JP5541493B2 - Hybrid FRP reinforcement and prestress introduction method - Google Patents
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Description
本発明は、複合繊維からなるハイブリッド構造のハイブリッドFRP補強筋およびこのハイブリッドFRP補強筋を用いたプレストレス導入方法に関するものである。 The present invention relates to a hybrid FRP reinforcing bar having a hybrid structure made of composite fibers and a prestress introduction method using the hybrid FRP reinforcing bar.
従来、コンクリート補強用のFRP材料(FRP補強筋)として、ネフマック(登録商標)が知られている(例えば、非特許文献1参照)。ネフマックは、ガラス繊維や炭素繊維、アラミド繊維などの単一種類の高性能連続繊維を、熱硬化性樹脂ビニルエステルなどの耐薬品性に優れた樹脂に含浸させながら格子状に一体成形したものである。 Conventionally, Nefmac (registered trademark) is known as an FRP material (FRP reinforcing bar) for concrete reinforcement (see, for example, Non-Patent Document 1). Nefmac is a single-piece high-performance continuous fiber such as glass fiber, carbon fiber, or aramid fiber that is integrally molded in a grid while impregnating a resin with excellent chemical resistance such as thermosetting resin vinyl ester. is there.
一方、薄肉プレキャスト型枠とこれに用いるプレキャストコンクリート版が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に示されるプレキャストコンクリート版は、その内部にプレストレスト補強材を一体に導入したものである。このプレストレスト補強材としては、PC鋼線のほか、炭素繊維やガラス繊維を使用可能であることが示されている。 On the other hand, a thin-walled precast formwork and a precast concrete plate used therefor are known (for example, see Patent Document 1). The precast concrete slab shown in Patent Document 1 is obtained by integrally introducing a prestressed reinforcing material therein. As this prestressed reinforcing material, it is shown that carbon fiber and glass fiber can be used in addition to PC steel wire.
ところで、上記の従来のFRP補強筋を滑走路などのコンクリート床版に用いる場合、引っ張り領域において大きなひび割れが発生するおそれがあることから、引っ張り領域側にプレテンションを導入する等の措置が必要になってくる。 By the way, when the above-mentioned conventional FRP reinforcing bar is used for a concrete floor slab such as a runway, there is a possibility that a large crack may be generated in the tensile region, so measures such as introducing pretension on the tensile region side are necessary. It becomes.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、プレストレスを効果的に導入することができるハイブリッドFRP補強筋およびこのハイブリッドFRP補強筋を用いたプレストレス導入方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a hybrid FRP reinforcing bar capable of effectively introducing prestress and a prestress introduction method using the hybrid FRP reinforcing bar. To do.
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項1に係るハイブリッドFRP補強筋は、線膨張率が異なる少なくとも炭素繊維とガラス繊維を複合してなり、炭素繊維の束とガラス繊維の束を上下に積層して一体化した棒状体からなるハイブリッド構造のFRP補強筋であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the hybrid FRP reinforcing bar according to claim 1 of the present invention is a composite of at least carbon fiber and glass fiber having different linear expansion coefficients , and a bundle of carbon fibers. A FRP reinforcing bar having a hybrid structure composed of a rod-like body in which glass fiber bundles are laminated vertically and integrated .
また、本発明の請求項2に係るプレストレス導入方法は、線膨張率が異なる少なくとも二種の繊維を複合して棒状体からなるハイブリッド構造のハイブリッドFRP補強筋を硬化可能な硬化体に埋設し、前記FRP補強筋を加熱するとともに硬化体を硬化させ、その後、前記FRP補強筋への加熱を停止して硬化体にプレストレスを導入することを特徴とする。
In the prestress introduction method according to
また、本発明の請求項3に係るプレストレス導入方法は、線膨張率が異なる少なくとも炭素繊維とガラス繊維を複合して棒状体からなるハイブリッド構造のハイブリッドFRP補強筋を硬化可能な硬化体に埋設し、前記FRP補強筋を加熱するとともに硬化体を硬化させ、その後、前記FRP補強筋への加熱を停止して硬化体にプレストレスを導入することを特徴とする。 Also, the prestress introduction method according to claim 3 of the present invention embeds a hybrid FRP reinforcing bar having a hybrid structure composed of a rod-shaped body composed of at least carbon fiber and glass fiber having different linear expansion coefficients in a hardened body that can be cured. Then, the FRP reinforcing bar is heated and the cured body is cured, and then the heating to the FRP reinforcing bar is stopped and prestress is introduced into the cured body .
また、本発明の請求項4に係るプレストレス導入方法は、線膨張率が異なる少なくとも炭素繊維とガラス繊維を複合してなり、炭素繊維の束をガラス繊維で被覆して一体化した棒状体からなるハイブリッド構造のハイブリッドFRP補強筋を硬化可能な硬化体に埋設し、前記FRP補強筋を加熱するとともに硬化体を硬化させ、その後、前記FRP補強筋への加熱を停止して硬化体にプレストレスを導入することを特徴とする。 Further, the prestress introduction method according to claim 4 of the present invention is a composite comprising at least carbon fiber and glass fiber having different linear expansion coefficients, and a bundle of carbon fibers covered with glass fiber and integrated. A hybrid FRP reinforcing bar having a hybrid structure is embedded in a hardened cured body, the FRP reinforcing bar is heated and the cured body is cured, and then the heating to the FRP reinforcing bar is stopped to prestress the cured body. It is characterized by introducing .
また、本発明の請求項5に係るプレストレス導入方法は、線膨張率が異なる少なくとも炭素繊維とガラス繊維を複合してなり、炭素繊維の束とガラス繊維の束を上下に積層して一体化した棒状体からなるハイブリッド構造のハイブリッドFRP補強筋を硬化可能な硬化体に埋設し、前記FRP補強筋を加熱するとともに硬化体を硬化させ、その後、前記FRP補強筋への加熱を停止して硬化体にプレストレスを導入することを特徴とする。 Further, the prestress introduction method according to claim 5 of the present invention is a composite of at least carbon fibers and glass fibers having different linear expansion coefficients, and a stack of carbon fibers and a bundle of glass fibers are vertically stacked and integrated. The hybrid FRP reinforcing bar of the hybrid structure made of the rod-shaped body is embedded in a hardened cured body, the FRP reinforcing bar is heated and the cured body is cured, and then the heating to the FRP reinforcing bar is stopped and cured. It is characterized by introducing prestress into the body.
また、本発明の請求項6に係るプレストレス導入方法は、上述した請求項2〜5のいずれか一つにおいて、前記加熱は、FRP補強筋に通電することを特徴とする。
In addition, the prestress introduction method according to claim 6 of the present invention is characterized in that, in any one of
本発明のハイブリッドFRP補強筋によれば、線膨張率が異なる少なくとも二種の繊維を複合して棒状体からなるハイブリッド構造のFRP補強筋であるので、棒状体に温度変化を与えれば、線膨張率が高い繊維は膨張(収縮)する一方、線膨張率が低い繊維はあまり膨張(収縮)しない。このため、線膨張率の高い繊維の膨張力(収縮力)が、線膨張率の低い繊維にテンションを加えることとなる。したがって、棒状体に与えた温度変化を除去すれば、コンクリート等に棒状体によるプレストレスを効果的に導入することができるという効果を奏する。また、本発明のハイブリッドFRP補強筋を凍土補強に用いた場合には、棒状体の形状変化によって定着部の抜け出しを防止することができる。 According to the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention, since it is a FRP reinforcing bar having a hybrid structure composed of a rod-like body by combining at least two kinds of fibers having different linear expansion coefficients, if the rod-like body is subjected to a temperature change, the linear expansion Fibers with a high rate will expand (shrink), while fibers with a low coefficient of linear expansion will not expand (shrink) too much. For this reason, the expansion force (shrinkage force) of the fiber having a high linear expansion coefficient applies tension to the fiber having a low linear expansion coefficient. Therefore, if the temperature change given to the rod-shaped body is removed, the prestress due to the rod-shaped body can be effectively introduced into concrete or the like. Further, when the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention is used for frozen soil reinforcement, it is possible to prevent the fixing portion from slipping out due to the shape change of the rod-shaped body.
以下に、本発明に係るハイブリッドFRP補強筋およびプレストレス導入方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a hybrid FRP reinforcing bar and a prestress introduction method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
図1(a)、(b)に示すように、本発明に係るハイブリッドFRP補強筋10は、線膨張率が大きく異なる炭素繊維12とガラス繊維14を複合してなるハイブリッド構造のFRP補強筋であって、各繊維12,14の束を熱硬化性樹脂で径方向および延長方向に接着して一体化成形した棒状体10aからなる。ガラス繊維14の束に炭素繊維12の束を螺旋巻きして構成してある。この形態で、棒状体10aに温度変化を与えて形状変化を発生させるものである。なお、図1の場合は炭素繊維がガラス繊維に螺旋巻きするだけで、炭素繊維とガラス繊維相互を接着一体化させていなくてもよい。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a hybrid
ガラス繊維14は、非導電性の繊維であり、線膨張率は高く、加熱すると膨張する。
炭素繊維12は、導電性の繊維であり、線膨張率は低く、加熱してもガラス繊維14に比して殆ど膨張しないが、通電すると発熱する。
The
The
棒状体10aは、図1の螺旋巻きの構造に限らず、図2(a)に示すように、炭素繊維12の束をガラス繊維14で被覆して接着一体化した断面構造や、図2(b)に示すように、炭素繊維12の束と、炭素繊維とガラス繊維の混合繊維16の束と、ガラス繊維14の束とを上下に積層して接着一体化した断面構造とすることもできる。また、図2(c)に示すような一体化断面構造としてもよい。この図2の各形態では棒状体10aに温度変化を与えると内部応力と形状変化が発生する。なお、図2(b)の断面構造は、通電時に下に凸に曲げ変形してしまうため、コンクリート床版などへのプレストレス導入には好ましくない。
The rod-
[コンクリート床版に適用する場合]
次に、本発明に係るハイブリッドFRP補強筋10をコンクリート床版(硬化体)に適用する場合について、図3〜図9の製作手順を参照しながら説明する。
[When applied to concrete slabs]
Next, the case where the hybrid
まず、工程1は、図3に示すように、底鋼板18上に四方に側面型枠20を設置し、型枠20内にスペーサ22を配置する。型枠20の外周側に支持治具24を設置する。
First, as shown in FIG. 3, in step 1,
次に、工程2は、図4に示すように、型枠20内にハイブリッドFRP補強筋(下筋)10を格子状に配置する。この場合、ハイブリッドFRP補強筋10は、支持治具24に掛けまわすとともに型枠20上縁の複数の溝20aに差し込んで配置する。このハイブリッドFRP補強筋10は、予め格子状に成形したものを型枠20に組み込んでもよい。
Next, in
続いて、工程3は、図5に示すように、上下ハイブリッド補強筋の有効高さを確保するために、型枠20内のハイブリッドFRP補強筋10の上に補強フレーム26を設置する。
Subsequently, in step 3, as shown in FIG. 5, in order to secure the effective height of the upper and lower hybrid reinforcing bars, the reinforcing
続いて、工程4は、図6に示すように、型枠20内の補強フレーム26上にハイブリッドFRP補強筋(上筋)28を下筋10と同様に格子状に配置する。支持治具24において、上筋28と下筋10の間に棒状スペーサ30を配置する。
Subsequently, in step 4, as shown in FIG. 6, hybrid FRP reinforcing bars (upper bars) 28 are arranged in a grid pattern on the reinforcing
続いて、工程5は、図7に示すように、型枠20およびハイブリッドFRP補強筋(上筋28、下筋10)に散水し、これを冷却する。なお、ハイブリッドFRP補強筋(上筋)28の上方にスペーサ32を配置しておいてもよい。
Subsequently, in step 5, as shown in FIG. 7, water is sprayed on the
続いて、工程6は、図8に示すように、型枠20内に硬化材としてのコンクリート34を打設する。コンクリート34が硬化し終えるまでの養生期間に、引っ張り領域側(この場合は下側)のハイブリッドFRP補強筋(下筋)10に電極36を接続して通電する。なお、ハイブリッドFRP補強筋(下筋)10の端部を支持治具24から底鋼板18の固定具38に付け替え、緊張しておく。
Subsequently, in step 6, as shown in FIG. 8, concrete 34 as a hardener is placed in the
電極36を接続して通電することで、導電性の炭素繊維12を介してハイブリッドFRP補強筋(下筋)10が加熱される。この加熱によってハイブリッドFRP補強筋(下筋)10のガラス繊維14が温度膨張する。一方、炭素繊維12はほとんど膨張しない。ハイブリッドFRP補強筋が図2の形態の場合、炭素繊維とガラス繊維は補強筋の延長方向に平行配列されて一体化されているので、炭素繊維への通電加熱によって炭素繊維に引張力(プレストレス)、ガラス繊維には逆に圧縮力(プレストレス)が加わった状態となる。こうして、コンクリート34にプレストレス力を保持可能な強度が発現するまでハイブリッドFRP補強筋(下筋)10に通電加熱養生する。
When the
この場合の加熱温度としては、例えば常温10℃に対して加熱温度60℃とすることができる。コンクリート34は散水養生等により温度上昇を抑え常温に保っておく。そして、コンクリート硬化後、通電を停止し常温に戻すがコンクリート34は殆ど収縮することがない。 As the heating temperature in this case, for example, the heating temperature can be 60 ° C. with respect to the room temperature of 10 ° C. The concrete 34 is kept at room temperature by suppressing temperature rise by watering curing or the like. And after concrete hardening, electricity supply is stopped and it returns to normal temperature, but the concrete 34 hardly shrinks.
硬化したコンクリートによるFRP繊維に対する拘束が働いたこの状態において、温度低下により炭素繊維にはさらに引張力が付加され、ガラス繊維にも圧縮力が開放されて引張力が付加されるようになる。これに伴いコンクリート床版に対しては引っ張り領域側に圧縮力が働くことになる。これにより、FRP補強筋10によって補強されたプレストレス・コンクリート床版を、プレストレス導入のための緊張工程やグラウト工程なしで構築することができる。なお、炭素繊維12への加熱温度が高すぎるとコンクリート34が急激に硬化し、コンクリート34の品質に悪影響を与えるおそれがあるので、ハイブリッドFRP補強筋10の棒状体10aの外周を樹脂で被覆してこれを防止するようにしてもよい。
In this state where the FRP fiber is restrained by the hardened concrete, a tensile force is further applied to the carbon fiber due to a decrease in temperature, and a compressive force is released to the glass fiber to apply a tensile force. Along with this, a compressive force is exerted on the side of the tensile region for the concrete slab. Thereby, the prestressed concrete slab reinforced by the
最後に、工程7は、図9に示すように、脱型し、ハイブリッドFRP補強筋(下筋)10の端部を切断する。このようにして、引っ張り領域側にプレストレスが導入されたコンクリート床版を製作することができる。 Finally, in step 7, as shown in FIG. 9, the mold is removed, and the end of the hybrid FRP reinforcing bar (lower bar) 10 is cut. In this way, it is possible to produce a concrete slab in which prestress is introduced on the tensile region side.
ちなみに、図1の炭素繊維をガラス繊維に螺旋巻きしたFRP補強筋を上記コンクリート床版に適用する場合においては、炭素繊維への通電時にはガラス繊維の膨張を許容し、通電停止時においては温度低下に伴うガラス繊維の収縮をコンクリートの硬化によって制限(拘束効果)することになる。したがって、コンクリート硬化後は、ガラス繊維に引張力(プレストレス)、それに対応してコンクリート床版の引っ張り領域側に圧縮力(プレストレス)が与えられる。 Incidentally, in the case where the FRP reinforcing bar in which the carbon fiber of FIG. 1 is spirally wound on the glass fiber is applied to the concrete floor slab, the glass fiber is allowed to expand when the carbon fiber is energized, and the temperature is lowered when the energization is stopped. Therefore, the shrinkage of the glass fiber is restricted (restraint effect) by hardening the concrete. Therefore, after the concrete is hardened, a tensile force (prestress) is applied to the glass fiber, and a compressive force (prestress) is applied to the tensile region side of the concrete floor slab accordingly.
なお、本実施例においては、コンクリート床版の下筋のハイブリッドFRP補強筋10に通電しているが、上筋のハイブリッドFRP補強筋28にも通電し、コンクリート床版全体にプレストレスを与えるようにしてもよい。
In the present embodiment, the lower floor hybrid
[凍土補強に適用する場合(参考例)]
次に、本発明に係るハイブリッドFRP補強筋100を凍土補強に適用する場合について、図10および図2(b)を参照しながら説明する。
[When applied to frozen soil reinforcement (reference example)]
Next, a case where the hybrid
図2(b)に示すように、凍土補強に適用する場合のハイブリッドFRP補強筋100は、上から炭素繊維12の束、炭素繊維12とガラス繊維14の混合束16、ガラス繊維14の束が上下3層に積層して構成される。
As shown in FIG. 2B, the hybrid
このハイブリッドFRP補強筋100は格子状を呈し、図10(a)に示すように、凍土供試体40内の上下に配置してある。この上下間にはFRPスターラップ(フープ筋)42と、FRPフレーム44が配置してある。凍土供試体40の下面二箇所には支点A、Bが、上面二箇所には荷重作用点C、Dが設けてある。凍土供試体40内の支点A、B上と上面側には加圧点スペーサ46が設けてある。
The hybrid
図10(b)に示すように、凍土供試体40を冷却して凍結して硬化させると、ハイブリッドFRP補強筋100のガラス繊維14の層は大きく縮む一方、炭素繊維12の層は殆ど縮まない。このため、ハイブリッドFRP補強筋100は、凍土供試体40内でガラス繊維14側に反る形(上に凸状)に形状変化する。この場合、左右端部の定着部48の上に凸状に曲がる曲率は大きくなる。
As shown in FIG. 10 (b), when the
図10(c)に示すように、この状態で荷重作用点C、Dに上載荷重を作用させて曲げ試験を開始すると、本発明のハイブリッドFRP補強筋100は、上に凸状の反りで定着部48を凍土40内に食い込ませることにより、上載荷重に対して十分に抵抗でき、定着部48の抜け出しを抑止することができる。また、下側のハイブリッドFRP補強筋100のかぶり部分50で剥離を引き起こすこともない。さらに、FRPフレーム44とスペーサ46とFRPスターラップ42とでハイブリッドFRP補強筋100を凍土40内に拘束することにより、十分な補強効果を発揮することができる。このように、本発明のハイブリッドFRP補強筋によれば、凍土を効果的に補強することができるので、上下方向の凍土厚を大幅に削減することも可能である。
As shown in FIG. 10 (c), when an overload is applied to the load application points C and D in this state and the bending test is started, the hybrid
[温度応力の検討]
次に、本発明のハイブリッドFRP補強筋を用いた温度応力の検討について、鉄筋コンクリートの場合と比較しながら以下に説明する。表1は、この検討条件を示したものであり、コンクリート、鉄筋(鋼)、炭素繊維束、ガラス繊維束の各物性値(熱膨張係数α、断面積A、ヤング係数E)を示したものである。
[Examination of temperature stress]
Next, the examination of the temperature stress using the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention will be described below in comparison with the case of reinforced concrete. Table 1 shows the examination conditions, and shows physical property values (thermal expansion coefficient α, cross-sectional area A, Young's modulus E) of concrete, reinforcing steel (steel), carbon fiber bundle, and glass fiber bundle. It is.
なお、コンクリートの収縮ひずみは150×10−6である。コンクリートの長辺長は、7.875mである。また、表1中の注1は、コンクリートの上下2段にD19を100mm間隔に配置した鉄筋の面積Asであり、As=2×2.865/0.1=57.3cm2である。また、注2は、炭素繊維束の面積Afであり、ハイブリッドFRP補強筋を炭素繊維C13と2層のガラス繊維G13とからなる100mm間隔の格子状に形成し、これをコンクリート内の上下2段に配置したことから、Af=2×0.65/0.1=13cm2である。また、注3は、ガラス繊維束の面積Agであり、Ag=4×1.31/0.1=52.4cm2である。
The shrinkage strain of concrete is 150 × 10 −6 . The long side length of the concrete is 7.875 m. Also, Note 1 in Table 1 is the area A s of the reinforcing bars arranged D19 to two upper and lower stages of the concrete 100mm intervals, is A s = 2 × 2.865 / 0.1 = 57.3
上記の検討条件において通電加熱による温度変化50℃を想定すると、ハイブリッドFRP補強筋の炭素繊維束に発生するテンションσTは、
σT=50℃×52.4×(11×10−6−0.025×10−6)×3.0×10−5/13.0=664 kgf/cm2
となる。このテンションは、コンクリート硬化後、コンクリートから突き出たハイブリッドFRP補強筋の端部を切断しても炭素繊維束内に残留する。
Assuming a temperature change of 50 ° C. due to energization heating under the above examination conditions, the tension σ T generated in the carbon fiber bundle of the hybrid FRP reinforcing bar is
σ T = 50 ° C × 52.4 × (11 × 10 −6 −0.025 × 10 −6 ) × 3.0 × 10 −5 /13.0=664 kgf / cm 2
It becomes. This tension remains in the carbon fiber bundle even after the end of the hybrid FRP reinforcing bar protruding from the concrete is cut after the concrete is hardened.
[冬期施工の場合]
まず、温度応力の検討事例として、冬期施工におけるコンクリート内発生応力度(長辺方向)について鉄筋コンクリートの場合とハイブリッドFRP補強筋コンクリートの場合を比較した結果を表2および表3に示す。これは、コンクリートの打設時期として1月を想定したものである。1月の平均気温は例えば横浜で5.6℃である。表2は、コンクリートの温度が5.6℃から50℃(最高気温発生時)に変化した場合、表3は、コンクリートの温度が5.6℃から−10℃(最低気温発生時)に変化した場合を示している。
[For winter construction]
First, Table 2 and Table 3 show the results of a comparison between the case of reinforced concrete and the case of hybrid FRP reinforced concrete regarding the degree of stress generated in the concrete in the winter construction (long-side direction) as a study example of temperature stress. This assumes January as the concrete placement time. For example, the average temperature in January is 5.6 ° C in Yokohama. Table 2 shows that the concrete temperature changes from 5.6 ° C to 50 ° C (when the highest temperature occurs), and Table 3 shows that the concrete temperature changes from 5.6 ° C to -10 ° C (when the lowest temperature occurs). Shows the case.
ここで、鉄筋コンクリートにおいて鉄筋に発生する応力σsは、ひずみ×ヤング係数Eで算定し、コンクリートに発生する応力σscは、σs×As/Acで算定してある。また、ハイブリッドFRP補強筋コンクリートにおいてハイブリッドFRP補強筋に発生する応力σfは、ひずみ×ヤング係数Eで算定し、コンクリートに発生する応力σhcは、σf×Af/Acで算定してある。 Here, the stress sigma s occur rebar in concrete, the stress sigma sc that calculated by the strain × Young's modulus E, occur concrete, are calculated by σ s × A s / A c . Further, the stress sigma f generated in the hybrid FRP reinforcement in a hybrid FRP reinforcement concrete, the stress sigma hc that calculated by the strain × Young's modulus E, generated in the concrete is calculated in σ f × A f / A c is there.
[夏期施工の場合]
次に、温度応力の検討事例として、夏期施工におけるコンクリート内発生応力度(長辺方向)について鉄筋コンクリートの場合とハイブリッドFRP補強筋コンクリートの場合を比較した結果を表4および表5に示す。これは、コンクリートの打設時期として8月を想定したものである。8月の平均気温は例えば横浜で26.4℃である。表4は、コンクリートの温度が26.4℃から50℃(最高気温発生時)に変化した場合、表5は、コンクリートの温度が26.4℃から−10℃(最低気温発生時)に変化した場合を示している。
[For summer construction]
Next, Table 4 and Table 5 show the results of comparison between the case of reinforced concrete and the case of hybrid FRP reinforced concrete regarding the degree of stress generated in the concrete in the summer construction (long side direction) as a study example of temperature stress. This assumes August as the concrete placement time. The average temperature in August is 26.4 ° C in Yokohama, for example. Table 4 shows that the concrete temperature changes from 26.4 ° C to 50 ° C (when the highest temperature occurs), and Table 5 shows that the concrete temperature changes from 26.4 ° C to -10 ° C (when the lowest temperature occurs). Shows the case.
[マスコンクリートの場合]
次に、温度応力の検討事例として、マスコンクリート施工におけるコンクリート内発生応力度(長辺方向)について鉄筋コンクリートの場合とハイブリッドFRP補強筋コンクリートの場合を比較した結果を表6および表7に示す。これは、打設時のコンクリートの内部温度を50℃と想定したものである。表6は、コンクリートの温度が50℃から50℃(最高気温発生時)に変化した場合(つまり変化無し)、表7は、コンクリートの温度が50℃から−10℃(最低気温発生時)に変化した場合を示している。
[In case of mass concrete]
Next, Table 6 and Table 7 show the results of a comparison between the case of reinforced concrete and the case of hybrid FRP reinforced concrete regarding the degree of stress generated in the concrete (long-side direction) in mass concrete construction as a study example of temperature stress. This assumes that the internal temperature of the concrete at the time of placing is 50 ° C. Table 6 shows that when the concrete temperature changes from 50 ° C. to 50 ° C. (when the highest temperature occurs) (that is, no change), Table 7 shows that the concrete temperature changes from 50 ° C. to −10 ° C. (when the lowest temperature occurs) The case where it changed is shown.
[本発明のハイブリッドFRP補強筋を用いたコンクリートの場合]
次に、本発明のハイブリッドFRP補強筋を用いたコンクリート内発生応力度(長辺方向)について鉄筋コンクリートの場合とハイブリッドFRP補強筋コンクリートの場合を比較した結果を表8および表9に示す。これは、コンクリート打設前のハイブリッドFRP補強筋の固定時の温度を20℃と想定したものである。表8は、コンクリートの温度が20℃から50℃(最高気温発生時)に変化した場合、表9は、コンクリートの温度が20℃から−10℃(最低気温発生時)に変化した場合を示している。
[In the case of concrete using the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention]
Next, Table 8 and Table 9 show the results of comparison between the case of reinforced concrete and the case of hybrid FRP reinforced concrete regarding the degree of stress generated in the concrete (long side direction) using the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention. This assumes that the temperature at the time of fixation of the hybrid FRP reinforcement before concrete placement is 20 degreeC. Table 8 shows the case where the concrete temperature changes from 20 ° C. to 50 ° C. (when the highest temperature occurs), and Table 9 shows the case where the concrete temperature changes from 20 ° C. to −10 ° C. (when the lowest temperature occurs). ing.
以上の表2〜表9のコンクリート内発生応力度の検討結果のまとめを、表10および表11に示す。表10において、Case1は表2および表3に、Case2は表4および表5に、Case3は表6および表7に基づいている。また、表11において、Case4は表8および表9に基づいている。Case4aはCase4のFRP補強筋を450kgf/cm2で緊張した結果を示している。
Tables 10 and 11 summarize the results of the examination of the degree of stress generated in concrete in Tables 2 to 9 above. In Table 10, Case 1 is based on Tables 2 and 3,
表10および表11に示すように、鉄筋コンクリートを原設計案とし、本発明のハイブリッドFRP補強筋を用いたコンクリートを変更設計案とした場合において、鉄筋コンクリートでは、殆どの場合コンクリートに引張応力が発生することが判る。一方、本発明のハイブリッドFRP補強筋を用いたコンクリートでは気温低下時にコンクリートに引張応力が発生することが予想される。 As shown in Table 10 and Table 11, when reinforced concrete is used as the original design proposal and concrete using the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention is used as the modified design proposal, tensile stress is generated in the reinforced concrete in most cases. I understand that. On the other hand, in the concrete using the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention, it is expected that tensile stress is generated in the concrete when the temperature is lowered.
この場合、通電加熱時の繊維膨張時の増加応力が最大で−293kgf/cm2であり、0.5mm程度のひび割れ発生時の応力が−2630kgf/cm2であるとした場合には、初期緊張可能応力としては、3600−2630−293=677kgf/cm2程度あればよい。したがって、この場合には、ハイブリッドFRP補強筋に650kgf/cm2程度のプレストレス導入が必要であることが判る。 In this case, when the increase stress during fiber expansion during energization heating is −293 kgf / cm 2 at the maximum and the stress when cracks of about 0.5 mm occur is −2630 kgf / cm 2 , the initial tension The possible stress may be about 3600−2630−293 = 677 kgf / cm 2 . Therefore, in this case, it is understood that prestressing of about 650 kgf / cm 2 is necessary for the hybrid FRP reinforcing bar.
以上説明したように、本発明のハイブリッドFRP補強筋によれば、線膨張率が異なる少なくとも二種の繊維を複合して棒状体からなるハイブリッド構造のFRP補強筋であるので、棒状体に温度変化を与えれば、線膨張率が高い繊維は膨張(収縮)する一方、線膨張率が低い繊維はあまり膨張(収縮)しない。このため、線膨張率の高い繊維の膨張力(収縮力)が、線膨張率の低い繊維にテンションを加えることとなる。したがって、棒状体に与えた温度変化を除去すれば、コンクリート等に棒状体によるプレストレスを効果的に導入することができるという効果を奏する。また、本発明のハイブリッドFRP補強筋を凍土補強に用いた場合には、棒状体の形状変化によって定着部の抜け出しを防止することができる。 As described above, according to the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention, since it is a FRP reinforcing bar having a hybrid structure composed of a rod-shaped body by combining at least two types of fibers having different linear expansion coefficients, the temperature change in the rod-shaped body , Fibers having a high linear expansion coefficient expand (shrink), while fibers having a low linear expansion coefficient do not expand (shrink) so much. For this reason, the expansion force (shrinkage force) of the fiber having a high linear expansion coefficient applies tension to the fiber having a low linear expansion coefficient. Therefore, if the temperature change given to the rod-shaped body is removed, the prestress due to the rod-shaped body can be effectively introduced into concrete or the like. Further, when the hybrid FRP reinforcing bar of the present invention is used for frozen soil reinforcement, it is possible to prevent the fixing portion from slipping out due to the shape change of the rod-shaped body.
このように、本発明によれば、線膨張率の異なる炭素繊維とガラス繊維とを複合して棒状体を構成し、これに温度変化を与えることにより、棒状体に内部応力を発生させることや形状変化させることが可能となる。このため、コンクリート補強において通電加熱によりFRP補強筋にプレストレス導入が可能となり、耐久性に優れた構造体を構築することができる。 As described above, according to the present invention, a carbon fiber and glass fiber having different linear expansion coefficients are combined to form a rod-like body, and a temperature change is applied to the rod-like body to generate internal stress in the rod-like body. The shape can be changed. For this reason, prestress can be introduced into the FRP reinforcing bars by electric heating in concrete reinforcement, and a structure having excellent durability can be constructed.
また、本発明のハイブリッドFRP補強筋を短期間だけ用いる構造物に使用することもできる。この場合、ハイブリッドFRP補強筋に通電加熱することで一時的にテンションを発生させ、短期間の構造物として使用した後に通電を停止して温度低下させれば、テンションが解放されるので容易に破壊撤去することができる。このため、早期に撤去が必要で軽量化が要求される仮設構造物などに対して適用可能性がある。 Moreover, it can also be used for the structure which uses the hybrid FRP reinforcement of this invention only for a short period. In this case, the tension is temporarily generated by energizing and heating the hybrid FRP reinforcing bar, and if it is used as a structure for a short period of time and then the energization is stopped and the temperature is lowered, the tension is released, so it is easily destroyed. Can be removed. For this reason, there is a possibility of application to a temporary structure or the like that requires early removal and requires weight reduction.
以上のように、本発明に係るハイブリッドFRP補強筋およびプレストレス導入方法は、コンクリート補強や凍土補強に有用であり、特に、FRP補強筋を用いたコンクリートにプレストレスを導入するのに適している。 As described above, the hybrid FRP reinforcing bar and the prestress introduction method according to the present invention are useful for concrete reinforcement and frozen soil reinforcement, and are particularly suitable for introducing prestress into concrete using the FRP reinforcing bar. .
10 ハイブリッドFRP補強筋(下筋)
10a 棒状体
12 炭素繊維
14 ガラス繊維
16 混合束
18 底鋼板
20 側面型枠
20a 溝
22,32 スペーサ
24 支持治具
26 補強フレーム
28 ハイブリッドFRP補強筋(上筋)
30 棒状スペーサ
34 コンクリート
36 電極
38 固定具
40 凍土供試体
42 FRPスターラップ
44 FRPフレーム
46 加圧点スペーサ
48 定着部
50 かぶり部分
100 ハイブリッドFRP補強筋
10 Hybrid FRP reinforcement (lower)
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30 Bar-shaped
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