【ＰＣ】

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ゆりかかがんじ
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1 鉛直打継目を有する高強度コンクリート PPC 梁の曲げひび割れ性状群馬大学大学院工学研究科正会員博士 ( 工学 ) 李春鶴群馬大学大学院工学研究科正会員工博辻幸和群馬大学工学部正会員池田正志 strct:in the present study, it presented some results of the experimentl investigtion of the flexurl crcking ehviors of prtilly prestressed concrete(ppc) ems using high strength concrete compred with the norml strength concrete PPC ems. The ending moment when the width of the mximum crck reched t.2mm ws incresed ccording to n increse in concrete strength nd the mount of the prestress of PPC ems, respectively. Moreover, flexurl crcking width of the high strength concrete PPC em ws possily decresed in cse of smll rtio of reinforcement PPC em. However, even if the high-strength concrete ws used for different rtio of reinforcement in the PPC em, the flexurl crcking width could hrdly e decresed. Key words: High strength concrete,verticl construction joint,prtilly prestressed concrete, Flexurl crcking ehvior 1. はじめに鉄筋コンクリート構造 (RC) の弱点である載荷によるひび割れを制御することを主目的に, パーシャルプレストレストコンクリート構造 (PPC) が多方面において採用されており, 近年では大規模なまた長大なPPC 構造物にも適用されてきているまた, コンクリートを一度に打ち込んで構造物を建造することは困難であり, 鉛直打継目の設置が避けられなくなってきている鉛直打継目がコンクリート部材 1), 鉄筋コンクリート (RC) 梁 2),PPC 梁 3),4) の力学的性状に及ぼす影響については, これまで報告してきた本研究では, 鉛直打継目を有する高強度コンクリートを用いたPPC 梁の曲げひび割れ性状を報告する作製したPPC 梁供試体は, 鉛直打継目の位置とその処理方法, プレストレスの導入量, 引張鉄筋の使用量,PCグラウトの品質を主な要因にとり, 普通コンクリートを用いたPPC 梁と対比して述べるものである単位 :mm 5 6@1 4@ 実験概要 2.1 供試体実験は,2シリーズに分けて行った図 -1には, 梁供試体の形状寸法および鉄筋とPC 鋼棒の配置を示す 5 シリーズの梁は, 幅が mm, 高さが mm, 全長が 3mm, スパン長が mm の対称 2 点集中荷重を受ける単純ばりであ or 8 6@1 5@2 5 or 35 7 or 4 7 or 4 17 or2 135 () シリーズ打継目位置 I 打継目位置 II 48 () シリーズ 5 4@ 図 -1 梁供試体の形状寸法と載荷方法 (c) 断面図 D13 単位 :mm Φ13 D13, D19, D25

2 シリーズ表 -1 供試体の諸元コンクリート PC グラウトの引張引張打継目位打継目処理せん断スパン /d 載荷点距離供試体名の設計基準強目標強度鉄筋鉄筋比置方法度 (%) (mm) (mm) HO HII-2 2 HII II HII-2 2 HII-4 4 D13.38 NO NII-2 2 NII II NII-2 2 NII-4 4 HO-D13 D13.38 HO-D19 D HO-D25 7 D HI-D13 D I HI-D25 D NO-D13 D NO-D19 D NO-D25 4 D NI-D13 D I NI-D25 D る曲げモーメント一定区間は mm とした下面の引張縁から 5mm の位置に引張鉄筋 D13 を 5 本, 上面から 5mm の位置に圧縮鉄筋 D13 を 2 本それぞれ配置した 12mm のせん断スパンにはスターラップ D6 を 1mm と 2mm 間隔で配置したシリーズの梁は, 断面の形状寸法はシリーズと同じであるが, 全長が 48mm, スパン長が 42mm と長いものである主鉄筋は, 引張鉄筋は下面の引張縁から 5mm の位置に呼び名を D13, D19, D25 の 3 種類に変えてそれぞれ 5 本を配置し, 圧縮鉄筋は上面圧縮縁から 5mm の位置に呼び名 D13 を 2 本配置したスターラップには D6 を用い, 支点から 35mm の区間には 1mm 間隔で, それから載荷側 1mm の区間には 2mm 間隔で配置したまた, シリーズおよびシリーズの梁はともに, 下面から 15mm の位置に呼び径 3mm のシースを 2 本配置し, コンクリートの打込み後シース内にて Φ13 の PC 鋼棒を緊張し,PC グラウトの充填を経て, 載荷試験に供した梁供試体の諸元を表 -1 に示すシリーズでは, 鉛直打継目の位置とその処理方法,PC グラウトの品質, プレストレスの導入量を要因とし, 計 1 体の供試体を作製したシリーズでは, 打継目の有, 引張鉄筋の使用量を要因とし, 計 1 体の供試体を作製した梁供試体名の前半部分の英文字は, シリーズおよびシリーズの梁はともに, 順次コンクリートの強度 ( 高強度コンクリートは H, 普通強度コンクリートは N で示す ), 打継目の有 ( 打継目しは O, 打継目有りはあるいはで示す ) とその位置 ( 梁の中央断面は I で, せん断スパンの中央断面は II で示す ) を示すシリーズの場合, 後半部分の数字と英文字は, それぞれ PC グラウトの目標強度 ( 圧縮強度が 2N/mm 2,4N/mm 2 のを, それぞれ 2,4 で示す ) とプレストレス導入量 ( 緊張力が,PC 鋼棒の耐力規格値の 8% は,6% はで示す ) を示すシリーズの場合, 後半部分の英数は, 引張鉄筋の呼び名を表すなお, すべての供試体の PC グラウトの目標強度は,4N/mm 2 であり, プレストレス導入量は,PC 鋼棒の耐力規格値のシリーズ設計基準強度表 -3 コンクリートの示方配合および載荷時の圧縮強度表 -2 結合材の物性値結合材密度比表面積 (g/cm 3 ) (cm 2 /g) 普通ポルトランドセメント早強ポルトランドセメント高炉スラグ微粉末 N 高炉スラグ微粉末 S 625 粗骨材のセメンスランプ W/C s/ 単位量 (kg/m 3 ) 最大寸法ト種類 (mm) (mm) (%) (%) セメント水細骨材粗骨材減水剤 E 剤 7 早強 2 12± 載荷時の圧縮強度 35 普通 25 8± 早強 2 12± 普通 2 12±

8% である表 -2 にコンクリートおよび PC グラウト表 -4 PC グラウトの配合および圧縮強度設計基準 W/ PC グラウト高性能 E 1 パッチあたりの質量 (g) 材齢 28 日のシリ強度用混和剤の減水剤の添結合材高性能 PC グラウト用混和剤圧縮強度ーズ添加率加率水高炉スラグ微粉末 E 減水 (%) セメント (%) (%) 量種類量種類剤 N 19.6 2 65 2.

6 表 -5 鉄筋および PC 鋼棒の力学特性シリーズ鋼材種類呼び名弾性係数 (kn/mm 2 ) 降伏強度引張強度に使用した結合材の物性値を示す普通圧縮鉄筋 D13 191 384 588 引張鉄筋および早強の2 種類のポルトランドセメスターラップ D6 178 369 562 PC 鋼棒 Φ13 199 137 1467 ントと比表面積が異なる ( 高炉スラグ微圧縮鉄筋 D13

シリーズは 35N/mm 2, シリーズは4N/mm 2 の普通強度のものとの2 種類を使用した載荷試験時の圧縮強度は, シリーズの普通強度は 35.1N/mm 2, 高強度は71.N/mm 2 であり, シリーズの普通強度は47.1N/mm 2, 高強度は79.

3 8% である表 -2 にコンクリートおよび PC グラウト表 -4 PC グラウトの配合および圧縮強度設計基準 W/ PC グラウト高性能 E 1 パッチあたりの質量 (g) 材齢 28 日のシリ強度用混和剤の減水剤の添結合材高性能 PC グラウト用混和剤圧縮強度ーズ添加率加率水高炉スラグ微粉末 E 減水 (%) セメント (%) (%) 量種類量種類剤 N CEEX S N 25 F S 175 CEEX S 25 F 51.6 表 -5 鉄筋および PC 鋼棒の力学特性シリーズ鋼材種類呼び名弾性係数 (kn/mm 2 ) 降伏強度引張強度に使用した結合材の物性値を示す普通圧縮鉄筋 D 引張鉄筋および早強の2 種類のポルトランドセメスターラップ D PC 鋼棒 Φ ントと比表面積が異なる ( 高炉スラグ微圧縮鉄筋 D 粉末 4はN,はSで示す )2 引張鉄筋 D 種類の高炉スラグ微粉末を使用した D スターラップ D 表 -3には, コンクリートの示方配合と PC 鋼棒 Φ 載荷時の圧縮強度を示すコンクリートは設計基準強度が, 両シリーズとも7N/mm 2 の高強度のものと, シリーズは 35N/mm 2, シリーズは4N/mm 2 の普通強度のものとの2 種類を使用した載荷試験時の圧縮強度は, シリーズの普通強度は 35.1N/mm 2, 高強度は71.N/mm 2 であり, シリーズの普通強度は47.1N/mm 2, 高強度は79.5N/mm 2 である () 打継目処理 () 打継目処理表 -4には,PCグラウトの配合および圧縮強度を示す PCグ写真 -1 打継目の処理方法ラウトの品質は, 目標強度を2N/mm 2,4N/mm 2 の2 種類とした高炉スラグ微粉末を2 種類,PCグラウト用混和剤を2 種 ( ブリーディング防止タイプを,CEEXで示すノンブリーディング高粘性タイプを,Fで示す) をそれぞれ使用したそれらを組み合わせてPCグラウトを作製した PCグラウトの材齢 28 日の圧縮強度は, シリーズの場合平均して19.5N/mm 2,39.N/mm 2, シリーズの場合 51.6N/mm 2 であった写真 -2 載荷状況表 -5には, 鉄筋およびPC 鋼棒の力学的特性を示すシリーズは, 全部の供試体の引張鉄筋の呼び名はD13であり, シリーズは, 供試体ごとに引張鉄筋の呼び名が異なり, 計 3 種類の引張鉄筋を用いたまた, シリーズ, シリーズともに,PC 鋼棒にはSPR93/18を使用した打継目は, その処理方法により2 種類とした遅延剤の塗布と水洗いを行い, 粗骨材の粒が現われるまで処理することで, 接着が十分なもの (で示す ), ワイヤーブラシを用いて処理し接着が足りないもの (で示す ) に分けた写真 -1には, 打継目処理後の断面の状態を示す図 -1に示すように, シリーズの場合, 打継目なしと梁のせん断スパンの中央断面に設けたものの計 2 種類とし, シリーズは, 打継目なしと打継目が梁の中央断面に設けたものの計 2 種類とした 2.2 載荷試験方法載荷方法は, シリーズでは, 支点間距離をmm, 載荷点距離をmmと統一したシリーズでは, 支点間距離は42mmと一定であるが, 載荷点間距離が, 引張鉄筋の呼び名がD13,D19の供試体の場合は14mm, 引張鉄筋の呼び名がD25の供試体の場合は8mmとした載荷速度はいずれの供試体でも1kN/minの荷重制御で行った鋼材が降伏し一般に供試体の最大耐力を確認した後, コンク

4 リートの圧縮縁の圧壊に至る, いわゆる静的漸増載荷試験とした写真 -2は載荷状況を示す測定項目は, 荷重, たわみ, 引張鉄筋ひずみ, コンクリートの曲げひび割れ幅とした曲げひび割れ幅は, 曲げモーメント一定区間の引張鉄筋位置とPC 鋼棒の位置となる梁側面部に, 測定長が1mmのπ 型変位計を用いて測定した PC 鋼棒, 引張鉄筋, 圧縮鉄筋およびスターラップのひずみは, 貼付したゲージ長が6mmのワイヤーストレインゲージによりデータロガーを介してひずみを測定し, 記録を行ったまた, コンクリートの圧縮縁ひずみは曲げモーメント一定区間の中央位置で, 引張縁ひずみは曲げモーメント一定区間全体および打継目位置で, ゲージ長が6mmのワイヤーストレインゲージによりそれぞれ測定したたわみは, 支点間中央および支点にたわみ計を設置して測定を行った曲げひび割れ発生モーメント (kn m) 図 -2 曲げひび割れ発生モーメント ( シリーズ ) 3. 曲げひび割れ発生モーメント 2 シリーズの供試体に打継目を設けた梁は, 図 -2 に示す引張鉄筋 D13 D19 D25 D13 D25 呼び名ように, 一体型供試体と比較して曲げひび割れ発生モーメ打継目有有ントが小さくなった曲げモーメント一定区間に比べ, 作図 -3 曲げひび割れ発生モーメント用曲げモーメントが 1/2 となるせん断スパンの中央のⅡ 断 ( シリーズ ) 面に打継目を設けた梁は, 打継目の処理が悪いシリーズにおいてのみ, 打継目に最初に曲げひび割れが発生した打継目部分でのコンクリートの接着強度が著しく小さいためであるそして,Ⅱ 断面の打継目の処理に遅延剤を用いることより, 一般に曲げひび割れ発生モーメントの低減が緩和され, 曲げモーメント一定区間に最初のひび割れが発生することが確かめられた曲げひび割れ発生モーメント (kn m) 高強度コンクリートを用いたの曲げひび割れ発生モーメントは, 普通強度のコンクリートを用いたと比較すると, いずれのケースにおいても大きくなることも確かめられたシリーズでは, 図 -3 に示すように, コンクリートを高強度としても, 曲げひび割れ発生モーメントの増加が, シリーズほど顕著ではないことが認められるそして, 呼び名 D19 の引張鉄筋を配置した梁では, 曲げひび割れ発生モーメントが普通強度コンクリートを用いた梁よりも少し小さくなっている実験値のばらつきもあり, その理由は不明であるが, 高強度コンクリートの自己収縮の悪影響が大きく出たことが考えられる曲げひび割れ発生モーメントに関しては, 打継目が及ぼす影響がコンクリート強度および鉄筋径 ( 引張鉄筋比 ) の影響よりも大きいことが認められる 4. 曲げひび割れの本数と間隔シリーズの普通強度のコンクリートを用いた梁では, 図 -4() に示すように, 曲げモーメント一定区間に生じたひび割れの本数の平均は 5. 本であるのに対し, 高強度コンクリートを用いたHシリーズでは 4.4 本であったコンクリート強度を 35N/mm 2 から 7N/mm 2 に増加させると, 曲げモーメント一定区間のひび割れの本数は約 1% 減少したこれは, 土木学会コンクリート標準示方書 5) に規定されている曲げひび割れ幅の算定式のように, コンクリートの強度が大きくなるほど, ひび割れ分散性が良くなるという傾向と異なる図 -4(),(c) に示すように, コンクリート強度が高い梁では, 鉛直打継目の有にかかわらず,

5 せん断スパンのひび割れ本数が少なくなっていることが認められるシリーズの各梁供試体に発生するひび割れは, すべて曲げひび割れが卓越した図 -5 は, 曲げひび割れの平均間隔の測定値を, 計算値と比較して示すここで述べる曲げひび割れの平均間隔の測定値は, 引張鉄筋ひずみが 15μ 前後のひび割れがほぼ定常状態となった時における曲げモーメント一定区間内に発生したひび割れ間隔の平均値である計算式の示方書式は, 土木学会コンクリート標準示方書 5) に規定されている式,PRC 指針は, 日本建築学会プレストレスト鉄筋コンクリート構造設計施工指針 6) に規定されている式より算定した値を示すひび割れ幅は, ひび割れ間の鉄筋の伸びとコンクリートの伸びの差により生じるものであり, 一般にはひび割れ間隔に関する項とひずみに関する項との積として与えられるゆえに, 同一荷重作用時のひび割れ幅は, ひび割れ間隔に大きな影響を受ける今回の実験要因の中で, 示方書式は引張鉄筋 ( 主鉄筋 ) 径, コンクリート強度, かぶりなどの影響が考慮されているしかしながら PRC 指針式には, 引張鉄筋 ( 主鉄筋 ) 径, かぶり ( 厚さ ) などの影響が考慮されているが, コンクリート強度は考慮されていない図 -5に示すように, 土木学会示方書式を用いると, 曲げひび割れの平均間隔は, コンクリートの強度にかかわらず, 測定値よりも大きく算定されるまた打継目が有る梁においては, 曲げひび割れの間隔が大きくなる傾向が, 呼び名 D13を配置した梁ではいずれのコンクリート強度でも明瞭であるしかしながら, 呼び名 D25を配置した梁では打継目の影響はほとんど認められない 5. 曲げひび割れ幅曲げひび割れ発生本数曲げひび割れ発生本数 () 曲げモーメント一定区間 ()Ⅱ 断面のせん断スパン曲げひび割れ発生本数 (c) 打継目しのせん断スパン図 -4 曲げひび割れ本数 ( シリーズ ) ここで議論する曲げひび割れ幅の測定値は, 曲げモーメント一定区間の引張鉄筋位置の測定値であ曲げひび割れの平均間隔 (mm) D13 [PRC 指針 ] D19 普通強度 (): 曲げモーメント一定区間 8mm 高強度引張鉄筋呼び名 ( ) ( ) D25 打継目有 [ 示方書式 ( 普通強度 )] [ 示方書式 ( 高強度 )] ( ) 曲げひび割れ発生モーメント (kn m) Nシリーズ Hシリーズ図 -5 曲げひび割れの平均間隔 ( シリーズ ) 図 -6 最大ひび割れ幅が.2mm の時の曲げモーメント ( シリーズ )

6 る図 -6 に示すように, シリーズのでは,N シリーズと比較すると, 最大ひび割れ幅が.2mm に達する曲げモーメントが大きくなる傾向がいずれのケースにおいても認められるまた, 高強度コンクリートを用いた梁の曲高強度.3 () () げひび割れ幅が小さくなっているなお, 曲げひび割れ幅.2 引張鉄筋ひず () みが15μ に及ぼすPCグラウトの強度の影響は, ほとんど認められな.1 () () 引張鉄筋ひずかったまた, プレストレスの導入量が大きい梁が, 曲げみが5μ ひび割れ発生モーメントは大きくなっている. D13 D19 D25 図 -7は, シリーズの平均曲げひび割れ幅に及ぼす引張引張鉄筋呼び名図 -7 平均曲げひび割れ幅 ( シリーズ ) 鉄筋径の影響を, コンクリート強度および打継目の有などの影響も考慮して総合的に示している平均曲げひび割れ幅は, 引張鉄筋のひずみが5μおよび 15μに達した時の測定値である図に示すように, 引張鉄筋径が太くなることによって, 平均曲げひび割れ幅が小さくなることが認められるしかしながら, コンクリート強度の影響は明確ではないまた, 打継目が有ると, 平均曲げひび割れ幅が大きくなることは, 引張鉄筋の呼び名がD25を用いた場合で高い荷重レベルにおいて明瞭である平均曲げひび割れ幅 (mm).5.4 (): 曲げモーメント一定区間 8mm 普通強度打継目有 6. まとめ鉛直打継目を有する高強度コンクリートを用いたPPC 梁の曲げひび割れ性状について, 普通強度コンクリートを用いたPPC 梁と比較した実験的な検討結果を報告し, 以下の結果が認められた (1) 最大ひび割れ幅が.2mm に達するときの曲げモーメントは, コンクリート強度を大きくすること, プレストレス導入量を大きくすることにより, それぞれ大きくなるなお, この曲げモーメントに及ぼす PC グラウト強度の影響は小さい (2) 高強度コンクリートを用いると引張鉄筋比が小さい PPC 梁では, 曲げひび割れ幅が減少できる結果を得たものの, 引張鉄筋比を要因に採った引張鉄筋比の大きい PPC 梁では, 高強度コンクリートを用いても曲げひび割れ幅はほとんど減少できなかった謝辞本研究は,FKK 極東鋼弦コンクリート振興 ( 株 ) との共同研究を受けて実施したものである付記して, 厚くお礼を申し上げる参考文献 1) 森脇貴志, 中島貴弘, 辻幸和, 池田修 : ポリマーセメントモルタルを用いた打継目の曲げ性状, コンクリート工学年次論文報告集,Vol.16,No.1,pp , ) 森脇貴志, 辻幸和, 橋本親典, 木暮健 : 鉄筋コンクリートはりによるポリマーセメントモルタルを打継ぎ材に用いた打継目の性能評価, 土木学会論文集,No.538/Ⅴ-31,pp.1-14, ) 池田正志, 辻幸和, 李春鶴, 杉山隆文 : 鉛直打継目を有するコンクリート強度が異なる PPC はりの曲げおよびせん断性状, プレストレストコンクリートの発展に関するシンポジウム論文集, Vol.15, pp ,26. 4) 李春鶴, 辻幸和, 半井健一郎, 有賀大峰 : 異なる呼び名の引張鉄筋を用いた PPC はりの曲げ性状, プレストレストコンクリートの発展に関するシンポジウム論文集,Vol.16, pp ,27. 5) 土木学会 : コンクリート標準示方書設計編,pp.12-15, 27. 6) 日本建築学会 : プレストレスト鉄筋コンクリート (Ⅲ 種 PC) 構造設計施工指針同解説, 23.

コンクリート工学年次論文集Vol.35

コンクリート工学年次論文集Vol.35 報告曲げひび割れ幅算定式の適用性の評価栖原健太郎 *1 辻幸和 *2 吉野亮悦 *3 *4 岡村雄樹要旨 : 有効高さが異なる4 種類の鉄筋コンクリート梁と, 膨張コンクリートを用いた鉄筋コンクリート梁の曲げ載荷試験を行い, 代表的な曲げひび割れ幅の算定式 ( 土木学会コンクリート標準示方書, プレストレスト鉄筋コンクリート (Ⅲ 種 PC) 構造設計施工指針同解説,ACI 318-,BS