JP3183372U - 耐震補強用複合樹脂コンクリートパネル及びその組み合わせ構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂コンクリートパネルに改良を加えて、Ｈ型鋼製支保工を用いることなく、構造計算をクリアーできる耐震補強構造が得られる複合樹脂コンクリートパネル及びその組み合わせ構造体を提供する。
【解決手段】パネル背面に２方向炭素繊維シート２を一体化して配置し、曲面状または平面状に成型して耐震補強用複合樹脂コンクリートパネル１とする。さらに、この複合樹脂コンクリートパネル１を接続して組み合わせ構造体を形成するに当たっては、パネル接続部１２において所定のラップ長さ（重ね継長さ）を確保して該接続部の領域全体をラップ（重ね継）できる面積を有する接続用２方向炭素繊維シート３を、パネル背面側の接続部の領域全体に貼り合せる。
【選択図】図３

Description

本考案は、トンネルやボックス・カルバート等の既設コンクリート構造物の内面補強に用いられる樹脂コンクリートパネル材料に関し、特に耐震補強に用いられる樹脂コンクリートパネル及びその組み合わせ構造体に関する。

トンネル等の既設コンクリート構造物の内面の補強覆工に際して、トンネル等の覆工コンクリート内面に沿ってＨ型鋼製支保工を設置し、この支保工に覆工用樹脂コンクリートパネルを固定する工法が採用されることが多くなっている。この工法は、トンネル等の内面に設置された複数の支保工に樹脂コンクリートパネルを固定して、補強用充填材の型枠を兼ねてトンネル内面を覆い、パネルと既設コンクリート面の間に補強用充填材を充填し、樹脂コンクリートパネルと補強用充填材とを一体化してトンネル等の内面を補強覆工することで行われる。

また、大震災の発生もあり、トンネルに対しても耐震補強の要求は大きく、樹脂コンクリートパネルを用いた内面補強覆工においても耐震構造とすることが必要であり、耐震補強に向けた強度の向上が望まれている。しかしながら、樹脂コンクリートパネルは、圧縮強度は１００Ｎ／ｍｍ２以上と大きな値を持つが、引張強度が小さく、曲げ強度が３０Ｎ／ｍｍ２程度と小さいため、耐震補強構造としての構造計算をクリアーするためには、Ｈ型鋼や鉄筋等を併用する必要があった。そのため、本考案の出願人は特許文献１に示すように、樹脂コンクリートパネルにＨ型鋼製支保工、補強鉄筋及び補強鋼板を組み合わせて一体化した耐震補強構造を提案している。この構造では、レベル２基準までの耐震補強構造を得ることはできるが、樹脂コンクリートパネルほかの資材を組み合わせて一体化する作業が必要であった。

実用新案登録第３１７４０２８号公報

本考案の課題は、樹脂コンクリートパネルに改良を加えて、Ｈ型鋼製支保工を用いることなく、構造計算をクリアーできる耐震補強構造が得られる複合樹脂コンクリートパネル及びその組み合わせ構造体を提供することである。

本考案の樹脂コンクリートパネルは、パネル背面に２方向炭素繊維シートが一体化して配置され、曲面状または平面状に成型されたことを特徴とする耐震補強用複合樹脂コンクリートパネルである。さらにこの複合樹脂コンクリートパネルが接続された組み合わせ構造体であって、パネル接続部において所定のラップ長さ（重ね継手長さ）を確保して該接続部の領域全体をラップ（重ね合わせ）できる面積を有する接続用２方向炭素繊維シートが、パネル背面側の接続部の領域全体に貼り合せられていることを特徴とする複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ構造体も提供される。

上記の組み合わせ構造体における接続用２方向炭素繊維シートに替えて、パネル接続部において、所定のラップ長さを確保して該接続部の領域を部分的にラップできる面積を有する接続用２方向炭素繊維バーが、パネル背面側のパネル接続部に部分的に貼り合せられている複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ構造体も好ましい。この炭素繊維バーは前記炭素繊維シートを適宜の大きさのリボン状に重ね、エポキシ樹脂等にて貼り合わせ固結させたものである。

さらに、上記の組み合わせ構造体における接続用２方向炭素繊維シートもしくはバーに替えて、パネル接続部において所定のラップ長さを確保して該接続部の領域を部分的にラップできる面積を有する接続用２方向炭素繊維グリッドを、パネル背面側のパネル接続部に部分的に貼り合わされている複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ構造体も好ましい。

上記の複合樹脂コンクリートパネル及び組み合わせ複合体は、パネル背面を既設コンクリート構造物内面に貼り付けて設置し、該構造物内面を補強し、耐震構造とすることに用いられる。この組み合わせ複合体の既設コンクリート構造物内面への設置にあたっては、接続用２方向炭素繊維シート等が貼り合わされたパネル接続部の方向が構造物内面の軸方向と平行となるように設置され、耐震補強構造体を構成する。

また、上記の組み合わせ複合体が、接着剤樹脂の注入間隙保持材としての機能を有する平鋼を介して、組み合わせ構造体の背面が既設コンクリート構造物内面に貼り合わせられて、設置されていることを特徴とする耐震補強構造体が好ましい。

そして、上記耐震補強構造体は、既設コンクリート構造物がトンネル構造体の場合には複合樹脂コンクリートパネルは曲面状のパネルが用いられ、ボックス・カルバート構造体の場合には平面状のパネルが用いられる。

本考案における樹脂コンクリートパネルとは、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に珪砂、炭酸カルシウムなどの細骨材やガラス繊維などを混合した樹脂モルタルをパネル用金型内に敷き詰め、加熱しながら高圧力にてプレス成型し、厚さ５〜２０ｍｍ程度の曲面状または平面状としたパネルであり、非常に緊密で硬く、安定した化学的性質を持ったものである。そして、このプレス成型に際して、背面側となる樹脂モルタル上に２方向炭素繊維シートをセットし、加熱・加圧することで、背面の炭素繊維シート内に不飽和ポリエステル樹脂等が含浸して、樹脂コンクリートパネルと固結一体化された２方向炭素繊維シートを配した複合樹脂コンクリートパネルとすることができる。

２方向炭素繊維シートは、縦と横の二方向に炭素繊維を使用した織物で、目付量は約２００から６００ｇ／ｍ２である。

本考案の複合樹脂コンクリートパネルは、背面に２方向炭素繊維シートが配置されているために、曲げ強度が強化された構造体となる。この複合樹脂コンクリートパネルにより内面を補強された既存コンクリート構造物は、鉄筋やＨ型鋼製支保工等の構造材料を用いることなく、構造計算をクリアーできる耐震補強構造が得られる。特に、パネル接続部を２方向炭素繊維シート等によりラップした組み合わせ複合体とすることにより、さらに耐震補強強度を増すことができる。

また、複合樹脂コンクリートパネルを用いることで、鉄筋やＨ型鋼製支保工等の重量が大きな構造材料が不要となるため、長距離で狭隘な作業条件のトンネルや暗渠等を、大型の重機類を用いることなく、材料の運搬や工事の施工を行うことができる。

複合樹脂コンクリートパネルを設置したトンネルの断面説明図及びパネル設置部の側面説明図である。 図1におけるＡ部の詳細説明図である。 図1におけるパネル接続部の詳細図であり、Ｂ−Ｂ線断面図である。 パネル接続部を２方向炭素繊維バーにてラップした複合樹脂コンクリートパネル設置部の側面説明図である。 図４におけるパネル接続部の詳細図である。 パネル接続部を２方向炭素繊維グリッドにてラップした複合樹脂コンクリートパネル設置部の側面説明図である。 図６におけるパネル接続部の詳細図である。

以下本考案の詳細を実施例図に基づき説明する。

図１の左図は、本考案の複合樹脂コンクリートパネルを設置したトンネルの断面説明図であり、右図は既設トンネル１００の内面に設置されたパネル設置部１０のパネル背面から見た側面説明図であり、パネルの背面には２方向炭素繊維シート２が配置されている。ここで用いられる複合樹脂コンクリートパネルは曲面状であり、既設トンネル１００の内面形状に沿った曲率を持つ曲面状のパネルが用いられている。そして、右図に示すように、各複合樹脂コンクリートパネルは、既設トンネル１００の周方向と軸方向に敷き詰められて設置されており、各複合樹脂コンクリートパネルの接続部としては、周方向と平行のパネル接続部１１と軸方向と平行のパネル接続部１２とが存在している。パネル接続部１１は、周方向に沿って設置されている各平鋼６の中央に位置している。平鋼６はアンカー１３により既設トンネル１００の内面に予め固定され、この固定された平鋼６を基準に複合樹脂コンクリートパネルは配置され、各パネルはアンカー１４により固定されている。アンカーとしては金属拡張式アンカーを用いて、既設トンネル１００に打設されたアンカーに、平鋼やパネルに設けた皿穴を通して皿ボルトを締結して固定されている。ここに示されるように、平鋼６は各複合樹脂コンクリートパネルを設置する際に、位置決めを行う定規の機能と共に、後述する図３に示すように接着剤樹脂の注入間隙保持材としての機能を持っている。そして、各パネル接続部１２には接続領域全体を覆うようにして、パネル背面に配置された２方向炭素繊維シート２の上に接続用２方向炭素繊維シート３が配置されラップ構造として組み合わせ複合体となっている。尚、パネル設置部１０とインバート部との境界２０は樹脂モルタルが擦り付けられ封止されている。

図２は図１におけるＡ部の詳細説明図で、パネル接続部１１での断面説明図であり、複合樹脂コンクリートパネル１は一方のみを示し、隣接する他方のパネルは省略して示している。ここに示されるように、各複合樹脂コンクリートパネル１は、既設トンネル１００の内面に対して、２方向炭素繊維シート２が配置された背面に対面するように、平鋼６を介して配置されている。

図３はパネル接続部１２の詳細図で、図１のＢ−Ｂ線における断面図である。パネル接続部１２には、複合樹脂コンクリートパネル１の背面に配置された２方向炭素繊維シート２の上に、接続用２方向炭素繊維シート３がラップされ、組み合わせ複合体となっている。このラップ長さは、各パネルにおいて少なくとも２００ｍｍ以上必要であり、本実施例ではそれぞれのラップ長さを３００ｍｍとし、パネル接続部１２の幅も含めて、炭素繊維シート３の幅は６０５ｍｍとして、接続部領域全体を覆ってラップしている。この幅は各パネルにおいて２００ｍｍ以上のラップ長さが確保できれば特に限定はされない。そして、各複合樹脂コンクリートパネル１は前記平鋼６の上に保持されるため、既設トンネル１００の内面とこのパネルの背面との間隙１５は、平鋼６の厚さと等しくなっており、パネルに適宜設けられた注入口より、接着剤樹脂がこの間隙１５に注入充填される。充填された接着剤樹脂を接続用２方向炭素繊維シート３と共に硬化させ完全に固結させることにより、複合樹脂コンクリートパネル１を組み合わせ複合体とし、既設トンネル１００の内面に貼り合せ設置することができる。

以上の図に示される耐震補強構造を得る工程では、まず既設コンクリート構造物である既設トンネル１００の内面を、下地処理を施し段差や凹凸をなくしておくことが好ましい。そして、各材料を設置する工程は、既設トンネル１００の内面に平鋼６を設置し、接続用２方向炭素繊維シート３を各パネル接続部１２がそれぞれ位置する場所の既設トンネル１００の内面に貼り付け、ついで複合樹脂コンクリートパネル１を前述のようにアンカー１４にて固定し、接着剤樹脂を間隙１５に充填し、接着剤樹脂を硬化させ、これらの各材料を固結一体化させる工程から成る。また、下地処理を施された既設トンネル１００の内面には予めプライマー処理を施しておくことが好ましい。このプライマー処理に用いる樹脂は、接続用２方向炭素繊維シート３や複合樹脂コンクリートパネル１を貼り付け固定するために使用するエポキシ樹脂などの接着剤樹脂のメーカーから推奨されるプライマーから選択することができる。

接続用２方向炭素繊維シート３の既設トンネル１００の内面への貼り付けは、内面に塗布され硬化したプライマーの表面にエポキシ樹脂などの接着剤樹脂を塗布し、この接着剤樹脂の表面に接続用２方向炭素繊維シート３を貼り付けながら、接着剤樹脂を十分に含浸させる。この場合気泡が混入した場合には、シートをしごき、気泡を追い出しておく。ついで、上記したように、平鋼６を設置定規として複合樹脂コンクリートパネル１を配置し、アンカー１４にてこのパネルを固定し、間隙１５に接着剤樹脂を充填し、接着剤樹脂を硬化させ、複合樹脂コンクリートパネル１を組み合わせ複合体とすることができる。この場合、含浸させた接着剤樹脂と間隙１５に注入充填した接着剤樹脂とを共に完全に硬化固結させることが必要である。完全に硬化固結させることで、既設トンネル１００の内面に、完全な耐震補強構造が構築される。

図４は、図１及び３に示される接続用２方向炭素繊維シート３に替えて、接続用２方向炭素繊維バー４をパネル接続部１２に適用したものであり、図５はパネル接続部１２の詳細説明図であり、下図は上図のＣ−Ｃ線における断面図である。この接続用２方向炭素繊維バー４は２方向炭素繊維シートをリボン状に重ね、エポキシ樹脂等にて貼り合わせ固結させたものである。このリボン状の炭素繊維バーの長さは前記の接続用２方向炭素繊維シート３の幅と同様に、各パネルにおいて少なくとも２００ｍｍ以上のラップ長さを確保することが必要であり、本実施例ではラップ長さを３００ｍｍとし、パネル接続部１２の幅も含めて、接続用２方向炭素繊維バー４の長さは６０５ｍｍとした。この長さは各パネルにおいて２００ｍｍ以上のラップ長さが確保できる長さであればよい。また幅は適宜に設定することができるが、３０〜８０ｍｍの範囲が好ましく、本実施例では、平鋼６の間隔８００ｍｍにたいして５０ｍｍとし、３枚のバーを均一に配置した。

図４及び５にて示される耐震補強構造を構成する複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ複合体は、上記した接続用２方向炭素繊維シート３を用いた組み合わせ複合体におけるシートの代わりに接続用２方向炭素繊維バー４を貼り付けることで構成できる。この構成体では、パネル接続部１２における接続用２方向炭素繊維シートの使用量を少なくすることができ、少ない資材で有効な耐震補強構造を得ることができるものである。

図６は、図１及び３に示される接続用２方向炭素繊維シート３に替えて、接続用２方向炭素繊維グリッド５をパネル接続部１２に適用したものであり、図７はパネル接続部１２の詳細説明図であり、下図は上図のＤ−Ｄ線における断面説明図である。この接続用２方向炭素繊維グリッド５は前記の２方向炭素繊維シートをリボン状に重ね、エポキシ樹脂等にて貼り合わせ固結させた炭素繊維バーを縦横に配置してグリッド状としたものである。この炭素繊維グリッドでは、パネル接続部１２に直交する方向のグリッドの長さは、前記のシートの幅やバーの長さと同様に、各パネルにおいて少なくとも２００ｍｍ以上のラップ長さを確保することできる長さであればよく、６０５ｍｍとした。この長さは前記シートやバーと同様に各パネルにおいて２００ｍｍ以上のラップ長さが確保できる長さであればよく、グリッドを構成する各バーの幅は前記の接続用２方向炭素繊維バーと同じ幅でよい。

この接続用２方向炭素繊維グリッドでは、リボン状に重ね、エポキシ樹脂等にて貼り合わせ固結させた２方向炭素繊維シートを縦方向と横方向にクロスして貼り付けることになり、炭素繊維としての貼り付け量が増えるため、グリッドを構成する炭素繊維の目付量のより少ない、薄い炭素繊維シートを用いることができる。

この接続用２方向炭素繊維グリッド５の既設トンネル１００の内面への貼り付けは、内面に塗布され硬化したプライマーの表面にエポキシ樹脂などの接着剤樹脂を塗布し、この接着剤樹脂の表面に、まずパネル接続部１２に平行する方向である横方向の炭素繊維バーを貼り付け、次いでパネル接続部１２と直交する方向である縦方向に貼り付ける。この貼り付け作業では、炭素繊維に接着剤樹脂を十分に含浸させる。以下、複合樹脂コンクリートパネル、接着剤樹脂の注入充填、硬化固結は前記と同じ作業で複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ複合体及び耐震補強構造体を構成することができる。

以上、既設コンクリート構造物として既設トンネル構造体を例として説明したが、既設ボックス・カルバート構造体の場合には、複合樹脂コンクリートパネルとして平面状のパネルを用い、トンネルの内面と同様にして対応する作業により、組み合わせ複合体及び耐震補強構造体を構成することができることは、以上の実施例の説明から明らかである。

また、以上詳記した複合樹脂コンクリートパネルを組み合わせ複合体とする方法に替えて、予め接続用２方向炭素繊維シート等をパネル接続部に直接貼り合せて複合体を構成し、次いで既設コンクリート構造体の内面にこの複合体を貼り付ける方法も可能ではあるが、上記の方法により構成することが好ましい。

以上の耐震補強構造体で用いられる平鋼としては、各種の鋼板を用いることができ、一般鋼である炭素鋼や特殊鋼のステンレス鋼の鋼板が用いられる。ステンレス鋼板は耐久性に優れるため、好ましく用いることができる。用いられる平鋼の厚さとしては、４．５ｍｍないしは６ｍｍ程度である。

接着剤樹脂としてはエポキシ樹脂が用いられ、既設コンクリート構造物の内面と複合樹脂コンクリートパネル背面との間の狭い間隙に注入するため、流動性に優れた低粘度であり、かつ高強度のエポキシ樹脂を用いることが好ましい。

本考案の複合樹脂コンクリートパネル及び組み合わせ複合体は、既設トンネルやボックス・カルバート等の内面を補強して、耐震補強構造体を構成するのに適しているが、トンネル等の新設に際しても、耐震構造の内面覆工材としても応用できる。

１ 複合樹脂コンクリートパネル
２ ２方向炭素繊維シート
３ 接続用２方向炭素繊維シート
４ 接続用２方向炭素繊維バー
５ 接続用２方向炭素繊維グリッド
６ 平鋼
１０ 複合樹脂コンクリートパネル設置部
１１ パネル接続部（トンネル周方向）
１２ パネル接続部（トンネル軸方向）
１３ 固定アンカー（平鋼用）
１４ 固定アンカー（複合樹脂コンクリートパネル用）
１５ 間隙
２０ インバート部との境界
１００ 既設トンネル

Claims (8)

1. パネル背面に２方向炭素繊維シートが一体化して配置され、曲面状または平面状に成型されたことを特徴とする耐震補強用複合樹脂コンクリートパネル。
2. 請求項1に記載の複合樹脂コンクリートパネルが接続された組み合わせ構造体であって、パネル接続部において所定のラップ長さを確保して該接続部の領域全体をラップできる面積を有する接続用２方向炭素繊維シートが、パネル背面側の接続部の領域全体に貼り合せられていることを特徴とする複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ構造体。
3. 請求項1に記載の複合樹脂コンクリートパネルが接続された組み合わせ構造体であって、パネル接続部において所定のラップ長さを確保して該接続部の領域を部分的にラップできる面積を有する接続用２方向炭素繊維バーが、パネル背面側のパネル接続部に部分的に貼り合せられていることを特徴とする複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ構造体。
4. 請求項1に記載の複合樹脂コンクリートパネルが接続された組み合わせ構造体であって、パネル接続部において所定のラップ長さを確保して該接続部の領域を部分的にラップできる面積を有する接続用２方向炭素繊維グリッドが、パネル背面側の接続部に部分的に貼り合せられていることを特徴とする複合樹脂コンクリートパネルの組み合わせ構造体。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の組み合わせ構造体の背面が、接続用２方向炭素繊維シート、バーまたはグリッドが貼り合せられているパネル接続部の方向を既設コンクリート構造物内面の軸方向と平行になるようにして、該構造物内面に貼り合せられていることを特徴とする耐震補強構造体。
6. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の組み合わせ構造体が、接着剤樹脂の注入間隙保持材としての機能を有する平鋼を介して、組み合わせ構造体の背面が既設コンクリート構造物内面に貼り合せられて、設置されていることを特徴とする耐震補強構造体。
7. 既設コンクリート構造物がトンネル構造体であり、複合樹脂コンクリートパネルは曲面状であることを特徴とする請求項５または６に記載の耐震補強構造体。
8. 既設コンクリート構造物がボックス・カルバート構造体であり、複合樹脂コンクリートパネルは平面状であることを特徴とする請求項５または６に記載の耐震補強構造体。

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