JP2011208428A

JP2011208428A - コンクリート構造体のせん断補強構造

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Publication number: JP2011208428A
Application number: JP2010077220A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hamada; 真濱田
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】充填材と補強部材との付着力を向上させることにより、補強部材のせん断耐力を充分に発揮させることができるコンクリート構造体のせん断補強構造を提供する。
【解決手段】コンクリート構造体３の内壁面１ａに形成された所定深さの直線溝５と、この溝５内に深さ方向に挿入される板状の補強部材６と、前記溝５内に充填される充填材７とを備えたコンクリート構造体３のせん断補強構造１において、補強部材６に貫通孔６ｍ、又は、凹凸部より成る係合部を形成した。
【選択図】図２

Description

本発明は、既設のコンクリート構造体のせん断補強構造に関する。

従来、既設のカルバートの外壁に所定の間隔で内側から鉛直方向にスリットを形成し、スリット内に鋼板を挿入し、スリット内にグラウト材を充填して鋼板と外壁とを一体化させることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−３５５６号公報

しかしながら、特許文献１によれば、鋼板とグラウト材との一体性が充分ではないために、せん断力が作用すると、両者間が、部分的又は全面的に剥離して、鋼板とグラウト材との間の付着に滑りが発生することがある。付着に滑りが発生してしまうと、グラウト材から補強部材にせん断力が充分に伝達されずに、鋼板のせん断耐力を充分に発揮することができず、壁部に崩れが発生する場合があった。そこで、本発明は、充填材と補強部材との付着力を向上させることにより、補強部材のせん断耐力を充分に発揮させることができるコンクリート構造体のせん断補強構造を提供する。

本発明によるコンクリート構造体のせん断補強構造によれば、コンクリート構造体の壁面に形成された所定深さの直線溝と、この溝内に深さ方向に挿入される板状の補強部材と、溝内に充填される充填材とを備えたコンクリート構造体のせん断補強構造において、補強部材に貫通孔、又は、凹凸部より成る係合部を形成したので、充填材と補強部材との付着力が向上するので、補強部材のせん断耐力を充分に発揮させることができる。
貫通孔はスリット孔又はスロット孔又は円孔又は楕円孔又は三角形状の異形孔より成るので、貫通孔内にも充填材を充填させることができるので、補強部材と充填材との間の付着に滑りが発生するのを防止することができ、補強部材の引き抜き耐力を増加することができる。
溝は、縦方向又は横方向又は傾斜方向に延長するので、補強部材がせん断力に対して広い範囲で直接抵抗することができる。
板状の補強部材は、貫通孔の周縁に凸部を形成したので、補強部材と充填材との間の付着に滑りが発生するのを更に防止することができ、補強部材の引き抜き耐力を更に増加することができる。

（ａ）はコンクリート構造体の斜視図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図（実施の形態１）。（ａ）はコンクリート構造体の縦断面図、（ｂ）はせん断補強された溝を正面から見た図（実施の形態１）。補強部材を示す拡大図（実施の形態１）。（ａ）はせん断力による斜めひび割れの発生を示す断面図、（ｂ）はせん断補強されたコンクリート構造体の縦断面図（実施の形態１）。補強部材の斜視図（実施の形態１）。溝に挿入される補強部材の取付説明図（実施の形態１）。補強部材と充填材との付着を示す図（実施の形態１）。貫通孔を有する補強部材を示す斜視図（実施の形態１）。凹凸を有する補強部材を示す斜視図（実施の形態１）。鉄筋避溝部を備えた補強部材を示す図（実施の形態２）。（ａ）はせん断補強構造の縦断面図、（ｂ）はせん断補強構造の横断面図（実施の形態２）。（ａ）はせん断補強構造の縦断面図、（ｂ）はせん断補強構造の横断面図（実施の形態２）。（ａ）は補強部材の斜視図、（ｂ）はせん断補強構造の縦断面図（実施の形態３）。（ａ）は補強部材の斜視図、（ｂ）はせん断補強構造の縦断面図（実施の形態３）。（ａ）は補強部材の斜視図、（ｂ）はせん断補強構造の縦断面図（実施の形態３）。

実施の形態１
図１（ａ），（ｂ）は本発明によるコンクリート構造体を示す図であり、図２（ａ），（ｂ）は本発明によるコンクリート構造体のせん断補強構造の一実施形態を示す図である。各図において、本願のせん断補強を目的とするせん断補強構造１は、コンクリート構造体３の壁部３ｎの内壁面１ａに形成され、この内壁面１ａには、縦方向の溝５と、上記溝５内に挿入される図２（ａ），（ｂ）に示す補強部材６と、溝５内の補強部材の左，右に充填される充填材７とを備える。コンクリート構造体３は、例えば、橋脚、ボックスカルバート等のコンクリートにより構築された穴（空間部）３ａを有する長尺な既設のコンクリート構造物である。コンクリート構造体３は鉄筋コンクリート構造物、無鉄コンクリート構造物、鉄骨鉄筋コンクリート構造物等でもよい。本発明ではコンクリート構造体３としてボックスカルバート２０を用いて説明する。
ボックスカルバート２０は、下水道、共同溝、地下横断歩道、鉄道、水路、工場などの地下に構築される地下構造物である。ボックスカルバート２０は底部３ｍと、底部３ｍの両端部より立上がる一対の壁部３ｎ，３ｎと、壁部３ｎの頂点同士を結ぶ天井部３ｈとを備え、当該底部３ｍと壁部３ｎと天井部３ｈとにより囲まれた穴３ａの中心軸に沿った方向に当該底部３ｍと壁部３ｎと天井部３ｈとが延長することで構築される。ボックスカルバート２０において、内壁面１ａの深さ方向の肉厚Ｄは比較的厚肉となり、この内壁面１ａに縦方向の溝５が形成され、この溝５の深さＤ１も比較的深く設定される。補強部材６は薄肉となっており、深さ方向の長さは溝５の深さＤ１とほぼ等しい。補強部材６は溝５の幅方向中央に縦長に位置されて、補強部材６の左，右に間隙６ａ，６ｂが形成され、この間隙６ａ，６ｂに充填材７が圧力をもって充填される。充填材７は補強部材６の貫通孔６ｍ，６ｍにも充填される。
溝５は、図外の穿孔装置によりボックスカルバート２０の壁部３ｎの内壁面１ａに真直ぐ（直線状）に形成される。例えば、ボックスカルバート２０の延長方向と直交する方向に形成されて、当該溝５はボックスカルバート２０の延長方向に沿って所定の間隔を隔てて複数形成される。なお、溝５はボックスカルバート２０の延長方向と直交する方向に形成されるのが望ましいが、他の方向でもかまわない。例えば、溝５は、内壁面１ａの鉛直方向（縦方向）や、内壁面１ａの頂部１ｃと底部１ｄとの間に斜めに（傾斜方向に）所定長さ形成されてもよい。また、溝５はボックスカルバート２０の延長方向（横方向）に沿って形成されてもよい。溝５をボックスカルバート２０の延長方向に沿って形成する場合には、後述のように、溝５の間隔を１０ｃｍ未満となるように、複数形成することが望ましい。また、溝５はボックスカルバート２０自体の強度が低下しない程度に形成することが望ましい。穿孔装置は、例えば、コンクリートカッターやウォールソー等の機器を用いればよい。溝５の縦の長さ、溝５の深さＤ１、溝５の内壁面６ｕ，６ｕ間の幅は、溝５に挿入される補強部材６の大きさに対応するように適宜決定される。また、溝５の間隔は、等間隔のピッチ、又は、不等間隔のピッチに設定される。

補強部材６は係合部１０を備えた金属板より成り、この金属板としては、鋼製、鉄製、ステンレス製、アルミ製の帯状の板が用いられる。例えば図３に示すようなエキスパンドメタルが用いられ、係合部１０は複数のスリットを拡開した複数の貫通孔６ｍ、又は凹凸部１６を有する。貫通孔６ｍは、複数の金属線Ｍが千鳥状に設けられることにより形成される複数の菱形の貫通孔６ｍ、又は、複数の金属線Ｍが格子状に設けられることにより形成される複数の直角四角形状の貫通孔６ｍにより形成される。貫通孔６ｍとしては打抜き孔により形成してもよく、その形状は、図５（ａ）に示すような細幅孔（スリット孔６ｆ）、図５（ｂ）に示すような太幅孔（スロット孔６ｇ）、図５（ｃ）に示すような円孔６ｈ、図５（ｄ）に示すような楕円孔６ｉ、図５（ｅ）に示すような三角孔６ｊ、図５（ｆ）に示すような四角孔６ｋ等種々のものが考えられる。また、凹凸部１６としては、図５（ｇ）に示すように、スリット孔やスロット孔をプレスして切起し片（凸部）１８ａを形成してもよい。あるいは、図５（ｈ）に示すように、貫通孔６ｍの周縁に凸部１８ｂを形成してもよい。つまり、円孔をプレスして凸部１８ｂを形成することで充填材７がこれらに喰い付くようにしてもよい。つまり、補強部材６の係合部１０により充填材７との補強部材６との付着力を増加させればよい。

補強部材６の縦の長さは、溝５の縦の長さと対応するように設定される。また、溝５を内壁面１ａより壁部３ｎの高さと同程度の長さに形成して、補強部材６の長さを溝５の長さと同程度の長さに設定することが望ましい。つまり、図４（ａ）に示すように、せん断力Ｓが作用した時に発生する斜めひび割れＨが、補強部材６が設けられていない部分に発生することによって、ボックスカルバート２０は壁部３ｎが矢印Ａ方向に引張られて破壊されてしまう恐れがある。しかしながら、図４（ｂ）に示すように、ボックスカルバート２０の壁部３ｎの底部１ｄと頂部１ｃとに渡って補強部材６が設置されることによって、補強部材６が斜めひび割れＨによって壁部３ｎが矢印Ａ方向に引張られることを直接的に抑制できるので、せん断耐力を向上できる。つまり、補強部材６が内壁面１ａに鉛直方向に形成された溝５に挿入されることにより、せん断力Ｓに対して直接抵抗する範囲を大きくできる。

充填材７は、グラウト、モルタル、セメントミルク、レジンコンクリート等により形成されて、図外の注入用ホース及びポンプ等の充填材充填装置により溝５内に充填される。溝５内に充填される充填材７は、補強部材６の係合部１０にも充填させる。つまり、充填材７を補強部材６の貫通孔６ｍ内にも充填される。

次に、図２及び図６を用いて、コンクリート構造体３のせん断補強方法を説明する。
まず、ボックスカルバート２０の内壁面１ａより内部に向けて鉛直方向（縦方向）に図外の穿孔装置により溝５を形成する。次に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、溝５内に補強部材６を設置する。次に、図外の充填材充填用ホースを挿入して、充填材充填装置のポンプを駆動することにより充填材７を溝５内に圧力を加えて充填させる。充填材７は補強部材６の貫通孔６ｍ内部、及び、補強部材６と溝５の内面との間すなわち補強部材６の左右の間隙６ａ，６ｂにも隙間無く充填される。これにより、せん断補強構造１が構築される。なお、本発明において、溝５への補強部材６の配置と、溝５への充填材７の充填とは、この順序にて実施することに限定されない。つまり、溝５内に充填材７を充填した後、充填材７が硬化する前に補強部材６を溝５に挿入して、溝５内にて補強部材６の周囲が充填材７で満たされた状態とし、補強部材６を充填材７と固着させるようにしてもよい。

充填材７が補強部材６の貫通孔６ｍにも充填されることにより、貫通孔６ｍと充填材７とが係合するので、補強部材６と充填材７との付着力を増加させることができる。つまり、補強部材６と充填材７との間で付着に滑りが発生することを防止させることができる。また、せん断力Ｓによる壁部３ｎの引張りを抑制させることができる。すなわち、図７に示すように、せん断力Ｓがボックスカルバート２０の壁部３ｎに作用すると斜めひび割れＨが発生しようとするが、補強部材６に引張力が働くために、貫通孔６ｍを囲んだ金属線Ｍには矢印Ｂ方向に引抜く力が作用する。金属線Ｍの内側にある貫通孔６ｍ内のコンクリートＣには、反力として支圧力が作用して、矢印Ｄ方向への圧縮応力が作用する。つまり、貫通孔６ｍ内のコンクリートＣは横からの拘束を受けて、斜め引張りに対して抵抗力が増加する。貫通孔６ｍ内のコンクリートＣに矢印Ｄ方向へ圧縮応力が作用するので、ボックスカルバート２０のせん断力Ｓに対する耐力を向上させることができるとともに、補強部材６は貫通孔６ｍが形成されているのでじん性を向上させることができる。このように、補強部材６と充填材７とを一体化することで、既設のボックスカルバート２０のせん断耐力及びじん性を増大させることができる。

補強部材６はエキスパンドメタルとしたが、図８に示すように、鋼板６Ａの両面に貫通する複数の貫通孔６ｍを備えてもよい。この場合、係合部１０は複数の貫通孔６ｍとなる。複数の貫通孔６ｍを備えた補強部材６を溝５内に設置して、貫通孔６ｍ内部と溝５内に充填材７を充填させることにより、貫通孔６ｍと充填材７とが係合するので充填材７との付着力を増加させることができる。

板の表面１７に凹凸部１６を備えた補強部材６を形成してもよい。凹凸部１６は板の表面１７の複数の凹凸により形成される。図９に示すように、例えば、凹凸部１６は板の表面１７の突起により形成される凸部１８と、凸部１８と板の表面１７とにより形成される凹部１９とを備える。凹凸部１６を備えた補強部材６は、縞鋼板、又は、チェッカープレートと呼ばれる鋼板６Ｂにより構成される。この場合、係合部１０は凸部１８と凹部１９とにより形成される。凹凸部１６を備えた補強部材６を溝５内に設置して、凹部１９と溝５内とに充填材７を充填させることにより、凸部１８と凹部１９とが充填材７と係合するので充填材７との付着力を増加させることができる。また、凹凸部１６を備えた補強部材６には貫通孔６ｍが形成されないため、貫通孔６ｍを有する補強部材６よりも剛性を向上できるのでせん断耐力を増加させることができる。
なお、凸部１８は、ショットブラストにより、例えば、板の両面又は片面に小さい鋼の粒を圧縮空気で吹き付けて形成してもよい。
また、板の表面１７より複数の有底の穴部を形成して凹凸部１６を形成してもよい。
また、板の表面１７より複数の有底の穴部を形成するとともに、板の表面１７に複数の凸部を形成して凹凸部１６を形成してもよい。

１つの溝５内に複数の補強部材６を配置してもよい。例えば、複数の補強部材６を溝５内に溝５の延長方向に沿って配置して、互いに隣り合う補強部材６の端部同士を離間させるようにしてもよい。例えば、補強部材６を溝５内に縦列に設置すればよい。当該端部同士の離間する間隔は狭いほうが望ましく、例えば、上記間隔は１０ｃｍ未満と設定すればよい。間隔が狭ければ、補強部材６は壁部３ｎの斜めひび割れに対して直接的に抵抗する範囲を広げることができる。１つの溝５内に複数の補強部材６を配置するようにすれば、補強部材６の取扱いが容易となり補強部材６を溝５内に容易に設置できる。また、補強部材６が設置される長さを任意に調整できる。

実施の形態１によれば、補強部材６の係合部１０に充填材７が充填されることにより、係合部１０と充填材７とが係合するので、充填材７と補強部材６との付着力が増加するので、補強部材６がもつせん断耐力を充分に発揮させることができる。つまり、せん断力Ｓにより斜めひび割れＨが発生しようとする場合に、充填材７から補強部材６へせん断応力による引張力を効率よく伝達させることができるので、せん断力Ｓに対する耐力を増加させることができる。

実施の形態２
図１０に示すように、実施の形態１で用いた補強部材６に、コンクリート構造体３に配筋された鉄筋を避ける鉄筋避溝部２５を備えた。図１１（ａ），（ｂ）に示すように、コンクリート構造体３としては鉄筋コンクリートで構築されたボックススカルバート２０Ａが用いられる。ボックスカルバート２０Ａは、ボックスカルバート２０Ａの壁部３ｎ内部に縦方向に配置された既設の鉄筋（主筋２６）と、当該鉄筋と直交するように横方向に配置される鉄筋（配力筋２７）とを備える。主筋２６と配力筋２７とは穴３ａとの間に約５〜８ｃｍ程度のかぶり厚さを有して壁部３ｎ内部に配筋されている。なお、主筋２６はボックスカルバート２０Ａの延長方向と直交する方向に延長した状態で、ボックスカルバート２０Ａの延長方向に沿って複数設置される。配力筋２７はボックスカルバート２０Ａの延長方向に沿って延長した状態で、互いに離間して複数配置されている。
図１０で示すように、鉄筋避溝部２５は、配力筋２７を避けるように補強部材６に設けられた溝である。例えば、鉄筋避溝部２５は、補強部材６の一方の縁部２８より他方の縁部２９に向けて形成される。鉄筋避溝部２５は、傾斜して形成してもよいし、縁部２８と直交するように形成してもよい。鉄筋避溝部２５を傾斜して形成する場合には、一方の縁部２８から他方の縁部２９に向けて上方に傾斜するように形成するか、若しくは、一方の縁部２８から他方の縁部２９に向けて下方に傾斜するように形成する。鉄筋避溝部２５は、補強部材６の一方の縁部２８にのみ形成されて、他方の縁部２９（補強部材６の背部）には形成されない。鉄筋避溝部２５の大きさは配力筋２７の径に合わせて適宜設定される。

次に、鉄筋避溝部２５を備えた補強部材６を用いたせん断補強方法について説明する。
まず、ボックスカルバート２０Ａの内壁面１ａよりボックスカルバート２０Ａの内部に向けて図外の穿孔装置により鉛直方向に溝５を形成する。溝５は、壁部３ｎの内壁面１ａ側の鉄筋（主筋２６，配力筋２７）よりも壁部３ｎの外面３ｑ側に突出するような長さに設定される。溝５はボックスカルバート２０Ａの壁部３ｎの内部に配筋された鉄筋（主筋２６，配力筋２７）を避けて形成される。次に、溝５内に鉄筋避溝部２５を備えた補強部材６を設置する。補強部材６の他方の縁部２９を溝５の底面５ａ（穿孔装置により形成された溝５の最深面）と当接させるとともに配力筋２７を鉄筋避溝部２５内に挿入させる。つまり、補強部材６の他方の縁部２９を、主筋２６と配力筋２７を避けて主筋２６と配力筋２７よりも壁部３ｎの底面５ａ側に挿入した後、主筋２６に沿った方向に移動させる。そして、補強部材６を主筋２６に沿った方向を中心として回転させることで配力筋２７を鉄筋避溝部２５内に挿入させればよい。次に、充填材７は図外の充填材充填用ホースを溝５内に挿入して、充填材充填装置のポンプを駆動することにより、補強部材６の貫通孔６ｍ内部、及び、溝５と補強部材６との間隙６ａ，６ｂとの間に圧力をもって充填される。また、充填材７は内壁面１ａ側の鉄筋（主筋２６，配力筋２７）よりも内壁面１ａの溝５内にも充填される。

補強部材６は鉄筋避溝部２５を備えたので、せん断力Ｓにより斜めひび割れＨが発生しようとする場合に、せん断力Ｓによる引張力を補強部材６から配力筋２７に伝達させるので、せん断力Ｓをボックスカルバート２０Ａ自体で負担できる。このため、せん断力Ｓに対するせん断強度を増加させることができる。また、配力筋２７を鉄筋避溝部２５に挿入することで補強部材６が位置決めすることができるので、溝５に充填材７を充填する作業が容易となる。

溝５は、配力筋２７が補強部材６の鉄筋避溝部２５に挿入された位置で他方の縁部２９（背部）が壁部３ｎの内壁面１ａ側の鉄筋（主筋２６，配力筋２７）よりも壁部３ｎの外面３ｑ側に突出するように形成したが、図１２に示すように、補強部材６は、壁部３ｎの内壁面１ａ側に補強部材６の他方の縁部２９を向けて溝５に挿入するようにしてもよい。すなわち、溝５を壁部３ｎの内壁面１ａ側の鉄筋（主筋２６，配力筋２７）よりも内壁面１ａ側に形成し、補強部材６の鉄筋避溝部２５に配力筋２７が挿入されるように補強部材６を溝５内に挿入すればよい。これによれば、溝５を小さくできるので、溝５を形成する作業が容易となるとともに、ボックスカルバート２０自体の強度低下を低減させることができる。また、穿孔によるコンクリート構造体３の廃棄物を削減することができるので、廃棄物の処理コストを低減できる。
なお、補強部材６の鉄筋避溝部２５は主筋２６を避けるように形成してもよい。

実施の形態３
補強部材６は、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、上端、下端に左，右方向に折曲げられた折曲板３１を設け、天井部３ｈの下面３ｉに圧接するようにしてもよい。これにより、補強部材６と天井部３ｈの下面３ｉとの摩擦力により一体性が向上し、かつ天井部３ｈは補強部材６により支持力を増すことができる。
又、図１４（ａ），（ｂ）に示すように、補強部材６をＶ字状に折曲して、折曲げ中央３２が天井部３ｈの中央に圧接し、両端が溝５内の下端両側コーナー部３３，３３に圧接するようにすることで、補強部材６はより安全に天井部３ｈを支持できる。
又、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、補強部材６をく字状に蛇行するように折曲して溝５の内壁面６ｕ，６ｕに当接するようにしてもよい。
又、補強部材６として縦断面が波型に折曲した湾曲板を用いて、溝５の内壁面６ｕ，６ｕに圧接するよう溝５内に設置してもよい。

なお、本発明のコンクリート構造体３のせん断補強構造１は、実施の形態１乃至実施の形態３のいずれか１つ以上の実施形態の構成を加味したコンクリート構造体３のせん断補強構造１であればよい。

１せん断補強構造、１ａ内壁面、３コンクリート構造体、５溝、
６補強部材、６ｍ貫通孔、７充填材、１０係合部、１６凹凸部、
１８，１８ａ，１８ｂ凸部。

Claims

コンクリート構造体の壁面に形成された所定深さの直線溝と、この溝内に深さ方向に挿入される板状の補強部材と、前記溝内に充填される充填材とを備えたコンクリート構造体のせん断補強構造において、補強部材に貫通孔、又は、凹凸部より成る係合部を形成したことを特徴とするコンクリート構造体のせん断補強構造。
前記貫通孔はスリット孔又はスロット孔又は円孔又は楕円孔又は三角形状の異形孔より成ることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート構造体のせん断補強構造。
前記溝は、縦方向又は横方向又は傾斜方向に延長することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンクリート構造体のせん断補強構造。
板状の補強部材は、貫通孔の周縁に凸部を形成したことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のコンクリート構造体のせん断補強構造。