JP3668490B1 - せん断力補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することが可能となる、既設のＲＣ構造体のせん断力補強構造を提供すること。
【解決手段】 既設の鉄筋コンクリート造の側壁Ｗと、この側壁Ｗの主鉄筋と交差する方向に形成された有底の補強部材挿入孔１０の内部に配設されるせん断補強部材２０と、補強部材挿入孔１０に充填される充填材３０とからなるせん断力補強構造１であって、せん断補強部材２０が、せん断補強鉄筋２１と、その基端部と先端部にそれぞれ固定されたプレートヘッド２３及びリングヘッド２２とから構成されており、補強部材挿入孔１０が、せん断補強鉄筋２１の鉄筋径よりも大きく、且つプレートヘッド２３の幅よりも小さい内径の一般部１２と、補強部材挿入孔１０の基端部に形成されて、プレートヘッド２３の幅よりも大きい内径の基端拡幅部１１とから構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、せん断力が作用する既設の鉄筋コンクリート造（以下、鉄筋コンクリートを「ＲＣ」という場合がある）の構造物のせん断力補強構造に関する。

阪神大震災以前に設計及び施工された地下鉄、上下水道浄化施設などの各種施設において、その構造物躯体を構成するＲＣ造のボックスカルバートやＲＣ造の地中埋設構造物の側壁や底版スラブなどの鉄筋コンクリート構造物（以下「ＲＣ構造体」という場合がある）は、レベル２地震動に対するせん断耐力が不足していることが、各種の耐震診断の結果に明らかになっており、速やかに耐震補強を行う必要性が指摘されている。
これらのＲＣ構造体は、機能の特性上、地中に埋設されている場合がほとんどであり、施工後に補強する際には、構造物躯体の側壁や底版を外面側から補強することができず、内面側からのみその補強を行わざるをえない。ここで、本明細書において「外面」とは、ＲＣ構造体の面材又は版材の地山に面している側の面をいい、「内面」とは、同面材又は版材の外面に対向する面で、地山に面していない側の面をいう。

従来、このようなＲＣ構造体の補強構造として、ＲＣ構造体の内面側の所定位置に配筋された主鉄筋及び配力鉄筋と、コンクリートとにより、ＲＣ構造体の断面を鉄筋コンクリートにより増厚する構造が採用されていた。しかし、この構造では、補強後に側壁や底版スラブ等の厚さが増大して、躯体の内空断面が減少してしまうために各種の不都合が生じてしまうことになっていた（例えば、上下水道浄化施設の場合には、貯水能力や処理能力が減少してしまうことや、地下鉄の場合には、建築限界を満足しなくなるため、使用不能となってしまう場合が生じる）。さらに、従来の構造では、せん断耐力は向上するものの、主鉄筋が増加することで、曲げ耐力も増加することから、補強後においてせん断耐力と曲げ耐力の比を２〜４に移行させたいのであるが、これを実行するのが困難であった。

そこで、前記問題点を解決するために、カルバートのせん断補強方法として、カルバートの外壁の内面側から、所定の間隔で鉛直方向にスリットを形成し、該スリット内に所定の鋼板を挿入した後に、前記スリット内にグラウト材を充填して前記鋼板と前記外壁とを一体化させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１）
特開２００３−３５５６号公報（第２頁−第４頁、図２）

しかし、前記補強方法では、単に、スリット内に所定の鋼板を挿入するだけであることから、鋼板に引抜き力が発生した際、充分な剛性（引き抜き力に対する引き抜き抵抗の大きさ、以下「引き抜き剛性」という）を得ることができないという新たな問題点が生じることになった。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することが可能となる、既設のＲＣ構造体のせん断力補強構造（以下、単に「せん断力補強構造」という）を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された有底の補強部材挿入孔の内部に配設されるせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断力補強構造であって、前記せん断補強部材が、線材と、前記線材の基端部に固定された基端定着部材とから構成されて、且つ両端が既存の主筋の位置と同じ深さに配置されており、前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きく、且つ前記基端定着部材の外径又は幅よりも小さい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記基端定着部材の外径又は幅よりも大きい内径の基端拡幅部とから構成されていることを特徴としている。

また、請求項２の発明は、既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された有底の補強部材挿入孔の内部に配設されるせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断力補強構造であって、前記せん断補強部材が、線材と、前記線材の基端部と先端部にそれぞれ固定された基端定着部材及び先端定着部材とから構成されて、且つ両端が既存の主筋の位置と同じ深さに配置されており、前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きく、且つ前記基端定着部材の外径又は幅よりも小さい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記基端定着部材の外径又は幅よりも大きい内径の基端拡幅部とから構成されていることを特徴としている。

また、請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のせん断力補強構造であって、前記補強部材挿入孔の先端部に、該補強部材挿入孔の前記一般部よりも大きい内径を有する先端拡幅部が形成されていることを特徴としている。

ここで、本発明による補強の対象部材は、せん断補強が必要となる部材であり、既設である各種の鉄筋コンクリート構造物の面材（壁等）又は版材（底版、天版等）（以下「ＲＣ造面版材」という）に適用可能であり、また、施工対象に関して、現場打ちや、プレキャストコンクリート製品等の種類は問わない。
また、せん断補強部材は、既設の鉄筋コンクリート構造物であるＲＣ造面版材の厚さ方向の内面側端面及び外面側端面から所定の被りコンクリート厚を確保するとともに、予め配筋されている主鉄筋及び配力鉄筋を避けるように配置される必要がある。
さらに、充填材は、せん断補強部材とＲＣ造面版材のコンクリートとを強固に一体とさせるために充填するものであり、エポキシ樹脂、セメント系ミルクあるいはセメント系モルタルなどを用いることが好適である。

セメント系ミルクあるいはセメント系モルタルの配合として、これらの充填材の材料が硬化した後に、乾燥収縮や自己収縮により補強部材挿入孔とこれらの充填材料との間に微小な隙間が発生してＲＣ構造体と一体とならないことが考えられるので、これらの充填材料に膨張剤を混入して、これらの充填材料が硬化した後にも無収縮の材料としてＲＣ構造体とせん断補強部材との一体性を図ることが好適である。また、補強部材挿入孔の向きにより、充填中の充填材が流れ出すことがないように、充填材に可塑性のある材料を使用することも好適である。

本発明によれば、せん断補強部材とＲＣ造面版材のコンクリートが充填材を介して一体化されているため、当該ＲＣ造面版材に、面外のせん断力が発生した場合に発生する斜め引張り応力に対して、せん断補強部材とＲＣ造面版材とが一体となって抵抗することになる。従って、既設のＲＣ造面版材のせん断耐力を向上させ、地震等による破壊形態を脆性的な破壊から靱性的な破壊へ移行させることができる。

また、本発明によれば、ＲＣ造面版材のコンクリート厚さを増加させることなく、直接的にせん断補強部材を壁内部に埋設することにより、せん断耐力と靱性性能の増大を効率的に実現できることから、補強後に躯体の内空断面が減少してしまうといった不都合が生じることを防止することができる。加えて、主鉄筋を増加させることがないことから、曲げ耐力を増加させることなく、面外せん断耐力を向上させることができるので、レベル２地震時において、せん断先行破壊型の可能性があるＲＣ構造体を曲げ先行破壊型に移行することができる。

また、せん断補強部材において、線材であるせん断補強鉄筋の基端部又は基端部及び先端部には、当該せん断補強鉄筋より断面形状が大きい定着部材が設けられているため、当該せん断補強部材の定着効果を高めることができるとともに、せん断補強鉄筋の引張抵抗と定着部材の内側のコンクリートに発生する圧縮応力により、より効果的にせん断耐力の向上と靱性性能の向上を図ることができる。ここで、線材は鉄筋に限定されるものではなく、炭素線材、鋼棒、ＰＣ鋼より線等、あらゆる線材が適用可能である。

本発明のせん断力補強構造によれば、簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することができる。

本発明の補強方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下は、地中の地盤Ｇに埋設された既設鉄筋コンクリート構造物である側壁をせん断補強する場合について説明を行う。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態（以下、単に「第１実施形態」という場合がある）に係るせん断力補強構造を示す断面図である。また、図２は、補強部材挿入孔を示す図であり、（ａ）は正断面図、（ｂ）は側断面図である。また、図３は、第１実施形態に係るせん断補強部材の全体斜視図であり、図４（ａ）は、第一の実施の形態に係るせん断補強部材のリングヘッドを示す斜視図であり、図４（ｂ）〜（ｇ）は、リングヘッドの変形例を示す斜視図である。また、図５は、第１実施形態に係るせん断力補強構造においてリングヘッドの周囲に拡幅部を設けた場合を示す側断面図である。さらに、図６は、（ａ），（ｂ）ともに、プレートヘッドを有するせん断補強鉄筋と、端部に半円形状のフックを形成したせん断補強鉄筋の引き抜き実験の結果を示すグラフである。

第１実施形態に係るせん断力補強構造１は、図１に示すように、既設の鉄筋コンクリート造の側壁Ｗに、側壁Ｗの内面側から主鉄筋と交差する方向に形成された有底の補強部材挿入孔１０の内部に配設されるせん断補強部材２０と、前記補強部材挿入孔１０に充填される充填材３０とから構成されている。

ここで、せん断補強部材２０は、線材であるせん断補強鉄筋２１と、このせん断補強鉄筋２１の先端部に固定されたリングヘッド（先端定着部材）２２と、せん断補強鉄筋２１の基端部に固定されたプレートヘッド（基端定着部材）２３とから構成されている（図３参照）。

また、補強部材挿入孔１０は、せん断補強鉄筋２１の鉄筋径及びリングヘッド２２の外径よりも大きく、且つプレートヘッド２３の幅よりも小さい内径の一般部１２と、補強部材挿入孔１０の基端部に形成されて、プレートヘッド２３の幅よりも大きい内径の基端拡幅部１１とから構成されている。ここで、本明細書において、定着部材の「幅」は、定着部材の形状が矩形、多角形であれば対角線長、円形であれば直径、楕円形であれば長辺長に統一するものとする。
そして、基端拡幅部１１のプレートヘッド２３より内面側の空間は、充填材３０により充填されている。

以下、第１実施形態に係るせん断力補強構造１の細部について説明する。

補強部材挿入孔１０は、側壁Ｗの内面側から外面側に向けて、せん断補強部材２０を設置するために穿孔されたものであり、図２に示すように、既設ＲＣ構造体の施工時の配筋図や非破壊試験の情報をもとに、穿孔時に主鉄筋Ｒ１及び配力鉄筋Ｒ２に損傷を与えることの無いように、横間隔は主鉄筋Ｒ１と、縦間隔は配力鉄筋Ｒ２と同間隔で両鉄筋の中央に配置されている。図２（ｂ）に示すように、補強部材挿入孔１０の穿孔は、側壁Ｗの内面側（一面側）から地盤Ｇと接している外面側（他面側）方向であって側壁Ｗ面に略垂直な方向に、インパクト・ドリルやロータリーハンマ・ドリル、コア・ドリルなどの穿孔手段を用いて、外面側の主筋Ｒ１の位置の深さまで行なわれている。また、補強部材挿入孔１０は、やや下向きの傾斜を有して穿孔されており、他面側に所定寸法の被りコンクリート厚さを差し引いた長さ寸法に設けるとともに、孔径は、図３に示すせん断補強部材２０の先端部に取り付けられているリングヘッド２２の外径に若干の余裕を見込んだ値に形成されている。

なお、補強部材挿入孔１０がやや下向きの傾斜を有して形成される理由は、せん断補強部材２０の挿入時において、充填材３０を充填する際に、内部の空気を排出しやすくするためであり、このようにすることにより、当該充填材３０の充填をより完全に行うことができるようになる。

また、補強部材挿入孔１０の基端部には、せん断補強部材２０の基端部（末端部）に取り付けられているプレートヘッド２３の周縁部が掛止されるように、前記穿孔手段を用いて削孔径の拡幅を行うことにより、基端拡幅部１１が形成されている。なお、この基端拡幅部１１の削孔深さはプレートヘッド２３の厚みに被りコンクリート厚さを加算した値となっていて、第１実施形態では内面側の主筋Ｒ１の位置まで穿孔されている。

せん断補強部材２０は、図３に示すように、異形鉄筋からなるせん断補強鉄筋２１と、前記せん断補強鉄筋２１の先端部及び基端部に設けられている、当該せん断補強鉄筋２１より断面形状が大きいリングヘッド２２及びプレートヘッド２３と、から構成されている。そして、せん断補強部材２０は、図１に示すように、補強部材挿入孔１０に挿入した状態で、プレートヘッド２３の周縁部が基端拡幅部１１に掛止されるとともに、リングヘッド２２の先端が補強部材挿入孔１０の先端の底に当接する長さを有している。ここで、せん断補強鉄筋（線材）２１として異形鉄筋を使用するものとしたが、線材２１は、異形鉄筋に限定されるものではなく、線状の補強材料としての機能を発揮するものであれば、例えばネジ鉄筋、鋼棒、ＰＣ鋼より線、炭素線材等を使用してもよい。

リングヘッド２２は、図３又は図４（ａ）に示すように、軟鋼やアルミニウム合金などの比較的加工しやすい金属製材料を用い、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の１５％〜４０％、長さがせん断補強鉄筋２１の直径の１００％〜２５０％の形状を有する円筒体を準備する。これを、せん断補強鉄筋２１の先端部にかぶせ、この周りを半分の円環を２つあわせたグリッパを用いて周囲から押しつぶすことにより、あるいは、鉄筋のスクイズ・ジョイントに用いるような円筒体を絞り込む（スクイズする）ようにして、円筒体を塑性変形させてせん断補強鉄筋２１と一体にすることにより製造されている。

なお、リングヘッド２２は、前記のものに限定されるものではなく、例えば、図４（ｂ）に示すリングヘッド２２ｂのように、せん断補強鉄筋２１としてネジ筋鉄筋を用いて、先端部にロックナットをねじ込み、せん断補強鉄筋２１とロックナットとのがたつきを取り除くためにダブルナットとするか、ナット内部の隙間にエポキシ樹脂のような充填材を注入する方法のいずれかにより、リングヘッド２２ｂとして、厚さがせん断補強鉄筋の直径の１５０％〜２５０％、長さがせん断補強鉄筋の直径の１００％〜２５０％となるように、製造することもできる。

また、図４（ｃ）に示すリングヘッド２２ｃのように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１４０％〜２００％の円形鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１の先端部に摩擦圧接Ａすることにより製造してもよい。また、図４（ｄ）や図４（ｅ）に示すように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１４０％〜２００％の多角形鋼製プレートや、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、長軸がせん断補強鉄筋２１の直径の１４０％〜２００％の楕円形（小判型や円の側部を切り落としたような形状も含む）鋼製プレートから製造してもよい。このようにすると、補強部材挿入孔１０との間に隙間が形成されることになるので補強部材挿入孔１０に充填されている充填材３０による挿入抵抗を低減し、且つ、リングヘッド２２ｄ，２２ｅの後方に空気を残さないでせん断補強部材２０を挿入することができる。

また、前記円形鋼製プレート、多角形鋼製プレート、楕円形鋼製プレートに孔ｈを設けることで、充填材３０による挿入抵抗を低減し、且つ、リングヘッド２２ｆの後方に空気を残すことなくせん断補強部材２０を挿入することができる構成としてもよい（図４（ｆ）参照）。さらに、図４（ｇ）に示すように、リングヘッド２２ｇのせん断補強鉄筋と接合した面と反対側の面を凸状の球面形状にすることにより、挿入抵抗を低減する構成としてもよい。
ここで、リングヘッド２２とせん断補強鉄筋２１との接合方法は、前記の方法に限定されるものではなく、摩擦圧接接合、ガス圧接接合、アーク溶接接合等、その一体化が可能であればよい。

プレートヘッド２３は、図３に示すように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の４０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１５０％〜３００％の四角形状の鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１の基端部に一体に固定されてなる。プレートヘッド２３のせん断補強鉄筋２１への固定は、摩擦圧接機械を用いて、固定したせん断補強鉄筋２１に回転させた鋼製プレートを押し付けることにより、回転する鋼製プレートに所定の圧力で摩擦熱を発生させて、鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１に溶着（摩擦圧接Ａ）させることにより簡易に行うことができる。
ここで、プレートヘッド２３とせん断補強鉄筋２１との接合方法は、摩擦圧接Ａに限定されるものではなく、ガス圧接接合、アーク溶接接合等、その一体化が可能であればよい。また、プレートヘッド２３の形状は、四角形に限定されるものではなく、円形、楕円形、多角形等でもよい。

なお、両端部のリングヘッド２２とプレートヘッド２３の組み合わせは、補強を行う側壁Ｗの配筋状態、コンクリート強度、壁厚などの要因にあわせて自由に選択することができる。

充填材３０には、可塑性のあるセメント系モルタルからなり、上向きに充填しても流れ落ちることのない性質を有したものを用いる。ここで、可塑性のあるセメント系モルタルは、セメントとシリカヒュームや石英粉などのポゾラン物質と増粘材と水とから構成される材料である。なお、充填材３０の材質等は、同様の特性を有するものであれば、これに限定されるものではない。

本発明のせん断力補強構造は、図１に示すように面外のせん断力Ｓが作用した時に発生する斜めひび割れｃに対して、直接的にせん断補強部材２０で補強してせん断耐力を向上させるものである。
つまり、面外のせん断力Ｓが側壁Ｗに作用すると斜めひび割れｃが発生しようとするが、せん断補強部材２０に引張力が働くために、両端部のリングヘッド２２やプレートヘッド２３に引き抜き力ｆｔが作用する。このために、リングヘッド２２及びプレートヘッド２３の内側にあるコンクリート（以下「内部コンクリート」という）には、その反力として内部コンクリートに支圧力が作用して、圧縮応力ｆｃの場が形成される。つまり、内部コンクリートは横拘束を受けて、斜め引張に対して、抵抗力を増大する結果となる。このために、端部にそれぞれリングヘッド２２とプレートヘッド２３の付いたせん断補強部材２０により側壁Ｗの面外せん断耐力が増大するとともに、内部コンクリートに圧縮応力ｆｃが発生する（圧縮応力場が形成される）ことによる靱性性能の増大も図られることになる。

また、第１実施形態において、リングヘッド２２の周囲に先端拡幅部１３を設けてもよく、その場合には図５に示すせん断力補強構造１’のように、リングヘッド２２の定着効果と靱性性能が増大する。すなわちリングヘッド２２に引き抜き力ｆｔが作用するときに、削孔内壁と充填材３０との間で付着滑りが発生することを防止することができ、引き抜き剛性を増大することができる。さらに、リングヘッド２２に作用する支圧反力が内部コンクリートに有効に作用して、大きな圧縮応力ｆｃの場が形成されるために内部コンクリートの拘束効果がより一層高まり、靱性性能が増大する。

また、第１実施形態に係るせん断力補強構造１による補強を行った場合に、リングヘッド２２とプレートヘッド２３が存在することから、定着部分が増大することになる。この定着効果を調べるために、プレートヘッド２３を有するせん断補強鉄筋２１と、端部に半円形状のフックを形成したせん断補強鉄筋（以下「比較例」という）の引き抜き実験を行った結果の一例を、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。図６（ａ）は、異形鉄筋（Ｄ１６）を用い、ＲＣ部材中に直径２５ｍｍの補強部材挿入孔を穿孔し、当該補強部材挿入孔に、厚さ９ｍｍ、直径３５ｍｍの円形の形状のプレートヘッド２３を有するせん断補強部材と比較例とを挿入して、充填材を充填させて硬化させた場合における、各せん断補強部材の引張応力と、抜け出し変位の関係を求めたものである。
図６（ｂ）は、同様に異形鉄筋（Ｄ２２）を用い、ＲＣ部材中に直径３２ｍｍの補強部材挿入孔を穿孔し、当該補強部材挿入孔に、厚さ１６ｍｍ、直径が４５ｍｍの円形の形状のプレートヘッドを有するせん断補強部材と比較例とを挿入して、各せん断補強部材の引張応力と、抜け出し変位の関係を求めたものである。

この結果によれば、本発明に係るプレートヘッド２３を有するせん断補強鉄筋は、比較例と比べると抜け出し変位が小さく（引き抜き剛性が高く）、定着効果が格段に優れていることが実証されることになった。

第１実施形態に係るせん断力補強構造１の構築は、補強部材挿入孔１０を側壁Wに穿孔した後、一般部１２への充填材３０の充填を行い、補強部材挿入孔１０にせん断補強部材２０を挿入して、基端拡幅部１１に充填材３０を充填することにより行う。ここで、一般部１２への充填材３０の充填と、補強部材挿入孔１０へのせん断補強部材２０の挿入の順序は限定されるものではなく、せん断補強部材２０を補強部材挿入孔１０に挿入した後、充填材３０を充填する構成としてもよい。この場合において、充填材３０の一般部１２への充填は、プレートヘッド２３に注入孔を形成し、この注入孔から注入することにより行なえばよい。

＜第２の実施の形態＞
図７は、第２の実施の形態（以下、単に「第２実施形態」という場合がある）に係るせん断力補強構造を示す断面図であり、図８は、第２実施形態に係るせん断補強部材の全体斜視図である。

第２の実施の形態に係るせん断力補強構造２は、図７に示すように、既設の鉄筋コンクリート構造物である側壁Wと、この側壁Wの主鉄筋と交差する方向に形成された有底の補強部材挿入孔１０の内部に配設されるせん断補強部材２０’と、前記補強部材挿入孔１０に充填される充填材３０とから構成されている。

ここで、せん断補強部材２０’は、図８に示すように、線材であるせん断補強鉄筋２１’と、前記せん断補強鉄筋２１’の基端部に固定されたプレートヘッド（基端定着部材）２３とから構成されている。
また、補強部材挿入孔１０は、図７に示すように、せん断補強鉄筋２１’の鉄筋径よりも大きく、且つプレートヘッド２３の幅よりも小さい内径の一般部１２と、前記補強部材挿入孔１０の基端部に形成されて、プレートヘッド２３の幅よりも大きい内径の基端拡幅部１１とから構成されている。
また、充填材３０は、第１実施形態で使用した充填材３０と同様のものを使用する。

以下、第２実施形態に係るせん断補強構造の細部について説明する。

補強部材挿入孔１０は、側壁Ｗの内面側から外面側に向けて、せん断補強部材２０’を設置するために穿孔されたものであり、図２に示すように、既設ＲＣ構造体の施工時の配筋図や非破壊試験の情報をもとに、穿孔時に主鉄筋Ｒ１及び配力鉄筋Ｒ２に損傷を与えることの無いように、横間隔は主鉄筋Ｒ１と、縦間隔は配力鉄筋Ｒ２と同間隔で両鉄筋の中央に配置されている。図２（ｂ）に示すように、補強部材挿入孔１０の穿孔は、側壁Ｗの内面側（一面側）から地盤Ｇと接している外面側（他面側）方向であって側壁Ｗ面に略垂直な方向に、インパクト・ドリルやロータリーハンマ・ドリル、コア・ドリルなどの穿孔手段を用いて、外面側の主筋Ｒ１の位置の深さまで行なわれている。また、補強部材挿入孔１０は、やや下向きの傾斜を有して穿孔されており、他面側に所定寸法の被りコンクリート厚さを差し引いた長さ寸法に設けるとともに、孔径は、図８に示すせん断補強鉄筋２１’の鉄筋径に若干の余裕を見込んだ値に形成されている。

また、補強部材挿入孔１０の基端部には、せん断補強部材２０’の基端部（末端部）に取り付けられているプレートヘッド２３の周縁部が掛止されるように、前記穿孔手段を用いて削孔径の拡幅を行うことにより、基端拡幅部１１が形成されている。なお、この基端拡幅部１１の削孔深さはプレートヘッド２３の厚みに被りコンクリート厚さを加算した値となっていて、本実施形態では、第１実施形態と同様に内面側の主筋の位置まで穿孔されている。

せん断補強部材２０’は、図８に示すように、その先端に尖鋭部２５を有するせん断補強鉄筋２１’と、前記せん断補強鉄筋２１’の基端部に摩擦圧接Ａにより設けられている、当該せん断補強鉄筋２１’より断面形状が大きいプレートヘッド２３と、から構成されている。なお、せん断補強鉄筋２１’の基端部とプレートヘッド２３の摩擦圧接Ａによる固定方法は、第１実施形態において説明した方法と同様であるため、詳細な説明は省略する。また、プレートヘッド２３の形状も、第１実施形態において説明したものと同様なため、詳細な説明は省略する。そして、せん断補強部材２０は、図７に示すように、補強部材挿入孔１０に挿入した状態で、プレートヘッド２３の周縁部が基端拡幅部１１に掛止されるとともに、せん断補強鉄筋２１’の先端が補強部材挿入孔１０の先端の底に当接する長さを有している。

せん断補強部材２０’の尖鋭部２５の加工方法は、せん断補強鉄筋２１’の先端部を鋭角に切り落としたり、加熱して変形させるなど、限定されるものではない。せん断補強鉄筋２１’の先端部に尖鋭部２５設けることにより、せん断補強部材２０’の挿入前に充填材３０の充填を行う場合に、せん断補強部材２０’を挿入時に空気を巻き込むことを防止することが可能となる。

なお、プレートヘッド２３の内面側の基端拡幅部１１にできた空間は、セメント系モルタルからなる充填材３０をコテによりすり込むことで充填されている。

次に、本実施の形態によるせん断補強のメカニズムについて図７を用いて説明する。
面外のせん断力が側壁Ｗに作用すると斜めひび割れｃが発生しようとするが、せん断補強鉄筋２１’があるのでこのせん断補強鉄筋２１’に引張力が働いて、端部のプレートヘッド２３に引き抜き力ｆｔが作用する。このために、プレートヘッド２３の内側にあるコンクリートにはプレートヘッド２３からの支圧力が作用して、側壁Ｗ内部のコンクリートには圧縮応力ｆｃが作用する。つまりプレートヘッド２３の内側のコンクリートは横拘束を受けて、斜め引張に対して抵抗力を増大する結果となる。このため、端部にプレートヘッド２３のついた鉄筋補強により側壁Ｗの面外せん断耐力の増大とともに、内部コンクリートに圧縮応力ｆｃが形成させることによる靱性能も増大する。
なお、本実施の形態による補強を行った場合においても、定着効果を調べるために第１実施形態において行われた引き抜き実験を行ったところ、図６（ａ），（ｂ）と同様の結果が得られた。

第２実施形態に係るせん断力補強構造２の構築は、補強部材挿入孔１０を側壁Wに穿孔した後、一般部１２への充填材３０の充填を行い、補強部材挿入孔１０にせん断補強部材２０’を挿入して、基端拡幅部１１に充填材３０を充填することにより行う。

以上のように、本発明のせん断力補強構造は、既設のＲＣ造面版材のコンクリート厚さを増加させることなく、直接的にせん断補強部材２０がＲＣ造面版材内部に埋設されているため、せん断耐力と靱性性能の増大を効率的に実現できることから、従来の鉄筋コンクリート増厚工法等のように、補強後に内空断面が減少してしまうといった不都合が生じることを防止することができる。加えて、主鉄筋を増加させることがないことから、曲げ耐力を増加させることなく、面外せん断耐力を向上させることができるので、せん断先行破壊型の可能性があるＲＣ構造体を曲げ先行破壊型に移行することができる。

また、第１実施形態に係るせん断補強部材２０におけるせん断補強鉄筋２１の先端部に設けられたリングヘッド２２による削孔径の増大は、せん断補強鉄筋２１の鉄筋径に比較して３０％〜５０％程度のみであるため、補強部材挿入孔１０の施工が容易であるばかりか、経済的に補強が実行できる。また、所定の引抜き剛性を確保した上で、補強部材挿入孔１０の施工及び定着材の加工を効率的に行うことができる。

また、せん断補強鉄筋２１の基端部に設けられているプレートヘッド２３及び先端部に設けられているリングヘッド２２は、充分な定着効果が得られるとともに、面外せん断力が発生するとせん断補強鉄筋２１に引張力が作用するために、プレートヘッド２３又はリングヘッド２２及びプレートヘッド２３に支圧力が働き、内部コンクリートには圧縮応力場が形成されるため、せん断に対して内部コンクリート自身のせん断抵抗力が増大して効果的なせん断補強となる。
さらに、補強部材挿入孔１０は、充填材３０により外部と遮断されるので、補強後の耐久性の観点で劣化の抑制を期待できる。

また、第２実施形態によるせん断力補強構造は、補強部材挿入孔１０の削孔径がせん断補強鉄筋２１’の鉄筋径の１２０％〜１３０％程度に形成されているため、作業効率がよく、さらに、充填材３０が充填された補強部材挿入孔１０にせん断補強部材２０’を挿入して、プレートヘッド２３の内面側の空間に充填材３０を充填するのみで側壁Ｗとの一体化が完了するため、せん断補強部材２０を挿入後に充填材３０を充填する方法に比べて施工性に優れている。しかし、先端部が尖鋭部２５となっているために、先端部付近における定着効果を、あまり期待できない。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。
特に、本発明のせん断力補強構造の対象とするＲＣ構造体は、前記実施形態に限られず、カルバートや壁式橋脚、フーチング等の構造であってもよい。

また、補強対象である既設ＲＣ構造体は、ＲＣ造であればよく、現場打ち鉄筋コンクリート構造体や、プレキャストコンクリート構造体等その種類は問わないとともに、補強を行う部位についても限定されず、底版等にも適用可能である。
また、せん断補強部材の挿入間隔・挿入数は、前記実施形態に限られず、適宜に定めることができる。

また、第１実施形態において、せん断補強部材の先端に設けられるリングヘッドが、補強部材挿入孔への挿入の際にせん断補強部材の先端で空気を巻き込むことがないように、鋭角に形成されていてもよい。

また、第２実施形態では、せん断補強部材として、その先端部に尖鋭部が形成されたものを使用したが、これに限定されるものではなく、例えば先端部に何も加工を施していないものや、先端部を加熱して後、鉄板などに押し付けることでその鉄筋径よりも大きい断面形状の定着部を形成したもの等を使用してもよい。

第１の実施の形態に係るせん断力補強構造を示す断面図である。 第１の実施の形態に係る補強部材挿入孔を示す図であり、（ａ）は正断面図、（ｂ）は側断面図である。 第１の実施の形態に係るせん断補強部材の全体斜視図である。 （ａ）は、第１の実施の形態に係るせん断補強部材のリングヘッドを示す斜視図であり、（ｂ）〜（ｇ）は、リングヘッドの変形例を示す斜視図である。 第１の実施の形態に係るせん断力補強構造においてリングヘッドの周囲に拡孔部を設けた場合を適用した壁にせん断力が作用した場合の応力状態を示す側断面図である。 （ａ），（ｂ）ともに、プレートヘッドを有するせん断補強鉄筋と、端部に半円形状のフックを形成したせん断補強鉄筋の引き抜き実験の結果を示すグラフである。 第２の実施の形態に係るせん断力補強構造を示す断面図である。 第２の実施の形態に係るせん断補強部材の全体斜視図である。

符号の説明

１，１’，２ せん断力補強構造
１０ 補強部材挿入孔
１１ 基端拡幅部
１２ 一般部
１３ 先端拡幅部
２０，２０’ せん断補強部材
２１，２１’ せん断補強鉄筋（線材）
２２ リングヘッド（先端定着部材）
２３ プレートヘッド（基端定着部材）
３０ 充填材
Ｇ 地盤
Ｓ せん断力
Ｗ 側壁（鉄筋コンクリート構造物）

Claims (3)

1. 既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された有底の補強部材挿入孔の内部に配設されるせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断力補強構造であって、
   前記せん断補強部材が、線材と、前記線材の基端部に固定された基端定着部材とから構成されて、且つ該せん断補強部材の両端が主筋の位置と同じ深さに配置されており、
   前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きく、且つ前記基端定着部材の外径又は幅よりも小さい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記基端定着部材の外径又は幅よりも大きい内径の基端拡幅部とから構成されていることを特徴とする、せん断力補強構造。
2. 既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された有底の補強部材挿入孔の内部に配設されるせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断力補強構造であって、
   前記せん断補強部材が、線材と、前記線材の基端部と先端部にそれぞれ固定された基端定着部材及び先端定着部材とから構成されて、且つ該せん断補強部材の両端が主筋の位置と同じ深さに配置されており、
   前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きく、且つ前記基端定着部材の外径又は幅よりも小さい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記基端定着部材の外径又は幅よりも大きい内径の基端拡幅部とから構成されていることを特徴とする、せん断力補強構造。
3. 前記補強部材挿入孔の先端部に、該補強部材挿入孔の前記一般部よりも大きい内径を有する先端拡幅部が形成されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のせん断力補強構造。

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