JP2000320070A - 鉄筋コンクリート梁類の補強方法 - Google Patents

鉄筋コンクリート梁類の補強方法

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JP2000320070A
JP2000320070A JP11126766A JP12676699A JP2000320070A JP 2000320070 A JP2000320070 A JP 2000320070A JP 11126766 A JP11126766 A JP 11126766A JP 12676699 A JP12676699 A JP 12676699A JP 2000320070 A JP2000320070 A JP 2000320070A
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carbon fiber
reinforced concrete
fiber sheet
cfrp
reinforcing
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JP11126766A
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Akio Hattori
明生 服部
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Toray Industries Inc
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Toray Industries Inc
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04GSCAFFOLDING; FORMS; SHUTTERING; BUILDING IMPLEMENTS OR AIDS, OR THEIR USE; HANDLING BUILDING MATERIALS ON THE SITE; REPAIRING, BREAKING-UP OR OTHER WORK ON EXISTING BUILDINGS
    • E04G23/00Working measures on existing buildings
    • E04G23/02Repairing, e.g. filling cracks; Restoring; Altering; Enlarging
    • E04G23/0218Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements
    • E04G2023/0251Increasing or restoring the load-bearing capacity of building construction elements by using fiber reinforced plastic elements
    • E04G2023/0262Devices specifically adapted for anchoring the fiber reinforced plastic elements, e.g. to avoid peeling off

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  • Reinforcement Elements For Buildings (AREA)
  • Working Measures On Existing Buildindgs (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、貼り付けられた炭素繊維シートの剥
離を防止するとともに、接着強度を向上させ、もって構
造体の耐荷力に優れた鉄筋コンクリート梁類の補強方法
を提供せんとするものである。 【解決手段】本発明の鉄筋コンクリート梁類の補強方法
は、鉄筋コンクリートの梁類に炭素繊維を貼り付けて補
強するに際し、該鉄筋コンクリート梁類の被補強部分
に、予めCFRP硬化板を埋め込んで貼り付け、かつ、
該硬化板と炭素繊維シートとは、貼り付けて定着されて
いることを特徴とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、既存鉄筋コンクリ
ート部材の梁や柱、床、床版などの曲げ補強の改良方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、既存鉄筋コンクリート部材を曲げ
補強する場合において、部材下面の軸方向に炭素繊維シ
ートのような高強度繊維シートあるいはCFRP硬化板
のような板材をそれぞれ貼り付けて施工する方法が知ら
れている。この方法は部材の主鉄筋を増設したことと同
等な効果があり、主として曲げ耐力を改善することによ
り部材を補強する方法である。
【0003】この補強効果は、下地コンクリートと炭素
繊維シート又はテープあるいはCFRP硬化板が十分な
強度を持って接着し、応力を伝達することによって発揮
される。炭素繊維シートまたはCFRP硬化板で補強さ
れた鉄筋コンクリート梁の最終破壊はコンクリートとの
接着界面で生じることがあり、炭素繊維シートの場合に
はコンクリートに生じた亀裂近傍の炭素繊維シートとコ
ンクリート界面が剥離を起こし、これが端部まで進展す
る場合と炭素繊維シート端部から新たな界面剥離を生
じ、これが全体に進展し最終破壊となる場合がある。鉄
筋コンクリート梁類を曲げ補強する時の設計において、
シートなどで補強された部材はシート端部からの剥離が
卓越すると考え、炭素繊維シートとコンクリートのせん
断剥離破壊を便宜的に平均せん断強度で整理し、必要な
強度を満足する定着長を確保するような設計を行ってい
る。しかし前述のように実際の接着挙動は複雑であり、
現段階では炭素繊維シートの剥離を正しく算定できる合
理的な設計法は確立していない。
【0004】このような剥離は、曲げ補強に用いる炭素
繊維シートだけでなくCFRP硬化板においても生じる
現象であり、剥離防止のため実務上は貼り付け端部を帯
鋼によりアンカーでコンクリートに定着させることが一
般的に行われている。このような帯鋼とアンカーによる
定着については最近研究が進んでおり、組合せ後の補強
効果についても定量的な把握が試みられている。しかし
このような在来工法との組合せによる方法は、炭素繊維
シートやCFRP硬化板のような新素材を用いた工法の
特徴である軽量かつ施工性がよいなどの利点を生かし切
れず、かえって施工が煩雑になる欠点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】梁類に炭素繊維のテー
プ又はシートを貼り付けて補強する場合、炭素繊維シー
トとコンクリートの接着強度は、特に曲げ補強につい
て、コンクリートに生じている引張力を炭素繊維に負担
させる時に重要な強度である。炭素繊維シートとコンク
リートとの界面での接着力が十分であれば、曲げに対し
て十分な補強効果が得られるが、接着力が乏しいと、剥
離破壊が生じて補強効果が損なわれる。
【0006】既往の実験からは、コンクリートと炭素繊
維シートの接着強度を定量的に関係付けられる知見は得
られていない。また炭素繊維シートとコンクリートとの
接着強度は局部接着応力度に支配されると考えられる
が、設計に局部接着応力度を用いるには困難がある。こ
のため設計では、便宜上、平均接着強度として取り扱う
こととし、平均接着応力度を安全側の判断を含めて4.
5 kgf /cm2 とし、炭素繊維シートの定着長を算出し
ている。
【0007】こうした方法で設計された梁類では、曲げ
モーメントがゼロになる位置から、平均接着強度によっ
て求めた定着長を取り、余分にシート又はテープを貼り
付けている。
【0008】本発明は、かかる従来技術の背景に鑑み、
貼り付けられた炭素繊維シートの剥離を防止するととも
に、接着強度を向上させ、もって構造体の耐荷力に優れ
た鉄筋コンクリート梁類の補強方法を提供せんとするも
のである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、かかる課題を
解決するために、次のような手段を採用するものであ
る。すなわち、本発明の鉄筋コンクリート梁類の補強方
法は、鉄筋コンクリートの梁類に炭素繊維を貼り付けて
補強するに際し、該鉄筋コンクリート梁類の被補強部分
に、予めCFRP硬化板を埋め込んで貼り付け、かつ、
該硬化板と炭素繊維シートとは、貼り付けて定着されて
いることを特徴とするものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明は、前記課題、つまり、貼
り付けられた炭素繊維シートの剥離を防止するととも
に、接着強度を向上させ、もって構造体の耐荷力に優れ
た鉄筋コンクリート梁類の補強方法について、鋭意検討
し、鉄筋コンクリート梁類を炭素繊維シートまたはテー
プで曲げ補強する際、貼着部分にCFRP硬化板を埋め
込み、この硬化板に炭素繊維シートまたはテープを接着
させ、接着強度を増大させてみたところ、かかる課題を
一挙に解決することを究明したものである。
【0011】被貼着部を構成するCFRP硬化板は、工
場生産によって製作されたものである必要がある。これ
は炭素繊維シートと平行の場合には、繊維方向が一致す
ることから問題はないが、直角方向に貼り付けた場合、
厚さが一定で、かつ、糸密度が均一でなければ、繊維の
バラケなどが生じ、所定の機能を満足させることができ
ない恐れがある。炭素繊維シートと工場生産されたCF
RP硬化板を直交するように貼り付けた場合の引張せん
断試験では、硬化板を形成する糸がバラケることなく、
所定の100〜50 kgf /cm2 程度の強度を発揮する
ことが確認できている。
【0012】被貼着部を構成するCFRP硬化板は、該
鉄筋コンクリート梁類に、その厚さ分だけ埋め込まれて
いる必要がある。CFRP硬化板が、単にコンクリート
表面に貼り付けられているだけでは、剥離の進展を止め
ることはできない。これは、剥離進展現象が生じている
界面での摩擦効果が非常に弱く、それによる抵抗がほと
んど期待できないため、貼り付け部分、特に貼り付け端
部または曲げモーメントが最大になる点での剥離が、容
易に接着面全域に伝播し、補強部材はCFRP硬化板の
完全な剥離により、その耐荷性能を大きく低下させるこ
とになる。しかし、CFRP硬化板をコンクリート表面
に埋め込むことにより、抵抗力を増加させ、容易に剥離
せず、結果的に、これに貼り付けられた炭素繊維シート
の剥離の進展も防止することができる。
【0013】該CFRP硬化板の埋め込みの貼着長さ
は、好ましくは10〜20cmであればよい。これは、コ
ンクリートに貼り付けられた炭素繊維シートの接着に関
する既往の実験で、接着長さ20cm程度までは、接着長
さに比例して、最大荷重が増加する傾向がみられるが、
これ以上では、接着長さによらず、ほぼ一定の最大荷重
となることが確認されている。一方、炭素繊維シートと
CFRP硬化板の引張せん断試験でも、接着長さにより
最大荷重は増加するが、接着長さに比例せず、接着長さ
が長くなるほど、平均接着強度は低下することが確認さ
れている。例えば接着長1cmのとき100 kgf /cm2
で、接着長4cmのとき50 kgf /cm2 の平均接着強度
を示す。このことからも、炭素繊維シートとCFRP硬
化板の接着長さは、施工のバラツキを考慮しても、最長
20cmあれば十分である。
【0014】
【実施例】以下の実施例によって本発明をさらに詳細に
説明する。 実施例1、2、比較例1、2 図1のように矩形断面を持ち主筋4本(内、下端筋D−
16、上端筋D−13)せん断補強として帯筋φ6を用
いた鉄筋コンクリート梁の試験体(高さ200mm、幅1
50mm、長さ1、350mm)を製作した。加力は、図1
のように単純支持中央集中一方向載荷とし、せん断スパ
ン比は3.0である。試験体の種類はブランク、実施例
1、2比較例1、2、の5体である。 (1)ブランク(試験体0) 鉄筋コンクリート梁試験体で曲げ補強として梁底面への
炭素繊維シート貼り付けを行わない無補強の試験体で、
実施例や比較例の補強効果を確認する基準となる試験体
である。 (2)実施例1(試験体I) 曲げ補強としての炭素繊維シート(目付300g/
2)1層を梁底面に貼り付けた試験体であり、端部お
よび中央部は、炭素繊維シートと直角方向にCFRP硬
化板2枚(厚さ1mm、幅10cm)を、予め深さ2〜3mm
に埋め込んだコンクリート表面に、エポキシベースの樹
脂モルタルでコンクリートに埋め込み接着し、この硬化
板表面をサンドペーパーで目荒らしした後、曲げ補強用
の炭素繊維シートを梁底面に貼り付け、CFRP硬化板
に端部と中央を貼着した試験体。 (3)実施例2(試験体II) 試験体Iと同様に端部および中央部を処理したが、炭素
繊維シート3層を梁底面に貼り付けた試験体。 (4)比較例1(試験体III ) 実施例のような端部および中央部処理を行わず、従来工
法と同様に炭素繊維シート(目付300g/m2)を1
層梁底面に貼り付けた試験体。 (5)比較例2(試験体IV) 曲げ補強としての炭素繊維シート(目付300g/
2)3層を梁底面に貼り付けた試験体であり、端部定
着として実施例1のCFRP硬化板と同じ位置に帯鋼
(幅5cm、厚さ6mm)とアンカーボルトによるコンクリ
ート内部に固定を施した試験体。
【0015】測定は、まず無補強での同一の試験体であ
る試験体0とのひびわれ発生荷重、最大荷重、破壊形態
の比較を行った。なお曲げ補強を行った試験体はせん断
破壊を防止するため、梁側面にもせん断補強として炭素
繊維シート1層を貼り付けた。
【0016】これらの試験結果を表1に示す。なお、破
壊の形式を下記の略記号で示した。
【0017】M:曲げ破壊 S:せん断破壊 C:梁底面の炭素繊維シート剥離 D:梁底面の炭素繊維シート破断
【0018】
【表1】
【0019】表1から明らかなように、実施例1、2の
ものは、炭素繊維シートを、鉄筋コンクリート梁底部お
よびせん断補強として、側面に貼り付けることにより、
無補強では、曲げひび割れが発生した後に、せん断ひび
われが発生し、せん断破壊となったものが、補強後は、
曲げ破壊に移行するとともに最大荷重も向上した。炭素
繊維シート1層を貼り付けた試験体の比較例1、2のも
のは、貼着部を無処理とし、従来通り梁底面に炭素繊維
シートを貼り付けただけの試験体は、剥離で最終破壊と
なっているのに対し、貼り付け端部および中央部にCF
RP硬化板を設置し、これに炭素繊維シートを貼り付け
た試験体は、ひび割れ発生荷重、最大荷重とも増加する
とともにシートの破断で最終破壊となった。次ぎに炭素
繊維シートを3層貼り付けた試験体では、CFRP硬化
板を設置したものと従来通り帯鋼とアンカーボルトで端
部固定したものを比較した。その結果、いずれも炭素繊
維シートを1層貼り付けたものに比べ、ひびわれ発生荷
重、最大荷重がともに向上し、梁底面炭素繊維シートの
破断で最終破壊となった。これらの比較実験から炭素繊
維シート1〜3層のとき、CFRP硬化板を端部および
中央部に設置し、これに炭素繊維シートを接着すること
により、底面炭素繊維シートとコンクリートの接着界面
の剥離を防止できることが判った。
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、炭素繊維シートにより
曲げ補強を行う場合、従来炭素繊維シートの剥離で決定
されていた破壊を高強度繊維の特性を生かした破断に移
行させることができ、これにより構造体の耐力も向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この図は、本発明の補強方法による試験体の断
面、側面を示す概略図である。
【図2】この図は、図1の隅角部の詳細の一例を示す概
略図である。
【符号の説明】
1:鉄筋コンクリート梁試験体 2:炭素繊維又はテープあるいはシート 3:CFRP硬化板 4:引張鉄筋(D−13) 5:引張鉄筋(D−16) 6:帯鉄筋(φ−6) 7:エポキシベースの樹脂モルタル

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉄筋コンクリートの梁類に炭素繊維を貼り
    付けて補強するに際し、該鉄筋コンクリート梁類の被補
    強部分に、予めCFRP硬化板を埋め込んで貼り付け、
    かつ、該硬化板と炭素繊維シートとは、貼り付けて定着
    されていることを特徴とする鉄筋コンクリート梁類の補
    強方法。
  2. 【請求項2】該CFRP硬化板は、少なくとも該被補強
    部分の両端部および曲げモーメントが最大になる部分に
    埋め込まれて貼り付けられているものである請求項1記
    載の鉄筋コンクリート梁類の補強方法。
  3. 【請求項3】該梁類が、柱、床または床版である請求項
    1または2記載の鉄筋コンクリート梁類の補強方法。
  4. 【請求項4】該CFRP硬化板が、厚さ1〜2mm、幅5
    〜10cmのプルトルージョン法により引き抜き成型され
    たものである請求項1〜3のいずれかに記載の鉄筋コン
    クリート梁類の補強方法。
  5. 【請求項5】該CFRP硬化板が、該鉄筋コンクリート
    梁類のコンクリート面に埋め込まれ、該硬化板の表面
    が、その位置でコンクリート面と概ね同一である請求項
    1〜4のいずれかに記載の鉄筋コンクリート梁類の補強
    方法。
  6. 【請求項6】該CFRP硬化板の貼り付け方が、該炭素
    繊維シートの貼り付け方向である請求項1〜5のいずれ
    かに記載の鉄筋コンクリート梁類の補強方法。
  7. 【請求項7】該炭素繊維シートの貼り付け方向が、該鉄
    筋コンクリート梁類の軸方向と平行または直角である請
    求項6記載の鉄筋コンクリート梁類の補強方法。
  8. 【請求項8】該CFRP硬化板の貼り付け幅が、該鉄筋
    コンクリート梁類の軸方向に幅10〜20cmである請求
    項1〜7のいずれかに記載の鉄筋コンクリート梁類の補
    強方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008174989A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Mitsubishi Plastics Ind Ltd 構造物のfrp補強工法および構造物の補強構造
CN103643804A (zh) * 2013-11-25 2014-03-19 昆明理工大学 一种基于拱效应的锈蚀钢筋混凝土梁的修复加固方法
CN108824695A (zh) * 2018-03-27 2018-11-16 同济大学 具有延性的frp筋混凝土梁及其制备方法

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