コンクリート製塔状構造物及びその製造方法

【課題】例えば高さが１０〜３０ｍ程度のプレストレストコンクリート製の塔状構造物において、経済性の高い安価な塔状構造物を実現する技術を提供する。
【解決手段】ＰＣ緊張材の定着部として複数段の超高強度モルタル製のセグメントリング２０，３０，４０，５０普通コンクリートからなる塔本体コンクリート７０，８０，９０，１００，１１０の端部に備えたプレキャストプレストレストコンクリート製塔状構造物である。塔本体コンクリート８０，９０，１００，１１０は超高強度モルタル製の複数のセグメントリング２０，３０，４０，５０を水平な中空円筒型枠の端部に取付け、該型枠内を通るＰＣ緊張材を各セグメントリングの部分に定着して塔本体型枠を固定し、型枠内にコンクリートを打設し、セグメントリングとの接合面をマッチキャスト面とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリート製塔状構造物及びその製造方法に関する。さらに詳しくは、風力発電用の柱体などの内、比較的高さの低い構造物の構造及びこれを安価容易に製造する技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼製の塔状構造物に比べ、耐久性および経済性において優れた超高強度モルタル製の塔状構造物が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
超高強度モルタル製の塔状構造物は、工場で製作した超高強度モルタル製のプレキャストセグメントを現場に運搬し、鉛直方向のプレストレスを導入することによってでセグメントを一体化して構築するものである。超高強度モルタル製とすることにより、鋼製と同等の高さの塔状構造物を、鋼製と同程度の断面寸法で実現することができる。
【０００４】
しかしながら、塔状構造物の高さが比較的低い場合には塔状構造物の塔体のすべてを超高強度モルタルにすることは不経済になると考えられる。
【特許文献１】特願２００６−２２１４０７号出願
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は比較的高さが低い、例えば高さが１０〜３０ｍ程度のプレストレストコンクリート製の塔状構造物において、経済性を高めるために、大部分は普通コンクリートを使用し、一部分のみに超高強度モルタルを使用することによって、安価な塔状構造物を実現する技術を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、次の技術手段を講じたことを特徴とする。すなわち本発明は、ＰＣ緊張材の定着部として複数段の超高強度モルタル製のセグメントを長手方向中間部に介装したプレキャストプレストレストコンクリート柱体からなることを特徴とするコンクリート製塔状構造物である。
【０００７】
比較的高さが低いプレストレストコンクリート製の塔状構造物においては、超高強度モルタルは高価であるため、ＰＣ緊張材定着部や塔体基部など、高い強度が必要とされる部分のみに高強度モルタルを使用し、その他の部分には普通コンクリートを使用することによって、安価な塔状構造物を実現することができる。
【０００８】
上記本発明の塔状構造物は、超高強度モルタル製の複数の短尺セグメントを製作し、水平に連設した塔本体コンクリート用中空円筒型枠の各端部に該矩尺セグメントを取付け、型枠内にコンクリートを打設し、セグメントと塔本体コンクリートとの接合面をマッチキャスト面とするプレキャスト塔本体コンクリートを製造することを特徴とする塔状構造物の製造方法によって製造した部材を用いて塔状構造物を好適に施工することができる。
【０００９】
この方法ではＰＣ緊張材定着部セグメント及び塔体基部部材を先行して製作し、これらを塔本体コンクリートの型枠に取付けてマッチキャスト方式で塔本体コンクリートを製作することにより、セグメントと塔本体コンクリートとの継目部の集中応力の防止、角欠けの防止、製作精度の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、比較的高さが低いプレストレストコンクリート製の塔状構造物においては、ＰＣ緊張材定着部や塔体基部など、高い強度が必要とされる部分のみに高価な超高強度モルタルを使用し、その他の部分には安価な普通コンクリートを使用することによって、安価な塔状構造物を実現することができる。
【００１１】
また、ＰＣ緊張材定着部セグメント及び塔体基部部材を超高強度モルタルによって先行して製作し、これらを普通コンクリート筒体の型枠として、接合面をマッチキャスト方式で塔体を製作することにより、セグメント継目部の手入や角欠けを防止することが出来、製作精度の向上も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
本発明では、ＰＣ緊張材の定着部に、部分的に超高強度繊維補強モルタルを使用することによって、経済性のすぐれた塔状構造物を普通のコンクリートで構築する。
【００１４】
図１は本発明の塔状構造物の実施例の側面図、図２〜図７はそれぞれ図１のＡ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ−Ｅ、Ｆ−Ｆ矢視図である。図２、図４〜７は、定着部の超高強度モルタル製のセグメントを示している。
【００１５】
塔状構造物１は基礎６０上に立設され、筒状の塔本体コンクリート７０，８０，９０，１００，１１０を積重して形成されている。塔状構造物１には基礎６０から頂上までＰＣ緊張材１２０を内蔵しており、筒状の塔本体コンクリート８０，９０，１００，１１０の継目部には定着部が設けられている。この定着部として超高強度繊維補強モルタル製のセグメントリング１０，２０，３０，４０，５０が用いられている。
【００１６】
図２は最下段のセグメントリング１０の平面図（図１のＡ−Ａ矢視図）で１６個のＰＣ緊張材挿通孔（シース）１１を備えている。
【００１７】
図３は図１のＢ−Ｂ矢視図で、最下段筒体セグメントリング７０の端面を示している。１６個のＰＣ緊張材挿通孔（シース）７１が示されている。
【００１８】
図４は図１のＣ−Ｃ矢視図でセグメントリング２０の平面図である。１６個のＰＣ緊張材挿通孔２１のうち４個の挿通孔２２に配置された定着板２３にＰＣ緊張材が定着される。
【００１９】
図５は図１のＤ−Ｄ矢視図でセグメントリング３０の平面図である。ＰＣ緊張材挿通孔３１は１２個となっており、その中の４個の挿通孔３２は定着板３３を備えている。
【００２０】
図６は図１のＥ−Ｅ矢視図でセグメントリング４０の平面図で８個のＰＣ緊張材挿通孔４１のうち４個の挿通孔４２は定着板４３を備えており、図７は図１のＦ−Ｆ矢視図で４個のＰＣ緊張材挿通孔５１は定着板５３を備えている。
【００２１】
図８，図９は、普通コンクリートの場合の定着板と、超高強度繊維補強モルタルの場合の定着板の大きさを例示して示したものである。例えばセグメントリング２０が普通コンクリートの場合の図８に示す定着板２５の寸法ａに対して、セグメントリング２０を超高強度繊維補強モルタル製とした場合の定着板の寸法ｂは図９に示すように、上記寸法ａの半分となる。従って、セグメントリング２０の肉厚も薄くてよい。
【００２２】
図１０は、本発明に係る塔状構造物の筒体コンクリートの製造工程を示す説明図である。超高強度繊維補強モルタル製のセグメントリング２０，３０，４０，５０を予め製造し、これらを各塔本体コンクリート型枠の端面に配設し、形枠内にコンクリートを打設して塔本体コンクリート８０，９０，１１０を製造する。このようにして、端面が各セグメントリングの端面とマッチキャスト成形された筒体コンクリートを製造することができる。
【００２３】
図１１はセグメントリングのうちの１個のセグメントリング４０を斜視図で示したもの
である。
【００２４】
次に本発明の実施例（設計例）について説明する。
【００２５】
実施例は、ＰＣ緊張材の定着部のみに設計基準強度１２０Ｎ／ｍｍ^２の超高強度繊維補強モルタルのセグメントを使用し、その他の部分には設計基準強度６０Ｎ／ｍｍ^２の普通コンクリートを使用したプレストレストコンクリート製の塔状構造物である。
１．設計条件
１）柱高：Ｈ＝２５，０００ｍ
２）柱径頂部：Ｄ１＝０．７０ｍ（外径）
基部：Ｄ２＝１．１００ｍ（外径）
３）構造形式：プレストレストコンクリート構造
（設計基準強度６０Ｎ／ｍｍ^２、ＰＣ緊張材定着部のみに超高強度繊維補強モルタルセグメントを使用）
５）使用材料：
塔本体およびＰＣ緊張材定着部に使用する材料の特性値を表１に示す。塔本体には設計基準強度が６０Ｎ／ｍｍ^２のコンクリートを、ＰＣ緊張材定着部には設計基準強度が１２０Ｎ／ｍｍ^２の超高強度繊維補強モルタルを使用する。
【００２６】
【表１】

【００２７】
６）荷重及び制限値：
荷重及び制限値は表２のとおりである。表２中の荷重の符号は次の通りである。
Ｇ：固定荷重、Ｐ：積載荷重、Ｗ：風荷重、Ｋ：地震荷重、Ｃｏ：標準せん断力係数（水平震度）
【００２８】
【表２】

【００２９】
７）ＰＣ緊張材の定着部：
設計基準強度が１２０Ｎ／ｍｍ^２の超高強度繊維補強モルタル製セグメントリングを使用することによって、ＰＣ緊張材定着部の支圧板の一辺を１３５ｍｍから７５ｍｍにまで小さくすることができる。これに伴い、ＰＣ緊張材定着部の部材厚も１９５ｍｍから１５０ｍｍに薄くすることができ、塔状構造物全体の部材厚を２５％程度薄くすることができる。（図８及び図９参照）。
８）プレキャスト塔本体コンクリートの製造方法：
ＰＣ緊張材を定着する定着部（超高強度繊維補強モルタル製セグメントリング）は設計基準強度が１２０Ｎ／ｍｍ^２の超高強度繊維補強モルタルで製作する。この定着部（セグメントリング）は先行して製作し、塔本体コンクリートを打設する際の型枠として使用する。セグメントリングと塔本体コンクリートとの接合面はマッチキャストとなる。これにより、プレストレス導入時の塔本体コンクリートとセグメントリングとの継目に集中応力や角欠けが発生するのを防止することができ、製作精度も同上する。
２．照査結果
常時荷重、地震荷重および風荷重に対する照査を行った。ここでは最もクリティカルであった風荷重に対する照査結果を示す。
１）基準風速時（Ｇ＋Ｐ＋Ｗ）の照査
表３及び図１２，図１３に示すように、基準風速時のコンクリートの圧縮応力度およびＰＣ緊張材の引張応力度はともに、制限値以下である。
【００３０】
【表３】

【００３１】
２）暴風時（Ｇ＋Ｐ＋１．６Ｗ）の照査
表４及び図１４に示すように、暴風時に塔本体に作用する曲げモーメントは、制限値である曲げ耐力Ｍｕ以下である。
【００３２】
【表４】

【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】実施例の塔状構造物の側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ矢視図である。
【図５】図１のＤ−Ｄ矢視図である。
【図６】図１のＥ−Ｅ矢視図である。
【図７】図１のＦ−Ｆ矢視図である。
【図８】普通コンクリートの支圧板の平面図である。
【図９】実施例の支圧板の平面図である。
【図１０】実施例の製造工程の説明図である。
【図１１】超高強度モルタル製セグメントリングの斜視図である。
【図１２】基準風速時のコンクリートの応力線図である。
【図１３】基準風速時のＰＣ緊張材の応力線図である。
【図１４】暴風時の曲げモーメント線図である。
【符号の説明】
【００３４】
１塔状構造物
１０，２０，３０，４０，５０セグメントリング
１１，２１，３１，４１，５１，７１ＰＣ緊張材挿通孔（シース）
２２，３２，４２挿通孔
２３，３３，４３，５３定着板
６０基礎
７０，８０，９０，１００，１１０塔本体コンクリート
１２０ＰＣ緊張材

【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＣ緊張材の定着部として複数段の超高強度モルタル製のセグメントを長手方向中間部に介装したプレキャストプレストレストコンクリート柱体からなることを特徴とするコンクリート製塔状構造物。
【請求項２】
超高強度モルタル製の複数の短尺セグメントを製作し、水平に連設した塔本体コンクリート用中空円筒型枠の各端部に該矩尺セグメントを取付け、型枠内にコンクリートを打設し、セグメントと塔本体コンクリートとの接合面をマッチキャスト面とするプレキャスト塔本体コンクリートを製造することを特徴とする塔状構造物の製造方法。

【図１】