JP2010133205A - 繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼材を用いることなく、複数の壁が付いた柱であっても補強強度を確保することができる。
【解決手段】コンクリート補強構造１は、柱２の壁３を除く部分の外周面に繊維シート４が貼り付けられ、第１の壁３Ａ、第２の壁３Ｂ、第３の壁３Ｃのそれぞれに柱２の柱軸線方向Ｙに間隔をあけて壁３の厚さ方向を貫通する複数の貫通孔５、５、…が形成され、それら貫通孔５、５、…のそれぞれに繊維アンカー６が通過されるとともに、各繊維アンカー６の両端の定着部６ａ、６ｂが繊維シート４の表面に固着されている。隣り合う一方の第１の壁３Ａ、或いは第３の壁３Ｃに設けられる他方の貫通孔５と、他方の第２の壁３Ｂに設けられる他方の貫通孔５とを柱軸線方向Ｙにずれた位置に互い違いに配列するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造に関する。

従来、壁付きのコンクリート柱において、既存鉄筋を切断しない補強方法として、強化繊維シートを柱表面に貼り付ける方法が知られている。このような強化繊維シートを柱に固定する方法には、強化繊維アンカーを用いて固定する方法（例えば、特許文献１、２参照）や、鋼材からなる継手とボルトを用いて固定する方法（例えば、特許文献３参照）がある。

特許文献１は、対向する２面に壁が付いた柱部分に連接した壁部分に貫通穴を穿孔してから、この貫通穴に強化繊維アンカーを設置し、この強化繊維アンカーの両端部をコンクリート柱の表面に貼り付けた強化繊維シートの端部に樹脂により固着させることで、強化繊維シートをコンクリート柱に巻き付けた場合と同様の補強効果をもたせる補強構造について提案したものである。
特許文献２には、対向する２面に壁が付いたコンクリート柱面に強化繊維シートを貼り付けるとともに、壁にコンクリート柱の柱軸線方向に間隔をあけて複数の貫通孔を形成し、各貫通孔を通して、強化繊維シートの上に強化繊維ストランドの束を巻き付けて、その束の扇状に広げて形成した両端部を強化繊維シートに定着させて補強する方法について開示されている。

また、図９は、特許文献３に記載されるような柱の補強構造を示す図であって、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）はその側面図である。すなわち、図９に示す補強構造は、３面に壁１１、１２、１３が連設されたコンクリート柱１０において、柱１０および柱寄りの壁１１、１２、１３に強化繊維シート１４を貼り付け、各壁１１、１２、１３の柱寄りの位置に柱１０の軸線方向に間隔をあけて複数のボルト孔１５を削孔してから、前記ボルト孔１５に対応する位置にボルト穴１６ａを形成したＬ形鋼からなる鋼材１６を柱１０と各壁１１、１２、１３とが連結する角部に沿って配置し、各壁１１、１２、１３を挟んで対向する位置に配される鋼材１６、１６同士をボルト孔１６ａに挿通させたボルト１７で連結し、これにより、柱１０の外周面に貼り付けられた強化繊維シート１４を固定する構造となっている。
特開２０００−５４５６１号公報 特開２００２−１１５４０３号公報 特開平１０−２５８５６号公報

しかしながら、従来の強化繊維シートを固定する補強構造においては以下のような問題があった。
すなわち、壁付きの四角形断面のコンクリート柱において、その外周４面のうち３面或いは４面に壁が連設された構造がある。この場合、柱の外周面のうち壁を除いた部分の面積が狭くなるため、主に対向する２面に壁が付いたコンクリート柱を補強対象とする特許文献１、２の補強方法を適用すると、強化繊維アンカー、或いは強化繊維ストランドの束の端部（定着端）同士が干渉することになり、その場合、いずれか一方の定着端の強化繊維シートに対する接着面積が小さくなり、所望の定着強度が十分に得られず、コンクリート柱の補強強度が低下するといった問題があった。

一方、特許文献３の鋼材とボルトを用いて強化繊維シートを固定する構造では、３面以上に壁が付く柱であっても強化繊維シートの固定が可能であるが、鋼材自体の重量が大きいことから施工が容易でないという問題があった。そのうえ、壁部にあけるボルト孔の位置は、鋼材の厚み分やボルトの締め付けスペースを確保すると柱から離れた位置となり、使用するボルトが大きくなって、柱に削孔する孔径も大きくなることから、穴開け作業に手間がかかる欠点がある。さらに、ボルト孔の削孔位置を壁内の鉄筋を避ける位置とする必要があり、鋼材に設けるボルト穴の位置も削孔したボルト孔の位置に合わせて開けることになることから、作業効率が低下するという不具合があり、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、鋼材を用いることなく、複数の壁が付いた柱であっても補強強度を確保することができる繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造では、周面に３体以上の壁状コンクリート部材が一体に設けられた柱状コンクリート部材の補強構造であって、柱状コンクリート部材の外周面に繊維シートが貼り付けられ、壁状コンクリート部材のそれぞれに柱状コンクリート部材の柱軸線方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成され、それら貫通孔のそれぞれに繊維アンカーが通過されるとともに、各繊維アンカーの両端の定着部が繊維シートの表面に固着され、隣り合う一方の壁状コンクリート部材に設けられる一方の貫通孔と、他方の壁状コンクリート部材に設けられる他方の貫通孔とが柱軸線方向にずれた位置に互い違いに配列された構成であることを特徴としている。

本発明では、隣り合う一方の壁状コンクリート部材の貫通孔と、他方の壁状コンクリート部材の貫通孔との位置が柱軸線方向に互い違いにずれているので、双方に挿通される繊維アンカーの定着部同士の位置もずれた位置となる。そのため、例えば周面に３体以上の壁状コンクリート部材が一体に設けられた柱状コンクリート部材であって、隣り合う壁状コンクリート部材同士の間の表面積（つまり繊維シートの貼り付け面積）が狭い場合であっても、例えば繊維シートに対する定着強度を確保するために定着部の形状を扇状に広げて定着面積を大きくして、双方の定着部同士の干渉範囲を低減することができる。したがって、個々の定着部における繊維シートに対する定着面積を十分に確保することが可能となり、繊維シートの剥がれ等の不具合を防止することができ、柱状コンクリート部材のせん断に対する補強効果を確実に発揮することが可能となる。
また、その補強時の施工に際しても、軽量な繊維アンカーを壁状コンクリート部材の貫通孔に挿通させるだけでよく、重量の大きな鋼材を取り扱う必要がなくなることから、施工が容易となる利点がある。

また、本発明に係る繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造では、隣り合う壁状コンクリート部材の一方の貫通孔の柱軸線方向の位置は、柱軸線方向に配列される隣接した他方の貫通孔同士の間の略中央の位置であることが好ましい。

本発明では、繊維アンカーの定着部の位置に一定の定着面積を確保することができるので、繊維アンカーの定着部の面積を最大限に広げた形状とすることが可能であり、これにより、繊維シート全面にわたって均一な定着となって、より安定した補強効果を得ることができる。

本発明の繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造によれば、隣り合う壁状コンクリート部材に挿通されたそれぞれの繊維アンカーの定着部同士の位置が柱軸線方向に互い違いにずれていて干渉することがないので、例えば３体以上の壁状コンクリート部材が付く柱状コンクリート部材であって、隣り合う壁状コンクリート部材同士の間の表面積が狭い場合であっても、柱状コンクリート部材の外周面に貼り付けた繊維シートに対する繊維アンカーの定着面積を十分に確保することが可能となり、柱状コンクリート部材に対する補強強度を確保することができる。しかも、重量の大きな鋼材を用いることなく、軽量な繊維シートと繊維アンカーとを用いて補強工事が行えるので、重量物を取り扱うことによる作業手間がなくなり、作業効率の向上を図ることができる。

以下、本発明の第１の実施の形態による繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造について、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態によるコンクリート補強構造の概略構成を示す斜視図、図２は図１に示すコンクリート補強構造を第２の壁側からみた側面図、図３は図１に示すＡ−Ａ線断面図、図４は図１に示すＢ−Ｂ線断面図、図５は貫通孔に挿通される繊維アンカーの状態を示す斜視図、図６は柱の各側面を平面上に配置した展開図である。

図１に示すように、本第１の実施の形態によるコンクリート補強構造１は、周面に３体の壁状コンクリート部材（以下、壁３とする）が一体に連設された柱状コンクリート部材（以下、柱２とする）を繊維シート４を用いてせん断補強するものである。ここで、図２に示す柱２及び壁３は、鉄筋コンクリート造、或いは鉄骨鉄筋コンクリート造からなる。そして、柱２は、四角形断面をなし、その４側面のうち３面のそれぞれに第１の壁３Ａ、第２の壁３Ｂ、及び第３の壁３Ｃが連設されている。

すなわち、図１乃至図４に示すように、コンクリート補強構造１は、柱２の壁３を除く部分の外周面に繊維シート４が貼り付けられ、壁３（第１の壁３Ａ、第２の壁３Ｂ、第３の壁３Ｃ）のそれぞれに柱２の柱軸線方向Ｙに間隔をあけて壁３の厚さ方向を貫通する複数の貫通孔５、５、…が形成され、それら貫通孔５、５、…のそれぞれに繊維アンカー６が通過されるとともに、各繊維アンカー６の両端の定着部６ａ、６ｂが繊維シート４の表面に固着されている。
そして、図５に示すように、隣り合う一方の壁３（ここでは、第１の壁３Ａ、或いは第３の壁３Ｃとする）に設けられる一方の貫通孔５（符号５Ａ、５Ｃ）と、他方の壁３（ここでは、第２の壁３Ｂとする）に設けられる他方の貫通孔５（符号５Ｂ）とが柱軸線方向Ｙにずれた位置に互い違いに配列されている。ここで、この貫通孔５の位置のずれは、本実施の形態において、一方の貫通孔５Ａ（５Ｃ）の位置が柱軸線方向Ｙに配列される隣接した他方の貫通孔５Ｂ、５Ｂ同士の間の略中央の位置となっている。
なお、図３において第２の壁３Ｂに形成される貫通孔５Ｂ及び繊維アンカー６Ｂを二点鎖線で示し、図４において第１の壁３Ａと第３の壁３Ｃのそれぞれに形成される貫通孔５Ａ、５Ｃ及び繊維アンカー６Ａ、６Ｃを二点鎖線で示している。

繊維シート４は、柱２の周方向に作用するせん断力を抑える補強効果を図るためのものであり、例えば炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等の強化繊維材料からなり、複数のシート状のものを積層させた状態で柱２における壁３の領域を除いたほぼ全面にわたって貼り付けられている。つまり、図３及び図４に示すように、柱２に貼り付けられた繊維シート４は、第１の壁３Ａと第２の壁３Ｂとの間の柱２の側面に貼り付けられた第１繊維シート部４Ａと、第２の壁３Ｂと第３の壁３Ｃとの間の柱２の側面に貼り付けられた第２繊維シート部４Ｂと、第３の壁３Ｃと第１の壁３Ａとの間の柱２の側面に貼り付けられた第３繊維シート部４Ｃとからなる。

図５に示すように、繊維アンカー６は、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等の多数本の強化繊維を長さ方向の略中央の束部６ｃで接着剤、樹脂等で含浸、硬化させたものである。この束部６ｃは、壁３に設けられる貫通孔５内に接着剤、樹脂類が未硬化の状態で挿通され、これが硬化することで壁３に定着される。なお、図５においては、一方の壁３の貫通孔５に挿通された繊維アンカー６のみを記載している。そして、束部６ｃが貫通孔５に挿通された状態で貫通孔５から突出する繊維アンカー６の両端の定着部６ａ、６ｂは、束ねられておらず、繊維シート４の表面に沿って扇状に広げられ、その面状に広がった部分を接着剤等により接着されている。

次に、このように構成されるコンクリート補強構造１の作用および施工方法について、図面に基づいて説明する。
図１、図２、及び図５に示すように、先ず壁３の所定位置において内部の鉄筋を避けて柱軸線方向Ｙに沿って複数の貫通孔５、５、…を削孔し、次いで柱２の側面に繊維シート４を貼り付け、それら貫通孔５、５、…に接着剤、樹脂類を含浸させた繊維アンカー６の束部６ｃ（図５）を挿通させる。このとき、第１の壁３Ａの貫通孔５Ｃ（繊維アンカー６Ａ）と第３の壁３Ｃの貫通孔５Ｃ（繊維アンカー６Ｃ）とが柱軸線方向Ｙにおける略同位置に配置され、これに対して第２の壁３Ｂに設けられる貫通孔５Ｂ（繊維アンカー６Ｂ）は柱軸線方向Ｙ（図１参照）に半ピッチだけずれた位置（上記、貫通孔５Ａ、５Ｃの間の略中間となる位置）に配置される。

そして、図３、図４、及び図６に示すように、第１の壁３Ａと第２の壁３Ｂとの間の第１繊維シート部４Ａにおいては、第１の壁３Ａの貫通孔５Ａに挿通された繊維アンカー６Ａの一方の定着部６ａを扇状に広げて柱２の第１角部２ａに巻き付かせるようにして繊維シート４Ａの表面に接着剤により定着させた後、第２の壁３Ｂの貫通孔５Ｂに挿通された繊維アンカー６Ｂの一方の定着部６ａを同じく扇状に広げて柱２の第１角部２ａに巻き付かせるようにして繊維シート４Ａの表面に定着させる。
そして、第２の壁３Ｂと第３の壁３Ｃとの間の第２繊維シート部４Ｂにおいては、第２の壁３Ｂの貫通孔５Ｂに挿通された繊維アンカー６Ｂの他方の定着部６ｂを扇状に広げて柱２の第２角部２ｂに巻き付かせるようにして繊維シート４Ｂの表面に接着剤により定着させた後、第３の壁３Ｃの貫通孔５Ｃに挿通された繊維アンカー６Ｃの一方の定着部６ａを同じく扇状に広げて柱２の第２角部２ｂに巻き付かせるようにして繊維シート４Ｂの表面に定着させる。
また、第１の壁３Ａと第３の壁３Ｃとの間の第３繊維シート部４Ｃにおいては、第１の壁３Ａの貫通孔５Ａに挿通された繊維アンカー６Ａの他方の定着部６ｂを扇状に広げて柱２の第３角部２ｃに巻き付かせるようにして繊維シート４Ｃの表面に接着剤により定着させた後、第３の壁３Ｃの貫通孔５Ｃに挿通された繊維アンカー６Ｃの他方の定着部６ｂを同じく扇状に広げて柱２の第４角部２ｄに巻き付かせるようにして繊維シート４Ｂの表面に定着させる。

このようにコンクリート補強構造１では、隣り合う一方の壁３Ａ（３Ｃ）の貫通孔５Ａ（５Ｃ）と、他方の壁３Ｂの貫通孔５Ｂとの位置が柱軸線方向Ｙに互い違いにずれているので、双方に挿通される繊維アンカー６の定着部同士の位置もずれた位置となる。そのため、本第１の実施の形態のように周面に３体の壁３Ａ、３Ｂ、３Ｃが一体に設けられた柱２であって、隣り合う壁３、３同士の間の表面積が狭い場合（すなわち第１繊維シート部４Ａや第２繊維シート部４Ｂの面積に相当）であっても、繊維シート４に対する定着強度を確保するために定着部６ａ、６ｂの形状を扇状に広げて定着面積を大きくして、双方の定着部同士の干渉範囲を低減することができる。
したがって、個々の定着部６ａ、６ｂにおける繊維シート４に対する定着面積を十分に確保することが可能となり、繊維シート４の剥がれ等の不具合を防止することができ、柱２のせん断に対する補強効果を確実に発揮することが可能となる。

また、隣り合う壁３、３の一方の貫通孔５の柱軸線方向の位置は、柱軸線方向に配列される隣接した他方の貫通孔５、５同士の間の略中央の位置であることから、繊維アンカー６の定着部６ａ、６ｂの位置に一定の定着面積を確保することができるので、繊維アンカー６の定着部６ａ、６ｂの面積を最大限に広げた形状とすることが可能であり、これにより、繊維シート４全面にわたって均一な定着となって、より安定した補強効果を得ることができる。
さらにまた、その補強時の施工に際しても、軽量な繊維アンカー６を壁３の貫通孔５に挿通させるだけでよく、重量の大きな鋼材を取り扱う必要がなくなることから、施工が容易となる利点がある。

上述のように本第１の実施の形態による繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造では、隣り合う壁３、３に挿通されたそれぞれの繊維アンカー６の定着部同士の位置が柱軸線方向に互い違いにずれていて干渉することがないので、本第１の実施の形態のように３体の壁３Ａ、３Ｂ、３Ｃが付く柱２であって、隣り合う壁３、３同士の間の表面積が狭い場合であっても、柱２の外周面に貼り付けた繊維シート４に対する繊維アンカー６の定着面積を十分に確保することが可能となり、３体の壁３Ａ、３Ｂ、３Ｃが付く柱２に対する補強強度を確保することができる。
しかも、重量の大きな鋼材を用いることなく、軽量な繊維シート４と繊維アンカー６とを用いて補強工事が行えるので、重量物を取り扱うことによる作業手間がなくなり、作業効率の向上を図ることができる。

次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。
図７は本発明の第２の実施の形態によるコンクリート補強構造の概略構成を示す水平断面図であって、図３に対応する図、図８は図７に示す柱の各側面を平面上に配置した展開図であって、図６に対応する図である。
図７及び図８に示すように、第２の実施の形態のコンクリート補強構造７は、４側面のそれぞれに第１の壁３Ａ〜第４の壁３Ｄを連接させた柱８に適用したものである。すなわち、第４の壁３Ｄ（３）には、柱２を挟んで反対側に位置する第２の壁３Ｂと同じ柱軸線方向の位置に複数の貫通孔５、５、…が設けられている。つまり、これら貫通孔５Ｄに挿通される繊維アンカー６Ｄは、隣り合う一方の壁３（ここでは第１の壁３Ａ）に設けられる一方の繊維アンカー６Ａと、他方の壁３（ここでは第３の壁３Ｃ）に設けられる他方の繊維アンカー６Ｃとに対して柱軸線方向Ｙ（図８）にずれた位置に配列されている。

そのため、第２の実施の形態では、コンクリート補強構造７の第４繊維シート部４Ｄ及び第５繊維シート部４Ｅにおいて、これら繊維シート部４Ｄ、４Ｅに対する定着強度を確保するために繊維アンカーの定着部の形状を扇状に広げて定着面積を大きくして、双方の定着部同士の干渉範囲を低減することができ、個々の定着部における繊維シート４に対する定着面積を十分に確保することが可能となる。したがって、繊維シート４の剥がれ等の不具合を防止することができ、柱２のせん断に対する補強効果を確実に発揮することが可能となる。

以上、本発明による繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造の第１及び第２の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本コンクリート補強構造の適用対象となる柱２の断面形状、柱２に対する壁３の連設数量、壁３の厚さ寸法等は、とくに制限されることはない。例えば、本実施の形態では柱２の形状を四角形断面の角柱としているが、円柱、或いは５角形断面などの柱であってもかまわない。とくに、柱状コンクリート部材に対して複数の壁状コンクリート部材が設けられていて、壁状コンクリート部材同士の間の表面積が狭く、繊維アンカーの両端の定着部同士が干渉するような場合に補強効果を発揮することができる。

また、壁３に設ける貫通孔５の孔径、本数、柱軸線方向の間隔、繊維シート４の厚さ寸法、貼り付け面積、及び繊維アンカー６の本数、定着部６ａ、６ｂの大きさ、形状等の構成については柱２や壁３の形状、大きさ、設計上の補強強度などの条件応じて適宜設定することができる。

本発明の第１の実施の形態によるコンクリート補強構造の概略構成を示す斜視図である。 図１に示すコンクリート補強構造を第２の壁側からみた側面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すＢ−Ｂ線断面図である。 貫通孔に挿通される繊維アンカーの状態を示す斜視図 柱の各側面を平面上に配置した展開図である。 本発明の第２の実施の形態によるコンクリート補強構造の概略構成を示す水平断面図であって、図３に対応する図である。 図７に示す柱の各側面を平面上に配置した展開図であって、図６に対応する図である。 従来の柱の補強構造を示す図であって、（ａ）はその水平断面図、（ｂ）はその側面図である。

符号の説明

１、７ コンクリート補強構造
２ 柱（柱状コンクリート部材）
３ 壁（壁状コンクリート部材）
３Ａ〜３Ｅ 第１〜第４の壁
４ 繊維シート
４Ａ 第１繊維シート部
４Ｂ 第２繊維シート部
４Ｃ 第３繊維シート部
４Ｄ 第４繊維シート部
４Ｅ 第５繊維シート部
５ 貫通孔
６ 繊維アンカー
６ａ、６ｂ 定着部
６ｃ 束部

Claims (2)

1. 複数の壁状コンクリート部材が一体に設けられた柱状コンクリート部材の補強構造であって、
   前記柱状コンクリート部材の外周面に繊維シートが貼り付けられ、
   前記壁状コンクリート部材のそれぞれに前記柱状コンクリート部材の柱軸線方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成され、
   それら貫通孔のそれぞれに繊維アンカーが通過されるとともに、該各繊維アンカーの両端の定着部が前記繊維シートの表面に固着され、
   隣り合う一方の壁状コンクリート部材に設けられる一方の貫通孔と、他方の壁状コンクリート部材に設けられる他方の貫通孔とが柱軸線方向にずれた位置に互い違いに配列された構成であることを特徴とする繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造。
2. 隣り合う壁状コンクリート部材の一方の貫通孔の前記柱軸線方向の位置は、前記柱軸線方向に配列される隣接した他方の貫通孔同士の間の略中央の位置であることを特徴とする請求項１に記載の繊維シートを用いたコンクリート構造物の補強構造。

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