JP2005530942A - 支持構造体を補強する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

支持構造体（１）を補強するための炭素繊維シート（４）を備える装置が開示され、前記炭素繊維シート（４）は端部取付具（３、３′）に終端し、これにより、前記炭素繊維シート（４）の端部には結合手段（７）又は接合層が設けられる。炭素繊維シート（４）は、少なくとも１つの楔（６、６′）によって端部取付具（３、３′）内に圧入された状態で位置する。結合手段（７）は、接着剤、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの粒径を有する摩擦材料、摩擦材料を設けたフィルム、粉体被覆又はプラズマ被覆の形態を取り得る。プレストレスを加えるか又は加えずに前記装置で支持構造体を補強する方法が開示されている。この装置は、補強用支持構造体の配置構成に関する高柔軟性を有することを特徴とする。そして、この方法は、迅速且つ極めて経済的な組立によって特徴づけられる。

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１に記載されるような支持構造体を補強する装置、及び特許請求の範囲の請求項１０に記載されるこの目的のための対応する方法に関する。

既存の建物に関する支持構造体の復旧では、支持構造体が以前の寸法付けよりも多くの新しい荷重状態に適合するように構成されるという問題がしばしば発生する。こうした場合に支持構造体を完全に置換するために、こうした既存の支持構造体を補強する方法及び装置が見出されてきた。こうした支持構造体は、ブリッジ、伝統的に建造されたレンガ壁、あるいは、例えば、鉄筋コンクリート壁又は梁、木、プラスチック又は鋼梁とし得る。

こうした支持構造体を補強する改良された鋼板の使用は暫くの間知られてきた。鋼板、つまり、鋼バンド板である鋼板は、この場合は支持構造体の１つまたは２つの側に貼り付けられ、好ましくは引張り荷重を被る支持構造体のこれらの側に貼り付けられる。この方法は、比較的迅速に行うことができるという利点を有するが、貼り付け、すなわち複数の部品及び接着表面を設けて、配置される。所望の効果を達成するために正確に規定された条件下で貼り付けを行わなければならない。この方法に関する問題は特に腐食範囲、つまり、戸外の支持構造体がこの方法、例えば橋桁で補強されるように構成される場合に生じる。比較的高重量及びこうした鋼板の生産のために、最大の使用可能な長さは限定される。適切な空間内に剛直な鋼板を搬送することができない場合、限られた空間での使用は空間的理由のために問題と成り得る。

「オーバーヘッド」用途では、さらにまた、鋼板、接着剤が硬化するまでは、補強可能な支持構造体に対して押圧されなければならない。

最近では、炭素シート（ＣＦＲＰシート）もまた支持構造体の牽引側上に貼り付けられ、従って、こうした構造体の荷重支持能力は増大した支持抵抗及び延性によって引き続き向上されている。この利点は、はるかに軽量に組み立てられた、鋼板よりも高強度を有する、こうしたシートの安価且つ単純な用途であり、かつ取り付け易いことである。同様に、腐蝕抵抗はさらに良い。その結果、こうした補強は戸外構造体を補強するのにも適している。しかしながら、この場合には、板の端部固定は、特に、これまでは問題となることが判明してきた。この範囲では、板が分離されるようになるという特に高い危険性があり、かつ力が板端部から梁内に伝達されるという問題がある。これに対する既知の解決策は、梁に浅い角度の穴又は楔形状の凹所を形成することにある。これらの中に、ＣＦＲＰシートの端部は取り付けられ、かつ必要に応じて、クランプ、ループ、板等により梁に対して押圧される。これは、それ自体、改善された着脱特性及び梁から板内へのより良い力の伝達に通じる。

伝統的に、こうしたＣＦＲＰシートはプレストレスを加えず、即ち緩めて梁上に貼り付けられする。しかしながら、一旦、基本荷重を超過したのみで、それらは支持部を提供し始めるるから、これらのシートの補強ポテンシャルの大部分は、実際の活荷重からの力の下で、こうして利用されないままである。シートをよ良く利用するために、この考えは、プレストレスが加えられた状態の梁上にそれらを貼り付ける。既知の解決策は、この点に関して、短い鋼板が両側でＣＦＲＰシートの端部に貼り付けられる。鋼板は、次いで、ＣＦＲＰシートにプレストレスが加えられるように互いに離れるように張力が付与される。このプレストレスが加えられる配置構成は補強すべき梁に固着される。一旦、接着剤ジョイントが乾燥したら、端部のシートは、板、ループ等によって梁に対して押圧され、次いで、端部を鋼板で切断する。しかしながら、この工程は今でも常に複雑であるので、全ての用途で使用することができない。現在、上述したシート端部の固定タイプは単に建設現場でプレストレスを加えるための限られた適合性のみを有する。

従来技術文献によれば、例えば、コンクリート梁のような支持要素の補強に、ＣＦＲシートを使用することが知られている。これらは端部側で分割され、かつ固着され、楔が形成されるか又は互いに対して所定の角度で終端要素に形成された保持スロットに摩擦錠止によって保持される（例えば、特許文献１参照）。
終端要素は、支持要素の牽引側で摩擦錠止によって定位置に固着され、楔が形成されるか又は保持される。あるいは、プレストレスを加えるか加えずに対応する支持要素の切り取り部に埋設される。
欧州特許第１００７０８９号明細書

この解決策による利点は、想定し得るシート固定力が短くコンパクトな端部固定を作り出し得ることである。さらにまた、力の伝達は接着剤（摩擦錠止）無しでさえ実現し得る。

判明している不利点は、ＣＦＲＰシートが工場で予め組み立てられるか、あるいは工場で所定の長さに切断しなければならないということである。さらに、シートの裏すきは精密作業を要する手際のいる操作である。

本発明の目的は、空間を節約し且つ特に建設現場における場所にプレストレスを加えるか又は加えずに取り付けるのに特に適した支持構造体を補強する装置を提案することである。前記取付は迅速且つ危険ではない。

更なる目的は、このために対応する工程を規定することにある。

本発明によれば、この目的は、特許請求の範囲の請求項１に記載の装置、及び特許請求の範囲の請求項１０、１１及び１３に記載の方法で達成される。

図面を参照して以下に本発明を詳細に説明する。

図１は、ＣＦＲＰシート及び終端要素を具備する本発明による装置を表す線図である。

支持構造体１は、終端要素３、３′を受容するように構成された、２つの凹所２、２′を頂部に具備する。ＣＦＲＰシート４は支持構造体１上に延び、かつ終端要素３、３′の定位置に押し込まれる。

凹所２、２′は、一般的に、支持構造体内で機械にかけられるか又は穿孔され、全体的に円筒状形状を有する。終端要素のこうした配置構成は空間を節約するものであり、従って特に有利であることが判明している。ＣＦＲＰシート４は、接着剤層によって支持構造体に全体的に又は少なくとも部分的に連結し得る。

図２は、断面で表され、楔が打ち込まれるの以前の本発明による終端要素を示す。

ＣＦＲＰシート４はスリーブ５の中心に位置し、楔６、６′によって中心の定位置に保持される。より幅の広いスリーブ端部から突出する楔は、打ち込まれる以前の位置で表されている。楔がスリーブの円錐状にテーパが付された端部に対して打ち込まれる時、ＣＦＲＰシートに基く長手方向に直角な圧力が構築され、その結果、これはスリーブに不動に押し込まれる（摩擦錠止）。既知の問題は、ＣＦＲＰシートがスリーブから滑り去ることである。これは、本願明細書では、本発明による結合手段７によって効果的に阻止される。この結合手段はＣＦＲＰシート４の少なくとも一側であるが、好ましくは両側に貼り付けられる。これにより、ＣＦＲＰシートは、スリーブ５の領域で、少なくとも部分的にスリーブを覆う。

スリーブ５、楔６、６′及び結合手段７は、終端要素３を構成する。

本発明による装置は、プレストレス装置と共に、あるいは該装置無しで使用し得る。その結果、終端要素３も、固定ヘッド又は張力付与ヘッドと呼称される。

スリーブ５は、プラスチック、特に繊維強化プラスチック、鋼又は幾つかの他の高強度材料から成る。スリーブは少なくとも内側は円錐状に形状構成され、かつ実質的に円形、楕円又は実質的に四角形又は矩形内部横断面を有する。スリーブの外側は内側とは独立して自由に選択し得る。即ち、例えば、円筒形状であることが好ましいが、円錐形状ともし得る。

楔６、６′は、プラスチック、特に繊維強化プラスチック、鋼又は幾つかの他の高強度材料、セラミック又はアルミニウム、あるいはモルタル、コンクリート又は鋳物複合物で作られる。最も単純な場合、それらは２つの同一の楔から成る。しかしながら、同じ区分も考えられる。この場合、２×２楔への分割では、例えば、ＣＦＲＰの頂部側に２つと、底側に２つと、があることが分かる。例えば、２×３の楔のような非対称分割も考え得る。

ＣＦＲＰシートが既にスリーブに固定連結された対応する相当物によって中心の定位置に保持される場合、単一の楔さえ、おそらく、打ち込み得る。

他方では、第１の２つの楔は、例えば、接触接着剤によって端部位置でスリーブ内に保持し得る。その後、単一の第２楔が打ち込まれる。この装置構成は、アクセス可能性が一側に限定されるにも拘わらず、適切なプレストレス装置によって必要なプレストレスを加えるという利点を有する。これは、それ自体、本発明による装置の基本的利点を特徴づける。

結合手段７は、接着剤、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの粒径を有する研磨剤、研磨剤を設けたフィルム、粉末コーティング又はプラズマコーティングからなる。それらは、ＣＦＲＰシート４と楔６、６′間に、所謂、接合ブリッジを形成する。しかしながら、結合手段７はＣＦＲＰシート上に必ずしも置かれる必要はない。これに反して、引き方向に配置された経路を部分的に覆う表面積の全てに亘ってまさにスリーブの内側に配置し得るか、あるいは、これらは引き方向の周りに螺旋状に配置される。ＣＦＲＰシートと楔との間の摩擦パラメータと、おそらく、シートに対する摩擦パラメータと、は大きくなり、かつ楔の圧入からの必要な横方向の圧力が永久に存在することが必要不可欠である。

楔が圧入されるか又はＣＦＲＰシートの周りに打ち込まれる本発明によるプロセスは後述する。楔上の矢印は、圧入方向を示す働きをする。

図３は、断面で表した、スリーブが楔及びＣＦＲＰシート上に押し込まれる以前の終端要素の例示的実施形態を示す。

円錐状に形状構成されたスリーブ５は、５０ｍｍ〜６５ｍｍの外径を有する。スリーブは楕円断面図及び１１０ｍｍの長さ及び６．０ｍｍの壁厚を有する。スリーブは炭素繊維複合材（ＣＦＲＰ）から成る。ＣＦＲＰシート４は、２．４ｍｍ×６０ｍｍの横断面を有し、炭素繊維強化プラスチック（Ｓｉｋａ ＣＡＲＢＯＤＵＲ、 Ｓｉｋａ ＡＧ、ＣＨ−８０４８ Ｚｕｒｉｃｈ）である。結合手段７として、両側がコーティングされた非エージング紙は、スリーブの領域のＣＦＲＰシート４の両側に貼り付けられる。楔６、６′とスリーブ５との間の結合手段は、ここで小出しされる。２つの楔６、６′は同様に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から作られる。楔は２００ｋＮの力でスリーブ内に打ち込まれるか又は圧入される。この種の張力付与ヘッドすなわち終端要素は、少なくとも３００ｋＮの試験荷重に耐える。

スリーブの質量は、予め規定されたシートの横断面に常に依存して、広範囲に変動し得る。

本発明によれば、この例示的実施形態は、後述するように、スリーブが楔及びＣＦＲＰ上に押し込まれる別のプロセスを構成する。力が加わる方向はスリーブ５上の矢印によって示される。

本発明による装置によって支持構造体を補強するプロセスを以下に説明する。

ＣＦＲＰシートは建設現場にロールで供給され、建設現場での長さに切断され、及びシート端部が分裂せずに張力付与され且つ固定されるように構成される。

第１段階では、凹所２、２′又は切抜部は支持構造体１に形成される。つまり、これらは堀り出され、機械にかけられ、穿孔される等が施される。凹所２、２′内に、力伝達要素として働き、かつ正確にそこに位置づけられる、所謂、既知のタイプの「支持部（supports）」がここで嵌合されるか又は挿入される。

第２段階では、第１凹所２及び第１支持部から、支持構造体１の周りの第１終端要素３、第２凹所２′及び第２支持部を経て、終端要素３′まで連続してＣＦＲＰシート４にはねじが付されるか又は引き込まれるか又は導かれて位置づけられる。

ＣＦＲＰシートは、一般的に、建設現場にロールで供給される、かつ建設現場でｆスタンドリールから引き出される。Ｕ字形状をした予め組み立てられたＣＦＲＰシートも使用し得る。

第３段階では、結合手段７は、終端要素３、３′の領域内にまさに存在するようにＣＦＲＰシートに貼り付けられる。

第４段階では、第２終端要素３′の少なくとも１つの楔６′は第２スリーブ５′内に圧入される。これはＣＦＲＰシート４を引っ張らずに実現される。

ＣＦＲＰシートは、次に、プレストレスが加えられる。これは、第１終端要素３より上に位置するプレストレス装置によって実現される。ＣＦＲＰシートの両端で、両面同時に張力付与することも可能である。この場合プレストレス装置は、２つの終端要素３、３′の各々より上にそれぞれ位置する。しかしながら、プレストレスは完全に省略し得る。

第５番段階では、第１終端要素３の少なくとも１つの楔６は押し込まれるか又は圧入される。第１終端要素３より上では、ＣＦＲＰシートは連続して切断される。支持構造体を補強するプロセスはこれで完結する。

補強すべく、支持構造体１の牽引側周りに配置されるＣＦＲＰシート４は、支持構造体上に少なくとも部分的に貼り付け得る。

別のプロセスは、段階１〜段階３の維持と以下の変更された段階４及び５によって得られる。

第４段階では、第２スリーブ５′は第２終端要素３′及びＣＦＲＰシートの少なくとも１つの楔６′上に押し込まれる。これはＣＦＲＰシート４を引っ張らずに実現される。

ＣＦＲＰシートは次にプレストレスを加えられる。これは、第１終端要素３より上に位置するプレストレス装置で実現される。このプレストレスは省略し得る。

第５段階では、第１スリーブ５は、ＣＦＲＰシートによって第１終端要素３の少なくとも１つの楔６上に押し込まれる。第１終端要素３より上では、ＣＦＲＰシートが連続して切断される。支持構造体を補強するこの別のプロセスはこれと共に完結する。

さらに別のプロセスは、段階１〜段階３の維持及び以下のように変更された段階４及び５によって得られる。
前記ＣＦＲＰシート（４）には予め応力が加えられ、あるいは１０％〜２０％の過大応力が加えられ、少なくとも１つの前記楔（６、６′）は前記スリーブ（５）に圧入ではなく緩み嵌めで嵌合される。

第５段階では、プレストレスはここで部分的に緩められる。少なくとも１つの楔６、６′がスリーブ５内の自己楔配置構成内に引かれるか又は圧入される。最終的に必要なプレストレスがここで維持される。ＣＦＲＰシート４は、第１終端要素３より上で連続的に切断される。支持構造体を補強するこのさらに別の方法はこれで完結する。

本発明による装置は、例えば、床又は橋桁のようなコンクリート支持構造体の回復に特に適している。さらに、これらは、例えば、煉瓦構造、角材支持構造、鋼構造及び地震補強のような慣用のＣＦＲＰシートの全ての周知の用途にも使用し得る。単純なプレストレス可能性は、ＣＦＲＰシートの強度特性を沢山使用されるようにすることを可能にする。さらに、プレストレスは、既存の軸受要素の牽引側に予押圧を生じさせる。これは、例えば、橋桁に関しては特に有利である。

この方法は高経済性及び迅速な取付けによって特徴づけられる。また、装置はそれが強化すべく支持構造体上に配置される方法の高柔軟性によって特徴づけられる。

ＣＦＲＰシート及び終端要素を具備する本発明による装置を表す線図である。 楔が打ち込まれる以前の本発明による終端要素を断面で表して示す図である。 スリーブが楔及びＣＦＲＰシートに押し込まれる以前の終端要素を断面で表して示す図である。

符号の説明

１ 支持構造体
２、２′ 凹所
３ 第１終端要素
３′ 第２終端要素
４ ＣＦＲＰシート
５ 第１スリーブ
５′ 第２スリーブ
６、６′ 楔
７ 結合手段

Claims (14)

1. 支持構造体（１）を補強するＣＦＲＰシート（４）を具備する装置であって、
   前記ＣＦＲＰシート（４）の端部には結合手段（７）が設けられるか、あるいは、それぞれの少なくとも１つの楔（６、６′）を具備する前記ＣＦＲＰシート（４）が圧入されるそれぞれの終端要素（３、３′）内に出現する接合ブリッジ用手段が設けられることを特徴とする装置。
2. 前記結合手段（７）は少なくとも一側で前記ＣＦＲＰシート（４）に貼り付けられる、請求項１に記載の装置。
3. 前記終端要素（３）の領域にある前記結合手段（７）は少なくとも部分的に該終端要素（３）を覆うことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記結合手段（７）が接着剤、例えば、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの粒径を有する研磨剤、研磨剤を設けたフィルム、粉末コーティング又はプラズマコーティングからなることを特徴とする、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の装置。
5. 前記終端要素は、少なくとも内側が円錐状に形状構成されるスリーブ（５）を具備することを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の装置。
6. 前記スリーブ（５）は、実質的に円形又は楕円内側横断面を有することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 前記スリーブ（５）は、実質的に円形又は楕円内側横断面を有することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
8. 前記終端要素（３）は金属又はプラスチック製であることを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の装置。
9. 前記結合手段（７）は、前記スリーブ（５）の内側と前記楔（６、６′）との間に位置し、かつ少なくとも部分的に前記楔（６、６′）を覆うことを特徴とする、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の装置。
10. 請求項１から請求項９までの装置の使用によって支持構造体（１）を補強する方法であって、
    前記支持構造体（１）には、支持体が挿入され且つ位置づけられる、凹所（２、２′）が形成され、
    前記ＣＦＲＰシート（４）は、前記第１凹所（２）及び前記第１支持部から、前記支持構造体（１）の周りに配置された、前記第１終端要素（３）を経て、連続して案内され、前記ＣＦＲＰシート（４）が前記第２終端要素（３′）上に重なるまで、前記第２凹所（２′）及び前記第２支持部から、前記第２終端要素（３′）まで案内され、
    前記結合手段（７）は、前記終端要素（３、３′）の領域にある前記ＣＦＲＰシート（４）に貼り付けられ、
    前記第２終端要素（３′）の少なくとも１つの楔（６′）は前記ＣＦＲＰシート（４）によって前記第２スリーブ（５′）内に圧入され、これは前記ＣＦＲＰシート（４）上の引抜無しで実現され、
    前記第１終端要素（３）の少なくとも１つの楔（６）は打ち込まれるか又は圧入され、前記ＣＦＲＰシート（４）は前記第１要素（３）より上で切断されることを特徴とする方法。
11. 請求項１から請求項９までの装置の使用によって支持構造体（１）を補強する方法であって、
    前記支持構造体（１）には、支持部が挿入され且つ位置づけられる凹所（２、２′）が形成され、
    前記ＣＦＲＰシート（４）は、前記第１凹所（２）及び前記第１支持部から、前記支持構造体（１）の周りに配置された、前記第１終端要素（３）を経て、連続して案内され、前記ＣＦＲＰシート（４）が前記第２終端要素（３′）上に重なるまで、前記第２凹所（２′）及び前記第２支持部から、前記第２終端要素（３′）まで案内され、
    前記結合手段（７）は前記終端要素（３、３′）の領域にある前記ＣＦＲＰシート（４）に貼り付けられ、
    前記第２スリーブ（５′）は前記第２終端要素（３′）及び前記ＣＦＲＰシート（４）の少なくとも１つの楔（６′）上に押し込まれ、これは前記ＣＦＲＰシート（４）上の引抜無しで実現され、
    前記第１スリーブ（５）は前記第１終端要素（３）の少なくとも１つの楔（６）及び前記ＣＦＲＰシート（４）上に押し込まれ、しかも前記ＣＦＲＰシート（４）は前記第１終端要素（３）より上で切断されることを特徴とする方法。
12. 前記装置にはプレストレスが加えられるか又は加えられないことを特徴とする、請求項１０または請求項１１に記載の方法。
13. 請求項１から請求項９までの装置の使用によって支持構造体（１）を補強する方法であって、
    前記支持構造体（１）には、支持部が挿入され且つ位置づけられる凹所（２、２′）が形成され、
    前記ＣＦＲＰシート（４）は、前記第１凹所（２）及び前記第１支持部から、前記支持構造体（１）の周りに配置された、前記第１終端要素（３）を経て、連続して案内され、前記ＣＦＲＰシート（４）が前記第２終端要素（３′）上に重なるまで、前記第２凹所（２′）及び前記第２支持部から、前記第２終端要素（３′）まで案内され、
    前記結合手段（７）は前記終端要素（３、３′）の領域にある前記ＣＦＲＰシート（４）に貼り付けられ、
    前記ＣＦＲＰシート（４）にはプレストレスが加えられるか、あるいは１０％〜２０％の過大なストレスが加えられ、少なくとも１つの前記楔（６、６′）は前記スリーブ（５）に圧入ではなく緩み嵌めで嵌合され、
    前記プレストレスは部分的に緩和され、少なくとも１つの前記楔（６、６′）は前記スリーブ（５）内の自己楔配置構成内に引き込まれるか又は圧入され、しかも前記ＣＦＲＰシート（４）は前記第１終端要素（３）より上で切断されることを特徴とする方法。
14. 前記ＣＦＲＰシート（４）は補強されるべき前記支持構造体（１）の牽引側周りに配置され、かつ前記支持構造体（１）上に少なくとも部分的に貼り付けられることを特徴とする、請求項１０から請求項１３までのいずれか１項に記載の方法。
    

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