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橋梁技術

PC鋼材自動緊張管理システム

PC鋼材緊張の省力化と安全性を備えたシステム

これまでのPC鋼材の緊張管理は、緊張用ポンプの圧力値と鋼材の伸び量を目視で読取り、読取った値をもとに手書きで緊張管理グラフを作成していました。鹿島が開発したシステムは、この値の読取りとグラフ作成をセンサとノートPCにより自動化することで、緊張管理の精度をこれまでの10倍に向上させるとともに、省力化および、読み取りミスなどのヒューマンエラーを未然に防止することができます。さらに、緊張作業中に作業員が伸び量計測のためにジャッキに近づく必要がなくなり、作業の安全性も向上させるシステムです。

図版:システム初期画面

システム初期画面

キーワード

PC鋼材、PC緊張、精度向上、変位センサ、圧力センサ、PLC、緊張管理グラフ、省力化、安全性、システム

PC鋼材自動緊張管理システムの特徴

PC鋼材自動緊張管理システムの特徴は、圧力・変位センサの精度を、それぞれ0.1MPa、0.1mmとしており、これまでの10倍の計測精度を確保しています。なお、これらのセンサは各種定着工法への適用が可能です。計測値は、ノートPCのモニタにリアルタイムで表示されると同時に、緊張管理グラフにも計測値をプロットします。また、PC鋼材1本ごとの緊張・計測が終了するたびに、自動的に提出様式の緊張管理図とグループ管理図を描画するので、常に緊張中の状態を把握しながら作業を行うことができます。また、定着間距離が大きい場合でも作業性を損なわずに計測できるよう無線伝送機能を有しており、約200mまでワイヤレスにて計測を行うことが可能です。

図版:システム構成図(両引き仕様)

システム構成図(両引き仕様)

図版:緊張管理画面(ノートPC画面)

緊張管理画面(ノートPC画面)

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特長・メリットココがポイント

正確な緊張力の導入

油圧ホース内の圧力損失を考慮した数値を緊張管理に反映し正確な緊張力を導入できます。

  • 緊張ポンプのハンドルレバーを中立にした場合、緊張ジャッキ側で2MPa程度の圧力損失が確認されており、この差をPC緊張管理に反映することで正確な緊張力を導入することができます。

図版:油圧ホース両端部での緊張中の圧力計測結果

油圧ホース両端部での緊張中の圧力計測結果

ヒューマンエラーの防止と計測精度の向上

ヒューマンエラーの防止と計測精度向上が図れます。

  • 読取り値の見誤りや聞き間違いなど、人為的ミスを回避することができます。
  • 圧力センサ(分解能0.1MPa)及び変位センサ(分解能0.1mm)と従来よりそれぞれ10倍の精度向上となっています。

図版:緊張管理画面(ノートPC画面)

緊張管理画面(ノートPC画面)

ワイヤレスで作業性向上

通信方法を無線にすることで、有線によるケーブルの取り回しの解消と長大スパンに必要なケーブルを無くすことができ、作業性が向上します。

  • ワイヤレスで通信可能な無線伝送機能を備え、PC鋼材が長く両端部が離れている場合でも作業性が低下しません。
  • 適用試験では、最大200mのスパンまでデータ通信できることを確認しています。

図版:無線伝送装置

無線伝送装置

適用実績

図版:東京外環自動車道高谷ジャンクション橋

東京外環自動車道
高谷ジャンクション橋

場所:千葉県市川市

発注者:東日本高速道路

規模:橋長290m 幅員W9.2m
PRC連続2主版桁

上げ越し管理システム

高橋脚に留意した上げ越し管理システム

上げ越し管理とは施工中の構造変化を考慮した変形計算により求めた上げ越し量に従って型枠セットを行い、クリープおよび乾燥収縮の終了した後に橋面が所定の計画高となるように高さ管理を行うことです。

完成時の出来形に許容範囲を超える誤差が生じることが予測される場合には、上げ越し量の計画値に対して施工中に適宜補正を行う必要があります。中でも橋脚高が非常に高い場合は、桁の変形よりも橋脚のたわみが橋面出来形に大きく影響を与えるので注意が必要です。

上げ越し量の補正値の算出にあたっては、施工中のコンクリート打設やPC鋼材の緊張による主桁形状の変化等に基づき、現場の状況に応じて誤差の要因を推定して行います。

図版:高橋脚の張出し施工状況

高橋脚の張出し施工状況

キーワード

高橋脚、たわみ、温度変化、熱電対、傾斜計、型枠セット高さ、上げ越し、上げ越し管理
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システムの概要

本システムでは、上下床版の温度差による主桁の変形のほか、高橋脚のたわみによる主桁の傾斜に留意しました。

日照による、上床版の温度変化に対しては主桁に埋設した熱電対を用い、橋脚の傾きは柱頭部に設置した傾斜計を用いてリアルタイムに計測しました。

上げ越し実測値と設計値を逐次比較することにより、誤差要因を分析し得られた誤差の傾向や影響度を踏まえて型枠セット高さを補正し、上げ越し管理の精度を向上させました。

図版:主桁線形結果画面

主桁線形結果画面

特長・メリットココがポイント

熱電対と傾斜計の利用

  • 日照による上下床版の温度差から発生する主桁の変形に対しては主桁に埋設した熱電対を用いて計測します。
  • 高橋脚のたわみによる主桁の傾斜には柱頭部に設置した傾斜計を用いて計測します。

図版:主桁たわみ温度及び傾斜補正

主桁たわみ温度及び傾斜補正

学会論文発表実績

  • 「高橋脚を有する多径間連続ラーメン波形鋼板ウェブPC橋の耐震検討」,第14回PCの発展に関するシンポジウム,2005年

セグメント製作精度管理システム

設計値と計測値から出来形線形を予測し、
製作時における補正の要否を直ちに判断

プレキャストセグメント工法では、セグメントの出来形が構造物の線形に与える影響が大きいため、精度よくセグメントを製作することが重要になります。

セグメント製作精度管理システムは、製作したセグメントの出来形を計測して製作精度を管理します。また、出来形をつなぎ合わせることによって架設後の構造物の線形を予測します。

予測線形が管理限界値を超えると判断される場合には、それ以降に製作するセグメント製作値の最適計算を行って補正値を算出します。

これにより、製作時における構造物の出来形線形を計画線形により近い形に管理することを可能にします。

図版:セグメント製作時の管理システムの構築例

セグメント製作時の管理システムの構築例

キーワード

セグメント、出来形、内牧高架橋
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システムの概要

セグメント製作精度管理システムのフローを右下に示します。

本システムは、製作管理、出来形管理、線形管理の3つのパートで構成されています。

  • 製作管理では、NEWセグメント(以下、NEWと称す)を製作するためにOLDセグメント(以下、OLDと称す)と型枠のセット値を管理したり、NEWを製作したあとのNEWとOLDの相対関係を計測したりします。ここでは、計測システム、および油圧ジャッキ制御システムと連動させることにより、製作管理の自動化が可能となります。
  • 出来形管理では、セグメント1個ごとの出来形計測を行い、品質管理としての出来形調書を作成します。
  • 線形管理では、製作管理から得られたNEWとOLDの相対関係、および出来形管理から得られたセグメント1個ごとの出来形から、予想出来形線形を算定します。予想出来形線形が管理限界値を超えるようであれば、NEWの製作値を変更することにより線形補正を行います。

写真は、ショートラインマッチキャスト方式によるセグメントの製作状況です。

図版:セグメント製作状況

セグメント製作状況

図版:セグメント製作精度管理システムのフロー

セグメント製作精度管理システムのフロー

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特長・メリットココがポイント

①計測システムを油圧ジャッキ制御システムと連動させることにより、セグメント製作管理の自動化が可能となります。

②縦断線形、平面線形、ねじれの各々について、補正計算によりセグメント最適製作値を算出できます。

③線形に急激な折れ角を生じさせないように、数セグメント先まで考慮した最適製作値を算出することも可能です。

④第1セグメントの設置角度が線形全体に与える影響は大きいので、これの最適値を算出できます。セグメントを全数製作する前に最適設置角度を算出し、以後製作するセグメント最適製作値の算出に反映させることも可能です。

図版:セグメント精度管理システムの実行画面

セグメント精度管理システムの実行画面

学会論文発表実績

  • 「内牧高架橋コアセグメントのスパンバイスパン架設」,第13回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,2004年
  • 「第二東名高速道路 内牧高架橋の設計・施工」,プレストレストコンクリート,2006年9月

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