JP6461338B2 - 連続繊維補強材緊張装置、連続繊維補強材の緊張方法及びくさび体 - Google Patents

Description

本発明は、土木・橋梁等の分野で構造体の補強に使用される連続繊維補強材の端末定着に用いる連続繊維補強材緊張装置、連続繊維補強材の緊張方法及びくさび体に関する。

連続繊維補強材はＰＣ鋼より線の代わりになるものとして知られている。連続繊維補強材は炭素繊維等の連続繊維をエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂で複合化し、１×７等の撚り線状に成型したものである。連続繊維補強材はＰＣ鋼より線と同様に高い引張強度と高い弾性係数をもち、しかも軽量で錆びない等の特徴がある。これらの特徴を生かし土木・橋梁等の分野での、既存橋梁の補修用ケーブルや、プレストレスコンクリート桁やパイルの補強用緊張材、ポストテンション方式橋梁桁補強材等として使用されている。このような用途に連続繊維補強材を使用する場合には、連続繊維補強材を緊張するために、その両端部を把持する端末定着が必要である。

ＰＣ鋼より線の端末定着構造としては、筒状に形成されると共に、その外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径したくさび体と、このくさび体の外周側に設けられ、端末側の後端部に向けて拡径する円錐状中空の内部構造を有するスリーブを有する定着具で定着したものが知られている。

このような定着具は、ＰＣ鋼撚り線に予めスリーブを取り付け、くさび体を挿入し緊張装置を設置する。ＰＣ鋼より線を緊張すると、くさび体はＰＣ鋼より線と共に移動するのでスリーブから抜け出す。目標の緊張力到達後、緊張力を保持したまま、油圧ピストンでくさび体をスリーブ内に押し込んでいた。なお、ＰＣ鋼より線は固定構造物側から強い力で引き込まれ、くさび体はスリーブに食い込み、緊張装置の張力を解放すると強い力で固定される。

この他、外周面に雄ネジが設けられたスリーブを固定構造物に収容し、その後、固定構造物から突き出た部分をロックナットで固定する構造も知られている（例えば、日本国特許公開公報 特開平９−１３６３１３号公報）。

このような定着具や定着方法を連続繊維補強材にも適用することが考えられる。

上述した連続繊維補強材の端末定着構造では、次のような問題があった。すなわち、くさび体の内壁面に連続繊維補強材の外面が転写され、連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されている場合がある。これは連続繊維補強材とくさび体との定着を強固にするものである。しかしながら、緊張により一時的にスリーブからくさび体が離脱した際、くさび体をスリーブ内に押し込むとき、この被係合部と連続繊維補強材の外面とが引っ掛かるため、くさび体を移動させられないことがあった。油圧ピストンにより無理にくさび体を押し込むと連続繊維補強材が傷付くという問題もあった。

そこで本発明は、内壁面に連続繊維補強材の外面が転写され、連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されたくさび体を用いた場合でも、くさび体を連続繊維補強材に沿って移動させることで、確実に固定構造物に定着させることができる連続繊維補強材緊張装置及び連続繊維補強材緊張方法、またこれらに用いるくさび体を提供することを目的としている。

連続繊維を複合化し、撚り線状に成形した連続繊維補強材の端末に、筒状に形成されると共に、その外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径し、その内壁面に前記連続繊維補強材の外面が転写され、前記連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されたくさび体、及び、このくさび体の外周側に設けられ、端末側の後端部に向けて拡径する円錐状中空の内部構造を有するスリーブを有する定着具を前記連続繊維補強材を緊張させた状態で、固定構造物に定着させる連続繊維補強材緊張装置において、前記スリーブを前記固定構造物側に押圧すると共に前記くさび体が前記連続繊維補強材に沿って往復動自在に移動可能な中空部を有する押圧体と、この押圧体に対し前記スリーブの反対側に配置され、内壁面に突起部が形成された筒状のブラケットと、このブラケット内部を往復動自在に設けられ、前記くさび体の端面に係合すると共に、前記突起部に係合するらせん状の溝を有し、前記連続繊維補強材の軸廻りの回転力を付与する円柱状の回転治具と、前記回転治具の端面を前記固定構造物側に押圧するピストンとを備えていることを特徴とする。

図１は、本発明の実施の形態に係る連続繊維補強材緊張装置による連続繊維補強材の取付状態を示す側面図である。 図２は、同連続繊維補強材緊張装置に用いる端末定着具を示す縦断面図である。 図３は、同端末定着具を構成するくさび体を示す斜視図である。 図４は、同くさび体が取り付けられた連続繊維補強材を示す斜視図である。 図５は、同端末定着具とくさび体を示す分解斜視図である。 図６は、同連続繊維補強材緊張装置の要部を示す断面図である。 図７は、同連続繊維補強材緊張装置に組み込まれた回転治具を示す斜視図である。 図８は、同連続繊維補強材緊張装置における緊張動作を示す断面図である。 図９は、同連続繊維補強材緊張装置におけるくさび体のねじ込み動作を示す断面図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る連続繊維補強材緊張装置１０による連続繊維補強材Ｃの取付状態を示す側面図、図２は、連続繊維補強材緊張装置１０に用いる端末定着具Ｔを示す縦断面図、図３は、端末定着具Ｔを構成するくさび体Ｗを示す斜視図、図４は、くさび体Ｗが取り付けられた連続繊維補強材Ｃを示す斜視図、図５は、端末定着具Ｔとくさび体Ｗを示す分解斜視図、図６は、連続繊維補強材緊張装置１０の要部を示す断面図、図７は、連続繊維補強材緊張装置１０に組み込まれた回転治具３０を示す斜視図、図８は、同連続繊維補強材緊張装置１０における緊張動作を示す断面図、図９は、連続繊維補強材緊張装置１０におけるくさび体Ｗのねじ込み動作を示す断面図である。

なお、これらの図中Ｋは固定構造物、Ｃは連続繊維補強材、Ｔは端末定着具、Ｓはスリーブ、Ｗはくさび体を示している。なお、連続繊維補強材Ｃは、例えば炭素繊維等の連続繊維をマトリクス樹脂（代表的にはエポキシ樹脂等の熱硬化樹脂）で複合化して素線とし、撚り線状に成形したものである。例えば、１本の素線を中心に複数の側素線を撚る構成が一般的である。また、側素線が周方向における同じ位置に戻る軸方向の距離を１ピッチ（Ｐ）とする。さらに、以下の説明中軸方向とは連続繊維補強材Ｃが設置される方向を示している。また、先端部とは固定構造物Ｋ側、端末側とは固定構造物Ｋから離間する側を示している。

端末定着具Ｔは、連続繊維補強材Ｃの端末側に取り付けられ、筒状に形成されると共に、その外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径したくさび体Ｗと、このくさび体Ｗの外周側に設けられ、端末側の後端部に向けて拡径する円錐状中空の内部構造を有するスリーブＳとを備えている。

くさび体Ｗは、周方向に２分割された分割くさび体Ｗ１，Ｗ２を組み合わせて、中空の円錐台状に形成されている。分割くさび体Ｗ１，Ｗ２の内壁面には、連続繊維補強材Ｃの外形と嵌合する凹凸部が形成されている。これにより、連続繊維補強材Ｃとくさび体Ｗとの間で高い摩擦力が得られる。図中Ｗｓは分割くさび体Ｗ１，Ｗ２を組み合わせた時の隙間を示している。くさび体Ｗは上述したように２つ割り構造となっているため、連続繊維補強材Ｃの任意位置に取り付けることができ、取り付けた後は連続繊維補強材Ｃの全周を覆い、ほぼ円錐台状の外形を有する。くさび体Ｗの端面には凹凸部（被係合部）Ｗｂが形成されており、後述する回転治具３０の凹凸部３２と係合する。

連続繊維補強材緊張装置１０は、図６に示すように駆動装置２０と、この駆動装置２０の端末定着具Ｔ側に設けられた押圧体５０とを備えている。

駆動装置２０は、その中心線が軸方向と一致した筒状のブラケット２１と、このブラケット２１内に設けられた中空部２２と、この中空部２２の内部を軸方向に沿って往復動自在に設けられた回転治具３０と、この回転治具３０を図１中右方向に油圧により押圧するピストン４０とを備えている。

中空部２２の内壁面には後述するキー溝３３に係合するキー２３が形成されている。回転治具３０は、円柱状の本体３１と、この本体３１の外周面に設けられ、前述したキー２３が係合する螺旋状のキー溝３３とを備えている。キー溝３３が本体３１の外周を１周する間に進む距離は、連続繊維補強材Ｃの１ピッチと同じに設定されている。

このように、回転治具３０はピストン４０により押圧されることにより、キー２３がキー溝３３により本体３１に回転力を与えることとなる。回転治具３０の図６中右端には凹凸部（係合部）３２が形成されている。凹凸部３２は、径方向に沿った溝が複数設けられており、くさび体Ｗの凹凸部Ｗｂと係合し、回転治具３０の回転力がくさび体Ｗに伝達されるように形成されている。

ピストン４０は、内部に貫通孔４１が設けられ、連続繊維補強材Ｃが挿通している。また、ピストン４０と回転治具３０との間には、軸受４５が配置されている。軸受４５により回転治具３０とピストン４０との間に生ずる摩擦が軽減され、円滑に回転治具３０を回転させることができる。

押圧体５０は、駆動装置２０と端末定着具Ｔとの間に配置され、駆動装置２０側から端末定着具Ｔ側にかけて外径が縮径する筒状に形成されている。押圧体５０の図６中右端はスリーブＳの端面を押圧する押圧部５１が形成され、内部にはくさび体Ｗが往復動自在となる中空部５２が設けられている。

このような連続繊維補強材緊張装置１０により、連続繊維補強材Ｃを固定構造物Ｋに緊張状態で取り付ける。すなわち、連続繊維補強材Ｃを固定構造体Ｋの孔部Ｋａに通し、続いて連続繊維補強材Ｃの外周にスリーブ５０を通す。次に、スリーブＳの図１中右端が固定構造物Ｋに突き当たるまで移動する。くさび体Ｗをその先端部をスリーブＳ側に向けて連続繊維補強材Ｃに嵌めてくさび体Ｗを形成する。そして、くさび体ＷをスリーブＳに向けてねじ込んで嵌合し、端末定着具Ｔを形成する。

次に、連続繊維補強材緊張装置１０の押圧体５０の押圧部５１をスリーブＳの左端に押し付ける。この状態で、連続繊維補強材Ｃを図８中矢印Ｑ方向に駆動装置２０等を用いて緊張する。この時、図８に示すように、くさび体Ｗが左方向に引っ張られ、スリーブＳから離脱し、中空部５２内に進入する。くさび体ＷがスリーブＳから離脱する端末定着具Ｔの機能が発揮できないため、くさび体ＷをスリーブＳに戻す動作を行う。

駆動装置２０によりピストン４０を図９中矢印Ｘ方向に移動させる。これによりピストン４０に押圧された回転治具３０が図９中矢印Ｘ方向に移動する。このとき、回転治具３０のキー溝３３にキー２３が係合するため、本体３１に軸方向廻りの回転力を与えることとなる。さらに、回転治具３０の凹凸部３２がくさび体Ｗの凹凸部Ｗｂと係合し、回転治具３０の回転力がくさび体Ｗに伝達される。

くさび体Ｗは回転しながら、連続繊維補強材Ｃにねじ込まれ、スリーブＳ内に収容されて、端末定着具Ｔが形成される。キー溝３３が本体３１の外周を１周する間に進む距離は、連続繊維補強材Ｃの１ピッチと同じに設定されているため、くさび体Ｗが連続繊維補強材Ｃから受ける力を最小限に抑えることができ、円滑にくさび体Ｗをねじ込むことができる。くさび体Ｗを最後までねじ込んだ状態で、連続繊維補強材緊張装置１０を取り外すことで、強い緊張状態で端末定着具Ｔが固定構造体Ｋに取り付けられることとなる。

このように構成された連続繊維補強材緊張装置１０によれば、内壁面に連続繊維補強材Ｃの外面が転写され、連続繊維補強材Ｃの外面と係合する被係合部が形成されたくさび体Ｗを用いた場合でも、くさび体Ｗを連続繊維補強材Ｃに沿って移動させることで、確実に固定構造物Ｋに定着させることが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］連続繊維を複合化し、撚り線状に成形した連続繊維補強材の端末に、筒状に形成されると共に、その外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径し、その内壁面に前記連続繊維補強材の外面が転写され、前記連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されたくさび体と、このくさび体の外周側に設けられ、端末側の後端部に向けて拡径する円錐状中空の内部構造を有するスリーブを有する定着具を前記連続繊維補強材を緊張させた状態で、固定構造物に定着させる連続繊維補強材緊張装置において、
前記スリーブを前記固定構造物側に押圧すると共に前記くさび体が前記連続繊維補強材に沿って往復動自在に移動可能な中空部を有する押圧体と、この押圧体に対し前記スリーブの反対側に配置され、内壁面に突起部が形成された筒状のブラケットと、このブラケット内部を往復動自在に設けられ、前記くさび体の端面に係合すると共に、前記突起部に係合するらせん状の溝を有し、前記連続繊維補強材の軸廻りの回転力を付与する円柱状の回転治具と、前記回転治具の端面を前記固定構造物側に押圧するピストンとを備えている連続繊維補強材緊張装置。
［２］前記溝が前記連続繊維補強材の軸廻りに１周する間の前記連続繊維補強材の軸方向における距離と、前記連続繊維補強材を構成する撚り線が周方向における同じ位置に戻る軸方向の距離が一致している［１］に記載の連続繊維補強材緊張装置。
［３］連続繊維を複合化し、撚り線状に成形した連続繊維補強材の端末に、筒状に形成されると共に、その外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径し、その内壁面に前記連続繊維補強材の外面が転写され、前記連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されたくさび体と、このくさび体の外周側に設けられ、端末側の後端部に向けて拡径する円錐状中空の内部構造を有するスリーブを有する定着具を前記連続繊維補強材を緊張させた状態で、固定構造物に定着させる連続繊維補強材緊張方法において、前記スリーブを前記くさび体が前記連続繊維補強材に沿って往復動自在に移動可能な中空部を有する押圧体により前記固定構造物側に押圧し、この押圧体に対し前記スリーブの反対側に配置され、内壁面に突起部が形成された筒状のブラケットを用い、円柱状の回転治具により前記くさび体の端面に係合すると共に、前記突起部に係合するらせん状の溝を有し、前記連続繊維補強材の軸廻りの回転力を付与し、前記回転治具の端面を前記固定構造物側に押圧する連続繊維補強材緊張方法。
［４］前記溝が前記連続繊維補強材の軸廻りに１周する間の前記連続繊維補強材の軸方向における距離と、前記連続繊維補強材を構成する撚り線が周方向における同じ位置に戻る軸方向の距離が一致している［３］に記載の連続繊維補強材緊張装置。
［５］連続繊維を複合化し、撚り線状に成形した連続繊維補強材の端末に取り付けられ、その外周側に円筒状のスリーブに挿入されることで前記連続繊維補強材を挟持するくさび体において、外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径して形成された筒体と、この筒体の内壁面に設けられ、前記連続繊維補強材の外面が転写され、前記連続繊維補強材の外面と係合する被係合部と、前記筒体に設けられ、外部から前記連続繊維補強材の延設方向廻りの回転力を受ける係合部とを備えているくさび体。
［６］前記係合部は、前記筒体の先端部側の端面に設けられ、周方向に沿って形成された凹凸部を有する［５］に記載のくさび体。

内壁面に連続繊維補強材の外面が転写され、連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されたくさび体を用いた場合でも、くさび体を連続繊維補強材に沿って移動させることで、確実に固定構造物に定着させることができる連続繊維補強材緊張装置が得られる。

Claims (6)

1. 連続繊維を複合化し、撚り線状に成形した連続繊維補強材の端末に、筒状に形成されると共に、その外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径し、その内壁面に前記連続繊維補強材の外面が転写され、前記連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されたくさび体、及び、このくさび体の外周側に設けられ、端末側の後端部に向けて拡径する円錐状中空の内部構造を有するスリーブを有する定着具を前記連続繊維補強材を緊張させた状態で、固定構造物に定着させる連続繊維補強材緊張装置において、
   前記スリーブを前記固定構造物側に押圧すると共に前記くさび体が前記連続繊維補強材に沿って往復動自在に移動可能な中空部を有する押圧体と、
   この押圧体に対し前記スリーブの反対側に配置され、内壁面に突起部が形成された筒状のブラケットと、
   このブラケット内部を往復動自在に設けられ、前記くさび体の端面に係合すると共に、前記突起部に係合するらせん状の溝を有し、前記連続繊維補強材の軸廻りの回転力を付与する円柱状の回転治具と、
   前記回転治具の端面を前記固定構造物側に押圧するピストンとを備えていることを特徴とする連続繊維補強材緊張装置。
2. 前記溝が前記連続繊維補強材の軸廻りに１周する間の前記連続繊維補強材の軸方向における距離と、前記連続繊維補強材を構成する撚り線が周方向における同じ位置に戻る軸方向の距離が一致していることを特徴とする請求項１に記載の連続繊維補強材緊張装置。
3. 連続繊維を複合化し、撚り線状に成形した連続繊維補強材の端末に、筒状に形成されると共に、その外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径し、その内壁面に前記連続繊維補強材の外面が転写され、前記連続繊維補強材の外面と係合する被係合部が形成されたくさび体、及び、このくさび体の外周側に設けられ、端末側の後端部に向けて拡径する円錐状中空の内部構造を有するスリーブを有する定着具を前記連続繊維補強材を緊張させた状態で、固定構造物に定着させる連続繊維補強材緊張方法において、
   前記スリーブを前記くさび体が前記連続繊維補強材に沿って往復動自在に移動可能な中空部を有する押圧体により前記固定構造物側に押圧し、
   この押圧体に対し前記スリーブの反対側に配置され、内壁面に突起部が形成された筒状のブラケットの前記突起部が、前記くさび体の端面に係合する回転治具の外周面に形成されたらせん状の溝に係合しながら前記溝に沿って移動することで、前記回転治具に前記連続繊維補強材の軸廻りの回転力を付与し、
   前記回転治具の端面を前記固定構造物側に押圧することを特徴とする連続繊維補強材緊張方法。
4. 前記溝が前記連続繊維補強材の軸廻りに１周する間の前記連続繊維補強材の軸方向における距離と、前記連続繊維補強材を構成する撚り線が周方向における同じ位置に戻る軸方向の距離が一致していることを特徴とする請求項３に記載の連続繊維補強材緊張方法。
5. 連続繊維を複合化し、撚り線状に成形した連続繊維補強材の端末に取り付けられ、その外周側に円筒状のスリーブが挿入されることで前記連続繊維補強材を挟持するくさび体において、
   外径が引張力を受ける先端部から端末側の後端部にかけて拡径して形成された筒体と、
   この筒体の内壁面に設けられ、前記連続繊維補強材の外面が転写され、前記連続繊維補強材の外面と係合する被係合部と、
   前記筒体に設けられ、外部から前記連続繊維補強材の延設方向廻りの回転力を受ける係合部とを備えていることを特徴とするくさび体。
6. 前記係合部は、前記筒体の先端部側の端面に設けられ、周方向に沿って形成された凹凸部を有することを特徴とする請求項５に記載のくさび体。

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