JP2014051825A - 鉄筋コンクリートの耐震補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】既存ＲＣ部材の鉄筋に損傷を与えることなく新旧コンクリートのズレせん断に対する十分な抵抗機能をアンカー筋に持たせる。
【解決手段】本発明に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１は、橋脚２の周囲にあらたな鉄筋コンクリート３を巻き立てるとともに、該鉄筋コンクリートの周囲に鋼板４を巻き立てて構成してあり、橋脚２とあらたな鉄筋コンクリート３との界面近傍には短鉄筋１２を配置してある。短鉄筋１２は、橋脚２とあらたな鉄筋コンクリート３との界面に沿った相対変形であるズレせん断に対してシヤキーとして抵抗するようになっている。鋼板４は、橋脚２やあらたな鉄筋コンクリート３がそれらの曲げ変形に起因して互いの界面に沿った方向に相対変形しようとする際、橋脚２やあらたな鉄筋コンクリート３の膨張変形の反力として該鋼板の周方向に生じる引張力により、あらたな鉄筋コンクリート３を橋脚２に向けて押圧する載荷手段として機能する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、橋脚などの鉄筋コンクリート構造物を耐震補強する際に適用される鉄筋コンクリートの耐震補強構造に関する。

鉄筋コンクリートからなる構造物の耐震性能が十分でない場合、耐震補強によって曲げ耐力やせん断耐力あるいは靭性を高めることが可能であり、その工法としては、既存ＲＣ部材の周囲に鉄筋コンクリートや鋼板を巻き立てる、同じく既存ＲＣ部材の周囲に炭素繊維シートを巻回するといった工法が知られている。

これらのうち、ＲＣ巻立て工法は、鉄筋コンクリート断面を増厚することで耐震性能の向上を図るものであり、比較的低コストでの施工が可能であることから、従来から広く採用されている。

かかるＲＣ巻立て工法においては、あらたに巻き立てられる鉄筋コンクリートを既存ＲＣ部材に一体化させることが重要であり、特に、ＲＣ部材の曲げ耐力を高める上では、新旧コンクリートにおける曲げ変形時のズレせん断に対して十分な抵抗力を持たせることが不可欠となる。

新旧コンクリートのズレせん断に対する抵抗力を高めるには、チッピングやウォータージェットによって既存ＲＣ部材の表面を予め目荒らししておく方法が知られているが、騒音振動が大きい、施工可能な場所に制約がある、施工に時間を要する、廃棄物が生じるために環境への負荷が大きいなどの問題があるほか、作業員の熟練の程度によってばらつきが生じるため、品質管理が難しいという問題がある。

一方、ジベル筋あるいはアンカージベル鉄筋とも称されるアンカー筋を既存ＲＣ部材に予め立設しておく方法が知られており、かかる方法によれば、アンカー筋がズレせん断に対する抵抗要素として新旧コンクリートの一体化に寄与するため、既存ＲＣ部材の曲げ耐力を確実に向上させることができる。

特開２０１１−８９２７５号公報 特開２０１１−９９２０１号公報

しかしながら、アンカー筋を用いた耐震補強工法においては、新旧コンクリートのズレせん断に伴ってアンカー筋に引抜き力が作用するため、該引抜き力に抵抗できるよう、アンカー筋を十分な定着強度をもって既存ＲＣ部材に立設しなければならない。

そのため、アンカー筋を立設する際には、アンカー筋を長く形成したり基端側に拡幅部を設けたりすることで定着強度を高めることが必要となり、その結果、既存ＲＣ部材の鉄筋が損傷を受けるという問題や、それを回避しようとすると、アンカー筋の取付けに時間を要するという問題を生じていた。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、既存ＲＣ部材の鉄筋に損傷を与えることなく、新旧コンクリートのズレせん断に対する十分な抵抗機能をアンカー筋に持たせることが可能な鉄筋コンクリートの耐震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、本発明に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造は請求項１に記載したように、既存ＲＣ部材の周囲にあらたな鉄筋コンクリートを巻き立てるとともに、前記既存ＲＣ部材に一端が前記あらたな鉄筋コンクリートに他端がそれぞれ埋設されるように前記既存ＲＣ部材と前記あらたな鉄筋コンクリートとの界面近傍にロッド状アンカー部材を配置した鉄筋コンクリートの耐震補強構造において、
前記あらたな鉄筋コンクリートを前記既存ＲＣ部材に向けて押圧する載荷手段を該あらたな鉄筋コンクリートの周囲又は内部に配置したものである。

また、本発明に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造は、前記載荷手段を前記あらたな鉄筋コンクリートの周囲に巻き立てられる鋼板又は該あらたな鉄筋コンクリートの周囲に巻回される繊維補強シートその他の巻回部材で構成したものである。

また、本発明に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造は、前記載荷手段を前記あらたな鉄筋コンクリートの内部に貫通される引張抵抗材で構成したものである。

また、本発明に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造は、前記載荷手段を前記あらたな鉄筋コンクリートの周囲に拡がる地盤で構成したものである。

本発明に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造においては、既存ＲＣ部材の周囲にあらたな鉄筋コンクリートを巻き立てるにあたり、あらたな鉄筋コンクリートを既存ＲＣ部材に向けて押圧する載荷手段を該あらたな鉄筋コンクリートの周囲又は内部に配置してある。

このようにすると、既存ＲＣ部材とあらたな鉄筋コンクリートとの界面に沿って相対変形、いうなればズレせん断が生じるとともにそれに起因してロッド状アンカー部材が既存ＲＣ部材から抜け出そうとしたとき、その動きは、あらたな鉄筋コンクリートを介して作用する載荷手段からの押圧力で抑制される。

そのため、ズレせん断に伴う既存ＲＣ部材からのロッド状アンカー部材の抜け出しが防止されることとなり、かくしてロッド状アンカー部材は、シヤキーとしての本来の機能を十分に発揮して既存ＲＣ部材とあらたな鉄筋コンクリートとを強固に一体化する。

また、載荷手段によってロッド状アンカー部材の抜け出しが防止されることにより、従来のように、ロッド状アンカー部材を長く形成したり基端側に拡幅部を設けたりすることで定着強度を高める必要がなくなる。

そのため、ロッド状アンカー部材を短くかつ長さ方向にわたって同一断面となるように形成することができるとともに、それに伴って既存ＲＣ部材に穿孔すべき挿入孔も、浅くて細い孔で足りることとなり、かくして既存ＲＣ部材の鉄筋に損傷を与える懸念がほとんどなくなるとともに、挿入孔の深さを既存ＲＣ部材の鉄筋かぶり厚さ未満とすれば、穿孔作業における作業能率を何ら低下させることなく、既存ＲＣ部材に埋設された鉄筋への損傷リスクを皆無にすることができる。

なお、上述した押圧力は、既存ＲＣ部材を周囲から拘束する作用を発揮するため、結果として、既存ＲＣ部材をせん断補強しあるいは靭性補強することにもなる。

既存ＲＣ部材は、曲げ変形を生じるすべてのＲＣ部材が包摂されるものであり、曲げ圧縮材である橋脚等の柱部材をはじめ、曲げ材である梁などが既存ＲＣ部材に該当する。

ロッド状アンカー部材は、長さ方向に沿って断面がほぼ同一のロッド材、例えば短鉄筋がその代表的な構成となるが、既存ＲＣ部材に穿孔形成された挿入孔に挿入される部分の断面がほぼ同一であれば足りるものであって、該挿入孔にボルト本体が挿入される形であれば、頭部付きのボルト類で構成することも可能である。

載荷手段は、あらたな鉄筋コンクリートを既存ＲＣ部材に向けて押圧する、換言すれば既存ＲＣ部材とあらたな鉄筋コンクリートとの界面に対してほぼ垂直にあらたな鉄筋コンクリートを押圧することができる限り、その具体的な構成は任意であり、例えば、あらたな鉄筋コンクリートの周囲に鋼板を巻き立て、あるいはその周囲に繊維補強シートその他の巻回部材を巻回するといった構成や、あらたな鉄筋コンクリートの内部に引張抵抗材を貫通配置するといった構成が可能である。

ちなみに、上述した鋼板、巻回部材あるいは引張抵抗材においては、それらの面内方向あるいは材軸方向に生じる引張力の作用方向があらたな鉄筋コンクリートの周面に沿った位置あるいはその内側を通る断面内の位置によって変化し、その変化によって生じる曲率中心への力が既存ＲＣ部材に向かう押圧力となる。

ここで、載荷手段は、既存ＲＣ部材とあらたな鉄筋コンクリートとの間にズレせん断が発生しようとしたとき、そのズレせん断の発生に応答する形で押圧力を発生させる構成としてもよいし、ズレせん断の発生とは関係なく、押圧力を常時発生させるように構成してもよい。

上述した例で言えば、鋼板や巻回部材あるいは引張抵抗材に引張力を初期導入しない場合には、ズレせん断の発生に応答する形で押圧力を発生させる構成となり、それらに引張力を初期導入する場合には、押圧力を常時発生させる構成となる。

一方、載荷手段は、鋼板や巻回部材あるいは引張抵抗材による引張力で押圧力を生じさせる構成に限定されるものではなく、例えばあらたな鉄筋コンクリートの周囲に拡がる地盤で構成し、該地盤から作用する土圧を押圧力とすることが可能である。

本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１の全体断面図。 本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１の詳細図であり、(a)はＡ−Ａ線に沿う詳細断面図、(b)はＢ−Ｂ線に沿う詳細断面図。 本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１の構築手順を示した図。 本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１の作用を示した説明図であり、(a)は水平断面図、(b)はＣ−Ｃ線に沿う鉛直断面図。 変形例に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造の図であり、(a)は水平断面図、(b)はＤ−Ｄ線に沿う鉛直断面図。 変形例に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造の図であり、(a)は配置図、(b)はＥ−Ｅ線に沿う水平断面図。

以下、本発明に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１は、本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造を示した全体断面図、図２は同じく詳細断面図である。図１でわかるように、本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１は、既存ＲＣ部材としての橋脚２の周囲にあらたな鉄筋コンクリート３を巻き立てるとともに、該鉄筋コンクリートの周囲に鋼板４を巻き立てて構成してあり、橋脚２とあらたな鉄筋コンクリート３との界面近傍には図２に示すように、ロッド状アンカー部材としての短鉄筋１２を水平鉛直２方向に離間配置してある。

短鉄筋１２は、橋脚２の表面に穿孔された挿入孔１１に基端側が挿入された状態で該橋脚にあらたな鉄筋コンクリート３を巻き立てることにより、基端側が橋脚２に埋設され、先端側があらたな鉄筋コンクリート３に埋設されるように配置してあり、橋脚２とあらたな鉄筋コンクリート３との界面に沿った相対変形であるズレせん断に対し、シヤキーとして抵抗するようになっている。

鋼板４は、橋脚２やあらたな鉄筋コンクリート３がそれらの曲げ変形に起因して互いの界面に沿った方向に相対変形しようとする際、橋脚２やあらたな鉄筋コンクリート３の膨張変形の反力として該鋼板の周方向に生じる引張力により、あらたな鉄筋コンクリート３を橋脚２に向けて押圧する載荷手段として機能する。

本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１を構築するには、まず、図３(a)に示すように、短鉄筋１２の配置予定箇所に合わせて該短鉄筋が挿入される挿入孔１１を橋脚２の表面１３に穿孔する。

挿入孔１１を穿孔するにあたっては、その深さＤ₂が橋脚２の鉄筋２１のかぶり厚さＤ₁未満となるように設定する。

次に、図３(b)に示すように、挿入孔１１に無収縮モルタルやエポキシ樹脂等の硬化剤２２を充填し、次いで、短鉄筋１２が橋脚２の表面１３から突出する形で該橋脚に立設されるように、短鉄筋１２の基端側を挿入孔１１に挿入する。

硬化剤２２が硬化して短鉄筋１２が挿入孔１１に固着されたならば、橋脚２の周囲に配筋を施すとともに該橋脚の表面１３から離間するように鋼板４を建て込み、次いで、鋼板４を型枠材としてその内側にフレッシュコンクリートを打設することにより、短鉄筋１２の先端側が該フレッシュコンクリートに埋設された状態で橋脚２と鋼板４との間にあらたな鉄筋コンクリート３を構築する。

本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１においては、橋脚２の周囲にあらたな鉄筋コンクリート３を巻き立てるにあたり、あらたな鉄筋コンクリート３を橋脚２に向けて押圧する載荷手段としての鋼板４を該あらたな鉄筋コンクリートの周囲に巻き立ててある。

このようにすると、橋脚２やあらたな鉄筋コンクリート３が、交番荷重である地震時水平力を繰り返し受けることで外側にはらみ出しながら曲げ変形するとともに該曲げ変形に起因してそれらの界面に沿った方向に相対変形しようとする際、鋼板４には図４に示すように、橋脚２やあらたな鉄筋コンクリート３の膨張変形の反力として周方向の引張力が発生し、該引張力が押圧力としてあらたな鉄筋コンクリート３を橋脚２に向けて押圧する。

そのため、橋脚２とあらたな鉄筋コンクリート３とのズレせん断に起因して短鉄筋１２が橋脚２から抜け出そうとしたとき、その動きは図４(b)でよくわかるように、あらたな鉄筋コンクリート３を介して作用する鋼板４からの押圧力で抑制される。

以上説明したように、本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１によれば、橋脚２の周囲にあらたな鉄筋コンクリート３を巻き立てるにあたり、あらたな鉄筋コンクリート３を橋脚２に向けて押圧する載荷手段としての鋼板４を該あらたな鉄筋コンクリートの周囲に巻き立てるようにしたので、橋脚２からの短鉄筋１２の抜け出しは、上述したように、あらたな鉄筋コンクリート３を介して作用する鋼板４からの押圧力によって防止されることとなり、かくして短鉄筋１２は、シヤキーとしての本来の機能を十分に発揮して橋脚２とあらたな鉄筋コンクリート３とを強固に一体化する。

また、鋼板４によって短鉄筋１２の抜け出しが防止されることにより、従来のように、ロッド状アンカー部材を長く形成したり基端側に拡幅部を設けたりすることで定着強度を高める必要がなくなる。

そのため、短くかつ長さ方向にわたって同一断面となるように形成された短鉄筋１２でロッド状アンカー部材を形成することができるとともに、それに伴って橋脚２に穿孔すべき挿入孔１１も、浅くて細い孔で足りることとなり、加えて、本実施形態の場合、挿入孔１１の深さＤ₂を橋脚２の鉄筋かぶり厚さＤ₁未満としたので、挿入孔１１の穿孔作業における作業能率を何ら低下させることなく、橋脚２に埋設された鉄筋２１への損傷リスクを皆無にすることができる。

また、本実施形態に係る鉄筋コンクリートの耐震補強構造１によれば、鋼板４の押圧力が、橋脚２の膨張変形を周囲から拘束する作用も果たすため、橋脚２のせん断補強及び靭性補強も可能となる。

本実施形態では、載荷手段として鋼板４を採用したが、これに代えて、巻回部材としての繊維補強シートをあらたな鉄筋コンクリート３の周囲に巻回するようにしてもよいし、図５に示すように、ＰＣストランドとして用いられる引張抵抗材５１をあらたな鉄筋コンクリート３の断面内に貫通配置するようにしてもよい。

かかる構成においても上述の実施形態と同様、あらたな鉄筋コンクリート３を介して作用する引張抵抗材５１からの押圧力によって、橋脚２からの短鉄筋１２の抜け出しが防止される。

また、本実施形態及びその変形例では、引張力を初期導入しない形で鋼板４をあらたな鉄筋コンクリート３の周囲に巻き立てるようにし、あるいは繊維補強シートや引張抵抗材５１をあらたな鉄筋コンクリート３の周囲に巻回し、あるいはその断面内に貫通配置するようにしたが、これらに代えて、繊維補強シートや引張抵抗材５１を所定の緊張力であらたな鉄筋コンクリート３の周囲に巻回し、あるいはその断面内に貫通配置するようにしてもかまわない。

このようにすれば、橋脚２に向かう押圧力が常時、あらたな鉄筋コンクリート３に作用するため、橋脚２からの短鉄筋１２の抜け出しをより確実に防止することが可能となる。

また、本実施形態及びその変形例では、鋼板４や巻回部材あるいは引張抵抗材５１による引張力で押圧力を生じさせる構成としたが、これに代えて図６に示すように、フーチング６２に立設された橋脚２をその立ち上がり箇所で耐震補強する必要がある場合において、該立ち上がり箇所近傍で十分な大きさの土圧を期待できる場合には、橋脚２の立ち上がり箇所を適宜開削してあらたな鉄筋コンクリート３を巻き立て、しかる後、開削箇所を埋め戻して十分に締め固めることにより、あらたな鉄筋コンクリート３の周囲に拡がる地盤６１からの土圧を押圧力として該あらたな鉄筋コンクリートに作用させる構成を採用することができる。

１ 鉄筋コンクリートの耐震補強構造
２ 橋脚（既存ＲＣ部材）
３ あらたな鉄筋コンクリート
４ 鋼板（載荷手段）
１１ 挿入孔
１２ 短鉄筋（ロッド状アンカー部材）
５１ 引張抵抗材
６１ 地盤

Claims (4)

1. 既存ＲＣ部材の周囲にあらたな鉄筋コンクリートを巻き立てるとともに、前記既存ＲＣ部材に一端が前記あらたな鉄筋コンクリートに他端がそれぞれ埋設されるように前記既存ＲＣ部材と前記あらたな鉄筋コンクリートとの界面近傍にロッド状アンカー部材を配置した鉄筋コンクリートの耐震補強構造において、
   前記あらたな鉄筋コンクリートを前記既存ＲＣ部材に向けて押圧する載荷手段を該あらたな鉄筋コンクリートの周囲又は内部に配置したことを特徴とする鉄筋コンクリートの耐震補強構造。
2. 前記載荷手段を前記あらたな鉄筋コンクリートの周囲に巻き立てられる鋼板又は該あらたな鉄筋コンクリートの周囲に巻回される繊維補強シートその他の巻回部材で構成した請求項１記載の鉄筋コンクリートの耐震補強構造。
3. 前記載荷手段を前記あらたな鉄筋コンクリートの内部に貫通される引張抵抗材で構成した請求項１記載の鉄筋コンクリートの耐震補強構造。
4. 前記載荷手段を前記あらたな鉄筋コンクリートの周囲に拡がる地盤で構成した請求項１記載の鉄筋コンクリートの耐震補強構造。

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