(57)【要約】【課題】鋼コンクリート合成構造物へのＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒を用いた機械的プレストレスト力導入方法の持つ問題点を解決するプレストレスト力導入方法を提供すること。【解決手段】鋼コンクリート合成構造物の構築に際し、鋼殻に温度管理を行いながら所定の温度を与えてコンクリートを打設し、コンクリート固化後に、温度管理を終了し、鋼殻の温度収縮・膨張により鋼コンクリート合成断面にプレストレスト力を導入することを特徴とする鋼コンクリート合成構造物への温度管理によるプレストレス力導入方法。【選択図】図１
2004092333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼コンクリート合成構造物の構築に際し、鋼材に温度管理を行いながら所定の温度を与えてコンクリートを打設し、コンクリート固化後に、温度管理を終了し、鋼材の温度収縮・膨張により鋼コンクリート合成断面にプレストレスト力を導入することを特徴とする鋼コンクリート合成構造物への温度管理によるプレストレス力導入方法。
【請求項２】
鋼材の部位毎に異なる管理温度値とし、鋼コンクリート合成断面内に導入されるプレストレスト力を変化させることを特徴とする請求項１に記載の鋼コンクリート合成構造物への温度管理によるプレストレス力導入方法。
【請求項３】
請求項２に記載の鋼コンクリート合成構造物への温度管理によるプレストレス力導入方法を用いて構築する、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントが鋼コンクリート合成構造部材に挟まれる形状で構成される地下構造物において、鋼コンクリート合成構造部材の地山に接する側の鋼材は加温管理し、地下構造物に対して内空側の鋼材は低温管理することによって、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントと鋼コンクリート合成構造部材の接合部において、地山からの荷重に対する変形に抵抗する方向の変形量を導入することで当該接合部の変形量を抑制せしめ、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントの鋼殻仕様の軽減を可能とすることを特徴とする構築方法。
【請求項４】
請求項３に記載の構築方法を用いて構築することを特徴とする鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントが鋼コンクリート合成構造部材に挟まれる形状で構成される地下構造物。
【請求項５】
鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントを、温度管理の下、低温状態でセグメントリングに組み立て、架設完了後、温度管理を終了し、鋼材の温度膨張を利用して、セグメントリング断面に軸圧縮力を導入することを特徴とする温度管理によるプレストレス力導入方法。
【請求項６】
請求項５に記載の温度管理によるプレストレスト力導入方法を用いて構築することを特徴とする鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントによる構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度管理によるプレストレスト力導入方法とその方法を用いて構築される鋼コンクリート合成構造物及び鉄系セグメント、鋼コンクリート合成セグメント構造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼コンクリート合成構造物の耐久性を向上するために、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒を用いて機械的にプレストレスト力を導入する方法が実施されてきた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２０７４１５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒による機械的プレストレスト力の導入方法は、構造物内に配置されるＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒のためのスペースを必要とするため鋼コンクリート合成構造物の断面の増大化を招き、さらに、構造物表面にＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒の係止部分、引張力を付加するためのナット等が突出することになり、見栄えが悪いばかりでなく、空間の限られた狭隘な場所では係止構造とすることはできない。また、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒による機械的プレストレスト力の導入方法は、作業が複雑で時間がかかり、製造コストのアップ要因となる。
【０００５】
本発明は、上記従来の鋼コンクリート合成構造物への機械的プレストレスト力の導入方法のもつ問題点を解決したるプレストレスト力導入方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本第１発明は、鋼コンクリート合成構造物への温度管理によるプレストレス力導入方法において、鋼コンクリート合成構造物の構築に際し、鋼材に温度管理を行いながら所定の温度を与えてコンクリートを打設し、コンクリート固化後に、温度管理を終了し、鋼材の温度収縮・膨張により鋼コンクリート合成断面にプレストレスト力を導入することを特徴とする。
【０００７】
本第２発明は、本第１発明の鋼コンクリート合成構造物への温度管理によるプレストレス力導入方法において、鋼材の部位毎に異なる管理温度値とし、鋼コンクリート合成断面内に導入されるプレストレスト力を変化させることを特徴とする。
【０００８】
本第３発明は、鋼コンクリート合成構造物において、本第２発明の鋼コンクリート合成構造物への温度管理によるプレストレス力導入方法を用いて構築する、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントが鋼コンクリート合成構造部材に挟まれる形状で構成される地下構造物において、鋼コンクリート合成構造部材の地山に接する側の鋼材は加温管理し、地下構造物に対して内空側の鋼材は低温管理することによって、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントと鋼コンクリート合成構造部材の接合部において、地山からの荷重に対する変形に抵抗する方向の変形量を導入することで当該接合部の変形量を抑制せしめ、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントの鋼殻仕様の軽減を可能とすることを特徴とする構築方法。
【０００９】
本第４発明は、本第３発明の構築方法を用いて構築することを特徴とする鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントが鋼コンクリート合成構造部材に挟まれる形状で構成される地下構造物。
【００１０】
本第５発明は、温度管理によるプレストレスト力導入方法において、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントを、温度管理の下、低温状態でセグメントリングに組み立て、架設完了後、温度管理を終了し、鋼材の温度膨張を利用して、セグメントリング断面に軸圧縮力を導入することを特徴とする。
【００１１】
本第６発明は、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントによる構造物において、本第５発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法を用いて構築することを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明においては、鋼コンクリート合成構造物に温度管理によってプレストレスト力を導入するため、従来のＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒による機械的プレストレスト力導入方法と比較し、構造物内へのＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒の配置のスペースが不要であるため鋼コンクリート合成構造物の断面の縮小化が図れる。
また、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒の配置作業、引張力を付与する作業等の複雑な作業がなく、鋼コンクリート合成構造物の製造作業の時間、材料費を減らすことができるため、製造コストの低減化を図れる。
鋼材の部位で管理温度値を異ならせることで、鋼コンクリート合成断面内に導入されるプレストレスト力を変化させ、応力に抵抗する方向への変形を与えることにより、断面の縮小化を図ることができる。
さらに、本発明の温度管理によるプレスストレスト力を導入する方法により構築される鋼コンクリート合成構造物は、構造物の表面にＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒の係止手段等の突出部分が存在しないため、見栄えがよいとともに、空間の限られた狭隘な場所で係止構造とすることができない場合でも対応ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図により説明する。図１から図３は、鋼材としてＨ形鋼１を用いその周囲にコンクリート２を打設する鋼コンクリート合成構造物３を構築するための温度管理によるプレストレスト力導入方法をしめすものである。図１、図２は、鋼材の温度管理のために加熱・冷却板４を用いた実施例を示すもので、鋼材としてのＨ形鋼１に加熱・冷却板４を装着し、それと熱交換器５とを供給ライン６で接合する。Ｈ形鋼１の周囲に型枠７を設置し、型枠７内にコンクリート２を打設する。その段階でＨ形鋼１に熱交換機５による加熱・冷却板４の温度管理の元に所定の温度値を付加し、コンクリート２が固化し、十分なコンクリート強度が発現するまで温度管理を継続する。コンクリート２が十分な強度を発現した段階でＨ形鋼１の温度管理を停止する。Ｈ形鋼１は常温となり、鋼コンクリート合成構造物３内に温度変化分の歪みが発生し、断面内に軸引張力或いは圧縮力を導入することができる。鋼材の表面には温度変化分の歪をコンクリートに伝達するずれ止めを設置しておく。
図３は、加熱・冷却板４の代わりに加熱・冷却水供給手段３６から加熱・冷却水が循環供給される加熱・冷却パイプ８を用いた実施例を示すものである。鋼の熱膨張係数はおよそ１０×１０−６／℃であるので、１０℃の温度変化に対して、１００×１０−６の線歪みが発生する。鋼材に対する加熱・冷却の温度範囲を５℃〜１００℃の範囲、好ましくは１０℃〜７０度とする。上記温度範囲は、加熱・冷却による鋼材の強度低下を招かないものである。
【００１４】
図４に示される実施例は、鋼材としてのＨ形鋼１の上側フランジ９に加熱手段３７に接続される加熱板１１、下側フランジ１０に冷却手段３８と連結される冷却板１２を装填し、温度管理の下、上側フランジ９を冷却、下側フランジ１０を加温し、Ｈ形鋼１の周囲にコンクリート２を打設し、コンクリート固化後、コンクリートが十分な強度を発現した段階で温度管理を停止する。Ｈ形鋼１は常温に復帰すると、温度変化により上側フランジ９に引張力が、下側フランジ１０には圧縮力が導入される。これによって、断面内に付加的に曲げモーメントを発生させることが可能となる。外力に対して設計上厳しくなる部位に対して部位を選定してプレストレストの大きさ及び方向を制御し、外力による断面力を打ち消すような断面力を付加することができる。
【００１５】
図５は、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメント１３に冷凍装置１４を装填し、温度管理の下、低温状態でセグメントリング１５に組み立て、架設完了後、温度管理を終了し、鋼材の温度膨張を利用して、セグメントリング断面に軸圧縮力を導入する方法を示す。大断面トンネルや軟弱地盤中におけるトンネル等で、トンネル断面に発生する曲げモーメントが大きい場合に、付加的に軸力を与えることで、セグメント継手の目開きを抑制することができる。
【００１６】
寸法の大きな構造物へコンクリートを打設する場合、コンクリート水和熱がコンクリート内部に蓄積され、コンクリートのひび割れを誘発する原因となる。このようなマスコンクリートの場合は、セメントの種類の選定、コンクリート配合の選定、打設速度の管理等の対策や、予めコンクリート中に配管を敷設して冷却水を循環させるパイプクーリング工法が採用される。クリーングパイプを用いて、或いは別途、送水管を敷設し冷却水或いは加温水を循環して鋼材の温度管理を実施し、鋼コンクリート合成構造物にプレストレスト力を導入する。
図６は、寸法の大きな構造物、例えばＲＣ橋の床版に本発明の温度管理によるプレストレスト力を導入方法を適用した実施例を示す。荷重の影響で鋼コンクリート合成構造物としての床版１６の端部は下側に垂れ下がるような挙動をしめすが、鋼コンクリート合成構造物の鋼材としてのＨ形鋼１７の上側フランジ１８の周囲と下側フランジ１９の周囲に送水管２０、２１を敷設し、上側フランジ１８の送水管２０に、加温水供給手段２２からの加温水を循環供給して上側フランジ１８を加熱管理し、下側フランジ１９の送水管２１に冷却水供給手段２３からの冷却水を循環供給して下側フランジ１９を冷却管理し、コンクリートを打設し、コンクリートが固化し、コンクリートが所定の強度を発現する段階で温度管理を停止する。鋼材としてのＨ形鋼１７の常温復帰により、鋼コンクリート合成構造物としての床版１６に逆そりのプレストレスト力を導入することができ、床版断面の縮小化が図れる。
【００１７】
図７は、本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法を、地下トンネルと地下躯体の接合構造に適用した実施例を示す。２つのセグメントで覆工されたシールドトンネル２４、２５が平行に形成され、２つのシールドトンネル２４、２５の相対する側のセグメントの一部が撤去され、その間を掘削して、上下床版２６、２７と中央支持柱２８によりシールドトンネル２４、２５が連通する地下躯体２９を構築する。地下躯体２９の上下床版２６、２７の端部はシールドトンネル２４、２５のセグメントに接合される。上下床版２６、２７は土圧等の荷重の影響で上下床版２６、２７の端部のセグメントとの接合部で、セグメントを押し込む方向の変位が及ぼされ、その変位に抵抗するために、セグメントの鋼殻の板厚を厚くする必要があった。そのような課題を解決するために、鋼コンクリート合成構造物としての上下床版２６、２７の鋼材としてのＨ形鋼３０、３１に温度管理によるプレストレスト力を導入する。上床版２６のＨ形鋼３０の上フランジと下床版２７のＨ形鋼３１の下フランジとに、加温水供給手段３２から加温水が循環供給させる加温水供給管３３が敷設される。上床版２６のＨ形鋼３０の下フランジと下床版２７のＨ形鋼３１の上フランジとに、冷却水供給手段３４から冷却水が循環供給させる冷却水供給管３５が敷設される。コンクリートが固化する前に上床版２６のＨ形鋼３０の上フランジ側を加温管理し、下フランジ側を冷却管理し、コンクリートが固化し、コンクリートが所定の強度を発現した段階で、温度管理を停止する。Ｈ形鋼３０の常温への復帰により、上フランジ側に圧縮力、下フランジ側に引張力のプレストレスト力が導入され、上床版２６に、上側にそる変位を付加することにより、荷重による上床版２６の端部の下向きの変位に抵抗し、セグメント端部の負担を軽減する。同じく、コンクリートが固化する前に下床版２７のＨ形鋼３１の下フランジ側を加温管理し、上フランジ側を冷却管理し、コンクリートが固化し、コンクリートが所定の強度を発現した段階で、温度管理を停止する。Ｈ形鋼３１の常温への復帰により、下フランジ側に圧縮力、上フランジ側に引張力のプレストレスト力が導入され、下床版２７に、下側にそる変位を付加することにより、荷重による下床版２７の端部の上向きの変位に抵抗し、セグメント端部の負担を軽減する。以上のように、上下床版２６、２７とセグメントとの接続部において、セグメント端部の荷重負担が軽減されるので、セグメント仕様の縮小化を図ることができる。
本構造に対して機械式のプレストレスト力を導入することで対処する場合は、床版端部に定着構造が必要となり、建築限界の関係から定着構造を確保することは極めて困難となる。
【００１８】
前記温度管理によるプレストレスト導入方法を用いて構築される鋼コンクリート合成構造物、鉄系セグメント又は鋼コンクリート合成セグメントによる構造物は、従来のＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒による機械的プレストレスト導入方法で構築される構造物と比較し、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒を配置するスペースを省略でき、断面の縮小化を図ることができ、構造物表面にＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒を係止するため係止部材等の突出部が存在せず、見栄えが良く、空間の限られた狭隘な場所で係止構造とすることができない場合でも対応ができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明においては、鋼コンクリート合成構造物に温度管理によってプレストレスト力を導入するため、従来のＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒による機械的プレストレスト力導入方法と比較し、構造物内へのＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒の配置のスペースが不要であるため鋼コンクリート合成構造物の断面の縮小化が図れる。
また、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒の配置作業、引張力を付与する作業等の複雑な作業がなく、鋼コンクリート合成構造物の製造作業の時間、材料費を減らすことができるため、製造コストの低減化を図れる。
鋼材の部位で管理温度値を変化させることで、鋼コンクリート合成断面内に導入されるプレストレスト力を変化させ、応力に抵抗する方向への変形を与えることにより、断面の縮小化を図ることができる。
さらに、本発明の温度管理によるプレスストレスト力を導入する方法により構築される鋼コンクリート合成構造物は、構造物の表面にＰＣ鋼線、ＰＣ鋼棒の係止手段等の突出部分が存在しないため、見栄えがよいとともに、空間の限られた狭隘な場所で係止構造とすることができない場合でも対応ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法の一実施形態を示す正面図
【図２】本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法の一実施形態を示す断面図
【図３】本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法の一実施形態を示す断面図
【図４】本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法の一実施形態を示す正面図
【図５】本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法の一実施形態を示す断面図
【図６】本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法の一実施形態を示す正面図
【図７】本発明の温度管理によるプレストレスト力導入方法の一実施形態を示す正面図
【符号の説明】
１：Ｈ形鋼
２：コンクリート
３：鋼コンクリート合成構造物
４：加熱・冷却板
５：熱交換器
６：供給ライン
７：型枠
８：加熱・冷却パイプ
９：上側フランジ
１０：下側フランジ
１１：加熱板
１２：冷却板
１３：鋼コンクリート合成セグメント
１４：冷凍装置
１５：セグメントリング
１６：床版
１７：Ｈ形鋼
１８：上側フランジ
１９：下側フランジ
２０：送水管
２１：送水管
２２：加温水供給手段
２３：冷却水供給手段
２４：シールドトンネル
２５：シールドトンネル
２６：上床版
２７：下床版
２８：中央支持柱
２９：地下躯体
３０：Ｈ形鋼
３１：Ｈ形鋼
３２：加温水供給手段
３３：加温水供給管
３４：冷却水供給手段
３５：冷却水供給管
３６：加熱・冷却水供給手段
３７：加熱手段
３８：冷却手段
【図１】
2004092333.tif 000003
【図２】
2004092333.tif 000004
【図３】
2004092333.tif 000005
【図４】
2004092333.tif 000006
【図５】
2004092333.tif 000007
【図６】
2004092333.tif 000008
【図７】
2004092333.tif 000009