JP2014201870A

JP2014201870A - Ｃｗｏｏｄ

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Publication number: JP2014201870A
Application number: JP2013075584A
Authority: JP
Inventors: 安宏藤元; Yasuhiro Fujimoto
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】木質構造部材を高耐荷構造部材にし、また耐震構造部材として適用できる建築構造部材を提供する。【解決手段】繊維コンクリート１と集成材２の組み合わせ、上記集成材または製材と上記繊維コンクリートを交互に積層した構造部材である。第１の特徴は上記繊維コンクリートに膨張材を混入させ、その膨張圧により上記木材と上記繊維コンクリートの密着度を高めたこと、及び第２の特徴は上記木材と上記繊維コンクリート間に鉄筋を配置し、上記膨張圧を拘束することにより接合境界面に圧縮力を与え、合成部材としての剛性を高めたことである。【選択図】図１

Description

本発明は、集成材または製材と繊維補強セメント複合材料を組み合わせた建築用合成材であり、梁、柱、壁および床などに使用される。高耐荷構造部材であり、耐震性のある構造部材である。

木材は曲げモ−メントに対するヤング係数Ｅ_ｍと軸直角方向のヤング係数Ｅ_ｖに大きな差異があり、Ｅ_ｖはＥ_ｍの１／15と非常に小さい。これは木材が繊維方向には強いが、繊維直角方向には極端に弱いことを示している。このことは曲げには強いが、繊維直角方向のめり込みに非常に弱く、せん断に対しても脆弱であると考えられる。曲げ破壊時に繊維方向に裂け目が発生し、断面性能が失われてしまう現象が起こり、繊維直角方向に素材の切断が発生、急激な変形増大により破壊する。よって木材の破壊は脆性的で、急激である。

集成材はラミナー材を数枚接着剤により圧着させた、構造部材性能の高い木質材料であ
る。しかし破壊時挙動は層間の剥離、裂け目の発生から始まり、脆性的に破壊する。

近年、橋梁等の補強、建築物の内外装材として繊維補強セメント複合材料（ＦＲＣＣ）が多く使用されている。この繊維補強セメント複合体（ＦＲＣＣ）は高い曲げ強度を有して靱性に富み、またひび割れ抵抗が大きく、耐衝撃性にも優れているといった特徴を有するので、土木・建築材料として好適に使用されている。

例えば、橋梁の床版に適用される合成床版構造体（特許文献１参照）や多数の木製単材を集成し、その外層を繊維補強セメントで成形した構造材（特許文献２参照）が提案されている。また、木製ラミナーと繊維強化樹脂（ＦＲＰ）で成形された曲げ補強板からなる集成材が提案されている（特許文献３参照。）。

特開２００５−１５５１８７特開２００５−３６４５６特開２００７−２４５４５７

辻幸和・栖原健太郎著「膨張コンクリートの性能評価」技報堂出版２０１１年

解決しようとする課題は、木材の接合材として繊維補強セメント複合材料を使用し、木質構造部材を高耐荷構造部材にし、また耐震構造部材として適用できる建築構造合成部材として社会に提供することである。

本発明は、集成材ラミナーまたは製材と繊維補強セメント複合材料（以下繊維コンクリートと記す。）および拘束鉄筋を組み合わせて、高耐荷構造部材で耐震性のある構造部材を製造する方法の考案である。繊維コンクリートと集成材の組み合わせ、また集成材または製材と繊維コンクリートを交互に積層した構造部材を提案する。第１の特徴は繊維コンクリートに膨張材を混入させ、その膨張圧により木材と繊維コンクリートの密着度を高めたこと。第２の特徴は木材と繊維コンクリート間に鉄筋を配置し、上記膨張圧を拘束することにより接合境界面に圧縮力を与え、合成部材としての剛性を高めたことである。

本発明によれば、以下の優れた効果がある。
（１）本木材繊維コンクリート（以下、単に木材コンクリートと記す。）合成部材を建築部材に適用することで、耐震構造化することが可能、また高層化が可能になる。
（２）鉄筋コンクリート部材に比べ軽量（単位重量換算約１／２）であるので、組立・運搬および施工上のハンドリングが容易であり、施工費の低減が可能である。またプレキャスト化することにより、型枠・支保工が不用となり経済的になる。
（３）梁・柱・壁・床に適用でき、同一部材の組み合わせが可能になり、経済的になる。
（４）保湿性が高く住空間に使用して好適であり、木材の使用により住居者に親和的である。
（５）高耐荷能力を有するため、中小橋梁用橋桁として適用可能である。

集成材と繊維コンクリートを、鉄筋により補強した木材コンクリート合成部材の説明図である。（実施例１）図中、左が側面図、右が断面図である。図１木材コンクリート合成部材の曲げ載荷試験結果を示すグラフである。集成材ラミナーまたは製材と繊維コンクリートを交互に積層した構造部材であり、層間ズレを鉄筋にて補強した積層部材の説明図である。（実施例２）（a）は７層積層部材側面図、（b）は９層積層部材側面図である。図３積層部材の曲げ載荷試験結果を示すグラフである。（a１）、（a２）が７層積層部材、（b１）、（b２）が９層積層部材のグラフである。集成材を鉄筋および繊維コンクリートで補強する方法（本発明）を模式的に示した断面および側面図である。図中、左が断面図、右が側面図である。（a）は集成材の上に繊維コンクリートを設ける場合、（b）は集成材の上下に繊維コンクリートを設ける場合を示す。集成材または製材と繊維コンクリートの積層部材を鉄筋にて補強する方法（本発明）を模式的に示した断面および側面図である。図中、左が断面図、右が側面図である。（a）は集成材が積層部材の上下面に位置する場合、（b）は上面に繊維コンクリートを設ける場合、（c）は上下面に繊維コンクリートを設ける場合、（d）は柱部材を示す。図６の積層部材を製作する際の断面方向の製作概要図である。積層部材の接合方法の参考例を示す。積層部材の軸組図の参考例を示す。床版および壁版へ適用する構造概要図を示す。（a）は平面図であり、２枚の版が符号４、５により連結された構造を示し、（b）は版１枚の断面図を示す。

本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。図１は集成材と繊維補強セメント複合材料（繊維コンクリート）で構成されるT型梁であり、繊維コンクリートと集成材の付着および集成材層間のズレを補強する目的で、鉄筋が配置される。図２は
上記T型梁の曲げ載荷試験結果である。図３は集成材ラミナーまたは製材と繊維補強セメント複合材料（繊維コンクリート）を互層に積層した建築構造部材であり、層間のズレを補強する目的で鉄筋が配置される。図４は積層部材の曲げ載荷試験結果を示す。図５は集成材と繊維コンクリートの組み合わせ部材の補強模式図、図６は集成材と繊維コンクリート積層部材の補強模式図である。図７は積層部材製作概要図。図８は積層部材の接合方法参考図、図９は積層部材の軸組参考図である。図１０は床版および壁版への適用構造概要図である。

T型梁の部材圧縮部の繊維コンクリートと集成材のズレ、および集成材のラミナー層間の
ズレを制御する目的で、繊維方向45°に異形鉄筋を設置した構造部材を考案し（図１）、曲げ載荷試験を実施した。部材長L=５３０ｃｍ、支間長ｌ＝５００ｃｍ、上床版（繊維コンクリート）幅ｂ＝３５ｃｍ、厚みｔ＝１５ｃｍ、集成材幅ｂ＝１５ｃｍ、高さｈ＝４５ｃｍである。図１の鉄筋配置は模式的表示になっており、配置本数は側面図片側１１本配置されている。鉄筋は、集成材に削孔された孔に接着剤にて固定、他端は繊維コンクリートに埋め込まれる。曲げ載荷試験の結果を図２に示したが、集成材と繊維コンクリートは合成断面として機能し、降伏点を過ぎても漸増荷重挙動を示した。降伏点荷重は合成断面としての計算結果とほぼ一致した。最大荷重時においても、層間ひび割れなどの異常は発生していない。斜めせん断鉄筋が集成材の層間ズレを拘束し、繊維コンクリートと合成断面を形成したものと判断される。非合成断面として計算した降伏点荷重は約１／７程度である。

T型梁上床版の繊維コンクリートは、高強力ポリエチレン繊維、高強力PVA繊維（繊維径１２〜４０ミクロン）などが混入される複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料
（HPFRCC：High Performance Fiber Reinforced Cementitious Coｍposites、以下、単にHPFRCCと記す。）であり、引張応力を1.5ｋN／ｍｍ^２許容する材料であるため
、木材の温度変化による伸縮に対応できる。

また上記HPFRCCには、木材との接着効果を高める目的で膨張材が混入されている。膨張材には早強性膨張材太平洋N−EX（商品名）を使用している。上床版から集成材内部まで配置された鉄筋はこの膨張効果により、引張力が作用し、集成材との接合面に圧縮力が作用することになる。集成材内部においてもこの鉄筋により層間ズレが拘束される。

結果的に、繊維コンクリート上床版と集成材を合成したT型梁（図−１）の曲げ載荷試験（図−２）に示されるように、降伏点を過ぎても荷重漸増する荷重−変位曲線の破壊形態を示した。最大荷重が支点部の集成材のめり込みにて決定されたため、部材破壊には至らなかった。しかし、繊維コンクリートの損傷は全くなく、集成材との接着境界面のズレ損傷、集成材内の層間ズレ損傷は発見されなかった。繊維コンクリートと集成材は一体構造として合成されたものと判断される。

集成材ラミナーと繊維コンクリートの積層部材について説明する。図３に示すように７
層積層部材と９層積層部材を製作し、曲げ載荷試験を実施した。部材幅は15ｃｍ、７層部材高ｈ＝７＠３ｃｍ＝２１ｃｍ、９層部材高ｈ＝９＠３ｃｍ＝２７ｃｍである。鉄筋はD10異形鉄筋を使用した。これらの測定されたひずみ値から算出された降伏点荷重、最大荷重値は実測値とほぼ良い一致を示した。このことは積層断面が合成されていることを示すものである。

繊維コンクリート（HPFRCC）には膨張材（セメント量の７〜８％）が混入されており、
施工時（図−７）において断面方向に幅止め治具を使用し、集成材ラミナーと繊維コンクリートの剥離現象を抑制している。また積層材を貫通した鉄筋が約４５°方向に配置されており（図−３）、これも層間剥離を抑制している。膨張剤の膨張効果と膨張抑止の幅止め治具の効果により層間境界面が圧着される。また非特許文献「膨張コンクリートの性能評価」に示されるように、膨張時に貫通鉄筋に引張が作用し、繊維コンクリートおよび集成材に圧縮応力が作用していると考えられる（幅止め治具は完全に膨張を抑制しない。）。

図−３に示す実施例２においては、鉄筋は積層材を完全に貫通させてなく、最下縁の集成材上面で止めている（部材の美観上。）。破壊はこの境界面の剥離から始まっている。

本発明は、図−８、図−９、図−１０に示すように建築構造物の梁、柱、床、壁材に適用される構造用部材、および土木構造物の中小橋梁の桁に適用される。また耐震構造に好適である。鉄筋コンクリート部材またはプレストレスとコンクリート部材に比べ、木材を引張材として使用できるので、鉄筋およびPC鋼材の使用量が非常に少なくなる。簡易工場設備にてプレキャスト製品化が可能、型枠設備の省力化、現場施工時の型枠・支保工が不要、運搬・架設費の低減（部材重量が鉄筋コンクリート部材の約１／２である。）などにより、かなり経済的に建設できる特長がある。

Claims

繊維補強セメント複合材料（HPFRCC）にセメント量の７〜８％程度の膨張材を混入することにより、斜めおよび鉛直鉄筋に引張力が作用し、木材と繊維コンクリートの付着界面にプレストレス（０．５〜１．０kN／ｍｍ²程度）が導入され、高いズレ止め効果が得られる。積層部材の合成断面としての機能が生まれる。
斜めおよび鉛直鉄筋は両端部において折り曲げられ、付着伝達長を持つものを基本とする。また設計上、美観上の理由により片方を短くすることは可能である。斜めせん断鉄筋の配置は、図−５、図−６に示す配置を基本とする。図−６(d)は柱部材に適用するX型配置である。せん断鉄筋は集成材に配置する場合は、接着剤にて定着する。積層部材の場合、繊維補強セメント複合材料にて定着させる。
耐荷能力向上の目的で、繊維補強セメント複合材料部に軸方向鉄筋を配置し、橋梁用部材、大型建築構造の耐震構造部材を築造することが可能である。
図−１０は床版および壁に適用するもので、木材間に繊維補強セメント複合材料を使用、木材直交方向に鉄筋またはPC鋼材を配置し、繊維補強セメント複合材料の膨張圧により木材との付着界面にプレストレスを与え、床版および壁構造とする。繊維補強セメント複合材料部に鉄筋を配置することにより、耐荷能力を高めることが可能である。