JP2016023533A

JP2016023533A - 接合構造

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Publication number: JP2016023533A
Application number: JP2014150994A
Authority: JP
Inventors: 健好是永; Takeyoshi Korenaga; 努小室; Tsutomu Komuro; 和正今井; Kazumasa Imai; 博文稲田; Hirobumi Inada; 高平島村; Kohei Shimamura; 裕美坂口; Yumi Sakaguchi; 真一竹▲崎▼; Shinichi Takezaki
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2014-07-24
Filing date: 2014-07-24
Publication date: 2016-02-08
Anticipated expiration: 2034-07-24
Also published as: JP6352092B2

Abstract

【課題】ＰＣａＰＣ部材を用いるにあたって、シヤーキーを削減可能としつつ、部材端におけるせん断抵抗性能を確保すること。【解決手段】第一のコンクリート部材と第二のコンクリート部材とを接合する接合構造であって、前記第一のコンクリート部材は、主筋と、緊張材と、部材コンクリートとを含むプレキャストプレストレストコンクリート部材であり、前記緊張材は、前記主筋よりも前記プレキャストプレストレストコンクリート部材の断面中央側に配置された、前記主筋よりも太径の鉄筋であり、前記主筋と前記緊張材とは、前記部材コンクリートの一端面から材軸方向に突出して前記第二のコンクリート部材に埋設され、前記第二のコンクリート部材に埋設される前記緊張材の長さが前記主筋よりも短い、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明はプレキャストプレストレストコンクリート部材を用いた接合構造に関する。なお、プレキャストコンクリートをＰＣａと、プレストレストコンクリートをＰＣと、プレキャストプレストレストコンクリートをＰＣａＰＣと、それぞれ表記する場合がある。

配筋の合理化および緊張材による効率的な偏芯曲げの付与を目的として、主筋と緊張材を兼用して軽量な長スパン梁を実現可能なＰＣａＰＣ梁が提案されている。例えば、特許文献１には、20ｍ級の長スパン梁を構築する方法として、ネジ節の高強度鉄筋（SD490〜SD685）をプレテンション方式の緊張材として使用し、これを梁主筋と兼用する技術が提案されている。また、特許文献２には、専用のプレテンション装置を持たないプレキャストコンクリート工場や現場サイトで製造可能なポストテンション方式とプレテンション方式を融合した施工法も提案されている。

一方、高層マンションや中小の事務所ビルでは、10〜15ｍ程度のスパンも広く使われており、そのような場合には、梁下端主筋を全て緊張材として兼用して使用しなくても十分である。このようなケースでは、一般に、梁主筋とは別にPC鋼より線を緊張材としてプレテンション方式で偏芯曲げを付与することによって長期曲げに対する設計を行い、地震荷重に対しては梁端部を鉄筋コンクリート造（RC造）とする構造方式（例えば、特許文献３）が提案されている。

特許第４３２６５１８号公報特許第５２６１４１８号公報特許第５０３９５９０号公報

特許文献３の構造方式の場合、緊張力がプレテンション方式で導入されているため、梁端面では緊張力が0となる。梁端部付近の緊張力が減退している領域は定着領域として鉄筋コンクリート造（RC造）として設計され、梁中央の領域はプレストレストコンクリート造（PC造）として設計される。梁端部はRC構造のため、梁端に生じるせん断力に対しては、主として、後打ちする床スラブと梁端面に設けたシヤーキー（コッター）が抵抗することになり、シヤーキーの形成が必要となる。

ポストテンション方式を採用する場合、梁端面に支圧板または定着具等が存在するため、主筋および支圧板によってシヤーキーを設ける位置が限定されるか、設けることができなくなる場合がある。

本発明の目的は、ＰＣａＰＣ部材を用いるにあたって、シヤーキーを削減可能としつつ、部材端におけるせん断抵抗性能を確保することにある。

本発明によれば、第一のコンクリート部材と第二のコンクリート部材とを接合する接合構造であって、前記第一のコンクリート部材は、主筋と、緊張材と、部材コンクリートとを含むプレキャストプレストレストコンクリート部材であり、前記緊張材は、前記主筋よりも前記プレキャストプレストレストコンクリート部材の断面中央側に配置された、前記主筋よりも太径の鉄筋であり、前記主筋と前記緊張材とは、前記部材コンクリートの一端面から材軸方向に突出して前記第二のコンクリート部材に埋設され、前記第二のコンクリート部材に埋設される前記緊張材の長さが前記主筋よりも短い、ことを特徴とする接合構造が提供される。

本発明によれば、ＰＣａＰＣ部材を用いるにあたって、シヤーキーを削減可能としつつ、部材端におけるせん断抵抗性能を確保することができる。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係る接合構造を示す模式図、（Ｂ）は図１（Ａ）のI-I線断面図。（Ａ）は梁部材の製造方法の例を示す説明図、（Ｂ）は梁部材の緊張力分布を示す図。（Ａ）は本発明の別実施形態に係る接合構造を示す模式図、（Ｂ）は図３（Ａ）のII-II線断面図。梁部材の製造方法の例を示す説明図。（Ａ）は本発明の別実施形態に係る接合構造を示す模式図、（Ｂ）は図５（Ａ）のIII-III線断面図。

以下、本発明の実施形態について説明する。各図は、説明の便宜上、本発明の実施形態における主要な構成を図示したものであり、細部の構成（例えば配筋等）は図示を省略している。また、一部の図に示す矢印Ｘ、Ｙは互いに直交する水平方向を示し、矢印Ｚは上下方向（垂直方向）を示している。

＜第一実施形態＞
図１（Ａ）は本発明の一実施形態に係る接合構造１を示す模式図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のI-I線断面図である。接合構造１は、梁部材１０と柱部材２０とを接合する構造である。梁部材１０の上部にはスラブ３０が形成されている。

本実施形態の場合、梁部材１０はＸ方向に延びるＰＣａＰＣ部材である。柱部材２０は、Ｚ方向に延びるコンクリート部材であり、ＰＣａ部材又は現場打ちコンクリートで形成される。スラブ３０はＸ−Ｙ平面上に形成されるコンクリート部材であり、現場打ちコンクリートで形成される。

梁部材１０は、複数の主筋１１、１２と、補強筋１３と、緊張材１４と、補強筋１５と、部材コンクリート１６とを含む。梁部材１０は、例えば、一部材で一スパン分の梁を構成することができ、例えば、一スパンが１０〜１５ｍ程度の梁に好適である。

主筋１２は、梁部材１０の上端部に配設されており、本実施形態の場合、Ｚ方向に二段の配置としている。主筋１２は現場で配筋することができる。主筋１１は梁部材１０の下端部に配設されており、本実施形態の場合、Ｚ方向に一段の配置としている。補強筋１３は主筋１１、１２の周囲に配筋されたスターラップである。

緊張材１４は部材コンクリート１６をＸ方向に貫通して延びる棒状の部材であり、主筋１１、１２よりも梁部材１０の断面中央側に配置されている。本実施形態の場合、緊張材１４は一本とし、かつ、梁部材１０の断面中央よりも下端部側で、幅方向（Ｙ方向）の中央部に位置している。しかし、緊張材１４は複数本設けてもよく、また、その配設位置も目的とする偏心曲げに応じて適宜設定できる。

緊張材１４は、主筋１１、１２よりも太径の鉄筋である。後述するダウエル効果を効果的に発揮させる点で、例えば主筋がＤ２９〜Ｄ３８とした場合、緊張材１４は例えばＤ３２以上Ｄ４１以下の鉄筋が好ましく、特に、高強度のネジ節鉄筋が好ましい。部材コンクリート１６の一端部において、緊張材１４の周囲には補強筋１５が配置されている。補強筋１５は、本実施形態の場合、緊張材１４の周囲に巻き回されたスパイラル筋である。なお、図示しないが部材コンクリート１６の他端部においても、緊張材１４の周囲に補強筋１５を配置することができる。

部材コンクリート１６は、本実施形態の場合、全体として直方体形状を有している。部材コンクリート１６には上述した主筋１１、補強筋１３、緊張材１４、補強筋１５が埋設されている。なお、図面上では、部材コンクリート１６の範囲を視覚的にわかり易くする目的で、柱部材２０やスラブ３０のコンクリートとは異なる模様としている。

部材コンクリート１６のＸ方向の一端面１６ａからは、材軸方向（Ｘ方向））に主筋１１、１２及び緊張材１４が突出している。図示しないが、部材コンクリート１６のＸ方向の他端面からも、材軸方向に主筋１１、１２及び緊張材１４を同様に突出させることができる。

一端面１６ａから突出した主筋１１、１２の端部は柱部材２０に埋設され、梁部材１０と柱部材２０とが接合される。

一端面１６ａから突出した緊張材１４も柱部材２０に埋設されるが、柱部材２０に埋設される緊張材１４の長さＬ（一端面１６ａからの突出長さ）は主筋１１、１２よりも短くしている。これは、緊張材１４が、地震時に梁部材１０の端部の曲げ抵抗要素とならず、主として梁主筋１１、１２のみで曲げ抵抗することを意図したものである。緊張材１４が梁部材１０の端部の曲げ抵抗要素として実質的に機能しなければ、一端面１６ａ付近において緊張材１４に大きな引張力が発生しないため、主筋１１、１２とは異なり大きなダウエル効果が緊張材１４に期待できる。

つまり、本実施形態では緊張材１４を、緊張材としてだけではなく、せん断抵抗要素として兼用している点に一つの特徴がある。このため、長さＬは、例えば、緊張材１４として鉄筋を採用した場合、その鉄筋の公称径の１０倍未満であることが好ましい。

日本建築学会の「現場打ち同等型プレキャスト鉄筋コンクリート構造設計指針（2002）」によると、鉄筋1本あたりのダウエル効果は、式（1）で示される。
Q_dowel = 1.65 a_dowel √(σ_B σ_y) 式（1）
ここに、Q_dowel：鉄筋1本のダウエル強度、a_dowel：鉄筋1本の断面積、σ_B：コンクリート圧縮強度、σ_y：鉄筋の降伏点
鉄筋にダウエル効果によるせん断応力だけでなく、引張応力も同時に作用する場合、鉄筋のダウエル強度が低下する。鉄筋の引張応力σ_S =α σ_y（α＜1）とすると、ダウエル強度は、式（2）で示される。
Q_dowel = 1.65 a_dowel √｛σ_B σ_y(1-α²)｝式（2）
すなわち、梁主筋では、地震時に梁端部で曲げ降伏すると、梁主筋の引張応力は降伏点（部材としては曲げ降伏）に達するため、ダウエル強度は0（α= 1）となり、計算上、ダウエル効果を期待できない。

緊張材１４の突出長さＬを上記のとおり、鉄筋の公称径の１０倍未満とすると、同鉄筋の引張応力は最大でも、σ_yの1/3〜1/2程度（α= 1/3〜1/2）であるため、大きなダウエル効果が期待できる。

このように本実施形態では、緊張材１４をせん断抵抗要素として機能させることで、梁部材１０の端部のせん断設計において、シヤーキーを無くすか、もしくは減らすことが可能となる。こうして、ＰＣａＰＣ部材を用いるにあたって、シヤーキーを削減可能としつつ、部材端におけるせん断抵抗性能を確保することができる。

次に、梁部材１０の製造方法の例について説明する。梁部材１０は一般的な製造方法を適用して製造することができる。図２（Ａ）はその説明図であり、プレテンション方式で緊張力を導入する例を示している。

まず、状態ＳＴ１に示すように、緊張装置２、２間に緊張材１４を配置し、型枠３や主筋１１等の配筋を行う。同図の例では３個の梁部材１０を同時に製造する場合を想定している。また、ここでは、緊張材１４をジョイント材１４ａで連結しているが、一本の緊張材１４を用いてもよい。

続いて状態ＳＴ２緊張装置２、２で緊張材１４を緊張し、型枠３に部材コンクリート１６を打設する。部材コンクリート１６の養生後、緊張装置２、２による緊張材１４の緊張を解放して、部材コンクリート１６に緊張力を導入する。その後、状態ＳＴ３に示すように、ジョイント材１４ａの連結を解除する。部材コンクリート１６の端面からは緊張材１４が突出したままとし、必要に応じて突出長さを調整（切断）して完成する。

このようにプレテンション方式で梁部材１０を製造した場合、部材コンクリート１６の緊張力の分布は図２（Ｂ）に示す分布となる。すなわち、梁端面では緊張力が0となり、梁端部付近の緊張力が減退している領域が定着長さとされる。定着長さに相当する定着領域は鉄筋コンクリート造（RC造）として設計され、梁両側の定着域を除く梁中央の領域はプレストレストコンクリート造（PC造）として設計される。

一般に、ＰＣ鋼より線を緊張材として製造されたＰＣａＰＣ梁部材では、地震荷重によって梁端部にひび割れが生じると、その影響で、緊張材の張力が徐々に減退し、プレテンション方式における定着長さも長くなる傾向にある。そのため、梁スパンにおけるRC造領域が長くなり、梁中央のPC造領域は逆に狭くなる。その結果、梁の損傷が大きい場合には梁のたわみ障害を誘発する場合もある。

本実施形態の場合、梁部材１０の端部において緊張材１４の周りを補強筋１５で補強しているため、緊張材１４の付着劣化を抑止する。したがって、極大地震を受けた場合であって、緊張材１４の定着長さが長くなることを抑制し、梁端部のRC造領域が大きく広がらず、梁のたわみ障害を回避できる。また、この補強筋１５の補強は、ダウエル効果による緊張材１４周りの上下コンクリートの局所的な支圧補強にもなり、より効果的にダウエル抵抗力を保持できる。

付着劣化の抑止を目的とした補強筋１５による補強は、ＰＣ鋼より線を緊張材として製造されたＰＣａＰＣ梁部材にも適用できるが、複数のＰＣ鋼より線が間隔狭く並んでいる状態での配筋作業は煩雑となる。本実施形態のように、棒状の鉄筋である緊張材１４に適用する方が合理的である。また、そもそもＰＣ鋼より線ではダウエル効果は期待できない。なお、大地震後に梁のたわみ制限内で設計可能な場合は、補強筋１５による緊張材１４の補強はなくてもよい。

＜第二実施形態＞
緊張力の導入は、ポストテンション方式や、プレテンション方式とポストテンション方式とを融合した方式としてもよい。ここでは、プレテンション方式とポストテンション方式とを融合した方式で緊張力の導入を行う実施形態について説明する。

図３（Ａ）は本発明の一実施形態に係る接合構造１Ａを示す模式図、図３（Ｂ）は図２（Ａ）のII-II線断面図である。以下、接合構造１Ａについて、上述した接合構造１と共通する構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

接合構造１Ａは、梁部材１０Ａと柱部材２０とを接合する構造である。梁部材１０Ａの上部にはスラブ３０が形成されている。

梁部材１０Ａは、シース管１７とグラウト材１８とを備え、上述した補強筋１５が無い構成である。シース管１７は、緊張材１４を挿通させるために部材コンクリート１６に埋設されており、例えば、部材コンクリート１６の両端面間を貫通するようにＸ方向に延設している。グラウト材１８はシース管１７内に充填されている。グラウト材１８としては、部材コンクリート１６よりも高強度のモルタルが好ましい。

次に、梁部材１０Ａの製造方法の例について説明する。図４はその説明図であり、プレテンション方式とポストテンション方式とを融合した方式で緊張力を導入する例を示している。

まず、状態ＳＴ１１に示すように、部材コンクリート１６の両端面に緊張材１４を挿通した支圧板４を設置し、その外側からナット等の固定具５を緊張材１４に取り付ける。また、部材コンクリート１６の一方の端面側に、ジャッキやカプラー等からなる緊張装置６を設置する。そして、緊張材１４を緊張し、部材コンクリート１６の端面に支圧板４が圧接するように固定具５を締結する。

緊張装置６を取り外し、状態ＳＴ１２に示すようにシース管１７内にグラウト材１８を充填する。グラウト材１８の強度が発現した後、状態ＳＴ１３に示すように、再び、緊張装置６を部材コンクリート１６の一方の端面側に設置し、緊張材１４を緊張する。そして、一方の端面側において、固定具５を緩めて緊張力を開放することによって、固定具５と支圧板４とを取り外す。次に、状態ＳＴ１４に示すように、緊張装置６を部材コンクリート１６の他方の端面側に設置し、緊張材１４を緊張する。そして、状態ＳＴ１５に示すように他方の端面側においても、固定具５を緩めて緊張力を開放することによって、固定具５と支圧板４とを取り外す。部材コンクリート１６の端面からは緊張材１４が突出したままとし、必要に応じて突出長さを調整（切断）して完成する。

部材コンクリート１６の緊張力の分布は図２（Ｂ）に示した、プレテンション方式で製造した場合と同様の分布となる。すなわち、梁端面では緊張力が0となり、梁端部付近の緊張力が減退している領域が定着長さとされる。したがって、地震荷重によって定着長さが長くなるという懸念が生じるが、第一実施形態における補強筋１５のような補強は必要ない。

本実施形態の場合、シース管１７が存在するため、緊張材１４の付着劣化によって張力が減退し、緊張材１４が膨張し始めると、シース管１７がその膨張を拘束する（シース管のフープテンション）。その結果、定着域での緊張材１４の付着劣化を抑止することになり、第一実施形態における補強筋１５のような補強は必要ない。緊張材１４のダウエル効果によるせん断抵抗性能の確保等の効果については第一実施形態と同様である。

＜第三実施形態＞
図５（Ａ）は本発明の一実施形態に係る接合構造１Ｂを示す模式図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のIII-III線断面図である。以下、接合構造１Ｂについて、上述した接合構造１Ａと共通する構成については同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。

接合構造１Ｂは、梁部材１０Ｂと柱部材２０とを接合する構造である。梁部材１０Ｂの上部にはスラブ３０が形成されている。

本実施形態は、床が重積載荷重（1t以上/m²）を受ける物流倉庫や人工地盤等において、地震時に梁端部で大きなせん断力が生じる大梁を想定したものである。緊張力導入方法は、支圧板等の定着具やシース管を有する一般的なポストテンション方式としている。

具体的には、シース管１７の一方端部（部材コンクリート１６の一方端部）に支圧板１９ａが設けられ、その外側からボルト等の固定具１９ｂが緊張材１４に取り付けられている。固定具１９ｂにより支圧板１９ａが緊張材１４に取り付けられる。支圧板１９ａは固定具１９ｂを一体に備えるものでもよい。なお、支圧板１９ａからの支圧応力に対する部材コンクリート１６の補強を行ってもよい。

本実施形態の場合、シース管１７、緊張材１４が二組設けられている。製造方法としては、第二実施形態で説明した状態ＳＴ１１と状態ＳＴ１２を行えばよい。

なお、図示しないが、シース管１７の他方端部（部材コンクリート１６の他方端部）も同様の構成とすることができる。

部材コンクリート１６の一端面１６ａには、凹部１６ｂが形成されている。図示しないが部材コンクリート１６の他端面にも同様の凹部を形成することができる。

支圧板１９ａはこの凹部１６ｂに配設されている。支圧板１９ａは凹部１６ｂの底部に位置しており、一端面１６ａよりも梁部材１０の内側に位置している。

この凹部１６ｂはシャーキーとしても機能する。換言すると、シャーキーを支圧板１９ａの配設領域としても利用している。本実施形態では、緊張材１４のダウエル効果と凹部１６ｂ（シヤーキー）の相乗効果による大きなせん断抵抗力が期待できる。

＜他の実施形態＞
以上、説明してきた第一乃至第三実施形態では、説明を解りやすくするために、梁部材１０の部材コンクリート１６の端面１６ａと、柱部材２０の柱面とを同じとして説明した。しかし、実際の施工においては、端面１６ａが柱内（柱梁接合部：現場打ち）に少しのみ込せる（下層柱のかぶりコンクリート部分で仮受け）場合が多い。また、梁と柱の間に現場打ちの梁部分を設けることもある。これらの構成においても本発明を適用できることは言うまでもない。

また、上記各実施形態では、本発明の接合構造或いはプレキャストプレストレストコンクリート部材を梁に適用した例を説明したが、偏芯曲げ応力を受ける柱等、他の部材に適用してもよい。

１、１Ａ、１Ｂ接合構造
１０、１０Ａ、１０Ｂ梁部材
１１、１２主筋
１４緊張材
２０柱部材

Claims

第一のコンクリート部材と第二のコンクリート部材とを接合する接合構造であって、
前記第一のコンクリート部材は、主筋と、緊張材と、部材コンクリートとを含むプレキャストプレストレストコンクリート部材であり、
前記緊張材は、前記主筋よりも前記プレキャストプレストレストコンクリート部材の断面中央側に配置された、前記主筋よりも太径の鉄筋であり、
前記主筋と前記緊張材とは、前記部材コンクリートの一端面から材軸方向に突出して前記第二のコンクリート部材に埋設され、
前記第二のコンクリート部材に埋設される前記緊張材の長さが前記主筋よりも短い、
ことを特徴とする接合構造。
請求項１に記載の接合構造であって、
前記緊張材の前記一端面から材軸方向への突出長さが前記鉄筋の公称径の１０倍未満である、
ことを特徴とする接合構造。
請求項１又は２に記載の接合構造であって、
前記部材コンクリートにはプレテンション方式により緊張力が導入されており、
前記部材コンクリートの端部には、前記緊張材の周囲に配置された補強筋が埋設されている、
ことを特徴とする接合構造。
請求項１又は２に記載の接合構造であって、
前記部材コンクリートにはポストテンション方式により緊張力が導入されており、
前記第一のコンクリート部材は、
前記緊張材が挿通されるシース管と、
前記シース管内に充填されるグラウト材と、を更に含む、
ことを特徴とする接合構造。
請求項１又は２に記載の接合構造であって、
前記部材コンクリートにはポストテンション方式により緊張力が導入されており、
前記部材コンクリートの前記一端面には、前記緊張材に取り付けられる支圧板が配設される凹部が形成されている、
ことを特徴とする接合構造。