JP2017201090A - Seismic reinforcement - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、棒状の耐震補強材に関するものである。 The present invention relates to a rod-shaped seismic reinforcing material.
鉄筋コンクリート製の建物や木造住宅などの建築物の耐震補強として、既存の建築物に鉄骨製の筋交を用いて補強したり、梁、土台、柱や筋交等の接合部を金物によって補強したり、鋼板を柱に巻きつけたりといったことが行われている。
また、寺社、仏閣、古民家、駅舎をはじめとした伝統的建築物では、外観の美観を維持しながら、耐震性を高める必要がある。そのため、一般の建築物に施されているような大きな鉄骨を用いた補強などは好まれず、あまり目立たない接合部についての金具などの検討がなされている(例えば、特許文献1参照。)。
As a seismic reinforcement for buildings such as reinforced concrete buildings and wooden houses, existing structures are reinforced with steel bracing, and joints such as beams, foundations, columns and bracing are reinforced with hardware. Or a steel plate is wound around a pillar.
In addition, traditional buildings such as temples, shrines, temples, old houses, and station buildings need to have improved earthquake resistance while maintaining the aesthetic appearance. For this reason, reinforcement using a large steel frame, which is applied to general buildings, is not preferred, and metal fittings for joints that are not so conspicuous have been studied (for example, see Patent Document 1).
しかしながら、接合部の金具だけでは、伝統的な建築物の美観を維持しながら、十分な耐震性を付与することが困難である。そのため、柱に鋼板を巻きつけるといった美観を犠牲にした耐震補強が行われているところもある。
一方で、鋼板等を巻き付けるなどの耐震補強が行える建物物はまだよいが、補強が行えない建築物もある。たとえば、鋼板や鋼鉄製などの耐震補強材の質量が大きいため、伝統建築物自体がその耐震補強材の質量に対し、耐えることができないものが挙げられる。このような問題は、特に建築物の屋根や梁部などの建築物の上層部に耐震補強材を用いる際に問題となる。
また、鋼板や鋼鉄製の筋交などは、その質量が大きいため、重機を用いて工事現場への搬入や施工が必要となるが、伝統的な建築物が建てられている場所は、重機の乗りいれができない個所も多々あり、特に、高層の建築物にてこのような事項が問題となり、とくに改善が望まれている。
よって、本発明は、軽量でかつ強度があり、伝統建築物の外観品位の悪化を抑制することが可能な耐震補強材を提供することを目的とする。
However, it is difficult to provide sufficient seismic resistance while maintaining the aesthetics of a traditional building with only the metal fittings at the joint. For this reason, there are places where seismic reinforcement is performed at the expense of the beauty of wrapping steel plates around columns.
On the other hand, buildings that can be seismically reinforced, such as wrapping steel plates, are still good, but some buildings cannot be reinforced. For example, because the mass of seismic reinforcement such as steel plate or steel is large, the traditional building itself cannot withstand the mass of the seismic reinforcement. Such a problem becomes a problem particularly when an earthquake-resistant reinforcing material is used for an upper layer portion of a building such as a roof or a beam portion of the building.
In addition, steel plates and steel braces, etc., have a large mass, so it is necessary to bring them into the construction site using heavy machinery and to perform construction. However, the place where traditional buildings are built is There are many places that can not be ridden, especially in high-rise buildings, such a matter is a problem, especially improvement is desired.
Therefore, an object of the present invention is to provide a seismic reinforcing material that is lightweight and strong and that can suppress deterioration in the appearance quality of a traditional building.
本発明は、以下を提供する。
<1>繊維強化複合材からなる継手であり、少なくとも一方の端部に中空部を有する継手と、前記継手の中空部に挿入され、接合された棒状繊維強化複合材とからなる耐震補強材。
<2>前記継手の密度が、1.0〜5.0g/cm3である<1>記載の耐震補強材。
<3>前記継手の質量が、50〜5000g/mである<1>または<2>に記載の耐震補強材。
<4>前記棒状繊維強化複合材の密度が、1.0〜2.5g/cm3である<1>から<3>のいずれかに記載の耐震補強材。
<5>前記棒状繊維強化複合材の質量が、2〜150g/mである<1>から<4>のいずれかに記載の耐震補強材。
<6>前記棒状繊維強化複合材の引張強さが、100〜5000MPaである<1>から<5>のいずれかに記載の耐震補強材。
<7>破断荷重が、3〜300kNである<1>から<6>のいずれかに記載の耐震補強材。
<8>全体の質量が、5kg以下である<1>から<7>のいずれかに記載の耐震補強材。
The present invention provides the following.
<1> A seismic reinforcing material comprising a joint made of a fiber reinforced composite material and comprising a joint having a hollow portion at least on one end and a rod-like fiber reinforced composite material inserted into and joined to the hollow portion of the joint.
<2> The earthquake-resistant reinforcing material according to <1>, wherein the density of the joint is 1.0 to 5.0 g / cm 3 .
<3> The earthquake-resistant reinforcing material according to <1> or <2>, wherein the joint has a mass of 50 to 5000 g / m.
<4> The earthquake-resistant reinforcing material according to any one of <1> to <3>, wherein the rod-like fiber-reinforced composite material has a density of 1.0 to 2.5 g / cm 3 .
<5> The seismic reinforcing material according to any one of <1> to <4>, wherein the rod-like fiber reinforced composite material has a mass of 2 to 150 g / m.
<6> The earthquake-resistant reinforcing material according to any one of <1> to <5>, wherein the rod-like fiber reinforced composite material has a tensile strength of 100 to 5000 MPa.
<7> The earthquake-resistant reinforcing material according to any one of <1> to <6>, wherein the breaking load is 3 to 300 kN.
<8> The earthquake-proof reinforcing material according to any one of <1> to <7>, wherein the entire mass is 5 kg or less.
本発明の耐震補強材によれば、耐震補強材が軽量でありながら優れた引張強さや破断荷重などの引張強度を有しているため、クレーン車などの重機の入ることができない場所に建てられた伝統建築物や従来の耐震補強材の質量に耐えることができず耐震補強できなかった伝統建築物の耐震補強を行うことができ、また、耐震補強による外観の悪化も抑制することができる。 According to the seismic reinforcement of the present invention, the seismic reinforcement is lightweight and has excellent tensile strength such as tensile strength and breaking load, so it is built in a place where heavy machinery such as crane cars cannot enter. It is possible to perform seismic reinforcement of traditional buildings that could not withstand the mass of traditional buildings and conventional seismic reinforcements and that could not be seismically reinforced, and to suppress the deterioration of the appearance due to seismic reinforcement.
以下、本発明に係る耐震補強材の実施形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。また、本明細書において「〜」という表現を用いる場合、その前後の数値を含む表現として用いる。 Hereinafter, embodiments of the seismic reinforcing material according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments, and may be arbitrarily changed without departing from the gist of the present invention. Can be implemented. Further, when the expression “to” is used in the present specification, it is used as an expression including numerical values before and after the expression.
(耐震補強材)
図1は本発明の実施の形態における耐震補強材の端部を示す斜視図である。
図1に示すように、本発明の実施形態における耐震補強材10は、繊維強化複合材からなる継手11と、継手11に接合された棒状繊維強化複合材12とからなる。継手11は、少なくとも一方に中空部11aを有する。棒状繊維強化複合材12は、この継手11の中空部11aに挿入されて接合される。
(Seismic reinforcement)
FIG. 1 is a perspective view showing an end portion of a seismic reinforcement member according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the seismic
なお、本実施形態の耐震補強材10は、破断荷重が3〜300kNであることが望ましい。耐震補強材として使用される場所や施工方法にもよるが、下限値は5kN以上であることが好ましく、10k以上であることがより好ましく、30kN以上であることがさらに好ましい。破断荷重が3kN以上であれば、優れた強度を有する耐震補強材10が得られる。
In addition, as for the earthquake-
一方、上限値は200kN以下であることが好ましく、100kN以下であることがより好ましい。300kNを超えると、継手11や棒状繊維強化複合材12が太くなり、耐震補強材10が重くなる。また、継手11の太さを太くしたり、長さを長くしたり、継手11と棒状繊維強化複合材12との接合部や、継手11と他の部材との接合部の強度を高める必要がでてくるおそれがあり、耐震補強された建築物の外観品位を損なうおそれがある。
On the other hand, the upper limit value is preferably 200 kN or less, and more preferably 100 kN or less. When it exceeds 300 kN, the
棒状繊維強化複合材12は、その密度が、1.0〜2.5g/cm3であることが望ましい。下限値は、好ましくは1.2g/cm3以上、より好ましくは1.4g/cm3以上がよい。1.0g/cm3以上であれば、優れた強度を有する耐震補強材10が得られる。一方、上限値は、好ましくは2.2g/cm3以下、より好ましくは2.0g/cm3、さらに好ましくは1.8g/cm3以下がよい。2.5g/cm3以下であれば、軽い耐震補強材10が得られる。
The density of the rod-like fiber reinforced
また、棒状繊維強化複合材12の質量は、2〜150g/mであることが望ましい。下限値は、好ましくは5g/m以上、より好ましくは10g/m、さらに好ましくは40g/m以上がよい。2g/m以上であれば、優れた強度を有する耐震補強材10が得られる。一方、上限値は、好ましくは120g/m以下、より好ましくは100g/m以下である。150g/m以下であれば軽い耐震補強材10が得られる。
The mass of the rod-like fiber reinforced
また、棒状繊維強化複合材12は、引張強さが100〜5000MPaであることが望ましい。下限値について、好ましくは500MPa以上が良く、より好ましくは1000MPa以上であるとよい。100MPa以上であれば、優れた強度を有する耐震補強材10が得られる。一方、上限値について、好ましくは4000MPa以下が良く、より好ましくは3000MPa以下がよい。5000MPaを超えると耐震補強材が重くなってしまったり、柔軟性を失ってしまったりして、巻き取っての移動や保管ができなくなるおそれがある。
The rod-like fiber reinforced
継手11と棒状繊維強化複合材12の接合は、接着剤を用いて接合することができる。接着剤としては、エポキシ系、メラミン系、シリコーン系、フェノール系、天然ゴム、合成ゴムなどのゴム系、α―オレフィン系、アクリル系、酢酸ビニル系、ウレタン系などが挙げられる。
The
また、継手11の中空部11aや棒状繊維強化複合材12の継手11との接合部に凹凸を設けて接合してもよい。たとえば、継手11の中空部11aに凹部、棒状繊維強化複合材12に凸部を設けて接合してもよい。また、継手11の中空部11aと棒状繊維強化複合材12の中空部11aの挿入部分に螺子を切って、雌螺子と雄螺子を形成し、接合してもよい。
Moreover, you may provide an unevenness | corrugation in the junction part with the
なお、仮に、金属の継手と棒状繊維強化複合材とを接合する場合には、接着剤の金属に対する接着力と棒状繊維強化複合材に対する接着力とが大きく異なるため、金属の継手の中空部に螺子を切るなどして凹凸を設けないと、金属の継手と棒状繊維強化複合材の接合部の強度が十分ではないおそれがある。 If a metal joint and a rod-like fiber reinforced composite material are joined, the adhesive strength of the adhesive to the metal and the adhesive strength to the rod-like fiber reinforced composite material are significantly different. If unevenness is not provided by cutting a screw or the like, the strength of the joint between the metal joint and the rod-like fiber reinforced composite material may not be sufficient.
しかしながら、本実施形態では、後述するように、継手11にも棒状繊維強化複合材12にもそれぞれ樹脂が使用されているため、それぞれの樹脂に対し、共に接着力の優れた接着剤を用いることにより、継手11の中空部11aに螺子を切るなどの凹凸を付与しなくとも、優れた強度を有する耐震補強材10が容易に得られる。そのため、継手11と棒状繊維強化複合材12およびこれらの接合部の強度のバランスがとりやすく、外観品位に優れ、強度の安定した耐震補強材10が得られる。
また、継手11が繊維強化複合材であるため、金属に比べて軽く、得られる耐震補強材10も軽い物が得られる。
また、継手11と棒状繊維強化複合材12の接着には、もちろん接着剤と凹凸を有するものを併用して接合してもよい。
However, in this embodiment, as will be described later, since the resin is used for both the joint 11 and the rod-like fiber reinforced
Moreover, since the joint 11 is a fiber reinforced composite material, it is lighter than a metal, and a light seismic reinforcing
Moreover, you may join using the thing which has an adhesive agent and an unevenness | corrugation of course for adhesion | attachment of the
また、継手11の端部の開放された中空部11aは、継手11の棒状繊維強化複合材12が接合されていない他の一方の端部にも有していてもよい。また、継手11の両端に中空部11aを有し、棒状繊維強化複合材12が継手11の両端に接合されていてもよい。また、継手11の一方に棒状繊維強化複合材12が接合され、他の一方に、金属製の材料、たとえば、丸鋼の鉄筋や丸鋼に螺子を切った鉄筋、異形鉄筋や、柱や梁などに本実施形態の耐震補強材10を取り付けるための定着治具が接合されていてもよい。
Moreover, you may have also in the other one edge part to which the rod-shaped fiber reinforced
なお、金属製の筋材を用いる場合には、継手11との接着強度の観点より、筋材の表面に凹凸を有するものが好ましい。
また、継手11の一方に金属製の材料を接合して用いる場合には、当該金属製の材料は、柱や梁に溶接やボルト、釘、ワイヤー、プレートなどを用いて直接接続するように用いることにより、建築物の負荷が軽減される。
また、継手11は、一方の端部付近、また、両方の端部付近などの一部が中空であって、他の部分は中空で無い物であってもよいし、一方の端から他方の端まで貫通している管状物であってもよい。
In addition, when using a metal reinforcement, what has an unevenness | corrugation on the surface of a reinforcement from a viewpoint of the adhesive strength with the
Further, when a metal material is joined to one side of the joint 11, the metal material is used so as to be directly connected to a column or beam using welding, a bolt, a nail, a wire, a plate, or the like. This reduces the load on the building.
In addition, the joint 11 may be a part that is hollow near one end, near both ends, and the other part is not hollow, or from one end to the other. It may be a tubular object penetrating to the end.
本実施形態の継手11の長さは、必要とする強度に応じて設定すればよいが、10mm〜1000mmがよい。また、外径の太さも必要とする強度に応じて設定すればよいが、3mm〜500mmがよい。なお、施工後の建築物の外観上の観点からは継手11の長さは短い方が、継手11の太さは細い方が好ましく、長さは50cm以下、30cm以下、20cm以下がより好ましく、太さは、10cm以下、5cm以下、3cm以下がより好ましい。また、中空部11aの継手11の長さ方向の長さや太さも、耐震補強材10として必要とされる強度および棒状繊維強化複合材12の太さや強度に応じて設定すればよいが、中空部11aの継手11の長さ方向の長さは10mm〜500mm、中空部11aの太さは2mm〜250mmがよい。
What is necessary is just to set the length of the
なお、一般的なM12の鋼材製のボルトを利用した引張材では、破断荷重として46kNのものが用いられているが、本実施形態にて46kNの破断荷重を得るためには、継手の長さは20cm以上が好ましい。
継手の長さが20cm未満の場合、46kNの荷重がかかると、継手の内層と外層の間で滑りが発生するなどして、継手が破壊されるおそれがある。46kN破断荷重に耐える耐震補強材の場合には継手の長さは、好ましくは25cm以上がよい。
また、その際の棒状繊維強化複合材12の継手11への挿入長さは8cm以上が好ましい。より好ましくは10cm以上、さらに好ましくは12cm以上がよい。挿入長さが8cm未満の場合、46kNの荷重がかかった場合に、棒状繊維強化複合材12が、継手11から抜けるおそれがある。
また、継手11の他の一方に一般的なM12の鋼材製のボルトを挿入する場合には、その挿入長さは6cm以上であるとよく、8cm以上であるとより好ましい。挿入長さが6cm未満の場合、M12の鋼材製ボルトが継手11から抜けるおそれがある。
また、一定以上の力がかかった場合に、耐震補強材10が壊れるようにして、建築物に免震性を付与する場合には、継手11と棒状繊維強化複合材12や継手11に接続された部材との少なくとも一方が、一定の力以上で継手11から抜けるようにしたり、継手11が破壊されるような強度としたり、他の部材として極低降伏鋼を用いるなどしてもよい。
In addition, in the tension material using the bolt made from the steel material of general M12, the thing of 46 kN is used as a breaking load, but in order to obtain the breaking load of 46 kN in this embodiment, the length of the joint Is preferably 20 cm or more.
In the case where the length of the joint is less than 20 cm, when a load of 46 kN is applied, the joint may be broken due to slippage between the inner layer and the outer layer of the joint. In the case of a seismic reinforcing material capable of withstanding a 46 kN breaking load, the length of the joint is preferably 25 cm or more.
In addition, the insertion length of the rod-like fiber reinforced
Further, when inserting a general M12 steel bolt into the other of the joint 11, the insertion length is preferably 6 cm or more, and more preferably 8 cm or more. When the insertion length is less than 6 cm, there is a possibility that the steel bolt of M12 will come off from the joint 11.
In addition, when a certain level of force is applied, the seismic reinforcing
また、本実施形態の耐震補強材10は、継手11および棒状繊維強化複合材12の少なくとも一方が着色されているとよい。継手11および棒状繊維強化複合材12は、後述するように、繊維と樹脂との複合材料であることより着色が容易であり、任意の色に着色することができる。そのため、耐震補強を行う建築物の補強部分の色に合わせるなどすることにより、より外観品位の低下を抑制することができる。
Moreover, as for the earthquake-
また、本実施形態の耐震補強材10の全体の質量は、5kg以下であるとよい。好ましくは3kg以下、より好ましくは1kg以下がよい。棒状繊維強化複合材12の長さ、太さや材質、継手11の太さ、長さや材質、また、その他接合される材料により、耐震補強材10の全体の質量は変わるが、重機等をもちいなくとも、運搬が可能で、高所での作業性の観点より、5kg以下が好ましい。本実施形態の耐震補強材であれば容易に上記の質量以下の耐震補強材が得られる。また、下限は、特に限定されないが、強度の観点からは5g以上が好ましい。
Moreover, the total mass of the seismic reinforcing
(継手)
本実施形態の継手11は、棒状繊維強化複合材12と他の部材とを接合するための部材であって、繊維強化複合材からなり、少なくとも一方が開放された中空状の中空部11aを有する柱状物である。
継手11の密度は1.0〜5.0g/cm3であるとよい。上限値は、好ましくは4.0g/cm3以下であるとよく、より好ましくは3.0g/cm3以下、さらに好ましくは2.0g/cm3以下であるとよい。密度が5.0g/cm3以下であれば軽い耐震補強材10が得られる。
一方、下限値は、好ましくは1.3g/cm3以上であるとよく、より好ましくは1.5g/cm3以上であるとよい。密度が、1.0g/cm3以上であると耐震補強材10として十分な強度を有するものを得ることができる。
(Fitting)
The joint 11 of the present embodiment is a member for joining the rod-like fiber reinforced
The density of the joint 11 is preferably 1.0 to 5.0 g / cm 3 . The upper limit is preferably 4.0 g / cm 3 or less, more preferably 3.0 g / cm 3 or less, and even more preferably 2.0 g / cm 3 or less. If the density is 5.0 g / cm 3 or less, a light
On the other hand, the lower limit is preferably 1.3 g / cm 3 or more, and more preferably 1.5 g / cm 3 or more. When the density is 1.0 g / cm 3 or more, a material having sufficient strength as the seismic reinforcing
また、質量は50g/m〜5000g/mであるとよい。上限値は、好ましくは2000g/m以下がよく、より好ましくは1000g/m、さらに好ましくは500g/m以下がよい。質量が5000g/m以下であれば、軽い耐震補強材10を得ることができる。一方、下限値は、好ましくは100g/m以上がよく、より好ましくは200g/m以上、さらに好ましくは300g/m以上がよい。質量が50g/m以上であれば、十分な強度を有する耐震補強材が得られる。
The mass is preferably 50 g / m to 5000 g / m. The upper limit is preferably 2000 g / m or less, more preferably 1000 g / m, and still more preferably 500 g / m or less. If the mass is 5000 g / m or less, a light seismic reinforcing
継手11は、繊維強化複合材からなり、繊維材料と固化剤とを成形し、固化し、一体化したものである。
用いられる繊維材料としては、例えば、炭素繊維、バサルト繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維、ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、ポリビニルアルコール(PVA繊維)などが使用できる。用いられる繊維材料は、特に、難燃性、強度、耐光性の観点より、炭素繊維またはガラス繊維が好ましい。難燃性の観点からはガラス繊維が好ましい。また、得られる耐震補強材10の破断強度の向上の観点からは、棒状繊維強化複合材12に用いられる繊維材料と同じものを用いるとよい。
The joint 11 is made of a fiber-reinforced composite material, and is formed by molding, solidifying, and integrating a fiber material and a solidifying agent.
Examples of the fiber material used include carbon fiber, basalt fiber, para-aramid fiber, meta-aramid fiber, ultrahigh molecular weight polyethylene fiber, polyarylate fiber, PBO (polyparaphenylene benzoxazole) fiber, and polyphenylene sulfide (PPS). Fiber, polyimide fiber, fluorine fiber, polyvinyl alcohol (PVA fiber) and the like can be used. The fiber material used is particularly preferably carbon fiber or glass fiber from the viewpoint of flame retardancy, strength, and light resistance. Glass fiber is preferable from the viewpoint of flame retardancy. Further, from the viewpoint of improving the breaking strength of the obtained seismic reinforcing
また、継手11に用いられる固化剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。また、繊維材料と親和性の高い固化剤が好ましい。特に加熱することにより可変性を持たせることができるため、また、継手11と棒状繊維強化複合材12とを、接着剤を用いて接合した場合の接着性に優れるとの観点からは、固化剤として熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
固化剤として、具体的には、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ナイロン42等)、ABS樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、不飽和ポリエステル、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂などが挙げられるが、これに制限されない。接着性の観点からは熱可塑性エポキシ樹脂が好ましい。また、棒状繊維強化複合材12にて用いた樹脂と同様のものが接着性の観点から好ましい。
Moreover, as a solidifying agent used for the joint 11, both a thermoplastic resin and a thermosetting resin can be used. Further, a solidifying agent having high affinity with the fiber material is preferable. In particular, since it is possible to give variability by heating, from the viewpoint of excellent adhesion when the joint 11 and the rod-like fiber reinforced
Specific examples of the solidifying agent include polyetheretherketone (PEEK), polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyamide (nylon 6, nylon 66,
また、上記の材料の他に硬化剤、触媒、架橋剤、顔料などの着色剤、触媒、紫外線吸収剤、酸化防止剤、耐光向上剤などを含んでいてもよい。 Further, in addition to the above materials, a curing agent, a catalyst, a crosslinking agent, a colorant such as a pigment, a catalyst, an ultraviolet absorber, an antioxidant, a light resistance improver, and the like may be included.
また、本実施形態の継手11の形状は、柱状が好ましく、その長さ方向の断面形状は、円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形など特に限定されものではないが、強度の観点からは円形が好ましい。
なお、継手11として、具体的にはAGCマテックス株式会社から提供されているプラアロイ(登録商標)などを用いることができる。
Further, the shape of the joint 11 of the present embodiment is preferably a columnar shape, and the cross-sectional shape in the length direction is not particularly limited, such as a polygon such as a circle, an ellipse, a triangle, a quadrangle, a pentagon, and a hexagon. From the viewpoint of strength, a circular shape is preferable.
As the joint 11, specifically, Plaalloy (registered trademark) provided by AGC Matex Co., Ltd. can be used.
また、本実施形態の継手11は、継手11の形状を凹部形成した型を用いて、型の中に樹脂と任意の長さにカットした繊維材料を含むものを注入し、加熱、加熱および加圧や、冷却等を行い製造する方法が挙げられる。また、複数本の長繊維の繊維材料を平行に中空状に配置し、繊維材料を繊維軸方向に移動させながら、樹脂溶液に浸漬し、中空部を形成するための型を通過させ、長尺の中空の管状部を製造した後に、任意の長さに切断し、継手を得る製造方法が挙げられる。当該方法によれば繊維材料の繊維軸方向が、継手11の長さ方向と同じ向きに配置される。得られる耐震補強材10の破断強度などの引張強度向上の観点からは、繊維材料の繊維軸方向が、継手11の長さ方向と同じ向きに配置されているものが好ましい。
なお、本実施形態の継手11の製造方法は、上記の製造方法に限定されるものではない。
Further, the joint 11 of the present embodiment uses a mold in which the shape of the joint 11 is formed with a recess, and injects a resin and a fiber material cut into an arbitrary length into the mold, and heats, heats and heats the joint 11. The method of manufacturing by performing a pressure, cooling, etc. is mentioned. Further, a plurality of long fiber fibers are arranged in parallel in a hollow shape, and the fiber material is immersed in the resin solution while being moved in the fiber axis direction, and passed through a mold for forming a hollow portion. The manufacturing method of cut | disconnecting to arbitrary lengths after manufacturing the hollow tubular part of and obtaining a coupling is mentioned. According to the method, the fiber axis direction of the fiber material is arranged in the same direction as the length direction of the joint 11. From the viewpoint of improving the tensile strength such as the breaking strength of the
In addition, the manufacturing method of the
(棒状繊維強化複合材)
本実施形態の棒状繊維強化複合材12は、繊維材料を束ねてなる繊維束を固化剤により一体化したものである。
用いられる繊維材料としては、例えば、炭素繊維、バサルト繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、ポリアリレート繊維、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維、ポリフェニレンサルファイド(PPS)繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、ポリビニルアルコール(PVA繊維)などが使用できる。用いられる繊維材料は、特に、難燃性、強度、耐光性の観点より、炭素繊維またはガラス繊維が好ましい。難燃性の観点からはガラス繊維が好ましい。また、耐震補強材の引張強度の観点からは、継手に用いられる繊維材料と同じものを用いるとよい。
(Bar-like fiber reinforced composite)
The rod-like fiber reinforced
Examples of the fiber material used include carbon fiber, basalt fiber, para-aramid fiber, meta-aramid fiber, ultrahigh molecular weight polyethylene fiber, polyarylate fiber, PBO (polyparaphenylene benzoxazole) fiber, and polyphenylene sulfide (PPS). Fiber, polyimide fiber, fluorine fiber, polyvinyl alcohol (PVA fiber) and the like can be used. The fiber material used is particularly preferably carbon fiber or glass fiber from the viewpoint of flame retardancy, strength, and light resistance. Glass fiber is preferable from the viewpoint of flame retardancy. From the viewpoint of the tensile strength of the seismic reinforcement, the same fiber material as that used for the joint may be used.
以下、繊維材料として炭素繊維、特に炭素繊維を棒状繊維強化複合材12の芯材として用いたものを例として、詳細に説明を行う。以下、炭素繊維を芯材として用いた棒状繊維強化複合材12を棒状炭素繊維複合材12ともいう。なお、炭素繊維以外の繊維材料を用いたものを除くものではない。
Hereinafter, carbon fibers, particularly those using carbon fibers as the core material of the rod-like fiber reinforced
炭素繊維を複数本(通常、数千本から数十万本、あるいは数百万本)束ねた炭素繊維束を用いる。炭素繊維束は、炭素繊維束の長さ方向に垂直に切断した場合のその断面は円形状、扁平状等任意であってもよいが、円形状が好ましい。本実施形態の棒状炭素繊維複合材12では、炭素繊維の束は所定の回数の撚りがかけられた状態で固化剤により、一体化されていると好ましい。炭素繊維束の撚り数は、得られる棒状繊維強化複合材12の曲げ応力に対する耐性、炭素繊維束のバラケ防止性、炭素繊維束の撚りに対する強度(撚りにより炭素繊維糸が切れない)や後に説明する棒状繊維強化複合材12−1を得る工程において、固化剤が付与され炭素繊維束と拘束材とが一体化される前の状態のときに拘束材の間から炭素繊維束が飛び出す(目むき)ことが無いようにすることを考慮して決定される。
炭素繊維束の撚り数は、0〜100回/m、好ましくは2〜50回/mであり、より好ましくは5〜40回/mであり、さらに好ましくは10〜30回/mである。
A carbon fiber bundle obtained by bundling a plurality of carbon fibers (usually several thousand to several hundred thousand or millions) is used. The carbon fiber bundle may have an arbitrary cross section such as a circular shape or a flat shape when cut perpendicular to the length direction of the carbon fiber bundle, but a circular shape is preferred. In the rod-like carbon
The twist number of the carbon fiber bundle is 0 to 100 times / m, preferably 2 to 50 times / m, more preferably 5 to 40 times / m, and further preferably 10 to 30 times / m.
棒状繊維強化複合材12は、直径0.5〜20mmであることが好ましく、直径1〜5mmであることがより好ましい。なお、本実施形態の棒状繊維強化複合材12の直径は、固化剤で一体化した棒状繊維強化複合材12の長さ方向に垂直に切断した断面の直径あり、目的とする直径になるように炭素繊維束の直径、固化剤の付与量が選択される。棒状繊維強化複合材12の長さ方向に垂直に切断した際の断面が円でない場合は、その断面の長径を直径という。
また、棒状繊維強化複合材12の長さ方向に垂直に切断した際の断面は、円形状、扁平状等任意であってもよいが、円形状が好ましい。得られる棒状繊維強化複合材12の強度が安定するとともに、後に説明を行う棒状繊維強化複合材12−1や棒状繊維強化複合材12−2のストランド構造体やマルチストランド構造体とする場合にも、安定したストランド構造体を得ることができる。
また、棒状繊維強化複合材12の直径が直径0.5〜20mm(より好適には1〜5mm)であると、棒状繊維強化複合材12および後に説明する棒状繊維強化複合材12−1、棒状繊維強化複合材12−2(ストランド構造体やマルチストランド構造体)がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができる。
The rod-like fiber reinforced
The cross section of the rod-like fiber reinforced
Further, when the diameter of the rod-like fiber reinforced
本実施形態の炭素繊維は、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッチ系のいずれの炭素繊維も使用できる。この中でも、得られる棒状繊維強化複合材12の強度と弾性率とのバランスの観点から、PAN系炭素繊維糸が好ましい。
また、この炭素繊維を束ねた炭素繊維束は、炭素繊維メーカーから供給される炭素繊維を3000本(3K)、6000本(6K)、12000本(12K)、24000本(24K)、40000本(40K)、60000本(60K)などに束ねた炭素繊維束を、必要とされる強度に応じて1本、または複数本(2本以上)束ねたものを用いることができる。炭素繊維を束ねた炭素繊維束を複数本束ねる場合の炭素繊維束の本数に特に制限はなく、目的用途に応じで適宜決定されるが、通常、100本以下である。
As the carbon fiber of this embodiment, any of polyacrylonitrile (PAN) -based and pitch-based carbon fibers can be used. Among these, PAN-based carbon fiber yarn is preferable from the viewpoint of the balance between strength and elastic modulus of the obtained rod-like fiber reinforced
In addition, carbon fiber bundles obtained by bundling the carbon fibers are 3000 (3K), 6000 (6K), 12000 (12K), 24000 (24K), 40000 carbon fibers supplied from a carbon fiber manufacturer ( 40K), 60000 (60K), or the like, and carbon fiber bundles bundled in one or more (two or more) depending on the required strength can be used. The number of carbon fiber bundles in the case of bundling a plurality of carbon fiber bundles obtained by bundling carbon fibers is not particularly limited and is appropriately determined depending on the intended use, but is usually 100 or less.
本実施形態の固化剤としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できる。また、炭素繊維と親和性の高い固化剤が好ましい。特に加熱することにより可変性を持たせることができるため、また、継手11と棒状繊維強化複合材12とを接着剤を用いて接合した場合の接着性に優れるとの観点からは、固化剤として熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。
好適な具体例としては、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアミド(ナイロン6、ナイロン66、ナイロン12、ナイロン42等)、ABS樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアリレート、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂などが挙げられるが、これに制限されない。
As the solidifying agent of this embodiment, either a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used. Further, a solidifying agent having high affinity with carbon fiber is preferable. In particular, since it is possible to give variability by heating, from the viewpoint of excellent adhesion when the joint 11 and the rod-like fiber reinforced
Preferred examples include polyetheretherketone (PEEK), polypropylene, polyethylene, polystyrene, polyamide (nylon 6, nylon 66,
この中でも酸やアルカリに対する耐久性の観点から、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、アクリル樹脂、塩化ビニル樹脂、塩化ビニリデン樹脂、ポリエチレン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂、レゾルシノール樹脂が好適であり、特に耐衝撃性に優れ、エポキシ樹脂が好適である。また、熱可塑性エポキシ樹脂であれば、ケトン溶剤に溶解が可能で素材分別しリサイクルができる。また、耐熱性の観点より、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂が好ましい。
また、継手11と棒状繊維強化複合材12とを接着剤を用いて接合した場合の接着性に優れるとの観点からは、固化剤として熱可塑性エポキシ樹脂が好ましく用いられる。
Among these, from the viewpoint of durability against acids and alkalis, polyether ether ketone (PEEK), acrylic resin, vinyl chloride resin, vinylidene chloride resin, polyethylene resin, epoxy resin, urethane resin, polycarbonate resin, resorcinol resin are preferable. In particular, it is excellent in impact resistance, and an epoxy resin is suitable. Moreover, if it is a thermoplastic epoxy resin, it can melt | dissolve in a ketone solvent and can separate a material and can recycle. Moreover, a polyimide resin and a silicone resin are preferable from a heat resistant viewpoint.
Further, from the viewpoint of excellent adhesion when the joint 11 and the rod-like fiber reinforced
また、特に熱可塑性エポキシ樹脂の中でも、炭素繊維束に付与した後、重合する重合型の熱可塑性エポキシ樹脂が好ましく、特に直鎖状に重合する重合型の熱可塑性エポキシ樹脂がこのましい。
棒状炭素繊維複合材12の芯材に用いられる炭素繊維束に撚りがかけられたものや、後に説明を行う棒状炭素繊維複合材12−1のように炭素繊維束の周りが拘束材で覆われているものでは、炭素繊維束の内部にまで樹脂を含侵させることが困難である。
一方、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合させる前の熱可塑性エポキシ樹脂を有機溶剤で希釈することができるので粘度調整が容易である。
そのため、有機溶媒で希釈した低粘度の樹脂溶液を用いることにより、撚りがかけられている炭素繊維束の内部まで(さらには拘束材で覆われている棒状炭素繊維複合材12−1であっても外周の拘束材から内部の炭素繊維束まで)重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を含浸させることができる。重合前の熱可塑性エポキシ樹脂を炭素繊維束の内部に含侵させた後、当該重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させることにより炭素繊維束と拘束材が熱可塑性エポキシ樹脂で一体化された、強度の優れた棒状炭素繊維複合材12が得られる。
In addition, among thermoplastic epoxy resins, a polymerization type thermoplastic epoxy resin that polymerizes after imparting to a carbon fiber bundle is preferable, and a polymerization type thermoplastic epoxy resin that polymerizes linearly is particularly preferable.
The carbon fiber bundle used in the core material of the rod-shaped carbon
On the other hand, the polymerization-type thermoplastic epoxy resin can be easily adjusted in viscosity because the thermoplastic epoxy resin before polymerization can be diluted with an organic solvent.
Therefore, by using a low-viscosity resin solution diluted with an organic solvent, up to the inside of the carbon fiber bundle that is twisted (further, it is a rod-like carbon fiber composite material 12-1 covered with a restraint material. Can also be impregnated with a thermoplastic epoxy resin prior to polymerization. After impregnating the thermoplastic epoxy resin before polymerization into the inside of the carbon fiber bundle, the carbon fiber bundle and the restraining material were integrated with the thermoplastic epoxy resin by polymerizing the thermoplastic epoxy resin of the polymerization type, A rod-like carbon
また、加熱溶融することにより流動性を付与し用いられる一般的な熱可塑性樹脂は、粘度調整が困難であると共に、一般に結晶性樹脂であるためか加熱溶融を行うことにより結晶配列が変化し、当初の樹脂が有している強度などの性質が変質するおそれがあるが、重合型の熱可塑性エポキシ樹脂は、重合前および重合後も非晶質であるため、加熱溶融や加熱変形させても変質のリスクが小さい。 In addition, a general thermoplastic resin used to impart fluidity by heating and melting is difficult to adjust the viscosity, and the crystal arrangement is changed by heating or melting because it is generally a crystalline resin, Although properties such as strength of the original resin may be altered, the polymerization type thermoplastic epoxy resin is amorphous before and after polymerization, so it can be melted and deformed by heating. The risk of alteration is small.
炭素繊維束への上述の樹脂(固化剤)を付与する方法は、スプレーコート法や刷毛で炭素繊維に樹脂をコートする方法などでもよいが、生産性の観点から、ディップ−ニップ法や樹脂(固化剤)溶液にディップした後、ダイスを通して余分な樹脂を除去し、また、炭素繊維束の長さ方向に垂直な断面の断面形状を整える方法が好適である。 The method of applying the above resin (solidifying agent) to the carbon fiber bundle may be a spray coating method or a method of coating the carbon fiber with a brush, but from the viewpoint of productivity, a dip-nip method or a resin ( After dipping into the solidifying agent solution, a method of removing excess resin through a die and adjusting the cross-sectional shape of the cross section perpendicular to the length direction of the carbon fiber bundle is preferable.
また、棒状繊維強化複合材12は、固化剤により一体化した炭素繊維束のさらにその外周の全面を覆うように別途樹脂層が設けられていてもよい。不燃性向上の観点からは、ポリイミド樹脂やシリコーン樹脂や塩化ビニル樹脂を用いた樹脂層を設けるとよい。また、意匠性の観点からは、着色のための顔料などの着色剤を含む樹脂層を設けるとよい。これらの樹脂層は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれであっても用いることはできるが、固化剤として、熱可塑性樹脂を用いた場合には、別途層に用いられる樹脂も熱可塑性樹脂が好ましい。
Further, the rod-like fiber reinforced
(棒状繊維強化複合材の変形例1)
本発明の他の実施形態の棒状繊維強化複合材について説明する。図2は棒状繊維強化複合材の第1変形例を示す図である。
図2に示す棒状繊維強化複合材12−1は、繊維材料を束ねてなる繊維束2がその周囲に拘束材3aを巻き回して結束され、当該繊維束2と当該拘束材3aとが共に固化剤(図示せず。)によって一体化されたものである。
なお、繊維束2がその周囲に拘束材3aを巻き回して結束される構造とすることにより、棒状繊維強化複合材12−1と接着剤との接触面積や構造的な抵抗が増加し、継手11と棒状繊維強化複合材12−1との接着力が向上し、得られる耐震補強材の引張強さ、破断荷重の大きさの観点より好ましい。
拘束材3a以外の基本的構成は、上記棒状繊維強化複合材12と同様であるため、適宜説明を省略する。
また、棒状繊維強化複合材12−1では、棒状繊維強化複合材12と同様に、繊維材料として炭素繊維、特に炭素繊維を芯材として用いたものを例として、詳細に説明を行う。以下、炭素繊維を束ねてなる繊維束2を炭素繊維束2ともいう。なお、炭素繊維以外の繊維材料を用いたものを除くものではない。
また、棒状繊維強化複合材12−1を棒状炭素繊維複合材12−1ともいう。なお、炭素繊維以外の繊維材料を用いたものを除くものではない。
(
The rod-shaped fiber reinforced composite material of other embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 2 is a view showing a first modification of the rod-like fiber reinforced composite material.
In the rod-like fiber reinforced composite material 12-1 shown in FIG. 2, a
In addition, by making the
Since the basic configuration other than the restraining
Further, the rod-like fiber reinforced composite material 12-1 will be described in detail by using, as an example, a carbon fiber as a fiber material, in particular, a material using carbon fiber as a core material, like the rod-like fiber reinforced
The rod-like fiber reinforced composite material 12-1 is also referred to as a rod-like carbon fiber composite material 12-1. In addition, the thing using fiber materials other than carbon fiber is not excluded.
拘束材3aは、炭素繊維束2を周囲面から炭素繊維がばらばらにならないように結束するとともに棒状繊維強化複合材12−1の形状を安定させることができるものである。本実施形態では、棒状繊維強化複合材12−1は、炭素繊維束2を拘束材3aで拘束して、そこに固化剤を付与することで、炭素繊維束2と拘束材3aとが固化剤によって一体化している。棒状繊維強化複合材12と同様に炭素繊維束2は撚りがかかっていると好ましい。
The restraining
本実施形態の棒状繊維強化複合材12−1では、拘束材3aとなる繊維を炭素繊維束の外周に巻きまわして筒状の組紐(丸打)を組むことで、組紐状の拘束材3aを形成している。拘束材3aを組紐状にすることで、炭素繊維束2を結束すると共に、得られる棒状繊維強化複合材12−1の形状をより安定させることができ、また、拘束材3aが内部の炭素繊維束2を構成する炭素繊維の保護を行う保護層として機能する。また、日本伝統の組紐技術が用いられているため、伝統建築物に用いても外観品位の低下を抑制することができる。
In the rod-like fiber reinforced composite material 12-1 of the present embodiment, the
そのため、このような構成の棒状繊維強化複合材12−1を引張材等の耐震補強材として用いた場合では、安定した強度を発揮し、外観品位も良く、砂利などの鋭利物と接触しても断線することを防ぐことができる。
また、拘束材3aで拘束された炭素繊維束2を樹脂(固化剤)溶液にディップした後、ダイスで扱いて余分な樹脂を絞るときに炭素繊維束2の長さ方向に張力がかかるが、拘束材3aが組紐構造であれば編物のように目が開いてしまうのではなく、目が閉じた状態で組紐の径が細くなる。そのため、内部の炭素繊維束2の露出を抑えつつ、拘束材3aと炭素繊維束2の密着性を高めることができるので、得られる耐震補強材の強度の観点より好ましい。
Therefore, when the rod-like fiber reinforced composite material 12-1 having such a configuration is used as a seismic reinforcing material such as a tensile material, it exhibits stable strength, good appearance quality, and is in contact with sharp objects such as gravel. Can also prevent disconnection.
In addition, after dipping the
なお、拘束材3aは炭素繊維束2を構成する炭素繊維がばらばらにならないように結束できればよく、拘束材3aの配置は組紐状に限定されない。また、炭素繊維束2の表面を拘束材3aで完全に被覆する必要もなく、炭素繊維束2の表面の一部が被覆されていなくてもよい。
他の拘束材による結束の例として、1本の拘束材を螺旋状に巻きつけて炭素繊維束を結束したり(図示せず。)、図3に示すように、炭素繊維束2の周囲面に拘束材3bとなる繊維を巻き回して目の粗い筒状の丸編を編んだ編紐状の拘束材3bによって炭素繊維束2を結束したり、図4に示すように、繊維等を所定間隔に配置した拘束材3cによって炭素繊維束2を結束したりする形態であってもよい。
一方で、炭素繊維束2の保護、棒状繊維強化複合材12−1の形状の安定による強度の安定、外観品位の低下の抑制との観点からは、図5に示すように、拘束材3dを組紐状にして、炭素繊維束2の表面全体を被覆することが好ましい。
In addition, the
As an example of binding with another restraining material, one restraining material is spirally wound to bind a carbon fiber bundle (not shown), or as shown in FIG. The
On the other hand, from the viewpoint of protecting the
拘束材3a〜3dとしては、柔軟なものが好ましく、ポリアミド(ナイロン等)、ビニロン、ポリアクリル、ポリプロピレン、塩化ビニル、アラミド、セルロース、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール等の合成繊維や、レーヨン等の再生繊維、アセテート等の半合成繊維、絹、羊毛、麻、綿などの天然繊維等が使用できる。また、熱安定性に優れる繊維が好ましく、ガラス繊維、バサルト繊維が好ましく、特にはガラス繊維が好ましい。ガラス繊維のように熱安定性に優れる繊維を用いることにより、熱がかかったときに、不燃性に優れるとともに、炭素繊維束2と拘束材3a〜3dとのずれの発生を抑制し、安定した引張に対する強度と不燃性を発現することができる。
As the
なお、繊維強化複合材12−1においては、炭素繊維束2をより強固に結束するために、特に拘束材3a〜3dにより結束した炭素繊維束2に固化剤を含浸させ、拘束材3a〜3dと共に炭素繊維束2を硬化させることが好ましい。そうすることで、炭素繊維束2および拘束材3a〜3dを強固に一体化させることができる。
In the fiber reinforced composite material 12-1, in order to bind the
棒状繊維強化複合材12−1の太さは、直径1〜25mm、より好適には1〜10mm、さらにより好ましくは1〜5mmであると、棒状繊維強化複合材12−1および後に説明する棒状繊維強化複合材12−2(ストランド構造体やマルチストランド構造体)がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができる。なお、本実施形態の棒状繊維強化複合材12−1の直径は、炭素繊維束2と当該拘束材3a〜3dと共に固化剤によって一体化した棒状繊維強化複合材12−1の長さ方向に垂直に切断した断面の直径であり、目的とする直径になるように炭素繊維束2の直径、固化剤の付与量が選択される。棒状繊維強化複合材12−1の長さ方向に垂直に切断し際の断面が円でない場合は、その断面の長径を直径という。
The thickness of the rod-like fiber reinforced composite material 12-1 is 1 to 25 mm in diameter, more preferably 1 to 10 mm, and even more preferably 1 to 5 mm. The fiber-reinforced composite material 12-2 (strand structure or multi-strand structure) can be easily wound around the drum, and flexibility such as following an arbitrary shape can be improved. In addition, the diameter of the rod-shaped fiber reinforced composite material 12-1 of this embodiment is perpendicular to the length direction of the rod-shaped fiber reinforced composite material 12-1 integrated with the
また、棒状繊維強化複合材12−1は、拘束材3a〜3dおよび固化剤が付与された炭素繊維束2の外周の全面を覆うように別途層(繊維材料からなる筒状体や樹脂層等)が設けられていてもよい。不燃性向上の観点から、ポリイミド樹脂やシリコーン樹脂や塩化ビニル樹脂を用いた樹脂層を設けるとよい。また、意匠性の観点からは、着色のための顔料などの着色剤を含む樹脂層を別途設けてもよい。これらの樹脂層は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれであっても用いることはできるが、固化剤として、熱可塑性樹脂を用いた場合には、別途層に用いられる樹脂も熱可塑性樹脂が好ましい。
In addition, the rod-like fiber reinforced composite material 12-1 has a separate layer (a cylindrical body or a resin layer made of a fiber material, etc.) so as to cover the entire outer periphery of the
(棒状繊維強化複合材の変形例2)
本発明の他の実施形態の棒状繊維強化複合材12−2について説明する。図6は棒状繊維強化複合材の第2変形例を示す図である。
棒状繊維強化複合材12−2は、上記の棒状繊維強化複合材12および棒状繊維強化複合材12−1のいずれか一方または両方を芯線として用い、これらを複数本、引き揃えたり、撚り合せたりして形成したストランド構造体である。
例えば、図6に示すように、棒状繊維強化複合材12−2が、上記の棒状繊維強化複合材12−1を7本備えてなり、中心に配置された1本の棒状繊維強化複合材12−1を他の6本の棒状繊維強化複合材12−1が取り囲む構造を有するストランド構造とすることにより、継手11と棒状繊維強化複合材12−2の接合において、棒状繊維強化複合材12−2と接着剤との接触面積や構造的な抵抗が増加し、継手と棒状繊維強化複合材12−2との接着力が向上し、得られる耐震補強材の引張強度の向上および安定性の観点より好ましい。
(
The rod-like fiber reinforced composite material 12-2 according to another embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a view showing a second modification of the rod-like fiber reinforced composite material.
The rod-like fiber reinforced composite material 12-2 uses one or both of the rod-like fiber reinforced
For example, as shown in FIG. 6, the rod-like fiber reinforced composite material 12-2 includes seven rod-like fiber reinforced composite materials 12-1, and one rod-like fiber reinforced
ストランド構造体を構成する芯線としては、棒状繊維強化複合材12、棒状繊維強化複合材12−1を例示したがこれに限定されず、本発明の棒状繊維強化複合材の構成のものであればいずれものでもよい。また、本実施形態における芯線おいて、芯線を構成する芯線は同一の芯線であるが、本発明の芯線の要件を満たす芯線であれば、異なる芯線を複合して用いてもよい。
As the core wire constituting the strand structure, the rod-like fiber reinforced
本実施形態に係る棒状繊維強化複合材12−2では、芯となる芯線と、芯となる芯線を取り囲む他の6本の芯線が撚り合されているストランド構造を有していることで、樹脂を用いて7本の芯線を一体化しなくとも、バラケを防ぎ一体化できる。棒状繊維強化複合材12−2は、さらにドラムに巻き曲げ応力がかけられた後、伸ばして用いた場合や、曲げ応力がかかる箇所にもちいても優れた引張強度を維持することができる。 In the rod-like fiber reinforced composite material 12-2 according to the present embodiment, the resin has a strand structure in which the core wire serving as the core and the other six core wires surrounding the core wire serving as the core are twisted together. Even if the seven core wires are not integrated by using, it is possible to prevent variation and integrate. The rod-like fiber reinforced composite material 12-2 can maintain an excellent tensile strength even when the drum-like fiber reinforced composite material 12-2 is used after being subjected to a bending stress and then stretched or used in a location where the bending stress is applied.
また、撚りを形成する方向として、
炭素繊維束×ストランド構造体=S方向×Z方向、S方向×S方向、Z方向×Z方向、Z方向×S方向、のいずれでも可能である。
Also, as the direction to form the twist,
Carbon fiber bundle × strand structure = S direction × Z direction, S direction × S direction, Z direction × Z direction, Z direction × S direction are all possible.
ストランド構造体の撚り数は、目的に応じて1.1〜50回/mで選択される。撚り数が少なすぎると、芯材単位でバラケやすくなる。一方、撚り数が多くなりすぎると引張強度が低下するおそれがある。芯線の本数が7〜37本の場合には、1.5〜20回/mが好ましい。より好ましくは2〜10回/mがよい。 The number of twists of the strand structure is selected from 1.1 to 50 times / m depending on the purpose. If the number of twists is too small, it will be easy to break apart in units of core material. On the other hand, if the number of twists is too large, the tensile strength may decrease. When the number of core wires is 7 to 37, 1.5 to 20 times / m is preferable. More preferably, it is 2 to 10 times / m.
また、ストランド構造体を構成する芯線の本数は7本であるが、これに限定されず、目的とする性能(特に破断荷重)、用途を考慮して適宜決定され、特に限定されるものではないが、通常、2〜50本である。好ましくは、7〜37本がよい。
例えば、炭素繊維を24000本束ねたもの(24k)1本を炭素繊維束として用いた棒状炭素繊維複合材12または棒状炭素繊維複合材12−1の場合には、ストランド構造体を構成する芯線の本数は2本〜50本程度であるとブレース材等の用途として好適である。
Further, the number of core wires constituting the strand structure is seven, but is not limited thereto, and is appropriately determined in consideration of target performance (particularly breaking load) and application, and is not particularly limited. However, it is usually 2-50. The number is preferably 7 to 37.
For example, in the case of the rod-like carbon
なお、本実施形態の棒状繊維強化複合材12−2は、芯線として用いた一本の棒状炭素繊維複合材12または棒状炭素繊維複合材12−1を取り囲むように芯となる棒状炭素繊維複合材12または棒状炭素繊維複合材12−1と他の芯線とが撚り合わせられているが、ストランド構造体の構造として、芯となる芯線を設けず、必要本数(例えば、2〜50本)の芯線を束ね、束ねられた芯線全体に撚りを掛けてもよい。
In addition, the rod-shaped fiber reinforced composite material 12-2 of the present embodiment is a rod-shaped carbon fiber composite material that becomes a core so as to surround one rod-shaped carbon
棒状繊維強化複合材12−2の直径が直径2〜100mm、より好適には4〜50mm、さらにより好適には6〜20mmであると、棒状繊維強化複合材12−2がドラムに巻きやすくなり、また、任意の形状に追従するなどのフレキシブル性を高めることができる。
なお、棒状炭素繊維複合材12−2として、前記ストランド構造体をさらにより合せた、マルチストランド構造体であってもよい。
また、棒状繊維強化複合材12−2は、ストランド構造体やマルチストランド構造体の外周の全面を覆うように別途層(繊維材料からなる筒状体や樹脂層等)が設けられていてもよい。
ストランド構造体やマルチストランド構造体は撚られた芯線と芯線の間に埃等が付着しやすいが、これらの埃の付着を抑制することができる。
また、不燃性向上の観点からは、前記の全面を覆うように別途層は、ポリイミド樹脂やシリコーン樹脂や塩化ビニル樹脂を用いた樹脂層を設けるとよい。
また、意匠性の観点からは、全面を覆うように別途層として着色のための顔料などの着色剤を含む樹脂層を別途設けてもよい。
これらの樹脂層は、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂いずれであっても用いることはできるが、固化剤として、熱可塑性樹脂を用いた場合には、別途層に用いられる樹脂も熱可塑性樹脂が好ましい。
When the diameter of the rod-like fiber reinforced composite material 12-2 is 2 to 100 mm, more preferably 4 to 50 mm, and even more preferably 6 to 20 mm, the rod-like fiber reinforced composite material 12-2 can be easily wound on a drum. Moreover, flexibility such as following an arbitrary shape can be enhanced.
The rod-like carbon fiber composite material 12-2 may be a multi-strand structure obtained by further combining the strand structures.
Further, the rod-like fiber reinforced composite material 12-2 may be provided with a separate layer (such as a cylindrical body or a resin layer made of a fiber material) so as to cover the entire outer surface of the strand structure or multi-strand structure. .
In the strand structure and the multi-strand structure, dust or the like easily adheres between the twisted core wires, but adhesion of these dusts can be suppressed.
Further, from the viewpoint of improving nonflammability, it is preferable to provide a resin layer using a polyimide resin, a silicone resin, or a vinyl chloride resin as a separate layer so as to cover the entire surface.
From the viewpoint of designability, a resin layer containing a colorant such as a pigment for coloring may be separately provided as a separate layer so as to cover the entire surface.
These resin layers can be used with either a thermoplastic resin or a thermosetting resin. However, when a thermoplastic resin is used as a solidifying agent, the resin used for the separate layer is also a thermoplastic resin. preferable.
以上の構成を有する本実施形態の棒状繊維強化複合材12は、軽量でかつ優れた強度を有することにより、クレーン車などの重機の入れない場所に建てられた伝統建築物や従来の耐震補強材の質量に耐えることができず耐震補強できなかった伝統建築物の耐震補強を行うことができ、また、細い耐震補強材を用いるため伝統建築物の外観の悪化も抑制することができる。
The rod-like fiber reinforced
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、本発明の技術的思想の範囲内で上記以外の様々な構成を採用することもできる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are illustrations of this invention and various structures other than the above can also be employ | adopted within the scope of the technical idea of this invention.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。
また、本実施例における各種データは以下の方法で測定を行った。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to a following example, unless the summary is changed.
Various data in this example were measured by the following method.
<直径>
棒状繊維強化複合材体および継手の直径(外径、内径)はノギスで測定した。
<質量>
棒状繊維強化複合材および継手を10cmに切断し、電子天秤を用いて質量を測定し、その値を10倍して、1m当たりの質量を求めた。また、実施例で得られた耐震補強材全体の質量も天秤を用いて測定した。
<密度>
JIS K7112:1999 A法(水中置換法)に準じて測定をおこなった。
<Diameter>
The diameters (outer diameter and inner diameter) of the rod-like fiber reinforced composite material and the joint were measured with calipers.
<Mass>
The rod-like fiber reinforced composite material and the joint were cut into 10 cm, the mass was measured using an electronic balance, the value was multiplied by 10, and the mass per 1 m was determined. Moreover, the mass of the whole earthquake-proof reinforcement material obtained in the Example was also measured using the balance.
<Density>
Measurement was performed according to JIS K7112: 1999 A method (underwater substitution method).
<引張強さおよび破断荷重>
引張強さおよび破断荷重は、インストロンジャパンカンパニリミテッドから供給されている5980フロア型高容量万能試験機 型式5985を使用し、2mm/minの条件で測定した。試料が破断したときの荷重(kN)を破断荷重とし、破断荷重を棒状繊維強化複合材の長さ方向に垂直に切断した断面積(有効断面積)で割ったものを引張強さ(MPa)とした。耐震補強材は、場所により太さが異なり、場所により断面積が異なるため破断荷重のみを測定した。
なお、耐震補強材の破断荷重を測定するため、継手に接続された棒状繊維強化複合材の継手から出ている部分を22cmの長さとなるように切断し、ねじを切った鋼管(長さ20cm、内径18mm、外径27mm)に当該棒状繊維強化複合材の継手に接続されていない端部を挿入し、ウレタン系接着剤を用いて鋼管と接合した。棒状繊維強化複合材の鋼管内に接合された長さは20cmであった。
当該鋼管と実施例1に記載の耐震補強材のボルト部を試験機のつかみ部分でつかみ引張強さおよび破断荷重を求めた。
<Tensile strength and breaking load>
Tensile strength and breaking load were measured under the condition of 2 mm / min using a 5980 floor type high capacity universal testing machine model 5985 supplied from Instron Japan Company Limited. Tensile strength (MPa) is obtained by dividing the load (kN) when the sample broke into the breaking load, and dividing the breaking load by the cross-sectional area (effective cross-sectional area) cut perpendicular to the length direction of the rod-like fiber reinforced composite material. It was. Since the seismic reinforcements differed in thickness depending on the location and the cross-sectional area differed depending on the location, only the breaking load was measured.
In addition, in order to measure the breaking load of the seismic reinforcement material, the portion of the rod-like fiber reinforced composite material connected to the joint was cut to a length of 22 cm, and the threaded steel pipe (length 20 cm) And an end portion not connected to the joint of the rod-like fiber reinforced composite material was inserted into an inner diameter of 18 mm and an outer diameter of 27 mm, and joined to a steel pipe using a urethane-based adhesive. The length of the rod-like fiber reinforced composite material joined in the steel pipe was 20 cm.
The steel pipe and the bolt portion of the seismic reinforcing material described in Example 1 were gripped by the grip portion of the testing machine, and the tensile strength and breaking load were determined.
また、棒状繊維強化複合材の引張強さおよび破断荷重を測定するため、棒状繊維強化複合材の両端に、ウレタン系接着剤を用いてねじを切った鋼管(長さ20cm、内径23mm、外径31mm)と接合した。棒状繊維強化複合材の鋼管内に接合された長さは各端部それぞれ20cmであった。
当該鋼管を試験機のつかみ部分でつかみ棒状繊維強化複合材の引張強さおよび破断荷重を求めた。
In addition, in order to measure the tensile strength and breaking load of a rod-like fiber reinforced composite material, a steel pipe (length 20 cm, inner diameter 23 mm, outer diameter) cut with a urethane adhesive at both ends of the rod-like fiber reinforced composite material 31 mm). The length bonded to the steel pipe of the rod-like fiber reinforced composite material was 20 cm at each end.
The steel pipe was grasped at the grasping portion of the testing machine, and the tensile strength and breaking load of the rod-like fiber reinforced composite material were determined.
(実施例1)
24Kの炭素繊維束(PAN系炭素繊維。東レ株式会社製。T700SC。)を3本束ね、S方向に10回/m撚りをかけたもの1本を炭素繊維束として用い、拘束材としてガラス繊維を用い、製紐機(24打機)を用いて、8打ちの石目打にて、炭素繊維束の周りの全面を組紐状にガラス繊維で拘束した。
Example 1
Three bundles of 24K carbon fiber bundles (PAN-based carbon fiber, manufactured by Toray Industries, Inc., T700SC), one of which is twisted 10 times / m in the S direction, are used as carbon fiber bundles, and glass fiber as a restraining material. , And the entire surface around the carbon fiber bundle was constrained with braided glass fibers by using a string making machine (24 hammering machine) with 8 stone punches.
次に、
重合型の熱可塑性エポキシ樹脂(DENATITE XNR6850V、固形分85質量%、ナガセケムテックス株式会社製)100質量部、
硬化剤(DENATITE XNH6850V、固形分30質量%、ナガセケムテックス株式会社製) 6.5質量部、
メチルエチルケトン(MEK)10質量部
からなる溶液(粘度80mPa・s)にデッピングし、ダイスを通し、余分な溶液を除去するとともに、炭素繊維束の長さ方向に対し垂直に切断した際の断面形状が円形になるように形状を整え、拘束された炭素繊維束に対し、固化剤を付与した。その後、熱処理(150℃、20分間)を行うことで、前記重合型の熱可塑性エポキシ樹脂を重合させて、炭素繊維束と拘束材と熱可塑性エポキシ樹脂(固化剤)を一体化させて棒状繊維強化複合材を得た。
next,
Polymerization type thermoplastic epoxy resin (DENATITE XNR6850V, solid content 85% by mass, manufactured by Nagase ChemteX Corporation), 100 parts by mass,
Curing agent (DENATEITE XNH6850V, solid content 30% by mass, manufactured by Nagase ChemteX Corporation) 6.5 parts by mass,
Dipping into a solution (viscosity 80 mPa · s) consisting of 10 parts by mass of methyl ethyl ketone (MEK), passing through a die to remove excess solution, and the cross-sectional shape when cut perpendicular to the length direction of the carbon fiber bundle is The shape was adjusted to be circular, and a solidifying agent was applied to the restrained carbon fiber bundle. Thereafter, heat treatment (150 ° C., 20 minutes) is performed to polymerize the polymerization type thermoplastic epoxy resin, and the carbon fiber bundle, the binding material, and the thermoplastic epoxy resin (solidifying agent) are integrated to form a rod-like fiber. A reinforced composite material was obtained.
得られた実施例1の棒状炭素繊維複合材の断面は円形状で、直径3mmであった。
棒状炭素繊維複合材は、室温で直径100cmのドラムに3000m巻きとったところ、折れることなく、スムーズに巻き取ることができた。得られた棒状炭素繊維複合材を芯線として用いた。
The obtained rod-like carbon fiber composite material of Example 1 had a circular cross section and a diameter of 3 mm.
When the rod-like carbon fiber composite material was wound 3000 m on a drum having a diameter of 100 cm at room temperature, it could be wound smoothly without breaking. The obtained rod-like carbon fiber composite material was used as a core wire.
次に、得られた芯線を7本用い、中心に1本の芯線、その周りを6本の芯線で覆うように、120℃に加熱しながら撚り合わせて、ストランド構造とし、棒状繊維強化複合材を得た。
得られた実施例1の棒状繊維強化複合材は、直径9mm、密度は1.6g/m3、質量は80g/mであった。破断荷重90kN、引張強さは1800MPa(有効断面積50mm2)であった。
Next, using the obtained core wires, twisting together while heating at 120 ° C. so as to cover one core wire at the center and six core wires around it, a strand structure is formed, and a rod-like fiber reinforced composite material Got.
The obtained rod-like fiber reinforced composite material of Example 1 had a diameter of 9 mm, a density of 1.6 g / m 3 , and a mass of 80 g / m. The breaking load was 90 kN, and the tensile strength was 1800 MPa (effective sectional area 50 mm 2 ).
次に、継手として、ガラス繊維を繊維軸方向が継手の長さ方向と同じ向きになるように、また、中空の管状となるように配置し、不飽和ポリエステル樹脂と複合した管状物を得た。管状物はその一端から他方端まで貫通した中空部を有していた。また、継手の外径は27mm、内径は21mm、長さが26cm、密度が1.8g/m3、質量は460g/mである。 Next, as a joint, the glass fiber was arranged so that the fiber axis direction was the same as the length direction of the joint, and so as to be a hollow tube, and a tubular product combined with an unsaturated polyester resin was obtained. . The tubular product had a hollow portion penetrating from one end to the other end. The outer diameter of the joint is 27 mm, the inner diameter is 21 mm, the length is 26 cm, the density is 1.8 g / m 3 , and the mass is 460 g / m.
次に、前記継手の中空部に、一方の端部から長さ8mに切断した棒状繊維強化複合材を挿入し、また、もう一方の端部から長さ20cmの螺子M12(外径12mm。質量700g/m)のボルト(鋼材)を挿入し、これらを、ウレタン系接着剤を用い接合し耐震補強材を得た。
なお、棒状繊維強化複合材の継手内に挿入され接着剤で接合された部分は15cmであった。また。ボルトの継手内に挿入され接着剤で接合された部分は、11cmであった。
Next, a rod-like fiber reinforced composite material cut to a length of 8 m from one end is inserted into the hollow portion of the joint, and a screw M12 having a length of 20 cm from the other end (
The portion inserted into the joint of the rod-like fiber reinforced composite material and joined with an adhesive was 15 cm. Also. The portion inserted into the bolt joint and joined with an adhesive was 11 cm.
得られた耐震補強材の全体の質量を測定したところ、約8mの耐震補強材で1.0kgととても軽いものであった。当該耐震補強材を20本まとめて運搬しても20kgである。
また、破断荷重47kN(ボルト部が破断)であった。
また、今回の破断荷重と同等の強度を有する棒状の鋼材(実施例1に用いた鋼材製のボルト)のみからなる耐震補強材8mでは、その全体の質量が5.6kg以上となる。当該耐震補強材を20本まとめて運搬すると112kgとなり、重機なしには運搬できない。
When the total mass of the obtained seismic reinforcement was measured, it was very light as 1.0 kg with a seismic reinforcement of about 8 m. Even if 20 seismic reinforcements are transported together, it is 20 kg.
The breaking load was 47 kN (the bolt part was broken).
Moreover, in the earthquake-proof reinforcement material 8m which consists only of rod-shaped steel materials (steel bolts used in Example 1) having the same strength as the current breaking load, the total mass thereof is 5.6 kg or more. If 20 seismic reinforcements are transported together, the weight becomes 112 kg, and cannot be transported without heavy machinery.
したがって、本願発明の耐震補強材は、軽量でかつ強度に優れるため、クレーンなどの重機を用いなくとも、施工現場に、多くの耐震補強材を容易に運びこみ、施工することがで、耐震補強される建築物への負荷も小さく、種々の伝統的建築物に用いることができる。また、耐震補強材が細く伝統建築物のイメージの変化を抑え、意匠性の低下も抑制することができる。 Therefore, since the seismic reinforcement of the present invention is lightweight and excellent in strength, it is possible to easily carry and install many seismic reinforcements on the construction site without using heavy machinery such as cranes. It can be used for various traditional buildings. In addition, the seismic reinforcement is thin and can suppress changes in the image of traditional buildings, and can also prevent deterioration in design.
本発明の耐震補強材は、鉄筋コンクリート製の建物や木造住宅などの建築物に耐震補強を施すための耐震補強材として有用である。特に、本願発明の耐震補強材は、伝統的な建築物の美観を維持しながら、十分な耐震性を付与することができるものとして好適である。 The seismic reinforcement of the present invention is useful as a seismic reinforcement for applying seismic reinforcement to buildings such as reinforced concrete buildings and wooden houses. In particular, the seismic reinforcing material of the present invention is suitable as a material capable of imparting sufficient seismic resistance while maintaining the beauty of a traditional building.
2 繊維束(炭素繊維束)
3a〜3d 拘束材
10 耐震補強材
11 継手
11a 中空部
12,12−1,12−2 棒状繊維強化複合材(棒状炭素繊維複合材)
2 Fiber bundle (carbon fiber bundle)
3a to
なお、本実施形態の耐震補強材10は、破断荷重が3〜300kNであることが望ましい。耐震補強材として使用される場所や施工方法にもよるが、下限値は5kN以上であることが好ましく、10kN以上であることがより好ましく、30kN以上であることがさらに好ましい。破断荷重が3kN以上であれば、優れた強度を有する耐震補強材10が得られる。
In addition, as for the earthquake-
Claims (8)
前記継手の中空部に挿入され、接合された棒状繊維強化複合材と
からなる耐震補強材。 It is a joint made of a fiber reinforced composite material, and a joint having a hollow part at least at one end,
A seismic reinforcement comprising a rod-like fiber reinforced composite material inserted into and joined to the hollow portion of the joint.
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