(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリートの鉄筋径および鉄筋間隔の比を少なくとも含んでなる施工性指数の値によって、鉄筋コンクリートの締固め特性を評価することを特徴とする、鉄筋コンクリートの締固め特性の評価方法。
【請求項２】
前記締固め特性は、少なくとも前記施工性指数に基づいて計算される締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかからなることを特徴とする、請求項１に記載の鉄筋コンクリートの締固め特性の評価方法。
【請求項３】
鉄筋コンクリートの締固め特性を計算するための計算方法であって、
前記鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔、段数およびコンクリートの配合条件から、前記鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかを計算することを特徴とする、
鉄筋コンクリートの締固め特性の計算方法。
【請求項４】
鉄筋コンクリートの締固め特性を計算するための計算装置であって、
前記鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔、段数およびコンクリートの配合条件から、前記鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかを計算することを特徴とする、
鉄筋コンクリートの締固め特性の計算装置。
【請求項５】
前記計算装置が、記憶手段と、演算手段と、を少なくとも具備し、
前記記憶手段は、
鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔および段数によって定まる施工性指数と、前記鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーと、との関係を示す第１の計算式を、コンクリートの配合条件毎に格納してなる第１の記憶部と、
前記締固め完了エネルギーと、前記鉄筋コンクリートの締固め完了範囲と、との関係を示す第２の計算式を、前記施工性指数毎に格納してなる第２の記憶部と、
を少なくとも含み、
前記演算手段は、
前記第１の計算式から、前記施工性指数およびコンクリートの配合条件に対応する、締固め完了エネルギーを求める、締固め完了エネルギー算出部と、
前記第２の計算式から、前記施工性指数および締固め完了エネルギーに対応する、締固め完了範囲を求める、締固め完了範囲算出部と、
を少なくとも含む、
請求項４に記載の鉄筋コンクリートの締固め特性の計算装置。
【請求項６】
鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーと相関性を有する値として、鉄筋コンクリートの鉄筋径および鉄筋間隔の比を少なくとも含んでなる施工性指数を求め、該施工性指数の値を基準に、鉄筋コンクリートを設計することを特徴とする、
鉄筋コンクリートの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリートの締固め特性の評価方法、計算方法および計算装置、ならびに鉄筋コンクリートの設計方法に関し、より詳細には、鉄筋コンクリートの諸条件から、鉄筋コンクリートの締固め特性を算出して評価するための、評価方法、計算方法および計算装置、ならびに鉄筋コンクリートの設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋を配置した空間内におけるコンクリートの締固め特性を把握するための装置として、出願人は、以下の特許文献１に記載の特許発明を着想した。
特許文献１に記載の装置は、試験体である鉄筋コンクリートの締固めが完了するまでに要するエネルギー（以下「締固め完了エネルギー」という。）を測定することで、鉄筋コンクリートの締固め特性を把握可能としている。
【０００３】
この特許文献１に記載の装置および方法によって、鉄筋に関する諸条件（鉄筋本数、鉄筋径、鉄筋間隔など）と、該諸条件によって得られる鉄筋コンクリートの締固めエネルギーとの対応関係について試験を行った。
試験コンクリートの配合条件は、以下の通りである。
0006619999.tif 000002
【０００４】
この試験結果を、図９Ａ，９Ｂに示す。
まず、各試験結果から、鉄筋間隔（純間隔：鉄筋と鉄筋の隙間の距離）の変化に着目したところ、鉄筋間隔が小さくなるとより多くの締固め完了エネルギーを要する傾向にあることがわかった（図９Ａ）。
他方、鉄筋径（鉄筋の直径）の変化に着目したところ、鉄筋径が大きくなると、より多くの締固め完了エネルギーを要する傾向にあることがわかった（図９Ｂ）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４８３７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の装置および方法では、純粋に鉄筋間隔のみや鉄筋径のみを変化させて試験を行うことが難しかった。
すなわち、図９Ａでは、鉄筋径の相違による影響も受けており、図９Ｂでは、鉄筋間隔の相違による影響も受けていることになる。
そこで、特許文献１に記載の装置および方法で得られる試験結果から、鉄筋径と鉄筋間隔の両方を判断指標の中に含めた形で、締固め完了エネルギーとの相関性が明らかになれば、鉄筋コンクリートの締固め特性の更なる定量化が可能となるのでは、との考えに至った。
【０００７】
本発明は、鉄筋コンクリートの締固め特性の更なる定量化が可能な手段の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、鉄筋コンクリートの鉄筋径および鉄筋間隔の比を少なくとも含んでなる施工性指数の値によって、鉄筋コンクリートの締固め特性を評価することを特徴とする、鉄筋コンクリートの締固め特性の評価方法を提供する。
また、本願の第２発明は、前記第１発明において、前記締固め特性は、少なくとも前記施工性指数に基づいて計算される締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかからなることを特徴とする。
また、本願の第３発明は、鉄筋コンクリートの締固め特性を計算するための計算方法であって、前記鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔、段数およびコンクリートの配合条件から、前記鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかを計算することを特徴とする、鉄筋コンクリートの締固め特性の計算方法を提供する。
また、本願の第４発明は、鉄筋コンクリートの締固め特性を計算するための計算装置であって、前記鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔、段数およびコンクリートの配合条件から、前記鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかを計算することを特徴とする、鉄筋コンクリートの締固め特性の計算装置を提供する。
また、本願の第５発明は、前記第４発明において、前記計算装置が、記憶手段と、演算手段と、を少なくとも具備し、前記記憶手段は、鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔および段数によって定まる施工性指数と、前記鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーと、との関係を示す第１の計算式を、コンクリートの配合条件毎に格納してなる第１の記憶部と、前記締固め完了エネルギーと、前記鉄筋コンクリートの締固め完了範囲と、との関係を示す第２の計算式を、前記施工性指数毎に格納してなる第２の記憶部と、を少なくとも含み、前記演算手段は、前記第１の計算式から、前記施工性指数および配合条件に対応する、締固め完了エネルギーを求める、締固め完了エネルギー算出部と、前記第２の計算式から、前記施工性指数および締固め完了エネルギーに対応する、締固め完了範囲を求める、締固め完了範囲算出部と、を少なくとも含むことを特徴とする。
また、本願の第６発明は、鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーと相関性を有する値として、鉄筋コンクリートの鉄筋径および鉄筋間隔の比を少なくとも含んでなる施工性指数を求め、該施工性指数の値を基準に、鉄筋コンクリートを設計することを特徴とする、鉄筋コンクリートの設計方法を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下に記載する効果を奏する。
（１）鉄筋コンクリートの締固め特性の更なる定量化が可能となる。
（２）鉄筋コンクリートの諸条件を入力するのみで、締固め完了エネルギーを求めることができる。
（３）締固め作業を一定時間行った際に、どの範囲まで締固めが完了するか否かを求めることができる。
（４）鉄筋コンクリートの設計段階で、施工性を考慮した、配筋態様、コンクリート配合の選定、振動機の選定、および振動機の振動時間や挿入間隔の合理的な選定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】施工性指数と締固めエネルギーの関係をスランプ毎に示すグラフ
【図２】施工性指数と締固めエネルギーの関係を水セメント比毎に示すグラフ
【図３】締固め完了エネルギーと締固め完了範囲の関係を示すモデル図
【図４】本発明に係る計算装置の概略を示す機能ブロック図
【図５】本発明に係る評価方法の手順を示すフローチャート
【図６】ある事例での評価手順を示した概略図
【図７】本発明に係る計算装置の変形例１を示す機能ブロック図
【図８】本発明に係る計算装置の変形例２を示す機能ブロック図
【図９Ａ】鉄筋間隔と締固めエネルギーとの関係を示すグラフ
【図９Ｂ】鉄筋径と締固めエネルギーとの関係を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、本願発明の実施例について説明する。
【実施例】
【００１２】
＜１＞新たな指数（施工性指数）の定義
前記した従来技術による鉄筋径および鉄筋間隔と、締固め完了エネルギーとの関係性に基づき、締固め完了エネルギーの大小を判断する基準として、鉄筋の段毎に、以下の指数を定義した。
【００１３】
【数１】
0006619999.tif 000003
【００１４】
数１に示す鉄筋径は、鉄筋の呼び径や公称径などから何れかを選択し、鉄筋間隔は、純間隔（鉄筋と鉄筋の隙間の距離）などを選択する。
また、施工性指数を算出する基準箇所は、評価対象の鉄筋コンクリートの用途などの現場条件に応じて、作業者が適宜選択すればよい。
例えば、梁材の場合、場所に応じて鉄筋径や鉄筋間隔が変わることが考えられるが、この場合は、安全側として、施工性指数が大きくなるように、鉄筋間隔が最も狭い場所や鉄筋径の大きな場所を選択することができる。
また、部分的に施工性指数が大きくなりうる箇所があったとしても、部材全体の評価に与える影響が小さいと考えられる場合には、主断面などの部材全体の評価に影響の大きな箇所を施工性指数の算出箇所として選択することもできる。
【００１５】
また、鉄筋の段数が複数である鉄筋コンクリートの場合には、段毎に上記の施工性指数を求め、それらを合算したものを全体の施工性指数とすることができる。
【００１６】
＜２＞コンクリートの配合条件と締固めエネルギーとの関係
次に、コンクリートの配合条件と、締固めエネルギーとの関係を検討した。
図１に係る試験コンクリートの配合条件は、以下の通りである。
0006619999.tif 000004
図１では、施工性指数と締固めエネルギーの関係を、コンクリートの配合条件の一つとして挙げられるスランプ（ＳＬ）毎に示している。このスランプの誤差の範囲は、試験室練りの場合±1cm程度である。
その結果、施工性指数が同じ数値の場合において、スランプが小さくなるほど、より多くの締固め完了エネルギーを要することが判明した。
【００１７】
＜３＞水セメント比と締固めエネルギーとの関係
次に、コンクリートの水セメント比（Ｗ／Ｃ）と、締固めエネルギーとの関係を検討した。
図２は、スランプを一定とした環境下で、施工性指数と締固めエネルギーの関係を、水セメント比毎に示している。このスランプの誤差の範囲は、試験室練りの場合±1cm程度である。
図２に係る試験コンクリートの配合条件は、以下の通りである。
0006619999.tif 000005
その結果、水セメント比の違いによって、締固め完了エネルギーの値に大きな変化は無く、締固め特性の判断に水セメント比を大きく考慮する必要は無いことが判明した。
【００１８】
＜４＞締固めエネルギーと締固め完了範囲との関係
次に、締固めエネルギーと、締固め完了範囲との関係を表すモデル図を、図３に示す。
図３に示すモデル図では、横軸を振動機からの距離、縦軸を締固めエネルギーとしている。
【００１９】
まず、締固めエネルギーＥｔは、例えば以下の数式から求めることができる。
【００２０】
【数２】
0006619999.tif 000006
Ｅt：ｔ秒間にコンクリートが受ける締固めエネルギー（Ｊ／Ｌ）
ｔ：振動時間（ｓ）
ρ：試料の単位容積質量（ｋｇ／Ｌ）
αmax        ：最大加速度（ｍ／ｓ２）
ｆ：振動数（ｓ−１）
【００２１】
この締固めエネルギーＥｔのうち、コンクリートの締固め度が一定以上（例えば９９．５％）に達するまでの締固めエネルギーＥｔを、締固め完了エネルギーＥendとすることができる。
この締固め完了エネルギーＥendを、図４に当てはめると、横軸に平行な線を描くこととなる。
【００２２】
次に、締固めエネルギーＥｔは、振動機を設置した箇所からの距離が離れるにつれて、徐々に低下する分布線を描くこととなる。
この分布線を示す軌跡は、任意の方程式で表すことができる。
【００２３】
以上の通り、対象の鉄筋コンクリートによる締固め完了エネルギーＥendの値を示す線と、締固めエネルギーＥｔの分布線とを当てはめると、各線の交点部分の距離が、振動機Ｘによって締固めを行うことが可能な範囲（領域）を示すこととなる。
【００２４】
＜５＞まとめ
このように、前記鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔、段数およびコンクリートの配合条件から、前記鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーや、締固め完了範囲を定量化して求めることができる。
【００２５】
＜６＞使用イメージ
これらの定量化手法は、以下の用途で活用することができる。
【００２６】
＜６．１＞鉄筋コンクリートの締固め特性の評価方法
鉄筋コンクリートの鉄筋径および鉄筋間隔の比を少なくとも含んでなる施工性指数の値によって、鉄筋コンクリートの締固め特性を評価することができる。
この締固め特性には、鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかが含まれる。
例えば、評価対象の鉄筋コンクリートの施工性指数の値が大きければ、より大きな締固め完了エネルギーを要し、且つ締固め完了範囲が狭くなることが定量的に把握できることとなる。
よって、現場条件に適した締固め特性を備えているか否かを簡便に評価することができる。
【００２７】
＜６．２＞鉄筋コンクリートの締固め特性の計算方法および計算装置
鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔の比を少なくとも含んでなる施工性指数から、前記鉄筋コンクリートの締固め特性を計算により求めることができる。
この締固め特性には、鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギー、および締固め完了範囲のうち少なくとも何れかが含まれる。
これら締固め完了エネルギーおよび締固め完了範囲を算出するための計算式は、前記鉄筋コンクリートの鉄筋径、鉄筋間隔、段数およびコンクリートの配合条件（粗骨材の最大寸法、スランプ、水セメント比、単位水量、細骨材率など）を変えて予め蓄積したデータベース化しておくことで、適宜、条件に合った計算式を用いて、締固め完了エネルギーおよび締固め完了範囲のうち少なくとも何れかを求めることができる。
【００２８】
＜６．３＞鉄筋コンクリートの設計方法
鉄筋コンクリートの鉄筋径および鉄筋間隔の比を少なくとも含んでなる施工性指数が、鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーと相関性を有することを利用し、該施工性指数の値を基準として、鉄筋コンクリートを設計することができる。
【００２９】
［使用例１］計算装置および計算方法
次に、図４〜６を参照しながら、本願発明に係る計算装置および評価方法の実施形態について説明する。
【００３０】
＜１＞全体構成
図４は、本発明に係る計算装置の概略を示す機能ブロック図である。
本発明に係る計算装置Ａは、パソコンなどの情報処理装置であって、内部に備えたＣＰＵやＲＡＭ、ＨＤＤ等の記憶媒体を用いて、以下の各手段および各部を構成する。
【００３１】
＜２＞記憶手段
記憶手段Ｂは、評価対象の鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーや締固め完了範囲を算出するための計算式を記憶しておくための装置である。
記憶手段を機能毎に大別すると、第１の記憶部および第２の記憶部とを少なくとも備える。
【００３２】
＜２．１＞第１の記憶部
第１の記憶部１０は、評価対象の鉄筋コンクリートの締固め完了エネルギーを算出するための計算式を記憶しておく機能を有する。
この計算式１は、鉄筋コンクリートに用いるコンクリートの配合条件（粗骨材の最大寸法、スランプ、水セメント比、単位水量、細骨材率など）毎に記憶しておくことができる。
本実施例では、コンクリートの配合条件の中から、スランプに着目して、スランプ毎に求めた計算式１を第１の記憶部に記憶している。
この計算式１は、例えば、以下の方程式で表すことができる。
【００３３】
【数３】
0006619999.tif 000007
Ｙ１：締固め完了エネルギー
ｘ１：施工性指数
ａ１，ｂ１：スランプに応じた変数
【００３４】
＜２．２＞第２の記憶部
第２の記憶部２０は、評価対象の鉄筋コンクリートの締固め完了範囲を算出するための計算式を記憶しておく機能を有する。
この第２の計算式は、鉄筋コンクリートの施工性指数毎に記憶されており、例えば、以下の方程式で表すことができる。
【００３５】
【数４】
0006619999.tif 000008
Ｙ２：締固め完了エネルギー
ｘ２：締固め完了範囲振動機からの距離
ａ２，ｂ２：施工性指数に応じた変数
【００３６】
＜３＞演算手段
演算手段Ｃは、評価対象の鉄筋コンクリートに用いる鉄筋やコンクリートの条件から、施工性指数、締固め完了エネルギーおよび締固め完了範囲算出部を算出するための手段である。
演算手段Ｃを機能毎に大別すると、施工性指数算出部３０、締固め完了エネルギー算出部４０、および締固め完了範囲算出部５０とに区分けすることができる。
以下、各部の詳細について説明する。
【００３７】
＜３．１＞施工性指数算出部
施工性指数算出部３０は、評価対象の鉄筋コンクリートの鉄筋径と鉄筋間隔と段数とコンクリートの配合条件から、施工性指数を求める機能を有する。
鉄筋コンクリートの鉄筋の段毎に求める施工性指数は例えば、以下の式から求める事ができる。
【００３８】
【数５】
0006619999.tif 000009
【００３９】
＜３．２＞締固め完了エネルギー算出部
締固め完了エネルギー算出部４０は、評価対象の鉄筋コンクリートのスランプなどの配合条件および施工性指数から、締固め完了エネルギーを求める機能を備える。
締固め完了エネルギー算出部４０は、前記第１の記憶部１０から、評価対象の鉄筋コンクリートに用いるコンクリートの配合条件に対応する計算式を取得し、該計算式に施工性指数を当てはめることで、締固め完了エネルギーを算出することができる。
【００４０】
＜３．３＞締固め完了範囲算出部
締固め完了範囲算出部５０は、評価対象の鉄筋コンクリートの施工性指数および締固め完了エネルギーから、締固め完了範囲を求める機能を備える。
締固め完了範囲算出部５０は、前記第２の記憶部２０から、評価対象の鉄筋コンクリートの施工性指数に対応する計算式を取得し、該計算式に締固め完了エネルギーを当てはめることで、締固め完了範囲を算出することができる。
【００４１】
＜４＞評価方法
次に、図５を参照しながら、本発明に係る計算装置での計算手順の一例について説明する。
前提として、前記した計算装置には、種々の鉄筋コンクリートに対応できるよう、施工性指数や、コンクリートの配合条件の一つであるスランプの値を変えてなる計算式が、既に多数保存・蓄積された状態である。
この計算式は、前記特許文献１に記載のコンクリート締固め性能評価装置を用いた試験結果を用いて予め導出しておくことができる。
【００４２】
＜４．１＞鉄筋コンクリートの諸条件の入力（Ｓ１００）
まず、計算装置Ａに対し、評価対象の鉄筋コンクリートの条件（鉄筋径、鉄筋間隔、段数、スランプ）を、ユーザによって入力する。
【００４３】
＜４．２＞施工性指数の算出（Ｓ２００）
次に、施工性指数算出部３０は、前記ユーザが入力した評価対象の鉄筋コンクリートの諸条件から、施工性指数を算出する。
【００４４】
＜４．３＞締固め完了エネルギーの算出（Ｓ３００）
締固め完了エネルギー算出部４０は、前記第１の記憶部１０から、評価対象の鉄筋コンクリートのスランプに対応する第１の計算式を取得し、該第１の計算式に前記工程で求めた施工性指数を当てはめて、締固め完了エネルギーを算出する。
【００４５】
＜４．４＞締固め完了範囲の算出（Ｓ４００）
締固め完了範囲算出部５０は、前記第２の記憶部２０から、評価対象の鉄筋コンクリートのスランプに対応する第２の計算式を取得し、該第２の計算式に、前記工程で求めた締固め完了エネルギーを当てはめて、締固め完了範囲を算出する。
【００４６】
＜５＞ある事例での適用例
図６は、ある鉄筋コンクリートの締固め特性の計算過程を示した図である。
評価対象となる鉄筋コンクリーの諸条件に伴う、施工性指数や各計算式は以下の通りとなる。
【００４７】
【数６】
0006619999.tif 000010
【００４８】
【数７】
0006619999.tif 000011
【００４９】
【数８】
0006619999.tif 000012
図６に示す通り、設計図から施工性指数ｘ１を求め、計算式１に施工性指数を代入することで、締固め完了エネルギーＹ１を求めることができる。
そして、第２の計算式のＹ２に、締固め完了エネルギーＹ１を代入することで、締固め完了範囲ｘ２を求めることができる。
【００５０】
［使用例２］施工性指数の逆数化
本発明に係る施工性指数は、少なくとも鉄筋間隔と鉄筋径の比を少なくとも含むように構成すれば良いため、例えば以下のように設定することもできる。
【００５１】
【数９】
0006619999.tif 000013
この場合、施工性指数の値が低ければ低いほど、大きな締固め完了エネルギーを要することとなる。
【００５２】
その他、本発明は、例えば以下のような変形例を採用することもできる。
［変形例１］
予めユーザが計算した施工性指数を入力する態様とすること（図７）
［変形例２］
施工性指数から締固め完了エネルギーのみを求める態様とすること（図８）
【符号の説明】
【００５３】
Ａ    計算装置
Ｂ    記憶手段
Ｃ    演算手段
Ｄ    振動機
１０  第１の記憶部
２０  第１の記憶部
３０  施工性指数算出部
４０  締固め完了エネルギー算出部
５０  締固め完了範囲算出部
【図１】
0006619999.tif 000014
【図２】
0006619999.tif 000015
【図３】
0006619999.tif 000016
【図４】
0006619999.tif 000017
【図５】
0006619999.tif 000018
【図６】
0006619999.tif 000019
【図７】
0006619999.tif 000020
【図８】
0006619999.tif 000021
【図９Ａ】
0006619999.tif 000022
【図９Ｂ】
0006619999.tif 000023