JP5976878B2 - 固定システム及び固定システムを設定するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的には固定システムに関し、とりわけ、地下構造及び地上構造に適した地上固定システムに関する。しかしながら、本発明は、より広い応用や使用に対して意図されていることは理解されるべきである。

地面アンカーは、深い穴の支持から構造の持ち上げや上部構造の横倒しに対する耐久の範囲にわたる、数多くの都市工学応用のために不可欠な構造技術である。地面固定システムは、深い穴内での一時的な壁の支持における使用等のために、一時的なものとして設計されうる。それらは、例えば、橋やダムのような構造において永久的な使用として設計されることもできる。

くさびタイプシステムと結合タイプシステムという、用いられる固定システムの二つの重要なタイプが存在する。本質的には、くさびタイプの固定システムは、内部の円錐形状で外部の円柱面を有するチューブ内で一つ又は複数の腱を把持するスチールのくさびからなる。他方、結合タイプの固定システムは、スチールのハウジングからなり、ハウジング内は、一つ又は複数の腱が満たされたグラウトで結合されている。

ここで用いられるものとして、腱は、固定システム内の負荷下に置かれるよう適用される延在部材である。腱は一つのワイヤ又はストランドからなってもよいが、より一般的には、例えばらせん状に巻かれることで互いに保持された複数のストランドからなる。

現在のくさびタイプの固定システム１３０が図１に示される。複数のらせん状に巻かれたワイヤを含む腱１００の端部は、内方に圧縮されうるくさび形状のバレル１１０内に挿入され、バレルを内方に圧縮するための取り囲むアンカーブロック１２０内のテーパー状の孔１２５内に入るよう強制的に適用され、それにより、バレルと腱の端部をアンカーブロック内で固定する。一旦、腱１００に外力が加わると、くさび１１０はアンカーブロック１２０内に位置されうる。腱１００のロックを外すことは腱１００に加わる外力が解放されることで達成され、そのことで、腱１００がバレルとくさび１１０内に安定的に収容され、次いで、アンカーブロック１２０内に安定的に収容される。

腱が合成材料から形成される場合、くさびをアンカーブロック内に収容することでもたらされるくさびの腱に対する圧縮作用は、縦方向のストレスの高い集中を作りだし、腱の早すぎるファイバ破壊をもたらす。

スチール腱を用いる現在の固定システムは、腐食を受ける可能性があるという不都合を有し、このように、固定システム標準は、便利な設計生命を確実にするために、スチールストランドをカプセルに入れる二重の腐食保護システムを使用することを要求する。

大抵のＦＲＰ固定システムは用いられる腱の物理的特性を変えるが、特性を変えることは腱の腐食の原因となり、期待されたように作動しないかもしれないことから不利益である。さらに、結合タイプシステムの場合、要求される結合長さが実質的であり、空間が貴重な領域では作動することはとても難しい。また、結合長さのために多くの材料が要求されるのでコストが増加する。

このため、最小の結合長さを有する腐食しにくい固定システムを提供することが望まれる。

本明細書における先行技術の部分に関する記載や意見は、先行技術がオーストラリアや他の国の明細書の当業者の共通の一般的な知識の一部であることを認めるものとして取り扱われない。

本発明の一態様によれば、互いに保持された延在要素のアッセンブリを含む合成腱を含む固定システムが提供される。固定システムは、ケーシングを含むアンカーヘッドも含む。個々の延在要素は一端で互いに分離され、分離された要素がアンカーヘッド内で延在する。アンカーヘッドケーシングは、ケーシング内で分離された要素を固定するための粘着媒体で満たされる。

好ましくは、延在要素のアッセンブリは、主ワイヤと、主ワイヤのまわりで巻かれた複数の第二ワイヤとを含む。

固定システム内のアンカーヘッドは、支持プレートに固定されるよう適用されるアンカープレートをさらに含んでもよい。

固定システムにおいて、主ワイヤ及び／又は第二ワイヤがファイバ補強ポリマー（ＦＲＰ）からなることが好ましく、ポリマーで補強されたカーボンファイバ（ＣＦＲＰ）であることがより好ましい。また、ワイヤは、ポリマーで補強されたアラミドファイバ（ＡＦＲＰ）又はポリマーで補強されたグラスファイバ（ＧＦＲＰ）からなってもよい。

アンカーヘッドケーシング内の粘着媒体は、セメント質のグラウトからなることが好ましい。グラウトは、標準の強さのセメント質のグラウト、高強度グラウト混合物、膨張グラウト混合物及びコンクリートからなってもよい。また、粘着媒体は、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂及びエポキシ樹脂のようなグラウトベースの樹脂であってもよい。

アンカーヘッド及び支持プレートは、軟鋼、高強度鋼、カーボンスチール、ステンレススチール又は亜鉛メッキスチールのような金属からなることが好ましい。

また、アンカーヘッド及び／又は支持プレートは、プラスチック、樹脂、セラミック、繊維製品及びポリマーを含む非金属材料からなってもよい。

本発明の別の態様によれば、
掘削孔に、互いに保持された延在要素のアッセンブリを含む少なくとも一つの合成腱を挿入する工程と、
個々の延在要素を、予め定まったアンカーヘッド長さにわたって、互いに分離する工程と、
分離された前記要素の周りにアンカーヘッドケーシングを載置する工程と、
アンカーヘッドケーシングを粘着媒体で満たす工程と、を含み、
粘着媒体が一旦セットされると、分離された前記要素がアンカーヘッド内に確実に固定される、
固定システムを設定するための方法が提供される。

好ましくは、互いに保持された延在要素のアッセンブリを含む合成腱は、主ワイヤと、主ワイヤのまわりで巻かれた複数の第二ワイヤとを含む。個々の延在要素を互いに分離するために、第二ワイヤは、合成腱の主ワイヤからほどかれることが好ましい。

ケーブルは元の位置において手動でほどかれてもよい。また、ケーブルは、ケーブルの一端で主ワイヤからほどかれた第二ワイヤで供給されてもよい。

本発明の好ましい実施の形態は、添付された図面を参照として、記載される。これらの実施の形態は、説明のためだけに提供され、本発明の他の実施の形態も可能である。この結果、添付図面の詳細は、上述の一般性を奪うものとして理解されるべきではない。

図１は存在するくさびタイプの固定システムを示す。 図２は存在する固定システムの概略図である。 図３は、本発明の実施の形態による固定システムの横断面概略図である。 図４は、第二ワイヤが主ワイヤの周りに巻かれた図３のケーブルの１つを通過する横断面概略図である。 図５は、存在する一つのＣＦＲＰ腱固定ヘッドシステムに対する負荷とひずみの関係の結果を示したグラフである。 図６は、本発明の実施の形態による四つのＣＦＲＰ腱固定ヘッドシステムに対する負荷とひずみの関係の結果を示したグラフである。 図７は、テストした後の、本発明の実施の形態による四つの腱固定ヘッドシステムの横断面図である。 図８は、負荷下にある、本発明の実施の形態による組み立てられた四つの腱ＣＦＲＰアンカーヘッドシステムである。

固定システムの実施の形態が、添付された図面を参照として記載される。

図２は、圧力をかけられる前の腱２１が各腱２１の一端にあるアンカーヘッド２４で掘削孔内に固定される、存在する固定システムを通過する横断面を示す。腱２１で不具合が起こると、結果としてアンカーが壊れることになりうる。不具合は腱及び／又はアンカーヘッドシステムの腐食又は他のダメージや、何らかでアンカーヘッドシステムが不十分であることで生じうる。このような固定システムにおける不具合の危険性は、腱を合成腱に変え、本発明によるアンカーヘッドを用いることで、劇的に減らされる。図１に示されたくさびタイプの固定システムと、図２に示されたアンカーヘッド２４は、不具合の危険を減らすために、本発明（図３に示された実施の形態）による固定システムに置き換えられる。

一般に、本発明は、互いに保持された延在要素のアッセンブリを備えた合成腱を含む固定システムに関する。それは、ケーシングを含むアンカーヘッドも含む。各延在要素は一端で互いに分離され、分離された要素がアンカーヘッド内に延在する。アンカーヘッドケーシングは、ケーシング内の分離された要素を固定する粘着媒体で満たされる。

図３及び図４は、本発明の好ましい実施の形態による固定システムの概略図を示す。固定システム１は、図４に示されるように、主ワイヤ４と、主ワイヤ４の回りに巻かれた複数の第二ワイヤ５の形態で一緒に保持された延在要素のアッセンブリを有する少なくとも一つの合成腱２を含む。固定システムは、ケーシング６を有するアンカーヘッドも含む。
固定システムの図面を示す図３は、個々の延在要素が一端で互いに分離されていることを示し、第二ワイヤ５が合成腱２の端部で主ワイヤ４からほどかれ、その結果、腱２の各ワイヤ４，５が他のワイヤから分離される。ほどかれたワイヤ４，５はアンカーヘッドケーシング６内に延在する。アンカーヘッドケーシング６は、ほどかれたワイヤ４，５をケーシング６内で固定するための粘着媒体１０で満たされている。

ケーシングの異なる形状が提供されてもよいが、図３に示されたアンカーヘッドケーシング６は、円筒形状の長手方向に延在する周壁７を有する。アンカーヘッドケーシング６は、支持プレート１２に固定されるように適用されるアンカープレート８も含む。

主ワイヤ４及び／又は第二ワイヤ５は、好ましくは、ポリマーで補強されたファイバ（ＦＲＰ）からなる。より好ましくは、それらは、ポリマーで補強されたカーボンファイバ（ＣＦＲＰ）からなる。また、それらは、ポリマーで補強されたアラミドファイバ（ＡＦＲＰ）又はポリマーで補強されたグラスファイバ（ＧＦＲＰ）からなってもよい。

ＦＲＰ材料においては、ファイバを結合し、環境効果からファイバを守り、ファイバの力と横断方向における負荷の移動を同等にすることを助けるために、ポリマーマトリックスが用いられる。ＦＲＰ合成材料を形成するために、ＦＲＰファイバフィラメントが、熱可塑性プラスチックと熱硬化性ポリマーに提供されうる。エポキシ、ポリエステル及びビニルエステルを含む熱硬化性ポリマーは、永久的な地面アンカー適用に選択されるＦＲＰ材料に対して好ましい樹脂である。

好ましい実施の形態において、図３及び図４に示される固定システム１は、主ワイヤ４と主ワイヤ４に巻かれた複数の第二ワイヤ５を有する少なくとも一つの腱２を掘削孔２０に挿入することで構成される。腱とワイヤは好ましくはＦＲＰからなる。そして、第二ワイヤ５は、予め定まった結合されるアンカーヘッド長さ２２にわたって、少なくとも一つのケーブル２の主ワイヤ４からほどかれ、各ＦＲＰワイヤが互いに分離されることを確実にする。ワイヤは自然には曲がっているので、それらを所定の場所に保持するために用いられるのに必要な物理的なバリアがなければ、それらはほどかれたままである。さらに、ワイヤを互いに分離されたものに維持するのには追加のサポートは必要ではない。ほどくことは、ＦＲＰワイヤのマクロ／ミクロ構造に影響を与えたり、マイナスに変化させたりせず、ＦＲＰワイヤの強さパラメータのような工学特性を減少させない。

予め定まった結合されるアンカーヘッド長さ２２にわたりワイヤがほどかれると、アンカーヘッドケーシング６がほどかれたワイヤ４，５の外側を囲むように置かれる。腱２がアンカー支持プレート１２を通過して延在する。長いアンカーヘッド結合長さを有することは望ましくない。本発明は、アンカーヘッド結合長さが最小に維持されることを可能にする。

アンカーヘッドケーシング６は金属に限られず、非金属材料もこのケーシングに用いられることができる。しかしながら、好ましくは、アンカーヘッドケーシングは、軟鋼、高強度鋼、カーボンスチール、ステンレススチール、亜鉛メッキスチールを含む金属からなる。また、アンカーヘッドケーシングが非金属材料からなる場合には、プラスチック、樹脂、セラミック、繊維製品及びポリマーが用いられうる。

そして、アンカーヘッドケーシング６は支持プレート１２に固定され、その後、粘着媒体１０で満たされる。粘着媒体は、セメント質（グラウトベース）又は合成物質（樹脂又はエポキシベース）になりうる。好ましくは、粘着媒体はセメント質のグラウトからなる。これは、標準の強さのグラウト混合物、高強度グラウト混交物、膨張グラウト混合物又はコンクリートを含む。また、粘着媒体は、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂又はエポキシ樹脂を含むグラウトベースの樹脂である。

粘着媒体１０がセットされると、ほどかれたワイヤ４，５はアンカーヘッドにしっかりと固定される。ＦＲＰワイヤをほどき、それらをグラウトで固定する工程は、ＦＲＰワイヤと取り囲む粘着媒体との間の総表面領域を増加する。このことは、グランドアンカーの圧力からの適用力に耐えるのに用いられる総摩擦領域を増加する。ワイヤが取り囲む粘着媒体１０に固定される場所は、グランドアンカーが圧力をかけられロックされ、橋、ダム、車の駐車場のような適用に対して、要求される工学的負荷を保持する領域を形成する。

このシステムは、ほどかれたＦＲＰワイヤの延在した表面領域と粘着材料との間、及び、粘着材料と取り囲むアンカーヘッドケーシングとの間に生成される結合力を利用する。
負荷ロックを外すのに、ＦＲＰワイヤと粘着材料又はアンカーヘッドケーシングとの間の機械的な連動は用いられない。

なお、腱２は手動でほどかれてもよい。ほどく工程は、ワイヤの性質を干渉したり変更したりしない。これは、腱又はワイヤが、例えばカットされるように物理的に変化されないためである。それらの物理的構成は、各ワイヤが傷つかず、他のワイヤから分離されることで、変化されるだけである。

結合面領域が増加すると、固定システムは従来の固定システムよりも大きな力を支持することができる。固定システムは、アンカーシステムの最大の張力能力を十分に支持するために必要なアンカーヘッド結合長さを減らすことができる。現在のFRPガイドライン（ACI440.3R-04: 具体的な構造を補強したり強化したりするためのファイバ補強ポリマー(FRPs)のためのガイドテスト方法）様々なＦＲＰ材料に対するかなりより長い結合長さを要求するが、本発明を用いることで、結合長さをかなり減らすことができる。

要求されるアンカー結合長さのこの減少は、完成した面空間がプレミアムである領域における仕事に対するシステム承諾、材料コスト、労働コスト、組み立ての際及び敷地内の両方における容易な人力での動かしを含む実質的な利点を有する。上述された固定システムは、設置前にアンカーヘッドシステムを前もって建設することを可能にし、製造及び品質コントロールがより容易にモニターされうる。

図示する手段として、図３は、各々が４つのワイヤ４，５を有する３つの腱２を有する３つの腱固定システムを示す。しかしながら、各腱内のワイヤの数と、固定システム内の腱の数は、様々な適用にたいして変化させてもよい。

図４に示されるように、６つの第二ワイヤ５が同じ直径の中心の主ワイヤ４のまわりで巻かれている。しかしながら、第二ワイヤの数及び主ワイヤ及び第二ワイヤの相対的な直径は変えられることは理解される。

図４のＦＲＰ腱は各々が約５ｍｍの直径である７つのワイヤを含む。各第二ワイヤは別々に製造され、それから、主ワイヤのまわりにらせん状にねじられる。さらに、腱は先に製造されてもよい。

支持プレート１２は好ましくは（別のアンカーヘッドのように）金属からつくられる。
また、それは、非金属材料から作られてもよい。

多くの別の固定システムと異なり、本発明は、各ワイヤをかつては負荷が用いられていた場所に固定するために、テーパー状のくさびシステムを用いない。この固定システムにおいて、ほどけた第二ワイヤの全ては一つの媒体内にグラウトされる。このように、予め定められた結合長さ２２内のほどかれたワイヤは、圧力段階の間、一つの均一なテンションシステムとして効率よく作用する。

結合タイプのアンカーヘッドシステムの圧力は、従来のアンカー圧力工程により行われうる。油圧ジャッキがアンカーヘッドシステム１の下に配置されえ、（知られた量の）適用負荷をアンカー腱に置くのに用いられる。一旦、システムがその設計されたロックオフ負荷に達すると、シムがアンカーヘッドシステムを場所に固定するために用いられる。一旦シムが場所にあると、ジャッキが取り除かれ、アンカーが圧力のかけられたものとして分類される。

本発明によるアンカーヘッドシステムの有益な性質を立証するための一連のテストの結果が図５及び図６のグラフで示される。これらの結果は、腱の不具合の前に、直線状の腱の弾性が生じることを結論づける。

図５は、存在する単一のＣＦＲＰ腱アンカーヘッドシステムに対する結果である、ひずみに対する負荷の特徴を示す。これらの結果は、腱２００の壊れる不具合の前に直線状の拡張があることを示す。

図６は、本発明の実施の形態による、４つのＣＦＲＰ腱アンカーヘッドシステムに対する結果である、ひずみに対する負荷の特徴を示す。この結果も、腱の直線状の拡張を示すが、不具合点がこのシステムでは生じない。このため、結合タイプの固定システムは、ＣＦＲＰ腱の完全な最大容量を成功的に自制する。図５及び図６に示されるように、４つのＣＦＲＰ腱アンカーヘッドシステム内の腱は、存在するアンカーヘッドシステムと同等又はそれ以上の適用される負荷に耐えることができる。

図７は、負荷下にある、組み立てられた１０個の腱ＣＦＲＰアンカーヘッドシステムを示す。アンカーヘッドケーシング６及びアンカーヘッドプレート８が図７の左側に示され、固定システムの腱を負荷下におく装置７０が図７の右側に示されている。図８は、図７の調査後の１０個の腱アンカーヘッドシステムのアンカーヘッドケーシング６の横断面を示す。見られるように、アンカーヘッドケーシング６内には、各々が７つのワイヤ５を有する１０個の腱があり、トータルで７０個のワイヤ５を形成する。腱内のワイヤ５はほどかれ、媒体１０内でグラウトされ、圧力段階の間、一つの均一に引っ張られるシステムとして効率よく作用する。

本発明は、本発明の本質的な特徴から離れることなく様々な形態で具体かされるので、上述された実施の形態は本発明を制限すると考えられるべきではなく、より広く解釈されるべきだと理解されるべきである。様々な修正や同等の配置が、本発明の精神及び範囲内で含まれることが意図されている。

Claims (13)

1. 互いに保持された延在要素のアッセンブリを含む合成腱であって、互いに保持された延在要素のアッセンブリが、主ワイヤと、主ワイヤのまわりで巻かれた複数の第二ワイヤとを含む、合成腱と、
   ケーシングを含むアンカーヘッドであって、掘削孔から延出する延在要素を固定するアンカーヘッドと、を含み、
   ケーシングは、掘削孔から延出した延在要素のまわりに設けられた周壁と、周壁の掘削孔の側に設けられたアンカープレートと、を有し、延在要素は、アンカープレートを通過して延在し、
   個々の延在要素は、アンカープレートの周壁の側に位置する端面から互いに分離され、分離された延在要素がアンカーヘッド内で延在し、
   アンカーヘッドケーシングは、ケーシング内で分離された延在要素を固定するための粘着媒体で満たされる、
   固定システム。
2. アンカーヘッドのアンカープレートが、地面に固定される支持プレートに固定されるよう適用される、請求項１に記載の固定システム。
3. 主ワイヤ及び／又は第二ワイヤがファイバ補強ポリマー（ＦＲＰ）からなる、請求項１又は２に記載の固定システム。
4. 一つ以上のワイヤのファイバ補強ポリマーが、ポリマーで補強されたカーボンファイバ（ＣＦＲＰ）、ポリマーで補強されたアラミドファイバ（ＡＦＲＰ）及びポリマーで補強されたグラスファイバ（ＧＦＲＰ）から選択される、請求項３に記載の固定システム。
5. 粘着媒体が、標準の強さのセメント質のグラウト、高強度グラウト混合物、膨張グラウト混合物及びコンクリートを含むセメント質のグラウトからなる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固定システム。
6. 粘着媒体は、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂又はエポキシ樹脂を含むグラウトベースの樹脂である、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固定システム。
7. アンカーヘッドは、軟鋼、高強度鋼、カーボンスチール、ステンレススチール及び亜鉛メッキスチールを含む金属からなる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固定システム。
8. アンカーヘッドは、プラスチック、樹脂、セラミック、繊維製品及びポリマーを含む非金属材料からなる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固定システム。
9. 支持プレートは、軟鋼、高強度鋼、カーボンスチール、ステンレススチール及び亜鉛メッキスチールを含む金属からなる、請求項２に記載の固定システム。
10. 支持プレートは、プラスチック、樹脂、セラミック、繊維製品及びポリマーを含む非金属材料からなる、請求項２に記載の固定システム。
11. 掘削孔に、互いに保持された延在要素のアッセンブリを含む少なくとも一つの合成腱であって、互いに保持された延在要素のアッセンブリが、主ワイヤと、主ワイヤのまわりで巻かれた複数の第二ワイヤとを含む、合成腱を挿入する工程と、
    個々の延在要素を、互いに分離する工程と、
    分離された前記延在要素の周りにアンカーヘッドのケーシングを載置する工程と、 アンカーヘッドのケーシングを粘着媒体で満たす工程と、を含み、
    ケーシングは、掘削孔から延出した延在要素のまわりに設けられた周壁と、周壁の掘削孔の側に設けられたアンカープレートと、を有し、延在要素は、アンカープレートを通過して延在し、
    延在要素は、アンカープレートの周壁の側に位置する端面から互いに分離され、
    粘着媒体が一旦セットされると、分離された前記延在要素がアンカーヘッド内に確実に固定される、
    固定システムを設定するための方法。
12. 個々の延在要素を互いに分離するために、第二ワイヤが、合成腱の主ワイヤからほどかれる、請求項１１に記載の固定システムを設定するための方法。
13. 前記第二ワイヤは手動でほどかれる、請求項１２に記載の固定システムを設定するための方法。

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