JP2014222009A - プレストレストコンクリート部材の製造方法及びコンクリート部材 - Google Patents

Abstract

【課題】部材外部の定着具およびその補強のための配筋や、緊張材に張力を入れる大規模な装置を不要とし、かつ、緊張材の緊張力解除の作業回数をより減らすこと。【解決手段】緊張材を挿通したシース管が埋設されたコンクリート部材にプレストレスを導入するプレストレストコンクリート部材の製造方法であり、緊張材は一端部が部材外部に延出され、他端部が部材内でシース管外に延出してコンクリートに直接埋設される部分を含み、前記製造方法は緊張材の一端部を引っ張ることで緊張材を緊張させる緊張工程と、シース管内に充填材を充填する充填工程と、充填材の強度が発現した後、緊張材の緊張を解放する解放工程と、を含む。【選択図】図２

Description

本発明はプレストレストコンクリート構造に関する。

プレストレストコンクリート構造は、大スパン・大空間を実現する有用な構造形式として土木および建築分野で広く普及している。その代表的プレストレシング方式とし、ポストテンション方式とプレテンション方式とが知られている。ポストテンション方式では、例えば、シース管が埋設されたコンクリート部材でシース管内に緊張材を配して緊張作業を行う。また、プレテンション方式では、例えば、工場で緊張材そのものに予め張力を与え、その緊張材を埋設した状態でプレキャスト部材（ＰＣａ部材）のコンクリート打設およびその強度発現を待って、緊張材の張力を解除することによって部材に緊張力を導入する。

両方式の短所を挙げると、ポストテンション方式の場合、部材外部又は部材端部近傍に緊張材の定着具が必要となると共にその周りの補強も必要となる点、緊張作業を工事現場で行う場合が多い点、緊張材が挿入されたシース管内に緊張材の防錆を目的としたグラウト作業を行う点等、工事における職種が増え品質管理も含めて煩雑になる。一方、プレテンション方式は、緊張材に張力を与える大規模な装置を有する工場が必要となるため、同装置を持たない工場では製造できず、同方式のＰＣａ部材を適用できる工事地域の地理的制約を受け易い。

この両方式の短所を解決する方法として、特許文献１記載のプレストレシング方式が提案されている。このプレストレシング方式は、緊張力導入は、ポストテンション方式と同じであるが、張力導入後、シース管内のグラウト材と緊張材の付着作用により定着するため、一般的なプレテンション方式と同様に部材外部の定着具等やその補強のための配筋が不要となる。また、一般的なプレテンション方式と異なり、シース管内のグラウト作業という手間が増えるが、緊張材に張力を入れる大規模な装置が不要となり、同装置を持たない工場でも製作が可能となる。また、工事現場の敷地に余裕がある場合には現場サイトでも製造でき、その場合にはＰＣａ部材の運送費を節約できる。一般的なプレテンション方式では、緊張装置によって緊張材の張力を解除することによって、ＰＣａ部材に緊張力が導入され、その時、ＰＣａ部材には緊張力による弾性縮みを生じ、その分の緊張力が低下する（通常、導入緊張力の２割程度ロス）。しかし、特許文献１の方式では、緊張力導入はポストテンション方式と同じため、導入過程でＰＣａ部材が縮み、部材の弾性縮みによる緊張力ロスがなくなる。したがって、緊張効率が一般的なプレテンション方式に比べて向上するメリットがあり、緊張材の量をその分減らすことが可能となる（棒鋼では鋼材径を１ランク下げられる）。

特開２０１１−１８４８７１号公報

このように特許文献１の方式はＰＣ構造の適用にあたって、その可能性を拡げる一つの技術があるが、次の点で改良の余地がある。

一般的なプレテンション方式では、通常、緊張材の１回の緊張力解除によって複数のＰＣａ部材にプレストレスの導入が可能となるが、特許文献１の方式は１つのＰＣａ部材に対して２回の緊張力解除作業が必要とされる。したがって、プレキャスト・プレストレストコンクリート部材（ＰＣａＰＣ部材）を多量に製造する場合には、製造工程が一般的なプレテンション方式に比べて長くなる。

本発明の目的は、部材外部の定着具およびその補強のための配筋や、緊張材に張力を入れる大規模な装置を不要とし、かつ、緊張材の緊張力解除の作業回数をより減らすことにある。

本発明によれば、緊張材を挿通したシース管が埋設されたコンクリート部材にプレストレスを導入するプレストレストコンクリート部材の製造方法であって、前記緊張材は、その一端部が前記コンクリート部材外部に延出される一方、その他端部が前記コンクリート部材内で前記シース管外に延出して前記コンクリート部材のコンクリートに直接埋設されたものであり、前記製造方法は、前記緊張材の前記一端部を引っ張ることで前記緊張材を緊張させる緊張工程と、前記シース管内に充填材を充填する充填工程と、前記充填材の強度が発現した後、前記緊張材の緊張を解放する解放工程と、を含むことを特徴とするプレストレストコンクリート部材の製造方法が提供される。

また、本発明によれば、緊張材を挿通したシース管が埋設されたコンクリート部材であって、前記緊張材は、その一端部が前記シース管を挿通して前記コンクリート部材外部に延出される一方、その他端部が前記コンクリート部材内で前記シース管外に延出して前記コンクリート部材のコンクリートに直接埋設された部分を少なくとも含むものであることを特徴とするコンクリート部材が提供される。

本発明によれば、部材外部の定着具およびその補強のための配筋や、緊張材に張力を入れる大規模な装置を不要とし、かつ、緊張材の緊張力解除の作業回数をより減らすことができる。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係るコンクリート部材の説明図、（Ｂ）はジャッキの配設態様の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施形態に係る製造方法の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は本発明の一実施形態に係る製造方法の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）はプレストレス導入後のコンクリート部材の説明図。 （Ａ）は別実施形態に係るコンクリート部材の説明図、（Ｂ）及び（Ｃ）はジャッキの配設態様の説明図。 別実施形態に係るコンクリート部材の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は定着部を設けた例の説明図。

＜第１実施形態＞
図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係るコンクリート部材１の説明図（垂直断面図）であり、プレストレスの導入対象となるコンクリート部材を例示している。同図のコンクリート部材１は、ＰＣａ梁部材を想定しているが本発明は、柱部材、壁部材、床部材等の他の種類のコンクリート部材にも適用可能であり、また、ＰＣａ部材だけでなく現場で構築する場所打ち部材についても適用可能である。

コンクリート部材１は、その長手方向の一端１ａ及び他端１ｂを有する直方体形状をなしており、図１においては部材コンクリートを図示する一方、主筋やせん断補強筋等は図示を省略している。コンクリート部材１には、その下部側にシース管２が埋設されている。シース管２は例えばスパイラルシース管であり、コンクリート部材１の長手方向に延在している。シース管２の一端はコンクリート部材１の一端１ａに開口している一方、その他端はコンクリート部材１の他端１ｂから離間した位置においてコンクリート部材１内に埋設されている。

シース管２には緊張材３が挿通されている。緊張材３はネジ節棒鋼であるが、例えば、ＰＣ鋼撚線等、他の種類の緊張材も採用可能である。緊張材３は、コンクリート部材１の一端１ａ及び他端１ｂを横断するようにコンクリート部材１の長手方向全域に延在している。緊張材３の一端部３ａはシース管２を挿通してコンクリート部材１外部に延出される一方、他端部３ｂはコンクリート部材１内でシース管２外に延出してコンクリート部材１の部材コンクリートに直接埋設されている。他端部３ｂの部材コンクリートに対する埋設域Ｌ１は、プレストレス導入時に定着域となり、その長さは、部材コンクリートの強度や緊張材３の張力の大きさによって異なるが、例えば、緊張材３の直径の３０倍〜６０倍とされる。

なお、本実施形態では、緊張材３は他端部３ｂ全体を部材コンクリートに直接埋設した構成としているが、少なくとも一部が直接埋設されればよく、残りの部分がコンクリート部材１の他端１ｂから外部に突出していてもよい。

次に、コンクリート部材１にプレストレスを導入してプレストレスコンクリート部材を製造する製造方法について説明する。まず、緊張材３を緊張させ、コンクリート部材１にプレストレスを導入する（緊張工程）。ここで、本実施形態では、緊張材３の他端部３ｂはコンクリート部材１の部材コンクリートに直接埋設済みである。そこで、緊張材３の一端部３ａを引っ張ることで緊張材３に張力を導入する。緊張材３の一端部３ａを引っ張るため、コンクリート部材１の一端１ａには例えば図１（Ｂ）に示すようにジャッキ１２が配設される。

ジャッキ１２は、支圧板１０及びジャッキチェア１１を介してコンクリート部材１の一端１ａに配設される。緊張材３の一端部３ａはカプラ１４によりジャッキ１２に接続され、カプラ１４と支圧板１０との間において、緊張材３の一端部３ａにはナット１３が螺着されている。なお、支圧板１０には緊張材３が挿通する孔が形成されている。

図２（Ａ）に示すようにジャッキ１２を作動し、緊張材３の一端部３ａを引っ張ることでコンクリート部材１にプレストレスが導入される。図２（Ａ）はコンクリート部材１の緊張力分布（プレストレスの分布）を併記しており、コンクリート部材１の他端部３ｂ（埋設域Ｌ１）は、部材コンクリートに対する定着域となる。この緊張状態を維持するため、ナット１３を締め付けて支圧板１０に密着させる。これにより、ジャッキ１２等を一旦取り外して別の作業に利用することが可能となる。無論、ジャッキ１２等をそのまま設置した状態としてもよい。

次に、図２（Ｂ）に示すようにシース管２内に充填材４を充填する（充填工程）。充填材４としては、例えば、各種のグラウト材が適用でき、普通強度から超高強度、セメントペースト系やモルタル系等、設計条件や性能条件等に応じて適宜使い分けることができる。充填方法としては、例えば、支圧板１０にシース管２と連通する注入孔、排気孔を形成しておき、注入孔から充填材４を充填して、排気孔からシース管２内の空気を排気するようにすることが挙げられる。

充填材４の強度が発現した後、緊張材３の緊張を解放する（解放工程）。まず、図３（Ａ）に示すように、ジャッキチェア１１、ジャッキ１２をコンクリート部材１の一端１ａに再設置し、ジャッキ１２と緊張材３の一端部３ａをカプラ１４で接続する。そして、ジャッキ１２を作動し、緊張材３の一端部３ａを再び引っ張る。このときの緊張力は図２（Ａ）のプレストレス導入時と同程度とすることができる。

続いてナット１３を緩めてジャッキ１２側へ移動させ、図３（Ｂ）に示すようにジャッキ１２による引っ張り荷重が０になるまで、徐々に低下させる。これにより、緊張材３の一端部３ａ側における定着（受け替え）が完了し、緊張材３の緊張力は充填材４との付着力によりコンクリート部材１の部材コンクリートに伝達される。

その後、ジャッキ１２等が撤去される。図４（Ａ）に示すようにコンクリート部材１の緊張力分布は、その両端部で張力が０となる台形状となる。コンクリート部材１の一端１ａから外部に延出した緊張材３の一端部３ａを適宜切断して防錆処理等を施すことにより、図４（Ｂ）に示すように、コンクリート部材１にプレストレスを導入したプレストレスコンクリート部材が完成する。

このように本実施形態では、緊張材３の他端部３ｂをコンクリート部材１の部材コンクリートに直接埋設しておくことで、他端部３ｂ側における定着（受け替え）作業が不要となる。緊張材３の緊張力解除の作業回数が一端部３ａ側の１回で足りるので、従来よりもその作業回数をより減らすことができる。それでいながら従来と同様に、コンクリート部材１外部の定着具およびその補強のための配筋や、緊張材３に張力を入れる大規模な装置を不要とすることができる。

また、ジャッキ１２はコンクリート部材１の一端１ａのみの設置で足りるので、支圧板１０の設置のために平滑度を考慮するのは一端１ａのみで足りる。更に、緊張材３がコンクリート部材１の両端部を貫通する必要はなく、片側の端部から延出していればよいので、従来よりも緊張材３の全長が短くて足り、逆に、一本の緊張材３でプレストレスを導入できるコンクリート部材１の全長を従来よりも長くすることができる。なお、緊張材３は、複数本の緊張材３をカプラで接続して利用してもよく、これによりプレストレスを導入できるコンクリート部材１の全長を更に長くすることが可能である。

なお、本実施形態では、図４（Ｂ）に示したように、緊張材３の両端が、最終的にコンクリート部材１の部材コンクリート内に埋設されるようにしたが、これらの少なくとも一端を部材コンクリートから突出させ、緊張材３を他部材との接合にも利用することも可能である。

例えば、一端部３ａを他部材との接合にも利用する場合は、図４（Ａ）に示した状態から、その切断を行わずに他部材との接合に利用することができる。また、他端部３ｂを他部材との接合にも利用する場合は、他端部３ｂをコンクリート部材１の他端１ｂから外方へ突出するように緊張材３を配設して、コンクリート部材１を製造すればよい。

＜第２実施形態＞
コンクリート部材１の断面をより小さくしながら緊張材３を複数本用いる場合、緊張材３同士が断面内で近接して配置されることになる。この場合、各緊張材３用のジャッキ１２がスペース的に配置しずらい場合がある。そこで、複数の緊張材３のうちの一部の緊張材３は、その他端部３ｂがコンクリート部材１の一端１ａ側に位置し、残りの緊張材３は、その他端部３ｂが他端１ｂ側に位置するようにし、ジャッキ１２の配置スペースを確保することも可能である。

図５（Ａ）は本実施形態のコンクリート部材１Ａの説明図（水平断面図）であり、プレストレスの導入対象となるコンクリート部材を例示している。上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付している。

コンクリート部材１Ａにはシース管と緊張材とが２組設けられており、シース管２Ａ及び緊張材３Ａの組と、シース管２Ｂ及び緊張材３Ｂの組とが設けられている。

シース管２Ａ及び緊張材３Ａの組は、上記第１実施形態のシース管２及び緊張材３と同様の配置とされている。つまり、シース管２Ａはコンクリート部材１Ａの一端１ａに開口し、緊張材３Ａの他端部３ｂはコンクリート部材１Ａの他端１ｂ側に位置している。一方、シース管２Ｂ及び緊張材３Ｂの組は、シース管２Ａ及び緊張材３Ａの組と逆の配置とされている。つまり、シース管２Ｂはコンクリート部材１Ａの一端１ｂに開口し、緊張材３Ｂの他端部３ｂはコンクリート部材１Ａの一端１ａ側に位置している。

緊張材３Ａの一端部３ａを引っ張るため、コンクリート部材１の一端１ａには例えば図５（Ｂ）に示すようにジャッキ１２が配設される。上記第１実施形態の場合と同様に、ジャッキ１２は、支圧板１０及びジャッキチェア１１を介してコンクリート部材１の一端１ａに配設され、緊張材３Ａの一端部３ａはカプラ１４によりジャッキ１４に接続される。そして、緊張材３Ａの一端部３ａにはナット１３が螺着されている。

緊張材３Ｂの一端部３ａを引っ張るため、コンクリート部材１の他端１ｂには例えば図５（Ｃ）に示すようにジャッキ１２が配設される。図５（Ｂ）に示した例と配置が異なるだけで（一端１ａか他端１ｂか）、同様の構成である。

プレストレスの導入手順等は上記第１実施形態と同様である。本実施形態では、シース管２Ａ、２Ｂ及び緊張材３Ａ、３Ｂの配置によってコンクリート部材１Ａの両端部にそれぞれジャッキ１２を配置でき、ジャッキ１２の配置スペースを確保することができる。

図５の例は、１段１列で２本の緊張材３Ａ、３Ｂを想定したが、緊張材３Ａ、３Ｂを２段２列で４本配置する場合には、対角に位置する緊張材を組みにすることで、ジャッキ１２の配置スペースを確保し易くなる。図６はその説明図であり、コンクリート部材１Ａについてシース管２Ａ、２Ｂ及び緊張材３Ａ、３Ｂを１組ずつ増やしたコンクリート部材１Ｂの他端１ｂを示している。

同図に示すように、コンクリート部材１Ｂでは、緊張材を２段２列で４本配置しており、シース管２Ａ及び緊張材３Ａの組と、シース管２Ｂ及び緊張材３Ｂの組とが、それぞれ２組ずつ設けられている。そして、シース管２Ａ及び緊張材３Ａの２組が左上、右下の対角に位置し、シース管２Ｂ及び緊張材３Ｂの２組が左下、右上の対角に位置している。

２本の緊張材３Ｂについて１枚の支圧板１０’を用い、それぞれにジャッキチェア１１、ジャッキ１２が配置される。ジャッキチェア１１、ジャッキ１２も対角配置とされるので、左右や上下に併設される構成よりもその配置スペースを確保し易くなる。なお、特に、図示しないが、２本の緊張材３Ａについても、一端１ａにおいてジャッキチェア１１、ジャッキ１２が同様に対角配置される。

このように緊張材を複数段、複数列配置する場合にであっても、その配置によって、ジャッキ１２等の配置スペースを確保することができる。

＜第３実施形態＞
上記第１実施形態において、緊張材３の他端部３ｂの埋設域Ｌ１は、既に述べたとおり、他端部３ｂの定着域となる。埋設域Ｌ１を短くしたい場合にはプレート型定着部を設けることができる。図７（Ａ）はその一例を示す。同図のコンクリート部材１Ｃでは、緊張材３の他端部３ｂの先端にプレート型定着部５を設けている。同図で併記している緊張力分布に示すように、プレート型定着部５において定着力が強くなり、埋設域Ｌ１を短くすることができる。プレート型定着部５は、緊張材３の径方向に突出して他端部３ｂの定着性を向上できる構成であればどのような構成でもよい。例えば、緊張材３の途中部に対して拡径したもの、鋼板を固定したもの、ナットを装着したもの、定着板を有するナットを装着したもの等とすることができる。

同様に、緊張材３の一端部３ａ側にプレート型定着部を設けて定着長を短くすることもできる。図７（Ｂ）はその一例を示す。同図のコンクリート部材１Ｄでは、緊張材３の一端部３ａ側のシース管２’内において、緊張材３にプレート型定着部６を設けている。同図の例では、シース管２’は、コンクリート部材１Ｄの一端１ａ側においてシース管２’の管径を他の部分２１よりも大きくした太径部分２２を有し、太径部分２２内にプレート型定着部６を配置している。

緊張力の解除時には、このプレート型定着部６から支圧によっても緊張材３の張力の一部が部材に伝達されるため、付着作用とプレート型定着部６の支圧効果による相乗効果により、同図で併記している緊張力分布に示すように定着長さＬ２が、プレート型定着部６が無い場合の定着長Ｌ２’に比べて短くなる。

シース管２’としてスパイラルシース管を用いた場合には、プレート型定着部６付近の支圧による局所的な応力集中に対する補強にもなる。応力集中が更に大きくなる場合にはプレート型定着部６が取り付く付近のシース管２’の外周に更にスパイラル筋等を設けて補強してもよく、例えば、太径部分２２に設けるか、或いは、太径部分２２と太径部分２２から一定の範囲の部分２１に設けて補強してもよい。

プレート型定着部６は、緊張材３の径方向に突出して支圧効果が期待できるものであればなんでもよく、上述したプレート型定着部５と同様、例えば、緊張材３の途中部に対して拡径したもの、鋼板を固定したもの、ナットを装着したもの、定着板を有するナットを装着したもの等とすることができる。

なお、プレート型定着部５及び６はいずれか一方のみを設けてもよいし、双方を設けてもよい。また、本実施形態は上記第２実施形態と組み合わせることも可能である。

Claims (5)

1. 緊張材を挿通したシース管が埋設されたコンクリート部材にプレストレスを導入するプレストレストコンクリート部材の製造方法であって、
   前記緊張材は、
   その一端部が前記シース管を挿通して前記コンクリート部材外部に延出される一方、その他端部が前記コンクリート部材内で前記シース管外に延出して前記コンクリート部材のコンクリートに直接埋設された部分を少なくとも含むものであり、
   前記製造方法は、
   前記緊張材の前記一端部を引っ張ることで前記緊張材を緊張させる緊張工程と、
   前記シース管内に充填材を充填する充填工程と、
   前記充填材の強度が発現した後、前記緊張材の緊張を解放する解放工程と、
   を含むことを特徴とするプレストレストコンクリート部材の製造方法。
2. 前記緊張材の前記他端部の前記コンクリートに直接埋設された部分にプレート型定着部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のプレストレストコンクリート部材の製造方法。
3. 前記コンクリート部材には、前記緊張材が複数設けられており、
   前記複数の緊張材のうちの一部の緊張材は、その前記他端部が前記コンクリート部材の一端側に位置し、前記複数の緊張材のうちの残りの緊張材は、その前記他端部が前記コンクリート部材の他端側に位置していることを特徴とする請求項１に記載のプレストレストコンクリート部材の製造方法。
4. 前記緊張材の前記一端部側における前記シース管内において、前記緊張材にプレート型定着部を設けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプレストレストコンクリート部材の製造方法。
5. 緊張材を挿通したシース管が埋設されたコンクリート部材であって、
   前記緊張材は、
   その一端部が前記シース管を挿通して前記コンクリート部材外部に延出される一方、その他端部が前記コンクリート部材内で前記シース管外に延出して前記コンクリート部材のコンクリートに直接埋設された部分を少なくとも含むものであることを特徴とするコンクリート部材。

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