JP6092317B2 - 緊張力自動調整型プレテンション装置およびプレテンション方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリートに圧縮応力を付加したプレストレスコンクリートの製作に使用される緊張力自動調整型プレテンション装置およびプレテンション方法に関する。

プレストレスコンクリートは、あらかじめ圧縮応力を与えたコンクリートである。コンクリートは、本来、圧縮に対しては強いが引張りには弱いという欠点があり、このコンクリートの欠点を克服するために開発されたのがプレストレストコンクリートである。

プレストレスコンクリートでは、荷重による引っ張り応力が働いても、あらかじめ与えられている圧縮応力によって打ち消されるので、これを用いたコンクリート構造物を堅固な耐久性のあるものにすることができる。このような特徴のあるプレストレスコンクリートは、高層ビルの床や耐震構造、橋梁の床版、消波堤などの海洋構造物、さらには原子炉格納容器など、先進的なコンクリート構造物に広く利用されている。

コンクリートに圧縮応力を与えるには、ＰＣ鋼材と呼ばれている鋼索を油圧ジャッキなどで緊張した状態にして、コンクリートを打設する。コンクリートが固まると、ＰＣ鋼材が縮んでコンクリートに圧縮応力がかかることになる。このような方式により、プレストレスコンクリートを製作する従来技術としては、例えば、特許文献１に記載されているプレテンション装置を挙げることができる。

ここで、図５は、従来のプレテンション装置の概要を示す図である。この図５において、参照番号１０は、固定側の反力台を示している。参照番号１２ａ、１２ｂは、ＰＣ鋼材１３を緊張させる油圧ジャッキを示している。油圧ジャッキ１２ａ、１２ｂは、反力受け材１４ａ、１４ｂを介して反力台１０側に固定されており、緊張梁１５の両端を押圧するようになっている。

ＰＣ鋼材１３は、プレストレスコンクリート構造物２０の大きさに応じて多数本が用意され、ＰＣ鋼材１３の一端は反力台１０に固定されて、他端は緊張梁１５に取り付けられている止め具１６によって止着されている。

特開２００１−３１０３１８号公報

しかしながら、従来のプレテンション装置では、油圧ジャッキ１２ａ、１２ｂによって緊張梁１５の両端を押し出して、ＰＣ鋼材１３を緊張させると、図６に示されるように、緊張梁１５の両端がより押されて、緊張梁１５の中央部が凹むように撓んでしまう。

緊張梁１５にこのような撓みが生じると、緊張梁１５の端部に近いＰＣ鋼材１３ほど伸びが大きくより大きな力で緊張され、中央にあるＰＣ鋼材１３は伸びが小さく緊張力は相対的に低下してしまう。

プレテンションをかけるプレストレスコンクリート製作時の緊張作業では、ＰＣ鋼材の伸びの管理、言い換えれば、ＰＣ鋼材の緊張力の管理が非常に重要となる。ＰＣ鋼材の伸びにばらつきがあると、圧縮応力の均一にかかったプレストレスコンクリート構造物を製作することができなくなるからである。

従来、緊張梁の撓み量を許容範囲内のごく小さな値にするために、大型で剛性の高い梁部材が用いられているが、梁部材の剛性に関して厳しい条件下では、多様な形状、大きさのプレストレスコンクリート構造物に対応できるように、自由度のある設計が困難である。

他方、大型で剛性の高い梁部材を用いる替わりに、ＰＣ鋼材を１本ずつ別々の油圧ジャッキで緊張させ、各油圧ジャッキに圧油を送るそれぞれの油圧ポンプを制御し、緊張力を均一することも行われているが、油圧ジャッキシステムが大掛かりで複雑になる難点がある。

そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、ＰＣ鋼材を緊張させたときに緊張力が載荷される緊張梁の撓みや伸び等の変形の発生に関わりなく、多数本のＰＣ鋼材緊張力を同一に自動調整することができるようにした緊張力自動調整型プレテンション装置およびプレテンション方法を提供することにある。

前記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、固定側の反力受け構造物と、緊張力が載荷される側の緊張梁との間に複数本のＰＣ鋼材を掛け渡し、前記ＰＣ鋼材を緊張させる緊張手段を前記緊張梁側に設け、前記ＰＣ鋼材を緊張させた状態でコンクリートを打設してプレストレスコンクリート構造物を製作するプレテンション装置において、
前記ＰＣ鋼材の末端が止着される複数の油圧式同調シリンダを並列に前記緊張梁に配列し、隣同士の前記油圧式同調シリンダのシリンダ室を導通させる連通管を介して当該油圧式同調シリンダ同士を接続してなり、前記緊張梁の撓みに応じて前記各油圧式同調シリンダのストロークが自動調節される緊張力自動調整機構を備えることを特徴とするものである。

本発明による緊張力自動調整型プレテンション装置の一実施形態を示す平面図である。 図１の張力自動調整型プレテンション装置がＰＣ鋼材を緊張させた状態を示す平面図である。 本発明の実施形態による張力自動調整型プレテンション装置の備える油圧式同調シリンダを示す縦断面図である。 油圧式同調シリンダの他の例を示す縦断面図である。 従来の緊張力自動調整型プレテンション装置を示す平面図である。 図５の緊張力自動調整型プレテンション装置がＰＣ鋼材を緊張させた状態を示す平面図である。

以下、本発明による緊張力自動調整型プレテンション装置およびプレテンション方法の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。

図１において、参照番号１０は、固定側の反力台を示している。参照番号１２ａ、１２ｂは、ＰＣ鋼材１３を緊張させるための油圧ジャッキを示している。緊張力を載荷する緊張梁１５の左右両端を押圧するために、一対の油圧ジャッキ１２ａ、１２ｂが、反力受け材１４ａ、１４ｂを介して反力台１０側に固定されている。

ＰＣ鋼材１３は、プレストレスコンクリート構造物２０の大きさに応じて多数本用意されるが、この実施形態では、簡略にして５本のＰＣ鋼材１３を示す。ＰＣ鋼材１３の一端は、反力台１０に固定されて、他端は、緊張梁１５に取り付けられている油圧式同調シリンダ１６に連結されている。反力台１０と緊張梁１５の間には空間が確保され、ここにプレストレスコンクリート構造物２０を打設する型枠が組まれるようになっている。各ＰＣ鋼材１３は、この型枠を通すようにして張り渡されている。

油圧式同調シリンダ１６は、ＰＣ鋼材１３がすべて同一の緊張力になるように同調させるためのシリンダである。この油圧式同調シリンダ１６は、全台が同一の受圧面積をもつ同じ仕様の油圧シリンダが用いられている。ここで、各油圧式同調シリンダ１６を区別する必要がある場合には＃１〜＃５を付して区別することにする。

次に、図３は、油圧式同調シリンダ１６の縦断面を示す図である。この実施形態では、ＰＣ鋼材１３を挿通させるために、油圧式同調シリンダ１６は、次のような中空型シリンダとして構成されている。

図３において、ロッド２１およびピストン２２は同軸に中空形状をなすように形成されている。シリンダチューブ２３の内部には、筒状部２４が同軸に形成されており、ピストン２２およびロッド２１は、シリンダチューブ２３の内部において、筒状部２４に摺動自在に嵌合している。ＰＣ鋼材１３は、筒状部２４およびロッド２１の内部を挿通される。ＰＣ鋼材１３の先端部は、ロッド２１の先端部に止着されている。

このような＃１から＃５の油圧式同調シリンダ１６では、各油圧式同調シリンダ１６のシリンダ室２６は、隣にある油圧式同調シリンダ１６のシリンダ室２６と連通管３０を介して連通している。端に位置する＃１の油圧式同調シリンダ１６には、図示しない油圧ポンプから方向切換弁を介すなどして圧油が供給される。

＃１から＃５のすべての油圧式同調シリンダ１６のシリンダ室２６に圧油が充填されると、全台が導通しており、しかも、ピストン２２の受圧面積は同一であるので、各油圧式同調シリンダ１６がＰＣ鋼材１３を緊張する力はすべて同一となるようになっている。

以上のような油圧式同調シリンダ１６には、中空型シリンダの替わりに、図４に示すよう双胴型のシリンダを用いるようにしてもよい。この双胴型シリンダ４０は、２つ並列のシリンダチューブ４１ａ、４１ｂを備えている。シリンダチューブ４１ａ、４１ｂには、ピストン４２ａ、４２ｂが設けられ、ピストンロッド４３ａ、４３ｂは連結部材４４によって連結されている。ＰＣ鋼材１３は、シリンダチューブ４１ａ、４１ｂの間を通して、連結部材４４に止着されている。

なお、油圧式同調シリンダ１６には、製造上の誤差等により、同じ圧力の圧油が供給されても出力にわずかな誤差が生じる場合があるので、使用にあたってはあらかじめキャリブリレーションを行っておくことが好ましい。

本実施形態による緊張力自動調整型プレテンション装置は、以上のように構成されるものであり、次に、油圧式同調シリンダ１６を受動式で用いるプレテンション方法について説明する。

まず、図１において、油圧ジャッキ１２ａ、１２ｂを作動させ、緊張梁１５の両端を押し出して、ＰＣ鋼材１３を緊張させる。この実施形態では、油圧式同調シリンダ１６は受動式で機能させるため、油圧ジャッキ１２ａ、１２ｂでＰＣ鋼材１３を緊張させる。これと同時にまたはその後に、＃１から＃５のすべての油圧式同調シリンダ１６に圧油を供給し、緊張力を次のようにして同調させる。

図２に示されるように、緊張梁１５は、その両端部がより押され、全体として中央部が凹むように撓むことになる。図６に示したように、油圧式同調シリンダ１６が設けられていない場合には、緊張梁１５の端部に近いＰＣ鋼材１３ほどより大きな力で緊張され、中央にある鋼索１５は伸びが小さく緊張力は相対的に低下してしまうことになる。

これに対して、本実施形態では、緊張梁１５に油圧式同調シリンダ１６を介してＰＣ鋼材１３の末端を連結しているので、ＰＣ鋼材１３を緊張した状態では、油圧式同調シリンダ１６の同調機能が働き、緊張梁１５の撓みに関わりなくＰＣ鋼材１３の緊張力をすべて同一に自動調整することができる。

すなわち、＃１から＃５のすべての油圧式同調シリンダ１６のシリンダ室２６は、連通管３０を介してお互いに導通し合っており、しかも、ピストン２２の受圧面積は同一であるので、各油圧式同調シリンダ１６がＰＣ鋼材１３を緊張する力はすべて同一となる。

ここで、ｓは、緊張によるＰＣ鋼材１３の伸びを示す。緊張梁１５の端にある＃１、＃５の油圧式同調シリンダ１６では、＃２、＃３、＃４の油圧式同調シリンダ１６に比べて、ピストン２２のストロークが減少する。このように、すべてのＰＣ鋼材１３に同じ緊張力がかかるように、各油圧式同調シリンダ１６では、ストロークが自動調整される。この結果、図２に示されるように、油圧式同調シリンダ１６によって保持されているＰＣ鋼材１３の先端の位置は揃い、すべてのＰＣ鋼材１３で伸びｓが同一になり、従って、緊張力も同一になる。

しかも油圧式同調シリンダ１６のこのような同調機能は、緊張梁１５の撓みの発生、撓みの程度に関わりなく働くため、従来のように、緊張梁１５に剛性の高い大型の梁部材を用いる必要はなくなり、プレテンション装置の自由度のある設計を可能にする。

また、緊張梁１５に撓みが発生しても、ＰＣ鋼材１３の緊張力の補正計算を行う必要がなくなり、油圧式同調シリンダ１６はロードセルの機能も同時にもち、圧油の圧力から緊張力の正確な値を容易に得ることができる。

以上のようにして、ＰＣ鋼材１３を緊張させた状態を保ったら、図示しない型枠を組み立てて、コンクリート構造物２０の打設を行う。そして、ＰＣ鋼材１３を緊張させたままで、コンクリートの養生を行う。養生が終わったら、緊張力を解放する。

以上説明した実施形態は、油圧式同調シリンダ１６を受動式に作動させた実施形態であるが、この油圧式同調シリンダ１６を能動式で作動させるようにすることも可能であり、受動式、能動式のいずれも選択可能である。

能動式の場合は、油圧ジャッキ１２ａ、１２ｂでＰＣ鋼材１３を緊張させる替わりに、それぞれ油圧式同調シリンダ１６でＰＣ鋼材１３を直接緊張させることになる。その場合にも、すべてのＰＣ鋼材１３の緊張力が同一となることは受動式の場合と同様である。

以上、本発明による緊張力自動調整型プレテンション装置およびプレテンション方法について、好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、実施形態に限定されるものではなく、例えば、既設の構造物を反力台の替わりにするなど、種々の設計変更が可能である。

１０…反力台、１２ａ、１２ｂ…油圧ジャッキ、１３…ＰＣ鋼材、１４ａ、１４ｂ…反力受け台、１５…緊張梁、１６…油圧式胴直シリンダ、２０…プレストレスコンクリート構造物、２１…ロッド、２２…ピストン、２３…シリンダチューブ、２４…筒状部、２６…シリンダ室、４０…双胴型シリンダ

Claims (4)

1. 固定側の反力受け構造物と、緊張力が載荷される側の緊張梁との間に複数本のＰＣ鋼材を掛け渡し、前記ＰＣ鋼材を緊張させる緊張手段を前記緊張梁側に設け、前記ＰＣ鋼材を緊張させた状態でコンクリートを打設してプレストレスコンクリート構造物を製作するプレテンション装置において、
   前記ＰＣ鋼材の末端が止着される複数の油圧式同調シリンダを並列に前記緊張梁に配列し、隣同士の前記油圧式同調シリンダのシリンダ室を導通させる連通管を介して当該油圧式同調シリンダ同士を接続してなり、前記緊張梁の撓みに応じて前記各油圧式同調シリンダのストロークが自動調節される緊張力自動調整機構を備えることを特徴とする緊張力自動調整型プレテンション装置。
2. 前記緊張力自動調整機構は、前記ＰＣ鋼材の緊張を前記緊張梁の両端部を押圧する油圧ジャッキからなる前記緊張手段で行う受動式緊張力自動調整機構であることを特徴とする請求項１に記載の緊張力自動調整型プレテンション装置。
3. 前記緊張力自動調整機構は、前記ＰＣ鋼材を前記油圧式同調シリンダを前記緊張手段として直接緊張させて行う能動式緊張力自動調整機構であることを特徴とする請求項１に記載の緊張力自動調整型プレテンション装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかの項に記載の緊張力自動調整型プレテンション装置を用い、前記ＰＣ鋼材を緊張させた状態で前記反力受け構造物と前記緊張梁の間にコンクリートを打設することを特徴とするプレテンション方法。

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