JPH071435A - プレストレスト合成版 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 二方向性をもつ面材である鋼板を緊張して、
コンクリートにプレストレスを導入する二方向の面材補
強方式を基本原理として得られるプレストレスト合成版
を提供すること。 【構成】 強度部材兼型枠となる平面状若しくは曲面状
の鋼板の上面に、スタッドジベルを前後左右の二方向性
のせん断伝達機能を具備すべく取付け、鋼板に緊張力を
与えた状態で、同鋼板上にモルタルやコンクリート等を
打設し、同コンクリート等の硬化後に鋼板の緊張力を解
除して、同コンクリート等にプレストレスを導入した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二方向性をもつ面材で
ある鋼板を緊張して、コンクリートにプレストレスを導
入する二方向の面材補強方式を基本原理として得られる
プレストレスト合成版に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、緊張させたＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒
（以下ＰＣ鋼材という）の線材の収縮力を利用して、コ
ンクリート版にプレストレスを導入するプレストレスト
コンクリート工法（以下「ＰＣ工法」という）があり、
かかるＰＣ工法は一方向の線材補強方式を基本原理とし
ている。

【０００３】そして、かかるＰＣ工法では、コンクリー
ト内に埋設した中空カプラー内にＰＣ鋼材を挿通し、同
ＰＣ鋼材の両端部を、緊張させた後にアンカー用の定着
金具によりコンクリート端面に定着させて、同ＰＣ鋼材
の収縮力によりコンクリート版にプレストレスを導入す
るポストテンショニング方法や、緊張させたＰＣより線
鋼材をコンクリート版内に直接埋設し、同ＰＣより線鋼
材への緊張力を、固化したコンクリート版に付着させた
後に解除して、コンクリート版にプレストレスを導入す
るプレテンショニング方法等が多く採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ＰＣ工
法により得られるコンクリート版の場合、以下のような
問題点を有している。

【０００５】すなわち、かかるコンクリート版では、コ
ンクリートに対するＰＣ鋼材量が、ＰＣ鋼材の端部定着
やかぶり等の制約から断面積比で高々１〜３％に止まっ
ており、そのために初期プレストレスは9000〜15000 ｋ
ｇ／ｃｍ² の高応力レベルが必要となる。このため引張
強度が15000 〜20000 ｋｇ／ｃｍ² の高張度ＰＣ鋼材が
開発使用されてきたが、かかる高張度ＰＣ鋼材は、耐熱
性に劣るため、溶接工法が適用不可能であり、かつ靭性
が無いために、同高強度ＰＣ鋼材を使用した構築物は耐
震性に劣るという問題点を有している。

【０００６】一方、端部の定着やかぶり量の寸法制約、
及び押抜きせん断破壊の防止上、床版等には一定の版厚
が必要とされ、軽量化に限界を有している。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明では、強
度部材兼型枠となる平面状若しくは曲面状の鋼板の上面
に、スタッドジベルを前後左右の二方向性のせん断伝達
機能を具備すべく取付け、鋼板に緊張力を与えた状態
で、同鋼板上にモルタルやコンクリート等を打設し、同
コンクリート等の硬化後に鋼板の緊張力を解除して、同
コンクリート等にプレストレスを導入し、鋼板の溶接を
可能にしたことを特徴とするプレストレスト合成版を提
供せんとするものである。

【０００８】また、鋼板の端部にくさび状の鋼なずれ止
めアンカーを取付けたことにも特徴を有する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。

【００１０】図１は、本発明に係るプレストレスト合成
版Ａ（以下、単に「合成版Ａ」という）の一部切欠平面
図、図２は、同断面正面図、及び、図３は、同断面側面
図である。

【００１１】かかる合成版Ａは、図１〜図３に示すよう
に、強度部材兼型枠となる平面状の鋼板１の上面に、多
数個のスタッドジベル２を前後左右の各幅方向に一定の
間隔を開けて溶接すると共に、鋼板１の端部にくさび状
の鋼なずれ止めアンカー３を溶接し、さらに、鋼板１の
直上方に一定の間隔を開けて主鉄筋４を格子状に枠組み
形成して配置し、鋼板１と主鉄筋４とに、前後幅方向と
左右幅方向へ緊張力を順次、又は同時に与えた状態で、
同鋼板１上にモルタルやコンクリート５等を主鉄筋４が
コンクリート５等の上部に位置するように打設し、同コ
ンクリート５等の硬化後に鋼板１と主鉄筋４の緊張力を
解除して、同コンクリート５等にプレストレスを導入し
て製造したものである。

【００１２】ここで、初期導入プレストレスとしての緊
張力が、2000〜3500kg／ｃｍ² の応力レベルであれば、
鋼板１やすべり止めアンカー３や主鉄筋４としては、Ｊ
ＩＳ規格の溶接構造用圧延鋼材であるＳＭ４１材（降伏
応力бｙ＞2400kg／ｃｍ² ）、ＳＭ５０材（降伏応力б
ｙ＞3200kg／ｃｍ² ）、ＳＭ５８材（降伏応力бｙ＞46
00kg／ｃｍ² ）等を適宜使用することができる。

【００１３】また、スタッドジベル２は、上記したよう
に、鋼板１の上面に前後左右の各幅方向に一定の間隔を
開けて溶接して、前後左右の二方向性のせん断伝達機能
を具備させている。

【００１４】ずれ止めアンカー３は、図４及び図５にも
示すように、横長矩形板状のアンカー本体3aと、同アン
カー本体3aを支持する脚部3bとから形成し、アンカー本
体3aと鋼板１との間に一定角度θ（例えば、７０度）の
くさび状空間Ｓが形成されるように、同アンカー本体3a
を脚部3bにより傾斜状態に取付け可能に形成している。

【００１５】そして、ずれ止めアンカー３のずれ止め高
さＨや脚長Ｌは、鋼板１の大きさ、スタッドジベル２同
士の間隔、合成版Ａ自体の肉厚等に応じて任意に設定す
ることができる。

【００１６】このようにして、鋼板１上に打設したコン
クリート５等がずれ止めアンカー３のアンカー本体3aと
鋼板１との間に形成されるくさび状空間Ｓ内に充填され
ると共に、くさび形状に硬化して、コンクリート５等と
鋼板１とのずれ変形による応力のにげを拘束して、鋼板
１の周縁部の応力損失を防止することができるようにし
ている。

【００１７】次に、供試体を用いて一軸プレストレス導
入実験を行なった結果について説明する。

【００１８】供試体は、図６及び図７にそれぞれ示す二
種類のタイプＰ、Ｑについて、表１に示す四種類（供試
体ａ，ｂ，ｃ，ｄ）のものを製作した。

【００１９】

【表１】

【００２０】そして、鋼板１は、タイプＰにはＳＳ４
１、タイプＱにはＳＭ５３のそれぞれ板厚６ｍｍのもの
を使用し、スタッドジベル２は、直径１３ｍｍのものを
使用し、主鉄筋４はＳＤ３５のＤ２５を使用した。

【００２１】図６中、L1は1200ｍｍ、L2は1000ｍｍ、H1
は80ｍｍ、H2は 120ｍｍ、H3は 160ｍｍ、W1は 140ｍ
ｍ、W2は 120ｍｍ、W3は 200ｍｍである。

【００２２】図７中、L3は1250ｍｍ、L4は 260ｍｍ、L5
は 600ｍｍ、L6は 120ｍｍ、H4は80ｍｍ、H5は 120ｍ
ｍ、H6は 200ｍｍ、W4は 140ｍｍ、W5は 120ｍｍ、W6は
200ｍｍである。

【００２３】各供試体ａ，ｂ，ｃ，ｄは、鋼板１と主鉄
筋４を所定の初期緊張応力（1800〜2600kg／ｃｍ² ）で
緊張した後に固定し、コンクリートを打設した。

【００２４】そして、材令７日間で緊張を解除し、コン
クリート５にプレストレスを導入した。コンクリート
は、水セメント比が３７％で、細骨材率が４７％のもの
を使用した（設計基準強度600kg ／ｃｍ² ）。なお、コ
ンクリート５には、クリープ・乾燥収縮を低減すべく収
縮低減剤（藤沢薬品製「ヒビガード」（商品名））をセ
メント重量比で４％混入した。

【００２５】〔実験１〕図８は、初期緊張力解除時に伴
う鋼板１の損失応力の軸方向分布を示すものである。

【００２６】ここで、損失応力とは、供試体中央点にお
いて緊張解除による鋼板１の変形量とコンクリート５の
下縁の変形量とが等しいという仮定のもとに、鋼板１の
軸線方向の各点の変形量から、供試体中央点の変形量を
差し引いて算出したものである。

【００２７】両供試体ａ，ｂ共に、端部から４０ｃｍ以
上の点では損失応力は略７５０ｋｇ／ｃｍ² であり、所
定のプレストレスが導入されている。

【００２８】そして、供試体ａでは、端部から４０ｃｍ
までの範囲で鋼板１の応力損失が生じており、その値も
４０ｃｍの点から端部にかけて漸次増大しており、プレ
ストレス損失、すなわち、伝達長が４０ｃｍ程度である
ことがわかる。

【００２９】一方、供試体ｂでは、全長にわたって鋼板
１の損失応力が略７５０ｋｇ／ｃｍ² であり、ずれ止め
アンカー３によるずれ止め機能が効果的に生起されてい
ることがわかる。

【００３０】図９は、コンクリート５の下縁の応力分布
を示すものである。

【００３１】供試体ａ，ｂ共に、端部から３０ｃｍ以上
では同程度の応力が導入されているが、端部から２０ｃ
ｍの個所では、供試体ｂには供試体ａの約１．２倍の応
力が導入されており、ずれ止めアンカー３の効果がみら
れる。

【００３２】図１０（イ）（ロ）は、各供試体ａ、ｂの
コンクリート５のひずみ分布を示すものである。

【００３３】供試体ａ、ｂ共に、コンクリート５のひず
み分布に大差はないが、コンクリート５の下縁と鋼板１
の減少ひずみを比較すれば、端部ではずれ止めアンカー
３による改善がみられる。

【００３４】〔実験２〕供試体ｃ，ｄとにより、ずれ止
めアンカー３の高さＨによる影響を調べた。

【００３５】図１１〜図１３は、供試体ｃ、ｄについて
実験した前記実験１と同様のグラフである。

【００３６】図１１より、損失応力は、供試体ｄが供試
体ｃよりも小さく、ずれ止めアンカー３の高さＨを高く
するほど応力損失を抑える効果が大きいことがわかる。

【００３７】これに対し、図１２により、コンクリート
５の下縁には、反対に供試体ｃの方が供試体ｄよりも大
きなプレストレスが導入されている。

【００３８】しかし、図１３（イ）（ロ）からわかるよ
うに、供試体ｃは、コンクリート５の上面にかなり大き
な引張力が生じており、ずれ止めアンカー３の高さＨが
低いと、当然のことながら、偏心が大きくなることがわ
かる。

【００３９】一方、供試体ｄでは、ずれ止めアンカー３
に作用する水平力が大きくなるために、鋼板１に大きな
曲げ変形が生じた。

【００４０】これにより、ずれ止めアンカー３の高さＨ
は、本実験の条件下では、４ｃｍ〜８ｃｍの間に最適高
さＨが存在することがわかった。

【００４１】次に、他の実施例としての合成版Ａについ
て説明する。

【００４２】図１４に示す合成版Ａは、鋼板１を曲面状
に形成したものであり、かかる合成版Ａを応用して、図
１５に示す筒状シェルＢ等を容易に構築することができ
る。

【００４３】本発明の実施例は上記のように構成してい
るものであり、本発明に係る合成版Ａは、以下のような
（イ）力学特性、（ロ）施工性・製作性、（ハ）維持・
管理、（ニ）経済性、（ホ）応用性を有する。

【００４４】（イ）力学特性 スタッドジベル２とずれ止めアンカー３を併用するこ
とによって、プレストレスが効果的に働き、曲面合成版
Ａの剛性、耐力とも優れた力学特性を発揮せしめる。

【００４５】スタッドジベル２とずれ止めアンカー３
の組合せ方式は、二方向のせん断抵抗特性を有するため
の床版や床版橋の二方向ずれ止めとして極めて有効であ
る。

【００４６】合成版Ａは、ＲＣ桁やＲＣ床版、さらに
はＰＣ桁やＰＣ床版に比べ桁高や板厚を小さくでき、軽
量化が可能である。

【００４７】スタッドジベル２が、鋼板１とコンクリ
ート５相互間に働くアップリフト力に抵抗するため、鋼
板１とコンクリート５の付着力や摩擦力を生じさせ、相
互の一体性を高め得る。

【００４８】鋼板１が高い延び能力を有し、合成版と
して耐震性に優れている。

【００４９】スタッドジベル２とずれ止めアンカー３
を介してコンクリート５に導入されるプレストレス力が
クラックの発生を抑え、共用時において全断面有効の設
計ができるなど、従来のＲＣを原理とする合成版構造に
比して優れている。

【００５０】（ロ）施工性・製作性 合成版Ａの鋼板１は、溶接出来るので、プレキャスト
された合成版Ａ同士を簡単に現場で接合することができ
る。

【００５１】コンクリート５の外表面に、鋼板１がス
タッドジベル２を介して面的に接し固定化されているた
め、鋼板１側のかぶりを必要とせず、その制約もない。

【００５２】現場での主な配筋作業が省かれ、熟練配
筋工が不要となり、工期が大幅に短縮できる。

【００５３】従来のＲＣ版やＰＳ版、合成版に比べ、
より高強度化，軽量化されたプレキャスト版や梁が製作
出来るので、現場施工が容易となる。

【００５４】スタッドジベル２が、圧縮鉄筋と同程度
の断面諸元を有する線材であるため、コンクリート５が
打ち込み易く、分離・ブリージング等による悪影響の少
ない均一なコンクリートができる。

【００５５】（ハ）維持・管理 昨今、社会的問題となっているコンクリート床版の陥
没、コンクリート塊の抜け落ちによる二次災害が鋼板に
よって防止され、維持、管理が容易となる。

【００５６】コンクリートにプレストレス力が導入さ
れるため、コンクリートにクラックが生じにくく、鋼板
内面の防錆効果も高くなる。特に、鋼板に耐候性鋼材を
使用すれば耐久性が一層高められ、全体として維持、管
理がさらに容易となる。

【００５７】（ニ）経済性 桁高、版厚を小さくでき自重を軽減できるため、下部
工を小さくでき、また取付道路の土工量も少なくてす
み、全体の工費を節減できる。

【００５８】型枠作業、配筋作業および架設ベイント
などが大幅に省略でき、それらの工費の節減と工期の短
縮に伴う経済性のメリットが大きい。

【００５９】（ホ）応用性 一方向性の桁として応用できる。

【００６０】二方向の剛性を有するため、曲線床版橋
や拡幅部の複雑な平面形状を有する床版橋にも広く適応
できる。

【００６１】桁高制限のある橋梁に適用できる。

【００６２】Ｉ桁橋、箱桁橋など各種橋梁の床版の新
設・架替に活用でき、交通を昼間通過させながら夜間迅
速に床版を敷設することができる。

【００６３】スタッドジベル２とずれ止めアンカー３
との組合せ構造の優れた力学性により、穴あき合成版の
製造が可能となり、しかも、耐震性を要求される高橋脚
や吊橋、斜張橋の主塔のみならず、建築の床、各種タワ
ー、曲面版で構成されるサイロ、あるいは水密性が要求
されるバージ船やケーソン構造、箱型の消波ケーソン等
の海洋構造物等、広い範囲にわたる合成構造物への適用
も可能である。

【００６４】

【発明の効果】本発明では、二方向性をもつ面材である
鋼板を緊張してコンクリートにプレストレスを導入する
二方向の面材補強方式を基本原理としているために、以
下のような効果が得られる。

【００６５】すなわち、コンクリートの外表面に、鋼板
がスタッドジベルを介して面的に固定化されているた
め、鋼板側のかぶりは必要とせずその制約もない。

【００６６】しかも、スタッドジベルは、二方向性のせ
ん断伝達機構を有し、鋼板からコンクリートへ力をスム
ーズに伝達するため、プレストレスに対しても同様なは
たらきをする。鋼板端部に従来の線材補強方式のような
特別な定着（金具）装置を必要としない。

【００６７】従って、本発明に係るプレストレスト合成
版では、コンクリートに対する使用鋼材量が、断面積比
で３〜１０％と設計の自由度が大きく、例えば、橋梁等
の床版として利用する場合、導入する必要初期導入プレ
ストレストは、2000〜3500kg／ｃｍ² の低応力レベルで
十分であり、耐熱性や靭性に優れた鋼材の利用が可能と
なるために、構造物の耐震性を確保できるとともに溶接
が可能な構造体である。また、中央部に穴を有するプレ
ストレスト合成版を製造することもできる。

【００６８】また、鋼板の端部にくさび状の鋼なずれ止
めアンカーを取付けた場合には、鋼板上に打設したコン
クリート等がずれ止めアンカー中にてくさび形状に硬化
して、同コンクリート等と鋼板とのずれ変形による応力
のにげをずれ止めアンカーにより防止することができる
ために、鋼板の端部の応力損失を大幅に防止することが
できる。

【００６９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプレストレスト合成版の一部切欠
平面図。

【図２】同断面正面図。

【図３】同断面側面図。

【図４】ずれ止めアンカーの側面図。

【図５】同ずれ止めアンカーの一部平面図。

【図６】供試体のタイプＰの平面図と正面図。

【図７】供試体のタイプＱの平面図と正面図。

【図８】鋼板の損失応力を示すグラフ。

【図９】コンクリートの下縁応力を示すグラフ。

【図１０】コンクリートのひずみ分布を示すグラフ。

【図１１】鋼板の損失応力を示すグラフ。

【図１２】コンクリートの下縁応力を示すグラフ。

【図１３】コンクリートのひずみ分布を示すグラフ。

【図１４】他の実施例としてのプレストレスト合成版の
斜視図。

【図１５】同合成版を利用して構築した筒状シェルの一
部切欠斜視図。

【符号の説明】

Ａ プレストレスト合成版 １ 鋼板 ２ スタッドジベル ３ ずれ止めアンカー ４ 主鉄筋 ５ コンクリート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000237134 株式会社富士ピー・エス 福岡県福岡市中央区天神２丁目12番１号 天神ビル内 (71)出願人 000112196 株式会社ピー・エス 東京都千代田区丸の内３丁目４番１号 (71)出願人 592173124 株式会社東京鐵骨橋梁製作所 東京都港区芝浦４丁目18番32号 (71)出願人 592173135 横河工事株式会社 東京都北区西ケ原１丁目46番13号 (72)発明者 太田 俊昭 福岡県福岡市東区舞松原２丁目15番16号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強度部材兼型枠となる平面状若しくは曲
   面状の鋼板の上面に、スタッドジベルを前後左右の二方
   向性のせん断伝達機能を具備すべく取付け、鋼板に緊張
   力を与えた状態で、同鋼板上にモルタルやコンクリート
   等を打設し、同コンクリート等の硬化後に鋼板の緊張力
   を解除して、同コンクリート等にプレストレスを導入し
   たことを特徴とするプレストレスト合成版。
2. 【請求項２】 鋼板の端部にくさび状の剛なずれ止めア
   ンカーを取付けたことを特徴とする請求項１記載のプレ
   ストレスト合成版。