JP2021194812A - プレストレストコンクリートポール、その製造方法及びプレストレストコンクリートポール製造用定着装置 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食による劣化を抑制できると共に、強度が要求される仕様であっても製造が可能なプレストレストコンクリートポール、その製造方法及びプレストレストコンクリートポール製造用定着装置を提供する。【解決手段】プレストレストコンクリートポール１は、長尺なコンクリート成形体２と、コンクリート成形体２の内部に配置され、複数の強化繊維の束を撚り合わせて形成された強化繊維複合材ケーブルからなる緊張材３と、を備える。緊張材３は、炭素繊維の束を５本以上撚り合わせてマトリクス樹脂を含浸させることで形成された炭素繊維複合材ケーブルであってもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、プレストレストコンクリートポール、その製造方法及びプレストレストコンクリートポール製造用定着装置に関する。

配電線、通信線等を架設するためにプレストレストコンクリートポールが広く用いられている。プレストレストコンクリートポールの内部には、引張強度を確保するために鋼製の鉄筋が配置されている。この鉄筋は、腐食環境下でコンクリート内部に塩化物イオン等が侵入すると、腐食することがある。そこで、プレストレストコンクリートポールにおける鉄筋の腐食を抑制するための試みがなされている。例えば、特許文献１には、鉄筋をエポキシ樹脂で被覆したプレストレストコンクリートが開示されている。

特開２００６−１８８６０３号公報

特許文献１のプレストレストコンクリートでは、経年劣化等が原因で鉄筋に被覆したエポキシ樹脂が剥離することがあり、その剥離箇所から塩化物イオン等が侵入することで鉄筋の腐食が進行することがある。鉄筋の腐食を防止するために、鉄筋をＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）筋に置き換えることも考えられるが、ＦＲＰ筋の径が鉄筋よりも大きいため、コンクリート内でＦＲＰ筋を適切な位置に配置できず、強度の高いプレストレストコンクリートポールの製造が困難である。

本発明は、このような背景に基づいてなされたものであり、腐食による劣化を抑制できると共に、強度が要求される仕様であっても製造が可能なプレストレストコンクリートポール、その製造方法及びプレストレストコンクリートポール製造用定着装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るプレストレストコンクリートポールは、
長尺なコンクリート成形体と、
前記コンクリート成形体の内部に配置され、複数の強化繊維の束を撚り合わせて形成された強化繊維複合材ケーブルからなる緊張材と、
を備える。

本発明によれば、腐食による劣化を抑制できると共に、強度が要求される仕様であっても製造が可能なプレストレストコンクリートポール、その製造方法及びプレストレストコンクリートポール製造用定着装置を提供できる。

（ａ）は、本発明の実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポールの構成を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のプレストレストコンクリートポールをＡ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポールの補強材の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポールにおける末口からの距離と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。 本発明の実施の形態１に係る緊張材を径方向に切断した断面図である。 本発明の実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポール製造用定着装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポール成形用の型枠を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポールの製造方法の流れを示すフローチャートである。 （ａ）は、本発明の実施の形態２に係るプレストレストコンクリートポール製造用定着装置の一部の構成を示す正面図であり、（ｂ）は、（ａ）のプレストレストコンクリートポール製造用定着装置をＢ−Ｂ線で切断した切断図であり、（ｃ）は、（ａ）のプレストレストコンクリートポール製造用定着装置をＣ−Ｃ線で切断した切断図である。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ実施例１における発明仕様、標準仕様、現行耐塩仕様のプレストレストコンクリートポールの構成を示す正面図である。 実施例１における末口からの距離と曲げモーメントとの関係を示すグラフである。 実施例１におけるプレストレストコンクリートポールの補強材の構成を示す図である。 実施例１における曲げ強度試験の試験機の構成を示す図である。 実施例１における標準仕様、現行耐塩仕様、発明仕様のプレストレストコンクリートポールの曲げ強度試験結果を示す図である。 実施例２における標準仕様、発明仕様のプレストレストコンクリートポールにおける補強材の本数を示す図である。 実施例３における試験片の外観を撮影した図である。 実施例３における試験機の外観を撮影した図である。

以下、本発明に係るプレストレストコンクリートポール、その製造方法及びプレストレストコンクリートポール製造用定着装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。各図面では、同一又は同等の部分に同一の符号を付す。以下、プレストレストコンクリートポールの一例を挙げて説明するが、下記のプレストレストコンクリートポールに限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１〜図４を参照して、実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポール１の構成を説明する。プレストレストコンクリートポール１は、長尺なコンクリート成形体２に埋め込んだ緊張材が縮もうとする力を利用してコンクリート成形体２に圧縮荷重を加え、コンクリート成形体２に作用する引張荷重を打ち消すことで耐荷重性を向上させたコンクリートポールである。プレストレストコンクリートポール１は、例えば、配電線、通信線、電車の架線、交通信号、照明、アンテナ等を架設するために用いられる。なお、ここで長尺とは、コンクリート成形体が径方向よりも長手方向に長い寸法を有することを示す。

図１（ａ）に示すように、プレストレストコンクリートポール１には、先端側（末口）から基端側（元口）に向かって直径が大きくなるように一定のテーパーが付けられている。末口の直径は、例えば１９０ｍｍであり、元口の直径は、例えば２９７ｍｍである。プレストレストコンクリートポール１は、一例として全長８ｍであり、元口から支持点（地際ＧＬ）までの距離（根入長）が１．４ｍとなるように地面に設置される。

コンクリート成形体２を構成するコンクリートは、例えば、砂（細骨材）、砂利（粗骨材）、水、セメント等を混合した材料である。コンクリートは、砂利等の粗骨材を含まないモルタルであってもよく、砂等の細骨材を含まないセメントであってもよい。

図１（ｂ）に示すように、プレストレストコンクリートポール１の内部には、長手方向に延びる空洞が形成され、コンクリート成形体２は、円環断面状に形成されている。プレストレストコンクリートポール１は、コンクリート成形体２の内部に配置された緊張材３、非緊張材４及びらせん筋（図示せず）を備える。

図２に示すように、緊張材３は、プレストレストコンクリートポール１の全長にわたって長手方向に延びるように配置され、引張荷重（緊張力）が加えられた状態でコンクリート成形体２が成型された後に緊張力を取り除くことで、コンクリート成形体２に圧縮荷重を加える補強材である。緊張材３は、炭素繊維及びマトリクス樹脂を組み合わせて複合化した炭素繊維複合材ケーブルで形成される。炭素繊維複合材ケーブルは、強化繊維及びマトリクス樹脂を組み合わせて複合化した強化繊維複合材ケーブルの一例である。緊張材３の本数は任意であるが、例えば８本である。

非緊張材４は、補助筋とも呼ばれ、緊張材３とは異なり、緊張力が加えられない状態でコンクリート成形体２の内部に組み込まれる。非緊張材４は、プレストレストコンクリートポール１の長手方向に延びるようにコンクリート成形体２内に配置されている。非緊張材４は、例えば公知の防食鉄筋である。

非緊張材４は、末口側に配置されず、かつ、元口側に向かって徐々に本数が増えるように配置されている。プレストレストコンクリートポール１にはテーパーが付けられ、支持点付近で付加される曲げモーメントが増大するため、支持点では非緊張材４の本数を増やす必要がある。非緊張材４の本数は任意であるが、例えば、中間部で２本、元口側で４本である。

らせん筋５は、スパイラル筋とも呼ばれ、プレストレストコンクリートポール１の全長にわたってらせん状に巻かれ、プレストレストコンクリートポール１がせん断荷重により破損することを防止する。らせん筋５は、例えば、亜鉛めっき鋼材である。らせん筋５は、例えば、直径２．９ｍｍであり、全長８ｍ当たり１００ピッチとなるように緊張材３及び非緊張材４の周りに巻かれている。

図３に示すように、プレストレストコンクリートポール１は、プレストレストコンクリートポール１で発生する曲げモーメントが破壊荷重２Ｍの１／２（安全率２．０）である設計荷重Ｍ以下になるように設計される。曲げモーメントは、風や角度荷重等によりプレストレストコンクリートポール１に荷重が加わることで発生し、支持点（地際ＧＬ）で最も大きくなる。破壊荷重２Ｍは、プレストレストコンクリートポール１が破壊される破壊点における荷重である。

プレストレストコンクリートポール１では、図３の配筋図に示すようにコンクリート成形体２内に８本の緊張材３及び４本の非緊張材４が配置されている。これらの補強材が配置されることで、実線で示す曲げモーメントを有するプレストレストコンクリートポール１を作製できる。曲げモーメントを示す実線は、破壊荷重２Ｍのモーメント直線を上回っているため、プレストレストコンクリートポール１に必要な強度が得られていると判断できる。

図４に示すように、緊張材３を構成する炭素繊維複合材ケーブルは、複数の炭素繊維の束（芯線）３ａ、３ｂを撚り合わせてマトリクス樹脂を含浸させた炭素繊維複合材の撚り線ケーブルである。炭素繊維複合材ケーブルは、例えば、一本の炭素繊維の束３ａを中心として、その周りに他の複数の炭素繊維の束３ｂがらせん状に巻き付けられるように撚り合わされて形成されている。なお、炭素繊維複合材ケーブルでは、複数の炭素繊維の束が図示せぬ保護被覆で覆われていてもよいし、覆われていなくてもよい。

炭素繊維複合材ケーブルの直径は、プレストレストコンクリートポール１で要求される強度や用途、サイズ等を考慮して設定すればよく、例えば、７ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であり、好ましくは９ｍｍである。炭素繊維複合材ケーブルの直径が小さくなるほど、引張強度が低下するため、プレストレストコンクリートポール１における緊張材３の本数を増やす必要がある。

炭素繊維の束３ａ、３ｂは、例えば、１０００本以上の炭素繊維の素線が束ねられたものである。炭素繊維は、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維である。弾性率や機械的強度を考慮すると、炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維であることが好ましい。各炭素繊維の素線は、マトリクス樹脂により互いに接着され、一つの束として一体化されている。炭素繊維の束３ａ、３ｂは、いずれも同一の断面形状を有し、その断面は、例えば円形状、楕円形状である。炭素繊維の束３ａ、３ｂの寸法は、いずれも同一である。一例として炭素繊維の束３ａ、３ｂが断面円形状である場合、その直径は、例えば２ｍｍ〜４ｍｍの範囲内であり、好ましくは３ｍｍである。

炭素繊維の束３ａ、３ｂの本数は、プレストレストコンクリートポール１の強度や用途、サイズ等を考慮して設定されるが、ＰＣ（Prestressed Concrete）鋼材と同等の引張強度を得るためには少なくとも５本以上である。炭素繊維の束３ａ、３ｂの本数が多いほど、炭素繊維複合材ケーブルの引張強度を向上させることができる。炭素繊維の束３ａ、３ｂの本数は、炭素繊維複合材ケーブルの重量及び強度のバランスを考慮し、例えば、５本〜１２本の範囲内であり、５本〜９本であることが好ましく、７本であることがさらに好ましい。例えば、７本の炭素繊維の束３ａ、３ｂからなる撚り線であって、その直径が９．３ｍｍである炭素繊維複合材ケーブルでは、約１００ｋＮの引張強度が得られる。

炭素繊維の束３ａ、３ｂの撚り方向は、左撚りであっても右撚りであってもよい。炭素繊維の束３ａ、３ｂの撚り回数は、ＰＣ鋼材のインデントの間隔が７．７個／ｍ程度であることを考慮すると、８回／ｍ以上であることが好ましく、例えば、８回／ｍ〜２０回／ｍの範囲内である。炭素繊維の束３ａ、３ｂの撚り回数を多くすると、炭素繊維複合材ケーブル表面の凹凸を深くできるため、コンクリート成形体２への付着強度を大きくできる。ただし、炭素繊維の束３ａ、３ｂの径が小さい場合に撚り回数を多くすると、炭素繊維複合材ケーブルの表面の凹凸が浅くなり、コンクリート成形体２への付着強度が低下する。このため、炭素繊維の束３ａ、３ｂの撚り回数は、炭素繊維の束３ａ、３ｂの径を考慮して設定する必要がある。

各炭素繊維の束３ａ、３ｂは、任意であるが、その表面を耐アルカリ性の材料からなる筒状の構造体で被覆してもよい。炭素繊維の束３ａ、３ｂを筒状の構造体で被覆することで、炭素繊維の束３ａ、３ｂがバラバラにならないように保護できる。筒状の構造体は、例えば、繊維材料を丸編み、平編み等で編むことで形成してもよい。ただし、コンクリートがアルカリ性であることを考慮すると、アルカリにより腐食する材料、例えばガラス繊維等で各炭素繊維の束３ａ、３ｂを被覆することは好ましくない。

マトリクス樹脂は、熱可塑性樹脂であり、アルカリ環境下でも耐久性や強度を維持できるものが好ましい。炭素繊維やコンクリート材への付着性を考慮すると、マトリクス樹脂としては熱可塑性エポキシ樹脂が好ましい。なお、マトリクス樹脂は、二種類以上の熱可塑性樹脂を混合したものであってもよい。

熱可塑性樹脂は、例えば、反応性樹脂（現場重合型樹脂）である。反応性樹脂は、架橋剤、触媒、重合開始剤、重合促進剤等の硬化剤を添加することにより、重合反応が開始または促進されて硬化する樹脂である。反応性樹脂を用いることで、炭素繊維の束３ａ、３ｂに熱可塑性エポキシ樹脂を付加した後に樹脂を硬化させることができる。

炭素繊維複合材ケーブルは、液体の状態でマトリクス樹脂を炭素繊維の束３ａ、３ｂの内部に含浸させ、次いで、炭素繊維とマトリクス樹脂とが絡み合った状態で複数の炭素繊維の束３ａ、３ｂに対して撚りをかけ、その後、含浸させたマトリクス樹脂を硬化させることで作製される。炭素繊維複合材ケーブルは、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を用いているため、一旦硬化させた後でも加熱することで所望の形状に変形させることができる。また、各炭素繊維の束３ａ、３ｂ同士がマトリクス樹脂により強固に接着されないため、炭素繊維複合材ケーブルの端部において各炭素繊維の束３ａ、３ｂを解くこともできる。

炭素繊維複合材ケーブルは、上記の構成を備えるため、同径のＰＣ鋼材に比べて１．５倍以上の引張強度が得られる。例えば、直径９ｍｍの炭素繊維複合材ケーブルの引張強さは、２，３８７Ｎ／ｍｍ^２であるのに対し、同径のＰＣ鋼材の引張強さは、１，５１５Ｎ／ｍｍ^２にすぎない。このため、緊張材３として炭素繊維複合材ケーブルを用いることで、緊張材３の本数を減らしたとしてもプレストレストコンクリートポール１に必要な強度を確保できる。

また、炭素繊維複合材ケーブルは、腐食環境下でも腐食することがなく、緊張材３で発生しやすい遅れ破壊も防止できるため、長期にわたってプレストレストコンクリートポール１の耐久性や強度を維持できる。加えて、炭素繊維複合材ケーブルは、表面に凹凸を有する撚り線であり、インデントを備えた鉄筋よりもコンクリート成形体２への付着性が高い。このため、プレストレストコンクリートポール１に曲げ荷重が加えられてもコンクリート成形体２に対する滑りが生じにくく、コンクリート成形体２のひび割れを抑制できる。
以上がプレストレストコンクリートポール１の構成である。

（プレストレストコンクリートポール製造用定着装置）
次に、図２、図５及び図６を参照して、プレストレストコンクリートポール１の製造時に用いられるプレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０の構成を説明する。プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０は、プレストレストコンクリートポール１を製造するために用いられる緊張材３の両端をプレストレストコンクリートポール成形用の型枠２０に定着する装置であって、型枠２０に定着された緊張材３に対して緊張力が加えられた状態を維持する装置である。プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０を用いて緊張材３に緊張力を加えた状態でコンクリート成形体２を成形することで、コンクリート成形体２に圧縮荷重を加えることができる。

図２に示すように、プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０は、緊張材３の各端部にそれぞれ接続される一対の定着板１１、１２を備える。元口側の定着板１２には、定着板１２を牽引する牽引装置（図示せず）が接続され、末口側の定着板１１を後述する型枠２０に固定した状態で元口側の定着板１２を牽引することで緊張材３に緊張力を付加できる。

各定着板１１、１２は、それぞれ円盤状に形成されている。末口側の定着板１１の直径は、例えば、１９０ｍｍである。他方、元口側の定着板１２の直径は、例えば、２９７ｍｍ〜４０７ｍｍの範囲内である。プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０は、末口側及び元口側において同一又は同等の構成を備えるため、以下、元口側の構成を中心に説明する。

図５に示すように、プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０は、定着板１２の貫通孔１２ａに挿通されるボルト１３と、定着板１２の貫通孔１２ａに挿通されたボルト１３に締め付けられ、定着板１２に接触することで定着板１２に対するボルト１３の長手方向の移動を規制するナット１４と、ボルト１３の端部と緊張材３の端部とを接続する接続管１５と、を備える。ナット１４は、定着板１２に接触することで、ボルト１３が図５の右側に移動することを規制する。

ボルト１３には、頭部が設けられておらず、ボルト１３は、雄ねじが切られた棒状の部材である。ボルト１３は、例えば、長さ３０ｍｍのＭ１６ボルトである。緊張材３の両端に接続された各ボルト１３をそれぞれ定着板１１、１２の貫通孔に挿通し、それぞれのボルト１３にナット１４を締め付け、定着板１１、１２を互いに離れる方向に相対的に移動させることで、緊張材３に緊張力が加えられ、緊張材３及びボルト１３の移動が規制される。なお、ボルト１３の長手方向は、ボルト１３の本体が延びる方向である。

接続管１５は、緊張材３の端部とボルト１３の端部とを接続する接続手段である。接続管１５は、例えば、鋼材で形成された円筒状の管であり、内壁にボルト１３を締め付け可能なねじが切られている。接続管１５の一端に緊張材３の端部を挿入して両者を接着剤で接着し、同様に接続管１５の他端にボルト１３を締め付けることで、緊張材３の端部とボルト１３の端部とが接続される。接着剤は、耐加水分解性、耐候性に優れる接着剤であることが好ましく、例えば、ウレタン樹脂であり、好ましくは２液型ウレタン樹脂である。

接続管１５は、例えば、長さ２３０ｍｍ、直径２８ｍｍである。接続管１５に緊張材３が接着される接着長さは、例えば、緊張材３が有する引張強度の６０％の緊張力を付加しても、緊張材３が接続管１５から抜けない程度に設定される。接着長さは、接着剤の接着性の程度、緊張材３の外径、接続管１５の内径等を考慮して設定されるが、例えば、１５０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内であり、好ましくは２００ｍｍである。

図６に示すように、各定着板１１、１２は、それぞれプレストレストコンクリートポール１を成形する型枠２０の端部に装着可能に構成されている。型枠２０は、内部にコンクリートが注入された状態で、遠心機（図示せず）により長手方向に延びる軸周りに回転させられることで、緊張材３が埋め込まれたコンクリート成形体２の筒状体を成形する。

型枠２０は、長手方向に分割可能に形成された一対の型枠片２１、２２を備え、各定着板１１、１２が型枠２０の端部に装着されると、型枠２０の内部に緊張材３が配置されるように構成されている。このため、緊張材３に緊張力を加えた状態で型枠片２１の両端部にそれぞれ定着板１１、１２を装着し、型枠片２１に型枠片２２を被せてボルト等で両者を一体化することで、緊張力が加えられた状態で緊張材３を型枠２０に装着できる。
以上が、プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０の構成である。

（製造方法）
次に、図７のフローチャートを参照して、プレストレストコンクリートポール（ＣＰ）１の製造方法を説明する。以下、プレストレストコンクリートポール１を遠心成形法で製造する場合を例に説明する。

まず、緊張材３、非緊張材４及びらせん筋５からなる補強材をかご状に組み立てる（ステップＳ１）。具体的には、緊張材３、非緊張材４及びらせん筋５を支持する円盤状のスペーサ（図示せず）を所定の間隔で配置する。スペーサは、緊張材３及び非緊張材４を挿通可能な複数の貫通孔を備える。スペーサは、最終的にコンクリート成形体２の内部に埋め込まれるため、例えば、モルタルで形成されている。

次に、各スペーサの貫通孔に緊張材３及び非緊張材４を挿通させ、緊張材３及び非緊張材４を所定の配置で位置決めする。次に、緊張材３の端部に接続管１５を介してボルト１３を接続し、各ボルト１３を定着板１１、１２の貫通孔に挿通し、各ボルト１３に対してナット１４で締め付けることで、緊張材３を定着板１１、１２に接続する。次に、緊張材３、非緊張材４及びスペーサの周りに所定のピッチでらせん筋５を巻き付ける。
以上の工程で図２に示すように補強材のかごを形成することができる。

次に、補強材のかごを内部に収容した状態でプレストレストコンクリートポール成形用の型枠２０を組み立てる（ステップＳ２）。例えば、一方の型枠片２１内に補強材のかごを配置し、他方の型枠片２２を一方の型枠片２１に被せ、両者をボルト等で互いに固定すればよい。

次に、プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０の元口側の定着板１２に牽引装置（図示せず）を取り付け、元口側の定着板１２を末口側の定着板１１から離れる方向に牽引することで、緊張材３に緊張力を加える（ステップＳ３）。定着板１１、１２が型枠２０の両端部にそれぞれ装着されることで、緊張材３に緊張力が加えられた状態が維持される。

次に、緊張材３に緊張力が加えられた状態で型枠２０内にコンクリートを注入し、型枠２０に接続された遠心機（図示せず）で型枠２０を長手方向に延びる軸周りに回転させることで、型枠２０内でコンクリートの遠心締固めを行う（ステップＳ４）。

次に、ステップＳ４で生成された断面円環状のコンクリート成形体２に対して蒸気養生を行い（ステップＳ５）、ナット１４を緩め、緊張材３から定着板１１、１２を取り外すことで、蒸気養生により硬化したコンクリート成形体２にプレストレスを導入する（ステップＳ６）。そして、最後に型枠２０を取り外す脱型を行う（ステップＳ７）。
以上が、プレストレストコンクリートポール（ＣＰ）１の製造方法の流れである。

以上説明したように、実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポール１は、緊張材３として複数の炭素繊維の束３ａ、３ｂを撚り合わせて形成された炭素繊維複合材ケーブルを用いている。炭素繊維複合材ケーブルは、腐食して劣化することがないため、長期間にわたってプレストレストコンクリートポール１の耐久性や強度を維持でき、点検や補修に要するコストを低減できる。

また、炭素繊維複合材ケーブルは、直径が同一のＰＣ鋼材よりも約１．５倍の引張強度を有する。このため、ＰＣ鋼材を用いた場合と比べて緊張材３の本数を半分程度に削減でき、緊張材３の表面とコンクリート表面との間の標準かぶり距離を確保し易くなる。その結果、強度が要求される仕様のプレストレストコンクリートポール１でも簡単に製造できる。なお、標準かぶり距離は、ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）規格で規定された緊張材３を含む補強材の表面からコンクリートの外面までの最短距離のことである。

加えて、炭素繊維複合材ケーブルは、複数の炭素繊維の束３ａ、３ｂからなる撚り線であるため、ＰＣ鋼材に比べてコンクリート成形体２への付着性が高く、コンクリート成形体２に荷重が加えられたとしてもコンクリート成形体２のひび割れを抑制できる。

（実施の形態２）
図８を参照して、実施の形態２に係るプレストレストコンクリートポール１、その製造方法及びプレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０を説明する。実施の形態２に係るプレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０では、実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０とは異なり、接続管１５を介さずに緊張材３とボルト１３とを接続している。以下、両者の異なる部分を中心に説明する。

図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、プレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０は、緊張材３の端部とボルト１３の端部とを接着剤で接着した接着部１６を備える。接着部１６は、バラバラに解かれた複数の炭素繊維の束３ｂをボルト１３の周りに配置し、複数の炭素繊維の束３ｂとボルト１３とを接着剤で接着することで形成されている。接着部１６は、全ての炭素繊維の束３ａ、３ｂを解き、炭素繊維複合材ケーブルの中心にある炭素繊維の束３ａを除去することで、炭素繊維の束３ａ以外の複数の炭素繊維の束３ｂをボルト１３に接着している。

接着部１６は、例えば、円筒状に形成され、複数の炭素繊維の束３ｂは、ボルト１３の長手方向に延びるように、かつ、ボルト１３の周りに径方向に等間隔で配置されている。ボルト１３は、例えば、直径７ｍｍのねじ切りされたＰＣ鋼材であり、炭素繊維複合材ケーブルは、例えば、直径９ｍｍの撚り線である。

接着部１６は、接着長さがオーバラップ長さよりも長くなるように形成されている。接着長さは、解かれた複数の炭素繊維の束３ｂが接着剤で接着される範囲の長さ、言い換えると接着部１６の全長であり、オーバラップ長さは、ボルト１３と炭素繊維の束３ｂとがオーバラップする範囲の長さである。緊張材３の緊張時に加えられる緊張力を考慮すると、接着長さは、例えば１９０ｍｍ〜２００ｍｍの範囲内であり、オーバラップ長さは、例えば１５０ｍｍ〜１６０ｍｍの範囲内である。

接着部１６は、円筒状の型枠（図示せず）の内側に他の炭素繊維の束３ｂを配置した状態で型枠内に接着剤を注入して硬化させることで、円筒状に形成される。円筒状の型枠は、例えば、断面半円状の一対の型片を備え、一対の型片を互いに分離することで硬化した接着部１６を取り外すことができる。接着剤は、耐加水分解性及び耐候性に優れた樹脂材料であることが好ましく、例えば、ウレタン樹脂であり、好ましくは２液型ウレタン樹脂である。

以上説明したように、実施の形態２に係るプレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０は、緊張材３とボルト１３とを接着する接着部１６を備える。接続管１５等の接続手段を介さずに緊張材３の端部とボルト１３の端部とを接続した結果、実施の形態１に係るプレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０と比べて緊張材３及びボルト１３の接続部の外径を小さくできるため、標準かぶり距離の条件を満たしやすくなる。

また、実施の形態２に係るプレストレストコンクリートポール製造用定着装置１０では、ボルト１３の径を任意に選択することができる。このため、既存の定着板１１、１２をそのまま用いてプレストレストコンクリートポール１を製造でき、プレストレストコンクリートポール１の製造コストを抑制できる。

本発明は上記実施の形態に限られず、以下に述べる変形も可能である。

（変形例）
上記実施の形態では、緊張材３の主原料は炭素繊維であったが、本発明はこれに限られない。例えば、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリイミド繊維、ポリビニルアルコール繊維等の他の強化繊維であってもよい。また、２種類以上の強化繊維を混合して強化繊維の束を構成してもよい。

上記実施の形態では、非緊張材４は防食鉄筋であり、らせん筋５は亜鉛めっき鋼材であったが、本発明はこれに限られない。例えば、非緊張材４に炭素繊維複合材ケーブルを用いてもよく、非緊張材４及びらせん筋５のいずれにも炭素繊維複合材ケーブルを用いてもよい。

上記実施の形態では、補強材として緊張材３、非緊張材４及びらせん筋５を用いていたが、本発明はこれに限られない。例えば、強度がそれほど要求されない仕様のプレストレストコンクリートポール１であれば、非緊張材４を省略してもよい。また、元口側の非緊張材４をそのまま配置し、末口側の非緊張材４だけを省略してもよい。

上記実施の形態２では、炭素繊維複合材ケーブルの端部において中心にある炭素繊維の束３ａを除去し、他の炭素繊維の束３ｂをボルト１３に接着していたが、本発明はこれに限られない。互いに解かれた炭素繊維の束３ａ、３ｂをボルト１３に接着してもよい。

上記実施の形態は例示であり、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の趣旨を逸脱しない範囲でさまざまな実施の形態が可能である。各実施の形態や変形例で記載した構成要素は自由に組み合わせることが可能である。また、特許請求の範囲に記載した発明と均等な発明も本発明に含まれる。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１では、緊張材として炭素繊維複合材ケーブルを用いたプレストレストコンクリートポール（発明仕様ＣＰ）を作製した。発明仕様ＣＰは、ＪＩＳ Ａ５３７３推奨仕様Ａ−１の１種ポールであり、全長８ｍ、ひび割れ試験荷重（設計荷重）３．５ｋＮとした。

まず、ＪＰＣＳ（Journal of Physics Conference Series）−７１２０に準拠した手法で発明仕様ＣＰを設計した。補強材を緊張材のみとし、緊張材として直径９ｍｍ、全長８ｍの炭素繊維複合材ケーブルを用いた場合に、最小限の緊張材でＪＩＳ規格強度を満たせるように設計した。その結果、図９（ａ）に示すようにＪＩＳ Ａ５３７３推奨仕様Ａ−１の１種ポールに必要な緊張材の本数は６本と導き出された。

曲げモーメントの設計値としては、設計０．２５ｍｍひび割れ曲げモーメントＭｃｒ及び設計破壊曲げモーメントＭｕを算出した。Ｍｃｒは、支持点付近で幅０．２５ｍｍのひび割れが発生するときの曲げモーメントの設計値であり、Ｍｕは、破壊点における曲げモーメントの設計値である。図１０に示すように、発明仕様ＣＰにおける緊張材の本数を６本とした場合、Ｍｃｒは設計荷重（ひび割れ試験荷重曲げモーメント）Ｍのモーメント直線を上回り、Ｍｕについても破壊荷重２Ｍのモーメント直線を上回っていた。以上から、緊張材として直径９ｍｍ、全長８ｍの炭素繊維複合材ケーブルを用いる場合、６本の緊張材でＪＩＳ規格強度を満たせることが確認できた。

次に、図１１に示すように、緊張材及びらせん筋を配置して補強材のかごを形成した。緊張材の端部とボルトの端部とは円筒状の鋼管を介して接続した。緊張材の端部及びボルトの端部と鋼管とは接着剤で互いに接着した。スペーサが配置される結束位置は、５００ｍｍ間隔、合計１５箇所である。らせん筋は、直径２．９ｍｍの亜鉛めっき鋼材を１００ピッチで巻き付けた。次に、かごに組み込まれた緊張材を緊張させ、かごの全長を７８５０ｍｍから８０００ｍｍに引き伸ばした。その後、遠心成形法を用いてコンクリートを成形し、蒸気養生を用いてコンクリートを硬化させることで、発明仕様ＣＰを作製した。

次に、作製された発明仕様ＣＰに対してＪＩＳ Ａ５３７３に規定された曲げ強度試験を実施した。曲げ強度試験用の試験機は、図１２に示すように発明仕様ＣＰの基端部を固定する固定台と、発明仕様ＣＰの先端部を下から支持する支持台と、発明仕様ＣＰの先端部を水平方向に牽引して引張荷重を印加する牽引装置（図示せず）と、を備える。曲げ強度試験では、発明仕様ＣＰの先端部に対して水平方向に引張荷重を加え、発明仕様ＣＰのひび割れ幅やたわみ量を測定する。

試験の結果、図１３に示すように、発明仕様ＣＰはＪＩＳ Ａ５３７３に示す各種規格を十分に上回る強度水準を有していることが確認できた。ＪＩＳ Ａ５３７３で規定されているように、発明仕様ＣＰにひび割れ試験荷重３．５ｋＮを加えてもひび割れ幅は０．２５ｍｍ以下であり、ひび割れ試験荷重を除荷しても幅０．０５ｍｍを超えるひび割れが残留することもなかった。また、曲げ強度試験における最大載荷荷重は８．８７ｋＮであった。この最大載荷荷重の値は、ひび割れ試験荷重の値の２．５３倍であり、ひび割れ試験荷重の２倍以上であることを要求するＪＩＳ規格の規定を満たしていた。荷重点の高さが支持点を規準にして６．３５ｍであるため、発明仕様ＣＰの実証試験値Ｍｕ’を８．８７ｋＮ×６．３５ｍ＝５６．３ｋＮ・ｍと導き出すことができた。この実証試験値Ｍｕ’は、支持点ＪＩＳ規格強度及び支持点強度設計値を上回っていた。

図１３に示すように、図９（ａ）の発明仕様ＣＰの曲げ強度試験結果を図９（ｂ）、（ｃ）に示す標準仕様コンクリートポール（標準仕様ＣＰ）、現行耐塩仕様コンクリートポール（現行耐塩仕様ＣＰ）と比較した。いずれもＪＩＳ Ａ５３７３推奨仕様Ａ−１の１種ポールである。標準仕様ＣＰでは、緊張材及び非緊張材として鋼鉄製の鉄筋を用いており、現行耐塩仕様ＣＰでは、緊張材及び非緊張材として被覆鋼材を用いている。被覆鋼材は、ＰＣ鋼材に腐食防止のための樹脂被覆を施した線材である。

発明仕様ＣＰでは、支持点における補強材（緊張材及び非補強材）の本数が６本であるのに対し、標準仕様ＣＰ及び現行耐塩仕様ＣＰでは、支持点における補強材（緊張材及び非補強材）の本数が１２本であった。また、標準仕様ＣＰ及び現行耐塩仕様ＣＰの支持点における補強材の総断面積は、発明仕様ＣＰの約１．６倍であった。

以上から、発明仕様ＣＰは、標準仕様ＣＰ及び現行耐塩仕様ＣＰに比べて補強材の本数が少なく、補強材の総断面積も小さく、効率的な仕様であることが確認できた。これは、発明仕様ＣＰの緊張材として用いた炭素繊維複合材ケーブルが、ＰＣ鋼材及び被覆鋼材と比べて引張強度の点で優れていると共に、コンクリートとの付着力が高く、コンクリートに対する滑りが抑えられたためである。

（実施例２）
実施例２では、実施例１で検討したひび割れ試験荷重が３．５ｋＮであるＪＩＳ Ａ５３７３推奨仕様Ａ−１の１種ポールに加えて、ひび割れ試験荷重がそれぞれ５．０ｋＮ、７．０ｋＮ、１０．０ｋＮで規定された他の１種ポールについても緊張材及び非緊張材の本数を検討した。便宜上、実施例１の１種ポールをＡ型ポール、ひび割れ試験荷重５．０ｋＮの１種ポールをＢ型ポール、ひび割れ試験荷重７．０ｋＮの１種ポールをＣ型ポール、ひび割れ試験荷重１０．０ｋＮの１種ポールをＤ型ポールと呼ぶこととする。なお、発明仕様ＣＰで非緊張材を配置する場合は、非緊張材として炭素繊維複合材ケーブルを用いることとした。

炭素繊維複合材ケーブルの引張強度は２，３８７Ｎ／ｍｍ^２であり、その断面積は４９ｍｍ^２であるため、引張強度を引張荷重に換算すると、２．３８７×４９≒１１６．９６ｋＮである。初期に緊張材に加えられた緊張力は時間の経過と共に減退するため、１本の緊張材に加えられる最大の緊張力を、緊張材の引張強度の６０％以下に設定すれば安全である。例えば、１本の緊張材に加えられる最大の緊張力を、緊張材の引張強度の６０％とすると、１１６．９８ｋＮ×６０％＝７０．１ｋＮとなる。そこで、発明仕様ＣＰの緊張材１本当たりの緊張力が７０ｋＮ以下となるように緊張材及び非緊張材の本数を決定した。

その結果、図１４に示すように、発明仕様ＣＰでは、補強材の本数を標準仕様ＣＰよりも半分程度に削減できることが確認できた。特に、発明仕様ＣＰでは、現行耐塩仕様ＣＰでは不可能であったＤ型ポールを作製できることが確認できた。これは、緊張材として炭素繊維複合材ケーブルを用いたため、標準仕様ＣＰと比べて補強材の本数を削減でき、その結果として補強材の総断面積も低減できたためである。なお、現行耐塩仕様ＣＰでＤ型ポールを作製できないのは、ひび割れ制御性能を満たすために鉄筋を多く配置すると、今度はかぶり距離がＪＩＳ規格で規定された標準かぶり距離を満足できなくなるためである。

（実施例３）
実施例３では、炭素繊維複合材ケーブルの接続方法を検討した。既存の定着板には、実施例１で用いられたＭ１６ボルトよりも径の小さい、ねじ切りされたＰＣ鋼材が接続されるため、実施例１のようにＭ１６ボルトを用いるには定着板の仕様を変更する必要がある。また、コンクリート内に埋設される補強材はＪＩＳ規格の標準かぶり距離を満たす必要があるが、実施例１における定着用鋼管は外径２８ｍｍであるため、標準かぶり距離を確保できないおそれがある。そこで、以下の接続方法を検討した。

まず、図１５に示すような試験片を作製した。試験片は、直径９ｍｍの炭素繊維複合材ケーブル（より線型炭素繊維）の一端にねじ切りされた直径７．１ｍｍのＰＣ鋼材（ＰＣ鋼線）の端部を接続し、炭素繊維複合材ケーブルの他端に試験機に固定される固定用鋼管を接続したものである。ＰＣ鋼材の端部と炭素繊維複合材ケーブルの端部とは、実施の形態２に係る接続方法で接続した。接着剤としては、２液型ウレタン樹脂を用いた。接着剤の主材は、ポリエーテルポリオールであり、硬化剤は、ポリイソシアネートである。接着部（オーバラップ定着装置）の外径は約１９ｍｍである。接着長さは１９５ｍｍであり、オーバラップ長さは１６０ｍｍである。

次に、図１６に示す引張試験機に試験片を装着して引張荷重を加えることで、試験片の耐荷重を測定した。試験に供した試験片は合計４本であった。その結果、試験片の耐荷重は５３．７２ｋＮ〜５７．２７ｋＮの範囲内であり、その平均値は５６．３ｋＮであった。測定された試験片の耐荷重は、最も強度が要求される図１４のＤ型ポールにおける緊張材１本当たりの緊張力４７．５７ｋＮ（≒６６６ｋＮ／１６本）を上回っていた。したがって、実施例３の接続方法でも、緊張材に加えられる緊張力に耐え得る強度が確保できることを確認できた。

１ プレストレストコンクリートポール
２ コンクリート成形体
３ 緊張材
３ａ，３ｂ 炭素繊維の束
１０ プレストレストコンクリートポール製造用定着装置
１１，１２ 定着板
１３ ボルト
１４ ナット
１６ 接着部
２０ 型枠

上記目的を達成するために、本発明に係るプレストレストコンクリートポールは、
長尺なコンクリート成形体と、
前記コンクリート成形体の内部に配置され、強化繊維の素線が束ねられた強化繊維の束を複数本撚り合わせて形成された強化繊維複合材ケーブルからなる緊張材と、
を備える。

Claims (5)

1. 長尺なコンクリート成形体と、
   前記コンクリート成形体の内部に配置され、複数の強化繊維の束を撚り合わせて形成された強化繊維複合材ケーブルからなる緊張材と、
   を備えるプレストレストコンクリートポール。
2. 前記緊張材は、炭素繊維の束を５本以上撚り合わせた状態でマトリクス樹脂を含浸させることで形成された炭素繊維複合材ケーブルである、
   請求項１に記載のプレストレストコンクリートポール。
3. 前記緊張材は、前記プレストレストコンクリートポールの全長にわたって延び、前記コンクリート成形体に対してその長手方向に圧縮荷重を加えるように前記コンクリート成形体の内部に配置されている、
   請求項１又は２に記載のプレストレストコンクリートポール。
4. 複数の強化繊維の束を撚り合わせて形成された強化繊維複合材ケーブルからなる緊張材をプレストレストコンクリートポール成形用の型枠の内部に配置する工程と、
   前記型枠の内部に配置された前記緊張材に対して緊張力を加える工程と、
   前記緊張材に対して緊張力を加えた状態で前記型枠の内部にコンクリートを注入して硬化させる工程と、
   を含むプレストレストコンクリートポールの製造方法。
5. プレストレストコンクリートポール成形用の枠体に対して複数の強化繊維の束を撚り合わせて形成された強化繊維複合材ケーブルからなる緊張材を定着させるコンクリートポール製造用定着装置であって、
   前記緊張材の端部において互いに解かれた複数の強化繊維の束が周囲を覆うように配置されたボルトと、
   硬化した接着剤で形成され、前記強化繊維の束と前記ボルトとを接着する接着部と、
   前記ボルトが挿通可能な貫通孔が形成され、前記枠体の端部に装着される定着板と、
   前記貫通孔に挿通された前記ボルトに締め付けられ、前記定着板に対して前記ボルトがその長手方向に移動することを規制するナットと、
   を備えるプレストレストコンクリートポール製造用定着装置。
   
   

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