(57)【要約】【課題】コンクリート部材内において、鉄筋が配筋されない薄肉の無筋部分を引張力に対して補強する。【解決手段】鉄筋２の配筋とコンクリートの打設によって製作、もしくは構築されるコンクリート部材１において、鉄筋２が配筋されない薄肉の無筋部分３に引張力を負担する、前記鉄筋２より小径の細線材４をコンクリート部材１の材軸方向に、あるいはコンクリート部材１の幅方向に配置する。細線材４には必要により緊張力を与える。または細線材４をその長さ方向に間隔を隔てて配置されるスリーブ５内に挿通させる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋の配筋とコンクリートの打設によって製作、もしくは構築されるコンクリート部材において、鉄筋が配筋されない薄肉の無筋部分に引張力を負担する、前記鉄筋より小径の細線材を配置してある補強コンクリート部材。
【請求項２】
細線材をコンクリート部材の材軸方向に配置してある請求項１記載の補強コンクリート部材。
【請求項３】
細線材をコンクリート部材の幅方向に配置してある請求項１記載の補強コンクリート部材。
【請求項４】
細線材に予め緊張力を与えてある請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の補強コンクリート部材。
【請求項５】
細線材はその長さ方向に間隔を隔てて配置されるスリーブ内に挿通している請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の補強コンクリート部材。
【請求項６】
細線材は繊維強化材料である請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の補強コンクリート部材。
【請求項７】
細線材は鋼線である請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の補強コンクリート部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はプレキャストコンクリート部材や現場打ちコンクリート部材内において鉄筋が配筋されない薄肉の無筋部分を引張力に対して補強した補強コンクリート部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば橋梁の橋桁や床版、建物の床版や梁等、躯体の一部をプレキャストコンクリートで製作する場合のように予め工場製作されたプレキャストコンクリート部材（以下ＰＣ部材）を敷設した後に現場打ちコンクリートを打設し、一体化させてコンクリート構造物を構築する場合、ＰＣ部材の端面や側面からは隣接するＰＣ部材との継手のための主筋を突出させることが必要になるが、例えば主筋をループ状に突出させる場合のように主筋の継手部における配筋の都合から、互いに突き合わせられるＰＣ部材の端部において図１３に示すように下端側を薄肉にせざるを得ない場合がある。
【０００３】
継手のための主筋はＰＣ部材の上端側と下端側に配筋されるが、図１３における薄肉部分に主筋を配筋できる程度の肉厚を確保できない場合には、被りの確保上、下端側の主筋が薄肉部分より上に配筋されるため、図１３−（ｂ）に示すように薄肉部分に主筋が配筋されない無筋の部分が形成される。
【０００４】
ＰＣ部材の下端に沿い、径の小さい補強筋を配筋することもあるが、コンクリートの中性化による鉄筋への錆の発生を回避し、鉄筋の耐久性を確保する上で、鉄筋の周囲が一定の厚さ（被り厚さ）（例えば２５ｍｍ以上）を有するコンクリートで被覆され、保護されている必要があるため、この被り厚さを確保できない場合には薄肉部分に補強筋を配筋することができても、薄肉部分の全断面に亘って配筋することはできない。この結果、ＰＣ部材の端部の薄肉部分に補強筋も主筋も配筋されない無筋部分が形成されることになる。
【０００５】
薄肉部分は主筋等によってその上に打設される現場打ちコンクリートと一体化するため、薄肉部分が独立して荷重を負担する場合程の荷重に抵抗できる耐力を持つ必要はないが、橋桁において図６に示すような輪荷重により現場打ちコンクリートから予期しない支圧力を受けたときに、無筋部分は引張強度が低いことから、薄肉部分と非薄肉部分の境界においてひび割れが発生し、破損することが考えられる。
【０００６】
このような場合、無筋部分の表面側から炭素繊維等の強化繊維を貼着することにより無筋部分を補強する方法（特許文献１参照）や、強化繊維を混入したコンクリートで薄肉部分自体を製作する方法（特許文献２、特許文献３参照）が考えられる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１９２５７６号公報（図１〜図７）
【特許文献２】
特開平６−３１７０９号公報（図１、図２）
【特許文献３】
特開２０００−３０９０１１号公報（図１〜図７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では表面側から無筋部分を補強することはできても、薄肉の無筋部分を内部において補強することはできない。特許文献２、特許文献３ではＰＣ部材全体を同一材料で製作しなければならないため、薄肉部分のみを繊維混入コンクリートで形成する訳にはいかない。
【０００９】
この発明は上記背景より、鉄筋を配筋できない薄肉の無筋部分の引張強度を確保する構造のコンクリート部材を提案するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明ではコンクリート部材の鉄筋が配筋されない薄肉の無筋部分に引張力を負担する、コンクリート部材内に配筋される鉄筋より小径の細線材を配置することにより、薄肉の無筋部分の引張強度を確保し、破損を防止する。コンクリート部材はプレキャストコンクリート部材と現場打ちコンクリート部材を含む。
【００１１】
細線材はコンクリート部材の無筋部分の内部に配置されて引張力を負担することで、引張鉄筋と同様の機能を発揮し、引張力に対して無筋部分の耐力を向上させる働きをし、薄肉部分と非薄肉部分の境界におけるひび割れの発生と、それに伴う破損を防止する。
【００１２】
薄肉の無筋部分が、鉄筋を配筋したときに必要な被り厚さ（例えば２５ｍｍ以上）を確保できない肉厚しか持たない場合にも、その部分に配置される細線材が鉄筋より小径（数ｍｍ〜１０数ｍｍ）であることで、細線材として請求項７に記載のように鋼線を使用しても、鋼線の表面からコンクリート表面までに鋼線を保護するのに十分な厚さの被りを確保することができるため、細線材の耐久性の低下の問題を発生させることなく、薄肉の無筋部分を引張補強することが可能になる。
【００１３】
細線材の表面からコンクリート表面までに細線材を保護するのに十分な厚さの被りを確保することができない場合には、請求項６に記載のように細線材として非金属製の繊維強化材料を使用することにより対応できる。この場合、非金属製であることで、細線材の中性化による錆の発生がなく、耐久性低下の問題がないため、鋼線を用いる場合程の被りを確保する必要がない利点がある。繊維強化材料には炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維等がある。
【００１４】
このように細線材が鋼線であるか繊維強化材料であるかを問わずに、引張力を負担する細線材が小径であることで、コンクリートの被覆の程度に関係なく細線材の耐久性の低下の問題を発生させることなく、薄肉の無筋部分を引張補強することが可能になる。
【００１５】
細線材はコンクリート部材がプレキャストの場合はコンクリート部材の製作時に、現場打ちコンクリートの場合はコンクリート部材の構築時に鉄筋の配筋と共に配置される。配置の方向は請求項２に記載のようにコンクリート部材の材軸方向であるか、請求項３に記載のようにそれに直交する、コンクリート部材の幅方向であるか等、問われないが、例えば薄肉部分が連続する方向（材軸方向）に細線材が連続して配置される場合には、細線材が撓むことにより薄肉部分のコンクリート表面から露出する可能性があることから、請求項４に記載のように細線材に予め緊張力が与えられることにより撓みの低減が図られる。
【００１６】
あるいは請求項５に記載のように細線材がその長さ方向に間隔を隔てて配置されるスリーブ内に挿通させられることにより、撓みが生じた場合にも細線材がコンクリート表面に露出する事態が回避される。細線材はスリーブ内に挿通させられた状態で緊張力を与えられることもある。
【００１７】
細線材に緊張力が与えられる請求項４ではコンクリートとの付着によりコンクリートにプレストレスを与えることができるため、コンクリート部材の全断面の内、引張側に引張応力を生じさせないようにすることもできる等、コンクリート部材の引張耐力を調整することが可能になる。
【００１８】
薄肉部分が連続する方向に直交する方向（幅方向）が引張力の作用方向である場合にはその方向に細線材が配置することが合理的であるが、その方向に配置することがコンクリートの充填性や細線材の保持性の面から難しい場合には薄肉部分が連続する方向に配置される。
【００１９】
例えばコンクリート部材がプレキャストコンクリートで、橋桁の構成部材である場合に、図５に示すように材軸方向が橋軸直角方向を向き、橋軸方向に並列してコンクリート部材が配列させられる場合、薄肉部分が橋桁の下端側に位置し、隣接するコンクリート部材は双方の薄肉部分が突き合わせられる形で配列し、薄肉部分は橋軸直角方向に連続することになる。この場合に図８に示すように細線材を橋軸方向に配置すると、コンクリート部材の製作時に無筋部分へのコンクリートの充填性が低下するか、細線材の配置状態を保持するための手段を施すことが難しくなる可能性があるため、図７に示すように細線材を橋軸直角方向に配置することにより対応することになる。
【００２０】
繊維強化材料の細線材としては表１、図３−（ａ）〜（ｃ）に例示する材料が使用され、細線材として使用する際には表面がエポキシ樹脂その他の接着剤により固められる場合もある。図３−（ａ）〜（ｃ）は表１に対応している。
【００２１】
ここで、図３−（ｃ）に示すアラミド繊維を組紐状に編み、エポキシ樹脂で固めた形のアラミドロッドを細線材として用い、スリーブによって細線材を支持した上で、細線材に緊張力を与えたときの、細線材への導入緊張力と撓み量との関係を図１１，図１２に示す。図１１はスリーブによる支持間隔が３ｍの場合、図１２は２ｍの場合である。表２にアラミドロッドの標準仕様を示すが、ここでは３ｍｍのアラミドロッドを用いている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
2004098361.tif 000004
【００２４】
撓み量は「コンクリート標準示方書（施工編）」に準じ、下記の式▲１▼、もしくは▲２▼を用いて算出している。
【００２５】
ｐ１＝７．８×１０−３＋（１．１８＋０．２４５Ｒ）／（ｔ＋２０）≦０．１　−▲１▼、
またはｐ２＝２．４×１０−２Ｈ（Ｎ／ｍｍ２）　−▲２▼のいずれか小さい方。
【００２６】
ここで、ｐ（ｐ１，　ｐ２）：側圧（Ｎ／ｍｍ２）、Ｒ：上方向打上り速度（ｍ／ｓ）、ｔ：型枠内コンクリート温度（℃）、Ｈ：考慮点より上のフレッシュコンクリートの高さ（ｍ）。
【００２７】
Ｒ＝３．０（ｍ／ｓ）、ｔ＝２０（℃）、Ｈ＝０．２７（ｍ）とすると、ｐ１＝０．０５５７（Ｎ／ｍｍ２）、ｐ２＝０．００６４８（Ｎ／ｍｍ２）より、小さい方を選択してｐ＝０．００６４８（Ｎ／ｍｍ２）。
【００２８】
アラミドロッド（ｄ＝３ｍｍ）が受ける１．０　ｍｍ当たりの側圧ｑ（Ｎ／ｍｍ）はｑ＝ｐ×ｄより、ｑ＝０．０１９４４（Ｎ／ｍｍ）。
【００２９】
アラミドロッドの導入緊張力Ｔ（Ｎ）による撓み量ｙ（ｍｍ）はｙ＝ｑＬ２／８Ｔにより求めた。ここで、Ｌ：支持間隔長（ｍｍ）。
【００３０】
図１１，図１２の結果から、支持間隔が３ｍの場合も２ｍの場合も、導入緊張力Ｔが２０００Ｎを下回ると、撓み量ｙが著しく増加し、３０００〜６０００Ｎの範囲では撓み量の差異が見られないことが分かる。よって導入緊張力Ｔが３０００Ｎ以上であれば、実質的に細線材の撓みが問題にならないことになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は図１，図７に示すように鉄筋２の配筋とコンクリートの打設によって製作、もしくは構築されるコンクリート部材１において、鉄筋２が配筋されない薄肉の無筋部分３に引張力を負担する、前記鉄筋２より小径の細線材４を配置することにより、この無筋部分３を補強したものである。コンクリート部材１内の鉄筋２は主筋２ａと配力筋、及びせん断補強筋と部分的な補強筋２ｂを含む。
【００３２】
図面では図４，図５に示すようにコンクリート部材１としてのプレキャストコンクリート部材を橋桁の一部として使用した場合を示すため、下端側の幅方向両側に無筋部分３，３が形成されるコンクリート部材１を示しているが、コンクリート部材１の断面形状は橋梁の橋桁や床版であるか、建物の床版や梁であるか等、使用対象に応じて任意に形成されるため、図示する形状には限定されない。コンクリート部材１は現場打ちコンクリートで構築される場合もある。
【００３３】
細線材４には鋼線が使用される（請求項７）他、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維等の繊維強化材料が使用され（請求項６）、繊維強化材料の場合は図３−（ａ）に示す棒状、（ｂ）に示すストランド状、（ｃ）に示す組紐状等に形成される。繊維強化材料を用いる場合は前記のように必要により表面が合成樹脂系接着剤等で固められる。コンクリート部材１内に配筋される鉄筋２の径は主筋２ａの場合で３０ｍｍ前後程度であり、補強筋２ｂの場合で細くとも１０数ｍｍ以上であるのに対し、細線材４の径は数ｍｍ〜１０数ｍｍ程度であり、鉄筋２の径より小さい。
【００３４】
図１，図７等は無筋部分３が連続するコンクリート部材１の材軸方向（橋軸直角方向）に細線材４を配置した場合（請求項２）を示すが、図８に示すようにコンクリート部材１の幅方向（橋軸方向）に配置する場合（請求項３）もある。
【００３５】
図７，図８はコンクリート部材１の幅方向の側面から、ループ状に湾曲して下端側と上端側が連続した主筋２ａが突出し、隣接するコンクリート部材１，１の主筋２ａ，２ａを重ね合わせ、双方の湾曲部分によって閉じたループを形成し、このループ内にこれに包囲されるように鉄筋６を配筋した様子を示している。またコンクリート部材１内では下端側の主筋２ａの下に補強筋２ｂを配筋している。コンクリート部材１，１間にはコンクリート７や無収縮モルタル等のモルタルが充填される。
【００３６】
無筋部分３が連続する方向に細線材４を連続して配置する場合には、細線材４が撓むことによるコンクリート表面からの露出を回避するために、細線材４には必要により予め緊張力が与えられる（請求項４）。または細線材４がその長さ方向に間隔を隔てて配置されるスリーブ５内に挿通させられるか、スリーブ５内に挿通させられた状態で緊張力が与えられる（請求項５）。
【００３７】
細線材４の撓みはスリーブ５の配置個数が多い程、あるいは単一のスリーブ５の長さが大きい程抑制されるが、スリーブ５自身の弾性係数がコンクリートの弾性係数と相違することによるスリーブ５への応力集中を低減する上では配置個数は少ない方がよく、またスリーブ５と骨材との噛み合いによる無筋部分３のせん断耐力を確保する上ではスリーブ５は短い方がよい。
【００３８】
またスリーブ５部分を含め、細線材４が全長に亘ってコンクリートとの付着を確保するために、スリーブ５の内径は、スリーブ５の内周面と細線材４との間にコンクリートが流入できる程度のクリアランスを持つ大きさであることが望ましい。以上により、具体的には例えば細線材４の径を３ｍｍとしたとき、スリーブ５の内径は８ｍｍ程度、外径は３０ｍｍ程度、長さは２３　ｍｍ程度がよく、２ｍ間隔程度で配置される。
【００３９】
またスリーブ５への応力集中を回避する上ではスリーブ５の弾性係数がコンクリートの弾性係数に近い方がよいため、スリーブ５はコンクリートに馴染み易い、コンクリートと同質で、コンクリートの強度以上の圧縮強度を有する無機質材で製作されることが好ましい。
【００４０】
図１，図７ではコンクリート部材１を材軸方向に見た断面上、無筋部分３の先端部寄りの１箇所に細線材４を配置しているが、細線材４は鉄筋２より小径であり、繊維強化材料である場合には被りを確保する必要がないため、図８に示す場合を含め、無筋部分３の任意の位置に１箇所、もしくは複数箇所配置される。無筋部分３の断面上の細線材４の配置位置と配置数の設定により、細線材４に緊張力を与えたときのコンクリート部材１の引張耐力が調整される。
【００４１】
図９は細線材４に緊張力を導入するための張力導入装置８の例を示す。細線材４の端部には楔形のグリップ４ａが細線材４を保持することにより一体化しており、緊張力導入側のグリップ４ａは張力導入装置８の締付けボルト９に接続したアンカーヘッド１０の楔孔１１に挿通し、その内周面に密着している。
【００４２】
細線材４は張力導入装置８側に位置する端型枠１２を挿通し、端型枠１２の外側においてアンカーヘッド１０に保持される。端型枠１２の下に位置する下型枠１３には締付けボルト９を支持するプレート１４が接合され、プレート１４に、締付けボルト９が螺入するナット１５が固定されている。
【００４３】
細線材４の、緊張力が導入される側の反対側の端部は図１０に示すようにグリップ４ａがアンカーヘッド１０に保持された状態で端型枠１２に係止しており、この状態で張力導入装置８の締付けボルト９をナット１５に対して後退させることによって細線材４に緊張力が導入される。緊張力はこの他、ジャッキを用いて導入されることもある。コンクリートは細線材４を緊張した状態で下型枠１３上の端型枠１２，１２間に打設される。
【００４４】
【発明の効果】
コンクリート部材の鉄筋が配筋されない薄肉の無筋部分に引張力を負担する、コンクリート部材内に配筋される鉄筋より小径の細線材を配置するため、無筋の薄肉部分の引張強度を確保することができる。
【００４５】
特に細線材はコンクリート部材の無筋部分の内部に配置されて引張力を負担することで、引張鉄筋と同様の機能を発揮するため、引張力に対して無筋部分の耐力を向上させ、薄肉部分と非薄肉部分の境界におけるひび割れの発生と、それに伴う破損を防止することができる。
【００４６】
薄肉の無筋部分に配置される細線材が鉄筋より小径（数ｍｍ〜１０数ｍｍ）であるため、細線材として鋼線を使用しても、鋼線の表面からコンクリート表面までに鋼線を保護するのに十分な厚さの被覆を確保することができる。
【００４７】
請求項６では中性化による錆の発生がなく、耐久性低下の問題が生じない繊維強化材料を細線材として使用するため、細線材の表面からコンクリート表面までに、細線材を保護するのに十分な厚さの被りを確保することができない場合にも細線材の耐久性の低下の問題を発生させることなく、薄肉の無筋部分を引張補強することができる。
【００４８】
請求項４では細線材に予め緊張力を与えることにより撓みの低減を図るため、薄肉の無筋部分が連続する方向に細線材が連続して配置される場合にも、細線材が撓むことにより薄肉部分のコンクリート表面からの露出を回避することができる。
【００４９】
また請求項４では細線材に緊張力を与えることで、コンクリートとの付着によりコンクリートにプレストレスを与えることができるため、コンクリート部材の引張耐力を調整することが可能になる。
【００５０】
請求項５では細線材がその長さ方向に間隔を隔てて配置されるスリーブ内に挿通させるため、撓みが生じた場合にも細線材がコンクリート表面に露出する事態が回避される。
【図面の簡単な説明】
【図１】細線材を無筋部分の長さ方向に配置した場合のコンクリート部材の一部を示した断面図である。
【図２】細線材とスリーブの関係を示した斜視図である。
【図３】（ａ）は細線材が炭素繊維である場合、（ｂ）は細線材がアラミド繊維である場合のそれぞれの形状例を示した断面図、（ｃ）は細線材がアラミド繊維である場合の他の形状例を示した側面図である。
【図４】コンクリート部材の使用対象として橋桁を示した斜視図である。
【図５】図４のｘ−ｘ線断面図である。
【図６】幅方向に隣接するコンクリート部材間に輪荷重が作用するときのコンクリート部材の薄肉部分に対する応力状態を示した図５の一部拡大図である。
【図７】幅方向に隣接するコンクリート部材間の配筋状態を示した図５の一部拡大図である。
【図８】細線材を無筋部分の幅方向に配置した場合のコンクリート部材を示した図５の一部拡大図である。
【図９】張力導入装置と細線材の関係を示した立面図である。
【図１０】図８と反対側の細線材の端部を示した立面図である。
【図１１】スリーブによる支持間隔が３ｍである場合の細線材の緊張力と撓み量の関係を示したグラフである。
【図１２】スリーブによる支持間隔が２ｍである場合の細線材の緊張力と撓み量の関係を示したグラフである。
【図１３】（ａ）は従来の無筋部分を有するプレキャストコンクリート部材の例を示した断面図、（ｂ）は（ａ）の一部拡大図である。
【符号の説明】
１……コンクリート部材、２……鉄筋、２ａ……主筋、２ｂ……補強筋、３……無筋部分、４……細線材、４ａ……グリップ、５……スリーブ、６……鉄筋、７……コンクリート、８……張力導入装置、９……締付けボルト、１０……アンカーヘッド、１１……楔孔、１２……端型枠、１３……下型枠、１４……プレート、１５……ナット。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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