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プレキャストコンクリートとは何ですか?製造、タイプ、および昇降システムのガイド

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プレキャストコンクリートとは

プレキャスト コンクリートは、設置のために現場に輸送される前に、制御された工場環境で型に注入され硬化されるコンクリートです。建設現場で型枠に直接注入され、風雨にさらされながら硬化する現場打ちコンクリートとは異なり、プレキャスト要素はすでに硬化した状態で到着し、クレーンで所定の位置に設置する準備ができています。順序におけるこの 1 つの違いにより、部品の補強方法、仕上げ方法、さらに重要なことに、ひび割れや欠けを発生させずにどのように持ち上げ、回転し、設置するかなど、下流のほぼすべてのことが変わります。

この概念は新しいものではありません。建設業者は 20 世紀初頭以来、工場で製造されたコンクリート部​​品を使用してきましたが、蒸気養生と標準化された鋼製型によって一貫した形状を大規模に製造できるようになると、この方法が主流になりました。現在、プレキャスト コンクリートは、建設スケジュールを短縮できるという主な理由から、住宅、商業、産業、インフラ建設のあらゆる分野で使用されています。現場で成形、注入、硬化するのに数日かかる壁パネル、梁、アーチ型天井が、配送トレーラーから降ろされてから数時間以内に、すぐに設置できる状態で到着することができます。

硬化は安定した温度と湿度の条件下で現場外で行われるため、プレキャスト コンクリートは通常、現場注入コンクリートよりも安定した圧縮強度に達します。植物は日常的に次の範囲の強みをターゲットとしています。 5,000 ~ 8,000 psi 標準的な現場鋳造スラブの一般的な 3,000 ~ 4,000 psi と比較して、構造要素の場合は 3,000 ~ 4,000 psi です。すべてのプレキャスト部品は現場打ち要素では決して経験しないような取り扱い応力に耐えなければならないため、この追加の強度マージンは吊り上げに直接重要です。

プレキャスト コンクリート要素の製造方法

ほとんどのプレキャスト製品は、製品が壁パネル、梁、ユーティリティ ボールトであっても、反復可能なシーケンスに従います。この順序を理解すると、吊り金具を後で追加するのではなく、コンクリートを流し込む前に計画する必要がある理由がわかります。

  1. 金型の準備(洗浄、離型剤の塗布、パネル形状に合わせたサイドフォームの設定など)
  2. 鉄筋または溶接ワイヤメッシュが埋め込まれた吊り上げアンカーおよび面取りストリップとともに配置される補強の配置
  3. 振動を使用してコンクリートの配置と固めを行い、空隙を除去し、埋め込まれたハードウェアの周囲に高密度で均一な被覆を実現します。
  4. 硬化は蒸気や輻射熱によって促進されることが多く、同日または翌日に型から剥がすことが可能になります。
  5. プレキャスト コンクリートの吊り上げシステムが実際に稼働する最初の段階である、脱型と初期吊り上げ
  6. 現場に輸送する前の仕上げ、品質検査、ヤード保管
  7. 積み込み、輸送、最終組立てを恒久的な位置に持ち上げる

脱型ステップは、プロセス全体の中で最もリスクが高い瞬間です。この段階のコンクリートは、通常、28 日間の設計強度の一部にしか達しておらず、場合によっては 28 日程度の強度に達することもあります。 60~70パーセント これは、埋め込まれたリフティングアンカーが、まだ最大の引張能力を発揮しているマトリックスに対して荷重を負荷していることを意味します。これは、工場が設計強度とは別にストリップ強度を追跡し、最初の吊り上げを試みる前に、シリンダーブレイクまたは成熟度センサーを使用してコンクリートがアンカータイプに指定された最小値に達していることを確認する理由でもあります。

硬化方法とそのリフトタイミングへの影響

蒸気養生は最も一般的な促進方法であり、内部温度を上昇させて水和反応を促進し、多くのプラントで 12 ~ 18 時間以内に型抜きが可能になります。輻射熱硬化ベッドと断熱ブランケットは、蒸気の直接曝露に耐えられない要素に対しても同様の効果をもたらします。硬化方法が初期強度の増加にどのような影響を与えるかを正確に理解している生産者は、より厳しいマージンで吊り上げ作業をスケジュールできるため、リフトの安全性を損なうことなく毎日の生産スループットが向上します。

リフティングパフォーマンスに影響を与える設計上の考慮事項を組み合わせる

コンクリート混合物自体は、処理中の製品の性能に直接的な役割を果たします。いくつかの混合設計の選択は、初期の強度の向上、ひいては部品をどれくらい早く、どれだけ安全に持ち上げられるかに影響します。

  • 水とセメントの比率。通常、比率が低いほど初期の強度発現が速くなります。
  • セメントタイプ。一部の配合物はプレキャスト作業での急速な強度向上のために特別に設計されているため
  • 最初のリフトまでの時間を短縮する加速器などの混和剤
  • 骨材のサイズと勾配は、埋め込まれた吊り上げ金具の周囲でコンクリートがどの程度うまく固結するかに影響します。

たとえバッチ全体の圧縮強度が紙上では許容範囲内に見えたとしても、埋め込まれたアンカーの周囲で混合物がうまく固結しないと空隙が残り、有効結合面積が減少します。これが、経験豊富な生産者が特にリフティングインサートの周囲のゾーンにおける振動技術に細心の注意を払う理由の 1 つです。

プレキャストコンクリート製品の一般的な種類

プレキャスト コンクリートは非常に幅広い製品範囲をカバーしており、吊り上げ要件は形状、重量配分、最終用途によって大きく異なります。

  • 建築用壁パネルおよびファサード被覆材
  • 構造梁、柱、ダブルティー
  • 床および屋根用の中空スラブ
  • ボックスカルバート、共同溝、マンホール
  • バリア、防音壁、擁壁パネル
  • 橋桁とセグメント橋要素
  • プレキャスト階段、踊り場、および駐車場構造コンポーネント

薄い建築用パネルは、クレーンのフックの下では頑丈なユーティリティ ボールトとは大きく異なる動作をします。平らで幅の広いパネルは、持ち上げる箇所が少なすぎると曲がったり、端に亀裂が入ったりする傾向があります。一方、ボールトのようなコンパクトで重い部品は、形状的には寛容ですが、単に質量があるため、より高い定格のハードウェアが必要です。

一般的な重量の範囲は製品タイプによって異なります。実際の数値は寸法と混合密度によって異なります。
製品タイプ 一般的な重量範囲 一般的なリフトポイント数
建築用壁パネル 2~15トン 4~8点
構造ダブルティー 10~40トン 4点
ユーティリティ金庫またはマンホール 3~20トン 2~4点
橋桁セグメント 20~80トン 2~6点

プレキャストコンクリートと場所打ちコンクリートの比較

一般的な業界慣行に基づく一般的な比較。実際の数値はプロジェクトやミックスデザインによって異なります。
要因 プレキャストコンクリート 場所打ちコンクリート
硬化環境 制御されたプラント条件 現場の天候にさらされる
強度の一貫性 高く、厳密に制御されている 天候や組み合わせにより変動
インストール速度 迅速、現場でクレーン設置 硬化時間に応じて遅い
取り扱い要件 専用の昇降システムが必要です 設置後の持ち上げなし
現場の労働需要 下部、主に建設作業員 より高い、型枠および仕上げ作業員

プレキャストコンクリートの利点と限界

利点

  • 再現可能なプラント条件と品質チェックにより一貫した品質を実現
  • 要素をその場で形成および硬化するのではなく設置するため、現場でのスケジュールが短縮されます。
  • 現場での注入と比較して、天候に関連した遅延が減少
  • 建築の仕上げと形状の再現可能な金型による設計の柔軟性

制限事項

  • 道路やクレーンのアクセスに応じた要素のサイズと重量の輸送制限
  • あらゆる取り扱い段階での正確な吊り上げと艤装計画に依存
  • プレキャスト要素間の接続の詳細には、現場キャストのパフォーマンスに合わせて慎重なエンジニアリングが必要です

なぜ信頼できるのか プレキャストコンクリート用昇降システム 問題

プレキャスト要素は鋳造され、硬化されてから移動されるだけであるため、最終位置に到達するまでに、すべての部品を少なくとも 1 回、多くの場合は数回、持ち上げ、回転、輸送、設置する必要があります。専用の プレキャストコンクリート用昇降システム は、コンクリートを損傷したり作業員を危険にさらしたりすることなく、これらの繰り返しの動きに対処できるように特別に設計された埋め込みアンカー、吊り金具、索具付属品のコレクションです。

他の業界から借用した一般的なリギングは、容認できる代替品ではありません。コンクリートは圧縮には強いですが引張には弱いため、コンクリートの埋め込み用に設計されていない吊り上げポイントは、荷重によって抜けたり、周囲の母材に亀裂が入ったり、ずれたりする可能性があります。適切に指定された吊り上げシステムは、アンカーを介して周囲の鉄筋に力を分散させます。これが、単独では張力に弱い材料にクレーンの荷重を安全に伝達する唯一の方法です。

鋳造後のプレキャスト要素の寿命のあらゆる段階は、このハードウェアが正しく機能するかどうかにかかっています。つまり、金型からの最初の剥離、保管ヤードへの移送、トレーラーへの積み込み、作業現場での荷降ろし、そして恒久的な位置への最終組立リフトです。これらの段階のいずれかで障害が発生すると、要素が修復不可能なほど損傷する可能性があるため、昇降システムは小さな付属品ではなく、要素の構造設計の中核部分となります。

プレキャストコンクリートの吊り上げシステムの種類

あらゆるプレキャスト形状に適合する単一の吊り上げソリューションはありません。メーカーは通常、パネルの厚さ、重量、リフト時の方向に基づいて、実績のあるハードウェア ファミリの少数のセットから選択します。

ネジ付きリフティングインサート

ねじ付きインサートはコンクリートに直接鋳造され、型から外した後に適合するリフティング アイまたはスイベル ホイスト リングを受け入れる雌ねじを提供します。これらは、きれいな仕上げ面を得るために同一平面の凹んだ接続点が好まれる建築パネルやスラブに広く使用されています。

コイルリフティングループとフェルールシステム

コイル ループまたはリフティング ロッドと組み合わせたフェルール インサートは、より重い構造要素に対する最も一般的なアプローチの 1 つです。フェルールは鋳造中に埋め込まれ、ネジ付きロッドまたはループがリフト用にねじ込まれ、ピースがセットされたら取り外されます。このシステムにより、アンカーを同様の要素の多くのリフトで再利用できます。

リセスフォーマーと球面ヘッドアンカー

リセスフォーマーは、コンクリート表面に成形されたポケットを作成し、球形またはクラッチタイプのアンカーヘッドが面一に配置され、斜めから係合できるようにします。これは、建設中に水平から垂直に回転する必要があるチルトアップパネルにとって重要です。

エッジおよびストランドリフティングシステム

アンカーを深く埋め込む余地のない薄いパネルや要素の場合、個別の鋳込み点に依存するのではなく、エッジ クランプまたはストランド ループ システムがパネルのエッジまたは補強材のループ状ストランドをグリップします。これらは、厚さが限られた外装パネルでよく見られます。

スイフトリフトとクラッチ式アンカー

クラッチ スタイル アンカーは、コンクリートに埋め込まれた成形されたヘッドを使用し、リギング側の機械式クラッチと噛み合います。クラッチ機構は、負荷がかかるとアンカーヘッドの周りでロックし、ピースがセットされると簡単な機械的動作で解除され、大量生産ラインでの作業員の回転速度を高めます。

強化鋼で形成されたリフティングループ

一部の要素では、鉄筋のループが曲げられ、コンクリート表面から突き出るように埋め込まれており、別個に製造されたインサートを使用せずに一体のリフティングポイントとして機能します。このアプローチは、ループの強度を最大限に高めるために、正しい曲げ半径と埋め込み深さに大きく依存します。

吊り上げアンカー耐力の計算方法

正しいアンカー サイズの選択は、四捨五入された推定値ではなく、正確な重量の計算から始まります。エンジニアは通常、次の順序で作業を行います。

  1. 要素の総体積を計算し、コンクリート密度を掛けます。通常、通常の重量のコンクリートの場合、立方フィートあたり約 150 ポンドです。
  2. 完全に硬化する前にピースを持ち上げる場合は、埋め込まれたスチール、ハードウェア、および生コンクリートの追加料金の許容値を追加します。
  3. 作品の重心に基づいてリフトポイントの数と配置を決定します。
  4. クレーンのリフトが完全にスムーズになることはほとんどなく、ピックアップ中の衝撃荷重によって静的重量を超える瞬間的な応力が加わるため、動的荷重係数を適用します。
  5. 結果として得られるアンカーあたりの荷重を必要な安全係数で割って、必要なアンカー定格を確認します。

単純化した例として、理想的な対称荷重下で 4 点から吊り上げられた 10 トンのパネルは、角度や動的調整を行う前にアンカーあたり約 2.5 トンの荷重を支えます。一般的な動的係数と不均一な荷重分散許容値が適用されると、アンカーあたりの有効設計荷重は通常 3 ~ 3.5 トンに増加します。これは、単純な数学的平均ではなく、アンカー耐力を選択するために実際に使用される数値です。

プレキャスト吊り上げにおける耐荷重と安全余裕

プレキャスト コンクリートの吊り上げシステムのすべてのコンポーネントには定格使用荷重制限があり、その定格には吊り上げられるピースの実際の重量を超える安全率を常に組み合わせる必要があります。業界の慣例では、一般に最小設計安全率が適用されます。 4対1 アンカーの極限破断強度に加えて、チルトアップ回転やクレーンピック時の風にさらされるなどの動的な吊り上げ条件により、エンジニアはより高いマージンを求められることがよくあります。

リフティング ポイントの必要な容量を決定する最も一般的な要素は次の 3 つです。

  • プレキャスト要素の総重量。体積とコンクリート密度から計算されます。
  • リフトポイントの数と形状。間隔が不均一であると、より多くの荷重がより少ないアンカーに移動します。
  • スリングまたはリギングの角度。角度が浅いと各アンカーが受ける張力が倍増するため

風は、大型のフラット パネルでは過小評価されがちな要因です。幅の広い壁パネルは、地面から持ち上げられると帆のように機能し、適度な風でも横揺れを引き起こし、索具に予期せぬ負荷を加える可能性があります。屋外の庭や高層現場で作業する生産者は、特にこのパネルセール効果のために、風速制限を一般的なクレーンの動作制限よりも大幅に低く設定することがよくあります。

リギング構成とスリング角度

プレキャストの取り扱いでよくある見落としは、スリングの角度によってリギングの各脚にかかる荷重がどのように変化するかを無視することです。水平からの角度が減少するにつれて、各スリング脚の張力は急激に増加します。

垂直揚力に対するスリング脚ごとのおおよその張力乗数。一般的な参考値としてのみ使用してください。
水平からのスリング角度 おおよその張力乗数
90度、まっすぐ垂直 1.0倍
60度 約1.15倍
45度 約1.4倍
30度 約2.0倍

スプレッダー ビームは、パネルの形状によりリギング角度が浅くなる場合の標準ソリューションです。パネルの上で荷物を水平に運び、垂直スリングを各アンカー ポイントまで落とすことにより、スプレッダー ビームはパネル幅に関係なく有効角度を 90 度近くに保ち、広角スリング構成が生み出す急峻な乗数を回避します。

一般的にプレキャストアンカーと組み合わせられるリフティングアクセサリ

埋め込まれたアンカーはシステムの半分にすぎません。完全な吊り上げセットアップでは、鋳造ハードウェアと、それをクレーンに接続する表面上のアクセサリを組み合わせます。

  • スイベルリフティングアイとインサートにねじ込むホイストリング
  • 幅広パネルのスリング角度ストレスを軽減するスプレッダービーム
  • アンカーの作業荷重に適合する定格のシャックルとクラッチ
  • 最初のリフト後にチルトアップ パネルを直立に保持するために使用されるエレクション ブレース
  • 鋳造中にきれいで正確なアンカー ポケットを作成するのに役立つ磁気型枠アクセサリ
  • パネルの鉛直調整時にブレースの張力を微調整するために使用されるターンバックル
  • 特定のアンカーと荷重の構成に合わせてサイズを調整したワイヤ ロープとチェーン スリング

アクセサリは、互換性を確認せずに異なるサプライヤーからの製品を混合するのではなく、常にシステムとして適合させる必要があります。 1 つのアンカーねじピッチで定格されたホイスト リングが、別のメーカーのインサートに正しく装着されない可能性があり、視覚的に許容できるように見える不一致でも、完全な定格強度を発現できない可能性があります。

プレキャストリフティングシステムを選択するためのベストプラクティス

適切なハードウェアの選択は計画上の決定であり、型から外す時点で後から考えるものではありません。

アンカーの評価を四捨五入した推定値ではなく、実際の重量に一致させます

補強材、埋め込み材、仕上げコーティングを考慮せずに公称寸法から重量を計算すると、実際の荷重が意味のあるマージン分だけ小さくなる可能性があります。

重心に基づいてリフトポイントを配置する

計算された重心の周囲に対称的な間隔を置くことで、リフト中にピースが水平に保たれ、1 つのアンカーが定格シェアを超えて静かに吸収されるのを防ぎます。

吊り上げ時のコンクリート強度の確認

アンカーの引き抜き抵抗は周囲のコンクリートに依存するため、混合物がそのアンカー タイプに指定された強度に達する前に吊り上げることは、最も防止できる破損の原因の 1 つです。

可能な限り製品ライン全体でハードウェアを標準化する

同様の製品ライン全体で一貫したインサート、フェルール、リセスフォーマーのファミリーを使用することで、作業員のトレーニングが簡素化され、現場での不一致や互換性のないリギングの可能性が減少します。

フラット方向とチルトアップ方向の両方を計画する

平らに鋳造されているが垂直に組み立てられたパネルは、チルトアップ回転中に、立っているときとはまったく異なる荷重経路を受けるため、吊り上げシステムは、最終的な位置だけでなく、両方の方向について検証する必要があります。

繰り返しの生産実行のためのドキュメントリフト計画

各製品設計のアンカーのタイプ、数、間隔、定格容量を記録すると、バッチごとに艤装の詳細をその場で再決定するのではなく、作業員が一貫して従うことができる参照が作成されます。

プレキャスト吊り上げの安全性を損なうよくある間違い

  • ねじの磨耗や変形を確認せずに、検査寿命を過ぎたアンカーやホイストリングを再利用する
  • 適切なサイズが現場で入手できなかったため、より低い定格のシャックルまたはクラッチを代替する
  • 長くて柔軟なパネルを 2 点だけで持ち上げると、曲げによる亀裂が発生します。
  • リフティングアイにねじ込む際にメーカーのトルクと噛み合いの仕様を無視する
  • パネル設計の厚さを変更したり、開口部を追加したりするときにリギングを再評価できない
  • まっすぐな軸方向の引っ張り専用に設計されたアンカーに側面荷重を加えることができます。
  • 完全な生産量にコミットする前に、新しいパネル設計のトライアルリフトをスキップする

最初のリフト後の現場の取り扱いと保管に関する考慮事項

プレキャスト要素が金型から出た後も、それをどのように保管および輸送するかは、製造中に使用されるのと同じ持ち上げポイントに依存します。要素は通常、庭のダンネージに積み上げられます。保管中の支持点の間隔は、その方向で部品が耐えることを意図していなかった新たな曲げ応力の導入を避けるために、元の設計の想定と一致する必要があります。

輸送中、固定ポイントと吊り上げポイントが分離される場合があり、この 2 つを混同すると損傷の原因となることがよくあります。吊り上げアンカーは垂直またはほぼ垂直に引っ張られるように設計されていますが、輸送用タイダウンは道路の振動やブレーキによって異なる方向の力を受けます。荷重方向の定格を確認せずにリフティングインサートをタイダウンアンカーとして使用すると、クレーンリフト自体とは関係のない故障につながる可能性があります。

昇降金具の保守点検

ホイストリング、シャックル、スプレッダービームなどの再利用可能なリフティングアクセサリは、定格容量がハードウェアが良好な状態であることを前提としているため、定期的な検査ルーチンが必要です。

  • ホイストリングとスイベルアイのネジ山に摩耗、変形、または交差ネジの損傷がないか確認してください。
  • シャックルピンと本体に曲がり、亀裂、腐食がないか検査します。
  • 毎回使用する前に、スプレッダービームの溶接部と構造部材に目に見える損傷がないか確認してください。
  • 変形の兆候が見られるコンポーネントは現場で修理するのではなく、廃棄してください。

埋め込まれたアンカーは、周囲にコンクリートが固まると検査できません。だからこそ、正しい設置と打設時の一貫した品質管理が非常に重要です。打設中に埋め込みがずれたり、傾いたり、周囲の鉄筋と完全に噛み合っていない場合は、後からいくら表面検査を行っても発見できない隠れた弱点となります。

プレキャストリフティングテクノロジーが向かう先

今日、生産者がリフティング システム設計にどのようにアプローチするかを形成する 2 つのトレンドが形成されています。 1 つ目は、パネル タイプごとに 1 回限りのカスタム ハードウェアを使用するのではなく、複数の製品ラインに対応できる再利用可能なモジュラー アンカー ファミリへの移行です。これにより、在庫とトレーニングのオーバーヘッドの両方が削減されます。 2 つ目は、正確なリセスフォーマーと一貫した埋め込み位置により、現場でのリギングエラーが直接減少するため、型枠の設計とリフティングアンカーの配置を緊密に調整することです。

昇降システムの選択を個別の調達作業ではなく、構造設計プロセスの一部として扱う生産者は、一貫して、取り扱い上の欠陥が少なく、現場での設置スケジュールがよりスムーズであると報告しています。プレキャストの採用が高層ビルやより長い橋梁に拡大し続けるにつれて、より高容量でより正確に設計された吊り金具の需要もそれに伴って成長すると予想されます。

よくある質問

プレキャストコンクリートは何に使われますか?

これは、梁、柱、床スラブなどの構造要素に加え、工場で管理された品質と現場での迅速な設置のメリットを享受できる建築用パネル、バリア、ユーティリティ アーチ型天井、橋梁コンポーネントにも使用されます。

プレキャストコンクリートはなぜ標準の吊りフックを使用できないのですか?

標準的なフックや即席の索具は、局所的な亀裂や引き抜きを引き起こすことなくコンクリートに荷重を伝達するように設計されていないため、アンカーが埋め込まれたプレキャスト コンクリート専用の吊り上げシステムが必要です。

プレキャスト パネルの正しいアンカー サイズはどのように決定されますか?

アンカーのサイズは、計算されたピースの重量、リフト ポイントの数、リギング角度、および必要な安全率 (通常は最低使用荷重の 4 倍) に基づいて決定されます。

リフティングアンカーは複数のプロジェクトで再利用できますか?

フェルールやコイル ループ ハードウェアなどの再利用可能なシステムは、持ち上げる前に各コンポーネントの摩耗、腐食、変形が検査されていれば、繰り返し使用できるように設計されています。

プレキャスト要素の解除が早すぎるとどうなりますか?

コンクリートがそのタイプのアンカーに必要な強度に達する前に吊り上げを行うと、周囲のマトリックスが十分な接着強度を発現していないため、アンカーが抜けたり、埋め込み周囲の表面が剥離したりするリスクが高まります。

パネルの厚さは昇降システムの選択に影響しますか?

はい、薄いパネルではアンカーを深く埋め込むのに十分な深さが無いため、多くの場合エッジ クランプまたはストランド ループ システムに依存しますが、厚い構造要素では通常フェルールまたはねじ付きインサート システムが使用されます。

プレキャストリフト中にスリング角度がそれほど重要なのはなぜですか?

水平からのスリング角度が減少するにつれて、各索具脚にかかる張力は大幅に増加します。つまり、浅い角度で吊り上げられた幅広のパネルは、まっすぐな垂直牽引には完全に適切なアンカーに過負荷をかける可能性があります。

同じ吊り上げポイントを保管、輸送、組み立てに使用できますか?

いつもではありません。リフティングアンカーは垂直方向に引っ張られるように設計されていますが、輸送用タイダウンは異なる力の方向を受けるため、各機能を組み合わせる前に、ハードウェアの特定の定格使用法に照らしてチェックする必要があります。

コンクリート配合設計は吊り上げの安全性においてどのような役割を果たしますか?

水とセメントの比率、セメントの種類、混和剤はすべて、型から外した後の最初の吊り上げ時に埋め込まれたアンカーを安全に支持するために必要な初期強度をコンクリートがどの程度早く獲得するかに影響します。

再利用可能なリギングアクセサリはどのくらいの頻度で検査する必要がありますか?

ホイストリング、シャックル、スプレッダービームなどの再利用可能なハードウェアは、使用前に毎回目視検査し、定期的なスケジュールでより徹底的な検査を受け、変形または摩耗したコンポーネントは修理せずに廃棄する必要があります。