JP5521221B2 - セグメントとその製造方法 - Google Patents
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Description
さらに、ウェブ部材7をフランジ部材8で挟み込む構造であるため、図21に示すように、トンネル半径方向のセグメント部材高さ寸法Hを管理する場合に、セグメント製作時におけるスキンプレート3(4)の板厚寸法Sの公差S1と、フランジ部材8の板厚寸法Fの公差F1と、ウェブ部材7の高さ寸法Vの公差V1との影響を相乗的に受けて、セグメント部材高さHは、H=S+(±S1)+F+(±F1)+V+(±V1)となるため、セグメント部材高さHにバラツキが発生し、セグメントの断面性能が安定せず、そのため、寸法管理およびセグメントにおける鋼殻の矯正を含む製造管理を厳格に行う手間が必要となり、その分、セグメントの製造コストが高くなるという問題がある。
(2)トンネル半径方向のセグメント部材高さHのバラツキを最小限にして、部材性能の安定化と製造コスト削減を図る。
本発明者は、これらの課題について、種々検討した結果、セグメントにおけるウェブ側面にフランジを固定する構造とすることで、より詳しくは、ウェブ部材のトンネル半径方向の側面にフランジ部材を固定する構造とすることで、前記の課題を有利に解決可能であることを、本発明者は、知見し本発明を完成させた。
本発明は前記の課題を有利に解消し、従来の場合に比べて、寸法管理がより容易で安価な安定した性能を有するトンネル覆工用等のセグメントとその製造方法を提供することを
目的とする。
また、第2発明では、第1発明のセグメントにおいて、前記スキンプレートが前記フランジ部材に固着されていることを特徴とする。
第3発明では、第2発明のセグメントにおいて、前記スキンプレートのトンネル半径方向の外側面は前記ウェブ部材のトンネル半径方向の外端面よりも外側に配置され、もしくはスキンプレートのトンネル半径方向の内側面は前記ウェブ部材のトンネル半径方向の内端面よりも内側となるように配置されて相互が固着されていることを特徴とする。
第4発明では、第1発明のセグメントにおいて、前記スキンプレートが、前記ウェブ部材のトンネル半径方向の外端面もしくは内端面に配置されて相互が固着されていることを特徴とする。
第5発明では、第1発明〜第4発明のセグメントにおいて、前記主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ部材同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結されていることを特徴とする。
第6発明では、第5発明のセグメントにおいて、前記主桁における前記フランジ部材におけるセグメント外側面と前記ウェブ部材が溶接されていると共に、その溶接量を外側溶接量(S1)とした場合に、前記主桁における前記フランジ部材におけるセグメント内側面と前記ウェブ部材との内側溶接量(S2)を、ゼロ又は前記外側溶接量(S1)の1/2以下としたことを特徴とする。
第7発明では、第5発明又は第6発明のセグメントにおいて、前記補剛材が相対する主桁間で連結部材により連結されていることを特徴とする。
第8発明では、第5発明又は第6発明のセグメントにおいて、相対する主桁は補剛材により連結されていることを特徴とする。
第9発明では、第1発明〜第8発明のいずれかのセグメントにおいて、前記主桁と継手板および前記スキンプレートを備えた鋼殻の内側に中詰めコンクリートが充填・硬化されていることを特徴とする。
第10発明では、第9発明のセグメントにおいて、前記鋼殻の内側面にずれ止めが設けられていることを特徴とする。
第11発明では、第10発明のセグメントにおいて、前記フランジ部材に設けたずれ止めが、前記主桁同士間に渡って設置された棒状部材であることを特徴とする。
第12発明では、第9発明〜第11発明のいずれかのセグメントにおいて、前記中詰めコンクリート内にトンネル周方向に補強鉄筋が埋め込み配置されていることを特徴とする。
第13発明では、第9発明〜第12発明のいずれかのセグメントにおいて、主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ部材同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結され、前記補剛材が相対する主桁間で連結部材により連結され、トンネル周方向に向けて間隔をおいて隣り合う連結部材に渡って周方向補強鉄筋が挿通されていることを特徴とする。
第14発明では、第9発明〜第12発明のいずれかのセグメントにおいて、主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ部材同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結され、相対する主桁は前記補剛材により連結され、トンネル周方向に向けて間隔をおいて隣り合う補剛材に渡って周方向補強鉄筋が挿通されていることを特徴とする。
第15発明のセグメントの製造方法においては、第5発明〜第14発明のいずれかのセグメントを製造するにあたり、前記主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材を仮溶接し、前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくはフランジ部材同士間の相互を前記補剛材で連結した後に前記主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材を連続本溶接することを特徴とする。
(1)トンネル軸方向外側両端面がウェブ部材の平坦面により平滑に形成されるので、シールド掘進機における伸縮ジャッキによりジャッキ推力をセグメントに作用させた場合に、従来のようにジャッキ推力がフランジ部材先端に局所的に負荷することなく、ウェブ部
材に直接載荷されるため、セグメントへの応力伝達がスムーズになって、フランジ部材とウェブ部材との溶接を少なくでき、さらにはコンクリートへの局所的な応力集中も回避できるためにコンクリート強度が低くできるので、セグメント製造コスト削減を図ることができる。
(2)本発明の主桁は、ウェブ部材の側面にフランジ部材が固定される構造であり、従来のようにウェブ部材をフランジ部材で挟み込む構造断面でないので、セグメント製作時における主桁構成部材の寸法公差の影響が、少なくともフランジ部材は回避されることから、寸法管理が容易になると共に、セグメント部材高さのバラツキが少なくなり、セグメントの断面性能が安定する。
(3)その結果、セグメントの製造管理を緩和できることから、セグメントの製造コスト削減を図ることができる。
(4)さらには、ウェブ部材とフランジ部材の溶接線がウェブ部材の片側のみであるため、特に主桁部材を単独で製造する場合において当該部材を反転しながら溶接する必要がなく、製造コストや製造工期を縮小する効果がある。 また、前記主桁は、略断面コ字状、もしくは略断面L字状の主桁断面に形成されているので、主桁断面の断面性能が高く、さらに簡単な断面形態の主桁を用いて、合理的主桁とすることができる等の効果が得られる。
(5)また、フランジ部材のトンネル半径方向の外側面がウェブ部材のトンネル半径方向の外端面よりも内側に配置されたセグメントであって、フランジ部材とウェブ部材とが隅肉溶接により接合されていると共に、フランジ部材のトンネル半径方向の外側面とウェブ部材との隅肉溶接のトンネル半径方向の脚長が、フランジ部材外側面からのウェブ部材のトンネル半径方向の突出長とほぼ同じ寸法にされているので、トンネル施工時におけるシールドマシンの止水用テールブラシとセグメントがトンネル軸方向に連続して滑らかに接触することができ、その結果、トンネル施工時の止水性を高めることができる。
第2発明によると、スキンプレートがフランジ部材に固着されているので、スキンプレートの溶接による固定を容易に行うことができ、また、スキンプレートのトンネル軸方向の巾寸法の精度を低くすることができるので、スキンプレートのトンネル軸方向の寸法管理が容易である等の効果が得られる。
第3発明によると、スキンプレートのトンネル半径方向の外側面が、ウェブ部材のトンネル半径方向の外端面よりも外側、またはスキンプレートのトンネル半径方向の内側面が、ウェブ部材のトンネル半径方向の内端面よりも内側となるように配置されているので、位置調整されたフランジ部材の外側に固定して鋼殻の剛性を高めることができる。また、ウェブ部材を設計上のセグメント高さよりも低くして、経済的な主桁とすることができ、さらにセグメント構成部材におけるウェブ部材、フランジ部材およびスキンプレートの寸法公差を考慮しないでよいので、寸法管理が極めて容易である等の効果が得られる。
第4発明によると、スキンプレートが、ウェブ部材のトンネル半径方向の外端面またはウェブ部材のトンネル半径方向の内端面に固着されているので、トンネル半径方向のウェブ部材の巾寸法とスキンプレートの板厚を管理すればよいので、従来の場合に比べて、寸法管理が容易である等の効果が得られる。
第5発明によると、主桁を構成するフランジ部材とウェブ部材相互、フランジ部材相互又は内空側フランジ部材とスキンプレートが補剛材で連結されているので、フランジ部材とウェブ部材、フランジ部材相互又は内空側フランジ部材とスキンプレートを補剛部材により補強しながら連結することができると共に、コンクリートが中詰めされている場合には、補剛部材をずれ止めとして機能させることができ、中詰めコンクリートがトンネル周方向等にずれるのを防止して、鋼殻と中詰めコンクリートとの一体化を高めることができる等の効果が得られる。また、ウェブ部材とフランジ部材との本溶接時における主桁の溶接変形を抑制することができるので、形状寸法管理が極めて容易になる効果が得られる。更に、トンネル周方向に円弧状に配置される内空側フランジ部材を備えたセグメントでは、内空側フランジ部材が補剛材により補剛されているため、フランジ部材にトンネル周方向の引張軸力が作用した場合に、内空側フランジ部材がトンネル内空側に鉛直変位するのを抑制することができ、これによりセグメントの構造性能の向上を図ることができ等の効果が得られる。特に、コンクリートが中詰めされている場合には、コンクリートのひびわれ、あるいはフランジ部材とコンクリートとの剥離を抑制し、耐久性能の向上を図ることができるという効果も得られる。
第6発明によると、主桁における前記フランジ部材におけるセグメント外側面と前記ウェブ部材が溶接されていると共に、その溶接量を外側溶接量(S1)とした場合に、前記主桁における前記フランジ部材におけるセグメント内側面と前記ウェブ部材との内側溶接量(S2)が、ゼロとされているか、又は、前記外側溶接量(S1)の1/2以下とされているので、補剛材によりフランジ部材が補剛されてフランジ部材の面外変形が抑制されている状態にあるため、セグメントの主桁におけるフランジ部材とウェブ部材との溶接を、セグメント外側(片側)に特化することができ、セグメントを製作する場合の溶接作業性が向上し、セグメントの製作コストを低減することができる等の効果が得られる。
第7発明によると、補剛材が相対する主桁間で連結部材により連結されているので、セグメントにおけるフランジ部材にトンネル周方向の引張軸力が作用した場合に腹圧力が作用しても、各主桁における内空側のフランジ部材がトンネル半径方向内側に変位する鉛直変位を抑制することができると共に、内空側フランジ部材の回転変位も抑制することができる等の効果が得られる。また、トンネル軸方向の圧縮力および引張力を伝達するという鋼製補強リブの機能を兼ねることができるので、鋼製補強リブを省略して部材数を低減することができる等の効果が得られる。
第8発明によると、相対する主桁は補剛材により連結されているので、第8発明と同じ効果を少ない部材で実現できるので、製造コストを削減できる等の効果が得られる。
第9発明によると、主桁と継手板とスキンプレートを備えた鋼殻の内側に中詰めコンクリートが充填・硬化されていると、中詰めコンクリートが充填硬化されて鋼殻と一体化された剛性および耐荷性のある合成セグメントとすることができる等の効果が得られる。
第10発明によると、前記鋼殻の内側面にずれ止めが設けられているので、中詰めコンクリートと鋼殻との一体化を高めることができると共に、中詰めコンクリートが鋼殻からトンネル周方向あるいはトンネル半径方向内側に剥離するのを防止することができる等の効果が得られる。
第11発明によると、フランジ部材に設けたずれ止めが、主桁同士間に渡って設置された棒状部材であるので、鋼殻と中詰めコンクリートとの合成構造を高めることができ、セグメントリングに土水圧が作用し、トンネル内空側への正曲げモーメントが卓越する部分に使用した場合等では、トンネル半径方向内空側に中詰めコンクリートが膨出するのを防止することができる等の効果が得られる。
第12発明によると、中詰めコンクリート内にトンネル周方向に補強鉄筋が埋め込み配置されているので、中詰めコンクリートと周方向補強鉄筋とによる、鉄筋コンクリート構造とすることができ、鋼殻と鉄筋コンクリート製中詰めコンクリートとの合成構造とすることができ、合成構造セグメントの剛性および耐力を一層高めることができる等の効果が得られる。
第13発明によると、主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ部材同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結され、前記補剛材が相対する主桁間で連結部材により連結され、トンネル周方向に向けて間隔をおいて隣り合う連結部材に渡って周方向補強鉄筋が挿通されているので、セグメントにおける内空側フランジ部材および内空側補強鉄筋に引張軸力が作用した場合の腹圧力による内空側フランジ部材及び周方向の補強鉄筋の変位(鉛直変位及び回転変位)を抑制できる等の効果が得られる。また、前記補剛材は周方向補強鉄筋を有する合成構造部材のせん断補強鋼板の機能も発揮するので、周方向補強鉄筋を多量に配置することが可能となり、合成構造セグメントの耐力を更に一層高めることができる等の効果が得られる。
第14発明によると、主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ部材同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結され、相対する主桁は前記補剛材により連結され、トンネル周方向に向けて間隔をおいて隣り合う補剛材に渡って周方向補強鉄筋が挿通されているので、一体となった補剛材により、第14発明と同じ効果を少ない部材で実現できるので、製造コストを削減できる等の効果が得られる。
第15発明によると、主桁製造時における溶接熱変形を抑制することができるため、変形後セグメントの矯正作業が縮小(矯正作業が少なく)され、セグメントの製造コストおよび製造工期を少なくできる効果が得られる。
そして、本発明の実施形態では、セグメント鋼殻6内側面等、セグメント内側面であって、前記ウェブ部材7におけるセグメント内側面に、前記フランジ部材8の一側端面の板厚全体が当接するように前記フランジ部材8が配置され、フランジ部材8は、ウェブ部材7に、トンネル周方向に連続した隅肉溶接Wにより固定されている。
このように、ウェブ部材7の内側面にフランジ部材8を配置して固定することで、図19(a)に示すように、ウェブ部材7の平坦な外側面のほぼ全面を、シールド掘進機(図示省略)における掘進用ジャッキ(図示省略)に連結された押圧係合部材10の後面に面タッチさせることができるため、ジャッキ推力(押圧力)による主桁2に作用する圧縮応力を低減させて、主桁2を介してセグメント本体側に伝達することができる。中詰めコンクリート5を充填する形態の合成セグメント1では、主桁2、特にウェブ部材7内側面から中詰めコンクリート5に均等に圧縮応力を伝達することができる。また、ウェブ部材7から、フランジ部材8と、地山側または内空側のスキンプレート4と、継手板9と、鋼製補強リブ11とに伝達することもでき、これらの点で、ジャッキ推力に対して合理的に対処可能なセグメントの構造仕様とすることができる。
反対に、図19(b)に示すように、ウェブ部材7の上下にフランジ部材8を固定し、フランジ部材8をウェブ部材7から突出するように配置する従来の形態では、フランジ部材8にジャッキ推力が集中して作用するようになり、また、ウェブ部材7とフランジ部材8との溶接を十分確実に行う必要があるため、製造コストが高くなる。
図1〜図3に示す形態では、主桁2は、ウェブ部材7と、2枚のフランジ部材8とにより構成され、このような主桁2を2枚と、1枚の地山側のスキンプレート3(または内空側のスキンプレート4)と、トンネル軸方向に両端に配置され、前記各主桁2と地山側のスキンプレート3(又は内空側のスキンプレート4)に連続した溶接により一体に固定される2枚の継手板9により、5面鋼殻が構成されている。さらにその内側に主桁2間に亘って鋼製補強リブ11が設けられて、適宜、継手板9および主桁2に雄継手12または雌継手13が設けられて、鋼製セグメント1が構成され、そのような鋼製セグメント1内に、中詰めコンクリート5が充填・硬化されて、鋼製セグメント1と中詰めコンクリート5とが一体化された合成構造のセグメント1とされている。
本発明のセグメント1では、1枚のウェブ部材7と少なくとも1枚のフランジ部材8とを有する少なくとも1対の主桁2(2枚の主桁2)および地山側または内空側のいずれか一方あるいは両方にスキンプレート3を備えたセグメントであって、前記ウェブ部材8におけるセグメント内側面に、前記フランジ部材8の一側端面における板厚全体が当接するよう前記フランジ部材8が配置されて相互が固着され、前記主桁2は、略断面コ字状、もしくは略断面L字状の主桁断面に形成されているセグメントである。
前記のセグメント内側の溶接W2の溶接量が、セグメント外側の溶接W1の溶接量よりも大きい場合に、フランジ部材8とウェブ部材7との間の応力伝達の流れは、図20(b)に矢印B1,B2で示すように、外側の溶接W1の溶接量が少ない分、より溶接量が多いセグメント内側の溶接W2の方から応力が伝達されるようになる傾向にある。
また、図22に示すように、フランジ部材8のトンネル半径方向の外側面がウェブ部材7のトンネル半径方向の外端面よりも内側に配置されたセグメントであって、フランジ部材8とウェブ部材7とが隅肉溶接により接合されている場合に、トンネル半径方向の地山側において、フランジ部材8のトンネル半径方向の外側面とウェブ部材7との隅肉溶接W
1のトンネル半径方向の脚長Whが、フランジ部材8のトンネル半径方向外側の外側面からのウェブ部材7のトンネル半径方向の突出長Lとほぼ同じ寸法にするのが望ましい。
このように前記脚長Whと前記突出長Lとを、ほぼ同じ寸法にすると、図23に示すように、組み立てられたセグメント1によるトンネル覆工体を反力体としてシールドマシン21がそれに装備されたジャッキを伸長して推進する時に、一方のセグメント1におけるフランジ部材8のトンネル半径方向外側面(以下、地山側外面)と、これに接続する隅肉溶接W1の地山側外面と、隣り合う両方のセグメント1における各ウェブ部材7のトンネル半径方向外端面と、他方のセグメント1における隅肉溶接W1の外面と、他方のセグメント1におけるフランジ部材8の外面とが、前記各隅肉溶接W1により大きな段部が形成されることなくほぼ滑らかに連続した地山側面を形成するので、シールドマシン21における止水テールブラシ22が前記地山側面(すなわち、セグメント地山側形状)に確実に密着しながら滑らかに追随できるため、止水性能を高めることができる。
この形態では、トンネル半径方向のセグメントの高さ寸法Hは、トンネル半径方向のウェブ部材7の巾寸法Vに、重ねるように、地山側のフランジ部材8および内空側のフランジ部材8を設けておらず、ウェブ部材7のセグメント内側面に、各フランジ部材8の板厚寸法Fがウェブ部材7のセグメント内側面に収まるように、各フランジ部材8が配置されており、また、そのようなセグメントに地山側のスキンプレート3および内空側のスキンプレート4を固定するようにしているので、ウェブ部材7のトンネル半径方向の巾寸法Vとその公差V1と、各フランジ部材8の板厚寸法Fとその公差F1と、地山側のスキンプレート3の板厚寸法Sとその公差S1及び内空側のスキンプレート4の板厚寸法Sとその公差S1とを、考慮することなく、溶接により前記各部材を一体化して、主桁2を形成するようにしている。なお、継手板9のトンネル半径方向の幅寸法は、ウェブ部材7の幅寸法と同じ寸法又は僅かに小さい寸法に設定される。
この形態では、トンネル半径方向のセグメントの高さ寸法Hは、トンネル半径方向のウェブ部材7の巾寸法Vにより設定するようにした形態であり、前記のウェブ部材7の巾寸法V内に、各フランジ部材8の板厚寸法Fおよび地山側のスキンプレート3の板厚寸法Sまたは内空側のスキンプレート4の板厚寸法Sを収めるようにした形態である。ウェブ部材7のセグメント内側面に、各フランジ部材8の板厚寸法Fがウェブ部材7のセグメント内側面に収まるように、かつ一方のフランジ部材8の配置位置は、地山側のスキンプレート3の板厚寸法S(または内空側のスキンプレート4の板厚寸法S)も、ウェブ部材7の巾寸法V内に配置されるように見込んで配置されている。そのため、ウェブ部材7のトンネル半径方向の巾寸法Vの公差V1、すなわち、ウェブ部材7のトンネル半径方向の巾寸法V(ウェブ高さ)の公差V1のみを考慮して、セグメント1のトンネル半径方向の高さHを設定して製作することができるので、フランジ部材8の板厚寸法Fとその公差F1と、地山側のスキンプレート3の板厚寸法S又は/及び内空側のスキンプレート4の板厚寸法Sとその公差S1とをも寸法管理する場合に比べて、寸法管理が容易であると共にセグメントの製作が容易になる。
この形態では、主桁2の断面形態が、L字状断面でもよいことを示す代表形態である。そして、この形態では、ウェブ部材7のトンネル半径方向の地山側(または内空側)のセグメント内側面に、フランジ部材8が配置されると共に、フランジ部材8の片面側とウェブ部材7の端面が、トンネル半径方向で同面状にされている。
この形態では、トンネル半径方向のセグメント高さHは、ウェブ部材7のトンネル半径方向の一端側と、ウェブ部材7のトンネル半径方向の他端側に配置された地山側又は内空側のスキンプレート4のトンネル半径方向の地山側の外面(又は内空側の内面)により、設定されることになるため、また、ウェブ部材7のトンネル半径方向の巾寸法Vに重ねるようにフランジ部材8又はスキンプレート3を配置していないので、ウェブ部材7の巾寸法Vの公差V1と、フランジ部材8の板厚寸法Fとのその公差F1と、スキンプレート3(4)の板厚寸法Sとその公差S1を考慮しなくてもよいので、その分、寸法管理および製作面で容易になる。
なお、この形態では、継手板のトンネル半径方向の幅寸法は、ウェブ部材7の幅寸法と同じ寸法又は僅かに小さい寸法に設定される(以下の実施形態でも同様である)。
この形態では、主桁2が略断面コ字状とした形態であり、地山側のスキンプレート3又は内空側のスキンプレート4を、トンネル半径方向のウェブ部材7の端面に重ねるように配置して、スキンプレート4をウェブ部材7に、トンネル周方向に連続した隅肉溶接Wにより固定するようにした形態である。
この形態では、ウェブ部材7のトンネル半径方向の巾寸法Vとその寸法公差V1に、地山側のスキンプレート3の板厚寸法Sとその寸法公差S1(又は/及び内空側のスキンプレート4の板厚寸法Sとその寸法公差S1)を考慮して、トンネル半径方向のセグメント高さHを設定するようになる。すなわち、フランジ部材8の板厚寸法Fおよびその寸法公差F1を考慮しないでよいので、その分、トンネル半径方向のセグメント高さ寸法Hの寸法管理が容易になり、製作が容易になる。
このような場合に、図15に示すように、地山側のフランジ部材8及び内空側のフランジ部材8を、ウェブ部材7のトンネル半径方向の端面から僅かに離れた位置に配置して仮付けして、地山側のフランジ部材8及び内空側のフランジ部材8の端部を隅肉溶接Wによりウェブ部材7に固定し、地山側のスキンプレート3及び/又は内空側のスキンプレートをウェブ部材7のトンネル半径方向の端面に、隅肉溶接Wにより固定してもよい。
この形態は、フランジ部材8にずれ止め14を設けてもよいことを示す形態である。トンネル軸方向に間隔をおいて平行に対向するように配置されたフランジ部材8にずれ止め14が設けられ、かつずれ止め14が、主桁2同士間に渡って配置されて溶接により固定されて設置された異形棒鋼あるいは平鋼等の棒状部材14aを設置して形成された形態が示されている。また、図示の形態では、トンネル周方向に間隔をおいて、複数のずれ止め14が設けられている。
このように、主桁2間に渡ってずれ止め14を設けた合成セグメント1とすることにより、トンネル覆工を構築した場合で、地山側から土水圧が作用し正曲げモーメントが作用するような場合には、中詰めコンクリート5がトンネル半径方向内空側あるいはトンネル周方向にずれるのを確実に防止して、鋼製セグメント1と中詰めコンクリート5とが確実に一体化した合成セグメント1とすることができる。
この形態では、ウェブ部材7またはフランジ部材8あるいはスキンプレート3(4)のセグメント内側面に、トンネル軸方向及び/又はトンネル半径方向に間隔をおいて複数または多数のずれ止め14を設けてもよいことを示した代表形態である。また、この形態では、頭付きスタッドの基端部が溶接により固定されている。
このように、ずれ止め14を設けることにより、中詰めコンクリート5のトンネル周方向あるいはトンネル半径方向のずれ止めを図り、主桁2あるいは鋼殻6若しくは鋼製セグメント1と中詰めコンクリート5との付着一体化を高めた合成構造とし、ずれ止め14も棒状部材であることからして空隙が形成されることはなく、コンクリートの充填性もよい。
この形態では、ウェブ部材7とフランジ部材8とを、溶接により仮止めた段階で、各主桁2側の間隔をおいて並行(又は平行)な対向するフランジ部材8の先端部に渡って鋼製の棒状間隔保持部材15を固定して、ウェブ部材7とフランジ部材8の本溶接時における主桁2の溶接時の変形を防止するようにした形態である。棒状間隔保持部材15としては、棒鋼、あるいは狭巾の鋼板を、本溶接に支障のない適宜の間隔をおいて設置するとよい。前記の棒状間隔保持部材15は、主桁2と中詰めコンクリート5とのずれ止め14としての機能も有する。
この形態では、ウェブ部材7とフランジ部材8とを、溶接により仮止めした段階で、ウェブ部材7とフランジ部材8のコーナー部に鋼製の補剛部材16を固定して、ウェブ部材7とフランジ部材8の本溶接時における主桁2の溶接時の変形を防止するようにした形態である。補剛部材16としては、狭巾の鋼板を、本溶接に支障のない適宜の間隔をおいて設置するとよい。前記の補剛部材16は、主桁2と中詰めコンクリート5とのずれ止め14としての機能も有する。また、前記の補剛部材16により、ウェブ部材7とフランジ部材8とを補剛して連結された主桁2とされている。
本発明の第8実施形態もしくは第9実施形態において、主桁2を形成する場合、ウェブ部材7とフランジ部材8の仮止め段階とは断続溶接により相互を固定するものであり、本溶接による変形は殆ど発生しない。しかしながら、ウェブ部材7とフランジ部材8とを連続溶接により本溶接する場合は入熱量が格段に大きく、溶接熱変形が大きく発生する。そこで本溶接を行う前にフランジ部材8の先端部に渡って鋼製の棒状間隔保持部材15を固定する、もしくはウェブ部材7とフランジ部材8のコーナー部に鋼製の補剛部材16を固定する製造方法を採用することで本溶接時の溶接熱変形が抑制される。それによって後工程の熱矯正を格段に抑えることができ、セグメントの製造コストや製造工期を少なくすることができる。前記棒状間隔保持部材15および前記補剛部材16を併用することにより、本溶接時の溶接熱変形を一層抑制することが可能である。
この形態では、主桁2間に架設されたずれ止め14としての棒状部材14aに、トンネル周方向に延長する周方向補強鉄筋17を載置するようにセグメント内側に架設して、中詰めコンクリート5を周方向補強鉄筋17により補強した形態である。このような周方向補強鉄筋17を設けると、中詰めコンクリート5が2方向の版状に補強されることにより、合成構造セグメントの剛性および耐力を一層高めることができる等の効果が得られる。
この形態では、主桁2間に架設されたずれ止め14としての棒状部材14aを省略して、トンネル周方向に延長する周方向補強鉄筋17をセグメント内側に内部鉄筋等に溶接により固定するように架設して、中詰めコンクリート5を周方向補強鉄筋17により補強した形態である。
この形態では、フランジ部材8の地山側面とウェブ部材7の地山側端面が、同一面上に位置するように配置し、スキンプレート3のトンネル軸方向の両端部をウェブ部材7の地山側端面に配置し隅肉溶接により固着している。
この形態では、フランジ部材8の板厚寸法Fの板厚公差を考慮することなくセグメント1のトンネル半径方向のセグメント高さHが決まるため、寸法管理が容易で、製作も容易になり、その分、安価なセグメント1を製造することができる。また、トンネル地山側を完全に平滑化できるため、施工時において、シールドマシンにおける止水テールブラシが前記地山側面(すなわち、セグメント地山側形状)に確実に密着しながら滑らかに追随できるため、止水性能を高めることができる。また、トンネル内空側面についても同一面上に配置しても、もちろん良い。その場合は、トンネル内の美観を高めることが可能となる。
この形態では、ウェブ部材7とフランジ部材8とを、溶接により仮止めした段階で、ウェブ部材7とフランジ部材8とを板状間隔保持材15で固定し、ウェブ部材7とフランジ部材8の本溶接時における主桁2の溶接時の変形を防止した主桁2を有するセグメントにおいて、ウェブ部材7またはフランジ部材8あるいはスキンプレート3(4)のセグメント内側面に、トンネル軸方向及び/またはトンネル半径方向に間隔をおいて複数または多数のずれ止め14を設けてもよいことを示した代表形態である。また、この形態では、頭付きスタッドの基端部が溶接により固定されている。前記の板状間隔保持材15は、主桁2と中詰めコンクリート5とのずれ止め14としての機能も有する。また、前記の板状間隔保持部材15は補剛部材16としての機能も有する。
このように、板状間隔保持材15およびずれ止め14を設けることにより、中詰めコンクリート5のトンネル周方向あるいはトンネル半径方向のずれ止めを図り、主桁2あるいは鋼殻6若しくは鋼製セグメント1と中詰めコンクリート5との付着一体化をより一層高めた合成構造とすることが可能となる。
この形態では、例えば、下記(1)〜(5)のように、セグメント1における各主桁2におけるトンネル内空側のフランジ部材8のトンネル内空側への面外変形が防止又は抑制されている場合に好適な、フランジ部材8とウェブ部材7の溶接接合形態を示すものである。この実施形態以後の実施形態あるいは変形形態の溶接形態を前記各実施形態に適用してもよい。
(1)図14に示すようなトンネル内空側のフランジ部材8とウェブ部材7とが補剛部材16により一体化されて補剛されている場合。
(2)トンネル内空側のフランジ部材8と地山側のフランジ部材8とが補剛部材あるいは図13に示すような棒状間隔保持部材15により一体に連結されて補剛されている場合。
(3)トンネル内空側のフランジ部材8又はこれと地山側のフランジ部材8と、地山側のスキンプレート3とが補剛部材により一体に連結されて補剛されている場合。
(4)トンネル内空側のフランジ部材8及びトンネル地山側のフランジ部材8とウェブ部材7とが補剛部材により一体に連結されて補剛されている場合。
(5)トンネル内空側のフランジ部材8と、ウェブ部材7と地山側のスキンプレート3とが補剛部材により一体に連結されて補剛されている場合。
図26(a)及び図27は、ウェブ部材7とフランジ部材8とを溶接により一体化する場合に、フランジ部材8のトンネル半径方向のセグメント外側面と、ウェブ部材7のトンネル軸方向のセグメント内側面との溶接(W1)における外側溶接量S1(のど厚×溶接長)に対して、ウェブ部材7のトンネル軸方向のセグメント内側面とフランジ部材8のトンネル半径方向のセグメント内側面とのセグメント内隅部の溶接(W2)における内側溶接量S2(のど厚×溶接長)を、前記外側溶接量S1の1/2以下とされている形態を示す代表形態であり、内側溶接量S2による主桁2の変形を無視して外側溶接量S1による変形のみを考慮すればよくなる。
前記の内側溶接量S2(のど厚×溶接長)を、前記外側溶接量S1の1/2以下とする場合に、内側溶接量S2ののど厚と溶接長(トンネル周方向の溶接長)のいずれか一方又は両方を、外側溶接量S1ののど厚又は溶接長よりも小さくすることで、調整すればよいので、セグメントの外側からの溶接が主となり、溶接作業が容易になると共に短工期で製作でき、安価にセグメントを製作することができる。
また、図26(b)は、第14実施形態の変形形態で、ウェブ部材7とフランジ部材8とのセグメント内隅部の溶接をなくした代表形態である。一層強固な補剛部材16により、トンネル内空側のフランジ部材8の面外変形が充分に防止又は抑制されている場合には、トンネル内空側のフランジ部材8及び/又は地山側のフランジ部材8とウェブ部材7との各内側溶接量S2をなくし、外側溶接量S1のみにより、フランジ部材8とウェブ部材7の一体化を図るようにしてもよく、このようにすると、内側溶接が一層少なくなるから、溶接作業が容易になると共に短工期で製作でき、安価にセグメントを製作することができる。
なお、所要の外側溶接量S1が大きく、のど厚が大きくなることにより、隅肉溶接ではフランジ地山側縁あるいは内空側縁からのウェブのトンネル半径方向突出量が大きくなる場合には、フランジ部材端部に開先を設けて必要のど厚を確保した部分溶け込み溶接を適用することにより、セグメントのトンネル半径方向厚さを低減してもよい。
この形態では、ウェブ部材7とフランジ部材8とを、溶接により仮止めした段階で、上下のフランジ部材8にわたる鋼製(鋼板製)の補剛部材16を上下のフランジ部材8に溶接により固定したり、或は、ウェブ部材7と上下のフランジ部材8にわたる鋼製(鋼板製)の補剛部材16をウェブ部材7と上下のフランジ部材8に溶接により固定して、ウェブ部材7と上下のフランジ部材8の本溶接時における主桁2の溶接時の変形を防止すると共に、図39(a)に示すようにトンネル周方向の引張軸力Tが作用した場合に、腹圧力による変位を抑制可能にした形態である(詳細は後記する)。
本発明の第15実施形態においても、ウェブ部材7とフランジ部材8の本溶接を行う前に、フランジ部材8の先端部に渡って鋼製の棒状間隔保持部材15を固定する、もしくはウェブ部材7と上下のフランジ部材8に鋼製の補剛部材16を固定する製造方法を採用することで本溶接時の溶接熱変形が抑制される。それによって後工程の熱矯正を格段に抑えることができ、セグメントの製造コストや製造工期を少なくすることができる。
また、セグメント1におけるフランジ部材8は、トンネル周方向で円弧状とされているため、トンネル内空側のフランジ部材8に図39(a)に矢印で示す引張軸応力Tが作用した場合、図39(b)に矢印で示す見かけ上の腹圧力Cが作用し、ウェブ部材7が腹圧力Cに抵抗するが、トンネル内空側のフランジ部材8のウェブ部材7から離れた部分は比較的拘束力のない曲面板で腹圧力Cに抵抗することになり、同図に点線で示すように、トンネル内空側に面外変形を生じ、セグメントの構造性能が低下する恐れがある。
このようなトンネル内空側のセグメント部材8の面外変形が生じると、フランジ部材8とその変形に追従できない中詰めコンクリート5との間に隙間Gが発生する、あるいはコンクリートにひびわれ等の破損を生ずることになるから、土圧や地下水圧等の外荷重を、地山側のスキンプレート3及び中詰めコンクリート5を介して、フランジ部材8或はウェブ部材7等の主桁2等へ荷重伝達する性能が低下する。また、前記隙間Gの部分への水の浸入等により、フランジ部材8を含むセグメントを構成する鋼材の腐食を生じるようになり、セグメントを構成する鋼材の防食性能の低下を引き起こし、セグメントの耐久性能が低下することになる。
これに対して、トンネル内空側のフランジ部材8が、セグメント1における他の部分に一体に連結するように前記補剛部材16により連結されていることにより補剛されている形態では、前記のトンネル内空側のセグメント部材8のトンネル内空側への面外変形を防止あるいは少なくとも抑制することができるため、前記のような荷重伝達性能の低下を防止又は抑制することができ、更にセグメントを構成する鋼材の腐食を防止又は抑制することができ、セグメントの構造性能及び耐久性能が向上する。
また、上下のフランジ部材8が補剛部材16により連結し一体化されている(内空側フランジ部材8に一体に接続した補剛材部材16が設けられている)ことで、内空側フランジ部材8にトンネル周方向の引張軸力Tによる腹圧力Cが作用しても、補剛部材16の図40(a)に矢印で示す吊上げ力Dにより抵抗し、点線で示すように内空側フランジ8がトンネル半径方向内空側に面外変形するのを抑制することができる。
図29及び図30に示す形態は、主桁2の断面が、主として、フランジ部材8とウェブ部材7とからなる断面L形形態の場合である。なお、この形態の場合には、スキンプレート3の一部あるいは全てを主桁の一部として見込める場合もある。特に、スキンプレートのセグメント内側面に図12に示すようなずれ止め14を設けることにより、スキンプレート3にフランジ部材8と同様の構造性能を発揮させることが可能になる。
なお、補剛部材16のコーナー部には、適宜、隅部にスカラップ(切り欠き)を設けて、内隅部の溶接が連続するようにしても良い。
図40(a)に示すように、内空側フランジ部材8と地山側フランジ部材8(又は地山側スキンプレート3あるいはウェブ部材7等)を補剛部材16で連結一体化した場合には、点線で示す、トンネル内空側のフランジ部材8の鉛直変位に対して矢印で示す吊上げ力Dにより抵抗可能になるが、さらに主桁2相互を補剛部材16により連結すると、図40(b)に矢印で示す抵抗曲げモーメントEによって、トンネル内空側のフランジ部材8を含む主桁2のトンネル内空側への回転変位に対しても、抵抗可能な構造になるので望ましい。以下、図31〜図37に示す形態を簡単に説明する。
なお、各トンネル内空側のフランジ部材8を補剛する形態は、前記実施形態(例えば、図28〜図30に示す形態)の補剛部材16相互を、前記の連結部材16aにより連結する形態でもよい。また、図14に示す各主桁2の2枚の補剛部材16の計4枚の補剛部材16を、1枚の連結部材により連結することで、主桁2相互を連結一体化するようにしてもよい。
なお、前記の周方向補強鉄筋17を、補剛部材16に挿通すると共に、補剛部材16に溶接等により固定するようにしてもよい。
なお、前記のように主桁2間を連結する補剛部材16は、鋼製補強リブ11の機能と同様にトンネル軸方向のジャッキ推力による圧縮力および地震時等に作用するトンネル軸方向引張力も伝達可能な部材となっている。
また、本発明を実施する場合、地下構造物あるいは地下空間を形成するための構造物にも適用するようにしてもよい。
2 主桁
3 地山側のスキンプレート
4 内空側のスキンプレート
5 中詰めコンクリート
6 鋼殻
7 ウェブ部材
8 フランジ部材
9 継手板
10 押圧係合部材
11 鋼製補強リブ
12 雄継手
13 雌継手
14 ずれ止め
14a 棒状部材
15 棒状間隔保持部材(または板状間隔保持部材)
16 補剛部材
16a 連結部材
16b 補剛体
17 周方向補強鉄筋
20 主桁
21 シールドマシン
22 止水テールブラシ
F1 ジャッキ推力
H:トンネル半径方向のセグメント高さ
V:ウェブ部材のトンネル半径方向の巾寸法
F:フランジ部材のトンネル半径方向の板厚寸法
S:スキンプレートのトンネル半径方向の板厚寸法
L:トンネル半径方向の突出長
Wh:トンネル半径方向の脚長
W: 溶接
W1: フランジ部材〜ウェブ部材間のセグメント外側の溶接
W2: フランジ部材〜ウェブ部材間のセグメント内側の溶接
Claims (15)
- 1枚のウェブ部材と少なくとも1枚のフランジ部材とを有する少なくとも1対の主桁および地山側または内空側のいずれか一方あるいは両方にスキンプレートを備えたセグメントであって、前記ウェブ部材におけるセグメント内側面に、前記フランジ部材の一側端面における板厚全体が当接するよう前記フランジ部材が配置されて相互が固着され、前記主桁は、略断面コ字状、もしくは略断面L字状の主桁断面に形成され、
前記フランジ部材のトンネル半径方向の外側面が前記ウェブ部材のトンネル半径方向の外端面よりも内側に配置され、前記フランジ部材と前記ウェブ部材とが隅肉溶接により接合されていると共に、前記フランジ部材のトンネル半径方向の外側面と前記ウェブ部材との隅肉溶接のトンネル半径方向の脚長が、前記フランジ部材外側面からの前記ウェブ部材のトンネル半径方向の突出長とほぼ同じである
ことを特徴とするセグメント。 - 前記スキンプレートが前記フランジ部材に固着されていることを特徴とする請求項1に記載のセグメント。
- 前記スキンプレートのトンネル半径方向の外側面は前記ウェブ部材のトンネル半径方向の外端面よりも外側に配置され、もしくは前記スキンプレートのトンネル半径方向の内側面は、前記ウェブ部材のトンネル半径方向の内端面よりも内側となるように配置されて相互が固着されていることを特徴とする請求項2に記載のセグメント。
- 前記スキンプレートは前記ウェブ部材のトンネル半径方向の外端面もしくは内端面に配置されて相互が固着されていることを特徴とする請求項1に記載のセグメント。
- 前記主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のセグメント。
- 前記主桁における前記フランジ部材におけるセグメント外側面と前記ウェブ部材が溶接されていると共に、その溶接量を外側溶接量(S1)とした場合に、前記主桁における前記フランジ部材におけるセグメント内側面と前記ウェブ部材との内側溶接量(S2)をゼロ又は前記外側溶接量(S1)の1/2以下としたことを特徴とする請求項5に記載のセグメント。
- 前記補剛材が相対する主桁間で連結部材により連結されていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のセグメント。
- 相対する主桁は前記補剛材により連結されていることを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のセグメント。
- 前記主桁と継手板および前記スキンプレートを備えた鋼殻の内側に中詰めコンクリートが充填・硬化されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のセグメント。
- 前記鋼殻の内側面にずれ止めが設けられていることを特徴とする請求項9に記載のセグメント。
- 前記フランジ部材に設けたずれ止めが、前記主桁同士間に渡って設置された棒状部材であることを特徴とする請求項10に記載のセグメント。
- 前記中詰めコンクリート内にトンネル周方向に補強鉄筋が埋め込み配置されていることを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載のセグメント。
- 主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ部材同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結され、前記補剛材が相対する主桁間で連結部材により連結され、トンネル周方向に向けて間隔をおいて隣り合う連結部材に渡って周方向補強鉄筋が挿通されていることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載のセグメント。
- 主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくは前記フランジ部材同士間、もしくは前記内空側フランジ部材と前記スキンプレート相互が補剛材で連結され、相対する主桁は前記補剛材により連結され、トンネル周方向に向けて間隔をおいて隣り合う補剛材に渡って周方向補強鉄筋が挿通されていることを特徴とする請求項9〜12のいずれか1項に記載のセグメント。
- 請求項5〜14のいずれか1項に記載のセグメントを製造するにあたり、前記主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材を仮溶接し、前記フランジ部材と前記ウェブ部材間、もしくはフランジ部材同士間の相互を前記補剛材で連結した後に前記主桁を構成する前記フランジ部材と前記ウェブ部材を連続本溶接することを特徴とするセグメントの製造方法。
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