JP5913085B2 - 繊維強化プラスチック製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，端末スリーブ（ソケット，定着具）を定着（固定）する端末定着構造および方法に関する。

コンクリート部材内に埋込まれた緊張材に緊張力を与えることで，その反力としてコンクリート部材にあらかじめ圧縮応力を与えるプレストレストコンクリート構造が知られている。プレストレストコンクリート構造を採用することによって，引張強度が圧縮強度よりも低いコンクリートの欠点が改善され，圧縮にも引張にも強いコンクリート部材が得られる。

プレストレストコンクリート構造を採用する場合，コンクリート部材内に埋込まれる緊張材に高い緊張力を与えなければならない。そのためには緊張材の末端部分を安定かつ強固に把持する必要があり，その把持を実現する端末部材を緊張材の末端部分に定着（固定）する必要がある。

プレストレストコンクリート構造に用いられる緊張材として，従来，ＰＣ鋼撚り線が使用されている。このＰＣ鋼撚り線の末端部分に端末部材を定着させる一般的な方法としてくさび定着が知られている。くさび定着ではスリーブとくさびとが用いられ，くさびによってＰＣ鋼撚り線の末端部分を挟み，これをスリーブ内に引き込む。スリーブの中空およびくさびの外形はいずれも勾配を有しており，スリーブ内をくさびが移動すると勾配によってくさびが中心方向に締め付けられる。この締め付け作用によってくさびがＰＣ鋼撚り線を強く把持する。ＰＣ鋼撚り線に与えられる緊張力に応じて把持力が増加するので，ＰＣ鋼撚り線の末端部分に強固にスリーブを定着することができる。

ＰＣ鋼撚り線に代えて，繊維樹脂複合撚り線（繊維強化プラスチック製撚り線）が緊張材として用いられるようになってきている。繊維樹脂複合撚り線は，炭素繊維等の高強度繊維とエポキシ等の樹脂とを複合化して形成される素線を撚り合わせてストランド状に成型したものであり，軽量，高強度，高弾性，耐食性等の優れた性質を有し，特に塩害地域におけるプレストレストコンクリート構造の緊張材として好適に使用することができる。

しかしながら，ＰＣ鋼撚り線に比べて繊維樹脂複合撚り線はせん断力に弱い。ＰＣ鋼撚り線に用いられるくさび定着をそのまま繊維樹脂複合撚り線に用いると，くさびの咬み込みによって繊維樹脂複合撚り線が損傷を受け，繊維樹脂複合撚り線がくさびから抜け出たり，損傷部分の強度が低下して破断に至る可能性がある。

このような繊維樹脂複合撚り線の損傷発生を防止して把持力を向上させるための構造が，特許文献１および特許文献２に提案されている。

特開平１−２７２８８９号公報 国際公開ＷＯ２０１１／０１９０７５

特許文献１は，撚合体の末端部分にあらかじめ熱硬化性樹脂を塗布して円筒状に成型し，これを緩衝層とするものを開示する。緩衝層によって撚合体の損傷を防ぐことができる。しかしながら，熱硬化性樹脂を塗布して円筒状に成型するには成型のための設備が必要とされ，さらに熱硬化性樹脂が硬化するのを待たなければならない。このため特許文献１に記載のものでは現場における端末部材の定着は現実的ではなく，あらかじめ工場等において端末部材を定着させておく必要がある。

特許文献２は炭素繊維強化プラスチック製ケーブルの末端部分に摩擦シートを被せ，その上に金属製チューブを被せて密着させるものを開示する。特許文献２に記載のものによると，炭素繊維強化プラスチック製ケーブルの損傷を防ぐことができ，さらに現場における端末部材の定着も可能である。

ここでプレストレストコンクリート構造を持つコンクリート部材の製造過程では，成型期間の短縮のために高温養生が行われることがある。高温養生では，型枠にコンクリートを注入した後，型枠全体がシートで覆われ，シート内部に水蒸気が入れられる。高温養生は１０時間程度行われ，この間，コンクリートは50℃〜65℃程度の高温環境下に保たれる。コンクリート部材に緊張材が埋め込まれている場合，緊張材の末端の端末部材も高温環境下に晒されることになる。

上記特許文献１および特許文献２では，端末定着構造部分が50℃〜65℃の高温環境下に晒されることは考慮されていない。

この発明は，高温環境下においても定着性能を十分に発揮することができる端末定着構造を提供することを目的とする。

この発明による端末定着構造は，繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に端末スリーブを定着させるものである。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）させた複数本の素線（繊維強化プラスチック製素線）を撚り合わせることによって形成される。線条体は長手方向にほぼ一様の断面形状を有し，長さが直径に比べて長い。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線条体の末端部分において，上記線条体の表面のらせん状の谷間に沿って，表面に研磨粒子が付着したフィラー線が巻き付けられ，フィラー線が巻き付けられた部分に表面および裏面に研磨粒子が付着した増摩シートがらせん状に巻き付けられ，さらにその上から金属製素線を編組したネットチューブが被せられており，上記ネットチューブが被せられている部分が，端末スリーブ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，複数本の繊維強化プラスチック製素線を撚り合わせることによって形成される繊維強化プラスチック製線条体の末端部分において，上記線条体の表面のらせん状の谷間に沿って，表面に研磨粒子が付着したフィラー線を巻き付け，フィラー線が巻き付けられた部分に表面および裏面に研磨粒子が付着した増摩シートをらせん状に巻き付け，さらにその上から金属製素線を編組したネットチューブを被せ，上記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，これを端末スリーブ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は，複数の繊維強化プラスチック製素線を撚り合わせることによって形成されているので，その表面には長手方向にらせん状にのびる谷間が，隣接する繊維強化プラスチック製素線の間に存在する。この発明によると，上記線条体の表面の谷間に沿って，表面に研磨粒子が付着したフィラー線が巻き付けられている。フィラー線によって線条体の表面の谷間の少なくとも一部が埋められるので，線条体の表面の谷間を無くすまたは少なくすることができる。フィラー線の表面に研磨粒子が付着しているので，線条体とフィラー線との間に強い摩擦力が生じ，フィラー線が線条体の表面の谷間に沿って滑って移動してしまうおそれは少ない。

またこの発明によると，フィラー線が巻き付けられた部分に表面および裏面に研磨粒子が付着した増摩シートがらせん状に巻き付けられ，さらにその上から金属製素線を編組したネットチューブが被せられているので，くさびによる線条体への局部的なせん断力が，増摩シートおよびネットチューブが被せられた線条体の部分において分散（緩衝）される。線条体が端末スリーブの位置（すなわちくさびの位置）において断線しにくくなり，高い定着性能（引張強度）を確保することができる。また，増摩シートの表面および裏面にも研磨粒子が付着しているので，線条体は端末スリーブ（くさび）から抜けにくくなる。さらにネットチューブは金属製素線を編組したものであるから，ネットチューブによってもある程度の摩擦力は生じる。

この発明の端末定着構造によると，線条体とフィラー線の間の境界，線条体およびフィラー線と増摩シートの間の境界，増摩シートとネットチューブの間の境界における，すき間（空間）を無くすまたは少なくすることができる。特に線条体の表面の谷間に沿ってフィラー線が巻き付けられているので，増摩シートおよびネットチューブによって上記線条体の表面の谷間を埋める必要が無くなる。すなわち，増摩シートおよびネットチューブに必要以上に厚さを持たせる必要がない。

ネットチューブを構成する金属製素線は高温になるとクリープ変形が加速する。増摩シートに合成繊維製のものを用いると，増摩シートも高温環境下においてクリープ変形が加速する。クリープ変形は摩擦力（応力伝達力）を低下させるので，高温環境下では，低温環境下に比べてくさびから線条体が抜け出やすくなる。この発明による端末定着構造は線条体の表面の谷間に沿ってフィラー線が巻き付けられているので，上述したように，増摩シートおよびネットチューブに必要以上に厚さを持たせる必要がなく，すなわち増摩シートおよびネットチューブを薄く形成することができる。このため，高温環境下で発生するネットチューブおよび増摩シートのクリープ変形の量が少なく，高温環境下における定着性能の低下は少ない。

一実施態様では，上記フィラー線が，上記線条体の表面のらせん状の谷間に対応してあらかじめらせん状に型付けられている。現場において線条体の表面の谷間に容易にフィラー線を巻き付けることができる。

好ましくは，上記フィラー線が，上記線条体の表面の谷間の断面形状に沿う断面形状を持つ。線条体の表面の谷間のほぼ全体をフィラー線によって埋めることができる。

上記フィラー線についても，線条体と同様に，繊維強化プラスチック製のものを用いることができる。

端末スリーブが末端部分に固定された炭素繊維強化プラスチック製ケーブルの斜視図である。 炭素繊維強化プラスチック製ケーブルおよびフィラー線の斜視図である。 炭素繊維強化プラスチック製ケーブルの外側周面にフィラー線を巻き付けた様子を示す斜視図である。 図３のIV-IV線に沿う断面図である。 増摩シートを巻き付けた様子を示す斜視図である。 ネットチューブを被せた様子を示す斜視図である。 端末定着構造の製造工程を示す。 くさびを取り付けた様子を示す斜視図である。 くさびを内側から見た斜視図である。 端末定着構造の製造工程を示す。 端末定着構造の製造工程を示す。

図１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（以下，ＣＦＲＰケーブル１という）の末端に適用した実施例を示す斜視図である。図１に示す端末定着構造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，図２〜図１１を参照して，図１に示す端末定着構造の製造工程を説明する。

図２はＣＦＲＰケーブル１およびフィラー線２の斜視図である。図３はＣＦＲＰケーブル１の外側周面にフィラー線２を巻き付けた様子を示す斜視図である。図４は図３のIV-IV線に沿う横断面図である。

図２，図４を参照して，ＣＦＲＰケーブル１および６本のフィラー線２を用意する。ＣＦＲＰケーブル１は，複数本の炭素繊維12およびエポキシ樹脂11の複合材を材料とする断面円形の７本の炭素繊維強化プラスチック製の素線１ａを撚り合わせた１×７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の全体の断面直径は約15.2mmである。１×７構造を持つ直径約15.2mmのＣＦＲＰケーブル１の規格破断荷重は270ｋＮである。

ＣＦＲＰケーブル１は上述のように断面円形の１本の素線の周囲に断面円形の６本の素線を撚り合わせることで構成されているので，その外側周面の素線同士の境界位置には，長手方向にらせん状にのびる６本の谷間（溝）が形成される。このらせん状の谷間を埋めるように，６本の谷間のそれぞれに沿ってフィラー線２がそれぞれ巻き付けられる。

フィラー線２も，ＣＦＲＰケーブル１と同様に，複数本の炭素繊維12およびエポキシ樹脂11の複合材を材料とする炭素繊維強化プラスチック製のものである。図１を参照して，フィラー線２はＣＦＲＰケーブル１の外側周面のらせん状の谷間に対応してあらかじめらせん状に型付けられており，そのらせん形状は，ＣＦＲＰケーブル１の外側周面のらせん状の谷間のピッチと同じピッチを持つ。フィラー線２の長さは後述するくさび６の長手方向の長さよりも長い。図４を参照して，フィラー線２は，その横断面がＣＦＲＰケーブル１の外側周面の谷間の断面形状におおよそ合致するやや扁平の概略三角形の形状を持つ。フィラー線２の断面積は約3.7mm^２である。

フィラー線２の表面全体には，粒径0.01〜0.20mmの多数の研磨粒子（アルミナ粒，炭化珪素粒など）２ａがエポキシ樹脂等を接着剤にして接着されている（図４では研磨粒子２ａが強調して示されている）。研磨粒子２ａによってＣＦＲＰケーブル１とフィラー線２との間の摩擦力が高められ，ＣＦＲＰケーブル１の外側周囲の谷間に沿って巻き付けられたフィラー線２は，ＣＦＲＰケーブル１の外側周面の谷間に沿って滑って移動することはほとんどない。フィラー線２の一端または両端を粘着テープ等によってＣＦＲＰケーブル１の末端部に簡易に固定してもよい。

図５を参照して，フィラー線２が巻き付けられている範囲のＣＦＲＰケーブル１の末端部に増摩シート３をらせん状に巻き付ける。増摩シート３は細長いシート状のもので，合成繊維（たとえばポリエステル）製シートの表面および裏面にステンレス製のメッシュシートを積層させた三層構造を持ち，それぞれのシートの厚さは約 0.5mmであり，柔軟性を持つ。増摩シート３を構成する各シートの表面および裏面にも接着材によって多数の研磨粒子（アルミナ粒，炭化珪素粒など）３ａが接着されている。

増摩シート３は，後述するくさび６の長手方向の長さよりも長い範囲で，らせん状に隙間が無いようにＣＦＲＰケーブル１に巻き付けられる。増摩シート３の一端または両端も粘着テープ等によってＣＦＲＰケーブル１の末端部に簡易に固定してもよい。

図６を参照して，増摩シート３が巻き付けられたＣＦＲＰケーブル１の末端部にネットチューブ４を被せる。ネットチューブ４は， 0.4mmの直径を持つステンレスワイヤ（素線）を撚り合わせた１×７構造（１本のステンレスワイヤを中心にして，その周囲に６本のステンレスワイヤを撚り合わせた構造）のストランド４ａを，１×（６＋６）構造（６本のストランド４ａをＳ方向に，６本のストランド４ａをＺ方向に編み合わせた構造）で筒状に編組したもので，長手方向に空洞を有しかつ長手方向に伸縮性を持つ。

ネットチューブ４も，増摩シート３と同様，その長さは後述するくさび６の長手方向の長さよりも長い。ネットチューブ４の長さは増摩シート３の巻付け長さよりも短くても，長くてもよい。

ネットチューブ４はその両端を掴んで両端を互いに近づけると空洞の直径が広がり，逆に両端を遠ざけると空洞の直径が狭まる。ＣＦＲＰケーブル１の増摩シート３が巻き付けられた部分をネットチューブ４の空洞中に位置させた状態でネットチューブ４の両端を互いに離れる方向に引っ張ると，ネットチューブ４の空洞の直径が狭まりネットチューブ４が増摩シート３の表面に密着する。増摩シート３の表面に密着させた状態においてネットチューブ４を構成するストランド４ａのピッチは12mmである。ネットチューブ４の一端または両端も粘着テープ等によってＣＦＲＰケーブル１の末端部に簡易に固定してもよい。

図７，図８および図９を参照して，端末スリーブ５および４つのくさび６が用意される。端末スリーブ５は長さ 163mmの金属製（ステンレス鋼製または鉄製）のもので，その外形は円筒状（図１参照）（角柱状でもよい）であり，内部に概略円錐状の中空５ａを持つ。端末スリーブ５の末端部付近の周面にはねじ溝５ｄが形成されている。端末スリーブ５の口の小さい開口５ｂ側から端末スリーブ５の中空５ａ内にネットチューブ４が被せられたＣＦＲＰケーブル１の末端部が挿入され，口の大きい開口５ｃから外に出される。

図８を参照して，端末スリーブ５の外に出たネットチューブ４が被せられているＣＦＲＰケーブル１の末端部に４つのくさび６を取り付ける。図９はくさび６をその内面側から示している。４つのくさび６は 155mmの長さを持ち，いずれも同一形状であり，その内面に長手方向に浅い窪み６ａが形成されている。窪み６ａの形状（深さを含む）は長手方向において同一である。他方，くさび６の肉厚は先端から末端に向かうにしたがって厚くなっている。４つのくさび６を組み合わせると概略円錐状の外形となり，端末スリーブ５の中空５ａの形状とほぼ合致する。くさび６の内面の窪み６ａの表面には凹凸（ねじ溝でもよい）６ｂが形成されており，これによりくさび６とネットチューブ４が被せられているＣＦＲＰケーブル１との間の摩擦力が高められる。

図10を参照して，端末スリーブ５の口の大きい開口側から，くさび６を端末スリーブ５の中空５ａに押込む。図11を参照して，くさび６をさらに強く端末スリーブ５に押込むと，４つのくさび６が端末スリーブ５の内壁によって周囲から押さえつけられて締め付けられる。これによりフィラー線２が巻き付けられたＣＦＲＰケーブル１の末端部が，増摩シート３，ネットチューブ４およびくさび６を介して，端末スリーブ５に固定される（図１参照）。増摩シート３およびネットチューブ４によって，くさび６によるＣＦＲＰケーブル１への局部的なせん断力が分散（緩衝）される。

表１は，構造の異なる２つの端末定着構造（それぞれ「実施例」および「比較例」と呼ぶ）について行った高温クリープ試験の結果を示している。

表１において，実施例は，上述した製造工程によって製造した端末定着構造についての高温クリープ試験の結果を示している。比較例は，フィラー線２を巻き付けることなくＣＦＲＰケーブル１に直接に増摩シート３をらせん状に巻付け，その上からネットチューブ４を被せ，これをくさび６に挟んで端末スリーブ５に固定したものについての高温クリープ試験の結果を示している。ここで，実施例と比較例とでは，フィラー線２の有無のみならず，増摩シート３の構造およびネットチューブ４の編組構造も異ならせている。すなわち，比較例では増摩シート３において２枚のステンレスシートの間に挟まれた合成繊維製シートの数を５枚とし（合計７枚），さらにネットチューブ４を構成すべく編組されるストランド４ａを２本１組にして編組したもの（２×（６＋６）構造）（２本のストランド４ａを１組として，それをＳ方向に６本，Ｚ方向に６本編み合わせた構造）を用いた（なお，ストランド４ａを構成するワイヤ素線については，実施例と比較例とで直径 0.4mmの同じものを用い，ストランド構造も同じ１×７とした）。比較例では，増摩シート３およびネットチューブ４を厚く形成することで，くさび６によって締め付けられたときに増摩シート３およびネットチューブ４が変形してＣＦＲＰケーブル１の表面の谷間を埋め，これによって，後述するように，比較的低い温度であれば比較例でも良好な定着性能を発揮する。

ＣＦＲＰケーブル１については，実施例および比較例の両方において，同じ所定の長さの１×７構造を持つ直径15.2mmのものを用いた。上述したように一端にくさび６を用いた端末定着構造によって端末スリーブ５を固定し，他端は膨張剤を用いた端末定着構造によって端末スリーブを固定した。両端の端末スリーブを引張試験機にセットし，ヒータによってくさび６を用いた端末定着構造を持つ端末スリーブ５を加熱する。ＣＦＲＰケーブル１の規格破断荷重である270ｋＮの75％の引張荷重（緊張荷重）（＝203ｋＮ）でくさび６を用いた端末定着構造を持つ端末スリーブ５を引っ張った。試験１では端末スリーブ５の加熱温度を50℃，試験２では加熱温度を60℃，試験３では加熱温度を70℃，試験４では加熱温度を80℃に設定した。

表１を参照して，比較例の端末定着構造は，50℃の加熱温度であれば端末スリーブ５を24時間引っ張り続けても端末スリーブ５からＣＦＲＰケーブル１が抜け出ることはなかった。しかしながら，60℃の温度にすると，試験を開始して１時間と持たずに端末スリーブ５からＣＦＲＰケーブル１が抜け出てしまった。50℃程度の比較的低い温度であれば，比較例の端末定着構造であっても安定した定着性能を発揮することができるが，それよりも高温になると定着性能が低下することが分かる。これは，60℃程度の温度になると，比較的低温（約50℃程度までの温度）のときの定着性能を上げるために厚く形成した増摩シート３およびネットチューブ４にクリープ変形が生じ，増摩シート３およびネットチューブ４とＣＦＲＰケーブル１との間に滑りが生じたためであると考えられる。

これに対し，実施例の端末定着構造は，試験１〜試験４のいずれについても，すなわち加熱温度を50℃から80℃にまで上げても，端末スリーブ５を24時間引っ張り続けたところで端末スリーブ５からＣＦＲＰケーブル１が抜け出ることはなかった。実施例の端末定着構造は，50℃〜65℃程度（さらにはそれ以上）の温度環境下におけるコンクリート養生が行われたとしても，十分な定着性能を発揮できることが分かる。

１ ＣＦＲＰケーブル
１ａ 炭素繊維強化プラスチック製素線
２ フィラー線
２ａ，３ａ 研磨粒子
３ 増摩シート
４ ネットチューブ
５ 端末スリーブ
６ くさび

Claims (5)

1. 複数本の繊維強化プラスチック製素線を撚り合わせることによって形成される繊維強化プラスチック製線条体の末端部分において，上記線条体の表面のらせん状の谷間に沿って，表面に研磨粒子が付着したフィラー線が巻き付けられ，フィラー線が巻き付けられた部分に表面および裏面に研磨粒子が付着した増摩シートがらせん状に巻き付けられ，さらにその上から金属製素線を編組したネットチューブが被せられており，上記ネットチューブが被せられている部分が，端末スリーブ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. 上記フィラー線が，上記線条体の表面のらせん状の谷間に対応してあらかじめらせん状に型付けられている，
   請求項１に記載の端末定着構造。
3. 上記フィラー線が，上記線条体の表面の谷間の断面形状に沿う断面形状を持つ，
   請求項１または２に記載の端末定着構造。
4. 上記フィラー線が繊維強化プラスチック製のものである，
   請求項１から３のいずれか一項に記載の端末定着構造。
5. 複数本の繊維強化プラスチック製素線を撚り合わせることによって形成される繊維強化プラスチック製線条体の末端部分において，上記線条体の表面のらせん状の谷間に沿って，表面に研磨粒子が付着したフィラー線を巻き付け，フィラー線が巻き付けられた部分に表面および裏面に研磨粒子が付着した増摩シートをらせん状に巻き付け，さらにその上から金属製素線を編組したネットチューブを被せ，上記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，これを端末スリーブ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。

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