JP4947469B2 - プレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁及びプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート構造物の梁部に設置されるプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁及びその製造方法に関し、特にプレテンション方式のものに関する。

コンクリート系建築構造物において大スパン空間を構築する場合などには、梁部としてプレストレスト鉄筋コンクリート梁を適用することが有効となる。そして、プレストレストコンクリート梁の施工を合理化するために、プレキャストとし、当該プレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁を所定位置に設置し、接続部分にコンクリートを打設して一体化させる方法が選択されている。

ここで、プレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁には、ポストテンション方式によるものとプレテンション方式によるものとがある。プレテンション方式では、予めＰＣ鋼材に緊張をかけた後に、このＰＣ鋼材を埋設するように梁本体となるコンクリートを打設し、ＰＣ鋼材と梁本体とを一体化させる。そして、梁本体のコンクリートが所定の強度に達した後に緊張を解除することで、梁本体にプレストレスが与えられた状態となる（例えば、特許文献１参照）。

一方、ポストテンション方式では、ＰＣ鋼材を延設する位置にシース管を配設した状態でコンクリートを打設して梁本体を形成した後に、当該シース管にＰＣ鋼材を挿入して緊張させる。そして、ＰＣ鋼材の両端に定着具を設置した後に緊張を解除することで、ＰＣ鋼材は定着具によって拘束され、梁本体にプレストレスが与えられた状態となる（例えば、特許文献２参照）。そして、ポストテンション方式では、梁本体の構築後にＰＣ鋼材に緊張をかけることでＰＣ鋼材を曲線状に配置して緊張をかけることも可能であり、これにより例えば、両端を剛結合して支持した場合には、下方に凸となるように曲げモーメントが作用する中央部でプレストレスを有効に与えることが可能となるという利点を有する。
特開２００４−２９３１７９号公報 特開平７−２４７６３２号公報

しかしながら、ポストテンション方式で曲線状にＰＣ鋼材を配置する場合、設計が複雑になってしまう。また、施工時においても、ＰＣ鋼材を挿通させるシース管の位置決めや位置保持のためには治具が必要であり、該治具を正確に位置決めしてＰＣ鋼材に緊張をかけるのは困難であった。また、ポストテンション方式では、大がかりな定着装置を必要とし、これらの問題からプレテンション方式のよる製造が望まれていた。しかし、プレテンション方式では、緊張した状態のＰＣ鋼材を曲線状に配置することはできない。このため、部材位置によって正負異なる曲げモーメントが作用する場合に、一方の曲げモーメントには引張側にプレストレスを与えることができ有効であるものの、他方の曲げモーメントには圧縮側にプレストレスが作用することとなり、逆効果となってしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、部材位置によって正負異なる曲げモーメントが作用する場合に、一方の曲げモーメントに対してのみ有効にプレテンション方式によってプレストレスを導入することが可能なプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁及びその製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、コンクリートで形成された梁本体と、該梁本体の内部で厚さ方向の一方側に延設されたＰＣ鋼材とを有して構造物の梁部として設置されるプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁の製造方法であって、前記梁本体が形成される範囲の厚さ方向の一方側に前記ＰＣ鋼材を延設するとともに、設置後に厚さ方向の他方側を凸として曲げモーメントが作用することとなる範囲の少なくとも一部で前記ＰＣ鋼材にシース管を外装させる第一の工程と、前記ＰＣ鋼材を緊張させる第二の工程と、コンクリートを打設して前記梁本体を形成する第三の工程と、前記梁本体を形成するコンクリートが硬化した後に前記ＰＣ鋼材の緊張を解除する第四の工程と、前記ＰＣ鋼材と前記シース管との間に、互いを一体にさせる充填材を充填する第五の工程とを備えることを特徴としている。

この方法によれば、まず、第一の工程として、設置後に作用する曲げモーメントと対応させて、厚さ方向の一方側にＰＣ鋼材を延設し、シース管を外装させる。次に、第二の工程としてＰＣ鋼材を緊張させる。この状態では、ＰＣ鋼材は何ら拘束を受けていないので全延長で引張応力が生ずる。そして、第三の工程として梁本体を形成するコンクリートを打設する。これにより、ＰＣ鋼材は、シース管が外装されている範囲を除いてコンクリートと付着し一体となる。次に、第四の工程としてＰＣ鋼材の緊張を解除する。ここで、コンクリートが硬化した後にＰＣ鋼材の緊張を解除するので、コンクリートと付着して一体となった範囲、すなわち、設置後に曲げモーメントによって引張応力が生じる範囲では、梁本体にプレストレスが導入されることとなる。一方、シース管が外装されていてコンクリートと付着していない範囲、すなわち、設置後に曲げモーメントによって圧縮応力が生じる範囲では、ＰＣ鋼材の緊張は解除され、梁本体にプレストレスが導入されない。そして、第五の工程として、ＰＣ鋼材とシース管との間に充填材を充填することで、ＰＣ鋼材は、充填材及びシース管を介して梁本体と一体となり、これによりＰＣ鋼材は、設置後に曲げモーメントによって圧縮応力が生じる範囲でも、圧縮側鉄筋として機能することとなる。

また、本発明は、コンクリートで形成された梁本体と、該梁本体の内部で厚さ方向の一方側に延設されたＰＣ鋼材とを有して構造物の梁部として設置されるプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁であって、前記ＰＣ鋼材は、設置後に、厚さ方向の一方側を凸とするように前記梁本体に曲げモーメントが作用することとなる範囲で緊張がかけられた状態で前記梁本体と一体にされているとともに、厚さ方向の他方側を凸とするように前記梁本体に曲げモーメントが作用することとなる範囲の少なくとも一部で緊張がかけられていない状態で前記梁本体と一体にされていることを特徴としている。

この構成によれば、曲げモーメントによって引張応力が生じる範囲で、ＰＣ鋼材は緊張がかけられた状態で梁本体と一体にされているので、梁本体にはプレストレスが導入されている。一方、曲げモーメントによって圧縮応力が生じる範囲で、ＰＣ鋼材は緊張がかけられていない状態で梁本体と一体にされているので、梁本体にはプレストレスが導入されず、ＰＣ鋼材は圧縮側鉄筋として機能するのみとなる。

本発明のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁の製造方法によれば、ＰＣ鋼材の一部にシース管を外装し、緊張を解除した後に充填材を充填することで、部材位置によって正負異なる曲げモーメントが作用する場合に、一方の曲げモーメントに対してのみ有効にプレテンション方式によってプレストレスを導入することが可能となる。

図１から図３は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１に示すように、本実施形態のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁（以下、プレキャストＰＣ梁と称す）１は、構造物の梁部として設置され、例えば、構造物の柱１０、１０間に剛結合されて一体とされるものである。この場合一体となった状態では、中央部１ａでは下側に凸となるような曲げモーメントが作用して部材断面には下側で引張応力、上側で圧縮応力が生じるとともに、両端部１ｂでは上側に凸となるような曲げモーメントが作用して部材断面には下側で圧縮応力、上側で引張応力が生じることとなる。以下に、プレキャストＰＣ梁１の詳細を説明する。

図１に示すように、プレキャストＰＣ梁１は、コンクリートで形成された梁本体２と、梁本体２の内部に軸線方向に沿って埋め込まれたＰＣ鋼材３とを備える。梁本体２は、設置される構造物の梁部と対応する細長の形状で、例えば矩形断面を呈している。また、ＰＣ鋼材３は、ＰＣ鋼より線などで、梁本体２の内部において、設置時に下側となる厚さ方向の一方側に直線状に延設されている。また、ＰＣ鋼材３の両端部３ａは、他の部材と定着させて一体とするために梁本体２の両端部２ａから突出して定着板３ｂが設けられている。ここで、ＰＣ鋼材３は、設置後に下側に凸となるような曲げモーメントが作用する中央部１ａで緊張がかけられた状態で梁本体２を形成するコンクリートと付着し一体となっている。また、設置後に上側に凸となるような曲げモーメントが作用する両端部１ｂで、シース管４が外装され、シース管４との間には充填材としてグラウト５が注入されている。そして、シース管４が外装された範囲では、ＰＣ鋼材３は、緊張がかけられていない状態でグラウト５及びシース管４を介して梁本体２と一体となっている。

次に、この実施形態のプレキャストＰＣ梁１の製造方法について説明する。
図２に示すように、まず、第一の工程として、梁本体２を形成する範囲において、設置後に下側となる厚さ方向の一方側の所定の位置にＰＣ鋼材３を直線状に延設させる。さらに、ＰＣ鋼材３の一部にシース管４を外装する。より詳しくは、シース管４を外装する範囲は、上記の通り設置後に上側となる厚さ方向の他方側を凸として曲げモーメントが作用する両端部１ｂの範囲である。

次に、第二の工程として、ＰＣ鋼材３を緊張させる。この段階でＰＣ鋼材３は何ら拘束を受けていないので、全延長にわたって引張応力が生ずることとなる。なお、ＰＣ鋼材３の緊張力は、ＰＣ鋼材３の本数及び断面積、梁本体２の断面積、設置後に作用する曲げモーメントの大きさなどによって決定される。

次に、図３に示すように、第三の工程として梁本体２を形成するコンクリートを打設する。これにより、ＰＣ鋼材３は、シース管４が外装されている両端部１ｂの範囲を除く中央部１ａの範囲においてコンクリートと付着し一体となる。
次に、第四の工程として、梁本体２のコンクリートが硬化して所定の強度が発現した後に、ＰＣ鋼材３の緊張を解除する。これによりコンクリートと付着して梁本体２と一体となった中央部１ａの範囲では梁本体２にＰＣ鋼材３の緊張力と対応したプレストレスが導入されることとなる。一方、シース管４が外装されていてコンクリートと付着していない両端部１ｂの範囲では、ＰＣ鋼材３は、シース管４内で自由に伸縮可能なため、緊張が解除されることとなり梁本体２にはプレストレスが導入されない。すなわち、上記工程によって、設置後に下側を凸とする曲げモーメントが作用して厚さ方向下側に引張応力が生じる中央部１ａの範囲ではプレストレスが導入されるとともに、上側を凸とする曲げモーメントが作用して厚さ方向下側に圧縮応力が生じる両端部１ｂの範囲ではプレストレスが導入されない状態となる。

そして、図１に示すように、第五の工程として、ＰＣ鋼材３とシース管４との間にグラウト５を充填し、ＰＣ鋼材３の両端部３ａに定着板３ｂを固定することで、プレキャストＰＣ梁１が完成する。ここで、グラウト５を充填することで、ＰＣ鋼材３は、シース管４が外装された両端部１ｂの範囲においても、グラウト５及びシース管４を介して梁本体２と一体となる。このため、ＰＣ鋼材３は、設置後に曲げモーメントによって圧縮応力が生じる両端部１ｂの範囲でも、圧縮側鉄筋として機能することとなる。

そして、完成したプレキャストＰＣ梁１は、例えば、柱１０、１０間に梁部として設置される。すなわち、図４に示すように、柱１０、１０間にプレキャストＰＣ梁１の梁本体２を掛け渡す。次に、図５に示すように、各柱１０及び梁本体２から突出するＰＣ鋼材３の両端部３ａを巻き込むようにしてコンクリートを打設することで、プレキャストＰＣ梁１は、各柱１０に剛結合されて一体となり、構造物の梁部として機能することとなる。なお、ＰＣ鋼材３の両端部３ａに定着板３ｂが設けられていることで、定着力を向上させることができる。

ここで、上記のように、下側を凸とする曲げモーメントが作用する中央部１ａの範囲において梁本体２にはＰＣ鋼材３によってプレストレスが導入されていることによって、曲げモーメントにより生ずる引張応力を打ち消し、撓み及びひび割れを抑制することができる。一方、上側を凸とする曲げモーメントが作用する両端部１ｂの範囲において梁本体２にはＰＣ鋼材３によってプレストレスが導入されていない。このため、作用する曲げモーメントによって部材断面に生じる圧縮応力が増大してしまうのを防ぐことができる。一方、当該両端部１ｂの範囲において、ＰＣ鋼材３は、グラウト５によって梁本体２と一体化していることから、圧縮側鉄筋として機能することとなる。

以上のように、ＰＣ鋼材３の一部にシース管４を外装し、緊張を解除した後にグラウト５を充填することで、部材位置によって正負異なる曲げモーメントが作用する場合に、一方の曲げモーメントに対してのみ有効に合理的にプレストレスを導入することが可能となる。また、他方の曲げモーメントが作用する範囲については、緊張していない状態のＰＣ鋼材３を圧縮側鉄筋として機能させることができ、他に圧縮側鉄筋として配筋を行う必要が無い。そして、プレストレスの導入方式としては、プレテンション方式に該当することから、特殊な定着装置を必要とせず、また、ＰＣ鋼材３は直線配置とすることができるので、設計、ＰＣ鋼材３の配線施工が容易となる。また、直線配置とすることができるので、ＰＣ鋼棒など可撓性を有さないより線以外の鋼材も好適に使用することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図６に示すように、この実施形態のプレキャストＰＣ梁２０は、複数の柱１０、１０、１０によって複数のスパンＳ１、Ｓ２が形成され、この複数のスパンＳ１、Ｓ２に連続して設置されるものである。ここで、各柱１０間に位置するスパンＳ１、Ｓ２では、中央部２０ａで下側を凸とする曲げモーメントが作用するとともに、両端部２０ｂすなわち柱１０近傍で上側を凸とする曲げモーメントが作用することとなる。次に、プレキャストＰＣ梁２０の詳細について説明する。

図６に示すように、プレキャストＰＣ梁２０は、設置後の各スパンＳ１、Ｓ２と対応してコンクリートによって形成された梁本体２１と、梁本体２１の内部で、設置後に下側となる厚さ方向一方側において、梁本体２１に延設されたＰＣ鋼材２２とを備える。梁本体２１は、各スパンＳ１、Ｓ２と対応して柱１０と交差する部分を除いて、第一のブロック２４と、第二のブロック２５とで構成される。また、ＰＣ鋼材２２は、両端部２２ａが梁本体２の両端部２ａから突出しているとともに、第一のブロック２４と第二のブロック２５との間の柱１０と交差して除かれた部分にも連続して延設されている。ここで、ＰＣ鋼材２２は、設置後に各中央部２０ａとなり下側に凸となるような曲げモーメントが作用する範囲で緊張がかけられた状態で梁本体２１を形成するコンクリートと付着し一体となっている。また、設置後に両端部２０ｂとなり上側に凸となるような曲げモーメントが作用する範囲では、シース管４が外装され、シース管４との間には充填材としてグラウト５が注入されていて、ＰＣ鋼材２２は緊張がかけられていない状態となっている。なお、スパン長の短いスパンＳ２においては、中央部２０ａの両側、すなわちシース管４の端部でＰＣ鋼材２２に支圧板２６が固定されている。

この実施形態のプレキャストＰＣ梁２０でも同様に、第一の工程としてＰＣ鋼材２２を延設し、また、上記各両端部２０ｂの範囲でＰＣ鋼材２２にシース管４を外装させる。また、スパンＳ２となる範囲については、ＰＣ鋼材２２に支圧板２６を固定する。そして、第二の工程としてＰＣ鋼材２２に緊張をかけた後に、第三の工程として梁本体２１を形成するコンクリートを打設する。そして、第四の工程としてＰＣ鋼材２２の緊張を解除すれば、コンクリートと直接付着した各中央部２０ａで梁本体２１にプレストレスが導入される。また、各中央部２０ａを除く、各両端部２０ｂの範囲及び柱１０と交差する範囲で、緊張が解除されてプレストレスが導入されない。ここで、スパン長が短い場合には、ＰＣ鋼材２２と梁本体２１を形成するコンクリートとの付着力が小さく、梁本体２１にプレストレスを導入することが困難となってしまう場合があるが、上記のように、支圧板２６を設けることで、ＰＣ鋼材２２は支圧板２６によって拘束され、好適にプレストレスを導入することが可能となる。そして、第１の実施形態同様に、第五の工程としてＰＣ鋼材３とシース管４との間にグラウト５を充填することで、プレキャストＰＣ梁２０が完成し、柱１０上に掛け渡してコンクリートで一体化させることで、複数スパンの梁部として機能することとなる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、上記各実施形態では、設置後に下側となる位置にＰＣ鋼材を延設し、下側に凸となる曲げモーメントが作用する範囲でＰＣ鋼材に緊張がかけられた状態とし、上側に凸となる曲げモーメントが作用する範囲でシース管を外装し緊張がかけられていない状態としたが、これに限るものではない。少なくとも、厚さ方向の一方側にＰＣ鋼材を延設し、その一方側に凸となる曲げモーメントが作用する範囲でＰＣ鋼材に緊張がかけられた状態とし、また、他方側に凸となる曲げモーメントが作用する範囲の少なくとも一部で緊張がかけられていない状態とすれば良い。

この発明の第１の実施形態のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁の縦断面図である。 この発明の第１の実施形態のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁において、第一及び第二の工程を説明する説明図である。 この発明の第１の実施形態のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁において、第三及び第四の工程を説明する説明図である。 この発明の第１の実施形態のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁を構造物の梁部として設置する際の説明する説明図である。 この発明の第１の実施形態のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁を構造物の梁部として設置する際の説明する説明図である。 この発明の第２の実施形態のプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁の縦断面図である。

符号の説明

１、２０ プレキャストＰＣ梁（プレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁）
２、２１ 梁本体
３、２２ ＰＣ鋼材
４ シース管
５ グラウト（充填材）

Claims (2)

1. コンクリートで形成された梁本体と、該梁本体の内部で厚さ方向の一方側に延設されたＰＣ鋼材とを有して構造物の梁部として設置されるプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁の製造方法であって、
   前記梁本体が形成される範囲の厚さ方向の一方側に前記ＰＣ鋼材を延設するとともに、設置後に厚さ方向の他方側を凸として曲げモーメントが作用することとなる範囲の少なくとも一部で前記ＰＣ鋼材にシース管を外装させる第一の工程と、
   前記ＰＣ鋼材を緊張させる第二の工程と、
   コンクリートを打設して前記梁本体を形成する第三の工程と、
   前記梁本体を形成するコンクリートが硬化した後に前記ＰＣ鋼材の緊張を解除する第四の工程と、
   前記ＰＣ鋼材と前記シース管との間に、互いを一体にさせる充填材を充填する第五の工程とを備えることを特徴とするプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁の製造方法。
2. コンクリートで形成された梁本体と、該梁本体の内部で厚さ方向の一方側に延設されたＰＣ鋼材とを有して構造物の梁部として設置されるプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁であって、
   前記ＰＣ鋼材は、設置後に、厚さ方向の一方側を凸とするように前記梁本体に曲げモーメントが作用することとなる範囲で緊張がかけられた状態で前記梁本体と一体にされているとともに、厚さ方向の他方側を凸とするように前記梁本体に曲げモーメントが作用することとなる範囲の少なくとも一部で緊張がかけられていない状態で前記梁本体と一体にされていることを特徴とするプレキャストプレストレスト鉄筋コンクリート梁。

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