JP2021017716A - コンクリート柱の補強方法およびコンクリート柱 - Google Patents

Abstract

【課題】耐震強度が高くかつ過剰なコストアップを招くことのないコンクリート柱を実現する。【解決手段】少なくとも柱の下端から柱の幅分だけ高い位置までの第１の範囲および柱の上端から柱の幅分だけ低い位置までの第２の範囲に、一面から内部に向かってＵ字状をなす剪断補強材（１４）が配設され、その剪断補強材の周囲には流動性硬化材が充填、固化されているようにした。また、コンクリート柱の補強方法は、既設のコンクリート柱の一面よりＵ字状もしくはコの字状をなす連続した孔を形成する削孔工程と、前記孔内に剪断補強材を、両端が前記一面より突出した状態に挿入する工程と、前記剪断補強材の周囲に流動性硬化材を充填する工程と、前記剪断補強材の両端に係止部をそれぞれ設ける工程とを含むようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、既設のコンクリート柱の補強方法および補強されたコンクリート柱に関し、特に鉄筋コンクリート柱にＵ字状の孔を削孔し剪断補強材を配して耐震強度を向上させる際に利用して好適なコンクリート柱補強技術に関する。

従来、鉄筋コンクリート柱の補強方法に関する技術としては、例えばコンクリート柱の一側面より長孔を穿ち、この長孔に剪断補強材を打ち込み残部空隙に流動状硬化性樹脂もしくは無機系モルタルを充填し固化させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
上記補強方法においては、柱の一側面から対面に沿って埋設されている主鉄筋列近傍にまで達する真っ直ぐな長孔を複数本平行もしくは交差するように穿ち、それぞれの長孔に剪断補強材を挿入して周囲を硬化材で固化させるというものであり、複数本の補強材は互いに結合されておらずバラバラである。そのため、補強材によるコアコンクリートの拘束力が充分なものでなかった。

特開２０００−１１０３６５号公報

従来、鉄筋コンクリート柱には、特許文献１にも記載されているように、主鉄筋を囲むように帯鉄筋を設けているものがある。帯鉄筋はコンクリートを拘束することができるため耐震強度を高めることができる。しかし、帯鉄筋が設けられている従来の鉄筋コンクリート柱は、構築時に予め帯鉄筋が埋設されたものであり、後から耐震補強のために設けたものはなかった。
一方、既設のコンクリート柱に対する補強方法は、特許文献１に記載されているような、柱の一側面から真っ直ぐな長孔を穿ち剪断補強材を挿入して固化させるものであり、後からコンクリートを拘束することができる補強材を設けたコンクリート柱はなかった。

本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、耐震強度が高くかつ過剰な補強に伴うコストアップを回避することができるコンクリート柱を提供することにある。
本発明の他の目的は、既設のコンクリート柱の一面からコンクリートを拘束可能な剪断補強材を挿入して耐震強度を高めることができるコンクリート柱の補強方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明に係るコンクリート柱は、
少なくとも柱の下端から柱の幅分だけ高い位置までの第１の範囲および柱の上端から柱の幅分だけ低い位置までの第２の範囲に、一面から内部に向かってＵ字状をなす剪断補強材が配設され、前記剪断補強材の周囲には流動性硬化材が充填、固化されているようにしたものである。

上記のような構成を有するコンクリート柱によれば、Ｕ字状の剪断補強材が内側のコンクリートを拘束するため、耐震強度を高めることができる。また、地震等の揺れが発生した際に相対的に大きな応力が生じ易い床に近い柱の下端部および梁に近い柱の上端部に、優先的に剪断補強材が配設されているため、耐震強度を高めつつ過剰な剪断補強材を設けることに伴うコストアップを回避することができる。

ここで、望ましくは、前記第１の範囲および前記第２の範囲には前記剪断補強材が所定のピッチで複数本配設されているとともに、前記第１の範囲および前記第２の範囲以外の範囲には、前記ピッチよりも大きいピッチで複数本のＵ字状をなす剪断補強材が配設されているようにする。
これにより、地震等の揺れが発生した際に相対的に大きな応力が生じ易い床に近い柱の下端部および梁に近い柱の上端部は比較的小さなピッチで配設され、中間部は比較的大きなピッチで配設されるので、柱全体に亘って耐震強度を高めつつ過剰なコストアップを招くのを回避することができる。

また、望ましくは、柱の一面に接合された補強用プレートを備え、前記剪断補強材の両端は前記補強用プレートの表面より突出し、突出した前記剪断補強材の両端には係止部が設けられているようにする。
これにより、Ｕ字状の剪断補強材および補強用プレートで内側のコアコンクリートをしっかりと拘束するため、剪断耐力の向上と合わせて大幅な変形性能の向上を図ることができる。

さらに、望ましくは、前記補強用プレートは複数の剪断補強材に対応する大きさを有し、前記補強用プレートを前記柱の一面に固定するため固定手段が設けられているようにする。
これにより、補強用プレートをより強固に柱に固定することができ、コアコンクリートの拘束力を高めることができる。

また、望ましくは、前記剪断補強材は鋼線を撚り合わせてなるワイヤロープとする。
これにより、Ｕ字状の剪断補強材をコンクリート柱に形成したＵ字状の長孔内に配設し易くすることができる。

本出願の他の発明に係るコンクリート柱の補強方法は、
既設のコンクリート柱の一面よりＵ字状もしくはコの字状をなす連続した孔を形成する削孔工程と、
前記孔内に剪断補強材を、両端が前記一面より突出した状態に挿入する工程と、
前記剪断補強材の周囲に流動性硬化材を充填する工程と、
前記剪断補強材の両端に係止部をそれぞれ設ける工程と、
を含むようにしたものである。
上記のような手順に従った補強方法によれば、Ｕ字状の剪断補強材をコンクリート柱に形成したＵ字状の長孔内に配設して、コンクリート柱の耐震強度を高めることができる。

また、望ましくは、前記削孔工程は、
前記一面より当該面と直交する方向へ真っ直ぐな一対の縦孔を形成する第１工程と、
前記一対の縦孔の奥部より手前の部位より斜め内側へ向かう方向へ一対の斜孔を形成する第２工程と、
前記縦孔の奥部より内側横方向へ向かい前記一対の縦孔の奥部間を連通する横孔を形成する第３工程と、を含むようにする。
これにより、コンクリート柱の一面より剪断補強材を通すためのＵ字状をなす連続した長孔を効率良く削孔することができる。

本発明によれば、耐震強度が高くかつ過剰な補強に伴うコストアップを回避することができるコンクリート柱を実現することができることができる。また、本発明のコンクリート柱の補強方法によれば、既設のコンクリート柱の一面からコンクリートを拘束可能な剪断補強材を挿入して耐震強度を高めるという効果がある。

（Ａ）および（Ｂ）は本発明に係るコンクリート柱の実施形態を示す正面図および断面平面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は実施形態のコンクリート柱の変形例を示す正面図および断面平面図である。 （Ａ）および（Ｂ）はコンクリート柱へのＵ字状の長孔の削孔方法の第１工程を示す断面平面図である。 （Ａ）および（Ｂ）はコンクリート柱へのＵ字状の長孔の削孔方法の第２工程を示す断面平面図である。 （Ａ）および（Ｂ）はコンクリート柱へのＵ字状の長孔の削孔方法の第３工程を示す断面平面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るコンクリート柱および補強方法の実施形態について詳細に説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明に係るコンクリート柱の一実施形態を示すもので、このうち、図１（Ａ）はコンクリート柱の正面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のコンクリート柱の要部断面平面図である。なお、図１のコンクリート柱１０は、既設の鉄筋コンクリート柱に後から剪断補強材を挿入して耐震強度を高めたもので、既設の鉄筋コンクリート柱には所定の間隔をおいて配設された鉛直方向の複数本の主鉄筋１１が予め埋設されている。なお、図１（Ｂ）に破線で示されているように、主鉄筋１１を囲むように配設された帯鉄筋１２が設けられていることもある。

図１（Ｂ）に示すように、本実施形態のコンクリート柱１０は、柱の一側面に鋼板などからなる補強用プレート１３が接合され、該補強用プレート１３が接合された面から対向する面の近傍に位置する主鉄筋１１の近くまで達するＵ字状の剪断補強材１４が配設されている。そして、剪断補強材１４の両端には、補強用プレート１３の対応する部位に形成されている挿通穴より突出し、端部を係止する係止部１５Ａ，１５Ｂが固着されている。
ここで、剪断補強材１４は、例えば一方の端部に係止部１５Ａを固着した後、他方の端部を引っ張った状態で係止部１５Ｂが固着することによって、張力が付与された状態で配設されていても良い。また、係止部１５Ａ，１５Ｂと補強用プレート１３との間にクサビを打ち込んで剪断補強材１４に張力を付与するようにしても良い。

また、Ｕ字状の剪断補強材１４の内側には、２本の直筋１６Ａ，１６Ｂが所定の間隔をおいて配設されている。この直筋１６Ａ，１６Ｂの端部も補強用プレート１３の対応する部位に形成されている挿通穴より突出し、ナット１７Ａ，１７Ｂが螺合されている。直筋１６Ａ，１６Ｂの主たる機能は、補強用プレート１３を柱の側面に固定する機能であるが、長さおよび位置を適切に設計することで、剪断補強筋としても機能させることができる。

上記剪断補強材１４には、形成したＵ字状の孔に挿入し易くするため例えば鋼線を撚り合わせてなるワイヤロープを用い、直筋１６Ａ，１６Ｂには抜けにくくするため例えばアンカーボルトや鉄筋に用いられる異形棒鋼を用いることが考えられる。直筋１６Ａ，１６Ｂは、従来の補強筋と同様に、柱を穿孔して挿入した後に流動状硬化性樹脂を注入して硬化させることで埋設することができる。
係止部１５Ａ，１５Ｂは、例えば剪断補強材１４の両端部にそれぞれ金属スリーブを嵌合してかしめ器具を用いてかしめることで固着したものでも良いし、剪断補強材１４の両端部をこぶ状に塑性変形させたものであっても良い。

上記のような剪断補強材１４は、図１（Ａ）に示すように、地震等の揺れが発生した際に相対的に大きな応力が生じ易い床に近い柱の下端部および梁に近い柱の上端部においては比較的小さなピッチで配設され、中間部においては比較的大きなピッチで配設されている。小さなピッチで剪断補強材１４を配設する範囲は、例えば柱の下端から柱の幅と同一の高さ位置までの範囲と、柱の上端から柱の幅分だけ低い位置までの範囲とする。
また、固定用の直筋１６Ａ，１６Ｂは、特に限定されるものでないが、柱の下端部および柱の上端部にのみ剪断補強材１４の配設ピッチと同じピッチで配設されている。なお、固定用の直筋１６Ａ，１６Ｂは、柱の中間部にも配設して良いし、２本１組でなく１本ずつ配設するようしても良い。さらに、Ｕ字状の剪断補強材１４と異なる高さ位置に配設しても良い。

上記のような構成のコンクリート柱によれば、内部に配設されたＵ字状の剪断補強材１４および補強用プレート１３によって内側のコンクリートを抱きかかえ、柱のコア部分を閉合した形態で拘束するため、大規模地震等で鉄筋コンクリート柱に大きな変形が生じた場合もコアコンクリートが維持され、剪断耐力の向上と合わせて大幅な変形性能の向上を実現することができ、耐震強度を高めることができる。また、部位に応じて剪断補強材１４を配設するピッチを変えているため、過剰なコストアップを招くことのなくコンクリート柱全体の耐震強度を高めることができる。さらに、柱の一面から工事を行うことができるため、周囲に作業スペースが少ないコンクリート柱に対しても補強を実施することができる。

図２には、上記実施形態のコンクリート柱の変形例が示されている。
図２の変形例は、補強用プレート１３を使用する代わりに、各剪断補強材１４の端部ごとに座金１８を設けたものである。また、剪断補強材１４を配設する範囲を例えば柱の下端から柱の幅と同一の高さ位置までの範囲と、柱の上端から柱の幅分だけ低い位置までの範囲に限定しているとともに、図１のものよりもピッチも大きくし、固定用の直筋１６Ａ，１６Ｂも使用せず、省略している。なお、座金１８を設ける代わりに、柱の下部に一点鎖線で示されているように、各対の係止部１５Ａ，１５Ｂに跨る短冊状の鋼板製当て板１９を設けるようにしても良い。

上記のような構成であっても、特許文献１に記載されている直筋の剪断補強材による補強に比べて、Ｕ字状の剪断補強材１４は内側のコアコンクリートを拘束する効果があるため、耐震強度を高めることができる。なお、補強用プレート１３を使用しない上記変形例は、例えば柱の高さに比べて断面積が大きくもともと高くしたい強度の量が少ない柱に適用することが考えられる。

次に、上記実施形態のコンクリート柱の補強方法を、図３〜図５の柱の断面平面図を用いて説明する。なお、以下に説明する剪断補強材１４を挿入するための長孔の形成は、ウォータージェット式の削孔装置を用いて実施することができる。
長孔の形成に当たっては、先ず、図３（Ａ）に示すように、前方へ向かって高圧水を噴出可能なノズル２１Ａを有する高圧ランス２０を使用して、一方（図では右方）の主鉄筋１１の列の内側に真っ直ぐな縦孔３１Ａを、破線で示すような所定の深さ位置まで削孔する。続いて、図３（Ｂ）に示すように、対向する主鉄筋１１の列の内側に真っ直ぐな縦孔３1Ｂを所定の深さ位置まで削孔する。

次に、図４（Ａ）に示すように、横方向へ高圧水を噴出可能なノズル２１Ｃを有する高圧ランス２０を使用して、ノズル２１Ｃより高圧水を噴出して、縦孔３１Ａの奥部より少し手前の部位に横方向の比較的浅い補助孔３３Ａ’を削孔する。続いて、図４（Ｂ）に示すように、斜め方向へ高圧水を噴出可能なノズル２１Ｂを有する高圧ランス２０を使用して、補助孔３３Ａ’より少し手前の部位から、所定深さまで斜孔３２Ａを削孔する。
その後、図５（Ａ）に示すように、横方向へ高圧水を噴出可能なノズル２１Ｃを有する高圧ランス２０を使用して、一方の縦孔３１Ａの奥部の上記補助孔３３Ａ’へ高圧水を噴出して、他方の縦孔３１Ｂへ向かう横孔３３Ａを中央付近まで延長させる。
続いて、図５（Ｂ）に示すように、他方の縦孔３１Ｂに対しても、奥部から少し手前位置に上記と反対方向へ向かって補助孔３３Ｂ’を削孔した後に、斜孔３２Ｂを削孔し、補助孔を延長させて横孔３３Ｂを中央付近まで削孔して貫通させる。これにより、ほぼＵ字状をなす通路を有する空隙が形成される。

続いて、挿入する剪断補強材１４の先端に、比較的径の細い先導用のワイヤもしくは紐の一端を結合し、この先導用のワイヤもしくは紐の他端を縦孔３１Ａ（または３１Ｂ）の入口へ挿入して、縦孔３１Ａ−斜孔３２Ａ−横孔３３Ａ−横孔３３Ｂ−斜孔３２Ｂ−縦孔３１Ｂのように挿通させる。そして、縦孔３１Ｂ（または３１Ｂ）の入口より突出した先導用のワイヤもしくは紐の端部を挟持して、他端に結合されている剪断補強材１４を引っ張ってＵ字状の孔内へ挿通させる。なお、この際、出口側にバキュームポンプのホースを接続して吸引することで、円滑にワイヤもしくは紐を挿通させることができる。

その後、縦孔３１Ａ（または３１Ｂ）の入口から流動状硬化性樹脂を注入して剪断補強材１４と孔との隙間や空隙を充填する。続いて、剪断補強材１４に張力を与えるようにして剪断補強材１４の両端部に係止部１５Ａ，１５Ｂを固着して、１本の剪断補強材の配設作業が完了する。複数の剪断補強材１４が必要な場合には、高さを変えて上記作業を繰り返す。なお、コンクリート柱に形成した孔の全長よりも長い剪断補強材１４を挿入して、入口または出口より突出している部位を切断してから係止部１５Ａ，１５Ｂを固着するようにしても良いし、係止部１５Ａ，１５Ｂを固着してから切断するようにしても良い。

上記のような方法によれば、既設のコンクリート柱１０内へコアコンクリートを拘束可能なＵ字状の剪断補強材１４を配設することができる。ただし、既設のコンクリート柱１０内への剪断補強材１４の配設の仕方は、上記方法に限定されず、どのような方法であっても良い。
また、補強用プレート１３を柱の一面に固定するため固定手段は、柱に打設した直筋１６Ａ，１６Ｂおよびナット１７Ａ，１７Ｂに限定されず、例えば鋲やバンド等を用いて固定するようにしても良い。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、剪断補強材１４を、水平面内でＵ字状をなすように形成しているが、水平面に対して傾斜した面内でＵ字状をなすように形成しても良い。
また、前記実施形態においては、コンクリート柱の一面から剪断補強材１４を挿入して柱を補強しているが、周囲に作業スペースがあればコンクリート柱の複数の面から剪断補強材１４を挿入して柱を補強するようにしても良い。
さらに、前記実施形態においては、本発明を鉄筋コンクリート柱の補強に適用した場合を例にとって説明したが、本発明は鉄筋コンクリート柱以外のコンクリート構造物の補強にも利用することができる。

１０ コンクリート柱
１１ 主鉄筋
１２ 帯鉄筋
１３ 補強用プレート
１４ 剪断補強材
１５Ａ，１５Ｂ 係止部
１６Ａ，１６Ｂ 固定用の直筋
１７Ａ，１７Ｂ ナット
１８ 座金
２０ 高圧ランス
２１Ａ〜２１Ｃ ノズル

Claims (7)

1. 少なくとも柱の下端から柱の幅分だけ高い位置までの第１の範囲および柱の上端から柱の幅分だけ低い位置までの第２の範囲に、一面から内部に向かってＵ字状をなす剪断補強材が配設され、前記剪断補強材の周囲には流動性硬化材が充填、固化されていることを特徴とするコンクリート柱。
2. 前記第１の範囲および前記第２の範囲には前記剪断補強材が所定のピッチで複数本配設されているとともに、前記第１の範囲および前記第２の範囲以外の範囲には、前記ピッチよりも大きいピッチで複数本のＵ字状をなす剪断補強材が配設されていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート柱。
3. 柱の一面に接合された補強用プレートを備え、前記剪断補強材の両端は前記補強用プレートの表面より突出し、突出した前記剪断補強材の両端には係止部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート柱。
4. 前記補強用プレートは複数の剪断補強材に対応する大きさを有し、前記補強用プレートを前記柱の一面に固定するため固定手段が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のコンクリート柱。
5. 前記剪断補強材は鋼線を撚り合わせてなるワイヤロープであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンクリート柱。
6. 既設のコンクリート柱の一面よりＵ字状もしくはコの字状をなす連続した孔を形成する削孔工程と、
   前記孔内に剪断補強材を、両端が前記一面より突出した状態に挿入する工程と、
   前記剪断補強材の周囲に流動性硬化材を充填する工程と、
   前記剪断補強材の両端に係止部をそれぞれ設ける工程と、
   を含むことを特徴とするコンクリート柱の補強方法。
7. 前記削孔工程は、
   前記一面より当該面と直交する方向へ真っ直ぐな一対の縦孔を形成する第１工程と、
   前記一対の縦孔の奥部より手前の部位より斜め内側へ向かう方向へ一対の斜孔を形成する第２工程と、
   前記縦孔の奥部より内側横方向へ向かい前記一対の縦孔の奥部間を連通する横孔を形成する第３工程と、
   を含むことを特徴とする請求項６に記載のコンクリート柱の補強方法。

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