JP5595393B2 - セグメントから作られる芯材によって強化された軽量負荷支持構造 - Google Patents

Description

この発明は、成型される構造物内に１以上の圧縮または引張領域を構成する、堅固な材料の芯材によって強化され、該芯は、芯と比較して低強度の材料に取り囲まれるか、または低強度の材料に隣接している軽量負荷支持構造に関するものである。
この発明はさらに、成型される構造物内に１以上の圧縮または引張領域を構成する、堅固な材料の芯材によって強化され、該芯は、芯と比較して低強度の材料に取り囲まれるか、または低強度の材料に隣接している軽量負荷支持構造の鋳造方法に関するものである。ここで、芯は１以上のプレストレス材によって組み立てられた芯材のセグメントから構成される。

従来、大型橋用に最小限構造が利用されてきたが、それらは多くの補助的な構造を要することが判明している。それゆえ、建物やホールに見られるような中型および小型構造用の最小限構造を現実に作ることはほとんど不可能である。

コンクリート構造を作り出すための様々な解決策が長年試みられている。
１つの周知の方法は、鉄筋コンクリート構造物内に張力およびせん断を取り入れる鋼棒、鋼線または諸形状の鋼鉄を設けることによってコンクリートを補強することである。
別の方法は、直線状の熱間圧延鋼板および重コンクリートを組み合わせて複合構造を作るか、または引張層内に鉄骨鉄筋または鉄骨鉄筋格子を有するか、もしくは引張または圧縮層として鋼板を有する「サンドイッチスラブ」を作ることである。

ＦＲ２８７８８７７Ａ１から、永久型として役立つ壁を作るためにコンクリートで多数のブロックを成型しうる型ブロックが公知である。前記ブロックは、成型時にブロックを支持する鉄筋コンクリートの平坦な薄梁上にも設置しうるため、開口部上に壁を形成しうる。前記ブロックは、周囲の固定用の軽材料と相互作用せず、一層大きな構造用の補強としては用いられず、周囲の軽材料によって固定すべき圧縮または引張領域のポストテンショニングされたセグメントのいずれの形状も記載していない。

これらの方法は、鉄筋コンクリートの構成材内の引張または圧縮領域用の鉄筋または補強用の諸形状の利用を扱う。

しかしながら、これらの諸形状は主に直線状または平面状であり、一般に、ワイヤーのみが引張領域の最適設計を可能にする。これらの方法のいずれも圧縮領域の最適設計を許容しない。

構造設計用の高強度コンクリートの使用が可能になってきている。しかしながら、安定のため、高強度コンクリートの圧縮横断面は、圧縮力に対して必要とされるよりも一層大きくなければならず、それゆえ重くなければならない。

高強度コンクリートのような高強度材料の支柱（columnまたはpillar）のような圧縮横断面は、支柱の横断面がかなり大きくないかぎりは、支柱の端面に圧力がかかると両側にたわむか、または両側に曲がる傾向がある。

そのような支柱が、端面への加圧により圧縮されると、支柱の長手方向に交差する方向の支柱の動きが生じる。このような支柱の交差する方向の動きが増加すると、支柱の安定性に影響を及ぼす。

高強度コンクリートの利用の別の欠点は、蒸気の臨界点３７４℃近くの温度で爆発的に剥離し、いくつかの他の高強度材料が高温で使用できない傾向である。

さらに、最小限構造は、モーメントの曲げに追随し、アーチ下の引張鉄筋または橋面上の支柱によって橋面から荷重がかけられる高価な型によって作られた圧縮アーチを有する橋に利用されている。

プレストレストコンクリート構造は、例えば、産業用および商用のプレハブホール内の大梁間用のＴＴ形梁に利用される。これらの梁は、重鉄筋コンクリートのかなり最適な利用を示す。しかしながら、軽材料内に埋め込まれた集中圧縮および引張領域を有する超軽構造（Super Light Structures）は、構造の寸法および負荷支持構造の自由スパンの長さに関し、性能をかなり向上させる場合がある。

いくつかのプレストレストコンクリート構造において、プレストレスケーブルの経路は、モーメント荷重の変化に従う。ここで、引張領域は最適化されるが、圧縮領域は最適化されない。全横断面は、圧縮されてもひび割れが生じない。それゆえ、たわみを打ち消す剛性に寄与する。さらに、圧縮領域は、それ自身を安定させる。この発明において、圧縮領域と接触するか、または圧縮領域を取り囲む軽材料によって安定が与えられ、さらに軽材料によって保護された高強度コンクリートのような適切な圧縮強度の材料のセグメントからなる芯材として、圧縮領域が構築される。

芯材のセグメントは、高強度材料から作られるべきである。適切な材料は、延性を改善させるための繊維強化材を有するか、または繊維強化材を有しない押出高強度コンクリート、普通のコンクリート、またはセラミックでありうるが、強度が十分で、実際の構造における機能に必要とされる他の特性を十分に有するかぎり、他の材料が用いられうる。単純な例として、火災が危険でないか、または火災の影響が軽材料により十分に減少しうるならば、炭素繊維系材料は、一層軽い材料を生み出す芯セグメント用の選択肢になる場合がある。強度が十分なかぎり、他の種類のコンクリートを用いることができる。

プレストレストコンクリート構造を作る理由は、主にたわみを減少させることである。これは通常、全コンクリートの横断面に圧縮力をかけるワイヤーまたは棒のようなプレストレスト補強を構造に与えることによりなされる。断面が曲げられるとき、一方の側に圧縮が、反対側に引張がもたらされる。曲げモーメントからの引張は、引張応力および引張領域内の亀裂の形成を引き起こす代わりに、プレストレスからの圧縮を取り除く。それゆえ、横断面は、亀裂によって劣化せず、変動荷重からのたわみを減少させる最大曲げ剛性を保つ。さらに、プレストレス補強は、プレストレス力が死荷重に対する構造のたわみと正反対のたわみを生じ、それゆえ全くたわみを生じない経路に配置しうる。

軽量コンクリートのような軟質材料の構造にプレストレスを与えることが、一般に可能でない理由の１つは、プレストレス力が与えられたとき、これらの材料がクリープを起こして持続的なたわみを生じ、プレストレスを損失するためである。

この発明により、例えば、スラック鉄筋軽量コンクリートまたは重プレストレストコンクリート構造によって可能となるものよりも、ずっと大きなスパン幅のプレストレスト軽量コンクリート構造の作製が可能になる。

さらなる利点は、構造のクリープを防ぎ、亀裂、大きな変形を減少させ、例えば、腐食、衝撃、および火災から鉄筋を保護するため、軽量コンクリートのような軟質材料から作られる構造物内のプレストレスト引張領域の作製が可能になることである。

この発明はさらに、例えば、高強度材料の作製済みの構成材を、その周囲または低強度の材料に隣接している軟質材料の成型前に設けることによって、超軽材料用の圧縮領域を構築する新しく単純な可能性を与える。

この発明は、成型される芯材のセグメントによって形成され、軽材料と相互作用する圧縮アーチまたはプレストレスト引張領域を備えることによって、最適形状の圧縮領域を有する超軽量負荷支持構造の成型を可能にする。

例えば、高強度コンクリートから作られる芯部材から圧縮領域を構成するとき、ほとんどどのような形状のプレストレスト建造物の構成材の形成も可能である。そのような芯材は、様々な形状および様々な長さのセグメントで形成しうる。

この発明は、芯材のいくつかのセグメントが様々な形状および／または長さになりうるように、同時に芯材の他のセグメントのいくつかが同一の形状および／または同一の長さを有しうるように、前記実施形態の中間に位置する芯材のセグメント成形の全態様に及ぶことを目的とする。

芯材内のプレストレス材（prestressing elements）用の孔または導管が鋭い角なしに湾曲するか、または孔または導管を有する全セグメントが湾曲するならば、プレストレスの損失を減少させ、荷重からの横応力を減少させることが、しばしば有益である。

セグメントは、この明細書において、芯材のセグメントと記載する。該セグメントは、適切ないずれのサイズおよび形状にもなりえ、この発明によって用いられる。

これは、軟質材料内に含まれる堅固な骨格としての負荷支持構造を見直すことによって得られる。ここで、骨格は、繊維強化材を有するか、または有しない、１以上の圧縮または引張領域として設けられる堅固なコンクリート、セラミックまたは高強度コンクリートのような適切な圧縮強度の芯材のセグメントから構成される。芯材のセグメントは、成型される構造物内の１以上の圧縮または引張領域に沿って提供され、芯の強度と比較して低強度のコンクリートによって部分的に、または完全に取り囲まれる。

芯材のセグメントから構成される芯が、圧縮領域になることを目的とするならば、プレストレスは、圧縮荷重がかけられる超軽量構造に成型されるまで、芯が安定し自立するために可能な最小限になるように評価される。

芯材のセグメントから構成される芯が、圧縮領域になることを目的とするならば、プレストレスは、芯セグメントの非荷重圧縮による反作用を受ける最大引張力に対して十分に大きくなるように評価される。

芯材のセグメントは、芯材のセグメントを貫通する１以上の孔（boresまたはholes）または溝を形成する１以上の強化領域を有しうる。

孔または溝は、以下、孔と記載する。なぜなら、芯材のセグメント内またはセグメントに沿って走るあらゆる種類のチャネルまたはそれと同等物がプレストレス材用のガイドとして用いられるためである。
プレストレス材用の孔は、芯材のセグメントの外側表面と実質的に平行して走る。

構成材を特定の形状に組み立てるとき、様々な数の孔を有する芯材のセグメントの使用が可能になる。これは、例えば、芯材の１以上のセグメントが、芯材内または芯材に隣接しているプレストレス材を結合する手段を備えるならば可能になる。

このことは、この発明によって、軽量負荷支持構造を有し、成型される構造物内の１以上の圧縮または引張領域を構成する、堅固な材料の芯を有する芯材によって補強されることにより実現される。該芯は、芯と比較して低強度の材料に取り囲まれるか、または低強度の材料に隣接し、１以上のプレストレス材によって組み立てられる芯材のセグメントから構成される。

力が適切に伝達される芯材の２つのセグメント間の結合を確保するため、芯材の１以上のセグメントは、芯材を貫通する縦軸に対して実質的に９０度の角度で少なくとも１つの端面を有する。

セグメントの端面または少なくとも１つの端面は、１以上の実質的な平面を構成しうる。
別の実施形態において、これは、湾曲したセグメントである芯材の１以上のセグメントによりなされる。
さらに別の実施形態において、芯材の１以上のセグメントは、１以上のプレストレス材を導くための１以上の孔を備える。

芯材のセグメント間で力が適切に伝達されるのをさらに確保すべく、プレストレス材用の孔は、芯材のセグメントの外側表面に実質的に平行して走る。

一種の格子またはメッシュを作製できるように、芯材は、芯材の他のセグメントの端面への接続のため、芯材の側面に多数の開口部を備え、それによって一種の結節部を形成する。

別の実施形態において、芯材の側面でのプレストレス材用の突出接続によって、結節部が作られる。
別の実施形態において、埋め込み真珠鎖（pearl-chain）補強材を有する床材または板材のような構造材は、芯材の埋め込みセグメントの面を通してプレストレス材を提供することによって、またはその目的のために埋め込まれた芯材を分離することによって接続される。

別の実施形態において、結節部を形成する芯材のセグメントは、芯材の本体から突出する多数の腕または多数の面を有する「Ｙ」字形または十字形のように形成され、各腕または面は、芯材のセグメントの端面への接続または別の結節部への接続用に設計される。

芯に張力を印加する間、１以上のプレストレス材を導くための孔を保護し、力の一層均等な分布を確保すべく、１以上のプレストレス材を導くための１以上の孔は、内張りを備える。

別の実施形態において、１以上のプレストレス材を導くための内張りを有するか、または有しない１以上の孔は、グラウト材で満たされる。

グラウト材は、固まると孔を密封し、プレストレス材および芯材間の力の伝達を可能にする。さらに、グラウト材は、芯材の強度と比較して低強度のコンクリートによって覆われる芯材の結合したセグメントの熱および腐食を防止する他、プレストレス材の熱および腐食を防止する。
グラウトは、プレストレス材の挿入中、一種の潤滑剤としてふるまう。

プレストレス材が、プレストレスのかかった位置内に確実にとどまるようにすべく、１以上のプレストレス材を導くための１以上の孔は、１以上のプレストレス材をプレストレスのかかった状態に保つための保持手段を備える。
このような保持手段は、くさび、ナットまたはそれと同等物のような公知の保持手段でありうる。

前記のことは、この発明による方法によって、さらに実現される。ここで、該芯は、１以上のプレストレス材によって組み立てられて結合された芯材のセグメントから構成される。

この方法の実施形態において、芯材内に１以上のプレストレス材を導く１以上の孔を貫通して１以上のプレストレス材を設けることにより芯材に張力が印加され、該１以上の孔は、１以上のプレストレス材にプレストレスをかける前か、またはプレストレスをかける間にグラウト材で満たされる。

この方法の別の実施形態において、芯材内に１以上のプレストレス材を導く１以上の孔を貫通して１以上のプレストレス材を設けることにより芯材に張力が印加され、該１以上の孔は、１以上のプレストレス材にプレストレスをかけた後にグラウト材で満たされる。

この発明によって提供される自立芯材によって、足場を減らしさえしうるか、または足場の回避さえしうる。

これは、芯材のプレストレスをかけたセグメントにより形成される圧縮領域および／または引張領域に対して、芯と比較して低強度の、周囲の、または隣接している材料を成型するための型部または型布を備えることによって実現される。

代案として、プレストレスによる組み立て前に、隣接している低強度の安定化材料を芯材上に成型し、芯材および安定化材料が、プレストレスによって他のユニットまたは他の既製ユニットと共に既製ユニットが組み立てられるようにしてもよい。
そのような既製ユニットは、例えば壁または骨組ユニットもしくはフレーム建造物用のユニットでありうる。

特殊な例として、例えばオフィスランドスケープ用の広い床エリアは、床エリアの側面の支柱によって支持された梁の間にかかる床版ユニットにより設置される。床版ユニットに主軸受方向と交差するように芯材の１以上のセグメントを備えるならば、個々の梁で床版を支持する代わりに、側面支柱への荷重を支える梁を床版ユニットが構成するような組み立てが、芯材のプレストレスによって可能になる。

この発明により、一層大きな負荷支持構造物が製造される工場または建設現場における堅固なコンクリートの芯材のセグメントから、圧縮または引張領域の形成が可能になる。

工場または現場において、堅固なコンクリートの芯部材が型内に設置されるか、または代わりに型が芯により支持される。その後、負荷支持構造物が製造され、軽材料によって堅固なコンクリートの芯部材が、完全に、または部分的に軽材料によって取り囲まれるように成型される。

また、一層大きな土台を製造する建設現場または工場において、軽材料で芯材のユニットを事前に組み立てることも可能になる。

この発明により、応用物または建造物を支持する外部形状を構造に与えることが可能になって、荷重がかけられるようになり、構造が、例えば、屋根、壁、デッキ、トンネル、橋、土台、船、艀、海洋構造またはその他の構造に含まれる機会を与えることが可能になる。
この発明により、機械的な衝撃に対する圧縮または引張領域の保護が可能になる。

この発明により、火災からの圧縮領域の保護が可能になる。火災は、特に高強度コンクリートにとって問題である。なぜなら、爆発的な剥離および多数の大損害の危険は、高強度コンクリートから作られる構造の剥離に起因するものと考えられているからである。剥離は、高強度コンクリートの利用の大きな障害である。この発明は、代わりに通常の多孔質コンクリートを用いてもよいが、高強度コンクリートが時として有用である。この発明は、例えば、水の臨界温度３７４℃近くの限度を超えて、コンクリートが熱せられないようにすることで、剥離問題を解決してもよい。これは例えば、高強度コンクリートを軽量負荷支持構造の軽量コンクリート内に埋め込むことによって実現しうる。ここで、軽材料は芯に断熱効果を与える。

軽材料が火災に対して十分な保護を与えるならば、または構造に対して火災が問題なければ、芯材のセグメント用の他の堅固な材料としては、例えば炭素繊維強化エポキシ等も考えられる。

代案として、例えば、セラミック、煉瓦、せっ器、磁器または多孔質コンクリートのような十分に高強度の耐火性材料を利用してもよい。

これによって、圧縮または引張領域用の堅固な、しばしば重い材料の量が最小限に抑えられる。なぜなら、軽材料は、
−圧縮および／または引張領域に最適形状および配置を与えることを可能にし、
−たわみ、および曲げに対して圧縮領域を安定化させ、
−もしあれば、引張領域を含む他の部分と圧縮領域とを組み合わせ、
−応用物を支持する外部形状を構造に与え、
−機械的な衝撃に対し、圧縮および引張領域を保護し、
−圧縮および引張領域を火災から保護する
ことに寄与するためである。

圧縮領域用の材料は、軽材料よりしばしば３〜５倍重く、３〜１０倍堅固である。それゆえ、この原理の利用により、従来の成型構造よりも２〜４倍軽量の構造の作製が可能になる。
これにより、支柱間を大スパンおよび長距離にできる。

圧縮および引張領域の位置が荷重との関係で最適化される最小限構造は、これまで作製が困難であり、しばしば不可能であった。なぜなら、前記機能条件は、特に中小構造用に実際に実現できないからである。

この技術は、建造物に最小限構造を一層適用可能にする。
この技術は、建造物に高強度コンクリートおよび他の堅固な材料を一層適用可能にする。

以下の実施形態において、図面を参照してこの発明を説明する。

図１は、１以上の孔またはチャネルを備えたプレストレス材を有する芯材のセグメントの例を示す。 図２は、芯材のセグメントから組み立てられたプレストレスト湾曲芯の引張領域の一例を示す。 図３は、湾曲芯の圧縮領域および直線状の引張領域の一例を示す。 図４は、湾曲芯の圧縮領域および直線状の芯の引張領域を有する梁の一例を示す。 図５は、骨組み用のプレストレスト芯メッシュの一例を示す。

以後、この発明の様々な実施形態を詳述する。

この発明は、軟質材料に含まれる堅固な骨組みとしての負荷支持構造を見直して得られる。ここで、該骨組みは、繊維強化材を有するか、または繊維強化材を有しない堅固なコンクリート、セラミックまたは高強度コンクリートのような適切な圧縮力の芯材２のセグメント１から構成され、１以上の圧縮または引張領域として設けられる。芯材２のセグメント１は、成型される構造物内において、芯強度と比較して低強度のコンクリートによって部分的に、または完全に取り囲まれる１以上の圧縮または引張領域に沿って提供される。
セグメント１は、この明細書において、適切ないずれのサイズおよび形状にもなりえ、用いられる芯材２のセグメント１である。この発明において、圧縮領域と接触するか、または圧縮領域を取り囲む軽材料によって安定性が与えられ、さらに圧縮領域は、軽材料によって保護される高強度コンクリートのような適切な圧縮強度の材料のセグメント１からなる芯材２として構築される。

芯材２のセグメント１は、芯材２のセグメント１を貫通する１以上の孔または溝３状の１以上の補強領域を有しうる。

孔（boresまたはholes）または溝３は、以下において、孔（holes）３と記載する。なぜなら、芯材２のセグメント１内またはセグメント１に沿って走るあらゆる種類のチャネルまたはそれと同等物がプレストレス材４用のガイドとして用いられるからである。
プレストレス材４用の孔３は、芯材２のセグメント１の外側表面に実質的に平行して走る。

この発明の実施形態において、芯材２の各セグメント１を、セグメント１が設置される構造物内の位置に関係して設計し成形する。

この発明の別の実施形態において、芯材２のセグメント１は、モジュラー構成材として形成される。これにより、カタログからとられた芯材２の構造の構築が可能となる。言い換えれば、画一化された形状および長さで、芯材２のセグメント１の製造が可能になる。

さらに別の実施形態において、２または３次元の屈曲部を有する芯材２の構成が可能となるように、芯材２のセグメント１が組み合わされる。これは、湾曲した部材を用いることによって、または芯セグメントの少なくとも１つの端面５に芯材間に作用する垂直力の方向の縦軸と９０度以外の角度を示す平面を備えることによって実現される。実質的に９０度の角度で、端面５を有する芯セグメント１と、傾斜面または湾曲セグメント１の適用によって形成される端面５を有するセグメント１とを組み合わせることによって、２または３次元に拡張して芯材２を作ることが可能である。

セグメント１の端面５または少なくとも１つの端面５は、１以上の実質的な平面を備えうる。芯材２のセグメント１の長さは、画一化された長さ、個別の長さ、建造物に合わせて修正された長さになりうる。
端面５が芯材２の縦軸に対してたとえ傾斜または実質的に垂直であるとしても、同じことが芯材２のセグメント１の長さに適用される。
多くの場合、短い長さの後者を有するのが最も便利である。このことは、芯材２の屈曲部の作製を容易にする。

様々な角度で湾曲するか、または傾斜する端面５を有する芯材２のセグメントを有することも可能である。それによって、例えば、芯材２に対し５０度の屈曲部を設けるため、１５度の芯材２の２つのセグメントと、２０度の芯材２の１つのセグメント１とを組み合わせることが可能である。

実施形態において、芯材２のセグメント１は、１つより多い孔３を備え、２つの隣接しているセグメント１は、孔３を貫通するプレストレス材４の数のため、互いに回転できない。
実施形態において、芯材２のセグメント１内に１つだけの孔３が存在するとき、２つの隣接しているセグメント１が互いに回転しないように、（図示しない）固定部材を備えることが適切な場合がある。

このような固定部材は、芯材２の骨組みを形成するとき、列において隣接しているセグメント１の隣接している端面の対応する隆起と、または２つの部材間の分離結合部材とかみ合うように製造されたセグメント１の１つの端面に形成された凹型、溝または同等物の形状のくぼみでありうる。

必要ならば、芯材２の２つの結合するセグメント１の隣接している面の前記くぼみに１つの隆起を適合させることにより、セグメント２は、互いに軸方向に回転することが妨げられる。さらに、２つの隣接しているセグメント１の孔の位置は、列において固定していてもよい。

実施形態において、一種のモルタル、シーリング材またはそれと同等物の層が、プレストレス前に芯材２のセグメント１間に成型されてもよい。前記モルタルまたはシーリング材は、結合すべきセグメント１の一様でない端面５を埋め合わせるものであってもよい。モルタルまたはシーリング材は、場合によっては、隣接しているセグメント１の孔を完全に埋めて固定するものであってもよい。

軽量負荷支持構造の実施形態において、例えば、堅固なコンクリートの芯材２のセグメント１を有する１以上の圧縮領域は、引張領域内の強化材と、または芯材２、例えば堅固なコンクリートのセグメント１と組み合わされる。該芯材２は、プレストレスによる圧縮負荷の除去によって張力をとる。

軽量負荷支持構造の別の実施形態において、引張領域のみがプレストレストセグメント１の芯材２として形成され、該芯材２はプレストレスによる圧縮負荷の除去によって張力をとる。

芯材２のセグメント１のプレストレスを得るため、引張領域内のさらなる補強が、鉄鋼、炭素繊維、ナノチューブ、ナノ繊維、ガラス、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、またはプラスチック、金属または有機ファイバの他の製品のような適切な材料のロープ、ワイヤー、プレート、メッシュ、織物、ロッドまたは棒のような適切な部品によって提供される。

芯材２のセグメント１内の孔３は、該孔３内にプレストレス材４を設置することを目的とし、プレストレス材４およびセグメント１間の摩擦を減少させる（図示しない）一種の内張りを備えうる。特に、内張り内のプレストレス材４の挿入および引張時に、プレストレス材４は孔３を通って滑り、同時にプレストレス材４の引張中に作用する過度の力の減少または防止さえされる。

実施形態においてさらに、プレストレス材４の位置決めおよびプレストレスの後、芯材２内の孔３を一種のグラウト材で満たすことが可能である。
グラウト注入は、例えば芯材２の孔３内のグラウト材の注入により、孔３内に位置するプレストレス材４をグラウト材が取り囲むように行われる。
次に、グラウト材は、プレストレス材４と、孔３の内側表面または内張りとを付着する。

これにより、硬化したグラウト材は、孔３を密封し、芯材２の強度と比較して低強度のコンクリートによって覆われる芯材２の結合したセグメント１の熱および腐食の防止に加え、プレストレス材４の熱および腐食の防止をさらに与える。
グラウト材はまた、プレストレス材４および芯材２のセグメント１間で力が伝達されるようにする。
グラウト材なしの別の実施形態においては、非接着の腱を用いうる。

互いに相対的な変位および中心軸に対する変位からセグメント１を固定する別の方法は、芯材２のセグメント１内の１以上の孔３内にチューブ状の内張りを有することである。該内張りは、セグメント１の１つの端面の表面からある距離突出する。列において隣接しているセグメント１の対応する向かい側の端面において、内張りはセグメント１内のある距離に位置する。ここで、該距離は、芯材２の前記セグメント１から内張りが突出する距離と一致する。

実施形態において、１つの孔３のみが芯材２のセグメント１に存在している場合、芯材２のセグメント１の縦軸まわりの回転を防ぐための相補手段を備えてもよい。そのような手段は、例えば、対応する溝および凸部、またはV字型の刻み目および隆線、または内張りの端面から突出し、合わせて１つのチューブを形成する半円筒殻、または内張りのチューブの端面の対応する形状および切れ目でありうる。
凸面状および／または凹面状の端面を有する芯材２のセグメント１の形成も可能である。

芯材２のセグメント１を互いに所定の位置に固定しうるようにするため、凸面状および凹面状の端面が、溝および／または凸部または隆線または交差材を備えうる。溝および／または隆線は、同心円、または放射状の直線、または他の適切なパターンの一部で形成されてもよい。プレストレス材４が張力を受けるとき、芯材２の２つの隣接しているセグメント１がぴったり押しつけられ、それによって適切な位置に固定される。

芯材２のセグメント１が実質的に平らな端面を有するとき、芯材２のセグメント１の端面５が他の形状を有する場合よりも高い荷重を芯材２にかけることが可能である。

結合部および軸受部において大きな力を伝達しうるようにするため、円錐形または横断面の別の変形を有する芯材２のセグメント１の利用により、芯材２の端面近くに一層大きな横断面を形成することが可能である。
同様に、例えばアーチ内の構造それ自体の重さに起因する、芯材２に沿った荷重の変動に対抗するため、横断面の変化も与えうる。

さらに別の実施形態において、圧縮、引張またはこれらを組み合わせた状態にある一層多くの芯材２が、特殊な結節部の適用により、または特殊な結節部の適用なしに結合し、例えば、殻、つり下げ構造、プレート、厚板、格子、桁、チューブ、箱等のような一層多次元の構造を形成する。

結節部を形成する芯材２のセグメント１は、芯材２の本体から突出した多数の腕を有する「Ｙ」字形または十字形のように形成しうる。各腕は、芯材２のセグメント１の端面５への接続または別の結節部６の接続用に設計される。

芯材２のいくつかのセグメント１は、芯材２の面に（図示しない）多数の開口部を備えうる。開口部は、芯材２のセグメント１の端面５への接続用に設計され、開口部近くの面上に平面を備えるか、開口部に平らな面を結合するか、または湾曲した端面５を芯材２の結合するセグメント１上に有するかのいずれかによって、芯材２の開口部近くの面または端面５が、互いに結合するように構成される。

これにより、１以上の圧縮および／または１以上の引張領域を結合して格子、メッシュ、構造部材の他の負荷支持部分を形成する。
圧縮または引張領域と、他の構造部材の負荷支持構造とを結合することがさらに可能である。

別の実施形態において、１以上の圧縮または引張領域は、他の圧縮または引張領域と力が交換する箇所に向かうほど増大する横断面積を備える。

これによって、圧縮または引張領域を形成する芯２の適切な実施形態が実現し、芯材２のセグメント１によって形成された圧縮または引張領域間の適切な変位は、結節部６における接触応力または応力を減少し、または結合している様々な構造部材または部品内のそのような領域間の固定または力の相互作用を改善する。

さらに別の実施形態において、芯材２のセグメント１によって形成された１以上の圧縮領域は、少なくとも１つの端面５に向かうほど増大する横断面積を備える。

さらに別の実施形態において、例えば端面５における、芯材２のセグメント１によって形成された圧縮または引張領域の増大する横断面積が、結合部において、またはセグメント１を結合することによって、結合している。

芯材２のセグメント１によって形成される芯材２は、負荷支持構造用の型内に設置しうるか、またはいくつかの実施形態において、自立芯材２が、該自立芯材２の周囲の、または自立芯材２に隣接している型を支持してもよい。

芯材２のセグメント１によって形成される芯材２は、圧縮の集中が望まれる箇所、例えば圧縮アーチ内に設置しうる。

堅固な材料の芯材２のセグメント１の芯、例えば堅固なコンクリートまたは自己充填高強度コンクリートは、建造物内の圧縮または引張領域に対応して形成される。その後、型に軽材料を、芯の周囲に流し込んで成型する。該芯は、例えば、軽骨材コンクリートでありうる。

堅固なコンクリートは、軽材料よりも堅固なコンクリートであり、様々な方法によって得られる。この発明は、堅固なコンクリートを得る単一の方法に限定されない。一例として、高強度のコンクリートを利用してもよく、コンクリートに微粒子を添加することによって得られる可能性もある。さらに、堅固なコンクリートおよび／または軽材料に添加物を加えることも可能である。その中に超樹脂化添加物、鉄鋼プラスチックまたは他の材料の繊維を自己充填特性または延性のような高強度特性および／または改善された加工性を得るために用いてもよい。

芯材２のセグメント１は、実際の構造物に必要とされる、十分な強度および材料特性を有する他の材料からも作られうる。該材料は、ある場合には、例えば、ガラスまたは炭素繊維強化エポキシ、セラミック、煉瓦、せっ器、磁器、構造ガラス、鉄鋼等の場合もある。

芯材２のセグメント１から圧縮または引張領域を形成することにより、圧縮または引張領域に力の軌跡の実際の形状に従った最適形状および配置を与えることが可能である。そして、プレストレス材４を設けることによって、成型前にたわみおよび曲げに対して圧縮および引張領域をさらに安定化させることが可能である。その結果、圧縮および引張領域を型内に固定する必要がなく、また曲げ剛性を確保するため、横断面積を増大させることなく荷重に抵抗するのに必要とされるより大きな横断面積は不要である。

自立芯材２によって、足場を減らしうるか、または足場を回避さえしうる。
芯材２の安定性は、最適化された圧縮領域を有する軽量負荷支持構造の鋳造方法による発明によってさらに実現される。ここで、芯は、芯材２のセグメント１から構成され、軽量コンクリートのような軽材料によって安定化する。

この発明の別の実施形態において、堅固な材料の芯２によって表される圧縮または引張領域が、他の圧縮または引張領域と結合する部分において、もしくは結合部またはセグメントを設置する部分において、一層大きな横断面積を備えうる。

１以上の前記の実施形態と組み合わせて、材料に、例えばコンクリートに様々な構成材を添加して成型される適切な構造を得るか、または一種の引張鉄筋を得るか、または延性を改善することが可能である。

そのような構成材は、鉄鋼、炭素繊維、ナノチューブ、ナノ繊維、石羊毛繊維、ガラス、ポリプロピレン繊維、アラミド繊維、もしくはプラスチック、金属または有機ファイバの他の製品のような適切な材料のロープ、ワイヤー、プレート、メッシュ、繊維、ロッドまたは棒でありうる。

ある実施形態において、芯材２は、該芯２と比較して低強度の材料の表面を通って、または表面において、外側から見えるように成型される。ここで、該材料は、芯２を取り囲むか、または芯２に隣接している。ちょっとした「木骨造り」のように見える一種の可視骨組みの実現が可能であり、それによって建造物内の色（例えば、赤色、茶色または黒色の色調）の可視アーチを備えることもできる。そして、芯２と比較して低強度の隣接している安定化材料は、例えば、白色、灰色または淡褐色の色調の色でありうる。これによって、建造物の静的な性質および静的な構造の理解が可能になる。

他の適切な材料を用いることができ、この発明は前記構成材の使用に限定されないことは明らかである。

例えていうならば、この発明は、人間または動物の体と比較することが可能である。ここで、圧縮領域の堅固な材料は、人間または動物の背骨と比較される一種の脊柱を備え、軽量負荷支持構造および引張強化がある場合は、それらは「背骨」を適切な位置で支える筋肉および腱であり、最適化された優美な建造物を与える。さらに、「背骨」内または「背骨」に沿った引張部材は、背骨のセグメントがたわむのを防ぎ、背骨のセグメントを分離することなく、無荷重の圧縮として張力をとることを可能にする。

Claims (9)

1. 成型される構造物内に１以上の圧縮または引張領域を構成する、堅固な材料の芯材（２）によって強化され、該芯材（２）の前記圧縮または引張領域が、芯材（２）と比較して低強度の材料に取り囲まれるか、または低強度の材料と接触し、芯材（２）が、１以上のプレストレス材（４）によって組み立てられた芯材（２）のセグメント（１）から構成される軽量負荷支持構造であって、芯材（２）の１以上のセグメント（１）は、芯材（２）を貫通する縦軸と交差する端面（５）のうち少なくとも１つが、当該縦軸に対して９０度以外の角度を有することを特徴とする軽量負荷支持構造。
2. 芯材（２）の１以上のセグメント（１）は、湾曲したセグメント（１）である請求項１に記載の軽量負荷支持構造。
3. 芯材（２）の１以上のセグメント（１）は、１以上のプレストレス材（４）を導くための１以上の孔（３）を備える請求項１または２に記載の軽量負荷支持構造。
4. プレストレス材（４）用の孔（３）は、芯材（２）の１以上のセグメント（１）の外側表面と実質的に平行して走る請求項３に記載の軽量負荷支持構造。
5. 芯材（２）は、芯材（２）の他のセグメント（１）の端面（５）への接続のため、芯材（２）の側面にプレストレス材用の多数の開口部または接続部を備える請求項３または４に記載の軽量負荷支持構造。
6. 結節部（６）を形成する芯材（２）のセグメント（１）は、芯材（２）の本体から突出する多数の腕または多数の面を有する「Ｙ」字形または十字形のように形成され、各腕または面は、芯材（２）のセグメント（１）の端面（５）への接続または別の結節部（６）への接続用に設計された請求項３または４に記載の軽量負荷支持構造。
7. １以上のプレストレス材（４）を導くための１以上の孔（３）は、内張りを備える請求項３ないし６のいずれか１つに記載の軽量負荷支持構造。
8. １以上のプレストレス材（４）を導くための１以上の孔（３）は、グラウト材で満たされる請求項３ないし７のいずれか１つに記載の軽量負荷支持構造。
9. １以上のプレストレス材（４）を導くための１以上の孔（３）は、１以上のプレストレス材（４）をプレストレスがかかった状態に保つための保持手段を備える請求項３ないし８のいずれか１つに記載の軽量負荷支持構造。

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