JP2006001097A - プレキャスト構造体用複合材、プレキャスト構造体およびプレキャスト構造体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽量化し、大きな曲げモーメントに抵抗できる、プレキャスト構造体用複合材、プレキャスト構造体およびプレキャスト構造体の製造方法を提供すること。
【解決手段】
予め成形した複数の軽量部材３と、前記軽量部材３に嵌め合わされて貫通させた連接材４と、前記軽量部材３の両側に形成する硬質版２１、２２と、からなり、前記硬質版２１、２２が前記軽量部材３に付着して一体形成すると共に、前記連接材４が前記硬質版２１，２２と強固に連結されていることを特徴とする、プレキャスト構造体１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、プレキャスト構造体用複合材、プレキャスト構造体およびプレキャスト構造体の製造方法に関するものである。

従来から、構造物全体の重量を軽減し、コストを削減しようとする試みが一般的に行われている。たとえば、歩道橋のような構造物では、歩行部分（桁部分）の重量を低減することにより、歩行部分を支持する柱、基礎への作用荷重を軽減して部材断面を小さくし、全体的な重量の軽減とコストの低廉化を図っている。

この歩行部分や床版などに供される、軽量化の技術を導入した代表的な構造体としては、たとえば穴あきＰＣ板や、高強度コンクリートにＰＣ技術を導入して薄型に形成したコンクリート板、或いは特許文献１、２、３に開示されるようなサンドイッチパネル構造の形態がある。
このサンドイッチパネルにあっては製造方法も開示されており（たとえば、特許文献３）、かかる方法は、まず型枠の内部にトラス筋を配置して、コンクリートの打設、硬化により片面を形成し、その後これを反転させてコンクリートの打設、硬化により他面を形成し、その間の空隙部に発泡樹脂を注入して形成する方法である。
特開２００３−２９３４７０号公報 特開平９−７８７３８号公報 特開平８−２０９８３１号公報

前記した従来のプレキャスト構造体用複合材、プレキャスト構造体およびプレキャスト構造体の製造方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞大幅に重量を削減することが難しい。
＜２＞軽量化することによって曲げ耐力が小さくなる。そのため、大スパンをおいて支持されるような大きな曲げモーメントが作用する床版（桁材）などの用途には使用することができない。
＜３＞特許文献１のサンドイッチパネルは曲げ耐力が小さいため、圧縮力が主に作用する壁部材にしか使用できず、床部材としては使用できない。
また、特許文献２、３に開示されたサンドイッチパネルの製造方法は、作業工数が多く、さらに片面にコンクリートを打設した後、強度が大きくなるまでの間、反転させることができないため、完成するまでに多くの時間を要する。

上記のような課題を解決するために、本発明のプレキャスト構造体用複合材は、両側に硬質版を積層するためのプレキャスト構造体用複合材であって、予め成形した複数の軽量部材と、前記軽量部材に嵌め合わされて貫通させた連接材と、からなることを特徴とする。

また、本発明のプレキャスト構造体用複合材は、前記軽量部材が、発泡樹脂系の材料であることを特徴とする。

また、本発明のプレキャスト構造体は、予め成形した複数の軽量部材と、前記軽量部材に嵌め合わされて貫通させた連接材と、前記軽量部材の両側に形成する硬質版と、からなり、前記硬質版が前記軽量部材に付着して一体形成すると共に、前記連接材が前記硬質版と強固に連結されていることを特徴とする。

また、本発明のプレキャスト構造体は、前記したプレキャスト構造体において、前記軽量部材が、発泡樹脂系の材料であることを特徴とする。

また、本発明のプレキャスト構造体は、前記したプレキャスト構造体において、前記硬質版を、コンクリート系材料で形成したことを特徴とする。

また、本発明のプレキャスト構造体の製造方法は、二枚の硬質版の間に軽量部材が位置すると共に、硬質版の間に軽量部材を貫通する連接材を具備したプレキャスト構造体の製造方法において、予め成形した複数の前記軽量部材に、前記連接材を嵌め合わせて貫通させて配置し、前記連接材が突出する軽量部材の両側面に、未硬化状態の硬質版材料を充填して硬質版を形成したことを特徴とする。

また、本発明のプレキャスト構造体の製造方法は、前記したプレキャスト構造体の製造方法において、前記軽量部材が、発泡樹脂系の材料であることを特徴とするものである。

また、本発明のプレキャスト構造体の製造方法は、前記したプレキャスト構造体の製造方法において、前記硬質版を、コンクリート系材料で形成したことを特徴とするものである。

本発明は、上記したような従来の問題点に鑑みてなされたもので、より軽量に形成し、ひいては構造物全体のコスト削減を目的とするものである。
また、曲げ耐力を増大して、床版、特に大スパンに対応できる、プレキャスト構造体用複合材、プレキャスト構造体またはその製造方法を提供することを目的とする。
さらに、製造工数が少なく、短い時間で製作可能なプレキャスト構造体用複合材、プレキャスト構造体またはその製造方法を提供することを目的としている。

本発明のプレキャスト構造体用複合材、プレキャスト構造体およびプレキャスト構造体の製造方法は、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＞本発明のプレキャスト構造体は、両側面に硬質版を配置し、硬質版の間すなわち構造体の大部分を、軽量部材で構成するものであるから、重量を大幅に軽減することができる。これによって、構造体本体をはじめ、構造物全体の製造コストを低廉化することができる。
＜２＞二枚の所定の間隔をおいた硬質版を、剪断部材としての機能を有する連接材で強固に連結した構造であり、さらに硬質版が軽量部材に付着して一体化した構造であるから、大きな曲げモーメントに耐えることができる。
このため、大スパンをおいて支持される床版などの用途にも使用することができる。
＜３＞本発明は、予め成形された複数の軽量部材と軽量部材に嵌め合わされて貫通して両端を突出する連接材とから複合材を形成し、その後、軽量部材の両側面に略同時に硬質版を形成する製造方法であるから、従来に比べて作業工数が少なく、また二枚の硬質版をほぼ同時に形成できるため、短い時間で完成することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞全体の構成
本発明に係るプレキャスト構造体１は、床版や建築材などの用途に利用できるものであって、図１に示すように三層構造から構成しており、両側面に配置する二枚の硬質版２１、２２と、その間に介在させる軽量部材３と、二枚の硬質版２１、２２を強固に連結する連接材４と、からなる。
以下、本発明を構成する各部について詳述する。
なお、構造体１および各部材の名称を、図１を基準として、「上」「下」「右」「左」で表し、以下説明を行う。

＜２＞硬質版（図１）
硬質版２１、２２は、構造体１本体の曲げ耐力の一部を負担する部材である。
この硬質版２１、２２には、たとえばコンクリートやモルタルなどのようなコンクリート系材料が使用できる。
硬質版２１、２２は、強度を高く保持したまま薄型に形成して、軽量にするのが好ましく、たとえば高強度モルタル、超高性能モルタル、繊維補強高強度モルタルのほか、プレストレストコンクリートなどを利用することもできる。

＜３＞軽量部材（図１）
軽量部材３は、二枚の硬質版２１、２２間に配置する部材であって、硬質版２１、２２より相対的に軽量の部材とする。
この軽量部材３には、たとえば発泡樹脂系の材料が使用でき、より具体的には発泡スチロール、発泡ウレタン、発泡塩化ビニールなどのほか、発泡ポリプロピレン、発泡ポリエチレンなどに代表される発泡ポリオレフィンなどが利用できる。さらに好ましくは、発泡樹脂の中でも１０〜１００ｋｇｆ／ｍ³の物性を示す硬質発泡樹脂が好ましい。

軽量部材３は、予め成形した複数の部材を、後述する連接材４に嵌め合わせる形態として利用できる。
軽量部材３は、硬質版２１、２２を製作する際の型枠として、使用することもできる。軽量部材３、たとえば発泡樹脂系の材料を成形する方法としては、予め所定の形状に形成した成形型内で型内発泡成形する方法、あるいはブロック形状の発泡成形体を所定の形状に切り出して加工し成形する方法があげられる。

＜４＞連接材（図１）
連接材４は、二枚の硬質版２１、２２を強固に連結すると共に、構造体１本体の剪断部材として機能する部材である。この連結の程度は、二枚の硬質版２１、２２が一つの曲げ部材として合成挙動する程度とする。
連接材４は、硬質版２１、２２に定着させる定着部４０１と、応力を伝播する伝播部４０２とに分けられ、定着部４０１で硬質版２１、２２から授受した応力を伝播部４０２により伝播する。
この連接材４には、たとえばＩ型鋼やＨ型鋼などの直線状の鋼材や、線材で形成したトラス筋、或いはラチス筋のほか、非鉄製の部材などが使用できる。
ラチス筋は波形状を呈するもので、たとえば異形鉄筋を屈曲させて山部と谷部を交互に形成し、連続する山部と谷部をそれぞれ真っ直ぐな線材で連結したものである。
トラス筋は、図１に示すように、１条の上端筋４１と２条の下端筋４２、４２とを、波形状をなすラチス筋４３で連結したもので、上・下端筋４１、４２とラチス筋４３との連結は、たとえば溶接や公知の連結具などを用いて強固に行う。
ラチス筋やトラス筋の上・下端筋には、補強筋４４、４５を交差させて配置し、強固に連結するのが好ましい。

連接材４の定着部４０１は、硬質版２１、２２との連結を強固に行える構成とする。
たとえば連接材４をトラス形状に形成する場合、トラス格点でインターロッキング効果が生じ、強固に連結することができる。
一方、Ｉ型鋼やＨ型鋼などの直線状の鋼材を使用する場合、硬質版２１、２２の内部に定着させるフランジ（定着部４０１）の表面に、凹凸部を設けたり、ジベルの配置或いは貫通孔４６を穿設するほか、構造体１の長手方向に対して垂直にリブプレートを設け（図示せず）、接触面を大きくすることによって連結を強固にする。
この連接材４は、防錆のための塗装や加工を施しておくのが好ましい。

＜１＞各部材の形成
次に、構造体１の製造方法について説明する。
本例では、横断歩道橋の床版（歩道面）を製造する例について説明する。本例では、長手方向が４３００ｍｍ、短手方向が４００ｍｍ、厚さが２１０ｍｍの構造体１を製造するが、この形状に限定されるものではない。

まず、トラス筋４を製作する。φ８ｍｍの鉄筋で山と谷を連続して形成し、ラチス筋４３を形成する。ラチス筋４３の山と山または谷と谷のピッチは、用途に応じ、活荷重、死荷重などから算出して求める。本例ではこのピッチを２００ｍｍに設定する。
トラスの各辺に相当する上下端筋には、Ｄ１３の異径鉄筋を使用し、ラチス筋４３と連結する。

つぎに、製作したトラス筋４の形状に合わせて、軽量部材３を成形する。
軽量部材３は、平行に並べたトラス筋４、４の間に配置する形態３２と、トラス材４の内部に挿入、配置する形態３１、および構造体１本体の側面に配置する形態３３の三種類を成形する。
トラス筋４とトラス筋４の間に配置する軽量部材３２は横断面が略台形状となり、トラス材４の内部に配置する軽量部材３１は横断面が略三角形を呈する。
これらの軽量部材３１、３２、３３の側面には、ラチス筋４３と対応する位置に、ラチス筋４３の断面の半分が嵌る溝３４を形成しておき、組み立て時にラチス筋４３の周囲が軽量部材３１、３２、３３で隙間なく、埋めつくせるようにする。そして、軽量部材３はトラス筋４の伝播部４０２に配置した後、トラス筋４の突出する面が、硬質版２１、２２の型枠として利用できるように平面状に成形しておく。

つぎに、軽量部材３１、３２とトラス材４とを組み立てて、構造体１用の複合材７を形成する。
トラス筋４は、軽量部材３１、３２の両側に、定着部４０１、４０１を均等に突出させて配置する。
その後、各トラス筋４の上・下端筋４１、４２に補強筋４４、４５を交差させて配置し、所要の手段たとえば溶接などで固定する。
こうして、プレキャスト構造体１用の複合材７の組み立てを完了する。

＜２＞プレキャスト構造体の製作
つぎに、構造体１本体の上下面を構成する硬質版２１、２２を形成する。この硬質版２１、２２の形成には、図４に示すような型枠５を用いる。型枠５は、構造体１の側面を上下、すなわち構造体１の上下面を左右に配置して製造するもので、箱型の上部が開口した形状である。
型枠５の開口する上部から、先の工程で組み立てたトラス材４と軽量部材３を吊り入れる。必要に応じて、軽量部材３とトラス材４を型枠５の任意の位置に仮固定し、吊り入れた部材３、４の両側部と型枠５との間に、それぞれ空間６１、６２を設ける。この空間６１、６２の幅は、すなわち硬質版２１、２２の厚さとなり、本例ではそれぞれ４０ｍｍの空間幅を設ける。

その後、型枠５に形成した空間６１、６２にコンクリートを打設する。コンクリートは、型枠を兼用した軽量部材３と型枠５との間に流しこまれ、軽量部材３から突出するトラス筋４の定着部４０１を埋設してゆく。コンクリートは型枠５の底部から順に、トラス筋４を埋設すると共に軽量部材３との間に、隙間を生じることなく充填される。
本例では、両硬質版２１、２２に同じ材料を使用するが、必要に応じて別々の材料を使用し、上下の硬質版２１、２２に硬度差を設けることもできる。
コンクリートが硬化すると、トラス筋４と硬質版２１、２２とが一体化したプレキャスト構造体１が完成する。このプレキャスト構造体１は一体化し、恰も一枚ものの構造体のような挙動を示す。

こうして完成したプレキャスト床版１を、硬質版２１、２２を上下に位置させて、両端を橋脚で支持し、横断歩道橋の歩道部分として用いる。
このようなプレキャスト構造体１は、中間層を軽量部材３で形成し、また両側の硬質版２１、２２を剪断部材として機能する連接材４で強固に連結しているため、面外方向に力を受けても、連結部のインターロッキング効果により、耐え得るだけの充分な剛性を示すことができ、また軽量かつ低コストに製造することができる。
さらに、予め成形した軽量部材３を型枠としてコンクリートを打設するため、コンクリートの厚さを設計通り一定に成形でき、高い品質を保持することができる。
また、本発明では、型枠５の内部に複合材７を配置して、複合材７の各側面と型枠５の間の空間６１、６２にコンクリートを打設して製造するものであるから、従来のように複数の工程を必要とせず、短時間で製造することができる。

なお、本例では硬質版２１、２２と連接材４の一体化を高めるために、硬質版２１、２２の内部にトラス材４に交差する補強筋４４、４５を埋設したが、かかる形態に限らず、その他の方法を採用することもできる。
なお、本例では横断歩道橋の歩道面を製作する例を挙げたが、勿論他の用途に利用できることはいうまでもない。

また、上記形態では、軽量部材３を予め所定の形状に成形して、連接材４と組み立てる形態であり、軽量部材３に硬質発泡樹脂や発泡樹脂を使用することもできる。さらに硬質発泡樹脂（発泡樹脂）を用いた場合には、硬質発泡樹脂の表面に硬質発泡樹脂によるポーラス状の凹凸を形成することもでき、後打ちする粗度の小さなコンクリートがこの凹凸の間隙を充填するので、硬質発泡樹脂（発泡樹脂）と硬質版２１とは高い付着性により一体化することもできる。

＜実施の形態２＞
以上の実施の形態では、連接材４にトラス筋を使用する形態であったが、このほか図５に示すようにＩ型鋼を使用することもできる。かかる場合、たとえばフランジ（定着部４０１）に複数の貫通孔４６を設けることにより、硬質版２１、２２との接触面を増大することができ、強固に連結することができる。
また、フランジに貫通孔４６を設けた場合、図６に示すように、フランジの上下に位置する硬質版２１が貫通孔４６を通じて連続した状態となるので、確実に硬質版２１、２２が一体化した挙動を示すことができる。

本発明のプレキャスト構造体の一部を切り欠いた斜視図。 プレキャスト構造体用の複合材を表した図。 プレキャスト構造体の横断面を示す概略図。 コンクリート構造体を形成する実施例の説明図。 コンクリート構造体の実施の形態２を示した斜視図。 図５のVI−VI矢視図。

符号の説明

１・・・プレキャスト構造体
２１・・硬質版
２２・・硬質版
３・・・軽量部材
４・・・連接材
４０１・定着部
４０２・伝播部
５・・・型枠
７・・・複合材

Claims (8)

1. 両側に硬質版を積層するためのプレキャスト構造体用複合材であって、
   予め成形した複数の軽量部材と、
   前記軽量部材に嵌め合わされて貫通させた連接材と、からなることを特徴とする、
   プレキャスト構造体用複合材。
   
2. 請求項１に記載のプレキャスト構造体用複合材において、
   前記軽量部材が、発泡樹脂系の材料であることを特徴とする、
   プレキャスト構造体用複合材。
   
3. プレキャスト構造体において、
   予め成形した複数の軽量部材と、
   前記軽量部材に嵌め合わされて貫通させた連接材と、
   前記軽量部材の両側に形成する硬質版と、からなり、
   前記硬質版が前記軽量部材に付着して一体形成すると共に、前記連接材が前記硬質版と強固に連結されていることを特徴とする、
   プレキャスト構造体。
   
4. 請求項３に記載のプレキャスト構造体において、
   前記軽量部材が、発泡樹脂系の材料であることを特徴とする、
   プレキャスト構造体。
   
5. 請求項３又は請求項４に記載のプレキャスト構造体において、
   前記硬質版を、コンクリート系材料で形成したことを特徴とする、
   プレキャスト構造体。
   
6. 二枚の硬質版の間に軽量部材が位置すると共に、硬質版の間に軽量部材を貫通する連接材を具備したプレキャスト構造体の製造方法において、
   予め成形した複数の前記軽量部材に、前記連接材を嵌め合わせて貫通させて配置し、
   前記連接材が突出する軽量部材の両側面に、未硬化状態の硬質版材料を充填して硬質版を形成したことを特徴とする、
   プレキャスト構造体の製造方法。
   
7. 請求項６に記載のプレキャスト構造体の製造方法において、
   前記軽量部材が、発泡樹脂系の材料であることを特徴とする、
   プレキャスト構造体の製造方法。
   
8. 請求項６または請求項７に記載のプレキャスト構造体の製造方法において、
   前記硬質版を、コンクリート系材料で形成したことを特徴とする、
   プレキャスト構造体の製造方法。

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