JP3192277B2 - コンクリート柱 - Google Patents
コンクリート柱Info
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- E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
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- E04H12/2292—Holders used for protection, repair or reinforcement of the post or pole
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Description
ト柱に関し、特に弾性を向上したコンクリート柱に関す
る。
用などを初めとして多くの電柱に、コンクリート柱が使
用されている。このコンクリート柱は、一般的に、略円
筒形に編んだ鉄筋のカゴを芯にして遠心鋳造法によりそ
の内側及び外側にコンクリートを打った、鉄筋コンクリ
ート製中空円筒体構造に形成されている。
に通過する車が衝突したとき、コンクリート柱は撓んだ
後、弾性により元の鉛直姿勢に戻るが、衝撃が強く撓み
が大きい場合には、中の鉄筋が高々0.2%程度の伸び
で塑性変形してしまうため、コンクリート柱が元の姿勢
まで復元せず変形したままになる。
障害になり、危険であるという問題があった。
中の鉄筋の塑性変形を生じるような大きな撓みが発生し
ても、弾性により元の鉛直姿勢に復元して、車や電車等
の交通の障害や周囲の危険を生じることのない、弾性を
向上したコンクリート柱が望まれているが、このような
特性を具備したコンクリート柱は未だ提案されていな
い。
を向上したコンクリート柱を提供することである。
コンクリート柱にて達成される。要約すれば本発明は、
略円筒状の鉄筋コンクリートの軸方向の鉄筋の横断面の
総面積(SS )、弾性率(ES )に対し、強化繊維の横
断面の総面積(SR )、弾性率(ER )が 0.06<ER ・SR /ES ・SS <3.0 の関係式を満たす繊維強化複合樹脂材料の補強層を、前
記鉄筋コンクリートの外表面の周囲にその軸方向に強化
繊維を配向させて設け、前記繊維強化複合樹脂材料の補
強層が、前記コンクリート柱の埋め込み時のグランドレ
ベルに対し、深さ方向に30cm以上から高さ方向に1
00cm以上の範囲に亙ることを特徴とするコンクリー
ト柱である。
示す横断面図、図2は同じくコンクリート柱の正面図、
図3は図1〜図2のコンクリート柱に設けた補強層の部
分を拡大して示す斜視図である。
柱9は、略円筒状に編んだ鉄筋のカゴを芯にして遠心鋳
造法によりその内側及び外側にコンクリートを打った、
鉄筋コンクリート製中空円筒体になっており、その下部
を地面12中に埋設して地上に鉛直に設置される。コン
クリート柱9の設置に際し、コンクリート柱9の地面1
2中への埋設部9aの周囲にコンクリート13を打っ
て、コンクリート13による固めが行なわれる。
示しており、例えば長さ10m、外径35cmのストレ
ート円筒形状を有しており、埋設部9aは170cmと
される。
性を向上させるために、地面12の表面レベル(グラン
ドレベル)を中心とした上下の部分の周囲に、強化繊維
4をコンクリート柱9の軸方向に配向した繊維強化樹脂
複合材料の補強層11を設けている。
開発すべく鋭意研究を重ねた結果、コンクリート柱が鉄
筋コンクリート単独のままでは、約0.15%程度の伸
びで弾性を失ってしまうのに対し、例えば炭素繊維では
1.5%程度の伸びまで弾性体として作用する高い弾性
を示すので、これを強化繊維とした繊維強化樹脂複合材
料によりコンクリート柱を補強してやれば、コンクリー
ト柱の弾性を向上することができ、中の鉄筋の塑性変形
を生じるような大きな撓みが発生しても、弾性により元
の鉛直姿勢に復元するようにすることができることを見
出した。
グランドレベルを中心とした部分の周囲に、炭素繊維等
の弾性の高い強化繊維4を使用した繊維強化樹脂複合材
料の補強層11を、強化繊維の配向方向をコンクリート
柱9の軸方向に一致させて設けた。
層11をコンクリート柱9に施すために、次のような一
方向配列強化繊維シートを使用すればよい。
材料の補強層11の施工に使用する一方向配列強化繊維
シートの一例を示す断面図である。この一方向配列強化
繊維シート1は、支持体シート2上に接着剤層3を設け
て、シート2上に接着剤層3を介して強化繊維4を一方
向に配列してなっている。強化繊維シート1の詳しい説
明については後述する。
の強化繊維4の配列方向をコンクリート柱9の軸方向に
一致させて、強化繊維シート1をコンクリート柱9の所
要箇所の表面に巻き付け、その巻き付け前又は巻き付け
後に強化繊維4に含浸した熱硬化性樹脂を硬化して、強
化繊維シート1を繊維強化複合樹脂材料となすことによ
り、繊維強化複合樹脂材料の補強層11をコンクリート
柱9に施すことができる。
料の補強層11による補強により、鉄筋の塑性変形を生
じる伸びを上回る大きな伸びまでコンクリート柱9に弾
性を持たせるためには、コンクリート柱9の鉄筋コンク
リートの軸方向の鉄筋11の横断面の総面積SS 、その
弾性率ES に対し、強化繊維の横断面の総面積
(SR)、弾性率(ER )が 0.06<ER ・SR /ES ・SS <3.0 の関係式を満たすようになっていることが必要である。
コンクリート柱の復元力が小さく、永久撓みを残したま
ま、基の形状に復元しない。又3.0≦ER ・SR /E
S ・SS では、剛性が高すぎて、大きな撓みを与える
と、コンクリート柱が圧縮側に破壊する。
補強を施す範囲は、車などの衝突時に弾性を確保するた
めには、コンクリート柱9のグランドレベルから深さ方
向に30cm以上、高さ方向に100cm以上の範囲内
に亙ることが少なくとも必要である。勿論、コンクリー
ト柱9の使用場所との関係から、必要ならば全長に亙っ
て設けることもできる。
の形成は、コンクリート柱9の設置前に予め設けておい
ても、コンクリート柱9の設置後に後から設けても、い
ずれでも良いのは言うまでもない。
るために、強化繊維の配列方向をコンクリート柱9の周
方向として補強層11上に同様な繊維強化複合樹脂材料
の補強層を設けることもできる。
ト柱9に繊維強化複合樹脂材料の補強層11を設けるた
めに、支持体シート2上に接着剤層3を介して強化繊維
4を一方向に配列した一方向強化繊維シート1を使用す
る。
は、スクリムクロス、ガラスクロス、離型紙、ナイロン
フィルム等が使用される。このうち、シート2に上記ス
クリムクロス、ガラスクロス等を使用したものでは、熱
硬化性樹脂をシート2側から強化繊維4に含浸すること
ができるようになっている。支持体シート2の厚みは、
可撓性を有し且つ強化繊維4を支持可能な観点から、1
〜500μm、好ましくは5〜100μm程度とされ
る。
て支持体シート2上に強化繊維4を少なくとも一時的に
接着できるものならば何でもよいが、熱硬化性樹脂との
相溶性の良い樹脂を使用することが好ましく、例えば熱
硬化性樹脂としてエポキシ樹脂を使用するときには、エ
ポキシ系の接着剤を用いることがよい。接着剤層3の厚
みは、強化繊維4を一時的に接着できればよいことか
ら、1〜500μm、好ましくは10〜30μmとされ
る。
4は、そのフィラメントを多数本収束した繊維束又は軽
度に撚りを掛けて収束した繊維束を支持体シート2上に
接着剤層3を介して一方向に並べて上方から押し潰すこ
とにより、支持体2上に設けられる。繊維束の押し潰し
により繊維束が軽度にバラされて、そのフィラメントが
集束剤又は撚りによる結合により複数層に積層した状態
で、支持体シート2上に接着剤層3を介して一方向に配
列して接着され、かくして所望の強化繊維シート1が得
られる。
も、互に間隔を開けて疎に並べることもできる。又繊維
束は、フィラメントの開繊を行ったものでも、行なわな
いものでも、どちらでもよい。繊維束の押し潰しの程度
は、これによって配列した強化繊維4に得たい層厚にも
よるが、炭素繊維の場合を示すと、直径5〜15μmの
フィラメントを12000本程度収束した繊維束のと
き、これを横方向の幅5mm程度になるように押し潰す
ことが一例として挙げられる。
は、エポキシ、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、
ウレタン等の熱硬化性樹脂を使用することができる。特
に熱硬化性樹脂の硬化剤や硬化促進剤を調整することに
より常温で硬化するようにした室温硬化型樹脂が、好適
に使用することができる。通常の熱硬化性樹脂を使用し
た場合は、コンクリート柱に巻き付けた強化繊維シート
を加熱することにより、強化繊維に含浸した熱硬化性樹
脂を硬化する必要があるが、室温硬化型樹脂によれば、
これを強化繊維に含浸した強化繊維シートをコンクリー
ト柱に巻き付けたまま放置しておくことにより、熱硬化
性樹脂を硬化することができるので、既設のコンクリー
ト柱に後から繊維強化樹脂複合材料の補強層を設ける場
合に、施工性良く実施できる。
ンクリート柱に強化繊維シート1を巻き付ける前又は巻
き付けた後のいずれでもよい。巻き付け後に熱硬化性樹
脂を含浸する場合は、強化繊維シート1の支持体シート
2として、前述したように、スクリムクロス、ガラスク
ロス等の樹脂浸透性のシートを用いればよい。
繊維強化複合樹脂材料の補強層11の施工は、次のよう
に行われる。
9のグランドレベルを中心とした所要範囲の表面に熱硬
化性樹脂5を例えば100μm程度の厚みに塗布し、次
いで強化繊維4の配列方向を柱10の軸方向に一致させ
て強化繊維シート1を1枚又は複数枚巻き付け、そして
押付けることにより強化繊維4に熱硬化性樹脂5を含浸
させる。この場合、先に巻回したシート1上に次のシー
ト1を巻回する際に、先のシート1の支持体シート2上
に更に熱硬化性樹脂を塗布してもよい。次いでハンドロ
ーラ等で熱硬化性樹脂の含浸操作を更に行なった後、そ
の上に押えテープを巻回するなどしてカバーを行なう。
その後、強化繊維シート1を加熱して、又は室温硬化型
の熱硬化性樹脂を使用した場合には強化繊維シート1を
そのまま放置して、強化繊維4に含浸した熱硬化性樹脂
を硬化し、強化繊維シート1を繊維強化複合樹脂材料と
なせばよい。これによりコンクリート柱9に繊維強化複
合樹脂材料による補強層11が施工される。
な塗布手段により、強化繊維シート1上の強化繊維4に
熱硬化性樹脂を塗布して含浸した後、図7に示すよう
に、コンクリート柱9のグランドレベルを中心とした所
要範囲の表面上に強化繊維シート1を強化繊維4を柱1
0側にして、強化繊維4の配列方向を考慮しながら1枚
又は複数枚巻き付ける。その後は上記と同様にして、カ
バーを行ない、熱硬化性樹脂を硬化して、シート1を繊
維強化複合樹脂材料に為せばよい。
化繊維シート1として支持体シート2が樹脂浸透性のも
のを使用する。図8に示すように、先ず、コンクリート
柱9の所要箇所の表面上にプライマー6として熱硬化性
樹脂と同形の樹脂を塗布し、その上から強化繊維シート
1を強化繊維4の配列方向を考慮しながら1枚又は複数
枚巻き付け、その後、最外層のシート1の支持体シート
2上からローラ等により熱硬化性樹脂5を含浸させるよ
うにする。その後は上記と同様にして、カバーを行な
い、熱硬化性樹脂を硬化して、シート1を繊維強化複合
樹脂材料に為せばよい。
は、強化繊維4をコンクリート柱9の側として巻き付け
たが、支持体シート2を柱10側として巻き付けて、繊
維強化複合樹脂材料の補強層11を形成することができ
る。
トを用い、繊維強化複合樹脂材料の補強層11を形成し
て補強を行い、JIS−A5309に準拠した曲げ試験
を実施した。
N5000、即ち長さ10m、外径35cm、設計曲げ
モーメント(M)5000kgmのストレート円筒形の
鉄筋コンクリート柱であった。
端部から1.7mの位置まで(埋没位置相当する)を固
定し、固定端から8050mmの位置にワイヤーをかけ
て荷重Pを作用させ、片持ちばりの曲げ試験を実施し
た。
になるまで撓ませた後、除荷して、7mの位置の残留撓
みδを測定し、残留撓みが100mm以下を良好と判定
した。
コンクリート柱9の長手方向に配向するようにして、試
験時の固定端(基端部から1.7m。グラウンドレベル
に相当する)を挟んで所定範囲の周囲に、熱硬化性樹脂
を含浸して貼付け、樹脂を硬化して繊維強化樹脂複合材
料の補強層11を形成した。
強範囲及び残留撓みの関係を求めた。
をLG 、上部(高さ方向)をLA とする。
通りである。コンクリート柱の固定端位置から下部1
m、上部5mの範囲を炭素繊維の一方向強化繊維シート
(炭素繊維シート)を用いて補強した。
シート FTS−C1−17を使用し、含浸樹脂はエポ
キシ樹脂接着剤の東燃製のFRレジン FR−E3Pを
使用した。
に、上記熱硬化性樹脂の主剤と硬化剤を所定割合でミキ
シングして樹脂を調整した後、約500g/m2の量で
塗布し、次いで炭素繊維シートを繊維配列方向がコンク
リート柱の軸方向に配向するように貼付け、樹脂を含浸
して接着させた後、養生して硬化させる順序である。炭
素繊維シートの貼付け枚数は1枚である。
させた後、前記の曲げ試験を実施して、コンクリート柱
の残留撓みを測定した。
100cm、LA =500cmである。
施例1に準じた。
炭素繊維の一方向強化繊維シートを用い、実施例5では
ガラス繊維の一方向強化繊維シートを用いて、コンクリ
ート柱のグラウンドレベルの所要箇所に繊維強化複合樹
脂材料の補強層を形成し補強したので、曲げ試験後のコ
ンクリート柱の残留撓みが少なく、補強による弾性向上
に良好な結果が得られた。
こと、比較例2では補強範囲の下部LG 方向範囲が短い
ため、比較例3ではガラス繊維の平織クロスを用い、E
R ・SR /ES ・SS 比が本発明の範囲を下回ったため
に、それぞれ曲げ試験後のコンクリート柱の残留撓みが
大きく、弾性の向上に満足する効果が得られなかった。
又比較例4では一方向炭素繊維シートを用いたが、ER
・SR /ES ・SS 比が本発明の範囲を上回ったため
に、曲げ試験の初期撓み350mmでコンクリート柱が
圧縮破壊し、又比較例5では一方向炭素繊維シートを用
いたが、補強範囲の上部LA 方向範囲が短いため、初期
撓み380mmで補強層が剥離した。
ート柱では、略円筒状の鉄筋コンクリートの軸方向の鉄
筋の横断面の総面積(SS )、弾性率(ES )に対し、
強化繊維の横断面の総面積(SR )、弾性率(ER )が 0.06<ER ・SR /ES ・SS <3.0 の関係式を満たす繊維強化複合樹脂材料の補強層を、前
記鉄筋コンクリートの外表面の周囲にその軸方向に強化
繊維を配向させて設けたので、簡単な構成で弾性を向上
したコンクリート柱とすることができる。
面図である。
拡大して示す斜視図である。
験を説明するための平面図である。
向強化繊維シートを示す断面図である。
である。
す断面図である。
を示す断面図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 略円筒状の鉄筋コンクリートの軸方向の
鉄筋の横断面の総面積(SS )、弾性率(ES )に対
し、強化繊維の横断面の総面積(SR )、弾性率(E
R )が 0.06<ER ・SR /ES ・SS <3.0 の関係式を満たす繊維強化複合樹脂材料の補強層を、前
記鉄筋コンクリートの外表面の周囲にその軸方向に強化
繊維を配向させて設け、前記繊維強化複合樹脂材料の補
強層が、前記コンクリート柱の埋め込み時のグランドレ
ベルに対し、深さ方向に30cm以上から高さ方向に1
00cm以上の範囲に亙ることを特徴とするコンクリー
ト柱。
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JP13660393A JP3192277B2 (ja) | 1993-05-14 | 1993-05-14 | コンクリート柱 |
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