(57)【要約】【課題】従来のサイズを有する雌コーンの外周部を、発生し得るフープテンションの分布に応じて炭素繊維材のような強力な被覆層で囲みフープテンションによる引張力を低下させて、断面増加することなく経済的な高強度のＰＣ定着具を得る。【解決手段】ＰＣ（プレストレストコンクリート）定着具Ｔｏは、ＰＣ鋼より線の線材１の端に把持した鋼製のウェッジ２ａを有する緊張材２と、内部にテーパ状の内孔３ａと直線状の内孔３ｂを有する鋼製コーン３ｃから成る定着部材３とを備え、鋼製コーン３ｃの外周面にフープテンションの分布に応じた厚さの被覆層として炭素繊維のシート４を接着層５により接着して被覆している。炭素繊維の被覆層をコーン３ｃと一体に設けることによりコーン３ｃの強度が強化され、緊張時のフープテンションに対し十分な強度を有する定着具Ｔｏが安価で、容易に形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
緊張材の端に配置する円錐状のウェッジを、内部にテーパ孔を有する定着部材に着脱自在に挿入、支持するＰＣ定着具において、上記定着部材の外周面を、定着部材よりヤング率の高い材料であって、緊張時に発生するフープテンションの分布に応じた厚さとした被覆層で被覆したことを特徴とするＰＣ定着具。
【請求項２】
上記ヤング率の高い材料を炭素繊維としたことを特徴とする請求項１に記載のＰＣ定着具。
【請求項３】
上記被覆層を炭素繊維シートとし、定着部材の外周面に接着層で接着して被覆したことを特徴とする請求項１に記載のＰＣ定着具。
【請求項４】
上記被覆層を炭素繊維とし、この炭素繊維をペースト状として定着部材の外周面に塗布、硬化させて形成されて成ることを特徴とする請求項１に記載のＰＣ定着具。
【請求項５】
上記定着部材に複数のテーパ孔を設け、対応する複数本の緊張材を挿入、支持したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のＰＣ定着具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プレストレストコンクリートの製造に用いられるＰＣ定着具に関する。
【背景技術】
【０００２】
高強度でひび割れの生じないプレストレストコンクリート（ＰＣ）部材を製造するため、ＰＣ部材内に設けられる緊張材に緊張荷重を加えてプレストレスト状態とし、圧縮力を与えられたＰＣ部材が形成されるが、このようなＰＣ部材を製造するための定着具、緊張材について種々の提案がなされている。一例として、特許文献１の「プレストレストコンクリート用定着具のスリーブ」が公知である。この公報によるスリーブは、複数ピースのウェッジを、筒状体内に形成したテーパ孔内に着脱自在に挿入支持し、筒状体の外周に熱硬化性樹脂を含浸したガラス繊維又は炭素繊維等のフィラメントの巻装物を巻付けて形成したというものである。
【０００３】
ところが、上述した特許文献１の「定着具スリーブ」では、図７に示すように、ＰＣ材内に挿置される緊張材２、定着具のスリーブ３ｃ等の材料については金属製としているが、定着具スリーブ３ｃ内に挿通されているウェッジ２ａの中心を通る緊張材２の端部を含めて、緊張材２は一般にＰＣ鋼より線（以下ＰＣストランド１ｓと呼ぶ）が用いられる。このＰＣストランド１ｓによりウェッジ２ａを定着具の雌コーン３ｃと呼ばれるスリーブ３ｃに定着させてＰＣストランド１ｓを引張ると、（１）雌コーン３ｃに圧縮力が働き、ポアソン比による変形のために雌コーン３ｃの円周方向に引張力が発生する。
【０００４】
（２）又、雌コーン３ｃのウェッジ２ａと接するテーパ孔付近では、ＰＣストランド１ｓの引張力の一部がテーパ角度による雌コーン３ｃ円周方向への分力により雌コーン円周方向の引張力となって発生する。この雌コーン３ｃの円周方向に発生する引張力をフープテンションｔFという。このフープテンションにより雌コーン３ｃが変形して緊張定着し得る荷重が低下する場合がある。
【０００５】
上記フープテンションを防ぐには、（ａ）雌コーン３ｃの円断面積を大きくして雌コーン３ｃに発生する圧縮応力を下げることにより変形量を抑制する、あるいは（ｂ）熱処理を施して材料強度を高めて雌コーン３ｃの塑性変形を抑制する方法があった。しかし、（ａ）の方法を採用し、雌コーン３ｃの円断面積を大きくすることは、定着部品が大きくなるので経済的ではない。又、重くなるので施工性が低下する。特に、建築構造物では、柱や梁などの構造体の内部に定着部材を配置する必要が多く、定着部材が大きくなると配置できない場合がある。
【０００６】
一方、（ｂ）の方法を採用して材料強度を高めると、遅れ破壊（高応力状態が持続する場合に高強度材料の金属組織が突然崩壊する現象）を起すことがある。また、弾性変形量は材料強度を高めても変わらないので定着できる荷重が劇的に変わることはない。
【０００７】
さらに、近年実用化された２２５０ＭＰａ級ＰＣ鋼より線によるＰＣストランドを従来の定着部材に適用すると、緊張荷重が高い分だけフープテンションも上るので、強度を高め、寸法を大きくした２２５０ＭＰａ級ＰＣ鋼より線のＰＣストランド専用の大きな定着部材を用意する必要があり、部品の種類も増えるため材料、施工、管理コストが上がり、経済的でなくなる。
【０００８】
このような種々の問題に対処する手段を得る手がかりとして、非特許文献１による「鉄筋コンクリート造建築物の補強方法」が参考資料として挙げられる。この補強方法は、鉄筋コンクリートの柱体の外周に炭素繊維シートを複数層接合して、柱体のせん断終局強度を増強する工法であるが、柱体そのものの強度を増大させることが目的であって、ＰＣストランドの定着部材の強度を増大させることについて提案している訳ではない。
【特許文献１】特開平７−３１７２１６号公報
【非特許文献１】「耐振補強工法研究会報告書」（炭素繊維シートによる鋼製橋脚の補強工法ガイドライン（案））、財団法人土木研究センター、平成１４年７月発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、上記の問題に留意して、従来の構成を有する雌コーンの外周部を、発生し得るフープテンションの分布に応じて炭素繊維材のような強力な被覆層で囲みフープテンションによる引張力を低下させて、大断面にすることなく軽量で経済的、かつ従来よりも高強度のＰＣ鋼材にも従来のＰＣ定着具が適用できるＰＣ定着具を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、上記の課題を解決する手段として、ＰＣ定着具に対し、定着部材の外周面を、定着部材よりヤング率の高い材質であって、緊張時に発生するフープテンションの分布に応じた厚さの被覆層で被覆した構成としたものである。上記ＰＣ定着具は、緊張材の端に配置する円錐状のウェッジを、内部にテーパ孔を有する定着部材に着脱自在に挿入、支持するように構成されている。
【００１１】
上記構成のＰＣ定着具によれば、定着部材の外周面が炭素繊維のようなヤング率の高い被覆層で被覆されているため定着部材全体の強度が大きく、緊張時における圧縮力が加えられても発生するフープテンションに十分対応できる。定着部材の内孔はテーパ孔として形成されており、これに挿通される緊張材のウェッジもテーパ状であるため、緊張力による圧縮時に定着部材の円周方向への引張力（フープテンション）が生じるが、このフープテンションの大きさは定着部材の厚さ方向の位置に応じて上端では大きく、下方では小さくなる。
【００１２】
従って、そのフープテンションの分布に応じた厚さの炭素繊維のような被覆層で定着部材の外周を被覆することにより、定着部材の全体強度が大きくなる。被覆層の厚さは、定着部材の上端では厚く、下方の位置となるに従って薄くしてもよいが、定着部材の上端の厚さのまま全体を１層として形成してもよい。又、定着部材の上端を複数層、下端では１層のように層数を変化させて設けてもよい。被覆層はシート状のものを接着剤で定着部材の外周に接着してもよいし、ペースト状のものを定着部材の外周に塗布、硬化させて形成してもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明のＰＣ定着具は、定着部材の外周面をフープテンションの分布に応じた厚さの被覆層で被覆して構成したものであり、定着部材の全体強度が十分大きく、又新しく製作される場合は勿論、既存のＰＣ定着具へも適用できるので、経済的な量産品に適用できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は第一実施形態のＰＣ定着具の構成を示す。このＰＣ定着具は、プレストレストコンクリート材（ＰＣと略記）の製造の際に、ＰＣ材の端に定着させて用いられる。なお、この例のコーン３ｃはＰＣ鋼より線１本を対象とするため、一般に雌コーンと呼ばれている。図示のように、ＰＣ定着具Ｔｏは、ＰＣ鋼より線の線材１を芯材とし、その端部１Eに鋼製のウェッジ２aを把持した緊張材２と、この緊張材２のウェッジ２ａを保持する鋼製コーン３ｃから成る定着部材３とを備えている。ウェッジ２ａは、その断面がテーパ状に形成され、鋼製コーン３ｃに形成された内孔もウェッジ２ａに対応する長さ部分の内孔３ａはテーパ状に、これ以外の部分の内孔３ｂは直線状に形成されている。
【００１５】
鋼製コーン３ｃの外周にはその被覆層として所定厚さの炭素繊維のシート４がエポキシ接着剤の接着層５により全周に接着され、コーンの外周面を被覆している。炭素繊維のシート４は、定着部材３の鋼製コーン３ｃより少なくともヤング率の高い材質のシートである。エポキシ接着剤は、一液湿気硬化型エポキシ接着剤が用いられている。なお、図示の例では炭素繊維の被覆層はシートとして接着、被覆するとしたが、炭素繊維をペースト状で鋼製コーン３ｃの外周面に塗布し、硬化させて炭素繊維の被覆層として被覆するようにしてもよい。この場合、接着層５は用いられない。
【００１６】
又、図示の例では炭素繊維のシート４を１層とし、かつ鋼製コーン３ｃの厚さの全体に被覆するとしているが、後述するように、ＰＣ定着具ＴｏをＰＣ材に定着して緊張力を加えた際に、鋼製コーン３ｃに生じる円周方向の引張力であるフープテンションの分布は緊張材２のテーパ形状の影響で厚さ方向に必ずしも一定ではなく、一般に上端側が大きく、下端側では小さくなる。これに伴う歪分布の変化も同様である。従って、シート４の層数は必ずしも１層に限らず、例えば上端側は２〜３層程度の複数層のように、フープテンションの分布に応じて層数の異なる積層状としてもよい。
【００１７】
この場合、シート４は予め複数層部分を接着剤で積層しておき、その複数層シート４を鋼製コーン３ｃに接着してもよいし、あるいは各複数層のシートを順次内側から外側へ接着し積層化してもよい。又、炭素繊維の被覆層をペースト状材から形成する場合は、そのペースト状の塗布厚さが上記のように複数層化したのに対応して、フープテンションの分布に応じて厚さが異なるように塗布することとなる。
【００１８】
図２は第二実施形態のＰＣ定着具の構成図を示す。この例のコーン３ｃ’は複数本のＰＣ鋼より線を対象とするため、一般にアンカディスクと呼ばれている。図示のように、ＰＣ定着具Ｔ１は、複数本（図示の例では中央に１、所定直径上に６の合計７本）のＰＣ鋼より線の線材１、１、・・・を芯材とし、それぞれの端部１E、１E・・・に鋼製のウェッジ２ａを把持した緊張材２を複数本備えている点が第一実施形態と異なる。定着部材３’は、テーパ状の内孔３ａと直線状の内孔３ｂから成る内孔を緊張材２に対応して複数個（図示例では７）備えている。そして、定着部材３’の外周に被覆層として炭素繊維のシート４が接着層５により接着されている点は第一実施形態と同様である。又、炭素繊維の被覆層をペースト状の材料で形成してもよいことも第一実施形態と同様である。
【００１９】
図３は第二実施形態のＰＣ定着具Ｔ1のアンカディスク３ｃ’の側面上端部に歪みゲージＧａを貼付し、歪の大きさを測定する状態を示す図である。勿論、アンカディスク３ｃ’の外周には炭素繊維のシート４が接着されている。この例では、アンカディスク３ｃ’には１５．２ｍｍφＰＣ鋼より線７本を装着し、アンカディスク３ｃ’の外周に炭素（連続）繊維のシート（東レトレカクロス）４を電気絶縁性を有する一液湿気硬化型弾性エポキシ接着剤（スリーボンドＴＢ１５３０）により貼付した。なお、アンカディスクと炭素繊維のシートとの間にガラスクロスなどの電気絶縁シートを挟み込み接着してもよい。シート厚さ＝１ｍｍ（目付量２００ｇ／ｍ２）である。又、シートのヤング率Ｅｃ＝２３０ＧＰａ＝２３０ＫＮ／ｍｍ２（２．３５×１０６Ｋｇｆ／ｃｍ２）、引張強度δｕ＝３４００ＭＰａ＝３４００Ｎ／ｍｍ２である。
【００２０】
上記アンカディスク３ｃ’側面上端部の歪の大きさを測定した結果を図４に示す。図中のＰａはＰＣ鋼材の緊張荷重で規格降伏荷重の８５％、ＰｙはＰＣ鋼材の規格降伏荷重、Ｐｙ’は２２５０ＭＰａ級ＰＣ鋼材の降伏荷重である。又、図示の線−◆−は、緊張荷重Ｐａに対する各載荷ステップ荷重の大きさを直線で結んだものであり、Ｐａを１００％とした比で表している。載荷ステップＰｙはＰａのおよそ１．２倍、Ｐｙ’は規格引張荷重Ｐｕの０．９５倍（９５％）である。規格引張荷重の０．９５倍とは緊張荷重によってアンカディスク３ｃ（又は雌コーン）の円周方向に生じる引張力がアンカディスク３ｃ’の材料に対し許容し得る荷重である。
【００２１】
上記のような各載荷ステップ荷重に対し、炭素繊維のシート４を接着していない（無し）場合と、接着している（有り）場合のアンカディスク側面上端部の歪の大きさを、シート無しに対するシート有りの場合の比で示すと、図４中の線−▲−で示すように変化する。図から分るように、緊張荷重Ｐａ時で約４０％、載荷ステップＰｙ時で約６５％、Ｐｙ’時で１１０％である。このことから、炭素繊維のシート４を接着するとアンカディスクの歪が大きく減少することが分る。
【００２２】
又、載荷ステップＰｙは、２２５０ＭＰａ級の高強度ＰＣ鋼より線の緊張荷重に相当するが、高強度ＰＣ鋼より線の緊張時でも歪の大きさは既存アンカディスクの場合以下であった。従って、既存のアンカディスクを高強度ＰＣ鋼より線の定着具として利用できることが明らかとなった。
【００２３】
図５に炭素繊維の被覆層を有しないＰＣ定着具Ｔ１のアンカディスク３ｃ’の全体に生じる歪変形を測定する状態を示す。（ａ）図の記号丸１〜１６は歪ゲージを貼付した位置を示す。歪ゲージは垂直方向が圧縮による歪、水平方向が円周方向の歪を測定するゲージである。図６は、上記歪ゲージによる歪測定結果を示す。この図では、図５のＡ断面〜Ｄ断面の各断面位置で測定した歪の値に基づいて図中にその分布形状を表す図としている。歪の値はフープテンションによる水平方向の歪の大きさを一点鎖線で表している。
【００２４】
図６の歪分布形状の変化から分るように、アンカディスク３ｃ’の上端寄りのＡ横断面位置では、緊張材２のウェッジ２ａによる圧縮力（緊張時）を加えられた各テーパ孔位置に対応するそれぞれの外周面に大きな円周方向の歪が生じており、Ｂ横断面からＣ、Ｄ横断面へ下がるにつれて歪の大きさは少しずつ減少している。その変化の状態は、（ｄ）図に示すように、Ａ〜Ｃ間で直線的に急激に減少し、Ｃ断面以下ではゆるやかに減少している。
【００２５】
なお、Ａ、Ｂ横断面における歪の分布を表わす一点鎖線の曲線は、中央のテーパ孔以外の各孔位置ではその孔を中心とする円弧状に歪がそれぞれ分布し、各孔と孔の中間では中央のテーパ孔を中心とする円弧状に分布する歪値を全周に連ねたものである。Ｄ、Ｃ横断面ではテーパ孔による歪の変化が小さく、厳密にはＣ横断面での歪円の方が若干大きいが複雑化するのを避けるため同一円周で表わしている。従って、このようなフープテンションによる歪の変化に対応した厚さの炭素繊維の被覆層で被覆すれば、アンカディスク３ｃの全体の強度を合理的に強化することができることが理解される。
【００２６】
尚、この実施形態の定着具は、従来品の定着具（鋼鉄製コーン又はアンカディスクを有する定着具）に適用可能なだけでなく、セラミック製の定着具や、鋼繊維補強された高強度コンクリート製定着具、鋳鉄製定着具にも同様に適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明のＰＣ定着具は、定着部材のコーン外周に炭素繊維の被覆層を設けることにより、従来品の定着具を繊維強化したものであり、安価で高強度の定着具としてプレストレストコンクリートの製造に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第一実施形態のＰＣ定着具の構成図
【図２】第二実施形態のＰＣ定着具の構成図
【図３】アンカディスクに歪測定用ゲージを貼付した測定方法の説明図
【図４】アンカディスク側面上端部の歪の大きさの測定結果のグラフを示す図
【図５】炭素繊維の被覆層無しのアンカディスク全体に歪測定ゲージを貼付した測定方法の説明図
【図６】同上測定方法による歪測定結果の図形表示の図
【図７】フープテンションの発生状態の説明図
【符号の説明】
【００２９】
１    ＰＣ鋼より線の線材
１E    端部
２    緊張材
２ａ    ウェッジ
３    定着部材
３ａ、３ｂ    内孔
３ｃ    鋼製コーン
４    シート
５    接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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