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

Description

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、本発明は、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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