JP2017179861A

JP2017179861A - 緊張力管理システム

Info

Publication number: JP2017179861A
Application number: JP2016068320A
Authority: JP
Inventors: 石塚　健一; Kenichi Ishitsuka; 健一石塚; 倫彦北; Tomohiko Kita; 優司津川; Yuji Tsugawa
Original assignee: Tobishima Corp
Current assignee: Tobishima Corp
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-05
Anticipated expiration: 2036-03-30
Also published as: JP6450338B2

Abstract

【課題】プレストレスト・コンクリート構造物に施設されるＰＣケーブルの緊張過程において、ＰＣケーブルの測定箇所における緊張力を得ることができる緊張力管理システムを提供する。
【解決手段】緊張力管理システム１０は、ＰＣケーブル１２の所定の箇所における接続シース１５の内周面に設置された低熱伝導率の測温シートと、測温シートに取り付けられてＰＣケーブル１２の緊張過程において生じる測温シートの内外面の温度差の変化（接続シース１５内部の熱流束の変化）を検出する複数の熱電対と、それら熱電対が検出した緊張過程における測温シートの内外面の温度差の変化（接続シース１５内部の熱流束の変化）を表示する温度データロガー２３とから形成され、測温シートの内外面の温度差の変化とＰＣケーブル１２の想定緊張力との関係に基づいて、それら熱電対が検出した所定の箇所におけるＰＣケーブル１２の実質緊張力を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、プレストレスト・コンクリート構造物の構築過程において施設されるＰＣ鋼材の緊張力を管理する緊張力管理システムに関する。

プレストレスト・コンクリート構造物の施工において施設されるＰＣ鋼材の緊張力管理は、ＰＣ鋼材の緊張端（端部）に設置された油圧ジャッキを作動させ、これに接続されたポンプ圧測定器に表示された圧力（油圧ジャッキによる緊張力）を確認しつつ、油圧ジャッキによる緊張力を次第に増加させ、ポンプ圧が設定圧の範囲に入ったときに、油圧ジャッキを停止させ、ＰＣ鋼材の緊張端を定着具によってコンクリートに固定することで行われる。

一般的に、ＰＣ鋼材の緊張端において確認されるプレストレス力と構造物の各設計断面に導入されるプレストレス力との間には、ＰＣ鋼材とシースとの間の摩擦や引張装置内部の摩擦、くさび定着時におけるＰＣ鋼材の引き込まれ等が要因となって差異が生じ、後者は前者より小さくなる傾向がある。実構造物ではこれらの要因によるプレストレス減少量にばらつきがあり、実際の減少量が想定よりも大きい場合、ＰＣ鋼材の緊張端におけるポンプ圧測定器のみによる緊張力管理では定着後の設計断面のプレストレス力不足が懸念される。

ＰＣ鋼材の緊張力管理は、油圧ジャッキの緊張力およびＰＣ鋼材の伸び量によって行うことを原則としているが、ＰＣ鋼材緊張後の設計断面におけるプレストレス力確保が重要であり、近年では、両緊張端のＰＣ鋼材引張力と伸びとからシース内のＰＣ鋼材引張力の分布を推定することにより、設計断面に作用するプレストレス力を間接的に管理する等の対応が必要とされてきている。そのような緊張力管理がコンクリート道路橋施工便覧（社団法人日本道路協会）に記載されている（非特許文献１参照）。

コンクリート道路橋施工便覧（社団法人日本道路協会）

ＰＣ鋼材は長尺物であり、構築するプレストレスト・コンクリート構造物の設計上考慮すべき荷重により生じる断面力（曲げモーメント）に対応して、ＰＣ鋼材を上下方向や左右方向へ湾曲させた曲線状態で設置する場合が多い。すなわち、コンクリート断面において曲げ引張応力が生じる側でプレストレス力を付与できるようにＰＣ鋼材を設置する。ＰＣ鋼材端部で緊張した場合、ＰＣ鋼材の中間部では接触するシースの内壁との摩擦によってプレストレス力が減少するため、摩擦の影響を考慮して各設計断面に必要なプレストレス力が確保されるよう、ＰＣ鋼材端部の緊張力が設定される。しかし、実構造物の摩擦係数にはばらつきがあり、ＰＣ鋼材端部に設定どおりの緊張力を作用させたとしても、緊張端を除くＰＣ鋼材の残余の箇所で設計上の必要応力に達している（各設計断面に必要なプレストレス力が確保されている）とは限らない。

ＰＣ鋼材の残余の箇所の応力が設計上の必要応力に達したことを確認するには、ＰＣ鋼材に作用させる緊張力を増加させる過程においてＰＣ鋼材の所定の箇所の応力を測定すればよいが、ＰＣ鋼材はその緊張端を除く全体がシース管に挿通されているため、ＰＣ鋼材の所定の箇所の応力を直接測定する効果的な測定手段はなかった。

本発明の目的は、プレストレスト・コンクリート構造物に施設されるＰＣ鋼材に緊張力を作用させる緊張過程において、ＰＣ鋼材の所定の箇所における緊張力を得て、各設計断面の必要プレストレス力を確保した状態でＰＣ鋼材をコンクリート構造物に定着できる緊張力管理システムを提供することにある。

前記課題を解決するための本発明の前提は、プレストレスト・コンクリート構造物の構築過程において施設されるＰＣ鋼材の緊張力を管理する緊張力管理システムである。

前記前提における本発明の緊張力管理システムの特徴は、緊張力管理システムが、ＰＣ鋼材の所定の箇所におけるＰＣ鋼材を包被するシースの内周面に設置された低熱伝導率の測温シートと、測温シートに取り付けられてＰＣ鋼材に緊張力を作用させる緊張過程において生じる測温シートの外面と内面との温度差の変化を検出する熱電対と、熱電対が検出した緊張過程における測温シートの外面と内面との温度差の変化を表示する温度データロガーとから形成され、緊張力管理システムでは、測温シートの外面と内面との温度差の変化とＰＣ鋼材の想定緊張力との関係に基づいて、熱電対が検出した測温シートの外面と内面との温度差の変化から所定の箇所におけるＰＣ鋼材の実質緊張力を算出することにある。

本発明の緊張力管理システムの一例として、緊張力管理システムでは、複数の熱電対が測温シートに取り付けられ、それら熱電対のマイナス脚とプラス脚とが直列に接続され、それら熱電対のマイナス脚とプラス脚との各接点が測温シートの中央部に配置されているとともにシースの内周面の周り方向へ略等間隔離間して並んでいる。

本発明の緊張力管理システムの他の一例としては、それら熱電対のマイナス脚とプラス脚との各接点が、シースの内周面に対向する測温シートの外面とＰＣ鋼材に対向する測温シートの内面とに交互に位置するように取り付けられている。

本発明の緊張力管理システムの他の一例としては、シースが、一方のシースと他方のシースとを接続する接続シースであり、熱電対を取り付けた測温シートが、接続シースの内周面に設置されている。

本発明の緊張力管理システムの他の一例として、測温シートのＰＣ鋼材に対向する内面には、放射率向上対策が施されている。

本発明にかかる緊張力管理システムによれば、安価で入手容易な熱電対を利用するので、緊張力管理システムを現地で手間が掛からず低コストで構築できる。また、本緊張力管理システムでは、ＰＣ鋼材の所定の箇所におけるシースの内周面に設置された低熱伝導率の測温シートに取り付けられた熱電対を利用し、ＰＣ鋼材の緊張過程で生じる測温シートの外面と内面との温度差の変化を直接前記所定の箇所で検出することから、測温シートの外面と内面との温度差の変化とＰＣ鋼材の緊張力との関係に基づいて、所定の箇所におけるＰＣ鋼材の実質緊張力を算出することができる。したがって、ＰＣ鋼材の所定の箇所における実質緊張力を直接、必要緊張力以上に適正に保持した状態でＰＣ鋼材をプレストレスト・コンクリート構造物に定着させることができ、ＰＣ鋼材を介して設計上必要とされるプレストレス力をコンクリート構造物に確実に付与できる。

次に、複数の熱電対が測温シートに取り付けられ、それら熱電対のうちの一方の熱電対のマイナス脚と他方の熱電対のプラス脚とが直列に接続され、それら熱電対のマイナス脚とプラス脚との各接点が測温シートの中央部に配置されているとともにシースの内周面の周り方向へ略等間隔離間して並んでいる緊張力管理システムとすることで、測温シートの外面と内面との温度差の変化が微小であっても、直列回路を構成する複数の熱電対により該温度差の変化を増幅して検出することができる。この結果、増幅して検出された前記測温シートの外面と内面との温度差の変化から所定の箇所におけるＰＣ鋼材の実質緊張力を比較的精度よく算出することができる。

さらに、熱電対のマイナス脚とプラス脚との各接点がシースの内周面に対向する測温シートの外面とＰＣ鋼材に対向する測温シートの内面とに交互に位置し、それら熱電対が測温シートの外面と測温シートの内面との温度差の変化を検出すれば、測温シートの外面と内面との温度差の変化をさらに増幅でき、所定の箇所におけるＰＣ鋼材の実質緊張力算出精度が高められることで、より確実にＰＣ鋼材の緊張力を管理することができる。

シースが一方のシースと他方のシースとを接続する接続シースであり、熱電対を取り付けた測温シートが接続シースの内周面に設置されている一体型接続シースを利用することで、熱電対を取り付けた測温シートをシースに容易に設置することができる緊張力管理システムとなる。

測温シートのＰＣ鋼材に対向する内面に放射率向上対策が施されている緊張力管理システムは、測温シートの内面に放射率向上対策を施すことにより、ＰＣ鋼材の緊張過程でＰＣ鋼材から放射される熱の吸収効率を向上させることができ、測温シートの外面と内面との温度差の変化を高い精度で正確に検出することができる。

複数本のＰＣケーブルを施設した橋梁の一例を示す斜視図。ＰＣケーブル施設箇所の周辺状況の一例を示す図。ＰＣケーブル施設箇所におけるコンクリート打設後の状況図。本発明の緊張力管理システムの構成例を示す図。本発明の緊張力管理システムで実質緊張力の算出をパソコンで行う場合の一例を示す図。接続シース（管理測点付近）の斜視図。接続シース（管理測点付近）の縦断面図：Ａ−Ａ線矢視断面図。複数個の熱電対の測温シートへの取り付け例を示す図。接続シース（管理測点付近）の横断面図：Ｂ−Ｂ線矢視断面図。接続シース（管理測点付近）の横断面図の部分拡大図。熱流束変化からＰＣケーブルの緊張力を得る原理の説明図。ＰＣケーブルの定着直後の橋梁の縦断面図。グラウトを充填した後の橋梁の縦断面図。

以下に、図面に基づき、プレストレスト・コンクリート構造物の構築過程において施設されるＰＣ鋼材の緊張力を管理する緊張力管理システム１０の詳細を説明する。

図１は、複数本のＰＣケーブル１２を施設した橋梁１１の一例を示す斜視図である。ＰＣケーブル１２（ＰＣ鋼材）の緊張作業では、橋梁１１の構築過程において施設されるＰＣケーブル１２の緊張力を管理し、該緊張力を適正に保持した状態でＰＣケーブル１２を橋梁１１（プレストレスト・コンクリート構造物）に定着させる。ＰＣケーブル１２は、図１に示すように、橋梁１１の幅方向へ所定寸法離間させ、橋梁１１の長さ方向へ配置させた状態で複数本が施設される。図２にＰＣケーブル施設箇所の周辺状況の一例を示す。また、図３は、該ＰＣケーブル施設箇所におけるコンクリート打設後の状況を示すものである。ポストテンション方式では、型枠１６内（図２参照）にコンクリート１７（図３参照）を打設した後、ＰＣケーブル１２の緊張作業が行われる。

図４に本発明の緊張力管理システム１０の構成例を示す。また、図５に、前記実質緊張力の算出をコンピュータ（パソコン３６）で行う場合の一例を示す。なお、実質緊張力の算出については必ずしもパソコンで行う必要はなく、後述のとおり、あらかじめ測温シート内外面温度差の変化に対するＰＣケーブル実質緊張力算定表もしくは同算定図を作成しておき、それを用いてもよい。以下では、ポストテンション方式によって橋梁１１を構築する場合を例として緊張力管理システム１０を説明するが、本発明の緊張力管理システム１０は、橋梁１１の構築の他に、ポストテンション方式の他のプレストレスト・コンクリート構造物に適用可能である。

ポストテンション方式では、ＰＣケーブル１２の緊張端１８に油圧ジャッキ１９を設置し、ＰＣケーブル１２を長さ方向へ引っ張る緊張作業が行われる（図４参照）。一般に、ＰＣケーブル１２の緊張力管理では、プレストレスト・コンクリート構造物の構築過程において複数本のＰＣケーブル１２の緊張端における緊張力が個別に管理される。本緊張力管理システム１０では、緊張端のみならず、設計荷重に対して発生曲げモーメントが最大となる橋梁１１の支間中央４０や前記発生曲げモーメントが最少となる中間支点４１等、必要に応じて任意箇所に管理測点を設け、ＰＣケーブル１２の緊張力を個別に管理する。図６に前記管理測点付近の斜視図を示すが、ＰＣケーブル１２は、長さ方向へ延びる長尺の鋼材であり、その外側が長さ方向へ延びるシース１３によって包被されており、複数のシース１２がそれらの延出端部１４に設置される接続シース１５によって接続されている。

図７に前記管理測点付近の縦断面図（Ａ−Ａ矢視断面図）を示す。図４〜６とともに図７を参照すると、本緊張力管理システム１０は、接続シース１５の内周面２０に設置される測温シート２１と、測温シート２１に取り付けられた複数個の熱電対２２ａ〜２２ｌと、温度データロガー２３とから形成されている。そして、図８に前記複数個の熱電対２２ａ〜２２ｌの測温シート２１への取り付け例を示すが、測温シート２１は、長方形に成形され、短辺方向両端縁２４ａ，２４ｂと、長辺方向両側縁２５ａ，２５ｂとを有するとともに、外面２６（接続シース１５の内周面２０に対向する面）と、内面２７（ＰＣケーブル１２に対向する面）とを有する。

測温シート２１は、０．１Ｗ／ｍＫ前後の低い熱伝導率を有するポリエチレンフォームやポリプロピレンフォーム、防水紙、ブチルゴム等から作られている。測温シート２１は、その厚み寸法が０．５〜２．０ｍｍの範囲にある。測温シート２１の内面２７には、放射率向上対策が施されている。放射率向上対策としては、黒色フィルムまたは高放射率のフィルムを測温シート２１の内面２７に貼付する場合、黒色塗料を測温シート２１の内面２７に塗布する場合がある。測温シート２１の内面２７に黒色処理を施すことで、測温シート２１における熱の吸収効率を向上させることができる（図７参照）。

図９に前記管理測点付近の横断面図（Ｂ−Ｂ矢視断面図）を示す。測温シート２１は、その外面２６が接続シース１５の内周面２０に対向し、その内面２７がＰＣケーブル１２に対向するように、接続シース１５とＰＣケーブル１２との間に配置され、接続シース１５の内周面２０に接着剤によって固着されている（図７参照）。測温シート２１は、接続シース１５の内周面２０に固着されることで、図８の平面状態から両側縁２５どうしが当接した環状（筒状）に成形され、接続シース１５の内周面２０の周り方向へ延在する。なお、測温シート２１は、接続シース１５ではなく、ＰＣケーブル１２を包被するシース１３の内周面２０に設置されていてもよい。

図１０に前記管理測点付近の横断面図の部分拡大図を示すが、熱電対２２ａ〜２２ｌは、マイナス脚２８とプラス脚２９とを接続する各接点３０で温度に応じた起電圧が発生するゼーベック効果を利用して物体の温度を計測することで、ＰＣケーブル１２の緊張過程において生じる測温シート２１の外面２６と内面２７との温度差の変化を検出する。熱電対２２ａ〜２２ｌには、常温測定であることから、測定精度が高いＴ型熱電対（銅・コンスタンタン）を使用することが好ましいが、Ｋ型熱電対（クロメル・アルメル）やＥ型熱電対（クロメル・コンスタンタン）、Ｗ型熱電対（タングステンレニウム合金）、Ｂ型熱電対（白金ロジウム合金）等を使用することもできる。

複数の熱電対２２ａ〜２２ｌは、マイナス脚２８とプラス脚２９が交互に位置するようにして、直列に接続されている。それら熱電対２２ａ〜２２ｌでは、マイナス脚２８（金属線）の長さや材質が同一であり、プラス脚２９（金属線）の長さや材質が同一である。

図８〜１０を参照すると、直列に接続された熱電対２２ａ〜２２ｌのマイナス脚２８が測温シート２１の一方の端縁２４ａを跨いで測温シート２１の外面２６と内面２７とに位置し、マイナス脚２８が測温シート２１の一方の端縁２４ａから他方の端縁２４ｂに向かって延びているとともに、１つの熱電対２２ａ〜２２ｌのプラス脚２９が測温シート２１の一方の端縁２４ａを跨いで測温シート２１の外面２６と内面２７とに位置し、プラス脚２９が測温シート２１の一方の端縁２４ａから他方の端縁２４ｂに向かって延びている。なお、図８では、１２個の熱電対２２ａ〜２２ｌが測温シート２１に取り付けられているが、熱電対の個数に特に制限はなく、熱電対が測温シート２１に何個取り付けられていてもよい。

熱電対２２ａ〜２２ｌの各接点３０は、測温シート２１の外面２６と測温シート２１の内面２７とに交互に位置し、測温シート２１の内外面２６，２７における中央部３２に配置されているとともに、測温シート２１の一方向へ略等間隔離間して並んでいる。したがって、測温シート２１が接続シース１５の内周面２０に固着された場合、熱電対２２ａ〜２２ｌの各接点３０が接続シース１５の内周面２０の周り方向へ略等間隔離間して並ぶ。なお、接続シース１５の内周面２０の周り方向へ隣接する熱電対２２ａ〜２２ｌの離間寸法は、接続シース１５の内周面２０の周り方向へ１０°〜３０°の範囲にある。熱電対２２ａ〜２２ｌの各接点３０は、測温シート２１の内外面２６，２７の中央部３２にアルミテープ３３によって固着されている。なお、アルミテープ３３以外のテープまたは接着剤によって各接点３０が測温シート２１に固着されていてもよい。

温度データロガー２３は、ディスプレイ３４および記憶デバイスが実装され、測温シート２１の一方の側縁２４ａの側から延出する熱電対２２ａの信号線３５（マイナス脚２８）と測温シート２１の他方の側縁２４ｂの側から延出する熱電対２２ｌの信号線３５（マイナス脚２８）とが接続されている（図４、９参照）。同時に、パソコン３６にインターフェイス（無線または有線）を介して接続されている（図５参照）。

温度データロガー２３に熱電対２２ａ〜２２ｌの接点３０の起電力が送信されると、温度データロガー２３は、起電力をそれに対応する温度に変換し、変換した温度に基づいて測温シート２１の外面２６と測温シート２１の内面２７との温度差の変化（接続シース１５の内部３１の熱流束の変化）をディスプレイ３４に表示するとともに、温度差の変化をデジタルデータに変換、パソコン３６に送信し、デジタルデータを所定の時間毎に記憶デバイスに保存する。

パソコン３６の記憶領域には、測温シート２１の外面２６と測温シート２１の内面２７との温度差の変化に対応するＰＣケーブル１２の緊張力の変化を示す相関関係も保存されている。該相関関係は、あらかじめ実験によって求められている。

パソコン３６の記憶領域には、ＰＣケーブル１２や接続シース１５を特定する識別子等の情報とともに、各ＰＣケーブル１２における熱流束の測定箇所を特定する情報が保存されている。

パソコン３６に組み込まれた緊張力管理アプリケーションによる制御に基づいて、熱電対２２ａ〜２２ｌが検出し、温度データロガー２３から送信された測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化（接続シース１５の内部３１の熱流束の変化）を前記相関関係に当て嵌め、ＰＣケーブル１２の測定箇所における実質緊張力を算出してそれをディスプレイ３７に表示する。

接続シース１５の内部３１の熱流束の変化は最大で約２．０Ｗ／ｍ^２と微少であるが、緊張力管理システム１０では、直列に接続された複数の熱電対２２ａ〜２２ｌによって、直列熱電対出力Ｅ（℃）が測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化の３６０／α倍に増幅され、熱流束＝Ｅ×α／３６０×λ₂／ｔ₂として検出される。なお、αは、熱電対接点の配置間隔（°）、λ₂は、測温シート２１の熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）、ｔ₂は、測温シート２１の厚み寸法（ｍ）である。

図１１は、熱流束の変化からＰＣケーブル１２の緊張力を得る原理の説明図である。ＰＣケーブル１２の緊張力を徐々に増加させると、ＰＣケーブル１２の表面温度が熱弾性効果によって次第に低下するため、測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化に伴い、接続シース１５の内部３１の熱流束が負の方向へ次第に大きくなる。すなわち、ＰＣケーブル１２に生じる緊張力の変化は、ＰＣケーブル１２の温度変化や接続シース１５内部３１の熱流束の変化と比例関係にあり、本緊張力管理システム１０では、この接続シース１５の内部３１の熱流束の変化を捉えることで、ＰＣケーブル１２に作用する緊張力を得られるのである。

接続シース１５の内周面２０に貼着した測温シート２１の熱流束の変化に着目し、測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化からＰＣケーブル１２の緊張力を推定する方法の詳細を以下に説明する。なお、この推定方法の妥当性については、実構造物への適用可能性を試験によって確認済みである。

測温シート２１のＰＣケーブル１２に対向する内面２７からＰＣケーブル１２に向かって一定の熱流が生じている状態の下では、
・空気中の熱伝導による熱流：Q₁＝-2πλ₁/Ln(R₂/R₁)×（T₁−T₂）
・放射される熱流：Q₂＝-2πR₁σ/｛1/ε₁＋(R₁/R₂)(1/ε₂−1)｝×（T₁ ⁴−T₂ ⁴）
・測温シート２１中の熱伝導による熱流：Q₃＝2πR₂λ₂/ｔ₂×T₃₂
となることが知られている。
ここに、Ｑは単位長さ当たりの熱流（Ｗ/ｍ）、T₁はＰＣケーブル１２の温度（Ｋ）、ΔT₁はその温度変化（Ｋ）、T₂は測温シート２１の内面２７の温度（Ｋ）、ΔT₂はその温度変化（Ｋ）、T₃は測温シート２１の外面２７の温度（Ｋ）、T₃₂は測温シート２１の外面２６と内面２７の温度差（Ｋ）、ΔT₃₂はその温度差の変化（Ｋ）、R₁はＰＣケーブル１２の半径（ｍ）、R₂は測温シート２１のＰＣケーブルを包被した状態の半径（ｍ）、λ₁は空気の熱伝導率（Ｗ/ｍＫ）、ε₁はＰＣケーブル１２の放射率、ε₂は測温シート２１の内面２７の放射率、σはステファン−ボルツマン定数（Ｗ/ｍ^２Ｋ^４）である。なお、λ₂およびｔ₂は前述のとおり。
以下、本緊張力管理システムにおけるＰＣケーブル周辺の前記各熱流の関係や境界条件等に係る仮説を立て、熱電対取り付け位置でのＰＣケーブルの緊張力推定式導出を試みる。

測温シート２１中の熱流と測温シート２１の内面２７からＰＣケーブル１２への熱流が等しい、すなわちQ₃＝Q₁＋Q₂とすると、
2πR₂λ₂/ｔ₂×T₃₂
＝-2πλ₁/Ln(R₂/R₁)×（T₁−T₂）-2πR₁σ/｛1/ε₁＋R₁/R₂(1/ε₂−1)｝×（T₁ ⁴−T₂ ⁴）・・・式（１）

A＝2πλ₁/Ln(R₂/R₁)、
B＝2πR₁σ/{1/ε₁＋(R₁/R₂)(1/ε₂−1)｝、
C＝2πR₂λ₂/ｔ₂とおくと前記式（１）は、
CT₃₂＝-A（T₁−T₂）-B（T₁ ⁴−T₂ ⁴）・・・式（２）

熱弾性効果によりT₁、T₂、T₃₂がそれぞれT₁’T₂’T₃₂’に変化した場合、
CT₃₂ ^’＝-A（T₁ ^’−T₂ ^’）-B（T₁ ^’4−T₂ ^’4）・・・式（３）

測温シート２１中の熱流の変化は、式（２）と式（３）の差であり、これを測温シート２１の内外面温度差の変化の値を用いて右辺を整理すると、
（CT₃₂’−CT₃₂）＝CΔT₃₂
＝-A｛(T₁ ^’−T₂ ^’）−（T₁−T₂）｝-B｛（T₁ ^’4−T₂ ^’4）−（T₁ ⁴−T₂ ⁴）｝
＝-A（ΔT₁−ΔT₂）-B{(T₁ ^’4−T₁ ⁴）−(T₂ ^’4−T₂ ⁴)｝
≒-A（ΔT₁−ΔT₂）-4×B(T₁ ³ΔT₁−T₂ ³ΔT₂)
＝-（A+4BT₁ ³）ΔT₁+（A+4BT₂ ³）ΔT₂
（∵四次以上の高次微小項を各温度変化の値を用いて近似）
∴ΔT₁＝（A+4BT₂ ³）/（A+4BT₁ ³）ΔT₂−C/（A+4BT₁ ³）ΔT₃₂

次に、初期状態で接続シース１５の内部３１の温度はほぼ一様、すなわちT₁＝T₂と仮定すると、
ΔT₁＝ΔT₂−C/（A+4BT₂ ³）ΔT₃₂・・・式（４）

さらに、測温シート２１の外面２６は固定温度境界、すなわちT₃＝T₃’と仮定すると、ΔT₃₂＝-ΔT₂であるから、これを式（４）に代入して整理すると、
ΔT₁＝-｛１+C/（A+4BT₂ ³）｝ΔT₃₂・・・式（５）
となり、ＰＣケーブル１２の温度ΔT₁は、測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化ΔT₃₂に正比例すると推察される。

また、熱弾性効果による温度変化ΔT₁とＰＣケーブル緊張力ΔＰとの関係は、熱弾性係数をｋとすると、
ΔT₁＝−ｋT₁ΔＰ≒−ｋT_２ΔＰ・・・式（６）
で表わされることが知られており、式（５）を代入して整理すると、
ΔＰ＝｛１＋C/（A+4BT₂ ³）｝/（ｋT_２）×ΔT₃₂・・・式（７）

以上によって、ＰＣケーブル緊張力ΔＰも測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化ΔT₃₂と正比例関係にある推定式として導き出された。
以下では、具体的な緊張力管理方法の詳細を説明する。

コンクリート１７打設用の型枠１６の組み立ての際に、ＰＣケーブル１２を包被するシース１３の所定の箇所へ本緊張力管理システムに用いる接続シース１５をグラウト充填用の合成樹脂製グラウトホース３９とともに配置しておく（図２、７参照）。なお、接続シース１５の内周面２０には、複数の熱電対２２ａ〜２２ｌを取り付けた測温シート２１が設置されている。接続シース１５に測温シート２１を設置することで、シース１３に測温シート２１を設置する場合と比較し、熱電対２２ａ〜２２ｌを取り付けた測温シート２１を各管理測点となる所定の箇所に容易に設置することができる（図６〜９参照）。

橋梁１１の構築に先立ち、所定の箇所で導入すべきプレストレス力を設計で求め、緊張端１８における油圧ジャッキ１９の想定緊張力やＰＣケーブル１２の想定伸び量、ＰＣケーブル１２の緊張力管理の際に各測定箇所における設計上必要とされる必要緊張力の値とともに、測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化（接続シース１５の内部３１の熱流束の変化）とＰＣケーブル１２の緊張力との相関関係をパソコン３６の記憶領域に保存しておく（図５参照）。

具体的には、測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化（接続シース１５の内部３１の熱流束の変化）とＰＣケーブル１２の緊張力との相関関係について、実工事で使用するＰＣケーブルをはじめ測温シートやシース等の使用材料の物性値や断面諸元を一致させて予備緊張試験を行い、緊張段階別に測温シート２１の内面２７の温度Ｔ₂とともに、前記推定式（７）の比例定数に相当する｛１＋ｃ/（A+4BT₂ ³）｝/（ｋT_２）の値を統計処理して、パソコン３６の記憶領域に保存しておく（図５参照）。

また、緊張端１８近傍におけるＰＣケーブル１２の必要緊張力や支間中央４０におけるＰＣケーブル１２の必要緊張力、中間支点４１におけるＰＣケーブル１２の必要緊張力は、ケーブル識別子、測定箇所識別子、測温シート識別子に関連付けた状態でパソコン３６の記憶領域に保存されている。なお、熱電対２２ａ〜２２ｌを取り付けた測温シート２１の設置箇所については特に制約がなく、必要に応じてＰＣケーブル１２を包被するシース１３や接続シース１５の他のあらゆる箇所に測温シート２１を設置することができる（図６、７参照）。

型枠１６内にコンクリート１７を打設（図３参照）した後、ＰＣケーブル１２の緊張作業では、各ＰＣケーブル１２の緊張端１８に油圧ジャッキ１９、ポンプ圧測定器および光学式スケールを設置し、測温シート２１の両側縁２５ａ，２５ｂの側から延出する熱電対２２ａ，２２ｌの信号線３５を温度データロガー２３に接続するとともに、温度データロガー２３をパソコン３６に接続した状態で本緊張管理システム１０による緊張管理を行う（図４、５参照）。すなわち、温度データロガー２３とパソコン３６とを起動させて熱電対２２ａ〜２２ｌによる測定を開始し、油圧ジャッキ１９を稼働させ、ＰＣケーブル１２の緊張端１８に対して徐々に緊張力を作用させる（図４）。

パソコン３６は、緊張作業中のポンプ圧を油圧ジャッキ１９の緊張力に変換してその緊張力とジャッキ１９の想定緊張力とともに、光学式スケールによって測定されたＰＣケーブル１２の伸び量とＰＣケーブル１２の想定伸び量を記憶領域に保存し、ディスプレイ３７に表示する。

ＰＣケーブル１２の緊張力が次第に増加すると、ＰＣケーブル１２の温度が次第に低下し、接続シース１５の内部３１の熱流束（測温シート２１の内外面２６，２７の温度差の変化）が変化する。ＰＣケーブル１２に緊張力を作用させる緊張過程において生じる測温シート２１の外面２６と内面２７との温度差の変化の値（ΔＴ₃₂）は、複数の熱電対２２ａ〜２２ｌによって検出され、温度データロガー２３に送信・表示され、パソコン３６へも送信される。

そして、パソコン３６は、測温シート２１の外面２６と内面２７との温度差の変化とＰＣケーブル１２の想定緊張力との相関関係として導き出された緊張力推定式（７）に当て嵌め、温度測定箇所（所定の箇所）におけるＰＣケーブル１２の実質緊張力を算出する。算出された各測定箇所のＰＣケーブル１２の実質緊張力は、パソコン３６の記憶領域に保存される（図４、５参照）。

なお、測定箇所（所定の箇所）におけるＰＣケーブル１２の実質緊張力の算出では、パソコン３６を利用せず、あらかじめ測温シート内外面温度差の変化に対するＰＣケーブル実質緊張力算定表もしくは同算定図を作成しておき、それを用いてもよい。

ＰＣケーブル１２の必要緊張力をはじめ、測温シート内外面の温度差の変化（熱流束の変化）やＰＣケーブル１２の実質緊張力を、ディスプレイ３７に橋梁１１の３６０℃回転可能な立体画像に各測定箇所とともに表示すれば、ＰＣケーブルの緊張作業状況は勿論、万一異常が発生したときでも、その発見が容易で瞬時に対応措置を施すのに役立つ。

また、ディスプレイ３７上に表示された油圧ジャッキ１９の想定緊張力と現在の緊張力とを視認することで、緊張管理状況や次段階緊張作業着手の良否を判断することができる。

ＰＣケーブル１２の想定伸び量とＰＣケーブル１２の現在の伸び量との比較判断等についても同様である。

ＰＣケーブル１２に作用させる緊張力を次第に増加させてゆく過程において、ＰＣケーブル１２の全ての測定箇所における実質緊張力が設計上の必要緊張力以上になり、緊張端１８における油圧ジャッキ１９の緊張力およびＰＣケーブル１２の伸び量が設計上の想定緊張力および想定伸び量になったことが確認された段階で、橋梁１１を構成するコンクリート１７にＰＣケーブル１２を定着する。それによって、設計上必要とされるプレストレス力を橋梁１１に付与できる。

ＰＣケーブル１２の定着直後、および、グラウト４２を充填した後について、各状態における橋梁１１の縦断面図をそれぞれ図１２および図１３に示す。ＰＣケーブル１２の緊張端１８に定着具４３を締め付けることによって、ＰＣケーブル１２をコンクリート１７に定着させた後、グラウトホース３９からシース１３，１５の内部３１にグラウト４２を充填することで、橋梁１１がプレストレスト・コンクリート構造として完成する。

以上が本発明の緊張力管理システムの実施形態であるが、必要に応じて以下に補足する方法により、橋梁１１の実工事で設計プレストレス力を確認してもよい。すなわち、橋梁１１の実計画におけるＰＣケーブル１２の設計上の想定緊張力や想定伸び量と、実工事の緊張管理におけるＰＣケーブル１２の各測定箇所の実質緊張力や設計上の必要緊張力との関係を代表的に調査するＰＣケーブルを選定し、熱電対取り付け箇所付近で、代表的調査対象のＰＣケーブルや打設後のコンクリート表面へのひずみゲージ貼付けを事前に行っておけば、緊張力の増加を一時停止した状態で直接それらひずみの値を確認することにより、ＰＣケーブル１２を橋梁１１のコンクリート１７に定着させる前の途中の段階で、緊張作業の安全確認と併せて設計プレストレス力の確認を行うことができると考えられる。ただし、前記ひずみゲージ貼付けを所定の箇所全てに対して行うことは実工事におけるＰＣケーブルの取扱いや費用対効果の面で現実的ではなく、事前検討に基づき選定した確認箇所に限定することが望ましい。

また、橋梁１１の建設時に、将来的な維持管理を目的として光ファイバー等による計測機器の設置を行うよう計画されている場合には、本発明の緊張力管理システムによってＰＣケーブルの緊張管理を行う際に、該計測機器を利用して、ＰＣケーブル１２やコンクリート１７のひずみや応力の確認作業を併用することによっても、安全かつ確実に橋梁１１にプレストレス力を導入することができると考えられる。

１０緊張力管理システム
１１橋梁（プレストレスト・コンクリート構造物）
１２ＰＣケーブル（ＰＣ鋼材）
１３シース（シース管）
１４延出端部
１５接続シース（接続シース管）
１６型枠
１７コンクリート
１８緊張端
１９油圧ジャッキ
２０内周面
２１測温シート
２２ａ〜２２ｌ熱電対
２３温度データロガー
２４ａ，２４ｂ両端縁
２５ａ，２５ｂ両側縁
２６外面
２７内面
２８マイナス脚
２９プラス脚
３０接点
３１内部
３２中央部
３３アルミテープ
３４ディスプレイ
３５信号線
３６コンピュータ（パソコン）
３７ディスプレイ
３８鉄筋
３９グラウトホース
４０支間中央
４１中間支点
４２グラウト
４３定着具

Claims

プレストレスト・コンクリート構造物の構築過程において施設されるＰＣ鋼材の緊張力を管理する緊張力管理システムであって、
前記緊張力管理システムが、前記ＰＣ鋼材の所定の箇所における該ＰＣ鋼材を包被するシースの内周面に設置された低熱伝導率の測温シートと、前記測温シートに取り付けられて前記ＰＣ鋼材に緊張力を作用させる緊張過程において生じる前記測温シートの外面と内面との温度差の変化を検出する熱電対と、前記熱電対が検出した前記緊張過程における前記測温シートの外面と内面との温度差の変化を表示する温度データロガーとから形成され、前記緊張力管理システムでは、前記測温シートの外面と内面との温度差の変化と前記ＰＣ鋼材の想定緊張力との関係に基づいて、前記熱電対が検出した該測温シートの外面と内面との温度差の変化から前記所定の箇所における該ＰＣ鋼材の実質緊張力を算出することを特徴とする緊張力管理システム。
前記緊張力管理システムでは、複数の前記熱電対が前記測温シートに取り付けられ、それら熱電対のマイナス脚とプラス脚とが直列に接続され、それら熱電対のマイナス脚とプラス脚との各接点が前記測温シートの中央部に配置されているとともに前記シースの内周面の周り方向へ略等間隔離間して並んでいる請求項１に記載の緊張力管理システム。
それら熱電対のマイナス脚とプラス脚との各接点が、前記シースの内周面に対向する前記測温シートの外面と前記ＰＣ鋼材に対向する該測温シートの内面とに交互に位置するように取り付けられたことを特徴とする請求項２に記載の緊張力管理システム。
前記シースが、一方のシースと他方のシースとを接続する接続シースであり、前記熱電対を取り付けた測温シートが、前記接続シースの内周面に設置されている請求項１ないし請求項３いずれかに記載の緊張力管理システム。
前記測温シートの前記ＰＣ鋼材に対向する内面には、放射率向上対策が施されている請求項１ないし請求項４いずれかに記載の緊張力管理システム。