JP6703981B2 - 空気圧式支持体 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の空気圧式支持体に関する。

上記種類の空気圧式支持体は公知であり、国際公開第０１／７３２４５号に記載の円筒形の基本形状に基づいている。この基本形状は、国際公開第２００５／００７９９１号に記載の紡錘形状支持体を作成するために開発されたものである。このような空気圧式支持体の利点は、膨張可能な本体を折り畳むことができ、張力部材をロープとして構成することができるので、その重量が軽く且つ輸送量も非常に小さいことである。このような空気圧式支持体の欠点は、空気圧式支持体が単位面積当たりの高荷重（支持体の長さにわたって分散された荷重）を支持できるにも関わらず、空気圧式支持体が、単位面積当りの可能な荷重と比較して非対称な荷重に対する限られた範囲だけに適合されていることであり、特に橋としての使用を決定的に妨げる軸方向集中負荷に関してそうであり、特に、例えば、橋の上を進むローリーの軸は、この点で特に好ましくない事例を構成する。

圧縮部材には、実質的な弱点がであり、スリムなロッドは座屈の危険に晒される。しかし、空気圧の概念の利点が最小限に抑えられてしまうので、より厚みを持たせた方法では構成することが出来ない。

図１は、従来技術による紡錘形の空気圧式支持体１を概略的に示している。ここでは、明確にするために、誇張された厚さを備えている。弾性材料から成る膨張可能な本体２は、作動圧力で、張力部材４から作動距離にある圧縮部材３を保持し、明確にするために、圧縮部材３の上に厚板５が示され、この厚板は支持体１によって形成された橋上の移動を可能にする。支持体の機能性については、次のような概念で説明することができる。

荷重６が、厚板５及び従って圧縮部材３に作用する場合、これは作動圧で膨張した本体２によって支持されるが、その一部分は、張力部材４にかかり、従って、実際には張力部材４は、荷重６を支持している。その結果、張力部材４が下方に向けて下がろうとするが、圧縮部材３が共通の端部ノード７及び８と共に張力部材４の端部を相互にある距離に維持するので、これは不可能である。圧縮部材３及び張力部材４が相互に動作可能に接続される領域を端部ノードと呼ぶ。

その結果、張力部材４には本質的に軸方向の張力がかけられるだけであり、圧縮部材３には、本質的に軸方向の圧力が負荷されるだけである。つまり張力部材４はロープとして構成することができ、圧縮部材３は薄いロッドとして構成することができる。但し、圧力下のロッドは座屈する危険性があり、その結果、圧縮部材３の座屈限界が支持体１の荷重能力を決定する。

矢印６の方向に作用し且つ支持体の長さにわたって対称的に分散される単位面積当りの荷重の場合には、例えば屋根構造の場合のように、荷重方向での座屈は本体２に当接している圧縮部材３によって減少すると共に、荷重作用とは逆の方向での座屈は荷重自体によって減少されるので、座屈のリスクが低減されている。

しかしながら、非対称的な荷重の場合、圧縮部材は、負荷がかかった場所でより大きな範囲で本体２に沈み込み、そのため異なる地点で上向きに歪み、本体２の支承面にわたって外側に反れ、そこから外れて持ち上がる傾向を伴い、座屈の危険性を増大させ、これらに関連して支持体１の負荷能力を低下させてしまう。

図２ａは、純粋な張力部材１１として構成され、垂直に（すなわち荷重方向及び支持体１０の長手方向軸に垂直な方向に）配置された連結要素を備えた国際公開第２００５／０４２８８０号による改良型紡錘形支持体１０を示している。張力部材１１の距離ａは、実用の際に当業者によって最適化されるべきである。

張力部材１１は、圧縮部材３が、無負荷位置で本体２から外れて持ち上がるのを防ぎ、かつ、ある程度、非対称的な荷重の場合に座屈することを防ぐのに適している。垂直の張力部材１１は、圧縮部材と張力部材がほぼ等しく（同様の曲線）で変形することを意味するに過ぎず、垂直の張力部材は屈曲の最大量を縮小するのには適していない。しかしながら、張力部材１１の締結点１２の位置で圧縮部材３にかなりの荷重（例えば追加の曲げモーメント）が生じてしまう、これは望ましいものではない。

図２ｂは、国際公開第２００５／０４２８８０号による支持体１０’の張力部材１１の可能な構成を示しており、当業者によって決定されるように、複数の張力部材１１が相互に距離を置いて束状に配置されており、何れも共通の締結点１３から開始して相互に関わって対称的な配置で構成されている。このような構成は張力部材１１の作用が締結点１３の反対側の小さな伸長部に分散されるので、上記望ましくない圧縮部材３における荷重を低減するのに適しているように見える。但し、低減は単に局所的である。

当業者は、圧縮部材３の座屈の危険性が低いために、相互に距離ａを置いて配置された張力部材１１が、非対称荷重の場合に、支持体１の荷重支持能力を有利に増加させることを、国際公開第２００５／０４２８８０号の記載から認識することになる。（図２ｂの張力部材４’は同様にビーム（梁）として構成されるので、従って下から作用する荷重６’を支持することもでき、よって圧縮部材３は張力荷重の影響を受けることになることを、この時点で付け加えることができる。）

しかしながら、国際公開第２００５／０４２８８０号による構成の欠点は、以前と同様に、空気圧システムが荷重の下で激しく変形することにある。ロープとして構成される張力部材（但し、張力部材は細長いロッドとしても構成される）及び空気圧式本体２は、特に、もし負荷がより広い範囲の領域における負荷であって且つ非対称的に作用する負荷の場合、例えばこれが距離を移動し続ける橋の場合には、十分な負荷能力にも関らず、支持体の大きな変形をもたらす動作を許容してしまう。国際公開第２００５／０４２８８０号に記載の張力部材１１は、圧縮部材３、４’の座屈を抑制するにも関わらず、張力部材４が局部的に外れて持ち上げられ、支持体１０’全体の変形を助長し、最終的には圧縮部材３の座屈に関して所望の効果を再び減少させる。このような支持体１０、１０’の変形または屈曲は、あたかも可撓性の有るロンドンのミレニアム橋の場合と同様に、少なくとも横揺れの危険性に起因して特に橋（または例えば暴風の場合の屋根）のような構造の場合に問題点を表出する。このような場合、一般的には、例えば支持体によって支持される橋の厚板張りや車道または構造物の場合のように、隣接する構造体を対応する動作に関わって設計する必要はないので、荷重に適応する橋または支持体が有利に可能な限り堅固に構成されていることは、自明である。それとは対照的にミレニアム橋の例で言及したように、意図した目的に本質的に満足な負荷能力にも関わらず、支持体の過度の柔軟性によって使用不能になる恐れがある。

従って、本発明の目的は、改善された剛性を有する空気圧式支持体を提供することにある。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する支持体によって達成される。

本発明によれば、接続要素は、何れも複数の接続点を介して圧縮部材と張力部材との間をジグザグ状にのびているので、圧力を張力部材内（接続要素は張力部材として構成されているけれども）に導くことができ、二重Ｔガーダーのウェブにおける剪断応力と同様に圧縮部材と引張部材との間の剪断応力を吸収することができる。

本発明による構成は、シミュレーション計算に基づいて以下に示されるように、例えば空気圧式支持体を５倍、関連する非対称荷重の場合には１０倍に匹敵する剛性を提供する。本発明は、添付図面に基づいてより詳細に説明される。

従来技術による紡錘形の支持体を示す概略図。 垂直張力部材を備えた図１の支持体を示す概略図。 空気圧式支持体の一部分が従来技術による張力部材の構成を示す概略図。 本発明による支持体の実施形態を示す概略図。 モジュールを構成する本発明による支持体のさらなる実施形態を示す概略図。 モジュールを構成する本発明による支持体のさらなる実施形態を示す概略図。 接続部材を圧縮部材または張力部材に固定するための実施形態を示す概略図。 接続部材を圧縮部材または張力部材に固定するための実施形態を示す概略図。 車両用の移動可能な橋として特に適した別の実施形態を示す縦断面図。 図６ａの線Ａ−Ａによる拡大断面図。 図６ａによる実施形態の弾性部分と剛性部分との間の接続部分を示す概略図。 比較計算に使用される従来技術による空気圧式支持体を示す概略図。 比較計算に使用される本発明による空気圧式支持体を示す概略図。 従来技術による空気支持体と本発明による空気支持体における圧縮部材及び引張部材の変形を比較した４つのグラフに、対称的に作用する１回１荷重及び非対称的に作用する１回１荷重を支持体別に示す。

図３は、本発明による支持体２０の実施形態を概略的に示している。端部ノード２１、２２は、端部ノード２１と２２との間に多数の空気圧体２３を備え、圧縮部材２４と張力部材２５との間に作動接続を形成し、圧縮部材２４と張力部材２５がその長さに沿って空気圧体２３の対向する側面に当接している。作動圧で、空気圧体２３は、圧縮部材２４と張力部材２５とを動作可能な状態で相互にある距離に維持する。端部ノード２１及び２２によって達成される圧縮部材２４と張力部材２５との間の接続により、圧縮部材２４に作用する圧縮力が張力部材２５に伝達され得るようになり、逆もまた同様である。

実施形態では、接続要素２６が、端部ノード２１から端部ノード２２まで切れ目なく圧縮部材２４及び張力部材２５の少なくとも複数の接続点２７、２７’、２７”を通ってジグザグ状にのびるように、接続要素２６は、圧縮部材２４、張力部材２５、同様に端部ノード２１、２２上の複数の位置で接続点２７、２７’、２７”を用いて動作可能な状態に固定されている。

同様に、示された好ましい実施形態では、別の接続要素２８は、支持部２０、好ましくは端部ノード２１から端部ノード２２まで、別の複数の接続点２９を通ってジグザグ状にのびている。複数の接続要素２６、２８の使用は、圧縮部材２４の座屈荷重が大きくなるという利点を伴って、張力部材２５または圧縮部材２４のそれぞれに対応する接続点２７〜２７”と接続点２９との間の距離をより短くし、そのために決定される長さは、接続点２７、２９の距離によって与えられる。好ましくは、接続要素２６及び２８は相互に中心をずらして配置され、図示されるように、すなわち、張力部材２５または圧縮部材２４のそれぞれに割り当てられた接続点２７〜２７”及び２９が、何れも相互に対向するように配置されている。

端部ノード２１、２２は、剛性の構造体であり、例えば地下または別の構成要素など外部構造上に支持されている。２つの端部ノードは、その高さが隣接する空気圧体２３の高さに一致するよう図示実施形態では大きく構成されている。

張力部材２５または圧縮部材２４が、張力部材２５または圧縮部材２４の一方を通して各他方へ圧縮又は張力を伝達することできるように、２つの端部ノードが圧縮部材２４を張力部材２５に接続する端部ノードの各幾何学的構造が重要であり、かつ、独立している。従って、以下に説明する図面、又は図１にも示すように、２つの端部ノードは、例えば圧縮部材の端部に張力部材が直接作用するよう小型に構成することができる。その結果、圧縮部材に作用する圧縮が引張部材に伝達され、張力部材に作用する張力が圧縮部材に伝達されるように、圧縮部材と張力部材が直接的または他の任意の幾何学的に構成された端部要素を介して相互に接続されていれば、端部ノードが存在し、結果的に、張力が張力部材に生じ、圧縮力が圧縮部材に生じる。

張力部材２４は、本質的に軸方向の圧力を伝達し、またそれに対応して圧縮ロッドとして構成される一方で、引張部材２５は、軸方向の張力を伝達し、従って例えばロープのような可撓性を有するもので構成することができる。勿論、張力部材２５をロッドとして構成することも可能であるが、張力部材２５は作動中に生じる張力荷重に耐えることができるようにされている。従って、引張部材２５は、圧力をかけることができるよう構成することができるので、支持体２０は、下方からの荷重を吸収することもでき、また上からの荷重Ｐと、荷重Ｐとは反対方向の下からの荷重との両側から、負荷を受けることができる。

相互に隣接する空気圧体２３は、作動圧で、その左右の面３０、３１を介して互いに当接するので、全長にわたって端部ノード２１から端部ノード２２まで連続してのびる単一の空気圧体の効果が得られ、またこのような空気圧体も同様に本発明によって得られる。図示された複数の空気圧体２３は取付け取外しが可能であり、以下に示すように、複数の支持モジュールから組み立てられる支持体２０は、輸送及び保管のための利点を有することができる。さらに空気圧体２３は、休止状態において、また支持体に負荷Ｐが作用している場合に、圧縮部材２４及び張力部材２５を相互にある距離を開けて動作可能に維持する。

図示された空気圧体の種類は、当業者にはそれ自体公知であり、例えば織物様式で構成され、気密性のコーティングを備えていてもよい。

上記したように、接続要素２６は、接続点２７から接続点２７（または２７’、２７”）まで、さらに別の接続要素例えば接続要素２８が存在する場合、接続点２９から接続点２９まで、支持体２０の全長にわたってジグザグ状にのびている。好ましくは、支持体を介してジグザグ状にのびる複数の接続要素が設けられ、そのため、これらの接続要素はそれぞれ、それ自体の固定点で作用する。

接続要素２６、２８は、空気圧体２３の作動圧によってプレテンションがかけられており、従って、張力部材であり、かつ、それに対応して可撓性を有し、好ましくはロープとして構成することができる。さらに接続要素２６、２８は、好ましくは、連続的な張力部材（ロープまたはチェーンなど）として構成される。しかし、同様に本発明によれば、１つの接続点２７（または２７’、２７”）または２９（圧縮部材２４または張力部材２５上にある）から、異なる接続点２７（または２７’、２７”）または２９（張力部材２５または圧縮部材２４上にある）にのびる個々のセクション３２を備えている。従って、同様に、本発明によれば、例えばロープまたは（張力）ロッドのような可撓性のあるもので上記セクション３２を構成するようにされている。その結果は、接続要素２６、２８は、個々のセクション３２に分割することができるというものであり、個々のセクション３２は、いずれの場合も、圧縮部材２４上の固定点２７、２９から張力部材２５上の関連する固定点２７、２９までのびている（またはその逆も然り）。

好ましくは、接続点２７、２９は、接続要素２６、２８（またはその個々のセクション３２）が圧縮部材２４または張力部材２５に直接固定されるような方法で構成されている。しかし、以下でより詳細に説明するように、作動圧で、空気圧体２３によって生じた接続要素２６、２８におけるプレテンションが、本発明による効果を生む理由から、固定が空気圧体２３上で行われることも考えられる。

好ましくは、接続点２７、２９は、動作中、セクション３２または連続的に構成された接続要素２６、２８の対応するセクションの長手方向軸が、圧縮部材２４及び張力部材２５の領域（好ましくは中立軸上）で実質的に交わるように構成されている。少なくともロープとして構成された張力部材２５の場合には、取付けられた支持体２０の公差及びシフトによって必ずしも正確に適用されない場合があり、しかし、さもないと本来支持体２０の達成可能な剛性を完全に実現することができないので、これは努力すべきである。そのため、同じ接続点２７、２９に作用する２つの接続要素２６、２８の長手方向軸は、圧縮部材及び／または張力部材の内部で、特に好ましくはその中立軸上で、交わる。

空気圧体２３が作動圧にある場合、上記のように接続要素２６、２８はプレテンションされる。このプレテンションは、例えば、接続点２７’の位置で作用する負荷Ｐの作用下で、対応して低減された張力のみが反対側の接続点２７”に伝達されるように関連接続点２７’の位置で低減される。これは、接続点２７”の位置で、張力部材２５が、空気圧体２３’の内圧によって生じる力をより大きく吸収しなければならず、従って、それに作用する軸方向の張力が増加するという結果をもたらす。

この作用は、セクション３２’、３２”を介して接続点２７”に圧力が伝達される場合と同じである。従って、接続要素２６またはそのセクション３２’、３２”は、最終的には張力要素として構成された圧縮ストラットであり、支持体２０に作用する横方向の力すなわち対応する剪断力を吸収するので、支持体２０は固くなる。例えば、接続要素２６の作用は二重Ｔガーダーのウェブの作用に一致する、これは荷重によってかなりの剪断荷重がかかり、そのため二重Ｔガーダーにその剛性を与える。

先行技術による空気圧支持体は、この剪断を吸収することができず、従って可撓性を有し、負荷を受けると対応する変形を示す（以下、本発明による支持体の変形と従来技術による支持体の変形との比較を示す図９ａ〜９ｃを参照されたい）。

これはまた、可撓性のある長手方向ウェブを有する国際公開第２００７／０７１１０１号に記載の支持体に適用され、そのウェブは垂直であるが、水平にプレテンションされてなく、ウェブの内圧で生じるプレテンションの水平要素は存在しない。もし、水平力要素が生じたとしても、ウェブは対応する斜め荷重（セクション３２の方向）を受ける間に歪み、その結果、ウェブからの剪断を吸収することができなくなる。これは、示された織物状ウェブの糸の必要な垂直方向及び水平方向の配置によって確認され、斜め方向では、糸によって形成される正方形のメッシュが平行四辺形状のメッシュに歪むために、ウェブは完全に可撓性を有する。

仮に、単純化のために、ウェブの体積要素がさらに詳細に考慮すると、二重Ｔガーダーにおける横方向の力によって生じる剪断応力は、依然として体積要素に垂直方向の剪断を引き起こす。体積要素が平衡状態のままであるとき、剪断応力も同様に水平方向に作用し、その結果、これらの剪断力は、支持体２０の垂直方向または長手軸方向に対して４５度に傾いた体積要素の対角線上にあり、荷重Ｐは、それに垂直に作用する。

その結果、接続要素２６、２８のセクション３２は、好ましくは、支持体２０の長手方向軸に対して４５度の角度で傾斜され、横方向の力によって吸収された剪断が最適に吸収されるので、支持体２０は最大限に剛性化される。

言い換えれば、２つの割り当てられた固定点２７’、２７”の間で少なくとも１つの接続部材２６のセクション３２が、好ましくは、支持体２０の長手方向軸に対して本質的に４５度で傾斜しているということである。当業者は、垂直方向に作用しない負荷の場合、それに応じてセクション３２の傾斜を最適化することができる。

接続要素２６、２８の完全な効果は、薄いワイヤーロープの場合のように、接続要素が最小限の可撓性すなわち剛性を有して構成されることを必要とする。従って、本発明による目的は、上記のように、輸送または保管に対して最小限の容積でほとんど重量を持たないが、非対称的にまたは点状に作用する例外的に大きな荷重を、比較で１０％またはそれ以下まで低減された変形率で吸収することができるパーツから成る本発明による空気圧式支持体によって達成される。これに関しては、図９ａ〜９ｃの説明を参照されたい。

従って、空気圧式支持体は、一般的に、圧力下に置くことができる。例えば膨張させることができ、作動圧で実質的にその全長にわたってのびる圧縮部材と、同様にその全長にわたってのびる張力部材とを動作可能な状態で相互に距離を置いて保持する本体を有し、圧縮部材と張力部材との間にのびる少なくとも１つの張力接続要素のために、圧縮部材上及び張力部材上に複数の接続点を設けていて、圧縮部材の領域及び張力部材の領域の両方を複数の接続点を介してそれぞれにジグザグ状に縫うように圧縮部材と張力部材との間を接続要素がのびている。好ましくは、少なくとも１つの接続要素は、圧力下に置くことができ、領域の全長にわたって支持体を介して連続的にのびる。そうでない場合には、空気圧式支持体の一部の領域のみが本発明によって剛性化されるので、例えば、局所的に区切られた可撓性のある位置で形成される関節部を支持体にもたらし、移動する構造体に接続する必要がある場合に役立つ。しかしながら、このような関節部は、もはや最適ではなく、支持体全体の特性でコストが嵩むため、当業者は不本意に提供するものになる。

さらに、空気圧式支持体２０の圧縮部材２４上の固定点２７、２７’、２９及び張力部材２５上の固定点２９、２７”は一定の距離を有し、接続要素２６、２８が膨張可能な本体に沿って規則的なジグザグ状のラインでのびるように、それぞれ距離の半分だけ相互に間隔を置いてオフセットされていることが、図３に示す実施形態から見ることができる。

図４ａは、支持体３３の実施形態を概略的に示し、図４ｂは、支持体３８の縦断面に変形を加えたものを示す。支持体３３は、紡錘状に構成されている。従って、支持体３３の直径はその長さにわたって変化する、その結果、支持体３３の長手方向軸線に対して４５度の傾斜を維持するために、接続要素２６、２８の接続点２７、２９の距離も同様に変化する。これは、支持体３８の場合も同様である。その湾曲した長手方向軸のおかげで円弧状に広がり、それに対応してその下に位置する領域の屋根を形成するのに適している。

図５ａは、連続的に構成された接続要素２６、２８（図３）のための接続点２７、２９の好ましい設計図を示す。片割れ部片４０は、実線で示されているボルト４１を用いて基部４２に接続され、接続要素２６、２８を固定位置に保持している。その縦軸４４は破線で示されており、上記したように、圧縮部材２４（または張力部材２５）の位置で交差している。基部４２は、空気圧体２３（図３）とは反対側の保持板４３を介して気密状態で固定されているが、図面を明白にするため記載は省略する。図５ｂは、図５ａの接続点２７、２８を通る断面図を示す。

図６ａは、橋として構成される本発明による支持体５０のさらなる実施形態の縦断面図を示す。支持体５０は、本質的に真直ぐな圧縮部材５１（座屈荷重に関して有益である）と円弧状の張力部材５２とを備えた紡錘状の構造のものである。２つの接続要素５７、５８は、支持体５０を通って一方の端部ノード５９から他方の端部ノード６０まで長手方向にのび、接続点５５、５６の間に位置するそれらのセクションは、張力ロッドとして構成することができる。３つの空気圧体６１、６２、６３は、右側面６５、６６及び左側面６７、６８を介して互いに当接している。一方で、空気圧体６３の右側面６４及び空気圧体６１の左側面６９は、端部ノード５９、６０と当接していない。

圧縮部材５１は、セグメント７３、７４、７５を有する張力部材５２と同様に、相互に取外し可能なセグメント７０、７１、７２から構成されている。全てのセグメント７０〜７５は、それぞれに割り当てられた加圧部材６１、６２、６３の長さにわたってのびているので、本発明による本質的に剛性のある支持モジュール７６、７７、７８がそれぞれにもたらされる（ここで、端部側支持モジュール７６、７８は当然ながらその端部ノード５９、６０から同様に取外すことができる）。

従って、支持体５０は、複数のすなわち２つ、３つ、または図面に例示された３つの支持モジュール７６〜７８以上を有し、そこから解体可能でありまたその中に組込可能であって、保管、輸送、取付け及び取外しに関わる利点をもたらす。

圧縮部材５５の各セグメント７０〜７２と張力部材５２の各セグメント７３〜７５とが、接続点８０〜８７を介して動作可能な状態で相互に固定されているように、個々のモジュールは接続されている。これは、単純なねじ接続によってまたは相互に関わってセグメントの旋回を可能にし、しかも圧縮及び張力を伝達する例えば関節接合など、当業者によって決定される異なる方法を用いて行うことができる。同様に、端部側支持モジュール７６、７８は、割り当てられた端部ノード５９、６０に接続されている。ここで、圧縮部材５１に作用する圧縮力と張力部材５２に作用する張力が、それぞれもう一方の部材５２、５１に導入され得るような状態で、端部ノード５９は、接続点８０、８４を介して割り当てられたセグメント７０、７３を互いに接続し、また端部ノード６０は、接続点８３、８７を介して割り当てられたセグメント７２、７５を互いに接続する。さらに端部ノード５９、６０は、関連するセグメント７０、７３及び７２、７５で接続点８０、８４及び８３、８７を介して関節接合することもできる。

上記のように、取付け状態で、空気圧体６１〜６３は、その面で相互に当接し、それが１つの連続した空気圧体の作用を形成している。

本発明による連続的に剛性を有する支持体５０は、取付け状態で、セグメント７０〜７２（圧縮部材）とセグメント７３〜７５（張力部材）との確実な接続によってもたらされる。モジュラー構造を持たない支持体と比較しても、支持体の曲げ剛性はモジュラー構造によって弱められることはない。好ましくは、接続要素５７、５８は、それらがモジュール７６〜７８のうちの１つを越えて広がらないようにセクションを分割する。そこで、接続要素５７、５８の対応する２つのセクションはそれぞれ２つの支持モジュール７６、７７または７７、７８に割り当てられた接続点８１、８２、８５、８６に作用する。一方で、当然ながら接続要素は、複数の接続要素を使用しまたは多数のセクションから成る場合でも連続して構成することができ、どちらの場合も単に一方の接続点からもう一方の接続点に到達する。

図示実施形態に基づいた結果として、要約すると、本発明による空気圧式支持体は、別個のモジュラー支持モジュール７６〜７８（またはこのような支持モジュールは本発明による支持体に設けることができる）として構成することができる。前記支持モジュール７６〜７８は、別の（このような）支持モジュール７６〜８６と接続可能であり、これらは、相互に接続され、圧縮部材（図中：一体化された圧縮部材５１のセグメント７０〜７２）と張力部材（図中：一体化された張力部材５２のセグメント７３〜７５）の接続点８０〜８７が、同時に、接続要素の固定点５５及び５６を形成する。端部側に位置する支持モジュールの圧縮部材及び張力部材は、端部ノードに接続されている。これに関しては、図３の端部ノード２１、２２の記載を参照されたい。

この場合、図示されていない空気圧式支持体の一実施形態によれば、支持モジュール（７６〜７８）は、支持体（２０）を折り畳むことができるように関節式に相互に接続されている。剛性セクションの一方の端部で、圧縮部材は隣接する剛性セクションの圧縮部材に関節接合され、また剛性セクションのもう一方の端部で、張力部材は他の隣接する剛性セクションの張力部材上に関節接合され、また隣接する剛性セクションの他の圧縮部材及び張力部材のそれぞれは互いに取外し可能に接続することができる。このような空気圧式支持体の１つは、支持モジュールに分解することはできないにもかかわらず、ジグザグ状に折り畳むことはできる。

図６ａは支持体５０の概略図を示し、図６ｂは図６ａの線Ａ−Ａに沿った支持モジュール７７の断面図を示す。空気圧体６２は、弾性側部セクション９０、９１と、上部９２及び下部９３のセクションとで構成されており、作動圧において、図面から見ることができるように、上部及び下部セクション９２、９３は、ここでは剛性を持ちつつ、本発明によれば低いが（勿論存在している）支持体５０の荷重変形に耐えることができるのに十分な弾性を有する。上部セクション９２は、圧縮部材５１のセグメント７１を支持し、下部セクション９３は張力部材５２のセグメント７４を支持する。それらのセグメント７１、７４は、例えば薄い金属シートから形成することができ、このような方法で、車道または適切な厚板張り用の少なくとも１つの支持体を形成する。

側部セクション９０、９１と上部セクション９２及び下部セクション９３との間の接続部９５は気密性を有し、図７により詳細に示されている。

空気圧体６２の内部には、４組の接続要素５７、５８が並び、その経路は点線で示され、交差地点９５（接続要素５７）及び９６（接続要素５８）は線Ａ−Ａに沿った断面で見ることができる。

例えば図５ａによれば、接続要素５７、５８は、符号番号５６、５７で示された接続点に固定されている。

特に図面から見ることができるように、複数組の接続要素５７、５８は、互いに横方向に隣り合って案内することができ、余分に広い支持体５０を構成することが可能である。 これは、例えば橋は、相互に隣接する２つの支持体が設けられるべきであり、その中間空間は厚板張りによって覆われなければならない場合に有利である：図６ｂのように構成された断面を有する支持体５０の場合には、２つの支持体を備えた従来の構造に対し、保管、輸送及び取付けの経費を有利に下げることができる。

また、好ましくは、当業者であれば、セグメント７０〜７２及び７３〜７５（図６ａ）は気密性を有して構成することが可能であり、上部９２及び下部９３を省略することができる、よって空気圧体６１〜６３は、弾性縁部９０、９１と（剛性）セグメント７０〜７２及び７３〜７５とを有する。或いは、張力部材５２の下部セグメント７３〜７５は、当然ロープとして構成されてもよく、ロープは図示された実施形態に従って、相互に隣り合う４つの部分でのび、それぞれが接続要素５７、５８の割り当てられた１組に作動状態で接続されることになる。

図７は、弾性縁部９１と上部９２との間の接続位置９５を概略的に示しており、弾性縁部はクランプ点９７によって保持されている。好ましくは、クランプ点９７は、上部９２（ここでは剛性である）上にカウンター板９９を固定する符号番号９８で示されたボルトを備えている。弾性縁部９１の長手方向縁部１００は、弾性部９１の端部１０２によって肥厚し、ロープ１０１に巻き付けられているので、もはやクランプ点９７を通って滑り戻ることは不可能であって、しかもクランプによって気密状態で固定される。当業者であれば、このようにまたは異なる適切な方法ですべての接続位置９５を構築可能である。

図８ａは、空気圧体１０６と、その中にのびまた相互に一定の距離ａを置いて配置される垂直張力部材１０７とを備えた従来技術による支持体１０５を示す。端部ノード１０８、１０９は、圧縮部材１１０を動作可能な状態で張力部材１１１に接続する。

図８ｂは、ジグザグ状に連続してのびるそれらの接続部材１１６、１１７を介して支持体１０５（図８ａ）とは異なる空気圧体１２２を備えた本発明による支持体１１５の一実施形態を示す。端部ノード１１８、１１９は、圧縮部材１２０を動作可能な状態で張力部材１２１に接続する。

両方の支持体１０５、１１５の変形に対する出願人のシミュレーションは、先ず中心に作用する荷重Ｐｍについて、次に横方向に作用する荷重Ｐｓについて行われ、その結果は、図９ａ〜９ｃのグラフに示されている。

両支持体１０５、１１５は、比較変形計算のために同じ寸法を有している：
・長さＬ＝２０ｍ、高さＨ＝２ｍ、荷重Ｐｍ及び荷重Ｐｓ＝２００ｋＮ
・圧縮部材１１０、１２０及び張力部材１１１、１２１は、何れも、
慣性モーメントＩ＝２ｘ１０７ｍｍ４、断面積Ｆ＝７０００ｍｍ２、幅ｂ＝１．０ｍ
・空気圧体の内圧Ｐ＝５０ｋＮ／ｍ２、
そこから圧縮部材１１０、１２０及び張力部材１１１、１２１にかかる垂直方向の力
ｑ＝Ｐａ＝５０ｋＮ／ｍ２
・垂直方向の張力部材１０７及び接続部材１１６、１１７は、何れも、
断面積Ｄ＝９００ｍｍ２
・支持体１０５、１１５の左端ノード１０８から、
距離１０ｍで荷重Ｐｍ、距離６ｍで荷重Ｐｓの作用点とする

荷重Ｐｍの計算された変形δの数値結果は、次のとおりである。

さらに、荷重Ｐｓの計算された変形δの数値結果は、次のとおりである。

図９は、それらの圧縮部材１１０、１２０またはそれらの張力部材１２０、１２１の変形（曲げ線）に基づいた支持体１０５、１１５の変形δに対応するグラフ１２０から１２３を示している。この比較は、先ず中央に作用する荷重Ｐｍについて（グラフ１２０及び１２１を参照）、次に非対称に作用する荷重Ｐｓについて（グラフ１２２及び１２３を参照）成されている。ここで、圧縮部材１１０、１２０の曲げ線（グラフ１２０、１２２）または張力部材１１１、１２１の曲げ線（グラフ１２１、１２３）の何れかを１つのグラフに示している。

グラフ１２０は、荷重Ｐｍによる支持体１０５、１１５の圧縮部材１１０、１２０の変形を示している。ここでは、先行技術による支持体１０５の圧縮部材１１０が、作用荷重Ｐｍの位置で下方に１０７ｍｍ明確に変位しているにも関わらず、本発明による支持体１１５の圧縮部材１２０は２１ｍｍだけずれている。先行技術による支持体１０５の圧縮部材１１０は、次にどのように上方に歪むのかを同様に見ることができる。しかし、本発明による圧縮部材１２０の歪みは僅かである。

グラフ１２１は、中央に作用する荷重Ｐｍによる張力部材１１１、１２１の変形を示している。その変形はグラフ１２０による圧縮部材１１０、１２０の変形と非常に類似しており、これは一定の距離ａで配置された張力部材１０７の効果に遡ることができる。

何れも場合も、２つの支持体（先行技術及び本発明）の圧縮部材及び張力部材の非常に類似した変形以上に大幅に減少した屈曲が第一に明らかであり、本発明による支持体１１５は、従来技術による支持体１０５の屈曲の約２０％である。それは、接続要素の本発明による構成の結果であると言える。

グラフ１２２及び１２３は、横方向に作用する荷重Ｐｓに基づいて、支持部材１０５（従来技術）及び１１５（本発明）の圧縮部材１１０、１２０及び張力部材１１１、１２１の変形を示している。予想されるように、支持部材１０５の圧縮部材１１０及び張力部材１１１は、大きく変形し、荷重Ｐｓの位置で落ち込み、それから支持部材１０５の後半の半分まで歪んでいる。

驚くべきことに、本発明による支持体１１５の圧縮部材１１１及び張力部材１２１の屈曲は、中央に作用する荷重Ｐｍの場合よりもさらに低減されている。接続要素の本発明による構成の結果として、本発明による支持体１１５の変形は、１８１ｍｍ（従来技術による支持体１０５）から僅か２０ｍｍまで低減されている、すなわち約１０％である。

本発明による支持体１１５は、設定された目的を達成し、また特に、従来技術による空気圧式支持体よりも実質的に高い曲げ剛性を備えていることがグラフ１２０〜１２３から見ることができる。このような剛性は、ジグザグ状に途切れることなく支持体全体を案内されている接続部材の広がりの上に生じている。所望の剛性そのものに加えて、圧縮部材１２０の座屈の危険性がかなり低減され、従来技術の支持体１０５に比べて、支持体１１５の荷重能力（または、ある荷重に対する安全係数）が顕著に増加していることを意味している。

上記したように、圧縮部材は空気圧体の荷重作用の側に位置し、張力部材は荷重作用から離れて対向する側に配置されている。さらに、複数組みの接続要素は、互いに隣接して配置することができる（図６ｂ）。しかし、特に、必ずしも正確に均衡が取れていない荷重に対しては、追加の圧縮部材または追加の張力部材を設けることも可能であり、同様に１つの接続要素のための固定点を有し、さらにこの付加的な圧縮部材または引張部材と単一の引張部材または圧縮部材との間をジグザグ状の別の接続要素を設けることも可能である。図６ｂとは対照的に、数組の接続要素は平行ではなく相互に対して傾斜している。図６ｂによる構成では、拡幅するように構成された圧縮部材５１または張力部材５２を、互いに平行にのびる複数の圧縮部材または引張部材に分割することができる。その結果として、（第一の圧縮部材または張力部材に対し）別の圧縮部材及び別の張力部材が、何れも別の接続要素のための固定点を追加的に設けて、この接続要素は別の圧縮部材と別の張力部材との間をジグザグ状にそれらに沿ってのびる。

２０；３３；３８；５０ 支持体
２１；２２；５９；６０ 端部ノード
２３；２３’；６１；６２；６３ 空気圧体
２４；５１ 圧縮部材
２５；５２ 張力部材
２６；２８；５７；５８ 接続要素
２７；２７’；２７”；２９；５５；５６ 接続点
３０；３１；６４；６５；６６；６７；６８；６９ 面
３２；３２’；３２” セクション
４０ 片割れ部片
４１ ボルト
４２ 基部
４３ 保持板
４４ 縦軸
７０；７１；７２；７３；７４；７５ セグメント
７６；７７；７８ 支持モジュール
８０；８１；８２；８３；８４；８５；８６；８７ 接続点
９１ 弾性縁部
９２ 上部
９５ 接続位置
９７ クランプ点
９８ ボルト
９９ カウンター板
１０１ ロープ
１０２ 端部
１０５ 支持体
１０６ 空気圧体
１０７ 垂直張力部材
１０８；１０９ 端部ノード
１１０ 圧縮部材
１１１ 張力部材
１１５ 支持体
１１６；１１７ 接続部材
１１８；１１９ 端部ノード
１２０ 圧縮部材
１２１ 張力部材
１２２ 空気圧体
ａ 距離
δ 変形
Ｐ 荷重
Ｐｍ 中央に作用する荷重
Ｐｓ 非対称に作用する荷重

Claims (16)

1. 圧力下に置くことができ、また、作動圧で、その長さにわたってのびる圧縮部材（２４、５１、１２０）と、同様にその長さにわたってのびる張力部材（２５、５２、１２１）とを相互に距離を置いて動作可能な状態で保持する本体（２３、６１、６２、６３）を有し、
   圧縮部材（２４、５１、１２０）と張力部材（２５、５２、１２１）との間にのびる少なくとも１つの張力接続要素（２６、２８、５７、５８）のために、圧縮部材（２４、５１、１２０）及び張力部材（２５、５２、１２１）上に接続点（２７、２７ '、２７ " 、２９）を設けている
   空気圧式支持体（２０、３３、３８、５０、１１５）において、
   圧縮部材（２４、５１、１２０）の領域及び張力部材（２５、５２、１２１）の領域の何れの場合も、
   複数の接続点（２７、２７ '、２７ " 、２９）を介して、ジグザグ状に、圧縮部材（２４、５１、１２０）と張力部材（２５、５２、１２１）との間を上記接続要素（２６、２８、５７、５８）がのび、前記接続要素は固定されており、圧縮部材（２４、５１、１２０）及び張力部材（２５、５２、１２１）が関節接合を有さない
   ことを特徴とする空気圧式支持体。
2. 少なくとも１つの接続要素（２６、２８）が、圧力下に置くことができる領域の全長にわたって支持体（２０、３３、３８、５０、１１５）を通って連続的にのびて
   いることを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
3. 相互に面で固定され、圧縮部材及び張力部材の接続位置（８０〜８７）が、同時に接続要素（５７，５８）の固定点（５５，５６）を形成するように、
   さらに別の支持モジュール（７６，７７，７８）と連結できる支持モジュール（７６，７７，７８）として構成される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の空気圧式支持体。
4. 接続要素（２６、２８）が個々のセクション（３２、３２'、３２"）に分割され、分割された個々のセクションが圧縮部材（２４）上の固定点（２７、２７'）から張力部材（２５）上の関連する固定点（２７ "）までのびていることを特徴とする
   請求項１に記載の空気圧式支持体。
5. 接続要素（２６、２８）が膨張可能な本体（２３）に沿って規則的なジグザグ状の線でのびることができるように、
   圧縮部材（２５）上の固定点及び張力部材（２４）上の固定点が一定の距離を置いて配置され、
   何れも相互に距離の半分をオフセットされて配置されていることを特徴とする
   請求項１に記載の空気圧式支持体。
6. 同じ接続点（２７、２７'）で作用する２つの接続要素（２６、２８）の長手方向軸が、圧縮部材（２４）の内側で交差する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
7. 同じ接続点（２７、２７"、２９）で作用する２つの接続要素（２６、２８、３２、３２'、３２"）の長手方向軸が、張力部材（２５、５１、１２１）の内側で交差する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
8. 接続要素（２６，２８）が、支持体をジグザグ状に伸びる複数の接続要素（３２）を備えていて、
   接続要素（３２）が何れもそれら自身の接続点（２７、２７"、２９）で作用する
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
9. ２つの割り当てられた固定点（２７、２７'、２７"、２９）の間に作用する少なくとも１つの接続部材（２６、２８）のセクション（３２）が、
   支持体の長手方向軸に対して４５度傾斜している
   ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
10. 接続要素（２６、２８）または接続要素のセクション（３２）が、好ましくはロープのような弾性張力部材として構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
11. 張力部材（２５、５２、１２１）が、圧力をかけることができるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
12. 空気圧式支持体が、複数の支持モジュール（７６、７７、７８）を有する
    ことを特徴とする請求項３に記載の空気圧式支持体。
13. 支持体（２０）を折り畳むことができるように支持モジュール（７６、７７、７８）が、関節式に相互に接続され、
    剛性セクションの一方の端部で、圧縮部材が、隣接する剛性セクションの圧縮部材上に関節接合され、
    また剛性セクションのもう一方の端部で、張力部材が他の隣接する剛性セクションの張力部材上に関節接合され、
    さらに隣接する剛性セクションの他の圧縮部材及び張力部材のそれぞれが互いに取外し可能に接続され得る
    ことを特徴とする請求項３に記載の空気圧式支持体。
14. 支持体（２０）の長手方向軸が、円弧状に構成されるように湾曲している
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
15. 接続要素のための固定点を備えた圧縮部材または張力部材を追加的に有し、
    さらに別の接続要素が、この追加の圧縮部材または張力部材と単一の張力部材または圧縮部材との間をジグザグ状にのびる
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
16. 別の接続要素のための固定点をそれぞれが備えた別の圧縮部材及び別の張力部材を追加的に有し、
    前記別の接続要素が、前記別の圧縮部材と前記別の張力部材との間をそれらに沿ってジグザグ状にのびる
    ことを特徴とする請求項１に記載の空気圧式支持体。
    
    
    

Images