JP4115702B2 - 橋梁用コードとして使用するためのテンションロッド - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維複合材料製の中央部分及び金属材料製の端部を持つ、橋梁用コードとして使用するためのテンションロッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
繊維複合材料は、それらの比密度（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｄｅｎｓｉｔｙ）に対して高い剛性及び強度を示す。この性質により、複合材料は、軽量構造の用途で特に貴重である。特に、繊維に引張応力を長さ方向に加えることができる場合に有利である。
【０００３】
この種の構造エレメントには、主に、局所的に集中した力が加わる。これらの力は、多くの場合、空間内での方向もまた異なる。
【０００４】
応力がこのように加えられる部品を繊維構造を使用して開発した場合、力を繊維に導入することにより、解決に概して高い費用がかかる問題が生じる。従って、これらの費用のかかる解決策は高くつき、そのため、航空宇宙以外の用途で選択されることは稀である。更に、多軸応力状態では、繊維材料の多くの利点は失われる。
【０００５】
例えば、金属アイ（ｍｅｔａｌ ｅｙｅ）の周囲の端部に繊維を巻付ける巻付け技術を使用する。これは、製造、品質保証、及び使用寿命の監視に非常に費用がかかる方法である。
【０００６】
引張力が加わるコーンに繊維の端部をクランプする方法もまた周知である。
【０００７】
これに加え、繊維複合材料及び金属継手との間の接着されたテーパ状重なり部は、必要条件が簡単であることが周知であるが、これらの重なり部は、主要構成要素の場合及び荷重が高い場合、接着連結部が壊れた場合に荷重を受け入れることができるようにするため、ボルト又はリベットによって追加に固定される。
【０００８】
可動式橋梁は、重量、寸法、剛性、及び強度に関して非常に厳密な必要条件が課され、その結果、繊維複合材料を使用することが魅力的である。しかしながら、繊維複合材料を使用することに関して以下の問題点がある。
【０００９】
（ａ）機械的損傷に対する感受性が比較的高い。
（ｂ）可動式橋梁は、輸送可能なユニットに分けることができなければならない。これは、大きな集中した力を繰り返し構造に導入し、構造から除去しなければならないということを意味する。
（ｃ）橋梁構造は、実際上の理由及び経済的理由により、損傷について比較的長い間隔でしか検査できない。換言すると、構造は、信頼性がなければならず、エラー許容性がなければならず、検査が容易でなければならない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、可動式橋梁用のコードとして使用するための繊維複合材料製テンションロッドを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この目的及び他の目的は、本発明によれば、橋梁用コードとして使用するためのテンションロッドにおいて、
少なくとも一つのコードを備え、このコードは、
繊維複合材料製の中央部分と、
金属材料製の一対の端部分とを含み、端部分の各々は、接着したテーパ状重なり部を介して中央部分に連結されており、中央部分及び端部分は、重なり部において矩形断面を有し、重なり部の長さは重なり部におけるテンションロッドの厚さよりも大きく、繊維複合材料部分及び金属製部分の重なり部は、薄肉側においてブレード状に延びている、テンションロッドを提供することによって達成される。
【００１２】
この目的及び他の目的は、本発明によれば、少なくとも一つのコードを備えたテンションロッドにおいて、
厚さが各長さ方向端部のところで徐々に減少する矩形断面を持ち、テーパ状連結領域を画成する繊維複合材料製の中央部分と、
一方の長さ方向端部のところで厚さが徐々に減少する矩形断面を各々有し、中央部分の夫々のテーパ状連結領域と噛み合うように対応するテーパ状連結領域を画成する金属材料製の一対の端部分と、
中央部分のテーパ状連結領域と端部分夫々のテーパ状連結領域との間の接着連結部とを備えたことを特徴とするテンションロッドを提供することによって達成される。
【００１３】
この目的及び他の目的は、本発明によれば、テンションロッド製造方法において、
厚さが各長さ方向端部のところで徐々に減少する矩形断面を持ち、テーパ状連結領域を画成する繊維複合材料製の中央部分を提供する工程と、
一方の長さ方向端部のところで厚さが徐々に減少する矩形断面を各々有し、夫々の中央部分のテーパ状連結領域と噛み合うように対応するテーパ状連結領域を画成する金属材料製の一対の端部分を提供する工程と、
中央部分のテーパ状連結領域を端部分のテーパ状連結領域に夫々接着する工程とを備えた方法を提供することによって達成される。
【００１４】
本発明の要旨は、本発明に従って設計された以下の特徴を持つテーパ状重なり部によって、繊維複合材料に力を加え又は力を解放することである。
【００１５】
（ａ）費用が、巻付けを行う解決策の数分の一である。
【００１６】
（ｉ）繊維複合材料は経済的に製造でき、製造を自動化できる。
（ｉｉ）金属製端部継手は、製造が簡単な同様の部品である。
（ｉｉｉ）幾何学的形状のため、部品の接着を同様に経済的に行うことができ、自動化できる。
（ｉｖ）コードは、二つの異なる個々の部品だけを含み、従って、対応して多数で製造できる。
【００１７】
（ｂ）高い機械的荷重が加わる連結箇所に金属製の端部継手を設けることにより、繊維複合材料が連結時に機械的に損傷しないようにする。
【００１８】
（ｃ）本発明は、設計を結果的に高価にすることなく、又は繊維複合材料の利点を疑うことなく、力を繰り返し加えたり解放したりするのに非常に適している。
【００１９】
（ｄ）コードは信頼性があり、エラー許容性があり（ｅｒｒｏｔ−ｔｏｌｅｒａｎｔ）、検査が容易である。
【００２０】
（ｉ）コードの信頼性は、製造中の接着の品質で大部分が決まる。コードを幾何学的形状が簡単な個々に製造したエレメントで形成することによって、コードを各加工工程に従って、超音波やＸ線といった従来の方法を使用して１００％検査できる。
（ｉｉ）コードの信頼性は、更に、作動中に水蒸気が侵入することによる経時変化に左右される。重なり部をテーパ状に設計することにより、環境に対し、重なり部の大きな応力が作用する大面積の接着連結部に、金属製継手によって水蒸気の侵入に対する優れた保護が提供される。非常に小さな横面は、周知の方法によって、例えば厚さが０．１ｍｍ乃至０．３ｍｍの接着した金属フィルムによって保護できる。
（ｉｉｉ）個々のエレメントが破損した場合、層状構造により、亀裂がそれ以上拡がらないようにする。
（ｉｖ）更に、コードを二重コードとして又はマルチコードとして、製造中に用いられるのと同様の試験方法を使用して検査できる。
【００２１】
本発明の他の目的、利点、及び新規な特徴は、本発明の以下の詳細な説明を添付図面と関連して読むことによって明らかになるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１、図２、図３、図４、及び図８は、理解を容易にするために同じ頁に描いてある。これは、図４が、その上方に示したコードの各々の平面図であるためである。
【００２３】
図１は、テンションロッド２を単コード４として示す。このコードは、繊維複合材料製の中央部分６及び金属タブ１０である端部分８を有する。各タブには穴即ちアイ１２が設けられている（図４参照）。
【００２４】
金属タブ１０及び繊維複合材料中央部分６は、接着したテーパ状重なり部１４（接着連結部）によって互いに接着されている。図１及び図２の各々は、重なった繊維強化プラスチック複合材料が互いに面した個々のコード４を示す。図１及び図２の個々のコードを互いに接着することにより、図３の二重コード１６を製造する。図１及び図２の二つの個々のコードは、基本的には同じである。図１及び図２に鏡像対象で示すテーパ状重なり部１４は、図２のコード４をその長さ方向軸線を中心として図１のコード４に対して１８０°回転させることによって得られる。
【００２５】
図５、図６、及び図７の断面図Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、及びＣ−Ｃは、図３及び図４の二重コード１６の様々な断面を示す。端部分８のところでは、二重コード１６の隣接したコード４の金属タブ１０の内方に面する側部が図５に示すように接着連結部１４によって互いに直接的に連結されている。二重コード１６の重なり領域１８に沿って、金属タブ１０は、図３の側面図で見て断面がテーパしており、繊維複合材料中央部分６がこれと対応したテーパ断面を有する。重なり領域１８では、各金属タブ１０のテーパ領域はその夫々の繊維複合材料中央部分６の対応したテーパ領域に接着剤連結部１４を介して連結されており、中央部分６の対向側（即ち内方に面する側）は、図６に示すように互いに接着連結部１４を介して連結されている。重なり領域１８間の二重コード１６の中央部分６では、二重コード１６の隣接したコード４の繊維複合材料中央部分６の内方に面する側が、図７に示すように接着連結部１４を介して互いに直接的に連結されている。
【００２６】
図３及び図４に示すように、重なり領域１８は、テンションロッドの厚さよりも遙かに長い。重なり領域は、例えば、テンションロッドの厚さの５０倍長いのがよい。重なり部は薄い側部に向かってブレード状に延びている。
【００２７】
図８は、三つの図３の二重コードを互いに接着したマルチコード２０を示す。図９は、テーパ状重なり部１８の近傍での断面を示す。一般的には、任意の数の二重コードを互いに接着し、設計仕様に応じて複合コードを形成するのがよい。
【００２８】
図１及び図２の代表的な個々のコード４の一実施例の一例は、厚さが１０ｍｍ乃至２０ｍｍ、幅が１３０ｍｍ乃至２００ｍｍ、長さが５ｍ乃至１０ｍである。
【００２９】
以下に好ましい材料の例を説明する。これは限定を意図したものではない。繊維複合材料は、主に、長さ方向に配向した炭素繊維及び熱硬化性エポキシ樹脂母材でできている。金属製の継手は、鋼、チタニウム、又はアルミニウムでできている。「キャリヤファブリック、最少１２０℃系（ｃａｒｒｉｅｒ ｆａｂｒｉｃ ｍｉｎ． １２０℃−ｓｙｓｔｅｍ）」に付着した熱硬化性接着剤を接着剤連結部材として使用する。
【００３０】
以上の開示は単に本発明を例示するために説明したのであって、限定を意図したものではない。当業者が本発明の精神及び要旨を組み込んだ開示の実施例の変更を思い付く限り、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲内の全てを含むと解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 重なり繊維強化プラスチック複合材料を含む本発明の好ましい実施例による個々のコードの側面図である。
【図２】 重なり繊維強化プラスチック複合材料を含む本発明の好ましい実施例による個々のコードの側面図である。
【図３】 図１及び図２の個々のコードを互いに接着した二重コードの側面図である。
【図４】 図３の二重コードの平面図である。
【図５】 図４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図６】 図４のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図７】 図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図８】 三つの図３及び図４の二重コードを互いに接着したマルチコードの側面図である。
【図９】 図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
２ テンションロッド
４ 単コード
６ 中央部分
８ 端部分
１０ 金属タブ
１４ 重なり部
１６ 二重コード
１８ 重なり領域

Claims (13)

1. 橋梁用コードとして使用するためのテンションロッドにおいて、
   少なくとも一つのコードを備え、このコードは、
   繊維複合材料製の中央部分と、
   金属材料製の一対の端部分とを含み、
   前記端部分の各々は、前記中央部分のテーパ状重なり部及び前記端部分のテーパ状重なり部を介して前記中央部分に接着して連結されており、前記中央部分及び前記端部分は、前記中央部分のテーパ状重なり部と前記端部分のテーパ状重なり部とからなる前記重なり部において矩形断面を有し、
   前記重なり部の長さは前記重なり部におけるテンションロッドの厚さよりも大きく、前記重なり部における前記中央部分のテーパ状重なり部及び前記端部分のテーパ状重なり部は、各々先端側に向かうテーパ形状を有するテンションロッド。
2. 請求項１に記載のテンションロッドにおいて、前記テンションロッドの断面の大きさは、前記テンションロッドの長さに亘って一定である、テンションロッド。
3. 請求項１に記載のテンションロッドにおいて、前記重なり部の前記長さは、前記重なり部における前記テンションロッドの前記厚さの少なくとも５０倍である、テンションロッド。
4. 請求項１に記載のテンションロッドにおいて、前記重なり部の前記長さは、前記重なり部における前記テンションロッドの前記厚さの５０倍である、テンションロッド。
5. 請求項１に記載のテンションロッドにおいて、前記コードを少なくとも二つ備え、前記コードは互いに接着されてマルチコードを形成する、テンションロッド。
6. 請求項２に記載のテンションロッドにおいて、前記コードを少なくとも二つ備え、前記コードは互いに接着されてマルチコードを形成する、テンションロッド。
7. 少なくとも一つのコードを備えたテンションロッドにおいて、
   厚さが各長さ方向端部のところで徐々に減少する矩形断面を持ち、テーパ状連結領域を画成する繊維複合材料製の中央部分と、
   一方の長さ方向端部のところで厚さが徐々に減少する矩形断面を各々有し、前記中央部分の前記夫々のテーパ状連結領域と噛み合うように対応するテーパ状連結領域を画成する金属材料製の一対の端部分と、
   前記中央部分の前記テーパ状連結領域と前記端部分夫々の前記テーパ状連結領域との間の接着材部とを備えたことを特徴とするテンションロッド。
8. 請求項７に記載のテンションロッドにおいて、前記テンションロッドの断面の大きさは、前記テンションロッドの長さに亘って一定である、テンションロッド。
9. 請求項７に記載のテンションロッドにおいて、前記テーパ状連結領域の長さは、前記テンションロッドの前記厚さの少なくとも５０倍である、テンションロッド。
10. 請求項７に記載のテンションロッドにおいて、前記テーパ状連結領域の長さは、前記重なり部における前記テンションロッドの前記厚さの５０倍である、テンションロッド。
11. 請求項７に記載のテンションロッドにおいて、前記コードを少なくとも二つ備え、前記コードは互いに接着されてマルチコードを形成する、テンションロッド。
12. テンションロッド製造方法において、
    厚さが各長さ方向端部のところで徐々に減少する矩形断面を有し、テーパ状連結領域を画成する繊維複合材料製の中央部分を提供する工程と、
    一方の長さ方向端部のところで厚さが徐々に減少する矩形断面を各々有し、前記夫々の中央部分のテーパ状連結領域と噛み合うように対応するテーパ状連結領域を画成する金属材料製の一対の端部分を提供する工程と、
    前記中央部分の前記テーパ状連結領域を前記端部分の前記テーパ状連結領域に夫々接着する工程とを備えたことを特徴とする方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、少なくとも二つの前記コードを互いに接着し、マルチコードを形成する、方法。

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