JP2001511857A - 杭上の床のための併用強化材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 固定構築物（１０）は、剛直杭（１２）と、前記杭上に載せる一体構造コンクリート床板（１４）とを具備する。床板は、杭の上部の床板の領域間の最短距離を２方向、すなわち、長さ方向と幅方向で接続する直線ゾーンを備える。床板(１４)は、（ａ）床板（１４）の体積全体に分布している繊維（２２）と、（ｂ）前記直線ゾーンにおいて配置される棒鋼（１６、１６'）と、の併用によって強化される。この構築物は、強化鋼の量を相当に減少させ、許容支持荷重を増加させ、こうした構築物を製造するための時間を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】 杭上の床のための併用強化材発明の分野 本発明は、剛直杭と一体構造コンクリート床板とを具備する固定構築物に関す る。発明の背景 コンクリート製工業用床板は、通常、地山上に基礎層を介して載っている。床 板の上に不均一に分布した荷重は、より均一に分布した形態をとって床板と基礎 層とを介して地山までずっと伝達され、最終的に荷重を支える。 例えば、１０ＭＰａ／ｍ未満のウェスターガード（Westergaad）Ｋ値によって 特徴づけられる低質の地山は、地山上に基礎を築く前に、先ず掘り起こし、およ び／または突き固め、水平にする。 満足のいく多くの地山が既存の構築物のために既に利用されているという事実 のために、低質の、またはそれどころか受け入れがたい質の、構築物用に検討さ れている地山の数が増え続けている。一部の地山の許容支持荷重は極めて劣るた め、掘り起こしおよび／または掘削および／または突き固めは、計り知れない量 の労力と費用となるであろう。こうした場合、打込杭または埋込杭上に床板を載 せることが知られている。しかし、荷重下で打込杭または埋込杭上に床板を載せ ると、これらの杭の上部の領域で極めて大きい負のピークモーメント、および杭 間のゾーンで相対的にはるかに小さい（ピークモーメントの高さの約５分の１） の正のモーメントを生じる。打込杭または埋込杭上の床板を均一に分布した鋼繊 維で強化することは経済的ではないであろう。不必要に多量で、コンクリートの 汲み上げおよび注入中に問題を起し、上述の解決方法を経済的でないようにさせ る多量の鋼繊維を杭間のゾーンのために必要とするからである。 この問題は、多数の砂利柱上に床板を載せることにより、出願人のＦＲ271876 5において解決された。その明細書で説明された通り、これらの砂利柱は、一般 の杭ほど剛性はなく、下向き荷重下で比較的容易に圧縮する（砂利柱の圧縮弾性 率は、例えば、０．２〜０．４ＭＮ／ｃｍの範囲である）ため、砂利柱は、数学 的モデルにおけるスプリングのように作用する。これは、床板が、砂利柱の上部 のゾーンにおいて大きな曲げ変形を受けないことを意味する。発明の要約 本発明は、鋼材の重量を節減すると共に、床板に多量の鋼繊維を添加させな いようにする、杭上に載せるコンクリート床板のための代替強化材を提供する。 本発明のもう一つの目的は、杭上に載せるコンクリート床板のための、収縮亀裂 を処理する引張アンカーとして作用する強化材を提供することである。本発明の 更にもう一つの目的は、杭上に載せるコンクリート床板を建造する際に時間を節 約することである。 本発明によると、剛直杭と、前記杭上に載せる一体構造コンクリート床板とを 具備する固定構築物が提供される。剛直杭は通常の矩形様式で配列される。すな わち、各４本杭の組が矩形を形成する。床板は、杭の上部の床板領域間の最短距 離を接続する直線ゾーンを備える。こうしたゾーンの幅は、杭の最大寸法の５０ ％〜５００％の範囲である。これらの直線ゾーンは、長さ方向および幅方向の両 方に走る。「長さ方向」という用語は、最も長い辺の方向を指し、「幅方向」と うい用語は、最も短い辺の方向を指す。よくあることであるが、最も長い辺が最 も短い辺にほぼ等しい場合、幅方向と長さ方向という用語は、任意に２つの方向 に指定される。 床板は、 （ａ）床板の体積全体に分布している繊維と、 （ｂ）直線ゾーンにおいて配置される、好ましくは、直線ゾーンにおいてのみ配 置される棒鋼との併用によって強化される。（ｂ）は、これらのゾーン外では、 （ａ）に基づく繊維の他には実質的な強化材がないことを意味する。 「剛直杭」という用語は、圧縮弾性率が砂利柱の圧縮弾性率よりもはるかに大 きく、１０ＭＮ／ｃｍよりもはるかに大きい杭を指す。これらの剛直杭は、打込 杭または埋込杭であり、鋼製、コンクリート製または木材製であってもよい。そ れらは、一辺が２０ｃｍ以上の正方形断面を有してもよく、または直径が２５ｃ ｍ〜５０ｃｍの間の範囲である円形断面を有してもよい。２つの隣接杭間の距離 は２．５ｍ〜６ｍまで異なってもよい。 繊維強化材と床板の臨界点においてのみ配置される古典的な棒鋼強化材とによ って構成されるこの併用強化材の使用によって、約１２０ｋｇ／ｍ³（＝約１． ５３体積％）から約５０ｋｇ／ｍ³（＝約０．６４体積％）〜約６０ｋｇ／ｍ³（ ＝約０．７７体積％）まで、または更に少なく、コンクリート板中の鋼材の合計 量を制限することが可能であることが判明した。 床板は、連続的な棒材強化のおかげで、目地なしで、すなわち、制御目地、分 離目地、施行目地、収縮目地なしで施工される、寸法が６０ｍ×６０ｍまで、お よびそれ以上の工業用床である。もちろん、大きな表面に適用するために、２枚 以上の目地のないこうした床板を互いに隣接して置くことができる。床板の厚さ は、約１４ｃｍ〜３５ｃｍの範囲およびそれ以上であってもよい。 好ましくは、床板は杭上に直接載っている。これは、中間梁も中間板も全くな しに杭上に載っている床板を指している。すべての強化材は、床板自体の中に埋 め込まれる。 床板中の繊維は、好ましくは、床板のコンクリート中に均一に分布している。 繊維は、合成繊維であってもよいが、好ましくは、鋼繊維、例えば、鋼板から裁 断された鋼繊維、または好ましい実施の形態においては、硬引き鋼繊維である。 これらの繊維は、０．５〜１．２ｍｍの間で変動する厚みまたは直径、および４ ０〜１３０、好ましくは６０〜１００の範囲の長さ対厚さ比を有する。繊維は、 コンクリートへの固着を改善するために、鉤形状または膨らみのような末端等の 機械的変形を有する。鋼繊維の引張強さは、８００〜３０００ＭＰａ、例えば、 ９００〜１４００ＭＰａの範囲である。本発明の床板中の鋼繊維の量は、好まし くは、３５ｋｇ／ｍ³（０．４５体積％）〜８０ｋｇ／ｍ³(１．０２体積％)、例 えば、４０ｋｇ／ｍ³（０．５１体積％）〜６５ｋｇ／ｍ³（０．８３体積％）の 範囲である。従って、本発明によるコンクリート床板中の鋼繊維の量は、好まし くは、上質の地山上の鋼繊維強化床（通常量：３５ｋｇ／ｍ³まで）よりも多少 多いが、棒鋼強化材との併用のおかげで経済的許容限度内に保つことができる。 鋼繊維に次ぐその他の鋼強化材である棒鋼は、床板の全体積の最大で０．５％ 、例えば、最大で０．４％を占め、例えば、０．２または０．３％のみを占める 。 両方の鋼強化材、鋼繊維および棒鋼は、好ましくは、床板の全体積の最大で１ ．５％、例えば、最大で１．０％を占める。 本発明の好ましい実施の形態において、棒鋼は、かご型強化材、すなわち、床 板内の三次元鋼構造体を形成する。このかご型強化材は、棒鋼を接続する箱形筋 （Stirrup）からなり、三次元構造体を形成する。鋼繊維との併用により、２つ の連続する箱形筋（Stirrup）間の距離を約５０ｃｍより大きくすることができ る。図面の詳細な説明 添付した図面を用いて更に詳しく本発明を説明する。 − 図１は、本発明による固定構築物の、図２のＩ−Ｉ線による断面図である。 − 図２は、固定構築物の、図１のII−II線による断面図である。 − 図３は、鋼製かご型強化材の、図２のIII−III線による断面図である。 − 図４は、鋼製かご型強化材の、図２のIV−IV線による断面図である。 − 図５は、本発明による固定構築物を示す透視横断面図である。 − 図６は、本発明を参考とする（reference）固定構築物と比較した構成を示 す上部図である。 − 図７は、図６の構成を示す側面図である。 − 図８は、本発明と参考とする固定構築物に加えられる種々の荷重の時間経過 を示している。 − 図９は、参考とする固定構築物のコンクリート床板の上側における亀裂の模 様を示している。 − 図１０は、標準固定構築物のコンクリート床板の底側における亀裂の模様を 示している。 − 図１１は、本発明のコンクリート床板の上側における亀裂の模様を示してい る。 − 図１２は、本発明のコンクリート床板の底側における亀裂の模様を示してい る。発明の好ましい実施態様の説明 図１を参照すると、本発明による固定構築物は、地山１３に打込まれるかまた は埋込まれる剛直杭１２を具備する。コンクリート床板１４は杭１２上に直接、 すなわち、中間板も中間梁も全くなしで載っている。本発明は、低質の地山、す なわち、１０ＭＰａ／ｍ未満のウェスターガード（Westergaad）Ｋ値の地山上で 用いるのが特に興味深い。時間の経過中において、こうした地山は比較的高度に 沈下し、そうなれば床板１４のための適切な支持物にはならない。これは、図１ における間隔１５によって描かれている。従って、杭１２は、いつも床板１４の ための信頼できる唯一の支持物である。 図２および図５は、棒強化材が床板１４内に配置されていることを示している 。長さ方向に走る棒鋼１６および幅方向に走る棒鋼１６'は、床板の、杭１２の 上 部に位置する領域１８内で最短距離で接続する。従って、棒鋼は、杭１２の上部 の限定された領域１８を強化するだけでなく、杭１２間のゾーンも強化する。上 記で説明した通り、杭間で発生するモーメントは、杭の上部のゾーンで発生する モーメントほど大きくはないために、これは注目に値することである。しかし、 実験によると、本発明におけるような杭間の直線ゾーンの強化は、床板のコンク リートの収縮の結果であるか、または床板上の荷重の結果である亀裂の阻止およ び限定を助長することが証明された。更に詳しくは、杭間の直線ゾーンを強化し 、床板を増加した荷重下に置くと、強化材として鋼繊維しか存在しない床板と比 較して、亀裂をより散在させ、増やす模様になる。この散在と増加のために、亀 裂は限定され、害がより小さくなる。 図３および４は、棒鋼１６および１６'によって形成されるかご型強化材を示 している。図３は、幅方向のかご型強化材を示し、図４は、長さ方向および幅方 向のかご型強化材がいかに互いに交叉するかを示している。 図３を参照すると、６本の棒鋼１６'は互いに平行に走り、横断面で矩形を形 成する。もう一つの数、例えば、４本または８本の棒鋼１６'も可能である。飛 び飛びの距離において、例えば、５０ｃｍごと、または１００ｃｍごとに、箱形 筋２０'は棒鋼１６'と接続し、三次元鋼製かごを形成する。棒鋼１６'は、例え ば、１２ｍｍの直径（一般に、棒鋼の直径は２０ｍｍまででありうる）を有する 一方で、箱形筋２０'を形成する線材の直径は、例えば、６〜８ｍｍと多少小さ くてもよい。 鋼繊維の存在により、２つの箱形筋２０間、２０'間の距離を、例えば、５０ ｃｍ〜１００ｃｍに増加させることができることが本発明の補助的利点である。 図２および５に戻ると、鋼繊維２２は、好ましくは、床板１４の体積全体にわ たる２つの水平方向に可能なかぎり均一に分布している。 本発明による固定構築物１０は、次の通り製造することができる。剛直杭１２ を地山１３に打込むかまたは埋込む。地山１３を水平にし、上で定義された直線 ゾーンのいたるところで、かご型強化材１６−２０−１６−２０'を配置する。 最後に、鋼繊維２２入りのコンクリートを指定領域全体に汲み上げ、注入する。 用いられるコンクリートは、欧州規格（ＥＮ２０６）に準拠したＣ２０／２５ からＣ４０／５０まで異なる従来のコンクリートであってもよい。こうしたコン クリートの２８日後の固有の圧縮強度は、円筒（３００×φ１５０ｍｍ）で測定 すると２０ＭＰａ〜４０ＭＰａの間、立方体（１５０×１５０×１５０ｍｍ）で 測定すると２５〜５０ＭＰａの間で変動する。 注入された後、コンクリートを先ず水平にし、その後、放置して硬化させる。 仕上げ作業は、滑らかな表面を有する水平の床を得るために表面の動力こて仕上 げを含んでもよく、固化する床板全体で上塗り（例えば、乾燥干割れ材料）を塗 布することと、ワックス（硬化化合物）によって表面を硬化させることとを含ん でもよい。固化には１４日以上要することがあり、その間、実質的に荷重を床板 に加えるべきではない。 強化材として鋼繊維のみを用いたコンクリート床板と比較して、本発明による 固定構築物は、許容支持荷重が増加した構築物および／または支持杭間の距離を 増加させることができる構築物となった。 発明者らは、本発明による併用強化材を用いると、更に多少多くの棒鋼または 鋼メッシュなどの追加の強化材を床板の、杭の上部の領域に投入する必要がない ことを発見した。 発明者らは、本発明による併用強化材を用いると、上端で断面を大きくした杭 を造る必要がなく、断面を大きくした別個の杭先を組み立てる必要もないことも 発見した。 床板の直下のこうした大きくされた断面は、床板上の荷重の横方向の力を低下 させるために従来の構築物において用いられている。本発明はこの必要性を低減 させる。比較試験 Institut fur Baustoffe，Massivbau und Brandschutz（ｉＢＭＢ）of Techni sche Universitat Braunschweig（ブラウンシュバイク工業大学の建築材料、コ ンクリート建造物、火災予防研究所(ｉＢＭＢ)）において、本発明による固定構 築物を試験し、参考となる構築物と比較した。 図６および図７はその構成を概略的に示している。寸法が５００ｃｍ×５００ ｃｍの正方形のコンクリート床板１４は、９本の剛直杭１２上に直接載っている 。直近の２本の杭１２間の距離は２００ｃｍである。中心杭１２'以外のその他 の杭は、コンクリート床板１４の縁から５０ｃｍ離れて配置されている。コンク リート床板１４の厚さは１４ｃｍである。杭１２の高さは８０ｃｍである。杭の 直径は２０ｃｍである。 本発明のコンクリート床板１４の組成と参考となる構築物の組成は以下の表の 通りである。 ９本の杭１２は２００ｃｍ×２００ｃｍの４つの正方形体を形成する。油圧で 発生された４つの荷重Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ４は、それぞれ、これらの各正 方形体の中央に作用点を有する。それらの時間経過を図８に示した。第１の期間 ２４中、Ｆ１およびＦ２は５０ｋＮのレベルまで徐々に増加している一方で、Ｆ ３およびＦ４は１０ｋＮの一定レベルを保っている。第２の期間２６中、Ｆ３お よびＦ４は徐々に増加している一方で、Ｆ１およびＦ２は一定レベルを保ってい る。第３の期間２８中、すべての荷重Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ４は、５０ｋＮ まで徐々に増加している。第４の期間３０および後続の期間３２中、荷重Ｆ１、 Ｆ２、Ｆ３およびＦ４は、すべて底荷重と上方荷重との間で周期的に変動してい る。期間３０および３２の両方の場合、10000サイクルである。サイクルの周波 数は０．２Ｈｚである。期間３０の場合、底荷重は２０ｋＮであり、上方荷重は ５０ｋＮである。期間３２の場合、底荷重は２５ｋＮであり、上方荷重は６０ｋ Ｎである。３０および３２の両期間中、特に亀裂の幅および発生を測定するため に、時間間隔を挿入している。最後に、最終期間３４中、荷重を６０ｋＮ以上に 徐々に増加させている。 以下の表は得られた結果を示している。 １／１００ｍｍ以上の解像度を有する校正済ビデオシステムによって、亀裂、 それらの発生元および進展を観察する。図９は、参考となる固定構築物のコンク リート床板の上側の亀裂の模様を示しており、図１０は、試験の終わりにおける 参考となる固定構築物のコンクリート床板の底側の亀裂の模様を示している。比 較的広範な集中した亀裂が観察される。試験の終わりに、コンクリート床板は、 非対称断裂線ｙｙを示している。(図９)。図１１は、本発明のコンクリート床板 の上側の亀裂の模様を示しており、図１２は、試験の終わりにおける本発明のコ ンクリート床板の底側の亀裂の模様を示している。分散された比較的細い亀裂の 模様が観察される。杭の上部の直線ゾーンにおいてのみ存在する古典的なかご型 強化材が、こうしたかご型強化材のないゾーンにおいて全く異なった亀裂模様を もたらすことは注目に値する。試験の終わりに、コンクリート床板は、対称断裂 模様を示した。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 トイチュ，マンフレート ドイツ連邦共和国、デー―38154 ケーニ ヒスルッター、モルケライヴェーク 18 (72)発明者 ゴスラ，ウルリヒ 栃木県真岡市長田1957―１ メゾン・エミ リ206

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 各４本杭の組が矩形を形成する通常の矩形様式で配列されている剛直杭 と、杭に載せる一体構造コンクリート床板であって、杭の上部の床板の領域間の 最短距離を２方向、すなわち長さ方向および幅方向に接続する直線ゾーンを備え る床板と、を具備する固定構築物であって、床板が、 （ａ）床板の体積全体に分布している繊維と、 （ｂ）直線ゾーンにおいて配置される棒鋼と、の併用によって強化されることを 特徴とする固定構築物。 ２． 棒鋼が直線ゾーンにのみ配置される、請求項１に記載の固定構築物。 ３． 床板が目地のない床板である、請求項１または２に記載の固定構築物。 ４． 床板が杭に直接載っている、これまでの請求項のいずれか１項に記載の 固定構築物。 ５． 繊維が鋼繊維である、これまでの請求項のいずれか１項に記載の固定構 築物。 ６． 繊維が硬鋼繊維である、これまでの請求項のいずれか１項に記載の固定 構築物。 ７． 棒鋼が床板の全体積の０．５％までを占める、これまでの請求項のいず れか１項に記載の固定構築物。 ８． 棒鋼が床板の全体積の０．４％までを占める、請求項７に記載の固定構 築物。 ９． 鋼繊維が床板の多くとも８０ｋｇ／ｍ³（＝１．０２体積％）を占める 、請求項５から８のいずれか１項に記載の固定構築物。 １０． 鋼繊維が床板の多くとも６０ｋｇ／ｍ³（＝０．７５体積％）を占め る、請求項９に記載の固定構築物。 １１． 繊維と棒鋼が合わせて床板の多くとも１．５体積％を占める、請求項 ５から１０のいずれか１項に記載の固定構築物。 １２． 棒鋼がかご型強化材を形成する、これまでの請求項のいずれか１項に 記載の固定構築物。 １３． 連続する２つの箱形筋間の距離は５０ｃｍよりも大きく、かご型強化 材が棒鋼を接続する箱形筋を含む、請求項１２に記載の固定構築物。