JP5039590B2 - プレキャストコンクリート梁 - Google Patents

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本発明は、プレテンション方式によるプレキャストコンクリート梁に関する。
プレテンション方式によるプレキャストコンクリート梁は、その断面の下部に配置された緊張材を介して予め圧縮応力が導入された梁である(例えば特許文献1参照)。プレキャストコンクリート梁は、緊張材の圧縮応力により、その中央付近において偏心モーメントによる大きな吊り上げ力が期待できるため、大スパンにも対応することが可能である。
プレストレストコンクリート部材は、PCケーブル、PC鋼材等の緊張材を配置した後、コンクリートを打設し、コンクリートの硬化後に緊張材にプレストレスを導入するいわゆるポストテンション方式による方法や、引張力が付与された緊張材を配設した後、コンクリートを打設し、コンクリートの硬化後に緊張材を開放することによりプレストレスを導入するいわゆるプレテンション方式による方法により構成されている。
偏心モーメントは、緊張材の緊張力と偏心距離に比例するため、同様な緊張力に対して偏心距離を大きくとることができれば、より大きな偏心モーメントが得られることとなる。
緊張材の偏心距離を大きくするためには、梁断面中央から離れた位置に、より多くの緊張材を配置することが効果的ではあるものの、一列に配置できる緊張材の本数は、緊張材同士の間隔や、かぶり寸法による制限を受ける。
従来、プレキャストコンクリート梁1における緊張材102同士の間隔Cは、緊張材102の直径の3倍(3D)以上とされていたため、一列に配置できる緊張材102の本数は、梁の幅により限定されていた。そのため、複数の緊張材102を多段配置することでより大きな偏心モーメントM1を得ることを図る場合があった(図5参照)。
特開2007−120002号公報
ところが、緊張材102を多段配置すると、緊張材102の偏心距離e1が小さくなるため、必要な偏心モーメントM1を得るためには、緊張材102の本数をさらに増加させるか、または、梁幅を大きくする必要があった。
そのため、緊張材102の鋼材量が増加することにより材料費が嵩むことや、緊張材102の本数の増加によりプレキャストコンクリート梁101の製造の手間がかかることなどの問題点を有していた。
また緊張材の間隔を狭めると、隣接する緊張材の付着力が互いに干渉するため、地震時の繰返し載荷を受けて材端部が定着破壊し、プレストレスが減退することが懸念される。
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、緊張材の偏心距離を大きく確保することで高品質に製造されるとともに、簡易かつ安価に製造されることを可能としたプレキャストコンクリート梁を提案することを課題とする。
前記課題を解決するために、発明は、複数の緊張材が配設されたプレテンション方式によるプレキャストコンクリート梁であって、隣接する前記緊張材同士の間隔が該緊張材の直径の1.5倍以上3倍未満となるように設定されているとともに、両端部に定着破壊を防止する手段が設けられていて、前記定着破壊を防止する手段が、前記緊張材と交差するように配設されたメッシュ状の補強材であることを特徴としている。
かかるプレキャストコンクリート梁によれば、緊張材同士の間隔を直径の3倍未満とすることで、一段に配置できる緊張材の本数を多くすることが可能となるとともに、偏心距離も大きくすることが可能となるため、同じ偏心モーメントを確保するための緊張材の本数を少なくすることができる。そのため、高品質なプレキャストコンクリート梁を簡易かつ安価に製造することが可能となる。
なお、緊張材同士の間隔を小さくするとともに、定着破壊を防止する手段が設けられているため、プレキャストコンクリート梁の端部において定着破壊が発生することが防止されている。
また、同じ断面寸法に対して、大容量のプレストレスを導入することが可能となるため、さらなるロングスパン化や重積載荷重にも対応することが可能となる。
また、同じ設計条件下において、梁の断面寸法を小さくしたり、梁せいを低くしたりすることが可能となる。
前記定着破壊を防止する手段が、隣り合う緊張材の定着域を材軸方向にずらすことを目的として前記複数の緊張材に設けられる手段(例えば、絶縁材や定着具等)であってもよい。
また、前記定着破壊を防止する手段が、前記緊張材に塗布された付着改良材であってもよい。
さらに、前記定着破壊を防止する手段として、前記緊張材の前記端部における平均付着応力度が緊張力導入時のコンクリート強度に対して1/10以下に設定するものとしてよい。
本発明のプレキャストコンクリート梁によれば、緊張材の偏心距離を大きく確保することで高品質に製造されるとともに、簡易かつ安価に製造されることが可能となる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
<第1の実施の形態>
第1の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁(以下、単に「梁」と言う場合がある)1は、所定のスパン長からなる鉄筋コンクリート造の梁部材であって、図1に示すように、断面下部に緊張材2が長手方向に沿って配設されている。
梁1は、図2に示すように、矩形断面に形成されており、主筋3が上部と下部に4本ずつ梁1の長手方向に沿って配筋されているとともに、複数本の主筋3を囲うように矩形状に形成された配力筋4が配筋されている。
本実施形態に係る梁1は、上部がスラブBと一体に形成されるものであり、この上部分以外の部位に作用する応力Sに対応して緊張材2が配設されている。
緊張材2は、図2に示すように、梁1の断面下部であって、上下の鉄筋3,3の間に配設されている。
緊張材2の本数は限定されるものではないが、本実施形態では7本の緊張材が同間隔で配設されている。また、本実施形態では、緊張材2としてPC鋼材を使用するものとするが、緊張材2を構成する材料は限定されるものではなく、適宜公知の緊張材の中から選択して使用すればよい。
緊張材2は、より大きな偏心モーメントMを得ることを目的として、梁1の重心軸CLからの偏心距離eをなるべく大きくとるものとし、本実施形態では、梁1の重心軸CLと梁1の断面下側に配設された鉄筋3との略中間に緊張材2を配設する。
緊張材2同士の間隔Cは、緊張材2とコンクリートとの付着を確保するとともに緊張材2の本数を多く確保することを目的として、梁1のコンクリートの骨材の最大寸法以上であって、緊張材2の直径の1.5倍以上3.0倍未満となるように構成されている。
また、緊張材2同士の間隔Cを小さくすることにより、緊張材2の両端の定着域Aにおける定着破壊やはだ圧による亀裂を防止するため、本実施形態では、図3に示すように、緊張材2,2,…の端部を1本おきに絶縁材5で被覆することで、隣接する緊張材2の定着域を長手(材軸)方向にずらしている。
本実施形態では、絶縁材5として、緊張材2の周囲に配設されたパイプ材5aと、このパイプ材5aと緊張材2との隙間に充填されたアンボンド材5bとにより構成する。
絶縁材5により、1本おきに緊張材2の両端部をアンボンドにすることで、梁1の両端部(定着域A)における定着破壊を防止している。
なお、絶縁材5の構成は前記の構成に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。
ここで、付着割裂破壊とは、緊張材2の引張力Pがコンクリートに伝達されるときに、緊張材2の周囲のコンクリートが、緊張材2を中心として放射状に押し広げられる力により、緊張材2に沿って亀裂が発生することをいい、主に緊張材2が密集した場合や、コンクリート被り厚が薄い場合に生じるものである。
また、はだ圧とは、緊張力導入時(緊張材開放時)に伴い、緊張材2が膨張することによりコンクリートに作用する力である。つまり、プレテンション部材の緊張材2は、引張力を導入することによりその直径が細くなっているが、引張力を開放(緊張材開放)することにより、緊張材2の両端での引張力は0となり、直径は最初に直径に戻る。そして、プレテンション部材の定着域Aよりも中央側では、プレストレスの導入が一定となり、緊張材2の直径は両端よりも細くなっている。つまり、プレテンション部材(緊張材2)の定着域Aにおいて、緊張材2が膨張して、中央側から先端に向かって直径が徐々に太くなるため、定着域Aのコンクリートにはこの緊張材2の膨張力(はだ圧)が作用している。
以上、梁1は、緊張材2同士の間隔Cを1.5D〜3.0Dの範囲内とすることで、一列に配設される緊張材2の本数を多くすることができるとともに、偏心距離eを大きく取ることができる。その結果、緊張力Pと偏心距離eに比例する偏心モーメントMをより大きくすることが可能となる。
なお、緊張材2同士の間隔Cを3.0Dにした場合と1.5Dにした場合における、定着域での付着力と、地震時荷重を想定した加力実験による荷重−変位の関係についてそれぞれ実験を行った結果、間隔Cを1.5Dまで狭めても、間隔Cが3.0Dの場合と同等の構造性能が得られることがわかった。そのため、本実施形態では、緊張材2同士の間隔Cを1.5D以上3.0D未満とすることで一列に配設される緊張材2の本数を多くしている。
また、従来の緊張材を多段配置した梁と比較して(図5参照)、同じ偏心モーメントMを得るための緊張材2の本数を少なくすることが可能となるため、好適である。
また、同じ断面寸法を有した従来の梁と比較して、大容量のプレストレスを導入することが可能となるため、梁のロングスパン化や、重積載荷重にも対応することが可能となる。
また、隣接する緊張材2同士の定着域Aを長手方向にずらすことにより、お互いの付着応力が影響しにくくなるため、梁1の端部において定着破壊やはだ圧による亀裂が生じることが防止される。
なお、本実施形態では、隣り合う緊張材2同士の定着域Aをずらす方法として、一本おきの緊張材2の両端部に絶縁材5を被覆するものとしたが、一方の端部にのみ絶縁材5を被覆してもよい。また、定着域Aをずらす範囲(距離)は、コンクリート強度や、付着応力度、緊張材の間隔等の条件によっても変わるが、一般的には、緊張材径の15倍〜30倍程度で十分である。なお、スパンの長さに応じて、定着域Aをずらす範囲をこれよりも大きく取ってもよい。
また、隣り合う緊張材2同士の定着域Aを長手方向にずらす手段は、絶縁材5に限定されるものではなく、適宜行うことが可能である。例えば、圧着グリップ等の定着具を緊張材2の端部に固定することにより行ってもよい。この場合において、定着具は、隣り合う緊張材2同士で長手方向にずらした位置に固定する。これにより、定着具が支圧板として機能し、コンクリートの付着応力を小さくするとともに定着域を短くすることが可能となり、隣り合う緊張材2同士の定着域がずらされる。
<第2の実施の形態>
第2の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁1は、定着域Aにおいて、緊張材2の周囲に絶縁材5を配設する代わりに、緊張材2に付着改良材を塗布する点で第1の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁1と異なっている。
かかる梁1は、付着改良材が緊張材に塗布されていることにより、緊張材2とコンクリートとの付着力が低くなるため、梁端部の定着域Aにおける定着破壊やはだ圧による破壊を防止することが可能である。つまり、第2の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁1は、定着域Aにおける緊張材2と周囲のコンクリートとの付着力を弱めることにより、梁1に破壊が生じることを防止するものである。
この他、第2の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁1の構成および作用効果は、第1の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
<第3の実施の形態>
第3の実施の形態に係るプレキャストコンクリート梁1は、定着域Aにおいて緊張材2の周囲に絶縁材5を配設する代わりに、図4に示すように、定着域Aにおいて、緊張材2と交差するように配設されたメッシュ状の補強材6を備えている点で、第1の実施の形態に係るプレキャストコンクリート梁1と異なっている。
かかる梁1は、緊張材2を中心として放射方向にコンクリートが押し広げられることにより生じる定着破壊やはだ圧に対して、緊張材2の周囲にメッシュ状の補強材6が配設されていることで、コンクリートが緊張材2から分離することを防止している。故に、定着破壊やはだ圧による亀裂が生じることが防止されている。つまり、第3の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁1は、定着域Aにおける緊張材2と周囲のコンクリートとの付着力を高めることにより、梁1に破壊が生じることを防止するものである。
この他、第3の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁1の構成および作用効果は、第1の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
なお、メッシュ状の補強材6の配置箇所および数量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。本実施形態では、図1(b)に示す梁1の両端部の定着域Aに1箇所ずつ配設する。
<第4の実施の形態>
第4の実施の形態に係るプレキャストコンクリート梁1は、定着破壊を防止する手段として、緊張材の端部における平均付着応力度が緊張力導入時のコンクリート強度に対して1/10以下に設定されている点で、第1の実施の形態に係るプレキャストコンクリート梁1と異なっている。
かかる梁1は、緊張材2の端部の定着域Aに対応する部分の付着応力度がコンクリート強度の1/10以下であって、緊張力導入時点でのコンクリートの引張強度に相当する強度以下に抑制されているため、地震荷重時の定着破壊やはだ圧による亀裂が生じることが防止されている。
つまり、梁1は、緊張材2の端部の付着応力度がコンクリート強度に対して1/10以下とすることで、荷重と変位の関係が、従来の緊張材102同士の間隔が3D以上の梁101(図5参照)と同等の挙動を示す。
この他、第4の実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁1の構成および作用効果は、第1の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
以上、本発明に係る好適な実施の形態について説明したが、本発明は前記の各実施の形態に限られず、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。
例えば、本発明に係るプレキャストコンクリート梁は、予め工場などにおいて生産するプレキャスト部材として使用するのが好適であるが、プレキャスト部材として搬送が困難な大規模な部材への適用等において、現場におけるプレストレス力の導入に必要な設備等の配置や作業に必要なスペース等の確保が可能であれば、現場施工により構築してもよい。
また、前記各実施形態で示した構成の他に、前記各実施形態で示した構成を適宜組み合わせることにより、さらに優れたプレテンション部材を構築してもよい。例えば、定着域において、緊張材を1本おきにアンボンドとし、かつ、両端部の定着域にそれぞれメッシュ状の補強材を配置することにより、定着破壊に対する耐久性を高めてもよい。
また、定着破壊を防止する手段は、前記各実施形態で示したものに限定されるものではなく、適宜公知の手段により行うことが可能である。例えば、両端部の定着域について、高強度コンクリートを採用することにより、緊張材とコンクリートとの分離を防止して、付着割裂破壊が生じることを防止する構成としてもよい。この場合において、高強度コンクリートとして、例えば、繊維補強コンクリートを採用してもよい。
本発明の好適な実施の形態にかかるプレキャストコンクリート梁を示す図であって、(a)は全体図、(b)は緊張材の応力分布図である。 図1に示すプレキャストコンクリート梁のA−A断面図である。 第1の実施の形態に係るプレキャストコンクリート梁の平面図である。 第3の実施の形態に係るプレキャストコンクリート梁の断面図である。 従来のプレキャストコンクリート梁を示す断面図である。
符号の説明
1 梁(プレキャストコンクリート梁)
2 緊張材
3 主筋
5 絶縁材
6 補強材
A 定着域
M 偏心モーメント
C 間隔
e 偏心距離

Claims (1)

  1. 複数の緊張材が配設されたプレテンション方式によるプレキャストコンクリート梁であって、
    隣接する前記緊張材同士の間隔が該緊張材の直径の1.5倍以上3倍未満となるように設定されているとともに、両端部に定着破壊を防止する手段が設けられていて、
    前記定着破壊を防止する手段が、前記緊張材と交差するように配設されたメッシュ状の補強材であることを特徴とする、プレキャストコンクリート梁。
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