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技術 繊維補強コンクリート部を設けた橋梁PC床版

出願人 黒沢建設株式会社
発明者 黒沢亮平
出願日 2018年3月1日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2018-037013
公開日 2019年9月12日 (3ヶ月経過) 公開番号 2019-152006
状態 特許登録済
技術分野 橋または陸橋 道路の舗装構造
主要キーワード 膨張モルタル コンクリート領域 一体複合化 細粒材 曲げ引張応力 けた橋 応力分布図 レベル調整用ボルト
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年9月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

プレキャストコンクリート床版部材の引張側に形成する繊維補強コンクリートの厚さを薄くすると共に鉄筋配筋を不要とすることによって部材の製造コストを低減し、かつ、高強度の床版を得ることができる橋梁プレキャストPC床版を提供する。

解決手段

下部断面1aが所定の厚さの繊維補強コンクリートで形成され、上部断面1bが高強度コンクリートで形成された床版部材1が並設された橋梁の床版であって、床版部材1の上部断面において橋軸直角方向にはプレテンション方式プレストレス緊張鋼材6bによって導入されており、橋軸方向においてはPC鋼材6aの緊張定着によるポストテンション方式よって床版部材1にプレストレスが導入されると共に圧着接合で床版部材1が一体化してあり、床版の全断面に2方向プレストレスが付与されており、かつ、床版全断面が無筋とした橋梁のプレキャストPC床版。

概要

背景

繊維補強コンクリートは、短繊維コンクリートに混合したものであり、高い引張強度と高い靭性を有するものである。混合する繊維としては、鋼繊維炭素繊維ガラス繊維アラミド繊維ポリプロピレンポリエチレンなどのポリオレフィン繊維ビニロン繊維などの比較的強度及び弾性率の高い合成繊維が使用される。
超高強度繊維補強コンクリートは、セメント粒子間隙細粒材細密充填されるようにした高強度セメントに繊維を混合した繊維補強コンクリートであり、その圧縮強度は200N/mm2に達するものもあり、耐久性の大きな材料である。 超高強度繊維補強コンクリートに添加される細粒材は、シリカフュームシリカダストフライアッシュスラグなどである。

繊維補強コンクリートは、ひび割れ抑制、靭性向上曲げ強度向上というメリットを有するものであり、コンクリート部材の軽量化と耐久性の向上を図ることができるためプレキャストコンクリート部材の製造によく利用されている。また、超高強度繊維補強コンクリートは、圧縮強度、引張強度共に通常のコンクリートより格段に大きなものであり、せん断耐力への寄与分も大きいため、コンクリート部材に適用する場合には部材内に設ける主筋せん断補強筋を減少、または、無くすことができるものであることが知られている。
高強度繊維補強コンクリート埋設型枠として用いて、普通コンクリート一体化して形成した複合コンクリート部材に関する技術は、特許文献1に開示されている。
以下、本明細書においては、特に断らない限り、「繊維補強コンクリート」は超高強度繊維補強コンクリートをも包含する。

概要

プレキャストコンクリート床版部材の引張側に形成する繊維補強コンクリートの厚さを薄くすると共に鉄筋配筋を不要とすることによって部材の製造コストを低減し、かつ、高強度の床版を得ることができる橋梁プレキャストPC床版を提供する。下部断面1aが所定の厚さの繊維補強コンクリートで形成され、上部断面1bが高強度コンクリートで形成された床版部材1が並設された橋梁の床版であって、床版部材1の上部断面において橋軸直角方向にはプレテンション方式プレストレス緊張鋼材6bによって導入されており、橋軸方向においてはPC鋼材6aの緊張定着によるポストテンション方式よって床版部材1にプレストレスが導入されると共に圧着接合で床版部材1が一体化してあり、床版の全断面に2方向プレストレスが付与されており、かつ、床版全断面が無筋とした橋梁のプレキャストPC床版。

目的

床版部材全体を繊維補強コンクリートで形成する場合、床版部材全体の強度が大幅にアップするが、混入する繊維のコストがかかるので部材の製作コストにも反映され、経済性実用性に劣ることになる。
特許文献1(特開2013−1583号公報)には、梁部材8を構成する金属繊維、または、有機繊維を混入した繊維補強コンクリート製のU字型埋設型枠8Aの底面に鉄筋8Bを配置することによって梁部材8全体としての強度を高め、その結果、せん断補強筋を省略でき、梁部材の製造が簡単となり、耐荷力や耐久性に優れた複合梁部材を得ることができることが開示されている。しかしながら、U字型埋設型枠8Aの底面部81には鉄筋8Bを配設してなければならず、段落0033には、「鉄筋の量は、底面部の断面積に対する鉄筋面積が2〜15%とするのが好ましく、2〜10%とするのがより好ましい。」、と記載されており、鉄筋が必須のものとなっており、鉄筋の配筋工事が必要である。そして、プレストレスは梁部材には導入されていないのでこの梁部材はRC造部材に分類される。このことは、RC梁部材の場合、部材断面の主要部に高強度繊維補強コンクリートを用いたとしても構造部材(梁部材)としての機能を発揮させるためには一定量の鉄筋を配筋することが必要であること意味するものであり、鉄筋の配筋工事を省略して部材費及び施工費を削減する面での課題は解決されておらず、床版においても繊維補強コンクリートを用いたとしても同様に鉄筋の配筋が必須となる。
本発明は、橋梁のPC床版部材の断面の一部に繊維補強コンクリートを用いるものであって、繊維補強コンクリートが高強度であるというメリットを活かし、鉄筋の配筋を全断面において不要とすることによって部材の製造コストを低減し、かつ、高強度の床版を得ることを課題とするものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

下部断面が所定の厚さの繊維補強コンクリートで形成され、上部断面が高強度コンクリートで形成されて一体化された合成断面を持つプレキャスト床版部材が橋軸方向に並設された橋梁床版であって、床版部材の上部断面において、橋軸直角方向と橋軸方向にPC鋼材が配置され、該PC鋼材を緊張定着することにより床版部材の全断面に2方向プレストレスが付与されると共に床版部材同士が圧着接合されて一体化してあり、かつ、床版全断面が無筋であることを特徴とする橋梁のプレキャストPC床版

請求項2

請求項1において、繊維補強コンクリート製の下部断面の厚さは、床版の厚さの1/8〜1/12であることを特徴とする橋梁のプレキャストPC床版。

技術分野

0001

本発明は、繊維補強コンクリート、または、超高強度繊維補強コンクリート部を設けた橋PC床版に関する。
なお、本明細書において「PC」は、プレストレスト
コンクリート造を意味するものである。

背景技術

0002

繊維補強コンクリートは、短繊維コンクリートに混合したものであり、高い引張強度と高い靭性を有するものである。混合する繊維としては、鋼繊維炭素繊維ガラス繊維アラミド繊維ポリプロピレンポリエチレンなどのポリオレフィン繊維ビニロン繊維などの比較的強度及び弾性率の高い合成繊維が使用される。
超高強度繊維補強コンクリートは、セメント粒子間隙細粒材細密充填されるようにした高強度セメントに繊維を混合した繊維補強コンクリートであり、その圧縮強度は200N/mm2に達するものもあり、耐久性の大きな材料である。 超高強度繊維補強コンクリートに添加される細粒材は、シリカフュームシリカダストフライアッシュスラグなどである。

0003

繊維補強コンクリートは、ひび割れ抑制、靭性向上曲げ強度向上というメリットを有するものであり、コンクリート部材の軽量化と耐久性の向上を図ることができるためプレキャストコンクリート部材の製造によく利用されている。また、超高強度繊維補強コンクリートは、圧縮強度、引張強度共に通常のコンクリートより格段に大きなものであり、せん断耐力への寄与分も大きいため、コンクリート部材に適用する場合には部材内に設ける主筋せん断補強筋を減少、または、無くすことができるものであることが知られている。
高強度繊維補強コンクリート埋設型枠として用いて、普通コンクリート一体化して形成した複合コンクリート部材に関する技術は、特許文献1に開示されている。
以下、本明細書においては、特に断らない限り、「繊維補強コンクリート」は超高強度繊維補強コンクリートをも包含する。

先行技術

0004

特開2013−1583号公報

発明が解決しようとする課題

0005

床版部材全体を繊維補強コンクリートで形成する場合、床版部材全体の強度が大幅にアップするが、混入する繊維のコストがかかるので部材の製作コストにも反映され、経済性実用性に劣ることになる。
特許文献1(特開2013−1583号公報)には、梁部材8を構成する金属繊維、または、有機繊維を混入した繊維補強コンクリート製のU字型埋設型枠8Aの底面に鉄筋8Bを配置することによって梁部材8全体としての強度を高め、その結果、せん断補強筋を省略でき、梁部材の製造が簡単となり、耐荷力や耐久性に優れた複合梁部材を得ることができることが開示されている。しかしながら、U字型埋設型枠8Aの底面部81には鉄筋8Bを配設してなければならず、段落0033には、「鉄筋の量は、底面部の断面積に対する鉄筋面積が2〜15%とするのが好ましく、2〜10%とするのがより好ましい。」、と記載されており、鉄筋が必須のものとなっており、鉄筋の配筋工事が必要である。そして、プレストレスは梁部材には導入されていないのでこの梁部材はRC造部材に分類される。このことは、RC梁部材の場合、部材断面の主要部に高強度繊維補強コンクリートを用いたとしても構造部材(梁部材)としての機能を発揮させるためには一定量の鉄筋を配筋することが必要であること意味するものであり、鉄筋の配筋工事を省略して部材費及び施工費を削減する面での課題は解決されておらず、床版においても繊維補強コンクリートを用いたとしても同様に鉄筋の配筋が必須となる。
本発明は、橋梁のPC床版部材の断面の一部に繊維補強コンクリートを用いるものであって、繊維補強コンクリートが高強度であるというメリットを活かし、鉄筋の配筋を全断面において不要とすることによって部材の製造コストを低減し、かつ、高強度の床版を得ることを課題とするものである。

課題を解決するための手段

0006

本発明は、橋梁のプレキャストコンクリート床版部材の全断面が下部断面と上部断面を合成したものであり、下部断面が所定の厚さの繊維補強コンクリートで構成され、上部断面が高強度コンクリートで構成されており、上部断面において橋軸直角方向にプレテンション方式のプレストレスが導入されており、橋軸方向にはPC鋼材緊張定着によるポストテンション方式によるプレストレスが導入されてPCプレキャスト床版部材同士圧着接合されており、床版全断面に2方向プレストレスが付与されていると共に床版全断面が無筋であることを特徴とする橋梁用プレキャストPC床版である。

発明の効果

0007

本発明の繊維補強コンクリート部を設けたプレキャストPC床版は、以下の長所を有するものである。
(1)下部断面が繊維補強コンクリートで形成され、かつ、2方向プレストレスが全断面に付与されて形成されるPC床版は、2方向のプレストレス力によるプレストレスと繊維補強コンクリートが有する高い引張強度によって床版の曲げひび割れ耐力が大幅に向上するのでひび割れの発生を防止することが可能である。
また、断面内に2方向とも鉄筋の配置を不要としたので製造工程が簡略化されコストが削減される。
(2)床版部材全断面を繊維補強コンクリート製とせずに、下部断面を繊維補強コンクリートとし、全断面に2方向プレストレスを導入するという組み合わせによってコスト削減を達成すると共に繊維補強コンクリートの適用分野の拡大の可能性を広げるものである。
(3)PC床版の全断面を無鉄筋としたので床版が軽量化される。
(4)繊維補強コンクリート製の下部断面の厚さを床版部材全断面の厚さの1/8〜1/12とすることによって、床版断面に発生する曲げ引張応力度に対して高い引張強度を有するコンクリート領域が充分に確保されているため、ひび割れ防止を確実に実現することが可能である。

図面の簡単な説明

0008

プレキャストPC床版部材の配置図(平面図、A−A断面、B—B断面)。
プレキャストPC床版の部分斜視図。
プレキャストPC床版部材の標準部(支点部以外の一般部)断面図。
床版部材断面における応力分布図
圧着接合部の詳細断面図。
ずれ止孔の詳細断面図及びレベル調整用孔詳細断面図。
繊維補強コンクリートと普通コンクリートからなる従来の複合梁の断面図。

実施例

0009

図1は、本発明の橋梁用のプレキャストPC床版部材1の配置図(平面、A−A断面、B—B断面)の一例であり、図2は斜視図である。
3本の鋼桁3の上に、所定の幅(橋軸方向)で長手(橋軸直角)方向には接合部を設けず一枚ものとして形成されたプレキャストPC床版部材1、1・・・が橋軸方向に並設されており、プレキャストPC床版部材1の標準部(支点部以外の一般部)の全断面は図3に示すように下部断面1aと上部断面1bとを合成して形成したものであり、下部断面1aは所定の厚さの繊維補強コンクリートで形成され、上部断面1bは、高強度コンクリートで形成されて一体化されている。
上部断面1bにおいて、プレキャストPC床版部材1の長手方向(橋軸直角方向)に、複数のPC鋼材6bを配置してプレテンション方式で緊張定着して床版の合成断面毎にプレストレスが付与されている。プレキャストPC床版部材1の幅方向(橋軸方向)には複数のPC鋼材6aが並設された複数のプレキャストPC床版部材1を貫通して連続的に配置されており、ポストテンション方式で緊張定着することによって複数のプレキャストPC床版部材1にプレストレスを付与すると共に複数のプレキャストPC床版部材1を圧着接合して一体化している。
PC床版部材の標準部断面において、プレテンション用の緊張鋼材6bは、支間中の曲げ応力に対応するようにポストテンション用のPC鋼材6aの上下を通るように適宜配設する。
このように、プレキャストPC床版部材1の全断面には橋軸方向と橋軸直角方向の2方向にプレストレスが付与されており、2方向圧縮状態になっており、かつ、プレキャストPC床版部材1の下部断面1aは高い引張強度と高い靭性を有する繊維補強コンクリートで形成されており、2方向(幅と長手)の断面共に補強のための鉄筋の配設を不要としている。

0010

プレキャストPC床版部材1の橋軸直角方向(幅員方向)には接合部を設けず、一枚の床版とすることが好ましい。但し、幅員が大きく、一枚のプレキャスト床版とするのが製造設備運搬の関係で難しい場合は、分割して接合部を設けて幅員方向に設けたシースにPC鋼材を貫通配置してポストテンション方式でプレストレスを付与して圧着接合してプレキャスト床版部材1を一体化することができる。
橋軸方向のプレキャストPC床版部材1の長さは、運搬における制限や揚重機能力に応じて大きさを定める必要がある。

0011

繊維補強コンクリートとPC鋼線の緊張定着によるプレストレスを組み合わせて使用することによって補強用の鉄筋の配設を不要としたのであり、鉄筋を省略したことによる材料費の削減と鉄筋の配筋工事が不要であることによる施工費の削減がなされることから経済性を大幅に向上させたものである。

0012

プレキャストPC床版部材1の製造は、まず、所定厚の繊維補強コンクリートを打設して下部断面を形成し、その上面に長手方向にPC鋼材6bと、幅方向にPC鋼材用のシースを配設し、鉄筋を配設することは一切せずに高強度コンクリートを打設して上部断面を形成し、コンクリートが硬化することによって下部断面と一体複合化された合成断面のプレキャストPC床版部材1が得られる。
図示は省略するが、下部断面1aと上部断面1bとの打ち継ぎ目に箒目を入れるなどして下部断面1aと上部断面1bの結合を強化するか、または、接合部にせん断コッター及び類似物を設置することによって下部断面1aと上部断面1bが強固に一体化されるようにする。

0013

また、繊維補強コンクリートで下部断面1aを先に製作してプレキャスト部材とし、この繊維補強コンクリート製のプレキャスト床版の下部部材1aをベッド型枠として使用し、その上に高強度コンクリートを打設して合成させる製造法で製造することも可能である。
下部断面1aの厚さは、全断面の厚さの1/8〜1/12とし、1/10とすることが最も好ましい。図4の応力分布図に示すように、床版部材の断面に生じる曲げ引張応力度の分布は、断面の中立軸に向けて断面の下端から中立軸までの距離に比例して減少していくものであるので、断面の下端に発生する最大曲げ引張応力度(σtmax)に対してプレストレスが付与され、かつ、高い引張コンクリート強度を有する繊維補強コンクリートで対応する。繊維補強コンクリートの下部断面の厚さを全断面の厚さの1割程度とすれば、上部断面の領域においては曲げ引張応力度が下端の最大縁応力度に比べて減少しており、上部断面に発生する曲げ引張応力度に対しては、高強度コンクリートにプレストレスを導入して対応することによって曲げひび割れを発生させないようにすることを確実に達成することができる。
上部断面の領域に入ると、曲げ引張応力度がσt1以下になり下端の最大縁応力度σtmaxに比べ大きく減り、従来のプレストレスが導入された高強度コンクリート断面で対応することが可能になる。上部断面に発生する曲げ引張応力度σt1に対しては導入したプレストレスで対応してキャンセルさせれば、曲げひび割れを発生させないことが確実にできる。
また、下部断面は超高強度繊維補強コンクリートを用いて形成することが好ましい。

0014

並設されたプレキャストPC床版部材1同士は、PC鋼材6aに導入された緊張力によって圧着接合されている。この圧着接合面について、図5に示すように乾式工法湿式工法の2種類から選択することができる。
乾式工法では、プレキャストPC床版部材1、1の間に接着剤を塗布し、床版部材1の製作誤差を考慮して2〜5mm程度の隙間を設けるのが好ましい。緊張鋼線挿入用のシース60の継手部分から雨水や接着剤がシース60の内部に流入しないようにスポンジゴム61を貼り付ける。
湿式工法では、プレキャストPC床版部材1、1の間に10〜20mmの目地7を設け、目地7内に無収縮モルタル71を充填するが、シース60の継手部分から無収縮モルタル71がシース6内に流入しないようにスポンジゴム61をシースの継目に貼り付けて無収縮モルタル71を充填して目地7を埋める。
橋軸直角方向に緊張鋼材6bを配配設してプレストレスを導入することによって、プレキャストPC床版部材1の反りや平面曲がり変形が大きくなる場合では、湿式工法を採用して対応することができる。

0015

図6(1)は、プレキャストPC床版部材1に設けてあるずれ止孔12の詳細断面図である。プレキャストPC床版部材1の設置誤差を吸収できるように、プレキャストPC床版部材1と鋼桁3のフランジ31の上面の間にソールゴム4を敷いて隙間を設け、プレキャストPC床版部材1を鋼桁3のフランジ31の上に設置した後、隙間に無収縮モルタル71を充填し、ずれ止孔12に膨張コンクリート2を充填してスタッドボルト32を介してプレキャストPC床版部材1と鋼桁3を接合して一体化してずれ止とする。無収縮モルタル71に代えて膨張モルタルを使用することもできる。

0016

図6(2)はプレキャストPC床版部材1のレベルを調整するための、レベル調整孔13の詳細断面図であり、プレキャストPC床版部材1に内ネジ付のレベル調整用のインサート8が打ち込んで設置してあり、このインサート8の上部にレベル調整用孔13が設けてある。プレキャストPC床版部材1を鋼桁上に設置する時に、プレキャストPC床版部材1と鋼桁3のフランジ31の上面との間にソールゴム4を敷き、隙間が形成されるようにしてプレキャストPC床版部材1を設置する。設置後、レベル調整用ボルト50を孔13からインサート8にねじ込み、調整用ボルト50によってプレキャストPC床版部材1のレベルを調整する。調整後、隙間とレベル調整用孔13に無収縮モルタル71を充填してプレキャストPC床版のレベル状態を維持する。

0017

1床版部材
1a 上部断面
1b 下部断面
12 ずれ止孔
13レベル調整孔
2膨張コンクリート
3鋼桁
31フランジ
4ソールゴム
32スタッドボルト
50レベル調整用ボルト
6a 6bPC鋼材
60シース
61スポンジゴム
7目地
71無収縮モルタル
8 インサート

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