JPWO2011019075A1 - 繊維強化プラスチック製の線条体の端末定着構造および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
FRPケーブルは,その長手方向への引っ張りについてPC鋼撚線と同等の高い強度を有する一方,局部的なせん断力や表面のキズなどに対しては弱い。このため,PC鋼撚線と同じようにくさびを直接にかませてその端末部にソケットを固定すると,せん断破壊による切断や表層破壊によるすべりが発生し,ケーブルとソケットの高い定着効率を得ることができない。
ソケットの定着部(固定部)において,ケーブルに局部的にせん断力が集中しないようにするために,従来では,ソケットにケーブルの末端を挿入した後,ケーブルとソケットの間の空隙に熱硬化性樹脂を充填して硬化させたり,熱硬化性樹脂に代えて膨張剤を充填し,膨張剤の膨張圧によってケーブルとソケットと一体化させたりしている(たとえば,特開平1−272889号公報)。
しかしながら,熱硬化性樹脂および膨張剤のいずれについても,充填から硬化または膨張までにある程度の時間がかかる。また,硬化または膨張中に厳密な温度管理が必要とされるので,専用装置およびスペースが必要とされる。工事現場等においてケーブル末端にソケットを固定するのは難しく,工場等において事前に固定することが必要とされる。
繊維強化プラスチック製線条体は,炭素繊維,ガラス繊維,ケプラ繊維等の繊維材料と,エポキシ樹脂,ポリアミド樹脂,フェノール樹脂等の樹脂材料とを複合(混合)させた素材を,線条に形成したものである。線条体は長手方向にほぼ一様な断面形状を有し,長さが径に比べて長い。線条体にはケーブル,ロープ,ロッドなどが含まれる。
この発明による繊維強化プラスチック製線条体の端末定着構造は,繊維強化プラスチック製の線条体の端末部分に,表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートが被せられ,さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブが被せられており,上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分が,端末ソケット内にくさびによって挟まれて固定されていることを特徴とする。
この発明による繊維強化プラスチック製線条体の端末定着方法は,繊維強化プラスチック製の線条体の端末部分に,表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートを被せ,さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブを被せ,上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分をくさびに挟み込み,これを端末ソケット内にくさび止めするものである。
繊維強化プラスチック製線条体の末端部分は端末ソケット内にくさび止めされる。たとえば,長手方向に半割りにされたくさび(2つの半体)に繊維強化プラスチック製線条体の末端部分が挟み込まれ,これが端末ソケットに押し入れられる。端末ソケットはくさびに対応する形状の中空を持つのは言うまでもない。繊維強化プラスチック製線条体の末端部分が挟み込まれたくさびが端末ソケットの中空にきつく押し込まれ,これにより繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に,端末ソケットが定着(固定)される。
この発明によると,くさび止めされる繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に摩擦シートが被せられ,さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブが被せられているので,くさびによる繊維強化プラスチック製線条体への局部的なせん断力が摩擦シートおよびブレードネットチューブによって分散(緩衝)される。繊維強化プラスチック製線条体が端末ソケットの位置(くさびの位置)において断線しにくくなり,高い定着効率(引張り強度)を確保することができる。
また,この発明によると,繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に,表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートが被せられているので,長手方向に強く引っ張られても,摩擦力によって繊維強化プラスチック製線条体は端末ソケット(くさび)から抜けにくい。さらに,ブレードネットチューブは金属製素線を網組したものであるから,ブレードネットチューブによってもある程度の摩擦力が生じる。繊維強化プラスチック製線条体の末端部分は,摩擦シートおよびブレードネットチューブの両方によって,端末ソケットから抜けにくくなる。
上述したように,熱硬化性樹脂,膨張剤等によって繊維強化プラスチック製線条体の端末部分を端末ソケット中に固定することも可能である。しかしながら,樹脂硬化または膨張による固定では,熱硬化性樹脂または膨張剤の充填から,硬化または膨張(一体化)までにある程度の時間がかかり,硬化または膨張中に厳密な温度管理が必要とされる。これに対し,この発明によると,くさび止めによって繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に端末ソケットが固定されるので,温度管理は必要なく,現場(工事現場など)において迅速かつ容易に繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に端末ソケットを固定することができる。事前に(工場などにおいて),繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に端末ソケットを固定しておく必要がないので,梱包,運搬も簡素化することができる。端末ソケットの固定位置も自由に変更できるので,現場における急な仕様変更にも対応することができる。
一実施態様では,上記ブレードネットチューブの少なくとも内周面に研磨粒子が付着している。ブレードネットチューブとその内周側に位置する摩擦シートとの間の摩擦力が増し,摩擦シートとブレードネットチューブとの間のすべりが効果的に防止される。もちろん,ブレードネットチューブの外周面にも研磨粒子を付着させてもよい。
好ましくは,上記摩擦シートおよび上記ブレードネットチューブは,いずれもその長手方向の長さが,上記くさびの長手方向の長さよりも長いものが用いられる。くさびによって締め付けられる繊維強化プラスチック製線状体の範囲を,全長にわたって摩擦シートおよびブレードネットチューブによって覆うことによって,くさびによるせん断力が繊維強化プラスチック製線条体に局所的に加わることが効果的に防止される。
上記摩擦シートは,多層,たとえば2層または3層にして,上記繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に被せてもよい。
一実施態様では,上記ブレードネットチューブは,複数本の金属製素線を撚り合わせて構成されるストランドを編組したものである。くさびに圧力がかかると容易に変形するので,緩衝作用の増大を図ることができる。また,金属素線間およびストランド間の凹凸によって摩擦力も増大する。
第2図は端末定着構造の製造工程を示す斜視図である。
第3図は端末定着構造の製造工程を示す斜視図である。
第4図は端末定着構造の製造工程を示す断面図である。
第5図は端末定着構造の製造工程を示す断面図である。
第6図は端末定着構造の製造工程を示す断面図である。
第2図を参照して,CFRPケーブル1を用意し,その末端部付近に摩擦シート2を被せる。CFRPケーブル1は,炭素繊維およびエポキシ樹脂の複合材を材料とする,断面が円形の素線を撚合わせて構成されている。第2図には,1×6構造(1本の素線を中心にして,その周囲に6本の素線を撚り合わせた構造)を持つCFRPケーブル1が示されている。
CFRPケーブル1の末端部付近に被せられる摩擦シート2は,シート状の合成繊維(または編目の細かい金網)の表面および裏面に接着剤などによって多数の研磨粒子2a(アルミナ,炭化珪素など)を接着(塗布)したもので,柔軟性を持つ。この実施例では研磨粒子2aは摩擦力を増強するために用いられる。摩擦シート2はCFRPケーブル1の外周に沿って湾曲する。
摩擦シート2の長さは後述するくさび5の長手方向の長さよりも長く,その幅はCFRPケーブル1の断面半円周よりもわずかに短い。CFRPケーブル1の末端部の外周面を包むようにして1対の摩擦シート2がCFRPケーブル1の外周面に被せられる。好ましくは,2枚(または3枚)の摩擦シート2が2層(3層)に重合わせられて,これがCFRPケーブル1の外周面に被せられる。摩擦シート2の一端または両端を,粘着テープ等を用いてCFRPケーブル1の末端部付近に簡易に固定するようにしてもよい。第2図に示すように,CFRPケーブル1を挟むように1対の摩擦シート2を被せてもよいし,これに代えて摩擦シート2を螺旋状にCFRPケーブル1に巻き付けてもよい。
第3図を参照して,摩擦シート2が被せられたCFRPケーブル1の末端部にブレードネットチューブ3がさらに被せられる。第3図に示すブレードネットチューブ3は,ビッカース硬度が100〜300程度のスチール製または鉄製のワイヤ素線を複数本撚り合わせたストランド3aを2本組にして,これを筒状に編組したもので,長手方向に空洞を有しかつ伸縮性を持つ。
ブレードネットチューブ3も,摩擦シート2と同様,その長さは後述するくさび5の長手方向の長さよりも長い。ブレードネットチューブ3の長さは,摩擦シート2の長さよりも短くても,長くてもよい。
ブレードネットチューブ3は伸縮性を有するので,その両端を掴んで互いに近づけると空洞の径が広がる。逆に遠ざけると空洞の径が狭まる。CFRPケーブル1の摩擦シート2が被せられた部分をブレードネットチューブ3の空洞中に位置させた状態でブレードネットチューブ3の両端を互いに離れる方向に引っ張ると,ブレードネットチューブ3の空洞の径が狭まりブレードネットチューブ3が摩擦シート2の表面に密着する。
第4図を参照して,端末ソケット4およびくさび5が用意される。端末ソケット4は,金属製(たとえばステンレス鋼製または鉄製)で,その外形は円筒状であり,内部に概略円錐状の中空4aを持つ。端末ソケット4の口の小さい開口4b側から,端末ソケット4の中空4aにブレードネットチューブ3が被せられたCFRPケーブル1の端末部が挿入され,口の大きい開口4c側から外に出される。
端末ソケット4の外に出たCFRPケーブル1の端末部に,くさび5を装着する。くさび5は同一形状の上半体5aおよび下半体5bから構成され,上半体5aと下半体5bを組み合わせると,概略円錐状の外形となる。上半体5aと下半体5bを組み合わせたくさび5の概略円錐状の外形は,端末ソケット4の概略円錐状の中空4aとほぼ同じ形状を持つ。
上半体5aおよび下半体5bの内面に,長手方向に浅い半円柱状の窪み5cがそれぞれ形成されている(第1図参照)。上半体5aおよび下半体5bの窪み5cにブレードネットチューブ3の部分が入れられる。窪み5cが浅いので,CFRPケーブル1の末端部分(ブレードネットチューブ3が位置している部分)はその全体が窪み5cに入り込まず,CFRPケーブル1の末端部分を挟み込んだ状態において,上半体5aと下半体5bとの間には長手方向に隙間があく。
第5図を参照して,端末ソケット4の口の大きい開口側から,くさび5を端末ソケット4の中空4aに押し込む。第6図を参照して,くさび5をさらに強く端末ソケット4に押込むと,上半体5aおよび下半体5bが端末ソケット4の内壁によって周囲から押さえつけられて締付けられる。これよりCFRPケーブル1の末端部に,くさび5(さらに上述したブレードネットチューブ3および摩擦シート2)を介して,端末ソケット4が固定される(第1図)。
表1は,構造の異なる6つの端末定着構造(被試験体1〜6)のそれぞれについて行った評価試験の試験結果を示している。
CFRPケーブル1としては,炭素繊維およびエポキシ樹脂の複合材を材料とする直径約4.2mmの素線を1×7構造(1本の素線を中心にしてその周囲に7本の素線を撚り合わせたもの)とした直径約12.5mmのものを用いた。このCFRPケーブル1の保証破断荷重は184kNであり,実際の破断荷重は200kNであった。
引張試験では,所定の長さのCFRPケーブル1の一端に,上述したくさび5を用いた端末定着構造によって端末ソケット4を固定し,他端は熱硬化性樹脂を用いた端末定着構造によって端末ソケットを固定した。両端の端末ソケットを引張試験機にセットし,所定の引張速度で,熱硬化性樹脂を用いた端末定着構造を持つ端末ソケットを引っ張った。
また,評価試験では,被試験体のそれぞれについて複数回の試験を行い,複数回の試験のそれぞれについて定着効率(%)を算出した。表1には,複数回の試験において得られた定着効率(%)の最小値(Min)および最大値(Max)が示されている。定着効率は次式によって算出される。
定着効率(%)
=破断荷重(または抜け荷重)/保証破断荷重(=184kN)×100
表1を参照して,くさび5を用いた端末定着構造を採用すると,定着効率が100%を下回ることがある。これは,端末定着構造の部分においてCFRPケーブル1が周囲から締付けられ,このため端末定着構造の部分でCFRPケーブル1が破断ないし破壊しやすくなるからである。表1の評価欄には,最大値において95%以上の定着効率が得られた被試験体に○が,最大値において95%よりも小さい定着効率しか得られなかった被試験体に×が示されている。
被試験体5の試験結果を参照して,摩擦シート2を挟まずにCFRPケーブル1に直接にブレードネットチューブ3を被せた端末定着構造(摩擦シート「無」)は,引張試験中にCFRPケーブル1が端末ソケット4から抜け出てしまい,小さい定着効率しか得ることができなかった。摩擦シート2が,高い定着効率(強い引張強度)を得るために必要とされることが分かる。
被試験体6を参照して,CFRPケーブル1に摩擦シート2を被せ,その上からブレードネットチューブ3に代えてアルミ管を被せた端末定着構造についても,引張試験中にCFRPケーブル1が端末ソケット4から抜け出てしまい,小さい定着効率しか得ることができなかった。ブレードネットチューブ3も,高い定着効率を得るために必要とされることが分かる。
CFRPケーブル1に摩擦シート2を被せ,さらにその上からブレードネットチューブ3を被せた端末定着構造(被試験体1〜4)では,引張試験においてCFRPケーブル1が端末ソケット4から抜出てしまうことはなかった。被試験体1〜4のいずれについても,定着効率は,CFRPケーブル1が破断した時点における荷重が用いられて算出されたものである。
被試験体2と被試験体3の試験結果を比較して,ブレードネットチューブ3を構成するストランドの構成(1×7構成,3×7構成)の相違は,定着効率にさほど影響を及ぼさないことが確認された。
これに対し,被試験体1および被試験体4の試験結果を参照して,ブレードネットチューブ3を構成するワイヤ素線の素線径を小さくしてストランド3aの直径を小さくする(被試験体1),またはワイヤ素線の素線径を大きくしてストランド3aの直径を大きくする(被試験体4)と,わずかながら定着効率に影響を及ぼすことが確認された。ブレードネットチューブ3を構成するストランド3aの直径が1.20mm(被試験体2)〜1.62mm(被試験体3)の間であれば,定着効率が95%を下回ることがなかった。
上述した実施例(被試験体1〜4)の端末定着構造では,CFRPケーブル1の末端部分に研磨粒子2aが塗布された摩擦シート2を被せ,さらにその上からストランド3aを網組したブレードネットチューブ3を被せているが,ブレードネットチューブ3の内周面にも多数の研磨粒子(アルミナ,炭化珪素など)を接着(塗布)してもよい。CFRPケーブル1の末端部分が端末ソケット4からさらに抜けにくくなる。ブレードネットチューブ3の内周面のみならず,外周面にも多数の研磨粒子2aを接着(塗布)してもよいのは言うまでもない。
Claims (6)
- 繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に,表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートが被せられ,さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブが被せられており,上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分が,端末ソケット内にくさびによって挟まれて固定されている,
繊維強化プラスチック製線条体の端末定着構造。 - 上記摩擦シートおよび上記ブレードネットチューブは,いずれもその長手方向の長さが上記くさびの長手方向の長さよりも長い,
請求の範囲第1項に記載の端末定着構造。 - 上記摩擦シートが多層に上記繊維強化プラスチック製線条体に被せられている,
請求の範囲第1項または第2項に記載の端末定着構造。 - 上記ブレードネットチューブは,複数本の金属製素線を撚り合わせて構成されるストランドを編組したものである,
請求の範囲第1項から第3項のいずれか一項に記載の端末定着構造。 - 上記ブレードネットチューブの少なくとも内周面に研磨粒子が付着している,
請求の範囲第1項から第4項のいずれか一項に記載の端末定着構造。 - 繊維強化プラスチック製線条体の末端部分に,表面および裏面に研磨粒子が付着した摩擦シートを被せ,さらにその上から金属製素線を網組したブレードネットチューブを被せ,上記摩擦シートおよびブレードネットチューブが被せられている部分をくさびに挟み込み,これを端末ソケット内にくさび止めする,
繊維強化プラスチック製線条体の端末定着方法。
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