JP5007279B2

JP5007279B2 - コンクリート部材

Info

Publication number: JP5007279B2
Application number: JP2008179903A
Authority: JP
Inventors: 尚之福浦
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2008-07-10
Filing date: 2008-07-10
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2028-07-10
Also published as: JP2010018990A

Description

本発明は、コンクリート部材に関する。

繊維補強コンクリートは、引張力Ｐが作用した際（図５（ａ）参照）に繊維の架橋作用によりひび割れ面で引張力Ｐが伝達される（図５（ｂ）参照）ため、一般コンクリート（図５（ｃ）参照）と比較して、コンクリートの引張強度とじん性を向上させる特性を有している。
そのため、図５（ｄ）に示すひび割れ開口変位ωと引張り力Ｐの関係のように、繊維補強コンクリート２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃのじん性は、繊維の材質、混入量、長さ、形状により変化するものの、一般コンクリート２０２と比較してじん性が向上する。つまり、引張力Ｐに対して、大きなひび割れ開口変位ωに対応することが可能である。

そのため、近年、トンネル覆工、ボックスカルバート、橋桁、舗装、法面保護工等、あらゆるコンクリート構造物に対して繊維補強コンクリートが採用されている。

例えば、本出願人は、特許文献１に示すように、トンネルのセグメントに繊維補強コンクリートを採用することで、引張強度やじん性を向上させて、部材の薄肉化を図っている。

また、繊維補強コンクリートによれば、部材の薄肉化や鉄筋の省略を行うことが可能となるため、費用の削減や施工性の向上を図ることが可能となる。

特開２００３−２９３６９８号公報

このような繊維補強コンクリートにより構成されるコンクリート部材は、部材厚ｈ（図６（ａ）参照）が小さくなるにしたがって、繊維の架橋作用による効果が大きくなる（図６（ｂ）参照）。

つまり、コンクリート部材に生じたたわみδによる変形角は、部材厚ｈが小さくなるにしたがって大きくなる。

一方、部材厚が大きい（厚い）コンクリート部材は、ひび割れ発生時に繊維の架橋作用が十分に生かされないため、引張強度を高める効果およびじん性を向上させる効果が相対的に小さくなる。

そのため、部材厚が大きい（厚い）コンクリート部材について繊維補強コンクリートを採用する場合には、鉄筋を配筋するなどの処置が必要となる場合があった。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、繊維補強コンクリートを用いたコンクリート部材であって、部材厚を大きくした場合であっても、架橋作用を十分に享受することが可能なコンクリート部材を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数の繊維補強コンクリート版材を部材厚方向で積層してなるコンクリート部材であって、隣り合う前記繊維補強コンクリート版材同士が、両繊維補強コンクリート版材に埋設された棒材を介して連結されているとともに、前記両繊維補強コンクリート版材の間に滑材層が介設されていることを特徴としている。

かかるコンクリート部材によれば、各繊維補強コンクリート版材において繊維の架橋作用が十分に機能するため、コンクリート部材の部材厚が大きい場合であっても、コンクリート部材の引張強度とじん性を向上させることが可能となる。

前記コンクリート部材の棒材が、軸部と、前記軸部の両端に形成された該軸部の直径よりも大きな幅寸法を有する突起部とを備えていれば、繊維補強コンクリート版材同士の離間防止に効果的である。

また、前記棒材のうちの少なくとも前記滑材層と交差する部分に緩衝材が巻設されていれば、緩衝材により棒材の周囲に可動域が形成されることになるので、繊維補強コンクリート版材同士のすべり変形を棒材が阻害することを防止することが可能となる。

本発明によれば、所望の強度を有した部材厚が大きいコンクリート部材を簡易かつ安価に構成することができる。

本発明のコンクリート部材の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態では、図１に示すように、コンクリート部材がシールドトンネルのセグメントである場合について説明する。

コンクリート部材１は、図１に示すように、円筒状に形成されて、トンネル軸方向に連続して地中に埋設されることによりトンネル覆工を構成するセグメントリングであって、トンネルの外周側と内周側とに部材厚方向で積層された２枚の繊維補強コンクリート版２，２により構成されている。
なお、コンクリート部材１は、複数のセグメントを組み合わせることにより形成されていても良いし、予め円筒状に形成された部材であってもよい。

繊維補強コンクリート版材２は、繊維補強コンクリートの硬化体であって、１０〜３０ｃｍの厚みに形成されている。
なお、繊維補強コンクリート版材２の形状寸法は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、繊維補強コンクリート版材２を構成する繊維補強コンクリートの配合は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

繊維補強コンクリート版材２同士は、両繊維補強コンクリート版材２，２に埋設された複数の棒材３，３，…を介して連結されている。また、両繊維補強コンクリート版材２，２の間には滑材層４が介設されている。

棒材３は、軸部３１の中間部における隣接する他の棒材３との間隔が、コンクリート部材１の部材厚さＨの１〜３倍となるように配置されている。なお、棒材３の配置ピッチや本数等は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

棒材３は、図２（ａ）に示すように、ボルト３０とボルト３０の軸部３１の先端に取り付けられたナット３３により構成されている。すなわち、棒材３において、ボルト３０の頭部３２およびナット３３が、軸部３１の直径よりも大きな幅寸法（外径）を有する突起部を構成している。

なお、棒材３の構成は前記の構成に限定されるものではなく、例えば、図２（ｂ）に示す棒材３’のように、鉄筋や鋼線等からなる軸部３１の両端に軸部３１の直径（幅寸法）よりも大きな幅寸法からなる鋼板などの板材を、溶接、摩擦圧着、フラッシュ溶接等により一体に固定することで突起部３４，３４が形成されたものであっても良い。

軸部３１には、緩衝材５が巻設されている。緩衝材５は、軸部３１のうち、少なくとも滑材層４と交差する部分に巻設する。本実施形態では、棒材３の全長に対して１／３程度の範囲に緩衝材５が巻設されている。

緩衝材５は、数ｍｍ〜１ｃｍ程度の厚みからなり、ゴムや発泡スチロール等のコンクリートよりも柔らかい材料により構成されている。本実施形態に係る緩衝材５は、地震時等の大きな荷重が作用した際に変形する耐力を備えている。つまり、コンクリート部材１は、地震時等の大きな荷重が作用した際に、緩衝材５が伸縮することで、繊維補強コンクリート版材２の滑り変形が許容される。一方、通常の荷重状態では、緩衝材５は変形することがなく、繊維補強コンクリート版材２の滑り変形は抑止される。なお、緩衝材５の厚みや緩衝材５を構成する材料は限定されるものではない。また、緩衝材５を巻設する範囲は限定されるものでなく、適宜設定することが可能である。

滑材層４は、エポキシ樹脂やフッ素樹脂等の樹脂系被覆材、油脂、脂質等を繊維補強コンクリート版材２，２の間に介在させることにより形成されている。
なお、滑材層４を構成する材料は、繊維補強コンクリート版材２同士の重合面における摩擦抵抗を低減させて、滑りやすくする材料であれば限定されるものではなく、適宜公知の材料から選定して採用することが可能である。

本実施形態のコンクリート部材１は、繊維補強コンクリート版材２，２の間に滑材層４が介在しているため、繊維補強コンクリート版材２，２が相互に滑り、互いに摺動することが可能に構成されている。そのため、地震等の大きな外力が作用して、コンクリート部材１にたわみが生じた際に、各繊維補強コンクリート版材２が個別に変形することが可能となる。

また、滑材層４を跨ぐように棒材３が配置されており、かつ、棒材３の両端が繊維補強コンクリート版材２に埋設されているため、重ねられた繊維補強コンクリート版材２が一体性を保ったまま外力に抵抗することが可能となっている。

また、棒材３には、緩衝材５が巻設されているため、棒材３が繊維補強コンクリート版材２同士の滑り変形を阻害することがない。
また、繊維補強コンクリート版材２同士は、両繊維補強コンクリート版材２，２に跨って棒材３が配設されているため、互いに引き離されることがなく、また、通常の荷重状態では、繊維補強コンクリート版材２，２が互いに摺動することがない。

したがって、本実施形態かかるコンクリート部材１によれば、図３（ａ）に示すように、繊維補強コンクリート版材２，２間のずれが許容されるため、コンクリート部材１に大きな外力（限界荷重等）が作用すると、重ね合わせた各繊維補強コンクリート版材２の上面に圧縮応力Ｃ_１、下面に引張応力Ｐ_１が作用する。
一方、部材厚の大きい繊維補強コンクリート版材からなる従来のコンクリート部材１０１は、図３（ｂ）に示すように、コンクリート部材１０１の上面で圧縮応力Ｃ_２、下面で引張応力Ｐ_２が作用する。

図３（ａ）および（ｂ）に示すように、同じたわみ状態にある本実施形態のコンクリート部材１と、従来のコンクリート部材１０１とを比較すると、コンクリート部材１のひび割れの開口ｗは、従来のコンクリート部材１０１のひび割れ開口ｗよりも小さくなる。つまり、コンクリート部材１によれば、繊維による架橋作用が効果的に発現し、図３（ｃ）に示すように、急激な荷重低下を示すことがなく、外力に対して安定した挙動を示す。
一方、図３（ｂ）に示すように、従来のコンクリート部材１０１は、荷重作用により生じたひび割れの開口ｗが大きく、繊維による架橋作用が十分に生かされず、作用荷重を支持できなくなるため、図３（ｃ）に示すように、急激な荷重低下が生じる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施形態では、円筒状のコンクリート部材について、本発明に係るコンクリート部材を採用する場合について説明したが、本発明が適用可能なコンクリート部材の構成は、前記実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、平面版状の部材であっても良い。また、コンクリート部材の形状は、この他角型状、直線梁、曲線梁、曲面版状であっても良い。

また、コンクリート部材は、トンネルに限定されるものではなく、その他の地下埋設管、地中カルバートの頂版、底版、側壁や、舗装など、あらゆるコンクリート部材に採用することが可能である。

また、コンクリート部材１は、２枚の繊維補強コンクリート版により構成されたものに限定されるものではなく、図４に示すコンクリート部材１’のように３枚以上の繊維補強コンクリート版材２，２，…を部材厚方向で積層して構成してもよい。
この場合において、棒材３は、総ての繊維補強コンクリート版２，２，…に跨って配設されていても良いし、隣り合う２枚の繊維補強コンクリート版２，２に配設されていてもよい。

また、前記実施形態では、棒材３として、軸部３１の両端部に突起部を備えたものを使用するものとしたが、軸部３１の定着長を十分に確保することが可能であれば、突起部は必ずしも備えていなくてもよい。

また、前記実施形態では、棒材３に緩衝材５を巻設するものとしたが、緩衝材５を省略することも可能である。なお、緩衝材５が省略される場合は、地震時等の大きな荷重がコンクリート部材１の作用した際に、棒材３が変形することにより繊維補強コンクリート版材２同士のすべりを許容する。

本発明の好適な実施の形態に係るコンクリート部材を示す断面図である。（ａ）は図１に示すコンクリート部材の一部を示す拡大断面図であって、（ｂ）は同変形例を示す拡大断面図である。（ａ）は図１に示すコンクリート部材の応力の作用状況を示す模式図、（ｂ）は従来のコンクリート部材の応力の作用状況を示す模式図、（ｃ）は（ａ）および（ｂ）に示す各コンクリート部材の変形状況を示すグラフである。コンクリート部材の変形例を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、コンクリート部材が引張力を受けた場合の模式図、（ｄ）は引張り力とひび割れ面の開口変位の関係を示すグラフである。コンクリート部材の部材厚と引張強度やじん性との関係を示す図であって、（ａ）がコンクリート部材の模式図、（ｂ）はグラフである。

符号の説明

１コンクリート部材
２繊維補強コンクリート版材
３棒材
３０ボルト
３１軸部
３２頭部（突起部）
３３ナット（突起部）
３４突起部
４滑材層
５緩衝材

Claims

複数の繊維補強コンクリート版材を部材厚方向で積層してなるコンクリート部材であって、
隣り合う前記繊維補強コンクリート版材同士が、両繊維補強コンクリート版材に埋設された棒材を介して連結されているとともに、前記両繊維補強コンクリート版材の間に滑材層が介設されていることを特徴とするコンクリート部材。
前記棒材が、軸部と、前記軸部の両端に形成された該軸部の直径よりも大きな幅寸法を有する突起部と、を備えていることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート部材。
前記棒材のうちの少なくとも前記滑材層と交差する部分に緩衝材が巻設されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコンクリート部材。