JP2008025100A - 継手部材および該継手を用いた補強構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】
帯状材２ａ、２ｂが本来有する強度により補強構造物１に対する補強効果が十分に発揮し得ると共に、帯状材の接合作業の作業回数を少なくすることで大幅な施工時間の短縮が図れ、しかも構造物表面における帯状材の貼り付け間隔の均等化が可能となる帯状材の継手部材および該継手を用いた補強構造物を提供すること。
【解決手段】
本発明に係る帯状材の継手部材３Ａは、少なくとも２つの繊維強化プラスチック製帯状材２ａ、２ｂの端部同士を接続し、構造物１の表面に接着して補強するソケット状のものである。この部材は、軸方向に貫通孔３ａを有し、当該貫通孔は、その両側から帯状材２ａ、２ｂの端部を挿入し、その内部で前記帯状材の端部同士を重ねずに突き合わせることにより前記帯状材同士を接合するものであることを特徴とするものである。
【選択図】図９

Description

本発明は、例えばコンクリート建造物、橋梁、床版、梁等の構造物の分野に関し、詳しくはこれら部材を補強する際に使用する帯状材の接合構造に関するものである。

従来より、ビルやコンクリート橋等の構造物に生ずる曲げ変形に対する補強工事を目的として、コンクリート構造物の主として躯体下面に、炭素繊維強化プラスチック板等の帯状材を接着することが行われている（例えば特許文献１）。

この工法の利点は、軽量の補強材料を補強対象構造物に接着剤で貼り付けるだけの簡単な作業で所定の強度が得られると共に、補強工事に伴う騒音・振動の発生がほとんどなく、また、短期間の作業で補強工事が完了する点にある。なお、この帯状材は、構造計算上は補強延長全体に渡って連続であることが必要であるが、施工における取り扱い性の点から長さに限度があることから、どうしても端部同士を接続して使用せざるを得ない。この接続方法として、実証実験では重ね継手では充分な強度が確保できないとの結論が出ており、従って図１の断面図に示すような、補強対象構造物１に対して２つの帯状材２ａ、２ｂの端部同士を上下に重ねて接着剤５で接着する単純な重ね継手は認められていない。

ところで、この帯状材２ａ、２ｂの接着方法においては、１本の帯状材の全体を同時に貼り付けることが、構造計算とおりの充分な補強効果を得るという観点からは必要な手順ではあるが、帯状材２ａ、２ｂの材料長さが３ｍ程度で１人の作業員を必要とするため、材料長さが長くなればなるほど施工に多人数が必要となる。よって、施工性、経済性の低下を防止する観点から、例えば５〜６ｍ程度の取り扱いし易い長さの２本以上の帯状材を接着作業時に十分な接合強度を有した状態で容易に接合する工夫が従来から求められてきた。

この対策として、特許文献１では、プラスチック製または金属製の平板を貼り合わせて、その間に２枚の帯状材を並列に挟み込む形式の接合方法が提案されている。

この接合方法は、図２の平面図および図２のＡ−Ａ矢視断面図である図３に示すように、補強対象構造物１に対し、最初に継手部材用接着剤２２を用いて継手の下板２１ａを貼り付ける。次に、帯状材２ａと帯状材２ｂの２枚の帯状材を帯状材用接着剤５を用いて、補強対象構造物１と下板２１ａの上に連続的に貼り付ける。この時、両帯状材の端部は、図２の平面図に示すように、帯状材２ａと帯状材２ｂの端部が所定長さで入れ違うように並列に配置している。三回目の手順として、また継手部材用接着剤２２を両帯状材の上に塗布し、その上から継手の上板２１ｂを貼り付けて接合している。

この方法は、接着作業が３回となり、また、それぞれの接着剤が所定の強度を発現するまで数時間の養生時間を要するため、通常の単体の帯状材を１回の作業で貼り付ける方法に比べて、３倍の作業時間を要し、作業効率を悪化させる要因となっている。

また、図４の平面図に示すように、コンクリート梁下面６に帯状材を数列所定間隔で並列に貼り付けて補強する方法においては、上記方法では帯状材を並列に配置するため、継手の右側で帯状材幅分のずれを生じることとなり、帯状材２ａと帯状材２ｂを梁幅１０に対して均等・均一に配置することは不可能となる。また、区間２３ｂにおける端部幅２５ａと端部幅２５ｂの配置に対し、区間２３Ａと区間２３ｃにおけるこれらの位置は、逆の配置となり、強度上問題である。

また、端部幅２５ａと端部幅２５ｂとの差は、帯状材の幅以上となり、例えば現在幅広く使用されている帯状材であるＣＦＲＰ板の幅は５０ｍｍであるので、その分だけ梁幅１０に対して偏心した配置となってしまう。

さらに、継手位置は一列に集中は避けるべきであり、一定の間隔で千鳥配置にしなければならず、その好ましい最低間隔は区間２３ｃを例にとれば、５０ｃｍ程度が望ましい。しかし、そのような間隔にすると、区間２３ｃでは、帯状材の間隔自体（図の３本の帯状材のうち、下側の帯状材２ａと帯状材２ｂ間の間隔が非常に狭くなる。）に偏りが生じてしまう。

以上のことから、従来技術においては、梁の各断面における補強用帯状材の均等配置の一貫性が失われ、構造物の補強には補強材を一定の間隔で構造物に均等に配置するという構造計算上の原則に対応できない問題があった。
特開２００３−２９３５９４号公報（請求項１、図２）

本発明は、上記の従来技術の問題点を解消し、構造物表面における帯状材の貼り付け間隔の均等化を図ることで帯状材が本来有する引張強度により構造物に対する補強効果が十分に発揮し得ると共に、帯状材の接合作業の作業回数を少なくすることで大幅な施工時間の短縮が可能となる帯状材の継手部材および該継手を用いた補強構造物を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る帯状材の継手部材は、少なくとも２つの繊維強化プラスチック製帯状材の端部同士を接続し、構造物の表面に接着して補強する帯状材の継手部材であって、軸方向に貫通孔を有し、当該貫通孔は、その両側から帯状材の端部を挿入し、その内部で前記帯状材の端部同士を重ねずに突き合わせることにより前記帯状材同士を接合するものであることを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するため、本発明に係る補強構造物は、継手部材により連続、かつ一体化された帯状材を、補強対象の構造物表面に接着して補強したことを特徴とする。

本発明に係る帯状材の継手部材は、現場において貫通孔の両側から少なくとも２つの帯状材の端部を挿入し、貫通孔内部で重ねずに端部同士を突き合わせるものであるので、作業が簡単である上、隣接する帯状材との配置間隔が偏らずに均等間隔で配置できるので、帯状材が本来有する引っ張り強度を十分に発揮させることができる。

また、接合作業は、予め製作しておいた継手部材への帯状材の挿入、突合せ作業で接合するため、図１０のように配置間隔が偏らず均等間隔で配置ができる点で、上記問題点を解決できる。接合作業は、該継手部材を含む帯状材の構造物への接着作業という原則として一回の接着作業のみで補強工事が完了するので、大幅な施工時間の短縮化が可能となる。

以下、本発明を実施するための形態について、その一実施例の図面を参照して説明する。

図５は、本発明に係る継手部材３およびこの継手部材３を貼り合せてなる補強構造物の基本構成を示す要部背面図である。

図において、１は、例えばコンクリート、金属または木製等からなる補強対象構造物であり、図では上下幅１０を有する左右方向に長いコンクリート梁の下面を示している。コンクリート梁６の下面には、曲げ荷重による引っ張り力が働くので、これによる変形を防止すべく、帯状材２ａ、２ｂを端部幅１２を経て所定の貼り付け間隔１１で接着して補強する必要がある。すなわち、少なくとも２つの繊維強化プラスチック製の帯状材２ａと、帯状材２ｂとを接合して連続化し、補強すべき構造物表面に貼り合わせる必要がある。図では、コンクリート梁の長手方向に３列の帯状材２ａ、２ｂが受けられているが、補強すべき強度に応じてこれを超える列数が設けられてもよいことは言うまでもない。

３は、帯状材２ａ、２ｂの端部を接合するための本発明に係る継手部材で、内部に帯状材２ａ、２ｂを挿通し得るだけの狭い貫通孔３ａが軸方向（図の左右方向）に設けられ、貫通孔３ａ内部の中央部付近で帯状材２ａ、２ｂの端部を重ねずに突き合わせた状態で強固に保持し、コンクリート梁６下面に接着材５（図６、８、１１も同様）により貼り合わせられている。

帯状材２ａ、２ｂは、後述する図１０に示すように断面形状が概略四角形のもので、図の左右方向に長尺のものであり、このため継手部材３の貫通孔も同様にその断面形状は概略四角形である。

ところで、図５に示す本発明に係る継手部材３は、次の３つの形態があり、上記共通点以外の構成について各形態別に説明する。

１．第１実施形態（内面凹凸タイプ）
図６および図７は、本発明に係る継手部材の第１の実施形態で、図６は継手部材内部に帯状材が挿入された状態の断面図、図７は図６内の８部の拡大断面図である。

図において、３Ａは、帯状材２ａ、２ｂを接合するための継手部材で、内部に帯状材２ａ、２ｂが挿通し得るだけの狭い貫通孔３ａが軸方向（図の左右方向）に設けられ、貫通孔内部で帯状材２ａ、２ｂの端部を重ねずに突き合わせた状態で強固に保持するとともに、補強対象物１表面に接着材５により貼り合わせられている。この第１実施形態の特徴は、継手部材の貫通孔３ａ内面の形状にある。すなわち、継手部材の貫通孔内面には、図７に示すように帯状材２ａ、２ｂを挿入したときに先端が帯状材表面と接触する長さの凹凸状突起３ｂが設けられ、帯状材を挿入した際に帯状材表面と凹凸状突起３ｂとの間に発生する摩擦力により、帯状材との接合強度を確保するものであり、いわば「内面凹凸タイプ」とも言うべきものである。

凹凸状突起３ｂとしては、図に示すように鋸刃状の刃形を有し、その向きは帯状材が挿入方向９とは反対方向に抜け止めになる方向がよい。その他、凹凸状突起３ｂの形態としては、摩擦力を確保するために深めの線状のものであってもよい。

継手部材の開口部３ａの大きさは、帯状材の挿入に支障がない程度に狭い開口寸法とする。例えば、幅５０ｍｍで厚さ２ｍｍＣＦＲＰ板を接合する場合の開口部３ａの大きさは、幅５１〜５２ｍｍ、高さ３〜４ｍｍ程度が望ましい。

また、継手部材の厚さとしては、材質がプラスチック製、金属製を問わず、接合する帯状材と同等以上が望ましく、片面当り０．５倍〜２倍程度とする。すなわち、片面当り０．５倍とは、上下の材厚の合計厚さは帯状材の厚さと同一ということである。

かかる実施形態とすると、継手部材３Ａの両側から帯状材２ａ、２ｂを挿入した場合に、凹凸状突起３ｂと帯状材２ａ、帯状材２ｂとの間に発生する摩擦力により帯状材２ａ、２ｂを強固に一体化することができる。

また、現在市販されているＣＦＲＰ製の帯状材は、構造物への接着性向上のために片面が目粗しされているが、反対側は平滑であり、継手部材との一体性向上のためには両面目粗しになっているものが好ましい。

２．第２実施形態（接着タイプ）
図８〜図１０は、本発明に係る継手部材の第２実施形態で、図８は継手部材３Ｂの内部に帯状材２ａ、２ｂが挿入された状態の断面図、図９は図８の継手部材３Ｂを破断して示した平面図、図１０は図８の継手部材３ＢのＢ−Ｂ矢視の横断面図である。

この第２実施形態も第１実施形態と同様、継手部材３Ｂ内部に帯状材２ａ、２ｂが挿通し得るだけの狭い貫通孔３ａが軸方向に設けられているとともに、貫通孔内部で帯状材２ａ、２ｂの端部を重ねずに突き合わせた状態で強固に保持するとともに、補強対象物１表面に接着材５により貼り合わせられている。

この第２実施形態の特徴は、継手部材３Ｂの表面に、内部の貫通孔に連通する接着剤注入孔３ｃが複数箇所設けられている点であり、いわば接着タイプとも言うべきものである。接着剤注入孔３ｃは、注入した接着剤が貫通孔内部でショートパスしないように軸方向にずらして複数設けられている。

貫通孔３ａの開口寸法としては、継手部材と挿入された帯状材との隙間に中詰め接着剤４が充分に充填されるように、高さ、幅ともに帯状材の外寸より２〜４ｍｍ程度大きくするのが望ましい。例えば、幅５０ｍｍで厚さが２ｍｍＣＦＲＰ板を接合する場合の貫通孔３ａの大きさは、幅５２〜５４ｍｍ、高さ４〜６ｍｍ程度にするのが望ましい。また、継手部材の厚さとしては、第１実施形態と同様の厚さにするのが望ましい。

継手部材３Ｂ内に接着剤を充填して帯状材２ａ、２ｂを構造物１表面に固定する手順は、まず継手部材３Ｂの内部に接着剤注入孔３ｃから中詰め接着剤４を先に注入しておき、その後に帯状材２ａ、帯状材２ｂを両側から挿入し、貫通孔内部で先端を突き合わせた後、一定時間放置して接着剤を固化することにより、帯状材２ａ、継手部材３ｂ、帯状材２ｂを一体化する。

中詰め接着剤４としては、帯状材２ａ、２ｂと継手部材３との接着性の高い材質を使用する必要があり、通常はエポキシ系接着剤が望ましい。

この一体化に際して、継手部材３Ｂ内部に空気溜りが残ると強度低下の原因となるが、充填作業時に充填箇所以外の接着剤注入孔３ｃから内部の残留空気が押し出され、やがて中詰め接着剤４が漏出することで、継手部材３Ａ内部に残留空気がないことが確認される。

また、中詰め接着剤４を先に継手部材３Ａ内に充填するのではなく、先に帯状材２ａ、帯状材２ｂを継手部材３Ａに挿入してから、次に接着剤注入孔３ｃから中詰め接着剤を注入することもできる。この場合は、継手部材３Ａの軸方向のいずれか片側から注入を開始し、接着剤の充填位置を順次反対方向の接着剤注入孔３ｃに変更していくことで、空気を完全に系外に押し出すことが可能となる。

３．第３実施形態（圧着タイプ）
図１１は、本発明に係る継手部材の第３実施形態で、継手部材３Ｃの内部に帯状材２ａ、２ｂが挿入された状態の縦断面図である。

この第３実施形態も第１、第２実施形態と同様、継手部材３Ｃ内部に帯状材２ａ、２ｂが挿通し得るだけの狭い貫通孔３ａが軸方向に設けられているとともに、貫通孔内部で帯状材２ａ、２ｂの端部を重ねずに突き合わせた状態で強固に保持するとともに、補強対象物１表面に接着材５により貼り合わせられている。

この第３実施形態の特徴は、継手部材３Ｃ内部に帯状材２ａ、２ｂを挿通し、内部で突き合わせ接続した後、継手部材３Ｂの全体を外部から工具により圧着して一体化せしめた点であり、いわば圧着タイプとも言うべきものである。

継手部材の貫通孔３ａの大きさとしては、前述の第１実施形態と同程度が望ましい。また、継手部材の厚さについても、第１実施形態と同様の厚さにするのが望ましい。すなわち、その圧着一体化の手順は、具体的には、帯状材２ａ、帯状材２ｂを継手部材３Ｃの両側から挿入し、中央部付近で突き合わせ接続した後、継手部材３Ｃの全体を外側から圧着レンチ様の道具で圧力をかけて押し潰し、帯状材２ａ、帯状材２ｂに圧着して一体化する。次に補強対象構造物１との間に接着剤５を塗布して、一体化した帯状材２ａ、継手部材３、帯状材２ｂの全体を補強対象構造物１の表面に接着固定する。

以上が第１〜３実施形態の概要であるが、第１および第２実施形態の場合には、あらかじめ補強対象構造物１の表面に継手部材３Ａまたは継手部材３Ｂを接着剤５を使用して貼り付けておき、その後に帯状材２ａ、帯状材２ｂを継手部材３Ａまたは継手部材３Ｂの貫通孔内に挿入して接着固定する作業順序ももちろん可能であり、現場状況により適切な順序で施工できる。

継手部材３Ａ〜３Ｃの材質としては、第１実施形態の継手部材３Ａの場合は、プラスチック製、鋼板等の金属製が挙げられるが、貫通孔内面の凹凸状突起の加工性を考慮すると鋼板等の金属製のものが望ましい。また、第２実施形態の継手部材３Ｂの場合も、プラスチック製、鋼板等の金属製が望ましく、プラスチック製の場合は繊維強化プラスチック製のものが望ましい。また、第３実施形態の継手部材３Ｃの場合は、構造物１表面への貼り付け時に圧着変形をさせるので、例えば鋼板、アルミ等の金属製のものが望ましい。

なお、プラスチック製のうち繊維強化プラスチックを材料として継手部材を製作しようとするときは、補強強度の観点から、該継手部材に含まれる繊維方向が、接合する帯状材の軸方向と平行となるようにする。

また、接合をより確実にするために、第１および第３実施形態においても、継手部材内部に中詰め用接着剤５を注入するか、帯状材側の上下面に接着剤を塗布後に、帯状材を挿入することが望ましい。また、接合作業の時期については、帯状材の現場貼り付けと一連に行う連続工程が望ましいが、現場施工時間のより一層の短縮が必要な場合には、事前に別の場所で接合作業のみを行い、連続かつ一体化した帯状材を巻き上げ、現場に搬入して貼り付け作業を実施することで効率的な補強作業を行うこともできる。この施工方法は、短尺の帯状材を継ぎ合わせて一体化する場合等に有効な方法である。

従来の帯状材の端部での接合方法を示す縦断面図である。 図１とは異なる形態の、従来の帯状材の端部での接合方法を示す平面図である。 図２の継手部材のＡ−矢視の縦断面図である。 図２の継手部材を３列配置した場合の平面図である。 本発明に係る帯状材の継手部材３およびこの継手部材を補強構造物としてコンクリート梁６の下面に用いた例の背面図である。 本発明に係る継手部材の第１の実施形態であり、継手部材３Ａの内部に帯状材が挿入された状態を示す断面図である。 図６の８部の拡大断面図である。 本発明に係る継手部材の第２実施形態であり、継手部材３Ｂの内部に帯状材２ａ、２ｂが挿入された状態の断面図である。 図８の継手部材３Ｂを破断して示した平面図である。 図８の継手部材３ＢのＢ−Ｂ矢視の横断面図である。 本発明に係る継手部材の第３実施形態であり、継手部材３Ｃの内部に帯状材２ａ、２ｂが挿入された状態の縦断面図である。

符号の説明

１………補強対象構造物
２ａ………帯状材
２ｂ………帯状材
３………継手部材（総称）
３Ａ………継手部材（内面凹凸タイプ）
３Ｂ………継手部材（接着タイプ）
３Ｃ………継手部材（圧着タイプ）
３ａ………貫通孔
３ｂ………凹凸状突起
３ｃ………接着剤注入孔
４………中詰め接着剤
５………帯状材用接着剤
６………コンクリート梁下面

Claims (6)

1. 少なくとも２つの繊維強化プラスチック製帯状材の端部同士を接続し、補強対象の構造物の表面に接着して補強する帯状材の継手部材であって、軸方向に貫通孔を有し、当該貫通孔は、その両側から帯状材の端部を挿入し、その内部で前記帯状材の端部同士を重ねずに突き合わせることにより前記帯状材同士を接合するものであることを特徴とする帯状材の継手部材。
2. 貫通孔内部の帯状材と接触する面の少なくとも一部に凹凸状突起を有する請求項１記載の帯状材の継手部材。
3. 貫通孔内部に接着剤を注入するための孔を有する請求項１記載の帯状材の継手部材。
4. 貫通孔内部で帯状材端部を突き合わせた後、外部から圧力をかけて圧着することにより、帯状材と一体化して帯状材との接合強度を確保する請求項１記載の帯状材の継手部材。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の帯状材の継手部材を用いて接合した帯状材を、補強対象構造物の表面に接着して補強したことを特徴とする補強構造物。
6. 補強対象の構造物がコンクリート、金属または木製である、請求項５記載の補強構造物。

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