JP2005226248A

JP2005226248A - 合成部材

Info

Publication number: JP2005226248A
Application number: JP2004033521A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Fukuura; 福浦尚之
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】簡易な構造で部材厚を薄くでき、強度特性に優れた合成部材を提供すること。
【解決手段】繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材２と、コンクリート部材２内でその延伸方向に埋め込まれた有孔プレート３とからなる合成部材１を製作する。ここで、コンクリート部材２はその断面視形状が中空の矩形やＩ型やＴ型やＬ型やＵ型など、多様に選定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材と、該コンクリート部材内部に埋め込まれた有孔プレートから構成される合成部材に関するものである。

鋼材とコンクリートとを力学的に合成することで外力に対する耐力を向上させる合成部材が従来より知られており、建設分野では多岐にわたって利用されている。例えば、橋梁の床版への適用として合成床版が、沈埋トンネルへの適用としてサンドイッチ部材が、柱や梁への適用としてコンクリート充填柱やＳＲＣ部材などがある。

これらの合成部材や合成構造の特徴は、コンクリートと鋼材が夫々備えた強度特性を同時に発揮させることで、外力に対する高い抵抗性能を有することである。「夫々備えた強度特性を同時に発揮させる」ためには、コンクリートと鋼材を一体化させること及び鋼板の座屈を防止してはじめて実現できる。しかし、かかる一体化を実現するためには、その結合構造が自ずと複雑なものとなり、また構造の複雑化に伴って部材重量が重くなるという問題が生じる。
従来の合成構造の一例を図６(ａ)，(ｂ)に示す。図６(ａ)は、鋼板ａ上にＴ形鋼ｂを敷き並べ、主鉄筋ｃや配力鉄筋ｄを配筋して膨張性のコンクリートｅにて一体化した合成床版を示している。一方、図６(ｂ)は、複数の鋼製主桁ｆ、ｆ間に縦リブｇ及び横リブｈを配し、デッキプレートｉを敷いた上にスタッドジベルｊを突出させ、コンクリート床版ｋを施工してなる鋼・コンクリート合成床版を示している。

近時、コンクリート材料の高強度化はめざましく、中でも超高強度の繊維補強セメント系混合材料は従来のコンクリートに比して高い圧縮強度及び引張強度を有すること、耐久性に極めて優れていることから乾燥収縮、経年劣化による強度低下が非常に小さいこと、したがって従来のコンクリートでは設計上無視していた引張応力を考慮することで従来のコンクリートではできなかった構造の合理化、簡素化、軽量化が図られるものである。かかる繊維補強セメント系混合材料は、高強度鋼繊維を含有していることから、引張強度に達した以降も急激な強度低下のない、引張靭性に優れた材料である。

前記した従来の合成構造にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞従来のコンクリートと鋼材からなる合成部材では、両材料を一体化させるために構造が複雑なものとなり、また所要の強度を発揮させるためには部材が大型化、重量化する傾向にあった。
＜２＞繊維補強セメント系混合材料と鋼材を合成することで、従来の合成部材では成しえなかった構造の合理化、簡素化、軽量化を図ることが可能である一方、従来の合成構造を使用した場合には、対象材料の強度特性が活かされないばかりでなく、過大な結合構造となる可能性が極めて高くなる。
＜３＞繊維補強セメント系混合材料と鋼材の合成構造において、従来の合成構造を使用した場合には、構造が複雑となって施工性が悪いことに加えて、工期の長期化と工費の高騰を招来する可能性が極めて高い。

上記のような問題を解決するために、本発明の合成部材は、繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材と、前記コンクリート部材内でその延伸方向に埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする合成部材である。また、断面視がＩ型又はＴ型又はＬ型又はＵ型又は中空の矩形である繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材と、前記断面視形状と同一の断面視形状を備え、前記コンクリート部材内でその延伸方向にわたって埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする合成部材とすることもできる。さらに、繊維補強セメント系混合材料からなる中空のコンクリート部材において、前記コンクリート部材の内空面は鋼板にて被覆され、前記鋼板からコンクリート部材内部に突設し、該コンクリート部材の延伸方向にわたって埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする合成部材とすることもできる。また、繊維補強セメント系混合材料からなる中空のコンクリート部材において、前記コンクリート部材の外周面は鋼板にて被覆され、前記鋼板からコンクリート部材内部に突設し、該コンクリート部材の延伸方向にわたって埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする合成部材とすることもできる。
上記する合成部材は、繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材内に有孔プレートを埋め込んだだけの極めて簡易な構造である。なお、上記する合成部材をプレキャスト化することにより、施工性をさらに向上させることができる。

本発明の合成部材は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材内に有孔プレートを埋め込んだ極めて簡易な構造であるため、その製作又は施工は極めて容易となる。
＜２＞繊維補強セメント系混合材料を使用することと、コンクリート部材内部に補強筋等を包含する構造でないことなどにより、従来に比べて部材を薄くすることができ、したがって、部材の軽量化を図ることができる。

＜１＞合成部材の構成
本発明の合成部材１は、繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材２と、該コンクリート部材２内でその延伸方向に埋め込まれた有孔プレート３とから構成される（図１参照）。コンクリート部材２内に有孔プレート３を埋め込んだだけの極めてシンプルな構成であるが、本発明では、繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材２と、その内部に有孔プレート３を埋め込んだ組合せを提案するものであって、従来の合成部材にはない様々な効果を実現できるものである。

コンクリート部材２は、後述する繊維補強セメント系混合材料から製作した超高強度コンクリートの桁あるいは柱である。また、その形状は、矩形中実断面、矩形中空断面、Ｉ型中実断面、Ｔ型中実断面、Ｌ型中実断面、Ｕ型断面等、多様に選定できる。
コンクリート部材２内部に埋め込む有孔プレート３は、そのコンクリート部材２の断面形状と同一の断面形状を備え、またコンクリート部材２の延長にわたる長さを備えて該コンクリート部材２内に埋め込まれる。例えば、合成部材１として断面が矩形で細長の桁を製作する場合には、桁の延長を備えた１枚の有孔プレート３をコンクリート部材１内に埋め込むことにより（図１参照）、合成部材１として断面がＩ型の中実断面で細長の桁を製作する場合には、桁の延長を備えた３枚の有孔プレート３，３，３をウエブ及びフランジとして構成させて夫々を溶着させたものをコンクリート部材２内に埋め込んで製作する（図２参照）。

合成部材１は、現場にて製作することもできるが、好ましくは工場にて製作したプレキャスト製品を現場に搬入して組立てるのがよい。

＜２＞コンクリート部材及び有孔プレート
本発明で使用する繊維補強セメント系混合材料としては、例えば、セメント、ポゾラン質微粉末と珪石の粉末、シリカフューム、粒径３ｍｍ以下の珪砂、高性能減水剤に水を単位水量（出来上がりコンクリート容積１ｍ³当たり）として１７５〜１８０ｋｇ程度（水／セメントの比率が２０〜２２％程度）を加えた高強度セメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで、長さが８〜１６ｍｍ、引張り降伏応力度が２６００〜２８００Ｎ／ｍｍ^２の超高強度の鋼繊維を容積で１％程度混入して得られる、φ５×１０ｃｍ供試体の圧縮強度１５０〜２２０ＭＰａ、引張強度８〜２０ＭＰａ、４×４×１６ｃｍ供試体の曲げ強度２５〜４５ＭＰａ、付着強度１５〜９０ＭＰａ、透気係数２．５×１０^-１８ｍ^２、吸水率０．０５ｋｇ／ｍ³、塩分拡散係数０．０２×１０^-１２ｍ^２／ｓｅｃ、弾性係数３５〜５５ＧＰａの特性を備える材料を使用するのが好ましい。
上記するように、本発明のコンクリート部材２の断面形状は様々であるが、かかる超高強度の繊維補強セメント系混合材料を使用することによって部材厚を大幅に薄くすることができ、例えば、図１に示す桁であれば部材幅を４ｃｍ程度まで、図３の矩形中空断面でも各辺の部材厚を４ｃｍ程度までスリム化することができる。

有孔プレート３は、所要の引張抵抗力を備えた鋼材にて製作するのがよく、プレート表面には複数の孔３１を刻設しておく。孔３１の刻設数は該孔３１を刻設することによって低下する有孔プレート３自体の引張強度と、該孔３１を刻設することによって増加する有孔プレート３とコンクリート部材２せん断抵抗や支圧抵抗とを勘案して決定できる。なお、刻設する孔３１は、単数であってもよい。

図１には、合成部材１として矩形断面の桁の実施形態を示している。コンクリート部材２中に、単数あるいは複数の孔３１を備えた有孔プレート３を埋め込むことにより、孔３１に繊維補強セメント系混合材料が充填されることとなり、連続して一体化された合成部材１が形成される。すなわち、繊維補強セメント系混合材料が包含する鋼繊維も孔３１内を貫通した状態で配され、該孔３１を貫通して硬化した高強度コンクリート体によって、有孔プレート３の延伸方向に作用する引張力に対して高いせん断抵抗を発揮することとなる。さらに、繊維補強セメント系混合材料を使用した場合は、内部応力が比較的均一なものとなり、仮に局所的なひび割れが生じても、鋼繊維が外力に対する引張抵抗を発揮することができる。
なお、従来のコンクリートにおいては、その組成が粗骨材を有することにより、コンクリート内部の局所的な応力が大きくなり、そこから破壊が誘発されることによって外力に対する抵抗力は比較的小さかった。

有孔プレート３に作用する力は、有孔プレート３の孔３１（の内空面）及び繊維補強セメント系混合材料自体のせん断抵抗及び支圧抵抗によって伝達されることとなる。すなわち、繊維補強セメント系混合材料のマトリックス及び鋼繊維が連携して大きな抵抗力を発揮することとなる。さらに、繊維補強セメント系混合材料が含有する鋼繊維によって、マトリックスの引張強度到達以降も急激な強度低下に至らず、したがってコンクリート部材２が破壊されてバラバラになるといった問題は生じ難い。また、コンクリート部材２の幅を薄く製作した場合であっても、有孔プレート３はコンクリート部材２に効果的に拘束されることで、有孔プレート３の座屈を防止することができる。なお、従来のコンクリート部材にて単独でかかる有孔プレートの拘束効果を発揮させるためには、部材厚を厚くすることに加えて、主鉄筋及び配力鉄筋等を配筋して、引張強度到達以降のコンクリート部材が脆性的にバラバラにならないようにする必要がある。
図２に示す多角形断面の桁や図３に示すように有孔プレート３が閉塞した桁又は柱の場合には、上記する拘束効果はさらに顕著となるものと考えられる。

図４には、コンクリート部材２の内空面を断面視矩形に閉塞された鋼板４にて被覆し、鋼板４から複数の有孔プレート３（コンクリート部材２の延長を備えている）をコンクリート部材２内に突設させた柱の実施形態を示している。また、図５においては、内空面を被覆する代わりに外周面を鋼板４にて被覆した構成を示している。鋼板４にて内空面又は外周面の少なくとも一方を被覆することによって、柱の曲げ耐力を向上させることができ、特に図５の構成においてはコンクリート部材２を外周から拘束していることから拘束効果をさらに高めることができる。柱断面に生じる引張力や圧縮力、曲げモーメントに対しては、有孔プレート３の孔３１内空面の支圧抵抗が孔３１の数だけ作用するとともに、孔３１を貫通するように硬化したコンクリート体のせん断抵抗が孔３１の数だけ作用するため、柱の延伸方向に沿って高いせん断耐力を発揮することができる。

なお、図示していないが、中空の矩形断面柱において、内空面及び外周面ともに鋼板４，４にて被覆し、夫々の面からコンクリート部材２内へ有孔プレート３を突設させることもできるし、例えば内空面を被服する鋼板４から突設させた有孔プレート３を外周面を被覆する鋼板４に溶着させることもできる。

本発明の合成部材を示した斜視図であって、外力による断面力の発生態様を示しながらコンクリートを透過して示した図。本発明の合成部材の他の実施例を示した斜視図であって、外力の作用態様を示しながらコンクリートを透過して示した図。本発明の合成部材の他の実施例を示した斜視図であって、外力の作用態様を示しながらコンクリートを透過して示した図。本発明の合成部材の他の実施例を示した斜視図であって、外力の作用態様を示しながらコンクリートを透過して示した図。本発明の合成部材の他の実施例を示した斜視図であって、外力の作用態様を示しながらコンクリートを透過して示した図。（ａ）従来の合成構造の内部構造を示した斜視図。（ｂ）従来の合成構造の内部構造を示した斜視図。

符号の説明

１・・・・合成部材
２・・・・コンクリート部材
３・・・・有孔プレート
４・・・・鋼板

Claims

繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材と、
前記コンクリート部材内でその延伸方向に埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする、
合成部材。
断面視がＩ型又はＴ型又はＬ型又はＵ型又は中空の矩形である繊維補強セメント系混合材料からなるコンクリート部材と、
前記断面視形状と同一の断面視形状を備え、前記コンクリート部材内でその延伸方向にわたって埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする、
合成部材。
繊維補強セメント系混合材料からなる中空のコンクリート部材において、
前記コンクリート部材の内空面は鋼板にて被覆され、
前記鋼板からコンクリート部材内部に突設し、該コンクリート部材の延伸方向にわたって埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする、
合成部材。
繊維補強セメント系混合材料からなる中空のコンクリート部材において、
前記コンクリート部材の外周面は鋼板にて被覆され、
前記鋼板からコンクリート部材内部に突設し、該コンクリート部材の延伸方向にわたって埋め込まれた有孔プレートと、からなることを特徴とする、
合成部材。