JP3816665B2 - Cable terminal fixing structure using fiber reinforced plastic strand and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土木建築構造物の緊張材等に用いられるケーブルであって、繊維強化プラスチック(以下「FRP」と称する。)製素線を用いたケーブルの端末定着構造及びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、土木建築構造物の緊張材等に用いられるケーブルの素線として、FRP製素線が注目されている。このFRPは、炭素繊維等の非金属繊維とエポキシ樹脂等とからなる複合材料であり、軽量でありながら引張強度が非常に高く、構造物の緊張材として特に適した特性を有している。
【0003】
従来、このようなFRP素線を用いたケーブルの端末定着構造として、図10(a)(b)に示すようなものが知られている。図において、複数本のケーブル素線90の端末部が筒状のソケット92内に挿入され、このソケット92の入口側(図10(a)では右側)開口がスペーサプレート94によって塞がれている。ソケット92内のすき間(素線90同士のすき間及び素線90とソケット92の内周面とのすき間)にはエポキシ樹脂等からなる定着体96が充填され、この定着体96と素線90との接着により、素線90の定着が行われている。さらに、ソケット92の入口側内周面は当該入口に向かうに従って縮径するテーパー面93とされ、この領域において、素線90さらにはこれに接着されている定着体96に加えられる引張力(図10(a)では右方向の引張力)がソケット径方向内側への圧縮力に変換され、この圧縮力によって素線90の定着力の強化が図られている。
【0004】
しかし、この構造では、基本的に素線90と定着体96との接着力のみで定着が行われているので、充分な定着を行うためにはソケット90を非常に長くしなければならず、低廉化、コンパクト化は難しい。また、定着体96の弾性率が低く、特に高荷重下では定着体自身の形状が保てなくなるため、大容量のFRPケーブルには適用できない不都合もある。
【0005】
そこで、特表平9−501748号公報には、エポキシ樹脂中に鋼球やガラス玉等の高剛性体を多数含有させたものを定着体として用いた構造が開示されている。この構成によれば、定着体全体の剛性を高めてその変形を抑止できるとともに、ソケット内テーパー面の存在により生ずる径方向内側への圧縮力を受けて定着体中の高剛性体が各素線に強い力で押圧されることにより、その摩擦力で素線端末の定着が行われる。従って、ソケット長を特に長くしなくても充分な定着力を確保することが可能になる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、FRP製素線は、軽量でかつ引張強度が高いという優れた特性をもつ反面、その軸方向に直交する方向の力(せん断力も含む)には弱くて脆いという欠点がある。ここで、前記特表平9−501748号公報のものでは、剛性の高い多数の高剛性体が素線表面に対して少ない接触面積(ほぼ点接触)で押圧されるため、FRP製素線にとって不利な方向(すなわち軸方向と直交する方向)の圧力最大値が非常に高くなるおそれがある。
【0007】
本発明は、このような事情に鑑み、充分な定着力を確保しながら、FRP素線にその軸方向と直交する方向に発生する応力を有効に下げることができるFRP製素線を用いたケーブルの端末定着構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、複数本の繊維強化プラスチック製素線の端末がソケット内に挿入され、このソケット内のすき間に上記素線の端末を定着させるための定着体が充填される繊維強化プラスチック製素線を用いたケーブルの端末定着構造において、上記ソケット内に端末側から離れるに従って小径となる方向のテーパー状内周面が形成され、少なくとも端末側領域に充填される定着体が、バインダと、当該バインダよりも剛性が高く上記素線間のすき間に侵入可能な大きさの多数の高剛性体とで構成される複合定着体とされるとともに、少なくともこの複合定着体が充填される領域において、各素線の表面に当該表面を個別に被覆する被覆体が固着されているものである。
【0009】
この構造によれば、少なくとも端末側領域に充填される定着体のバインダ中に高剛性体が含まれているので、その分定着体が変形しにくく、大容量ケーブルの使用にも耐え得る構造とすることができる。また、ソケット内面のテーパー作用により高剛性体が被覆体表面に押付けられ、この押付けによる摩擦力で素線が保持されるので、素線と定着体との接着力のみで定着を行う構造に比べ、ソケット長を小さくしながら充分な定着力を確保することが可能である。しかも、各高剛性体と素線との間に被覆体が介在することにより、各高剛性体から素線に加えられる局部的な押付け力が素線表面に分散されると同時に、定着体から素線に作用する押付力が軸方向に分散され、素線にその軸方向と直交する方向に生ずる応力の最大値が下がり、素線中の繊維の破損が未然に防止される。
【0010】
また、この定着構造では、素線に作用する曲げ荷重によってソケットの入口側端部付近に応力が集中する傾向があるが、この応力集中についても上記被覆体の存在によって緩和することができ、構造全体での応力最大値を大幅に下げることができる。
【0011】
また、上記被覆体を樹脂層を介して素線の表面に接着することにより、上記被覆体だけでなく接着樹脂層によっても応力が分散され、応力最大値はさらに低減する。
【0012】
ここで、上記被覆体の少なくとも一部を筒状被覆体とすれば、素線を高剛性体からより確実に保護することができる。一方、上記被覆体の少なくとも一部を上記筒状被覆体よりも曲げ変形しやすい可撓性を有する部材とすれば、その配設部位で素線をソケットに応じた形状に湾曲させることが可能になる。可撓性を有する部材としては、軟質管や薄膜ラッピング等を用いてもよいが、コイルバネ状被覆体とすれば、軟質管よりも素線に追従させることができ、しかも、薄膜ラッピングより丈夫にすることができる。
【0013】
上記高剛性体の具体的な形状は問わないが、これを球状とすれば、充填密度を均一にすることができ、また、被覆体を傷つけるおそれがなく、さらに、高剛性体の向きにかかわらず当該高剛性体と被覆体との接触状態を一定にすることができる。
【0014】
上記高剛性体の材質も、比較的剛性の高いものであれば特に問わないが、この高剛性体をバインダよりも比重の大きい材料(より好ましくは、比較的比重が大きくて入手の容易な鋼材等)で構成すれば、後述の製造方法により高剛性体の充填度の高い端末定着構造を得ることができ、また、高剛性体の充填密度を端末側に向かうに従って大きくすることができる。このように高剛性体の充填密度に勾配を与える、すなわち定着体の剛性に勾配を与えることにより、ソケット入口側に集中しやすい素線応力をさらに軸方向に分散させることが可能になる。
【0015】
上記素線の材質も、FRPであればその具体的な種類を問わないが、この素線を炭素繊維強化プラスチック(CFRP)のように導電性を有するFRPで構成する場合には、上記被覆体を絶縁材料で構成することにより、電気腐食を防ぐことができる。
【0016】
上記ソケット内にテーパー面を形成する領域は、適宜設定すればよいが、このテーパー面がソケット入口端まで至っている場合には、そのテーパー作用に起因して素線にその軸方向と直交する方向に作用する荷重が最大となる位置と、ケーブルの曲げ荷重に起因して素線にその軸方向と直交する方向に作用する荷重が最大となる位置とがソケット入口端に重なることになり、応力集中度合いが高くなる。これに対し、上記ソケットの端末側と反対側の端部を内径が軸方向に一定であるフラット部とし、ソケット入口端にはテーパー作用による荷重が作用しないようにすることにより、上記の応力集中の重なりを避けることができる。
【0017】
さらに、上記フラット部の肉厚を他の部分の肉厚よりも小さくして当該フラット部を撓みやすくすれば、ケーブルに作用する曲げ荷重を上記フラット部の撓みによって分散させることができ、素線応力をさらに緩和できる。
【0018】
各素線の端末は、定着体内に埋め込んでもよいが、上記ソケット内に充填された定着体の後方の位置に、各素線の端末が固定された状態で上記定着体に後方から接触する背圧付与部材を設ければ、各素線に作用する引張荷重を利用して定着体に背圧(端末側からの圧力)を付与することができ、この背圧によってテーパー作用による定着力をさらに高めることが可能になる。
【0019】
そして、各素線の端末を当該端末同士が離間する状態で背圧付与部材に固定することにより、素線端末同士の間に適当なすき間を確実に保つことができ、そのすき間に高剛性体を侵入させることができる。これにより、高剛性体から被覆体に与えられる押圧力の等方性を高め、当該押圧力の方向が偏ることに起因する素線の局部曲げ応力の発生を防ぐことができる。
【0020】
なお、上記背圧付与部材へ各素線端末を固定する手段は特に問わないが、各素線を被覆する被覆体の端末部を端末に向かうに従って拡径するテーパー部とし、このテーパー部が嵌入可能なテーパー状貫通孔を背圧付与部材に設ければ、この背圧付与部材から素線及び被覆体が前方に抜けるのを確実に防止できる。
【0021】
また本発明は、上記端末定着構造の製造方法であって、ソケット内に各素線及びその被覆体を挿入する素線挿入工程と、ソケットの端末側端部と反対側の端部を上に向けた状態で当該反対側の端部からソケット内に流動状態のバインダと複数の高剛性体との複合定着体を注入する定着体注入工程と、ソケット内のソケット内の高剛性体に外力を加えてその充填密度を端末側端部に近いほど高くする高密度化工程と、上記バインダを硬化させる硬化工程とを行うものである。
【0022】
ここで、上記高密度化工程としては、例えばソケットの端末側端部から同ソケット内の高剛性体をエア吸引もしくは磁気的に吸引するようにしてもよいが、高剛性体の入ったソケット全体を振動させる加振工程を行うだけの簡単な方法でも上記高密度化が可能である。
【0023】
この方法によれば、上記加振工程でソケットを振動させることにより、簡単な構成でソケット内の高剛性体の充填密度を高め、ひいては定着体全体の剛性を有効に高めることができる。しかも、端末側に向かうに従って高くなるような充填密度勾配(すなわち剛性勾配)を自動的に形成することができる。
【0024】
ここで、上述の背圧付与部材を導入する場合には、上記挿入工程として、ソケットに各素線を挿通し、かつ、各素線に被覆体を被着して各素線の端末を共通の背圧付与部材に固定する工程と、当該背圧付与部材をソケット内に挿入する工程とを行えばよい。
【0025】
また、上記定着体注入工程としては、流動状態のバインダをソケット内に注入するバインダ注入工程と、この注入されたバインダ内に高剛性体を浸漬させる高剛性体浸漬工程とを行うようにすればよい。この場合、バインダ注入工程と高剛性体浸漬工程の順序はどちらが先でもよい。
【0026】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0027】
図1に示す定着端末構造では、ケーブルを構成する多数本のFRP製素線10(図では便宜上1本のみ表示)がソケット20内に挿入され、各素線10の端末がバックプレート(背圧付与部材)30に固定されている。
【0028】
なお、本発明において、FRP製素線10に用いられる強化用繊維及び合成樹脂の種類は問わず、前者としては、ガラス、ホウ素、炭化ケイ素、アルミナ、炭素、アラミド、鋼等が好適であり、後者としては、エポキシ、ナイロン、ポリエステル等が好適である。
【0029】
この構造の特徴として、各素線10の端末部、すなわち、ソケット20内に挿入されている部分には、筒状被覆体12及びコイルばね状被覆体14が被着されている。筒状被覆体12は、素線端末から長さL1までの領域に配せられ、コイルばね状被覆体14は、筒状被覆体12の端部から長さL2までの領域に配せられている。これらの被覆体12,14は、図3に示すような樹脂(例えばエポキシ樹脂)によって素線10の表面に接着されている。
【0030】
なお、本発明において各被覆体12,14の具体的な材質は問わず、鋼材、非鉄金属、ガラス、ゴム、セラミック、プラスチック、合成樹脂、紙等、種々のものが適用可能である。ただし、素線10が導電性を有するFRP(例えば炭素繊維強化プラスチック)からなるものである場合には、被覆体12,14を樹脂等の絶縁材料で構成することにより、素線10による電気腐食を回避できる利点が得られる。
【0031】
ソケット20の本体部22は、前後に開口する筒状をなし、その大半部は端末側(図1では右側)から離れるに従って縮径する方向のテーパー角θをもつテーパー状内周面24を有している。これに対し、端末側端部(図1では右側端部)及び入口側端部(同図左側端部)は、それぞれテーパー状内周面24と連続するフラット内周面(軸方向に内径が均一な内周面)をもつフラット部26,28とされ、さらに、入口側のフラット部28は、それ以外の本体部22よりも薄肉の形状(すなわち外径が小さい形状)とされている。
【0032】
各素線10の端末は、図2(a)(b)にも示すようなバックプレート30に固定され、このバックプレート30は端末側のフラット部26内に挿入されている。各素線10の端末固定位置は、当該素線端末同士が離間する位置に設定されている。すなわち、バックプレート30への端末固定により、端末同士のすき間が確保されている。詳しくは、図3に示すように、素線10に接着されている筒状被覆体12の端末部が端末側に向かうに従って拡径する方向のテーパー部12aとされる一方、バックプレート30には当該テーパー部12aに合致するテーパー状の貫通孔32が正面からみて蜂の巣状に点在しており、各貫通孔32に上記テーパー部12aが嵌まり込むことにより、バックプレート30からソケット入口側への素線10及び筒状被覆体12の抜け止めがなされている。
【0033】
ソケット20内のすき間(すなわちソケット20の内周面と素線10とのすき間及び素線10同士のすき間)には、バインダ50中に多数の高剛性体52を含有する定着体が充填されている。高剛性体52は、バックプレート30からソケット中間部までの領域A1にのみ充填され、バインダ50は、上記領域A1に加え、ソケット入口に至る領域A2(すなわちソケット内全領域A1,A2)にも充填されている。
【0034】
バインダ50の材質としては、流動状態から加熱等の適当な処置により硬化する特性を有するものが好ましく、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂の他、ゴム、あるいはシリコン等の無機材料が適用可能である。
【0035】
高剛性体52の材質は、なるべく剛性の高いものが好ましく、鋼材の他、非鉄金属、ガラス、ゴム、セラミック、砂、プラスチック、鉱物等が適用可能である。特に、バインダよりも比重の大きな材料を用いることにより、後述のより優れた効果が得られ、この効果は当該比重が大きいほど顕著となる。
【0036】
高剛性体52の直径は、素線10間のすき間に侵入可能な範囲で設定すればよく、例えば素線同士のすき間の寸法が4mmの場合には、直径が0.7〜1.5mm程度の高剛性体52を用いるのがよい。また、この高剛性体52は必ずしも球状でなくてもよく、カプセル状、破片状等であってもよいが、球状にすれば、被覆体12や素線10を傷つけるおそれがほとんどなく、また、被覆体12に対する高剛性体52の接触状態や充填密度を高剛性体52の向きにかかわらず一定にすることができる。
【0037】
なお、素線10同士は、ソケット20の入口から離れた位置でクランプにより収束されている。
【0038】
この定着端末構造によれば、次のような効果を得ることができる。
【0039】
(a) 定着体として、エポキシ樹脂等からなるバインダ50中に高剛性体52を含有したものを用いているので、エポキシ樹脂等のみで定着体を構成するものに比べ、定着体が変形しにくくて大容量ケーブルの使用にも耐え得る構造とすることができる。また、高剛性体52が被覆体12,14に押付けられることによる摩擦力で素線10を定着させるので、素線と定着体との接着のみで定着を行う構造と異なり、ソケット20を長くしなくても充分な定着力を確保できる。
【0040】
ここで、もし、図4(a)に示すように高剛性体52が直接素線10に接触する構造とするならば、その接触面積が非常に小さく、しかも高剛性体52が素線表面に押付けられる圧力が大きいので、素線10にその軸方向と直交する方向に発生する応力σbの最大値が非常に高くなり、素線10を破損するおそれが生ずる。これに対して本構造では、同図(b)に示すように素線10の表面に樹脂16を介して被覆体12(14)を接着し、この被覆体12の表面に高剛性体52が押付けられるようにしているので、当該押付け力を素線10の表面に分散することができる。従って、素線10にその軸方向と直交する方向に発生する局部応力σbの最大値を大幅に下げることができる。
【0041】
また、この被覆体12,14の存在による応力集中緩和は、端末定着構造全体についてみても著しい効果を発揮する。例えば、図5(a)に示す構造において、被覆体12を省略した場合には、同図(b)の破線に示すように、ソケット20の入口側端部付近に応力が著しく集中するが、被覆体12を設けることにより、同図(b)の実線に示すように応力を軸方向に分散させることができ、端末定着構造全体での応力最大値を大幅に下げることができる。
【0042】
(b) ソケット20内の端末側領域では、筒状被覆体12を配しているので、この領域に充填されている高剛性体52から素線10を確実に保護することができる。これに対し、上記筒状被覆体12よりもソケット入口側の領域には、筒状被覆体12よりも曲げ変形が容易なコイルばね状被覆体14を配しているので、この領域で素線10をソケット20内の形状に良好に沿わせることができる。
【0043】
(c) 図5(a)に示すように、ソケット20内のテーパー面24をソケット入口端まで形成した構造では、当該入口端までテーパー効果による圧縮力(素線10の軸方向に直交する方向の力)が素線10に加えられる。しかも、このソケット入口端では、素線10に生じる曲げ応力も最大となるので、当該ソケット入口端に応力が集中することになる。これに対して図1に示した構造では、ソケット20の入口側端部にフラット部28を設け、この部分ではテーパー作用による圧縮力が素線10に作用しないようにしているので、ソケット入口端での応力集中の重なりを避けることができる。特に、この実施の形態では、フラット部28内に比較的柔軟な樹脂を定着材として充填しているため、当該フラット部28で素線を弾性支持することにより応力集中をさらに緩和できる構造となっている。
【0044】
なお、このフラット部28は他の部分と肉厚が同一のものでもよいが、図示のように薄肉にして撓み変形し易い構造にすれば、当該撓み変形により、ケーブルに作用する曲げ荷重を分散させ、その分素線10の曲げ応力をさらに下げることができる効果が得られる。
【0045】
(d) バインダ50及び高剛性体52からなる定着体の後方にバックプレート(背圧付与部材)30を配し、これに各素線10の端末を固定しているので、素線10に作用する引張力を利用して定着体に背圧を付与することができ、この背圧によってテーパー作用を高め、定着力をさらにアップすることができる。特に、図示の構造では、筒状被覆体12の端末に形成したテーパー部12aをバックプレート30のテーパー状貫通孔32に嵌入するようにしているので、バックプレート30に各素線10の端末を確実に固定することができる。
【0046】
また、このバックプレート30への固定によって、各素線10の端末同士の間に充分な寸法のすき間を確実に保つことができ、このすき間内に高剛性体52を確実に侵入させることにより、各素線10に対して高剛性体50が押付けられる方向を均一化することができる。この均一化により、当該押付け方向の偏りに起因する素線曲げ応力の発生を避けることができるとともに、定着体全体の剛性を向上させることができる。
【0047】
なお、被覆体12,14の厚みは適宜設定すればよい。ただし、図6(a)に示すように、当該厚みが1.0mmを超えると定着効率が急激に低下するので、この厚みは1.0mm以下に設定するのが好ましい。
【0048】
この被覆体12の構造は、定着体からの押付力を素線に伝えることが可能な構造とするのが好ましい。具体的には、被覆体12の両サイドにスリットが形成された構造等が挙げられる。
【0049】
また、ソケット内テーパー面24のテーパー角θも、適宜設定すればよいが、図6(b)に示すように、テーパー角度θが2°未満及び5°を超える範囲では、定着効率が著しく低下するので、当該角度θは2°〜5°の範囲で設定するのが、より好ましい。
【0050】
次に、上記端末定着構造を製造するための方法の一例を、図7〜図9に基づいて説明する。
【0051】
1)複数本のFRP素線10を直線状にして束ねる(図7(a))。
【0052】
2)素線束をソケット20内に挿通する(同図(b))。
【0053】
3)各素線10の端末側部分を広げてバックプレート30の各貫通孔32に挿通する(同図(c))。
【0054】
4)各素線10の端末側部分であって、バックプレート30よりも後方まで導かれた部分に被覆体12,14を被着する(図8(a))。
【0055】
5)バックプレート30を後退させてその貫通孔32内に各筒状被覆体12の端末テーパー部を嵌入する(同図(b))。
【0056】
6)バックプレート30をソケット20の後端部に挿入し、これを後方からキャップ40で覆う。また、ソケット20から前方に充分離間した位置で素線10同士をクランプ42で収束させる(同図(c))。この収束位置とバックプレート30との間の最外層素線の収束角度α(=tan-1(b/d);bはケーブル中心線から最外層素線までの距離、dはバックプレート30から素線収束位置までの距離)が2°以下となるように前記距離b,dを設定するのがよい。このようにして収束角度αをコントロールすることにより、ソケット20内での素線10の曲率を小さくしてその曲げ応力を低減させることができる。
【0057】
7)ソケット20の入口を上に向けてソケット20を立直させる(図9(a))。
【0058】
8)ソケット20内の全域(領域A1+領域A2)に流動状態のバインダ50を流し込む(同図(b))。
【0059】
9)ソケット20内の領域A1に多数の高剛性体52を充填する(同図(c))。なお、この9)の工程と前記8)の工程は順序が逆でもよい。
【0060】
10)バイブレータ60によってソケット20を振動させる(加振工程;同図(d))。これにより、ソケット20内の高剛性体52が最密充填状態に近づき、これにより定着体の剛性が高まる。この効果は、高剛性体52にバインダよりも比重の大きい材料を用いることにより得られ、その比重が大きいほど顕著となる。また、バックプレート30に適当な孔を開けて当該孔からソケット20内の高剛性体52をエアとともに吸引したり、磁石で高剛性体52をバックプレート30側に直接吸引したりするようにしても、同様に高密度化が可能である。
【0061】
11)構造全体を所定温度まで加熱し、エポキシ樹脂等のバインダ50を硬化させる(同図(e))。
【0062】
このようにして製造したケーブル端末定着構造では、前記10)の加振工程によって、高剛性体52の充填密度が下側(すなわち端末側)に近いほど高くなり、定着体の剛性も端末側に向かうに従って大きくなるような勾配になる。一方、素線10に対してその軸方向と直交する方向に作用する荷重は、ソケット入口側に向かうに従って高くなる傾向があるため、上記のような剛性勾配を形成することにより、素線10に作用する荷重を均一化でき、強度的により有利なものにすることができる。
【0063】
【実施例】
次の表1は、本発明にかかる定着構造を採用した実施例と、同定着構造における被覆体を省略した比較例とにおいて、その引張荷重容量(各素線の破断引張荷重の総和)と、実際に定着が崩壊し始めた時の荷重(実破断荷重)と、この実破断荷重を前記引張荷重容量で除した定着効率とを示したものである。
【0064】
【表1】
【0065】
この表から明らかなように、本発明の実施例にかかる構造によれば、比較例にかかる構造(被覆体を省略した構造)に比して定着効率を飛躍的に向上させることが可能になる。これは、被覆体のない比較例構造では、特にソケットの入口近辺での素線の応力集中が厳しく、この部分で破断しやすいのに対し、本発明の実施例にかかる構造では、素線と高剛性体との間に被覆体が介在することによって高剛性体から素線に加えられる圧力が軸方向に分散され、その結果、応力集中が効果的に緩和されるためである。
【0066】
【発明の効果】
以上のように本発明は、FRP製素線の端末が挿入されるソケット内に端末側から離れるに従って小径となる方向のテーパー状内周面を形成し、少なくとも端末側領域に充填される定着体をバインダ中に当該バインダよりも剛性の高い複数の高剛性体を含有する複合定着体で構成するとともに、少なくともこの複合定着体が充填される領域において、各素線の表面に当該表面を個別に被覆する被覆体を固着したものであるので、定着体内の高剛性体によって充分な定着力を確保しながら、各高剛性体から素線に加えられる局部的な押付力が素線表面に分散されると同時に、この定着体がFRP素線に対してその軸方向と直交する方向に押圧する力を軸方向に分散し、この2つの作用により、素線に直交する方向の押圧力の最大値を有効に下げることができる。
【0067】
また本発明は、上記端末定着構造の製造方法であって、ソケット内に各素線及びその被覆体を挿入する素線挿入工程と、ソケットの端末側端部と反対側の端部を上に向けた状態で当該反対側の端部からソケット内に流動状態のバインダと複数の高剛性体との複合定着体を注入する定着体注入工程と、上記ソケット内のソケット内の高剛性体に外力を加えてその充填密度を端末側端部に近いほど高くする高密度化工程と、上記バインダを硬化させる硬化工程とを順に行うものであるので、ソケット内の高剛性体の充填密度を高め、ひいては定着体全体の剛性を有効に高めるとともに、端末側に向かうに従って高くなるような充填密度勾配(すなわち剛性勾配)を自動的に形成し、応力集中を緩和できる構造を容易に製造することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかるFRP製素線を用いたケーブル端末定着構造の断面正面図である。
【図2】(a)は(b)のA−A線断面図、(b)は上記端末定着構造の側面図である。
【図3】図2(a)のB部拡大図である。
【図4】(a)は素線に直接高剛性体が押付けられる場合の応力分布を示した図、(b)は素線表面に配された被覆体に高剛性体が押付けられる場合の応力分布を示した図である。
【図5】(a)は本発明構造のモデル図、(b)は(a)のモデル図に対応する素線応力分布を示すグラフである。
【図6】(a)は被覆体の厚みと定着効率との関係を示すグラフ、(b)はソケット内テーパー角度と定着効率との関係を示すグラフである。
【図7】(a)(b)(c)は本発明にかかるケーブル端末定着構造の製造工程図である。
【図8】(a)(b)(c)は本発明にかかるケーブル端末定着構造の製造工程図である。
【図9】(a)(b)(c)(d)(e)は本発明にかかるケーブル端末定着構造の製造工程図である。
【図10】(a)は従来のケーブル端末構造の一例を示す断面正面図、(b)は断面側面図である。
【符号の説明】
10 素線
12 筒状被覆体
12a テーパー部
14 コイルばね状被覆体
16 被覆層
20 ソケット
22 ソケット本体部
24 テーパー状内周面
28 フラット部
30 バックプレート(背圧付与部材)
32 貫通孔
50 バインダ
52 高剛性体
60 バイブレータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cable used for a tension member of a civil engineering building structure and the like, and relates to a cable terminal fixing structure using a fiber reinforced plastic (hereinafter referred to as “FRP”) strand and a manufacturing method thereof. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, FRP strands have attracted attention as strands of cables used for tendons for civil engineering structures. This FRP is a composite material composed of a non-metallic fiber such as carbon fiber and an epoxy resin, and has a very high tensile strength while being lightweight, and has characteristics particularly suitable as a tension material for a structure.
[0003]
Conventionally, as shown in FIGS. 10A and 10B, a cable terminal fixing structure using such an FRP strand is known. In the figure, the terminal portions of a plurality of
[0004]
However, in this structure, fixing is basically performed only by the adhesive force between the
[0005]
Therefore, Japanese Patent Publication No. 9-501748 discloses a structure in which a large number of high-rigid bodies such as steel balls and glass balls are contained in an epoxy resin as a fixing body. According to this configuration, the rigidity of the entire fixing body can be increased and its deformation can be suppressed, and the high-rigidity body in the fixing body can receive the compressive force inward in the radial direction caused by the presence of the tapered surface in the socket. By pressing with a strong force, the wire terminal is fixed by the frictional force. Therefore, it is possible to ensure a sufficient fixing force without particularly increasing the socket length.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, FRP strands have the excellent characteristics of being lightweight and having high tensile strength, but have the disadvantage that they are weak and brittle with respect to the force (including shearing force) in the direction perpendicular to the axial direction. Here, in the above-mentioned JP-T-9-501748, a large number of high-rigid bodies having high rigidity are pressed against the surface of the strand with a small contact area (substantially point contact). There is a possibility that the pressure maximum value in a disadvantageous direction (that is, a direction orthogonal to the axial direction) becomes very high.
[0007]
In view of such circumstances, the present invention is a cable using an FRP strand that can effectively reduce stress generated in a direction perpendicular to the axial direction of the FRP strand while securing a sufficient fixing force. It is an object of the present invention to provide a terminal fixing structure and a manufacturing method thereof.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the above-described problems, the present invention provides a fixing body for fixing a plurality of fiber-reinforced plastic strand terminals into a socket and fixing the strand ends in a gap in the socket. In a cable terminal fixing structure using a fiber reinforced plastic element wire filled with a taper-shaped inner peripheral surface in a direction in which the diameter becomes smaller as the distance from the terminal side increases in the socket But Formation Is , Fixing body filled in at least terminal side region But , Binder When, More rigid than the binder But high Large enough to enter the gap between the above strands Number of high-rigid bodies And composed of Composite fixing body And In addition, at least in the region where the composite fixing body is filled, a covering body that individually covers the surface of each strand. But Fixation Has been Is.
[0009]
According to this structure, since the high-rigidity body is included in the binder of the fixing body filled in at least the terminal side region, the fixing body is less likely to be deformed and can withstand the use of a large-capacity cable. can do. Also, the high rigidity body is pressed against the surface of the cover by the taper action on the inner surface of the socket, and the strands are held by the frictional force generated by this pressing. Compared to the structure that fixes only by the adhesive force between the strands and the fixing body. It is possible to secure a sufficient fixing force while reducing the socket length. In addition, since a covering is interposed between each high-rigid body and the strand, the local pressing force applied to the strand from each high-rigid body is dispersed on the surface of the strand, and at the same time from the fixing body. The pressing force acting on the strands is dispersed in the axial direction, the maximum value of stress generated in the strands in the direction perpendicular to the axial direction is lowered, and damage to the fibers in the strands is prevented.
[0010]
In this fixing structure, stress tends to concentrate near the inlet side end of the socket due to the bending load acting on the strands. This stress concentration can also be mitigated by the presence of the covering body, The overall stress maximum can be greatly reduced.
[0011]
Further, by adhering the covering to the surface of the strand through the resin layer, the stress is dispersed not only by the covering but also by the adhesive resin layer, and the stress maximum value is further reduced.
[0012]
Here, if at least a part of the covering body is a cylindrical covering body, the strands can be more reliably protected from the highly rigid body. On the other hand, if at least a part of the covering body is made of a flexible member that can be bent and deformed more easily than the cylindrical covering body, it is possible to bend the wire into a shape corresponding to the socket at the arrangement site. become. As the flexible member, a soft tube or a thin film wrapping may be used, but if it is a coil spring-like covering, it can follow the strands more than the soft tube, and it is more durable than the thin film wrapping. can do.
[0013]
The specific shape of the high-rigid body is not limited, but if it is spherical, the packing density can be made uniform, there is no risk of damaging the covering, and the direction of the high-rigid body is not affected. Therefore, the contact state between the highly rigid body and the covering body can be made constant.
[0014]
The material of the high-rigid body is not particularly limited as long as it is relatively high in rigidity. However, this high-rigid body is made of a material having a specific gravity greater than that of the binder (more preferably, a steel material that has a relatively large specific gravity and is easily available. Etc.), a terminal fixing structure with a high degree of filling of the high-rigid body can be obtained by the manufacturing method described later, and the packing density of the high-rigid body can be increased toward the terminal side. Thus, by giving a gradient to the packing density of the high-rigidity body, that is, by giving a gradient to the rigidity of the fixing body, it becomes possible to further disperse the wire stress that tends to concentrate on the socket inlet side in the axial direction.
[0015]
The material of the element wire is not particularly limited as long as it is FRP. However, when the element wire is composed of FRP having conductivity such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP), the above covering is used. It is possible to prevent electrocorrosion by constituting the material with an insulating material.
[0016]
The region where the taper surface is formed in the socket may be set as appropriate, but when the taper surface reaches the socket inlet end, the direction perpendicular to the axial direction of the strand is caused by the taper action. The position where the load acting on the cable becomes the maximum and the position where the load acting on the element wire in the direction perpendicular to the axial direction due to the bending load of the cable overlaps the socket inlet end, and the stress The degree of concentration increases. On the other hand, the end of the socket opposite to the terminal side is a flat portion whose inner diameter is constant in the axial direction, and the socket inlet end is not subjected to a taper load so that the stress concentration described above is achieved. Can be avoided.
[0017]
Furthermore, if the thickness of the flat part is made smaller than the thickness of the other parts to make the flat part easy to bend, the bending load acting on the cable can be dispersed by the bending of the flat part. Stress can be further relaxed.
[0018]
The terminal of each strand may be embedded in the fixing body, but the back of the fixing body that is in contact with the fixing body from the rear in a state where the terminal of each strand is fixed at a position behind the fixing body filled in the socket. If a pressure applying member is provided, it is possible to apply a back pressure (pressure from the terminal side) to the fixing body by using a tensile load acting on each strand, and this back pressure further increases the fixing force due to the taper action. It becomes possible to increase.
[0019]
And by fixing the terminal of each strand to the back pressure applying member in a state where the terminals are separated from each other, an appropriate gap can be reliably maintained between the strand ends, and a high-rigidity body is provided between the gaps. Can be invaded. Thereby, it is possible to increase the isotropic property of the pressing force applied from the high-rigidity body to the covering body, and to prevent the occurrence of local bending stress of the strands due to the deviation of the direction of the pressing force.
[0020]
The means for fixing each strand end to the back pressure applying member is not particularly limited, but the end portion of the covering covering each strand is a tapered portion that expands toward the end, and this tapered portion is fitted. If a possible taper-shaped through hole is provided in the back pressure application member, it is possible to reliably prevent the strands and the covering from coming out from the back pressure application member.
[0021]
The present invention also relates to a method for manufacturing the terminal fixing structure, wherein a strand insertion step of inserting each strand and its covering into the socket, and an end opposite to the end on the end of the socket on the upper side. A fixing body injection step of injecting a composite fixing body of a fluidized binder and a plurality of high rigidity bodies into the socket from the opposite end, and applying an external force to the high rigidity body in the socket in the socket In addition, a densification process for increasing the packing density closer to the end on the terminal side and a curing process for curing the binder are performed.
[0022]
Here, as the densification step, for example, a high-rigid body in the socket may be sucked by air or magnetically from the end of the socket on the terminal side. It is possible to increase the density by a simple method that simply performs a vibration process for vibrating the plate.
[0023]
According to this method, the packing density of the high-rigid body in the socket can be increased with a simple configuration by vibrating the socket in the vibration step, and as a result, the rigidity of the entire fixing body can be effectively increased. Moreover, it is possible to automatically form a filling density gradient (that is, a stiffness gradient) that increases toward the terminal side.
[0024]
Here, when the above-described back pressure application member is introduced, each strand is inserted into the socket and a covering is attached to each strand, and the end of each strand is shared as the insertion step. The step of fixing to the back pressure applying member and the step of inserting the back pressure applying member into the socket may be performed.
[0025]
Further, as the fixing body injecting step, a binder injecting step of injecting a fluidized binder into the socket and a highly rigid body immersing step of immersing the highly rigid body in the injected binder are performed. Good. In this case, the order of the binder injection process and the high-rigidity body immersion process may be first.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0027]
In the fixing terminal structure shown in FIG. 1, a large number of FRP strands 10 (only one is shown for convenience in the figure) constituting the cable are inserted into the
[0028]
In the present invention, regardless of the type of reinforcing fiber and synthetic resin used for the
[0029]
As a feature of this structure, a
[0030]
In the present invention, any material such as steel, non-ferrous metal, glass, rubber, ceramic, plastic, synthetic resin, paper, etc. can be applied regardless of the specific material of each of the
[0031]
The
[0032]
The terminal of each
[0033]
In the gap in the socket 20 (that is, the gap between the inner peripheral surface of the
[0034]
As a material of the
[0035]
The material of the high-
[0036]
The diameter of the high-
[0037]
The
[0038]
According to this fixing terminal structure, the following effects can be obtained.
[0039]
(a) Since a fixing body containing a high-
[0040]
Here, as shown in FIG. 4A, if the high-
[0041]
Further, the stress concentration relaxation due to the presence of the
[0042]
(b) Since the
[0043]
(c) As shown in FIG. 5A, in the structure in which the tapered
[0044]
The
[0045]
(d) Since a back plate (back pressure applying member) 30 is arranged behind the fixing body composed of the
[0046]
In addition, by fixing to the
[0047]
In addition, what is necessary is just to set the thickness of the
[0048]
The structure of the covering
[0049]
The taper angle θ of the
[0050]
Next, an example of a method for manufacturing the terminal fixing structure will be described with reference to FIGS.
[0051]
1) A plurality of
[0052]
2) Insert the wire bundle into the socket 20 ((b) in the figure).
[0053]
3) The terminal side portion of each
[0054]
4) The
[0055]
5) The
[0056]
6) Insert the
[0057]
7) The
[0058]
8) The
[0059]
9) Fill the area A1 in the
[0060]
10) The
[0061]
11) The entire structure is heated to a predetermined temperature, and the
[0062]
In the cable terminal fixing structure manufactured as described above, the packing density of the high-
[0063]
【Example】
Table 1 below shows the tensile load capacity (sum of the breaking tensile loads of the individual wires) in the examples employing the fixing structure according to the present invention and the comparative examples in which the covering in the identification structure is omitted. It shows the load when the fixing actually starts to collapse (actual breaking load) and the fixing efficiency obtained by dividing the actual breaking load by the tensile load capacity.
[0064]
[Table 1]
[0065]
As is apparent from this table, according to the structure according to the example of the present invention, it becomes possible to dramatically improve the fixing efficiency as compared with the structure according to the comparative example (the structure in which the covering is omitted). . This is because the stress concentration of the wire is particularly severe in the vicinity of the socket entrance in the comparative example structure without the covering, and the portion according to the embodiment of the present invention is easily broken. This is because the pressure applied to the strands from the high-rigidity body is dispersed in the axial direction by interposing the covering body with the high-rigidity body, and as a result, stress concentration is effectively relieved.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, the present invention forms a tapered inner peripheral surface in a direction in which the diameter decreases with increasing distance from the terminal side in the socket into which the terminal of the FRP strand is inserted, and at least the fixing body filled in the terminal side region. Is composed of a composite fixing body containing a plurality of high-rigid bodies having a higher rigidity than the binder in the binder, and at least in the region where the composite fixing body is filled, the surface is individually applied to the surface of each strand. Since the covering to be covered is fixed, the local pressing force applied to the strands from each of the high-rigid bodies is dispersed on the strand surface while ensuring a sufficient fixing force by the high-rigid bodies in the fixing body. At the same time, the force that the fixing body presses against the FRP strand in the direction perpendicular to the axial direction is dispersed in the axial direction, and by these two actions, the maximum value of the pressing force in the direction perpendicular to the strand Is effectively reduced It is possible.
[0067]
The present invention also relates to a method for manufacturing the terminal fixing structure, wherein a strand insertion step of inserting each strand and its covering into the socket, and an end opposite to the end on the end of the socket on the upper side. A fixing body injecting step of injecting a composite fixing body of a binder and a plurality of high rigidity bodies into the socket from the opposite end, and an external force applied to the high rigidity body in the socket in the socket Is added in order to increase the packing density closer to the end on the terminal side and the curing process to cure the binder, in order to increase the packing density of the high-rigid body in the socket, As a result, it is possible to effectively increase the rigidity of the entire fixing body and automatically form a filling density gradient (that is, a rigidity gradient) that increases toward the terminal side to easily manufacture a structure that can relieve stress concentration. Effect That.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional front view of a cable terminal fixing structure using FRP strands according to the present invention.
2A is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2B, and FIG. 2B is a side view of the terminal fixing structure.
FIG. 3 is an enlarged view of a portion B in FIG.
4A is a diagram showing a stress distribution when a highly rigid body is directly pressed against a strand; FIG. 4B is a stress when the highly rigid body is pressed against a covering disposed on the surface of the strand; It is the figure which showed distribution.
5A is a model diagram of the structure of the present invention, and FIG. 5B is a graph showing a strand stress distribution corresponding to the model diagram of FIG.
6A is a graph showing the relationship between the thickness of the cover and the fixing efficiency, and FIG. 6B is a graph showing the relationship between the taper angle in the socket and the fixing efficiency.
7A, 7B, and 7C are manufacturing process diagrams of a cable terminal fixing structure according to the present invention.
FIGS. 8A, 8B, and 8C are manufacturing process diagrams of a cable terminal fixing structure according to the present invention. FIGS.
FIGS. 9A, 9B, 9C and 9E are manufacturing process diagrams of the cable terminal fixing structure according to the present invention. FIGS.
10A is a sectional front view showing an example of a conventional cable terminal structure, and FIG. 10B is a sectional side view.
[Explanation of symbols]
10 strands
12 Tubular covering
12a Taper part
14 Coil spring-shaped covering
16 Coating layer
20 sockets
22 Socket body
24 Tapered inner peripheral surface
28 Flat part
30 Back plate (back pressure application member)
32 Through hole
50 binder
52 High rigidity body
60 Vibrator
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