵抗部分30に張力がかかるようになる。ロープ20の牽引力が増加すると、負荷は抵抗部分30によって支持され、それによって弾性セグメント26が塑性変形するのが防止される。ロープ20への負荷が終わると、弾性セグメント26は、弾性的に初期状態に戻る。牽引力がそれほど大きくない場合、ロープ20は、既存の状態に戻り、いずれの構成要素を交換する必要もまったくなしに、新たな介入の準備が整う。ロープ20への牽引力が非常に大きくなければならなかった場合、図4に示す限界状態に達した後、分散装置またはブレーキ21が、存在する場合は動作し始め、ここで、金属チューブ22の変形が、保護構造物への衝撃のエネルギーを吸収するために、既知のように作用する。
図2は、支柱14を支持するロープ19の1つを示しているが、ダンパー25を備えたこのロープの構成は、保護構造物の他の支持ロープの1つ以上、すなわち、ネット12の上部を連続的に支持するロープ16a、またはネット12の下端に長手方向に連続して接続されるロープ16bの1つ以上についても再現することができる。当然のことながら、本発明の原理は同じままであり、実施の形態および構築の詳細は、本発明の範囲から逸脱することなく、説明および図示されたものに対して幅広く変更することができる。
Claims (13)
- 少なくとも1つの金属保護ネットを備えた土木工事用の保護構造物であって、ワイヤ、ロープ、またはケーブルの形態である複数の細長い抵抗要素を備え、前記複数の細長い抵抗要素の少なくともいくつかは、超弾性挙動を有する材料から作られている、保護構造物。
- 超弾性挙動を有する前記細長い抵抗要素は、前記金属保護ネットのワイヤである、請求項1に記載の保護構造物。
- 超弾性挙動を有する前記細長い抵抗要素は、リングを有するネットパネルまたはリングを有するネットパネルの一部を形成するように組み合わせられたリングを形成する、請求項1または2に記載の保護構造物。
- 超弾性挙動を有する前記細長い抵抗要素は、前記金属保護ネットに対して組み合わせられるか織られる様式で配置されたロープである、請求項1から3のいずれかに記載の保護構造物。
- 超弾性挙動を有する前記細長い抵抗要素は、前記保護構造物を地面に固定するためのケーブルまたはロープの一部である、請求項1から4のいずれかに記載の保護構造物。
- 超弾性挙動を有する前記材料は、銅/亜鉛/アルミニウム(Cu-Zn-Al)、銅/アルミニウム/ニッケル(Cu-Al-Ni)、鉄/マンガン/ケイ素(Fe-Mn-Si)およびチタン/ニッケル(Ti-Ni)の金属合金からなるグループから選択される、請求項1から5のいずれかに記載の保護構造物。
- 超弾性挙動を有する前記材料は、55.9%のNiと44.1%のTiを含む合金である、請求項6に記載の保護構造物。
- ワイヤ、ロープ、またはケーブルの形態の前記複数の細長い抵抗要素の少なくとも1つは、超弾性挙動を有する材料から作られた弾性セグメントを備え、ワイヤ、ロープ、またはケーブルの抵抗部分は、最初は緩んだ状態で配置され、かつ、前記弾性セグメントの塑性変形の限界よりも小さい所定の限界に達したときに前記弾性セグメントが伸長を終了するまで伸びる間に拡張されるための部分または部品の横に配置される、請求項1から7のいずれかに記載の保護構造物。
- 超弾性挙動を有する前記材料から作られた前記弾性セグメントの伸長を制限する前記ワイヤ、ロープ、またはケーブルの部分は、前記超弾性部分の長さより約8%から10%長い長さを有する。請求項8に記載の保護構造物。
- ワイヤ、ロープ、またはケーブルの形態であり、かつ、相互に組み合わせられた、複数の細長い抵抗要素を備え、前記複数の細長い抵抗要素の少なくともいくつかは、超弾性挙動を有する材料から作られている、金属ネット。
- 超弾性挙動を有するこの材料から作られた1つ以上のリングが組み合わせられている、請求項10に記載の金属ネット。
- 前記ネット上に重ねられるか前記ネットと組み合わせられた、バーまたはロープやケーブルなどの他の細長い補強要素で補強され、前記バーまたは細長い要素は、完全または部分的に超弾性挙動を有する材料から作られている、請求項10または11に記載の金属ネット。
- 前記ネットは、前記ネットと組み合わせられ、前記ネットのメッシュに挿入され、および/または前記ネットの1つ以上の二重ねじりノードに組み込まれるとともに、超弾性挙動を有する材料から作られた、1つ以上の弾性補強要素を備えた二重ねじりタイプのものである、請求項12に記載の金属ネット。
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