特開 2022-64034 緊張材の定着構造およびプレストレストコンクリート構造物の製作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022064034

(43)【公開日】2022-04-25

(54)【発明の名称】緊張材の定着構造およびプレストレストコンクリート構造物の製作方法

(51)【国際特許分類】

   E04G 21/12 20060101AFI20220418BHJP

   E01D 1/00 20060101ALI20220418BHJP

   E04B 1/06 20060101ALI20220418BHJP

   E04C 5/12 20060101ALI20220418BHJP

【ＦＩ】

E04G21/12 104B

E01D1/00 D

E04G21/12 104C

E04B1/06

E04C5/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020172522

(22)【出願日】2020-10-13

(71)【出願人】

【識別番号】000003528

【氏名又は名称】東京製綱株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001830

【氏名又は名称】東京ＵＩＴ国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】田中 良弘

(72)【発明者】

【氏名】小野 雅樹

【テーマコード（参考）】

2D059

2E164

【Ｆターム（参考）】

2D059AA05

2D059BB39

2E164AA05

2E164BA06

2E164BA12

2E164DA01

2E164DA22

(57)【要約】

【課題】緊張材をコンクリート構造物にしっかりと定着させ、コンクリート構造物に効率よくプレストレスを導入する。
【解決手段】定着構造は、挿通孔４が形成されたコンクリート構造物２の端部に配置され、挿通孔につながる貫通孔が形成された支圧板３と、構造物２の挿通孔および支圧板３の貫通孔に通され、その一端部が構造物２の外に出されるスリーブ７と、スリーブ７内に挿入され、一端部が構造物２の外に出される緊張材１と、構造物２の外に位置するスリーブ７の一端部に係合され、支圧板３の外面に接するロックナット８と、挿通孔内およびスリーブ内に充填されるＰＣグラウト15を備える。緊張材１はＰＣグラウト15の充填前に緊張され、かつＰＣグラウト15の強度発現後に緊張が解かれたものである。緊張材１がポアソン効果によって径方向外向きに膨張し、ＰＣグラウト15に圧縮応力が発生している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

挿通孔が形成されたコンクリート構造物の外端部に配置され、上記コンクリート構造物の挿通孔につながる貫通孔が形成された支圧板と、
上記コンクリート構造物の上記挿通孔および上記支圧板の貫通孔に通され、その一端部が上記コンクリート構造物の外に出される中空のスリーブと、
上記スリーブ内に挿入され、一端部が上記コンクリート構造物に固定されかつ他端部が上記コンクリート構造物の外に出される緊張材と、
上記コンクリート構造物の外に出された上記スリーブの他端部に係合され、上記支圧板の外面に接するロックナットと、
上記挿通孔内およびスリーブ内に充填されたＰＣグラウトと、を備え、
上記緊張材は、上記ＰＣグラウトが充填される前に、その一端部が固定された状態においてその他端部が緊張装置を用いて外向きに引っ張られることによって緊張され、かつ上記ＰＣグラウトに所定の強度が発現した後に上記緊張装置を用いた緊張が解かれたものであり、
上記緊張材がポアソン効果によって径方向外向きに膨張しており、膨張した上記緊張材と上記スリーブとの間に充填されているＰＣグラウトに圧縮応力が発生していることを特徴とする、
緊張材の定着構造。

【請求項2】

コンクリート構造物内の両端部のそれぞれに配置された、貫通孔が形成された一対のロックナット兼支圧板と、
上記一対のロックナット兼支圧板のそれぞれに係合され、上記貫通孔につながる中空を備えるスリーブと、
コンクリート構造物内の両端部の上記ロックナット兼支圧板の貫通孔および中空のスリーブに通されて、両端部がコンクリート構造物の外に出される緊張材と、
上記スリーブ内に充填されるＰＣグラウトと、を備え、
上記緊張材は、上記ＰＣグラウトが上記スリーブに充填されかつ上記コンクリート構造物を形成するコンクリートが打設される前に、その一端部が固定装置を用いて固定された状態においてその他端部が緊張装置を用いて外向きに引っ張られることによって緊張され、かつ上記ＰＣグラウトおよび上記コンクリートに所定の強度が発現した後に上記緊張装置を用いた緊張が解かれたものであり、
上記緊張材がポアソン効果によって径方向外向きに膨張しており、膨張した上記緊張材と上記スリーブとの間に充填されているＰＣグラウトに圧縮応力が発生していることを特徴とする、
緊張材の定着構造。

【請求項3】

上記緊張材が連続繊維補強材である、
請求項１または２に記載の緊張材の定着構造。

【請求項4】

上記コンクリート構造物に中空のシース管が埋設されており、
上記シース管の中空が上記挿通孔として用いられる、
請求項１に記載の緊張材の定着構造。

【請求項5】

上記緊張材の直径をφ、ポアソン比をν、保証破断荷重時の引張歪をεuとし、上記スリーブの内半径をR、肉厚をｔ、弾性係数をEとした場合に、以下の式１によって算出される上記ＰＣグラウトに発生する圧縮応力ｐが20から60ＭＰａである、
請求項１から４のいずれか一項に記載の緊張材の定着構造。
ｐ＝φ/2×ν×（0.7×εu）×（ｔ×E）/（R×R）・・・式１

【請求項6】

上記スリーブの内面および外面の少なくともいずれか一方に凹凸が形成されていることを特徴とする、
請求項１から５のいずれか一項に記載の緊張材の定着構造。

【請求項7】

上記コンクリート構造物の外端部に配置される支圧板が複数枚ではなく連続した一枚からなることを特徴とする、
請求項１に記載の緊張材の定着構造。

【請求項8】

上記支圧板のコンクリート構造物に対向する面に複数の凸部形状のせん断キーが設けられており、上記コンクリート構造物の上記支圧板に対向する面の、上記せん断キーに対応する位置に、上記せん断キーが入る凹部が形成されていることを特徴とする、
請求項１または７に記載の緊張材の定着構造。

【請求項9】

上記スリーブに、上記ＰＣグラウトを上記スリーブ内に充填するための充填孔および空気を排出する空気排出孔が形成されている、
請求項２に記載の緊張材の定着構造。

【請求項10】

ポストテンション方式によるプレストレストコンクリート構造物の製作方法であって、
挿通孔が形成されたコンクリート構造物の端部に、上記コンクリート構造物の挿通孔につながる貫通孔を備える支圧板を配置し、
中空のスリーブの一端部にロックナットを係合し、
上記スリーブを、上記支圧板の貫通孔を通じて上記コンクリート構造物の挿通孔に挿入し、上記スリーブの一端部のロックナットを上記支圧板上に載せ、
上記スリーブの中空に緊張材を挿入し、
上記緊張材の一端部を固定し、
上記緊張材の他端部に緊張装置を装着し、
上記緊張材を緊張させた状態で、上記スリーブと上記スリーブの中空に挿入された緊張材の隙間にも充填されるように、上記コンクリート構造物の挿通孔内にＰＣグラウトを充填し、
上記ＰＣグラウトが所定の強度に達した後に、上記緊張材の緊張を解除する、
プレストレストコンクリート構造物の製作方法。

【請求項11】

プレテンション方式によるプレストレストコンクリート構造物の製作方法であって、
型枠を用意し、
型枠内の両側端部に、中空のスリーブおよび上記スリーブに係合されたロックナット兼支圧板を、上記ロックナット兼支圧板が上記型枠内の側端部に接するように設置し、
上記型枠の両側端部に形成された取付穴を通じて緊張材を型枠内に挿入し、上記緊張材の両端部を型枠の両側端部からそれぞれ外に出し、型枠内においては上記緊張材を上記型枠内の両側端部に設置されたスリーブ内に挿入し、
型枠の一方側端部から型枠の外に出ている上記緊張材の一端部に固定装置を装着し、
型枠の他方側端部から型枠の外に出ている上記緊張材の他端部に緊張装置を装着し、
上記緊張材の他端部を緊張装置を用いて緊張し、
上記緊張材を緊張させた状態で、上記型枠内の両側端部のスリーブ内にＰＣグラウトを充填し、
上記型枠内にコンクリートを打設し、
上記ＰＣグラウトおよび上記コンクリートが所定の強度に達した後に、上記緊張材の緊張を解く、
プレストレストコンクリート構造物の製作方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、緊張材の定着構造およびプレストレストコンクリート構造物の製作方法に関する。本発明の緊張材の定着構造は、ポストテンション方式によって製作されるプレストレストコンクリート構造物およびプレテンション方式によって製作されるプレストレストコンクリート構造物の両方に適用できる。

【背景技術】

【0002】

従来、連続繊維補強材をプレストレストコンクリート構造物の緊張材として適用するメリットは、従来のＰＣ鋼ストランドを緊張材として適応するよりも、多くのメリットがあるとされていた。最大のメリットは、連続繊維補強材は錆びることがなく、また厳しい環境下においても劣化リスクが少ないことである。また、連続繊維補強材の中で、素線の材質が炭素繊維を用いた素線をロープ状に加工した炭素繊維補強材の破断応力の70％は、約3600N/mm²であるのに対して、ＰＣ鋼ストランドの場合は約1300N/mm²となり、約2.8倍の高い引張強度を有する。また、単位破断荷重および単位長さ当たりの炭素繊維補強材の自重は0.76g/m/kNに対して、ＰＣ鋼ストランドの場合は4.23g/m/kNとなり、約1/5.6と軽量であることがわかる。そのために、コンクリートにプレストレスを導入するにあたり、ＰＣ鋼ストランドに比較して少ない断面積の緊張材を配置することができ、また緊張材の施工にあたり施工手間が低減できる。

【0003】

最近、プレストレストコンクリート構造物の耐久性保持の観点から、初期の建設投資費用の他に、維持管理費用まで含めたライフサイクルコストで施設の利用計画を行うようになり、このような観点からは、緊張材として連続繊維補強材を適用することも検討の視野に入れるような傾向がある。

【0004】

しかしながら、連続繊維補強材を主要な緊張材料として適用するためには、解決しなければならない課題がある。その一つが連続繊維補強材の緊張時における定着構造に関する課題である。従来のＰＣ鋼ストランドでは、鋼製クサビとアンカーヘッドにより、直接、ＰＣ鋼ストランドの任意の位置を把持して緊張ジャッキを使用して緊張力の導入や、アンカーヘッドを介して支圧板に定着する工法を採用してきた。この工法の最大のメリットは、鋼製クサビはＰＣ鋼ストランドの任意の位置で把持と開放ができること、また、鋼製クサビとアンカーヘッドは、コンパクトな装置で大きな緊張力をプレストレストコンクリート構造物に導入することができるなど、優れた技術であり、ＰＣ鋼ストランドを適用したプレストレストコンクリート構造物の施工にあたり、多大な貢献をしてきた。

【0005】

つまり、ＰＣ鋼ストランドと鋼製クサビの組合せでは、鋼製クサビのＰＣ鋼ストランドに接する部分には、鋼製クサビ表面にクサビ効果によりＰＣ鋼ストランドの表面に食い込むような凹凸が加工されていて、これにより、ＰＣ鋼ストランドと鋼製クサビはグリップした状態を保持することができ、緊張力をアンカーヘッドに伝達することが可能となる。

【0006】

一方、緊張材として優れた特徴を有する連続繊維補強材の定着構造として、ＰＣ鋼ストランドに適用する鋼製クサビとアンカーヘッドをそのまま適用することは不可能である。仮に、ＰＣ鋼ストランドに適用する同等の鋼製クサビを連続繊維補強材に適用した場合には、鋼製クサビ表面はクサビ効果により連続繊維補強材の表面に食い込むことは可能であるが、連続繊維補強材の食い込み部におけるせん断抵抗は期待することができない。それは、連続繊維補強材の表面は、非常に柔らかく、食い込み部の連続繊維補強材表面は、すぐに削り取られてしまうか、あるいは、クサビの食い込みを大きく取ると連続繊維補強材が切断されるなど、グリップ効果は期待できず、定着構造として適用不可能である。

【0007】

現在、連続繊維補強材の定着構造として、実務的に実施されている技術は、以下の2種類の定着構造に限定されている。その1つは、緩衝材を連続繊維補強材に巻き付けて、その外側にクサビを適用する方式の定着構造である。鋼製クサビを適用するが、クサビテーパ角度を調整するために、ＰＣ鋼ストランド用の鋼製クサビよりは長くなり、また、鋼製クサビは専用のジャッキを使用してアンカーヘッドに押込む必要があるなど、施工上に制約条件がある。そのために、ポストテンション用緊張材として適用することはできなく、プレテンションのＰＣ鋼ストランドと連続繊維補強材の接続治具として使用されている。

【0008】

連続繊維補強材をポストテンション用緊張材として用いるときに実績のある定着構造は、鋼管スリーブ内に膨張剤を充填して製造した、膨張剤充填方式の定着構造である。この定着構造の基本的原理は、連続繊維補強材と鋼管スリーブ内に充填した膨張剤の膨張圧縮応力を利用して、連続繊維補強材と鋼管スリーブのせん断抵抗力の向上を図ったものである。この定着方式は、ポストテンションのために緊張材を緊張する時の、固定定着と緊張定着の両方に適用することが可能である。しかし、膨張剤の充填後の強度発現と膨張量制御のための温度および湿度管理が必要であり、このため工場生産が必要とされる。工場出荷時には連続繊維補強材の長さや膨張剤方式の定着構造の定着位置が固定されている。

【0009】

本発明に関連する既往の特許文献を以下に示す。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】特開平9-53325号公報

【特許文献2】特開2005-76388号公報

【特許文献3】特願2011-526788号公報

【0011】

特許文献１は、従来の大型接続部材で接続して牽引することにより、モルタル注入量が増大する課題を解決することを開示する。つまり、繊維複合線状材の中間部にソケット内に硬化する合成樹脂材又は定着用膨張材を注入して、硬化した合成樹脂材又は定着用膨張材で繊維複合線条材に一体化した定着体を設けて、緊張後に中間定着体により構造物に定着するものである。

【0012】

定着体の構造としてソケットと繊維複合線状材の隙間に合成樹脂材又は定着用膨張材を注入する方法は、公知の事実である。特許文献１の方法では、緊張前に中間定着体の位置を特定して装着しておく必要があるが、実際の緊張作業においては、構造物の長さが設計図と異なることや、緊張時の種々の摩擦抵抗により、繊維複合線状材の緊張による伸び量が変化する。従って、予め中間定着体を設置する必要がある特許文献１の発明は、現実的ではない。

【0013】

特許文献２は、高強度繊維複合材ケーブルの端末定着体として、工場ではなく現場で加工できるようにするために、スリーブの中間部に膨張性充填材通過用孔とケーブル挿通孔を貫設した可縮性の緩衝間仕切り材を設けて、膨張性充填材の膨張圧を長さ方向に均一にしたものを開示する。しかしながら、特許文献２の理論展開に疑問視される諸点が散見される。その一つは、[００１７]に記述されている、「そのためには膨張圧を50MPa以上にさせる必要があるが、・・・設備と温度管理が必要である。」の記述である。膨張性材料による膨張圧縮応力は、膨張材料に膨張歪が内在し、その膨張歪を拘束するスリーブの内径、スリーブの厚み、スリーブの弾性係数が決まって、初めて発生するものである。極論すると、スリーブのような拘束するものがなければ、膨張性材料には膨張圧が発生しない。

【0014】

同様な記述が、［００１９］においても、「・・・実験によれば、自然条件の条件においては、ケーブルの断面積の1～3倍の空隙があれば、30MPaの膨張圧を得ることができることが確認された。・・・・」とある。この記述の場合でも、自然条件（現場での養生）では、膨張材料の膨張歪がどのようになっているかの記述ではなく、膨張圧が30MPaであることを示している。ケーブル断面積の1～3倍の記述は、膨張歪を拘束するスリーブの内径情報を示しているのみであり、スリーブの厚み、スリーブの弾性係数、膨張材料の膨張歪の情報がないので、理論的な整合性が欠ける。

【0015】

特許文献３は、繊維強化プラスチック製ケーブルに、研磨粒子が付着した摩擦シートとその上にスチール製ブレードネットチューブを被せて、クサビ定着を可能としたものを開示する。従来、連続繊維補強材に対する定着体として実用化されている、スリーブと膨張性材料の膨張圧縮応力との組み合わせにおる定着体は、工場生産が前提であるために、定着体の位置が固定されていた。この方式では緊張の固定端部の定着体としては、問題ない。しかし、緊張端部については、あらかじめ工場内で製作された定着体の位置が変動するために、適用することが難しいことがある。特許文献３の発明では、任意の位置で摩擦シートとブレードネットを巻き付けることにより、クサビを装着できるので、緊張ジャッキにより緊張する位置は任意で設定できる。しかし、現実的には、ＰＣ鋼ストランドで適用している鋼製クサビは、クサビによりＰＣ鋼ストランドを把持する位置を任意にすることができる。一方、特許文献３の方法では、摩擦シートとスチール製ブレードネットチューブで補強されている位置でしか把持することはできない。また、クサビを摩擦シートとブレードネットを巻き付けられた連続繊維補強材に把持させるためには、別途、クサビ押し込みジャッキによる補助が必要であり、実質的に緊張ジャッキによる緊張作業を行うには課題がある。そのために、特許文献３による方法では、緊張側の端部定着体として使用することは困難である。本技術は、プレテンションによる緊張において、連続繊維補強材と緊張端部に設置する従来のＰＣ鋼ストランドとの接続治具として利用されている。

【0016】

コンクリート構造物にＰＣ鋼ストランドの緊張力を利用してプレストレスを導入する方式には、ポストテンション方式とプレテンション方式がある。連続繊維補強材を適用した緊張導入方式についても、同様に、ポストテンション方式とプレテンション方式ある。以下に、それぞれの方式に対する連続繊維補強材を利用した従来方式に対する課題を示す。

【0017】

ポストテンション方式の場合
（1）支圧板と膨張材スリーブのロックナットによる定着
現在、連続繊維補強材の定着方法として、最も適用されている方法としては、連続繊維補強材とスリーブとの隙間に膨張材（セメント系膨張材を使用する）を充填して、その膨張材の水和反応過程で、膨張する膨張圧縮応力を利用する方法である。定着のメカニズムは、連続繊維補強材とスリーブとの間に働く膨張圧縮応力を利用し、連続繊維補強材外側表面とスリーブ内側表面の間に働く、ずれせん断力の接触圧縮応力を向上させることにより、連続繊維補強材とスリーブ内に確実に定着させるものである。

【0018】

上記の膨張材スリーブを適用した、緊張側において緊張後に構造物端部に設けられた支圧板に緊張力を定着する方法が、一般的に多く適用されている。この方法では、膨張材スリーブの外側にロックナットを装着して最終的に緊張力を支圧板に伝達する。そのため、スリーブの外側にはねじ切りをして、ロックナットが機能できるようにする。また、膨張材スリーブを緊張ジャッキにより緊張するために、緊張側端部にはテンションバーをねじ込むことができる、ネジ穴を設けておく。センターホールジャッキによりテンションバーを介して、膨張材スリーブに緊張力を与え、所定の緊張力に達したら、予め膨張材スリーブに装着したロックナットを支圧板に締め付けて、緊張力は支圧板に伝達され、コンクリート構造物に緊張応力が発生する。その後、シース内にＰＣグラウトを充填し、強度発現したら一連の緊張作業は終了する。

【0019】

問題点１：現状の膨張材スリーブのロックナットを介して、支圧板に緊張力を定着する方法では、緊張するコンクリート構造物の長さに制限が生ずる。一般的に連続繊維補強材の緊張時の緊張力は、保証破断荷重の70％以下とすることが設計で定められている。つまり、使用する連続繊維補強材の直径に関係なく、緊張時の連続繊維補強材の引張歪は、11,000μ～12,000μとなり、緊張部材の長さがL=10mの場合には、緊張による伸び量ΔL=110mm～120mmとなる。一方、膨張材スリーブの長さは、長くても300～400mmが一般的であるので、定着時のハンドリングを考慮すると、緊張部材の長さは、せいぜい15m～20m程度となる。

【0020】

問題点２：一般的にロックナットを装着する膨張材スリーブの外径は、シース管径よりも大きい。そのために、緊張開始時には膨張材スリーブの支圧板側の端部は、支圧板よりも外側にある。そのために、緊張後にロックナットを支圧板に固定した際には、緊張端部から膨張材スリーブが300～400mm突出することとなる。従来のＰＣ鋼ストランドの端部定着においても、アンカーヘッドが端部よりも突出することがある。一般的には、緊張端部から緊張管理に重要な役割を果たす部材が、大きく突出することは望ましいことではない。当然ながら、管理用のカバー装置の装備が必要である。

【0021】

問題点３：膨張材スリーブは、膨張性のセメント系材料を充填して水和反応中の膨張を制御して商品化される。そのために、工場における温度および湿度管理などの品質管理が要求されるために、工場生産に限定される。緊張材の緊張力を利用してプレストレスが導入される構造物は、コンクリート構造物であり、例えば橋梁では30m～50mの規模が多くあり、仮に長さに0.5％の誤差が発生した場合、150mm～250mmの長さの誤差が発生する。また、プレキャスト製品をジョイントする場合では、プレキャスト製品の製品精度は非常に高いが、ジョイント部では現場作業であるために、誤差が蓄積される可能性もある。このような、プレストレスが導入される対象構造物の長さに誤差が発生した場合に、工場において膨張材スリーブの事前生産は困難となる。なお、従来のＰＣ鋼ストランドでは、基本的にくさび定着であるために、緊張材の切断は現地で行い、また、定着位置は任意の位置で可能であるために、上記のような課題は発生しない。

【0022】

（2）緊張端部定着を行わない方法
通常のＰＣ鋼ストランドによるポストテンション方式の定着では、実施しない方法であるが、連続繊維補強材を使用した緊張材方式では、緊張後に緊張力を保持した状態で、シース管内にＰＣグラウトを充填し、強度発現後に、連続繊維補強材の緊張材の端部を切断する方法がある。この考え方の基本は、プレテンション方式の緊張力の導入方法に基づいている。プレテンション方式では、緊張材の緊張力を保持した状態で、構造体のコンクリートを打設して、コンクリートの強度発現後に、緊張材をリリースして、コンクリート構造物にプレストレスを導入する方法である。この場合、ＰＣ鋼ストランドの緊張力をリリースすることにより、ＰＣ鋼ストランドに作用していた軸方向（縦方向）の引張歪がＰＣ鋼ストランドのリリースによりポアソン効果が働き、緊張材の直径方向（横方向）に緊張前の状態に戻ろうとする膨張歪が発生する。これに対して、ＰＣ鋼ストランドの周囲に打設されたコンクリートは拘束材料として働くために、ＰＣ鋼ストランド表面とコンクリートとの間に拘束効果の反力として圧縮応力が発生して、結果として、コンクリートとＰＣ鋼ストランドとのすべりに対するせん断抵力が増大する。

【0023】

連続繊維補強材によるポストテンション方式においても、シース管内に充填したＰＣグラウトが拘束材として作用するために、緊張力をリリース（連続繊維補強材の緊張先端を切断）することにより、連続繊維補強材の表面には拘束圧縮応力が発生して、せん断抵抗力が増大する。従来のＰＣ鋼ストランドにおけるポストテンション方式において、支圧板やアンカーヘッドによる緊張定着を行わないで、ＰＣ鋼ストランドの先端を切断する方法を採用しない一つの理由は、ＰＣ鋼ストランドの表面は平滑であるためにＰＣグラウトとの付着特性が良くないことがある。一方、連続繊維補強材とＰＣグラウトの付着は、異形鉄筋よりは良くないがＰＣ鋼ストランドよりは良いことがあげられる。

【0024】

問題点１：緊張導入後、ロックナットを介して支圧板に緊張力が伝達されないので、緊張端部付近のコンクリートにプレストレスが発生しない。上記で記述したポアソン効果により連続繊維補強材とＰＣグラウトとのせん断抵抗力が働いても、緊張端部から50φ～60φ（φは連続繊維補強材の直径）の範囲では、プレストレスを期待できない。そのために、コンクリート構造物の端部付近までプレストレスを必要とする場合では適用が困難である。

【0025】

問題点２：上記の問題点１は、具体的には小型寸法のコンクリート構造物に対して、緊張応力を導入することは困難であることと意味している。具体的には、例えばφ＝15.2mmの連続繊維補強材を使用した場合、緊張応力が十分に期待できない範囲は、60φ＝912mmとなり、例えば、長さ3m～4mの構造物では、上記の定着方法は適用できない。

【0026】

プレテンション方式の場合
プレテンション方式による、緊張応力が導入されるメカニズムは、前述の説明の通りである。従って連続繊維補強材を緊張材として使用した場合でも、緊張後に打設したコンクリートが所定の強度に達して緊張応力を導入した場合、緊張端部付近（50φ～60φの距離）においては緊張応力が導入されない課題がある。そのために、従来のＰＣ鋼ストランドを使用したプレテンション方式の場合も含めて、短い部材にプレテン方式でプレストレスを導入するのは、困難であった。

【0027】

従来、緊張材としてＰＣ鋼ストランドが多く適用されてきた。ＰＣ鋼ストランドの利点は、鋼製クサビとアンカーヘッドにより、直接、ＰＣ鋼ストランドの任意の位置を把持して緊張ジャッキを使用して緊張力の導入や、アンカーヘッドを介して支圧板に定着することによる緊張端部付近までプレストレス導入が可能であることである。

【0028】

一方、本発明の対象となる連続繊維補強材とは、たとえば、素線の材質が炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などを用いた素線をロープ状に加工した補強材である。そのために、連続繊維補強材の横方向の剛性や強度が低く、従来のような鋼製クサビ定着は不可能である。

【0029】

そのために、現状では、連続繊維補強材の定着は、スリーブと連続繊維補強材の隙間に膨張材を充填しかつ養生することにより膨張材の膨張圧縮応力を利用した定着方法が最も適用例が多く、実用的な方法として普及している。

【0030】

その他に、連続繊維補強材の周囲に摩擦増強シートとスチール製ブレードネットチューブにより補強をおこない、その外側に従来の鋼製クサビよりもクサビ角度の緩い鋼製クサビを適用した定着方法も適用されているが、操作方法に制限があり緊張端部に適用するには課題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0031】

このような現状に対して、本発明は、現場施工上の制約や、施工コストの増大はなく、また、その定着機構は単純であり、スリーブ、ロックナット、支圧板の設計も通常の構造計算で可能となる構造を備える定着構造を提供することを課題とする。

【0032】

この発明はまた、緊張材をコンクリート構造物にしっかりと定着させ、コンクリート構造物に効率よくプレストレスを導入することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0033】

この発明は、ポストテンション方式によってプレストレスが導入されるコンクリート構造物における緊張材の定着構造を提供する。第１の発明による緊張材の定着構造は、挿通孔が形成されたコンクリート構造物の外端部に配置され、上記コンクリート構造物の挿通孔につながる貫通孔が形成された支圧板と、上記コンクリート構造物の上記挿通孔および上記支圧板の貫通孔に通され、その一端部が上記コンクリート構造物の外に出される中空のスリーブと、上記スリーブ内に挿入され、一端部が上記コンクリート構造物に定着されかつ他端部が上記コンクリート構造物の外に出される緊張材と、上記コンクリート構造物の外に出された上記スリーブの他端部に係合され、上記支圧板の外面に接するロックナットと、上記挿通孔内およびスリーブ内に充填されるＰＣグラウトと、を備え、上記緊張材は、上記ＰＣグラウトが充填される前にその一端部が固定された状態でその他端部が緊張装置を用いて外向きに引っ張られることによって緊張され、かつ上記ＰＣグラウトに所定の強度が発現した後に上記緊張装置を用いた緊張が解かれたものであり、上記緊張材がポアソン効果によって径方向外向きに膨張しており、膨張した上記緊張材と上記スリーブとの間に充填されているＰＣグラウトに圧縮応力が発生していることを特徴とする。

【0034】

緊張材の一端部（固定端）がコンクリート構造物に固定され、かつ緊張材の他端部（緊張端）が緊張装置を用いて外向きに引っ張られる。緊張材の一端部はコンクリート構造物の外において固定装置を用いて定着してもよいし、上記挿通孔内においてたとえばＰＣグラウト等によりコンクリート構造物に定着してもよい。

【0035】

この発明は、プレテンション方式によってプレストレスが導入されるコンクリート構造物における緊張材の定着構造も提供する。第２の発明による緊張材の定着構造は、コンクリート構造物内の両端部のそれぞれに配置された、貫通孔が形成された一対のロックナット兼支圧板と、上記一対のロックナット兼支圧板のそれぞれに係合され、上記貫通孔につながる中空を備えるスリーブと、コンクリート構造物内の両端部の上記ロックナット兼支圧板の貫通孔および中空のスリーブに通されて、両端部がコンクリート構造物の外に出される緊張材と、上記スリーブ内に充填されるＰＣグラウトと、を備え、上記緊張材は、上記ＰＣグラウトが上記スリーブに充填されかつ上記コンクリート構造物を形成するコンクリートが打設される前に、その一端部が固定装置を用いて固定された状態においてその他端部が緊張装置を用いて外向きに引っ張られることによって緊張され、かつ上記ＰＣグラウトおよび上記コンクリートに所定の強度が発現した後に上記緊張装置を用いた緊張が解かれたものであり、上記緊張材がポアソン効果によって径方向外向きに膨張しており、膨張した上記緊張材と上記スリーブとの間に充填されているＰＣグラウトに圧縮応力が発生していることを特徴とする。

【0036】

緊張材には、好ましくは連続繊維補強材が用いられる。連続繊維補強材とは、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などの連続繊維を数万本束ね、これにエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいは、ポリカーボネートやポリ塩化ビニルなどの熱可塑性樹脂を含浸して硬化させたものである。複数本の連続繊維を束にし、複数本の連続繊維束を撚り合わせることによって連続繊維補強材を構成してもよい。

【0037】

好ましくは上記コンクリート構造物に中空のシース管が埋設されており、上記シース管の中空が上記挿通孔として用いられる。

【0038】

この発明によると、ポアソン効果によって緊張材が径方向外向きに膨張することによって、緊張材とその周囲のスリーブとの間に充填されたＰＣグラウトに圧縮応力が発生しているので、緊張材は、上記スリーブによって囲まれている範囲においてその全周囲にわたってしっかりとスリーブ内に拘束されかつ定着される。

【0039】

緊張材はまた、緊張が解かれることで長手方向に収縮する（元の長さに戻ろうとする）。緊張材としっかりと定着しているスリーブの一端部にはロックナットまたはロックナット兼支圧板が係合されているので、緊張材の緊張が解かれることで緊張材が長手方向に収縮すると、緊張材にしっかりと定着したスリーブの一端部のロックナットが支圧板に強く押しつけられる（ポストテンション方式）、またはコンクリート構造物内の両端部のロックナット兼支圧板に互いに近づく方向の力が加わる（プレテンション方式）ことになり、コンクリート構造物にプレストレスを効率よく導入することができる。

【0040】

本発明による定着原理
本発明による緊張材の定着メカニズムを簡単に言及する。緊張材に緊張力を与えることにより緊張材には緊張方向（緊張材の長手方向）に引張歪が発生すると同時に、緊張方向に直交する緊張材の周方向にはポアソン効果により圧縮歪が発生する。この状態を維持して、スリーブと緊張材との隙間に、ＰＣグラウトを充填する。その後にＰＣグラウトを養生することで、ＰＣグラウトは所定の強度が発現する。ＰＣグラウトに強度が発現した後、緊張材の緊張を解放する（緊張力を解除する）と、緊張材に存在している周方向の圧縮歪が解放される。緊張材の圧縮歪が解放されることで緊張材は径方向外向きに膨張する（ポアソン効果、ポアソン現象）。膨張した緊張材とスリーブとの間に挟まれているＰＣグラウトに圧縮応力が発生し、これによって緊張材とスリーブとが強く定着される。

【0041】

定着スリーブに係合したロックナットは、緊張反力を分担し、その力は、コンクリート構造物端部に設けられた支圧板を介して、コンクリート構造物端部も含む全長に渡り有効なプレストレスとしてコンクリート構造物に導入される。

【0042】

緊張材とスリーブの隙間にあるＰＣグラウトに圧縮応力が発生することにより、緊張材とスリーブとの間の定着機構が発生することは、膨張材充填スリーブの実績において、実務的に実証されている。では、定量的に上記の理論展開が正しいかどうかを、緊張材が炭素繊維複合ケーブル（ＣＦＣＣ）を使用した場合にＰＣグラウトに発生する圧縮応力を計算することで以下に考察する。

【0043】

本発明によるＰＣグラウトの発生圧縮応力
連続繊維補強材として炭素繊維を適用した、連続炭素繊維補強材を対象として具体的にＰＣグラウトに発生する圧縮応力を計算することにより、定着のメカニズムを説明する。例題の連続炭素繊維補強材（以下、CFCC（Carbon Fiber Composite Cable）と称する）およびスリーブの形状や特性は以下の通りである。

【0044】

1）連続炭素繊維補強材（CFCC）データ：
CFCCの直径φ＝17.2mm、CFCCの有効断面積Acf＝151.1mm²、CFCCの弾性係数Ecf＝150kN/mm²、CFCCの保証破断荷重Pu＝385ｋN、CFCCのポアソン比ν＝0.06（島津製作所による、炭素繊維強化プラスチックの試験データより）である。

【0045】

2）スリーブのデータ：
スリーブの材質STKM13A、スリーブの内半径R＝11.4mm、肉厚ｔ＝4.5mm、スリーブの弾性係数E＝210ｋN/mm²

【0046】

ＣＦＣＣを緊張する場合にＣＦＣＣに加えることができる最大の緊張力は、ＣＦＣＣの保証破断荷重の70％以下と規定されている。従って、緊張時の引張ひずみεu＝0.7×Pu/（Acf×Ecf）＝11,890μとなる。

【0047】

ＣＦＣＣの緊張を解除すると、ポアソン効果によりＣＦＣＣにはポアソン比に比例して横方向（周方向）の膨張ひずみが発生し、ＣＦＣＣの直径は大きくなる。横方向の膨張ひずみをεluとすると、膨張ひずみεlu＝ν×εu＝713μとなる。従って、緊張が解除されたCFCCにおいてポアソン効果が発生し、その結果、ＣＦＣＣが膨張することによりスリーブ内の内半径Rが膨張する量を、ΔRとすると、ΔR＝φ/2×εlu＝6,132×10^-6mmとなる。

【0048】

スリーブ内の内半径がΔRの長さで膨張すると、「薄肉リングに作用する内圧の理論解析」の理論解を適用すると、ＰＣグラウトに発生する圧縮応力ｐは、
ｐ＝ΔR×ｔ×E / R2＝44.6 MPa の解を得ることができる。

【0049】

ＰＣグラウトの圧縮応力が上昇することと、ＰＣグラウトを介してＣＦＣＣがスリーブに定着されることの関係を以下に説明する。定着の性能は、ＣＦＣＣとスリーブとの間にあるＰＣグラウト自身のせん断破壊応力、あるいは、ＰＣグラウトとＣＦＣＣの境界面に作用する摩擦力と付着力、あるいは、ＰＣグラウトとスリーブ内側の境界面に作用する摩擦力と付着力の組合せの中で、最小の組合せの抵抗能力で決定される。

【0050】

まず、ＰＣグラウト自身の抵抗せん断応力については、圧縮応力が作用した状態で、しかも非常に薄いために、せん断破壊することは考えられない。一方、ＰＣグラウトとＣＦＣＣの境界面とＰＣグラウトとスリーブの内側の境界面との比較では、前者は後者に比べて抵抗面積が小さいので摩擦力が小さくなる傾向にあるが、ＰＣグラウトとＣＦＣＣの境界面の付着応力は大きくなる傾向にある。一方、後者については、上述とは逆の関係にある。いずれにしても、ＰＣグラウトとの境界面に作用するせん断力については、主に、摩擦力による抵抗が支配的であり、その主要因がＰＣグラウトの圧縮応力となる。摩擦抵抗応力は、摩擦係数と境界面に作用する圧縮応力の積で表現できるために、ＰＣグラウトの圧縮応力ｐが大きい方が有利となる。

【0051】

従来の膨張材充填スリーブの膨張材の発生圧縮応力
従来の膨張材充填スリーブの場合は、本発明のようなポアソン効果を適用するものではない。しかし、最終的な定着メカニズムは、ＰＣグラウトの代わりに、膨張する材料を配合して得られる膨張性充填材（膨張セメントグラウト）を使用して、グラウト材が水和反応する過程で膨張する膨張圧縮応力を利用するものであり、結果として、定着装置として使用する際には、同じメカニズムを適用している。

【0052】

本発明の妥当性を評価する上でも、既に実用化されている、膨張材充填スリーブの発生圧縮応力ｐを、本発明の場合と同じＣＦＣＣ緊張材とスリーブの形状材質で、発生する膨張材圧縮応力ｐを試算する。

【0053】

1）連続炭素繊維補強材（CFCC）データ：
CFCCの直径φ＝17.2mm、CFCCの有効断面積Acf＝151.1mm²、CFCCの弾性係数Ecf＝150kN/mm²、CFCCの保証破断荷重Pu＝385ｋN、CFCCのポアソン比ν＝0.06である。

【0054】

2）膨張性充填材料：膨張ひずみεe＝600μ（管理された養生温度条件下の無拘束状態でのひずみ）

【0055】

3）スリーブのデータ：
スリーブの材質STKM13A、スリーブの内半径R＝11.4mm、肉厚ｔ＝4.5mm、スリーブの弾性係数E＝210ｋN/mm²

【0056】

膨張性グラウトは、スリーブの内の半径内に充填される。スリーブの中心部には直径φ17.2mmのＣＦＣＣがある。膨張性グラウトは、ＣＦＣＣ素線の間にも充填されるために、膨張材の膨張範囲は、スリーブの内半径内であると考える。その結果、スリーブ内の内半径Rが膨張する量を、ΔRとすると、ΔR＝εe×R＝6,840×10^-6mmとなる。

【0057】

スリーブ内の内半径がΔRの長さで膨張すると、「薄肉リングに作用する内圧の理論解析」の理論解を適用すると、膨張性グラウトに発生する圧縮応力：ｐは、ｐ＝ΔR×ｔ×E / R2＝49.7 MPa の解を得ることができる。

【0058】

以上、本発明によるＰＣグラウトに発生する圧縮応力と、従来の膨張性スリーブ内の膨張性グラウトに発生する圧縮応力は、ほぼ同等であり、本発明による定着効果が理論的にも検証された。

【0059】

この発明による定着構造が成立するために必要な要素は、コンクリート構造物端部に配置した支圧板、緊張材、スリーブ、スリーブ端部に係合されるロックナット、及び、ＰＣグラウトである。これらの要素は、特別に高度な加工を必要とするものではない。唯一、機械加工が必要なのは、スリーブ端部にロックナットをねじ固定するためのねじ加工と、支圧板の穴加工である。ＰＣグラウトは、通常のプレテンション方式で、緊張後にシース管内に充填されるものと同じ材料を適用できる。また、ＰＣグラウトの充填作業についても、従来のグラウト充填の施工方法で、十分に連続繊維補強材とスリーブの隙間にＰＣグラウトを充填することが可能である。

【0060】

本発明の定着のメカニズムによれば、同じスリーブ形状と連続繊維補強材を対象とした試算結果から、本発明のＰＣグラウトに発生する圧縮応力は、膨張材スリーブと同じレベルであることは証明された。

【0061】

定着装置としての完成品は、施工の過程や、施工の容易さ、品質管理の手間、定着効果、施工コスト、施工製品としての性能などの点で優位性は多大である。

【0062】

一実施態様では、上記緊張材の直径をφ、ポアソン比をν、保証破断荷重時の引張歪をεuとし、上記スリーブの内半径をR、肉厚をｔ、弾性係数をEとした場合に、以下の式１によって算出される上記ＰＣグラウトに発生する圧縮応力ｐが、20から60ＭＰａである。
ｐ＝φ/2×ν×（0.7×εu）×（ｔ×E）/（R×R）・・・式１

【0063】

定着性能に寄与すると考えらえる要因の中から、定着メカニズムに直接関係する要因を選定して、これらのデータを使用しての簡単な計算から得られる、ＰＣグラウト材に作用する圧縮応力の範囲を示すことにより、定着性能の定量的な判定基準を示すものである。つまり、本発明において、適用される構成要素の組合せにおいて、定着性能が発揮できる定量的な範囲は20～60ＭＰａである。

【0064】

好ましくは、上記スリーブの内面に凹凸が形成されている。たとえば、スリーブの内面にねじ切り加工をすることによってスリーブの内面に凹凸を形成することができる。前述の説明に示すように、ＰＣグラウトに発生する圧縮応力は、スリーブ内側とＰＣグラウト間のせん断応力として相互に伝達される。せん断応力はスリーブ内側に働く圧縮応力に摩擦係数を乗じたものであり、この摩擦係数の向上にスリーブの内面の凹凸が寄与する。

【0065】

好ましくは、上記スリーブの外面にも凹凸が形成されている。スリーブ外側とスリーブ外側に接しているＰＣグラウト間には付着応力による抵抗力が発生する。その抵抗力はスリーブに係合しているロックナットに伝達されるために、この付着応力の向上にスリーブ外面の凹凸が寄与する。

【0066】

他の実施態様では、上記コンクリート構造物の端部に配置される支圧板が複数枚ではなく連続した一枚からなる。コンクリート構造物の端部に配置される支圧板を複数枚ではなく連続した一枚の支圧板とすることにより、送電線鉄塔基礎における支圧板としての役割と、鉄塔基礎トラス材を固定して、鉄塔基礎トラス材に作用する断面力をコンクリート基礎に伝達する役割を持たせることができる。

【0067】

好ましくは、上記支圧板のコンクリート構造物に対向する面に複数の凸部形状のせん断キーが設けられており、上記コンクリート構造物の上記支圧板に対向する面の、上記せん断キーに対応する位置に、上記せん断キーが入る凹部が形成されている。基礎のベースプレートに作用する水平力に対して、効率的かつ経済的に抵抗するせん断キーを設けることで、わずかな追加で多大なせん断抵抗効果が期待できる。

【0068】

一実施態様では、上記ロックナットと支圧板が一体成形されている。短い寸法部材のプレテンション部材製作も可能となる。

【0069】

他の実施態様では、上記スリーブに、上記ＰＣグラウトを上記スリーブ内に充填するための充填孔および空気を排出する空気排出孔が形成されている。スリーブ内に確実にＰＣグラウトを充填することができる。

【0070】

この発明は、ポストテンション方式によるプレストレストコンクリート構造物の製作方法も提供する。この方法は、挿通孔が形成されたコンクリート構造物の端部に、上記コンクリート構造物の挿通孔につながる貫通孔を備える支圧板を配置し、中空のスリーブの一端部にロックナットを係合し、上記スリーブを、上記支圧板の貫通孔を通じて上記コンクリート構造物の挿通孔に挿入し、上記スリーブの一端部のロックナットを上記支圧板上に載せ、上記スリーブの中空に緊張材を挿入し、上記緊張材の一端部をコンクリート構造物に固定し、上記緊張材の他端部に緊張装置を装着し、上記緊張材を緊張させた状態で、上記スリーブと上記スリーブの中空に通された緊張材の隙間にも充填されるように、上記コンクリート構造物の挿通孔内にＰＣグラウトを充填し、上記ＰＣグラウトが所定の強度に達した後に、上記緊張材の緊張を解除するものである。

【0071】

この発明はさらに、プレテンション方式によるプレストレストコンクリート構造物の製作方法も提供する。この方法は、型枠を用意し、型枠内の両側端部に、中空のスリーブおよび上記スリーブに係合されたロックナット兼支圧板を、上記ロックナット兼支圧板が上記型枠内の側端部に接するように設置し、上記型枠の両側端部に形成された取付穴を通じて緊張材を型枠内に挿入し、上記緊張材の両端部を型枠の両側端部からそれぞれ外に出し、型枠内においては上記緊張材を上記型枠内の両側端部に設置されたスリーブ内に挿入し、型枠の一方側端部から型枠の外に出ている上記緊張材の一端部に固定装置を装着し、型枠の他方側端部から型枠の外に出ている上記緊張材の他端部に緊張装置を装着し、上記緊張材の他端部を緊張装置により緊張し、上記緊張材を緊張させた状態で、上記型枠内の両側端部のスリーブ内にＰＣグラウトを充填し、上記型枠内にコンクリートを打設し、上記ＰＣグラウトおよび上記コンクリートが所定の強度に達した後に、上記緊張材の緊張を解くものである。

【図面の簡単な説明】

【0072】

【図1】ポストテンション方式によってコンクリート構造物にプレストレスを導入する様子を示す断面図である。

【図2】ポストテンション方式によってコンクリート構造物にプレストレスを導入する様子を示す断面図である。

【図3】（Ａ）は緊張状態の緊張材をその周囲のスリーブおよびスリーブ内に充填されたＰＣグラウトとともに示す拡大断面図を、（Ｂ）は緊張が解かれた状態の緊張材をその周囲のスリーブおよびスリーブ内に充填されたＰＣグラウトとともに示す拡大断面図を、それぞれ示す。

【図4】ポストテンション方式によりコンクリート構造物にプレストレスを導入する様子を示す第１実施例の断面図である。

【図5】ポストテンション方式によりコンクリート基礎構造物にプレストレスを導入する様子を示す第２実施例の断面図である。

【図6】ポストテンション方式によりＰＣコンポジット橋梁にプレストレスを導入する様子を示す第３実施例の断面図である。

【図7】プレテンション方式によりプレストレストコンクリート構造部材を製造する工程を示す。

【図8】プレテンション方式によりプレストレストコンクリート構造部材を製造する工程を示す。

【図9】プレテンション方式によりプレストレストコンクリート構造部材を製造する工程を示す。

【図10】図８に示すコンクリート構造部材の一端部を拡大して示す一部拡大平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0073】

図１および図２はポストテンション方式によってコンクリート構造物にプレストレスを導入する様子を示す断面図である。プレストレスが導入されたコンクリート構造物は、プレストレストコンクリート構造物と呼ばれる。図３（Ａ）は後述する緊張状態の緊張材を模式的に示すもので、緊張状態の緊張材を、その周囲のスリーブおよびスリーブ内に充填されたＰＣグラウトとともに示す拡大断面図である。図３（Ｂ）は緊張が解かれた状態の緊張材を模式的に示すもので、緊張が解かれた緊張材を、その周囲のスリーブおよびスリーブ内に充填されたＰＣグラウトならびにＰＣグラウトに生じる圧縮応力（両端矢印）とともに示す拡大断面図である。

【0074】

以下に詳述するように、コンクリート構造物にプレストレスを導入するために、コンクリート構造物内に緊張材が設けられる。緊張材の一端（固定端）を固定し、かつ他端（緊張端）を外向きに引っ張ることによって緊張材は長手方向に緊張される。緊張材の一端を固定しておくための固定装置は図１および図２において概略的に示されている。緊張材の他端を引っ張るための緊張装置は図１および図２においては図示が省略されている。固定装置および緊張装置の具体例は後述する。

【0075】

図１を参照して、コンクリート構造物２に円筒状の金属製またはポリエチレン製のシース管５が埋設されている。シース管５の中空が、後述するスリーブ７が通される挿通孔４として用いられる。シース管５にはたとえばその内外周面に凹凸を有するスパイラル・シースを用いることができる。

【0076】

コンクリート構造物２の上面に金属製の支圧板３が設けられている。支圧板３にはコンクリート構造物２に設けられるシース管５の外径と同等の直径を有する円筒形の貫通孔３ａが形成されており、シース管５は支圧板３の貫通孔３ａにも通されている。挿通孔４（シース管５の中空）は支圧板３の上端面において外に開口する。支圧板３の貫通孔３ａの直径はシース管５の外径よりもやや大きく形成してもよい。

【0077】

挿通孔４に、金属製の剛性の高い円筒状のスリーブ７が通されている。スリーブ７の外径は挿通孔４（シース管５の内径）よりも小さい。シース管５とスリーブ７との間には横断面において環状の隙間が形成される。スリーブ７の内外周面にも凹凸（たとえばネジ切り）が形成されていてもよい。スリーブ７の内周面または外周面のいずれか一方でもよいが，好ましくはスリーブ７の内外周面の両方に凹凸は形成される。

【0078】

スリーブ７の上端部は支圧板３の上方にまでのびており、支圧板３の上方にのびるスリーブ７の上端部の外周面にねじ山11が形成されている。外周面にねじ山11が形成されたスリーブ７の上端部には内周面にねじ溝が形成されたロックナット８がねじ止めされ、ロックナット８は支圧板３の上面に接するようにしてスリーブ７の外周面に固く係合されている。

【0079】

ロックナット８から支圧板３を通りコンクリート構造物２内にまでのびるスリーブ７の中空６内に、スリーブ７の内径よりも小さい直径を持つ緊張材１が通されている。緊張材１とスリーブ７の内周面との間にも横断面において環状の隙間が形成される。

【0080】

緊張材１には、１本の心線と、その周囲に撚り合わされた複数本、たとえば６本の側線とから構成される連続繊維補強材を用いることができる。断面で見ると（図示略）、緊張材１、緊張材１を構成する心線および側線は、いずれもほぼ円形の形状を持つ。また、断面で見て、緊張材１はその中心に心線が配置され、心線を取り囲むように複数本の側線が位置する。緊張材１はたとえば５ｍｍ～40ｍｍ程度の直径を持つ。

【0081】

緊張材１を構成する心線および側線は、いずれも熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を含浸させかつ硬化させた多数本たとえば数万本の長尺の連続する炭素繊維を断面円形に束ねた樹脂含有繊維束であり、緊張材１の全体には数十万本の炭素繊維が含まれる。炭素繊維のそれぞれは非常に細く、たとえば５μｍ～７μｍの直径を持つ。緊張材１は、炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製のものと言うこともできる。炭素繊維に代えてアラミド繊維またはガラス繊維を用いてもよい。熱硬化性樹脂には、たとえばエポキシ樹脂やビニルエステル樹脂が用いられる。熱可塑性樹脂には、たとえばポリカーボネートやポリ塩化ビニルが用いられる。

【0082】

コンクリート構造物２の下面から下にのびる緊張材１の一端（図１における下端、固定端）は固定装置12によって固定される。ロックナット８から上方にのびる緊張材１の他端（図１における上端、緊張端）は緊張装置（図示略）を用いて上方に引っ張られる（これを「緊張する」、とも言う）。緊張材１の一端（固定端）が固定されているので、緊張材１の他端（緊張端）を引っ張ると、緊張材１にはその長手方向に引張力（緊張力とも言う）が加わり、これに対応する応力が緊張材１の内部に発生する。緊張材１は応力に比例した伸びを生じるとともに、断面の収縮（緊張材１の直径の縮小）が発生する。図３（Ａ）には緊張材１を長手方向に引っ張る前の緊張材１（その太さ）が破線によって示されている。

【0083】

図２および図３（Ａ）に示すように、緊張材１の緊張状態を保った状態でスリーブ７内にＰＣグラウト15が充填される。図２を参照して、ＰＣグラウト15はスリーブ７内のみならず、シース管５内にも充填される。

【0084】

図２および図３（Ｂ）を参照して、ＰＣグラウト15を養生し、所定の強度が発現した後、緊張装置を用いた緊張材１の緊張が解かれる。緊張装置を用いて緊張材１を緊張しているときの緊張材１には長手方向（軸方向）に伸びが生じ、長手方向に引張歪が生じる。緊張材１の緊張が解かれると、緊張材１にはポアソン効果が作用して、緊張材１の周面外向き（軸直角方向）にポアソン比分の膨張歪みが発生し、緊張材１は周方向外向きに膨張する。すなわち図３（Ａ）および図３（Ｂ）を対比して、緊張材１の緊張を解くことによって、緊張材１は長手方向に縮み（Ｌ１＞Ｌ２）、かつ径方向に膨張する（Ｄ１＜Ｄ２）。なお、図３（Ａ）および（Ｂ）には緊張材１の縮みおよび膨張の様子がかなり強調して描かれている。その結果、図３（Ｂ）に模式的に示すように、緊張材１とスリーブ７との隙間に充填されているＰＣグラウト15内に所定の圧縮応力18が発生する。この圧縮応力18によって緊張材１はスリーブ７にしっかりと定着される。また、緊張材１の緊張が解かれることで緊張材１に長手方向の縮みが生じることから、スリーブ７の上端部にねじ結合されているロックナット８が支圧板３に押し付けられる（緊張反力）ので、コンクリート構造物２にプレストレスが生じる。このようにして、コンクリート構造物２の内部に緊張材１がしっかりと定着されるとともに、導入されるプレストレスによってコンクリート構造物２の構造性能が向上する。

【0085】

以下、図４から図１０を参照して、プレストレスが導入されるコンクリート構造物の具体例を説明する。

【実施例0086】

図４は実施例１を示すもので、緊張材を緊張するための固定装置および緊張装置の一例を詳細に示している。図４では、コンクリート構造物内に挿通孔を確保するために設けられるシース管の図示は省略されている。

【0087】

図４の左側を参照して、固定装置は、コンクリート構造物22の一端（図４の左端）に設けられた支圧板23Ａ、ロックナット28Ａ、ラムチェアー38、アンカーヘッド39、摩擦シートおよびブレードネット41、ならびにクサビ40を含む。コンクリート構造物22に埋設されたシース管内（挿通孔）にスリーブ27Ａが通され、このスリーブ27Ａ内に緊張材21が通されている。スリーブ27Ａは支圧板23Ａの貫通孔に通されその先端部分が支圧板23Ａから外に出ている。支圧板23Ａの外に出ているスリーブ27Ａの先端部分にロックナット28Ａがねじ止めされている。

【0088】

支圧板23Ａにはさらに、ロックナット28Ａを取り囲むようにしてラムチェアー38が設置されている。ラムチェアー38はその中心に緊張材21が通る挿通孔を備え、ラムチェアー38の挿通孔に緊張材21の先端部分が通され、緊張材21の先端部分（固定端）はラムチェアー38の外に出ている。

【0089】

ラムチェアー38にアンカーヘッド39が設置される。アンカーヘッド39は緊張材21の先端部分が通される挿通孔と、クサビ40が押し入れられるクサビ用テーパー形状の中空を持つ。ラムチェアー38から外に出ている緊張材21の先端部分は、アンカーヘッド39の挿通孔および中空を通り、アンカーヘッド39の外にまでのびている。アンカーヘッド39の外に出ている緊張材21の先端部分に摩擦シートおよびブレードネット41を巻き付けて、その外側にクサビ40が被せられ、クサビ40によって覆われた緊張材21の先端部分がアンカーヘッド39の中空に押し入れられる。緊張材21の先端部分がアンカーヘッド39のクサビ用テーパー形状の中空内にしっかりと定着される。

【0090】

クサビ40による緊張材21に対する締め付け力を緩衝するために、クサビ40が被せられる緊張材21の先端部分の外周面に摩擦シートおよびブレードネット41が被せられる。

【0091】

図４の右側を参照して、緊張装置は、コンクリート構造物22の他端（図４の右端）に設けられた支圧板23Ｂ、ロックナット28Ｂ、ラムチェアー31、32、リングナット33、膨張材充填スリーブ34、テンションバー35、センターホール緊張ジャッキ36、クサビ42およびアンカーヘッド43を備えている。

【0092】

コンクリート構造物22の挿通孔にスリーブ27Ｂが通され、このスリーブ27Ｂ内に緊張材21が通されている。スリーブ27Ｂは支圧板23Ｂの貫通孔を通されて支圧板23Ｂから外に出ている。支圧板23Ｂの外に出ているスリーブ27Ｂの先端部分にロックナット28Ｂがねじ止めされている。

【0093】

支圧板23Ｂにはさらにロックナット28Ｂを取り囲むようにして第１のラムチェアー31が設置されている。第１のラムチェアー31はその中心に緊張材21が通る挿通孔を備えるもので、この第１のラムチェアー31の挿通孔に緊張材21が通され、緊張材21の先端部分（緊張端）が第１のラムチェアー31の外に出ている。

【0094】

第１のラムチェアー31から外に出ている緊張材21の先端部分には膨張材充填スリーブ34が工場製作により設けられている。膨張材充填スリーブ34内には膨張材が充填されており、この膨張材の膨張圧によって膨張材充填スリーブ34が緊張材21の先端部分にしっかりと定着されている。膨張材充填スリーブ34の外周面にはネジが形成されており、このネジを用いて膨張材充填スリーブ34にはリングナット33が固定されている。

【0095】

リングナット33および膨張材充填スリーブ34を囲むように、第２のラムチェアー32が第１のラムチェアー31に重ねられている。第２のラムチェアー32もその中心に緊張材21が通る挿通孔を備えるもので、この第２のラムチェアー32の挿通孔に緊張材21が通され、緊張材21の先端部分（緊張端）が第２のラムチェアー32の外に出ている。

【0096】

第２のラムチェアー32にセンターホール緊張ジャッキ36が設置される。センターホール緊張ジャッキ36が設置された後、テンションバー35が膨張材充填スリーブ34の内ネジに係合される。緊張材21の先端部分はセンターホール緊張ジャッキ36を通過し、クサビ42およびアンカーヘッド43によりセンターホール緊張ジャッキ36のラムの先端に定着される。センターホール緊張ジャッキ36を作動させて緊張材21を緊張すると、センターホール緊張ジャッキ36は第２のラムチェアー32から離れる向きに移動する。センターホール緊張ジャッキ36は上述した膨張材充填スリーブ34とテンションバー35によって接続されており、テンションバー35を介して膨張材充填スリーブ34も第１のラムチェアー31から離れる向きに移動する。所定の緊張力が緊張材21に作用したところで、膨張材充填スリーブ34の外周面に装備されているリングナット33を締め付けて第１のラムチェアー31に固定しかつ定着する。リングナット33を閉め付けることによって、緊張端においては、第１のラムチェアー31、膨張材充填スリーブ34およびリングナット33が用いられて、その緊張力が保持される。その後は、センターホール緊張ジャッキ36の作動を停止させ、センターホール緊張ジャッキ36、テンションバー35および第２のラムチェアー32は撤去可能である。撤去されたセンターホール緊張ジャッキ36、テンションバー35および第２のラムチェアー32は、別の位置の緊張材21の緊張に用いることができる。

【0097】

緊張材21の緊張状態を保持した状態で、コンクリート構造物22の挿通孔（シース管内）にＰＣグラウトが充填される。ＰＣグラウトはスリーブ27Ａ、27Ｂ内にも充填される。ＰＣグラウトの充填の前に、支圧板23Ａ、23Ｂの周辺からＰＣグラウトの漏れが生じないように、支圧板23Ａ、23Ｂの周囲をシールしておくとよい。ＰＣグラウトを養生し、所定の強度が発生した後、ロックナット28Ａ、28Ｂ近傍の緊張材21が切断され、これによって緊張が開放される。上記したように、緊張力開放により、緊張材21とスリーブ27Ａ、27Ｂとの隙間に充填されているＰＣグラウトに所定の圧縮応力が発生し、この圧縮応力によって緊張材21はスリーブ27Ａ、27Ｂにしっかりと定着される。また、支圧板23Ａ、23Ｂを介して、緊張応力がコンクリート構造物22に導入される。

【実施例0098】

図５は、ポストテンション方式によりコンクリート基礎構造物にプレストレスを導入する様子を示す断面図である。図５においてもシース管の図示は省略されている。従来の方法では実現が困難であった定着工法を提示するものであり、具体的には、例えば送電線鉄塔基礎における、鋼製の鉄塔部分をコンクリート基礎に効率的、かつ合理的に定着する工法として活用できるものである。

【0099】

図５は、円柱形状、あるいは矩形形状のコンクリート基礎構造物52の一部分の縦断面図である。図５に示すコンクリート基礎構造物52は、土中に埋められ、深さ方向（縦）に長い形状を持つ。

【0100】

図５に示すコンクリート基礎構造物52は、上下方向にプレストレスが導入されるプレストレストコンクリート基礎構造物である。従来、送電線鉄塔基礎は鉄筋コンクリート構造が多く適用されている。しかしながら、性能向上や機能拡大の目的で、プレストレストコンクリート構造とすることがある。

【0101】

図５に示すコンクリート基礎構造物52の基礎ベースプレート55は、上述した支圧板に相当するもので、緊張材のそれぞれに対応して設けられる個々に分割された支圧板ではなく、厚みのある一枚板であり、複数本の緊張材に共通に用いられる。基礎ベースプレート55は、更なる役割を有する。それは、基礎ベースプレート55上に送電線鉄塔基礎トラス材（円柱パイプや山形アングル材などが使用される）がせん断プレートなどの補強プレートを介して、溶接されることである（図示していない）。送電線鉄塔には、電線や鉄塔に作用する自重や風荷重、地震荷重などの荷重群が作用するために、それらの外力を地中に構築するコンクリート基礎構造物に伝達して、地盤などの反力により基礎の安定性を保持する必要がある。つまり、コンクリート基礎上に設置した基礎ベースプレートには、鉄塔基礎トラス材を介して水平せん断力や引抜力、また曲げモーメントなどの大きな断面力が作用する。

【0102】

従来、鉄塔基礎トラス材を基礎へ定着する方法としては、鉄塔基礎トラス材先端のいかり基礎と称する、いかりのような形状をした、せん断プレートにより補強された鉄骨トラス材を、直接、場所打ちコンクリート基礎の中に埋め込んで、その周囲を鉄筋により補強することにより、鉄塔基礎トラス材とコンクリート基礎を一体化する構造形式が採用されてきた。

【0103】

従来のいかり基礎形式では、いかり部分がコンクリート基礎躯体の内部に傾斜角を有して設置するために、設置精度を保持して設置することが非常に困難であった。特に、基礎トラス材は、鉛直ではなく傾斜角度を有して設置する必要があり、さらに、設置精度も3～5mmと高精度に設置する必要がある。そのために、特殊な設置技術が要求されて、施工できる業者が限定されることや、設置費用が高くなるなどの問題がある。

【0104】

図５に示す基礎ベースプレート55は、コンクリート基礎構造物52の上面に水平に直接設置され、緊張材51による緊張力を直接利用して、送電鉄塔上部からの様々な活荷重に対して抵抗する構造を持つ。基礎トラス材は基礎ベースプレート55に傾斜角を有して工作される。そして、基礎ベースプレート55に作用する主な断面力は、引張力、せん断力、曲げモーメントである。

【0105】

図５に示すコンクリート基礎構造物52にプレストレスを導入する施工手順を追って説明し、本発明の相乗効果についても言及する。

【0106】

まず、緊張材51の固定端部について説明する。図５に示すコンクリート基礎構造物52では、緊張材51の固定端は、固定装置を用いて固定されるのではない。つまり、緊張材51が通されるコンクリート基礎構造物52に形成される挿通孔（シース管）がコンクリート基礎構造物52の一端（上面）から他端（底面）にかけてその全体にわたって形成されていず、コンクリート基礎構造物52の途中まで形成されている。図５に示すコンクリート基礎構造物52は、その底面が支持地盤に接しているために、シース管をコンクリート基礎構造物52の底面まで挿通させても、固定装置を用いて緊張材51をコンクリート基礎構造物52に定着するスペースや作業スペースがないからである。

【0107】

コンクリート基礎構造物52に設けられるシース管内（挿通孔）に緊張材51の一端（固定端）を定着させる定着構造として、解撚型定着具（特許第6442104号）があり、実用化されている。解撚型定着具53は、緊張材51を構成する撚り合わされた側線を所定長にわたって解撚し（側線の撚り合わせを解き）、解撚によって形成される隙間（空間）に樹脂モルタルまたはセメントモルタルを充填したものである。緊張材51は、その一端に形成された解撚型定着具53からコンクリート基礎構造物52に設けられたシース管内に挿入される。緊張材51を緊張する前に、解撚型定着具53の周囲にＰＣグラウト56が充填され、その後に養生される。ＰＣグラウト56に強度が発現することによって、緊張材51の一端部（固定端）がコンクリート基礎構造物52にしっかりと定着（固定）される。

【0108】

緊張材51をシース管に挿入する前に、基礎ベースプレート55が設置される。基礎ベースプレート55は、支圧板としての役割と、鉄塔基礎トラス材を固定して、鉄塔基礎トラス材に作用する断面力をコンクリート基礎に伝達する役割がある。つまり、基礎ベースプレート55には、せん断力や引抜力が作用する。

【0109】

図４を用いて説明した緊張装置が用いられることによって緊張材51が上方向に緊張される。全ての緊張材51の緊張作業を終えた後、シース管内およびスリーブ57内にＰＣグラウト（図示略）が充填され、その後に養生される。ＰＣグラウトに強度が発現した後に緊張力が解除される。前述したように、スリーブ57は緊張材51にしっかりと定着されているので、スリーブ57に係合されているロックナット58を介して、緊張力が基礎ベースプレート55に伝達され、基礎ベースプレート55はコンクリート基礎構造物52の上面に強く押しつけられ、コンクリート基礎構造物52の全域にプレストレスが導入される。また、緊張材51とスリーブ57との隙間に充填されているＰＣグラウトに所定の圧縮応力が発生し、この圧縮応力によって緊張材51はスリーブ57にしっかりと定着される。

【0110】

図５に示すコンクリート基礎構造物52は、本発明の適用により、さらに重要な相乗効果を見出すことができる。前述のように、基礎ベースプレート55には、せん断力や引抜力が作用する。まず、引抜力であるが、全緊張力よりも小さな引抜力が作用した場合には、プレストレスの原理により、基礎ベースプレート55が上方に変形することはない。従って、設計緊張力の設計では、最大引抜力よりも大きな設計緊張力を設定すればよい。

【0111】

次に、せん断力による基礎ベースプレート55の抵抗メカニズムである。緊張力により基礎ベースプレート55とコンクリート基礎構造物52の上面との間には、圧縮応力が働いているので、圧縮応力と両者間の摩擦係数の積が、せん断抵抗力として働く。さらに、せん断抵抗力の増大させる方法として、基礎ベースプレート55の下面にせん断キー59となる例えば丸鋼などの凸部を突出させて、受け側のコンクリート基礎構造物52の上面には凹部を設けて、凸部と凹部が係合するようにする。これにより、凸部の断面積×凸部のせん断抵抗応力の和をせん断抵抗力（設計抵抗力）として考慮することができる。

【0112】

なお、凸部と凹部が常に接触するように、基礎ベースプレート55の設置前に、凹部にエポキシ樹脂やグラウトモルタルなどの充填硬化剤を入れておくとよい。