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JP7718704B2 - Scissor structure panel units, telescopic panels and panel-type scissor bridges - Google Patents
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JP7718704B2 - Scissor structure panel units, telescopic panels and panel-type scissor bridges - Google Patents

Scissor structure panel units, telescopic panels and panel-type scissor bridges

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Description

本発明は、仮橋などの構造物構築用の構造材に用いるのに適したシザーズ構造のパネルユニット、当該パネルユニットを縦横に連結した構成の伸縮パネル、および当該伸縮パネルを橋梁用構造材として用いて構築されるパネル型シザーズ橋に関する。 The present invention relates to a scissor-structured panel unit suitable for use as a structural material for constructing structures such as temporary bridges, a telescopic panel constructed by connecting the panel units lengthwise and widthwise, and a panel-type scissors bridge constructed using the telescopic panels as bridge structural materials.

本発明者等は、これまでに、展開構造物の1つであるシザーズ機構を用いて、災害により流出した小規模な橋梁の代替路となる仮橋(1段シザーズ)の研究開発をしてきた(非特許文献1、2、図7下段左側参照)。また、ケーブル材を併用した吊りシザーズを採用することで、シザーズ橋の大型化の可能性を明示してきた(図7上段右側参照)。 The inventors have previously researched and developed temporary bridges (single-stage scissors) that use a scissors mechanism, a type of deployable structure, to serve as alternatives to small bridges washed away by disasters (see Non-Patent Documents 1 and 2, bottom left of Figure 7). Furthermore, by adopting hanging scissors that also use cables, the inventors have demonstrated the possibility of enlarging the size of scissors bridges (see top right of Figure 7).

シザーズ構造は、X状に交差配置した一対のリンクが交差位置に形成したピン節点を中心として開閉可能となったものであり、これを直線状に一列に配列した構成の1段シザーズを用いて橋梁が構築される。シザーズ構造の部材は、材軸方向に折り畳まれた状態(縮めた状態)で仮橋の設置場所まで搬送し、設置場所において材軸方向に展開(伸長)して設置できるので、搬送が容易であり、施工性にも優れている。このようなシザーズ構造の伸縮橋は、例えば、特許文献1、2において提案されている。 A scissors structure is a structure in which a pair of links arranged in an X-shape can be opened and closed around a pin joint formed at the intersection, and a bridge is constructed using a single-stage scissors configuration in which these are arranged in a linear row. The components of a scissors structure can be transported to the temporary bridge installation site in a folded (contracted) state in the material axis direction, and then unfolded (extended) in the material axis direction at the installation site, making them easy to transport and easy to construct. Telescopic bridges with such a scissors structure are proposed, for example, in Patent Documents 1 and 2.

K. Chanthamanivong, I. Ario, Y. Chikahiro: Smart design of coupling scissors-type bridge, Structures, 30, 206-216, 2021.K. Chanthamanivong, I. Ario, Y. Chikahiro: Smart design of coupling scissors-type bridge, Structures, 30, 206-216, 2021. Y. Chikahiro, I. Ario, P. Pawlowski C. Graczykowski, J. Holnicki‐Szulc: Optimization of reinforcement layout of scissor type bridge using differential evolution algorithm, Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 34(6), 523-538, 2019.Y. Chikahiro, I. Ario, P. Pawlowski C. Graczykowski, J. Holnicki-Szulc: Optimization of reinforcement layout of scissor type bridge using differential evolution algorithm, Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 34(6), 523-538, 2019.

特開2014-145203号公報JP 2014-145203 A 国際公開第2015/193930号International Publication No. 2015/193930

ここで、流出被害の絶えない中規模な橋梁でも迅速に復旧できる仮橋が必要とされる。中規模な橋梁の仮橋の場合においても、災害後の初動対応で迅速に仮橋を架けるためには、現場における橋梁部材の搬入量や組立作業量をいかに減らすかが重要である。このため、既往の研究では対象とされていない中規模な橋梁のための仮橋にも、シザーズ構造の橋梁を用いることが考えられる。 There is a need for temporary bridges that can be quickly restored, even for medium-sized bridges that are constantly subject to washout damage. Even in the case of temporary bridges for medium-sized bridges, reducing the amount of bridge components transported and assembly work required on-site is important in order to quickly erect the temporary bridge during the initial response after a disaster. For this reason, it is possible to use scissors-structured bridges for temporary bridges for medium-sized bridges, which have not been the subject of previous research.

図7に示したように、シザーズ構造は直線的に並べることで小規模な橋梁に応用でき、ケーブル材と併用することで吊り橋のように大型化が可能であるが、中規模な橋梁への適用には、簡易施工性や強度の観点から難しい。例えば、シザーズ構造から構成される仮設用の橋梁用構造材として、横方向だけでなく上下にシザーズ構造を配列した構成の多段シザーズを用いることで、必要な強度を確保することが考えられる。しかしながら、シザーズ構造を単に多段化した場合、それに伴って使用材料、重量が増加し、製造コストも増加する。また、設置場所において重量のある多段シザーズ構造の部材を展開して橋梁として設置する際の施工性も低下する。 As shown in Figure 7, scissors structures can be applied to small bridges by arranging them in a straight line, and can be made larger, like suspension bridges, by using them in combination with cables. However, applying them to medium-sized bridges is difficult from the perspective of ease of construction and strength. For example, as a structural material for a temporary bridge made up of scissors structures, it is possible to ensure the necessary strength by using multi-stage scissors, in which scissors structures are arranged not only horizontally but also vertically. However, simply increasing the number of stages in the scissors structure increases the material used, the weight, and manufacturing costs. Furthermore, it also reduces the ease of construction when unfolding the heavy multi-stage scissors structure components at the installation site and installing the bridge.

このような課題は、橋梁用構造材として多段シザーズ構造の部材を用いる場合に限らず、構造物構築用の梁材、桁材等の構造用部材として、その部材強度を高めるために多段シザーズ構造の部材を用いる場合においても発生する。 This issue arises not only when multi-scissor structure members are used as bridge structural materials, but also when multi-scissor structure members are used to increase the strength of structural members such as beams and girders used in building structures.

本発明の目的は、このような点に鑑みて、一段シザーズ構造の部材に比べて強度を高めて長スパン化でき、かつ、多段シザーズ構造の部材に比べて強度低下を抑制しつつ軽量化および施工性を改善できるシザーズ構造のパネルユニット、および当該パネルユニットを縦横に連結した構成の伸縮パネルを提供することにある。 In light of these points, the object of the present invention is to provide a scissors-structured panel unit that is stronger and allows for longer spans than members with a single-stage scissors structure, and that is lighter and easier to install while suppressing a decrease in strength compared to members with a multi-stage scissors structure, as well as an expandable panel constructed by connecting such panel units vertically and horizontally.

また、本発明の目的は、かかる伸縮パネルを被災現場で展開し、それを現場で幾つか組み合わせていくことで、少人数かつ簡単に構築できる中規模程度の仮橋であるパネル型シザーズ橋を提供することにある(図7参照)。 Another object of the present invention is to provide a panel-type scissors bridge, a medium-sized temporary bridge that can be easily constructed by a small number of people by deploying such expandable panels at the disaster site and assembling several of them on-site (see Figure 7).

上記の課題を解決するために、本発明のシザーズ構造のパネルユニットは、
縦方向および横方向に伸縮可能なシザーズ構造の矩形枠を備え、
前記矩形枠の四辺は、左右の縦枠材および上下の横枠材によって規定され、
前記縦枠材および前記横枠材のそれぞれは、一方向に直線状に配列された複数組の単位シザーズを備えており、
前記単位シザーズは、前記矩形枠の一対の対角線の方向に沿ってX状に交差配置された一対のリンクを備え、これらのリンクの交差部が相互に連結されて、交差部ピン節点を形成しており、
前記縦枠材および前記横枠材における隣接配置されている一対の前記単位シザーズの間においては、逆方向に傾斜する前記リンクの端が相互に連結されて、それぞれ矩形枠外周縁に沿って配列された外周縁側ピン節点および矩形枠内周縁に沿って配列された内周縁側ピン節点を形成しており、
前記矩形枠の四隅のそれぞれに位置する前記単位シザーズは、前記縦枠材の端に位置する前記単位シザーズと、前記横枠材の端に位置する前記単位シザーズとを兼用する共通の単位シザーズであることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the panel unit of the scissors structure of the present invention comprises:
It has a rectangular frame with a scissors structure that can be stretched vertically and horizontally,
The four sides of the rectangular frame are defined by left and right vertical frame members and top and bottom horizontal frame members,
Each of the vertical frame members and the horizontal frame members includes a plurality of sets of unit scissors linearly arranged in one direction,
the unit scissors includes a pair of links arranged crossing in an X shape along a pair of diagonal lines of the rectangular frame, and intersections of these links are connected to each other to form intersection pin joints;
Between a pair of adjacently arranged unit scissors in the vertical frame member and the horizontal frame member, the ends of the links inclined in opposite directions are connected to each other to form outer peripheral edge side pin nodes arranged along the outer peripheral edge of the rectangular frame and inner peripheral edge side pin nodes arranged along the inner peripheral edge of the rectangular frame,
The unit scissors located at each of the four corners of the rectangular frame are characterized by being common unit scissors that serve both as the unit scissors located at the ends of the vertical frame material and as the unit scissors located at the ends of the horizontal frame material.

本発明のパネルユニットは、上記構成の矩形枠が縦方向あるいは横方向に連結された二連パネルユニットあるいは多連パネルユニットとすることができる。例えば、横方向に連結された複数組の矩形枠からパネルユニットが構成される。この場合には、横方向に連結された隣接する前記矩形枠の間に位置する縦枠材が、一方の矩形枠の縦枠材と他方の矩形枠の縦枠材とを兼用するように、矩形枠が相互に連結される。 The panel unit of the present invention can be a double-panel unit or a multiple-panel unit in which rectangular frames of the above configuration are connected vertically or horizontally. For example, a panel unit is made up of multiple sets of rectangular frames connected horizontally. In this case, the rectangular frames are connected to each other so that the vertical frame member located between adjacent rectangular frames connected horizontally serves as both the vertical frame member of one rectangular frame and the vertical frame member of the other rectangular frame.

また、本発明のパネルユニットでは、矩形枠に斜材が取り付けられていることが望ましい。斜材は、矩形枠の少なくとも一方の対角線の方向の両端に位置する一対の単位シザーズにおいて、当該対角線の方向に延びるリンクの間に架け渡される。 Furthermore, in the panel unit of the present invention, it is desirable that a diagonal member be attached to the rectangular frame. The diagonal member is bridged between links extending in the diagonal direction of at least one pair of unit scissors located at both ends of the rectangular frame in that diagonal direction.

斜材は、当該斜材が架け渡されているリンクと同一平面上に位置するように、これらのリンクに連結することが望ましい。この場合、斜材と、斜材が架け渡される一対のリンクとを一体化して、単一の部材として配置することができる。 It is desirable to connect the diagonal member to the links across which it spans so that it is positioned on the same plane as those links. In this case, the diagonal member and the pair of links across which it spans can be integrated and arranged as a single member.

また、本発明のシザーズ構造の伸縮パネルは、
m、nを1以上の正の整数とすると、
m段、n列となるように平面方向に連結したm×n組のパネルユニットを備え、
前記パネルユニットは、上記構成のシザーズ構造のパネルユニットであることを特徴としている。
この場合、隣接する一対のパネルユニットの間においては、一方のパネルユニットの側の外周縁側ピン節点と、他方のパネルユニットの側の外周縁側ピン節点とが、それぞれ相互に連結あるいは一体化されて共通のピン節点を形成している。
In addition, the scissors-structured stretchable panel of the present invention is
Let m and n be positive integers of 1 or more.
The panel unit has m×n sets of panel units connected in a plane direction to form m rows and n columns,
The panel unit is characterized by being a panel unit with the above-described scissors structure.
In this case, between a pair of adjacent panel units, the outer edge side pin node on one panel unit side and the outer edge side pin node on the other panel unit side are each connected or integrated with each other to form a common pin node.

次に、本発明のパネル型シザーズ橋は、上記構成の伸縮パネルが橋梁用構造材として配置されていることを特徴としている。 Next, the panel-type scissors bridge of the present invention is characterized in that the telescopic panels having the above-described configuration are arranged as bridge structural materials.

本発明では、これまで梁構造物のように直線配置されたシザーズ構造(一段シザーズ)を、トラス構造物のように上弦材・下弦材・斜材を意識したシザーズ構造のパネルユニットを用いて伸縮パネルを構成することで、各部に生じる負荷を適切に分散させて、一段シザーズ構造の部材に比べて強度を高めて長スパン化を図ると共に、多段シザーズ構造の部材に比べて強度の低下を抑制しつつ軽量化および施工性の改善を図っている。予め組み上げた伸縮パネルを被災現場で展開し、それを現場で幾つか組み合わせていくことでパネル型橋梁部材を施工できる。よって、少人数かつ簡単に、中規模程度の仮橋を構築することが可能となる。 In this invention, instead of the conventional linearly arranged scissors structure (single-stage scissors) used in beam structures, a telescopic panel is constructed using panel units with a scissors structure that takes into account the upper chord, lower chord, and diagonal members of a truss structure. This appropriately distributes the load generated in each part, increasing strength and allowing for longer spans compared to single-stage scissors structure members, while also minimizing the decline in strength compared to multi-stage scissors structure members, reducing weight and improving workability. Pre-assembled telescopic panels can be deployed at the disaster site, and several of them can be combined on site to construct panel-type bridge members. This makes it possible to easily construct medium-sized temporary bridges with a small number of people.

(a)はパネルユニットの正面図、(b1)および(b2)はパネルユニットを構成する単位シザーズの正面図および側面図、(c)はパネルユニットの伸縮動作を示す説明図である。1A is a front view of a panel unit, (b1) and (b2) are front and side views of unit scissors that constitute the panel unit, and (c) is an explanatory diagram showing the expansion and contraction operation of the panel unit. (a1)および(a2)は1段6列構成の伸縮パネルの正面図および部分拡大図、(b)は2段6列構成の伸縮パネルの正面図、(c)は伸縮パネルを橋梁として用いたパネル型シザーズ橋の一例を示す説明図である。(a1) and (a2) are a front view and a partially enlarged view of a telescopic panel with one row and six columns, (b) is a front view of a telescopic panel with two rows and six columns, and (c) is an explanatory diagram showing an example of a panel-type scissors bridge using telescopic panels as bridge beams. (a1)および(a2)は斜材の無い矩形枠の正面図および側面図、(b1)および(b2)は1本の斜材がリンク面内に配置された矩形枠の正面図および側面図、(c1)および(c2)は1本の斜材がリンク面外に配置された矩形枠の正面図および側面図、(d1)および(d2)は2本の斜材がリンク面内に配置された矩形枠の正面図および側面図、(e1)および(e2)は2本の斜材がリンク面外に配置された矩形枠の正面図および側面図である。(a1) and (a2) are front and side views of a rectangular frame without diagonal members, (b1) and (b2) are front and side views of a rectangular frame with one diagonal member arranged within the link plane, (c1) and (c2) are front and side views of a rectangular frame with one diagonal member arranged outside the link plane, (d1) and (d2) are front and side views of a rectangular frame with two diagonal members arranged within the link plane, and (e1) and (e2) are front and side views of a rectangular frame with two diagonal members arranged outside the link plane. (a)は二連パネルユニットの正面図、(b)は二連パネルユニットから構成した1段3列構成の伸縮パネルの正面図、(c)は二連パネルユニットから構成した2段3列構成の伸縮パネルの正面図である。(a) is a front view of a double panel unit, (b) is a front view of an expandable panel with one row and three columns made up of double panel units, and (c) is a front view of an expandable panel with two rows and three columns made up of double panel units. (a)~(f)は解析1における解析対象のモデル1~6の正面図である。10A to 10F are front views of models 1 to 6 to be analyzed in analysis 1. 解析において与えたリンク部材の応力―ひずみ関係を示すグラフである。10 is a graph showing the stress-strain relationship of a link member given in the analysis. 解析1における解析対象モデル(架橋後の下路式シザーズ橋を想定)の境界条件、載荷位置を示す説明図である。This is an explanatory diagram showing the boundary conditions and loading positions of the analysis model in Analysis 1 (assuming a through-type scissors bridge after construction). 解析1で得られた各モデルの質量と剛性の関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between mass and stiffness of each model obtained in analysis 1. 解析1で得られた各モデルの質量と最大曲げモーメントの関係、質量と最大引張力の関係、質量と最大圧縮力の関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the mass and the maximum bending moment, the relationship between the mass and the maximum tensile force, and the relationship between the mass and the maximum compressive force of each model obtained in Analysis 1. (a)~(f)は解析2における解析対象のモデル1´~6´の正面図である。10A to 10F are front views of models 1' to 6' that are the analysis targets in analysis 2. 解析2における解析対象モデル(架橋後の下路式シザーズ橋を想定)の境界条件、載荷位置を示す説明図である。This is an explanatory diagram showing the boundary conditions and loading positions of the analysis model in Analysis 2 (assuming a through-type scissors bridge after construction). 解析2で得られた各モデルの質量と剛性の関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between mass and stiffness of each model obtained in analysis 2. 解析2で得られた各モデルの質量と最大曲げモーメントの関係、質量と最大引張力の関係、質量と最大圧縮力の関係を示すグラフである。10 is a graph showing the relationship between the mass and the maximum bending moment, the relationship between the mass and the maximum tensile force, and the relationship between the mass and the maximum compressive force of each model obtained in Analysis 2. 本発明を適用したパネル型シザーズ橋の位置づけを示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing the positioning of a panel-type scissors bridge to which the present invention is applied.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、実施の形態は本発明の一例であり、本発明を実施の形態に限定することを意図したものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the embodiments are merely examples of the present invention and are not intended to limit the present invention to the embodiments.

(パネルユニット)
図1(a)は、本発明のシザーズ構造のパネルユニットの一例を示す正面図である。なお、以下の説明における縦方向Y、横方向Xは便宜上付けたものであり、これらの方向は相互に直交する二方向であればよい。橋梁用構造材等として用いられる場合等において、パネルユニット1は鉛直方向を向くように立てた姿勢で用いられる。
(Panel unit)
1(a) is a front view showing an example of a panel unit with a scissors structure according to the present invention. Note that the vertical direction Y and the horizontal direction X in the following description are given for convenience, and these directions may be any two directions that are perpendicular to each other. When used as a bridge structural material or the like, the panel unit 1 is used in an upright position facing vertically.

パネルユニット1は、直交する二方向である縦方向Yおよび横方向Xに伸縮可能なシザーズ構造の矩形枠2から構成されている。矩形枠2には、その対角線のそれぞれに沿って一対の斜材3A、3BがX状に架け渡されている。矩形枠2は、当該矩形枠2の左右の辺を規定している一対の縦枠材4A、4Bと、矩形枠2の上下の辺を規定している一対の横枠材5A、5Bとよって規定されている。縦枠材4A、4Bのそれぞれは、縦方向Yに一列に連結された複数組、本例では5組の単位シザーズ6から構成されている。同様に、横枠材5A、5Bのそれぞれは、横方向Xに一列に連結された複数組、本例では5組の単位シザーズ6から構成されている。 The panel unit 1 is composed of a rectangular frame 2 with a scissors structure that can expand and contract in two perpendicular directions: the vertical direction Y and the horizontal direction X. A pair of diagonal members 3A, 3B is strung across the rectangular frame 2 in an X-shape along each of its diagonals. The rectangular frame 2 is defined by a pair of vertical frame members 4A, 4B that define the left and right sides of the rectangular frame 2, and a pair of horizontal frame members 5A, 5B that define the top and bottom sides of the rectangular frame 2. Each of the vertical frame members 4A, 4B is composed of multiple sets of unit scissors 6 connected in a row in the vertical direction Y, five sets in this example. Similarly, each of the horizontal frame members 5A, 5B is composed of multiple sets of unit scissors 6 connected in a row in the horizontal direction X, five sets in this example.

矩形枠2の左右の縦枠材4A、4Bは同一形状、構造のものであり、以下の説明においては、双方を区別する必要が無い場合は縦枠材4として説明する。同様に、上下の横枠材5A、5Bも同一形状、構造のものであり、双方を区別する必要が無い場合には横枠材5として説明する。 The vertical frame members 4A and 4B on the left and right sides of the rectangular frame 2 have the same shape and structure, and in the following explanation, when there is no need to distinguish between them, they will be referred to as vertical frame members 4. Similarly, the horizontal frame members 5A and 5B on the top and bottom have the same shape and structure, and when there is no need to distinguish between them, they will be referred to as horizontal frame members 5.

図1(b1)、(b2)は、縦枠材4、横枠材5を構成している単位シザーズ6を示す正面図および側面図である。単位シザーズ6は、矩形枠2の一対の対角線の方向に沿ってX状に交差配置された第1リンク7および第2リンク8を備えている。第1、第2リンク7、8は、これらの交差部において、交差部ピン節点9を規定するヒンジピンを中心として回動可能な状態で連結されている。第1、第2リンク7、8は、本例では同一長さ、同一断面の直線状の部材であり、例えば、中空断面、溝形断面等をした鋼材、アルミニウム合金等などから形成されている。 Figures 1(b1) and (b2) are a front view and a side view showing unit scissors 6 that make up vertical frame member 4 and horizontal frame member 5. Unit scissors 6 includes a first link 7 and a second link 8 that are arranged in an X-shaped cross-section along a pair of diagonal lines of rectangular frame 2. At their intersections, the first and second links 7 and 8 are connected in a manner that allows them to rotate around a hinge pin that defines intersection pin node 9. In this example, the first and second links 7 and 8 are straight members of the same length and cross section, and are made of, for example, steel, aluminum alloy, or the like with a hollow cross section or a channel cross section.

縦枠材4および横枠材5のそれぞれにおいて、図において矢印で示す縦方向Yあるいは横方向Xに沿って隣接配置されている一対の単位シザーズ6の一方を前側単位シザーズ、他方を後側単位シザーズとする。例えば、図1(b1)において、実線で示す単位シザーズ6を前側単位シザーズ、これに隣接する想像線で示す単位シザーズ6を後側単位シザーズとする。前側単位シザーズ6の第1リンク7の後端7bと後側単位シザーズ6における逆方向に傾斜している第2リンク8の前端8aとが、第1ピン節点11を規定するヒンジピンを介して回動可能な状態で連結されている。また、前側単位シザーズ6の第2リンク8の後端8bと後側単位シザーズ6の第1リンク7の前端7aとが、第2ピン節点12を規定するヒンジピンを介して回動可能な状態で連結されている。このように単位シザーズ6を連結して得られる縦枠材4および横枠材5によって規定される矩形枠2においては、図1(a)に示すように、逆方向に傾斜する第1、第2リンク7、8の端が相互に連結されて、それぞれ矩形枠外周縁に沿って第1、2ピン節点11、12の一方が外周縁側ピン節点として配列され、矩形枠内周縁に沿って第1、2ピン節点11、12の他方が内周縁側ピン節点として配列された状態になっている。また、矩形枠2の四隅のそれぞれにおいて、縦枠材4の縦方向Yの上下の端に位置する単位シザーズ6は、横枠材5の横方向Xの左右の端に位置する単位シザーズ6と兼用の単位シザーズとして配置されている。 In each of the vertical frame members 4 and horizontal frame members 5, one of a pair of unit scissors 6 arranged adjacently along the vertical direction Y or horizontal direction X, as indicated by the arrows in the figure, is designated as the front unit scissors, and the other as the rear unit scissors. For example, in Figure 1(b1), the unit scissors 6 indicated by the solid lines is designated as the front unit scissors, and the unit scissors 6 adjacent to it indicated by the imaginary lines is designated as the rear unit scissors. The rear end 7b of the first link 7 of the front unit scissors 6 and the front end 8a of the second link 8 of the rear unit scissors 6, which is inclined in the opposite direction, are rotatably connected via a hinge pin that defines a first pin joint 11. Furthermore, the rear end 8b of the second link 8 of the front unit scissors 6 and the front end 7a of the first link 7 of the rear unit scissors 6 are rotatably connected via a hinge pin that defines a second pin joint 12. In this way, in the rectangular frame 2 defined by the vertical frame members 4 and horizontal frame members 5 obtained by connecting the unit scissors 6, as shown in Figure 1(a), the ends of the first and second links 7 and 8, which are inclined in opposite directions, are connected to each other, and one of the first and second pin nodes 11 and 12 is arranged as an outer edge side pin node along the outer periphery of the rectangular frame, and the other of the first and second pin nodes 11 and 12 is arranged as an inner edge side pin node along the inner periphery of the rectangular frame. Also, at each of the four corners of the rectangular frame 2, the unit scissors 6 located at the top and bottom ends of the vertical frame members 4 in the vertical direction Y are arranged as unit scissors that also serve as unit scissors 6 located at the left and right ends of the horizontal frame members 5 in the horizontal direction X.

(斜材:面内配置)
次に、矩形枠2に取り付けた一対の斜材3A、3Bは、本例では次のように配置されている。斜材3Aは、矩形枠2の上側の左隅に配置されている単位シザーズ6の第1リンク7と、矩形枠2の下側の右隅に配置されている単位シザーズ6の第1リンク7との間に架け渡されている。本例では、斜材3Aは、第1リンク7と同一鉛直面上に位置するように配置される(斜材の面内配置)。例えば、斜材3Aと、双方の第1リンク7とが、直線状に延びる単一の部材として配置されている。他方の斜材3Bは、矩形枠2の上側の右隅に配置されている単位シザーズ6の第2リンク8と、矩形枠2の下側の左隅に配置されている単位シザーズ6の第2リンク8との間に架け渡されている。斜材3Bも、第2リンク8と同一鉛直面上に位置するように配置される(斜材の面内配置)。例えば、斜材3Bと、双方の第2リンク8とが、直線状に延びる単一の部材として配置されている。なお、本例では、斜材3A、3Bは、それらの材軸方向の中央の交差位置(矩形枠2の中心)にピン節点13が形成され、ここを中心として回動可能な状態で連結されて、面外方向の剛性が確保されている。
(Diagonal member: in-plane arrangement)
Next, the pair of diagonal members 3A, 3B attached to the rectangular frame 2 are arranged as follows in this example. The diagonal member 3A is spanned between the first link 7 of the unit scissors 6 located in the upper left corner of the rectangular frame 2 and the first link 7 of the unit scissors 6 located in the lower right corner of the rectangular frame 2. In this example, the diagonal member 3A is arranged so as to be located on the same vertical plane as the first link 7 (in-plane arrangement of diagonal members). For example, the diagonal member 3A and both first links 7 are arranged as a single member extending linearly. The other diagonal member 3B is spanned between the second link 8 of the unit scissors 6 located in the upper right corner of the rectangular frame 2 and the second link 8 of the unit scissors 6 located in the lower left corner of the rectangular frame 2. The diagonal member 3B is also arranged so as to be located on the same vertical plane as the second link 8 (in-plane arrangement of diagonal members). For example, the diagonal member 3B and both second links 8 are arranged as a single member extending linearly. In this example, the diagonal members 3A and 3B have a pin joint 13 formed at the central intersection point in the material axis direction (the center of the rectangular frame 2), and are connected in a state where they can rotate around this center, ensuring rigidity in the out-of-plane direction.

図1(c)に示すように、矩形のパネルユニット1は、正方形の状態を中立状態とすると、中立状態から縦方向Yに伸長した縦長の状態および横方向Xに伸長した横長の状態に伸縮可能である。第1、第2ピン節点11、12を介して連結されている単位シザーズ6のそれぞれの第1、第2リンク7、8は、パネルユニット1の矩形枠2の一対の対角線に沿った方向を向く姿勢を維持したまま、交差部ピン節点9を中心として開閉する。これにより、矩形のパネルユニット1が全体として縦方向Yおよび横方向Xに伸縮可能である。 As shown in Figure 1(c), the rectangular panel unit 1, with its square state considered to be its neutral state, can expand and contract from the neutral state to a vertically elongated state stretched in the vertical direction Y and a horizontally elongated state stretched in the horizontal direction X. The first and second links 7 and 8 of the unit scissors 6, which are connected via the first and second pin joints 11 and 12, respectively, open and close around the intersection pin joint 9 while maintaining an orientation facing in a direction along a pair of diagonals of the rectangular frame 2 of the panel unit 1. This allows the rectangular panel unit 1 as a whole to expand and contract in the vertical direction Y and the horizontal direction X.

(伸縮パネル)
図2(a1)は上記構成のパネルユニット1を平面方向に6枚連結して得られる1段6列構成の伸縮パネルを示す説明図である。伸縮パネル20において、パネルユニット配列方向である横方向Xにおいて、隣接配置される一対のパネルユニット1が連結されている。図2(a2)において拡大して示すように、一方のパネルユニット1をパネルユニット1A、他方をパネルユニット1Bとすると、パネルユニット1Aの後側の縦枠材4Bにおける矩形枠外周側の4つの第1ピン節点11のそれぞれと、当該縦枠材4Bに隣接する他方のパネルユニット1Bの前側の縦枠材4Aにおける4つの第2ピン節点12のそれぞれとが同軸に連結されて、4つの共通のユニット連結部ピン節点が形成されている。すなわち、横方向に隣接する一対のパネルユニット1A、1Bの間においては、一方のパネルユニット1Aの縦枠材4Bの外周縁側ピン節点である第1ピン節点11と、他方のパネルユニット1Bの縦枠材4Aの外周縁側ピン節点である第2ピン節点12とが、それぞれ相互に連結あるいは一体化されて共通のピン節点を形成している。
(stretchable panel)
Fig. 2(a1) is an explanatory diagram showing a telescopic panel 20 formed by connecting six panel units 1 of the above-described configuration in a planar direction. In the telescopic panel 20, a pair of adjacent panel units 1 are connected in the horizontal direction X, which is the panel unit arrangement direction. As shown in an enlarged view in Fig. 2(a2), if one panel unit 1 is panel unit 1A and the other is panel unit 1B, each of the four first pin nodes 11 on the rectangular frame outer periphery of the rear vertical frame member 4B of panel unit 1A is coaxially connected to each of the four second pin nodes 12 on the front vertical frame member 4A of the other panel unit 1B adjacent to the vertical frame member 4B, thereby forming four common unit connection pin nodes. In other words, between a pair of horizontally adjacent panel units 1A and 1B, the first pin node 11, which is the pin node on the outer edge of the vertical frame material 4B of one panel unit 1A, and the second pin node 12, which is the pin node on the outer edge of the vertical frame material 4A of the other panel unit 1B, are each connected or integrated with each other to form a common pin node.

また、縦枠材4A、4Bの上端においては、縦枠材4Bの第2リンク8の上端と、縦枠材4Aの第1リンク7の上端とが、共通のユニット連結部ピン節点14を介して連結されている。縦枠材4A、4Bの下端においても、縦枠材4Bの第1リンク7の下端と、縦枠材4Aの第2リンク8の下端とが、共通のユニット連結部ピン節点14を介して連結されている。 Furthermore, at the upper ends of the vertical frame members 4A and 4B, the upper end of the second link 8 of the vertical frame member 4B and the upper end of the first link 7 of the vertical frame member 4A are connected via a common unit connection pin joint 14. Furthermore, at the lower ends of the vertical frame members 4A and 4B, the lower end of the first link 7 of the vertical frame member 4B and the lower end of the second link 8 of the vertical frame member 4A are connected via a common unit connection pin joint 14.

同様にして、パネルユニット1を縦方向Yに一列に連結した構成の伸縮パネルを構成することができる。図示を省略するが、この場合には、縦方向Yに隣接配置される一対のパネルユニット1の間が次のようにユニット連結部ピン節点を介して連結される。上側のパネルユニット1の横枠材5Bにおける矩形枠外周側の4つの第1ピン節点11のそれぞれと、当該横枠材5Bの下側に隣接するパネルユニット1の上側の縦枠材5Aにおける矩形枠外周側の4つの第2ピン節点12のそれぞれとが、4つのユニット連結部ピン節点を規定するように連結される。また、横枠材5A、5Bの左端においては、横枠材5Bの第2リンク8の下端と、横枠材5Aの第1リンク7の上端とが同軸に連結されて、ユニット連結部ピン節点が形成される。横枠材5A、5Bの右端においても、上側の横枠材5Bの第1リンク7の下端と、下側の横枠材5Aの第2リンク8の上端とが同軸に連結されて、ユニット連結部ピン節点が形成される。 In a similar manner, an expandable panel can be constructed by connecting panel units 1 in a row in the vertical direction Y. Although not shown in the figures, in this case, a pair of adjacent panel units 1 in the vertical direction Y are connected via unit connection pin nodes as follows: Each of the four first pin nodes 11 on the outer periphery of the rectangular frame of the horizontal frame member 5B of the upper panel unit 1 is connected to each of the four second pin nodes 12 on the outer periphery of the rectangular frame of the upper vertical frame member 5A of the panel unit 1 adjacent to the lower side of that horizontal frame member 5B, thereby defining four unit connection pin nodes. Furthermore, at the left ends of the horizontal frame members 5A and 5B, the lower end of the second link 8 of the horizontal frame member 5B is coaxially connected to the upper end of the first link 7 of the horizontal frame member 5A, forming a unit connection pin node. At the right ends of the horizontal frame members 5A and 5B, the lower end of the first link 7 of the upper horizontal frame member 5B and the upper end of the second link 8 of the lower horizontal frame member 5A are coaxially connected to form a unit connection pin joint.

図2(b)には、縦横にパネルユニット1を連結して構成される伸縮パネルの一例を示す説明図である。この図に示す伸縮パネル30は、縦方向に2枚、横方向に6枚のパネルユニット1がそれぞれ連結された2段6列構成の伸縮パネルである。この構成の伸縮パネル30は、例えば、中規模程度の仮設橋を構築するための橋梁用構造材として用いられる。 Figure 2(b) is an explanatory diagram showing an example of a telescopic panel constructed by connecting panel units 1 vertically and horizontally. The telescopic panel 30 shown in this figure is a two-tiered, six-column telescopic panel, with two panel units 1 connected vertically and six connected horizontally. A telescopic panel 30 of this configuration is used, for example, as a bridge structural material for constructing a medium-sized temporary bridge.

(パネル型シザーズ橋)
図2(c)には、伸縮パネルを橋梁用構造材として用いて構築される中規模程度のパネル型シザーズ橋の一例を示す概念図である。この図に示すパネル型シザーズ橋40は、河川等の対岸に設置した橋台(図示せず)の間に架け渡される左右の橋桁が、図2(b)に示した伸縮パネル30を連結することによって構築されている。一定の間隔を開けて鉛直姿勢で平行に配置した左右の伸縮パネル30の間に、床版41が配置される。
(Panel-type scissors bridge)
Figure 2(c) is a conceptual diagram showing an example of a medium-sized panel-type scissors bridge constructed using expandable panels as bridge structural materials. The panel-type scissors bridge 40 shown in this figure is constructed by connecting the left and right bridge girders spanning between abutments (not shown) installed on opposite banks of a river or the like, using the expandable panels 30 shown in Figure 2(b). A deck slab 41 is placed between the left and right expandable panels 30, which are arranged parallel to each other in a vertical position with a certain distance between them.

災害後の初動対応で迅速に仮橋を架けるためには、現場における橋梁部材の搬入量や組立作業量をいかに減らすかが重要である。上記構成の伸縮パネル30(折畳式パネル)を用いると、予め組み上げた伸縮パネル30を被災現場で展開し、それを現場で幾つか組み合わせていくことで、少人数かつ簡単に仮橋を構築することが可能である。 In order to quickly erect temporary bridges during the initial response after a disaster, it is important to reduce the amount of bridge components transported and the amount of assembly work required at the site. By using the expandable panels 30 (foldable panels) configured as described above, pre-assembled expandable panels 30 can be deployed at the disaster site and several of them can be combined on-site, making it possible to easily construct a temporary bridge with a small number of people.

本例では、中規模程度の仮橋を実現するために、これまで梁構造物のように直線配置されたシザーズ構造を、トラス構造物のように上弦材・下弦材・斜材を意識した配置形態を採用し、これによって、パネル型シザーズ橋40を構成する各部材に生じる負荷をうまく分散させることで、長スパン化を可能としたことが特徴である。また、伸縮パネル30を構成するパネルユニット1を、多段シザーズ構造のパネルではなく、中抜きした矩形枠形状とすることで、伸縮パネル30を、多段シザーズ構造のパネルに比べて強度の低下を抑制しつつ軽量化を図っていることが特徴である。本例の伸縮パネル30を用いることで、これまで災害後に緊急復旧が難しいと考えられていた中規模橋梁への対応も見据えることができ、被災後の集落の孤立化や地域復興に向けた防災問題に貢献できることが期待される。 In this example, to create a medium-sized temporary bridge, the scissors structure, which has traditionally been arranged in a straight line like a beam structure, is replaced with a truss structure-like arrangement that takes into account the upper chord, lower chord, and diagonal members. This effectively distributes the load on each component of the panel-type scissors bridge 40, making it possible to achieve a longer span. Another feature is that the panel units 1 that make up the expandable panel 30 are hollowed-out rectangular frames rather than multi-stage scissors structure panels, thereby reducing the weight of the expandable panel 30 while minimizing the loss of strength compared to multi-stage scissors structure panels. The use of the expandable panel 30 in this example makes it possible to address medium-sized bridges, which have previously been considered difficult to restore in an emergency after a disaster, and is expected to contribute to addressing disaster prevention issues such as the isolation of settlements after a disaster and regional reconstruction.

(パネルユニット、伸縮パネルの改変例)
図3にはパネルユニット1の改変例を示してある。図3(a1)、(a2)には、斜材3A、3Bが備わっていない矩形枠2からなるパネルユニット1Aを示してある。図3(b1)、(b2)には、1本の斜材3がリンクと同一平面に配置されたパネルユニット1B(面内配置)を示し、図3(c1)、(c2)には、1本の斜材3がリンクとは同一平面に無いパネルユニット1C(面外配置)を示してある。図3(d1)、(d2)には、2本の斜材がリンクと同一平面に配置されたパネルユニット1D(面内配置)を示し、図3(e1)、(e2)には、2本の斜材がリンクとは同一平面に無いパネルユニット1E(面外配置)を示してある。伸縮パネルに必要とされる強度、重量制限などに応じて、これらのパネルユニットを選択して用いることができる。
(Examples of modified panel units and expandable panels)
Figure 3 shows a modified example of the panel unit 1. Figures 3(a1) and (a2) show a panel unit 1A consisting of a rectangular frame 2 without diagonal members 3A and 3B. Figures 3(b1) and (b2) show a panel unit 1B (in-plane arrangement) in which one diagonal member 3 is arranged in the same plane as the link, while Figures 3(c1) and (c2) show a panel unit 1C (out-of-plane arrangement) in which one diagonal member 3 is not in the same plane as the link. Figures 3(d1) and (d2) show a panel unit 1D (in-plane arrangement) in which two diagonal members are arranged in the same plane as the link, while Figures 3(e1) and (e2) show a panel unit 1E (out-of-plane arrangement) in which two diagonal members are not in the same plane as the link. These panel units can be selected and used depending on the strength and weight restrictions required for the telescopic panel.

図4(a)にはパネルユニットのさらに別の例を示してある。この図に示すパネルユニット1Aは、上記の矩形のパネルユニット1を2組連結した二連パネルユニットである。二連パネルユニット1Aは、前述の矩形のパネルユニット1を並べた場合における隣接する縦枠材4あるいは横枠材5が共通の1本の枠材となるように構成されている。図においては、縦枠材4を共通の縦枠材4Cとしてある。同様にして、三連パネルユニットなどの多連パネルユニットを構築することができる。 Figure 4(a) shows yet another example of a panel unit. The panel unit 1A shown in this figure is a double panel unit made by connecting two sets of the above-mentioned rectangular panel units 1. The double panel unit 1A is configured so that when the above-mentioned rectangular panel units 1 are lined up, adjacent vertical frame members 4 or horizontal frame members 5 form a single common frame member. In the figure, the vertical frame member 4 is shown as a common vertical frame member 4C. In a similar manner, multiple panel units such as a triple panel unit can be constructed.

また、多連パネルユニット1Aを基本ユニットとして、これを縦横に連結することで、伸縮パネルが構築される。例えば、図4(b)に示すように、二連パネルユニット1Aを横方向に3枚連結して、1段3列の伸縮パネル20Aが構築される。また、図4(c)に示すように、二連パネルユニット1Aを、縦方向に2枚、横方向に3枚連結して、2段3列の伸縮パネル30Aが構築される。 Extendable panels are constructed by connecting multiple panel units 1A vertically and horizontally as basic units. For example, as shown in Figure 4(b), three double-panel units 1A are connected horizontally to construct an extendable panel 20A with one row and three columns. Also, as shown in Figure 4(c), two double-panel units 1A are connected vertically and three horizontally to construct an extendable panel 30A with two rows and three columns.

[解析例]
本発明者等は、本発明のシザーズ構造の伸縮パネル(折り畳みパネル)および多段シザーズ構造のパネルについて耐荷力等についてFEM解析を行った。特に、多段シザーズ構造のパネルと比較して、矩形枠状のパネルユニットの耐荷力に及ぼす影響等について探った。以下に本発明者等が行った解析例を述べる。
[Analysis example]
The inventors conducted FEM analysis of the load-bearing capacity of the scissors-structured telescopic panel (folding panel) and the multi-stage scissors-structured panel of the present invention. In particular, they investigated the influence on the load-bearing capacity of the rectangular frame-shaped panel unit in comparison with the multi-stage scissors-structured panel. An example of the analysis conducted by the inventors is described below.

<解析1:伸縮パネルの耐荷力(二連パネルユニット1枚)>
(解析モデル)
解析対象を図5.1に示す。モデル1は、5段9列の多段シザーズ構造のパネルユニットであり、本発明による二連パネルユニットであるモデル2~6との比較のために用いた。すべてのモデルにおいて、長さは1800mm、高さは1000mmである。モデル2は200mm×200mmの単位シザーズを5組連結した構成の縦枠材、横枠材を備えた5段5列の正方形のパネルユニット2つを連結し、隣り合う縦枠材(鉛直材)を共有する形状とした。モデル3はモデル2の一対の角部のリンクを延長して繋げることで2本の斜材を追加した。モデル5も同様にして、X状に2本ずつ4本の斜材を追加した。また、モデル4、6はモデル3、5の斜材を面外に取り付け、モデル2を補強した構造である。
<Analysis 1: Load-bearing capacity of the expandable panel (one double panel unit)>
(Analysis model)
The analysis object is shown in Figure 5.1. Model 1 is a panel unit with a five-row, nine-column multi-scissor structure, used for comparison with Models 2 to 6, which are double-panel units according to the present invention. All models are 1,800 mm long and 1,000 mm high. Model 2 connects two square panel units with five rows and five columns, each with vertical and horizontal frames made up of five sets of 200 mm x 200 mm unit scissors, and shares adjacent vertical frames (vertical members). Model 3 adds two diagonal members by extending and connecting the links at a pair of corners of Model 2. Model 5 similarly adds four diagonal members, two each in an X-shape. Furthermore, Models 4 and 6 are structures in which the diagonal members of Models 3 and 5 are attached out of plane to reinforce Model 2.

部材(リンク)はすべて梁要素で作成した。部材交差部、部材連結部のヒンジ(ピン節点)のそれぞれにおいては、交差する両部材の変位が等しく、かつ、曲げモーメントが伝達されないように拘束条件を与えた。各モデルの質量、部材本数、ヒンジ数、節点数、要素数を、表1.1に示す。また、部材は、幅30mm、高さ70mm、板厚2mmの中空部材とした。この部材の断面積はA=384mm、断面二次モーメントはI=2.35×10mmとなる。
All members (links) were created using beam elements. At each of the member intersections and hinges (pin nodes) at the member connection points, constraints were imposed to ensure that the displacement of both intersecting members was equal and that bending moments were not transmitted. The mass, number of members, number of hinges, number of nodes, and number of elements for each model are shown in Table 1.1. The members were hollow members with a width of 30 mm, height of 70 mm, and thickness of 2 mm. The cross-sectional area of this member was A = 384 mm2 , and the second moment of area was I = 2.35 x 105 mm4 .

(材料特性)
部材の材料は、アルミニウム合金材A6063を想定した。ヤング係数E=62.5GPa、ポアソン比ν=0.31、密度ρ=2.71g/cmを用いた。材料非線形性を考慮し、図5.2に示すように、降伏応力σ=216.0MPaとしたバイリニア型の応力-ひずみ関係を与えた。
(Material properties)
The material used for the components was assumed to be aluminum alloy A6063, with Young's modulus E = 62.5 GPa, Poisson's ratio ν = 0.31, and density ρ = 2.71 g/cm 3. Taking into account the nonlinearity of the material, a bilinear stress-strain relationship was applied with a yield stress σ y = 216.0 MPa, as shown in Figure 5.2.

<境界条件>
図5.3に示すように、架橋後の下路式シザーズ橋を想定した境界条件を与えた。ここでは、面外方向への横倒れを防ぐために、全節点において面外方向の変位を拘束した。すべてのモデルは両端ピン支点状態とし、中央に活荷重が載荷した状態を想定してパネルユニット中央の下ヒンジには最大50kNの集中荷重を、交差した2点にそれぞれ載荷した。この荷重は、時間ステップ0.001sで、t=1.0sに合計100kNが与えられるように単調載荷した。
<Boundary conditions>
As shown in Figure 5.3, boundary conditions were applied assuming a through-type scissors bridge after construction. Here, out-of-plane displacement was restrained at all nodes to prevent lateral collapse in the out-of-plane direction. All models were in a pin-support state at both ends, and a concentrated load of up to 50 kN was applied to the lower hinge in the center of the panel unit at each of the two intersecting points, assuming a live load applied to the center. This load was applied monotonically with a time step of 0.001 s, so that a total of 100 kN was applied at t = 1.0 s.

(解析結果・考察)
解析終了時刻および終了時刻における荷重を表1.2に示す。モデル1はt=1.0sまで終了し、他モデルは荷重30kN前後で解析が中断した。斜材の無いモデル2のみ荷重が30kNに到達しなかったことから、斜材の有効性が認められる結果となった。
(Analysis results/discussion)
The end time of the analysis and the load at that time are shown in Table 1.2. Model 1 completed the analysis up to t = 1.0 s, while the analysis for the other models was interrupted at a load of around 30 kN. Only Model 2, which does not have diagonal members, did not reach a load of 30 kN, confirming the effectiveness of the diagonal members.

(荷重―変位曲線)
モデル1、2、3、5の載荷位置における荷重―変位曲線を作成した。すべてのモデルの荷重―変位曲線は弾性領域と非線形領域が明確であった。
部材の降伏状況に関して、表1.3に、部材降伏時の荷重と変位を示す。
形状ごとにモデル1を基準とした荷重の割合を計算すると、モデル2は43%、モデル3は51%、モデル5は68%であった。斜材の本数の増加によって降伏までの荷重が大きくなる傾向にあり、モデル1を除いて最も耐荷性能が良かったのはモデル5であった。
(Load-displacement curve)
Load-displacement curves were created at the loading positions of models 1, 2, 3, and 5. The load-displacement curves of all models clearly showed elastic and nonlinear regions.
Regarding the yielding condition of the members, Table 1.3 shows the load and displacement at the time of member yielding.
When calculating the percentage of load for each shape based on Model 1, it was 43% for Model 2, 51% for Model 3, and 68% for Model 5. The load to yield tends to increase as the number of diagonal members increases, and Model 5 had the best load-bearing performance, excluding Model 1.

一定の荷重での変位に注目すると、例えば、弾性域である荷重5.0kNでの変位は、小さいほうから順に、モデル1、6、5、4、3、2となる。これは剛性の大きい順でもあり、剛性と質量の関係を表すと、図5.4に示すようになる。これに関して、モデル3、5は、基準となるモデル1とモデル2を結んだ直線上に並び、比例関係がうかがえるが、斜材を面外に取り付けたモデル4、6は、直線上からそれぞれ8%、12%低下した。 Looking at the displacement under a constant load, for example, the displacement at a load of 5.0 kN, which is in the elastic range, is, in order from smallest to largest, Models 1, 6, 5, 4, 3, and 2. This is also the order of greatest rigidity, and the relationship between rigidity and mass is shown in Figure 5.4. In this regard, Models 3 and 5 are aligned on the line connecting the reference Models 1 and 2, suggesting a proportional relationship, but Models 4 and 6, which have diagonal members attached out-of-plane, are 8% and 12% lower, respectively, from the line.

(曲げモーメント・軸力)
表1.4に、各モデルについて、曲げモーメントおよび軸力の最大値を示す。また、図5.5に質量と最大曲げモーメント・軸力の関係を示す。
(bending moment/axial force)
Table 1.4 shows the maximum values of bending moment and axial force for each model, and Figure 5.5 shows the relationship between mass and maximum bending moment/axial force.

曲げモーメント、引張力、圧縮力のすべてにおいてモデル2が最大であった。
斜材有りのモデル3~6をモデル1と比較して検討する。
曲げモーメント、引張力ともに、モデル1に次いで値が小さかったのはモデル5であったが、曲げモーメントは68%、引張力は21%であり、それぞれ、モデル1より大きかった。
曲げモーメントに着目すると、モデル5のほか、モデル6も比較的値は小さいが、図5.5(a)に示す質量と最大曲げモーメントの関係から分かるように、モデル6は効率的に軽量化出来ていない。同様の観点から、比較的効率よく軽量化できたのはモデル3、5と分かる。
図5.5(b)、(c)に示す質量と最大・最小軸力の関係において、引張力の観点から見るとモデル5が、圧縮力の観点から見るとモデル3~6がそれぞれ効率的に軽量化できた。したがって、モデル1を除いて総合的に最も有利な形状はモデル5と言える。
Model 2 was the largest in all bending moments, tension forces, and compression forces.
Models 3 to 6 with diagonal members are compared with Model 1 for examination.
Model 5 had the next smallest values for both bending moment and tensile force after Model 1, but the bending moment was 68% and the tensile force was 21%, both of which were larger than Model 1.
Focusing on the bending moment, Model 5 and Model 6 also have relatively small values, but as can be seen from the relationship between mass and maximum bending moment shown in Figure 5.5(a), Model 6 has not been able to be made lighter efficiently. From a similar perspective, it can be seen that Models 3 and 5 were able to be made lighter relatively efficiently.
In the relationship between mass and maximum and minimum axial forces shown in Figures 5.5(b) and (c), model 5 was the most efficient at reducing weight in terms of tensile force, and models 3 to 6 were the most efficient at reducing weight in terms of compressive force. Therefore, excluding model 1, model 5 can be said to be the most advantageous shape overall.

<解析2:伸縮パネルの耐荷力(二連パネルユニット4枚)>
(解析モデル)
解析2では、解析1で定義した二連パネルユニット4枚を橋軸方向に連結し、その耐荷力を明らかにした。解析1のモデル1~6を4つ連結した長さ5400mm、高さ1000mmのモデル1´~6´を作成した。これらを、図6.1に示す。連結は、隣り合う節点すべてをヒンジ(ピン節点)として結合した。各モデルの質量、部材本数、ヒンジ数、節点数、要素数を、それぞれ表2.1に示す。
<Analysis 2: Load-bearing capacity of the expansion panel (four double panel units)>
(Analysis model)
In Analysis 2, four double panel units defined in Analysis 1 were connected in the bridge axis direction to clarify their load-bearing capacity. Models 1' to 6', each 5,400 mm long and 1,000 mm high, were created by connecting four of Models 1 to 6 from Analysis 1. These are shown in Figure 6.1. All adjacent nodes were connected using hinges (pin nodes). The mass, number of members, number of hinges, number of nodes, and number of elements for each model are shown in Table 2.1.

境界条件は、解析1の場合と同様に、すべてのモデルを両端ピン支点状態とし、中央に活荷重が載荷した状態を想定した。二連パネルユニットの2枚目と3枚目をつなぐ下ヒンジには最大10kNの集中荷重を、交差した2点にそれぞれ載荷した。この荷重は、時間ステップ0.001sで、t=1.0sに合計20kNが与えられるように単調載荷した。この様子を図6.2に示す。また、面外方向への横倒れを防止するため、面外方向の変位を拘束した。 As with Analysis 1, the boundary conditions assumed all models were pin-supported at both ends, with a live load applied at the center. A concentrated load of up to 10 kN was applied to the lower hinge connecting the second and third panels of the double-panel unit, at each of the two intersecting points. This load was applied monotonically with a time step of 0.001 s, so that a total of 20 kN was applied at t = 1.0 s. This is shown in Figure 6.2. In addition, to prevent lateral collapse in the out-of-plane direction, displacement in the out-of-plane direction was restrained.

(解析結果・考察)
解析終了時刻および終了時刻における荷重を表2.2に示す.モデル6´はt=1.0sまで終了し、他モデルは解析が中断した。斜材の本数、形状で比較すると、斜材が4本のモデルで終了時の荷重が比較的大きく、次いで斜材が2本のモデルが長く解析が行われた。
(Analysis results/discussion)
The end time of the analysis and the load at the end time are shown in Table 2.2. Model 6' completed up to t = 1.0 s, while the analysis of the other models was suspended. Comparing the number and shape of diagonal members, the load at the end was relatively large for the model with four diagonal members, followed by the model with two diagonal members, which underwent a longer analysis.

(荷重―変位曲線)
モデル1´、2´、3´、5´の載荷位置における荷重―変位曲線を作成した。
部材の降伏状況に関して、表2.3に部材降伏時の荷重と変位を示す。すべてのモデルが弾性域内で降伏し、その直後に非線形の挙動を開始した。それぞれの形状ごとに部材降伏時の荷重はほぼ同等であり、形状ごとにモデル1´を基準とした荷重の割合を計算すると、モデル2´は29%、モデル3´は34%、モデル5´は44%であった。この割合は二連パネルユニット1枚の場合と比べて劣る結果となった。
斜材の本数の増加によって降伏までの荷重が大きくなる傾向にあり、モデル1を除いて最も耐荷性能が良かったのはモデル5´であることは変化無かった。
(Load-displacement curve)
Load-displacement curves were created for the loading positions of models 1', 2', 3', and 5'.
Regarding the yielding status of the members, Table 2.3 shows the load and displacement at member yielding. All models yielded within the elastic region and immediately thereafter began to exhibit nonlinear behavior. The load at member yielding for each shape was almost the same, and when the load ratio for each shape was calculated based on Model 1', it was 29% for Model 2', 34% for Model 3', and 44% for Model 5'. These ratios were inferior to the case of a single double-panel unit.
As the number of diagonal members increases, the load until yielding tends to increase, and there was no change in the fact that Model 5' had the best load-bearing performance, except for Model 1.

一定の荷重での変位に注目する。例えば、すべてのモデルが弾性域である荷重5.0kNでの変位は、小さいほうから順に、モデル1´、6´、5´、4´、3´、2´となる。また、これは剛性の大きい順でもあり、剛性と質量の関係を表すと図6.3のようになる。補助線として、基準となるモデル1´、2´をつなぐ直線を追加した。質量と剛性の関係は二連パネルユニット1枚と同様の傾向であり、モデル4´、6´で、質量の大きさに対する剛性が小さい結果となった。 Focus on the displacement under a constant load. For example, the displacement at a load of 5.0 kN, where all models are in the elastic range, is, in order from smallest to largest, Models 1', 6', 5', 4', 3', and 2'. This is also the order of greatest rigidity, and the relationship between rigidity and mass is shown in Figure 6.3. As an auxiliary line, a straight line connecting the reference Models 1' and 2' has been added. The relationship between mass and rigidity shows the same trend as for a single double-panel unit, with Models 4' and 6' showing low rigidity relative to their mass.

(曲げモーメント・軸力)
曲げモーメントの最大値および軸力の最大・最小値を表2.4に示す。
(bending moment/axial force)
The maximum bending moment and the maximum and minimum axial force are shown in Table 2.4.

曲げモーメント、引張力でモデル2´が、圧縮力はモデル4´が最大であった。また、最小値はいずれもモデル1´であった。 Model 2' had the highest bending moment and tensile force, while Model 4' had the highest compressive force. Model 1' also had the lowest values in both cases.

斜材有りのモデル3´~6´をモデル1´と比較して検討する。
曲げモーメント、引張力、圧縮力においてモデル1´に次いで値が小さかったのはそれぞれモデル6´、5´の順であったが、曲げモーメントは130%、引張力は23%、圧縮力は151%それぞれモデル1´より大きかった。
曲げモーメントに着目すると、モデル6´のほか、モデル5´も比較的値は小さいが、図6.4(a)に示す質量と最大曲げモーメントの関係から分かるように、モデル6´は効率的に軽量化出来ていない。同様の観点から、比較的効率よく軽量化できたのはモデル3´、5´と分かる。これはパネル1枚の結果と同じである。
図6.4(b)、(c)に質量と最大引張力・圧縮力の関係を示す。引張力を見ると、どのモデルもよく軽量化できており、特にモデル5´は質量に対する引張力の減少幅が大きい結果であった。
しかし、圧縮力の観点からは、どのモデルもうまく軽量化できていないことが分かる。モデル3´、4´に至っては、斜材のないモデル2´よりも最大値が大きくなるという結果であった。
モデル1´を除き、全体として、優れているのはモデル5´という結果になった。本解析で検討した中ではモデル5´が最も適切な形状と言える。
Models 3' to 6' with diagonal members are compared with Model 1'.
Models 6' and 5' had the next smallest values for bending moment, tensile force, and compressive force after Model 1', but their bending moment was 130%, tensile force was 23%, and compressive force was 151% greater than Model 1'.
Focusing on the bending moment, Model 6' and Model 5' also have relatively small values, but as can be seen from the relationship between mass and maximum bending moment shown in Figure 6.4 (a), Model 6' has not been able to be made lighter efficiently. From the same perspective, it can be seen that Models 3' and 5' have been able to be made lighter relatively efficiently. This is the same as the result for a single panel.
Figures 6.4(b) and (c) show the relationship between mass and maximum tensile and compressive forces. Looking at tensile force, all models were successfully lightweighted, with model 5' in particular showing a large reduction in tensile force relative to mass.
However, from the viewpoint of compressive force, it can be seen that none of the models were successful in reducing weight. Models 3' and 4' even had larger maximum values than Model 2', which had no diagonal members.
With the exception of Model 1', Model 5' was found to be superior overall. Of the models considered in this analysis, Model 5' can be said to have the most appropriate shape.

1、1B、1C、1D、1E パネルユニット
1A 二連パネルユニット
2 矩形枠
3A、3B 斜材
4、4A、4B、4C 縦枠材
5、5A、5B 横枠材
6 単位シザーズ
7 第1リンク
7a 前端
7b 後端
8 第2リンク
8a 前端
8b 後端
9 交差部ピン節点
11 第1ピン節点
12 第2ピン節点
13 ピン節点
14 ユニット連結部ピン節点
20、20A、30、30A 伸縮パネル
40 パネル型シザーズ橋
41 床版
X 横方向
Y 縦方向

1, 1B, 1C, 1D, 1E Panel unit 1A Double panel unit 2 Rectangular frame 3A, 3B Diagonal members 4, 4A, 4B, 4C Vertical frame members 5, 5A, 5B Horizontal frame members 6 Unit scissors 7 First link 7a Front end 7b Rear end 8 Second link 8a Front end 8b Rear end 9 Intersection pin joint 11 First pin joint 12 Second pin joint 13 Pin joint 14 Unit connection pin joint 20, 20A, 30, 30A Telescopic panel 40 Panel-type scissors bridge 41 Deck X Horizontal direction Y Vertical direction

Claims (6)

縦方向および横方向に伸縮可能なシザーズ構造の矩形枠を備え、
前記矩形枠の四辺は、左右の縦枠材および上下の横枠材によって規定され、
前記縦枠材および前記横枠材のそれぞれは、一方向に直線状に配列された複数組の単位シザーズを備えており、
前記単位シザーズは、前記矩形枠の一対の対角線の方向に沿ってX状に交差配置された一対のリンクを備え、これらのリンクの交差部が相互に連結されて、交差部ピン節点を形成しており、
前記縦枠材および前記横枠材における隣接配置されている一対の前記単位シザーズの間においては、逆方向に傾斜する前記リンクの端が相互に連結されて、それぞれ矩形枠外周縁に沿って配列された外周縁側ピン節点および矩形枠内周縁に沿って配列された内周縁側ピン節点を形成しており、
前記矩形枠の四隅のそれぞれに位置する前記単位シザーズは、前記縦枠材の端に位置する前記単位シザーズと、前記横枠材の端に位置する前記単位シザーズとを兼用する共通の単位シザーズであるシザーズ構造のパネルユニット。
It has a rectangular frame with a scissors structure that can be stretched vertically and horizontally,
The four sides of the rectangular frame are defined by left and right vertical frame members and top and bottom horizontal frame members,
Each of the vertical frame members and the horizontal frame members includes a plurality of sets of unit scissors linearly arranged in one direction,
the unit scissors includes a pair of links arranged crossing in an X shape along a pair of diagonal lines of the rectangular frame, and intersections of these links are connected to each other to form intersection pin joints;
Between a pair of adjacently arranged unit scissors in the vertical frame member and the horizontal frame member, the ends of the links inclined in opposite directions are connected to each other to form outer peripheral edge side pin nodes arranged along the outer peripheral edge of the rectangular frame and inner peripheral edge side pin nodes arranged along the inner peripheral edge of the rectangular frame,
The unit scissors located at each of the four corners of the rectangular frame are common unit scissors that serve as both the unit scissors located at the ends of the vertical frame members and the unit scissors located at the ends of the horizontal frame members, in a panel unit with a scissors structure.
請求項1において、
前記横方向に連結された複数組の前記矩形枠を備えており、
隣接する前記矩形枠の間に位置する前記縦枠材が、一方の前記矩形枠の前記縦枠材と、他方の前記矩形枠の前記縦枠材とを兼用する共通の縦枠材となるように、前記矩形枠が相互に連結されているシザーズ構造のパネルユニット。
In claim 1,
The rectangular frame is provided with a plurality of sets connected in the horizontal direction,
A panel unit with a scissors structure in which the rectangular frames are interconnected so that the vertical frame material located between adjacent rectangular frames becomes a common vertical frame material that serves as both the vertical frame material of one of the rectangular frames and the vertical frame material of the other rectangular frame.
請求項1または2において、更に、
前記矩形枠に取り付けた斜材を備えており、
前記斜材は、前記矩形枠の少なくとも一方の対角線の方向の両端に位置する一対の前記単位シザーズにおける前記対角線の方向に延びる前記リンクの間に架け渡されているシザーズ構造のパネルユニット。
In claim 1 or 2, further comprising:
A diagonal member is attached to the rectangular frame,
The diagonal member is a panel unit having a scissors structure that is spanned between the links extending in the diagonal direction of a pair of unit scissors located at both ends of at least one diagonal direction of the rectangular frame.
請求項3において、
前記斜材は、当該斜材が架け渡されている前記単位シザーズの前記リンクと同一平面上に位置している
シザーズ構造のパネルユニット。
In claim 3,
The diagonal member is a panel unit of a scissors structure that is located on the same plane as the link of the unit scissors across which the diagonal member is spanned.
m、nを1以上の正の整数とすると、
m段、n列となるように平面方向に連結したm×n組のパネルユニットを備え、
前記パネルユニットは、請求項1ないし4のうちのいずれか一つの項に記載のシザーズ構造のパネルユニットであり、
隣接する一対の前記パネルユニットの間においては、一方の前記パネルユニットの側の前記外周縁側ピン節点と、他方の前記パネルユニットの側の前記外周縁側ピン節点とが、それぞれ相互に連結あるいは一体化されて共通のピン節点を形成しているシザーズ構造の伸縮パネル。
Let m and n be positive integers of 1 or more.
The panel unit has m×n sets of panel units connected in a plane direction to form m rows and n columns,
The panel unit is a panel unit having a scissors structure according to any one of claims 1 to 4,
Between a pair of adjacent panel units, the outer edge side pin node on one panel unit and the outer edge side pin node on the other panel unit are connected or integrated with each other to form a common pin node, in an expandable panel with a scissors structure.
橋梁用構造材として請求項5に記載の伸縮パネルが配置されていることを特徴とするパネル型シザーズ橋。 A panel-type scissors bridge, characterized in that the expandable panel described in claim 5 is arranged as a bridge structural material.
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