JP4436297B2 - トルクによる簡易プレストレス導入工法 - Google Patents

Description

本願発明は、コンクリートなどからなる構造物内に配置された緊張材に、軸方向への緊張力が付与されるプレストレス導入工法に関するものである。

特開平１１−６２２３７号公報 特開平１１−３４３６５７号公報

コンクリートなどからなる構造物内に配置されたＰＣ鋼棒などの緊張材に、軸方向への力である緊張力を与えることにより、構造物の強度を向上させるプレストレス導入工法は周知である。これは、上記の緊張力により、コンクリート構造物にあらかじめ圧縮力を加えておき、圧縮荷重に比べて引張荷重に弱いというコンクリート構造物の特性を改善するものであり、例えばＰＣ桁などの、土木部材や建築部材に広く用いられている。

従来、緊張材にプレストレスを導入する場合は、緊張荷重及び鋼材の伸び量による精度の高い緊張管理を行なうため、ジャッキ及び油圧ポンプ等の、緊張力を与えるための装置を緊張材の端部に接続して緊張力を与える工法が採用されていた。しかしこの工法は、上記の装置を設置するためのバックスペースや電源設備が現場に必要になるなど、大掛かりなものとなる欠点があった。また、緊張管理のための、専門知識を有する技術者の監視が必要になるなどにより、施工コストが上昇してしまうという問題があった。

そこで、より簡略化した工法として、特許文献１または特許文献２に記載の工具を用いた工法が提案されている。この工法で用いられる工具は、緊張材の端部に取り付けられるプルロッド、及びプルロッドに引き出し方向の力を付与するための牽引ナットを備えたものである。この牽引ナットにトルクを与えることにより、プルロッドを介して、緊張材にはねじり力を与えずに、軸方向へ緊張力のみを付与することができる。しかしこの工法は、上記のような専用工具を用いるものであって、依然、施工コスト削減の余地を残すものであった。

また、プレストレス導入工法の利用は大きな緊張力を必要とする大型構造物に限られるわけではなく、従来は利用されていなかった、小型の構造物への適用拡大も考えるべきである。更に、大型構造物であっても局部的な必要部分へ限定して利用することも考えるべきである。また、構造物のひび割れやたわみの制御等を目的としたプレストレス導入工法の利用も考えるべきである。

上記のことに鑑み、本願発明は、より簡易なトルクによる工法を採用することにより、施工コストを削減することができ、また利用範囲の拡大をはかることのできる、トルクによる簡易プレストレス導入工法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本願の請求項１に記載の発明は、構造物Ｃ内に配置されたＰＣ鋼棒からなる緊張材１に、軸方向へ５０〜１００kNの緊張力Ｐが付与されることにより構造物Ｃの強度を向上させることのできるプレストレス導入工法であって、緊張材１の端部には、外周面にねじ山を備えたねじ部１１が設けられ、このねじ部１１には、内周にねじ山を備えた締付ナット２が取り付けられるものであり、この締付ナット２と共にワッシャ３を用いるものであり、このワッシャ３は、上記の構造物Ｃと締付ナット２との間に設けられ、緊張材１の一方側端部１ｘが固定された状態で、構造物Ｃの端面から露出した緊張材１の他方側端部１ｙにおけるねじ部１１に、上記の締付ナット２がねじ込まれ、締付ナット２が、上記ワッシャ３を介して構造物Ｃの端面を押圧しつつねじ込まれることにより、緊張材１に上記の緊張力Ｐが付与されるものであり、緊張材１のねじ山と締付ナット２のねじ山との間に潤滑剤５が介在し、上記の締付ナット２とワッシャ３との間にも潤滑剤５が介在することによって、上記ねじ込みの際、緊張材１に、緊張材１が破断してしまう大きさの、回転方向へのねじり力Ｔを与えることなく、軸方向への緊張力Ｐが付与されるものであり、上記の潤滑剤５として、二硫化モリブデンを含有するグリースが用いられたものであり、このグリース５が、成分中に４５質量％以上５５質量％以下の二硫化モリブデンを含有するものであることを特徴とする、トルクによる簡易プレストレス導入工法を提供する。

本願発明は、緊張材１のねじ山と締付ナット２のねじ山及びナット・ワッシャ−・定着板の接触面の間に潤滑剤５が介在することによって、緊張材１に、緊張材１が破断してしまう大きさの、回転方向へのねじり力Ｔを与えることなく、緊張材に軸方向への緊張力Ｐが付与されるものである。よって、トルクレンチなどの一般的な工具を使用し、緊張材１に締付ナット２をねじ込むだけで良いため、非常に簡略な施工が可能とされたものである。また、ジャッキ及び油圧ポンプ等、緊張力を与えるための装置が不要であるため、この装置のためのバックスペースや電源設備が現場に不要となる。また、専用工具も不要である。よって、施工の簡略化と同様に施工コストを削減することができたものである。
また、大掛かりな装置が一切不要であることから、従来プレストレス導入工法が採用されていなかった、小型の構造物への適用も容易になると同時に、大型構造物への局部的な締め付け力の導入も可能となる。また、構造物のひび割れやたわみの制御等を目的としたプレストレス導入工法の利用も容易であり、プレストレス導入工法の利用拡大をはかることができる。

以下、図面に基づき本願発明の実施の形態の一例をとりあげて説明する。図１は、本例のＰＣ鋼棒の端部の構成を示し、図２は構造物に対するＰＣ鋼棒の配置を示し、図３はＰＣ鋼棒のねじ山と締付ナットのねじ山との関係を示す。

本例の簡易プレストレス導入工法は、緊張材としてのアンボンドＰＣ鋼棒１と、締付ナット２と、ワッシャ３と、アンカープレート４とを使用し、トルクレンチ等を用いて手動で締付ナット２にトルクを与えることにより、緊張力Ｐを付与し、コンクリート構造物Ｃにプレストレスを導入するものである。
緊張材としては、本例のアンボンドＰＣ鋼棒１以外に、プレグラウトＰＣ鋼棒や、鋼線を寄り合わせて形成されたアンボンドＰＣストランドや、その他、従来からプレストレス導入工法に使用されていた種々の緊張材を用いることが可能である。

本例の簡易プレストレス導入工法は、既にコンクリートが流し込まれて構造物Ｃが形成された後に、アンボンドＰＣ鋼棒１にプレストレスを導入するポストテンション方式に適用したものである。なお、従来のシースを使用したポストテンション方式にも適用可能である。また、アンボンドＰＣ鋼棒１にプレストレスを導入された後にコンクリートを流し込む方式であるプレテンション方式に適用しても良い。

アンボンドＰＣ鋼棒１は、表面がグリースなどの防錆材料で被覆された鋼棒１ａが、合成樹脂製の筒（シース）１ｂ内に収納されたものである。このアンボンドＰＣ鋼棒１の両端部１ｘ，１ｙは、鋼棒１ａが露出した状態とされており、その露出した鋼棒１ａの外周面に、転造にてねじ山が形成されたねじ部１１が設けられている。このねじ部１１は、必要なプレストレスを導入するために、締付ナット２を充分ねじ込むことのできるだけの長さを有するものとする。
なお、アンボンドＰＣストランドなど、直接ねじ部１１を設けることのできない緊張材については、端部に鋼棒などを一体接合した上、この鋼棒にねじ部１１が設けられる。

本願発明において用いられるアンボンドＰＣ鋼棒１の一例としては、ＰＣ棒鋼の呼びが１１mm、ねじの呼びがＭ１２、ねじのピッチが１．５mmのもの、そして、ＰＣ棒鋼の呼びが１３mm、ねじの呼びがＭ１４、ねじのピッチが１．５mmのものがあげられるが、これら以外のサイズを採用しても良い。また、ねじ部１１に形成されるねじ山は、ＪＩＳＢ０２０５に規定されたメートルねじとされているが、特殊なねじ山を形成したものであっても良い。

図１に示すように、コンクリートが打設されたコンクリート構造物Ｃの端面、正確には、コンクリート構造物Ｃの端面に形成された箱抜き穴Ｃ１の底面から手前側に、アンボンドＰＣ鋼棒１の端部１ｘ、１ｙが露出するようにして配置される。これに伴い、ねじ部１１が箱抜き穴Ｃ１に露出することとなる。

ここで、従来のプレストレス導入工法にて必要とされていた箱抜き穴Ｃ１は、ジャッキのつかみ代を確保するため、かなりの深さが必要であったが、本例のトルクによる簡易プレストレス導入工法は、一般的な工具で施工可能なものであるため、従来よりも小さな箱抜き穴Ｃ１で良い。よって、施工後に箱抜き穴を埋めるための施工手間、及び構造物への影響が小さくなる。

なお、この箱抜き穴Ｃ１の底面には、図１に示すように、アンカープレート４が設けられている。このアンカープレート４は、アンボンドＰＣ鋼棒１に締め込まれた締付ナット２により、コンクリート構造物Ｃを押さえつけるための押圧面４１を有するものである。この押圧面４１の全面でコンクリート構造物Ｃを押圧することができるため、アンボンドＰＣ鋼棒１に発生した緊張力Ｐを確実にコンクリート構造物Ｃへと伝達することができる。

締付ナット２としては、アンボンドＰＣ鋼棒１のねじ部１１と呼びが一致した、ＰＣ鋼棒専用の六角ナットが用いられるが、六角ナットの２面幅及び対角距離は一般のナットと同じ寸法である。よって、一般に広く用いられている工具を使用することができるため汎用性が高い。また、締付ナット２自体に摩擦低減処理（デフリックコート処理）がなされたものを用いるとなお良い。
なお、ワッシャ３についても一般的な平ワッシャが用いられる。

ここで、単にアンボンドＰＣ鋼棒１のねじ部１１に締付ナット２をねじ込むだけでは、アンボンドＰＣ鋼棒１のねじ山と締付ナット２のねじ山との間に発生する摩擦により、締付ナット２の回転につられてＰＣ鋼棒にもねじり力Ｔが発生してしまう。このようにして、ねじり力Ｔが無制限に発生すると、ＰＣ鋼棒がねじれることにより破断してしまう恐れがあった。このことから、従来の特許文献１に記載の発明においては、ねじり力Ｔを遮断するための専用工具を用いることによって、ねじり力ＴをアンボンドＰＣ鋼棒１に発生させないようにしていた。
ここで、本願発明においては、図３に示すように、アンボンドＰＣ鋼棒１のねじ山と締付ナットのねじ山との間に潤滑剤５が介在することによって、摩擦を低減し、締付ナット２のねじ込みの際に、アンボンドＰＣ鋼棒１が破断してしまう大きさのねじり力Ｔを与えることなく、アンボンドＰＣ鋼棒１に軸方向への緊張力Ｐを付与することが可能なものとされている。よって、何ら特殊な工具を用いることなしに、プレストレスを導入することが可能となった。具体的に本例においては、発生するねじり力Ｔを加味した軸方向の応力である等価応力が、アンボンドＰＣ鋼棒１の０．２％耐力を超えることのないものとされている。
なお、本例の簡易プレストレス導入工法において、アンボンドＰＣ鋼棒１に導入するプレストレスは５０〜１００kN程度である。

潤滑剤５としては、摩擦を低減できる能力を有する物質であれば種々のものが利用できるが、特に、上記能力に優れる二硫化モリブデンを含有するものを用いることが望ましい。本例では、二硫化モリブデンを含有するグリースが用いられている。グリースの場合、成分中に４０質量％以上７０質量％以下の二硫化モリブデンを含有するものであることが望ましく、４５質量％以上５５質量％以下の二硫化モリブデンを含有するものであることが特に望ましい。

このグリース５は、アンボンドＰＣ鋼棒１のねじ部１１に塗布され、締付ナット２との間の摩擦を低減させるものであるが、締付ナット２とワッシャ３との間にも塗布することが、締付ナット２の回転抵抗を、より低減できるため望ましい。

ここで、本願の発明者が、下記（１）〜（６）のそれぞれのグリースを用いた場合の、締付ナット２に与えられたトルクと、アンボンドＰＣ鋼棒１にかかる緊張力Ｐとの関係を測定する実験を行なった。
（１）モリブデン系グリース（二硫化モリブデン５０質量％含有）
（２）モリブデン系グリース（二硫化モリブデン２５質量％含有）
（３）モリブデン系グリース（二硫化モリブデン２質量％含有）
（４）リチウム石鹸基グリース
（５）シリコン系グリース（フッ素樹脂配合）
（６）シリコン系グリース（金属石鹸配合）

その結果、同一トルクにおける緊張力Ｐは、（１）が最も高かった。これは、締付ナット２に与えられたトルクによって発生するねじり力Ｔが最も小さく、そして、最も有効に緊張力Ｐが与えられたことを示している。
また、モリブデン系グリース（１）〜（３）の中にあっても、（１）が最も成績良好であり、二硫化モリブデンを多く含有するグリースの方が、本願発明にとって有効であることを裏付ける結果が得られた。

なお、本例では、潤滑剤５として、二硫化モリブデンを含有するグリースを用いたが、本願発明における潤滑剤５の形式はグリースに限定されるものではない。例えば、液状、ペースト状、パウダー状などの種々の形式で実施し得る。また、本例のように、アンボンドＰＣ鋼棒１に別途潤滑剤５を塗布するのではなく、アンボンドＰＣ鋼棒１のねじ部１１などに当初から潤滑剤５を含浸させたものであっても良い。

なお、アンボンドＰＣ鋼棒１にプレストレスが導入された後、箱抜き穴Ｃ１は、コンクリートにより埋められるため、締付ナット２がコンクリートにより固定される。よって、本例のようにねじ部１１と締付ナットとの間の摩擦が低減された状態にあっても、一度締め付けられた締付ナット２がアンボンドＰＣ鋼棒１に対して緩むことはない。
なお、構造物Ｃのたわみやひび割れの制御を目的として、本例の簡易プレストレス導入工法を用いる場合にあっては、上記のように箱抜き穴Ｃ１を埋めることをせずに、締付ナット２を状況に応じて適宜増し締め可能な状態としておいても良い。

上記のように、本例の簡易プレストレス導入工法は、アンボンドＰＣ鋼棒１に締付ナット２をねじ込むだけで良く、非常に簡略な施工が可能であって、施工コストを削減することができる。
また、従来においてはコスト的なメリットがないため、プレストレス導入工法が採用されていなかった、小型の構造物への適用も容易となる。また、大型構造物であっても局部的な締め付けが容易となり、構造物のひび割れやたわみの制御等を目的としたプレストレス導入工法の利用も容易となる。
なお、本例ではコンクリート構造物へのプレストレス導入工法の適用について説明したが、本願発明を適用する構造物は、コンクリート構造物に限られず、木材をはじめ種々の構造物に適用することが可能である。

本例のＰＣ鋼棒の端部の構成を示す、要部断面の説明図である。 構造物に対するＰＣ鋼棒の配置を示す説明図である。 ＰＣ鋼棒のねじ山と締付ナットのねじ山との関係を示す要部断面の説明図である。

符号の説明

１ 緊張材、ＰＣ鋼棒
１ｘ，１ｙ 緊張材の端部
１１ ねじ部
２ 締付ナット
５ 潤滑剤、グリース
Ｃ 構造物
Ｐ 軸方向への緊張力
Ｔ ねじり力

Claims (1)

1. 構造物（Ｃ）内に配置されたＰＣ鋼棒からなる緊張材（１）に、軸方向へ５０〜１００kNの緊張力（Ｐ）が付与されることにより構造物（Ｃ）の強度を向上させることのできるプレストレス導入工法であって、
   緊張材（１）の端部には、外周面にねじ山を備えたねじ部（１１）が設けられ、
   このねじ部（１１）には、内周にねじ山を備えた締付ナット（２）が取り付けられるものであり、
   この締付ナット（２）と共にワッシャ（３）を用いるものであり、
   このワッシャ（３）は、上記の構造物（Ｃ）と締付ナット（２）との間に設けられ、
   緊張材（１）の一方側端部（１ｘ）が固定された状態で、構造物（Ｃ）の端面から露出した緊張材（１）の他方側端部（１ｙ）におけるねじ部（１１）に、上記の締付ナット（２）がねじ込まれ、
   締付ナット（２）が、上記ワッシャ（３）を介して構造物（Ｃ）の端面を押圧しつつねじ込まれることにより、緊張材（１）に上記の緊張力（Ｐ）が付与されるものであり、
   緊張材（１）のねじ山と締付ナット（２）のねじ山との間に潤滑剤（５）が介在し、上記の締付ナット（２）とワッシャ（３）との間にも潤滑剤（５）が介在することによって、
   上記ねじ込みの際、緊張材（１）に、緊張材（１）が破断してしまう大きさの、回転方向へのねじり力（Ｔ）を与えることなく、軸方向への緊張力（Ｐ）が付与されるものであり、
   上記の潤滑剤（５）として、二硫化モリブデンを含有するグリースが用いられたものであり、このグリース（５）が、成分中に４５質量％以上５５質量％以下の二硫化モリブデンを含有するものであることを特徴とする、トルクによる簡易プレストレス導入工法。

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