JP4680192B2 - Connecting device for connecting arcuate elements and arcuate structure produced thereby - Google Patents
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Description
本発明は、特定にトンネルのような、埋め戻し式アーチ形タイプの土木工学作業の実施に現在使用されている、事前製造したアーチ形要素を連結する連結装置に関する。 The present invention relates to a connecting device for connecting prefabricated arched elements currently used for the implementation of back-filled arched civil engineering operations, in particular tunnels.
さらに、本発明は、事前製造したアーチ形要素から、さらに本発明による装置で製造したアーチ形構造に関する。 Furthermore, the invention relates to an arcuate structure manufactured from a prefabricated arcuate element and with the device according to the invention.
このタイプの構造を実現する従来の方法は、事前製造された湾曲したアーチ形要素を相互接合させて配置し、該アーチ形要素の各々がアーチ形断片を形成し、こうして得た断片を、次に構造の全長にかけてつなぐというものである。アーチ形構造の基礎部分を実現するために、構造の全長にわたって、2つのコンクリート基盤を事前に成型し、この上に、アーチ形構造の足を形成するアーチ形構造の要素が搭載される。こうして得られた構造を埋め戻しすることで作業が完了する。 A conventional way of realizing this type of structure is to place prefabricated curved arched elements in an interconnected manner, each of the arched elements forming an arched piece, the resulting piece being It is connected to the entire length of the structure. In order to realize the foundation part of the arcuate structure, two concrete foundations are pre-formed over the entire length of the structure, on which are mounted the elements of the arcuate structure that form the legs of the arcuate structure. The work is completed by backfilling the structure thus obtained.
一般に、アーチ形断片の形成には、基盤上に配置された2つのアーチ形要素のみを使用する。これは、3分節式アーチ構造として知られており:アーチ形要素と基盤の間の2つの分節と、さらに2つのアーチ形要素の間の3番目分節とで形成されている。 In general, only two arched elements arranged on the base are used to form the arched piece. This is known as a three-segment arch structure: it is formed of two segments between the arched element and the base and a third segment between the two arched elements.
しかしながら、さらに、3つのアーチ形要素を使用してアーチ形断片を形成することが好ましい別の実施形態もある。2つの側方アーチ要素の各々は、その一方の端部において基盤と堅固に接続しており、一方、他方の端部において中心アーチ要素の端部の1つを受容する。アーチ形要素間の各々の相互接合によって1つの分節が形成される。これは2分節式アーチ形構造として知られている。 However, there are also other embodiments in which it is preferred to use three arched elements to form an arched piece. Each of the two side arch elements is firmly connected to the base at one end thereof, while receiving one of the ends of the central arch element at the other end. A segment is formed by each interconnection between the arcuate elements. This is known as a bisection arcuate structure.
様々な構成の構造において、その非対称性のために平衡化されていないアーチ形構造の一方の断片に負荷がかかり;これにより負荷が分節に作用して、構造の安定性と強度が低下する。 In various configurations, due to its asymmetry, one piece of the arched structure that is not balanced is loaded; this acts on the segments, reducing the stability and strength of the structure.
そのため、例えば構造の長さにかけて異なる埋め戻しの厚み、または傾斜上に形成された構造のために、水平縦方向への負荷が結果として生じる。この負荷によって構造に位置ズレが生じかねない。 Thus, a load in the horizontal and vertical direction results, for example, due to the structure of the backfill thickness varying over the length of the structure, or the structure formed on the slope. This load can cause misalignment in the structure.
さらに、分節を剪断する垂直負荷が結果として生じる可能性もあり、場合によっては、特に3分節式アーチ形構造では、これによってひび割れまたは剥離が生じる。弱い地面が差分沈下または非対称な側方摩擦にさらされることで、このような負荷が生じる。 In addition, vertical loads that shear the segments may result, and in some cases, particularly in the three-segment arcuate structure, this causes cracking or delamination. Such a load is created when the weak ground is subjected to differential subsidence or asymmetric lateral friction.
結果得られた水平縦方向負荷を平衡化するために、ある解決法では、1つまたは2つのコンクリート製の桁を構造の長さにわたって成型することで、アーチ形要素の縦方向連結を実行する。 In order to balance the resulting horizontal longitudinal loads, one solution performs longitudinal coupling of arcuate elements by molding one or two concrete girders over the length of the structure. .
桁が1本のみである場合には、構造の全長にかけての成型、その縦軸回りまたはその横軸回りでのアーチ形構造の任意の回転が禁止される。同様に、この解決法により、任意の垂直方向への変位が防止される。先行の解決法と比較して、構造に沿って2つの縦桁を成型する方法は、縦軸回りでの回転を許容するという利点を有する。しかし、横軸回りでの回転および垂直方向への変位は依然として不可能である。 If there is only one girder, molding over the entire length of the structure and any rotation of the arched structure about its vertical axis or its horizontal axis are prohibited. Similarly, this solution prevents any vertical displacement. Compared to previous solutions, the method of molding two stringers along the structure has the advantage of allowing rotation about the longitudinal axis. However, rotation around the horizontal axis and vertical displacement are still impossible.
しかしながら、これらの動作、特に回転は、構造の外部形状に適合できるようにするために可能である必要がある(構造と地面の間の相互作用)。 However, these movements, especially rotation, need to be possible in order to be able to adapt to the external shape of the structure (interaction between the structure and the ground).
さらに、コンクリート製桁の成型によりアーチ形要素の連結を実行することは、例えば構造の全長にかけて成型を建設することが必要となるため、実現困難である。 Furthermore, it is difficult to implement the connection of the arched elements by molding concrete girders, for example, because it is necessary to construct the molding over the entire length of the structure.
本発明の目的は、特に、上述した欠点を克服することである。 The object of the invention is in particular to overcome the drawbacks mentioned above.
この目的のために、本発明は、以下に定義するタイプの連結装置を提案するが、この連結装置は、少なくとも1つの連結要素を設けており、この連結要素は縦長コアから形成され、前記縦長コアは、強力な材料で構成され、その部分の表面が、摩擦受容量が高い、したがって相互に隣接した少なくとも2つのアーチ形要素の各々のリップ部間に縦方向に挿入されるべく貢献する可塑性材料から成る少なくとも2つの変形可能要素で被覆されており、また前記装置は、縦長コアが、少なくともリップ部の一方の長さにかけて延びており、また、アーチ形全長にかけて連結を実施するべく少なくとも1つの隣接した連結要素のコアへ固定する手段を備えている。 For this purpose, the present invention proposes a connecting device of the type defined below, which connecting device is provided with at least one connecting element, the connecting element being formed from a vertically long core, said vertically long The core is made of a strong material and the surface of the part is highly friction-accepting and thus contributes to be inserted longitudinally between the lips of each of at least two arcuate elements adjacent to each other Covered with at least two deformable elements of material, and the device has at least one longitudinal core with at least one extending over at least one of the lengths of the lip and for carrying out the connection over the entire arcuate length. Means are provided for securing to the cores of two adjacent connecting elements.
本発明の原理は、一方で、分節内の摩擦を使用して、水平縦方向への負荷を平衡化することができる負荷を生成し、他方で、構造を外部環境に適合させるために有効な移動のみを分節において許容するというものである。さらに、こうして得られた連結は、構造全長にかけてのコンクリート成型を伴わないため、特に実現が容易である。 The principles of the present invention are useful for generating a load that can, on the one hand, use friction within the segment to balance the load in the horizontal and longitudinal directions, while on the other hand, adapting the structure to the external environment. Only movement is allowed in the segment. Furthermore, the connection thus obtained is particularly easy to implement because it does not involve concrete molding over the entire length of the structure.
連結要素のコアは、優れた剛性を得るために、金属材料、特に鋼鉄で形成されることが好ましい。 The core of the connecting element is preferably formed of a metallic material, in particular steel, in order to obtain excellent rigidity.
ある実施形態では、固定手段は、単純な動作の手段により、アーチ形構造の全長にかけて連続した連結を可能にする溶接手段を備えている。 In one embodiment, the securing means comprises welding means that allow a continuous connection over the entire length of the arcuate structure by means of simple movement.
別の実施形態では、固定手段は継ぎ目板と結合させることが可能であり、強力な連結を形成する別の単純な形成手段を形成する。 In another embodiment, the securing means can be coupled with the seam plate, forming another simple forming means that forms a strong connection.
ある好ましい実施形態では、変形可能な要素は2枚の単板を備え、それらの単板間には縦長コアが挿入されている。各単板は、アーチ形要素のリップ部と接触し、連結要素とアーチ形要素の間に摩擦を生じさせる。 In a preferred embodiment, the deformable element comprises two veneers, with a longitudinal core inserted between the veneers. Each veneer contacts the lip of the arcuate element and creates friction between the connecting element and the arcuate element.
ある有利な形状において、連結要素の縦長コアは、選択された形状、例えばT字型またはL字型の断面を有し、表面の1つのアーム部分が1つまたは複数の変形可能要素によって被覆され、少なくとも1つのアーム部分がアーチ構造の外部へと突出している外形を有しており、これにより縦長コアの隣接するコアへの固定が促進される。 In one advantageous shape, the longitudinal core of the connecting element has a selected shape, for example a T-shaped or L-shaped cross section, and one arm portion of the surface is covered by one or more deformable elements. , Having at least one arm portion projecting out of the arch structure, thereby facilitating the fixing of the longitudinal core to the adjacent core.
さらに、変形可能な要素は、例えば接着によって、連結要素の縦長コアに接続される。 Furthermore, the deformable element is connected to the longitudinal core of the connecting element, for example by gluing.
変形可能な要素は、容易に変形でき、高い強度を有し、実現が容易なエラストマ材料から選択された材料、例えばゴムで形成されている。 The deformable element is formed of a material selected from an elastomer material that can be easily deformed, has high strength and is easy to implement, for example rubber.
これに加えて、連結要素の縦長コアは、アーチ形要素の心出しを確実に提供するべく、リップ部に形成された各基底部分において互いに係合することが可能な少なくとも1つの心出し要素を備えている。 In addition, the longitudinal core of the connecting element has at least one centering element capable of engaging with each other at each base portion formed in the lip to ensure the centering of the arcuate element. I have.
心出し要素は、実質的に、縦長コアの両側の各々に延びた2つの逆切頭円錐の形状を有する。 The centering element has substantially the shape of two inverted frustoconical extensions extending on each side of the longitudinal core.
有利なことに、変形可能な要素は、縦長コアの表面の一部分のみを被覆し、強力な材料のスラリー、例えばセメントのスラリーの受容が可能な溝を組み入れていることで、アーチ形構造を強化し、耐火性を確保している。 Advantageously, the deformable element covers only a portion of the surface of the longitudinal core and incorporates a groove capable of receiving a slurry of strong material, such as a slurry of cement, thereby enhancing the arcuate structure And fire resistance is ensured.
本発明はさらに、本発明によるアーチ形要素と少なくとも1つの連結要素とで構成されたアーチ形構造を提案する。 The invention further proposes an arcuate structure composed of an arcuate element according to the invention and at least one connecting element.
特に好ましい実施形態では、アーチ形要素は、T字型またはL字型の外形の自由なまま残されたアームを収容するための凹部をリップ部付近に設けた上方面を備えている。 In a particularly preferred embodiment, the arcuate element comprises an upper surface provided with a recess in the vicinity of the lip to accommodate an arm left free in a T-shaped or L-shaped profile.
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面に基づいて以下に示す詳細な説明を読解することで明白となるであろう。 Further features and advantages of the present invention will become apparent upon reading the following detailed description based on the accompanying drawings.
添付の図面は、本発明を補助するだけでなく、必要に応じてその定義にも貢献する。 The accompanying drawings not only assist the present invention, but also contribute to its definition as necessary.
これ以降の詳細な記述は、埋め戻し式アーチ形タイプの土木工学構造を考慮する。 The following detailed description will consider a back-filled arch-type civil engineering structure.
本発明によるアーチ形断片(図1、図2、図3)は、従来、コンクリートで事前製造され、相互接合するよう配置され、その一方で事前にコンクリート成型した基盤5、7上に各々位置している2つの湾曲したアーチ形要素1、3で形成される。アーチ形構造を形成するには、アーチ形断片を全構造長さにわたって配置する(図3)。アーチ形構造が得られた後に、埋め戻しRの手段により、そのアーチ形構造に埋め戻し処理を施す(図16)。
The arched pieces according to the invention (FIGS. 1, 2 and 3) are conventionally pre-manufactured with concrete and arranged to be interconnected, while being located on
本発明によるアーチ形構造の場合、本発明による連結装置を構成しているアーチ形断片の長さと同じ長さの連結要素9(図4)がアーチ形要素1、3の間に挿入される。
In the case of the arched structure according to the invention, a connecting element 9 (FIG. 4) of the same length as the length of the arched piece constituting the connecting device according to the invention is inserted between the
様々な形状の構造において、一方のアーチ形断片に付加される力を平衡化できないという事態が起こる。特に、傾斜上に構造を形成する場合、または構造の長さにわたって埋め戻しRの厚みが異なる場合に、アーチ形要素間の接合部分において縦水平負荷Fm(図5)が生成される。この負荷Fmを補正しなければ、アーチ形断片の静的な平衡は得られない。いくつかの場合において、この非平衡性によって構造に位置ズレが生じる。確実に構造の安定性と強度を得るためには、アーチ形要素1、3の間の接合部分に、Fmとは反対方向に働き、Fmよりも大きい縦水平力Frを生成することで、アーチ形断片を平衡化することが必要である。本発明は、特にアーチ形構造上の埋め戻しRの摩擦によって生じた水平横断負荷Nを使用し、アーチ形要素1、3の間の接合部分に摩擦を作り出すことで構成されている。横断負荷Nに関連した摩擦により、Fmを平衡化することができる縦水平力Frが生じる。これにより、本発明による連結要素9の第1機能は、アーチ形要素1、3の間の接合部分に摩擦を作り出すことである。
In variously shaped structures, a situation occurs where the force applied to one arched piece cannot be balanced. In particular, when the structure is formed on a slope, or when the thickness of the backfill R varies over the length of the structure, a longitudinal and horizontal load Fm (FIG. 5) is generated at the junction between the arched elements. If this load Fm is not corrected, a static balance of the arched piece cannot be obtained. In some cases, this non-equilibrium causes misalignment of the structure. In order to ensure the stability and strength of the structure, it is possible to generate a longitudinal and horizontal force Fr that acts in a direction opposite to Fm at the joint portion between the
外部環境に適合するために、アーチ形断片は、合理的な限度内での変形が可能でなくてはならない。アーチ要素1と基盤5の間の接合点において(図6)、基盤5の縁とアーチ要素1の間に形成された斜角面61と隙間eにより特定の動作、特に横軸回りの回転が許容される。基盤5と要素1の間のつながりは分節として知られている。特に、構造のいずれかの側における異なる埋め戻し処理、または基盤5、7の下の異なる地面構成による、アーチ形断片内における垂直負荷を防止するために、アーチ形要素1、3の間の接合点において、ある特定の位置ズレ、特に横軸回りでの回転と、一方のアーチ形要素1の他要素3に対する垂直変位とを許容することがさらに必要である。この場合、アーチ形要素1、3の間にも分節が設けられている。したがって、本発明による連結装置の連結要素9は前記の位置ズレないし変位を許容するものでなければならない。
In order to adapt to the external environment, the arcuate piece must be able to deform within reasonable limits. At the junction between the
これらの自由度全体により、垂直平面と水平方面の両方における曲線状の整列を構造に付与することが可能になる。 These overall degrees of freedom make it possible to give the structure a curvilinear alignment in both vertical and horizontal planes.
本発明による連結装置の連結要素9の第1実施形態(図7)は、ほぼ逆L字型の形状の手段によって形成された金属コア75を備えている。金属コア75のより長いアームの2面上には、2つの変形可能な単板71、73が配置または接着され、その他のアームは自由な状態のまま残される。第2実施形態(図8)では、金属コア77をほぼT字型の形状の手段により形成できる。
The first embodiment (FIG. 7) of the connecting
アーチ形要素1、3の間に連結要素9が挿入されると、アーチ形要素1、3のそれぞれ対応する面、リップ部41、43が変形可能な単板71、73と接触する。事実、この接触によって、求められている摩擦が生じる。これと並列的に、単板71、73は変形可能であるため、これによって横軸回りにおける回転と垂直並進が許容される。本発明による連結装置を最良に機能させるために、変形可能な単板71、73を、優れた変形性と、コンクリートの摩擦係数との適合性の両方を有する材料で製造することが有利である。したがって、ゴムまたはネオプレンのようなエラストマタイプの材料を使用することが好ましい。
When the connecting
総体的なアーチ形構造の安定性と強度を確実に得るためには、連結要素9を、アーチ形構造全体にわたって水平縦負荷が平衡化するように連結させることが必要である。この目的のために、連結要素9のコア75を隣接する連結要素のコアに固定することが必要である。
In order to ensure the stability and strength of the overall arched structure, it is necessary to connect the connecting
第1形状(図9、図10)は、金属製の継ぎ目板90を使用して金属コア75どうしを接続する。2つの金属コア75の上面にまたがって金属板91が配置されている。金属板91は、金属コアの各々に対してねじ93の手段によってねじ留めされるか(図9)、あるいは溶接継目94の手段により溶接されている(図10)。
In the first shape (FIGS. 9 and 10), the
第2形状(図11)ではさらに、2つの金属コア77の上面間に溶接継目100を直接形成することも可能である。
In the second shape (FIG. 11), it is also possible to directly form the
アーチ形要素1、3の面上への連結要素9の位置決めを容易化するために、連結要素9上に心出し装置110を設けることができる(図12)。この場合には図示しない雄/雌装置によって適切な穿孔が施された金属コア75の両面を挟んだ状態で、切頭円錐形状をした2つの心出し要素113、115どうしがその底部において接合している。アーチ形要素1、3のリップ部41、43には、心出し要素113、115の形状を補助する形状の心出し凹部111が形成されている。心出し装置110を、任意で非常に剛性ではない状態に形成することもできる。一方で、心出し機能は一時的なものであり、また他方では、心出し装置110はアーチ要素1、3の間の分節における動作を妨害してはならない。
In order to facilitate the positioning of the connecting
アーチ形構造が外部環境に適合できるよう、アーチ形要素1、3の間の分節における動作が許容されなければならないが(地面/構造の相互作用)、この適合が一旦確立すれば、特により高い耐火性を有するようにアーチ形構造を強化することが有利である。この目的のために、本発明による連結要素9の改善形では、例えばセメントベースのような適切な材料のスラリーを注入できる空洞150、160が形成される(図13、図14)。
In order for the arcuate structure to adapt to the external environment, movement in the segment between the
一旦、連結要素9を挿入してアーチ要素どうしを対向して配置し、全ての連結要素9を溶接または継ぎ目板によって接続することで、アーチ構造が適所に配置されたら(図15)、埋め戻し前のアーチ形構造をしっかりと密封することが有利である。この目的のために、従来技術では、アーチ形構造の上面全体にかけて(図16)、または少なくとも結合部にかけて密封ホイル181を配置する。したがって、連結要素9がアーチ形構造の上面を超えないようにする必要がある。このようにして(図12)、アーチ形要素1、3の上面の、リップ部41、43付近に凹部117が形成される。
Once the arch structure is in place by inserting the connecting
これまで、本発明による3分節形式のアーチ構造について説明した。2分節形式で形成された場合で置き換えることもできる。 So far, the three-segment arch structure according to the present invention has been described. It can also be replaced by a case where it is formed in a two-segment format.
同様の方法で、アーチ形要素1、3が互いに対向して配置されている形状についても説明した。アーチ形要素1、3がジグザグ配置されている、つまり各アーチ要素1が他の2つのアーチ要素3、11と接合している場合(図17)にも、本発明による連結装置を使用することができる。
In the same manner, the shape in which the
最後に、縦コアについては、ほぼ逆L字型またはT字型形状の手段によって形成されるが、これ以外の形状、特に円形断面形状の使用も考えられる。この場合、円筒形またはフランジ型のエラストマシースが、円筒形コアの全長の一部分のみを包囲している。したがって、この形状により、アーチ要素のリップ部の全長にかけて半円筒形の凹部を設けることが必要になる。 Finally, the vertical core is formed by means of a substantially inverted L-shape or T-shape, but other shapes, particularly circular cross-sectional shapes, are also conceivable. In this case, a cylindrical or flange-type elastomer sheath surrounds only a part of the entire length of the cylindrical core. Therefore, this shape makes it necessary to provide a semicylindrical recess over the entire length of the lip portion of the arch element.
本発明は、純粋に例示のためにのみ上述された実施形態に限定されるものではなく、当業者が特許請求の範囲内で想到し得る全ての変更ないし変形を含むものである。 The present invention is not limited to the embodiments described above purely for illustration, but includes all modifications and variations that a person skilled in the art can conceive within the scope of the claims.
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