JP3759153B2 - フラップ構造体 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には、各種支持構造体にヒンジ接続するフラップ構造体に関する。具体的には、本発明は膨張式嚢体式ゲート装置に用いられるヒンジフラップ構造体に関する。

膨張式嚢体は、ダムの放水路に回動自在に取付けた提頂ゲートの下流側に設けてこの提頂ゲートの後ろの水高を制御するようになっているものである。そのようなシステムは、例えば、米国特許第４，７８０，０２４号および第５，０９２，７０７号に開示されているので詳細は、これらの文献を参照されたい。
従来の提頂ゲートシステムでは、膨張式嚢体の縁部を、ダムの放水路にボルト止めしたクランプによってこの放水路の上面に固定している。

従来のゴム製ダムでは、膨張式嚢体が放水路にボルト止めしたクランプの一列もしくは複数列によって放水路に固定されている。そのようなシステムは、例えば、米国特許第４，２９９，５１４号、第４，３３０，２２４号、第４，４９８，８１０号、第４，８３６，７１３号、第４，９０９，６６６号、５，０６７，８５１号、第５，３１８，３８１号に開示されている。従来技術のクランプ手段は、背丈が限られた高さのシステムには適しているが、大きい負荷が掛る背の高いシステムでは有効でなく不経済になる。高負荷の場合は、多層の補強材を要する。従来のクランプ手段は、内層の補強材から外層の補強材を介してこのクランプシステムに剪断負荷を伝え、補強膜の外層に不相応に高い剪断負荷が生ずる結果になる。その上、従来技術では、クランプした膜からコンクリート放水路などの支持構造体に伝わる剪断負荷の全てまたは一部をアンカーボルトで担うようになっている。このため、アンカーボルトに高応力を生じ、アンカーボルトがコンクリート構造体に突入する部分のコンクリートに負荷が集中することとなる。従来技術の設計では、経時効果による変形（クリープまたは圧縮永久歪み）が、嚢体や構造体を封止するクランプ力を減じる傾向にあり、漏れの原因となるか、定期的にボルトを締直す必要がある。大抵の従来技術のクランプシステムは、多かれ少なかれ、クランプされる嚢体とクランプシステム要素との間の摩擦の変化に依存している。

本発明は、以上の従来のゲートのヒンジ構造に係わる問題を解決すべくなされたものであり、本発明の目的は、クランプシステムで保持しても、高いせん断応力が局所的に集中しないように構成された、耐久性のあるヒンジフラップを提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくとも２つの補強層の間に保持されたフラップを含み、該フラップの１側縁がヒンジ止めするようになったフラップ構造体であって、各該補強層は、該フラップの該1側縁において、三角形の断面形状を有する楔に結合される端縁部を有し、前記の三角形の断面形状の頂点が前記フラップに向かう方向を向いているが、該頂点の反対側は該フラップから離れる方向を向いているように前記楔は延びており、これら楔は互いに合致されて１つの三角形を画定しており、また、これら楔は、前記の対向する端縁部をクランプするためのクランプ手段で互いに合致されて保持されるようになっていることを特徴とする構造体が提供される。
一実施例では、上述のヒンジ構造体は、ダム放水路の膨張式嚢体ゲートシステムのゲートを膨張式嚢体との間で挟持するべく用いられる。

ヒンジ構造体に用いる楔は、隣接する補強材の層の間に挿入するのが好ましく、又補強材の表面層の外側に接着してもよい。

これらの縁部は、相補に形作られているのが好ましく、それらを互いに接して配置したとき、それらは、クランプシステムに嵌込まれる封止縁部を形成する。

これらの封止縁部を面合せして配置し、支持面または支持構造体のくぼみまたは溝内に固定するとき、これらの縁部は、取付け力がこのヒンジ構造体の補強層の強度とほぼ等しくなるようしっかりと固定される。

一実施例で、膨張式嚢体をダム放水路の上面の長いくぼみまたは溝に固定する。この膨張式嚢体の縁部を保持するために、このくぼみ上にクランプを配置し、放水路にボルト留めする。嚢体の膨張時、クランプした縁部は、くぼみまたは溝内に確実に保持される。取付の強度は、嚢体それ自体の強度とほぼ等しくなる。換言すれば、本発明のシステムは、クランプ領域でゴムまたはその補強材に高い応力を生じさせることがない。これらの楔は、剪断応力を蓄積することなく外側膜の中央からの外方に向って層から層を通して、このクランプシステム内の圧縮応力が引張り負荷となって補強層に伝わるようになる。ゴムの楔は、発生する三軸圧縮応力に耐えるによく適している。最大剪断応力は、楔の間に均一に分布するので、個々の楔では比較的低い。楔形の縁部が気嚢のフープ応力の作用で充分圧縮され、エラストマー組立体に経時的効果の変形が生じたとしても緊密な封止に必要なクランプ力が維持される。自己締付け特性が得られるため、このクランプシステムを定期的に締付ける必要がなくなる。この自己締付け特性は、従来のクランプ手段で不可能であった凹凸した粗いコンクリートの放水路に直接確実に漏れなくクランプをすることが可能である。この実施例の更なる利点は、剪断負荷が、アンカーボルトに集中することなく、支持構造体中に均一に分布されることである。このクランプシステムの更なる利点は、クランプ部品の摩擦または化学接着に頼らないで膜をこのクランプ内に維持することである。実際、本発明は、全ての部品を組立て前に潤滑剤を付与しても、何ら問題がない。よって、本発明のクランプシステムは、経時効果によるスリップが摩擦面に生じることなく、よって故障が起りにくい。

本発明を以下に添付図を参照して実施例の形で詳細に説明する。
本発明の独特な接続システムを含む膨張式嚢体は、強化エラストマー材料（例えば、天然または合成ゴム）の複数層から成る。好適な補強嚢体の構成は、１９９５年６月１５日に提出した同時係属中の米国特許出願第０８／４９０，６４３号を参照されたい。

図１から図４に、コンクリート放水路１８の上面１８ａに設けた提頂ゲート放水路１０の一実施例を図示する。提頂ゲート放水路１０は、膨張式嚢体１２と、枢動可能の提頂ゲートパネル１４とクランプ手段１６とを有する。リブ２０ｃによって補強した溶接物２０が放水路に埋込まれ、アンカーボルト１７ａによって固定されている。

溶接物２０の下流側は、この溶接物の上流側の方に、このくぼみまたは溝の上部開口がこの溝のベースより狭くなるように、前方に曲げられているのが好ましい。嚢体１２の楔形縁部およびヒンジフラップ２２をこのくぼみの中に置き、クランプ手段１６で押え付けるとき、この嚢体とヒンジフラップ２２がくぼみの中にしっかりと固定される。この嚢体とヒンジフラップ２２の楔形縁部は、このくぼみから上方に引き抜くことができない。クランプ手段１６は、ボルト１７で留めして、嚢体の楔形縁部１２ａおよび１２ｂとヒンジフラップ２２の楔および楔形縁部をくぼみの中に保持するように、断面が三角形であるのが好ましい。ヒンジフラップ２２は、上部２２ａと楔形下部２２ｂを含むことが好ましい。上部２２ａは、ボルト１５によってゲートパネル１４の下端１４ａに固定されている。下部２２ｂは、例えば図３に示すように、クランプ１６によってくぼみまたは溝の中に保持されている。

ヒンジフラップ２２は、典型的にはゴムのような、強化加硫した可撓性エラストマ材料から成る。これにより比較的可撓性および屈曲性がある。このフラップ２２の上縁には、非圧縮性インサート２３があるのが好ましい。このヒンジフラップ２２は、この楔形下部２２ｂの大端２２ｄの中央からこの非圧縮性インサート（例えば、ナイロン棒）の周りへ延びて、この楔形下部2の大端２２ｄの同中央付近に戻る、ゲートピボット軸に対して４５度に向いたバイアスプライ・タイヤコード内側補強層２２ｃ、およびこの楔形下部２２の大端２２ｄの上部角隅に始り、このナイロン棒インサートの周りへ延在し、次に楔形下部２２ｂの大端２２ｄの下部角隅に戻る補強材の直線プライを含む外側補強層２２ｇを含むのが好ましい。楔形下部２２ｂは、楔２２ｅおよび２２ｆ有し、これら楔２２ｅおよび２２ｆは、内側補強層２２ｃと外側補強層２２ｇの各々に一体に加硫処理してある。この様にして、これらの楔の剪断応力が均一にされ、ゲートパネル１４に取付けるために必要なボルト孔１５ａの周りのバイアスプライによって負荷経路がもたらされる。

このゲートパネル１４の下縁１４ｂは、図３に示すように、丸いのが好ましく、直径が少なくともこのゲートパネルの厚さと同じ（又は大きいことが好ましい）である。この丸い縁が、フラップ２２の応力およびこの嚢体１２の縁１４ｂと接触している部分の応力も最小にする。

溶接物２０の角隅２０ａは、丸められていて、それに接触している嚢体のゴム部の応力を最小にする。

可撓性保持ストラップ１３が一端で放水路に固定され、その反対端がゲートパネル１４の上端に固定されているのが好ましい。このストラップ１３は、ゲートパネル１４が前方に傾き過ぎるのを防ぐ。

ダクト装置２４から嚢体１２に空気を供給することができる。このダクト装置２４は、このダム放水路１０の上面に埋込まれているのが好ましい。

膨張式嚢体システムの他の実施例を図５から図１２に示す。この実施例では、ダム放水路に膨張式嚢体の縁部を保持するためのくぼみまたは溝がない。むしろ、嚢体の楔形縁部１２ａおよび１２ｂが、ボルト３３によって放水路の上面に固定されたクランプ手段３２によって保持されている。クランプ手段３２には、下方に突出する脚部３２ａがある。嚢体の楔形縁部とフラップ２２の下部２２ｂは、このクランプ手段３２とダム放水路の上面の間に捕捉され且つ保持されている。

放水路の中のダクト装置３４が、必要なとき、嚢体に空気を供給する。
図１３ａ、図１３ｂおよび図１３ｃは、このクランプシステムによって与える圧縮力４８によって、隣接する層に剪断負荷を伝える必要なしに、引張負荷４７を支持する方法を示す。

ゴム製ダムとして使うための膨張式嚢体システムの他の実施例を図１４、図１４ａ、図１５および図１６に示す。ゴム製ダムに使用するとして図示したクランプシステムの機能は、回動自在なゲートパネルを含むシステムについて説明したものと同じである。

楔形縁を備える空気嚢体は、図１０および図１８を参照して、順次補強層１２ｃ、補強材料の各種層（例えば、−４５度に向いたスキム・タイヤコード１２ｄ、０度の１２ｆ、および−４５度の１２ｈ）を、丸みの付いた縁ａを備える（これらの丸みの付いた縁が膨らました嚢体の引張り応力集中を減少する）扁平な矩形マンドレル３４上に順次積層して耐候性被覆層ｂをレイアップすることによって製造することができる。上記の層を造って、未硬化高硬度ゴムの押出し楔１２ｅ、１２ｇ、１２ｊ、および１２ｋを補強層の隣接する縁の間に挿入する。次に、楔形キャビティを有する抜き型子３５ａおよび３５ｂをマンドレル３４に固定して楔形の嚢体の縁の正確な形状を制御する。これらの抜き型子は、組合せプロセス中に発生する意図しないボイドを除去するために、硬化サイクル中に追加の未硬化ゴム材料を送込む手段を備えてもよい。次に、これらの抜き型子を適所に備える組立体をプレスまたは圧力釜の中で普通の手段によって硬化することができる。

楔角は、補強層間に均等な楔角を与え、合計楔角をクランプシステムの内角に等しくするように選ぶのが好ましい。これらの楔の長さと補強コード層に接触している対応する剪断面積とは、接着強さ掛ける接着面積がこのコードの引張り強度を超えるために必要な接着長さに等しいかまたは超えるように選ぶ。これらの楔は、補強層の各々に高強度接着ができる、高硬度エラストマーで作るのが最も便利である。

本発明に従って構成した提頂ゲート放水路システムの一実施例の、嚢体を膨らました斜視図。 図１に示すシステムの断面図。 図２に示すシステムの一部の拡大断面図。 図１に示すシステムの、嚢体をしぼませた断面図。 本発明に従って構成した提頂ゲート放水路システムの他の実施例の、嚢体を膨らました斜視図。 図５に示す実施例の、ガス抜きした嚢体の断面図。 図５に示すシステムの一部の、膨張した嚢体の拡大断面図。 図５に示すシステムの一部の、ガス抜きした嚢体の拡大断面図。 図５から図８に示す実施例の断面図。 図９に示すシステムの一部の拡大図で、個々の補強層および楔も断面で示す。 図１０に示すシステムの一部の断面図。 図１から図４に示す溶接物の実施例の斜視図。 個々の楔形インサートの断面の未変形有限要素モデルメッシュを示す図。 図１３ａの有限要素モデルメッシュを変形したもので、接着した補強層の引張り負荷およびクランプシステムによって与えられる圧縮負荷を示す図。 本発明で個々の楔の断面を通る初期弾性フォン・ミーゼス応力の分布を示すグラフ。 本発明の接続手段のゴム製ダムに関する他の実施例の断面図。 図１４に示す接続手段の拡大図。 本発明のゴム製ダム用クランプ手段の他の実施例の断面図。 本発明のゴム製ダム用クランプ手段の他の実施例の断面図。 モールドした膨張式嚢体をクランプシステムに組込む前のモールドしたままの形態を示す図。 、膨張式嚢体を、その形状を作るマンドレルおよび抜き型子に関連して示す断面図。

符号の説明

１２ 膨張式嚢体
１４ ゲートパネル
１６ クランプ手段
２２ ヒンジフラップ
２２ａ ヒンジフラップ上部
２２ｂ ヒンジフラップ下部
２２ｃ 内側補強層
２２ｅ 楔
２２ｆ 楔
２２ｇ 外側補強層

Claims (4)

1. 補強層の間に保持されたフラップを含み、該フラップの１側縁がヒンジ止めするようになったフラップ構造体であって、該フラップの該１側縁において、三角形の断面形状を有する楔に結合される端縁部を有し、前記の三角形の断面形状の頂点が前記フラップに向かう方向を向いているが、該頂点の反対側は該フラップから離れる方向を向いているように前記楔は延びており、これら楔は互いに合致されて１つの三角形を画定しており、また、これら楔は、前記の対向する端縁部をクランプするためのクランプ手段で互いに合致されて保持されるようになっていることを特徴とする構造体。
2. 前記楔が剛性である請求項１による構造体。
3. 前記楔がエラストマーである請求項１による構造体。
4. 前記補強層が可撓性シートであり、該可撓性シートが補強コードを含む請求項１から３のいずれか１項に記載の構造体。

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