3Dプリンテイングによるデモ橋脚の外殻構築と交番載荷試験による性能評価構造部材への適用実現に向けて

摘要

セメント系材料を用いた3Dプリンテイング（以下 3DCP（3D Concrete Printing））による建設施工の事例が世界で耳目を集めている。海外では3DCPで複数階建ての建物を施工した事例や公共事業で人道橋を架けた事例など大型構造物への適用が進みつつある。著者らは，これまで3DCPに適した材料や装置を開発し，大型構造物への適用を想定した設計·施工ノウハウの蓄積を目的にPCデモ橋（橋桁）の実証プロジェクトに取り組んできた。同プロジェクトでは，従来工法では実現困難であったトポロジー最適化手法により軽量化した構造最適な橋桁を，設計形状どおりに忠実に再現できること，また短期供用時に想定される約10kNの上面集中荷重に対し，製作した橋桁が弾性的な挙動を示し，短期供用時の安全性に問題がないことを確認している。これにより，設計と施工をシームレスにつなぐ3DCPがもたらす新たなコンクリート構造物の姿や施工の可能性を示すことができた。一方で，今後3DCPが建設に必要不可欠な技術として受容され，普及していくためには，従来工法と比較し，飛躍的な生産性向上や同等以上の性能を達成する必要があると考えられる。そこで，本研究では，上述のPCデモ橋を支えるデモ橋脚の構築を3DCPにより省人化し，さらに交番載荷試験を実施して，従来工法で製作した橋脚（以下，比較試験体）との比較により構造性能評価を行った。完成後のデモ橋脚およびPCデモ橋の外観 を写真1に示す。デモ橋脚は，外殻を3DCPにより積層し自動構築した後，地組みしたユニット鉄筋を一体で建て込み，内部に高流動コンクリートを打ち込んで施工した。打込みには3DCPの圧送システムを併用しており，3DCPと同様に自動施工が可能である。以下，本稿では，デモ橋脚の設計，3DCPによる省人化施工，製作したデモ橋脚の構造性能評価について報告し，結果分析を行う。