JP2019015167A - Design method of structure - Google Patents

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五十嵐 俊一
Shunichi Igarashi
俊一 五十嵐
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Abstract

To provide a design method of a structure capable of acquiring excellent workability while acquiring required strength even with thinner thickness of a high ductile material arranged in a concrete member.SOLUTION: Each concrete member 11 of the structure determines each item separately according to a predetermined performance regulation and specification regulation for conditions except for large earthquake and also determines an aseismic performance separately according to the specification regulation corresponding to each item, thereby making it possible to perform an aseismic design with similar procedures to that of a fireproof design so as to aim for quick design work. By this result, in a design of a structure when constructed newly and in a modifying design of an existing structure, it significantly lessens the possibility that requests in terms of a safety assurance against large earthquake determines arrangements of columns of the structure and items of each concrete member, and the structure with better usability, design quality and less expensive construction cost compared to the conventional technique can be constructed.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、構築物の構造要素である柱、梁壁等のコンクリート部材(以下、単に「コンクリート部材」という。)を、高延性材で被覆すること(以下、「耐震被覆」という。)により、構築物に所要の耐震性を付与する技術である。具体的には、高靱性接着剤を用いて高延性材をコンクリート部材表面に接着することにより、該コンクリート部材に所要の耐震性能を付与する方法において、高靱性接着剤の界面剥離エネルギー、接着強度、および高延性材のヤング率、厚さの関係を合理的に定める方法に関する技術である。   In the present invention, a concrete member (hereinafter simply referred to as “concrete member”) such as a column or a beam wall which is a structural element of a structure is covered with a highly ductile material (hereinafter referred to as “seismic resistant coating”). It is a technology that gives the structure the required earthquake resistance. Specifically, in a method of imparting the required seismic performance to a concrete member surface by adhering a high ductility material to the surface of the concrete member using a high toughness adhesive, the interfacial peeling energy and adhesive strength of the high toughness adhesive , And a method relating to a method for rationally determining the relationship between Young's modulus and thickness of a high ductility material.

コンクリート部材を構成する主要材料の一つであるコンクリートは、砂と砂利と水とセメントとを原料とするものであり、押されてもなかなか潰れないものの、引っ張られるとひびがはいり、ばらばらになったり、ずれて壊れてしまう性質がある。   Concrete, one of the main materials that make up concrete members, is made from sand, gravel, water, and cement, and although it does not collapse easily when pressed, it cracks and breaks up when pulled. Or has a property of breaking and slipping.

このため、コンクリートは、通常、鉄筋を埋め込んだ鉄筋コンクリートとして使用することで、引張力に対する抵抗力が付与され、ひびの入ったコンクリートがばらばらになるのを抑えることができるとされてきた。   For this reason, it has been said that concrete is usually used as reinforced concrete in which reinforcing bars are embedded, thereby giving resistance to tensile force and suppressing cracked concrete from being separated.

一方、コンクリート部材を構成する主要材料の他の一つである鋼材は、むき出しにした状態にしておくと、錆びてぼろぼろになるので、その表面を保護する必要があるほか、押されると曲がって抵抗力が急になくなって座屈という現象をおこすので、これを防止する必要もある。さらに、コンクリートと鉄とが一体として働くためには、鉄とコンクリートとの間で力を伝えること(付着)が必要である。   On the other hand, the steel material, which is one of the main materials that make up the concrete member, is rusted and shabby when left exposed, so its surface needs to be protected and bent when pressed. Since the resistance suddenly disappears and the phenomenon of buckling occurs, it is necessary to prevent this. Furthermore, in order for concrete and iron to work together, it is necessary to transmit force (adhesion) between iron and concrete.

このため、コンクリート部材を作成する仕様を定めた基準書等では、鉄筋の周りをコンクリートで覆うことが規定されており、通常の条件であれば、4cmほどの厚さが必要であると定められている。このような4cmほどの厚さのかぶり層からなるコンクリート部分は、かぶりコンクリート、あるいは単に「かぶり」と称されている。   For this reason, the standard documents that specify the specifications for creating concrete members stipulate that the reinforcing bars should be covered with concrete. Under normal conditions, it is determined that a thickness of about 4 cm is required. ing. Such a concrete portion composed of a cover layer having a thickness of about 4 cm is referred to as cover concrete or simply “cover”.

すなわち、上記したかぶり層には、鉄筋が入っていないので、引張力に抵抗できないという構造的な弱点がある。このため、大きな地震で繰り返し引張力を受ければ、かぶり層はひびだらけになり崩落する。また、かぶり層は、地震がこなくても、乾燥・温度変化、あるいはアルカリ骨材反応などの異常反応で崩落するし、仮に崩落しなくても老朽化や中小の地震で劣化して強度が落ちると、鉄との間で力を伝える能力(付着力)も落ちる。   That is, the above-mentioned cover layer has a structural weak point that it cannot resist tensile force because it does not contain reinforcing bars. For this reason, if a tensile force is repeatedly applied in a large earthquake, the cover layer becomes cracked and collapses. In addition, even if there is no earthquake, the cover layer collapses due to abnormal reactions such as drying, temperature change, or alkali aggregate reaction, and even if it does not collapse, it deteriorates due to aging or small and medium-sized earthquakes and becomes strong. If it falls, the ability (adhesion) to transmit force to iron will also drop.

このため、鉄筋コンクリートで造った柱や梁等のコンクリート部材は、いくら太くても、また、内部に大量の鉄筋や鉄骨を入れてあっても、結局のところ、4cm程度の厚さのかぶり層の存在でその耐久性と耐震性とが決まってしまうことになる。つまり、従来から存在する鉄筋コンクリートは、かぶり層が劣化・崩落すれば、その全体が崩壊することが避けられない宿命にあるといえる。   Therefore, no matter how thick the concrete members such as columns and beams made of reinforced concrete are, and even if a large amount of reinforcing bars and steel frames are put inside, after all, a cover layer with a thickness of about 4 cm is used. Its existence will determine its durability and earthquake resistance. In other words, it can be said that the existing reinforced concrete is inevitable that if the cover layer deteriorates or collapses, the whole is unavoidable.

しかも、鉄は、一旦限界を超えて曲がってしまうと、そのままの形になって元には戻らない塑性という性質をもっており、これがコンクリート部材を作成する代表技術である鉄筋コンクリートの構造的弱点となっている。   Moreover, once the iron bends beyond the limit, it has the property of plasticity that does not return to its original shape, and this is the structural weakness of reinforced concrete, which is a representative technique for producing concrete members. Yes.

すなわち、鉄筋コンクリートの柱や壁(コンクリート部材)には、地震の揺れを受けるといろいろな力が作用し、コンクリート部分を押す力には抵抗するものの、引っ張る力にはほとんど抵抗できないため、鉄筋がこれを受け持つことになる。しかし、鉄筋は、一旦限界を超えて変形すると、元には戻らないことから、鉄筋回りのコンクリートを壊してしまうことになる。また、鉄筋は、曲げ剛性および圧縮剛性を有するので、コンクリートの圧縮ストラット(圧縮力伝達機構)に抵抗し、コンクリートを破壊してしまうか、自らが塑性化するか、破断するか、あるいはコンクリートとの付着を失ってしまう。鉄板巻きや連続繊維巻きも同様のメカニズムで補強効果を喪失する。このため、大地震では、鉄筋や連続繊維の近傍からコンクリートが壊れ始め、これが繰り返されると、柱や壁が壊れ、結局建物が潰れてしまう危険性がある。   In other words, various forces act on reinforced concrete columns and walls (concrete members) when subjected to an earthquake, resisting the force of pushing the concrete part, but hardly resisting the pulling force. Will be responsible. However, once the reinforcing bar is deformed beyond the limit, it does not return to its original shape, and the concrete around the reinforcing bar is broken. In addition, since reinforcing bars have bending rigidity and compression rigidity, they resist the compressive struts (compression force transmission mechanism) of concrete, and destroy concrete, plasticize itself, break, or Will lose its adhesion. Iron plate winding and continuous fiber winding lose the reinforcing effect by the same mechanism. For this reason, in a large earthquake, concrete begins to break from the vicinity of reinforcing bars and continuous fibers, and if this is repeated, there is a risk that the pillars and walls will be broken and the building will eventually be crushed.

つまり、現代都市を形づくっている鉄筋コンクリート製のコンクリート部材は、経年劣化し大地震で崩落するかぶり層と、固くて塑性化する鉄という、二つの構造的弱点を抱えていることになる。   In other words, the concrete members made of reinforced concrete that form the modern city have two structural weaknesses: a cover layer that deteriorates over time and collapses due to a large earthquake, and iron that is hard and plastic.

一方、既存建物等を含む構築物の耐震強度を向上させる従来技術としては、大別して、鉄筋コンクリート壁、柱などを増設したり、増し打ちしたりする方法、鉄骨ブレースなどを新設し構築物の変形を抑えることにより倒壊を免れようとする方法(例えば特許文献1)、および、免震・制震装置を設置して、地震動の入力を低減しようとする方法があるが、いずれも、前記構造的弱点に直接対処しているものではない。
また、構造物を新規に建設する際の設計および既存構築物の改修設計(以下、単に「設計」という。)においては、大地震に対する設計基準、あるいは耐震診断基準が、構築物全体を対象とした複雑な非線形の数値計算を伴うものであり、この計算の実施、およびこの結果の評価に専門家の多大な労力を要するという課題がある。また、構築物の形状や部材の諸元が大地震に対する前記計算によって決まってしまい、設計において使用性等を犠牲にした上、コスト増を甘受せざるを得ない場合が多いという課題がある。
構築物全体を対象とした従来の耐震化方法の実証には、実大構築物に対して実際の地震に相当する大きさや繰り返し回数をもった荷重を積荷する効果確認実験を行うために巨大な積荷装置を必要とする。しかし、兵庫県三木市に建設された大型振動台でも、兵庫県南部地震のマグニチュード(M)7クラスの観測地振動を再現できるに過ぎず、新想定のM9クラスの地震動の再現には更に巨大な装置の建設を必要とし事実上不可能である。構造物全体を対象とした従来の耐震化方法および設計方法は、新想定の地震動に対しては、実証実験が不可能であるという基本的な課題がある。
また、鉄板、連続繊維などで柱を巻き立てる方法があり、これらの手法は、一見、部材そのものの耐震強度を向上させる方法ではあるとしても、これらも、鉄板の塑性化、繊維の破断などにより、効果が失われる課題がある。
以上から、従来技術は、21世紀に想定されている各種のマグニチュード9クラスの地震動に対して十分な耐震性を構築物に与える方法であるとは確認できない。
On the other hand, conventional techniques for improving the seismic strength of structures including existing buildings can be broadly divided into methods of adding or reinforcing reinforced concrete walls and pillars, and newly installing steel braces to suppress deformation of the structure. There are a method for avoiding collapse by this (for example, Patent Document 1) and a method for reducing the input of seismic motion by installing a seismic isolation / seismic control device. It is not a direct deal.
In addition, in the design of new structures and the retrofit design of existing structures (hereinafter simply referred to as “design”), the design standards for large earthquakes or seismic diagnosis standards are complex for the entire structure. This involves a nonlinear calculation, and there is a problem that it takes a great deal of labor for an expert to perform this calculation and to evaluate the result. In addition, there is a problem that the shape of the structure and the specifications of the members are determined by the above-described calculation for a large earthquake, and there are many cases where it is necessary to accept an increase in cost after sacrificing usability in design.
In order to demonstrate the conventional seismic retrofit method for the whole structure, a huge loading device was used to conduct an effect confirmation experiment to load a full-scale structure with a load equivalent to the actual earthquake and the number of repetitions. Need. However, even a large shaking table built in Miki City, Hyogo Prefecture can only reproduce the magnitude (M) 7 class observation site vibrations of the Hyogoken Nanbu Earthquake, and it is even larger to reproduce the newly assumed M9 class earthquake motion. It is practically impossible to construct a new device. The conventional seismic retrofit method and design method for the entire structure has a basic problem that it is impossible to conduct a proof experiment for the newly assumed ground motion.
In addition, there is a method of winding up a column with an iron plate, continuous fiber, etc., and these methods seem to improve the seismic strength of the member itself, but these are also due to plasticization of the iron plate, fiber breakage, etc. There is a problem that the effect is lost.
From the above, it cannot be confirmed that the prior art is a method for giving a structure sufficient earthquake resistance against various magnitude 9 class earthquake motions assumed in the 21st century.

特許文献1の開示技術は、既存の梁柱フレームの耐震補強として鉄骨ブレースを増設する工法であって、梁柱フレームとその内面へ組み入れた鉄骨ブレースとの各接触面の間へ接着材を注入して接着することを特徴とするものである。   The technology disclosed in Patent Document 1 is a method of adding steel braces as seismic reinforcement for existing beam column frames, and injecting an adhesive between each contact surface of the beam column frame and the steel brace incorporated in its inner surface And are adhered to each other.

ところで、特許文献1の開示手法を含む従来からある構造物全体を対象とした耐震化方法については、おおよそ次の4つステップを経ることにより行われている。
1.既存の建物を調査し、設計図面の有無、設計図面との整合性、コンクリート強度の測定を行う。
2.上記情報は、データとしてコンピュータに入力され、構造耐震指標(Is値)等を算定し、基準値(通常は0.6)を上回れば、新耐震基準なみの強度ありと判定する。
3.Is値が基準を下回った場合には、壁を増設したりブレースを入れる等の補強工法を加えて再度計算し、基準値を上回るようにする。
4.上記した壁増設やブレースを設置する工事を行う。
By the way, the conventional earthquake resistance method for the entire structure including the method disclosed in Patent Document 1 is performed by roughly following the following four steps.
1. Investigate existing buildings and measure the presence of design drawings, consistency with design drawings, and concrete strength.
2. The above information is input to a computer as data, and a structural seismic index (Is value) or the like is calculated. If the information exceeds a reference value (usually 0.6), it is determined that the new seismic standard is as strong.
3. If the Is value falls below the standard, calculate again by adding a reinforcement method such as adding walls or inserting braces so that it exceeds the standard value.
4). Work to install the above wall expansion and braces.

この場合に行われる耐震工事は、壁や柱のコンクリートを砕いたり、これにボルトを打ち込んだり、表面を荒くしたり、滑らかにしたり、角を丸くしたりする工事を伴うので、騒音、粉塵、振動が激しい。また、鉄板やブレース材などの重量物を建物内部に持ち込み、溶接を行うことも多い。刺激臭のある溶剤を使う場合もある。しかも、窓や天井、床を壊すことがほとんどである。このため、耐震工事の影響は、工事のある階だけでなく、全館にでてしまう結果、「耐震工事は、とても大変だ。」というイメージが一般に浸透する結果となっている。   The seismic work performed in this case involves crushing the concrete of the walls and pillars, driving bolts into it, roughening the surface, smoothing, and rounding the corners, so noise, dust, Vibration is intense. In many cases, heavy objects such as iron plates and braces are brought into the building and welded. In some cases, a solvent with an irritating odor is used. Moreover, most windows, ceilings, and floors are broken. For this reason, the impact of seismic construction works not only on the floor where the work is done, but also on the entire building. As a result, the image that “earthquake-proofing work is very difficult” has spread to the general public.

また、このようにして行われる耐震工事は、費用的にみても新築コストの何割もかかり、その工事期間も半年以上を要するので、対象建物が庁舎であればプレハブを建てて仮移転する必要があるし、テナントビルであればテナントを退去させる必要がある。対象建物が校舎である場合には、夏休みをまるまる使って施設を閉鎖したた状態のもとで行われることになるものの、ひと夏だけでは完了しない場合も多い。   In addition, the seismic work that is done in this way costs some 10% of the new construction cost, and the construction period is more than half a year, so if the target building is a government building, it is necessary to build a prefabricated temporary transfer If it is a tenant building, the tenant must be removed. If the target building is a school building, it will be held under the condition that the facility is closed using the whole summer vacation, but it is often not completed in one summer alone.

しかも、2011年3月11日に発生した東日本大震災は、種々の負担が強いられる耐震工事をそもそも行う必要があるのか、さらには、果たしてそれに見合うだけの効果があるのか、という問い直しを改めて突きつけるような事例を続出させている。   In addition, the Great East Japan Earthquake that occurred on March 11, 2011 will revisit the question whether it is necessary to perform earthquake-proof construction that imposes various burdens in the first place, or whether it is effective enough to meet it. Various cases are being made one after another.

例えば、東日本大震災で、東北新幹線高架橋脚(柱)を鉄板巻きで補強した箇所において、周囲の梁が破壊し、上部の架線を支持する柱と架線とが大きく損傷した事例がある。これは、鉄板巻き補強の結果、柱の剛性が高まったため、損傷が周囲の梁に移り、上部構造の振動が増幅されたことが原因であると考えられている。   For example, in the Great East Japan Earthquake, there is a case where the pillars and overhead lines that support the upper overhead lines are greatly damaged due to the destruction of the surrounding beams at the locations where the Tohoku Shinkansen viaduct legs (columns) are reinforced with steel sheets. This is thought to be due to the fact that the rigidity of the column has increased as a result of reinforcing the steel plate, so that the damage has moved to the surrounding beams and the vibration of the superstructure has been amplified.

また、東日本大震災で、東北新幹線高架橋脚(柱)を連続繊維巻きで補強した箇所において、繊維が引きちぎられたとの報告がある。アラミド繊維、炭素繊維などを樹脂含浸によりFRP(Fiber Reinforced Plastic)とした所謂連続繊維補強は、コンクリートの変形に対する追随性に乏しく、地震時に繊維が破断して効果がなくなることを示した事例である。また、同震災で、東北大学青葉山キャンパスで、鉄骨ブレース、増設壁、および連続繊維補強等の方法で、耐震補強済みの3建物が大破し、内部の研究設備が激しく損傷し、取り壊して立て替えを余儀なくされた。   In addition, it has been reported that the fiber was torn off at the location where the Tohoku Shinkansen viaduct leg (column) was reinforced with continuous fiber winding in the Great East Japan Earthquake. The so-called continuous fiber reinforcement made of FRP (Fiber Reinforced Plastic) by resin impregnation of aramid fiber, carbon fiber, etc. is an example that shows that the effect of the fiber breaks in the event of an earthquake and the effect is not good. . In addition, the Tohoku University Aobayama Campus damaged the 3 earthquake-proofed buildings, such as steel braces, additional walls, and continuous fiber reinforcement, and severely damaged and demolished the internal research equipment. I was forced to replace it.

そもそも、構造体として破壊しないというのは、現代の建物にとっては、あくまでも前提条件にすぎない。内部の設備や什器が損壊すれば、結局、取り壊して建て替えせざるを得なくなった事例が多数報告されている。現代の耐震化法および設計方法は、方法論的にも、実際上も、この点についての効果は保証できていない。つまり、現代の耐震化法には、費用や工事の負担に見合うとはいえない不都合がある。   In the first place, not destroying as a structure is only a prerequisite for modern buildings. There have been many reports of cases where internal equipment and fixtures were destroyed and eventually had to be demolished and rebuilt. Modern seismic methods and design methods have not been able to guarantee an effect in this respect, either methodically or practically. In other words, modern earthquake resistance methods have disadvantages that cannot be commensurate with costs and construction costs.

本発明者は、このような従来手法にみられた問題点に鑑み、これを解決するものとして特許文献2の「耐震・断熱被覆コンクリート構造およびこれを用いた構造物」を既に提案している。   The present inventor has already proposed the “earthquake-resistant and heat-insulated concrete structure and structure using the same” disclosed in Patent Document 2 as a solution to this problem in view of the problems found in such conventional methods. .

特開平11−71906号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-71906 特開2014−74264号公報JP 2014-74264 A

すなわち、特許文献2の開示技術は、組み合わされた鉄筋の外側にかぶり層が形成されるように前記鉄筋回りにコンクリートを打ち込んでなる既設または新設の棒状または面状の鉄筋コンクリート材(コンクリート部材)を被覆対象部材とし、前記かぶり層には、耐損傷性と耐久性とを付与すべく、その表面に塗布されたウレタン系の高靱性接着剤を介してポリエステル繊維をベルト状またはシート状に織成してなる高延性材をその内部に空気層を保持させた状態のもとで、外力が作用した際にその構成糸相互の位置ずれを可能に設置することで、柱や壁などとして使用されている鉄筋コンクリート材(コンクリート部材)自体が地震により壊されてしまうのを効果的に阻止できるようにしたものである。   That is, the technology disclosed in Patent Document 2 is based on an existing or newly installed rod-shaped or planar reinforced concrete material (concrete member) in which concrete is driven around the reinforcing bar so that a cover layer is formed outside the combined reinforcing bar. As a covering object member, in order to give damage resistance and durability to the cover layer, polyester fibers are woven in a belt shape or a sheet shape through a urethane-based high-toughness adhesive applied to the surface. It is used as a pillar or wall by installing a highly ductile material with an air layer inside it, and when the external force is applied, the constituent yarns can be displaced from each other. The reinforced concrete material (concrete member) itself can be effectively prevented from being broken by an earthquake.

しかし、特許文献2の開示技術においては、既設または新設の棒状または面状の鉄筋コンクリート材(コンクリート部材)からなる被覆対象部材に所要の強度を付与すべくポリエステル繊維をベルト状またはシート状に織成してなる高延性材を設置するものではあったが、所要の強度を得るためには高延性材の厚さを厚くする必要があることから、それだけ、材料費、施工手間がかかる上に、仕上がった部材の外径寸法がそれだけ大きくなるという不都合があった。   However, in the technique disclosed in Patent Document 2, polyester fibers are woven in a belt shape or a sheet shape so as to give a required strength to a covering target member made of an existing or newly formed bar-shaped or planar reinforced concrete material (concrete member). However, it was necessary to increase the thickness of the high ductility material to obtain the required strength. There was an inconvenience that the outer diameter of the member was increased accordingly.

特許文献2の開示技術および本発明は、従来の耐震化方法、耐震設計法、および耐震診断法が、部材が地震の作用によって破壊すること自体を放置して、構造物全体の耐震化を図ろうとしており、この実証実験が不可能であるという基本的な課題を解決しようとするものである。   The technology disclosed in Patent Document 2 and the present invention are based on the conventional seismic improvement method, seismic design method, and seismic diagnosis method. We are going to solve the basic problem that this demonstration experiment is impossible.

本発明は、従来技術にみられた上記課題に鑑みてなされたものであり、高延性材の単位厚さ当たりの剥離限界強度を大きくできる高靱性接着剤を用いることで、補強対象であるコンクリート部材に貼り付ける高延性材の厚さを薄くしても所要強度を得ながら優れた施工性を発揮させることができるようにした構築物の設計方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems found in the prior art, and is a concrete to be reinforced by using a high toughness adhesive that can increase the peel limit strength per unit thickness of a high ductility material. It is an object of the present invention to provide a method for designing a structure capable of exhibiting excellent workability while obtaining required strength even if the thickness of a highly ductile material to be attached to a member is reduced.

本発明は、上記目的を達成すべくなされたものであり、構築物の設計法において、前記構築物の各コンクリート部材は、大地震以外の条件に対して予め定められている性能規定および仕様規定に従ってそれぞれの諸元を各別に定めるとともに、これら各諸元に応じた仕様規定に従ってそれぞれの耐震性能を各別に定めることを最も主要な特徴とする。   The present invention has been made to achieve the above object, and in the design method of a structure, each concrete member of the structure is respectively in accordance with a performance rule and a specification rule predetermined for conditions other than a large earthquake. The main feature is that each of the specifications is determined separately, and the seismic performance is determined separately according to the specifications according to these specifications.

本発明によれば、構築物を設計するに際し、所要の耐震化に必要な高延性材の仕様を予め大地震以外の条件に対して計算等で定めたコンクリート部材の諸元に応じて一覧表等の仕様規定にしたものを用いるので、あたかも耐火設計と同様な手順で耐震設計ができるようにして設計作業の迅速化を図ることができる。この結果、構築物の新設時の設計、および既存構築物の改修設計において、従来技術に比べ、大地震に対する安全性確保の観点からの要請が、構築物の柱壁の配置、および各コンクリート部材の諸元を決めてしまうことが、大幅に少なくなり、従来技術に比べ、使用性、デザイン性に優れ、施工コストも安価な、構築物を建設することが可能になる。   According to the present invention, when designing the structure, the specifications of the high ductility material necessary for the required seismic resistance are listed according to the specifications of the concrete members that are determined in advance by calculation etc. for conditions other than a large earthquake. Therefore, the design work can be speeded up by making it possible to perform seismic design in the same procedure as that of fireproof design. As a result, in the design of new structures and the retrofit design of existing structures, requests from the viewpoint of ensuring safety against large earthquakes compared to the prior art are the layout of the pillar walls of the structure and the specifications of each concrete member. Therefore, it is possible to construct a structure that is superior in usability and design as compared to the prior art, and has a low construction cost.

梁等の棒状のコンクリート部材がひび割れを伴って曲げ変形する際の状態例を模式的に示す説明図。Explanatory drawing which shows typically the example of a state at the time of rod-shaped concrete members, such as a beam, bending-deforming with a crack. 図1のひび割れを伴う曲げ変形をミクロ的に示す説明図。Explanatory drawing which shows microscopically the bending deformation accompanying the crack of FIG. コンクリート部材がひび割れを伴ってせん断変形する際の状態を模式的に示す説明図であり、そのうちの(a)は、コンクリート部材が壁状を呈する場合を、(b)は、コンクリート部材が柱状を呈する場合をそれぞれ示す。It is explanatory drawing which shows typically the state at the time of a concrete member carrying out a shear deformation | transformation with a crack, The (a) of them shows the case where a concrete member exhibits wall shape, (b) is a concrete member having columnar shape. Each case is shown. 図3のひび割れを伴うせん断変形をミクロ的に示す説明図。Explanatory drawing which shows the shear deformation accompanying the crack of FIG. 3 microscopically.

本発明は、高靱性接着剤と高延性材との性能を組み合わせることで実現される構築物の設計方法により構成されている。   The present invention is constituted by a method for designing a structure realized by combining the performances of a high tough adhesive and a high ductility material.

具体的には、補強対象であるコンクリート部材が接着界面で破壊することを避け、かつ、所定の粘り強さ(剥離限界ひび割れ幅)を維持しながら、補強材として用いる高延性材の厚さを抑えることができるようにすること、および所要の耐震性能を有するコンクリート部材、およびこれで構成された耐震化構造物を得ることができるという特徴がある。なお、本明細書において高延性材とは、ポリエステル繊維をベルト状若しくはシート状に織成してなる補強材をいい、高靱性接着剤とは、ウレタン系の一液性、無溶剤、湿気硬化タイプの剥離限界変位の大きい従来公知の接着剤をいうものとする。また、補強対象であるコンクリート部材とは、かぶりコンクリートを含む鉄筋コンクリートのようにひび割れ(亀裂)を伴って破壊する構築物を構成している構造要素をいうものとする。   Specifically, the thickness of the high ductility material used as the reinforcing material is suppressed while preventing the concrete member to be reinforced from breaking at the bonding interface and maintaining the predetermined tenacity (peeling limit crack width). And a concrete member having a required seismic performance, and a seismic structure composed of the concrete member. In the present specification, the high ductility material refers to a reinforcing material formed by weaving polyester fibers in a belt shape or a sheet shape, and the high toughness adhesive is a urethane one-component, solventless, moisture-curing type. A conventionally known adhesive having a large peeling limit displacement is assumed. The concrete member to be reinforced is a structural element that constitutes a structure that breaks with cracks (cracks), such as reinforced concrete including cover concrete.

この場合、コンクリート部材の変形モードには、図1および図2に示す曲げ変形と、図3および図4に示すせん断変形とが含まれる。   In this case, the deformation modes of the concrete member include bending deformation shown in FIGS. 1 and 2 and shear deformation shown in FIGS. 3 and 4.

すなわち、図1は、高靱性接着剤13を介して高延性材12がその側面に貼り付けられている梁(コンクリート部材)11が、ひび割れcを伴って曲げ変形する際の状態を模式的に描いたものである。この場合、図1の応力の状態を模式的に示す図2からも明らかなように、高延性材12は、コンクリート部材11内部に発生し該コンクリート部材11が負担する圧縮力には抵抗せず、引張力のみを負担して、曲げ変形に対する復元力を与えることで曲げ補強が実現する。従来技術である連続繊維補強や鉄板貼り付け補強では、圧縮力にも抵抗してしまうために、コンクリート部材が破壊されたりすることで補強効果が限られていた。   That is, FIG. 1 schematically shows a state in which a beam (concrete member) 11 having a high ductility material 12 attached to its side surface via a high tough adhesive 13 is bent and deformed with a crack c. It is drawn. In this case, as is apparent from FIG. 2 schematically showing the state of stress in FIG. 1, the high ductility material 12 does not resist the compressive force generated inside the concrete member 11 and borne by the concrete member 11. Bending reinforcement is realized by giving only a tensile force and giving a restoring force against bending deformation. In the continuous fiber reinforcement and the steel plate pasting reinforcement, which are conventional techniques, the reinforcing effect is limited because the concrete member is destroyed because it resists the compressive force.

また、図3は、高靱性接着剤13を介して高延性材12がその表面11aに貼り付けられているコンクリート部材11がひび割れcを伴ってせん断変形する際の状態を模式的に示したものである。この場合、図3の状態をミクロ的に示す図4からも明らかなように、高延性材12は、図3(a)に示す壁状のコンクリート部材11や図3(b)に示す柱状のコンクリート部材11にひび割れcを伴って作用するせん断変形に伴う引張応力を負担し、コンクリート部材11が負担する圧縮応力と協力し復元力を与えるように作用してコンクリート部材11を補強できることになる。   FIG. 3 schematically shows a state in which the concrete member 11 having the high ductility material 12 attached to the surface 11a via the high tough adhesive 13 undergoes shear deformation with cracks c. It is. In this case, as is apparent from FIG. 4 showing the state of FIG. 3 in a microscopic manner, the highly ductile material 12 is made of a wall-shaped concrete member 11 shown in FIG. 3A or a columnar shape shown in FIG. The concrete member 11 can be reinforced by acting on the concrete member 11 with a tensile stress associated with the shear deformation acting along with the crack c, and acting to provide a restoring force in cooperation with the compressive stress borne by the concrete member 11.

以下に概説する既往の研究によれば、高延性材12をコンクリート部材11の表面11aに高靱性接着剤13で貼り付けて行われるコンクリート部材補強方法において、単位幅当たりの剥離限界強度(高靱性接着剤13が剥離限界で高延性材12に発生する単位幅当たりの張力qfe)は、次の「数1」の式で表すことができる。

Figure 2019015167
ただし、
:高靱性接着剤の界面剥離エネルギー [N/mm]
:高延性材の有効ヤング率 [N/mm
t:高延性材の厚さ [mm] According to past studies outlined below, in a concrete member reinforcement method performed by sticking the high ductility material 12 to the surface 11a of the concrete member 11 with the high toughness adhesive 13, the peeling limit strength per unit width (high toughness) The tension per unit width q fe ) generated in the high ductility material 12 at the peeling limit of the adhesive 13 can be expressed by the following equation (1).
Figure 2019015167
However,
G f : Interfacial peeling energy of high tough adhesive [N / mm]
E f : Effective Young's modulus of high ductility material [N / mm 2 ]
t: Thickness of highly ductile material [mm]

すなわち、「数1」の式によれば、高延性材12の有効ヤング率Eと厚さtとを一定にすれば、高靱性接着剤13の界面剥離エネルギーGが大きいほど、高延性材12の有効ヤング率Eが大きいほど、大きな強度が得られるという事実が明らかになる。 That is, according to the formula of “Equation 1”, if the effective Young's modulus E f and the thickness t of the high ductility material 12 are made constant, the higher the interfacial peeling energy G f of the high tough adhesive 13, the higher the ductility. It becomes clear that the greater the effective Young's modulus E f of the material 12, the greater the strength.

しかし、界面剥離エネルギーGは、コンクリート部材11が破壊する程大きくなる必要はないので次の「数2」の式で示される値以下でよい。また、接着強度τと界面剥離エネルギーGとの関係から、高延性材12が剥離する限界のコンクリート部材11のひび割れ幅Δdが決まるので、「数3」の式の条件により、これを確保することができる。

Figure 2019015167
ただし、
εpu:コンクリート部材の圧縮ストラット(圧縮力伝達機構)の終局ひずみで、通常1%とする。[無次元]
Figure 2019015167
ただし、
τ:高靱性接着剤の平均接着強度 [N/mm
Δd:コンクリート部材の許容剥離限界ひび割れ幅、通常2mmとする。
[mm] However, interfacial peeling energy G f may be less than or equal concrete element 11 is shown by the formula for a "number 2" because not large need for more destroy. Further, since the crack width Δd A of the concrete member 11 at which the high ductility material 12 peels is determined from the relationship between the adhesive strength τ f and the interfacial peeling energy G f , Can be secured.
Figure 2019015167
However,
ε pu : ultimate strain of compression strut (compression force transmission mechanism) of concrete member, usually 1%. [Dimensionless]
Figure 2019015167
However,
τ f : Average adhesive strength of high tough adhesive [N / mm 2 ]
Δd A : Permissible peeling limit crack width of the concrete member, usually 2 mm.
[Mm]

さらに、次の「数4」の式の条件により、コンクリート部材11のせん断強度τよりも高靱性接着剤13の強度を低く抑えることにより、剥離時にコンクリート部材11を抉る破壊が生ずることを避けることができる。

Figure 2019015167
Furthermore, by suppressing the strength of the high-tough adhesive 13 lower than the shear strength τ B of the concrete member 11 according to the condition of the following “Equation 4”, it is possible to prevent the concrete member 11 from being broken at the time of peeling. be able to.
Figure 2019015167

図1〜図4に示すように、コンクリート部材11の表面11aに高靱性接着剤13で接着された高延性材12の強度は、次の「数5」の式で表される。

Figure 2019015167
ただし、
σfp:コンクリート部材の曲げ変形とせん断変形に対する高延性材の強度
[N/mm
ε:高延性材の強度発現時のひずみ [無次元] As shown in FIGS. 1 to 4, the strength of the high ductility material 12 bonded to the surface 11 a of the concrete member 11 with the high toughness adhesive 13 is expressed by the following “Equation 5”.
Figure 2019015167
However,
σ fp : Strength of high ductility material against bending deformation and shear deformation of concrete member
[N / mm 2 ]
ε p : Strain at the time of strength development of high ductility material [Dimensionless]

ここで、高延性材12の強度発現時のひずみεは、次の「数6」の式で表される。

Figure 2019015167
ただし、
εfe:高延性材の剥離限界ひずみ(b≧bfnes) [無次元]
εfu:高延性材の破断ひずみ Here, the strain ε p when the strength of the high ductility material 12 is expressed is expressed by the following equation (6).
Figure 2019015167
However,
ε fe : Peeling limit strain of high ductility material (b f ≧ b fnes ) [Dimensionless]
ε fu : Breaking strain of high ductility material

この場合、高延性材12の剥離限界ひずみεfeは、次の「数7」の式で表せる。

Figure 2019015167
In this case, the peeling limit strain ε fe of the high ductility material 12 can be expressed by the following equation (7).
Figure 2019015167

「数1」の式は、「数5」の式の高延性材12の強度発現時のひずみεに「数7」の式の剥離限界ひずみεfeを代入し、両辺に高延性材12の厚さtを乗じて得られるもので、高延性材12が破断せず、コンクリート部材11が破壊しないという仮定のもとで高延性材12に発現する強度である。「数2」の式は、「数7」の式の剥離限界ひずみεfeにコンクリート部材12の圧縮ストラットの終局ひずみεpuを代入し、高靱性接着剤13の界面剥離エネルギーGについて解いて得られたものであり、高延性材12が剥離するまで、コンクリート部材11が破壊しないという条件を表している。ただし、図2および図4に示す応力状態では、コンクリート部材11の圧縮ひずみと高延性材12の引張ひずみの絶対値はほぼ等しいといえるので、これを仮定している。
また、高延性材12が剥離するときのコンクリート部材11のひび割れ幅Δdは、次の「数8」の式で表される。これを高靱性接着剤13の平均接着強度τ:について解いたものが「数3」の式である。

Figure 2019015167
ただし、
:、界面接着力の分布形状から決まる定数で1とできる。 [無次元] The expression of “Equation 1” is obtained by substituting the peeling limit strain ε fe of the expression of “Equation 7” into the strain ε p when the strength of the highly ductile material 12 of the expression of “Equation 5” is developed, and the high ductility material 12 on both sides. It is obtained by multiplying the thickness t by the strength, and is a strength developed in the high ductility material 12 under the assumption that the high ductility material 12 does not break and the concrete member 11 does not break. The equation of “Equation 2” is obtained by substituting the ultimate strain ε pu of the compression strut of the concrete member 12 into the peeling limit strain ε fe of the equation of “Equation 7” and solving for the interfacial debonding energy G f of the high-tough adhesive 13. It is obtained and represents the condition that the concrete member 11 does not break until the highly ductile material 12 peels off. However, in the stress state shown in FIGS. 2 and 4, it can be said that the absolute values of the compressive strain of the concrete member 11 and the tensile strain of the high ductility material 12 are substantially equal.
Further, the crack width Δd A of the concrete member 11 when the highly ductile material 12 peels is expressed by the following equation (8). The expression of “Equation 3” is obtained by solving this with respect to the average adhesive strength τ f of the high-tough adhesive 13.
Figure 2019015167
However,
m b : is a constant determined from the distribution shape of the interfacial adhesive force and can be set to 1. [Dimensionless]

したがって、剥離限界のひび割れ幅Δdを許容値以下に抑えるならば、上記した「数3」の式の条件が必要になる。コンクリート部材11の補強の粘り強さを保持することは、補強上重要な要件であるので、この条件を置いている。コンクリート部材11が構造物であれば、一般的にΔd=2mmとすれば、十分である。これを「数8」の式に代入したものが、「数3」の式の右辺である。 Therefore, if the crack width Δd A at the peeling limit is suppressed to an allowable value or less, the condition of the above-described equation (3) is required. Since maintaining the tenacity of reinforcement of the concrete member 11 is an important requirement for reinforcement, this condition is set. If the concrete member 11 is a structure, it is generally sufficient that Δd A = 2 mm. The result of substituting this into the equation (8) is the right side of the equation (3).

つまり、高靱性接着剤13は、界面剥離エネルギーGが大きく、その平均接着強度τが補強対象であるコンクリート部材11のせん断強度τ以下であることに特徴がある。 In other words, high tenacity glue 13 has a large interfacial peeling energy G f, it is characterized in that the average bonding strength tau f is less than the shear strength tau B of the concrete member 11 is reinforced object.

因みに、一般コンクリートのせん断破壊強度は、圧縮強度の1/6〜1/4程度であり、一般の建築物に使われているコンクリートは、圧縮強度が、21N/mmであるので、これらをコンクリート部材とすれば、せん断破壊強度は、3〜5N/mm程度となり、このことは、次の「数9」の式として示すことができる。

Figure 2019015167
Incidentally, the shear fracture strength of general concrete is about 1/6 to 1/4 of the compressive strength, and the concrete used in general buildings has a compressive strength of 21 N / mm 2. In the case of a concrete member, the shear fracture strength is about 3 to 5 N / mm 2 , and this can be expressed as the following “Equation 9”.
Figure 2019015167

次に、高延性材12と高靱性接着剤13との性能を組み合わせた実施形態例について説明する。   Next, an embodiment example in which the performances of the high ductility material 12 and the high toughness adhesive 13 are combined will be described.

用いる高延性材12の種別については、既に製品化されている高延性材A(本出願人会社の製品名「SRF2100」),高延性材B(同製品名「SRF3100」),高延性材C(同製品名「SRF4100」),高延性材D(同製品名「SRF5100」)を用いる。それぞれの厚さ、有効ヤング率等は、表1に示すとおりである。   The types of the high ductility material 12 to be used are the high ductility material A (product name “SRF2100” of the applicant company), the high ductility material B (the product name “SRF3100”), and the high ductility material C that have already been commercialized. (Product name “SRF4100”) and high ductility material D (product name “SRF5100”) are used. Each thickness, effective Young's modulus, etc. are as shown in Table 1.

Figure 2019015167
Figure 2019015167

また、高靱性接着剤13の種別については、既に製品化されている表2の接着剤A(本出願人会社の製品名「SRF20」),接着剤B(同製品名「SRF30」)と、今回新たに開発した表3の接着剤C(同製品名「SRF40」を予定),接着剤D(同製品名「SRF60」を予定),接着剤E(同商品名「SRF90」を予定)とを用いる。   In addition, as for the type of the high-toughness adhesive 13, the adhesive A in Table 2 (product name “SRF20” of the applicant company) and the adhesive B (same product name “SRF30”) that have already been commercialized, The newly developed adhesive C (scheduled product name “SRF40”), adhesive D (scheduled product name “SRF60”), adhesive E (scheduled product name “SRF90”) Is used.

Figure 2019015167
Figure 2019015167

Figure 2019015167
Figure 2019015167

高延性材12と高靱性接着剤13とは、例えば表4に示すように組み合わせる。ただし、計算に用いる高靱性接着剤13の界面剥離エネルギーGには、設計上の安全率として0.7を乗じている。 The high ductility material 12 and the high toughness adhesive 13 are combined as shown in Table 4, for example. However, the interfacial peeling energy G f of high tenacity glue 13 used for the calculation is multiplied by 0.7 as a safety factor in the design.

Figure 2019015167
Figure 2019015167

また、高延性材12を重ねて用いて厚く使う場合における厚さと高靱性接着剤13との組み合わせについては、例えば表5のようにする。なお、高延性材12の種別については、いずれもヤング率が同じなので高延性材A〜Dのいずれであってもよい。また、高延性材12は、その厚さが厚くなると「数2」の式から計算される高靱性接着剤13の界面剥離エネルギーGの上限が大きくなるので、例えば表5のように高靱性接着剤Eを使った方が、「数5」〜「数7」で計算される強度σfpが大きくとれるので、界面剥離エネルギーGが比較的小さくコストが高めな例えば高靱性接着剤Aを使用する場合に比べて経済的な選択が可能となる。 Moreover, about the combination of the thickness and the high-toughness adhesive agent 13 in the case of using the high ductility material 12 in layers and using it thickly, for example, as shown in Table 5. In addition, about the classification of the high ductility material 12, since all have the same Young's modulus, any of the high ductility materials AD may be sufficient. The high-ductility material 12, since the upper limit of interfacial peeling energy G f of high tenacity glue 13 to be calculated when the thickness is increased from the equation "number 2" increases, such as high toughness as in Table 5 better to use adhesive E is, since the intensity sigma fp calculated in the "number 5" to the "number 7" is made large, the interfacial peeling energy G f is relatively small cost increase Do e.g. high tenacity adhesive a Economical selection is possible compared to the case of using.

Figure 2019015167
Figure 2019015167

すなわち、表5によれば、高延性材12の厚さに応じて、高靱性接着剤13の界面剥離エネルギーGが大きいものを使うことで、例えば界面剥離エネルギーGの小さな高靱性接着剤Aを使う場合に比べて、効率よく(高延性材12の強度発現時のひずみεを大きくして)使うことができることが判明する。 That is, according to Table 5, high ductility material 12 depending on the thickness, the high interfacial peeling energy G f toughness adhesive 13 By using what is large, for example, a small high toughness adhesive interfacial peeling energy G f As compared with the case of using A, it can be seen that it can be used more efficiently (by increasing the strain ε p when the strength of the high ductility material 12 is developed).

以上に述べたように、高延性材12と高靱性接着剤13との性能を組み合わせることにより、補強対象であるコンクリート部材11が破壊することを避け、かつ、所定の粘り強さ(剥離限界ひび割れ幅)を維持しながら、補強材として用いる高延性材12の厚さtを抑えられることが判明する。   As described above, by combining the performance of the high ductility material 12 and the high toughness adhesive 13, the concrete member 11 to be reinforced is prevented from being broken and has a predetermined tenacity (peeling limit crack width). It is found that the thickness t of the high ductility material 12 used as the reinforcing material can be suppressed while maintaining the above.

また、高延性材12は、引張剛性以外の剛性がコンクリート部材11に比べて十分に小さく、コンクリート部材11の圧縮ひずみにより、剥離したり、コンクリート部材11を破壊したりすることを避け、コンクリート部材11の圧縮応力と高延性材12が負担する引張応力とで、コンクリート部材11に対し曲げ変形、せん断変形に対する復元力を付与するという効果を得ることができる。   Further, the high ductility material 12 has a rigidity other than the tensile rigidity sufficiently smaller than that of the concrete member 11, and avoids peeling or destruction of the concrete member 11 due to the compressive strain of the concrete member 11. The compressive stress of 11 and the tensile stress borne by the high ductility material 12 can provide the concrete member 11 with an effect of imparting a restoring force against bending deformation and shear deformation.

また、本発明で用いられる高延性材12は、破断ひずみが大きいので、大きな変形を受けても補強効果を持続させることができる。   Moreover, since the high ductility material 12 used by this invention has a big fracture | rupture distortion, even if it receives a big deformation | transformation, it can maintain a reinforcement effect.

つまり、本発明で用いられる高靱性接着剤によれば、界面剥離エネルギーGが大きいため、「数2」の式からも明らかなように剥離限界強度が大きくなるという効果が得られるほか、接着強度が部材11のせん断強度より小さいので、大きな変形を受けて一部が剥離しても補強効果を持続させることができ、さらには、「数8」の式からも明らかなように大きなひび割れ幅に達するまで剥離開始しないという効果も得ることができる。 That is, according to the high toughness adhesive used in the present invention, since the interfacial peel energy Gf is large, the effect of increasing the peel limit strength can be obtained as is apparent from the formula (2). Since the strength is smaller than the shear strength of the member 11, the reinforcing effect can be maintained even if a part of the material 11 is peeled off due to a large deformation. Further, as is clear from the equation (8), the crack width is large. It is also possible to obtain an effect that the peeling does not start until reaching the value.

したがって、上記した高延性材12と高靱性接着剤13とは、高延性材12のヤング率Eおよび厚さと、高靱性接着剤13の界面剥離エネルギーGとが、コンクリート部材11の圧縮終局ひずみと「数3」の式が成立するように組み合わせることでコンクリート部材11の圧縮終局ひずみになる限界で剥離限界強度に達することになるので、界面剥離エネルギーGが大きい高価な接着剤を用いる場合に比べて安価な接着剤を選択できることになる。 Therefore, the high ductility material 12 and the high toughness adhesive 13 described above are such that the Young's modulus E f and thickness of the high ductility material 12 and the interfacial peeling energy G f of the high toughness adhesive 13 are the final compression of the concrete member 11. By combining the strain and the expression of “Equation 3”, the debonding limit strength is reached at the limit of the compressive ultimate strain of the concrete member 11, so an expensive adhesive having a large interfacial debonding energy Gf is used. Compared to the case, an inexpensive adhesive can be selected.

また、本発明が適用される構築物のコンクリート部材補強方法によれば、高延性材12を高靱性接着剤13を介してコンクリート部材11に設置する際に、高延性材12のヤング率、厚さと、高靱性接着剤13の界面剥離エネルギーとが、コンクリート部材11の圧縮ストラット(圧縮力伝達機構)の終局ひずみとの間で、所定の算式の関係が成立する状態にして組み合わせることで、コンクリート部材11の圧縮終局になる限界で剥離限界強度に達する条件、つまり界面剥離エネルギーが比較的小さくてより安価な高靱性接着剤であってもその条件を満たすことができることから、用いる高靱性接着剤に対しての経済的な選択肢をそれだけ多様化することができることになる。   Further, according to the method for reinforcing a concrete member of a structure to which the present invention is applied, when the high ductility material 12 is installed on the concrete member 11 via the high toughness adhesive 13, the Young's modulus, thickness and By combining the interfacial debonding energy of the high toughness adhesive 13 and the ultimate strain of the compression strut (compression force transmission mechanism) of the concrete member 11 in a state where a predetermined mathematical relationship is established, the concrete member Since the condition to reach the peel limit strength at the limit of the compression end of 11, that is, the tough adhesive having a relatively low interface peel energy and being cheaper can satisfy the condition, the high tough adhesive used The economic choices can be diversified accordingly.

しかも、コンクリート部材11に発生する大きなひび割れ幅に対しても復元力(強度)を保持させたり、高延性材12の破断、コンクリート部材11の破壊で効果が一気に失われる危険性を小さくしたり、コンクリート部材11の内部応力伝達と干渉することを小さくすることで、コンクリート部材11自体をM9クラスの地震の作用に相当する大きさや繰り返し回数の変形を受けても事実上破壊しないようにすることができる。なお、図1および図2のように高延性材12を貼り付けた場合には、大きな変形を受け、「数6」の式に示すようにコンクリートの圧縮ストラットが終局に達するとコンクリート部材11の強度が低下し圧縮ストラットが徐々に圧縮破壊することは避けられない。しかし、「数4」の式に示すように高靱性接着剤13の強度を調整した効果により、前記破壊に伴う高延性材12の剥離が、コンクリートを広範囲に破壊することを避け、まだ破壊しない部分のコンクリートを高延性材12と高靱性接着剤13とが一体化し、コンクリートの大半が圧潰しない限り、コンクリート部材11が全体として破壊することを防止できる。この結果、事実上、落ちない梁、落ちない壁ができる。また、特許文献2の図1に示すように、柱の周囲を周回するように高延性材を設置した場合には、内部のコンクリートが圧潰した後も、高延性材が破断しない限り潰れない柱とすることが可能である。さらに、高延性材12を薄くすることもできるので、それだけ材料費や施工手間を軽減したり、仕上がった部材の当初の形状や寸法をほとんど変えることなく補強施工することができる。   In addition, the restoring force (strength) can be maintained even for a large crack width generated in the concrete member 11, or the risk of the effect being lost at a stretch by breaking the high ductility material 12 or breaking the concrete member 11 is reduced, By reducing the interference with the internal stress transmission of the concrete member 11, the concrete member 11 itself can be prevented from being substantially destroyed even when subjected to deformation corresponding to the size and the number of repetitions of the action of the M9 class earthquake. it can. In addition, when the high ductility material 12 is affixed as shown in FIG. 1 and FIG. 2, when the concrete compression strut reaches the final state as shown in the formula (6), the concrete member 11 is subjected to a large deformation. It is inevitable that the strength will decrease and the compression strut will gradually compress and break. However, due to the effect of adjusting the strength of the high-toughness adhesive 13 as shown in the formula (4), the exfoliation of the high ductility material 12 accompanying the fracture avoids destroying the concrete in a wide range and does not yet break. As long as the high-ductility material 12 and the high-toughness adhesive 13 are integrated into a portion of the concrete and most of the concrete is not crushed, the concrete member 11 can be prevented from being broken as a whole. The result is a beam that does not fall, and a wall that does not fall. In addition, as shown in FIG. 1 of Patent Document 2, when a highly ductile material is installed so as to circulate around the column, the column that does not collapse unless the high ductility material breaks even after the concrete inside is crushed. Is possible. Furthermore, since the highly ductile material 12 can be made thin, it is possible to reduce the material cost and construction labor, and to reinforce the construction without substantially changing the initial shape and dimensions of the finished member.

さらに、本発明が適用される構築物の耐震化部材は、高靱性接着剤と高延性材とが奏する性能を用いて補強したコンクリート部材11を、実験装置にセットして、予め定めた方向と大きさ、および繰り返し回数の変形を載荷して、破壊しないことを確認した部材である。実験装置は、現在、建築研究所、京都大学等々の研究機関が保有しているコンクリート部材実験用の加力装置と反力壁とでよい。載荷する変形は、耐震部材試験方法として、過去の震災事例、今後想定する地震の作用等を考慮して定めて文書化することができる。現在行われているコンクリート部材実験は、50分の1程度の部材角までであり、繰り返し回数も各サイクル3回程度までであるが、これを遙かに超える大きさの変形や繰り返し回数の試験を前記文書に規定したとしても、現有の実験装置で実施可能である。なお、土木構造物では、高さが100mを超えるような巨大な柱脚などの部材を用いるが、この場合には、10分の1程度のスケールモデルを相似則を用いて実験することができる。   Further, the earthquake-proofing member of the structure to which the present invention is applied is a concrete member 11 reinforced with the performance of a high-toughness adhesive and a high ductility material, set in an experimental apparatus, and has a predetermined direction and size. In addition, it is a member that has been confirmed to be loaded and subjected to repeated deformations and not to be destroyed. The experimental apparatus may be a pressing apparatus and a reaction wall for concrete member experiments currently owned by research institutes such as the Institute for Architectural Research and Kyoto University. The deformation to be loaded can be determined and documented as a method for testing seismic members, taking into account past earthquake cases, actions of future earthquakes, and the like. The concrete member experiments currently being conducted are up to about 1/50 of the member angle, and the number of repetitions is up to about 3 times per cycle, but the deformation and the number of repetitions are much larger than this. Even if it is defined in the above document, it can be implemented with existing experimental equipment. In civil engineering structures, members such as huge column bases with a height exceeding 100 m are used, but in this case, a scale model of about one-tenth can be tested using the similarity rule. .

つまり、上記構築物の耐震化部材は、構築物の部材の主要材料である鉄筋コンクリートの損傷と破壊自体とを防止することで、大地震の作用が直接部材に加わっても、損傷が小さく、破壊しない部材を生み出すという効果を奏する。   In other words, the earthquake-resistant member of the above structure is a member that is small and does not break even if the action of a large earthquake is directly applied to the member by preventing damage and destruction of the reinforced concrete that is the main material of the member of the structure. The effect of creating.

この結果、コンクリート部材補強方法は、従来の想定を大幅に上回る新想定の地震の作用に対して、構造物全体の実大実験が不可能であるという現実を踏まえ、現有の施設と設備とで可能なスケールの実験を用いて大地震に対する耐震性の確認を行うことを可能にするという効果を奏することになる。   As a result, the concrete member reinforcement method cannot be used with existing facilities and equipment in the light of the fact that full-scale experiments on the entire structure are not possible against the effects of the newly assumed earthquake, which greatly exceeds the conventional assumptions. The effect of making it possible to confirm the seismic resistance against a large earthquake using an experiment of a possible scale is achieved.

さらに、耐震性構築物は、上記コンクリート部材補強方法によって所要の耐震性を確認したコンクリート部材で構築物を構成することにより、所要の耐震性を有した構築物を造るものである。   Further, the earthquake-resistant structure is a structure having a required earthquake resistance by forming the structure with a concrete member whose required earthquake resistance is confirmed by the above-described concrete member reinforcing method.

これを、我が国の建築物を例にとって実施形態を示せば、以下のようになる。まず、現行の耐震規準のうち、大地震に対する検討以外の部分(一次設計まで)に準拠して、建築物の諸元を定める。次に、この建築物の梁、柱、壁等の構造部材に対して、高延性材と高靱性接着剤とを用いた耐震補強を行い、上記コンクリート部材補強方法で耐震性を確認した耐震化部材を当てはめる。以上を設計基準図書に記載して、これに従って施工を行えばよい。   The following is an example of an embodiment of a Japanese building. First, the specifications of the building are determined in accordance with the part (up to the primary design) of the current earthquake resistance standards other than the examination for the major earthquake. Next, the structural members such as beams, columns, walls, etc. of this building were subjected to earthquake resistance reinforcement using high ductility material and high toughness adhesive, and the earthquake resistance was confirmed by the above concrete member reinforcement method. Fit the member. The above may be described in the design standard book and construction should be carried out according to this.

また、本発明に係る構築物の設計方法は、構築物を設計する際に、予め大地震以外の条件に対して各コンクリート部材11の諸元を計算等で各別に定めておき、これら各コンクリート部材11のそれぞれの諸元に応じて所要の耐震化に必要な高延性材12の仕様を一覧表にしたものを用いて各別に定める方法である。   Further, in the structure design method according to the present invention, when designing a structure, the specifications of each concrete member 11 are determined in advance by calculation or the like for conditions other than a large earthquake. This is a method for determining the specifications of the high ductility material 12 necessary for the required seismic resistance according to each specification using a list.

この場合における耐震化部材の確認実験は、予め行っておき、柱、壁等の寸法、内部の配筋等の諸元に応じて、例えばコンクリート部材11が鉄筋コンクリート製柱であれば、高延性材12等の設置仕様を次の表6に一例として示すような一覧表にしておけば、設計が迅速化できる。つまり、あたかも、耐火設計と同様な手順で耐震設計ができることになる。なお、表6の例においては、構築物の部材に現れる各種の諸元がさらに羅列され、これに応じた耐震被覆(高延性材、高靱性接着剤)が記載されることになる。表6は、建築物の鉄筋コンクリート製の柱を例にとって、本発明に係る構築物の設計法の仕様規定の形態を示している。同表の諸元の欄には、建築物の柱の寸法(幅b、せいD、内法比h0/D)、および材料の諸元(コンクリート強度Fc、主筋、および横筋の材質と量(鉄筋比))が記載されている。
本発明方法で、構築物を設計するには、以下の手順に従う。まず、当該建築物が満足することを要求される全条件(法的制約、経済的制約、建築主の意思等)のうち、大地震に対する安全確保以外の各条件を満たすよう、建築物の形状、間取り、柱壁の配置、諸元等を決定する。次に、その各コンクリート部材の諸元に応じて、表6の例にあるような仕様規定に従って耐震被覆の仕様(材料、厚さ)を決定することで設計が完了する。
In this case, the confirmation test of the seismic member is performed in advance, and depending on the dimensions of the columns, walls, etc., the internal reinforcement, etc., for example, if the concrete member 11 is a reinforced concrete column, a highly ductile material is used. If the installation specifications such as 12 are listed as shown in Table 6 as an example, the design can be speeded up. In other words, the seismic design can be performed in the same procedure as the fireproof design. In the example of Table 6, various specifications appearing on the members of the structure are further listed, and the earthquake-resistant coating (high ductility material, high toughness adhesive) corresponding to this is described. Table 6 shows the form of the specification provisions of the design method of the structure according to the present invention, taking a reinforced concrete column of a building as an example. In the specifications column of the table, the column dimensions of the building (width b, seismic D, internal ratio h0 / D), and material specifications (concrete strength Fc, material and amount of main bars and horizontal bars ( Reinforcing bar ratio)) is described.
To design a construct with the method of the present invention, the following procedure is followed. First of all, the shape of the building so that all the conditions (legal constraints, economic constraints, the intention of the building owner, etc.) required to satisfy the building satisfy the conditions other than ensuring safety against a major earthquake. , Layout, column wall layout, specifications, etc. Next, the design is completed by determining the specifications (material, thickness) of the earthquake-resistant coating according to the specifications defined in the example of Table 6 according to the specifications of each concrete member.

Figure 2019015167
Figure 2019015167

つまり、本発明に係る構築物の設計方法は、構築物を設計するに際し、所要の耐震化に必要な高延性材12の仕様を予め大地震以外の条件に対して計算等で定めたコンクリート部材11の諸元に応じて一覧表等の仕様規定にしたものを用いるので、あたかも耐火設計と同様な手順で耐震設計ができるようにして設計作業の迅速化を図ることができる。この結果、構築物の新設時の設計、および既存構築物の改修設計において、従来技術に比べ、大地震に対する安全性確保の観点からの要請が、構築物の柱壁の配置、および各コンクリート部材11の諸元を決めてしまうことが、大幅に少なくなり、従来技術に比べ、使用性、デザイン性に優れ、施工コストも安価な、構築物を建設することが可能になる。
すなわち、本発明は、我が国に代表される地震国の設計基準と、地震危険度を考慮しない地域の諸国の設計基準との差異を、中小地震に対する規定と大地震に対する耐震被覆の仕様規定のみに留めることを可能にする技術である。
さらに、本発明は、地震国においても、あたかも地震が発生しない地域に建設するかの如く、使用性、機能性、デザイン性、コストを追求した建築物やインフラ施設などの構築物を、安価に設計・施工して、それが、新想定のM9クラスの大地震で倒壊しないことを構築物全体を対象とした実大実験や非線形計算を用いることなく確認することを可能にする技術である。
大地震は、自然現象であり、この構築物に対する作用は、人知の及ぶ範囲を超えている。本発明の方法で設計、建設した部材および構築物も、当然、将来発生する大地震で破壊する危険性は残る。本発明の技術は、所要の耐震性能を、各々の部材に対して定義し、実験で確認することにより、個々の部材が破壊することを放置し、構築物全体の計算で良しとする従来技術に比べ前記危険性をより詳細に評価し認識し、これに対処することを可能にするものである。
That is, in the structure design method according to the present invention, when the structure is designed, the specifications of the high ductility material 12 necessary for the required earthquake resistance of the concrete member 11 determined in advance for the conditions other than the large earthquake are calculated. Since the specifications specified in the list and the like are used according to the specifications, it is possible to speed up the design work by enabling the seismic design in the same procedure as the fireproof design. As a result, in the design of new structures and the retrofit design of existing structures, the demand from the viewpoint of ensuring safety against large earthquakes compared to the prior art is the arrangement of the pillar walls of the structure and various concrete members 11 Deciding the origin is greatly reduced, and it becomes possible to construct a structure that is superior in usability and design compared to the prior art, and has a low construction cost.
In other words, the present invention differs from the design standards of earthquake countries represented by Japan and the design standards of regional countries that do not consider earthquake risk only to the provisions for medium and small earthquakes and the specifications for earthquake resistant coatings for large earthquakes. It is a technology that makes it possible to fasten.
Furthermore, the present invention is designed to inexpensively design structures such as buildings and infrastructure facilities pursuing usability, functionality, design, and cost, as if they were to be constructed in an earthquake-prone area, even in an earthquake-prone country.・ It is a technology that allows construction to be confirmed without using a full-scale experiment or non-linear calculation for the entire structure to prevent it from collapsing due to a newly assumed M9 class earthquake.
Large earthquakes are a natural phenomenon, and the effects on this structure are beyond the reach of human knowledge. Of course, the members and structures designed and constructed by the method of the present invention still have a risk of being destroyed by a large earthquake that occurs in the future. The technology of the present invention is a conventional technology that defines the required seismic performance for each member and confirms it by experiment, leaving the individual members broken, and making the calculation of the whole structure good. In comparison, the risk can be evaluated and recognized in more detail and dealt with.

11 コンクリート部材
11a 表面
12 高延性材
13 高靱性接着剤
11 Concrete member 11a Surface 12 High ductility material 13 High toughness adhesive

Claims (1)

構築物の設計法において、前記構築物の各コンクリート部材は、大地震以外の条件に対して予め定められている性能規定および仕様規定に従ってそれぞれの諸元を各別に定めるとともに、これら各諸元に応じた仕様規定に従ってそれぞれの耐震性能を各別に定めることを特徴とする構築物の設計方法。 In the design method of the structure, each concrete member of the structure is determined separately according to performance specifications and specification specifications determined in advance for conditions other than a large earthquake, and according to these specifications. A method for designing a structure, characterized in that each seismic performance is determined separately according to the specification rules.
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