JP4554845B2 - Structure reinforcement method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、強化繊維シート緊張接着工法による土木建築構造物であるコンクリート構造物或いは鋼構造物(本願明細書では、コンクリート構造物或いは鋼構造物を含めて単に「構造物」という。)の補強方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
構造物の補強方法として、近年、既存或いは新設の構造物の表面に連続強化繊維シートを貼り付けたり、巻き付けたりする接着工法が開発されている。
【0003】
しかしながら、上記接着工法は、単純な接着のみであり、FRP(繊維強化プラスチック)補強材の剥離による構造物の早期破壊により、終局耐力の補強効果の向上に限界がある一方、例えばコンクリート構造物のひび割れの抑制効果にも限界がある。その上、FRP補強材の高い性能が有効に活用されていない場合が多い。又、既存構造物のひび割れ損傷などの回復や死荷重に対する補強はできない。
【0004】
このような問題を改善するべく、強化繊維シートを用いた緊張接着工法が提案されている。例えば特開平11−182061号公報には、強化繊維として少なくとも炭素繊維を含む炭素繊維シート、クロス及び樹脂を含浸したプリプレグ等からなる繊維材に対して、治具を介して緊張装置により緊張力を導入し、次いで、接着剤により繊維材をコンクリート部材の表面に貼着し、その後、治具及び緊張装置を除去する緊張接着工法が開示されている。
【0005】
このような緊張接着工法により、図8に示すように、同じ寸法の複数の強化繊維シート1をコンクリート構造物表面101に積層して接着した場合には、強化繊維シート1の端部とコンクリート構造物表面との間に、図9(A)に示すように、剪断応力が集中し、強化繊維シート1の端部から剥離が生じることが知られている。
【0006】
そのために、図10に示すように、長さの異なる強化繊維シート1(1a〜1d)を、コンクリート構造物表面101の側から外側へと長い順に積層配置することが提案されている。このような構成とすることにより、図9(B)に示すように、剪断応力が分散され、強化繊維シート1(1a〜1d)の端部における応力集中が大幅に低減され、端部剥離を著しく改善することができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような緊張接着工法に基づく強化繊維シート1(1a〜1d)の端部がずれたコンクリート構造物の補強方法を実施するに際して、各強化繊維シート1(1a〜1d)を1枚毎に緊張力を導入し接着するといった作業を、全ての強化繊維シート1に対して繰り返し行うことは、作業が極めて煩雑であり、作業効率の点で問題があり、更なる改良が希求されている。
【0008】
従って、本発明の目的は、接着された複数枚の強化繊維シートの端部をずらすことにより端部応力集中を著しく低減することのできる緊張接着工法に基づくコンクリート構造物の補強を、極めて作業性良く実施することのできる、コンクリート構造物或いは鋼構造物のような構造物の補強方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る構造物の補強方法にて達成される。要約すれば、本発明は、樹脂含浸又は樹脂未含浸の強化繊維シートを長手方向に引っ張り、強化繊維シートに緊張力を導入した状態で構造物の被補強表面に接着する構造物の補強方法において、
(a)構造物の被補強表面に適合するように強化繊維シートを複数枚長手方向に整列して積層する工程、
(b)構造物に対する各強化繊維シートの長手方向接着長さが、構造物表面最内層から最外層へと行くに従ってより短くなるように、前記積層された各強化繊維シートの両端位置に且つ各強化繊維シートの間に、積層された前記各強化繊維シート同士の接着を防止する剥離シートを配置する工程、及び
(c)前記積層された各強化繊維シートを一括して長手方向に引っ張り、強化繊維シートに緊張力を導入した状態で、前記強化繊維シートを構造物の表面に、及び各強化繊維シート同士を接着剤にて接着する工程、
を有し、前記構造物に接着された複数層をなす強化繊維シートの両端部が構造物表面最内層から最外層へと向かって段状となるようにしたことを特徴とする構造物の補強方法である。
【0010】
本発明の一実施態様によると、前記工程(c)を実施するに先立って、前記段状とされる強化繊維シートの端部に相当する位置に、前記強化繊維シートの長手方向に対して直交する方向に、前記強化繊維シートの幅よりも長く延在した再接着アンカー強化繊維シートを積層配置し、そして、前記再接着アンカー強化繊維シートにより前記強化繊維シートの端部を構造物表面に固定するべく、前記工程(c)を実施する際に前記再接着アンカー強化繊維シートを接着剤にて前記強化繊維シート及び構造物表面に接着し、前記各強化繊維シート及び前記各再接着アンカー強化繊維シートの接着剤が硬化した後、前記強化繊維シートに導入した緊張力を解放する。前記再接着アンカー強化繊維シートは、強化繊維が前記強化繊維シートの長手方向に対して直交する方向に配列されており、又、前記再接着アンカー強化繊維シートは、前記強化繊維シートと同じ構成とすることができる。
【0011】
本発明の他の実施態様によると、積層された前記強化繊維シートの最外層に位置して、前記段状とされる前記各強化繊維シートの端部に相当する位置にそれぞれ定着板を配設し、前記各定着板は、前記工程(c)の後、前記各強化繊維シートの端部を構造物表面に定着するべくアンカーボルトにて構造物に固定され、前記定着板が固定された後、前記強化繊維シートに導入した緊張力を解放する。前記定着板は、金属製板或いはFRP製板とすることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る構造物の補強方法を図面に則して更に詳しく説明する。
【0013】
実施例1
本発明の構造物の補強方法は、梁又は桁部材、更には、壁、柱部材、床版などのスラブ部材など、建築或いは土木構造物であるコンクリート構造物或いは鋼構造物の補強に広く適用し得るが、本実施例では、コンクリート梁に適用した場合について説明する。
【0014】
図4に、本発明にて使用する強化繊維シート1の一実施例を示す。強化繊維シート1は、連続した強化繊維2を均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列した、所定の単位重量を有するものである。強化繊維シート1の長さ及び幅は、補強される構造物の寸法、形状に応じて適宜決定される。
【0015】
強化繊維2としては、PAN系或いはピッチ系炭素繊維;ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維;更には、アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維;が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。
【0016】
又、強化繊維シート1は、取り扱いを容易とするために、図4に示すように、強化繊維2を一方向に配列した強化繊維層の片面、或いは、両面を、例えば直径2〜50μmのガラス繊維或いは有機繊維にて作製したメッシュ状の支持体シート3により支持した構成とすることもできる。
【0017】
メッシュ状支持体シート3にて強化繊維シートを保持する方法としては、例えば、メッシュ状支持体シート3を構成する縦糸6及び横糸7の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート3を強化繊維層2の両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート3の縦糸6及び横糸7の部分を強化繊維層4に溶着する。
【0018】
別法として、図5に示すように、強化繊維シート1は、一方向に配列された強化繊維2に対して直交して、繊維2のバラケ止めとして繊維4を横糸として一定の間隔にて打ち込み、所謂、織物(クロス)のような構造のシートとすることも可能である。繊維4としては、上述と同様に、例えば直径2〜50μmのガラス繊維或は有機繊維が使用可能であるが、ガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維は、繊維束のバラケ防止効果が大きく、好ましく用いられる。この方法での、横糸の打ち込み間隔(p)に特に制限はないが、作製されたシートの取り扱い性を考慮して、通常1〜15mm間隔の範囲で選定される。
【0019】
尚、本実施例では、強化繊維シート1は、単糸デニールが1.5デニールのモノフィラメントを、例えば、約2000本収束した繊維束、即ち、PBO繊維2を使用し、このPBO繊維を均一に引き揃え、互いに密に一方向に配列したPBO連続繊維シートであった。PBO連続繊維シートの厚さは0.128mm(繊維目付200g/m2)であった。通常、PBO連続繊維シート1の繊維目付(単位面積当たりの重量:g/m2で表す)は、100〜1600g/m2(設計シート厚さ(t)0.064〜1.02mm)とされるが、好ましくは、140〜600g/m2(設計シート厚さ(t)0.090〜0.38mm)である。
【0020】
本発明の補強方法を実施する際に強化繊維シート1に含浸されるマトリクス樹脂(即ち、接着剤)は、熱硬化性樹脂とすることができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂を好適に使用し得る。又、樹脂含浸量は、30〜70重量%、好ましくは、40〜60重量%とされる。
【0021】
本発明の構造物の補強方法の一実施例について説明する。本実施例ではコンクリート梁100を補強するものとする。
【0022】
本発明によると、強化繊維シート1をコンクリート梁100に接着するに先立って、強化繊維シート1に緊張力が導入される。本実施例では、強化繊維シート1には、樹脂は未だ含浸されていないものとする。
【0023】
本実施例によると、緊張装置(図示せず)は、ジャッキ手段を有し、強化繊維シート1の両端にそれぞれ連結され、強化繊維シート1に引張力を付与する構成とされる。
【0024】
本発明に従って緊張接着工法を実施するに当たり、先ず、図1〜図3に示すように、強化繊維シート1(1a、1b、1c)が複数枚長手方向に整列して積層され、強化繊維シート積層体10とされる。各強化繊維シート1(1a、1b、1c)の長さは、所要の長さ、つまり、コンクリート梁100のシート貼着面101に接着されて補強に供する「長さ(有効長)」と、更に、引張力を導入するために緊張装置により保持させるために必要とされる「長さ」とを加えた長さとされる。
【0025】
尚、本明細書にて、強化繊維シート1、或は、複数枚の強化繊維シート1(1a、1b、1c)を積層して構成される強化繊維シート積層体10において、「内側」とは、コンクリート梁100のような構造体のシート貼着面101側を意味し、「外側」とはこのシート貼着面101より離れる方向を意味する。又、上述のように、強化繊維シート1、或は、強化繊維シート積層体10がシート貼着面101に接着され補強に供される実際の接着長さ(L)(図2参照)を「有効長」と呼び、その両端部から中央部に向かう方向を「内方」とし、その両端部側を「外方」と呼ぶ。
【0026】
本実施例では、図1及び図2に示すように、コンクリート梁100のシート貼着面101に接着される最内層の第1の強化繊維シート1aと、その上に積層される中間層の第2の強化繊維シート1bと、最外層の第3の強化繊維シート1cとの、3枚の強化繊維シート1を有した強化繊維シート積層体10を使用するものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0027】
図1及び図2には、コンクリート梁100及び強化繊維シート積層体10の有効長領域の一方端部(即ち、図面上左側端部)のみを示すが、同様の構成がコンクリート梁100及び強化繊維シート積層体10の有効長領域の他方端部にも適用される。
【0028】
本発明に従うと、強化繊維シート積層体10の有効長領域の端部領域には、各強化繊維シート1(1a、1b、1c)の間に剥離シート11(11a、11b)が配置される。即ち、本実施例では、第1強化繊維シート1aと第2強化繊維シート1bとの間、第2強化繊維シート1bと第3強化繊維シート1cとの間に、それぞれ第1剥離シート11a及び第2剥離シート11bが配置される。
【0029】
本発明によれば、図示されるようにコンクリート梁100のシート貼着面101に近い最内層から最外層へと行くに従って、剥離シート11の内方への延在長さが長くされる。即ち、本実施例では第2剥離シート11bは第1剥離シート11aより内方への突出量が長くされる。
【0030】
従って、本発明の補強方法によれば、有効長領域の端部領域にて、第1強化繊維シート1aと第2強化繊維シート1b、第2強化繊維シート1bと第3強化繊維シート1cが互いに接着されることが防止され、それによって、最内層から最外層へと行くに従って、強化繊維シート11の有効長が短くされた積層構造が実現され、端部応力集中が低減された補強構造が提供される。
【0031】
又、本実施例では、第1強化繊維シート1aと第1剥離シート11aとの間、第2強化繊維シート1bと第2剥離シート11bとの間、及び、第3強化繊維シート1cの外側に、各強化繊維シート11の長手方向に対して直交する方向に強化繊維が配列された、第1、第2及び第3再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)をそれぞれ積層配置する。
【0032】
各再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)は、図1に示すように、その長さL1が、強化繊維シート1(1a、1b、1c)の幅Wより長くされ、強化繊維シート1(1a、1b、1c)と重なり合っていない部分、即ち、(L1−W)/2の部分12a’、12b’、12c’が、各再接着アンカー強化繊維シート12を構造体100の表面に接着固定するアンカー部を形成する。アンカー部の寸法形状は、各再接着アンカー強化繊維シート12にて同じとすることもでき、異なるものとすることも可能である。
【0033】
又、各再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)は、通常、互いに重なり合わないように配置する。
【0034】
つまり、第1再接着アンカー強化繊維シート12aは、その外方(左側)端が第1強化繊維シート1aの有効長左側端部に整列して、第1強化繊維シート1aと第1剥離シート11aとの間に配置される。第2再接着アンカー強化繊維シート12bは、第1剥離シート11aより更に内方へと延びた第2剥離シート11bと第2強化繊維シート1bとの間に配置され、第2再接着アンカー強化繊維シート12bの内方(右側)端が、第2剥離シート11bの内方(右側)端部に整列して位置決めされる。更に、第3再接着アンカー強化繊維シート12cは、第2剥離シート11bの有効長左側端部とは反対側の内方端部、即ち、図1及び図2にて右側端部より更に内方に位置して、しかも、第3再接着アンカー強化繊維シート12cの外方(左側)端が第2剥離シート11bの内方(右側)端部に整列して配置される。
【0035】
換言すれば、第1、第2及び第3再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)は、互いに隣接してはいるが、重なり合わないようにして配置される。又、再接着アンカー強化繊維シート12は、外側に位置するに従って強化繊維シート積層体10の内方、即ち、中央部に位置するように配置される。
【0036】
第1、第2及び第3再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)は、上述した強化繊維シート1(1a、1b、1c)と同じ構成とすることができる。
【0037】
次に、本発明に従った緊張接着工法について説明する。
【0038】
図3(A)に示すように、各強化繊維シート1(1a、1b、1c)の有効長領域両端部に剥離シート11(11a、11b)及び再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)を介在させた強化繊維シート積層体10の延長された両端部が緊張装置のジャッキ手段(図示せず)に保持され、案内ローラ20により、その有効長領域がコンクリート梁100のシート貼着面101に近接した位置へと案内される。
【0039】
引き続いて、緊張装置のジャッキ手段を作動させ、強化繊維シート積層体10、即ち、第1、第2及び第3強化繊維シート1(1a、1b、1c)を一括して長手方向に引っ張り、各強化繊維シート1(1a、1b、1c)に緊張力を導入する。
【0040】
各強化繊維シート1への緊張力導入は、予め設定された引張量を引っ張った時点にて停止するか、或いは、ロードセルなどを適所に設置し、緊張荷重を計測しながらジャッキを駆動し、所定荷重を印加した時点でジャッキの駆動を停止することも可能である。
【0041】
図3(A)に示すように、各強化繊維シート1(1a、1b、1c)が緊張状態に維持された状態にて、コンクリート梁シート貼着面101に対面した側から強化繊維シート積層体10の第1強化繊維シート1aにマトリクス樹脂を塗布し、強化繊維シート積層体10にマトリクス樹脂を含浸させる。
【0042】
次いで、図3(B)に示すように、案内ローラ20を移動し、強化繊維シート積層体10をコンクリート梁100の貼着面101に接着する。今度は、強化繊維シート積層体10のコンクリート構造体表面101とは反対側の面から、即ち、第3強化繊維シート1cの外側面にマトリクス樹脂を塗布する。これにより、強化繊維シート積層体10には、その内部の第2強化繊維シート1bにまで、十分にマトリクス樹脂が含浸される。
【0043】
更に、第1、第2及び第3再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)にもマトリクス樹脂を含浸させる。これにより、第1、第2及び第3再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)は、それぞれ、積層された対応の強化繊維シート1に接着されるとともに、図1及び図3(C)に示すように、強化繊維シート1より直交する横方向に突出したアンカー部12a’、12b’、12c’をコンクリート梁100の、本実施例では、側面部102に接着する。
【0044】
尚、含浸した強化繊維シート積層体10、即ち、各強化繊維シート1(1a、1b、1c)をコンクリート梁100の貼着面101に、更には、第1、第2及び第3再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)を貼着面102に空隙が発生することなく接着させるために、強化繊維シート1、並びに第1、第2及び第3再接着アンカー強化繊維シート12をコンクリート梁100側へと押圧するのが好ましい。押圧手段としては任意の手段を使用し得るが、バキュームバッグとシール材を用いて含浸した強化繊維シート1の補強部分を完全にラップし、ラップ内エアーをポンプにより吸引し、シートを被補強構造物に押し付け常温硬化することが好ましい。
【0045】
又、コンクリート梁100の貼着面101、102は、強化繊維シート1及び再接着アンカー強化繊維シート12を接着するに先立って、予めプライマーを塗布して下地処理を行うのが好ましい。又、更に、予めマトリクス樹脂を塗布しておくこともできる。プライマーとしては、マトリクス樹脂と同系の又は同じ樹脂、例えば、通常使用されている、エポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などとし得る。
【0046】
マトリクス樹脂が硬化し、樹脂含浸された強化繊維シート1、及び、第1、第2、第3再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)がそれぞれ構造物の被補強表面、即ち、貼着面101、及び、側面102に完全に貼着した時点において、ジャッキを駆動して所定の速度で、例えば1分間当たり100〜500N/mm2に相当する定荷重速度にて緊張力を解放する。
【0047】
次いで、今や、樹脂が硬化し繊維強化プラスチック(FRP部材)とされる強化繊維シート積層体10を、特に、第1強化繊維シート1aを、図2及び図3(D)に示すように、有効長領域の両端部(位置A)にて切断し、第1強化繊維シート1aのコンクリート梁貼着面101に接着固定された有効長領域を残し、それ以外の両端領域を除去する。
【0048】
第1剥離シート11aは、第1再接着アンカー強化繊維シート12a及び第1強化繊維シート1aの端部と、第2強化繊維シート1bの端部とが接着されることを防止しており、第2剥離シート11bは、第2再接着アンカー強化繊維シート12b及び第2強化繊維シート1bの端部と、第3強化繊維シート1cとが接着されることを防止している。
【0049】
第1及び第2剥離シート11a、11bは、繊維強化プラスチック(FRP部材)とされコンクリート梁貼着面101に接着固定されている強化繊維シート積層体10の両端部領域から除去することができる。又、第1強化繊維シート1aに接着されていない第2強化繊維シート1bの両端部、及び第2強化繊維シート1bに接着されていない第3強化繊維シート1cの両端部は、それぞれ、図2の位置B、Cにて切断し、除去する。
【0050】
これによって、コンクリート梁100は、図1に一点鎖線にて示すような、コンクリート梁貼着面101に接着された複数層をなす強化繊維シート1の両端部がコンクリート構造物表面最内層から最外層へと向かって段状となるようにした態様で補強がなされる。
【0051】
更に、本実施例では、段状とされる強化繊維シート積層体10の端部に相当する位置に、強化繊維シート1の長手方向に対して直交する方向に強化繊維が配列された再接着アンカー強化繊維シート12が積層配置され、コンクリート梁100の側面貼着面102に接着固定する構造とされるので、強化繊維シート1の両端部の剥離防止が強化される。
【0052】
再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)は、場合によっては省略することも可能である。
【0053】
実施例2
実施例1では、コンクリート梁100に接着された、段状とされる強化繊維シート1の端部の剥離防止のために、再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)を使用するものとしたが、本実施例では、図6及び図7に示すように、再接着アンカー強化繊維シート12(12a、12b、12c)の代わりに、定着板13(13a、13b、13c)が使用される。
【0054】
つまり、本実施例では、定着板13(13a、13b、13c)は、強化繊維シート1が、コンクリート梁100の貼着面101に緊張、接着された後、緊張力が解放される直前までの間において、段状とされる強化繊維シート積層体10の端部に相当する位置に積層配置し、そして、コンクリート梁100の側面貼着面101にアンカーボルト15にて固定する。定着板13(13a、13b、13c)の、強化繊維シート1より突出したアンカー部13a’、13b’、13c’にはボルト穴14が形成される。
【0055】
定着板13(13a、13b、13c)は、例えば、鋼板などの金属製とすることもできるが、FRP(繊維強化プラスチック)製とすることもできる。このとき、強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、など任意の繊維を使用し得る。
【0056】
樹脂が硬化し強化繊維シート積層体10が繊維強化プラスチック(FRP部材)となった時点において、強化繊維積層体10は、図7に示すように、第1強化繊維シート1aの有効長領域の両端部(位置A)にて切断し、それ以外の両端領域を除去する。
【0057】
第1及び第2剥離シート11a、11b、更には、これら第1及び第2剥離シート11a、11bと積層されている第2及び第3強化繊維シート1b、1cの端部は、定着板13(13a、13b、13c)とアンカーボルト15にて固定されているので、除去する必要はない。
【0058】
定着板13(13a、13b、13c)を使用した構造物の補強方法においてもその他の点では実施例1の場合と同様であるので、詳しい説明は省略する。
【0059】
本実施例においても、実施例1と同様の作用効果を得ることができる。
【0060】
実施例3
上記実施例1、2では、樹脂が未だ含浸されていない強化繊維シート1を使用し、この強化繊維シート1に緊張装置を利用して緊張力を導入し、その後、樹脂を強化繊維シート1に含浸させ、コンクリート構造物表面101に接着するものとしたが、樹脂が含浸された強化繊維シート1を使用することもできる。
【0061】
つまり、樹脂を含浸しながら強化繊維シート1に緊張装置を利用して緊張力を導入し、コンクリート梁表面101に接着することができる。
【0062】
更には、強化繊維シート1に予めマトリクス樹脂を含浸し、プリプレグの形態とされるか、或いは、FRPの形態とされた樹脂含浸強化繊維シート1に接着剤を塗布し、複数枚積層された強化繊維シート積層体10に、緊張装置を利用して緊張力を導入し、コンクリート梁表面101に接着することも可能である。
【0063】
同様に、再接着アンカー強化繊維シート12に関しても、樹脂が含浸され、プリプレグの形態とされるか、或いは、FRPの形態とされた強化繊維シートを使用することができる。
【0064】
マトリクス樹脂は、実施例1の場合と同様に、熱硬化性樹脂とすることができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、MMA樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂を好適に使用し得る。樹脂含浸量は、30〜70重量%、好ましくは、40〜60重量%とされる。
【0065】
プリプレグ或いはFRP形態とされた樹脂含浸強化繊維シートにおいては、樹脂を用いてコンクリート梁100の表面101に接着されるが、接着樹脂としてはマトリクス樹脂と同じ或いは同系の樹脂を使用することができる。
【0066】
コンクリート梁100の貼着面101は、強化繊維シート1を接着するに先立って、予めプライマーを塗布して下地処理を行うのが好ましい。又、更に、予めマトリクス樹脂を塗布しておくこともできる。
【0067】
又、実施例1、2の場合と同様に、プリプレグ或いはFRPとされる強化繊維シート1をコンクリート梁100の貼着面101に空隙が発生することなく接着させるために、バキュームバッグとシール材を用いて強化繊維シート1の補強部分を完全にラップし、必要に応じてオートクレーブを用いて加熱するバキュームバッグを用いることが好ましい。
【0068】
マトリクス樹脂が硬化し、樹脂含浸強化繊維シートがコンクリート構造物表面に完全に貼着した後の工程は、実施例1、2で説明したと同じであるので、再度の説明は省略する。
【0069】
上記実施例では、コンクリート構造物の補強に関して説明したが、本発明は、鋼構造物の補強に際しても同様に適用することができ、同様の作用効果を達成し得る。
【0070】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、複数枚の樹脂含浸又は樹脂未含浸の強化繊維シート積層体を一括して長手方向に引っ張り、強化繊維シートに緊張力を導入した状態で構造物の被補強表面に接着する構造物の補強方法であって、構造物に対する各強化繊維シートの長手方向接着長さが、構造物表面最内層から最外層へと行くに従ってより短くなるように、積層された各強化繊維シートの両端位置に且つ各強化繊維シートの間に、積層された各強化繊維シート同士の接着を防止する剥離シートを配置する構成とされるので、接着された複数枚の強化繊維シートの端部をずらすことにより端部応力集中を著しく低減することのできる緊張接着工法に基づくコンクリート構造物の補強を、極めて作業性良く実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従った構造物の補強方法の一実施例を説明するための斜視図である。
【図2】図1の構造物の補強方法を説明するための正面図である。
【図3】図1の構造物の補強方法の工程を説明するための模式図である。
【図4】本発明にて使用することのできる強化繊維シートの一実施例を示す斜視図である。
【図5】本発明にて使用することのできる強化繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。
【図6】本発明に従った構造物の補強方法の他の実施例を説明するための斜視図である。
【図7】図6の構造物の補強方法を説明するための正面図である。
【図8】従来のコンクリート構造物の補強方法を説明するための図である。
【図9】補強されたコンクリート構造物の補強構造態様と、端部応力集中との関係を説明するための説明図である。
【図10】接着された複数枚の強化繊維シートの端部をずらすことにより端部応力集中を低減させたコンクリート構造物の補強構造態様を示す図である。
【符号の説明】
1(1a、1b、1c) 強化繊維シート
2 強化繊維
3 支持体
4 バラケ止め繊維
10 強化繊維シート積層体
11(11a、11b) 剥離シート
12(12a、12b、12c) 再接着アンカー強化繊維シート
13(13a、13b、13c) 定着板
15 アンカーボルト
100 構造物
101、102 構造物貼着面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention reinforces a concrete structure or a steel structure (which is simply referred to as a “structure” including a concrete structure or a steel structure in this specification) that is a civil engineering structure by a reinforcing fiber sheet tension bonding method. It is about the method.
[0002]
[Prior art]
As a method for reinforcing a structure, in recent years, a bonding method has been developed in which a continuous reinforcing fiber sheet is attached to or wound around the surface of an existing or new structure.
[0003]
However, the above-mentioned bonding method is only simple bonding, and there is a limit to the improvement effect of ultimate strength due to early destruction of the structure due to peeling of the FRP (fiber reinforced plastic) reinforcing material. There is a limit to the effect of suppressing cracks. In addition, the high performance of the FRP reinforcement is often not utilized effectively. In addition, it is impossible to recover from crack damage of existing structures or to reinforce dead loads.
[0004]
In order to improve such a problem, a tension bonding method using a reinforcing fiber sheet has been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 11-182061, tension is applied to a fiber material composed of a carbon fiber sheet containing at least carbon fiber as a reinforcing fiber, a cloth, a prepreg impregnated with resin, and the like by a tension device via a jig. Then, a tension bonding method is disclosed in which the fiber material is adhered to the surface of the concrete member with an adhesive and then the jig and the tensioning device are removed.
[0005]
As shown in FIG. 8, when a plurality of reinforcing
[0006]
Therefore, as shown in FIG. 10, it is proposed that the reinforcing fiber sheets 1 (1a to 1d) having different lengths are stacked in order from the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, when carrying out the reinforcing method of the concrete structure in which the ends of the reinforcing fiber sheets 1 (1a to 1d) are displaced based on the tension bonding method as described above, one reinforcing fiber sheet 1 (1a to 1d) is provided. Repeating the work of introducing and bonding the tension force every time to all the reinforcing
[0008]
Accordingly, an object of the present invention is to reinforce a concrete structure based on a tension bonding method that can remarkably reduce end stress concentration by shifting the ends of a plurality of bonded reinforcing fiber sheets. It is to provide a method of reinforcing a structure such as a concrete structure or a steel structure that can be well implemented.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The above object is achieved by the method for reinforcing a structure according to the present invention. In summary, the present invention relates to a method for reinforcing a structure in which a reinforcing fiber sheet impregnated or not impregnated with a resin is pulled in the longitudinal direction and bonded to the surface to be reinforced of the structure in a state where tension is introduced into the reinforcing fiber sheet. ,
(A) a step of aligning and stacking a plurality of reinforcing fiber sheets in the longitudinal direction so as to conform to the reinforced surface of the structure;
(B) The longitudinal adhesion length of each reinforcing fiber sheet to the structure becomes shorter as it goes from the innermost layer on the structure surface to the outermost layer, and at each end position of each of the laminated reinforcing fiber sheets. A step of disposing a release sheet for preventing adhesion of the laminated reinforcing fiber sheets between the reinforcing fiber sheets; and
(C) Pulling the laminated reinforcing fiber sheets together in the longitudinal direction and introducing tension to the reinforcing fiber sheets, the reinforcing fiber sheets on the surface of the structure, and the reinforcing fiber sheets A process of bonding with an adhesive;
And reinforcing both ends of the reinforcing fiber sheet forming a plurality of layers bonded to the structure so as to be stepped from the innermost layer to the outermost layer of the structure surface. Is the method.
[0010]
According to an embodiment of the present invention, prior to performing the step (c), a position corresponding to an end of the stepped reinforcing fiber sheet is orthogonal to the longitudinal direction of the reinforcing fiber sheet. The rebonded anchor reinforcing fiber sheets that are longer than the width of the reinforcing fiber sheet are stacked in a direction to be stacked, and the ends of the reinforcing fiber sheets are fixed to the structure surface by the rebonding anchor reinforcing fiber sheet. Therefore, when carrying out the step (c), the rebonded anchor reinforcing fiber sheet is bonded to the reinforcing fiber sheet and the surface of the structure with an adhesive, and the reinforcing fiber sheets and the rebonding anchor reinforcing fibers are bonded. After the adhesive of the sheet is cured, the tension introduced into the reinforcing fiber sheet is released. The rebonding anchor reinforcing fiber sheet has reinforcing fibers arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the reinforcing fiber sheet, and the rebonding anchor reinforcing fiber sheet has the same configuration as the reinforcing fiber sheet. can do.
[0011]
According to another embodiment of the present invention, the fixing plate is disposed at the outermost layer of the laminated reinforcing fiber sheets and at a position corresponding to an end portion of each of the reinforcing fiber sheets that are stepped. After the step (c), the fixing plates are fixed to the structure with anchor bolts to fix the ends of the reinforcing fiber sheets to the structure surface, and the fixing plate is fixed. The tension introduced into the reinforcing fiber sheet is released. The fixing plate may be a metal plate or an FRP plate.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the method for reinforcing a structure according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
[0013]
Example 1
The structure reinforcing method of the present invention is widely applied to the reinforcement of concrete structures or steel structures such as beams or girders, as well as slab members such as walls, pillar members, floor slabs, etc. However, in this embodiment, a case where the present invention is applied to a concrete beam will be described.
[0014]
FIG. 4 shows an embodiment of the reinforcing
[0015]
Reinforcing
[0016]
In order to facilitate the handling of the reinforcing
[0017]
As a method for holding the reinforcing fiber sheet on the mesh-shaped support sheet 3, for example, the surface of the warp yarn 6 and the weft thread 7 constituting the mesh-shaped support sheet 3 is impregnated with a low melting point type thermoplastic resin in advance. Then, the mesh-like support sheet 3 is laminated on both sides of the reinforcing
[0018]
Alternatively, as shown in FIG. 5, the reinforcing
[0019]
In this embodiment, the reinforcing
[0020]
The matrix resin (that is, the adhesive) impregnated in the reinforcing
[0021]
An embodiment of a method for reinforcing a structure according to the present invention will be described. In this embodiment, the
[0022]
According to the present invention, a tension force is introduced into the reinforcing
[0023]
According to the present embodiment, the tensioning device (not shown) has jack means, and is connected to both ends of the reinforcing
[0024]
In carrying out the tension bonding method according to the present invention, first, as shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of reinforcing fiber sheets 1 (1 a, 1 b, 1 c) are aligned and laminated in the longitudinal direction, and the reinforcing fiber sheets are laminated. The
[0025]
In the present specification, in the reinforcing
[0026]
In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, the innermost first reinforcing
[0027]
FIGS. 1 and 2 show only one end portion of the effective length region of the
[0028]
According to the present invention, in the end region of the effective length region of the reinforcing
[0029]
According to the present invention, as shown in the drawing, the inward extending length of the release sheet 11 is increased from the innermost layer close to the
[0030]
Therefore, according to the reinforcing method of the present invention, the first reinforcing
[0031]
Further, in this embodiment, between the first reinforcing
[0032]
As shown in FIG. 1, each rebonded anchor reinforcing fiber sheet 12 (12a, 12b, 12c) has a length L1 longer than a width W of the reinforcing fiber sheet 1 (1a, 1b, 1c). The portions that do not overlap with the sheet 1 (1a, 1b, 1c), that is, the
[0033]
Moreover, each rebonding anchor reinforcement fiber sheet 12 (12a, 12b, 12c) is normally arrange | positioned so that it may not mutually overlap.
[0034]
In other words, the first rebonded anchor reinforcing
[0035]
In other words, the first, second and third rebonding anchor reinforcing fiber sheets 12 (12a, 12b, 12c) are arranged so as not to overlap each other, although they are adjacent to each other. Further, the rebonded anchor reinforced fiber sheet 12 is arranged so as to be positioned inward, that is, in the center of the reinforced
[0036]
The 1st, 2nd, and 3rd rebonding anchor reinforcement fiber sheets 12 (12a, 12b, 12c) can be made into the same composition as reinforcement fiber sheet 1 (1a, 1b, 1c) mentioned above.
[0037]
Next, the tension bonding method according to the present invention will be described.
[0038]
As shown in FIG. 3 (A), the release sheets 11 (11a, 11b) and the rebonded anchor reinforcing fiber sheets 12 (12a, 12b, 12a) are attached to both ends of the effective length region of each reinforcing fiber sheet 1 (1a, 1b, 1c). 12c), both extended end portions of the reinforcing
[0039]
Subsequently, the jack means of the tensioning device is operated, and the reinforcing
[0040]
The introduction of the tension force to each reinforcing
[0041]
As shown in FIG. 3 (A), each reinforcing fiber sheet 1 (1a, 1b, 1c) is maintained in a tensioned state, and the reinforcing fiber sheet laminate from the side facing the concrete beam
[0042]
Next, as shown in FIG. 3B, the
[0043]
Further, the first, second and third rebonding anchor reinforcing fiber sheets 12 (12a, 12b, 12c) are impregnated with the matrix resin. Accordingly, the first, second, and third rebonding anchor reinforcing fiber sheets 12 (12a, 12b, 12c) are respectively bonded to the corresponding reinforcing
[0044]
The impregnated reinforcing
[0045]
In addition, it is preferable that the bonding surfaces 101 and 102 of the
[0046]
The matrix fiber is cured and the resin-impregnated reinforcing
[0047]
Next, as shown in FIG. 2 and FIG. 3 (D), the reinforcing
[0048]
The
[0049]
The first and
[0050]
As a result, the
[0051]
Furthermore, in this embodiment, the rebonding anchor in which reinforcing fibers are arranged in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the reinforcing
[0052]
The rebonded anchor reinforcing fiber sheet 12 (12a, 12b, 12c) may be omitted depending on circumstances.
[0053]
Example 2
In Example 1, the rebonded anchor reinforcing fiber sheet 12 (12a, 12b, 12c) is used to prevent peeling of the end of the stepped reinforcing
[0054]
In other words, in the present embodiment, the fixing plate 13 (13a, 13b, 13c) is formed until the reinforcing
[0055]
The fixing plate 13 (13a, 13b, 13c) can be made of metal such as a steel plate, for example, but can also be made of FRP (fiber reinforced plastic). At this time, any fiber such as carbon fiber or glass fiber may be used as the reinforcing fiber.
[0056]
When the resin is cured and the reinforcing
[0057]
The ends of the first and
[0058]
Since the structure reinforcing method using the fixing plate 13 (13a, 13b, 13c) is the same as that of the first embodiment in other respects, detailed description thereof will be omitted.
[0059]
Also in this embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
[0060]
Example 3
In Examples 1 and 2 described above, the reinforcing
[0061]
That is, a tension force can be introduced into the reinforcing
[0062]
Furthermore, the reinforcing
[0063]
Similarly, with respect to the rebonded anchor reinforcing fiber sheet 12, a reinforcing fiber sheet impregnated with a resin and in the form of a prepreg or in the form of FRP can be used.
[0064]
As in the case of Example 1, the matrix resin can be a thermosetting resin. Examples of the thermosetting resin include a room temperature curing type or a thermosetting type epoxy resin, a vinyl ester resin, an MMA resin, a non-curable resin. A saturated polyester resin or a phenol resin can be preferably used. The resin impregnation amount is 30 to 70% by weight, preferably 40 to 60% by weight.
[0065]
In the resin-impregnated reinforcing fiber sheet in the form of prepreg or FRP, the resin is bonded to the
[0066]
Prior to bonding the reinforcing
[0067]
In addition, as in the case of Examples 1 and 2, in order to bond the reinforcing
[0068]
Since the process after the matrix resin is cured and the resin-impregnated reinforcing fiber sheet is completely adhered to the surface of the concrete structure is the same as that described in Examples 1 and 2, description thereof is omitted.
[0069]
In the above-described embodiment, the concrete structure has been reinforced. However, the present invention can be similarly applied to the reinforcement of a steel structure, and the same effects can be achieved.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, the present invention reinforces a structure in a state where a plurality of resin-impregnated or non-resin-impregnated reinforcing fiber sheet laminates are collectively pulled in the longitudinal direction and tension is introduced into the reinforcing fiber sheet. A method for reinforcing a structure adhered to a surface, wherein each reinforcing fiber sheet is bonded to the structure in such a manner that the longitudinal adhesion length of each reinforcing fiber sheet becomes shorter as it goes from the innermost layer to the outermost layer of the structure surface. Since it is configured to dispose a release sheet that prevents adhesion between laminated reinforcing fiber sheets at both ends of the reinforcing fiber sheet and between the reinforcing fiber sheets, the plurality of bonded reinforcing fiber sheets Reinforcement of the concrete structure based on the tension bonding method that can significantly reduce the stress concentration at the end by shifting the end can be performed with extremely good workability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view for explaining an embodiment of a method for reinforcing a structure according to the present invention.
FIG. 2 is a front view for explaining a method of reinforcing the structure shown in FIG.
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a process of the method for reinforcing the structure of FIG. 1;
FIG. 4 is a perspective view showing an example of a reinforcing fiber sheet that can be used in the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another embodiment of a reinforcing fiber sheet that can be used in the present invention.
FIG. 6 is a perspective view for explaining another embodiment of a method for reinforcing a structure according to the present invention.
7 is a front view for explaining a reinforcing method of the structure of FIG. 6; FIG.
FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional method for reinforcing a concrete structure.
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining a relationship between a reinforcing structure mode of a reinforced concrete structure and end stress concentration;
FIG. 10 is a diagram showing a reinforcing structure mode of a concrete structure in which end stress concentration is reduced by shifting the ends of a plurality of bonded reinforcing fiber sheets.
[Explanation of symbols]
1 (1a, 1b, 1c) Reinforcing fiber sheet
2 Reinforcing fiber
3 Support
4 Detachable fiber
10 Reinforced fiber sheet laminate
11 (11a, 11b) Release sheet
12 (12a, 12b, 12c) Rebonded anchor reinforcing fiber sheet
13 (13a, 13b, 13c) Fixing plate
15 Anchor bolt
100 structures
101, 102 Structure attachment surface
Claims (12)
(a)構造物の被補強表面に適合するように強化繊維シートを複数枚長手方向に整列して積層する工程、
(b)構造物に対する各強化繊維シートの長手方向接着長さが、構造物表面最内層から最外層へと行くに従ってより短くなるように、前記積層された各強化繊維シートの両端位置に且つ各強化繊維シートの間に、積層された前記各強化繊維シート同士の接着を防止する剥離シートを配置する工程、及び
(c)前記積層された各強化繊維シートを一括して長手方向に引っ張り、強化繊維シートに緊張力を導入した状態で、前記強化繊維シートを構造物の表面に、及び各強化繊維シート同士を接着剤にて接着する工程、
を有し、前記構造物に接着された複数層をなす強化繊維シートの両端部が構造物表面最内層から最外層へと向かって段状となるようにしたことを特徴とする構造物の補強方法。In a method for reinforcing a structure in which a reinforcing fiber sheet impregnated with resin or unimpregnated is pulled in the longitudinal direction, and a tensile force is introduced into the reinforcing fiber sheet and bonded to the reinforced surface of the structure,
(A) a step of aligning and stacking a plurality of reinforcing fiber sheets in the longitudinal direction so as to conform to the reinforced surface of the structure;
(B) The longitudinal adhesion length of each reinforcing fiber sheet to the structure becomes shorter as it goes from the innermost layer on the structure surface to the outermost layer, and at each end position of each of the laminated reinforcing fiber sheets. A step of disposing a release sheet that prevents adhesion between the laminated reinforcing fiber sheets between the reinforcing fiber sheets; and (c) pulling the laminated reinforcing fiber sheets together in the longitudinal direction to strengthen the laminated reinforcing fiber sheets. In a state where tension is introduced into the fiber sheet, the step of adhering the reinforcing fiber sheet to the surface of the structure and each reinforcing fiber sheet with an adhesive,
And reinforcing both ends of the reinforcing fiber sheet forming a plurality of layers bonded to the structure so as to be stepped from the innermost layer to the outermost layer of the structure surface. Method.
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