JP5426678B2 - 繊維強化プラスチック製の線条体の端末定着構造および方法 - Google Patents

Description

この発明は，繊維強化プラスチック製の線条体の末端部分に，ソケット（定着具）を定着（固定）する定着構造および方法に関する。

繊維およびプラスチックの複合材によって構成されるＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）（繊維強化プラスチック）は高い強度を有しており，ＦＲＰを用いて作製されたケーブル（ロープ，ロッド）はＰＣ鋼撚線に比べて軽量で，高耐食性，非磁性などの優れた特性を持つ。炭素（カーボン）繊維，ガラス繊維，ケプラ繊維などがＦＲＰに使用する繊維の素材として，エポキシ樹脂，ポリアミド樹脂，フェノール樹脂などがＦＲＰに使用するプラスチックの素材として，それぞれ用いられている。ＦＲＰケーブルは，たとえばプレストレストコンクリートの緊張材として使用されている。
ＦＲＰケーブルは，その長手方向への引っ張りについてＰＣ鋼撚線と同等の高い強度を有する一方，局部的なせん断力や表面のキズなどに対しては弱い。このため，ＰＣ鋼撚線と同じようにくさびを直接にかませてその端末部にソケットを固定すると，せん断破壊による切断や表層破壊によるすべりが発生し，ケーブルとソケットの高い定着効率を得ることができない。
ソケットの定着部（固定部）において，ケーブルに局部的にせん断力が集中しないようにするために，従来では，ソケットにケーブルの末端を挿入した後，ケーブルとソケットの間の空隙に熱硬化性樹脂を充填して硬化させたり，熱硬化性樹脂に代えて膨張剤を充填し，膨張剤の膨張圧によってケーブルとソケットと一体化させたりしている（たとえば，特開平１−２７２８８９号公報）。
しかしながら，熱硬化性樹脂および膨張剤のいずれについても，充填から硬化または膨張までにある程度の時間がかかる。また，硬化または膨張中に厳密な温度管理が必要とされるので，専用装置およびスペースが必要とされる。工事現場等においてケーブル末端にソケットを固定するのは難しく，工場等において事前に固定することが必要とされる。

この発明は，比較的大きな定着効率を確保しつつ，繊維強化プラスチック製の線条体の末端部分に，迅速かつ確実に端末ソケットを固定できるようにすることを目的とする。
繊維強化プラスチック製線条体は，炭素繊維，ガラス繊維，ケプラ繊維等の繊維材料と，エポキシ樹脂，ポリアミド樹脂，フェノール樹脂等の樹脂材料とを複合（混合）させた素材を，線条に形成したものである。線条体は長手方向にほぼ一様な断面形状を有し，長さが径に比べて長い。線条体にはケーブル，ロープ，ロッドなどが含まれる。
この発明による繊維強化プラスチック製線条体の端末定着構造は，繊維強化プラスチック製の線条体の端末部分に，表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートが被せられ，さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブが被せられており，上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分が，端末ソケット内にくさびによって挟まれて固定されていることを特徴とする。
この発明による繊維強化プラスチック製線条体の端末定着方法は，繊維強化プラスチック製の線条体の端末部分に，表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートを被せ，さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブを被せ，上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分をくさびに挟み込み，これを端末ソケット内にくさび止めするものである。
繊維強化プラスチック製線条体の末端部分は端末ソケット内にくさび止めされる。たとえば，長手方向に半割りにされたくさび（２つの半体）に繊維強化プラスチック製線条体の末端部分が挟み込まれ，これが端末ソケットに押し入れられる。端末ソケットはくさびに対応する形状の中空を持つのは言うまでもない。繊維強化プラスチック製線条体の末端部分が挟み込まれたくさびが端末ソケットの中空にきつく押し込まれ，これにより繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に，端末ソケットが定着（固定）される。
この発明によると，くさび止めされる繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に摩擦シートが被せられ，さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブが被せられているので，くさびによる繊維強化プラスチック製線条体への局部的なせん断力が摩擦シートおよびブレードネットチューブによって分散（緩衝）される。繊維強化プラスチック製線条体が端末ソケットの位置（くさびの位置）において断線しにくくなり，高い定着効率（引張り強度）を確保することができる。
また，この発明によると，繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に，表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートが被せられているので，長手方向に強く引っ張られても，摩擦力によって繊維強化プラスチック製線条体は端末ソケット（くさび）から抜けにくい。さらに，ブレードネットチューブは金属製素線を網組したものであるから，ブレードネットチューブによってもある程度の摩擦力が生じる。繊維強化プラスチック製線条体の末端部分は，摩擦シートおよびブレードネットチューブの両方によって，端末ソケットから抜けにくくなる。
上述したように，熱硬化性樹脂，膨張剤等によって繊維強化プラスチック製線条体の端末部分を端末ソケット中に固定することも可能である。しかしながら，樹脂硬化または膨張による固定では，熱硬化性樹脂または膨張剤の充填から，硬化または膨張（一体化）までにある程度の時間がかかり，硬化または膨張中に厳密な温度管理が必要とされる。これに対し，この発明によると，くさび止めによって繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に端末ソケットが固定されるので，温度管理は必要なく，現場（工事現場など）において迅速かつ容易に繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に端末ソケットを固定することができる。事前に（工場などにおいて），繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に端末ソケットを固定しておく必要がないので，梱包，運搬も簡素化することができる。端末ソケットの固定位置も自由に変更できるので，現場における急な仕様変更にも対応することができる。
一実施態様では，上記ブレードネットチューブの少なくとも内周面に研磨粒子が付着している。ブレードネットチューブとその内周側に位置する摩擦シートとの間の摩擦力が増し，摩擦シートとブレードネットチューブとの間のすべりが効果的に防止される。もちろん，ブレードネットチューブの外周面にも研磨粒子を付着させてもよい。
好ましくは，上記摩擦シートおよび上記ブレードネットチューブは，いずれもその長手方向の長さが，上記くさびの長手方向の長さよりも長いものが用いられる。くさびによって締め付けられる繊維強化プラスチック製線状体の範囲を，全長にわたって摩擦シートおよびブレードネットチューブによって覆うことによって，くさびによるせん断力が繊維強化プラスチック製線条体に局所的に加わることが効果的に防止される。
上記摩擦シートは，多層，たとえば２層または３層にして，上記繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に被せてもよい。
一実施態様では，上記ブレードネットチューブは，複数本の金属製素線を撚り合わせて構成されるストランドを編組したものである。くさびに圧力がかかると容易に変形するので，緩衝作用の増大を図ることができる。また，金属素線間およびストランド間の凹凸によって摩擦力も増大する。

第１図は端末定着構造を，炭素繊維強化プラスチック製ケーブルの末端に適用した斜視図である。
第２図は端末定着構造の製造工程を示す斜視図である。
第３図は端末定着構造の製造工程を示す斜視図である。
第４図は端末定着構造の製造工程を示す断面図である。
第５図は端末定着構造の製造工程を示す断面図である。
第６図は端末定着構造の製造工程を示す断面図である。

第１図は，端末定着構造を，炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）製ケーブル（炭素繊維複合ケーブル（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｃａｂｌｅ）（ＣＦＣＣ）とも呼ばれる）（以下，ＣＦＲＰケーブル１と記載する）の末端に適用した実施例を示す斜視図である。第１図に示す端末定着構造の詳細は，その製造工程を説明することによって明らかになるので，以下，第２図〜第６図を参照して，第１図に示す端末定着構造の製造工程を説明する。
第２図を参照して，ＣＦＲＰケーブル１を用意し，その末端部付近に摩擦シート２を被せる。ＣＦＲＰケーブル１は，炭素繊維およびエポキシ樹脂の複合材を材料とする，断面が円形の素線を撚合わせて構成されている。第２図には，１×６構造（１本の素線を中心にして，その周囲に６本の素線を撚り合わせた構造）を持つＣＦＲＰケーブル１が示されている。
ＣＦＲＰケーブル１の末端部付近に被せられる摩擦シート２は，シート状の合成繊維（または編目の細かい金網）の表面および裏面に接着剤などによって多数の研磨粒子２ａ（アルミナ，炭化珪素など）を接着（塗布）したもので，柔軟性を持つ。この実施例では研磨粒子２ａは摩擦力を増強するために用いられる。摩擦シート２はＣＦＲＰケーブル１の外周に沿って湾曲する。
摩擦シート２の長さは後述するくさび５の長手方向の長さよりも長く，その幅はＣＦＲＰケーブル１の断面半円周よりもわずかに短い。ＣＦＲＰケーブル１の末端部の外周面を包むようにして１対の摩擦シート２がＣＦＲＰケーブル１の外周面に被せられる。好ましくは，２枚（または３枚）の摩擦シート２が２層（３層）に重合わせられて，これがＣＦＲＰケーブル１の外周面に被せられる。摩擦シート２の一端または両端を，粘着テープ等を用いてＣＦＲＰケーブル１の末端部付近に簡易に固定するようにしてもよい。第２図に示すように，ＣＦＲＰケーブル１を挟むように１対の摩擦シート２を被せてもよいし，これに代えて摩擦シート２を螺旋状にＣＦＲＰケーブル１に巻き付けてもよい。
第３図を参照して，摩擦シート２が被せられたＣＦＲＰケーブル１の末端部にブレードネットチューブ３がさらに被せられる。第３図に示すブレードネットチューブ３は，ビッカース硬度が１００〜３００程度のスチール製または鉄製のワイヤ素線を複数本撚り合わせたストランド３ａを２本組にして，これを筒状に編組したもので，長手方向に空洞を有しかつ伸縮性を持つ。
ブレードネットチューブ３も，摩擦シート２と同様，その長さは後述するくさび５の長手方向の長さよりも長い。ブレードネットチューブ３の長さは，摩擦シート２の長さよりも短くても，長くてもよい。
ブレードネットチューブ３は伸縮性を有するので，その両端を掴んで互いに近づけると空洞の径が広がる。逆に遠ざけると空洞の径が狭まる。ＣＦＲＰケーブル１の摩擦シート２が被せられた部分をブレードネットチューブ３の空洞中に位置させた状態でブレードネットチューブ３の両端を互いに離れる方向に引っ張ると，ブレードネットチューブ３の空洞の径が狭まりブレードネットチューブ３が摩擦シート２の表面に密着する。
第４図を参照して，端末ソケット４およびくさび５が用意される。端末ソケット４は，金属製（たとえばステンレス鋼製または鉄製）で，その外形は円筒状であり，内部に概略円錐状の中空４ａを持つ。端末ソケット４の口の小さい開口４ｂ側から，端末ソケット４の中空４ａにブレードネットチューブ３が被せられたＣＦＲＰケーブル１の端末部が挿入され，口の大きい開口４ｃ側から外に出される。
端末ソケット４の外に出たＣＦＲＰケーブル１の端末部に，くさび５を装着する。くさび５は同一形状の上半体５ａおよび下半体５ｂから構成され，上半体５ａと下半体５ｂを組み合わせると，概略円錐状の外形となる。上半体５ａと下半体５ｂを組み合わせたくさび５の概略円錐状の外形は，端末ソケット４の概略円錐状の中空４ａとほぼ同じ形状を持つ。
上半体５ａおよび下半体５ｂの内面に，長手方向に浅い半円柱状の窪み５ｃがそれぞれ形成されている（第１図参照）。上半体５ａおよび下半体５ｂの窪み５ｃにブレードネットチューブ３の部分が入れられる。窪み５ｃが浅いので，ＣＦＲＰケーブル１の末端部分（ブレードネットチューブ３が位置している部分）はその全体が窪み５ｃに入り込まず，ＣＦＲＰケーブル１の末端部分を挟み込んだ状態において，上半体５ａと下半体５ｂとの間には長手方向に隙間があく。
第５図を参照して，端末ソケット４の口の大きい開口側から，くさび５を端末ソケット４の中空４ａに押し込む。第６図を参照して，くさび５をさらに強く端末ソケット４に押込むと，上半体５ａおよび下半体５ｂが端末ソケット４の内壁によって周囲から押さえつけられて締付けられる。これよりＣＦＲＰケーブル１の末端部に，くさび５（さらに上述したブレードネットチューブ３および摩擦シート２）を介して，端末ソケット４が固定される（第１図）。
表１は，構造の異なる６つの端末定着構造（被試験体１〜６）のそれぞれについて行った評価試験の試験結果を示している。
評価試験では，表１に示すように，ブレードネットチューブ３を構成するワイヤ素線の「素線径」，複数のワイヤ素線を撚り合わせることで得られるストランド３ａの「ストランド構成」および「ストランド径」，ならびにＣＦＲＰケーブル１の周面に被せられる「摩擦シートの有無」が異なる端末定着構造（被試験体）を作製し，作製した端末定着構造のそれぞれについて引張試験を行った（被試験体１〜５）。さらに，ブレードネットチューブ３に代えてアルミ管によって摩擦シート２を挟み込んだ端末定着構造を作製して引張試験を行った（被試験体６）。
ＣＦＲＰケーブル１としては，炭素繊維およびエポキシ樹脂の複合材を材料とする直径約４．２ｍｍの素線を１×７構造（１本の素線を中心にしてその周囲に７本の素線を撚り合わせたもの）とした直径約１２．５ｍｍのものを用いた。このＣＦＲＰケーブル１の保証破断荷重は１８４ｋＮであり，実際の破断荷重は２００ｋＮであった。
引張試験では，所定の長さのＣＦＲＰケーブル１の一端に，上述したくさび５を用いた端末定着構造によって端末ソケット４を固定し，他端は熱硬化性樹脂を用いた端末定着構造によって端末ソケットを固定した。両端の端末ソケットを引張試験機にセットし，所定の引張速度で，熱硬化性樹脂を用いた端末定着構造を持つ端末ソケットを引っ張った。
また，評価試験では，被試験体のそれぞれについて複数回の試験を行い，複数回の試験のそれぞれについて定着効率（％）を算出した。表１には，複数回の試験において得られた定着効率（％）の最小値（Ｍｉｎ）および最大値（Ｍａｘ）が示されている。定着効率は次式によって算出される。
定着効率（％）
＝破断荷重（または抜け荷重）／保証破断荷重（＝１８４ｋＮ）×１００
表１を参照して，くさび５を用いた端末定着構造を採用すると，定着効率が１００％を下回ることがある。これは，端末定着構造の部分においてＣＦＲＰケーブル１が周囲から締付けられ，このため端末定着構造の部分でＣＦＲＰケーブル１が破断ないし破壊しやすくなるからである。表１の評価欄には，最大値において９５％以上の定着効率が得られた被試験体に○が，最大値において９５％よりも小さい定着効率しか得られなかった被試験体に×が示されている。
被試験体５の試験結果を参照して，摩擦シート２を挟まずにＣＦＲＰケーブル１に直接にブレードネットチューブ３を被せた端末定着構造（摩擦シート「無」）は，引張試験中にＣＦＲＰケーブル１が端末ソケット４から抜け出てしまい，小さい定着効率しか得ることができなかった。摩擦シート２が，高い定着効率（強い引張強度）を得るために必要とされることが分かる。
被試験体６を参照して，ＣＦＲＰケーブル１に摩擦シート２を被せ，その上からブレードネットチューブ３に代えてアルミ管を被せた端末定着構造についても，引張試験中にＣＦＲＰケーブル１が端末ソケット４から抜け出てしまい，小さい定着効率しか得ることができなかった。ブレードネットチューブ３も，高い定着効率を得るために必要とされることが分かる。
ＣＦＲＰケーブル１に摩擦シート２を被せ，さらにその上からブレードネットチューブ３を被せた端末定着構造（被試験体１〜４）では，引張試験においてＣＦＲＰケーブル１が端末ソケット４から抜出てしまうことはなかった。被試験体１〜４のいずれについても，定着効率は，ＣＦＲＰケーブル１が破断した時点における荷重が用いられて算出されたものである。
被試験体２と被試験体３の試験結果を比較して，ブレードネットチューブ３を構成するストランドの構成（１×７構成，３×７構成）の相違は，定着効率にさほど影響を及ぼさないことが確認された。
これに対し，被試験体１および被試験体４の試験結果を参照して，ブレードネットチューブ３を構成するワイヤ素線の素線径を小さくしてストランド３ａの直径を小さくする（被試験体１），またはワイヤ素線の素線径を大きくしてストランド３ａの直径を大きくする（被試験体４）と，わずかながら定着効率に影響を及ぼすことが確認された。ブレードネットチューブ３を構成するストランド３ａの直径が１．２０ｍｍ（被試験体２）〜１．６２ｍｍ（被試験体３）の間であれば，定着効率が９５％を下回ることがなかった。
上述した実施例（被試験体１〜４）の端末定着構造では，ＣＦＲＰケーブル１の末端部分に研磨粒子２ａが塗布された摩擦シート２を被せ，さらにその上からストランド３ａを網組したブレードネットチューブ３を被せているが，ブレードネットチューブ３の内周面にも多数の研磨粒子（アルミナ，炭化珪素など）を接着（塗布）してもよい。ＣＦＲＰケーブル１の末端部分が端末ソケット４からさらに抜けにくくなる。ブレードネットチューブ３の内周面のみならず，外周面にも多数の研磨粒子２ａを接着（塗布）してもよいのは言うまでもない。

Claims (6)

1. 繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に，表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートが被せられ，さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブが被せられており，上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分が，端末ソケット内にくさびによって挟まれて固定されている，
   繊維強化プラスチック製線条体の端末定着構造。
2. 上記摩擦シートおよび上記ブレードネットチューブは，いずれもその長手方向の長さが上記くさびの長手方向の長さよりも長い，
   請求の範囲第１項に記載の端末定着構造。
3. 上記摩擦シートが多層に上記繊維強化プラスチック製線条体に被せられている，
   請求の範囲第１項または第２項に記載の端末定着構造。
4. 上記ブレードネットチューブは，複数本の金属製素線を撚り合わせて構成されるストランドを編組したものである，
   請求の範囲第１項から第３項のいずれか一項に記載の端末定着構造。
5. 上記ブレードネットチューブの少なくとも内周面に研磨粒子が付着している，
   請求の範囲第１項から第４項のいずれか一項に記載の端末定着構造。
6. 繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に，表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートを被せ，さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブを被せ，上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分をくさびに挟み込み，これを端末ソケット内にくさび止めする，
   繊維強化プラスチック製線条体の端末定着方法。