JP2006118162A

JP2006118162A - 耐震補強コンクリート部材及びその製造方法

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Publication number: JP2006118162A
Application number: JP2004305301A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Ishibashi; 忠良石橋; Takeshi Tsuyoshi; 毅津吉; Shinichi Tatsuki; 伸一田附
Original assignee: East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP4405363B2

Abstract

【課題】コストアップ、大重量化等を招くことなく、コアコンクリート部の拘束力を高め、塑性変形性能を向上させ、耐震性能の高く、製造が容易なコンクリート部材の耐震補強構造及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】耐震補強コンクリート部材１において、中央のコアコンクリート部３を囲むように複数の軸方向鉄筋２を配置し、少なくとも前記軸方向鉄筋２の地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に帯鉄筋４を配置し、前記帯鉄筋４の内側の前記塑性ヒンジ領域に対応する４隅にＬ形又は多角形に加工した補強鋼材８を柱軸方向に配置することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＲＣ造の建築物の柱、梁等のコンクリート部材の耐震補強構造及びその製造方法に関する。

従来、図７に示されるように、柱、梁等のコンクリート部材１１は、軸方向に複数の軸方向鉄筋１２（主筋）が配筋され、これら軸方向鉄筋１２の周囲に、軸方向に間隔をあけて複数の帯鉄筋１３が巻き付け配筋される構造が一般的である。ところで、この種のコンクリート部材１１においては、地震による大きな荷重（軸方向圧縮力、曲げモーメント、水平変位等）が作用すると、圧縮側において、軸方向鉄筋１２に座屈が生じる恐れがあり、その対策として、地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の帯鉄筋１３の数を増やすことや、軸方向鉄筋１２の外側のかぶりコンクリートの厚みを大きくする等の耐震補強が行われている。
また、図８に示されるように、軸方向補強材として、コーナー部に軸方向に伸びる山形鋼１４を配置し、さらに辺部に軸方向に伸びる平板鋼１５をその幅方向が内方から外方に向くように配置して補強した耐震補強コンクリート部材１６が提案されている。
さらに、過去の大地震により鉄筋・鉄骨コンクリート部材が大きな被害を受けた。その被害の原因としてコンクリート部材の剪断破壊が第一に指摘されている。その剪断破壊を増長する原因は、強震時の多数回交番繰り返し変形であることが究明されている。このような繰り返し力に対して、鉄筋・鉄骨コンクリートの柱や梁等のコンクリート部材の剪断破壊を防止し、復元力特性の安定と粘りを確保するには、コンクリート部材の主筋により囲まれている部分のコンクリート（コアコンクリート）を有効に拘束することが最適であることが最近の研究で解明している。このような考えに基づいて、コンクリート部材の外周に鋼板や繊維補強シートを巻き付けて剪断耐力を高める耐震補強構造が既に実施されている。
特開平９−２５６５４７号公報特開平９−７２１０６号公報特開平１０−８８８２２号公報

しかしながら、地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の帯鉄筋の数を増やす耐震補強では、鋼材使用量が増加しコストアップを招いてしまうと共に、鉄筋密度が高くなり、コンクリートの充填が困難になってしまうという問題がある。
かぶりコンクリートの厚みを大きくする耐震補強においては、コンクリート部材の断面積が大きくなってしまうと共に、重量が増加してしまうという問題がある。
軸方向鉄筋に変えて軸方向に伸びる山形鋼、平板鋼等の形鋼を用いる耐震補強においては、使用鋼材の量が増加し、コストアップの要因となる。
さらに、コンクリート部材の周囲を補強鋼板で囲い一体とする耐震補強構造においては、予め工場で成型した鋼板を現場に搬入して組み立て、その継ぎ手部分を主に溶接などの手段により接合される。溶接作業には、熟練が必要であり、狭い作業空間での溶接作業は施工性が悪く、溶接の不良が発生しやすく、耐震補強構造そのものの質に影響するという問題を有する。

本発明は、従来の耐震補強コンクリート部材およびその製造方法のもつ課題を解決する、コストアップ、大重量化等を招くことなく、コアコンクリート部の拘束力を高め、塑性変形性能を向上させ、耐震性能の高く、製造が容易なコンクリート部材の耐震補強構造及びその製造方法を提供することを目的とする。

本第１発明は、前記課題を解決するために、耐震補強コンクリート部材において、中央のコアコンクリート部を囲むように複数の軸方向鉄筋を配置し、少なくとも前記軸方向鉄筋の地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に帯鉄筋を配置し、前記帯鉄筋の内側の前記塑性ヒンジ領域に対応する４隅にＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を柱軸方向に配置することを特徴とする。

本第２発明は、本第１発明の耐震補強コンクリート部材において、長方形断面の矩形コンクリート部材の場合、長辺方向の中間部にもＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を配置することを特徴とする。

本第３発明は、本第１又は第２発明の耐震補強コンクリート部材において、前記４隅および中間部に配置されるＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を予め横方向鉄筋で連結し一体とすることを特徴とする

本第４発明は、本第１〜第３発明のいずれかの耐震補強コンクリート部材において、前記Ｌ形又は多角形に加工した補強鋼材を軸方向に複数に分割されていることを特徴とする。

本第５発明は、耐震補強コンクリート部材の製造方法において、型枠内に複数の軸方向鉄筋を中央にコアコンクリート部が形成されるように配置し、少なくとも前記複数の軸方向鉄筋の地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に帯鉄筋を配置し、前記帯鉄筋の内側の前記塑性ヒンジ領域に対応した４隅にＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を配置し、前記型枠内にコンクリートを打設し固化させることを特徴とする。

耐震補強コンクリート部材において、中央のコアコンクリート部を囲むように複数の軸方向鉄筋を配置し、少なくとも前記軸方向鉄筋の地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に帯鉄筋を配置し、前記帯鉄筋の内側の前記塑性ヒンジ領域に対応した４隅にＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を柱軸方向に配置する構成により、地震により軸方向鉄筋が外側にはらみ出し、かぶりコンクリートが剥落しても、帯鉄筋の内側に配置されたＬ形形状の補強鋼材がコアコンクリート部を拘束し、帯鉄筋の配置数を増加させることなく、変形性能を高め、耐震性能を向上させる。
長方形断面の矩形コンクリート部材の場合、長辺方向の中間部にもＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を配置する構成により、複数のＬ形形状の補強鋼材が夫々コアコンクリート部を確実に拘束し、変形性能の高い耐震補強コンクリート部材とすることができる。
４隅および中間部に配置されるＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を予め横方向鉄筋で連結し一体とする構成により、耐震補強コンクリート部材の製造の際の配筋作業が容易になる。
Ｌ形又は多角形に加工した補強鋼材を軸方向に複数に分割する構成により、長尺なコンクリート部材においても、補強鋼材の配置が容易であり、分割することにより小型化ができるので、持ち運び、取り扱いが容易となる。
耐震補強コンクリート部材の製造方法において、型枠内に複数の軸方向鉄筋を中央にコアコンクリート部が形成されるように配置し、少なくとも前記複数の軸方向鉄筋の地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に帯鉄筋を配置し、前記帯鉄筋の内側の前記塑性ヒンジ領域に対応した４隅にＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を配置し、前記型枠内にコンクリートを打設し固化させる構成により、製造コストも安価にでき、耐震性能の高い耐震補強コンクリート部材の製造方法を提供できる。

本発明の実施の形態を図により説明する。図１は、本発明のコンクリート部材の耐震補強構造の一実施形態の横断面図である。図１において、ＲＣ造の建築物の柱、梁等に用いられる耐震補強コンクリート部材１は、軸方向鉄筋２が、中央部にコアコンクリート部３が形成されるよう複数配置される。複数の軸方向鉄筋２の外周の、少なくとも地震時に塑性ヒンジ領域に対応する部分には、軸方向に所定間隔をおいて帯鉄筋４が配置される。帯鉄筋４の外側に所定厚みのかぶりコンクリート５が形成される。軸方向鉄筋２の地震時の塑性ヒンジ領域に４つのコーナー部にＬ形鋼６からなる補強鋼材８を配置する。地震時に塑性ヒンジ領域のコアコンクリート部３を拘束する機能からみて、補強鋼材８の配置は、帯鉄筋４の内側に配置すれば良いので、帯鉄筋４の内側で軸方向鉄筋２の外側であっても良い。補強鋼材８としては、断面Ｌ形や断面４角形或いは他の多角形に加工されたものであっても良い。

図２は、本発明の耐震補強コンクリート部材１の他の実施形態を示す。この実施形態においては、Ｌ形鋼６からなる補強鋼材８を、軸方向鉄筋２の地震時の塑性ヒンジ領域に配置される帯鉄筋４の内側で軸方向鉄筋２の外側に配置したものである。補強鋼材８としては、断面Ｌ形や断面４角形或いは他の多角形に加工されたものであっても良い。

図３は、本発明の耐震補強コンクリート部材１の別の実施形態を示す。この実施形態においては、前記４つのコーナー部に配置される４つのＬ形鋼６からなる補強鋼材８の内側又は外側を４本の横方向鉄筋７を溶着して一体とし断面矩形状として配置したものである。横方向鉄筋７で予め４つのＬ形鋼６からなる補強鋼材８を連結し一体化することにより、耐震補強コンクリート部材１を製造する際、補強鋼材８の型枠内への配置が容易となる。一体化された補強鋼材８の配置は、帯鉄筋４の内側であれば、軸方向鉄筋２の内側であっても、外側であっても良い。補強鋼材８としては、断面Ｌ形や断面４角形或いは他の多角形に加工されたものであっても良い。

図１〜３においては、断面矩形のコンクリート部材１に、断面矩形のコアコンクリート部３が形成するように軸方向鉄筋２が配置され、前記断面矩形のコアコンクリート部３と相似形でほぼ同じ大きさの補強鋼材８を挿入配置されている。このように配置されるもとで、断面矩形のコアコンクリート部３の断面の大部分が補強鋼材８により拘束され、コーナー部に山形鋼６が配置されているので拘束力の大きく、変形性能の高い耐震補強コンクリート部材１とすることができる。この実施形態では、コンクリート部材１の断面形状が矩形のものを例として説明しているが、コンクリート部材１の断面形状は、円形、楕円形、多角形のいずれであってよく、当然、コアコンクリート部３の断面形状も矩形以外のどのような断面形状であってもよい。

図４は、本発明の耐震補強コンクリート部材１のさらに別の実施形態を横断面図である。この実施形態においては、１辺が長い長方形断面のコンクリート部材１の場合、複数軸方向鉄筋２が、中央部に１辺が長い長方形断面のコアコンクリート部３を形成するように配置される。図１と同様に、複数の軸方向鉄筋２の、少なくとも地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周には、軸方向に所定間隔をおいて帯鉄筋４が配置され、帯鉄筋４の外側に所定厚みのかぶりコンクリート５が形成される。１辺が長い長方形断面のコアコンクリート部３には、地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分のコーナー部に４つのＬ形鋼６からなる補強鋼材８が配置され、長辺部の中間部にもＬ形鋼６’からなる補強鋼材８’が配置される。長い長方形断面のコアコンクリート部３も、地震時にコーナー部に配置されたＬ形鋼６からなる補強鋼材８と、中間部に配置されたＬ形鋼６’からなる補強鋼材８’より分割して拘束され、変形性能を高め、耐震性能を向上させる。地震時の塑性ヒンジ領域のコアコンクリート部３を拘束する機能からみて、補強鋼材８の配置は、帯鉄筋４の内側に配置すれば良いので、帯鉄筋４の内側で軸方向鉄筋２の外側であっても良い。補強鋼材８としては、断面Ｌ形や断面４角形或いは他の多角形に加工されたものであっても良い。

図５は、図４に示される耐震補強コンクリート部材１の別の実施形態を示すものである。この実施形態において、長方形のコアコンクリート部３に配置された４つコーナー部に配置されたＬ形鋼６と、長辺部の中間部に配置されたＬ形鋼６’を横方向鉄筋７で連結して、２つの矩形の補強鋼材８、８’としたものである。補強鋼材８、８’が横方向鉄筋７で連結され一体化されているため、製造時の型枠内への配置が容易である。地震時の塑性ヒンジ領域のコアコンクリート部３を拘束する機能からみて、補強鋼材８の配置は、帯鉄筋４の内側に配置すれば良いので、帯鉄筋４の内側で軸方向鉄筋２の外側であっても良い。補強鋼材８としては、断面Ｌ形や断面４角形或いは他の多角形に加工されたものであっても良い。

図６は、本発明の耐震補強コンクリート部材の一実施形態の縦断面図である。この実施形態において、軸方向鉄筋２の内側のコアコンクリート部３に挿入配置されるＬ形形状の補強鋼材８は、軸方向に複数分割されて配置される。耐震補強コンクリート部材１が長尺の場合、他補強鋼材８を軸方向に複数分割することにより、コアコンクリート部３への補強鋼材８の挿入配置が容易となる。また、補強鋼材８を複数に分割することにより、個々の補強鋼材８を小型化でき、運搬、取り扱いが容易となる。補強鋼材８としては、断面Ｌ形や断面４角形或いは他の多角形に加工されたものであっても良い。

本発明の耐震補強コンクリート部材１の一実施形態の製造方法をその工程に従って説明する。
（１）型枠を設置する。
（２）複数の軸方向鉄筋を中央に所定形状のコアコンクリート部が形成されるように配置し、地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に複数の帯鉄筋を配置する。
（３）前記軸方向鉄筋及び帯鉄筋を配置したものを型枠内に、所定のかぶりコンクリートが確保されるように、スペーサ等を介して位置決め配置する。
（４）４つのコーナー部にＬ形形状の補強鋼材を配置し、前記４つの補強鋼材を４本の横方向鉄筋を溶着して一体とし断面矩形状としたものを予め用意する。（補強鋼材としては、断面Ｌ形や断面４角形或いは他の多角形に加工されたものであっても良い。）
（５）型枠内に配置された帯鉄筋の内側で前記軸方向鉄筋の塑性ヒンジ領域に対応する部分に、４つのコーナー部に配置されたＬ形形状の補強鋼材を予め横方向鉄筋で連結し矩形状に一体化した補強鋼材を挿入・配置する。
（６）型枠内にコンクリートを充填し、固化させる。

本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。本発明の実施形態を示す図である。従来技術を示す図である。従来技術を示す図である。

符号の説明

１：耐震補強コンクリート部材
２：軸方向鉄筋
３：コアコンクリート部
４：帯鉄筋
５：かぶりコンクリート
６：Ｌ形鋼
６’：中間部のＬ形鋼
７：横方向鉄筋
８：補強鋼材
８’：中間部の補強鋼材
１１：コンクリート部材
１２：軸方向鉄筋
１３：帯鉄筋
１４：Ｌ形鋼
１５：平板鋼
１６：耐震補強コンクリート部材

Claims

中央のコアコンクリート部を囲むように複数の軸方向鉄筋を配置し、少なくとも前記軸方向鉄筋の地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に帯鉄筋を配置し、前記帯鉄筋の内側の前記塑性ヒンジ領域に対応した４隅にＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を柱軸方向に配置することを特徴とする耐震補強コンクリート部材。
長方形断面の矩形コンクリート部材の場合、長辺方向の中間部にもＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を柱軸方向に配置することを特徴とする請求項１に記載の耐震補強コンクリート部材。
前記４隅および中間部に配置されるＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を予め横方向鉄筋で連結し一体とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐震補強コンクリート部材。
前記Ｌ形又は多角形に加工した補強鋼材が軸方向に複数に分割されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の耐震補強コンクリート部材。
型枠内に複数の軸方向鉄筋を中央にコアコンクリート部が形成されるように配置し、少なくとも前記複数の軸方向鉄筋の地震時の塑性ヒンジ領域に対応する部分の外周に帯鉄筋を配置し、前記帯鉄筋の内側の前記塑性ヒンジ領域に対応した４隅にＬ形又は多角形に加工した補強鋼材を配置し、前記型枠内にコンクリートを打設し固化させることを特徴とする耐震補強コンクリート部材の製造方法。