プレストレスコンクリート部材の電熱養生構造
【課題】 施工作業の効率化を図りつつ、寒中においてもグラウト材の充填作業を実現可能にする。
【解決手段】 コンクリート６９中に埋設されるシース２１内にＰＣ鋼材２２を挿通し、ＰＣ鋼材２２の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材２５を充填することによりプレストレスコンクリート部材を製造するときに、シース２１に対して略平行な鉄筋１４を予め配設するとともに、鉄筋１４より細い外径からなる電熱線１８を鉄筋１４の下部に沿って設け、またシース２１内にグラウト材２５を充填する際に電熱線１８を通電することにより鉄筋１４を加熱する。
【解決手段】 コンクリート６９中に埋設されるシース２１内にＰＣ鋼材２２を挿通し、ＰＣ鋼材２２の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材２５を充填することによりプレストレスコンクリート部材を製造するときに、シース２１に対して略平行な鉄筋１４を予め配設するとともに、鉄筋１４より細い外径からなる電熱線１８を鉄筋１４の下部に沿って設け、またシース２１内にグラウト材２５を充填する際に電熱線１８を通電することにより鉄筋１４を加熱する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材が充填されるプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣを製造する工法の一つとして、ポストテンション工法が従来から知られている。このポストテンション工法では、まず、金属管等のシースを型枠内に配置し、シース内にＰＣ鋼材を挿通する。次に、型枠内にコンクリートを充填してこれを硬化させた後、ＰＣ鋼材を緊張させてプレストレスを導入するものである。このポストテンション工法においては、コンクリートの硬化後にＰＣ鋼材を緊張させるため、現場での施工に適した工法といえる。
【０００３】
そしてポストテンション工法では、ＰＣ鋼材の耐腐食性の向上およびＰＣ鋼材とコンクリート構造体との一体性を確保する見地から、上述のプレストレスが導入された後、シース内にグラウトを充填することが行われている。実際にこのグラウト充填時において、ＰＣ鋼材の耐腐食性の向上を図るとともに、ＰＣ鋼材とコンクリート構造体と間で付着性を向上させるためには、シース内に空隙を残すことなく、グラウト厚が等しくなるようにこれを充填するのが望ましい。
【０００４】
ところで、このグラウトの充填を寒中において実行する場合には、かかるグラウトが凍結してしまい、所定の材料強度を得ることができないという問題点が生じる。また、グラウトが凍結した場合には、かかるグラウト自身が膨張してしまい、シースを埋設する周囲のコンクリートに亀裂を生成させてしまうという問題点も生じる。さらに、氷点下で施工作業を行うとシース内に浸入した水が凍結してしまうため、かかる状態においてグラウトを充填した場合には、凍結した氷が事後的に溶解するにつれてグラウトとシースとの間で空隙が形成されることになり、ＰＣ鋼材の耐腐食性、付着性の向上を図ることができなくなるという問題点も生じる。
【０００５】
このため、土木学会コンクリート標準示方書では、日平均気温が４℃以下になる時期を寒中と定義し、かかる寒中においてはグラウトが凍結する恐れがあるため、グラウトの充填作業を原則的に禁止し、さらにシース内へ注入したグラウトの温度については、少なくとも５日間は５℃以上に保つことを規定している。
【０００６】
しかしながら、工事の進捗状況との関係から、寒中においてもグラウトの充填作業の実現化への要請は依然として高かった。
【０００７】
このため、寒中におけるグラウトの凍結を防止すべく、シートでグラウト部分を覆い、外部に設置したジェットヒータ等でかかるグラウト部分に熱風を吹き付けて加温する方法や、シース近傍に電熱温床線を併設する方法が従来において提案されている。
【０００８】
また、シースの外周に発熱線をらせん状に巻き付けてこれをコンクリート中に埋設し、かかる発熱線につき通電することによりシースを加熱し、グラウトの凍結を防止する工法も近年において提案されている（例えば、特許文献１参照）。この工法においては、厳冬期においてもグラウトの強度発現が短時間で行われ、施工能率を向上させることが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−３３２７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したジェットヒータ等で加熱する方法では、大規模な装置構成が必要となることから、施工作業そのものが大掛かりになり製作に伴うコストが増大してしまう要因ともなる。
【００１０】
また、シース近傍に電熱温床線を併設する方法や、特許文献１に開示されている工法では、配設した電熱線が、ＰＣ鋼材の挿入作業時に或いはコンクリート打設時に切断してしまう虞がある。特に配筋時において鉄筋同士が衝突してしまう場合もあり、更に気泡を抜くためのバイブレータをコンクリート中に挿入した場合に、かかるバイブレータの先端が電熱線に接触してしまう場合もあることから、電熱線の切断の要因がより増加してしまう。
【００１１】
特に特許文献１に開示されている工法では、図７に示すようにシース７１の周囲において電熱線７２がらせん状に巻き付けてあることから、シース７１の上部においても電熱線７２が露出した構成となっている。このため、コンクリート７３中に挿入されたバイブレータ７４の先端がシース７１上部に接触した場合には、同時に電熱線７２にも接触してしまう可能性が高く、ひいては電熱線７２そのものが切断されてしまう可能性が高くなる。一般に、コンクリート７３が硬化した後にかかる電熱線７２の断線箇所を探索してこれを結線することは不可能に近いことから、コンクリート７３へバイブレータ７４を挿入する際には、そのかかるバイブレータ７４の先端に対してシース７１が接触するのを防ぐために多大な注意を払う必要があり、作業効率そのものを著しく低下させてしまう要因となっていた。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、施工作業の効率化を図りつつ、寒中においてもグラウト材の充填作業を実現可能にするためのプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、上述した課題を解決するために、シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに、鉄筋より細い外径からなる電熱線を前記鉄筋の下部に沿って設け、シース内にグラウト材を充填する際に、電熱線を通電することにより鉄筋を加熱する。
【００１４】
即ち、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造は、コンクリート中に埋設されたシース内にＰＣ鋼材が挿通され、ＰＣ鋼材の緊張によりプレストレスが導入された後に、前記シース内にグラウト材が充填されるプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造において、シースに対して略平行な鉄筋が配設されているとともに、当該鉄筋の下部に沿って電熱線が設けられる。
【００１５】
また、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法は、コンクリート中に埋設されるシース内にＰＣ鋼材を挿通し、ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材を充填するプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法において、シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに、電熱線を鉄筋の下部に沿って設け、シース内にグラウト材を充填する際に、電熱線を通電することにより鉄筋を加熱する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、コンクリート中に埋設されるシース内にＰＣ鋼材を挿通し、ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材を充填することによりプレストレスコンクリート部材を製造するときに、シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに電熱線を鉄筋の下部に沿って設け、またシース内にグラウト材を充填する際に電熱線を通電することにより鉄筋を加熱する。
【００１７】
これにより、鉄筋からの熱はシースへ伝導し、グラウト材の充填時においてシースは、より温められることになる。特に、シースに対して鉄筋は略平行となるように配設されていることから、かかる鉄筋の下部に沿って配設されている電熱線から発せられる熱は、シースに対してほぼ均一に伝わることになる。その結果、グラウト材の充填を寒中において実行する場合においても、かかるグラウト材の凍結するのを防止することが可能となり、また凍結に基づくグラウト材自体の膨張をも抑制することが可能となるため、シースを埋設する周囲のコンクリートに亀裂が発生するのを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造における最良の実施形態につき図を参照して説明する。
【００１９】
本発明を適用したプレストレスコンクリート部材は、例えば橋桁等に配設される。橋桁１は、互いに並設又は連結状に架設されることにより橋を構成するためのブロックユニットであり、例えば図１の断面図に示すように、脚柱１１の上端部にスラブ１２を配設することにより断面が略Ｔ字状のＴ形梁を構成している。また橋桁１は、脚柱１１の部材軸方向（図１における紙面垂直方向）に直交する方向に延長するように埋設される枠型鉄筋１３と、部材軸方向に略平行に埋設される鉄筋１４と鉄筋１４に略並行に埋設されるシース２１と、シース２１内に挿通されて構成されるＰＣ鋼材２２と、これら各鉄筋１３，１４に打設されるコンクリート６９とを備えている。
【００２０】
脚柱１１並びにスラブ１２は、枠型鉄筋１３並びに縦鉄筋１４を型枠内に配設してコンクリート６９を打設することにより、脚柱１１とスラブ１２とが単一体として構成されるように構築される。スラブ１２の上面１２ａには、図示しないアスファルトを敷設することにより車両や人が通行するための橋床が構成されることになる。このスラブ１２として、例えば一端が自由端であり他端が固定端であるブラケット（張出し桁）を組み合わせて構成してもよい。
【００２１】
枠型鉄筋１３は、１本の鉄筋材につき折り曲げ加工を複数回施すことにより構成される。この枠型鉄筋１３は、枠形鉄筋縦中心線８から右側に向かって斜め上向きに延長する上側傾斜鉄筋３１と、その端部から立ち上がる上端側部縦鉄筋３２と、その上端部から左側に向かって枠形鉄筋縦中心線８を越えて水平に延長する上端横鉄筋３３と、その左端部から下降する上端側部縦鉄筋３４と、その下端部から右側に向かって斜め下向きに延長する上側傾斜鉄筋３５と、枠形鉄筋縦中心線８を跨いでそれぞれ上端横鉄筋３３から下降する中間縦鉄筋３６，３７と、中間縦鉄筋３６の下端から枠形鉄筋縦中心線８を越えて中間縦鉄筋３７の下端へ延長する下側横鉄筋３８等が形成されている。これら各鉄筋３１〜３８は、図示しない結束線により互いに結束されていてもよい。
【００２２】
鉄筋１４は、図１に示すように１本のシース２１の周囲に４本の割合で配設されている。この鉄筋１４のうち、鉄筋１４ａはシース２１の右斜め上に配設され、鉄筋１４ｂはシース２１の左斜め上に配設され、鉄筋１４ｃはシース２１の右斜め下に配設され、鉄筋１４ｄはシース２１の左斜め下に配設される。この各鉄筋１４ａ〜１４ｄは、シース２１の長手方向に平行であれば、これに対して如何なる間隔をもって配設されていてもよいが、少なくとも１本の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱がシース２１に伝導することは必須となる。これは、シース２１に対して熱を伝導できるものであれば、鉄筋１４は、少なくとも１本で構成されていればよいことを示唆している。
【００２３】
また、鉄筋１４の下部に沿って、例えば図２に示されるようにニクロム線等に代表される電熱線１８が設けられている。この電熱線１８は、図３(a)の断面拡大図に示すように鉄筋１４の下部中央に設けられていることが望ましい。また、図３(b)の断面拡大図に示すように、鉄筋１４の下部中央において長手方向（部材軸方向）に連続して電熱線１８と嵌合可能な溝４１を予め形成しておき、かかる溝４１に対して電熱線１８を嵌合させるようにしてもよい。
【００２４】
ちなみに、この電熱線１８は、銅、ニッケル合金からなり、数本に亘って束ねられて構成される発熱導体部と、この発熱導体部の周囲において形成されたエチレンプロピレンゴム等からなる絶縁材と、この絶縁材を覆う耐熱ビニール等で構成される外装材により構成されていてもよい。かかる場合において電熱線１８の仕上り外径は、５．５φ程度となる。
【００２５】
シース２１は、鉄筋１４の間隙においてスパン方向に伸びる６本の被覆管で構成されている。このシース２１は、主としてポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂材料から選択される。これらシース２１の配設仕様は、脚柱１１に分布する断面力を考慮して設定される。本実施の形態においては、脚注１１の中央部上側には圧縮力、中央部下側には引張力が作用するため、シース２１内に挿通されるＰＣ鋼材２２を構造物断面図心より下側に設置する必要が生じることから、シース２１を脚柱１１の下方に設置する。
【００２６】
ＰＣ鋼材２２は、脚柱１１を構成するコンクリート６９にプレストレスを導入すべく配設されたものであり、機械的強度を向上させるべく、高炭素鋼を冷間加工することにより、或いは焼入れや焼戻し等の熱処理を施すことにより作製される。このＰＣ鋼材２２は、シース２１内に挿通されて部材軸方向に延長して設けられる結果、その両端が脚柱１１外に突出される。この突出されたシース２１の両端は、図示しないジャッキに取付けられて緊張されることにより、ＰＣ鋼材２２全体にプレストレスが加えられることになる。
【００２７】
このＰＣ鋼材２２によるプレストレスの導入により、図１に示すように、断面力は直線状に変化し、脚柱１１の底面１１ａには圧縮応力σ１が、スラブ１２の上面１２ａには、引張応力σ２が作用する。このため、この引張応力σ２がコンクリート６９自身が持つ許容引張応力の範囲内に収まるように、シース２１の高さ及びプレストレスの負荷力は予め最適に設定される。
【００２８】
なお、図４に示すようにスパン中程において、ＰＣ鋼材２２を脚柱１１の底面１１ａにより近接させてこれを水平に配置することにより、ＰＣ鋼材２２の引張力が側面視で橋桁１を上に凸湾曲させる力を生じさせ（矢印ａ）、橋桁１への荷重付加時の対向力として作用させることが可能となる。
【００２９】
ＰＣ鋼材２２とシース２１により生成される間隙には、図２に示すようにグラウト材２５が充填される。このグラウト材２５は、ＰＣ鋼材２２の耐腐食性の向上およびＰＣ鋼材２２とコンクリート６９との一体性を確保する見地から充填されるものであり、セメントや水、混和材等を混合することにより生成される。グラウト材２５は、グラウトポンプ等によりシース２１内に充填されるが、シース２１とグラウト材２５との間で形成される空隙を残すことなく、グラウト厚が等しくなるように充填するのが望ましい。
【００３０】
上述の如き構成からなる橋桁１は、以下に説明する手順に基づいて構築され、またポストテンション工法に基づいてプレストレスが導入される。
【００３１】
先ず、枠型鉄筋１３と鉄筋１４とを溶接処理を施すことにより、これらを互いに固着するとともに、鉄筋１４の下部に沿って電熱線１８を設ける。この電熱線１８は、例えば結線ワイヤ等を用いて任意の間隔毎に結線させるようにしてもよいし、接着剤により鉄筋１４に接着されるようにしてもよい。
【００３２】
次に、枠型鉄筋１３並びに鉄筋１４に対してシース２１を配設し、さらにこのシース２１内にＰＣ鋼材２２を挿通させる。なお、このＰＣ鋼材２２については、打設されたコンクリート６９が所定の強度を発現する前後において、シース２１内への挿通させるようにしてもよい。
【００３３】
次に、各鉄筋１３，１４に対してコンクリート６９を打設するとともに、打設されたコンクリート６９中に生成された気泡を抜くためのバイブレータを挿入する。このバイブレータの挿入は、一般的に打設されたコンクリート躯体に対して上方から下方へ挿入される。コンクリート中にある気泡は、挿入されたバイブレータにより加えられる振動に応じて攪拌されることになり、最終的に気泡同士が合体して次第に上昇してゆき、そのままコンクリート中から逃散することになる。
【００３４】
また、打設されたコンクリート６９が所定の強度を発現した場合には、図示しないジャッキによりＰＣ鋼材２２に所定の緊張力を導入することによりプレストレスを導入し、ＰＣ鋼材２２の端部を例えばナット等により定着する。最後に、ＰＣ鋼材２２とシース２１とにより生成される間隙に対して上述したグラウト材２５を充填する。このグラウト材２５を充填する際には、電熱線１８を通電することにより鉄筋１４を加熱する。この通電に関しては、電熱線１８と直列に接続された図示しない電源からこの電熱線１８に対して電圧を印加させるようにしてもよい。また、この電熱線１８への加熱温度につき、サーモスタットを用いて調整するようにしてもよい。
【００３５】
この電熱線１８と図示しない電源から構成されるヒータについては、例えば、最高使用温度は、８０℃、瞬間最高許容温度を１５０℃／２０分としてもよい。
【００３６】
電熱線１８を介して加熱された鉄筋１４は、シース２１に対してその熱を伝導させる。このとき、少なくとも１の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱が、シース２１へ伝導していればよい。各鉄筋１４からシース２１への伝熱特性は、その鉄筋１４とシース２１の間隔や、その間隔を構成する材質等に支配されるところ、これらの間隔や材質により、全ての鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱が、シース２１へ伝導しない場合もある。しかしながら、少なくとも１の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱が、シース２１へ伝導していれば本発明所期の作用効果を得ることができる。
【００３７】
その結果、グラウト材２５の充填時においてシース２１は、かかる鉄筋１４からの伝熱に基づいて、より温められることになる。特に、シース２１に対して鉄筋１４は略平行となるように配設されていることから、かかる鉄筋１４の下部に沿って配設されている電熱線１８から発せられる熱は、シース２１に対してほぼ均一に伝わることになる。その結果シース２１全体はほぼ均一に温められることになり、グラウト材２５がある一定の箇所のみ溶解してしまうような不都合を回避することができる。
【００３８】
このため、グラウト材２５の充填を寒中において実行する場合においても、かかるグラウト材２５の凍結するのを防止することが可能となり、また凍結に基づくグラウト材２５自体の膨張をも抑制することが可能となるため、シース２１を埋設する周囲のコンクリート６９に亀裂が発生するのを防止することができる。
【００３９】
さらに、氷点下で施工作業を行う場合においても、シース２１がより温められることから、シース２１内に浸入した水の凍結を防止することができ、グラウト材２５とシース２１との間で空隙が形成されることがなくなることから、ＰＣ鋼材２２の耐腐食性、付着性の向上を図ることが可能となる。
【００４０】
このため、本発明を適用した橋桁１では、電熱線１８を通電することによりシース２２を温めることができるため、外気温に支配されることなくグラウト材２５を充填することが可能となる。特に寒冷地において橋桁１を構築する場合においても、寒中における工事を回避するための余計な日程調整をする必要もなくなり、より効率的な工事計画を立案することも可能となる。
【００４１】
さらに、シース２１内にグラウト材２５を充填した後においても電熱線１８を通電し続けるようにしてもよい。即ち、所定の硬化したグラウトを得るためには、かかるグラウト材２５を少なくとも５日間、５℃以上に保持することにより、水和反応を促進させる必要があるところ、電熱線１８を５日間に亘り通電することによりこれを容易に実現することができる。
【００４２】
また、グラウト材２５を５℃以上の保持するためには、シース２１と鉄筋１４との位置関係や、電熱線からの発熱量がより最適に調整されていることが必要となる。かる位置関係や発熱量の詳細は、以下に説明する解析モデルから特定することが可能となる。
【００４３】
先ず、解析モデルとして、図５に示すようにコンクリート６９中に三箇所に亘り配設された電熱線８１,８２,８３の中央にシース２１が設けられている２次元温度解析モデルを考える。この解析モデルでは、コンクリート６９中における熱の移動が、コンクリート６９内部における熱伝導と、コンクリート６９と大気との間における熱伝達に支配されることに着目したものである。
【００４４】
コンクリート６９の熱特性値が温度の影響を受けないと仮定した場合に、コンクリート６９内部の熱の支配方程式は、以下の式１）式で表すことができる。
【００４５】
【００４６】
ここで熱拡散率ｈｃは以下で表される。
ｈｃ＝λｃ／（Ｃｃ・ρｃ）
【００４７】
なお、上記式１）において、Ｔｃは、コンクリート６９の温度であり、λｃは、コンクリート６９の熱伝導率であり、ρｃは、コンクリート６９の密度であり、Ｃｃは、コンクリート６９の比熱であり、Ｑ（ｔ）は、任意時間ｔにおける発熱体温度である。
【００４８】
これらの式１）を解くためは、初期条件と環境条件を設定する必要がある。初期条件は、以下の式２）により表される。この初期条件は、コンクリート温度を示すものである。
【００４９】
Ｔｃ（ｘ、ｙ、０）＝Ｔｃ０・・・・・・・・・・・・・・・・・・式２）
【００５０】
コンクリート６９が外気や他の流体と接する部分においては、熱伝達境界として次式３）が成り立つ。この式３）において、コンクリート−空気の熱伝達率をαCとし、外気温もしくは外部の流体温度をＴＡとしている。
【００５１】
これらを離散化することにより、ＦＥＭ解析を行う。
【００５２】
この解析モデルにおいて、コンクリート６９の物性値として以下の値を用いる。即ち、コンクリート６９において、設計基準強度は、４０Ｎ／ｍｍ２であり、初期温度は２３℃であり、熱伝導率λｃは２．８Ｗ／ｍ℃であり、密度ρｃは、２４００ｋｇ／ｍ３であり、比熱Ｃｃは１．１５ｋＪ／ｋｇ℃である。また、この解析モデルにおいて、上下端に設定された熱伝達境界Ｃ１は、１５ｍｍ２／℃であり、左右端に設定された熱伝達境界Ｃ２は、６Ｗ／ｍｍ２℃である。
【００５３】
このような解析モデルに基づき、電熱線８１,８２,８３の温度を５０℃とし、外気音を２２℃とした場合における温度分布を図６に示す。電熱線８１,８２,８３からの距離が大きくなるにつれて温度が徐々に低くなる傾向が示されている。また、この図６に示す温度分布からシース２１の中心における温度を解析した結果、図７に示すように、３３℃程度になることが分かる。
【００５４】
ちなみに、今回の解析モデルと同様の実験系を構築し、電熱線８１,８２,８３の温度を５０℃として設定したところ、図７に示すように３１℃付近に落ち着くことが分かった。このため、今回の解析モデルは、実験系と比較して３℃前後までのずれがあるもののほぼ同一の傾向を示していることが分かる。このため、この解析モデルに基づいて解析した電熱線８１,８２,８３とシース２１の位置関係や電熱線８１,８２,８３の発熱量を、実際の電熱養生構造に適用し得ることも立証することができる。
【００５５】
ここで、上記解析モデルを用いて、外気温を−５℃に設定し、電熱線８１,８２,８３の温度を同様に５０℃した場合における温度分布を図８に示す。外気温が氷点下に設定されている場合においてもシース２１の温度を１８℃付近に維持することができることが分かる。このため、上述の如き解析モデルにおける電熱線８１,８２,８３とシース２１の位置関係、並びに電熱線８１,８２,８３の発熱量を実現することにより、グラウト材２５の充填を寒中において実行する場合においても、かかるグラウト材２５の凍結するのを防止することが可能となることが分かる。
【００５６】
なお、この図８に示す温度分布においては、電熱線８１,８２,８３の外延の比較的広い範囲において、温度が５℃以上になることが分かる。このため、電熱線８１,８２,８３につき、シース２１から離れた箇所に配設した場合においても、シース２１内の温度を５℃以上にすることができることが分かる。
【００５７】
なお、本発明を適用した橋桁１では、打設されたコンクリート６９中にバイブレータ５８を上方から挿入する工程において、以下に説明するような効果を奏する。図９に示すように、バイブレータ５８の先端は、鉄筋１４に対して上方から挿入されてくる。その結果、バイブレータ５８の先端と鉄筋１４とが衝突する場合があり、また互いに擦れたりする場合もある。このため、鉄筋１４の上部に沿って電熱線１８を設ける構成、或いは鉄筋１４の側部に沿って電熱線１８を設ける構成においては、かかる挿入されたバイブレータ５８の先端と接触してしまい、電熱線１８自身が切断されてしまう可能性がある。
【００５８】
これに対して、橋桁１では、あくまで鉄筋１４の下部に沿って電熱線１８を設けているため、図９に示すようにバイブレータ５８の先端が位置Ａ、位置Ｂにくる場合においてもこれとの接触を回避することができる。また、仮にバイブレータ５８の先端が位置Ｃに示すように斜め方向から挿入される場合においても、電熱線１８との接触を高い確率で回避することが可能となる。
【００５９】
特にこの電熱線１８は、鉄筋１４よりも細い外径からなるように構成されていることから、バイブレータ５８の先端に接触する確率をいきおい下げること可能となる。
【００６０】
ちなみに、電熱線１８は、鉄筋１４の下部中央に沿って直線状に設けることにより、バイブレータ５８の先端との接触を最も高い確率で回避することができる。但し、この電熱線１８の配設可能な範囲は、かかる鉄筋１４の下部中央に限定されるものではなく、図９中太線Ｄ〜Ｄ´の範囲で示される鉄筋１４の下半周としてもよい。かかる場合には、鉄筋１４の下部は、鉄筋１４の下半周とみなされることになる。また、電熱線１８は直線状となるように設けられる場合に限定されるものではなく、上述した配設可能な範囲内において蛇行するように設けられていてもよい。
【００６１】
なお、上述した実施の形態においては、あくまでバイブレータ５８をコンクリート６９の上方から下方に向かって挿入される場合を想定して説明をしたが、これと異なる方向からバイブレータ５８を挿入しなければならないケースにおいては、バイブレータ５８の先端も鉄筋１４に対して上方以外の側方や下方等から挿入されてくる場合もあり得る。このため、かかるケースが想定される箇所の鉄筋１４に対しては、バイブレータ５８の挿入方向に応じて電熱線１８の配設位置を鉄筋１４の下部以外となるように予め調整させるようにしてもよい。
【００６２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば以下に説明するような棚筋を備える橋桁２に適用してもよい。
【００６３】
図１０(a)は、かかる橋桁２の断面図を示しており、図１０(b)は、橋桁２に配置されているシース周辺の拡大図を示している。この図１０において上述した図１に示す橋桁１と同一の構成要素や部材については、同一の番号を付すことによりここでの説明を省略する。
【００６４】
橋桁２は、部材軸方向に伸びるシース２２を支持するとともに鉄筋１４ｃ,１４ｄと交差して固着されてなる棚筋６１ａと、鉄筋１４ａ,１４ｂのみと交差して固着されてなる棚筋６１ｂとをさらに備えている。これら棚筋６１ａ,６１ｂは、脚柱１１の内側面に適宜の間隔で配設されている。
【００６５】
このような構成においても、ＰＣ鋼材２２とシース２１とにより生成される間隙に対して上述したグラウト材２５を充填する際に、電熱線１８を通電することにより鉄筋１４を加熱することができ、少なくとも１の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱は、直接的にシース２１へ伝導することになり、或いは棚筋６１を介してシース２１へ伝導することになる。その結果、グラウト材２５の充填時においてシース２１は、温められることになり、寒中における作業時においてグラウト材２５が凍結するのを防止することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材は、橋桁１，２に配設される場合に限定されるものではなく、少なくともコンクリートにより構成されるものであれば、他のいかなる構造に適用してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を適用した橋桁の構成につき示す図である。
【図２】橋桁に配設されるシース並びに鉄筋の斜視図である。
【図３】橋桁に配設されるシース並びに鉄筋の断面図である。
【図４】ＰＣ鋼材を脚柱の底面により近接させてこれを水平に配置する例につき示す図である。
【図５】温度分布の解析モデルにつき説明するための図である。
【図６】電熱線の温度を５０℃とし、外気音を２２℃とした場合における温度分布を示す図である。
【図７】温度分布の解析結果につき説明するための図である。
【図８】外気温を−５℃に設定した場合における温度分布を示す図である。
【図９】本発明の効果につき説明するための図である。
【図１０】本発明を適用した橋桁における他の構成につき示す図である。
【図１１】従来技術の問題点につき説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，２ 橋桁
１１ 脚柱
１２ スラブ
１３ 枠型鉄筋
１４ 鉄筋
１８ 電熱線
２１ シース
２２ ＰＣ鋼材
２５ グラウト材
３１ 上側傾斜鉄筋
３２ 上端側部縦鉄筋
３３ 上端横鉄筋
３４ 上端側部縦鉄筋
３５ 上側傾斜鉄筋
３６，３７ 中間縦鉄筋
３８ 下側横鉄筋
４１ 溝
５８ バイブレータ
６１ 棚筋
６９ コンクリート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材が充填されるプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＣを製造する工法の一つとして、ポストテンション工法が従来から知られている。このポストテンション工法では、まず、金属管等のシースを型枠内に配置し、シース内にＰＣ鋼材を挿通する。次に、型枠内にコンクリートを充填してこれを硬化させた後、ＰＣ鋼材を緊張させてプレストレスを導入するものである。このポストテンション工法においては、コンクリートの硬化後にＰＣ鋼材を緊張させるため、現場での施工に適した工法といえる。
【０００３】
そしてポストテンション工法では、ＰＣ鋼材の耐腐食性の向上およびＰＣ鋼材とコンクリート構造体との一体性を確保する見地から、上述のプレストレスが導入された後、シース内にグラウトを充填することが行われている。実際にこのグラウト充填時において、ＰＣ鋼材の耐腐食性の向上を図るとともに、ＰＣ鋼材とコンクリート構造体と間で付着性を向上させるためには、シース内に空隙を残すことなく、グラウト厚が等しくなるようにこれを充填するのが望ましい。
【０００４】
ところで、このグラウトの充填を寒中において実行する場合には、かかるグラウトが凍結してしまい、所定の材料強度を得ることができないという問題点が生じる。また、グラウトが凍結した場合には、かかるグラウト自身が膨張してしまい、シースを埋設する周囲のコンクリートに亀裂を生成させてしまうという問題点も生じる。さらに、氷点下で施工作業を行うとシース内に浸入した水が凍結してしまうため、かかる状態においてグラウトを充填した場合には、凍結した氷が事後的に溶解するにつれてグラウトとシースとの間で空隙が形成されることになり、ＰＣ鋼材の耐腐食性、付着性の向上を図ることができなくなるという問題点も生じる。
【０００５】
このため、土木学会コンクリート標準示方書では、日平均気温が４℃以下になる時期を寒中と定義し、かかる寒中においてはグラウトが凍結する恐れがあるため、グラウトの充填作業を原則的に禁止し、さらにシース内へ注入したグラウトの温度については、少なくとも５日間は５℃以上に保つことを規定している。
【０００６】
しかしながら、工事の進捗状況との関係から、寒中においてもグラウトの充填作業の実現化への要請は依然として高かった。
【０００７】
このため、寒中におけるグラウトの凍結を防止すべく、シートでグラウト部分を覆い、外部に設置したジェットヒータ等でかかるグラウト部分に熱風を吹き付けて加温する方法や、シース近傍に電熱温床線を併設する方法が従来において提案されている。
【０００８】
また、シースの外周に発熱線をらせん状に巻き付けてこれをコンクリート中に埋設し、かかる発熱線につき通電することによりシースを加熱し、グラウトの凍結を防止する工法も近年において提案されている（例えば、特許文献１参照）。この工法においては、厳冬期においてもグラウトの強度発現が短時間で行われ、施工能率を向上させることが可能となる。
【特許文献１】特開２００２−３３２７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したジェットヒータ等で加熱する方法では、大規模な装置構成が必要となることから、施工作業そのものが大掛かりになり製作に伴うコストが増大してしまう要因ともなる。
【００１０】
また、シース近傍に電熱温床線を併設する方法や、特許文献１に開示されている工法では、配設した電熱線が、ＰＣ鋼材の挿入作業時に或いはコンクリート打設時に切断してしまう虞がある。特に配筋時において鉄筋同士が衝突してしまう場合もあり、更に気泡を抜くためのバイブレータをコンクリート中に挿入した場合に、かかるバイブレータの先端が電熱線に接触してしまう場合もあることから、電熱線の切断の要因がより増加してしまう。
【００１１】
特に特許文献１に開示されている工法では、図７に示すようにシース７１の周囲において電熱線７２がらせん状に巻き付けてあることから、シース７１の上部においても電熱線７２が露出した構成となっている。このため、コンクリート７３中に挿入されたバイブレータ７４の先端がシース７１上部に接触した場合には、同時に電熱線７２にも接触してしまう可能性が高く、ひいては電熱線７２そのものが切断されてしまう可能性が高くなる。一般に、コンクリート７３が硬化した後にかかる電熱線７２の断線箇所を探索してこれを結線することは不可能に近いことから、コンクリート７３へバイブレータ７４を挿入する際には、そのかかるバイブレータ７４の先端に対してシース７１が接触するのを防ぐために多大な注意を払う必要があり、作業効率そのものを著しく低下させてしまう要因となっていた。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、施工作業の効率化を図りつつ、寒中においてもグラウト材の充填作業を実現可能にするためのプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明では、上述した課題を解決するために、シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに、鉄筋より細い外径からなる電熱線を前記鉄筋の下部に沿って設け、シース内にグラウト材を充填する際に、電熱線を通電することにより鉄筋を加熱する。
【００１４】
即ち、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造は、コンクリート中に埋設されたシース内にＰＣ鋼材が挿通され、ＰＣ鋼材の緊張によりプレストレスが導入された後に、前記シース内にグラウト材が充填されるプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造において、シースに対して略平行な鉄筋が配設されているとともに、当該鉄筋の下部に沿って電熱線が設けられる。
【００１５】
また、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法は、コンクリート中に埋設されるシース内にＰＣ鋼材を挿通し、ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材を充填するプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法において、シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに、電熱線を鉄筋の下部に沿って設け、シース内にグラウト材を充填する際に、電熱線を通電することにより鉄筋を加熱する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、コンクリート中に埋設されるシース内にＰＣ鋼材を挿通し、ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後にシース内にグラウト材を充填することによりプレストレスコンクリート部材を製造するときに、シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに電熱線を鉄筋の下部に沿って設け、またシース内にグラウト材を充填する際に電熱線を通電することにより鉄筋を加熱する。
【００１７】
これにより、鉄筋からの熱はシースへ伝導し、グラウト材の充填時においてシースは、より温められることになる。特に、シースに対して鉄筋は略平行となるように配設されていることから、かかる鉄筋の下部に沿って配設されている電熱線から発せられる熱は、シースに対してほぼ均一に伝わることになる。その結果、グラウト材の充填を寒中において実行する場合においても、かかるグラウト材の凍結するのを防止することが可能となり、また凍結に基づくグラウト材自体の膨張をも抑制することが可能となるため、シースを埋設する周囲のコンクリートに亀裂が発生するのを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造における最良の実施形態につき図を参照して説明する。
【００１９】
本発明を適用したプレストレスコンクリート部材は、例えば橋桁等に配設される。橋桁１は、互いに並設又は連結状に架設されることにより橋を構成するためのブロックユニットであり、例えば図１の断面図に示すように、脚柱１１の上端部にスラブ１２を配設することにより断面が略Ｔ字状のＴ形梁を構成している。また橋桁１は、脚柱１１の部材軸方向（図１における紙面垂直方向）に直交する方向に延長するように埋設される枠型鉄筋１３と、部材軸方向に略平行に埋設される鉄筋１４と鉄筋１４に略並行に埋設されるシース２１と、シース２１内に挿通されて構成されるＰＣ鋼材２２と、これら各鉄筋１３，１４に打設されるコンクリート６９とを備えている。
【００２０】
脚柱１１並びにスラブ１２は、枠型鉄筋１３並びに縦鉄筋１４を型枠内に配設してコンクリート６９を打設することにより、脚柱１１とスラブ１２とが単一体として構成されるように構築される。スラブ１２の上面１２ａには、図示しないアスファルトを敷設することにより車両や人が通行するための橋床が構成されることになる。このスラブ１２として、例えば一端が自由端であり他端が固定端であるブラケット（張出し桁）を組み合わせて構成してもよい。
【００２１】
枠型鉄筋１３は、１本の鉄筋材につき折り曲げ加工を複数回施すことにより構成される。この枠型鉄筋１３は、枠形鉄筋縦中心線８から右側に向かって斜め上向きに延長する上側傾斜鉄筋３１と、その端部から立ち上がる上端側部縦鉄筋３２と、その上端部から左側に向かって枠形鉄筋縦中心線８を越えて水平に延長する上端横鉄筋３３と、その左端部から下降する上端側部縦鉄筋３４と、その下端部から右側に向かって斜め下向きに延長する上側傾斜鉄筋３５と、枠形鉄筋縦中心線８を跨いでそれぞれ上端横鉄筋３３から下降する中間縦鉄筋３６，３７と、中間縦鉄筋３６の下端から枠形鉄筋縦中心線８を越えて中間縦鉄筋３７の下端へ延長する下側横鉄筋３８等が形成されている。これら各鉄筋３１〜３８は、図示しない結束線により互いに結束されていてもよい。
【００２２】
鉄筋１４は、図１に示すように１本のシース２１の周囲に４本の割合で配設されている。この鉄筋１４のうち、鉄筋１４ａはシース２１の右斜め上に配設され、鉄筋１４ｂはシース２１の左斜め上に配設され、鉄筋１４ｃはシース２１の右斜め下に配設され、鉄筋１４ｄはシース２１の左斜め下に配設される。この各鉄筋１４ａ〜１４ｄは、シース２１の長手方向に平行であれば、これに対して如何なる間隔をもって配設されていてもよいが、少なくとも１本の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱がシース２１に伝導することは必須となる。これは、シース２１に対して熱を伝導できるものであれば、鉄筋１４は、少なくとも１本で構成されていればよいことを示唆している。
【００２３】
また、鉄筋１４の下部に沿って、例えば図２に示されるようにニクロム線等に代表される電熱線１８が設けられている。この電熱線１８は、図３(a)の断面拡大図に示すように鉄筋１４の下部中央に設けられていることが望ましい。また、図３(b)の断面拡大図に示すように、鉄筋１４の下部中央において長手方向（部材軸方向）に連続して電熱線１８と嵌合可能な溝４１を予め形成しておき、かかる溝４１に対して電熱線１８を嵌合させるようにしてもよい。
【００２４】
ちなみに、この電熱線１８は、銅、ニッケル合金からなり、数本に亘って束ねられて構成される発熱導体部と、この発熱導体部の周囲において形成されたエチレンプロピレンゴム等からなる絶縁材と、この絶縁材を覆う耐熱ビニール等で構成される外装材により構成されていてもよい。かかる場合において電熱線１８の仕上り外径は、５．５φ程度となる。
【００２５】
シース２１は、鉄筋１４の間隙においてスパン方向に伸びる６本の被覆管で構成されている。このシース２１は、主としてポリエチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の樹脂材料から選択される。これらシース２１の配設仕様は、脚柱１１に分布する断面力を考慮して設定される。本実施の形態においては、脚注１１の中央部上側には圧縮力、中央部下側には引張力が作用するため、シース２１内に挿通されるＰＣ鋼材２２を構造物断面図心より下側に設置する必要が生じることから、シース２１を脚柱１１の下方に設置する。
【００２６】
ＰＣ鋼材２２は、脚柱１１を構成するコンクリート６９にプレストレスを導入すべく配設されたものであり、機械的強度を向上させるべく、高炭素鋼を冷間加工することにより、或いは焼入れや焼戻し等の熱処理を施すことにより作製される。このＰＣ鋼材２２は、シース２１内に挿通されて部材軸方向に延長して設けられる結果、その両端が脚柱１１外に突出される。この突出されたシース２１の両端は、図示しないジャッキに取付けられて緊張されることにより、ＰＣ鋼材２２全体にプレストレスが加えられることになる。
【００２７】
このＰＣ鋼材２２によるプレストレスの導入により、図１に示すように、断面力は直線状に変化し、脚柱１１の底面１１ａには圧縮応力σ１が、スラブ１２の上面１２ａには、引張応力σ２が作用する。このため、この引張応力σ２がコンクリート６９自身が持つ許容引張応力の範囲内に収まるように、シース２１の高さ及びプレストレスの負荷力は予め最適に設定される。
【００２８】
なお、図４に示すようにスパン中程において、ＰＣ鋼材２２を脚柱１１の底面１１ａにより近接させてこれを水平に配置することにより、ＰＣ鋼材２２の引張力が側面視で橋桁１を上に凸湾曲させる力を生じさせ（矢印ａ）、橋桁１への荷重付加時の対向力として作用させることが可能となる。
【００２９】
ＰＣ鋼材２２とシース２１により生成される間隙には、図２に示すようにグラウト材２５が充填される。このグラウト材２５は、ＰＣ鋼材２２の耐腐食性の向上およびＰＣ鋼材２２とコンクリート６９との一体性を確保する見地から充填されるものであり、セメントや水、混和材等を混合することにより生成される。グラウト材２５は、グラウトポンプ等によりシース２１内に充填されるが、シース２１とグラウト材２５との間で形成される空隙を残すことなく、グラウト厚が等しくなるように充填するのが望ましい。
【００３０】
上述の如き構成からなる橋桁１は、以下に説明する手順に基づいて構築され、またポストテンション工法に基づいてプレストレスが導入される。
【００３１】
先ず、枠型鉄筋１３と鉄筋１４とを溶接処理を施すことにより、これらを互いに固着するとともに、鉄筋１４の下部に沿って電熱線１８を設ける。この電熱線１８は、例えば結線ワイヤ等を用いて任意の間隔毎に結線させるようにしてもよいし、接着剤により鉄筋１４に接着されるようにしてもよい。
【００３２】
次に、枠型鉄筋１３並びに鉄筋１４に対してシース２１を配設し、さらにこのシース２１内にＰＣ鋼材２２を挿通させる。なお、このＰＣ鋼材２２については、打設されたコンクリート６９が所定の強度を発現する前後において、シース２１内への挿通させるようにしてもよい。
【００３３】
次に、各鉄筋１３，１４に対してコンクリート６９を打設するとともに、打設されたコンクリート６９中に生成された気泡を抜くためのバイブレータを挿入する。このバイブレータの挿入は、一般的に打設されたコンクリート躯体に対して上方から下方へ挿入される。コンクリート中にある気泡は、挿入されたバイブレータにより加えられる振動に応じて攪拌されることになり、最終的に気泡同士が合体して次第に上昇してゆき、そのままコンクリート中から逃散することになる。
【００３４】
また、打設されたコンクリート６９が所定の強度を発現した場合には、図示しないジャッキによりＰＣ鋼材２２に所定の緊張力を導入することによりプレストレスを導入し、ＰＣ鋼材２２の端部を例えばナット等により定着する。最後に、ＰＣ鋼材２２とシース２１とにより生成される間隙に対して上述したグラウト材２５を充填する。このグラウト材２５を充填する際には、電熱線１８を通電することにより鉄筋１４を加熱する。この通電に関しては、電熱線１８と直列に接続された図示しない電源からこの電熱線１８に対して電圧を印加させるようにしてもよい。また、この電熱線１８への加熱温度につき、サーモスタットを用いて調整するようにしてもよい。
【００３５】
この電熱線１８と図示しない電源から構成されるヒータについては、例えば、最高使用温度は、８０℃、瞬間最高許容温度を１５０℃／２０分としてもよい。
【００３６】
電熱線１８を介して加熱された鉄筋１４は、シース２１に対してその熱を伝導させる。このとき、少なくとも１の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱が、シース２１へ伝導していればよい。各鉄筋１４からシース２１への伝熱特性は、その鉄筋１４とシース２１の間隔や、その間隔を構成する材質等に支配されるところ、これらの間隔や材質により、全ての鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱が、シース２１へ伝導しない場合もある。しかしながら、少なくとも１の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱が、シース２１へ伝導していれば本発明所期の作用効果を得ることができる。
【００３７】
その結果、グラウト材２５の充填時においてシース２１は、かかる鉄筋１４からの伝熱に基づいて、より温められることになる。特に、シース２１に対して鉄筋１４は略平行となるように配設されていることから、かかる鉄筋１４の下部に沿って配設されている電熱線１８から発せられる熱は、シース２１に対してほぼ均一に伝わることになる。その結果シース２１全体はほぼ均一に温められることになり、グラウト材２５がある一定の箇所のみ溶解してしまうような不都合を回避することができる。
【００３８】
このため、グラウト材２５の充填を寒中において実行する場合においても、かかるグラウト材２５の凍結するのを防止することが可能となり、また凍結に基づくグラウト材２５自体の膨張をも抑制することが可能となるため、シース２１を埋設する周囲のコンクリート６９に亀裂が発生するのを防止することができる。
【００３９】
さらに、氷点下で施工作業を行う場合においても、シース２１がより温められることから、シース２１内に浸入した水の凍結を防止することができ、グラウト材２５とシース２１との間で空隙が形成されることがなくなることから、ＰＣ鋼材２２の耐腐食性、付着性の向上を図ることが可能となる。
【００４０】
このため、本発明を適用した橋桁１では、電熱線１８を通電することによりシース２２を温めることができるため、外気温に支配されることなくグラウト材２５を充填することが可能となる。特に寒冷地において橋桁１を構築する場合においても、寒中における工事を回避するための余計な日程調整をする必要もなくなり、より効率的な工事計画を立案することも可能となる。
【００４１】
さらに、シース２１内にグラウト材２５を充填した後においても電熱線１８を通電し続けるようにしてもよい。即ち、所定の硬化したグラウトを得るためには、かかるグラウト材２５を少なくとも５日間、５℃以上に保持することにより、水和反応を促進させる必要があるところ、電熱線１８を５日間に亘り通電することによりこれを容易に実現することができる。
【００４２】
また、グラウト材２５を５℃以上の保持するためには、シース２１と鉄筋１４との位置関係や、電熱線からの発熱量がより最適に調整されていることが必要となる。かる位置関係や発熱量の詳細は、以下に説明する解析モデルから特定することが可能となる。
【００４３】
先ず、解析モデルとして、図５に示すようにコンクリート６９中に三箇所に亘り配設された電熱線８１,８２,８３の中央にシース２１が設けられている２次元温度解析モデルを考える。この解析モデルでは、コンクリート６９中における熱の移動が、コンクリート６９内部における熱伝導と、コンクリート６９と大気との間における熱伝達に支配されることに着目したものである。
【００４４】
コンクリート６９の熱特性値が温度の影響を受けないと仮定した場合に、コンクリート６９内部の熱の支配方程式は、以下の式１）式で表すことができる。
【００４５】
【００４６】
ここで熱拡散率ｈｃは以下で表される。
ｈｃ＝λｃ／（Ｃｃ・ρｃ）
【００４７】
なお、上記式１）において、Ｔｃは、コンクリート６９の温度であり、λｃは、コンクリート６９の熱伝導率であり、ρｃは、コンクリート６９の密度であり、Ｃｃは、コンクリート６９の比熱であり、Ｑ（ｔ）は、任意時間ｔにおける発熱体温度である。
【００４８】
これらの式１）を解くためは、初期条件と環境条件を設定する必要がある。初期条件は、以下の式２）により表される。この初期条件は、コンクリート温度を示すものである。
【００４９】
Ｔｃ（ｘ、ｙ、０）＝Ｔｃ０・・・・・・・・・・・・・・・・・・式２）
【００５０】
コンクリート６９が外気や他の流体と接する部分においては、熱伝達境界として次式３）が成り立つ。この式３）において、コンクリート−空気の熱伝達率をαCとし、外気温もしくは外部の流体温度をＴＡとしている。
【００５１】
これらを離散化することにより、ＦＥＭ解析を行う。
【００５２】
この解析モデルにおいて、コンクリート６９の物性値として以下の値を用いる。即ち、コンクリート６９において、設計基準強度は、４０Ｎ／ｍｍ２であり、初期温度は２３℃であり、熱伝導率λｃは２．８Ｗ／ｍ℃であり、密度ρｃは、２４００ｋｇ／ｍ３であり、比熱Ｃｃは１．１５ｋＪ／ｋｇ℃である。また、この解析モデルにおいて、上下端に設定された熱伝達境界Ｃ１は、１５ｍｍ２／℃であり、左右端に設定された熱伝達境界Ｃ２は、６Ｗ／ｍｍ２℃である。
【００５３】
このような解析モデルに基づき、電熱線８１,８２,８３の温度を５０℃とし、外気音を２２℃とした場合における温度分布を図６に示す。電熱線８１,８２,８３からの距離が大きくなるにつれて温度が徐々に低くなる傾向が示されている。また、この図６に示す温度分布からシース２１の中心における温度を解析した結果、図７に示すように、３３℃程度になることが分かる。
【００５４】
ちなみに、今回の解析モデルと同様の実験系を構築し、電熱線８１,８２,８３の温度を５０℃として設定したところ、図７に示すように３１℃付近に落ち着くことが分かった。このため、今回の解析モデルは、実験系と比較して３℃前後までのずれがあるもののほぼ同一の傾向を示していることが分かる。このため、この解析モデルに基づいて解析した電熱線８１,８２,８３とシース２１の位置関係や電熱線８１,８２,８３の発熱量を、実際の電熱養生構造に適用し得ることも立証することができる。
【００５５】
ここで、上記解析モデルを用いて、外気温を−５℃に設定し、電熱線８１,８２,８３の温度を同様に５０℃した場合における温度分布を図８に示す。外気温が氷点下に設定されている場合においてもシース２１の温度を１８℃付近に維持することができることが分かる。このため、上述の如き解析モデルにおける電熱線８１,８２,８３とシース２１の位置関係、並びに電熱線８１,８２,８３の発熱量を実現することにより、グラウト材２５の充填を寒中において実行する場合においても、かかるグラウト材２５の凍結するのを防止することが可能となることが分かる。
【００５６】
なお、この図８に示す温度分布においては、電熱線８１,８２,８３の外延の比較的広い範囲において、温度が５℃以上になることが分かる。このため、電熱線８１,８２,８３につき、シース２１から離れた箇所に配設した場合においても、シース２１内の温度を５℃以上にすることができることが分かる。
【００５７】
なお、本発明を適用した橋桁１では、打設されたコンクリート６９中にバイブレータ５８を上方から挿入する工程において、以下に説明するような効果を奏する。図９に示すように、バイブレータ５８の先端は、鉄筋１４に対して上方から挿入されてくる。その結果、バイブレータ５８の先端と鉄筋１４とが衝突する場合があり、また互いに擦れたりする場合もある。このため、鉄筋１４の上部に沿って電熱線１８を設ける構成、或いは鉄筋１４の側部に沿って電熱線１８を設ける構成においては、かかる挿入されたバイブレータ５８の先端と接触してしまい、電熱線１８自身が切断されてしまう可能性がある。
【００５８】
これに対して、橋桁１では、あくまで鉄筋１４の下部に沿って電熱線１８を設けているため、図９に示すようにバイブレータ５８の先端が位置Ａ、位置Ｂにくる場合においてもこれとの接触を回避することができる。また、仮にバイブレータ５８の先端が位置Ｃに示すように斜め方向から挿入される場合においても、電熱線１８との接触を高い確率で回避することが可能となる。
【００５９】
特にこの電熱線１８は、鉄筋１４よりも細い外径からなるように構成されていることから、バイブレータ５８の先端に接触する確率をいきおい下げること可能となる。
【００６０】
ちなみに、電熱線１８は、鉄筋１４の下部中央に沿って直線状に設けることにより、バイブレータ５８の先端との接触を最も高い確率で回避することができる。但し、この電熱線１８の配設可能な範囲は、かかる鉄筋１４の下部中央に限定されるものではなく、図９中太線Ｄ〜Ｄ´の範囲で示される鉄筋１４の下半周としてもよい。かかる場合には、鉄筋１４の下部は、鉄筋１４の下半周とみなされることになる。また、電熱線１８は直線状となるように設けられる場合に限定されるものではなく、上述した配設可能な範囲内において蛇行するように設けられていてもよい。
【００６１】
なお、上述した実施の形態においては、あくまでバイブレータ５８をコンクリート６９の上方から下方に向かって挿入される場合を想定して説明をしたが、これと異なる方向からバイブレータ５８を挿入しなければならないケースにおいては、バイブレータ５８の先端も鉄筋１４に対して上方以外の側方や下方等から挿入されてくる場合もあり得る。このため、かかるケースが想定される箇所の鉄筋１４に対しては、バイブレータ５８の挿入方向に応じて電熱線１８の配設位置を鉄筋１４の下部以外となるように予め調整させるようにしてもよい。
【００６２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。例えば以下に説明するような棚筋を備える橋桁２に適用してもよい。
【００６３】
図１０(a)は、かかる橋桁２の断面図を示しており、図１０(b)は、橋桁２に配置されているシース周辺の拡大図を示している。この図１０において上述した図１に示す橋桁１と同一の構成要素や部材については、同一の番号を付すことによりここでの説明を省略する。
【００６４】
橋桁２は、部材軸方向に伸びるシース２２を支持するとともに鉄筋１４ｃ,１４ｄと交差して固着されてなる棚筋６１ａと、鉄筋１４ａ,１４ｂのみと交差して固着されてなる棚筋６１ｂとをさらに備えている。これら棚筋６１ａ,６１ｂは、脚柱１１の内側面に適宜の間隔で配設されている。
【００６５】
このような構成においても、ＰＣ鋼材２２とシース２１とにより生成される間隙に対して上述したグラウト材２５を充填する際に、電熱線１８を通電することにより鉄筋１４を加熱することができ、少なくとも１の鉄筋１４ａ〜１４ｄからの熱は、直接的にシース２１へ伝導することになり、或いは棚筋６１を介してシース２１へ伝導することになる。その結果、グラウト材２５の充填時においてシース２１は、温められることになり、寒中における作業時においてグラウト材２５が凍結するのを防止することが可能となる。
【００６６】
なお、本発明を適用したプレストレスコンクリート部材は、橋桁１，２に配設される場合に限定されるものではなく、少なくともコンクリートにより構成されるものであれば、他のいかなる構造に適用してもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明を適用した橋桁の構成につき示す図である。
【図２】橋桁に配設されるシース並びに鉄筋の斜視図である。
【図３】橋桁に配設されるシース並びに鉄筋の断面図である。
【図４】ＰＣ鋼材を脚柱の底面により近接させてこれを水平に配置する例につき示す図である。
【図５】温度分布の解析モデルにつき説明するための図である。
【図６】電熱線の温度を５０℃とし、外気音を２２℃とした場合における温度分布を示す図である。
【図７】温度分布の解析結果につき説明するための図である。
【図８】外気温を−５℃に設定した場合における温度分布を示す図である。
【図９】本発明の効果につき説明するための図である。
【図１０】本発明を適用した橋桁における他の構成につき示す図である。
【図１１】従来技術の問題点につき説明するための図である。
【符号の説明】
【００６８】
１，２ 橋桁
１１ 脚柱
１２ スラブ
１３ 枠型鉄筋
１４ 鉄筋
１８ 電熱線
２１ シース
２２ ＰＣ鋼材
２５ グラウト材
３１ 上側傾斜鉄筋
３２ 上端側部縦鉄筋
３３ 上端横鉄筋
３４ 上端側部縦鉄筋
３５ 上側傾斜鉄筋
３６，３７ 中間縦鉄筋
３８ 下側横鉄筋
４１ 溝
５８ バイブレータ
６１ 棚筋
６９ コンクリート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート中に埋設されたシース内にＰＣ鋼材が挿通され、前記ＰＣ鋼材の緊張によりプレストレスが導入された後に、前記シース内にグラウト材が充填されるプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造において、
前記シースに対して略平行な鉄筋が配設されているとともに、当該鉄筋の下部に沿って電熱線が設けられること
を特徴とするプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造。
【請求項２】
前記シース内に充填されたグラウト材が５℃以上となるように前記電熱線からの発熱量並びに前記シースに対する前記鉄筋の配置が調整されていること
を特徴とする請求項１記載のプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造。
【請求項３】
前記電熱線は、前記鉄筋の下部中央に沿って直線状に設けられ、又は前記鉄筋の下部中央に形成された嵌合溝に対して長手方向に連続して嵌合されてなること
を特徴とする請求項１又は２記載のプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造。
【請求項４】
コンクリート中に埋設されるシース内にＰＣ鋼材を挿通し、前記ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後に前記シース内にグラウト材を充填するプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法において、
前記シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに、電熱線を前記鉄筋の下部に沿って設け、
前記シース内にグラウト材を充填する際に、前記電熱線を通電することにより前記鉄筋を加熱すること
を特徴とするプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法。
【請求項１】
コンクリート中に埋設されたシース内にＰＣ鋼材が挿通され、前記ＰＣ鋼材の緊張によりプレストレスが導入された後に、前記シース内にグラウト材が充填されるプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造において、
前記シースに対して略平行な鉄筋が配設されているとともに、当該鉄筋の下部に沿って電熱線が設けられること
を特徴とするプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造。
【請求項２】
前記シース内に充填されたグラウト材が５℃以上となるように前記電熱線からの発熱量並びに前記シースに対する前記鉄筋の配置が調整されていること
を特徴とする請求項１記載のプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造。
【請求項３】
前記電熱線は、前記鉄筋の下部中央に沿って直線状に設けられ、又は前記鉄筋の下部中央に形成された嵌合溝に対して長手方向に連続して嵌合されてなること
を特徴とする請求項１又は２記載のプレストレスコンクリート部材の電熱養生構造。
【請求項４】
コンクリート中に埋設されるシース内にＰＣ鋼材を挿通し、前記ＰＣ鋼材の緊張に基づくプレストレスが導入された後に前記シース内にグラウト材を充填するプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法において、
前記シースに対して略平行な鉄筋を予め配設するとともに、電熱線を前記鉄筋の下部に沿って設け、
前記シース内にグラウト材を充填する際に、前記電熱線を通電することにより前記鉄筋を加熱すること
を特徴とするプレストレスコンクリート部材の電熱養生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１５９４４７（Ｐ２００６−１５９４４７Ａ）
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５０２３６（Ｐ２００４−３５０２３６）
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（０００１０３７６９）オリエンタル建設株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２２日（２００６．６．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（０００１０３７６９）オリエンタル建設株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
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