JP2012188855A

JP2012188855A - 既設コンクリート床版の補強構造

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Publication number: JP2012188855A
Application number: JP2011053041A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Matsui; 孝洋松井; Fujio Kondo; 富士夫近藤; Tomohiro Hasegawa; 智大長谷川
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2011-03-10
Filing date: 2011-03-10
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-03-10
Also published as: JP5772086B2

Abstract

【課題】既に設置されているコンクリート床版に対して、ねじれに対する耐力を向上させるための補強を効果的に行い得て、かつ、それも施工期間が比較的短期で、施工も比較的技術的に簡単であるという既設コンクリート床版の補強構造を提供すること。
【解決手段】一辺で、もしくは一辺とその対辺で固定され、該固定がされた辺に向かう方向がねじりの回転軸となって、ねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造であって、補強材が該補強材の軸方向を前記回転軸の軸方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されている既設コンクリート床版の補強構造、あるいは、一方向にのみ鋼材が埋設され、かつ該鋼材の長手方向が軸方向となってねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造であって、補強材が該補強材の軸方向を前記鋼材の長手方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されている既設コンクリート床版の補強構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設コンクリート床版の補強構造に関する。

従来、既設コンクリート床版（スラブ）の補強は、用途変更による荷重条件や構造支持条件等の変更に伴って主鉄筋に発生する応力緩和を目的として行われることが通常であり、具体的には、該主鉄筋方向に沿うように連続繊維シートによる補強やＣＦＲＰを貼り付ける手法により曲げ補強をすることが行われている（特許文献１、２）。

一方、平面形状であるコンクリート床版は、柱や梁などで４辺を固定されているので、通常、ねじりはかかることがない。

しかし、近年、大幅な改修工事に伴って、コンクリート床版の支点条件の変更や、付帯物の追加設置等によって、コンクリート床版にねじれ荷重が発生するケースがある。そうした場合、ねじれ荷重は、もともと設計では考慮されていないため、該ねじれの程度によっては補強が必要になることがある。

一般に、ねじれに対するコンクリート床版の補強工法としては、ねじり剛性を上げるためにコンクリート床版の厚さを厚くすること、あるいは、コンクリート床版に鉄板を貼る手法などが行われる。また、床版に対する直接の補強ではないが、床版を支える橋軸と直角方向に設置されたＩ形断面等の少なくとも一対の主桁のウェブの橋軸方向に、橋軸直角方向に対向して橋軸方向に補剛材を設けることが提案されている（特許文献３）、
しかし、コンクリート床版の厚さを厚くすることは、床版が肉厚となるために使用環境が変化することや、死荷重が増加すること、また施工手間がかかることや養生完了までが長期間を要する施工となる等の問題がある。

また、特許文献３で提案されているような鉄板を用いた補強に関しては、補強材の分だけの全体の重量増加を招くことや、施工に重機が必要となり、施工性が悪いものである。また、コンクリート床版の下面に対して鋼板を貼ろうとする場合には大がかりな施工道具や支えが必要となり好ましくない。

特開２００３−１７６５０８号公報特開２００７−３２１４１９号公報特開２００３−８２６１７号公報

本発明の目的は、上述したような点に鑑み、既に設置されているコンクリート床版に対して、ねじれに対する耐力を向上させるための補強を効果的に行うことができて、かつ、それも施工期間が比較的短期で、施工も比較的技術的に簡単であるという既設コンクリート床版の補強構造を提供することにある。

上述した目的を達成する本発明の既設コンクリート床版の補強構造は、以下の（１）で表される第一の本発明にかかる既設コンクリート床版の補強構造、または以下の（２）で表される第二の本発明にかかる既設コンクリート床版の補強構造のとおりの構成を有する。
（１）一辺で、もしくは一辺とその対辺で固定され、該固定がされた辺に向かう方向がねじりの回転軸となって、ねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造であって、補強材が該補強材の軸方向を前記回転軸の軸方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されていることを特徴とする既設コンクリート床版の補強構造。
（２）一方向にのみ鋼材が埋設され、かつ該鋼材の長手方向が軸方向となってねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造であって、補強材が該補強材の軸方向を前記鋼材の長手方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されていることを特徴とする既設コンクリート床版の補強構造。

また、かかる（１）または（２）の本発明の既設コンクリート床版の補強構造において、好ましくは、以下の（３）〜（８）のいずれかの構成とするのがよい。
（３）前記補強材が、前記既設コンクリート床版の少なくとも一つの面に機械定着、接着または埋め込まれて、前記設置がなされていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の既設コンクリート床版の補強構造。
（４）前記補強材が、前記既設コンクリート床版の相対する面に機械定着、接着または埋め込まれて、前記設置がなされていることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。
（５）前記補強材の長さが、前記既設コンクリート床版の前記ねじりの回転軸と直角方向の断面の幅と同一であることを特徴とする上記（１）〜４のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。
（６）前記補強材の設置範囲は、ねじり応力が最大となる位置、もしくは既設コンクリート床版の固定位置であり、該固定位置に向かって、少なくともねじり回転軸と直角方向の断面幅の範囲に設置されてなることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。
（７）前記補強材が、繊維強化プラスチックからなることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。
（８）前記補強材が、棒状または帯状のものであることを特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。

請求項１にかかる第一の本発明または請求項２にかかる第二の本発明によれば、既設コンクリート床版に対して、非常に高い効果のもとでねじれ耐力を向上させた既設コンクリート床版の補強構造であって、かつその施工に際して、施工が比較的容易にできて、短期間での施工が可能な優れた既設コンクリート床版の補強構造が提供される。

請求項３にかかる本発明によれば、施工がより簡易であり、より短期間での施工も可能で本発明（第一の本発明および第二の本発明）の所期の効果を有する既設コンクリート床版の補強構造が提供される。

請求項４にかかる本発明によれば、特に請求項３の既設コンクリート床版の補強構造よりもさらにねじれ耐力に優れた既設コンクリート床版の補強構造が提供される。

請求項５にかかる本発明によれば、本発明の所期の効果を特に高度に発揮するする既設コンクリート床版の補強構造が提供される。

請求項６にかかる本発明によれば、本発明の所期の効果を特に高度に発揮する既設コンクリート床版の補強構造が提供される。

請求項７にかかる本発明によれば、補強構造とすることによる大きな重量増加を招くこともない点で優れた既設コンクリート床版の補強構造が提供される。

請求項８にかかる本発明によれば、既設のコンクリート床版に対しての施工がより簡単で、大きな効果をえることができる既設コンクリート床版の補強構造が提供される。

本発明の既設コンクリート床版の補強構造の一実施態様例をモデル的に示した斜視図である。本発明の既設コンクリート床版の補強構造の他の実施態様例をモデル的に示した斜視図である。本発明の既設コンクリート床版の補強構造の他の実施態様例をモデル的に示した斜視図である。本発明の既設コンクリート床版の補強構造の実施態様例をモデル的に示した平面図であり、帯状の補強材を設置するときの隣接する補強材の間隔を説明したものである。従来技術の例として、既設コンクリート床版に追加して付帯物（追加付帯物）を設置した場合に生じる、ねじりが加わっている状態をモデル的に示した斜視図である。

以下、更に詳しく本発明の既設コンクリート床版の補強構造について説明する。

上記第一の本発明の既設コンクリート床版の補強構造は、一辺で、もしくは一辺とその対辺で固定され、該固定がされた辺に向かう方向がねじりの回転軸となって、ねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造であって、補強材が該補強材の軸方向を前記回転軸の軸方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されていることを特徴とする。

これを、図１を用いて説明すると、固定支持体２により支持されている既設コンクリート床版１の上面に追加付帯物５が設けられたとき、その追加付帯物に水平荷重Ｆ１が加えられたときなど、該既設コンクリート床版１にはＦ２で示したねじりが作用する。そして、Ｆ３は既設コンクリート床版１が支持体２で支持されていることにより生ずる反力であり、Ｆ２と正反対方向に作用する。図１において、３は鉄筋を示し、４は固定支持体２にコンクリート床版１を固定するための治具である。

本発明において、「一辺で、もしくは一辺とその対辺でコンクリート床版が固定され」とは、図１で示したように、既設コンクリート床版１がその固定のための治具４によって、該床版の一辺もしくはその対辺が固定支持体２に固定されていることをいう。したがって、支持体の上に、単に置かれている状態のものは本発明でいう「固定され」には含まれない。

また、「固定がされた辺に向かう方向がねじりの回転軸となって、ねじりを受ける」とは、ねじりの回転軸の方向が、上記した固定された辺の方向と「平行」の関係にあるのではなく、交差する方向にあることをいう。

「ねじりの回転軸」の方向は、上記「固定されている辺」の方向と上記の追加付帯物５の設置位置によって固有的に定まるものであって、通常は、追加付帯物根本から固定されている辺に向かって重線として定められるものである。図１の態様では、固定された辺の方向と直角の方向である。そして、補強材７が該補強材７の軸方向をねじり回転軸の軸方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されている。「補強材の軸方向」とは、補強材中に補強材料が母材中に方向性をもって配列されている場合はその配列方向をいい、補強材料が用いられていないか、あるいは用いられていても配列性がない場合には、該補強材自体の長手方向をいうものである。

ちなみに、図１に示したような既設コンクリート床版は、ほぼ長方形状の形状を有するものであり、例えば、ベランダ、道路橋梁、桟橋、鉄道駅のプラットホームなどの分野で存在する。

上述の図１では鉄筋３を有しているものを説明しているが、第一の本発明が適用できる既設コンクリート床版１は、鉄筋を有さないものであってもよい。特に、鉄筋を有さない既設コンクリート床版１に対して本発明の耐ねじれの補強をすることは意義がある。

一方で、また、上記第二の本発明の既設コンクリート床版の補強構造は、一方向にのみ鋼材が埋設され、かつ該鋼材の長手方向が軸方向となってねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造に適用するものであって、補強材が該補強材の軸方向を前記鋼材の長手方向に向かって９０°±４５°の範囲の交差角を呈して設置されていることを特徴とする。

すなわち、補強材７を、該補強材７の軸方向を鋼材（図１の３）の長手方向に向かって９０°±４５°の範囲の交差角を呈して設置するものであり、鋼材の配置されている方向はねじれに対して強いので、それ以外の方向に、該補強材７が該補強材７の軸方向を上述の交差角を呈して設置するものである。

この第二の本発明では、例えば、一方向にしか鉄筋が入っていなく、該鉄筋の長手方向の少なくとも一端で固定され、該鉄筋の長手方向が回転軸となって、ねじりを受ける既設コンクリート床版に対して、補強材が該鉄筋長手方向に向かって９０±４５°の範囲の交差角を呈して該コンクリート床版の表面に設置することが好ましい。すなわち、９０°の直交する角度と、±４５°の斜交する角度とを組み合わせることで、相乗的にねじり方向に対する補強効果が発揮できる。ここで、直交する角度に補強材７を引き揃えて設置すると、補強材７の繊維配向がねじり方向に対する補強効果を最大に発揮する方向と略一致させることができることから、９０°±１０°の交差角を呈して設置することがより好ましい。補強材７を貼り付けるばらつきを考慮して、±１０°の範囲内であれば、直交する角度と略一致しているといえる。

本発明で、補強材の設置方法は、該補強材が、既設コンクリート床版の少なくとも一つの面に機械定着、接着または埋め込まれて、前記設置がなされていることが好ましい。さらに、前記補強材は、前記既設コンクリート床版の相対する２つの面に機械定着、接着または埋め込まれて、前記設置がなされていることがより好ましく、相対する上面と下面の双方に設置をすることにより、より耐ねじり特性を向上させることができる。

本発明の補強構造では、既設コンクリート床版の上面と下面の双方、特に下面に対しても補強材を設置することが比較的容易であり、上面と下面の双方に設置することが比較的自由にできる。上面と下面の双方に設置する場合には、その配置方向を、それらも相互に交差するように配置してもよい。すなわち、既設コンクリート床版の片面だけに設置するのでもよいが、ねじりが正負となる場合には、上面および下面の双方に、相互に平行にあるいは交差するように貼り付けるようにしてもよい。

該補強材を設置する位置は、既設コンクリート床版の表面もしくは既設コンクリート床版表面から深さ３ｃｍ以内とするのが好ましく、短期施工の観点からは既設コンクリート床版の表面とするのが最もよい。

本発明でいう「機械定着」とは、ボルトやナット、ボルト孔を有する鉄板（鋼板）などを使った結合方法であり、接着剤などを使用せずに機械的要素で結合させることをいう。「接着」とは、接着剤を使用して接合させることをいう。「埋め込み」とは、母材の材料（コンクリート床版を構成する材料と同一もしくは同等のもの）中に補強材を配置させて、該補強材の側周面の一部ないしは全部を該母材で覆うことによって既設コンクリート床版中に固定化させることをいう。

上述した中で、本発明に最適な補強材の設置方法は、接着によるのが既設のコンクリート床版に対しての効果的な施工を簡単に行うことができ、かつ低コストや工期の短かさなどの副次的効果も招くので好ましい。

本発明において、補強材の長さは、既設コンクリート床版のねじりの回転軸と直角方向の断面の幅と同一であるようにして設置することが、より補強効果が大きくなるので好ましい。図１〜図３に示した態様がこれに該当する。

なお、補強材をねじりの回転軸と直角方向の断面の幅と同一とするだけでなく、既設コンクリート床版の周辺部分に部分的に設置しても、ねじりに対する補強効果を得ることができる。この場合、部分的に設置する補強材の長さは、適宜、設計することができる。さらに、断面の幅と同一の補強材と、部分的に設置する補強材とを組み合わせて設置することも可能である。

補強材を設置する幅Ｗは、図１〜図３で示したように、既設コンクリート床版の上面および下面の全面（図１の態様）が最大の幅であるが、工事費、工期短縮を考慮すると、既設コンクリート床版の上面および下面のねじり応力が最大となる追加付帯物の位置付近（図２の態様）、もしくは、既設コンクリート床版の上面および下面の該既設コンクリート床版の固定位置付近（図３の態様）で、該固定位置に向かって、少なくともねじり回転軸と直角方向の断面幅の範囲とするのがよい。また、該補強材の設置間隔は、図４で示したように、補強材と補強材の隙間Ｐで５ｃｍ〜３０ｃｍとするのがよい。

本発明に依らず、補強材７を特に使用しない場合には、一般に図５で示したように、既設コンクリート床版の固定位置付近の辺部から内側に向かいひび割れ６が発生する場合が多い。

したがって、本発明では、該既設コンクリート床版の固定位置付近で、該固定位置に向かって、少なくともねじり回転軸と直角方向の断面幅の範囲とするのが最も効果的である。

本発明において、補強材は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）からなることが、既設コンクリート床版に対する効果的な貼付けを比較的簡単に行うことができる点で好ましい。繊維強化プラスチックは、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール（ＰＢＯ）繊維および１００万以上の分子量からなるポリエチレン繊維からなる群から選ばれる少なくとも一種の連続繊維と、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂およびメタクリル樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種のマトリックス樹脂とで構成されるものが、強度、加工のしやすさなどの点で好ましい。

特に、剛性、強度、軽量性、耐久性の点から、炭素繊維を用いて構成されたＣＦＲＰとするのが最も好ましい。炭素繊維は連続フィラメントを使用し、繊維強化プラスチックに成形するには、引抜き成形法を用いて、該炭素繊維の連続フィラメントを引き揃えた束に、マトリックス樹脂を含浸させて硬化させたＦＲＰ板あるいはＦＲＰ棒が好適に使用できる。ＣＦＲＰ板などのＦＲＰ板であれば、厚さは１〜２ｍｍ程度、幅は３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度のものが、補強にあたり全体重量の増加や、寸法の変化（厚さの増加など）も少なくできるので好ましい。

該補強材の形状は、棒状あるいは帯状（板状）のいずれかであるのが好ましく、特に、既設コンクリート床版の表面に接着剤で貼る場合には、接着面が大きくなる帯状のものを使用するのが好ましく、一方、既設コンクリート床版の表層に埋め込む場合は、棒状のものを使用するのが好ましい。

本発明の既設コンクリート床版の補強構造は、既に建造されている桟橋、防波堤、道路橋、河川橋、鉄道駅のプラットフォーム、建造物のひさし、あるいはベランダなどの既設コンクリート床版のねじれに対する耐久性を向上させる補強構造として好適に使用できる。既設コンクリート床版は、その内部に鉄筋が使用されていることの有無に関わらず、本発明を適用することができ、いずれの場合も優れた効果を発揮することができる。

１：既設コンクリート床版
２：固定支持体
３：鉄筋
４：固定治具
５：追加付帯物
６：ひび割れ
７：補強材（ＣＦＲＰ帯板）
Ｆ１：水平荷重
Ｆ２：ねじり
Ｆ３：反力
Ｐ：補強材の貼付け間隔
Ｗ：補強材を設置する幅

Claims

一辺で、もしくは一辺とその対辺で固定され、該固定がされた辺に向かう方向がねじりの回転軸となって、ねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造であって、補強材が該補強材の軸方向を前記回転軸の軸方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されていることを特徴とする既設コンクリート床版の補強構造。
一方向にのみ鋼材が埋設され、かつ該鋼材の長手方向が軸方向となってねじりを受ける既設コンクリート床版の補強構造であって、補強材が該補強材の軸方向を前記鋼材の長手方向に向かって９０°±４５°の交差角を呈して設置されていることを特徴とする既設コンクリート床版の補強構造。
前記補強材が、前記既設コンクリート床版の少なくとも一つの面に機械定着、接着または埋め込まれて、前記設置がなされていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の既設コンクリート床版の補強構造。
前記補強材が、前記既設コンクリート床版の相対する面に機械定着、接着または埋め込まれて、前記設置がな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既設コンクリート床版の補強構造。
前記補強材の長さが、前記既設コンクリート床版の前記ねじりの回転軸と直角方向の断面の幅と同一であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。
前記補強材の設置範囲は、ねじり応力が最大となる位置、もしくは既設コンクリート床版の固定位置であり、該固定位置に向かって、少なくともねじり回転軸と直角方向の断面幅の範囲に設置されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。
前記補強材が、繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。
前記補強材が、棒状または帯状のものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の既設コンクリート床版の補強構造。