JP4870537B2 - 構造物の補強方法及び定着具 - Google Patents

Description

本発明は、強化繊維シート補強材を使用して土木建築構造物等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及び鋼構造物を含めて単に「構造物」という。）の曲げに対する補強を行う際に使用する定着具、及び、斯かる定着具を使用した補強方法に関するものである。

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強化繊維シート補強材として１枚或いは複数枚の連続強化繊維シートを貼り付ける接着工法が開発されている。

例えば、コンクリート構造物に強化繊維シート補強材を接着させ補強する場合には、設計上補強が必要な範囲から強化繊維シート補強材の定着長を考慮して貼り付ける必要がある。

しかしながら、定着長を確保できない場合は、強化繊維シート補強材の端部を鋼材で圧着し、鋼材をアンカーでコンクリート構造物に定着することが行われている。図１２に、現在行われているコンクリート梁１００を強化繊維シート補強材１０にて曲げ補強する場合の、強化繊維シート補強材１０の定着方法の一例を示す。

図１２の構成では、コンクリート梁１００の長手方向に沿って、梁１００の下面１０１に強化繊維シート補強材１０が貼り付けられている。強化繊維シート補強材１０は、その幅方向端部に、梁１００の長手方向に沿って延在する平らな鋼板１１０を配置し、アンカー１１１のような固定具にてコンクリート梁１００に定着している。このように一箇所で定着するのでアンカー１１１のためのアンカー孔１１２が多数必要となる。

また、特許文献１に記載するように、図１３に示す構成では、コンクリート梁１００の長手方向に沿って、梁１００の下面１０１及び両側面１０２に強化繊維シート補強材１０が貼り付けられている。また、強化繊維シート補強材１０の幅方向端部は、梁１００の長手方向に沿って設けられた円柱形の定着体１１３に巻き付けられ、この定着体１１３をアンカー１１１にてコンクリート梁１００の天井部１０３に定着している。

しかしながら、本例は、コンクリート梁１００の剪断補強をなす場合の補強方法であって、強化繊維シート補強材１０における強化繊維２は、梁１００の下面１０１及び両側面１０２に延在したＵ字状にされて、梁１００の長手方向に沿って配列して設けられている。従って、強化繊維シート補強材１０の端部は、定着体１１３を用いて、アンカー１１１にてコンクリート梁１００の天井部１０３に固着することが必須である。

もし、強化繊維シート補強材１０の積層数、即ち、強化繊維シートの枚数が増えた場合には、円柱形定着体１１３を大きくし、且つ、定着体１１３を固着するためのアンカー孔１１２を大きく且つ深くし、アンカー１１１による定着体１１３の固着力を増大させることが必要となる。このように、アンカー孔１１２を大きく、且つ、深くすることは、コンクリート構造物の破壊を招くといった虞が生じてくる。

本発明者らの研究実験の結果によれば、強化繊維シート補強材による接着工法において、特に、同じ寸法の複数枚の強化繊維シート補強材をコンクリート構造物表面に積層して接着した場合において、上記定着方法を採用した場合には、次のような問題が発生することが分かった。
（１）強化繊維シート補強材を複数枚積層して接着した場合、同一位置で各層を接着することとなるが、設計上必要な定着長を確保できない場合は、強化繊維シート補強材にかかる引張力を固定具、例えば、アンカーの剪断耐力或いは鋼板の圧着による付着力との和で負担することになる。そのために、アンカーが多数必要となる。また、鋼板の面積が大きくなる。
（２）アンカーが同一定着位置で多数になる場合は、既設コンクリートの鉄筋の配置状況により、アンカー孔の削孔が容易に行えない可能性がある。
（３）高架橋などのコンクリート構造物では、仮設の足場での作業が主であるため、定着体としての鋼板の面積が大きくなった場合は、鋼板が非常に重く施工上困難となる場合が生じる。
（４）強化繊維シート補強材の使用枚数が増え、定着体を大きくする必要が生じた場合には、定着体固着のためのアンカー孔を深くし、又、大きくして、その固着力を増大させることが必要となり、そのために、コンクリート構造物を破壊する虞が生じてくる。

そこで、本発明者らは、図１４に示すように、構造物１００の貼着面１０１に強化繊維シート１を複数枚積層して接着剤で貼付することにより構造物を補強する補強方法において、構造物１００の貼着面１０１に貼付した複数枚の強化繊維シート１の端部を、コンクリート構造物１００の貼着面側とは反対側の強化繊維シート１から貼着面側の強化繊維シート１へと所定枚数にて複数に分層し、分層された強化繊維シート１の所定枚数分の端部をそれぞれ、強化繊維シート１の長手方向に沿って異なる位置にて強化繊維シートの長手方向に直交して配置された複数の棒状定着体１２１に巻き付け、接着剤で接着し、定着体１２１を構造物１００に固定具１２２にて固着する、補強方法を開発した（特許文献２）。

上記特許文献２に記載する補強方法は、強化繊維シート補強材の断面を欠損することなく、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が可能である、といった利点を有している。しかし、次ような問題がある。

つまり、特許文献２に記載の補強方法によると、接着樹脂が含浸された強化繊維シートを定着体に巻き取って施工する必要がある。しかし、樹脂含浸された強化繊維シートは、滑るため作業性が悪い。

そこで、本発明の目的は、作業性が良く、また、強化繊維シート補強材の断面を欠損することがないか、或いは、最小限として、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を施工することのできる補強方法及び定着具を提供することである。

上記目的は本発明に係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及び定着具にて達成される。要約すれば、第１の本発明によれば、
固定具により構造物に固定することのできる軸線方向に延在した棒状の定着体と、
所定の幅と長さを備えたシート状とされる強化繊維シートにて作製され、一端部領域が前記定着体の周面に巻き付けられて前記定着体の周面に樹脂にて接着固定され、残りの領域は前記定着体の周面に接着固定されることなく前記定着体から延在している定着用強化繊維シート補強材と、
を有する定着具において、
前記定着用強化繊維シート補強材は、
（１）強化繊維を一方向に配列した強化繊維層の片面、或いは、両面を、メッシュ状の支持体シートにより支持した構成の少なくとも１枚の一方向配列強化繊維シートか、又は、
（２）一方向に配列された強化繊維に対して直交して、横糸を一定の間隔にて打ち込んで構成した少なくとも１枚の一方向配列強化繊維シートか、又は、
（３）強化繊維で形成したシート状織物である少なくとも１枚の強化繊維シートにて構成され、
前記定着体は、前記定着体の軸線方向に所定の間隔にて、前記固定具のための複数のアンカー孔が穿設され、前記アンカー孔の周囲の前記定着用強化繊維シート補強材は、前記アンカー孔を避けて両側に寄せられ、前記アンカー孔を穿設することにより切断されることがない、
ことを特徴とする定着具が提供される。

第１の本発明の一実施態様によれば、前記定着体は、軸線方向の長さが前記定着用強化繊維シート補強材の幅と同じか、或いは幾分大きくされ、横断面形状が、円形、楕円形、長円形、或いは、隅角部が円弧状とされた多角形とされる柱状体又は円筒体である。

第１の本発明の他の実施態様によれば、前記定着用強化繊維シート補強材において、前記定着体の周面に接着固定されることなく前記定着体から延在している領域は、樹脂が含浸されていないか、又は、樹脂が含浸された半硬化状態のプリプレグシートであるか、又は、樹脂が含浸され硬化されている。

第２の本発明によれば、
構造物の貼着面に細長形状の強化繊維シート補強材を樹脂で接着することにより構造物を補強する補強方法において、
（ａ）構造物の貼着面の両端領域に位置して、上記構成の定着具である第１の定着具を配置し、少なくとも、前記第１の定着具から延在した第１の定着用強化繊維シート補強材を前記貼着面に樹脂にて接着し、且つ、前記第１の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定し、
（ｂ）前記両第１の定着具の間の前記構造物の貼着面に第１の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、前記第１の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域が、前記両第１の定着具の前記第１の定着用強化繊維シート補強材と接合するようにした、
ことを特徴とする構造物の補強方法が提供される。

第２の本発明の一実施態様によれば、
（ｃ）更に、前記両第１の定着具の間の領域において、前記（ｂ）工程にて接着された前記第１の補強用強化繊維シート補強材に重なるようにして上記構成の定着具である第２の定着具を配置し、少なくとも、前記第２の定着具から延在した第２の定着用強化繊維シート補強材を前記第１の補強用強化繊維シート補強材に積層して樹脂にて接着し、且つ、前記第２の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定し、
（ｄ）前記両第２の定着具の間の領域において、前記第１の補強用強化繊維シート補強材に積層して、第２の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、前記第２の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域が、前記両第２の定着具の前記第２の定着用強化繊維シート補強材と接合するようにし、
（ｅ）必要に応じて、前記（ｃ）、（ｄ）工程を繰り返す。

第３の本発明によれば、
構造物の貼着面に細長形状の強化繊維シート補強材を樹脂で接着することにより構造物を補強する補強方法において、
（ａ）構造物の貼着面に第１の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、
（ｂ）前記第１の補強用強化繊維シート補強材の両端領域に位置して、上記構成の定着具である第１の定着具を配置し、少なくとも前記第１の定着具から延在した第１の定着用強化繊維シート補強材を前記第１の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域に積層して樹脂にて接着し、且つ、前記第１の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定する、
ことを特徴とする構造物の補強方法が提供される。

第３の本発明の一実施態様によれば、
（ｃ）更に、前記両第１の定着具の間の領域において、前記第１の補強用強化繊維シート補強材に積層して、第２の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、
（ｄ）前記両第１の定着具の間の領域において、前記（ａ）工程にて接着された前記第１の補強用強化繊維シート補強材に重なるようにして上記構成の定着具である第２の定着具を配置し、前記第２の定着具から延在した第２の定着用強化繊維シート補強材を前記第２の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域に積層して樹脂にて接着し、且つ、前記第２の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定し、
（ｅ）必要に応じて、前記（ｃ）、（ｄ）工程を繰り返す。

第２及び第３の本発明にて、他の一実施態様によれば、前記補強用強化繊維シート補強材は、前記構造物に貼着する前においては、樹脂未含浸シートであるか、又は、樹脂が含浸された半硬化状態のプリプレグシートである。

第２及び第３の本発明において、他の実施態様によれば、前記構造物は、コンクリート構造物或いは鋼構造物である。

第２及び第３の本発明にて、一実施態様によれば、前記補強用強化繊維シート補強材は、強化繊維を一方向に配列した少なくとも１枚の一方向配列強化繊維シートか、又は、強化繊維で形成したシート状織物である少なくとも１枚の強化繊維シートにて構成される。

第１、第２及び第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記強化繊維は、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；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される。

第１、第２及び第３の本発明にて、他の実施態様によれば、前記樹脂は、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である。

本発明によれば、作業性が良く、また、強化繊維シート補強材の断面を欠損することがないか、或いは、最小限として、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を施工することができる。

以下、本発明に係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及び定着具を図面に則して更に詳しく説明する。

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などであるコンクリート構造物或いは鋼構造物の補強、特に曲げ補強に際して広く適用し得るが、本実施例では、コンクリート梁の曲げ補強に適用した場合について説明する。

本発明は、構造物の貼着面に細長形状の強化繊維シート補強材を樹脂で接着することにより構造物を補強する補強方法に関するものであるが、図１に示すように、本発明の補強方法によれば、補強用の強化繊維シート補強材１０の長手方向両端部は、各々、この補強用強化繊維シート補強材１０とは別体として準備された定着具２０、２０を用いて構造物貼着面１０１に定着される。

先ず、本発明にて使用する補強用強化繊維シート補強材１０を構成する強化繊維シートについて説明する。

（強化繊維シート）
図１０に、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を一様に引き揃え、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は、本実施例では、繊維長さ方向に沿った長さ（Ｌ０）が、繊維長さ方向に対して直交する幅（Ｗ０）より大きくされた、所謂、細長形状とされる。強化繊維シート１の長さ（Ｌ０）及び幅（Ｗ０）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。

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。

又、強化繊維シート１は、取り扱いを容易とするために、図１０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４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。

メッシュ状支持体シート３にて強化繊維層４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４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。

別法として、図１１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５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５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２５〜１００ｍｍ間隔の範囲で選定される。

更に、図示してはいないが、強化繊維シート１は、強化繊維２を使用して織成された、繊維の主軸が２軸、３軸、４軸とされるシート状の織物とすることができる。例えば、織物としては、強化繊維２を二方向に配向させた平織物、綾織物、朱子織物や、強化繊維２を三方向、四方向に配向させた３軸、４軸織物などを使用することができる。

また、強化繊維シート補強材１０は、１枚の強化繊維シート１で構成することもでき、又は、同じ構成の、或いは、異なる構成の複数枚の強化繊維シート１を積層して構成しても良い。

本発明の補強方法を実施する際に強化繊維シート補強材１０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、即ち、樹脂の強化繊維シート補強材１０に対する塗布量は、強化繊維シート補強材１０の繊維目付が１５０〜６００ｇ／ｍ²の範囲では、標準塗布量として０．６〜１．２ｋｇ／ｍ²とされる。

（定着具）
図２（ａ）、（ｂ）を参照して、本発明の補強方法にて使用する定着具２０について説明する。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、定着具２０は、定着体２１と、定着用強化繊維シート補強材３０とを有し、定着用強化繊維シート補強材３０は、その一端３１が定着体２１の周面に１回又は複数回巻き付けられ、樹脂（接着剤）にて定着体２１の周面に接着固定される。

一方、定着用強化繊維シート補強材３０の他端３２は、定着体２１の周面に接着されることなく、延在し、自由端とされる。定着用強化繊維シート補強材３０の幅（Ｗｘ）は、補強用強化繊維シート補強材１０と積層して互いに接合されるので、通常、補強用強化繊維シート補強材１０の幅、即ち、強化繊維シート１の幅（Ｗ０）と同じとされる。

定着用強化繊維シート補強材３０の前記自由端３２の長さＬｆは、詳しくは、図１に関連して後述するように、補強用強化繊維シート補強材１０との継手部領域４０の長さＬｊをどの程度必要とするかによって決定されるものである。定着体２１の中央部から自由端先端までの長さをＬｆとすれば、Ｌｆは１００ｍｍ以上、通常、Ｌｆは１００〜５００ｍｍとされる。

先ず、定着体２１について説明する。定着体２１は、軸線方向に延在する、所謂、棒状の部材であって、軸線方向の長さ（Ｌｘ）は、定着用強化繊維シート補強材３０の幅（Ｗ０）と同じか、或いは幾分大きくされている。

また、定着体２１は、本実施例では断面形状が長円形（トラック形）とされる柱状体とされる。即ち、本実施例にて、定着体２１は、横断面形状にて、平行な平面部２２ａ、２２ｂと、この平面部２２ａ、２２ｂに連接して形成される湾曲部２３ａ、２３ｂにて形成される。

しかし、定着体２１は、上記形状に限定されるものではなく、定着用強化繊維シート補強材３０が巻き付けられる構造であれば、任意の形状とすることができる。例えば、図３（ａ）〜（ｆ）に示すように、断面形状が長円形（トラック形）とされる定着体（図３（ａ））のほかに、円形の定着体（図３（ｂ））、更に、長方形（図３（ｃ））、正方形（図３（ｄ））、三角形（図３（ｅ））などとされる隅角部が円弧状とされた多角形の定着体、また、断面形状が楕円形などとされる周面が曲面とされる定着体（図３（ｆ））、など種々の断面形状をした柱状体であるか、或いは、図示してはいないが中空形状の円筒体とされる棒状の定着体２１を使用することができる。

定着用強化繊維シート補強材３０は、上記補強用強化繊維シート補強材１０と同じ構成とすることができる。

つまり、定着用強化繊維シート補強材３０は、上述した強化繊維シート１を使用することができる。また、同じ構成の強化繊維シート１を複数枚、或いは、異なる構成の複数枚の強化繊維シート１を積層して構成しても良い。

定着用強化繊維シート補強材３０は、定着用強化繊維シート補強材３０の一端部３１を定着体２１の周面に巻き付け、樹脂にて接着固定される。例えば、定着用強化繊維シート補強材３０の一端部３１に樹脂を含浸させ、定着体２１の周面に巻き付け、接着固定することができる。必要に応じて、予め、定着体周面に樹脂（接着剤）を塗布しておいても良い。

なお、樹脂は、定着用強化繊維シート補強材３０の全体に含浸して、硬化することもできるが、定着用強化繊維シート補強材３０の定着体２１に巻き付けた部分のみに塗布（含浸）して、硬化し、定着体２１の周面に巻き付けられていない部分には、樹脂を含浸させないのが好ましい。もし、定着用強化繊維シート補強材３０として、樹脂が含浸され、半硬化状態とされたプリプレグシートを使用した場合には、定着用強化繊維シート補強材３０は、定着体２１に巻き付けた部分のみを硬化し、その他の領域は、樹脂を硬化させないのが好ましい。それは、定着具２０をコンクリート構造物の被補強面、即ち、貼着面１０１に接着する際、定着用強化繊維シート補強材３０が構造物の補強面の凹凸に追従して有効に接着するようにするためである。

使用する樹脂（接着剤）は、上述した補強用強化繊維シート補強材１０に含浸されるマトリクス樹脂と同じとすることができ、熱硬化性樹脂が好ましく、上記種々の熱硬化性樹脂を使用することができる。

また、詳しくは、後述するように、定着具２０は、例えばアンカーのような固定具２５によりコンクリート構造物１００に取り付けられる。従って、定着用強化繊維シート補強材３０が巻き付けられた定着体２１には、図２（ｂ）に図示するように、定着体２１の軸線方向に所定の間隔Ｐｘにて、複数の、本実施例では、２個の貫通孔、即ち、アンカー孔２４が穿設される。

このとき、貫通孔の周囲の定着用強化繊維シート補強材３０は、アンカー孔２４を避けるように、両側に寄せ、アンカー孔２４を穿設することにより、切断されることがないようにするのが好ましい。

本発明者らは、定着具２０における定着体２１の形状と、強化繊維シート１の巻き付け回数との関連について検討した。次に、その検討結果について説明する。

（試験１）
図５に、本検討に使用した試験装置２００の概略構成を示す。

図示するように、定着体２１としては、断面が円形とされる長さ（Ｌｘ）が６．８ｃｍの円柱体を使用した。定着体２１は、両端面に一体に形成した取付部２０Ｆを固定治具２０１の上に載置し、取付具２０２にて回転しないようにして固定した。定着体２１の直径（Ｄ）は、下記表１に示すように、２０ｍｍ、４０ｍｍ、６０ｍｍのものを用意した。

定着用強化繊維シート補強材３０としては、図１０に示す構成の、強化繊維として炭素繊維を一方向に引き揃えて作製された炭素繊維シート１を使用した。本検討で使用した炭素繊維シート１は、日鉄コンポジット株式会社製の高強度型の炭素繊維シートＦＴＳ−Ｃ１−３０（公称引張強度３４００Ｎ／ｍｍ²）を用いた。炭素繊維シート１の幅（Ｗ０）は、１２．５ｍｍであった。

炭素繊維シート１は、その一方の端部を、図示するように、円形断面を有する定着体２１に巻き付け、定着体２１の周面にエポキシ樹脂で固定した。

一方、炭素繊維シート１の他方の端部（タブ付け部）１Ｆは、定着体２１から上方へと垂直に持ち上げ、引張試験装置（図示せず）に取り付けた。炭素繊維シート１の上端タブ付け部１Ｆの長さ（Ｌ１）は６０ｍｍ、タブ付け部１Ｆから定着体２１に対する巻き付け開始部までの長さ（Ｌ２）は２５０ｍｍであった。

実験変数は、定着体２１の円柱断面の直径（Ｄ）と巻き付け回数とした。

炭素繊維シート試験片１は、７体とし、また、予め、炭素繊維シート１の物性を調べるために通常の連続繊維シートの引張試験を行った。

試験結果として、引張強度の平均値を、表１及び図６に示す。この試験結果から、直径が２０ｍｍの円形断面を持つ定着体２１に巻くことにより、炭素繊維シート１が破断に至ることが確認された。又、定着体２１を用いた試験片は、定着体２１の径と、定着体２１への試験片の巻き数とが大きいほど強度がでることが分かった。

定着体２１の直径（Ｄ）が４０ｍｍ、６０ｍｍで、２周巻きの試験片では、公称引張強度（３４００Ｎ／ｍｍ²）を上回る。

破断位置は、いずれの試験体も定着体近傍の破断が主であった。巻き付け位置において繊維方向が変化するため、応力集中が定着体近傍で起こっていると考えられる。

定着体２１の直径（Ｄ）が大きいほど応力集中が小さくなるため、直径（Ｄ）が４０ｍｍ以上で且つ２周以上巻き付けることが好ましいと考えられる。

（試験２）
試験１とは異なる炭素繊維シート１を使用し、定着体２１の直径（Ｄ）としては、下記表２に示すように、４０ｍｍ、６０ｍｍのものを使用した以外は、試験１と同じ試験装置２００を使用し、同様の試験片を作製し、同様の方法にて、試験を行った。

この試験２で使用した炭素繊維シート１は、図１０に示す構成の、強化繊維として炭素繊維を一方向に引き揃えて作製された、日鉄コンポジット株式会社製の高強度型の炭素繊維シートＦＴＳ−Ｃ１−６０（公称引張強度３４００Ｎ／ｍｍ²）を用いた。炭素繊維シート１の幅（Ｗ０）は、試験１の場合と同様に、１２．５ｍｍであった。

試験結果として、引張強度の平均値を、表２及び図７に示す。この試験結果から、直径（Ｄ）が２０ｍｍの円形断面を持つ定着体２１に巻くことにより、炭素繊維シート１が破断に至ることが確認された。又、定着体２１を用いた試験片は、定着体２１の径と、定着体２１への試験片の巻き数とが大きいほど強度がでることが分かった。

定着体２１の直径（Ｄ）が４０ｍｍ、６０ｍｍで、２周巻きの試験片では、公称引張強度（３４００Ｎ／ｍｍ²）を上回る。

破断位置は、いずれの試験体も定着体近傍の破断が主であった。巻き付け位置において繊維方向が変化するため、応力集中が定着体近傍で起こっていると考えられる。

定着体２１の直径（Ｄ）が大きいほど応力集中が小さくなるため、直径（Ｄ）が４０ｍｍ以上で且つ２周以上巻き付けることが好ましいと考えられる。

（補強方法）
次に、図１及び図２を参照して、本発明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を曲げ補強するものとする。

尚、本実施例では、強化繊維シート１は、繊維径７〜１０μｍ程度のモノフィラメントを、例えば、約６０００〜２４０００本収束した繊維束、即ち、炭素繊維２を使用し、この炭素繊維を均一に引き揃え、一方向に配列した炭素繊維シートであった。炭素繊維シートの厚さは０．０８３〜０．３３３ｍｍ（繊維目付１５０〜６００ｇ／ｍ²）であった。

本実施例に従って補強用強化繊維シート補強材１０及び定着用強化繊維シート補強材３０は、上記強化繊維シート１を１枚、或いは、複数枚積層して作製することができる。

補強用強化繊維シート補強材１０は、補強すべき貼着面の幅及び長さに適合する寸法とされる。本実施例では、幅（Ｗ０）４００ｍｍ、長さ（Ｌ０）２５００ｍｍとした。また、定着用強化繊維シート補強材３０は、補強用強化繊維シート補強材１０と同じ構成とした。

定着具２０としては、本実施例では、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、両端湾曲部２３ａ、２３ｂと上下の平面部２２ａ、２２ｂとにて形成される断面形状が長円形（トラック形）の柱状体を使用した。具体的には、定着体２１は鋼材にて作製し、両端円弧状部の半径Ｒは、２０ｍｍ、幅Ｌｙは、９４ｍｍ、軸線方向の長さＬｘは、定着用強化繊維シート補強材３０の幅Ｗ０と同じ４００ｍｍとした。

上記定着体２１に、定着用強化繊維シート補強材３０の一端３１を、１．５〜２回巻き付け、エポキシ樹脂にて定着体２１の周面に接着して硬化した。残余部分３２には樹脂含浸はしなかった。樹脂未含浸の長さＬｆは、３４７ｍｍであった。定着用強化繊維シート補強材３０の定着体２１の周面に接着された樹脂含浸部３１と未含浸部３２と連接部は、本実施例のように、断面形状が長円形（トラック形）とされる柱状体を使用した場合には、平面部２２ａの中央部近傍にて連続するのが好ましい。

定着体２１には、互いに平行な平面部２２ａ、２２ｂを貫くようにして、長手方向に対称配置にて間隔（Ｐｘ）２２０ｍｍにて、直径３１ｍｍのアンカー孔２４を形成した。

本実施例では、アンカー孔２４を形成するに際して強化繊維を切断しないように、定着用強化繊維シート補強材３０は、定着体２１に巻き付け、樹脂接着後、硬化する前に、アンカー孔周辺の強化繊維は、アンカー孔２４の両側にずらし、強化繊維が存在しないアンカー孔形成領域Ｓを設けた。

尚、補強用強化繊維シート補強材１０は、構造物１００の貼着面１０１に貼着されるが、本明細書にて、「内側」とは、コンクリート梁１００のような構造物のシート貼着面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、強化繊維シート補強材１０がシート貼着面１０１に接着され補強に供される際の、強化繊維シート補強材１０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。

本実施例では、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、補強すべきコンクリート梁１００の被補強面、即ち、シート貼着面１０１には、その両端領域に位置して、定着具２０、２０が配置される。本実施例のように、定着体２１の断面形状が長円形とされる場合には、定着用強化繊維シート補強材３０の未含浸部分３２が位置する定着体２１の平面部２２ａがシート貼着面１０１に接合するようにして配置される。定着体２１の平面部２２ａ及び定着用繊維強化シート補強材３０の自由端部３２と、シート貼着面１０１との間には、接着剤を下塗りしておくのが好ましい。

次に、定着具２０は、定着体２１に形成されたアンカー孔２４を利用して、固定具としてのアンカー２５によりコンクリート構造物１００に取り付けられる。この状態で、定着具２０の定着用強化繊維シート補強材３０とシート貼着面１０１との間に塗布された樹脂が硬化され、定着具２０がコンクリート構造物１００に固着される。

その後、本実施例によれば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、両定着具２０、２０の間のコンクリート梁シート貼着面１０１に接着剤を下塗りし、そして、準備された補強用強化繊維シート補強材１０をコンクリート梁シート貼着面１０１に貼り付ける。

このとき、補強用強化繊維シート補強材１０と定着用強化繊維シート補強材３０とは、長手方向にて所定長さＬｊだけ重なり合う継手部４０を形成するように積層して接合される。本発明者らの研究実験の結果によると、この継手部４０の長さＬｊは、補強用強化繊維シート補強材１０の端部を定着するには、５０〜５００ｍｍ程度とすることにより良好な結果を達成し得ることが分かった。本実施例では、２００ｍｍとした。

次いで、コンクリート梁シート貼着面１０１に貼着した補強用強化繊維シート補強材１０に対して、脱泡ローラ（図示せず）を使用して脱泡・含浸させる。更に、必要に応じて、補強用強化繊維シート補強材１０に接着剤、即ち、マトリクス樹脂を塗布（上塗り）し、強化繊維シート補強材１０にマトリクス樹脂を十分に含浸させ、強化繊維シート補強材１０をコンクリート梁シート貼着面１０１に接着する。そして、硬化させる。

上記実施例では、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、コンクリート梁１００のシート貼着面１０１には、補強用強化繊維シート補強材１０と、その両端に配置された定着具２０、２０とにて構成される補強層が一層だけ貼着されるものとして説明した。

つまり、上記構成の本実施例の補強方法は、構造物１００の貼着面１０１に細長形状の補強用強化繊維シート補強材１０を樹脂で接着することにより構造物を補強する補強方法において、
（ａ）構造物１００の貼着面１０１の両端領域に位置して、上記構成の定着具２０を配置し、少なくとも、定着具２０から延在した定着用強化繊維シート補強材３２を貼着面１０１に樹脂にて接着し、且つ、定着具２０の定着体２１を固定具２５にて構造物１００に固定し、
（ｂ）両定着具２０、２０の間の構造物１００の貼着面１０１に、両端継手領域４０が、両定着具２０、２０の定着用強化繊維シート補強材３２と接合するようにして、補強用強化繊維シート補強材１０を樹脂にて接着する、
構成とされる。

しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示すように、更に、追加の補強層を積層することも可能である。

図４の実施例によれば、図１（ａ）、（ｂ）に示すと同様にして、コンクリート梁１００のシート貼着面１０１に、第１の定着具２０Ａと第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａとを貼着して第１の補強層を形成する。

更に、本実施例によると、第１の定着具２０Ａと第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａとにて形成された第１の補強層の上に、第２の定着具２０Ｂと第２の補強用強化繊維シート補強材１０Ｂとを、同様の方法により、貼着し、第２の補強層を形成する。

勿論、必要に応じて、更に、第３層、第４層、といった補強層を形成することも可能である。

つまり、本実施例によれば、図４にて、
（ｃ）更に、上記第１層の補強層を構成する両第１の定着具２０Ａ、２０Ａの間の領域において、既に接着された第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａに重なるようにして上記構成の定着具である第２の定着具２０Ｂ、２０Ｂを配置し、少なくとも、第２の定着具２０Ｂから延在した第２の定着用強化繊維シート補強材３２Ｂを第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａに積層して樹脂にて接着し、且つ、第２の定着具２０Ｂの定着体２１Ｂを固定具２４にて構造物１００に固定し、
（ｄ）両第２の定着具２０Ｂ、２０Ｂの間の領域において、第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａに積層して、両端継手領域４０が、両第２の定着具２０Ｂ、２０Ｂの第２の定着用強化繊維シート補強材３２Ｂと接合するようにして、第２の補強用強化繊維シート補強材１０Ｂを樹脂にて接着し、
（ｅ）必要に応じて、前記（ｃ）、（ｄ）工程を繰り返す、
ことが可能である。

尚、複数の補強層を積層する場合には、外層の定着具は、内層の定着力を損なわないように、図４に示すように、内層の定着用及び補強用強化繊維シート補強材が積層された継手部４０の領域は避けて、補強用強化繊維シート補強材１０のみとされる領域に位置するように配置するのが好ましい。

本実施例によれば、作業性が良く、また、強化繊維シート補強材の断面を欠損することがないか、或いは、最小限として、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を施工することができる。

実施例２
上記実施例１では、先ず、定着具２０を構造物１００の貼着面１０１に接着して固定し、その後、補強用強化繊維シート補強材１０を、その両端部が、両定着具２０、２０の定着用強化繊維シート補強材３２と積層し、継手部４０を形成するようにして、樹脂にて接着し、固定する、構成とした。

これに対して、本実施例では、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、先ず、補強用強化繊維シート補強材１０を、構造物１００の貼着面１０１に接着して固定し、その後、その両端部領域に両定着具２０、２０を配置し、両定着具２０、２０の定着用強化繊維シート補強材３２が、補強用強化繊維シート補強材１０の両端部に積層し、継手部４０を形成するようにして、樹脂にて接着し、固定する、構成とすることも可能である。

つまり、本実施例によれば、構造物１００の貼着面１０１に細長形状の強化繊維シート補強材１０を樹脂で接着することにより構造物を補強する補強方法において、
（ａ）構造物１００の貼着面１０１に補強用強化繊維シート補強材１０を樹脂にて接着し、
（ｂ）補強用強化繊維シート補強材１０の両端領域に位置して、上記構成の定着具２０を配置し、少なくとも、定着具２０から延在した定着用強化繊維シート補強材３２を補強用強化繊維シート補強材１０の両端継手領域４０に積層して樹脂にて接着し、且つ、定着具２０の定着体２１を固定具２５にて構造物１００に固定する、
構成とされる。

しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図９に示すように、更に、追加の補強層を積層することも可能である。

図９の実施例によれば、図８（ａ）、（ｂ）に示すと同様にして、コンクリート梁１００のシート貼着面１０１に、第１の定着具２０Ａと第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａとを貼着して第１の補強層を形成する。

更に、本実施例によると、第１の定着具２０Ａと第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａとにて形成された第１の補強層の上に、第２の定着具２０Ｂと第２の補強用強化繊維シート補強材１０Ｂとを、同様の方法により、貼着し、第２の補強層を形成する。

勿論、必要に応じて、更に、第３層、第４層、といった補強層を形成することも可能である。

つまり、本実施例によれば、図９にて、
（ｃ）更に、両第１の定着具２０Ａの間の領域において、第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａに積層して、第２の補強用強化繊維シート補強材１０Ｂを樹脂にて接着し、
（ｄ）両第１の定着具２０Ａ、２０Ａの間の領域において、前記（ａ）工程にて接着された第１の補強用強化繊維シート補強材１０Ａに重なるようにして上記構成の第２の定着具２０Ｂを配置し、第２の定着具２０Ｂから延在した第２の定着用強化繊維シート補強材３２Ｂを第２の補強用強化繊維シート補強材１０Ｂの両端継手領域４０に積層して樹脂にて接着し、且つ、第２の定着具２０Ｂの定着体２１Ｂを固定具２５にて構造物１００に固定し、
（ｅ）必要に応じて、前記（ｃ）、（ｄ）工程を繰り返す、
ことが可能である。

尚、複数の補強層を積層する場合には、外層の定着具は、内層の定着力を損なわないように、図９に示すように、内層の定着用及び補強用強化繊維シート補強材が積層された継手部４０の領域は避けて、補強用強化繊維シート補強材１０のみとされる領域に位置するように配置するのが好ましい。

本実施例においても、実施例１と同様に、作業性が良く、また、強化繊維シート補強材の断面を欠損することがないか、或いは、最小限として、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を施工することができる。

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、即ち、補強用強化繊維シート補強材１０を使用し、コンクリート構造物表面に貼着するに際して、樹脂を強化繊維シート補強材１０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、既に樹脂が含浸されたプリプレグの形態とされる強化繊維シート補強材１０を使用することもできる。

つまり、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樹脂含浸強化繊維シート補強材１０、即ち、プリプレグシートを接着剤にてコンクリート構造物などの貼着面１０１に接着することも可能である。

また、同様に、定着具においては、定着体に巻き付け固定された部分以外の定着用強化繊維シート補強材３２も又、コンクリート構造物表面に貼着するに際して、樹脂を強化繊維シート補強材１０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、定着用強化繊維シート補強材３０として、既に樹脂が含浸されたプリプレグの形態とされる定着用強化繊維シート補強材３０を使用することもできる。この場合には、上述したように、定着体２１に巻き付けた部分のみが硬化されているのが好ましい。

本実施例においても、マトリクス樹脂は、実施例１で説明したと同様に、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。

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図である。 本発明に従った定着具の一実施例を説明するための図である。 定着体の構成を示す断面図である。 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図である。 本発明に従った構造物の補強方法の効果を検討するための試験装置の概略構成図である。 定着体の直径と巻き数と、引張強度との関係を示すグラフである。 定着体の直径と巻き数と、引張強度との関係を示すグラフである。 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図である。 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図である。 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。 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。 従来の構造物の補強方法における強化繊維シートの定着方法を説明するための図である。 従来の構造物の補強方法における強化繊維シートの定着方法を説明するための図である。 先の提案に係る構造物の補強方法における強化繊維シートの定着方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 強化繊維シート
２ 強化繊維
３ 支持体
４ 強化繊維層
５ バラケ止め繊維
１０ 補強用強化繊維シート補強材
２０ 定着具
２１ 定着体
２４ 定着体貫通孔
２５ アンカー（固定具）
３０ 定着用強化繊維シート補強材
３１ 定着用強化繊維シート補強材の巻付け部
３２ 定着用強化繊維シート補強材の自由端部
１００ 構造物
１０１ 構造物貼着面
１０２ 構造物側面

Claims (14)

1. 固定具により構造物に固定することのできる軸線方向に延在した棒状の定着体と、
   所定の幅と長さを備えたシート状とされる強化繊維シートにて作製され、一端部領域が前記定着体の周面に巻き付けられて前記定着体の周面に樹脂にて接着固定され、残りの領域は前記定着体の周面に接着固定されることなく前記定着体から延在している定着用強化繊維シート補強材と、
   を有する定着具において、
   前記定着用強化繊維シート補強材は、
   （１）強化繊維を一方向に配列した強化繊維層の片面、或いは、両面を、メッシュ状の支持体シートにより支持した構成の少なくとも１枚の一方向配列強化繊維シートか、又は、
   （２）一方向に配列された強化繊維に対して直交して、横糸を一定の間隔にて打ち込んで構成した少なくとも１枚の一方向配列強化繊維シートか、又は、
   （３）強化繊維で形成したシート状織物である少なくとも１枚の強化繊維シートにて構成され、
   前記定着体は、前記定着体の軸線方向に所定の間隔にて、前記固定具のための複数のアンカー孔が穿設され、前記アンカー孔の周囲の前記定着用強化繊維シート補強材は、前記アンカー孔を避けて両側に寄せられ、前記アンカー孔を穿設することにより切断されることがない、
   ことを特徴とする定着具。
2. 前記定着体は、軸線方向の長さが前記定着用強化繊維シート補強材の幅と同じか、或いは幾分大きくされ、横断面形状が、円形、楕円形、長円形、或いは、隅角部が円弧状とされた多角形とされる柱状体又は円筒体であることを特徴とする請求項１の定着具。
3. 前記定着用強化繊維シート補強材において、前記定着体の周面に接着固定されることなく前記定着体から延在している領域は、樹脂が含浸されていないか、又は、樹脂が含浸された半硬化状態のプリプレグシートであるか、又は、樹脂が含浸され硬化されていることを特徴とする請求項１又は２の定着具。
4. 前記強化繊維は、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；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されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の定着具。
5. 前記樹脂は、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であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の定着具。
6. 構造物の貼着面に細長形状の強化繊維シート補強材を樹脂で接着することにより構造物を補強する補強方法において、
   （ａ）構造物の貼着面の両端領域に位置して、請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具である第１の定着具を配置し、少なくとも、前記第１の定着具から延在した第１の定着用強化繊維シート補強材を前記貼着面に樹脂にて接着し、且つ、前記第１の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定し、
   （ｂ）前記両第１の定着具の間の前記構造物の貼着面に第１の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、前記第１の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域が、前記両第１の定着具の前記第１の定着用強化繊維シート補強材と接合するようにした、
   ことを特徴とする構造物の補強方法。
7. （ｃ）更に、前記両第１の定着具の間の領域において、前記（ｂ）工程にて接着された前記第１の補強用強化繊維シート補強材に重なるようにして請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具である第２の定着具を配置し、少なくとも、前記第２の定着具から延在した第２の定着用強化繊維シート補強材を前記第１の補強用強化繊維シート補強材に積層して樹脂にて接着し、且つ、前記第２の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定し、
   （ｄ）前記両第２の定着具の間の領域において、前記第１の補強用強化繊維シート補強材に積層して、第２の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、前記第２の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域が、前記両第２の定着具の前記第２の定着用強化繊維シート補強材と接合するようにし、
   （ｅ）必要に応じて、前記（ｃ）、（ｄ）工程を繰り返す、
   ことを特徴とする請求項６の構造物の補強方法。
8. 構造物の貼着面に細長形状の強化繊維シート補強材を樹脂で接着することにより構造物を補強する補強方法において、
   （ａ）構造物の貼着面に第１の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、
   （ｂ）前記第１の補強用強化繊維シート補強材の両端領域に位置して、請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具である第１の定着具を配置し、少なくとも前記第１の定着具から延在した第１の定着用強化繊維シート補強材を前記第１の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域に積層して樹脂にて接着し、且つ、前記第１の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定する、
   ことを特徴とする構造物の補強方法。
9. （ｃ）更に、前記両第１の定着具の間の領域において、前記第１の補強用強化繊維シート補強材に積層して、第２の補強用強化繊維シート補強材を樹脂にて接着し、
   （ｄ）前記両第１の定着具の間の領域において、前記（ａ）工程にて接着された前記第１の補強用強化繊維シート補強材に重なるようにして請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具である第２の定着具を配置し、前記第２の定着具から延在した第２の定着用強化繊維シート補強材を前記第２の補強用強化繊維シート補強材の両端継手領域に積層して樹脂にて接着し、且つ、前記第２の定着具の定着体を固定具にて構造物に固定し、
   （ｅ）必要に応じて、前記（ｃ）、（ｄ）工程を繰り返す、
   ことを特徴とする請求項８の構造物の補強方法。
10. 前記補強用強化繊維シート補強材は、強化繊維を一方向に配列した少なくとも１枚の一方向配列強化繊維シートか、又は、強化繊維で形成したシート状織物である少なくとも１枚の強化繊維シートにて構成されることを特徴とする請求項６〜９のいずれかの項に記載の構造物の補強方法。
11. 前記強化繊維は、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；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されることを特徴とする請求項１０の構造物の補強方法。
12. 前記樹脂は、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であることを特徴とする請求項６〜１１のいずれかの項に記載の構造物の補強方法。
13. 前記補強用強化繊維シート補強材は、前記構造物に貼着する前においては、樹脂未含浸シートであるか、又は、樹脂が含浸された半硬化状態のプリプレグシートであることを特徴とする請求項６〜１２のいずれかの項に記載の構造物の補強方法。
14. 前記構造物は、コンクリート構造物或いは鋼構造物であることを特徴とする請求項６〜１３のいずれかの項に記載の構造物の補強方法。

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