エネルギー吸収型プレキャスト部材
【課題】
建物に作用する常時荷重や地震荷重に対して主要構造部材としての十分な剛性・耐力を保持し、それに加えて新規の原理に基づく高減衰効果のある制振機能を持たせたプレキャスト部材を提供すること。
【解決手段】
部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、プレテンション方式にて主筋が緊張されてコンクリートにプレストレスが導入され、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じてエネルギーを吸収するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材とした。
建物に作用する常時荷重や地震荷重に対して主要構造部材としての十分な剛性・耐力を保持し、それに加えて新規の原理に基づく高減衰効果のある制振機能を持たせたプレキャスト部材を提供すること。
【解決手段】
部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、プレテンション方式にて主筋が緊張されてコンクリートにプレストレスが導入され、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じてエネルギーを吸収するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震荷重による建物の揺れを低減させ、耐震性を向上させることができるエネルギー吸収型プレキャスト部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
阪神大震災以後、地震荷重による建物の揺れを低減させ、耐震性を向上させる目的で、高層建物を中心に制振装置の導入が普及してきている。近年、制振技術の発展・普及は目覚しいものがあり、多種・多様な工法が提案されている。
【０００３】
制振工法は一般的に、柱や梁の主要構造とは別に、装置として建物に組み込む事例が多いが、装置を取付けたことによって、建物の機能性が損なわれる場合があり、その設置場所が平面的・立面的に限定される場合もある。
【０００４】
それらの問題を解決する方法として、柱や梁部材そのものに制振効果を付与させる工法や柱や梁部材そのものに装置を内蔵する工法がある。
比較的簡易な工法として、鉄筋コンクリート部材端部の主筋に粘弾性材料を予め塗布し、地震時に部材が変形する際に、部材端部主筋に塗布された粘弾性材料がせん断変形することによって、部材に制振効果、すなわち減衰効果を持たせる工法がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
これらの工法に使用する粘弾性材料には、図１の粘弾性材料のせん断応力−せん断ひずみ特性に示すように、正負繰返しのせん断変形を受けた時に、その履歴面積が大きく減衰効果が期待できる高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料、例えばアクリル系樹脂、アスファルト系樹脂、シリコン系樹脂等が用いられている。
粘弾性材料は、圧縮・引張の繰返し変形を受けるよりも、図１のようなせん断変形を生じさせる方が減衰効果は大きく、各種制振工法における適用事例において同材料のせん断変形による減衰効果を期待している。
なお、正のみのせん断変形を受けた時は、履歴面積は同図の右上の破線に示すように極めて小さいものに留まる。
【０００６】
図２は、部材端部の主筋に粘弾性材料を塗布した工法における部材の変形状態を示したものである。
部材引張側に位置する主筋に引張力が生じると、主筋は梁端面及び柱側面から抜け出す。主筋の総抜け出し量は、粘弾性材料塗布域における主筋の伸び量（Ｓａ）と主筋の梁からの抜け出し量（Ｓｂ）と主筋の柱側面からの抜け出し量（Ｓｃ）の総和（Ｓａ+Ｓｂ+Ｓｃ）である。
【０００７】
上記したように、部材引張側に位置する主筋に引張力が生じた状態で、粘弾性材料にせん断変形が生じ、部材変形の大きさに応じて粘弾性材料の変形も大きくなる。
しかし、主筋が圧縮側になった場合には、部材端部ではコンクリートが圧縮応力を負担し、粘弾性材料にはコンクリートと同様に圧縮応力のみが生じ、せん断応力は生じない。
つまり、この図２に示した工法の減衰効果は、主筋が引張側になる場合にのみ粘弾性材料にせん断変形が生じることとなるから、同材料の片方向（正または負のみ）のせん断変形による減衰効果に限定される。
このため、図１で示したような粘弾性材料特有の正負繰返しせん断変形を受けたときの履歴面積が大きい高減衰効果は期待できないことになる。
【０００８】
そこで例えば、上記した特許文献１に記載された発明（特開平11-350593号）では、片方向のみに生じるせん断変形をより大きくする目的で、部材端部を回転し易くなるよう半剛接合構造を採用している。
すなわち、この従来発明は図３に示すように、部材端部にスリットを設けてスリット部にも粘弾性材料または柔らかい樹脂材料などからなる緩衝材を塗布し、それによって部材を回転し易くして、粘弾性材料の片方向のせん断変形をより大きくさせる工夫がなされている。同種の他発明においても、部材端面に緩衝材を塗布して部材端部を回転し易くする工夫がなされている事例が多い。
【０００９】
しかし、この種の発明の大きな問題点は、制振効果を持たせた部材は、粘弾性材料に大きなせん断変形を付与させるために部材端部が半剛接合になっており、建物に作用する常時荷重や地震荷重に対する部材としての剛性が小さくなるとともに、その曲げ耐力も小さくなる。すなわち、部材そのものが主として制振装置として機能してしまうこととなり、部材が地震荷重や建物の常時荷重に対して抵抗するという主要構造部材としての本来的機能・役割を完全には果たすことができなくなる。
この機能縮減は、柱・梁架構にとっては致命的といっても過言ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平11-350593号公報
【特許文献２】特開平09-317054号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した種々の課題を解決するためになされたもので、建物に作用する常時荷重や地震荷重に対して主要構造部材としての十分な剛性・耐力を保持し、それに加えて新規の原理に基づく高減衰効果のある制振機能を持たせたプレキャスト部材を提供することを目的とする。
【００１２】
新規原理の根幹は、建物に地震荷重が作用する際、部材端部の主筋に塗布されたまたは取付けられた粘弾性材料に合理的かつ効率的に正負繰返しのせん断変形を生じさせる点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じてエネルギーを吸収するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材とした。
【００１４】
請求項２に係る発明は、プレテンション方式にて主筋を緊張してコンクリートにプレストレスを導入することにより予め負のせん断変形を生じさせることを特徴としている。
【００１５】
請求項３に係る発明は、粘弾性材料を、正負繰返しのせん断変形を受けたときに、その履歴面積が大きく減衰効果が期待できる高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料としたことを特徴としている。
【００１６】
請求項４に係る発明は、粘弾性材料の部材内部側に粘弾性材料より粘弾性の小さい材料からなる緩衝域が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項５に係る発明は、部材端部の下端主筋および上端主筋の間に、主筋よりも細径のひび割れ制御鉄筋を主筋とは別に配筋することにより、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御し、部材端部からの主筋の抜け出し量を大きくすることを特徴としている。
【００１８】
請求項６に係る発明は、主筋に粘弾性材料を塗布または取付けた状態でプレテンション方式のプレストレスを付与し、主筋の緊張力を保持した状態で主筋以外の鉄筋を組立て、型枠を設置してコンクリートを打設し、コンクリートを養生して所定の圧縮強度に達したとき主筋の緊張力を徐々に低減し徐荷してエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材を製造する方法とした。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、柱や梁などの主要構造部材の他に、建物の機能性を阻害する制振装置を付加的に設置することなく、十分な剛性と耐力を有する主要構造部材でありながら、これと二律背反的な高いエネルギー吸収性能、すなわち高減衰性能をも併せ持たせることにより、柱や梁のみで構築された耐震性の優れた建物骨組を構築することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、プレテンション方式にて主筋を緊張してコンクリートにプレストレスを導入するというごく普通に用いられている技術手段によって予め負のせん断変形を生じさせることができる。
予め負のせん断変形を生じさせるものとしては、主筋を部材端面からめり込ませればよいものであるから、他にポストテンション方式のように、コンクリート内にスパイラルシースを配置しておき、このシース内に鉄筋を挿入し、梁端部域に粘弾性材料を取付けた後、この鉄筋に引張力を与える手法も有効である。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、粘弾性材料として市販の高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料を部材端部の主筋に塗布または取付けるという簡単手段にて、地震荷重に対して大きな減衰効果を期待することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、粘弾性材料の部材内部側に、粘弾性材料より粘弾性の小さい材料からなる緩衝域を形成したので、粘弾性材料に負のせん断変形が生じた際、主筋引張時と同様に、せん断変形が一様な分布となり、高減衰効果をより効率的に付与することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、細径のひび割れ制御鉄筋を主筋とは別に配筋して、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御することにより、部材端部からの主筋の抜け出し量を長くして粘弾性材料の正負繰返し変形も大きくすることが可能となり、高い減衰効果を保持することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、主筋に粘弾性材料を塗布または取付けた状態でプレテンション方式のプレストレスを付与するという簡単な工程を実施することによって予め負のせん断変形を生じさせ、柱や梁などの主要構造部材の他に、建物の機能性を阻害する制振装置を付加的に設置する工程を省き、主要構造部材の剛性と耐力を損なうことなく高減衰性能を付与することができ、柱や梁のみで構築された耐震性の優れた建物骨組を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明のエネルギー吸収型プレキャストコンクリートの主筋に塗布された粘弾性材料のせん断応力−せん断ひずみ特性を示す図である。
【図２】図２は、本発明の部材端部の主筋に粘弾性材料を塗布した制振部材の変形状態を示す図である。
【図３】図３は、従来発明の部材端部の半剛接合例を示した図である。
【図４】図４は、本発明のプレキャストコンクリート梁の製造手順を示す図である。
【図５】図５は、本発明のプレキャストコンクリート梁の地震時における梁および粘弾性材料の変形状態を示す図である。
【図６】図６は、主筋の引張力減退による粘弾性材料の負のせん断変形増大を示す図である。
【図７】図７は、粘弾性材料取付け域における梁内部側に緩衝材を設けた例を示す図である。
【図８】図８は、ひび割れ制御鉄筋を設けた例を示す図である。
【図９】図９は、割裂補強を施した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
≪実施形態１≫
先ず、本発明のプレキャストコンクリート部材の製造方法について、図４を参照して説明する。
本発明のプレキャストコンクリート部材の代表例であるプレキャスト梁の製造方法の大きな特徴は、プレキャスト梁に使用する主筋に、粘弾性材料を塗布または取付けた状態で予め引張力を付与することにある。
その方法は、プレストレストコンクリート構造で既に普及しているプレテンション方式のプレストレス導入方法である。緊張材はこの場合プレキャスト梁の主筋となる。
【００２７】
＜手順１＞
プレキャスト梁に使用する主筋に、梁端部に相当する箇所に予め粘弾性材料を取付ける。その取付け方は、高減衰ゴムなどの既製品を主筋の所定位置に巻きつける方法や、図４上段に示すように粘弾性材料にせん断応力を有効に伝達させるために、リブ付きのスパイラルシースを用いて主筋との間に液状の粘弾性材料を充填し、その後加熱養生などを行い一体化させる方法が考えられる。
上記の状態で、主筋にプレストレスを導入し、その後の作業は、一般のプレテンション方式の作業工程と同様に、主筋の緊張力を保持した状態で、主筋以外の鉄筋組立て、型枠設置、コンクリート打設の手順で作業を行う。
【００２８】
＜手順２＞
コンクリートの圧縮強度が所定の強度に達したことを確認した後、主筋の緊張力を徐々に低減し除荷することによって、プレテンション方式による緊張力導入が完了する。
プレテンション方式による緊張力導入が完了した時点では、粘弾性材料は、主筋が梁内部にめり込むことにより、図４中段に示すようなせん断変形状態となる。プレテンション方式では、梁両端部付近での主筋とコンクリートの付着作用によりプレキャスト部材にプレストレスが導入される原理となっている。
同図下段に緊張力導入時における主筋の引張力分布を示しているが、粘弾性材料はコンクリートに比べて柔らかいものの、同材料を取付けた領域にも、僅かに引張力Ａが残存することになる。
【００２９】
手順１〜２によりプレキャスト工場で製造されたプレキャスト梁において、梁両端から突出した主筋は、現場で柱と一体化することになる。このとき、例えば同主筋を柱内で定着させるために一般的なプレート・ナット方式の定着具を取付けるのが簡易である。
【００３０】
図５に、以上のような手順で構築された柱・梁接合部の状況、ならびに地震荷重を受けた時の梁部材の変形状態を示す。
同図では、（a）が工事完了時、（b）と（c）が地震荷重を受けた変形状態を示し、（b）は梁下端主筋が引張時、（c）は梁下端主筋が圧縮時の状態を示す。
図５の（a）の状態では、図４の手順２で説明したように、主筋のプレストレスに基づくめり込みにより粘弾性材料には既にせん断変形（負の変形）が生じている。
【００３１】
次に、該当する主筋に引張力が生じると図５（b）の状態となり、粘弾性材料には逆向きのせん断変形（正の変形）が生じることになる。その状態から主筋の引張力が除荷されると、初期状態、すなわち負のせん断変形が粘弾性材料に生じた状態に戻ることになるが、その時のせん断変形は、初期状態より更に大きい負の変形が生じる。
【００３２】
この理由は、主筋を緊張したプレテンション方式の梁に関する既往の研究によれば、図６に示すように、主筋が引張力を受けた際、プレテンション定着域で主筋とコンクリートの付着劣化が生じ、その影響で引張力が除荷されると定着域での残存する主筋引張力が低下し、定着域も梁内部へ広がる現象が生じるためである。言い換えれば、梁製造時に元々付与されていた引張力が減退したことにより、主筋が初期状態よりさらにめり込み、その結果、粘弾性材料の負のせん断変形がより大きくなることを意味する。
【００３３】
地震荷重によって梁端部の主筋に生じる引張力が０の状態から、 梁の曲げ応力に見合う引張力が０の状態（除荷状態）と変化する過程で、粘弾性材料に正負繰返しのせん断変形が生じ、同じ部材変形を受けても、片方向のみのせん断変形を受ける上記特許文献１,２に記載された従来発明より、かなり大きな高減衰効果が効率的に得られることになる(図１参照)。この現象が本発明で提案する新しい原理であり、従来発明と大きく異なる点である。
【００３４】
図５（c）の状態では、下端の主筋は圧縮側となり、上記した従来発明と同じ状態ではあるが、上端主筋の粘弾性材料は、下端主筋引張時と同様な原理で、正負繰返しのせん断変形が生じることになり、部材全体としては常に粘弾性材料による高減衰効果が付与されることになる。
したがって、本発明では、地震荷重を受けて梁の変形が増大すると、粘弾性材料が常に正負繰返しのせん断変形を受け、合理的かつ効率的に減衰効果が得られる。また、梁端部の主筋に粘弾性材料を取付け、かつ主筋に予め引張力（緊張）を付与するのみで減衰効果が得られるため、梁部材は常時荷重および地震荷重のどちらに対しても十分な剛性と曲げ耐力を有する主要構造部材としての役目も十分に果たす。
【００３５】
≪実施形態２≫
粘弾性材料は主筋引張時においては、同材料の取付け域で、図２や図５で示したように、同材料にほぼ一様に正のせん断変形が生じる。
一方、初期状態（工事完了時）および主筋の引張力が除荷された状態では、梁が取り付く柱フェイス面（梁端面）で主筋のめり込みによる負のせん断変形状態となるが、図７（a）に示すように梁内部側位置では同材料に圧縮応力が働いている状態となり、主筋引張時のように一様なせん断変形は生じていない。
【００３６】
そこで、粘弾性材料を取付けている領域の梁内部側(梁端部の反対側)に、図７（b）に示すような緩衝域を設ける。緩衝域には、粘弾性材料より更に柔らかいグリースやアスファルトなどが好適である。この構成を採用することにより、粘弾性材料に負のせん断変形が生じた際、主筋引張時と同様に、せん断変形が一様な分布となり、高減衰効果をより効率的に付与することができる。
【００３７】
≪実施形態３≫
本発明は、部材端部では鉄筋コンクリート構造、部材中央部ではプレストレストコンクリート構造となる。したがって、部材全体が鉄筋コンクリート構造のものに比べて、部材中央部にはプレストレスが導入されているためほとんどひび割れは発生せず、ひび割れは端部に集中するので、粘弾性材料の正負繰返し変形も大きくなる長所を有している。
その効果を更に高めるために、図８に示すように、比較的細径のひび割れ制御鉄筋を部材端部の下端主筋および上端主筋の間に主筋とは別に配筋することにより、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御し、これにより部材端部から主筋が抜け出す長さを長くすることができる。
【００３８】
≪実施形態４≫
本発明において、主筋に高強度鉄筋（SD490〜SD685）および高強度コンクリート60N/mm2以上を使うことにより、大地震においても主筋を降伏させない設計とすれば、大地震時によるエネルギー吸収は材料の塑性化に伴う履歴減衰によらず、粘弾性材料の高減衰効果に期待するため、地震終了後は主筋が降伏しておらず、残留ひび割れを小さくでき、損傷の極めて少ない合理的な鉄筋コンクリート造の骨組を設計できる。
【００３９】
≪その他の実施形態≫
＜柱＞
これまで梁部材を対象としたものについて説明してきたが、柱部材についても同様な効果を期待することができる。
本発明を使用制限の厳しいピロティー形式の下部柱に適用すれば、別途制振装置などを設けることなく、意匠性・機能性の高い建物を構築することができる。
【００４０】
＜長スパン梁＞
従来技術として、高強度鉄筋を緊張材としたプレテンション方式のプレキャスト・プレストレストコンクリート梁がある。この梁では、緊張材となる高強度鉄筋の強度が高い場合（SD590以上）や、主筋のかぶり厚さが小さいと、プレテンション方式の緊張力導入時に、梁端部で主筋に沿ったコンクリートの割裂破壊が生じることがある。
その対策として、図９に示すような発明（特許第4326518号）が提案されている。この発明は、同図に示すように、割裂破壊の起点となる梁端部の主筋にアンボンド域を設け、かつその付近の主筋周りにスパイラル筋を補強する工法である。
しかしながらこの発明は、大梁として用いるとエネルギー吸収能が期待できないという問題があるが、このアンボンド域に、本発明における主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じる粘弾性材料を取付けることにより、同梁に高減衰効果を付与することもできる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震荷重による建物の揺れを低減させ、耐震性を向上させることができるエネルギー吸収型プレキャスト部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
阪神大震災以後、地震荷重による建物の揺れを低減させ、耐震性を向上させる目的で、高層建物を中心に制振装置の導入が普及してきている。近年、制振技術の発展・普及は目覚しいものがあり、多種・多様な工法が提案されている。
【０００３】
制振工法は一般的に、柱や梁の主要構造とは別に、装置として建物に組み込む事例が多いが、装置を取付けたことによって、建物の機能性が損なわれる場合があり、その設置場所が平面的・立面的に限定される場合もある。
【０００４】
それらの問題を解決する方法として、柱や梁部材そのものに制振効果を付与させる工法や柱や梁部材そのものに装置を内蔵する工法がある。
比較的簡易な工法として、鉄筋コンクリート部材端部の主筋に粘弾性材料を予め塗布し、地震時に部材が変形する際に、部材端部主筋に塗布された粘弾性材料がせん断変形することによって、部材に制振効果、すなわち減衰効果を持たせる工法がある（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００５】
これらの工法に使用する粘弾性材料には、図１の粘弾性材料のせん断応力−せん断ひずみ特性に示すように、正負繰返しのせん断変形を受けた時に、その履歴面積が大きく減衰効果が期待できる高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料、例えばアクリル系樹脂、アスファルト系樹脂、シリコン系樹脂等が用いられている。
粘弾性材料は、圧縮・引張の繰返し変形を受けるよりも、図１のようなせん断変形を生じさせる方が減衰効果は大きく、各種制振工法における適用事例において同材料のせん断変形による減衰効果を期待している。
なお、正のみのせん断変形を受けた時は、履歴面積は同図の右上の破線に示すように極めて小さいものに留まる。
【０００６】
図２は、部材端部の主筋に粘弾性材料を塗布した工法における部材の変形状態を示したものである。
部材引張側に位置する主筋に引張力が生じると、主筋は梁端面及び柱側面から抜け出す。主筋の総抜け出し量は、粘弾性材料塗布域における主筋の伸び量（Ｓａ）と主筋の梁からの抜け出し量（Ｓｂ）と主筋の柱側面からの抜け出し量（Ｓｃ）の総和（Ｓａ+Ｓｂ+Ｓｃ）である。
【０００７】
上記したように、部材引張側に位置する主筋に引張力が生じた状態で、粘弾性材料にせん断変形が生じ、部材変形の大きさに応じて粘弾性材料の変形も大きくなる。
しかし、主筋が圧縮側になった場合には、部材端部ではコンクリートが圧縮応力を負担し、粘弾性材料にはコンクリートと同様に圧縮応力のみが生じ、せん断応力は生じない。
つまり、この図２に示した工法の減衰効果は、主筋が引張側になる場合にのみ粘弾性材料にせん断変形が生じることとなるから、同材料の片方向（正または負のみ）のせん断変形による減衰効果に限定される。
このため、図１で示したような粘弾性材料特有の正負繰返しせん断変形を受けたときの履歴面積が大きい高減衰効果は期待できないことになる。
【０００８】
そこで例えば、上記した特許文献１に記載された発明（特開平11-350593号）では、片方向のみに生じるせん断変形をより大きくする目的で、部材端部を回転し易くなるよう半剛接合構造を採用している。
すなわち、この従来発明は図３に示すように、部材端部にスリットを設けてスリット部にも粘弾性材料または柔らかい樹脂材料などからなる緩衝材を塗布し、それによって部材を回転し易くして、粘弾性材料の片方向のせん断変形をより大きくさせる工夫がなされている。同種の他発明においても、部材端面に緩衝材を塗布して部材端部を回転し易くする工夫がなされている事例が多い。
【０００９】
しかし、この種の発明の大きな問題点は、制振効果を持たせた部材は、粘弾性材料に大きなせん断変形を付与させるために部材端部が半剛接合になっており、建物に作用する常時荷重や地震荷重に対する部材としての剛性が小さくなるとともに、その曲げ耐力も小さくなる。すなわち、部材そのものが主として制振装置として機能してしまうこととなり、部材が地震荷重や建物の常時荷重に対して抵抗するという主要構造部材としての本来的機能・役割を完全には果たすことができなくなる。
この機能縮減は、柱・梁架構にとっては致命的といっても過言ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平11-350593号公報
【特許文献２】特開平09-317054号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上述した種々の課題を解決するためになされたもので、建物に作用する常時荷重や地震荷重に対して主要構造部材としての十分な剛性・耐力を保持し、それに加えて新規の原理に基づく高減衰効果のある制振機能を持たせたプレキャスト部材を提供することを目的とする。
【００１２】
新規原理の根幹は、建物に地震荷重が作用する際、部材端部の主筋に塗布されたまたは取付けられた粘弾性材料に合理的かつ効率的に正負繰返しのせん断変形を生じさせる点にある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１に係る発明は、部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じてエネルギーを吸収するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材とした。
【００１４】
請求項２に係る発明は、プレテンション方式にて主筋を緊張してコンクリートにプレストレスを導入することにより予め負のせん断変形を生じさせることを特徴としている。
【００１５】
請求項３に係る発明は、粘弾性材料を、正負繰返しのせん断変形を受けたときに、その履歴面積が大きく減衰効果が期待できる高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料としたことを特徴としている。
【００１６】
請求項４に係る発明は、粘弾性材料の部材内部側に粘弾性材料より粘弾性の小さい材料からなる緩衝域が形成されていることを特徴としている。
【００１７】
請求項５に係る発明は、部材端部の下端主筋および上端主筋の間に、主筋よりも細径のひび割れ制御鉄筋を主筋とは別に配筋することにより、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御し、部材端部からの主筋の抜け出し量を大きくすることを特徴としている。
【００１８】
請求項６に係る発明は、主筋に粘弾性材料を塗布または取付けた状態でプレテンション方式のプレストレスを付与し、主筋の緊張力を保持した状態で主筋以外の鉄筋を組立て、型枠を設置してコンクリートを打設し、コンクリートを養生して所定の圧縮強度に達したとき主筋の緊張力を徐々に低減し徐荷してエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材を製造する方法とした。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に係る発明によれば、柱や梁などの主要構造部材の他に、建物の機能性を阻害する制振装置を付加的に設置することなく、十分な剛性と耐力を有する主要構造部材でありながら、これと二律背反的な高いエネルギー吸収性能、すなわち高減衰性能をも併せ持たせることにより、柱や梁のみで構築された耐震性の優れた建物骨組を構築することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明によれば、プレテンション方式にて主筋を緊張してコンクリートにプレストレスを導入するというごく普通に用いられている技術手段によって予め負のせん断変形を生じさせることができる。
予め負のせん断変形を生じさせるものとしては、主筋を部材端面からめり込ませればよいものであるから、他にポストテンション方式のように、コンクリート内にスパイラルシースを配置しておき、このシース内に鉄筋を挿入し、梁端部域に粘弾性材料を取付けた後、この鉄筋に引張力を与える手法も有効である。
【００２１】
請求項３に係る発明によれば、粘弾性材料として市販の高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料を部材端部の主筋に塗布または取付けるという簡単手段にて、地震荷重に対して大きな減衰効果を期待することができる。
【００２２】
請求項４に係る発明によれば、粘弾性材料の部材内部側に、粘弾性材料より粘弾性の小さい材料からなる緩衝域を形成したので、粘弾性材料に負のせん断変形が生じた際、主筋引張時と同様に、せん断変形が一様な分布となり、高減衰効果をより効率的に付与することができる。
【００２３】
請求項５に係る発明によれば、細径のひび割れ制御鉄筋を主筋とは別に配筋して、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御することにより、部材端部からの主筋の抜け出し量を長くして粘弾性材料の正負繰返し変形も大きくすることが可能となり、高い減衰効果を保持することができる。
【００２４】
請求項６に係る発明によれば、主筋に粘弾性材料を塗布または取付けた状態でプレテンション方式のプレストレスを付与するという簡単な工程を実施することによって予め負のせん断変形を生じさせ、柱や梁などの主要構造部材の他に、建物の機能性を阻害する制振装置を付加的に設置する工程を省き、主要構造部材の剛性と耐力を損なうことなく高減衰性能を付与することができ、柱や梁のみで構築された耐震性の優れた建物骨組を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明のエネルギー吸収型プレキャストコンクリートの主筋に塗布された粘弾性材料のせん断応力−せん断ひずみ特性を示す図である。
【図２】図２は、本発明の部材端部の主筋に粘弾性材料を塗布した制振部材の変形状態を示す図である。
【図３】図３は、従来発明の部材端部の半剛接合例を示した図である。
【図４】図４は、本発明のプレキャストコンクリート梁の製造手順を示す図である。
【図５】図５は、本発明のプレキャストコンクリート梁の地震時における梁および粘弾性材料の変形状態を示す図である。
【図６】図６は、主筋の引張力減退による粘弾性材料の負のせん断変形増大を示す図である。
【図７】図７は、粘弾性材料取付け域における梁内部側に緩衝材を設けた例を示す図である。
【図８】図８は、ひび割れ制御鉄筋を設けた例を示す図である。
【図９】図９は、割裂補強を施した例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
≪実施形態１≫
先ず、本発明のプレキャストコンクリート部材の製造方法について、図４を参照して説明する。
本発明のプレキャストコンクリート部材の代表例であるプレキャスト梁の製造方法の大きな特徴は、プレキャスト梁に使用する主筋に、粘弾性材料を塗布または取付けた状態で予め引張力を付与することにある。
その方法は、プレストレストコンクリート構造で既に普及しているプレテンション方式のプレストレス導入方法である。緊張材はこの場合プレキャスト梁の主筋となる。
【００２７】
＜手順１＞
プレキャスト梁に使用する主筋に、梁端部に相当する箇所に予め粘弾性材料を取付ける。その取付け方は、高減衰ゴムなどの既製品を主筋の所定位置に巻きつける方法や、図４上段に示すように粘弾性材料にせん断応力を有効に伝達させるために、リブ付きのスパイラルシースを用いて主筋との間に液状の粘弾性材料を充填し、その後加熱養生などを行い一体化させる方法が考えられる。
上記の状態で、主筋にプレストレスを導入し、その後の作業は、一般のプレテンション方式の作業工程と同様に、主筋の緊張力を保持した状態で、主筋以外の鉄筋組立て、型枠設置、コンクリート打設の手順で作業を行う。
【００２８】
＜手順２＞
コンクリートの圧縮強度が所定の強度に達したことを確認した後、主筋の緊張力を徐々に低減し除荷することによって、プレテンション方式による緊張力導入が完了する。
プレテンション方式による緊張力導入が完了した時点では、粘弾性材料は、主筋が梁内部にめり込むことにより、図４中段に示すようなせん断変形状態となる。プレテンション方式では、梁両端部付近での主筋とコンクリートの付着作用によりプレキャスト部材にプレストレスが導入される原理となっている。
同図下段に緊張力導入時における主筋の引張力分布を示しているが、粘弾性材料はコンクリートに比べて柔らかいものの、同材料を取付けた領域にも、僅かに引張力Ａが残存することになる。
【００２９】
手順１〜２によりプレキャスト工場で製造されたプレキャスト梁において、梁両端から突出した主筋は、現場で柱と一体化することになる。このとき、例えば同主筋を柱内で定着させるために一般的なプレート・ナット方式の定着具を取付けるのが簡易である。
【００３０】
図５に、以上のような手順で構築された柱・梁接合部の状況、ならびに地震荷重を受けた時の梁部材の変形状態を示す。
同図では、（a）が工事完了時、（b）と（c）が地震荷重を受けた変形状態を示し、（b）は梁下端主筋が引張時、（c）は梁下端主筋が圧縮時の状態を示す。
図５の（a）の状態では、図４の手順２で説明したように、主筋のプレストレスに基づくめり込みにより粘弾性材料には既にせん断変形（負の変形）が生じている。
【００３１】
次に、該当する主筋に引張力が生じると図５（b）の状態となり、粘弾性材料には逆向きのせん断変形（正の変形）が生じることになる。その状態から主筋の引張力が除荷されると、初期状態、すなわち負のせん断変形が粘弾性材料に生じた状態に戻ることになるが、その時のせん断変形は、初期状態より更に大きい負の変形が生じる。
【００３２】
この理由は、主筋を緊張したプレテンション方式の梁に関する既往の研究によれば、図６に示すように、主筋が引張力を受けた際、プレテンション定着域で主筋とコンクリートの付着劣化が生じ、その影響で引張力が除荷されると定着域での残存する主筋引張力が低下し、定着域も梁内部へ広がる現象が生じるためである。言い換えれば、梁製造時に元々付与されていた引張力が減退したことにより、主筋が初期状態よりさらにめり込み、その結果、粘弾性材料の負のせん断変形がより大きくなることを意味する。
【００３３】
地震荷重によって梁端部の主筋に生じる引張力が０の状態から、 梁の曲げ応力に見合う引張力が０の状態（除荷状態）と変化する過程で、粘弾性材料に正負繰返しのせん断変形が生じ、同じ部材変形を受けても、片方向のみのせん断変形を受ける上記特許文献１,２に記載された従来発明より、かなり大きな高減衰効果が効率的に得られることになる(図１参照)。この現象が本発明で提案する新しい原理であり、従来発明と大きく異なる点である。
【００３４】
図５（c）の状態では、下端の主筋は圧縮側となり、上記した従来発明と同じ状態ではあるが、上端主筋の粘弾性材料は、下端主筋引張時と同様な原理で、正負繰返しのせん断変形が生じることになり、部材全体としては常に粘弾性材料による高減衰効果が付与されることになる。
したがって、本発明では、地震荷重を受けて梁の変形が増大すると、粘弾性材料が常に正負繰返しのせん断変形を受け、合理的かつ効率的に減衰効果が得られる。また、梁端部の主筋に粘弾性材料を取付け、かつ主筋に予め引張力（緊張）を付与するのみで減衰効果が得られるため、梁部材は常時荷重および地震荷重のどちらに対しても十分な剛性と曲げ耐力を有する主要構造部材としての役目も十分に果たす。
【００３５】
≪実施形態２≫
粘弾性材料は主筋引張時においては、同材料の取付け域で、図２や図５で示したように、同材料にほぼ一様に正のせん断変形が生じる。
一方、初期状態（工事完了時）および主筋の引張力が除荷された状態では、梁が取り付く柱フェイス面（梁端面）で主筋のめり込みによる負のせん断変形状態となるが、図７（a）に示すように梁内部側位置では同材料に圧縮応力が働いている状態となり、主筋引張時のように一様なせん断変形は生じていない。
【００３６】
そこで、粘弾性材料を取付けている領域の梁内部側(梁端部の反対側)に、図７（b）に示すような緩衝域を設ける。緩衝域には、粘弾性材料より更に柔らかいグリースやアスファルトなどが好適である。この構成を採用することにより、粘弾性材料に負のせん断変形が生じた際、主筋引張時と同様に、せん断変形が一様な分布となり、高減衰効果をより効率的に付与することができる。
【００３７】
≪実施形態３≫
本発明は、部材端部では鉄筋コンクリート構造、部材中央部ではプレストレストコンクリート構造となる。したがって、部材全体が鉄筋コンクリート構造のものに比べて、部材中央部にはプレストレスが導入されているためほとんどひび割れは発生せず、ひび割れは端部に集中するので、粘弾性材料の正負繰返し変形も大きくなる長所を有している。
その効果を更に高めるために、図８に示すように、比較的細径のひび割れ制御鉄筋を部材端部の下端主筋および上端主筋の間に主筋とは別に配筋することにより、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御し、これにより部材端部から主筋が抜け出す長さを長くすることができる。
【００３８】
≪実施形態４≫
本発明において、主筋に高強度鉄筋（SD490〜SD685）および高強度コンクリート60N/mm2以上を使うことにより、大地震においても主筋を降伏させない設計とすれば、大地震時によるエネルギー吸収は材料の塑性化に伴う履歴減衰によらず、粘弾性材料の高減衰効果に期待するため、地震終了後は主筋が降伏しておらず、残留ひび割れを小さくでき、損傷の極めて少ない合理的な鉄筋コンクリート造の骨組を設計できる。
【００３９】
≪その他の実施形態≫
＜柱＞
これまで梁部材を対象としたものについて説明してきたが、柱部材についても同様な効果を期待することができる。
本発明を使用制限の厳しいピロティー形式の下部柱に適用すれば、別途制振装置などを設けることなく、意匠性・機能性の高い建物を構築することができる。
【００４０】
＜長スパン梁＞
従来技術として、高強度鉄筋を緊張材としたプレテンション方式のプレキャスト・プレストレストコンクリート梁がある。この梁では、緊張材となる高強度鉄筋の強度が高い場合（SD590以上）や、主筋のかぶり厚さが小さいと、プレテンション方式の緊張力導入時に、梁端部で主筋に沿ったコンクリートの割裂破壊が生じることがある。
その対策として、図９に示すような発明（特許第4326518号）が提案されている。この発明は、同図に示すように、割裂破壊の起点となる梁端部の主筋にアンボンド域を設け、かつその付近の主筋周りにスパイラル筋を補強する工法である。
しかしながらこの発明は、大梁として用いるとエネルギー吸収能が期待できないという問題があるが、このアンボンド域に、本発明における主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じる粘弾性材料を取付けることにより、同梁に高減衰効果を付与することもできる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じるエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項２】
部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、プレテンション方式にて主筋が緊張されてコンクリートにプレストレスが導入され、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じてエネルギーを吸収するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項３】
前記粘弾性材料は、正負繰返しのせん断変形を受けたときに、その履歴面積が大きく減衰効果が期待できる高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載されたエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項４】
前記主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料の部材内部側には、前記粘弾性材料より粘弾性の小さい材料からなる緩衝域が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項５】
部材端部の下端主筋および上端主筋の間に、主筋よりも細径のひび割れ制御鉄筋を主筋とは別に配筋することにより、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御し、部材端部からの主筋の抜け出し量を大きくすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項６】
主筋に粘弾性材料を塗布または取付けた状態でプレテンション方式のプレストレスを付与し、主筋の緊張力を保持した状態で主筋以外の鉄筋を組立て型枠を設置してコンクリートを打設し、コンクリートを養生して所定の圧縮強度に達したとき主筋の緊張力を徐々に低減し徐荷するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材の製造方法。
【請求項１】
部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じるエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項２】
部材端部の主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料が、プレテンション方式にて主筋が緊張されてコンクリートにプレストレスが導入され、前記主筋のめり込みにより予め負のせん断変形が生じていて、地震荷重を受けたとき、前記負のせん断変形よりも大きい正負繰返しのせん断変形を生じてエネルギーを吸収するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項３】
前記粘弾性材料は、正負繰返しのせん断変形を受けたときに、その履歴面積が大きく減衰効果が期待できる高減衰ゴムや同じような力学的特性を持つ樹脂系の材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項２のいずれかに記載されたエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項４】
前記主筋に塗布または取付けられた粘弾性材料の部材内部側には、前記粘弾性材料より粘弾性の小さい材料からなる緩衝域が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項５】
部材端部の下端主筋および上端主筋の間に、主筋よりも細径のひび割れ制御鉄筋を主筋とは別に配筋することにより、粘弾性材料取付け位置付近のひび割れを制御し、部材端部からの主筋の抜け出し量を大きくすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材。
【請求項６】
主筋に粘弾性材料を塗布または取付けた状態でプレテンション方式のプレストレスを付与し、主筋の緊張力を保持した状態で主筋以外の鉄筋を組立て型枠を設置してコンクリートを打設し、コンクリートを養生して所定の圧縮強度に達したとき主筋の緊張力を徐々に低減し徐荷するエネルギー吸収型プレキャストコンクリート部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２４６６８０（Ｐ２０１２−２４６６８０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１９５３５（Ｐ２０１１−１１９５３５）
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２７日（２０１１．５．２７）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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