JP4288122B2 - 高強度繊維複合材ケーブルの端末定着方法及び端末定着体 - Google Patents
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かかる高強度繊維複合材ケーブルは、1×7構造,1×19構造,1×37構造で代表されるのシングルケーブル、これらを複数本集束し平行に束ねた平行線マルチケーブル、及び緩いツイストを入れたツイストマルチケーブル等があるが、いずれにしても前記用途に適用するためには、端末定着体が必要になる。
2)高強度繊維複合材ケーブルの端部を金型に装着し、金型内に低融点合金を注入して冷却することで端部に合金成形体を作り、この成形体をクサビで定着する方法。
しかし、工場加工の場合には、必要な設計長さの拾い出しや加工長さ管理が面倒である点、梱包や搬送時に定着部の取り扱いに手間がかかる点、定着部加工品のスリーブ径が最大外径となるため、ポストテンション緊張材の用途ではシース径を大きくする必要があり、グラウンドアンカー用途では削孔径を大きくする必要がある点に問題があった。
こうすれば、膨張圧を低くして必要な定着力を確実に得ることができ、また、スリーブが長いことによるスリーブ中央部の膨張圧が過度に高くなることを確実に防止することができる。
図1ないし図7は本発明による高強度繊維複合材ケーブルの端末定着方法の一例を示しており、図7は高強度繊維複合材ケーブルの端末定着体の一例を示している。
本発明は、現場加工で高強度繊維複合材ケーブルの端末定着を行うもので、資材として、図1のように、リールRに巻収した高強度繊維複合材ケーブル1と、鋼管などからなるスリーブ2と、スリーブ2内に装填される少なくとも1つの可縮性の緩衝間仕切り材3と、スリーブ2の両端に着脱可能に取付けられる止水具4、4’および膨張性セメントなどの膨張性充填材を使用する。
この場合のケーブルの形態は、前記素線を撚合し、1×7、1×19、1×37などの構造(多層構造を含む)とした1本の緊張材からなるシングルタイプ、前記シングルタイプの緊張材を複数本集束して平行状に束ねた平行マルチタイプ、緊張材の複数本を2〜12°のゆるい撚り角度で撚り合わせたツイストマルチタイプなど、使用目的や要求される強度などに応じて選択される。
図示するものは、1×7構造としたシングルタイプの緊張材1aを3本集束し、平行状に束ねた平行マルチタイプのケーブルとしている。
スリーブ2の内面積は、高強度繊維複合材ケーブル1の断面積の2〜4倍としている。
そのためには膨張圧を50MPa以上にさせる必要があるが、50MPa以上の高い膨張圧にするためには、養生の温度調節(養生初期の冷却、養生中期以降の加熱)が重要であり、設備と温度管理が必要である。
すなわち、膨張材による定着力は、ケーブル径×定着長さ×(付着係数+摩擦係数+膨張圧)となるが、本発明者は実験によりケーブル径の10倍以上のスリーブ長さにすれば、膨張圧30MPa程度で必要な定着力を得ることができることを見出したのである。
しかし、高強度繊維複合材ケーブル径の40倍を越える長さでは、定着体が過度に長くなるので、現場での取扱い性が低下し、また、曲げ引張補強などの用途において曲げ可能なケーブル部の長さが相対的に短くなるため、適当とはいえない。
すなわち、内面積はケーブルの断面積+空隙であるが、膨張性充填材は養生によって体積が約2倍になる。この体積膨張を拘束することで膨張圧が生じ、したがって拘束条件により膨張圧が変わる。さらに膨張圧は養生条件によっても異なる。スリーブ2の空隙に充填された膨張材は養生によって体積膨張し、該膨張圧によってケーブルも変形する。たとえば、空隙が小さすぎると体積膨張に比べて相対的にケーブルの変形量も大きくなり、膨張圧はさほど上がらないことになる。実験によれば、自然養生の条件においては、ケーブルの断面積の1〜3倍の空隙があれば、30MPaの膨張圧を得ることができることが確認された。そのためには、スリーブはケーブルの断面積の2〜4倍の内面積を有していればよくなるからである。
そこで、スリーブ2内の途中に緩衡間仕切り材3を設置し、膨張圧によって前記間仕切り材を変形させ、間仕切り材の付近の膨張圧が過度に高くならないようにし、またスリーブ内の各緊張材の間隔や平行性を維持させたのである。
止水具4、4’は、ケーシング4aと、ケーシング4aの端部で高強度繊維複合材ケーブル1の外殻形状に倣う粘土などの封止部材4bとから構成される。ケーシング4aは、中間に内フランジ部40を有し、ここに接続用プラグ41が挿着されている。
他方のケーシング4aは同様な構成でもよいが、高強度繊維複合材ケーブル1の比較的短い端末に通せばよいので、図5(C)のように、内面にスリーブ2の雄ねじ20に対応する雌ねじを設けた円筒であってもよい。
1)緩衝間仕切り材3は、図示するものでは全体が一体に構成されているが、溝つき断面に分割した複数のものとし、高強度繊維複合材ケーブル1を側方から挟み、その状態で分割部体を接着などによって合体し一体状の筒としてもよい。
2)緩衝間仕切り材3は必ずしも1個である場合に限られず、2個以上を使用し、スリーブ2を等分する位置などに配置させてもよい。
図2はこの状態を示しており、緩衝間仕切り材3に設けられている中央を貫通するケーブル挿通孔30を高強度繊維複合材ケーブル1に外嵌する。そして、図3(a)(b)のように緩衝間仕切り材3がスリーブ2の長手方向所定位置(この例では中央部)に存するように配置する。
いずれにしても、上記緩衝間仕切り材3の挿入によりによりスリーブ2は区画され、高強度繊維複合材ケーブル径の5〜20倍の長さに膨張性充填材の充填長さを調整することができる。
止水具4,4’の接続用プラグ41、41には、それぞれ充填材導入用のホース5と空気抜き用のホース6を取り付け、充填材導入用のホース5は、膨張性充填材供給手段7と接続する。膨張性充填材供給手段7はポンプなどの圧送機能を有するものを使用してもよいし、じょうろとバケツなどの簡易な重力充填であってもよい。
高強度繊維複合材ケーブル1は緩衝間仕切り材3と両端の止水具4,4’に支持されることにより、スリーブ2の内面と所定の隙間が保たれているので、注入された膨張性充填材8は前記隙間を満たし、さらに緩衝間仕切り材3には複数個の通過用孔孔31が長手方向を貫通しているので、膨張性充填材8はこれらを通して他端側に流入し、スリーブ全体を満たす。
図11の場合には、膨張性充填材が膨張したときに、スリーブの中央領域の膨張圧が極度に高くなり、スリーブの変形を招いたり、応力が過大になる。
これに対して、図10の場合には、スリーブの中央領域の膨張圧が高くならず、長手方向でほぼ均一になる。
図8は本発明をグランドアンカーに適用した例を示しており、Aは施工対象地盤であり、施工対象地盤Aに開けられ削孔Bにアンカー体として挿入され、頭部aとこれから下方の自由長部bおよび定着長部cとを備えている。
自由長部bでは周囲にシースFが囲繞しており、該シースFの下端部は止水材Gを有している。シースF内には止水材Gを底として充填材Hが入れられる。
定着長部cでは、定着力を得るためケーブル1は複数の緊張材に分離されるとともにスペーサJで間隔が保持されており、先端は固定部材Kにより収束されている。自由長部bと定着長部cにはグラウトMが充填される。
〔具体例1〕
1)心に1本、側に6本の7本撚り構成とした直径15.2mmの炭素繊維/エポキシ系高強度繊維複合材を緊張材とし、これの3本を1つの束にして図2および図4のマルチケーブルを構成した。マルチケーブル径は33mmである。
3)スリーブの両端位置にそれぞれ止水具を取り付け、また止水具には透明ビニールホースを取り付けた。
4)気温が10から30℃の昼夜間温度変動のある夏場雰囲気において48時間の自然養生をして膨張圧が30MPaに達した時点で養生を完了し、止水具を取り外して、定着体を得た。
これを、ケーブルの保証引張荷重597kNの70%である418kNまで緊張し、ナット定着を行った。緊張作業中、及び定着後において、スリーブからの抜け出しや緊張力低下は見られなかった。
1)心に1本、側に6本の7本撚り構成とした直径12.5mmの炭素繊維/エポキシ系高強度繊維複合材を緊張材に用い、これを心に1本、側に6本配置し、撚り合わせて7×7複撚り構成のマルチケーブルを得た。
2)スリーブは、外径70mm、内径55mm、長さ450mmとし、マルチケーブルに、長さ35mmで、中央にケーブル挿通孔を周囲に3つの注入材通過孔を有するゴム製の緩衝仕切り材を取り付け、この緩衝仕切り材をスリーブ端から225mmに位置させた。スリーブの両端に止水具を取り付け、2つのホースのうち、鉛直下側のホースから膨張性セメントを注入し、もう一方のホースから空気抜きをし、空気抜きホースに膨張性セメントが達し内部に膨張性セメントが十分に満たされたことを確認して充填を完了した。
4)これを、連続繊維緊張材の保証引張荷重895kNの70%(627kN)まで緊張し、ナット定着を行った。緊張作業中、及び定着後において、スリーブからの抜け出しや緊張力低下は見られなかった。
2 スリーブ
3 緩衝仕切り材
4、4’ 止水材
8 膨張性充填材
30 ケーブル挿通孔
31 充填材通過孔
Claims (3)
- 中央にケーブル挿通孔を、周囲に充填材通過用孔をそれぞれ貫設した可縮性の緩衝間仕切り材を用い、前記緩衝間仕切り材を高強度繊維複合材ケーブルの端末部分に外嵌した状態でスリーブ内所要位置にあるように高強度繊維複合材ケーブルを貫挿し、スリーブの両端位置に止水具を取り付けて膨張性充填材を注入し、膨張性充填材を前記緩衝間仕切り材の通過用孔を通してスリーブ内全体に充填させ、膨張性充填材の膨張圧による摩擦でケーブルを定着することを特徴とする高強度繊維複合材ケーブルの端末定着方法。
- スリーブとして、ケーブル径の10〜40倍の長さと、ケーブルの断面積の2〜4倍の内面積のものを使用し、膨張性充填材の膨張圧を長手方向で均一化すべく緩衝間仕切り材によりケーブル径の5〜20倍の長さに膨張性充填材のスリーブ内充填長さを分割して行なう請求項1に記載の高強度繊維複合材ケーブルの端末定着方法。
- 高強度繊維複合材ケーブルの端末部分に設けられる端末定着体であって、外周に雄ねじを有し、高強度繊維複合材ケーブルを貫挿させたスリーブと、ケーブル挿通孔を中央に、周囲には充填材通過用孔をそれぞれ有し、スリーブ内を仕切る可縮性の緩衝間仕切り材と、スリーブ内に注入され前記緩衝間仕切り材の充填材通過用孔を通して分配充填された膨張性充填材からなり、前記緩衝間仕切り材の変形で膨張性充填材の膨張圧が緩衝され、スリーブ全長で膨張圧が平均化されていることを特徴とする高強度繊維複合材ケーブルの端末定着体。
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