JP4878575B2 - 鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具及びそれを用いたひび割れ防止構造 - Google Patents

Description

本発明は、主として鉄筋コンクリート壁に形成された窓等の開口の隅部に用いられる鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具及びそれを用いたひび割れ防止構造に関する。

鉄筋コンクリート構造物を構成するコンクリートは、本来的に引張力に弱く、乾燥や温度変化による収縮変形が拘束されると、ひび割れが生じる。応力が集中しやすい開口の隅部には、上述したひび割れが特に発生しやすい。

コンクリートのひび割れは、引張応力を鉄筋が負担し圧縮応力をコンクリートが負担するという鉄筋コンクリート構造の特性上、それ自体が鉄筋コンクリートの強度にただちに悪影響を及ぼすものではないが、ひび割れを原因としたコンクリートの中性化によって鉄筋が腐食した場合、経年的には鉄筋コンクリートの強度にも悪影響が及ぶ。加えて、コンクリートのひび割れは、強度上問題ないとしても、鉄筋コンクリート構造物の美観を損ねたり、漏水を発生させたりする。

ここで、コンクリートにひび割れが生じる原因は、上述したような乾燥や温度変化を受けたときの変形拘束のほか、地震によって過大な強制変形を受けることが挙げられるが、乾燥収縮は、鉄筋コンクリート構造物を構築した直後から初期ひび割れとして数多く発現するため、漏水や美観の点で従来からさまざまな対策がとられてきた。

特開昭５７−４８０５５号公報 特開昭６３−１１０３４４号公報 特開２００２−２６６４６９号公報

このような乾燥収縮による初期ひび割れは、例えば、コンクリートを打設した後、開口隅部に圧縮力を導入することで、ある程度抑制することができる（特許文献１，２）。

しかしながら、鉄筋コンクリート構造物には、以前にも増して高いデザイン性や美観が求められており、従来の技術では、昨今のニーズに対応することが難しいという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、乾燥収縮や熱収縮によるコンクリートの初期ひび割れをより確実に抑制することが可能な鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具及びそれを用いたひび割れ防止構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具は請求項１に記載したように、鉄筋コンクリート構造物に形成された開口の隅部近傍に埋設される圧縮力導入機構と、該圧縮力導入機構の近傍に埋設され両端を有する可撓性拘束部材とからなる鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具であって、前記可撓性拘束部材を、内方に包囲空間が形成されるように湾曲又は屈曲状に形成するとともに、前記可撓性拘束部材の形状及び寸法を、前記圧縮力導入機構を構成する一対の定着部によってコンクリート中に形成される圧縮応力領域内に配置できるように設定したものである。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具は、前記可撓性拘束部材を全体形状がコ字状、Ｌ字状又は円弧状となるように形成したものである。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造は請求項３に記載したように、鉄筋コンクリート構造物に形成された開口の隅部近傍に圧縮力導入機構を埋設するとともに、両端を有し内方に包囲空間が形成されるように湾曲又は屈曲状に形成された可撓性拘束部材を前記圧縮力導入機構の近傍に埋設してなる鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造であって、前記圧縮力導入機構を、その圧縮方向が前記開口の隅部に発生するであろうひび割れの走行方向に直交するように配置するとともに、該ひび割れが前記可撓性拘束部材の両端で挟み込まれるように該可撓性拘束部材を配置し、前記可撓性拘束部材を、前記圧縮力導入機構を構成する一対の定着部によってコンクリート中に形成される圧縮応力領域内に配置したものである。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造は、前記可撓性拘束部材を全体形状がコ字状、Ｌ字状又は円弧状となるように形成したものである。

本発明に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具は、圧縮力導入機構と、両端を有し内方に包囲空間が形成されるように湾曲又は屈曲状に形成された可撓性拘束部材とからなり、該可撓性拘束部材は、圧縮力導入機構を構成する一対の定着部によってコンクリート中に形成される圧縮応力領域内に配置できるように形状及び寸法を設定してある。

本発明に係るひび割れ防止具を用いて鉄筋コンクリート構造物に形成された開口のひび割れ抑制を行うには、圧縮力導入機構を開口の隅部近傍に埋設するとともに、該圧縮力導入機構の近傍に可撓性拘束部材を埋設する。

ここで、圧縮力導入機構については、その圧縮方向が開口の隅部に発生するであろうひび割れの走行方向に概ね直交するように配置する。

また、可撓性拘束部材については、該可撓性拘束部材の両端で前述のひび割れが挟み込まれるように配置するとともに、圧縮力導入機構を作動させたときにコンクリート中に形成される圧縮応力領域内に可撓性拘束部材が概ね収まるよう、該可撓性拘束部材を配置する。

次に、コンクリートが硬化して所定の強度が発現した後、圧縮力導入機構を作動させる。

このようにすると、鉄筋コンクリート構造物に形成された開口の隅部には、従来技術と同様、圧縮力導入機構を構成する一対の定着部によって圧縮力が導入され、かかる圧縮力によって該開口隅部に生ずるひび割れが抑制されるが、本発明においては、可撓性拘束部材をコンクリート中に形成される圧縮応力領域内に配置してあるため、圧縮力導入機構で導入された圧縮力の一部がコンクリートを介して可撓性拘束部材にも作用し、その包囲空間内に向けてコンクリートに圧縮力を別途及ぼしめる。

そして、可撓性拘束部材の両端が開口隅部に生ずるであろうひび割れを挟み込むように該可撓性拘束部材を配置してあるため、開口隅部に位置するコンクリートには、可撓性拘束部材による圧縮応力があらたに発生する。

すなわち、開口隅部でひび割れが生じるであろう箇所には、圧縮力導入機構による圧縮応力に加えて、可撓性拘束部材による圧縮応力が累加的に発生することとなり、かくして開口隅部に生ずるであろうひび割れをさらに確実に抑制することが可能となる。

可撓性拘束部材によってコンクリートに生じる圧縮応力は、圧縮力導入機構によってコンクリートに直接発生する圧縮応力とは異なり、コンクリートを介して可撓性拘束部材に作用する圧縮力により、該可撓性拘束部材が間接的にコンクリートに圧縮応力を発生させるものであり、本明細書では、圧縮力導入機構による圧縮応力を１次圧縮応力、可撓性拘束部材による圧縮応力を２次圧縮応力と呼ぶ。

なお、圧縮力導入機構のみの構成では、１次圧縮応力がコンクリートに生じるだけであり、可撓性拘束部材のみの構成では圧縮応力は生じ得ない。すなわち、圧縮力導入機構単独の構成による作用効果（１次圧縮応力の発生）と可撓性拘束部材単独の構成による作用効果（圧縮応力は発生せず）を総和したとしても、本発明の作用効果（１次圧縮応力及び２次圧縮応力の発生）には至らない。

加えて、圧縮力導入機構と可撓性拘束部材による上述した相乗効果は、本出願人の実験で初めて見出されたものであって、当業者といえども容易に予測できるものではない。

圧縮力導入機構は、一対の定着部と、該一対の定着部をコンクリート硬化後に引き寄せることでコンクリートを圧縮し該コンクリート中に圧縮応力を発生させる圧縮力導入部材と、該圧縮力導入部材を作動させる操作部とを備えたものであれば、その構成は任意であるが、例えばプレストレス形式のものを用いるのがよい。

プレストレス形式の圧縮力導入機構として、「プレトール」（登録商標）の商品名で本出願人が製造販売しているひび割れ防止治具を採用することができる。

可撓性拘束部材は、両端を有しかつ内方に包囲空間が形成されるように湾曲又は屈曲状に形成されることによって、コンクリートを介して圧縮力導入機構から圧縮力を受けるとともに、該圧縮力で内方の包囲空間に拡がるコンクリートに２次圧縮応力を発生させることができるものであって、かかる作用を奏する限り、具体的な形状は任意であり、例えばコ字状、Ｌ字状又は円弧状に形成し、さらに具体的には、半円に曲げ加工した異形鉄筋や平鋼を用いて構成することができる。

ここで、圧縮力導入機構と別体の構成とした本発明に係る可撓性拘束部材は、コンクリートを介して圧縮力導入機構から圧縮力を受けることができる程度に圧縮応力領域内に配置されれば足りるものであり、全体寸法が圧縮応力領域内に完全に収まることまで必要とするものではなく、開口隅部をできるだけ広く取り囲んでひび割れを抑制するためには、圧縮応力領域に収まる範囲内でできるだけ大きい方が望ましい。

圧縮応力領域は、圧縮力導入機構を構成する一対の定着部が引き寄せられることで、圧縮力が導入されコンクリート中に圧縮応力が発生する領域であって、典型的には、各定着部から概ね４５゜方向に拡がる範囲が該当する。

以下、本発明に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具及びそれを用いたひび割れ防止構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造を示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係るひび割れ防止構造１は、鉄筋コンクリート構造物としてのＲＣ壁２に形成された開口３の隅部４近傍に圧縮力導入機構５を埋設するとともに、該圧縮力導入機構の近傍に可撓性拘束部材としての拘束筋６を埋設してなり、圧縮力導入機構５及び拘束筋６は、本実施形態に係るひび割れ防止具２１を構成する。

圧縮力導入機構５は、その圧縮方向が開口３の隅部４に発生するであろうひび割れの走行方向（同図では水平軸に対して４５度の角度で隅部４から左上に延びる方向）に概ね直交するように配置してある。ひび割れは、主としてコンクリート打設後の乾燥収縮に起因したものであり、応力が集中する隅部４に発生しやすい。

図２は、圧縮力導入機構５を示した図である。同図でわかるように、圧縮力導入機構５は、直列配置された反力パイプ１１ａ，１１ｂと、該反力パイプに挿通されＰＣ鋼棒で形成された緊張力導入ロッド１２と、該緊張力導入ロッドの一端に圧着固定された定着板１３ａと、他端に螺合された定着板１３ｂと、反力パイプ１１ａ，１１ｂの間に挟み込まれるＵ型スペーサー１４と、反力パイプ１１ａ，１１ｂの外周側に配置されるシール管１５ａ，１５ｂとから構成してあり、緊張力導入ロッド１２に引張力を与えた状態で反力パイプ１１ａ，１１ｂの間にＵ型スペーサー１４を挟み込むことで、緊張力導入ロッド１２の引張力を反力パイプ１１ａ，１１ｂの圧縮力と均衡させ、かかる状態でコンクリートが硬化した後にＵ型スペーサー１４を引き抜くことにより、反力パイプ１１ａ，１１ｂが負担していた圧縮力をコンクリートに導入し、該コンクリートに圧縮応力を発生させることができるようになっている。なお、定着板１３ａ，１３ｂは、本発明に係る一対の定着部を構成する。

拘束筋６は、両端を有するとともに、内方に包囲空間が形成されるよう、中心角がほぼ２７０度の円弧状に湾曲形成してあり、例えばＤ１０程度の異形鉄筋を円弧状に加工形成して構成することができる。

拘束筋６は図３に示すように、圧縮力導入機構５を構成する一対の定着板１３ａ，１３ｂによってコンクリート中に形成される圧縮応力領域３１の内側に配置できるよう、その直径を設定しておく。

圧縮応力領域３１は、一対の定着板１３ａ，１３ｂが引き寄せられることで、圧縮力が導入され、コンクリート中に圧縮応力が発生するゾーンであって、各定着板１３ａ，１３ｂから概ね４５゜方向に拡がる範囲であってそれらの重なり部分が該当する。

定着板１３ａは、緊張力導入ロッド１２に圧着された円筒スリーブと該円筒スリーブの端部に一体に設けられた環状板とから構成してあるとともに、定着板１３ｂは、緊張力導入ロッド１２の他端に切られた雄ねじが螺合されるナットと環状板とからなり、これらの環状板が主として定着板としての機能を担う。

本実施形態に係るひび割れ防止具２１を用いてＲＣ壁２に形成された開口３のひび割れ抑制を行うには、圧縮力導入機構５を開口３の隅部４近傍に埋設するとともに、該圧縮力導入機構の近傍に拘束筋６を埋設する。

ここで、圧縮力導入機構５については図３に示すように、その圧縮方向が開口３の隅部４に発生するであろうひび割れ３２の走行方向に概ね直交するように、配置する。

また、拘束筋６については、発生するであろうひび割れ３２が挟み込まれるように配置するとともに、圧縮力導入機構５を作動させたときにコンクリート中に形成される圧縮応力領域３１内に拘束筋６が概ね収まるよう、該拘束筋を配置する。

図３に示したひび割れ３２は、本実施形態に係るひび割れ防止具２１がなければ、開口３の隅部４に発生するであろうひび割れであり、典型的には隅部４から左上４５゜方向に延びる。

圧縮力導入機構５や拘束筋６は、必要に応じて番線等の結束部材で鉄筋７（図１）に結束したり、型枠（図示せず）に仮止めしたりすればよい。なお、これらの結束や仮止めは、あくまでコンクリート打設時の位置ずれを防止するためのものであって、圧縮力導入機構５で導入される圧縮力が拘束筋６に直接伝達させるためのものではなく、圧縮力導入機構５及び拘束筋６は、互いに非固定とする。

次に、コンクリート硬化後、圧縮力導入機構５を作動させる、すなわち、Ｕ型スペーサー１４を引き抜くことにより、反力パイプ１１ａ，１１ｂの圧縮力を解放する。

このようにすると、ＲＣ壁２に形成された開口３の隅部４には、従来技術と同様、圧縮力導入機構５を構成する一対の定着部１３ａ，１３ｂによって圧縮力が導入され、かかる圧縮力によって図３に示すように圧縮応力領域３１に１次圧縮応力を発生させる。

加えて、拘束筋６をコンクリート中に形成される圧縮応力領域３１内に配置してあるため、導入された圧縮力は、その一部がコンクリートを介して拘束筋６にも作用し（同図点線）、かかる拘束筋６は、その包囲空間内に向けてコンクリートに圧縮力を別途作用させ（同図実線）、２次圧縮応力を発生させる。

そして、図３に示すように、拘束筋６の両端が開口３の隅部４に生ずるであろうひび割れ３２を挟み込むように拘束筋６を配置してあるため、開口隅部に位置するコンクリートには、拘束筋６による圧縮応力があらたに発生する。

以上説明したように、本実施形態に係るひび割れ防止具２１及びそれを用いたひび割れ防止構造１によれば、開口隅部でひび割れ３２が生じるであろう箇所には、圧縮力導入機構５による圧縮応力（１次圧縮応力）に加えて、拘束筋６による圧縮応力（２次圧縮応力）が累加的に発生することとなり、かくして開口３の隅部４に生ずるであろうひび割れがさらに確実に抑制される。

ちなみに、後述する実験によれば、ひび割れ幅は、従来の約０．６〜０．８倍に抑制され、初期ひび割れに起因する従来の問題を改善することができることがわかった。

本実施形態では、円弧形成された拘束筋６で本発明の可撓性拘束部材を構成したが、可撓性拘束部材は、内方に包囲空間が形成されるように湾曲又は屈曲状に形成された両端を有する部材である限り、その具体的構成については任意であり、円弧でなくても円弧状、例えば楕円であってもかまわないし、そもそも円弧状である必要はなく、コ字状やＬ字状あるいは弓状であってもかまわない。

図４(a)は、Ｌ字状に形成された可撓性拘束部材４１を、同図(b)は弓状に形成された可撓性拘束部材４２をそれぞれ示したものである。

本発明に係るひび割れ防止具の作用効果を実証する試験を行ったので、以下に説明する。

矩形フレーム窓枠を縦横に二分割した状態に相当するＬ字状窓枠部分を製作し、これを試験体とした（試験体寸法は同図に示した通り）。図５は、かかる試験体を４５゜回転させて示した正面図である。なお、載荷試験機によって荷重を載荷する箇所については、試験の都合上、面取りして平坦に形成した。開口隅部には、ひび割れ幅を計測するための開口部変位計９１を取り付けた。

図６は、半円状鉄筋が２本の斜筋に取り付けられた複合鉄筋を示した平面図であり、本発明との対比で用いたものである（寸法は同図に示した通り）。また、図７は、「プレトール」という商品名で本出願人が製造販売している圧縮力導入機構と、中心角がほぼ２７０度の円弧状に湾曲形成した拘束筋とで構成したひび割れ防止具を示した平面図である（寸法は同図に示した通り）。

試験は、従来の開口補強手段である斜筋だけを使ったケース１、複合鉄筋を併用したケース２、斜筋と「プレトール」とを併用したケース３、及び「プレトール」と拘束筋とで構成されたひび割れ防止具を用いたケース４の計４ケース行った。

載荷試験の結果を図８に示す。

同図でわかるように、５０ｋＮの荷重で見たとき、ケース４では、ひび割れ幅は０．０１２５ｍｍ程度に抑制されているのがわかる。

一方、従来技術では、ケース１やケース２が示すように、同荷重時において、ひび割れ幅は０．０２ｍｍであり、「プレトール」を使っても０．０１５ｍｍ程度に抑制できるにとどまった。ちなみに、従来技術のひび割れ抑制は、主として地震荷重レベルを対象としているため、本実証試験のように初期ひび割れに対応した荷重の場合、ひび割れ抑制効果は小さいことがわかる。

したがって、本発明に係るひび割れ防止具を用いれば、乾燥収縮や熱収縮に伴うひび割れ幅を、従来の０．６〜０．８倍程度に抑制することができる。

なお、図８における荷重範囲は、初期ひび割れの原因となる乾燥収縮や温度変化によって開口隅部に作用するであろう荷重を想定し、１００ｋＮ以下とした。

本実施形態に係る鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造１及びそれに用いるひび割れ防止具２１を示した平面図。 圧縮力導入機構５を示した図であり、(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ線に沿う断面図、(c)はＵ型スペーサー１４近傍の詳細図。 本実施形態に係るひび割れ防止構造１及びそれに用いるひび割れ防止具２１の作用を示した図。 変形例に係るひび割れ防止具を示した図。 本発明の実証試験に用いた試験体の図であり、(a)は正面図、(b)は側面図、(c)は平面図。 従来の複合鉄筋を示した平面図。 実証試験で用いたひび割れ防止具を示した平面図。 実証試験の結果を示したグラフ。

符号の説明

１ ひび割れ防止構造
２ ＲＣ壁（鉄筋コンクリート構造物）
３ 開口
４ 隅部
５ 圧縮力導入機構
６ 拘束筋（可撓性拘束部材）
１３ａ，１３ｂ 定着板
２１ ひび割れ防止具
３１ 圧縮応力領域
３２ ひび割れ
４１，４２ 可撓性拘束部材

Claims (4)

1. 鉄筋コンクリート構造物に形成された開口の隅部近傍に埋設される圧縮力導入機構と、該圧縮力導入機構の近傍に埋設され両端を有する可撓性拘束部材とからなる鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具であって、前記可撓性拘束部材を、内方に包囲空間が形成されるように湾曲又は屈曲状に形成するとともに、前記可撓性拘束部材の形状及び寸法を、前記圧縮力導入機構を構成する一対の定着部によってコンクリート中に形成される圧縮応力領域内に配置できるように設定したことを特徴とする鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具。
2. 前記可撓性拘束部材を全体形状がコ字状、Ｌ字状又は円弧状となるように形成した請求項１記載の鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止具。
3. 鉄筋コンクリート構造物に形成された開口の隅部近傍に圧縮力導入機構を埋設するとともに、両端を有し内方に包囲空間が形成されるように湾曲又は屈曲状に形成された可撓性拘束部材を前記圧縮力導入機構の近傍に埋設してなる鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造であって、前記圧縮力導入機構を、その圧縮方向が前記開口の隅部に発生するであろうひび割れの走行方向に直交するように配置するとともに、該ひび割れが前記可撓性拘束部材の両端で挟み込まれるように該可撓性拘束部材を配置し、前記可撓性拘束部材を、前記圧縮力導入機構を構成する一対の定着部によってコンクリート中に形成される圧縮応力領域内に配置したことを特徴とする鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造。
4. 前記可撓性拘束部材を全体形状がコ字状、Ｌ字状又は円弧状となるように形成した請求項３記載の鉄筋コンクリート構造物のひび割れ防止構造。

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