JP3590561B2

JP3590561B2 - プレキャストコンクリートブロックの接合方法

Info

Publication number: JP3590561B2
Application number: JP2000097993A
Authority: JP
Inventors: 将博中井; 和俊奥山; 和義津田; 一徳永井; 幸武塩井; 明長谷川
Original assignee: Tobishima Corp; Nippon Hume Corp
Current assignee: Tobishima Corp; Nippon Hume Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001279614A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレキャストコンクリートブロックを積重して柱状構造物を構築する場合のブロック相互の接合方法に関し、更に詳しくは長尺な橋脚、筒状構造物、塔状構造物又は柱体などに使用される積重プレキャストコンクリートブロック相互を連結する全体の接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物は、作業員の高齢化に伴う熟練労働者の減少対策、建設現場周辺に及ぼす騒音・振動・粉塵などの影響の低減、構造物の断面縮小による高強度化、耐震性の向上などの要求を満足させるためにプレキャスト化することが推進されてきた。このコンクリート構造物のプレキャスト化における最重要課題の１つはプレキャスト化された部材同士の接合技術にある。プレキャストコンクリートの接合技術として、ＰＣ鋼材を用いてプレストレスを導入する技術、鉄筋の機械式継手を用いる技術、モルタル充填式継手による接合技術など各種の手法が研究され提案・実施されてきた。このうち橋脚については、工場製作された円筒状プレキャストコンクリートブロックを現地に搬入し、現地において円筒状ブロックを積重・接合して柱状躯体を構築する接合技術の一例として、基礎コンクリートに一端を定着したＰＣ鋼材によってブロック接合目地に随時プレストレスを導入しながら積重して行く技術があった。この技術によれば堅固で高靭性の橋脚を得ることができる反面、接合目地に大きなプレストレスが導入されるため、接合面に不陸などがあると、プレストレスによるひび割れがコンクリートに生じる要因となる。これを避けるためにはブロック同志の接合面が完全に一致するようにブロックを製造する、いわゆるマッチキャスト製作を必要とするなど、製造技術に制約があった。またこの技術は大量生産に難があった。
【０００３】
この問題を解決する手段の一つとして、「土木施工８巻８号（東北本線第８馬淵川橋りょう工事におけるＲＣプレキャストブロック式橋脚の施工）」報告、及び特開平８−４０２１号公報に開示されている技術がある。その技術は橋脚柱状部全体に連通する構造主鉄筋挿通孔を開口したプレキャストブロックを所定の高さまで積重し、その後、その鉄筋挿通孔にグラウトまたはモルタルなどの充填材を注入し、未硬化状態の充填材中に柱状部最上端から主鉄筋をこの充填材内に沈漬し、充填材を硬化させ、主鉄筋によって充填材を介してプレキャストブロックを接続する技術である。
【０００４】
その技術によればブロック相互の接合面を貫通して主構造鉄筋が配設され、せん断耐力も満足し、過大なプレストレスによるひび割れなどが発生しない。このためマッチキャスト製作を必要としない単体製作のブロックでも利用できるというメリットがあり、大量生産が可能となる。従来の鉄筋コンクリート構造の柱体に地震時などに交番水平力が作用するとモーメントの大きくなる部分に曲げひび割れが生じ、その部分に応力が集中し主筋の歪みが急増し、主鉄筋が塑性化して外に向かってはらみ出しが生じる。その結果、かぶりコンクリートが剥離・剥落し破壊に至る。これに対して、この接続技術の利点はグラウトまたはモルタルなどの充填材で後付着された鉄筋とコンクリートは充填材を介して応力伝達されており、水平力によってひび割れが生じても充填材と鉄筋の付着力が徐々に低下することによって、鉄筋に急激な歪み増加を生ずることがなく均一化される。また鉄筋周辺の充填材がコンクリートに比べて変形し易く、そのため鉄筋の変形を拘束せずに吸収し、構造物の破壊を遅らせることができる。プレキャストコンクリート部材の接合に適用した場合、接合目地部に変形・歪みが分散され、他の部分への破壊進行が少なく、破損部分を補修する場合にも補修部分が限定的になり、施工性・経済性に優れている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記鉄筋を用いる接合方法は、構造物が長尺になると鉄筋も同様に長尺なものを必要とし、定尺長の鉄筋を圧接またはカプラーで接続して使用する必要がある。このため接続手間がかかり、また長尺の鉄筋を挿入するには長ブームのクレーンを必要とするなどの問題点があった。本発明はこのような問題を解決し、鉄筋の接続や長いブームの吊り上げクレーンを必要とすることなく、容易に孔中に挿入することができる可撓性を有し強度の高いＰＣストランドを用いて、プレキャストコンクリートブロックの接合方法を実現することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに連通するＰＣストランド挿通孔を上下方向に設けたプレキャストコンクリートブロックを基礎コンクリート上に順次積重して柱状構造体を構築し、前記挿通孔に経時硬化性充填材を充填し、主筋として下端に定着具を装着したＰＣストランドを用い、該ＰＣストランドを前記挿通孔内に挿通し、前記柱状構造体の頂端から基礎コンクリート中まで挿入し、経時硬化性充填材を固着させ、ＰＣストランドに緊張力を導入することなく、積重ブロックをＰＣストランドで連結することを特徴とするプレキャストコンクリートブロックの接合方法である。
【０００７】
ここで使用するＰＣストランドは、鉄筋に比較して約３倍の抗張力があり、鋼材量を削減することができる。また可撓性が高いためドラムから巻戻しながら孔内に挿入することが容易であり、長いブームをもつ吊上クレーンを必要としない。なおこのＰＣストランドは、コンクリートブロックを結合する材料であって、コンクリートにプレストレスを導入するものではなく、緊張力を導入する必要はない。
【０００８】
上記接合方法において、挿通孔に経時硬化性充填材を充填する工程と、ＰＣストランドを挿通孔に挿入する工程とを逆順に行うように順番を代えてもよい。また、前記経時硬化性充填材はセメントグラウト、またはセメントモルタルであってもよい。これらの硬化性充填剤は、硬化後、適切な付着力を発揮すると共に、コンクリートブロックに大きな力が作用したときや繰り返し荷重が加わったとき、コンクリートよりも先に降伏したり、又は破損して歪エネルギーを吸収し、コンクリートの接合部の破損を防止する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。実施例は、プレキャストコンクリート円筒管ブロックを積重し橋梁の橋脚に適用した例であるが本発明はこれに限定される訳ではない。
【００１０】
図１は橋脚の柱状躯体１０の側面図で、プレキャストコンクリート円筒管ブロック１１を接合目地に接着剤を塗布して所定高さまで積重した後、頂端から基礎コンクリート（フーチング）１２まで貫通主筋１３を挿入する工程を示したものである。貫通主筋としては、可撓性を有するＰＣストランドを用い、コイル状に巻いたドラム１４から巻戻しながら供給し、作業足場１６を利用して構造物上端から孔１５に矢印１７に示すように挿入する。基礎１２の中まで挿入した後充填材（モルタル）を注入して固着させる。なお貫通主筋１３は、予め地上でＰＣストランドを所定の長さに切断し、挿入することとしてもよいことは勿論である。
【００１１】
図２はこのようにして構築した柱状躯体１０を橋梁の橋脚としたものを示している。図３は図２のＡ−Ａ矢視図で、プレキャストコンクリート円筒管ブロック１１の断面図である。管壁内には、主筋であるＰＣストランド１３を収納するシース２１が設けられている。またブロックを積重する時の安全性の確保とブロック同士を接合するための接着剤の圧密のためにＰＣ鋼棒２２を挿入するシース２１によって挿通孔が形成されている。ＰＣ鋼棒２２は、円筒管ブロック１１毎にプレストレスが導入され、カプラで接続される。
【００１２】
本例はプレキャストコンクリートブロックの積重時にＰＣ鋼棒を併用したが、柱状構造体の安定性と、接着剤の圧密に十分なブロック重量があるならば、ＰＣ鋼棒の併用を必ずしも必要としない。
【００１３】
図４は図２の部分詳細図で、基礎コンクリート１２から柱状躯体上端まで連通するＰＣストランド１３の挿通孔２１中にＰＣストランド１３が充填材２４で固着されている。ＰＣストランド１３の下端にはアンカーとなる定着具２３が装着されておりＰＣストランド１３の抜け出しを防止するようになっている。充填材２４の注入は、シース２１下端に連結した注入管２６を基礎コンクリート１２中に埋設しフーチング１２上面に開口した注入孔２５から注入する。これは柱状躯体１０の上端から注入することとしてもよいが、柱状躯体が長大になると作業性が低下する。
【００１４】
また、充填材の注入の時期は、ＰＣストランドの挿入前に注入しておいて、その後、ＰＣストランドを充填材中に沈漬することとしてもよく、ＰＣストランド１３の挿入後注入することとしてもよい。ここで使用される充填材２４としては、グラウト液またはモルタルを使用するが、ＰＣストランド１３の挿入前に注入する場合には、凝結遅延剤を添加し数時間流動性を維持するようにした遅延硬化性グラウト、または遅延硬化性モルタルとすれば好適である。
【００１５】
図５〜図７は、本発明の方法に適するプレキャストコンクリートブロックの形状の例の斜視図である。図５は上述した例に使用したプレキャストコンクリート円筒管ブロック３１である。図６は中実なプレキャストコンクリート円柱状ブロック３２である。図７は中実なプレキャストコンクリート角柱状ブロック３３であるが、中空な筒状であってもよい。
【００１６】
次に、本発明方法の試験例について説明する。図８に示す角柱状の構造物（供試体）４０を試作し、耐震性能に関する試験を行った。個々のプレキャストブロック４１を製作し、これらの接合端面に接着剤を塗布して積重し、ＰＣ鋼棒４２で約１Ｎ／ｍｍ^２のプレストレスを導入してブロック４１を緊結しながらブロックを組立て、軸方向主筋挿通孔４３にモルタルを充填し、軸方向主筋４４を挿入して角柱状の構造物４０を完成した。供試体４０の寸法は４００ｍｍ×４００ｍｍ×高さ１５００ｍｍ、せん断支間比３．７５ｍｍである。軸方向主筋４４として鉄筋４５又はＰＣストランド４６を用いたそれぞれの供試体の横断面図を図９、図１０に示した。
【００１７】
図９に示す供試体５１はＰＣ鋼棒４２は下端に定着体を設けたアンボンド定着とし、主筋である鉄筋４５はＳＤ３４５，Ｄ１３を用い、モルタルにて完全固定とした。主筋の鉄筋４５としては降伏点３７１Ｎ／ｍｍ^２、降伏比４７．０ｋＮの鉄筋４５を用い、主筋比は主筋のみで０．００９５、ＰＣ鋼棒４２を含めると０．０１１である。図１０に示す供試体５２は主筋であるＰＣストランド４６としてＳＷＰＲ７Ａ、１Ｔ９．３のＰＣストランド４６を用いモルタルで完全固定した。ＰＣ鋼棒４２は図９と同様である。主筋のＰＣストランド４６には降伏点１７７１Ｎ／ｍｍ^２、降伏比９１．４ｋＮのものを用い、主筋比は主筋のみで０．００２６としＰＣ鋼棒４２を含む主筋比は０．００４２である。また帯筋４７は図９、図１０共ＳＤ３４５、Ｄ６を用い、間隔３０ｍｍ、体積比０．０１２６とした。ＰＣ鋼棒４２は１３ｍｍφ、９３０／１０８０級、伸び１２％の鋼材を用いた。
【００１８】
図１１に示す載荷装置６０を用いて、供試構造物６１にシリンダ６２で水平繰返し荷重を負荷した。載荷装置６０はベース６３上に供試構造物６１を固定し、その上端に横方向から水平繰返し荷重を負荷し、変位を測定した。載荷は回転角（水平変位／載荷スパン）によって制御した。載荷ステップは計算上のひびわれ荷重時、主筋降伏荷重時とし、これ以降は１／２２ｒａｄの整数倍とし、各ステップ正負３サイクルの繰返し載荷を行った。各サイクルにおいて荷重最大点において１分のホールド時間を設けた。また、載荷重の８０％を下回った場合を供試体の終局状態として載荷を終了した。載荷は降伏時まで荷重制御で、それ以降は変位制御で行った。載荷スピードは、０．０５ｍｍ／ｓｅｃおよび０．１ｍｍ／ｓｅｃで行った。供試構造物６１の載荷時のねじれは頭部に水平に変位計を設置して測定した。
【００１９】
図９、図１０に示す供試体５１、５２の荷重変位曲線をそれぞれ図１２、図１３に示した。破壊は供試体５１、５２共ブロック継目部コンクリートの圧壊によるものであった。また帯筋４７の最大歪は、主筋が鉄筋の場合１７０μｍ、ＰＣストランドの場合１９６μｍ、主筋の歪は前者は２４ｃｍ、後者は１２ｃｍであった。図１２、図１３に示されるようにＰＣストランドを使用した本発明に係る柱状構造体（供試体５２）は、従来の鉄筋を使用した柱状構造体（供試体５１）と比較して、主筋と充填材との付着力は若干小さく、エネルギー吸収能力もやや小さいが、耐荷力及び変形性能は同等であり、かつＰＣストランド使用構造体は復元性能に優れ残留変位も小さいと言うすぐれた特性を有している。
【００２０】
【発明の効果】
本発明方法によれば、基礎コンクリート上に積重したブロック相互を鉄筋を主筋として連結する従来の技術に比べ、可撓性が大きく、鉄筋に比較して約３倍の抗張力があるＰＣストランドを使用するので、主鉄筋比が小さくなり、耐荷力及び変形性能は同等で、復元性にすぐれた柱状構造体を容易に築造することができることとなった。
【００２１】
また、経時硬化性充填材としてセメントグラウト、またはセメントモルタルとすれば地震時などにはこの部分で降伏し、構造体の歪エネルギーも大きく好適である。ＰＣストランドは緊張力を導入する必要がなく、従来の鉄筋を使用する場合に比較し施工性の向上、鋼材量の削減が可能で経済性の向上に寄与する効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の説明図である。
【図２】本発明の実施例を用いた橋脚の例示である。
【図３】図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】図２の部分拡大図である。
【図５】実施例の柱体の形状を示す斜視図である。
【図６】実施例の柱体の形状を示す斜視図である。
【図７】実施例の柱体の形状を示す斜視図である。
【図８】供試体の斜視図である。
【図９】供試体の断面図である。
【図１０】供試体の断面図である。
【図１１】試験載荷装置の側面図である。
【図１２】荷重変位曲線のグラフである。
【図１３】荷重変位曲線のグラフである。
【符号の説明】
１０柱状躯体
１１円筒管ブロック
１２基礎コンクリート（フーチング）
１３貫通主筋（ＰＣストランド）
１４ドラム
１５孔
１６足場
１７矢印
２１シース（挿通孔）
２２ＰＣ鋼棒
２３定着具
２４充填材
２５注入孔
２６注入管
３１円筒管ブロック
３２円柱状ブロック
３３角柱状ブロック
４０構造物（供試体）
４１プレキャストブロック
４２ＰＣ鋼棒
４３主筋挿通孔
４４主筋
４５鉄筋
４６ＰＣストランド
４７帯筋
５１供試体
５２供試体
６０載荷装置
６１供試構造物
６２シリンダ
６３ベース

Claims

互いに連通するＰＣストランド挿通孔を上下方向に設けたプレキャストコンクリートブロックを基礎コンクリート上に順次積重して柱状構造体を構築し、前記挿通孔に経時硬化性充填材を充填し、主筋として下端に定着具を装着したＰＣストランドを用い、該ＰＣストランドを前記挿通孔内に挿通し、前記柱状構造体の頂端から基礎コンクリート中まで挿入し、経時硬化性充填材を固着させ、ＰＣストランドに緊張力を導入することなく、積重ブロックをＰＣストランドで連結することを特徴とするプレキャストコンクリートブロックの接合方法。
前記挿通孔に経時硬化性充填材を充填する工程と、ＰＣストランドを挿通孔内に挿通する工程とを逆順に行うように変更したことを特徴とする請求項１記載のプレキャストコンクリートブロックの接合方法。
前記経時硬化性充填材はセメントグラウト、またはセメントモルタルであることを特徴とする請求項１または２記載のプレキャストコンクリートブロックの接合方法。