JP5914624B1

JP5914624B1 - コンクリート構造物

Info

Publication number: JP5914624B1
Application number: JP2014256964A
Authority: JP
Inventors: 堅太郎狩野
Original assignee: Asahi Concrete Works Co Ltd
Current assignee: Asahi Concrete Works Co Ltd
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: JP2016118013A

Abstract

【課題】複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することによりコンクリート構造物を構築するにあたり、そのプレストレスを低減しながら構造物としての一体性を確保する。【解決手段】複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することにより構築される構造物において、複数のコンクリート固化体が接合する接合面またはその近傍の断面における、連結された当該コンクリート固化体に作用する設計荷重による曲げ応力度と緊張材が与えるプレストレスによる圧縮応力度との合成応力度が、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置では圧縮応力となっている一方、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置から離間したコンクリート固化体の表面近傍では引張応力となっているように、プレストレスの大きさを低減した。【選択図】図４

Description

本発明は、複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することにより構築されるコンクリート構造物に関する。

プレキャストコンクリート部材を使用して構築される構造物として、ボックスカルバート、アーチカルバート等の暗渠（例えば、下記特許文献を参照）や、三面水路等の開渠が周知である。

コンクリート構造物を構成する複数のコンクリート固化体を結合する際には、緊張材であるＰＣ鋼材を使用し、それら固化体を互いに引き寄せ合わせかつ当該固化体を圧縮するようなプレストレスを導入することが通例となっている。

一般に、ＰＣ鋼材を使用したＰＣ（ＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ）構造やＰＲＣ（ＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ）構造では、コンクリート固化体同士の接合部位において、設計荷重による応力度とプレストレスによる応力度との合成応力度が、どの部分でも引張応力とならないように設計される。

だが、そのためには、ＰＣ鋼材が生じさせるプレストレスを大きくとる必要がある。従って、使用するＰＣ鋼材の径が太くなり、また使用するＰＣ鋼材の本数も増加する。ＰＣ鋼材の使用総量が多くなることは、ＰＣ鋼材及びＰＣ鋼材の端部を定着するアンカープレートやナット、ＰＣ鋼材同士を連結するカプラ等による占有体積が大きくなる、即ちコンクリート固化体内にそれらを配置するのに必要なコンクリートの欠損部分が大きくなることを意味する。結果的に、コンクリート固化体が肥大し、これを薄肉化することが難しくなる。

また、コンクリート固化体に導入するプレストレスが大きいほど、ＰＣ鋼材を用いて連結される複数のコンクリート固化体同士が当接する部位にひびが入りやすくなる。特に、連結される固化体の一方における、他方に対して当接する当接面に不陸が存在していると、巨大なプレストレスを付与することで当該当接面上で応力集中が起こり、局所的なひび割れが発生するおそれが高まる。

特開２００６−２３３５１３号公報特開２０１３−２１７０８３号公報

本発明は、複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することによりコンクリート構造物を構築するにあたり、そのプレストレスを低減しながら構造物としての一体性を確保することを所期の目的とする。

本発明では、複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することにより構築される、土中に埋設されるボックスカルバートであるコンクリート構造物であって、複数のコンクリート固化体が接合する接合面またはその近傍の断面における、連結された当該コンクリート固化体に作用する設計荷重による曲げ応力度と緊張材が与えるプレストレスによる圧縮応力度との合成応力度が、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置では圧縮応力となっている一方、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置から離間したコンクリート固化体の表面近傍では引張応力となっており、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置から離間したコンクリート固化体の表面側における、緊張材を使用して連結される一方のコンクリート固化体と他方のコンクリート固化体との離間距離を、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置における両コンクリート固化体の離間距離よりも拡大させる目開きを許容し、緊張材を使用して連結される一方のコンクリート固化体の端面と他方のコンクリート固化体の端面との間に弾性変形可能なジョイント材を介在させ、プレストレスを導入することでそれら端面間で圧縮された当該ジョイント材の両コンクリート固化体の対向方向に沿った厚み寸法が約１ｍｍ以上確保されたコンクリート構造物を構成した。なお、ここに言う「合成応力度」は、例えば当該コンクリート構造物を土中に埋設する場合に作用する土圧等の、当該コンクリートの構造物の運用時に外部から与えられる応力度を加味しない合成応力度であってもよいし、そのような外部から与えられる応力度を加味した合成応力度であってもよい。

プレストレスを導入することで圧縮された当該ジョイント材の両コンクリート固化体の対向方向に沿った厚み寸法を約１ｍｍ以上確保することは、緊張材を使用して連結される一方のコンクリート固化体と他方のコンクリート固化体とが互いに当接する部位のひび割れを抑制するために有効である。

プレストレスの低減とコンクリート構造物としての一体性との両立を図るためには、複数のコンクリート固化体が接合する接合面またはその近傍の断面における合成応力度について、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置から離間したコンクリート固化体の表面近傍での引張応力の大きさを約１．５Ｎ／ｍｍ^２以下とすることが好ましい。

前記目開きが発生する程度までプレストレスを低減する場合、目開きの部位に伸縮性及び水密性に富む材質のコーキング材を充填することが好ましい。また、目開きの大きさは、約０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。

本発明によれば、複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することによりコンクリート構造物を構築するにあたり、そのプレストレスを低減しながら構造物としての一体性を確保することができる。

本発明の一実施形態のコンクリート構造物を示す斜視図。同実施形態のコンクリート構造物の正面図。同実施形態のコンクリート構造物の要部を拡大した斜視図。同実施形態のコンクリート構造物の要部を拡大した正断面図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に示すコンクリート構造物たるボックスカルバート１は、頂版１１、底版１２及び左右の側壁１３、１４が略角筒形状をなす一種の暗渠である。ボックスカルバート１は、例えば上下水道や共同溝、地下道等の管路構造物を構築するために用いられる。

本実施形態のボックスカルバート１の頂版１１、底版１２及び幅方向に対をなす側壁１３、１４は、プレキャストコンクリート部材により構成する。特に、本実施形態では、ボックスカルバート１を、上下に複数のブロックに分割している。具体的には、頂版１１及び側壁１３、１４の上半部１３１、１４１を一体成形した部材１Ｈと、底版１２及び側壁１３、１４の下半部１３２、１４２を一体成形した部材１Ｌとに二分割している。側壁１３、１４と頂版１１とが交わる隅角の入隅、及び側壁１３、１４と底版１２とが交わる隅角の入隅には、それぞれハンチ（隅肉部）１５を設けている。

頂版１１、底版１２、側壁１３、１４及びハンチ１５の内部にはそれぞれ、鉄筋（図示せず）を配筋する。ボックスカルバート１の上半部１１、１３１、１４１を形成するプレキャストコンクリート部材１Ｈと下半部１２、１３２、１４２を形成するプレキャストコンクリート部材１Ｌとの連結、並びにボックスカルバート１が構築する管路の延伸方向に沿って連なるプレキャストコンクリート部材１Ｈ、１Ｌ同士の連結には、ＰＣ鋼材（ＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼より線等）を使用し、そのＰＣ鋼材を緊張材としてプレストレスを導入する。

以降、ポストテンション工法によるプレキャストコンクリート部材１Ｈとプレキャストコンクリート部材１Ｌとの結合に関して詳述する。

図２ないし図４に示すように、上下に重なる側壁１３、１４の上半部１３１、１４１及び下半部１３２、１４２の内部には、これらを連結する方向即ち上下方向に沿って伸長するＰＣ鋼材（特に、ＰＣ鋼棒）３１、３２を配置する。ＰＣ鋼材３１、３２は、ボックスカルバート１が構築する管路の延伸方向に沿って複数本並ぶ。ＰＣ鋼材３１、３２は、プレキャストコンクリート部材１Ｈ、１Ｌを作製する際に予め埋設（材料のコンクリートを打ち込む型枠内に予めＰＣ鋼材３１、３２を配置）しておいてもよいし、プレキャストコンクリート部材１Ｈ、１Ｌに上下方向に沿って伸びるダクト（貫通孔）を形成しておき、そのダクトに後からＰＣ鋼材３１、３２を挿通できるようにしてもよい。前者の場合、プレキャストコンクリート部材１Ｈ、１Ｌに埋設するＰＣ鋼材３１、３２は、いわゆるアンボンドＰＣ鋼材であることが好ましい。アンボンドＰＣ鋼材は、鋼材の表面にグリースやアスファルト系ポリマー等を塗布し、さらにその上から樹脂で被覆したものである。後者の場合、ＰＣ鋼材３１、３２は、管状のシースによって覆われたものであることがある。

本実施形態では、下方のプレキャストコンクリート部材１Ｌが有する側壁１３、１４の下半部１３２、１４２に予めＰＣ鋼材３２を埋設するとともに、上方のプレキャストコンクリート部材１Ｈが有する側壁１３、１４の上半部１３１、１４１にダクトを形成しておきそのダクトに後からＰＣ鋼材３１を挿通することを想定している。両方のプレキャストコンクリート部材１Ｈ、１Ｌに予めＰＣ鋼材３１、３２を埋設しておくと、カプラ３３を使用して両ＰＣ鋼材３１、３２を連結することが難しくなる（但し、特殊なカプラ等を使用する場合にはその限りではない）。

プレキャストコンクリート部材１Ｈが有する側壁１３、１４の上半部１３１、１４１の下向端面、即ち連結の相手であるプレキャストコンクリート部材１Ｌに当接する当接面には、上方に向けて凹んだ凹陥１３３、１４３を開設している。側壁１３、１４の上半部１３１、１３２内に配置されるＰＣ鋼材３１の下端部は、この凹陥１３３、１４３内に露出する。また、プレキャストコンクリート部材１Ｌが有する側壁１３、１４の下半部１３２、１４２の上向端面、即ち連結の相手であるプレキャストコンクリート部材１Ｈに当接する当接面にも、下方に向けて凹んだ凹陥１３４、１４４を開設している。側壁１３、１４の下半部１３２、１４２内に配置されるＰＣ鋼材３２の上端部は、この凹陥１３４、１４４内に露出する。

側壁１３、１４の下半部１３２、１４２に上半部１３１、１４１を接合したとき、凹陥部１３４、１４４と凹陥部１３３、１４３とが一体となって、側壁１３、１４の内部に閉じた空間を形成する。この空間は、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１側のＰＣ鋼材３１の下端部と、下半部１３２、１４２側のＰＣ鋼材３２の上端部とを連結する連結具であるカプラ３３を配置するために用いられる。カプラ３３は、例えば、ＰＣ鋼材３１、３２の端部に形成されている雄ねじに螺合する雌ねじを両側に有した筒状の既知の部品である。

但し、図示例のように、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１内に配するＰＣ鋼材３１と下半部１３２、１４２内に配するＰＣ鋼材３２とを別体のものとし、それら両者をカプラ３３等を以て連結する態様をとるとは限らない。上下に二分していない、長尺な連続した一体のＰＣ鋼材を、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１及び下半部１３２、１４２の双方を貫くように配置する態様もとり得る。その場合、ＰＣ鋼材３１、３２を連結するためのカプラ３３等は不要となり、カプラ３３等を配置するための凹陥１３３、１３４、１４３、１４４をプレキャストコンクリート部材１Ｈ、１Ｌに形成しておく必要もなくなる。

上記のＰＣ鋼材３１、３２に加えて、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１内及び下半部１３２、１４２内には、上下方向に沿って伸長する鉄筋を埋設してある。

ボックスカルバート１の下半部１２、１３２、１４２を形成するプレキャストコンクリート部材１Ｌの上に、同ボックスカルバート１の上半部１１、１３１、１４１を形成するプレキャストコンクリート部材１Ｈを載置するとともに、側壁１３、１４内に配置したＰＣ鋼材３１、３２を上下方向に沿って牽引して緊張せしめることにより、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２とを互いに引き合わせ、かつそれらを上下から圧縮するようなプレストレスを、当該ボックスカルバート１の側壁１３、１４に導入することができる。

しかして、本実施形態では、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２とが接合する接合面またはその近傍の断面Ｓにおける、当該側壁１３、１４に作用する設計荷重による曲げ応力度と、ＰＣ鋼材３１、３２が与えるプレストレスによる圧縮応力度との合成応力度が、ＰＣ鋼材３１、３２の存在する箇所及び／または配列された複数本のＰＣ鋼材３１、３２の各々が生じさせるプレストレスの合力の作用位置では圧縮応力となる一方、側壁１３、１４の外側面（頂版１１、底版１２及び側壁１３、１４が囲繞する内部通路に面さない面）近傍では引張応力となるように、プレストレスの大きさを設定することとしている。

緊張したＰＣ鋼材３１、３２が発生させるプレストレスが存在しないと仮定すると、設計荷重が載荷されたボックスカルバート１の側壁１３、１４に作用する曲げモーメントは、側壁１３、１４の内側面（頂版１１、底版１２及び側壁１３、１４が囲繞する内部通路に臨む面）側に圧縮応力をもたらす一方、側壁１３、１４の外側面側には引張応力をもたらす。

側壁１３、１４の上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２との接合面またはその近傍の断面Ｓにおいて、最大圧縮応力が生じる側壁１３、１４の内側面から換算断面図心までの距離Ｇ［ｃｍ］は、
Ｇ＝（ｂＴ^２＋２ｎＡ_ｐｄ_ｐ）／（２ｂＴ＋２ｎＡ_ｐ）
となる。ここで、ｂ［ｃｍ］はボックスカルバート１が構築する管路の延伸方向（換言すれば、上下方向に対して直交し、かつ側壁１３、１４の内側面または外側面に対して略平行な（曲げモーメントの作用方向に対して直交する）方向）に沿った側壁１３、１４の幅寸法である。Ｔ［ｃｍ］は、側壁１３、１４の厚み寸法、即ち側壁１３、１４の内側面と外側面との間の距離である。ｎは、ＰＣ鋼材３１、３２とコンクリートとの弾性係数比（ヤング係数比）であるが、例えば１５を代入する。Ａ_ｐ［ｃｍ^２／ｍ］は、側壁１３、１４内に配置したＰＣ鋼材３１、３２の断面積であるが、ボックスカルバート１が構築する管路の延伸方向に沿った側壁１３、１４の幅寸法１ｍあたりの値とする。例えば、側壁１３、１４の幅ｂ＝１５０ｃｍであり、その側壁１３、１４内に直径２．３ｃｍのＰＣ鋼材３１、３２を三本配列しているとすると、Ａ_ｐ≒８．３１ｃｍ^２／ｍとなる。これは、ＰＣ鋼材３１、３２二本分の断面積に等しい。ｄ_ｐ［ｃｍ］は、側壁１３、１４の内側面からＰＣ鋼材３１、３２の軸心までの距離である。

そして、接合面またはその近傍の断面Ｓにおいて、側壁１３、１４の内側面から中立軸までの距離Ｘ［ｃｍ］は、下記の方程式に則って算出することができる。
Ｘ^３−３（Ｇ−ｅ’）Ｘ^２＋６ｎＡ_ｐ（ｅ’＋ｅ）Ｘ／ｂ−６ｎＡ_ｐ（ｅ’＋ｅ）ｄ_ｐ／ｂ＝０
ｅ’＝１００Ｍ／Ｎ’
Ｎ’＝Ｎ＋Ｐ_ｅ
ここで、Ｍ［ｋＮ・ｍ／ｍ］は接合面またはその近傍の断面Ｓにおける曲げモーメント、Ｎ［ｋＮ／ｍ］は軸力、Ｐ_ｅ［ｋＮ／ｍ］は有効プレストレスである。これらモーメントＭ、軸力Ｎ、有効プレストレスＰ_ｅはそれぞれ、ボックスカルバート１が構築する管路の延伸方向に沿った側壁１３、１４の幅寸法１ｍあたりのモーメント、軸力及び有効プレストレスである。モーメントＭ及び軸力Ｎは、例えば構造計算書から得ることができる。モーメントＭ及び軸力Ｎを求める際のＰＣ鋼材３１、３２とコンクリートとの弾性係数比としては、例えば６．５を用いる。

図４に示しているように、側壁１３、１４の内側面から中立軸までの範囲は圧縮域となり、合成応力度が圧縮応力となる。翻って、中立軸よりも外側方にある部位は引張域となり、合成応力度が引張応力となる。ＰＣ鋼材３１、３２の存在する箇所での合成応力度が圧縮応力となる、即ちＰＣ鋼材３１、３２が圧縮域内に所在するためには、Ｘがｄ_ｐよりも大きい必要がある。並びに、側壁１３、１４の外側面近傍での合成応力度が引張応力となるためには、ＸがＴよりも小さい必要がある。従って、ｄ_ｐ＜Ｘ＜Ｔとなるように、有効プレストレスＰ_ｅを決定する。

一例として、Ｍ＝５３ｋＮ・Ｎ／ｍ、Ｎ＝４０．０６ｋＮ／ｍ、Ａ_ｐ＝８．３１ｃｍ^２／ｍ、ｄ_ｐ＝１６ｃｍ、ｂ＝１５０ｃｍ、Ｔ＝３０ｃｍの場合、Ｐ_ｅ＝５８２．３ｋＮ／ｍに設定すると、Ｇ≒１５．０２ｃｍ、ｅ’≒８．５２ｃｍ、Ｘ≒１９．２ｃｍとなる。因みに、この例では、ＰＣ鋼材３１、３２の配置位置が、側壁１３、１４の厚みの中間線よりも外側方即ち外側面寄りに１ｃｍ偏心している。

これまで検討した、接合面またはその近傍の断面Ｓにおける合成応力度（換言すれば、モーメントＭ、軸力Ｎ、有効プレストレスＰ_ｅ）は、ボックスカルバート１を土中に埋設する場合に作用する土圧や上載荷重を加味した合成応力度である。但し、ボックスカルバート１内を流通する水から受ける水圧等は加味していない。つまり、Ｘは、ボックスカルバート１を所定深度の土中に埋設した状態での、側壁１３、１４の内側面から中立軸までの距離である。しかしながら、当該ボックスカルバート１を実際に埋設したときの土中深度によっては、土に接している側壁１３、１４の外側面側に作用する、土圧を加味した合成応力度が圧縮応力となることもあり得る。

側壁１３、１４の上半部１３１、１４１の下向端面と、下半部１３２、１４２の上向端面との間には、弾性変形可能なジョイント材２を介在させる。ジョイント材２は、例えばスポンジゴム等のゴム材である。このジョイント材２は、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１の下向端面及び／または下半部１３２、１４２の上向端面に不陸が存在している場合に、局所的な応力集中が生じて何れかの端面に微細なひびが入ることを抑止する役割を担う。

ジョイント材２の上下方向に沿った厚み寸法は、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２との間で圧縮される前は約３ｍｍである。プレキャストコンクリート部材１Ｌの上方にプレキャストコンクリート部材１Ｈを据え付け、ＰＣ鋼材３１、３２を牽引して緊張力を付与し、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１及び下半部１３２、１４２にプレストレスを導入すると、ジョイント材２が上半部１３１、１４１の下向端面と下半部１３２、１４２の上向端面とで挟圧されて圧縮される。圧縮されたジョイント材２の上下方向に沿った厚み寸法は、略０ｍｍとなる。

但し、そのプレストレスの導入後にあっても、ジョイント材２の上下方向に沿った厚み寸法が所定値以上、例えば約１ｍｍ以上確保されるよう、プレストレスの大きさ及び／またはジョイント材２の材質（弾性）を調整しても構わない。

プレキャストコンクリート部材１Ｈにおける側壁１３、１４の上半部１３１、１４１の下向端面と内側面とが交わる部位には、ボックスカルバート１が構築する管路の延伸方向に沿って伸びる切欠１３５、１４５を設けてある。同様に、プレキャストコンクリート部材１Ｌにおける側壁１３、１４の下半部１３２、１４２の上向端面と内側面とが交わる部位にも、管路の延伸方向に沿って伸びる切欠１３６、１４６を設けている。側壁１３、１４の下半部１３２、１４２に上半部１３１、１４１を接合したとき、それら切欠１３５、１３６、１４５、１４６が一体となって、管路の延伸方向に沿って伸びる凹溝状の目地を形成する。この目地１３５、１３６、１４５、１４６内には、バックアップ材４１とともに例えばポリウレタン樹脂の目地材（シーリング材、コーキング材）４２を充填する。目地材４２は、伸縮性及び水密性に富む材質のものであることが望ましい。

本実施形態のボックスカルバート１にあっては、側壁１３、１４の外側面近傍の合成応力度が引張応力となるようにプレストレスを低減している。このため、側壁１３、１４の外側面近傍における上半部１３１、１４１の下向端面と下半部１３２、１４２の上向端面との離間距離が、側壁１３、１４の内側面近傍やＰＣ鋼材３１、３２の周囲における両端面の離間距離と比較して拡大する「目開き」が起こる可能性がある。

目開きにより、側壁１３、１４の外側面側において、上半部１３１、１４１の下向端面と下半部１３２、１４２の上向端面との間に空隙ΔＬが発生し得る。側壁１３、１４の外側面近傍での引張応力度、ひずみ度及びコンクリートのヤング係数の間には、下記の関係が成立する。
ε＝σ_ｔ／Ｅ_ｃ
σ_ｔ［Ｎ／ｍｍ^２］は、側壁１３、１４の外側面近傍での許容される最大の引張応力度である。Ｅ_ｃ［Ｎ／ｍｍ^２］は、コンクリートのヤング係数であり、例えばＥ_ｃ＝３１０００Ｎ／ｍｍ^２とする。εは、側壁１３、１４の外側面近傍の引張応力によるひずみ度である。

側壁１３、１４の外側面側に現れる空隙ΔＬ［ｍｍ］の大きさは、
ΔＬ≒Ｂ’ε
となる。Ｂ’［ｍｍ］は、ボックスカルバート１の外高である。

なお、既に述べた通り、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２との間に介在させたジョイント材２により、プレストレスの導入後においても上半部１３１、１４１の下向端面と下半部１３２、１４２の上向端面との間を（端面の不陸や目開きΔＬが存在しないとしても）約１ｍｍ離間させることも考えられる。その場合、側壁１３、１４の外側面近傍では、ジョイント材２による約１ｍｍの間隙に加えて、さらにΔＬの分だけ上半部１３１、１４１の下向端面と下半部１３２、１４２の上向端面との間隙が拡大することとなる。

側壁１３、１４の上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２との接合面またはその近傍の断面Ｓにおける、側壁１３、１４の外側面近傍での引張応力の大きさは所定値以下、例えば約１．５Ｎ／ｍｍ^２以下に抑制することが望ましい。１．５Ｎ／ｍｍ^２という値は、一般的なＰＣ構造のボックスカルバート１においてコンクリート引張縁に許容されている、コンクリートにひび割れが発生しないと考えられる限界の引張応力度に相当する。そのために、側壁１３、１４の外側面近傍での引張応力が約１．５Ｎ／ｍｍ^２以下となるよう、ＰＣ鋼材３１、３２が発生させるプレストレスの大きさを確保する。

一例として、Ｅ_ｃ＝３１０００Ｎ／ｍｍ^２、Ｂ’＝５６００ｍｍの場合、σ_ｔ＝１．５Ｎ／ｍｍ^２に設定すると、ΔＬ≒０．２７ｍｍとなる。

また、側壁１３、１４の外側面側における、上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２との間の目開きΔＬの大きさは所定値以下、例えば約０．２ｍｍ以下に抑制することが好ましい。０．２ｍｍの値は、一般的に耐久性の面から補修が不要と考えられるひび割れの幅に相当する。Ｅ_ｃ＝３１０００Ｎ／ｍｍ^２、Ｂ’＝５６００ｍｍの場合に目開きΔＬを０．２ｍｍ以下とするためには、引張応力σ_ｔが１．５Ｎ／ｍｍ^２よりも小さくなるように、プレストレスの大きさを調整する必要がある。なお、水密性の面から補修を必要としないひび割れ幅は、０．０５ｍｍである。目開きΔＬをこの値以下に抑制したいのであれば、引張応力σ_ｔをさらに低減するべく、プレストレスをより増大しなければならない。

プレキャストコンクリート部材１Ｈにおける側壁１３、１４の上半部１３１、１４１の下向端面と外側面とが交わる部位には、ボックスカルバート１が構築する管路の延伸方向に沿って伸びる切欠１３７、１４７を設けてある。同様に、プレキャストコンクリート部材１Ｌにおける側壁１３、１４の下半部１３２、１４２の上向端面と外側面とが交わる部位にも、管路の延伸方向に沿って伸びる切欠１３８、１４８を設けている。側壁１３、１４の下半部１３２、１４２に上半部１３１、１４１を接合したとき、それら切欠１３７、１３８、１４７、１４８が一体となって、管路の延伸方向に沿って伸びる凹溝状の目地を形成する。この目地１３７、１３８、１４７、１４８そして側壁１３、１４の外側面側に現れる目開きΔＬには、例えばポリウレタン樹脂やその他の目地材（シーリング材、コーキング材）４３を充填する。目地材４３は、伸縮性及び水密性に富む材質のもの、高弾性接着剤等であることが望ましい。

本実施形態では、複数のコンクリート固化体（プレキャストコンクリート部材）１Ｈ、１Ｌを緊張材（ＰＣ鋼材）３１、３２を使用して連結しプレストレスを付与することにより構築されるコンクリート構造物（ボックスカルバート）１であって、複数のコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌが接合する接合面またはその近傍の断面Ｓにおける、連結された当該コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌに作用する設計荷重による曲げ応力度と緊張材３１、３２が与えるプレストレスによる圧縮応力度との合成応力度が、緊張材３１、３２の存在する箇所では圧縮応力となっている一方、緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面（側壁１３、１４の外側面）近傍では引張応力となっていることを特徴とするコンクリート構造物１を構成した。

本実施形態によれば、ＰＣ構造のコンクリート構造物１を構築するにあたり、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌに付与するプレストレス即ち緊張材３１、３２の緊張力を低減しながらも、構造物としての一体性を確保することができる。そして、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌ同士が当接する部位、即ち側壁１３、１４の上半部１３１、１４１の下向端面や下半部１３２、１４２の上向端面に作用する力を軽減し、当該端面に微細なひびが入ることを抑制ないし回避することが可能となる。

コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌに付与するプレストレスを低減するならば、従前のＰＣ構造と比較して、使用する緊張材３１、３２の径の太さや使用本数を削減することが許容される。そのため、経済性が向上する。さらには、緊張材３１、３２の緊張のために用いる設備の軽量化や簡素化、緊張作業の回数の削減にもつながる。とりわけ、高所等での作業における作業性の改善、安全性の向上に奏功する。

緊張材３１、３２の使用総量の減縮は、緊張材３１、３２自体や緊張材３１、３２の端部を定着するためのアンカープレート及び緊張材３１、３２に螺合するナット、緊張材３１、３２同士を連結するカプラ３３等による占有体積を縮小することにもなる。これは、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌ内にそれらを配置するのに必要となるコンクリートの欠損部分を小さくできることを意味する。結果として、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの肥大を抑制でき、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌを薄肉化することも可能になる。

仮に、プレストレスの低減及びコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの薄肉化に伴い、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌ自体の耐久性が低下するとしても、その耐久性は鉄筋の配筋により容易に補うことができる。

加えて、本実施形態では、緊張材３１、３２を使用して連結される一方のコンクリート固化体１Ｈと他方のコンクリート固化体１Ｌとの間に弾性変形可能なジョイント材２を介在させるとともに、プレストレスを導入することで圧縮された当該ジョイント材２の両コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの対向方向（上下方向）に沿った厚み寸法を約１ｍｍ以上確保するようにしているため、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌ同士が当接する部位、即ち側壁１３、１４の上半部１３１、１４１の下向端面及び／または下半部１３２、１４２の上向端面に不陸が存在していたとしても、それら端面が局所的に密接または衝突して圧し合うような端面同士のせり合いを避けることができ、局所的な応力の集中を軽減ないし防止できる。従って、応力集中に起因する微細なひび割れの発生のリスクが一層低下する。

本実施形態では、複数のコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌが接合する接合面またはその近傍の断面Ｓにおける合成応力度について、緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面近傍での引張応力の大きさを約１．５Ｎ／ｍｍ^２以下としている。また、本実施形態では、緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面側における、緊張材３１、３２を使用して連結される一方のコンクリート固化体１Ｈと他方のコンクリート固化体１Ｌとの離間距離を、緊張材３１、３２の存在する箇所における両コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの離間距離よりも拡大させる目開きΔＬを許容し、その目開きΔＬを約０．２ｍｍ以下としている。これにより、コンクリート構造物１における引張縁（側壁１３、１４の外側面）での引張応力による目開きΔＬを、耐久性及び止水性に悪影響を及ぼさない程度の僅かな大きさに抑制している。

さらには、緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、Ｌの表面側における目開きΔＬの部位に目地材４３を充填するようにしており、コンクリート構造物１の止水性を十分に確保可能となっている。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、複数のコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌが接合する接合面またはその近傍の断面Ｓにおける合成応力度、緊張材３１、３２の存在する箇所での圧縮応力度、緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面近傍での引張応力度、並びに当該コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面近傍での目開きΔＬの各々について、土圧等のコンクリート構造物１の運用時に外部から与えられる応力度を考慮して検討していた。

だが、上記実施形態では、ボックスカルバート１内を流通する水から受ける水圧等は考慮していなかった。そのような水圧等をも加味した上で、上記の合成応力度、圧縮応力度、引張応力度及び目開きΔＬの検討を行ってもよいことは言うまでもない。さらには、土圧や水圧等といったコンクリート構造物１の運用時に外部から与えられる応力度を加味せずに、上記の合成応力度、圧縮応力度、引張応力度及び目開きΔＬの検討を行っても構わない。何れにせよ、
・コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの接合面またはその近傍の断面Ｓにおける合成応力度が、緊張材３１、３２の存在する箇所（または、複数本の緊張材３１、３２の各々が発生させるプレストレスの合力の位置）では圧縮応力となっている一方、緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面近傍では引張応力となっていること
・緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面近傍での引張応力の大きさが所定値（例えば、約１．５Ｎ／ｍｍ^２）以下であること
・緊張材３１、３２の存在する箇所から離間したコンクリート固化体１Ｈ、１Ｌの表面における目開きΔＬの大きさが所定値（例えば、約０．２ｍｍ）以下であること
が充足されるよう、コンクリート固化体１Ｈ、１Ｌに付与するプレストレスの大きさを設定することが好ましい。

図４に示しているように、上記実施形態では、圧縮応力が作用する側壁１３、１４の内側面と引張応力が作用する側壁１３、１４の外側面との間に、正断面視一本だけ緊張材３１、３２が存在していた。即ち、幅方向（図４の左右方向）に沿って複数本の緊張材３１、３２を並べてはいなかった。そして、当該緊張材３１、３２の所在する箇所において、側壁１３、１４の上半部１３１、１４１と下半部１３２、１４２との接合面またはその近傍の断面Ｓにおける合成応力度が圧縮応力となっていた。

これに対し、コンクリート固化体内に複数本の緊張材を配列している場合には、それら緊張材の各々が発生させるプレストレスの合力の位置において、コンクリート固化体同士の接合面またはその近傍の断面における合成応力度が圧縮応力となっている必要がある。だが、何れかの緊張材の所在する箇所では、合成応力度が圧縮応力でない可能性がある。

図４に則して述べると、仮に正断面視二本のＰＣ鋼材３１、３２が幅方向に沿って離間して並立しているとした場合、各ＰＣ鋼材３１、３２が発生させるプレストレスの合力の位置は、それら二本のＰＣ鋼材３１、３２の中間にある。この合力の位置では、接合面またはその近傍の断面Ｓにおける合成応力度が圧縮応力となっていなければならない。しかしながら、側壁１３、１４の外側面に近い側（図４の左側）にあるＰＣ鋼材３１、３２の所在する箇所においては、合成応力度が圧縮応力となっていてもよく、引張応力となっていてもよい。この場合の側壁１３、１４の外側面近傍の引張応力の大きさや、目開きΔＬの大きさ、目地材４３の充填、ジョイント材２の圧縮寸法等は、上記実施形態と同様に設定してよい。

緊張材３１、３２を使用して相互に連結されコンクリート構造物を構成するコンクリート固化体が、常にプレキャストコンクリート部材であるとは限られない。連結対象となるコンクリート固化体の一部が、現場打ちのコンクリートによって形成されるものであることもあり得る。

本発明の適用の対象は、ボックスカルバート１には限定されないことは言うまでもない。複数のコンクリート固化体を上下方向ではなく水平方向に沿って接合するような構造物について、本発明を用いることも勿論可能である。

その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することにより構築されるコンクリート構造物に適用できる。

１…コンクリート構造物（ボックスカルバート）
１Ｈ、１Ｌ…コンクリート固化体
１３、１４…側壁
１３１、１４１…側壁の上半部
１３２、１４２…側壁の下半部
２…ジョイント材
３１、３２…緊張材（ＰＣ鋼棒）
４３…目地材
ΔＬ…目開き
Ｓ…接合面またはその近傍の断面

Claims

複数のコンクリート固化体を緊張材を使用して連結しプレストレスを付与することにより構築される、土中に埋設されるボックスカルバートであるコンクリート構造物であって、
複数のコンクリート固化体が接合する接合面またはその近傍の断面における、連結された当該コンクリート固化体に作用する設計荷重による曲げ応力度と緊張材が与えるプレストレスによる圧縮応力度との合成応力度が、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置では圧縮応力となっている一方、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置から離間したコンクリート固化体の表面近傍では引張応力となっており、
緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置から離間したコンクリート固化体の表面側における、緊張材を使用して連結される一方のコンクリート固化体と他方のコンクリート固化体との離間距離を、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置における両コンクリート固化体の離間距離よりも拡大させる目開きを許容し、
緊張材を使用して連結される一方のコンクリート固化体の端面と他方のコンクリート固化体の端面との間に弾性変形可能なジョイント材を介在させ、プレストレスを導入することでそれら端面間で圧縮された当該ジョイント材の両コンクリート固化体の対向方向に沿った厚み寸法が約１ｍｍ以上確保されたコンクリート構造物。
複数のコンクリート固化体が接合する接合面またはその近傍の断面における合成応力度について、緊張材の存在する箇所または複数本の緊張材によるプレストレスの合力の位置から離間したコンクリート固化体の表面近傍での引張応力の大きさを約１．５Ｎ／ｍｍ²以下とした請求項１記載のコンクリート構造物。
前記目開きの大きさを約０．２ｍｍ以下とした請求項１または２記載のコンクリート構造物。
前記目開きの部位に伸縮性及び水密性に富む材質のコーキング材を充填した請求項１、２または３記載のコンクリート構造物。