JP6920349B2 - 修復シェルのための軸方向補強システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本発明は、２０１６年２月１日に出願された米国仮出願番号第６２／２８９，７１８号の優先権を主張し、その出願は全内容が参照により本明細書に組み込まれる。

垂直荷重を支える杭や柱は、特に海洋環境では経年劣化する可能性がある。潮流、水流、塩水磨耗、浮遊瓦礫、海洋昆虫、広範な温度勾配、及び風化はすべて、柱が連続的な負荷を受ける間、その柱が劣化する一因となる。橋梁とドックは、海洋環境において柱によって支えられる建築構造の例である。柱は、例えば、コンクリート、鋼鉄、又は木材で作製することができる。劣化した柱、又はより一般的には荷重負荷部材は、補修又は交換するために各柱を取り外すには高コストとなるため、通常は現場で補修される。柱は水中で数フィートに亘って延在しておりアクセスすることが難しいため、海洋環境における柱の修復は危険で困難なプロセスである。さらに、修復の多くは水中で行われるため、海洋環境における柱の修復は大抵迅速に行わなければならない。場合によっては、水が柱の修復を妨害しないように修復部位を「脱水」する必要がある。

柱をさらに劣化から保護するために、シェル又はジャケットが導入されてきた。シェルは、劣化領域の上下の柱を取り囲むように設計されている。シェルを柱周りに配置し、次いでグラウト又はエポキシをシェルと柱との間の空間に注入あるいはポンピングする。シェルは、柱内の空隙を充填するエポキシ又はセメント質を保持しながら、柱をさらなる劣化から保護する永続的な形態を提供する。エポキシ又はグラウト又はエポキシは、水又は環境腐食物が柱の損傷部分又は他の覆われた部分と接触することも阻止する。しかしながら、シェルとエポキシグラウトの組み合わせによって、構造的耐力はほとんど柱に付加されない。

柱の構造的耐力を増大させると同時に、柱を劣化から保護することができるシェルが多くの状況において望ましい。たとえば、数十年前に構築された橋梁は、より小さな負荷しか支えることができないように設計され、今日のコード標準よりも厳格ではなかった設計標準に準拠して設計された柱が支えているかもしれない。たとえば、１９５０年に建造された橋梁は、最大４０，０００ｌｂｓまでのトラックを支えるように設計され建造されている可能性があり、今日の重いトラック、交通量の増加、より厳しい構造規格をサポートするために強化する必要がある。さらに、このような橋梁を支える支柱は、橋梁の荷重負荷耐力が低下するように経年劣化している可能性がある。

従来のシェルは、ポジショナ（positioner）、バー支持体又は補強部材がその上に一体化されていないので、荷重負荷部材の構造的耐力を実質的に増加させることができない。本発明は、従来のシェル及び柱修復手順に固有の多くの問題を解決することが見出された。

本明細書で開示される実施形態は、「グラウト充填シェルシステム」などの構造物補修システムの構造的耐力を増大させる。本発明者が先に開発したシステムでは、例えば、鉄鋼、コンクリート、木材などの既存の柱の周囲に、製造されたガラス繊維シェル（例えば、ガラス繊維強化ポリマー又はＧＦＲＰ）が設置され、その柱は、例えば、道路又はドックなどの構造体を支えている。グラウトは、柱とシェルの内側との間に配置される。例示的なグラウト材料には、エポキシ又はセメント質混合物が含まれる。例示的なセメント質混合物は、２０１４年１月１７日に出願され「吸湿性セメント質材料」と題された発明者の対応する米国特許第９，３８２，１５４号に開示されており、その開示内容はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。グラウト充填又はエポキシ充填シェルシステムは、一般に、パイルの損傷、崩壊又は磨耗に起因して柱に原構造設計耐力が低下した場合に、又は柱に追加の強化が必要又は望まれる場合に利用される。グラウト充填又はエポキシ充填シェルシステムは、すべてのコンポーネントが非腐食性であることが要求される海洋環境すなわち水中で利用することができる。しかし、既存のシステムでは、劣化した柱の耐力を、設計基準、コード、又は規制に要求される安全率を含む、元の設計要件に戻す、又は改良された設計要件まで高められない場合が多い。

本明細書に開示された実施形態は、初期のシステムに見られる欠点に対処する。具体的には、「ポジショナ」を備えたファイバーグラスシェルを提供し、シェルの内部に追加の軸方向補強要素を取り付けることによって、この対応追加補強材が、必要安全率を含む、柱に必要な構造設計耐力を満たす、又はそれ以上となり得る。例示的な軸方向補強要素は、ステンレス鋼又は炭素鋼補強バー（例えば、鉄筋）又は炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）からなる積層体形状を含む。これらの実施形態は、完全な被包物に限定されず、例えば、丈夫なバックの構造的耐力を補う又は増大させる場合など、１つ以下又は半分のシェルが必要なときにも利用可能である。さらに、開示された実施形態は、海洋環境だけではなく、あらゆる環境における標準的な柱を強化するために使用することができる。

腐食環境から柱を保護し、柱の構造的耐力を実質的に増大させ、迅速に設置することができるシェル（すなわち、型又はジャケット）を提供するために、とりわけ、「ポジショナ」及び補強要素と一体化されたシェルが、従来のシェルに比べていくつかの利点を提供することができることを本発明者は認識した。いくつかの実施例では、シェルは、シェルに直接取り付けられたポジショナを含むことができ、このポジショナは、鉄筋などの補強鋼に固定される。このような実施例では、このポジショナ及び補強鋼は柱から離間して配置され、柱には取り付けられない。
加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、シェルは、シェルに直接取り付けられたポジショナを含むことができ、そのポジショナも炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）積層体構造に固定される。そのような実施例では、ポジショナ及びＣＦＲＰ積層構造は、柱から離間して配置され、柱には取り付けられない。各実施例において、ポジショナは、補強部材の形状に対応する形状にする、又は補強部材がポジショナに容易に固定されるような形状にすることができる。いくつかの実施例では、補強部材は、シェルの長手方向軸に平行に延在してもよい。いくつかの実施例では、数個のポジショナを各補強部材に使用することができ、数個の補強部材を各シェルに併用可能である。これらの例示的な設計は、（１）シェル及び柱の構造的剛性を高めることができ、（２）柱をさらなる腐食から保護することができ、（３）設置が簡単である。

本明細書で開示される装置及びシステムをさらに例示するため、以下の非限定的な実施例を提供する。

実施例１は、柱の周りに巻き付けられるように構成されたシェルと、シェルに取り付けられたポジショナと、ポジショナに固定された補強部材とを備え、補強部材は、柱及びシェルの長手方向軸に平行に延在する、又は柱の周りに巻き付けられるが、柱に接触しない軸方向補強システムである。

本発明の構造及びシステムのこれらの及び他の例及び特徴は、以下の詳細な説明において例示的な実施形態によって示される。この概要は、本主題の非限定的な実施例を提供することを意図しており、排他的又は包括的な説明を提供することを意図しない。以下の詳細な説明は、本発明の構造及び方法に関するさらなる情報を提供するために含めている。

必ずしも一定の縮尺で描かれていない図面において、同様の数字は異なる図で類似の構成要素を示すことができる。異なる文字接尾辞を有する同様の数字は、同様の構成要素の異なる実例を表すことができる。図面は、本開示において論じられる様々な実施例を概して、限定としてではなく実施例として例示するものである。

本発明の例示的な一実施形態による軸方向補強システムを示す図。

本発明の例示的な実施形態による軸方向補強システムを示す平面図。

機械的締結具を用いて互いに固定された２つの端部を有する軸方向補強システムのシェルの継ぎ目を示す図。

さねはぎ継ぎ(tongue-in-groove connection)を用いて互いに固定された２つの端部を有する軸方向補強システムのシェルの継ぎ目を示す図。

補強部材としてＣＦＲＰ積層体を使用する例示的な軸方向補強システムを示す軸方向断面図。

図５に示すシステムの側面図。

補強部材として鉄筋を使用する例示的な軸方向補強システムを示す断面軸方向図。

図７に示すシステムの側面図。

複数の補強部材として鉄筋及びＣＦＲＰ積層体をそれぞれ有する、損傷した荷重負荷部材に適用される例示的なシステムを示す部分断面図。

本開示の例示的な実施形態による軸方向補強システムを形成する例示的な方法を示すフローチャート。

本発明の例示的な実施形態による、鉄筋を保持するように構成された例示的なポジショナの実施形態を示す図。

本発明の例示的な一実施形態による、平面補強部材を保持するように構成された例示的なポジショナの実施形態を示す図。

柱の周りに巻き付けられ、シェル周囲の複数のポジショナに取り付けられた補強部材を示す上面図。

荷重負荷部材に応用された、図１３Ａの例示的なシステムを示し部分断面図。このシステムは、柱の周りに巻き付けられ、シェル内の複数のポジショナに取り付けられた補強部材を有している。

本出願は、杭又は柱の修復及び補強のためのシステム及び方法に関する。例えば、本出願は、シェルと、シェルに直接取り付けられる１つ以上のポジショナと、ポジショナに取り付けられる１つ以上の軸方向補強部材とを開示する。システムの構造的剛性をさらに高めるために、追加のポジショナ及び補強部材をシェルに取り付けてもよい。この組み合わせは、柱の周りを包囲して柱を強化し、保護することができる。更なる詳細については、以下でさらに説明する。

図１は、例示的な軸方向の補強システム１００を示す。システムは、長手方向軸１１２、ポジショナ１２０、及び軸方向補強部材１３０を有するシェル１１０を備えることができる。明確にするために、シェルが包んでいる柱は図１には示されていなが、例示的な柱１０１が図２及び９Ａ−９Ｂに示されており、この例示的な柱は、劣化又は腐食した柱であってもよい。シェル１１０は、シェル１１０が軽量でかつ軸方向荷重に対して高い耐性を有するように、例えば硬質で中実の炭素繊維又はガラス繊維材料で作製可能である。シェル１１０は、例えば、円筒形、正方形、長方形、又は半円形などの部分的円筒形に予め形成しても、又は例えばＨ形又はＩ形に予め形成してもよい。

シェル１１０は、そのシェルを柱の周りに巻き付けられるように、シェルの縦方向軸１１２の方向に垂直に延在する１つ以上の継ぎ目１１１（図２Ａ）を有する。言い換えれば、継ぎ目１１１は、シェル１１０の２つの端部が合わさる部分である。シェル１１０は、シェル１１０の垂直方向継ぎ目１１１の全長に亘ってシェル１１０の一端をその他端に固定できるように、継ぎ目１１１上に１インチ〜８インチ部分などの重なりを有することができる。シェルの垂直な継ぎ目１１１に沿ったシェル１１０の各端部はまた、シェル１１０から実質的に垂直に延在していてもよく、シェル１１０の端部は、図３に示すように、ナット及びボルトならびに／又は接着剤を用いて互いに固定してもよい。シェル１１０の継ぎ目１１１に沿って数個のナット及びボルトを使用してもよい。

代替的に、さねはぎ構造が、図４に示すように、シェルの継ぎ目１１１に形成されてもよい。シェル１１０の一方の側部を、シェル１１０の他方の側部の溝１６１に挿入することができる。シェル１１０の両端部を一緒に固定するために、エポキシマスチック(epoxy mastic)を単独で、又は例えば溝１６１の両側部及び溝内のシェル１１０の側面を貫通して貫通できるネジ又は他の固定用締結具と組み合わせて使用することができる。これに加えて又はこれに代えて、接着剤を溝１１６１の内側に塗布して、シェル１１０の２つの側部をさらに接着することができる。様々な他の方法を用いて、シェル１１０の２つの端部を互いに固定可能である。

あるいは、図２Ｂに示すように、シェルは継ぎ目を持たさず、ハーフシェル１１０ｂとして、補強保護すべき構造体の周囲を部分的に包ませることができる。いずれにせよ、図２Ｂに示すハーフシェル１１０ｂは尚、ここに開示されるポジショナ１２０及び補強部材１３０を使用することができる。

ポジショナ１２０を、例えば、高強度のエポキシマトリックス、コンクリート、木材、金属、プラスチック、又は炭素繊維、又はこれらの組み合わせで作製してよい。ポジショナ１２０の材料を決定する際には、コスト、耐久性、構造的強度、シェル１１０、補強部材１３０及び／又は荷重負荷部材１０１との結合強度、熱膨張係数及び熱収縮係数、ポジショナ１２０と補強部材１３０との間で、又はポジショナ１２０とシェル１１０との間で使用され得る接着剤との適合性、シェル１１０と荷重負荷部材１０１との間の空間を充填してポジショナ１２０を封入するために使用され得る様々なグラウト又はセメント混合物との適合性、耐腐食性など様々な考慮がなされるべきである。例示的な実施形態では、ポジショナ１２０は、高強度エポキシマトリックスから作製される。このマトリックスは、軽量であり且つ設置面積が小さく、鋼鉄鉄筋、ＦＲＰ鉄筋又はＦＲＰ積層体のいずれの形状補強にも適応することができる単純な設計構造を有する。ただし、上述で言及したようにポジショナ１２０には他の材料を使用してもよい。

ポジショナ１２０は、接着剤を広い表面領域に広げられる平坦な底面を有して、ポジショナ１２０をより良好にシェルに固定させることができる。代替的に、ポジショナ１２０は、シェル１１０の内側表面の曲率半径に対応する、即ち等しい曲率半径を有するように、シェル１１０の丸みを帯びた内面に対応するやや円みを帯びた底面を有することができる。いずれの場合も、エポキシペースト接着剤などの接着剤は、ポジショナ１２０の底面の広い表面積に広がって、ポジショナ１２０をシェル１１０に対してより良好に固定することができる。これに加えて又はこれに代えて、図１２Ｃを参照すると、シェル１１０と対向するポジショナ１２０の底面には溝又は小さな凹部が設けられて、接着剤がポジショナ１２０／１２０１をシェル１１０に固定するために作用する表面積量を増加させている。図１２Ｃは、ポジショナ１２０１の底面を示しているが、本明細書に開示する他のポジショナのいずれかの底面が同様の面を含んでいてもよい。

例示的な軸方向補強部材１３０は、補強鋼又は「鉄筋」、繊維強化鉄筋、又は炭素繊維積層体を含み得る。補強部材１３０は、例えば、断面が円形、直線状、Ｉ字形、Ｌ字形、Ｔ字形、正方形、長方形、又は半円形であってもよい。この断面形状で、補強部材１３０とポジショナ１２０との間の固定を強化することができる。これに加えて又はこれに代えて、ポジショナ１２０を、補強部材１３０の形状に対応する形状にしてもよい。例えば、補強部材１３０をＬ字型にし、ポジショナ１２０内の凹部も同様にＬ字型にしてもよい。Ｌ字型の補強部材１３０をポジショナ１２０のＬ型凹部に挿入することができるため、構造的相互作用のみで補強部材１３０をポジショナ１２０に保持することができる。これに加えて又はこれに代えて、補接着剤を塗布して強部材１３０をポジショナ１２０に固定してもよい。以下でさらに詳細に説明するように、他の固定機構を、補強部材１３０をポジショナ１２０に固定するために使用してもよい。

上記で言及したように、図２は、構造的な補強システム１００の上面図を示す。具体的には、図２は、シェル１１０の内周に配置されたポジショナ１２０を示している。補強部材１３０の数で、シェル１１０に取り付けるポジショナ１２０の数を決定してもよい。１つ又は複数のポジショナ１２０を使用して、１つの補強部材１３０をシェル１１０に固定することができる。例えば、２つのポジショナ１２０、すなわち１つはシェル１１０の頂部近く、もう１つはシェル１１０の底部近くに使用して、補強部材１３０の位置決め及び配向をすることができる。シェル１１０の頂部及び底部近くにポジショナ１２０を配しておくと、人がシェル１１０の頂部／底部に届いてポジショナ１２０を取り付けることができるため、有利となる。他の実施例では、ポジショナ１２０を、例えばシェル１１０及び荷重負荷部材１０１（例えば、柱）の軸方向寸法に沿って、１０インチ〜３フィートごとに配置してもよい。他の実施例では、ポジショナ１２０を、シェル１１０及び荷重負荷部材１０１の軸方向寸法に沿って１フィートから２フィート毎に配置してもよい。所望する付加的な荷重負荷耐力量によって、使用するポジショナ１２０及び補強部材１３０の数を決定することができる。一例として、本発明の例示的な実施形態に従って設置される鉄筋形態を呈した単一の補強部材１３０は、荷重負荷部材（例えば、柱）の荷重負荷耐力を実質的に高めることができる。同様に、補強部材１３０として使用され、本開示で開示されるポジショナ１２０に固定された３インチ幅の炭素繊維積層体も同様に、荷重負荷部材の荷重負荷耐力を高めることができる。さらに補強部材１３０及びポジショナ１２０を追加して、荷重負荷耐力をさらに高めてもよい。

好ましい実施形態では、補強／補修すべき荷重負荷部材１０１の場所に到着する前に、ポジショナ１２０をシェル１１０に取り付ける。さらに、補強部材１３０を、補強／補修すべき柱１０１の場所に到着する前に、シェル１１０に取り付けるポジショナ１２０に固定することができる。ただし、柱１０１の周りにシェル１１０を設置する際に、補強部材１３０をポジショナ１２０に首尾よく固定してもよい。

好ましい実施形態では、ポジショナ１２０は、シェル１１０に直接取り付けられ、柱１０１に接触しない。従来の「スペーサ」とは異なり、ポジショナ１２０は、スペーサが成し得ない追加機能を発揮する。ポジショナ１２０を用いると、補強部材１３０をシェル１１０に予め組み立てることができ、また、図９Ａ−図９Ｂに示すように、シェル１１０及びコラム１０１から所定の距離だけ離間させることができる。補強部材１３０と下層の柱１０１との間の距離は、シェル１１０の直径、ポジショナ１２０の高さ、及び最終的にシェル１１０から補強部材の頂部までの距離「ｈ_i」を調節することによって予め設定することができる（例えば、図５及び図７の「ｈ_i」によって示すように）。補強部材１３０の頂部から柱１０１の外面までの距離は、ｒ_s−ｒ_c−ｈ_iによって決定できる。ここでｒ_sはシェル１１０の半径（シェル１１０の内面まで）及びｒ_cは柱１０１の半径（柱１０１の外面まで）である。変数ｒ_s、ｒ_c、及びｈ₂を調節することによって、荷重負荷部材（例えば、柱）の外面と補強部材１３０（例えば、５３０，７３０など）との間の距離を予め決定し、調節することができる。補強部材１３０から柱１０１までの例示的な距離は、２〜８インチ、より具体的には２〜６インチ、又は具体的な実施例では約２インチである。

ポジショナ１２０はまた、補強部材１３０をシェル１１０に対して適切な向き及び位置に位置決めする。シェル１１０と補強部材１３０との間の距離は、ポジショナ１２０の構造設計によって調節可能である。この距離は、図３及び図４において「ｈ₂」として示されており、例えば、０．１２５インチ〜３インチの範囲、より具体的には０．５インチ〜１インチであってもよい。好ましい実施形態では、距離ｈ₂は約０．７５インチ（±０．１２５インチ）である。

シェル１１０で柱１０１の周りを被うとき、柱１０１がシェル１１０の中心にあり、均一なスペースが柱１０１の周りに存在するように、柱１０１を確実にシェル１１０と同心にすることが重要である。シェル１１０及び柱１０１の長手方向軸が同心であることを確実にするために、１つ又は複数の別個のスペーサを柱１０１及び／又は補強部材１３０及び／又はシェル１１０に直接配置してもよい。

ここに開示するポジショナ１２０は、従来のスペーサとは異なる機能を果たす。シェル１１０及び柱１０１に対して適切な向き及び位置に補強部材１３０を位置決めすることに加えて、ポジショナ１２０にはスペーサにはない別の利点がある。例えば、鉄筋に大きな垂直荷重が加わると、鉄筋は柱から外側に反る傾向がある。従来のスペーサを使用して鉄筋を単に柱から離間させる場合、このスペーサは、鉄筋が外側に反るのを阻止するように配置又は構造化されていない。そして、たとえスペーサが柱の周りを被うシェルに取り付けられたとしても、従来のスペーサは、補強部材を固定したり、強化したり、配向させたりするようには設計されていない。シェル１１０に直接取り付けられたポジショナ１２０を使用することによって、そしてポジショナ１２０に補強部材１３０を固定することによって、補強部材１３０が重い垂直荷重を受けても、補強部材１３０が当然反るはずの「外向き」の方向にポジショナ１２０があるため、補強部材１３０の外側への反りは防止される。この外向きの反り力はポジショナ１２０に伝達され、ポジショナ１２０はこの力をシェル１１０に伝達する。シェル１１０は、炭素繊維強化ポリマー材料でできており、多くの状況において、柱１０１全体に外接するので、シェル１１０は、外向きの力の多くに耐えることができ、これによってシステム全体の構造的耐力がさらに増加する。

ポジショナ１２０は、柱１０１などの下にある荷重負荷部材に直接取り付けてもよいが、そのようなプロセスは煩雑であり、現場でかなりの時間を要する。ポジショナ１２０をシェル１１０に直接取り付けることにより、保護シェル１２０を現場で設置するときに相当な時間を節約することができる。好ましい実施形態では、ポジショナ１２０はシェル１１０に直接取り付けられる。ポジショナ１２０は、エポキシペースト接着剤などの接着剤でシェルに固定することができる。これに加え又はこれの代わりに、ポジショナ１２０を、ねじ又は釘などの締結具、又はシェル１１０上の突出部とポジショナ１２０上の凹部など、シェル１１０とポジショナ１２０上の相補的な係合構造を含む機械的接続を使用してシェル１１０に取り付けてもよい。例示的な実施形態では、ポジショナ１２０は、接着剤を硬化させるのに十分に長い時間接着剤を保持するだけに機械的締結具を用いてシェル１１０に固定され、機械的締結具は補強部材１３０を支えるためには使用されない。

ポジショナ１２０は、シェル１１０に固定可能で且つ軸方向の補強部材１３０を保持するように構成される。例えば、ポジショナ１２０は、補強部材１３０を受け入れるための凹部を備えることが好ましい。この凹部は、図５及び図７に示すように、補強部材１３０の形状に対応する寸法にすることができる。凹部は、補強部材１３０をポジショナ１２０に固定するために、接着剤又は他の固定要素、例えば金属繋ぎ材又はプラスチック繋ぎ材を収容するような寸法とすることができる。あるいは、凹部を、その中に補強部材を摩擦嵌めで保持する寸法にすることができる。例示的な構造的特徴については、図５〜図８を参照して以下で説明する。

図５は、システム１００に対応するシステム５００の断面軸方向図を示す。具体的には、図５は、ポジショナ５２０に組み込まれた凹部５２１内にＣＦＲＰ積層体強化部材５３０を固定するように構成されたポジショナ５２０を示す。凹部５２１は、図５に示すように、エポキシペースト接着剤５４０などの接着剤を収容できる寸法にすることもできる。好ましくは、接着剤５４０は、補強部材５３０及びポジショナ５２０の材料種類に適合性を有する。同様の又は異なるタイプの接着剤５４１を使用して、ポジショナ５２０をシェル５１０に固定してもよい。好ましくは、接着剤５４１は、シェル５１０及びポジショナ５２０の材料種類に適合性を有する。図６は、図５に示すシステム５００の側面図を示す。

これに加えて又はこれに代えて、ポジショナ１２０／５２０／７２０（概して１２０と呼ぶ）は、補強部材１３０／５３０／７３０（概して１３０と呼ぶ）をポジショナ１２０に固定するのを支援する他の構造的機能を含み得る。例えば、ポジショナ１２０は、金属又はプラスチックのワイヤ又は締結具などの緊締要素が補強部材１３０をポジショナ１２０に固定可能にするための孔を備えることができる。例示的な構造的機能については、図７−８を参照して以下に説明する。

図７は、補強システム１００に対応するシステム７００の断面軸方向図を示す。具体的には、図７は、ポジショナ７２０に組み込まれた凹所７２１内に鉄筋補強部材７３０を固定するように構成されたポジショナ７３０を示す。凹所７２１は、図７には示していないがエポキシペースト接着剤などの接着剤を収容できる寸法とすることもできる。ポジショナ７２０は、補強部材７３０をポジショナ７２０に固定するために、金属又はプラスチック繋ぎ材などの固定要素７４０を通して補強部材７３０に巻き付けることを可能にする１つ又は複数の貫通孔７２２をさらに備えてもよい。図７に示す固定要素７４０は、ピンと張った状態では示されていない。緊締要素７４０がさらに捻られると、より緊張して補強要素７３０をポジショナ７２０に固定することができる。エポキシペースト接着剤などの接着剤７４１を使用して、ポジショナ７２０をシェル７１０に固定してもよい。溝又は小さな凹部がポジショナ７２０の底部に設けて、接着剤７４１がポジショナ７２０をシェル７１０に対してより強固に固定できるようにしてもよい。

図８は、図７に示すシステム７００の側面図を示す。図示されるように、補強部材７３０をポジショナ７２０に固定するために、１つ以上の孔７２２を使用して補強部材７３０の周りに１つ以上の緊締要素７４０を巻き付けてもよい。

図１１Ａ−図１１Ｂは、鉄筋タイプの補強部材を保持するように構成されたポジショナ１１２０の代替的な構造を示し、固定要素が「耳部」１１２１又はポジショナ１１２０の端部の周りに巻き付けられている。ポジショナ１１２０は、ポジショナ１１２０をシェル１１０に固定する目的で、ネジ、釘、又は他の機械的締結具を貫通させるための１つ又は複数の孔１１２２を備えることができる。機械的締結具は、ポジショナ１１２０をシェル１１０に固定するための一時的な機構であってもよく、ポジショナ１１２０の底部に塗布される接着剤は、ポジショナ１１２０をシェル１１０に固定するより永久的な手段として役立ち得る。図１１Ｂは、ポジショナ１１２０の耳部１１２１の周りに巻き付けられた金属又はプラスチックの繋ぎ材ワイヤを使用することによって、そこに固定された補強部材１１３０を備えるポジショナ１１２０の断面図を示す。上述したものと同様に、ポジショナ１１２０を補強部材１１３０をシェルから距離「ｈ₂」だけ離間させるように構成してもよい。

また、図１２Ａ〜図１２Ｃは、ＣＦＲＰ積層体などの平面型補強部材１２０５を保持するように構成されたポジショナ１２０１のための代替構造を示す。ポジショナ１２０１は、ポジショナ１２０１をシェル１１０に固定する目的で、ネジ、釘、又は他の機械的締結具を通す１つ又は複数の孔１２０２を備えることができる。機械的締結具は、ポジショナ１２０１をシェル１１０に固定するための一時的な機構であってもよく、ポジショナ１２０１の底部に塗布される接着剤は、ポジショナ１２０１をシェル１１０に固定するためのより永久的な手段として役立ち得る。図１２Ｂは、エポキシなどの接着剤１２０４によって補強部材１２０５が固定されたポジショナ１２０１の端面図を示す。上述したものと同様に、ポジショナ１２０１は、補強部材１２０５をシェルから距離「ｈ₂」だけ離間させるように構成してもよい。そして上述で説明したように、図１２Ｃは、例示的なポジショナ１２０１の底面図を示しているが、この図に示された溝は、本明細書に記載のポジショナのいずれにも適用することができる。

図９Ａは、何らかの状況で損なわれたり劣化したりする可能性のある柱９０１に適用された例示的なシステム９００の部分断面図を示す。システム９００は、シェル９１０と、シェルに取り付けられた複数のポジショナ９２０と、各ポジショナ９２０に固定された複数の補強部材９３０とを備え、各補強部材９３０は複数のポジショナ９２０に固定されている。図９Ａの補強部材９３０は、鉄筋タイプの補強部材として示されている。図から見て取れるように、補強部材９３０とシェル９１０との間に（寸法「ｈ₂」の）隙間が認められる。補強部材９３０と柱９０１との間の別の隙間は、図９Ａにも見られ、この隙間がシェル９１０の半径、距離「ｈ₂」及び距離「ｈ₁」を調節することによって予め決定され得るように、この隙間距離は上述のように決定することができるが、これらのうちで後者の２つは、ポジショナ９２０の構造を操作することによって調節することができる。図９Ａに示す２つのポジショナの中間にあるポジショナ９２０のように、１つ又は複数の追加ポジショナ９２０を、図９に示す２つのポジショナ９２０の間に追加することができる。そのような付加的なポジショナ（複数可）は、補強部材９３０が外向きに反ること、又は任意の方向に曲がることを阻止するのにさらに役立つ。

図９Ａに関して上述した説明は、図９Ｂにも同様に適用可能であるが、図９Ｂは補強部材９３１として機能する炭素繊維積層体を示している。図９Ａと同様であるが、ポジショナ９２０はシェル９１０に直接取り付けられ、柱９０１には接触しない。同様に、補強部材９３１も柱９０１に接触していない。ポジショナ９２０とシェル９１０との間の緊密な結合が、ポジショナ９２０とコラム９０１との間の結合以上に得られる。さらに、シェル９１０とポジショナ９２０が柱９０１の場所に到着すると直ぐに設置の準備が整うように、ポジショナ９２０を事前に取り付けていてもよい。言い換えれば、シェル９１０とポジショナ９２０は予め組み立てられており、設置中に時間を浪費する必要はなく、ポジショナ９２０とシェル９１０との間の接着剤又はエポキシを乾燥／硬化させることができる。したがって、システム９００は非常に迅速に設置することができ、水中、及び／又は流れている水の中、及び／又は寒冷な温度下で設置が行われる可能性のある海洋環境でシステム９００を設置する場合に特に有用である。

図１０は、本開示の例示的な実施形態による軸方向補強システムを形成する例示的な方法のフローチャートを示す。図１０のステップ又は動作は、便宜上及び明瞭さのために特定の順序で示されているが、考察されている操作の多くは、異なる順序又は並行して遂行することができ、他の操作に重大な影響を与えることなく、一部の手順を除外してもよい。説明したように、図１０には、複数の異なる人、デバイス、及び／又はシステムによって遂行してもよい操作が含まれる。単一の人、デバイス、又はシステムに帰せられる図１０の方法で考察した動作の部分集合は、独立したスタンドアロンプロセス又は方法と解釈される。

ステップ１０１０において、シェル１１０が所望の断面形状及び長さに形成される。例えば、シェル１１０は、柱１０１を完全に包み込む円筒であるように形成することができるであろう。

ステップ１０２０において、軸方向補強部材をそこに固定できるようにポジショナ１２０が形成される。例えば、ポジショナ１２０に、ポジショナ１２０を完全に貫通して延在する凹部を、その凹部内に配置される補強部材に対応する寸法として設けることができる。

ステップ１０３０において、補強部材を形成してよい。例えば、炭素繊維積層体に関して、このような積層体は、エポキシ樹脂に埋め込まれた炭素繊維強化ポリマーシートの１つ又はいくつかの層を含むように製造することができる。例えばガラス又はアラミド繊維のような他のタイプの繊維を使用してもよい。また、エステル、ビニル、ポリエステルなどの他の樹脂を用いてもよい。

ステップ１０４０では、ステップ１０１０で形成されたシェルにポジショナ１２０を取付ける。この取付けには、上述のように機械的取付けと接着剤又はエポキシによる取付けを含むことができる。

ステップ１０５０において、製造したシェル１１０及びポジショナ１２０を、荷重負荷部材１０１の位置に搬送する。

ステップ１０６０において、補強部材１３０がポジショナ１２０に固定するが、好ましくはこれを荷重負荷部材１０１の場所で行う。

ステップ１０７０において、結合されたシェル１１０、ポジショナ１２０、及び補強部材を、荷重負荷部材１０１の周りに巻き付け、継ぎ目１１１に沿ったシェル１１０の端部を、重量固定部材１０１がシェル１１０によって封入されるように互いに固定する。シェル１１０と荷重負荷部材１０１との間にある空隙の底部を密閉するために、シールをシェル１１０の底部に設けてもよい。

ステップ１０７０では、シェル１１０と荷重負荷部材１０１との間の空隙にエポキシグラウト又はセメント混合物を充填する。これは、エポキシグラウト又はセメント質混合物を空隙に注入る又はポンピングすることによって行ってもよい。その後、エポキシグラウト又はセメント混合物を硬化させる間、ベルトをシェル１１０の周りに巻いて締め付けてもよい。

このようにして、ポジショナ１２０が予め取り付けられたシェル１１０と、その後ポジショナ１２０に取り付けられた補強部材１３０が、柱１０１を保護することができ、柱の構造的耐力を実質的に増加させると同時に、その設置が簡単になる。より具体的には、本明細書に開示された実施形態は、柱の垂直方向の耐荷重耐力及びその柱のモーメント抵抗耐力を増加させる。

図１３Ａを参照すると、補強部材１３０がシェル１１０又は柱１０１の長手方向軸の周りに巻き付かれ、シェル１１０内の複数のポジショナ１２０に取り付けられている点を除いて、図２Ａに示したものと同様な構成が示されている。ポジショナ１２０は、シェル１１０内の異なる半径及び長手方向位置に取り付けられている。補強部材１３０は、例えば、ステンレス鋼鉄筋又は炭素繊維鉄筋などの鉄筋とすることができる。

図１３Ｂを参照すると、補強部材９３２が、柱９０１に隣接して線形／平行に配置されているのではなく、柱９０１の周りに巻き付かれている点を除いて、図９Ａに示されたもの同様な構成が示されている。図１３Ｂに示されるシステムは、図１３Ａに示したシステムの部分断面図を示す。補強部材９３２は、柱９０１に巻き付けられ、シェル９１０内の複数のポジショナ９２０に取り付けられている。ポジショナはシェル９１０の各側に示されており、図１３Ｂは、柱９０１の周りに巻き付かれた２つの補強部材９３２を示しているが、１つのみが必要であるか、２つ以上ある可能性もある。ポジショナ９２０は、補強部材９３２（単数又は複数）を受け入れるための凹部又は貫通孔を備えることができる。シェル９１０及びコラム９０１は、断面で示されている。
付記

上記の詳細な説明は、詳細な説明の一部を形成する添付図面の参照を含む。図面は、実例として、本開示を実施することができる特定の実施形態を示す。これらの実施形態は、本明細書では「実施例」とも称される。そのような実施例は、図示又は説明されたものに加えて要素を含むことができる。しかしながら、本発明者らは、図示又は記載された要素のみが提供される実施例も企図している。さらに、本発明者らは、特定の実施例（又はその１つ又は複数の態様）、又は図示又は本明細書に記載された他の要素（又はその１つ又は複数の態様）のいずれいかについて、図示又は記載されたこれらの要素（又はその１つ又は複数の態様）の任意の組み合わせ又は置換を用いる実施例も企図している。

本明細書では、特許文書において一般的であるように、「少なくとも１つ」又は「１つ以上」の他の実例又は用法とは無関係に、１つ又は複数のものを含むように、用語「ａ」又は「ａｎ」が使用される。本明細書においては特記がないかぎり、「又は」という用語は、「Ａ又はＢ」が「ＡではあるがＢではない」、「ＡではなくＢである」、及び「Ａ及びＢ」を含むように非排他的を言及するために使用される。この明細書では、用語「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「その中に（ｉｎ ｗｈｉｃｈ）」は、それぞれの用語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」及び「そこで（ｗｈｅｒｅｉｎ）」の平易な英語の等価物として使用される。また、以下の特許請求の範囲において、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」及び「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、限定されていない、すなわち、特許請求の範囲においてそのような用語の後に列挙されたものに加えて要素を含むシステム、装置、物品、構成物、構築は依然としてその請求項の範囲内にあるとみなされる。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」及び「第３」などの用語は単にラベルとして使用され、それらの対象に数値的な要件を課すことを意図するものではない。

上記の説明は例示的なものであり、限定的なものではない。例えば、上記の実施例（又はその１つ又は複数の態様）は、互いに組み合わせて使用することができる。上記の説明を検討することにより、当業者などによって、他の実施例を使用することができる。この要約は、米国特許規則３７ Ｃ．Ｆ．Ｒ．§１．７２（ｂ）に準拠したものであり、読者が技術的開示の性質を迅速に確認できるようにしてある。特許請求の範囲又は意味を解釈又は制限するために使用されないとの理解で提出される。また、上記の詳細な説明では、様々な特徴をグループ化して、開示を合理化することができる。これは、特許請求されていない開示された特徴が請求項に不可欠であることを意図していると解釈されるべきではない。むしろ、本発明の主題は、特定の開示された実施例のすべての特徴よりも少なくてもよい。したがって、添付の特許請求の範囲は、実施例又は実施形態として詳細な説明に組み込まれ、各請求項は別個の実施例として単独で成り立ち、そのような実施例は様々な組合せ又は置換で互いに組み合わせることができると考えられる。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照して、そのような特許請求の範囲が権利を与えられる等価物の全範囲とともに決定されるべきである。

Claims (15)

1. 軸方向補強システムであって、
   荷重負荷部材の周りに巻き付けられるように構成されたシェルと、
   前記シェルが前記荷重負荷部材に巻き付けられたときに、前記シェルと前記荷重負荷部材との間に形成された空隙内に位置するように前記シェルに取り付けられるポジショナと、
   前記ポジショナに固定される補強部材とを備え、
   前記ポジショナは、前記シェルが前記荷重負荷部材の周りに巻き付けられると、前記補強部材を前記空隙内に位置決めして支持するように構成されている軸方向補強システム。
2. 前記ポジショナは、前記補強部材を中に配置する凹部を備える、請求項１に記載の軸方向補強システム。
3. 前記ポジショナの前記凹部内に接着剤が配置され、これにより前記補強部材を前記ポジショナに固定する、請求項２に記載の軸方向補強システム。
4. 前記ポジショナの前記凹部内に前記補強部材を固定する固定要素をさらに備える、請求項２に記載の軸方向補強システム。
5. 前記固定要素は、前記補強部材の周りに巻き付かれる金属又はプラスチックの繋ぎ材である、請求項４に記載の軸方向補強システム。
6. 前記補強部材は、前記シェルの長手方向軸に沿って延在し、かつ前記長手方向軸に平行である、請求項１に記載の軸方向補強システム。
7. 前記補強部材は、前記荷重負荷部材の周りに巻き付けられ、前記シェル内の複数のポジショナに取り付けられる、請求項１に記載の軸方向補強システム。
8. 複数のポジショナが各補強部材に使用され、前記複数のポジショナが前記シェルに直接取り付けられる、請求項１に記載の軸方向補強システム。
9. 前記補強部材が、金属鉄筋、繊維強化鉄筋、及び炭素繊維積層体からなる群から選択される１つを備える、請求項１に記載の軸方向補強システム。
10. 前記ポジショナは、エポキシマトリクスからなる、請求項１に記載の軸方向補強システム。
11. 前記シェルを前記荷重負荷部材に固定するために、前記空隙内に配されるエポキシグラウトをさらに備える、請求項１に記載の軸方向補強システム。
12. 設置場所では、前記ポジショナも前記補強部材も前記荷重負荷部材に取り付けられない、請求項１に記載の軸方向補強システム。
13. 荷重負荷部材を補強する方法であって、
    前記荷重負荷部材の周りに巻き付かれるように構成されたシェルを準備し、
    ポジショナを、前記シェルが前記荷重負荷部材の周りに巻き付けられたときに前記シェルと前記荷重負荷部材との間に形成される空隙内に位置するように前記シェルに取り付け、
    補強部材を、前記ポジショナに固定し、前記補強部材を前記シェルの長手方向軸に沿って延在させることを含み、
    前記ポジショナは、前記シェルが前記荷重負荷部材の周りに巻き付けられると、前記補強部材を前記空隙内に位置決めして支持するように構成されている方法。
14. 前記ポジショナは、前記補強部材を中に配置する凹部を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 複数のポジショナが各補強部材に使用され、前記複数のポジショナが前記シェルに直接取り付けられ、前記荷重負荷部材には取り付けられない、請求項１４に記載の方法。

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