JP2796501B2 - 既設コンクリート構造物の補強構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、炭素繊維等と樹脂の
複合材料からなる高強度繊維複合補強材を使用して既設
のコンクリート構造物を補強する補強構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年、既設の鉄筋コンクリート構造物等
においては、構造部材の経年変化による劣化のために、
設計時の性能を保持できなくなった構造物や、より優れ
た性能を必要とされる構造物が散見されるようになって
きた。具体的にいえば、耐震性能の向上を目的とした補
強や、構造部材の劣化に対する補修、あるいは構造物の
機能性の向上を目的とした補強などが実施されている。

【０００３】このような既存の鉄筋コンクリート構造物
に対する補強技術としては、従来、次に述べるような工
法が一般的に採用されてきており、数多い実績を有して
いる。

【０００４】(1) 鉄筋コンクリートの増打ち これは、既存の鉄筋コンクリート面に鉄筋コンクリート
を打ち足して断面増加を図る工法である。図３に示すの
は、既設受台Ａ，既設底版Ｂ，ＲＣ杭などからなる耐震
対象機器の基礎補強の例であり、既設受台Ａにおける増
設する部分に、異径鉄筋の下端を削孔に挿入して樹脂接
着剤で固定するいわゆる樹脂アンカー５０を植設し、こ
の樹脂アンカー５０に受台補強配筋（フープ筋）５１を
定着させている。既設底版Ｂにおける増設部分には底版
補強配筋５２を配設している。また、既設と新設のコン
クリート打継面には、全てチッピングを施して不良箇所
を取り除き、削孔に基端部を挿入するタイプの彫込アン
カー（ジベル）５３を多数取付けて一体化を図ってい
る。

【０００５】図４に示すのは、既設底版Ｂに立設された
既設柱Ｃの例であり、既設受台Ａと同様に、樹脂アンカ
ー５０と、補強配筋（フープ筋）５１と、彫込アンカー
（ジベル）５３を使用している。

【０００６】(2) 鋼板の貼付け これは、既存の鉄筋コンクリート面に鋼板を貼付け、曲
げ破壊に対する耐力の向上を図る工法である。図５に示
すのは、既設梁Ｄの下面に対する補強の例であり、鋼板
６０の貼着面にジベル６１を植設し、鋼板６０と既設梁
Ｄの境界面にエポキシ樹脂等の接着剤・シール材６２を
充填して接着し、一体化を図る。補強必要区間に対し
て両端部に必要な長さの定着区間を付加している。

【０００７】(3) 炭素繊維シートの貼付け これは、前記鋼板貼付工法における曲げに対する応力材
としてシート状の炭素繊維補強材を使用する工法であ
る。炭素繊維シート７０と既設梁Ｄのコンクリート表面
の接着はエポキシ樹脂接着剤７１を使用する。この場合
も、補強必要区間に対して所定長さの定着区間を加
えて、構造計算上必要な長さのシート貼付施工範囲を形
成している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ような従来の工法は、一般的に次に示すような問題点を
抱えている。

【０００９】(1) 従来の鉄筋コンクリート増打工法や鋼
板貼付工法は、構造物としての機能性や施工時の作業性
の点で空間的な制約を受けることが多いという問題があ
り、また使用材料が多く、使用材料の自重が重いことな
どから、作業能率や作業安全性の面でも問題がある。

【００１０】(2) 鋼板貼付工法や炭素繊維シート貼付工
法は、補強必要区間に定着区間を加え貼付区間を広げる
ことによって定着域を確保しているが、施工対象区間が
冗長になりがちであり、さらに柱〜梁の接合部分などの
ような部材変化点に使用する場合には有効な定着域を確
保することができず、適用が困難となる。

【００１１】なお、炭素繊維シート貼付工法で定着区間
を短縮する手段として、特開平４−１８９９７７号公報
に既存コンクリート躯体の補強構造が提案されている。
これは、図６に示すように、柱や梁などの既存コンクリ
ート躯体表面に、炭素繊維やアラミド繊維などからなる
テープ状あるいはシート状の高強度長繊維補強材８０を
繊維配向方向がコンクリート躯体長手方向に沿うように
添設し、この高強度長繊維補強材８０の両端部のみを接
着剤によりコンクリート躯体に固着してなる補強構造に
おいて、前記固着区間のコンクリート躯体の表面に、段
差部（ストランド状またはテープ状の高強度長繊維補強
材による凸部，モルタルを介して取付けた樹脂やステン
レス鋼板からなる凸部，削製された凹溝）８１を形成
し、この段差部８１の上に前記高強度長繊維補強材８０
を重ねて貼着し、さらにこの高強度長繊維補強材８０の
上に、ストランド状またはテープ状の高強度長繊維補強
材８２を繊維配向方向を周方向（コンクリート躯体長手
方向に直交する方向）に沿わせて配設し、高強度長繊維
補強材８０を湾曲させて段差部８１に係止させるもので
ある。

【００１２】このような補強構造であれば、高強度長繊
維補強材８０に作用する張力は、その両端部における接
着剤の剪断耐力に加えて、段差部による係止力が負担す
るので、固着区間を短縮することができ、全長が短いコ
ンクリート躯体でも所望の補強強度が得られ、また施工
が容易となるが、この場合でも柱〜梁などの接合部分の
ような部材変化点の補強に適用することができない。

【００１３】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、空間的な制約を受け
ることがなく、施工が容易で作業性・作業安全性などに
優れ、しかも柱〜梁の接合部など定着区間を確保できな
い場合に容易に適用できる既設コンクリート構造物の補
強構造を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、既設コンクリ
ート構造物のコンクリート躯体表面に、高強度繊維複合
補強材（炭素繊維，アラミド繊維などの長繊維とエポキ
シ樹脂などの樹脂からなる複合材料）を貼着し、この高
強度繊維複合補強材とコンクリート躯体とを一体化させ
ることにより補強する既設コンクリート構造物の補強構
造において、図１，図２に示すように、交差して接合さ
れているコンクリート躯体（例えば装置基礎の既設受台
Ａと既設受台Ｂ、あるいは既設柱Ｃと既設梁Ｄ）の一方
のコンクリート躯体の表面に、炭素繊維テープ１などの
テープ状の高強度繊維複合補強材をこのコンクリート躯
体の長手方向に沿って貼着し、他方のコンクリート躯体
に穿設された挿入固定孔２に前記テープ状高強度繊維複
合補強材の端部を挿入し、この挿入固定孔２にエポキシ
樹脂などの接着剤３を充填することにより前記テープ状
高強度繊維複合補強材の端部を固着する。

【００１５】テープ状高強度繊維複合補強材は、その両
端部を挿入固定孔２にそれぞれ挿入してエポキシ樹脂な
どの接着剤３により固着してもよいし、例えば既設受台
Ａの場合には、一端部を挿入固定孔２とエポキシ樹脂な
どの接着剤３による固着とし、他端部は炭素繊維シート
４などのシート状高強度繊維複合補強材によるフープ巻
きで定着する。

【００１６】

【作用】以上のような構成において、薄くて細長い炭素
繊維テープ１などのテープ状高強度繊維複合補強材を使
用して補強するため、施工に際して空間的な制約を受け
ることがなく、軽量でハンドリング性が良いなどから、
作業能率，作業安全性の向上を図れる。また、補強完成
後における構造物の断面変化が僅少であり、また死荷重
の増加も無視できるので、構造系の変化を伴うことはな
い。

【００１７】テープ状高強度繊維複合補強材の端部を挿
入固定孔２に挿入してエポキシ樹脂などの接着剤３によ
り固着するため、柱〜梁や，受台〜底版などの接合部に
おいて定着区間を確保できない場合に容易に適用でき
る。さらに、シート状の応力材を挿入固定する場合に
は、相手側のコンクリート躯体の主筋を切断して打設す
ることになり、有効な補強とはなり得ないが、テープ状
高強度繊維複合補強材であれば、薄く幅が小さいため、
前述のような心配がなく、有効な補強をなし得る。

【００１８】なお、テープ状高強度繊維複合補強材はあ
る程度の剛性を有しているので、挿入固定孔２に容易に
挿入することができる。

【００１９】テープ状高強度繊維複合補強材の他端部を
シート状高強度繊維複合補強材で定着する場合には、テ
ープ状高強度繊維複合補強材が薄いため確実に巻き付け
ることができ、またフープ効果により定着効果が大きく
なり、定着長を低減することができる。

【００２０】

【実施例】以下、この発明を図示する一実施例に基づい
て説明する。図１は、石油精製工場における耐震対象機
器の基礎の既設受台Ａに適用した補強例である。既設受
台Ａは既設底版Ｂの上に計４つ突設されており、既設受
台Ａのの領域が既設断面において耐震補強が必要とさ
れる領域であり、の領域が受台〜底版の接合部分、即
ち部材変化点における定着領域である。の領域は部材
の途中における通常の定着領域である。

【００２１】このような構造において、テープ長手方向
に配向された炭素長繊維にエポキシ樹脂を含浸させた、
例えば幅２ｃｍ，厚さ０．２ｃｍ程度（設計強度約４０
００ｋｇ／本）の炭素繊維テープ１を使用し、この炭素
繊維テープ１を既設受台Ａの４側面にそれぞれ複数本添
設する。また、この炭素繊維テープ１は、その繊維配向
方向、即ちテープ長手方向が既設受台Ａの上下方向に沿
うように添設し、既設受台Ａの上端から定着領域の下
端まで延在する長さとし、側面における横方向には所定
の間隔をおいて配設する。

【００２２】既設底版Ｂには、既設受台Ａの側面に連続
するような挿入固定孔２を削孔する。この挿入固定孔２
は、断面円形あるいは長方形とし、炭素繊維テープ１の
幅より若干大きめの径あるいは横幅とし、また深さは２
００ｍｍ程度として充分な定着領域が得られるように
する。このような挿入固定孔２に炭素繊維テープ１の下
端部を挿入した後、エポキシ樹脂系接着剤３を充填して
固化させることにより、炭素繊維テープ１の下端部を定
着させる。

【００２３】定着領域には、縦横に配向された炭素長
繊維にエポキシ樹脂を含浸させた炭素繊維シート４を使
用し、この炭素繊維シート４を炭素繊維テープ１の上か
らフープ巻きし、接着剤で定着させる。

【００２４】以上のような構成において、次のように既
設受台Ａへの補強工法を行う。

【００２５】(1) 既設受台Ａの周囲の土を排除し、既設
受台Ａの４側面の洗浄と研磨を行う。

【００２６】同時に既設底版Ｂには挿入固定孔２を穿設
する。この挿入固定孔２は炭素繊維テープ１に対応した
小さな孔であり、適当な位置を選択することにより、既
設底版Ｂの主筋を切断することがない。

【００２７】(2) 工場または現場において、炭素繊維に
樹脂を含浸させて圧着成型した炭素繊維テープ１と炭素
繊維シート４を用意し、炭素繊維テープ１を既設受台Ａ
の４側面に貼付する。

【００２８】(3) 炭素繊維テープ１は上端部を定着領域
の部分において既設受台Ａに定着させておき、この状
態で炭素繊維テープ１の下端部を挿入固定孔２に挿入す
る。ここで、炭素繊維テープ１はある程度の剛性を有し
ているので、挿入固定孔２に容易に挿入することができ
る。

【００２９】(4) 挿入固定孔２内にエポキシ樹脂系接着
剤３を充填して炭素繊維テープ１の下端部を定着させ
る。

【００３０】(5) 炭素繊維シート４を定着領域におい
て炭素繊維テープ１の上端部の上からフープ巻きにし、
接着剤で定着させる。ここで、炭素繊維テープ１は薄く
細長い部材であり、この上から炭素繊維シート４を巻き
付けてもアンボンドになる可能性は少なく、炭素繊維テ
ープ１を既設受台Ａに強固に定着させることができる。

【００３１】さらに、これに炭素繊維シート４のフープ
効果が加わり、定着長を低減することができる。

【００３２】なお、以上は既設受台Ａの補強について説
明したが、既設底版Ｂの補強や柱〜梁の接合部の補強な
どにも適用できることはいうまでもない。既設底版Ｂの
場合には、図２（ａ）に示すように、既設受台Ａに水平
な挿入固定孔２を穿設し、あるいは既設定盤Ｂに斜めの
挿入固定孔２を穿設するなどし、この挿入固定孔２に炭
素繊維テープ１の両端部をそれぞれ挿入し、エポキシ樹
脂系接着剤３で定着させる。

【００３３】柱〜梁の接合部の場合も、図２（ｂ）に示
すように、既設柱Ｃに水平な挿入固定孔２を穿設し、こ
の挿入固定孔２に炭素繊維テープ１の一端部を挿入し、
エポキシ樹脂系接着剤３で定着させる。炭素繊維テープ
１の他端部は、炭素繊維シート４によるフープ巻きで定
着し、あるいは挿入固定孔２とエポキシ樹脂系接着剤３
による定着などとする。

【００３４】

【発明の効果】前述の通り、この発明は、交差して接合
されているコンクリート躯体の一方のコンクリート躯体
表面に、高強度繊維テープをこのコンクリート躯体の長
手方向に沿って貼着し、他方のコンクリート躯体に穿設
された挿入固定孔に前記高強度繊維テープの端部を挿入
し、この挿入固定孔に接着剤を充填して固着するように
したため、次のような効果を奏する。

【００３５】(1) 薄くて細長い高強度繊維テープをコン
クリート躯体に貼着するため、空間的な制約を受けるこ
とがなく、軽量でハンドリング性が良く、作業能率・作
業安全性などの大幅な向上を図れる。さらに、薄くて細
長い高強度繊維テープを使用しているため、補強完成後
の構造物における断面変化が僅少であり、また死荷重の
増加が無視できるので構造系の変化を伴うことがない利
点もある。

【００３６】(2) 高強度繊維テープの端部を挿入固定孔
に挿入して接着剤により固着するため、柱〜梁や，受台
〜底版などの接合部のように定着区間を確保できない場
合に容易に適用できる。

【００３７】(3) 高強度繊維テープであれば、薄く幅が
小さいため、相手側のコンクリート躯体の主筋を切断し
て打設する心配がなく、有効な補強をなし得る。また、
炭素繊維の優れた引張性能により、鉄筋の場合より打設
数量を低減でき、既設底版を傷める可能性も少なくな
る。

【００３８】(4) 高強度繊維テープの他端部を高強度繊
維シートで定着する場合には、高強度繊維テープが薄い
ため確実に巻き付けることができ、またフープ効果によ
り定着効果が大きくなり、定着長を低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る補強構造の一実施例であり、
（ａ）は部分縦断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は部分
拡大断面図である。

【図２】この発明に係る補強構造の他の実施例を示す概
略断面図である。

【図３】従来の鉄筋コンクリート増打工法を装置基礎に
適用した例であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図で
ある。

【図４】従来の鉄筋コンクリート増打工法を既設柱に適
用した場合の側面図である。

【図５】（ａ）は従来の鋼板貼付工法を示す概略正面
図、（ｂ）は従来の炭素繊維シート貼付工法を示す概略
正面図である。

【図６】従来の炭素繊維シート貼付工法において定着区
間の短縮を図った補強構造の例を示し、（ａ）は断面
図、（ｂ）は正面図である。

【符号の説明】

１…炭素繊維テープ ２…挿入固定孔 ３…エポキシ樹脂系接着剤 ４…炭素繊維シート Ａ…既設受台 Ｂ…既設底板 Ｃ…既設柱 Ｄ…既設梁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 良雄 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本 石油株式会社中央技術研究所内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E04G 23/02

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設コンクリート構造物のコンクリート
   躯体表面に高強度繊維複合補強材を貼着し、この高強度
   繊維複合補強材とコンクリート躯体とを一体化させるこ
   とにより補強する既設コンクリート構造物の補強構造に
   おいて、 交差して接合されているコンクリート躯体の一方のコン
   クリート躯体表面に、テープ状の高強度繊維複合補強材
   をこのコンクリート躯体の長手方向に沿って貼着し、他
   方のコンクリート躯体に穿設された挿入固定孔に前記テ
   ープ状高強度繊維複合補強材の端部を挿入し、この挿入
   固定孔に接着剤を充填することにより前記テープ状高強
   度繊維複合補強材の端部を固着してなることを特徴とす
   る既設コンクリート構造物の補強構造。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の既設コンクリート構造
   物の補強構造において、テープ状高強度繊維複合補強材
   の挿入固定孔と反対側の端部を、シート状高強度繊維複
   合補強材によるフープ巻きで定着してなることを特徴と
   する既設コンクリート構造物の補強構造。