JP4029773B2

JP4029773B2 - コンクリート部材の補強構造および補強方法

Info

Publication number: JP4029773B2
Application number: JP2003139315A
Authority: JP
Inventors: 祥賀辻; 重和鈴木; 耕三木村; 和貴白井
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP2004339843A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート製の梁や壁等のコンクリート部材を補強する補強構造および補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既存建物の改修工事では、既存梁に配管等を通すため開口を設けることがある。その場合、開口部の周辺で梁の強度が低下するため、何らかの補強を行なうことが必要である。また、既存のコンクリート壁にも新たに窓などの開口を設けることがあり、その場合にも、特に矩形開口のコーナー部近傍では、水平および鉛直の応力が合成されて斜め引張応力が生ずることにより、ひび割れが生じ易くなる。したがって、コンクリート壁の場合も、開口部周辺に補強を行なうことが必要である。
【０００３】
従来、既存梁の開口部周辺の補強方法として、鋼板やプレキャストコンクリート板等の補強板を開口部周辺に接合する方法がある。また、コンクリート壁の開口部周辺の補強方法として、炭素繊維シートを壁表面に貼り付けて、その端部を鋼製冶具を介してアンカーボルトで壁のコンクリートに定着する方法がある（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２５８５６９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
古い建物を改修する場合、既に設計図が失われていたり、あるいは、設計図が残っていても、実際の部材の寸法は設計図と異なっていることが多い。このため、既存梁の開口部周辺を鋼板やプレキャストコンクリート板で補強する方法では、事前に現場にて補強部の形状や寸法を調査したうえで、その形状や寸法に合わせて補強用の鋼板やプレキャストコンクリート板を製作しなければならず、全体として長い工期がかかる。そのうえ、鋼板やプレキャストコンクリート板を補強部の寸法に合わせて製作してしまうと、それらを予定した場所にしか施工できず、現場での施工の自由度が乏しいという問題もある。また、既存壁のコーナー部を炭素繊維シートで補強する場合には、シート端部の定着部で定着不足になり易く、シート端部を確実に既存壁に定着できるようにするには施工箇所が限定されることが多い。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、コンクリート部材の補強を、補強対象の形状や寸法に応じて高い自由度でかつ簡便に行うことが可能な補強構造および補強方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は、コンクリート部材を補強する補強構造であって、前記コンクリート部材の表面に、補強用の繊維を保持するための、前記コンクリート部材に打ち込まれたアンカーボルト、あと施工アンカー、あるいはＰＣ鋼棒等の棒状部材である複数の繊維保持部が設けられ、前記繊維材は、前記複数の棒状部材の間に掛け渡されて巻き付けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、複数の繊維保持部にまたがって巻き付けられた補強用繊維がコンクリートを拘束することで、ひび割れの発生や進展を抑えることができる。また、繊維保持部を補強対象の形状や寸法等に応じた位置に配置することで、補強施工の自由度が高くなる。さらに、軽量で取り扱いの容易な補強用繊維を用いるので、施工作業も簡単に行える。なお、本発明において、コンクリート部材には、鉄筋コンクリート部材および鉄骨鉄筋コンクリート部材等が含まれる。
【０００９】
また、本発明において、前記コンクリート部材は開口部を有し、前記繊維保持部は前記開口部周辺に設けられていることとしてもよい。
【００１２】
また、本発明において、前記コンクリート部材の前記棒状部材が設けられた表面に隣接する表面に、第２の繊維保持部が設けられており、前記繊維材が、当該第２の繊維保持部と、前記棒状部材との間に掛け渡されて巻き付けられていることとしてもよい。
【００１３】
また、前記コンクリート部材の前記棒状部材が設けられた表面に隣接する表面に補強板または補強シートが配設されると共に、当該補強板または補強シートを前記繊維材で前記コンクリート部材に拘束するための、第２の繊維保持部が設けられており、前記繊維材が、当該第２の繊維保持部と、前記棒状部材との間に掛け渡されて巻き付けられていることとしてもよい。
【００１４】
また、前記繊維材は、前記繊維材は、片側のコンクリート表面の前記棒状部材から、当該表面に隣接する表面を越えて、反対側のコンクリート表面の前記棒状部材の間に掛け渡されて巻き付けられていることとしてもよい。この場合、前記隣接する表面には補強板または補強シートが配設されており、前記繊維材は、片側のコンクリート表面の前記棒状部材から、前記補強板または補強シートを越えて、反対側のコンクリート表面の前記棒状部材の間に掛け渡されて巻き付けられていることとしてもよい。
【００１５】
なお、前記コンクリート部材は、既存建物の梁、壁、または床であってもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態であるコンクリート部材の補強構造を示す正面図である。本実施形態では、コンクリート製の既存梁１０に設けられた開口部１２の周辺を補強する。図１に示すように、開口部１２の周辺には、本発明の繊維保持部としての複数のアンカーボルト１４が、開口部１２を取り囲むように既存梁１０に打ち込まれている。なお、繊維保持部として、アンカーボルト１４の他、例えば、あと施工アンカーやＰＣ鋼棒等を用いてもよい。
【００１７】
これらアンカーボルト１４の２本ずつまたは３本以上を組として、繊維ストランド１６が各組のアンカーボルト１４（図１の例では、１つおきのアンカーボルト１４）の間に掛け渡されて１回または複数回巻き付けられている。このように巻き付けられた繊維ストランド１６は、全体として開口部１２を取り囲んでいる。繊維ストランド１６は、例えば、炭素繊維やアラミド繊維などの引張強度の大きい繊維により構成されている。
【００１８】
なお、好ましくは、繊維ストランド１６に張力を導入しながらアンカーボルト１４に巻き付ける。また、繊維ストランド１６を巻き付けた後、好ましくは、繊維ストランド１６をエポキシ樹脂系等の接着剤で固めて一体化する。
【００１９】
以上の構成によれば、開口部１２を囲むようにアンカーボルト１４に巻き付けられた繊維ストランド１６が既存梁１０のコンクリートを拘束する。このため、地震時に、図２に破線で示すように、開口部１２から放射状に延びるようなひび割れが発生しても、繊維ストランド１６による拘束効果によって、ひび割れの進展が抑えられる。したがって、本実施形態の補強構造によれば、既存梁１０の耐力および変形性能の向上を実現することができる。また、繊維ストランド１６に張力を導入しながら巻き付けるようにすれば、既存梁１０のコンクリートに圧縮力を作用させることができるので、より効果的にひび割れの進展を抑制できると共に、ひび割れの発生自体を起き難くすることができる。
【００２０】
さらに、補強する既存梁１０の形状や開口部１２の位置、寸法、形状に応じて、アンカーボルト１４の打ち込み位置を自由に設定して繊維ストランド１６を巻き付ければよいため、現場での補強施工の自由度が高くなる。また、繊維ストランド１６は極めて軽量で取り扱いが容易であるため、巻き付ける際の施工性も良好であり、既存梁１０の補強を簡便な作業で行うことができる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、開口部１２から放射状に延びる向きにひび割れが発生するのが一般的であることから、この向きにほぼ直交するよう開口部１２を取り囲むように繊維ストランド１６を巻き付けるものとしたが、これ以外の向きにひび割れが発生し易いことが想定できる場合には、その向きとほぼ直交する向きに繊維ストランド１６を巻き付ければよい。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態であるコンクリート部材の補強構造を示す正面図である。なお、同図において、上記第１の実施形態と同様の構成部分には同一の符号を付している。同図に示す如く、本実施形態でも、上記第１実施形態と同様に、既存梁１０に設けられた開口部１２の周辺を補強する。本実施形態では、開口部１２のほぼ上半分を囲むように複数のアンカーボルト１４が既存梁１０に打ち込まれている。また、既存梁１０の下面（つまり開口部１２が設けられた側面に隣接する表面）には鋼板２０が配設されると共に、この鋼板２０の下側に、第２の繊維保持部として例えばアンカーボルトやＰＣ鋼棒等の鋼棒２２が既存梁１０の幅方向（紙面に垂直方向）に延びるように配設されている。そして、繊維ストランド１６が、鋼棒２２とアンカーボルト１４とに掛け渡されて１回または複数回巻き付けられている。また、上記第１の実施形態と同様に、アンカーボルト１４どうしの間にも繊維ストランド１６が掛け渡されて巻き付けられている。本実施形態でも、好ましくは、繊維ストランド１６に張力を導入しながら巻き付け、また、巻き付けた繊維ストランド１６を樹脂で固めて一体化する。
【００２４】
以上の構成によれば、開口部１２から放射状に延びるようなひび割れが発生した場合に、アンカーボルト１４と鋼棒２２との間、および、アンカーボルト１４どうしの間に巻き付けられた繊維ストランド１６によるコンクリートの拘束効果によって、ひび割れの進展が抑えられる。また、本実施形態では、繊維ストランド１６が鋼板２０を介して、既存梁１０の下面を広い面積で拘束するので、開口部１２の周辺のより広い範囲においてひび割れの発生・進展を抑制することができる。
【００２５】
なお、図３に示す構成では、鋼板２０の下側に鋼棒２２を設けて、この鋼棒２２とアンカーボルト１４との間に繊維ストランド１６を巻き付けるものとした。しかしながら、これに限らず、例えば図４に断面図を示すように、既存梁１０の両側にアンカーボルト１４を打ち込んで、繊維ストランド１６をこれら両側のアンカーボルト１４の間を、鋼板２０を越えるようにＵ字型に取り回して巻き付ける構成としてもよい。この場合、繊維ストランド１６が既存梁１０のコーナー１０ａにこすられて損傷しないように、コーナー１０ａに丸みを設けることが好ましい。
【００２６】
また、鋼板２０の下側に第２の繊維保持部として鋼棒２２を設ける代わりに、鋼板２０に貫通孔を設け、この貫通孔に繊維ストランド１６を通して巻き付けることとしてもよい。なお、鋼板２０に代えて、炭素繊維板や炭素繊維シート等の他の補強板や補強シートを用いてもよい。また、鋼板２０等の補強材の設置を省略してもよい。
【００２７】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第３の実施形態であるコンクリート部材の補強構造を示す正面図である。同図に示す如く、本実施形態では、既存あるいは新築のコンクリート壁３０に設けられた矩形の開口部３２の周辺、特に、コーナー部近傍を補強する。
【００２８】
コンクリート壁３０に矩形の開口部３２が設けられた場合、補強を施さなければ、地震やコンクリートの乾燥収縮等により、開口部３２のコーナー部近傍では、鉛直方向の軸力と水平方向のせん断力が合成されて斜張力が生じ、図６に示すように、コーナー部から斜めに延びる向きにひび割れが発生し易い。そこで、本実施形態では、図５に示すように、コンクリート壁３０の開口部３２のコーナー部近傍に、上記第１の実施形態と同様に、複数のアンカーボルト３４等を打ち込んで、繊維ストランド１６をこれらアンカーボルト３４等に掛け渡して巻き付ける。その際、好ましくは、繊維ストランド１６に張力を導入しながら巻き付け、また、巻き付けた繊維ストランド１６を樹脂で固めて一体化させる。
【００２９】
以上の構成によれば、開口部３２のコーナー部近傍にひび割れが発生した場合にも、このひび割れとほぼ直交する向きに巻き付けられた繊維ストランド１６がコンクリートを拘束することによって、ひび割れの進展が抑えられる。また、繊維ストランド１６に張力を導入しながら巻き付ければ、コンクリート壁３０のコンクリートに圧縮力を作用させることができるので、より効果的にひび割れの進展を抑制できると共に、ひび割れの発生自体を起き難くすることができる。
【００３０】
したがって、本実施形態によれば、コンクリート壁３０の開口部３２のコーナー部でのひび割れによる漏水その他内外装への悪影響を防止することができる。また、コンクリート壁３０の開口部３２の位置や寸法に応じて、アンカーボルト３４の位置を自由に設定して繊維ストランド１６を巻き付ければよいので、施工の自由度が向上すると共に、繊維ストランド１６が極めて軽量であるため良好な施工性も得られる。
【００３１】
なお、上記第３の実施形態では、コンクリート壁３０を補強する場合について説明したが、同様の構成をコンクリート床の補強に適用することも可能である。
【００３２】
なお、上記実施形態では、本発明が開口部を有するコンクリート部材の補強に適用された場合について説明したが、本発明はこれに限らず、開口部を有しないコンクリート部材を補強する場合にも適用が可能である。例えば、図７に示すように、開口のないコンクリート壁に複数のアンカーボルト１４を打ち込んで、これに繊維ストランド１６を巻き付けることで、当該コンクリート壁を補強することができる。
【００３３】
最後に、上記各実施形態のように繊維ストランドを巻き付けることで既存梁１０やコンクリート壁３０のひび割れ発生・進展を抑制できる理由を力学的に説明する。一般に、地震荷重が作用すると、図８に示すように、柱梁架構に軸力Ｎおよびせん断力Ｑが作用する。このため、コンクリート部材には水平の応力度τおよび鉛直の応力度σ_０が生じ、これらが合成されて斜め引張応力度（斜張力）が生ずる。この斜張力による主応力度が、コンクリートの引張強度σ_ｔに達したときにせん断ひび割れが発生することになる。また、コンクリートが乾燥収縮する場合にも同様に、収縮により生ずる主応力度がコンクリートの引張強度に達したときに、ひび割れが発生する。特に、開口部の近傍は、コンクリートの断面欠損により応力が集中し、ひび割れが発生しやすくなる。
【００３４】
せん断ひび割れ発生時のせん断応力度τ_ｃは一般に
【数１】

で表される。
【００３５】
ここで、図９に示すように、ひび割れと直交する向きに繊維ストランド１６を巻き付けた場合、この繊維ストランド１６による圧縮応力をσ_ＣＦとすると、せん断ひび割れ発生時の応力度τ_ｃ’は
【数２】

となる。この式より、繊維ストランド１６による補強後のせん断ひび割れ発生時の応力度τ_ｃ’は、補強がない場合（つまり、圧縮応力σ_ＣＦが作用しない場合）に比べて大きくなり、ひび割れが生じ難くなることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、開口部を有するコンクリート部材の補強を補強対象の形状や寸法に応じて高い自由度でかつ簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態であるコンクリート部材の補強構造を示す正面図である。
【図２】既存梁の開口部周辺にひび割れが生ずる様子を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施形態であるコンクリート部材の補強構造を示す正面図である。
【図４】第２の実施形態の変形例を示す図である。
【図５】本発明の第３の実施形態であるコンクリート部材の補強構造を示す正面図である。
【図６】コンクリート壁の矩形開口部のコーナー部近傍にひび割れが生ずる様子を示す図である。
【図７】本発明が開口を有しないコンクリート壁の補強に適用された構成を示す正面図である。
【図８】地震荷重によるせん断ひび割れが発生を説明するための図である。
【図９】繊維ストランドによるひび割れ発生・進展の抑制効果を説明するための図である。
【符号の説明】
１０既存梁
１２開口部
１４アンカーボルト
１６繊維ストランド
２０鋼板
２２鋼棒
３０コンクリート壁
３２開口部

Claims

コンクリート部材を補強する補強構造であって、前記コンクリート部材の表面に、補強用の繊維を保持するための、前記コンクリート部材に打ち込まれたアンカーボルト、あと施工アンカー、あるいはＰＣ鋼棒等の棒状部材である複数の繊維保持部が設けられ、前記繊維材は、前記複数の棒状部材の間に掛け渡されて巻き付けられていることを特徴とする補強構造。
前記コンクリート部材は開口部を有し、前記繊維保持部は前記開口部周辺に設けられていることを特徴とする請求項１記載のコンクリート部材の補強構造。
前記コンクリート部材の前記棒状部材が設けられた表面に隣接する表面に、第２の繊維保持部が設けられており、前記繊維材が、当該第２の繊維保持部と、前記棒状部材との間に掛け渡されて巻き付けられていることを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート部材の補強構造。
前記コンクリート部材の前記棒状部材が設けられた表面に隣接する表面に補強板または補強シートが配設されると共に、当該補強板または補強シートを前記繊維材で前記コンクリート部材に拘束するための、第２の繊維保持部が設けられており、前記繊維材が、当該第２の繊維保持部と、前記棒状部材との間に掛け渡されて巻き付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のコンクリート部材の補強構造。
前記繊維材は、片側のコンクリート表面の前記棒状部材から、当該表面に隣接する表面を越えて、反対側のコンクリート表面の前記棒状部材の間に掛け渡されて巻き付けられていることを特徴とする請求項１または２記載のコンクリート部材の補強構造。
前記隣接する表面には補強板または補強シートが配設されており、前記繊維材は、片側のコンクリート表面の前記棒状部材から、前記補強板または補強シートを越えて、反対側のコンクリート表面の前記棒状部材の間に掛け渡されて巻き付けられていることを特徴とする請求項５記載のコンクリート部材の補強構造。
前記コンクリート部材は、既存建物の梁、壁、または床であることを特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項記載のコンクリート部材の補強構造。
コンクリート部材を補強する補強方法であって、前記コンクリート部材の表面に、前記コンクリート部材に打ち込まれたアンカーボルト、あと施工アンカー、あるいはＰＣ鋼棒等の棒状部材である複数の繊維保持部を設け、前記繊維材を、前記複数の棒状部材に前記複数の棒状部材の間に掛け渡して巻き付けることを特徴とする補強方法。