JP2009256953A

JP2009256953A - プレテンションｐｃ桁

Info

Publication number: JP2009256953A
Application number: JP2008106660A
Authority: JP
Inventors: Mikio Hara; 幹夫原; 弘二 ▲はま▼岡; Koji Hamaoka
Original assignee: NIPPON PS KK; Shinko Wire Co Ltd; Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: NIPPON PS KK; Sumitomo SEI Steel Wire Corp; Kobelco Wire Co Ltd
Priority date: 2008-04-16
Filing date: 2008-04-16
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】桁高で最大２７．５％、桁重量で最大３２．２％の低減効果を得ることができるプレテンションＰＣ桁を提供する。
【解決手段】型枠の内部にＰＣ鋼材を配置して、ＰＣ鋼材に緊張を与えた状態で型枠の内部にコンクリートを打設するプレテンションＰＣ桁である。かつ、ＰＣ鋼材が高強度ＰＣ鋼より線である。コンクリートが高強度コンクリートである。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路橋や鉄道橋に用いるプレテンションＰＣ桁に関するものである。

従来から各種のプレテンションＰＣ桁の構造が知られている。
この工法は、型枠内へのコンクリートの打ち込み前に、ＰＣ鋼材に引張力を与えておき、コンクリートが所定の強度に達した後にＰＣ鋼材の緊張力を開放してコンクリートとＰＣ鋼材との付着力によってコンクリート部材にプレストレスを与えるというものである。
この構造においては、プレストレスの導入機構がコンクリートとＰＣ鋼材との付着にあるので、ＰＣ鋼材は所定の付着性能を有していることが必要とされる。
また、コンクリートは設計基準強度が一定値以上のものを採用する必要がある。
土木学会「コンクリート標準示方書」

本発明は、上記のようなプレテンションＰＣ部材の中で特にプレテンションＰＣ桁において、従来のものよりも格段に強度が向上し、その結果、桁高、重量を大幅に減少させることができるプレテンションＰＣ桁を提供することを目的とする。

上記のような課題を解決するために本発明のプレテンションＰＣ桁は、型枠の内部にＰＣ鋼材を配置して、ＰＣ鋼材に緊張を与えた状態で型枠の内部にコンクリートを打設するプレテンションＰＣ桁において、ＰＣ鋼材が高強度ＰＣ鋼より線であり、コンクリートが高強度コンクリートであることを特徴としたものである。

本発明のプレテンションＰＣ桁は以上のような手段からなるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞プレテンション方式の単純中空床版橋を対象として試設計を行ったところ、桁高で最大２７．５％、桁重量で最大３２．２％の低減効果を得ることができた。
＜２＞これらの結果から、明らかなように、高強度ＰＣ鋼材、および高強度コンクリートを使用することで、桁高および桁重量の低減を図ることができ、薄くて軽い、きわめて経済的なプレテンションＰＣ桁を市場に供給することができる。

以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞プレテンションＰＣ桁の製造工程。
プレテンションＰＣ桁の製造工程の基本は、従来の工程と同様である。
まず工場内に定着台としてのアバットを２基、対面させて設置する。
そしてアバット間に桁の底版を設置し、底版上に桁用の鉄筋を仮置きする。
次に、アバット間にＰＣ鋼材を通してアバットの外側からジャッキでＰＣ鋼材を一方へ引き寄せて緊張する。緊張後、仮置きした鉄筋の組み立てを行い、側枠を組み立てる。
その後、ＰＣ鋼材に緊張を与えた状態で、型枠の内部にコンクリートを打設する。
コンクリートが所定の強度の達したらＰＣ鋼材の緊張力を開放して、部材にプレストレスを与えてプレテンションＰＣ桁を製造する。

＜２＞使用するＰＣ鋼材。
近年、コンクリート構造物を構成する材料の高性能化が進み、降伏強度、および引張強度ともに従来製品よりも２０％程度（１Ｓ１５．２）高い、高強度化された高強度ＰＣ鋼より線が開発されている。
このような高強度ＰＣ鋼より線は、材料の化学成分のうち炭素とケイ素、クロムの含有量を通常のＰＣ鋼より線よりも高め、製造工程を調整することで高強度化を図ったものである。
高強度ＰＣ鋼より線は、普通ＰＣ鋼より線と比較して降伏強度および引張強度ともに１Ｓ１５．２で約２０％、１Ｓ２１．８で約１７％向上しており、普通ＰＣ鋼材と同程度のヤング係数、リラクセーション値、伸び性能を有している。
本発明のプレテンションＰＣ桁においては、上記のような特性を備えたものを選択して使用する。

＜２−１＞ＰＣ鋼より線の特性。
本発明のプレテンションＰＣ桁で使用する高強度ＰＣ鋼より線の化学組成の一例を図１に、高強度ＰＣ鋼より線および普通ＰＣ鋼より線の機械的特性の比較の一例を図２に示す。
高強度ＰＣ鋼より線は、普通ＰＣ鋼より線と比較して降伏強度および引張強度ともに１Ｓ１５．２で約２０％、１Ｓ２１．８で約１７％向上しており、普通ＰＣ鋼材と同程度のヤング係数、伸び性能を有している。
また、ＰＣ鋼より線のリラクセーション特性比較の一例を図３に示す。
高強度ＰＣ鋼より線のリラクセーション値は、普通ＰＣ鋼より線のリラクセーション値と比較して、同等以上の値を有している。

＜３＞使用するコンクリート。
本発明のプレテンションＰＣ桁において使用するコンクリートは、高強度コンクリートである。
この高強度コンクリートとして、骨材を砕石骨材によって構成した高強度コンクリートを使用することができる。
あるいは高強度コンクリートとして、高強度フライアッシュ人工骨材よりなる高強度コンクリートを使用することができる。
ここで「高強度コンクリート」とは、日本建築学会「建築標準工事仕様書 JASS 5 鉄筋コンクリート工事（2003）」では３６Ｎ／mm²以上のコンクリートとされている。
土木学会には高強度コンクリートに明確な定義はないが、概ね６０Ｎ／mm²以上を高強度コンクリートに分類しているようである。
日本建築学会 JASS 5（2003）では、高強度コンクリートの調合を定めるための条件として、以下の標準的な数値を挙げている。
（１）単位水量は、１７５kg/ｍ³以下（事情により１８５kg/ｍ³以下）
（２）単位セメント量は、できるだけ小さな値
（３）単位粗骨材量は、できるだけ大きな値
（４）化学混和剤使用量は、メーカー推奨範囲
（５）空気量は、凍害のおそれありで４．５％以下、凍害のおそれなしで２．０％以下
（６）塩化物量は、塩化物イオン量として０．３０kg/ｍ³以下
（７）水セメント比は、５０％以下
なお、最近では設計基準強度で１００〜１６０Ｎ／mm²の「超強度コンクリート」と称するコンクリートも開発および適用されており、それらを使用することもできる。

＜４＞試設計。
強度の高いプレストレスコンクリート部材を得るために、強度の高いＰＣ鋼材と強度の高いコンクリートを使用すればよいのか、推測だけで簡単に結論がでる問題ではない。
そこで高強度ＰＣ鋼より線の効果を検証するために、プレテンション方式単純中空床版橋を対象として試設計を行った。
設計条件を図４に、試設計の種類を図５に、橋梁断面図を図６に示す。
試設計は支間を１２．０ｍ〜２４．０ｍまで、２．０ｍ間隔で変化させた。
そして、ＰＣ鋼より線の種類（普通、高強度ＰＣ鋼より線）、コンクリートの種類（砕石骨材、ＨＦＡ骨材コンクリート）、設計基準強度（σ＝５０．８０．１００Ｎ／mm²）をパラメータとして行った。
ＰＣ鋼より線の初引張強度は、道路示方書に示される基準より算出し、普通ＰＣ鋼より線で１３６０Ｎ／mm²、高強度ＰＣ鋼より線で１５９０Ｎ／mm²を上限とした。

＜５＞試設計結果。
試設計結果の一覧を図７に示す。
また桁高と支間の関係を図８に、桁重量と支間の関係を図９に示す。
１）支間２４．０ｍでＵＳ５０とＮＳ５０を比較すると、桁高で１０．０％、桁重量で約６．９％の低減効果を見ることができる。
２）同様に、ＮＳ８０とＵＳ８０を比較すると、桁高で１２．１％、桁重量で８．４％の低減効果を見ることができる。
３）ＮＨ８０とＵＨ８０を比較すると、桁高で２７．５％、桁重量で２３．０％の低減効果を見ることができる。
４）ＮＳ５０とＵＳ８０を比較すると、桁高で２７．５％、桁重量で２３．０％の低減効果を見ることができる。
５）ＮＳ５０とＵＨ８０を比較すると、桁高で２７．５％、桁重量で３２．３％の低減効果を見ることができる。
これらの結果から、高強度ＰＣ鋼より線を使用することで、桁高および桁重量の大幅な低減が期待できることが分かる。
さらにコンクリート強度を高めれば、さらなる効果の向上が期待できる。
また図７に示すように、支間が大きいほど低減効果が大きくなることが明らかとなった。

＜６＞付着特性の問題。
プレテンション工法では、ポストテンション工法とは異なり、プレストレスは、ＰＣ鋼材とコンクリートとの付着に依存している。
したがって高強度ＰＣ鋼より線では表面積当たりの緊張力が大きくなるため、ＰＣ鋼材とコンクリートとの付着特性が課題となる。
そこで本発明の発明者らは、実証実験によって、ＰＣ鋼材とコンクリートとの付着性を、従来のＰＣ鋼より線を使用した場合と、インデント加工した高強度ＰＣ鋼より線を使用した場合とを比較した。
インデント加工とは、素線にくぼみを付けたものであり、１Ｓ２１．８ＰＣ鋼より線では、側線と２層目線に加工を施している。
供試体の条件を図１０に示す。
またコンクリート配合の一覧を図１１に、供試体の側面図と断面図を、図１２に示す。
この供試体は、鋼製ベンチ内に鉄筋およびＰＣ鋼より線を配置し、緊張後に型枠を組み立て、コンクリートを打設したものである。
コンクリートの硬化後にテストピースの強度確認を行い、その後に供試体の外部のＰＣ鋼より線を切断してその緊張力を導入し、ＰＣ鋼より線の引き込み量の経時変化について測定を行った。
ＰＣ鋼より線の引き込み量の経過計測結果の一覧を図１３に示す。
この図１３で導入プレストレス量の減少率（％）は、次の式によって計算したものである。
Δσ＝ΔＬ／Ｌ×ΔＡ
Ｌ＝Ｐ×ｂ／（Ａ×Ｅｐ）
ここでΔσ：導入プレストレス量の減少率（％）。
ΔＬ：芯線のすべり量（ｍｍ）。
Ｌ：緊張による伸び量（ｍｍ）。
ΔＡ：ＰＣ鋼より線全断面積に対する芯線断面積の割合（３１．５％）
Ｐ：導入緊張力（Ｎ）。
ｂ：供試体長さ（ｍｍ）。
Ａ：ＰＣ鋼より線の断面積（３１２．９ｍｍ²）
Ｅｐ：ＰＣ鋼より線のヤング係数（Ｎ/ｍｍ²）。
その結果を示す図１３から、インデント加工した高強度ＰＣ鋼より線を使用した供試体では、４８時間後の導入プレストレス量の減少率が０．００〜０．８８％であるのに対して、他の供試体では１．２７〜１．９９％となり、ＰＣ鋼より線にインデント加工を施すことは、付着機能の発揮にはきわめて有利であることが分かった。
このことから、特にプレテンションＰＣ桁においては、インデント加工したＰＣ鋼より線を使用することが、非常に有効な手段であるといえる。
なお、以上は「１Ｓ２１．８ＰＣ鋼より線」に関するものであり、「１Ｓ１５．２」においては、高強度ＰＣ鋼より線を使用しても、付着性の問題は生じないことが確認できているため、インデント加工は不要である。

高強度ＰＣ鋼より線の化学組成の一例を示す図。ＰＣ鋼より線の強度に関する特性比較の一例を示す図。ＰＣ鋼より線のリラクセーション特性比較の一例を示す図。試設計の設計条件の図。試設計の種類の図。試設計の橋梁の断面図。試設計の結果の一覧図。桁高と支間の関係の図。桁重量と支間の関係の図。供試体の条件の図。コンクリート配合の図。供試体の側面図と断面図。ＰＣ鋼より線のプレストレスの減少量の図。

Claims

型枠の内部にＰＣ鋼材を配置して、ＰＣ鋼材に緊張力を与えた状態で型枠の内部にコンクリートを打設するプレテンションＰＣ桁であって、
コンクリートが高強度コンクリートであり、
ＰＣ鋼材が高強度ＰＣ鋼より線であることを特徴とする、
プレテンションＰＣ桁。
請求項１記載の高強度コンクリートの設計基準強度が８０N/ｍｍ²〜１６０N/ｍｍ²であることを特徴とする、
プレテンションＰＣ桁。
請求項１記載の高強度ＰＣ鋼より線の引張強さが２，０００ N/ｍｍ²以上であることを特徴とする、
プレテンションＰＣ桁。
請求項３記載の高強度ＰＣ鋼より線がインデント加工されていることを特徴とする、
プレテンションＰＣ桁。