JP3897637B2

JP3897637B2 - 複合ｐｃ鋼材とその定着具

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Publication number: JP3897637B2
Application number: JP2002128198A
Authority: JP
Inventors: 史夫渡邉; 勝荒金; 泰治三上; 敏彦仁木
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 2002-04-30
Filing date: 2002-04-30
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2022-04-30
Also published as: JP2003321901A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼材によって補強され、構造物の柱、梁、床スラブなどを構成するコンクリート部材に関するものである。特に、鋼材に緊張力を導入することによって、この鋼材が定着されるコンクリートに予め圧縮応力を生じさせたプレストレストコンクリート部材に関するものである。また、このコンクリート部材に用いる複合PC鋼材とその定着具に関するものである。特に、大地震などでも鋼材が破断しにくく、万一破断しても取り替えが可能なエネルギー吸収能力を有する複合PC鋼材と、そのPC鋼材を緊張・定着するのに最適な定着具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
大地震などで過大な荷重が作用した場合、コンクリート構造物の崩壊を抑制するための引張鋼材として、特開平6-336788号公報に記載の技術がある。これは、高強度の引張鋼材と、低強度の引張鋼材とを複合した引張鋼材を開示している。この構成により、高強度の引張鋼材により高い降伏点強度を実現し、低強度引張鋼材が変形することで地震などの外部エネルギーの一部を消費して構造物の崩壊を防止している。
【０００３】
また、同様の目的を達するためのプレストレストコンクリート部材として、特開平7-133647号公報に記載の技術がある。これは、降伏点を超えて引張力が導入された第１の鋼材と、ほぼ弾性変形を生じる範囲内の引張応力度が導入された第２の鋼材とを、ほぼ同方向に埋設したプレストレストコンクリート部材を開示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術には次のような問題があった。
▲１▼大地震などの場合、引張鋼材が破断する可能性がある。
柱と梁を有する構造物において、引張鋼材は柱や梁に付着している。このような構造物に大地震に伴う応力が作用した場合、柱や梁のつなぎ目（目地部）のような応力の集中する部位には開きやひび割れなどが生じることがある。その場合、目地部やひび割れ部等の引張鋼材に変形が集中し、地震力が大きい場合に引張鋼材が破断することがある。
【０００５】
▲２▼引張鋼材がダメージを受けた場合、その取り替えを行うことができない。
通常、高強度の引張鋼材と低強度の引張鋼材が撚り合わされている上、これらはコンクリートと付着しているため、取り替えなどの補修を行うことができない。
【０００６】
▲３▼アンボンド工法の利用ができない。
特開平6-336788号公報や特開平7-133647号公報に記載の複合鋼材の表面にグリースなどの防錆剤塗布後、シースで被覆したアンボンド鋼材とした場合、低強度鋼材はコンクリートとの付着がないので構造物の目地部の変形による低強度鋼材の歪みは大きくならない。従って、複合鋼材によるエネルギー吸収が十分でない。そのため、引張鋼材自体がコンクリートに付着する構造とする必要があり、シースの配置、シースへのPC鋼材の挿入、PC鋼材緊張後のグラウト注入などの作業が必要となる。その結果、アンボンド工法のように、シース配置、グラウト注入作業を省略することができず、施工コストを低減できない。
【０００７】
従って、本発明の主目的は、地震などの過大な応力に対してエネルギー吸収を行って、構造物の崩壊と共に引張鋼材の破断を抑制できるプレストレストコンクリート部材およびそれに用いる複合PC鋼材を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、上記複合PC鋼材の定着に好適な定着具を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アンボンドPC鋼材に低強度の鋼材を複合することで上記の目的を達成する。
【００１０】
すなわち、本発明複合PC鋼材は、PC鋼材の外周をシースで覆ったアンボンドPC鋼材と、前記PC鋼材よりも低強度で、前記アンボンドPC鋼材の外周に撚り合わされた低強度鋼材とを具えることを特徴とする。前記PC鋼材はPC鋼棒であっても、PC鋼より線であってもよい。
【００１１】
アンボンドPC鋼材を用いることで、PC鋼材とコンクリートとは付着がない。従って、地震などに伴う構造物の変形は、目地部分やひび割れ発生部分にあるPC鋼材に集中せず、アンボンドPC鋼材全長に分散されるので、PC鋼材が破断する可能性を減少できる。また、シースの配置、鋼材の挿入、グラウトの注入作業が不要となり、コスト低減が可能である。一方で、アンボンドPC鋼材の周囲に配置された低強度鋼材が塑性変形するので、地震などの外部エネルギーの一部を吸収して構造物の崩壊を防止する。
【００１２】
さらに、アンボンドPC鋼材を用いることで、万一PC鋼材の降伏点を超える荷重が作用してPC鋼材が損傷した場合、PC鋼材を引き抜いて差し替えることができる。
【００１３】
前記低強度鋼材の径は、前記PC鋼材の径よりも小さいことが好ましい。これにより、曲げて束ねるなどの取扱い性が向上するので、運搬や現場での配置などの施工性を向上させることができる。
【００１４】
また、プレストレストコンクリート部材の製作は、特開平7-133647号公報記載の技術ではプレキャスト工法のみが可能であった。しかし、本発明では、PC鋼材はコンクリートとの付着がないので、コンクリート打設後でも緊張可能なため、プレキャスト工法の他にハーフプレキャスト工法、場所打ちコンクリート工法での利用が可能である。
【００１５】
前記低強度鋼材の本数は、12本以上とすることが好ましい。この構成本数の範囲であれば、外周の低強度鋼材の素線を人手で折り曲げ可能で、かつ撚りを解いてアンボンドPC鋼材のシースを除去する作業が容易に可能な素線直径とできる。また、初期付着力に必要な鋼材の表面積を確保し、かつ撚ることで軸方向に対し角度を持つ撚り溝を形成できるので、低強度鋼材とコンクリートとの必要な付着力が得られる。低強度鋼材素線径5.7mmの複合PC鋼材における付着応力度は、5.7N／mm²であった。複合PC鋼材の周長は「(2／3)×π×素線径×素線本数」で算出する。
【００１６】
さらに、後述の定着具にて3枚一組のオスコーンを用い、このオスコーンとメスコーンとの間で押さえる低強度鋼材の素線本数が12本以上であれば、素線同士の間隔の偏りがあっても、1枚のオスコーンとメスコーンの間に3本以上の素線を挟むので安定して定着できる。
【００１７】
前記の複合PC鋼材では、アンボンドPC鋼材におけるPC鋼材を緊張・定着し、低強度鋼材の定着を同時に行う必要がある。オスコーンによりPC鋼材を把持し、オスコーンの外周に低強度鋼材を配置する。そして、低強度鋼材の外側にメスコーンを配置することで、低強度鋼材の定着も一度に行うことができる。
【００１８】
さらに、本発明プレストレストコンクリート部材は、複合PC鋼材が配置されているプレストレストコンクリート部材であって、この複合PC鋼材は、降伏歪みを超えないように引張力を導入したPC鋼材と、前記PC鋼材よりも低強度の低強度鋼材とを有し、前記PC鋼材と低強度鋼材とは、PC鋼材の歪みの増減が低強度鋼材に連動しないように一体化されていることを特徴とする。
【００１９】
このコンクリート部材によれば、PC鋼材の歪みの増減が低強度鋼材に連動しないため、地震などに伴う構造物の変形によるPC鋼材の荷重変化は目地部分に集中せず、引張力を導入したPC鋼材全長に分散される。また、地震時などは、コンクリートと付着された低強度鋼材が塑性変形するので、地震などの外部エネルギーの一部を吸収して構造物の崩壊を防止する。
【００２０】
このようなプレストレストコンクリート部材は、複合PC鋼材を前述の定着具で定着することが好適である。すなわち、この定着具は、アンボンドPC鋼材におけるPC鋼材を把持するオスコーンと、このオスコーンの外周との間に前記低強度鋼材を挟み込むメスコーンとを具えることを特徴とする。この定着具を用いれば、PC鋼材の緊張・定着と低強度鋼材の定着を同時に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明複合PC鋼材の概略断面図である。この複合PC鋼材は、アンボンドPC鋼より線10と、その外周に撚り合わされる低強度鋼材20とからなる。
【００２２】
アンボンドPC鋼より線10（図では単に円で示している）は、PC鋼より線の外周をシースで覆ったものである。通常、PC鋼より線とシースとの間には、グリースなどの充填剤が注入されている。ここでは、7本の素線を撚り合わせた12.7mmφのPC鋼より線（降伏応力度1860N/mm^２）の外周をポリエチレンのシースで覆った。シースの外径は16.2mmである。
【００２３】
このようなアンボンドPC鋼より線10の外周に低強度鋼材20を撚り合わせる。ここでは、5.7mmφの普通鉄筋（降伏応力度560N/mm^２）を12本撚り合わせた。もちろん、PC鋼より線の線径や低強度鋼材の線径・本数がこれに限定されるわけではない。表１に、本発明で用いられるPC鋼より線の線径や低強度鋼材（外周素線）の径や本数の組合せの例を示す。これは現存するPC鋼より線機を用いて製造可能な例である。
【００２４】
【表１】

【００２５】
アンボンドPC鋼より線を用いることで、PC鋼より線とコンクリートとの付着をなくすことができ、地震時などの過大な荷重が作用した場合でも、PC鋼より線の全長にわたって均一に荷重を分散させることができるので、PC鋼より線が破断する可能性を回避できる。また、PC鋼より線はコンクリートとの付着がないため、ポストテンション工法に用いることができる。また、地震などでPC鋼より線が降伏点を超えるダメージを受けた場合、PC鋼より線を差し替えることもできる。そして、PC鋼より線で高い降伏点を有すると共に、低強度鋼材により、地震の外部エネルギーを消費して構造物の崩壊を防止する。
【００２６】
この地震エネルギーを消費するメカニズムを図2のグラフに基づいて説明する。このグラフは、コンクリート構造物内でのPC鋼より線と低強度鋼材の荷重‐歪の関係を示している。図中、TpはPC鋼より線の緊張後の状態を示す点で、このときの低強度鋼材は緊張されていないので、0点に位置する。地震時、PC鋼より線はTpE点まで歪が上昇するが、変形量はPC鋼より線がコンクリートに付着していないのでPC鋼より線全長に分散され、大きな歪とならない。一方、低強度鋼材は、Tsy点を経由してTsE点まで歪量が上昇するが、地震後、TsE′点に移動するので、0、Tsy、TsE、TsE′で囲まれる面積に相当するエネルギーが消費されることになる。
【００２７】
図３に示すように、梁30と柱40を接合した試験体において、前記複合PC鋼材100を柱40から梁30に至るように配置し、梁端に正負の繰り返し荷重を載荷し、荷重と梁端の変位を測定した。せん断力と変位の関係を図４のグラフに示す。図における実線が本発明複合PC鋼材で、破線が通常のPC鋼より線の試験結果を示している。
【００２８】
このグラフから最外縁包絡線を見ると、複合PC鋼材は明らかに通常のPC鋼より線の包絡線面積よりも広い包絡線面積を有しており、エネルギー消費能力が大きいことがわかる。
【００２９】
次に、本発明定着具を説明する。図５は本発明定着具の定着状態を示す模式断面図である。
【００３０】
ここで定着される複合PC鋼材は前述したアンボンドPC鋼より線10と、低強度鋼線20とから構成されている。すなわち、アンボンドPC鋼より線10は、PC鋼より線11の外周をシース12で覆ったものである。
【００３１】
定着具は、PC鋼より線を把持するオスコーン50と、オスコーン50が挿入されるメスコーン60とを具える。オスコーン50は、一端の径が太く、他端の径が細いテーパー状の円筒で、通常、複数の分割片を組み合わせることで、テーパー状の円筒が形成されている。オスコーン50の内周には、PC鋼より線11との摩擦を高める雌ねじ51が形成されている。
【００３２】
一方、メスコーン60は、前記オスコーン50よりも大きなテーパー孔が形成された円盤状のものである。すなわち、メスコーンの外周に低強度鋼材を配置したものがはめ込まれるようなテーパー孔61が形成されている。
【００３３】
定着を行う場合、複合PC鋼材100配置後に打設し硬化したコンクリート又はグラウト75の端面に支圧プレート70を配置する。その際、シース12の端部は予め除去しておくが、支圧プレートから突出しなければよい。
【００３４】
続いて、支圧プレート70から突出した複合PC鋼材100の外側にメスコーン60を配置する。複合PC鋼材100のうち低強度鋼材20を外周側に押し広げ、PC鋼より線10と低強度鋼材20との間にオスコーン50を配置する。このとき、低強度鋼材20はPC鋼より線10から放射状に広がるので、オスコーン50よりも外側にある低強度鋼材を切断するとより作業が容易になる。
【００３５】
そして、メスコーン60にジャッキアタッチメント80を配置し、オスコーン50の端部に延長ラム85を配置して、ジャッキ90でPC鋼より線10を緊張し、オスコーン50をPC鋼より線11と低強度鋼材20との間に圧入する。
【００３６】
このような構成の定着具により、PC鋼より線は緊張定着することができ、同時に外周の低強度鋼材も定着することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明複合PC鋼材によれば、アンボンドのPC鋼材を用いることで、PC鋼材がコンクリートに付着しない状態にできるので、地震などにPC鋼材に発生するひずみをPC鋼材全長に分散でき、大きなひずみを生じにくくできる。
【００３８】
また、アンボンドPC鋼材の外周に低強度鋼材をより合せているので、構造物への地震エネルギーを低強度鋼材が変形することでエネルギーが吸収され、構造物の崩壊を防止できる。
【００３９】
さらに、アンボンドPC鋼材を用いることで、万一PC鋼材の降伏点を越える荷重が作用してPC鋼材が損傷した場合でも、PC鋼材を引き抜いて差し替えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明複合PC鋼材の概略断面図である。
【図２】本発明複合PC鋼材の荷重−歪関係を示すグラフである。
【図３】梁と柱からなる試験体および場所打ち工法の実施例の説明図である。
【図４】せん断力と変位の関係を示すグラフである。
【図５】本発明定着具の定着状態を示す説明図である。
【符号の説明】
10 アンボンドPC鋼より線
11 PC鋼より線
12 シース
20 低強度鋼材
30 梁
40 柱
50 オスコーン
51 雌ねじ
60 メスコーン
61 テーパー孔
70 支圧プレート
75 コンクリート
80 ジャッキアタッチメント
85 延長圧入ラム
90 ジャッキ
100 複合PC鋼材

Claims

PC鋼材の外周をシースで覆ったアンボンドPC鋼材と、
前記PC鋼材よりも低強度で、前記アンボンドPC鋼材の外周に撚り合わせた低強度鋼材とを具えることを特徴とする複合PC鋼材。
前記低強度鋼材の本数は、12本以上であることを特徴とする請求項１に記載の複合PC鋼材。
PC鋼材の外周をシースで覆ったアンボンドPC鋼材と、前記PC鋼材よりも低強度で、前記アンボンドPC鋼材の外周に撚り合わせた低強度鋼材とを具える複合PC鋼材を定着する定着具であって、
前記PC鋼材を把持するオスコーンと、
前記オスコーンの外周との間に前記低強度鋼材を挟み込むメスコーンとを具えることを特徴とする複合PC鋼材の定着具。
複合PC鋼材が埋設されているプレストレストコンクリート部材であって、
前記複合PC鋼材は、降伏歪みを超えないように引張力を導入したPC鋼材と、前記PC鋼材よりも低強度の低強度鋼材とを有し、
前記 PC 鋼材は、アンボンド PC 鋼材であり、
前記PC鋼材と低強度鋼材とは、PC鋼材の歪みの増減が低強度鋼材に連動しないように前記アンボンド PC 鋼材の外周に低強度鋼材を撚り合わせて一体化されていることを特徴とするプレストレストコンクリート部材。
前記複合PC鋼材を定着する定着具を具え、
この定着具は、前記PC鋼材を把持するオスコーンと、前記オスコーンの外周との間に前記低強度鋼材を挟み込むメスコーンとを具えることを特徴とする請求項４に記載のプレストレストコンクリート部材。