JP2013512362A - 外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法 - Google Patents

Abstract

外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法を提供する。アンカーリング工法は、被強化部材（２）の表面において繊維布（１）にストレスを与えるステップと、プレストレスト繊維布（１）を樹脂を用いて被強化部材（２）に貼着して一体にさせるステップと、被強化部材（２）の端部においてプレストレスト繊維布（１）のアンカーリング端部に対して鋼板（５）を取り付けてアンカーリングし、アンカー（７）を用いるステップと、樹脂を加熱硬化させた後、プレストレスト繊維布（１）のアンカーリング端部のプレストレスの一部又はすべてを解放させるステップとを備える。本方法は、端部における応力集中を解消又は軽減させる効果を奏する。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、アンカーリング工法に関し、特にＦＲＰシート材を用いた外部貼着技術及び強化技術におけるアンカーリングの応用に関し、土木交通工学における構造の強化技術に属するものである。

現在、連続性繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）複合材料を、接着剤（例えば、樹脂）を用いて構造表面に貼着させるという強化方法は、土木構造物に対して新規かつ有効な構造強化技術として、広くに応用されている。

しかし、単に連続ＦＲＰ複合材料をコンクリートの表面に貼着させるという受動的な強化方法では、多くの欠点が存在する。例えば、ＦＲＰとコンクリート表面との間の貼着強度が限られていることから、接着破壊が発生しやすい。その結果、ＦＲＰシート材が持つ高強度性を十分に発揮させることができない。

そこで、発明者は、これら欠点を考慮し、受動的な方法を積極的な方法に変えるように、次のようなＦＲＰシート材の外部貼着及び強化方法を考え出した。すなわち、ＦＲＰシート材を、プレテンションを施してから、貼着材料を用いてコンクリート表面に貼着することにより、ＦＲＰシート材とコンクリートが共同で力を受けることになる。このため、材料の観点からみると、ＦＲＰシート材の高強度性を十分に発揮することができる。また、構造自体の観点からみると、構造強度を向上することができるだけでなく、構造の剛性、破壊強度、降伏強度等を効果的に改善することができる。なお、端部のアンカー処理は、プレストレストＦＲＰシート材による外部貼着及び補強技術において重要であり、当該技術の強化効果に直接に影響するものとなる。これまで、国内外において、外部貼着プレストレストＦＲＰシート材による強化構造について莫大な研究及び調査行われたが、端部のアンカー問題は依然としてうまく解決されていない。これは、ＦＲＰの端部においては、プレストレスが付与された後、応力集中が生じるからである。直接にアンカーを採用した場合、端部に多大な過剰負担が掛かる。

本発明の目的は、建築部材の端部における応力集中という問題を解決する端部のアンカー技術を提供することにある。

本発明は、外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法を提供する。該アンカーリング工法は、次のステップを備える。
１．被強化部材２の端部に溝を形成して、アンカー７の上半部を該溝に埋め込むステップＡ
２．第１層の繊維布３を被強化部材２の表面及びアンカー７の下方（下面）に貼着するステップＢ
３．第１層の繊維布３の下方（下面）に、さらに１層（第２層）の繊維布１を設け、該繊維布１にストレスを与えて、該繊維布１を第１層の繊維布３の下方（下面）に貼着し、そして、繊維布１の下方（下面）に第３層の繊維布４を貼着するステップＣ
４．加熱硬化させるステップＤ
５．鋼板５を取り付け、１回目のアンカーリングを行い、一部のプレストレスを解放させるステップＥ
６．アンカー７の下半部を、第１層の繊維布とプレストレスト繊維布と第３層の繊維布とがアンカーの上半部と下半部の間に挟まれるように取り付けて、加熱硬化させた後、すべてのプレストレスを解放させるステップＦ
前記ステップＤにおいて、加熱硬化させる温度は、８０〜１２０℃である。

前記ステップＤにおいて、加熱硬化させる時間は、１．５〜３時間である。

前記ステップＥにおいて解放されるプレストレスは、全体のプレストレスの７０〜９５％である。

さらに、本発明は、他の外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法を提供する。該アンカーリング工法は次のステップを備える。
１．第１層の繊維布３を被強化部材２の表面に貼着させるステップＡ
２．第１層の繊維布３の下方（下面）に、さらに１層（第２層）の繊維布１を設け、該繊維布１にストレスを与えて、該繊維布１を第１層の繊維布３の下方（下面）に貼着させ、繊維布１の下方（下面）に第３層の繊維布４を貼着させるステップＢ
３．加熱硬化させるステップＣ
４．鋼板５を取り付け、１回目のアンカーリングを行い、すべてのプレストレスを解放させるステップＤ
５．アンカー７の上半部を第３層の繊維布４の下方に取り付けた後、第１層の繊維布３とプレストレスト繊維布１と第３層の繊維布４とを重ね合わせて、アンカーの上半部と下半部との間に折り返して貼着するステップＥ

なお、本発明はさらに、他の外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法を提供する。該アンカーリング工法は次のステップを備える。
１．第１層の繊維布３を被強化部材２の表面に貼着させるステップＡ
２．３層のプレストレスト繊維布６の端部のアンカーリング部に、分離膜９を配置するステップＢ
３．３層の繊維布６にストレスを与え、該繊維布６を第１層の繊維布３の下方（下面）に貼着させるステップＣ
４．鋼板５を取り付け、１回目のアンカーリングを行い、一部のプレストレスを解放させるステップＤ
５．２回目及び３回目のアンカーリングを行い、鋼板５１、５２を取付け、そして、すべてのプレストレスを解放させるステップＥ
６．３層のプレストレスト繊維布６の、鋼板５１と鋼板５２との間における第１層の繊維布３から起算して第２層のプレストレスト繊維布及び第３層のプレストレスト繊維布を切除し、３層の繊維布６に再びストレスを与えて、鋼板５２を取り外し、分離膜９を除去し、増厚繊維布１０を取り付け、鋼板５２を再び取り付け、加熱硬化させて、すべてのプレストレスを解放させるステップＦ
７．３層のプレストレスト繊維布６の、鋼板５１と鋼板５との間における第１層の繊維布３から起算して第３層のプレストレスト繊維布を切除し、鋼板５１を取り外し、分離膜９を除去し、増厚繊維布１０を取り付け、鋼板５１を再び取付け、加熱硬化させるステップＧ
前記ステップＤにおいて、解放されたプレストレスは、全体のプレストレスの４０〜５０％である。

前記ステップＦにおいて、ストレス（応力）を（Ｔ／３）×０．８に設定する（ただし、Ｔは、３層の繊維布に与えられたストレスの全応力である）。

本発明において、コンクリートの表面でＦＲＰシート材にストレスを与え、プレストレストＦＲＰシート材を樹脂によってコンクリートと一体に結合させ、樹脂が加熱硬化された後に、プレストレスを解放させる。また、プレストレストＦＲＰシート材の端部のアンカーリングに対して適当な措置を取り、プレストレストＦＲＰシート材のアンカーリングされた端部におけるプレストレスの一部又はすべてを解放させる。これによって、端部の応力集中が解消又は低減され、端部に不必要な負担がかかることが回避されるようになる。従って、ＦＲＰシートによる高強度性を十分に得るとともに、建築部材の端部におけるアンカーリングの処理問題を解決することができる。

本発明の埋込式アンカーを用いたアンカーリング工法の構成及び施工の技術的プロセスの要点を説明する図。 外付式アンカーを用いたアンカーリング工法の構成及び施工の技術的プロセスの要点を説明する図。 ストレスが与えられた繊維の層の数を逐次減らした場合のストレスアンカーリング工法を示す説明図である。

以下、図面及び実施形態を用いて、本発明の技術案についてさらに詳しく説明する。

図１は、埋込式アンカーを用いたアンカーリング工法の構成及び施工の技術的プロセスの要点を説明する図であり、図１（ａ）は、プレストレスト繊維布１にストレスが与えられる前の構造図であり、図１（ｂ）は、プレストレスト繊維布１にストレスが与えられた後、アンカーの取付けを示す構造図である。

図２は、外付式アンカーを用いたアンカーリング工法の構成及び施工の技術的プロセスの要点を説明する図であり、図２（ａ）は、外付式アンカー７の上半部の取付けを示す構造図であり、図２（ｂ）は、アンカー７の下半部が取り付けられた後、プレストレスが完全に解放された状態を示す構造図であり、図２（ｃ）は、強化されたアンカー端部の局部拡大図である。

図３は、ストレスが与えられた繊維の層の数を逐次減らした場合のストレスアンカーリング工法を示す説明図であり、図３（ａ）は、層を分けてアンカーリングする場合の応力と、層を分けずにアンカーリングする場合の応力との比較であり、図３（ｂ）は、多層繊維布６にストレスを与えることを示す構造図であり、図３（ｃ）は、被強化部材２の端部に第１層の繊維布３を貼着させた状態を示す構造詳細図であり、図３（ｄ）は、多層繊維布６が貼着され、鋼板５がアンカーリングされた状態を示す構造図であり、図３（ｅ）は、鋼板５１、５２がアンカーリングされた状態を示す構造図であり、図３（ｆ）は、増厚繊維布１０がアンカーリングされた鋼板５２の底部に貼着された状態を示す構造図であり、図３（ｇ）は、層を分けてアンカーリングする場合の最終的な構造図である。

図１は、本発明の第１の実施形態のアンカーリング工法である、埋込式アンカーを用いたアンカーリングの構造図である。プレストレスト繊維布１が被強化部材であるコンクリート部材２の底部においてストレスが与えられた後、鋼板５によるアンカーリングとアンカー７によるアンカーリングという２つのアンカーリング方法を通じてアンカーリングを施し、一部のプレストレスが該２つの方法により負担される。

埋込式アンカーリングの実施ステップは次の通りである。

１．被強化部材２の端部に溝を形成して、アンカー７の上半部を溝に埋め込む。
アンカー７は、被強化部材２に埋め込まれる（被強化部材２と直接接触する）上半部と、繊維布を締め付け、上半部に対向して接続可能一体に構成された下半部とからなり、アンカーの上半部と下半部の当接部分がジグザグ状に形成されている。溝は強化された曲げ部材２の端部に形成され、その幅はアンカー７を端部で取り付けるのに十分であり、その深さはコンクリート底部の保護層の厚さと一致する。アンカー７を固定するために、コンクリート底部にはボルトを埋め込む穴が設けられている。

２．第１層の繊維布３を設ける。
被強化部材２の表面及びアンカー７の下方（下面）に第１層の繊維布を設け、設けた第１層の繊維布の長さをアンカーの長さの２〜３倍にする。また、繊維布は、その始端からアンカー７までの範囲内で樹脂によって浸透され、かつ、被強化部材２の表面に貼着される。

３．プレストレスト繊維布１にストレスを与え、第３層の繊維布４を貼着させる。
第１層の繊維布３の下方（下面）に、プレストレスト繊維布１を設ける。プレストレスト繊維布は層の数は限定されない。プレストレスト繊維布１にストレスを与えた後、アンカー７の範囲内に、樹脂を塗布したプレストレスト繊維布１を被強化部材２に貼着させる。プレストレスト繊維布１の下方（下面）に第３層の繊維布４が設けられ、その貼着長さ及び範囲は前記第１層の繊維布１と一致する。その後、加熱硬化を施す。

４．鋼板を貼着し取付け、プレストレスを解放する。
被強化部材２の中央寄りで、かつアンカー７の近傍に鋼板５を取り付けることによって、１回目のアンカーリングが実施される。そして、鋼板と、第１層の繊維布３と、プレストレストＦＲＰシート材１と、第３層の繊維布４とを、ボルトを用いてコンクリート構造と一体にアンカーリングする。そして、一部のプレストレスを解放する。残留するプレストレスはＦＲＰの引張強度の設計値の５〜３０％である。
アンカーを取り付けて、プレストレスを解放する。
第１層の繊維布３と、プレストレスト繊維布１と第３層の繊維布４とを重ね合わせて、樹脂を浸透させた後、アンカー７の下半部を取り付けることによって２回目のアンカーリングが実施される。これによって、第１層の繊維布３と、プレストレスト繊維布１と第３層の繊維布４とがアンカーの上半部と下半部の間に締め付けられる。そして、真空下で加熱硬化して、すべてのプレストレスを解放する。アンカーの取付けが終了すると、アンカーの外側の繊維布を巻き上げる。

図２は、本発明の第２のアンカーリング工法である、外付式アンカーを用いたアンカーリングの説明図である。図１及び図２による２つのアンカーリング工法は基本的に類似しており、両者の根本的な違いは、図２によれば、アンカー７は、繊維布１、３、４の下方に取り付けられたものであり、プレストレスを受けずに、代わりに安全保護手段として用いられる。

図２のように、外付式アンカーを用いた、第２のアンカーリング工法の特徴は、アンカーの上半部が繊維布の下方に配置された後、繊維布を折り返して、アンカーの上半部と下半部との間に貼着させることである。アンカーリング工法の実施ステップは次の通りである。
１．第１層の繊維布３を被強化部材２の表面に貼着させる。
２．第１層の繊維布３の下方（下面）に、さらに１層の繊維布１を設ける。繊維布１にストレスを与えて、繊維布１を第１層の繊維布３の下方（下面）に貼着する。そして、繊維布１の下方（下面）に第３層の繊維布４を貼着する。
３．加熱硬化させる。
４．鋼板５を取り付け、１回目のアンカーリングを行う。そして、すべてのプレストレスを解放させる。
５．アンカーを取付ける。アンカー７の上半部を第３層の繊維布４の下方に取り付けた後、第１層繊維布３と、プレストレスト繊維布１と第３層の繊維布４とを重ね合わせ、樹脂を浸透させた後、折り返して、アンカーの上半部と下半部との間に貼着する。

図３は、ＦＲＰアンカーリングの層の数を逐次減らした場合の、本発明の第３のアンカーリング工法を示すものである。本工法は多層プレストレスト繊維布のアンカーリングに適用される。被強化コンクリート部材２の底部においてプレストレスト繊維布１にストレスを与え、３つの鋼板を３回のアンカーリングを行い、その都度、鋼板を取り付け、３枚の鋼板を取り付け、アンカーリングの層の数を逐次減らしていく。

図３に示すように、第３のアンカーリング工法において、ストレスが与えられたＦＲＰの層の数を逐次減らしている。本アンカーリング工法の実施ステップは次の通りである。

１．第１層の繊維布３を被強化部材の端部の表面に貼着させる。

２．アンカーリングされた繊維布６の端部に、分離膜９を配置する。複数のアンカーリングを施すために、繊維布６の端部において、コンクリートから起算して第１層の繊維布と第２層の繊維布の間で、且つ第２の鋼板がアンカーリングされた位置に１枚の分離膜９を配置するとともに、層と層の間で第３の鋼板がアンカーリングされた位置でそれぞれ１枚の分離膜９を配置する。分離膜の長さは鋼板の幅と一致する。プレストレスト繊維布６にストレスを与える。ここで、繊維布６は、３層の繊維布から構成されており、樹脂を何度でも浸透させた後、加熱硬化され、ストレスが与えられる。

３．プレストレスト繊維布６が貼着され、鋼板５が配置されることによって１回目のアンカーリングが実施される。そして、プレストレスが解放される。解放されるプレストレスは、好ましくは、全体のプレストレスの４０〜５０％（推奨値）である。

４．２回目及び３回目のアンカーリングを行う。鋼板５１及び鋼板５２を取り付ける。
第１の鋼板５の左側に、鋼板５１及び鋼板５２を、端部方向に沿って順次配置し、かつ固定する。このとき、２つの鋼板の底部に位置する繊維布は、樹脂により浸透されておらず、貼着されていない。すべてのプレストレスを解放させる。プレストレスト繊維布６の、鋼板５１と鋼板５２との間における第１層の繊維布３から起算して第２層の繊維布及び第３層のプレストレスト繊維布を切除する。

５．繊維布６に再びストレスを与え、鋼板５１及び鋼板５２を再度アンカーリングする。
プレストレスト繊維布６に再びストレスを与える。ストレス（応力）は（Ｔ／３）×０．８（Ｔは３層の繊維布の全体のストレス（応力）である。）に設定される。第３の鋼板５２を取り外し、分離膜９を除去し、増厚繊維布１０を２層取り付け、鋼板５２を固定する。その後、樹脂を加熱硬化させ、すべてのプレストレスを解放させる。鋼板５１を取り外し、分離膜９を除去し、増厚繊維布１０を１層取り付け、鋼板５１を取り付ける。そして、樹脂を加熱硬化させ、アンカーリングを終了する。

図３（ａ）に示すように、外部貼着の鋼板を用いて端部エリアにおいて層の数を逐次減らすアンカーリング工法によれば、端部における応力集中を大幅に改善できる。本実施の形態において、３層の繊維布を例として説明したが、多層の繊維布を採用することも本発明の保護範囲に属する。

１…プレストレスト（ストレス）繊維布、２…被強化部材、３…第１層の繊維布、４…第３層の繊維布、５、５１、５２…鋼板、６…多層繊維布、７…アンカー、９…分離膜、１０…増厚繊維布、Ｔ…ストレスの全応力。

Claims (8)

1. 外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法であって、
   被強化部材（２）の端部に溝を形成して、アンカー（７）の上半部を該溝に埋め込むステップＡと、
   第１層の繊維布（３）を前記被強化部材（２）の表面及び前記アンカー（７）の下方に貼着するステップＢと、
   前記第１層の繊維布（３）の下方に、さらに１層の繊維布（１）を設け、前記繊維布（１）にストレスを与えて、前記繊維布（１）を前記第１層の繊維布（３）の下方に貼着し、前記繊維布（１）の下方に第３層の繊維布（４）を貼着するステップＣと、
   加熱硬化させるステップＤと、
   鋼板（５）を取り付け、１回目のアンカーリングを行い、一部のプレストレスを解放させるステップＥと、
   前記アンカー（７）の下半部を、前記第１層の繊維布とプレストレスト繊維布と前記第３層の繊維布とが前記アンカーの上半部と下半部の間に挟まれるように取り付けて、加熱硬化させた後、すべてのプレストレスを解放させるステップＦとを備えるアンカーリング工法。
2. 請求項１記載のアンカーリング工法であって、
   前記ステップＤにおいて加熱硬化させる温度は、８０〜１２０℃であることを特徴とするアンカーリング工法。
3. 請求項１記載のアンカーリング工法であって、
   前記ステップＤにおいて加熱硬化させる時間は、１．５〜３時間であることを特徴とするアンカーリング工法。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のアンカーリング工法であって、
   前記ステップＥにおいて解放されるプレストレスは、全体のプレストレスの７０〜９５％であることを特徴とするアンカーリング工法。
5. 外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法であって、
   第１層の繊維布（３）を被強化部材（２）の表面に貼着させるステップＡと、
   前記第１層の繊維布（３）の下方に、さらに１層の繊維布（１）を設け、前記繊維布（１）にストレスを与えて、前記繊維布（１）を前記第１層の繊維布（３）の下方に貼着させ、前記繊維布（１）の下方に第３層の繊維布（４）を貼着させるステップＢと、
   加熱硬化させるステップＣと、
   鋼板（５）を取り付け、１回目のアンカーリングを行い、すべてのプレストレスを解放させるステップＤと、
   アンカー（７）の上半部を前記第３層の繊維布（４）の下方に取り付けた後、前記第１層の繊維布（３）と、前記プレストレスト繊維布（１）と前記第３層の繊維布（４）とを重ね合わせて、前記アンカーの上半部と下半部との間に折り返して貼着するステップＥとを備えるアンカーリング工法。
6. 外部貼着技術及び強化技術にプレストレスト繊維布を用いたアンカーリング工法であって、
   第１層の繊維布（３）を被強化部材（２）の表面に貼着させるステップＡと、
   ３層のプレストレスト繊維布（６）の端部のアンカーリング部に、分離膜（９）を配置するステップＢと、
   前記３層の繊維布（６）にストレスを与え、前記繊維布（６）を前記第１層の繊維布（３）の下方に貼着させるステップＣと、
   鋼板（５）を取り付け、１回目のアンカーリングを行い、一部のプレストレスを解放させるステップＤと、
   ２回目及び３回目のアンカーリングを行い、鋼板（５１）と鋼板（５２）を取り付けて、すべてのプレストレスを解放させるステップＥと、
   前記３層のプレストレスト繊維布（６）の、鋼板（５１）と鋼板（５２）との間における前記第１層の繊維布（３）から起算して第２層のプレストレスト繊維布及び第３層のプレストレスト繊維布を切除し、前記３層の繊維布（６）に再びストレスを与えて、前記鋼板（５２）を取り外し、前記分離膜（９）を除去し、増厚繊維布（１０）を取り付け、前記鋼板（５２）を再び取り付けて、加熱硬化させ、すべてのプレストレスを解放させるステップＦと、
   前記３層のプレストレスト繊維布（６）の、前記鋼板（５１）と鋼板（５）との間における前記第１層の繊維布（３）から起算して第３層のプレストレスト繊維布を切除し、前記鋼板（５１）を取り外し、前記分離膜（９）を除去し、増厚繊維布（１０）を取り付け、前記鋼板（５１）を再び取り付けて、加熱硬化させるステップＧとを備えるアンカーリング工法。
7. 請求項６記載のアンカーリング工法であって、
   前記ステップＤにおいて解放されたプレストレスは、全体のプレストレスの４０〜５０％であることを特徴とするアンカーリング工法。
8. 請求項６記載のアンカーリング工法であって、
   前記ステップＦにおいて、ストレスを（Ｔ／３）×０．８に設定し、前記Ｔは前記３層の繊維布に与えられたストレスの全応力であることを特徴とするアンカーリング工法。

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