JP4219156B2

JP4219156B2 - 損傷したコンクリート構造物の改修方法

Info

Publication number: JP4219156B2
Application number: JP2002342639A
Authority: JP
Inventors: 吉川弘道; 服部尚道; 宮城敏明; 瀬野康弘; 早川健司; 黒岩俊之
Original assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 2002-11-26
Filing date: 2002-11-26
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2022-11-26
Also published as: JP2004176361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地震や車の衝突等によって損傷したコンクリート構造物の改修方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
兵庫県南部地震においてみられたように、鉄筋コンクリート製の柱や梁等が地震荷重によって著しく損傷する事態が発生する。この場合に、損傷の激しいものは撤去して構築しなおすことになるが、損傷の程度によっては、補修工事や補強工事等の改修工事がおこなわれて復旧される場合も多い。
例えば、コンクリート柱ａを対象とした改修工事では、補修工事として注入工法、充填工法、打替工法、吹付け工法、パッチング工法、プレパックド工法などの公知の方法、補強工事としてコンクリート巻立て工法、モルタル吹付け工法、プレキャストパネル巻立て工法、鋼板巻立て工法、ＦＲＰシート巻立て工法、ＦＲＰ吹付け工法などの公知の方法が実施されている。
上記した改修工事の工法は、いずれも補修工事と補強工事を組み合わせた方法である。ここで、一般に補修工事とは、耐力以外（塩害、中性化、凍害など）の機能を回復又は向上することを目的とした工事をいい、補強工事は耐力の回復又は向上を目的とした工事をいう。ただし、土木構造物における補修工事とは、損傷を受ける前の状態に戻すことを目的としていることから、耐力の回復の目的を含んだ工事である。
鋼板巻立て工法を例に説明すると、補修工事は注入器具ｆをひび割れｄの端部に設置して、注入器具ｆの側方から補修材ｅが漏出しないようにシール材ｇでシールしてから、加圧した補修材ｅをひび割れｄに注入する（図６上図又は特許文献１参照）。
そして、補修工事が終了した後に、コンクリート柱ａの外周に隙間を隔てて鋼板ｂを設置し、コンクリート柱ａと鋼板ｂの隙間に無収縮モルタルｃ等を充填して工事を完了する（図６下図、特許文献２又は特許文献３参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第２９２０８０６号明細書
【特許文献２】
特開平９−２５６３２７号公報
【特許文献３】
特開平９−１８４３０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の損傷したコンクリート構造物の改修方法においては以下のような課題がある。
＜イ＞改修工事は、補修工事と補強工事の２つの工事を組み合わせて完結する。特に、補修工事は、ひび割れごとの作業が必要であり、多くの労力と時間を要する。
＜ロ＞地震によって構造物が損傷し、交通網やライフライン等が寸断されたり、崩壊の危険性に脅かされたりする状態においては、一日でも早い早急な復旧が望まれる。こうした場合に対処するための可能な限り短時間で改修工事がおこなえる方法が求められている。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、少ない工程で実施でき、工期を大幅に短縮できる損傷したコンクリート構造物の改修方法を提供することを目的とする。
また、簡単な方法で目標とする性能を確実に確保できる損傷したコンクリート構造物の改修方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明のせん断損傷したコンクリート構造物と隙間を隔てて外殻部材を配置し、前記隙間に充填材を充填することで、該隙間の充填と損傷部のひび割れの充填を同時におこない内部に未補修部分を残したまま改修を完了する、せん断損傷したコンクリート構造物の改修方法であって、前記外殻部材は、鉄筋コンクリート製の複数の分割体と、前記外殻部材の一部を構成し、前記複数の分割体を軸方向に一体化する接合部とにより構成し、前記複数の分割体は、前記コンクリート構造物の周囲を囲むように端面間を対向させて前記接合部を形成するための隙間を設けて配置し、かつ、多段に積み上げて配置し、前記接合部は、前記複数の分割体の端面間の隙間に接合材を打設して形成することを特徴とする。
または、前記したせん断損傷したコンクリート構造物の改修方法は、せん断損傷したコンクリート構造物の未補修部の荷重負担分を控除した設計せん断耐力と、それに基づき算出した設計靭性率によって前記外殻部材の材質及び寸法を設計し、前記設計した外殻部材を少なくとも未補修のままのコンクリート構造物と隙間を隔てて配置し、前記未補修のままのコンクリート構造物と外殻部材に設けた隙間に充填材を充填することを特徴とするものである。
または、前記した内部に未補修部分を残したまま改修を完了する外殻部材を用いたせん断損傷したコンクリート構造物の改修方法において、前記充填材の材質及び充填材を充填する隙間の寸法は、既存のコンクリート構造物の未補修部の荷重負担分を控除した設計せん断耐力と、それに基づき算出した設計靭性率によって決定することができる。
または、前記した内部に未補修部分を残したまま改修を完了する外殻部材を用いたせん断損傷したコンクリート構造物の改修方法において、前記未補修部の範囲を前記充填材の材質によって決定することができる。
ここで、設計にあたっては、未補修部を例えば既存のコンクリート構造物の帯鉄筋より内側（コア部分）とみなすことができる。
また、外殻部材を型枠として使用する場合は構成部材として機能しないため、外殻部材の材質及び寸法は充填材の充填圧に耐えられるように決定すればよい。この場合は、充填材によって形成される外殻が構造部材となるため、充填材の材質及び充填材を充填する隙間の寸法は、既存のコンクリート構造物の未補修部の荷重負担分を控除した設計せん断耐力と、それに基づき算出した設計靭性率によって決定する。
さらに、上記した損傷したコンクリート構造物の改修方法において、前記未補修部の範囲を前記充填材の材質によって決定することができる。充填材の材質によってひび割れに対する浸透性能が異なるため、未補修部分の範囲も変化するからである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
＜イ＞適用条件
本発明を適用するコンクリート構造物１は、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート、プレストレストコンクリート又は無筋コンクリート製の構造物である。
ここで、鉄筋コンクリート構造物を例にして、本発明を適用できる損傷の程度について説明する。
鉄筋コンクリート構造物の損傷には大きく分けて２つの段階がある。せん断損傷段階と曲げ損傷段階である。
ここで、せん断損傷段階に含まれる損傷は、せん断ひび割れの発生や帯鉄筋の降伏などによるせん断損傷（図２参照）や、軸方向鉄筋降伏後のせん断損傷である。ここで、図２（ａ）は水平ひび割れ５１のみが発生した状態であり、図２（ｂ）は斜めひび割れ５２が貫通していない状態であり、図２（ｃ）は斜めひび割れ５３が貫通している状態を示している。これらのせん断損傷は、本発明の適用範囲である。
これに対して、軸方向鉄筋が座屈したり、破断したりして曲げ損傷が発生した曲げ損傷段階は、本発明の適用範囲外である。例えば、かぶりコンクリートが大幅に剥離したり、鉄筋のはらみ出しが生じていたり、軸方向鉄筋が破断して躯体が傾斜しているような場合には本発明の改修方法は適用しない。
また改修は、損傷した部分及び必要な箇所にのみ限定しておこなうことができる。
【０００９】
＜ロ＞外殻部材
外殻部材２は、改修前のコンクリート構造物１の外周に配置する部材である。外殻部材２は、損傷したコンクリート構造物１と間隔を隔てて設置する。
外殻部材２には、鋼板、コンクリート製のプレキャストパネル、連続繊維シート成型パネル、後述する充填材３との一体性を高めるために鉄筋などを突出させたハーフプレキャストパネル、木製型枠等が使用できる。外殻部材２は、構造断面として機能させる場合と、構造断面として機能させない場合がある。例えば、木製型枠については充填材を充填した後に脱型するので、構造断面として機能させないものである。この場合の外殻部材２の材質及び寸法は、充填材３の充填圧に耐えられるように決定すればよい。
構造断面として機能させる場合は、後述するように既存のコンクリート構造物１の未補修部の荷重負担分を控除した設計せん断耐力と、それに基づき算出した設計靭性率によって外殻部材２の材質及び寸法を決定する。
外殻部材２の断面形状は任意に選択できるが、例えば改修するコンクリート構造物１が断面矩形の柱１ａや梁の場合は、断面形状がコの字型の外殻部材２ａ（図３（ａ）参照）やＬ型の外殻部材２ｂ（図３（ｂ）参照）やロの字型の外殻部材（図示せず）が採用できる。また、スラブ付き梁１ｂの梁部のみを改修する場合は、梁部を外側から覆うような断面コの字型の外殻部材２ｃ（図３（ｃ）参照）が採用できる。さらに、円柱状のコンクリート構造物１を改修する場合は、半円型、円弧型又は円環型の断面形状を有する外殻部材２が使用できる。
【００１０】
分離した外殻部材２ａ，２ｂ間は、公知の接合手段により接合することができる。例えば鋼板製の外殻部材２ａ，２ｂを接合するには、公知の溶接方式、ボルト方式、かみ合わせ方式などが採用できる。
また、鉄筋コンクリート製の外殻部材２ａ，２ｂを接合するには、外殻部材２ａ，２ｂから突出した鉄筋を公知の継手４１によって接合し、外殻部材２ａ，２ｂの端面間の隙間６にコンクリート等の接合材を打設して接合部４を形成することができる（図３，１参照）。
【００１１】
＜ハ＞充填材
充填材３は、外殻部材２とコンクリート構造物１の隙間６やひび割れに充填する材料である。
充填材３には、樹脂系材料、セメント系材料など充填時に流動性を有し充填後に固化する公知の材料が使用できる。樹脂系材料には、発泡エポキシ樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂等がある。セメント系材料には、ポリマーセメント系スラリー、超微粒子セメント系スラリー、ポリマーセメントモルタル、無収縮モルタル等がある。
充填材３は、隙間６を充填するのみならず、ひび割れにも浸透させることを目的に充填するため、浸透性や流動性の高い材料を使用するのが好ましい。例えば、発泡エポキシ樹脂は膨張力によりひび割れに浸入していくことができ、アクリル樹脂は流動性が高いためひび割れに充填されやすい。このように充填材３の材質によって浸透性が異なるため、補修範囲も変化する。
外殻部材２を構造断面として機能させない場合は、充填材３によって形成される外殻が構造部材となるため、充填材３の材質及び充填材３を充填する隙間６の寸法は、後述する既存のコンクリート構造物の未補修部の荷重負担分を控除した設計せん断耐力と、それに基づき算出した設計靭性率によって決定する。
充填材３は、上方又は下方の隙間６や注入口等から外殻部材２とコンクリート構造物１の隙間６に充填する。このとき必要に応じて隙間６の上方を塞ぐなどして加圧注入をおこなうこともできる。
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の損傷したコンクリート構造物の改修方法によって改修した構造物の性能に対する実験について説明する。
【００１３】
＜イ＞実験条件
断面５００ｍｍ×５００ｍｍ、高さ１５５０ｍｍの四角柱の鉄筋コンクリート製の供試体に、一定軸力Ｎ＝１９．６ｋＮを与え、正負交番繰返し載荷Ｐをおこなった。ここで、せん断スパンは１２５０ｍｍ、せん断スパン比は２．５である。また、コンクリートの骨材の最大寸法が１０ｍｍの供試体（Ｒ１０供試体）と、２０ｍｍの供試体（Ｒ２０供試体）の２つの供試体について実験をおこなった。
【００１４】
そして、せん断破壊したＲ１０供試体及びＲ２０供試体に対して本発明の改修方法を適用した。
実験に使用した外殻部材２は、軽量モルタル製の厚みが５０ｍｍのロの字型断面を有する外殻部材２ｄ，２ｅである。そして、基盤から２０ｍｍの間隔を置いて、径が１３ｍｍ（Ｄ１３）の帯鉄筋を５０ｍｍ間隔で配筋した外殻部材２ｄを２段、Ｄ１３の帯鉄筋を１００ｍｍ間隔で配筋した外殻部材２ｅを２段配置した。ここで、基盤から２０ｍｍの間隔を置いて外殻部材２ｄを配置したのは、本発明の改修方法はせん断補強、靭性補強を目的としており、曲げ補強は対象としないため、曲げ耐力が向上しないようにしている。
また、充填材３は、損傷したＲ１０供試体には発泡エポキシ樹脂を使用し、損傷したＲ２０供試体にはアクリル樹脂を使用した。
【００１５】
＜ロ＞実験結果
Ｒ１０供試体に充填した発泡エポキシ樹脂と、Ｒ２０供試体に充填したアクリル樹脂の充填状況をコア抜きにより確認した結果、発泡エポキシ樹脂は最小０．４５ｍｍのひび割れまで、アクリル樹脂は最小０．２５ｍｍのひび割れまで充填されていた。しかし、損傷した供試体の主鉄筋より内側のひび割れには充填材３が充填されていない部分（未補修部）があった。そこで、改修後の構造物の設計靭性率を算出する場合は、設計せん断耐力のコンクリート負担分について帯鉄筋より内側のコア部分を未補修部として、その部分のコンクリート負担分を控除して算出をおこなった。
【００１６】
図５（ａ）には、Ｒ１０供試体について、改修前と改修後の水平変位と水平荷重Ｐの関係を包絡線で表した比較図を示した。また、図５（ｂ）にはＲ２０供試体について同様の比較図を示した。
図５の結果から、本発明の改修方法によって、改修後の耐力が改修前（損傷前）より向上していることがわかる。また、変形性能についても降伏荷重に到達した後の変形性能が大幅に改善されたことが確認できる。ここで、実験結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】

【００１８】
終局状態の破壊形式は、改修前の供試体についてはいずれもせん断破壊であったのに対し、改修後はいずれも曲げ破壊になった。ここで、破壊形式の判定は、終局時におけるひび割れ状況及び外殻部材２ｄ，２ｅ内に配置した帯鉄筋のひずみにより判定した。
また、改修後の供試体の靭性率は、Ｒ１０供試体では大幅に設計靭性率を上回り、Ｒ２０供試体では正側の靭性率が設計靭性率をやや下回ったものの、負側の靭性率は設計靭性率を上回る結果が得られた。
【００１９】
本発明の損傷したコンクリート構造物の改修方法は、完全にひび割れを補修する方法ではないが、ひび割れ補修の不確実な部分をあらかじめ控除して設計することにより、目標とする性能を簡単な改修方法で確保することができる。すなわち、充填材３によって充分にひび割れが補修されない部分があると予想される場合は、その部分を控除した設計をおこない、性能が目標を下回る場合は、外殻部材２の材質や寸法、又は充填材３の材質や充填材３を充填する隙間６の寸法を変更することにより強度を上げて、改修後の構造物に要求される耐力を満たすような外殻部材２又は充填材３を選択して設計すればよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の損傷したコンクリート構造物の改修方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞従来の補修工程を省略できるので、工期を大幅に短縮することができる。また、充填材の材料費が増加したとしても、工期の短縮による経済効果を得ることができる。
＜ロ＞補修が充分におこなわれない部分の耐力は計算に入れないで設計をおこなうため、簡単な方法で改修をおこなっても目標とする性能を確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の損傷したコンクリート構造物の改修方法の実施例の説明図。
【図２】せん断損傷の状態を表した説明図。
【図３】外殻部材の実施例の平面図。
【図４】（ａ）実験に使用した供試体の平面図。（ｂ）実験に使用した供試体の側面図。
【図５】（ａ）Ｒ１０供試体の実験結果を表した水平変位と水平荷重の関係図。（ａ）Ｒ２０供試体の実験結果を表した水平変位と水平荷重の関係図。
【図６】従来の補修工事及び補強工事の手順を示した説明図。
【符号の説明】
１・・・コンクリート構造物
２・・・外殻部材
３・・・充填材
６・・・隙間

Claims

せん断損傷したコンクリート構造物と隙間を隔てて外殻部材を配置し、前記隙間に充填材を充填することで、該隙間の充填と損傷部のひび割れの充填を同時におこない内部に未補修部分を残したまま改修を完了する、せん断損傷したコンクリート構造物の改修方法であって、
前記外殻部材は、鉄筋コンクリート製の複数の分割体と、前記外殻部材の一部を構成し、前記複数の分割体を軸方向に一体化する接合部とにより構成し、
前記複数の分割体は、前記コンクリート構造物の周囲を囲むように端面間を対向させて前記接合部を形成するための隙間を設けて配置し、かつ、多段に積み上げて配置し、
前記接合部は、前記複数の分割体の端面間の隙間に接合材を打設して形成することを特徴とする、
せん断損傷したコンクリート構造物の改修方法。
せん断損傷したコンクリート構造物の未補修部の荷重負担分を控除した設計せん断耐力と、それに基づき算出した設計靭性率によって前記外殻部材の材質及び寸法を設計し、
前記充填材の材質及び充填材を充填する隙間の寸法は、既存のコンクリート構造物の未補修部の荷重負担分を控除した設計せん断耐力と、それに基づき算出した設計靭性率によって決定することを特徴とする、
前記請求項１に記載のコンクリート構造物の改修方法。
前記未補修部の範囲を前記充填材の材質によって決定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載した内部に未補修部分を残したまま改修を完了する外殻部材を用いたせん断損傷したコンクリート構造物の改修方法。