JP7084768B2 - 緊張材及び緊張材の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、鉱物繊維等の長尺繊維を主材料とする緊張材及び緊張材の製造方法に関するものである。

コンクリート構造物は、緊張材の緊張力によってプレストレスを導入し、補強することが広く行われている。このような構造物を補強する緊張材には、鋼線、鋼より線、鋼棒等のＰＣ鋼材が広く用いられているが、ＰＣ鋼材に代えて繊維を主材料とするＦＲＰ（繊維補強プラスチック）製の緊張材が使用されることがある。

ＦＲＰ製の緊張材は、一般に断面形状がほぼ円形となったロッド状のものであり、緊張力を導入した状態で端部が構造部材等に定着される。ロッド状のＦＲＰ緊張材の定着手段は、例えば特許文献１に開示されるようにくさびを用いるものと、例えば特許文献２に記載されているように緊張材の端部に筒状の金属部材を接合するものとがある。筒状の金属部材は、内側の中空部にＦＲＰ緊張材を挿入し、合成樹脂、モルタル等の充填材を充填して一体にするものである。この筒状の金属部材の外周面に雄ネジを形成し、この雄ネジにねじり合わせて接合した部材をジャッキ等の引張手段によって牽引し、緊張力を導入することができる。また、筒状の金属部材に係合した部材を牽引して緊張力を導入することもできる。

特開平７－３１７２１６号公報 特開２０００－２２０２５４号公報

しかしながら、従来のＦＲＰを主材料とする緊張材には次のような解決が望まれる課題がある。
ＦＲＰを主材料とする緊張材をくさびによって定着するときには、繊維の束であるロッド状のＦＲＰ部材にくさびが強く押し付けられる。これにより繊維に大きな曲率の曲げ変形が生じたり、側方から作用する押圧力の急変部が生じたりして、ロッド状のＦＲＰ部材が、その引張強度より大幅に小さい引張力で破断することがある。このため、くさびを用いた定着手段では、くさびの傾斜角を小さく抑えたり、くさびとＦＲＰ部材との間に応力の集中を緩和する部材を介挿したりする等の対応が必要となっている。

また、充填材の接着力でＦＲＰ部材に筒状部材を接合する緊張材では、筒状部材に雄ネジを形成することによって容易に緊張力の導入が可能である。しかし、筒状部材には雄ネジを形成するための精密な加工が必要となり、製作費用が嵩むことになる。特に、プレテンション方式でコンクリート部材にプレストレスを導入しようとするときには、定着具はコンクリート部材に残らず、切り離される。この定着具の製作には多くの費用が必要となるので再利用することが望まれるが、定着具は充填材でＦＲＰ部材と固着されており、再利用することができない。一方、筒状部材を他の部材に係止して定着する緊張材では、特許文献２に示されるように他の筒状の係合部材にＦＲＰ部材をあらかじめ挿通しておき、その後に定着具を接合することが必要になる。この係合部材をジャッキ等の引張手段に接続して緊張力を導入するものである。したがって緊張材は筒状の係合部材が装着された状態で取り扱うことが必要となり、作業効率は劣るものとなる。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、緊張力の導入及び定着に必要な費用を低く抑えるとともに、確実に定着することができる緊張材及びこの緊張材の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、 非金属繊維を糸状又はひも状にして織られた帯状の部材又は編まれた帯状の部材を、引張力を負担する部材として用いた本体部と、 前記本体部の端部に接着された金属からなる板状の端部材と、を有し、 前記端部材は、引張力を付与する引張手段と接続するための孔、凹部又は凸部を有するものであり、 該端部材は、前記帯状の部材に接着された先端部が、端縁に向かって徐々に厚さが減少するものである緊張材を提供する。

この緊張材では、繊維を主材料とする本体部が帯状となっており、金属からなる板状の端部材と広い面積で接着することができ、強固に接合することができる。そして、端部材をジャッキ等の引張手段と接続して本体部に緊張力を導入することができる。
また、帯状となった本体部は構造部材に貼り付けることができるとともに、コンクリート等に埋め込んで使用することもできる。
一方、端部材は金属からなる板状の部材であり、簡単かつ安価で製作することができるとともに、引張手段と確実に連結することができる。したがって構造部材の製作・補強等を安価に行うことが可能となる。
なお、上記帯状の部材は、帯状に織られた又は編まれたままのもの、繊維間に合成樹脂が含浸されたもの、表面に樹脂等のコーティングが施されたもの、合成樹脂等の薄い部材で被覆されたもの等を含むものである。

また、この緊張材では、端部材と接続する帯状の部材をなだらかに湾曲させて接着することができる。したがって、帯状の部材に曲率の大きい曲げが生じたり、応力の集中が生じたりすることによる繊維の破断を抑制することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の緊張材において、 前記本体部は、複数の前記帯状の部材を重ね合わせて貼り合わされたものであり、 前記端部材は、重ね合わせて接着された前記帯状の部材の間に一部が挟み込まれた状態で接着されているものとする。

この緊張材では、複数の帯状の部材を貼り合わせることによって大きな引張強度を有する緊張材を得ることができるとともに、端部材を帯状の部材の間に挟み込んで強固に接続することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の緊張材において、 前記本体部は、前記帯状の部材の繊維間に合成樹脂が含浸された帯状体を重ね合わせて貼り合わされたものであり、 複数の前記帯状体の最外層に、一方の面が凹凸を有し、他方の面が平滑となった帯状体を用い、 該帯状体は、前記凹凸を有する面を外側にして貼り合わされているものとする。

この緊張材では、最外層の帯状体が外側の面に凹凸を有することによって、コンクリート等に埋め込んだときに、コンクリートとの間に大きな付着力が得られる。また、平滑な面は帯状体を貼り合わすときに、互いに密着させて強固に貼り合わせることができる。

請求項４に係る発明は、請求項２又は請求項３に記載の緊張材において、 前記本体部は、前記端部材が一端に接着された第１部分と、 前記第１部分の他端に接続された第２部分と、を有し、 前記第１部分と第２部分とのいずれか一方の重ね合わされた複数の帯状の部材の間に、他方の端部を挟み込んで接着されているものとする。

この緊張材では、本体部の長さを現場の状況等に応じて適宜に調整して使用することができる。また、本体部をコンクリート等に埋め込んで使用するときには、接続部分が増厚されており、この部分から緊張力がコンクリート等に伝達されて広い範囲にプレストレスが導入される。

請求項５に係る発明は、 非金属繊維を糸状又はひも状にして帯状に織り、又は帯状に編み、 織られた帯状の部材又は編まれた帯状の部材を、平滑な上面を有する製作台の上に敷き載せ、 液状となった合成樹脂を、前記帯状の部材の織り目又は編み目による凹凸が残留する程度まで含浸させ、 前記合成樹脂が硬化して形成された帯状体の凹凸が残留している面を外側に露出して複数の帯状体を重ねて貼り合わせ、 重ね合わせた前記帯状体の端部に、金属からなる端部材を挟み込んで接着する緊張材の製造方法を提供するものである。

この緊張材の製造方法では、一方の面が平滑で他方の面に凹凸を有する帯状体を容易に製作することができる。そして、表面に凹凸を備えてコンクリートとの付着が良好な緊張材を得るとともに、複数の帯状体の間に端部材を挟み込んで、端部材を強固に接続することが可能となる。

以上説明したように、本発明の緊張材では、緊張力の導入及び定着に必要な費用を低く抑えるとともに、確実に定着することができる。また、本発明の緊張材の製造方法では、帯状となった両面に凸部が多数形成され、大きな強度を有する緊張材を製造することができる。

本発明の一実施形態である緊張材の概略側面図及び概略平面図である。 本発明に係る緊張材の使用例及び緊張力を導入する引張手段との接続部を示す概略図である。 図１に示す緊張材の製造方法を示す概略図である。 図１に示す緊張材の本体部を接続して用いるときの接続部の概略図及び引張手段との接続部の他の例を示す概略図である。 本発明に係る緊張材の他の使用例を示す概略側面図である。 本発明の他の実施形態である緊張材の概略側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態である緊張材の概略側面図及び概略平面図である。
この緊張材１は、アラミド繊維と合成樹脂とを主材料とする帯状の本体部２と、この本体部の端部に接合された鋼板からなる端部材３とで主要部が構成されている。

上記本体部２は、アラミド繊維を束ねた紐状体を織って帯状としたものに液状の合成樹脂を含浸させ、合成樹脂が硬化することによって形成された帯状体２１からなるものであり、２枚の帯状体２１，２１を重ねて張り合わせたものである。

上記アラミド繊維は１dtex～１０dtexのものを用いることができる。これらの繊維を１０００本から１００００本程度を束ねて紐状とし、帯状に織るときに軸線方向に連続するたて糸として用いる。アラミド繊維を束ねた紐状体は、繊維が並行するように束ねたものであってもよいし、適度に撚りを入れてもよい。また、横糸としてはアラミド繊維を束ねたものを用いてもよいし、他の繊維を用いることもできる。
織り方は、模紗織り、ラッセル織りなどとすることができ、たて糸として用いるアラミド繊維の束が表面に凹凸を形成するものとなっている。

織られた帯状の部材は、幅が３０ｍｍ～１００ｍｍ程度とするのが望ましく、１枚の帯状の部材に用いるアラミド繊維の量は、２００ｇ／ｍ2～２０００ｇ／ｍ2程度とすることができる。

アラミド繊維を織った帯状の部材に含浸させる合成樹脂は、エポキシ樹脂を用いることができる。この他、ポリエステル系、ビニルエステル系、フェノール系、ポリイミド系等の熱硬化性の樹脂、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリアミド系、ポリエステル系等の熱可塑性の樹脂を用いることもできる。

織られたアラミド繊維に合成樹脂が含浸され、硬化した帯状体２１は、一方の面が含浸された合成樹脂により平坦で滑らかとなっている。他方の面はアラミド繊維を紐状に束ねた紐状体の織り目によって凹凸が形成されている。この凹凸は、織られた帯状の部材に液状の合成樹脂を含浸させるときに、アラミド繊維の束には合成樹脂が含浸されてそれぞれの繊維を被覆するが、紐状体の織り目による凹凸が残留する程度に、含浸させる合成樹脂量を調整して形成されたものである。

上記本体部２は、一方の面が平滑で他方の面に凹凸が形成された帯状体２１を、平滑面が対向するように２枚を重ね合わせ、接着剤で接着したものである。したがって、本体部２の両面には凹凸が形成され、２枚の帯状体２１，２１の平滑な面を当接して強固に接着されたものとなっている。

上記端部材３は、矩形の鋼板からなるものであり、短辺が帯状体２１の幅よりやや大きくなっており、長辺を上記帯状体２１の軸線方向にして接合されたものである。この端部材３の帯状体２１と接続される側の端部は、徐々に厚さを減少するように切削されており、なだらかな曲面３１が形成されている。帯状体２１は、貼り合わされた２枚の間に上記端部材３を挟み込み、切削されて形成された曲面３１に密着するように貼り合わされている。また、この端部材３の他方の端部付近には、緊張力を付与するジャッキと接続するためのボルト孔３２が形成されている。

このような緊張材１は、例えば次のように用いることができる。
図２（ａ）は、本発明に係る緊張材を用い、プレテンション方式でプレストレスが導入されたコンクリート部材の製造方法を示す概略図である。
緊張材１は、図２（ａ）に示すようにコンクリート部材の製作ヤードに所定の間隔をおいて設置された２つのアンカーブロック１１，１１間に張架される。そして、所定の緊張力が導入された状態でアンカーブロック１１，１１に定着される。この張架された緊張材１が貫通するように型枠１２が組み立てられ、帯状の緊張材１を埋め込むようにコンクリートが打設される。
コンクリートが硬化した後、アンカーブロック１１，１１の定着部で緊張力を解放するとともに、型枠１２を撤去する。そして、コンクリート部材の端部で緊張材１を切断してプレテンション方式のプレストレストコンクリート部材とするものである。

上記緊張材１は、図２（ｂ）に示すように端部材３が接続部材１３を介して鋼棒１４と接続され、この鋼棒１４にセンターホールジャッキ（図示しない）を装着して緊張力の導入及びアンカーブロック１１への定着が行われる。
緊張材の端部材３を鋼棒１４と接続するための接続部材１３は、鋼からなる部材であって、箱状部１３ａと、この箱状部１３ａから本体部２の軸線方向に突き出した板状部１３ｂとを有するものである。板状部１３ｂにはボルト孔が形成されており、板状部１３ｂと端部材３とは緊張材１の軸線方向に配列し、双方の両側に添接板１５を当接して接合される。添接板１５には端部材３のボルト孔及び板状部１３ｂのボルト孔に対応する位置に貫通孔が設けられており、添接板１５と端部材３を貫通するボルト１６及び添接板１５と板状部１３ｂを貫通するボルト１７を締め付けて接合することができる。一方、箱状部１３ａの板状部が突き出した位置の反対側には貫通孔が形成されており、鋼棒１４はこの貫通孔に挿通し、ねじり合わされたナット１８を箱状部１３ａに係止することによって接続される。

次に、上記緊張材の製造方法について説明する。
アラミド繊維を織った帯状の部材２２は、図３（ａ）に示すように平滑な面を有する製作台１９上に載せ置き、この上でエポキシ樹脂を含浸させる。エポキシ樹脂は、未硬化の状態でアラミド繊維のそれぞれの間に入り込み、すべての繊維と密着して固めることができる程度に流動性の良好なものを用いる。そして、帯状の部材２２の上面にはアラミド繊維を束ねた紐状体の織り目による凸部２２ａが多数生じているが、これらの凸部２２ａにもエポキシ樹脂が含浸された状態で、凸部２２ａの形状が残留する量に含浸量を調整する。つまり、表面に形成されている凹部に液状のエポキシ樹脂が溜まらない状態で、凸部２２ａと凹部とが生じる程度に含浸させる。この状態でエポキシ樹脂を硬化させることにより、下面は平坦な製作台１９の上面に沿って平滑となり、上面にはアラミド繊維の束の織り目による凹凸が生じた帯状体２１を形成することができる。
なお、このように帯状体２１を製作するための製作台１９の上面は、帯状の部材の端部が載せ置かれる位置１９ａに、端部材３の厚さ及び切削された曲面３１に対応して膨らんだ部分を有するものが望ましい。

このように形成された２枚の帯状体２１，２１は、図３（ｂ）に示すように平滑な面２１ｂ，２１ｂを対向させ、接着剤を用いて貼り合わせる。そして、端部には端部材３を挟み込み、接着剤で接着することにより緊張材１を製作することができる。接着剤はエポキシ樹脂を用いるのが望ましいが、帯状体２１及び端部材３を強固に接着することができる他の接着剤を用いることもできる。

なお、上記緊張材１の本体部２は、両端に接合された２つの端部材間で連続して帯状に織られた部材を用いているが、図４（ａ）に示す緊張材４のように２つの端部材間で接続されたものであってもよい。
この緊張材４の本体部５は、第１部分５ａの一端に端部材６が接合され、他端に第２部分５ｂの一端が接続されている。第１部分５ａと第２部分５ｂとの接続は、第２部分５ｂを構成する２つの帯状体５１，５１を貼り合わせるときに、第１部分５ａの他端を挟み込んで接着したものである。挟み込まれる第１部分５ａの端部は、端部材６と同様に端縁に向かって厚さが徐々に減少するように形成されており、第２部分５ｂの端部はなだらかな曲面を形成して第１部分５ａの端部の外面に貼り付けられている。

一方、端部材と鋼棒とを接続する態様も、図２（ｂ）に示すものに限定されるものではなく、適宜に設計することができるものであり、例えば図４（ｂ）に示すような態様であってもよい。
この接続構造では、板状となった端部材７が両面に凸部７ａを有している。そして、鋼棒４１に装着された鋼プレート４２と上記凸部７ａとに一対の接続部材４３の両端部が係止され、双方が接合されるものとなっている。接続部材４３は緊張材の軸線方向における両端部にかぎ型に曲折された係止部４３ａを有するものであり、これらの係止部４３ａが端部材７の凸部７ａ及び鋼プレート４２に係止される。一対の接続部材４３はボルト４４によって連結され、接続部材４３と凸部７ａ及び接続部材４３と鋼プレート４２との係止が外れないように拘束するものとなっている。

図５は、本発明に係る緊張材の他の使用例を示す概略図である。
本発明に係る緊張材８は、図５（ａ）に示すようにコンクリート部材６１又は木部材の表面に沿うように配置し、これらの構造部材の補強等を行うために使用することもできる。本使用例では、コンクリート部材６１に固定されたボルト６２によって端部材１０を該コンクリート部材６１に定着している。ボルト６２は、コンクリート部材６１に穴を切削し、挿入されたボルト６２と穴の内面との間に合成樹脂６３、モルタル等を充填して固定されたものである。また、補強しようとする構造部材が木部材であるときには、端部材を木部材にねじ込んだビス又はラグスクリュー等によって定着することができる。また、木部材を貫通するボルトを用いることもできる。

なお、このように構造部材の表面に沿って緊張材８を配置するときには、図５（ａ）に示すように貼り合わせて本体部９となる２枚の帯状体９１ａ，９１ｂが、端部材１０を挟み込んだ端部で一方が平坦となるように接着するのが望ましい。つまり端部材１０は一方の面のみを切削して厚さが端縁に向かって低減されるものとし、一方の帯状体９１ｂのみが曲面を形成するようにして接着されたものである。このように一方の帯状体９１ａの外面を平坦にすることによって、本体部９をコンクリート部材６１の表面に接触するように配置することができる。そして、合成樹脂等の接着剤によって本体部９とコンクリート部材６１とを全長にわたって、又は全長の一部を接着することができる。

図５（ｂ）は、構造部材にスリットを設け、このスリット内に本発明に係る緊張材１を配置した例を示すものである。本例は、木部材７１にスリット７２を切削し、このスリット７２内に緊張材１を配置したものである。スリット７２は本体部２に端部材３が接続された部分の厚さより大きな幅で、緊張材１の幅より深く切削されたものである。スリット７２内に配置した緊張材１は、木材を貫通するように形成されたピン孔に固定用ピン７３を挿入するとともに、端部材３に設けられたボルト孔３２に挿通することによって端部材３を木部材７１に定着することができる。

図６は、本発明に係る緊張材の他の実施形態及び本発明に係る緊張材と同様に用いることができる緊張材を示す概略側面図である。
図６（ａ）は本発明に係る緊張材と同様に用いることができる緊張材を参考として示すものであり、この緊張材８１は、１枚の帯状体８２ａを本体部８２としたものであり、端部材８３は２枚の鋼板を重ね合わせたものを用いている。この端部材８３は、本体部８２を構成する帯状体８２ａの端部を２枚の鋼板の一端が挟み込むように接合されたものである。帯状体８２ａを挟み込んだ先端部８３ａは、互いの間隔を徐々に拡大するように曲げ加工がされている。これにより本体部８２である帯状体８２ａと鋼板とは徐々に離隔するものとなっており、帯状体８２ａに作用する引張力が急変するのを緩和するものとなっている。また、２枚の鋼板の他端付近は互いに接合され、２枚を貫通するようにボルト孔８３ｂが形成されている。これらのボルト孔に挿通されるボルト等により接続部材と連結し、図１に示す緊張材と同様に緊張力を導入して使用することができるものである。

図６（ｂ）に示す緊張材８４は、本発明の他の実施形態であって、図６（ａ）に示す緊張材８１と同様に一枚の帯状体８５ａを本体部８５としたものであるが、本例では端部材８６として一枚の鋼板を用いており、鋼板の片面に帯状体８５ａの端部を接着剤で貼り付けている。本体部８５に導入される緊張力が小さいときに用いることができるものであり、図１に示す緊張材と同様に、コンクリートに埋め込んで、又は構造部材の表面に配置し、貼り付けて用いることができるものである。

本発明は、以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜に変更して実施することができるものである。例えば、本体部に用いる繊維は、上記実施の形態でアラミド繊維を用いているが、これに限定されるものではなく、炭素繊維、ガラス繊維、岩石等を繊維に加工した鉱物繊維、アラミド以外の合成繊維を用いるものであってもよい。また、これらの繊維を束ねて織ったものに限定されず、帯状に編み上げたものであってもよく、平たく編んだ組紐いわゆる平組紐とすることもできる。一方、端部材の形状、寸法等は適宜に設計することができ、本体部として重ね合わせる帯状体の数等についても適宜に選択することができる。

１：緊張材， ２：緊張材の本体部， ３：端部材， ４：緊張材， ５：緊張材の本体部， ５ａ：本体部の第１部分， ５ｂ：本体部の第２部分， ６：端部材， ７：端部材， ７ａ：端部材に設けられた凸部， ８：緊張材， ９：緊張材の本体部， １０：端部材，
１１：アンカーブロック， １２：型枠， １３：接続部材， １３ａ：接続部材の箱状部， １３ｂ：接続部材の板状部， １４：鋼棒， １５：添接板， １６，１７：ボルト， １８：ナット， １９：製作台， １９ａ：帯状の部材の端部が載せ置かれる位置，
２１：本体部を構成する帯状体， ２２：織られた帯状の部材， ２２ａ：帯状の部材の凸部，
３１：端部材に形成された曲面， ３２：ボルト孔，
４１：鋼棒， ４２：鋼プレート， ４３：接続部材， ４３ａ：接続部材の係止部，
４４：ボルト，
５１：本体部を構成する帯状体，
６１：コンクリート部材， ６２：ボルト， ６３：充填された合成樹脂，
７１：木部材， ７２：木部材に設けられたスリット， ７３：固定用ピン，
８１：緊張材， ８２：緊張材の本体部， ８２ａ：帯状体， ８３：端部材， ８３ａ：端部材の先端部， ８３ｂ：ボルト孔， ８４：緊張材， ８５：緊張材の本体部，
８５ａ：帯状体， ８６：端部材，
９１ａ：端部が平坦な帯状体， ９１ｂ：端部が曲面となった帯状体

Claims (5)

1. 非金属繊維を糸状又はひも状にして織られた帯状の部材又は編まれた帯状の部材を、引張力を負担する部材として用いた本体部と、
   前記本体部の端部に接着された金属からなる板状の端部材と、を有し、
   前記端部材は、引張力を付与する引張手段と接続するための孔、凹部又は凸部を有するものであり、
   該端部材は、前記帯状の部材に接着された先端部が、端縁に向かって徐々に厚さが減少するものであることを特徴とする緊張材。
2. 前記本体部は、複数の前記帯状の部材を重ね合わせて貼り合わされたものであり、
   前記端部材は、重ね合わせて接着された前記帯状の部材の間に一部が挟み込まれた状態で接着されていることを特徴とする請求項１に記載の緊張材。
3. 前記本体部は、前記帯状の部材の繊維間に合成樹脂が含浸された帯状体を重ね合わせて貼り合わされたものであり、
   複数の前記帯状体の最外層に、一方の面が凹凸を有し、他方の面が平滑となった帯状体を用い、
   該帯状体は、前記凹凸を有する面を外側にして貼り合わされていることを特徴とする請求項２に記載の緊張材。
4. 前記本体部は、前記端部材が一端に接着された第１部分と、
   前記第１部分の他端に接続された第２部分と、を有し、
   前記第１部分と第２部分とのいずれか一方の重ね合わされた複数の帯状の部材の間に、他方の端部を挟み込んで接着されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の緊張材。
5. 非金属繊維を糸状又はひも状にして帯状に織り、又は帯状に編み、
   織られた帯状の部材又は編まれた帯状の部材を、平滑な上面を有する製作台の上に敷き載せ、
   液状となった合成樹脂を、前記帯状の部材の織り目又は編み目による凹凸が残留する程度まで含浸させ、
   前記合成樹脂が硬化して形成された帯状体の凹凸が残留している面を外側に露出して複数の帯状体を重ねて貼り合わせ、
   重ね合わせた前記帯状体の端部に、金属からなる端部材を挟み込んで接着することを特徴とする緊張材の製造方法。

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