(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来の特殊アスファルト材を被膜した鉄筋をコンクリート構造物同士の連結構造として使用する場合には、以下のような問題があった。
すなわち、従来の場合には、アスファルト被膜とコンクリートとの付着強度(外面付着力)が、アスファルト被膜と鉄筋との付着強度(内面付着力)よりも大きくなる。つまり、地震時において双方のコンクリート構造物同士が互いに近接離反する開閉が生じて、鉄筋に伸びが作用するときに、アスファルト被膜とコンクリートとが付着した状態であり、鉄筋は降伏するまで破断することはないが、一方で鉄筋とアスファルト被膜との被覆界面での内面付着が限界となって部分的に剥離する状態となる。そのため、鉄筋に被覆されたアスファルト被膜に切れ目が生じて、被覆状態の健全性が維持されなくなり、被覆による防食性能が低下するという問題があった。
【0006】
また、アスファルト材が被覆された鉄筋の場合には、アスファルト被膜自体の強度が小さいために、運搬時や設置時におけるアスファルト被膜部分の取り扱い、管理に十分な注意を要していた。例えば運搬時及び設置時には少なくとも被膜部分をテープ等で巻き付けた養生を行う必要があり、配筋をした後でコンクリート打設の前段階で、鉄筋毎に養生テープを取り外すといった手間のかかる作業を行っていた。そして、運搬時及び設置時に被覆部分に損傷箇所があると、その被膜体が劣化することになることから、その点で改善の余地があった。
【0007】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、地震による大きな引抜き力が作用した後でも防食性能を維持することができるコンクリート連結鉄筋、定着構造、及びコンクリート構造物の連結方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、従来と同等の定着性能を確保しつつ、さらに施工性の向上を図ることができるコンクリート連結鉄筋、定着構造、及びコンクリート構造物の連結方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリート連結鉄筋では、コンクリート構造物同士を連結するためにコンクリート中に埋設されるコンクリート連結鉄筋であって、 棒鋼と、該棒鋼の少なくとも一方の端部に、前記棒鋼と一体又は別体で設けられる定着部と、を有し、前記棒鋼の前記定着部が位置する部分を除いた棒状部の周面は、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる被膜体によって
アンボンド被覆され、該被膜体は、前記棒鋼に軸方向の引抜き力が作用したときに、コンクリートとの外面付着力が前記棒鋼との内面付着力よりも小さくなる材料であることを特徴としている。
【0009】
また、本発明に係る定着構造では、上述したコンクリート連結鉄筋を用いた定着構造であって、前記被膜体で被覆された前記棒鋼の一端側が一方のコンクリート構造物内に埋設されるとともに、前記棒鋼の他端側が他方のコンクリート構造物内に埋設されていることを特徴としている。
【0010】
また、本発明に係るコンクリート構造物の連結方法では、上述したコンクリート連結鉄筋を用いたコンクリート構造物の連結方法であって、前記被膜体で被覆された前記棒鋼の一端側を一方のコンクリート構造物内に配置するとともに、他端側を他方のコンクリート構造物側に向けて突出させ、前記一方のコンクリート構造物のコンクリートを打設する工程と、前記一方のコンクリート構造物より突出した前記棒鋼の他端側を埋設するようにして、前記他方のコンクリート構造物のコンクリートを打設する工程と、を有することを特徴としている。
【0011】
本発明では、地震時にコンクリート構造物同士に近接離反する開閉が生じ、コンクリート連結鉄筋に軸方向の引抜き力が作用した場合に、棒鋼の少なくとも一方の端部に設けられる定着部がコンクリート構造物のコンクリートに定着しているので、従来と同等の定着性能を有している。
また、棒鋼の棒状部の周面には例えばポリエチレン樹脂などの熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂からなる被膜体が
アンボンド被覆されており、この被膜体が棒鋼との内面付着力よりもコンクリートとの外面付着力が小さくなるため、コンクリート連結鉄筋に引抜き力が作用したときには、被膜体とコンクリートとの付着が棒鋼と被膜体との付着よりも先行して分離し、その被膜体とコンクリートとの付着界面で滑りが生じることになる。棒鋼は降伏するまで伸びが生じ、被膜体も棒鋼の伸びに対して追従させることができる。そのため、コンクリート構造物同士間で開閉しても、前記棒鋼の伸びによって被膜体が切れるのを抑制し、棒鋼の被覆性能を維持することができ、防食性能が低下するのを防止することができる。
【0012】
アスファルト系被膜体と比較して強度のある被膜体を用いることで、被膜体の劣化や健全性を確保することができる。そのため、コンクリート連結鉄筋の運搬時や施工時において、従来は被膜体を保護するためにテープ等による養生が必要であったが、被膜体自体が硬質であり耐損傷性に優れているので、そのような養生作業や養生部材が不要となることから、施工性に優れるという利点がある。
【0013】
また、本発明に係るコンクリート連結鉄筋では、前記定着部は、前記棒鋼の断面方向に向けて拡径されていることが好ましい。
【0014】
この場合には、定着部の拡径方向がコンクリート連結鉄筋の引抜き方向に直角方向となるので、耐引抜き力を高めることができる。
【0015】
また、本発明に係るコンクリート連結鉄筋では、前記棒鋼には丸鋼が用いられていることが好ましい。
【0016】
この場合には、棒鋼に角部が無いので、被膜体の被覆状態が良好となるうえ、被膜体とコンクリートとの付着界面での滑りを安定させることができ、上記の効果をより発揮することができる。
【0017】
また、本発明に係る定着構造では、前記被膜体は、前記棒鋼に対して均一な厚みで被覆されていることが好ましい。
【0018】
この場合には、棒鋼の周面に対して被膜体の膜厚のばらつきがないので、棒鋼に対する内面付着力およびコンクリートとの外面付着力が均一となり、コンクリート連結鉄筋に引抜き力が作用したときの被膜体とコンクリートとの付着界面での滑りをさらに安定させることができ、棒鋼に対する被膜体の剥離をより確実に防止することができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明のコンクリート連結鉄筋、定着構造、及びコンクリート構造物の連結方法によれば、地震による大きな引抜き力が作用した後でも防食性能を維持することができるうえ、従来と同等の定着性能を確保しつつ、さらに施工性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本発明の実施の形態によるコンクリート連結鉄筋、定着構造、及びコンクリート構造物の連結方法について、図面に基づいて説明する。
【0022】
(第1の実施の形態)
図1に示すように、本実施の形態によるコンクリート連結鉄筋1は、断面矩形状の開削トンネルの函体(コンクリート構造物)2における函体延在方向(これを延在軸方向Xという)に打ち継ぎされる単体の函体2A、2A同士を連結するためにコンクリート3中に埋設されている。すなわち、函体2(2A)には、ボックス周方向(延在軸方向Xに直交する方向)に配される鉄筋(図示省略)と、本実施の形態のコンクリート連結鉄筋1と、がコンクリート3に配置されている。ここで、単体の函体2Aは、延在軸方向Xに所定の長さ寸法をもって打設されるものである。
【0023】
コンクリート連結鉄筋1は、
図2に示すように、延在軸方向Xに隣接して施工される単体の函体2A、2A同士の連結面Tを跨ぐようにして配置されるとともに、厚さ方向に複数列(ここでは2列)で、ボックス周方向に複数本が所定間隔をあけて配置されている。
【0024】
コンクリート連結鉄筋1は、
図3に示すように、棒鋼本体10(棒鋼)と、棒鋼本体10の両端部10a、10bに、棒鋼本体10と一体で設けられるT状定着部11(定着部)と、を有し、棒鋼本体10のT状定着部11が位置する部分を除いた棒状部周面10cは、ポリエチレン樹脂からなるポリエチレン被膜体12(被膜体)によって被覆されている(
図4参照)。
【0025】
コンクリート連結鉄筋1として、例えば特開2000−257209号公報等のTヘッド工法によるTヘッド工法鉄筋(登録商標)を採用することができる。この場合、異形鉄筋とは形状、材質ともに異なるSR295等の丸鋼が使用される。
T状定着部11は、棒鋼本体10の両端部10a、10bを径方向に拡径させ側面視でT形状をなしており、棒鋼本体10に対して一体的に成型されている。例えばT状定着部11の拡径寸法は、棒鋼本体10の径寸法の約2.5倍(棒鋼本体10の径寸法φ50mmのときにT状定着部11の径寸法が125mm)に設定される。
【0026】
このようなTヘッド工法鉄筋の定着性能としては、「Tヘッド工法」(パンフレット:清水建設社製、第一高周波工業社製)で示されているように、静的定着耐力、高応力繰返し性能、疲労性能、抜出し性能について試験により確認されており、従来の180°フックやU字型定着と同等の定着性能を有している。
【0027】
ポリエチレン被膜体12は、高周波ライニング鋼管(第一高周波工業社製)に用いられるライニング工法による材料を採用することが好ましい。この場合、熱可塑性型の粉体状の低密度ポリエチレン樹脂を被被覆物(ここでは棒鋼本体10の棒状部周面10c)に対して熱融着させることにより加工される。例えば、被覆厚を1mm程度に設定することができる。ポリエチレン被膜体12は、従来のアスファルト系被膜体に比べて強度が大きく、硬質な材料となっている。
しかも、このライニング工法を採用する場合には、上記高周波ライニング鋼管で用いるライニング設備を使用することが可能であり、工場の生産ラインを使用して効率よく製作することができる。
【0028】
次に、上述したコンクリート構造物の連結方法及び作用について図面を用いて説明する。
図1に示すように、本実施の形態による函体2は、一般的な函体と同様の施工方法により構築される。具体的には、1スパン分の1打設箇所に型枠を組み立てるとともに、その型枠内において周方向に延びる鉄筋(図示省略)を所定位置に配置すると延在軸方向Xに長さ方向を向けてコンクリート連結鉄筋1を配置する。この場合、既に打設済みの一方の連結面Tには、その打設済みの函体2から突出するコンクリート連結鉄筋1の突出部分が本打設領域内となり、他方の連結面Tにはその連結面Tからコンクリート連結鉄筋1の一端を突出させるようにして配置する。これら鉄筋が配置された後、型枠内にコンクリートを打設し、1スパン分の単体の函体2Aが施工され、前記既設の函体2Aとの連結面Tでは複数本のコンクリート連結鉄筋1を介して接合されることになる。
【0029】
ここで、
図3に示すように、ポリエチレン被膜体12が被覆されたコンクリート連結鉄筋1は、上述したようにポリエチレン樹脂を熱融着することにより加工される。なお、棒鋼本体10の棒状部周面10cへのポリエチレン樹脂の加工は、第一高周波工業社で試験を行い、良好な形状で加工できることを確認している。
【0030】
このように構成されるコンクリート連結鉄筋1では、
図5(a)、(b)に示すように、地震時に函体2、2同士に近接離反する開閉が生じ、コンクリート連結鉄筋1に延在軸方向Xの引抜き力が作用した場合に、棒鋼本体10の両端部10a、10bに設けられるT状定着部11がコンクリート3に定着しているので、従来と同等の定着性能を有している。
なお、
図5(a)に示すように、連結面Tに開きが無い場合の棒鋼本体10において、全長を符号L0とし、連結面Tから両端部10a、10bまでの長さ寸法をそれぞれ符号L0a、L0bとする。
【0031】
また、
図5(b)に示すように、棒鋼本体10の棒状部周面10cにはポリエチレン被膜体12が被覆されており、このポリエチレン被膜体12が棒鋼本体10との内面付着力よりもコンクリート3との外面付着力が小さくなるため、コンクリート連結鉄筋1に引抜き力が作用したときには、ポリエチレン被膜体12とコンクリート3との付着が棒鋼本体10とポリエチレン被膜体12との付着よりも先行して分離し、そのポリエチレン被膜体12とコンクリート3との付着界面N(
図4参照)で滑りが生じることになる。そして、棒鋼本体10は降伏するまで伸びが生じ、ポリエチレン被膜体12も棒鋼本体10の伸び(
図5(b)の符号L2が伸び量に相当)に対して追従させることができる。ここで、
図5(b)の符号L1は伸びが生じた状態の棒鋼本体10の全長を示し、符号開きが生じた位置の連結面Tから両端部10a、10bまでの長さ寸法を示している。
【0032】
したがって、函体2、2同士間で開閉しても、前記棒鋼本体10の伸びによってポリエチレン被膜体12が切れるのを抑制し、棒鋼本体10の被覆性能を維持することができ、防食性能が低下するのを防止することができる。
【0033】
また、本実施の形態では、アスファルト系被膜体と比較して強度のあるポリエチレン被膜体12を用いることで、被膜体の劣化や健全性を確保することができる。そのため、コンクリート連結鉄筋1の運搬時や施工時において、従来は被膜体を保護するためにテープ等による養生が必要であったが、ポリエチレン被膜体12自体が硬質であり耐損傷性に優れているので、そのような養生作業や養生部材が不要となることから、施工性に優れるという利点がある。
【0034】
また、コンクリート連結鉄筋1のT状定着部11の拡径方向がコンクリート連結鉄筋1の引抜き方向(延在軸方向X)に直角方向となるので、耐引抜き力を高めることができる。
しかも、本実施の形態では、上述したようにTヘッド工法鉄筋を採用することで、T状定着部11の拡径端部は円形となり、角部がなく、施工時に角部を養生することがなく、施工性に優れるという利点もある。
さらにまた、棒鋼本体10が丸鋼であり、棒状部周面10cに角部が無いので、ポリエチレン被膜体12の被覆状態が良好となるうえ、ポリエチレン被膜体12とコンクリート3との付着界面Nでの滑りを安定させることができ、上記の効果をより発揮することができる。
【0035】
また、本実施の形態では、
図4に示すように、ポリエチレン被膜体12が棒鋼本体10の棒状部周面10cに対して均一な厚みで被覆され、その膜厚のばらつきがないので、棒鋼本体10に対する内面付着力およびコンクリート3との外面付着力が均一となり、コンクリート連結鉄筋1に引抜き力が作用したときのポリエチレン被膜体12とコンクリート3との付着界面Nでの滑りをさらに安定させることができ、棒鋼本体10に対するポリエチレン被膜体12の剥離をより確実に防止することができる。
【0036】
上述のように本実施の形態によるコンクリート連結鉄筋、定着構造、及びコンクリート構造物の連結方法では、地震による大きな引抜き力が作用した後でも防食性能を維持することができるうえ、従来と同等の定着性能を確保しつつ、さらに施工性の向上を図ることができる。
【0037】
次に、上述した実施の形態によるコンクリート連結鉄筋、定着構造、及びコンクリート構造物の連結方法の効果を裏付けるための実施例について、以下説明する。
【0038】
(実施例)
本実施例では、棒鋼本体の一端部がT状定着部に形成されたコンクリート連結鉄筋において、棒鋼本体の棒状部周面に各種アンボンド被覆を施した試験体を設け、アンボンド性能確認試験を行って、付着特性について定量評価を行った。
【0039】
試験体の連結鉄筋の棒鋼本体は、径寸法が38mmであり、その周面に本発明のポリエチレン樹脂で被覆した実施例1、特殊アスファルトで被覆した比較例1、及びアスファルトシートで接着した比較例2の3パターンについて、それぞれ引張試験機を用いて引っ張り、引張り荷重、連結鉄筋の抜け出し量、鉄筋ひずみ、塗膜の損傷状態を計測した。引張試験機による試験での載荷方法としては、引抜量が30mmになるまで荷重を漸次、増加させることにより実施される。
【0040】
そして、各アンボンド被覆の付着特性を定量評価するために、(1)式により定着側の鉄筋ひずみを用いて平均付着応力度を算定した。ここで、(1)式において、τは平均付着応力度(MPa)、Pは荷重(N)、σ(ε)はひずみε時の応力度、εは定着側の鉄筋ひずみ、A
sは鉄筋断面積(mm
2)、u
sは鉄筋の周長(mm)、Lはアンボンド加工範囲(mm)である。
【0042】
図6は、(1)式により算定した平均付着応力度と鉄筋抜出し量の関係を示している。この結果より、実施例1、及び比較例1、2のいずれの場合も、初期剛性はほぼ同等であることがわかる。そして、実施例1のポリエチレンライニングの場合には、鉄筋抜出し量が約2mmに達した後、平均付着応力度が略0.2MPaから低下し、次第に約0.05〜0.1MPaの範囲で一定値となっている。また、比較例1の特殊アスファルト被覆の場合には、鉄筋抜出し量が約4mmに達した後、平均付着応力度の上昇が略0.3MPaで止まり、若干低下するものの、その平均付着応力度でほぼ一定値で推移している。また、比較例2のアスファルトシートを接着した場合には、鉄筋抜出し量が6mmに達した後、平均付着応力度が略0.33MPaから低下し、次第に約0.05〜0.1MPaの範囲で一定値となっている。
【0043】
また、本実施例では、載荷後の各種アンボンド被覆(実施例1、比較例1、2)の追従性を確認した。
図7(a)に示す比較例1の特殊アスファルト被覆の場合、および
図7(b)に示す比較例2のアスファルトシートを接着した場合には、被覆が初期の位置から滑っていることが確認することができる。すなわち、鉄筋と被覆界面との付着が徐々に切れた損傷痕(図中の符号Fの箇所)があり、鉄筋が滑り出ている挙動を確認することができ、これにより被覆とコンクリートとの付着が良好であるといえる。
【0044】
一方、
図7(c)示す実施例1のポリエチレンライニングの場合には、鉄筋と被覆とが一体で挙動し、コンクリートと被覆界面との付着が切れていることを確認することができ、被覆には損傷が観察されなかった。
したがって、ポリエチレンライニングの場合には、連結部の目開き量が60mm(抜出し変位30mm)に達した時点でも被覆が健全であることから、鉄筋の防食性能を維持することができるものといえる。
【0045】
以上、本発明によるコンクリート連結鉄筋、定着構造、及びコンクリート構造物の連結方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、棒鋼本体10の両端部10a、10bにT状定着部11を設けているが、これに限定されることはない。例えば、
図8の第1変形例に示すコンクリート連結鉄筋1Aのように、棒鋼本体10の一端部10aのみにT状定着部11が一体的に形成され、他端部10bが棒状のままの構成であっても良い。この場合には、T状定着部11が一方のコンクリート構造物(函体2A)のみに定着されるので、函体2A、2B同士が開閉したときに、ポリエチレン被膜体12とコンクリート3との被膜界面で付着が切れるので、棒鋼本体10が伸びずに、棒鋼本体10の定着部を有さない端部側が函体2Bに対して抜け出すように作用することとなる。
【0046】
また、棒鋼の端部に設けられる定着部の形状についても、上述したような棒状本体10に一体的に設けられたT状定着部11であることに限定されることはない。例えば、
図9に示すように、棒鋼本体10の端部10aに雄ねじ10dが形成されており、その雄ねじにナット14によって締め付けられる定着板13(定着部)であっても良い。あるいは、U字状に折り曲げられた形状等に形成されたものであってもよい。
【0047】
さらに、本実施の形態では、コンクリート構造物として函体2を採用しているが、他の形状のコンクリート構造物に適用することも勿論可能である。要は、構造物の延在軸方向に構造目地部(連結部)があり、その連結部が地震時に開閉するような箇所に本実施の形態のコンクリート連結鉄筋を好適に採用することができる。
【0048】
さらにまた、
図10に示すように、定着部15を無加工とした棒鋼本体10からなるコンクリート連結鉄筋1Bとすることも可能である。このコンクリート連結鉄筋1Bは、長さ寸法の中央から一方の端部10aまでの棒状部周面10cにポリエチレン被膜体12が被覆され、他方の端部10bまでの領域(棒状部周面10c)には無加工(ここではポリエチレン被膜体12が被覆されていない状態)となっている。この場合も、上記の実施の形態と同様に、函体2A、2B同士間で開閉しても、前記棒鋼本体10の伸びによってポリエチレン被膜体12が切れるのを抑制し、棒鋼本体10の被覆性能を維持することができ、防食性能が低下するのを防止することができる。したがって、地震による大きな引抜き力が作用した後でも防食性能を維持することができるうえ、従来と同等の定着性能を確保しつつ、さらに施工性の向上を図ることができる。
しかも、この
図10に示すコンクリート連結鉄筋1Bの場合には、従来のビニールパイプに代えてポリエチレン被膜体12を施すことができるので、このビニールパイプを省略することができ、コストの低減を図ることができる。
【0049】
なお、本実施の形態では、被膜体としてポリエチレン樹脂からなるポリエチレン被膜体12を適用しているが、ポリエチレン樹脂であることに制限されることはない。例えば、他の樹脂として、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、ポリウレタン等の熱硬化性樹脂を使用することができ、特に上記のポリエチレン樹脂を用いることが好ましい。
【0050】
また、棒鋼本体の径寸法、材質、長さ寸法、本数、配置等の構成についても、コンクリート構造物の形状等に応じて適宜設定することができる。
【0051】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。