JP4986924B2 - 耐震補強方法 - Google Patents
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Description
柱梁架構の内周に、複数のアンカーボルトを配置して固定する工程と、
フランジを有するH鋼を少なくとも外枠の一部に含む補強部材を柱梁架構内に配置する工程と、
補強部材と柱梁架構との間に、水硬性モルタルを充填して硬化させる工程とを含み、
水硬性モルタルが、セメント組成物及び水を混練して得られる水硬性モルタルAと、水硬性組成物及び水を混練して得られる水硬性モルタルBとから選ばれる少なくとも1つの水硬性モルタルであり、
セメント組成物が、ポルトランドセメント、細骨材、有機系短繊維、無機系膨張材、再乳化形粉末樹脂、消泡剤、金属系膨張材、増粘剤及び流動化剤を含み、ポルトランドセメント100質量部に対し、細骨材の含有割合が120〜180質量部、繊維径が0.1〜0.3mmでかつ繊維長が9〜16mmの有機系短繊維の含有割合が0.2〜0.8質量部、無機系膨張材の含有割合が4〜15質量部、再乳化形粉末樹脂の含有割合が4〜15質量部、消泡剤の含有割合が0.05〜1.2質量部であるセメント組成物であり、
水硬性組成物が、セメントとフェロニッケルスラグを含む細骨材とを含有し、フェロニッケルスラグは、フェロニッケルスラグ100質量%中に粒径0.075〜2.4mmの粒子を80質量%以上含み、粒径0.075未満の粒子を10質量%未満含む水硬性組成物であることを特徴とする、既存建造物の耐震補強方法である。
柱梁架構の内周と補強部材との間の応力が生じると考えられる位置にアンカーボルトを有するように、柱梁架構の柱又は梁に複数のアンカーボルトを配置する複数の部分と、アンカーボルトを配置する2つの部分の間に位置するアンカーボルトを配置しない部分とを有するようにアンカーボルトを配置して固定する、耐震補強方法である。
まず、本発明の耐震補強方法の第1の実施態様について説明する。図1に、アンカーボルト2で既設建造物の柱梁架構(既設躯体)と補強部材1(鉄骨ブレース)を連結する枠付鉄骨ブレース補強工法(以下、「在来工法」という)を示す。本実施態様おいて、柱梁架構内に配置する補強部材1の構造は在来工法とほぼ同様であるが、柱梁架構と補強部材1との間に充填する水硬性モルタル21の種類を、後述する所定の高性能水硬性モルタルを用いることが本発明の特徴である。なお、図1の左側半分は、ボルトの配置を示すための断面模式図である。
次に、本発明の耐震補強方法の第2の実施態様について説明する。本発明の耐震補強方法の第2の実施態様は、図2に示すように、柱梁架構の内周、すなわち、柱11及び梁12の補強部材1が配置される側の面に、複数のアンカーボルト2を配置する際、応力が生じると考えられる位置にアンカーボルト2を部分的に配置する点が第1の実施態様と異なる。なお、図2の左側半分は、ボルトの配置を示すための断面模式図である。
次に、本発明の耐震補強方法の第3の実施態様について説明する。本実施態様は、第1及び第2の実施態様と比較し、H鋼10のフランジ10aの一部を切除したことを除き、基本的に同様である。本実施態様の、図2の所定部分の断面図を、図3(A−A′断面図)及び図4(B−B′断面図)に示す。本実施態様では、補強部材1の外枠に含まれるH鋼10のウェブ部10b(二つのフランジ10aを接続する部分)が、柱梁架構の内周に面するように配置された構造である。
<第4の実施態様>
次に、本発明の耐震補強方法の水硬性モルタル21として用いる高性能水硬性モルタルについて説明する。本発明では、二種類の水硬性モルタル、すなわち、所定のセメント組成物及び水を混練して得られる水硬性モルタルAと、所定の水硬性組成物及び水を混練して得られる水硬性モルタルBとを用いることができる。また、これらの水硬性モルタルを、適宜混合して用いてもよい。以下、水硬性モルタルA及び水硬性モルタルBについて、詳しく説明する。
水硬性モルタルAは、流動性に優れかつコンクリートとの付着強度に優れた水硬性モルタルである。以下、水硬性モルタルAについて詳しく説明する。
1)消泡剤がポリエーテル系消泡剤であること。
2)金属系膨張材の含有割合が0.0001〜0.01質量部であること。
3)セメント組成物100質量部と水8〜30質量部とを混練して得られる水硬性モルタルであること。
4)セメント組成物100質量部と水8〜30質量部とを混練して得られる水硬性モルタルが硬化して得られる硬化体であること。
1)Jロート流下値が、充填性を損なわないために、好ましくは20秒以下、さらに好ましくは18秒以下、より好ましくは16秒以下、特に好ましくは15秒以下であり、
また、Jロート流下値の下限は、材料分離抵抗性を損なわないために、好ましくは5秒以上、さらに好ましくは7秒以上、特に好ましくは8秒以上であり、
2)モルタルフロー値が、より確実な充填性のために好ましくは280mm以上、さらに好ましくは300mm以上のポリマーセメントモルタルを得ることができる。
本発明に用いる水硬性モルタルBは、流動性および強度特性に優れた水硬性モルタル(グラウト材)である。水硬性モルタルBは、所定の水硬性組成物と、水とを混練することによって得ることができる。以下、水硬性モルタルBについて詳しく説明する。
1)水硬性組成物は、さらに消泡剤を含むこと。
2)細骨材は、細骨材100質量%中にフェロニッケルスラグを70質量%以上含むこと。
3)フェロニッケルスラグは、フェロニッケルスラグ100質量%中、粒径0.15〜1.2mmの粒子を80質量%以上含み、粒径0.15未満の粒子を10質量%未満含むこと。
4)水硬性組成物と水とを混練して硬化させて得られる水硬性モルタルの硬化体の材齢28日の静弾性係数が、42.0kN/mm2以上であること。
5)水硬性組成物は、さらに膨張材、流動化剤及び増粘剤から選ばれた少なくとも1種以上の成分を含むこと。
好ましくは粒径0.075〜2.4mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.075未満の粒子を10質量%未満含むもの、
さらに好ましくは粒径0.15〜2.4mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.15mm未満の粒子を10質量%未満含むもの、
より好ましくは粒径0.15〜1.2mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.15mm未満の粒子を10質量%未満含むもの、
特に好ましくは粒径0.3〜1.2mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.3mm未満の粒子を10質量%未満含むものを好適に使用できる。
フェロニッケルスラグは、その粒径が2.4mmを超えるものを20質量%を超えて含む場合、充填性が低下することがあるので好ましくなく、粒径が0.075mm未満のものを20質量%を超えて含む場合、良好な流動性を確保するのに必要な水量が増加して、その結果目標とする硬化体強度が得られなくなることがあるため好ましくない。
細砂としては、特に限定されるものではなく、珪砂や石灰石砂等の砕石や砕砂を製造する過程で発生する微細粒の珪砂、石灰石砕砂を使用できる。
細砂の粒径は、前記のフェロニッケルスラグの好ましい粒径と同様に、細砂100質量%中に、
好ましくは粒径0.075〜2.4mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.075未満の粒子を10質量%未満含むもの、
さらに好ましくは粒径0.15〜2.4mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.15mm未満の粒子を10質量%未満含むもの、
より好ましくは粒径0.15〜1.2mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.15mm未満の粒子を10質量%未満含むもの、
特に好ましくは粒径0.3〜1.2mmの粒子を80質量%以上含むとともに、粒径0.3mm未満の粒子を10質量%未満含むもの
を使用することができる。
消泡剤の添加量は、本発明の特性を損なわない範囲で一種又は二種以上を添加することができ、水硬性成分100質量部に対して、好ましくは0.005〜2質量部、さらに好ましくは0.01〜1.5質量部、より好ましくは0.025〜1質量部、特に0.05〜0.5質量部含むことが好ましい。消泡剤を上記範囲で添加すると、消泡効果が良好で、さらに水硬性モルタルの硬化体組織の緻密化による硬化体強度の向上効果が著しいため好ましい。
本発明に用いる水硬性組成物は、水と混練して
1)水硬性組成物と水とが、均一に混ざり合った状態になるまでの所要時間を液状化時間とし、液状化時間が、好ましくは60秒以下、さらに好ましくは50秒以下、より好ましくは40秒以下、特に好ましくは35秒以下で均一に混ざり合った混練物を得ることができ、
2)モルタルフロー値が、好ましくは200mm以上、さらに好ましくは235mm以上の水硬性モルタルを得ることができ、
得られたモルタルを硬化させることにより、
3)圧縮強度(材齢28日)が、好ましくは110N/mm2以上、さらに好ましくは120N/mm2以上及び、
4)静弾性係数(材齢28日)が、好ましくは42.0kN/mm2以上、さらに好ましくは43.0kN/mm2以上の硬化体を得ることができる。
水硬性モルタルAに用いるセメント組成物を、実施例に基づいてさらに詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるものでない。
1)Jロート(秒):
土木学会充てんモルタル試験方法(案)(JSCE・F542−1993) J14ロートによる流下値を示す。
2)フロー値(mm):
JIS R 5201のフロー試験に定めるフローコーンを用いて,厚さ5mm以上の磨き板ガラスの上で練り混ぜた水硬性モルタルをJIS R 5201に示されている方法によって充填した後、直ちにフローコーンを上方に引き上げる。広がりが静止した後、最大と認める方向とこれに直角となる方向の直径を測定し、その平均値をフロー値とする。
3)付着強度(N/mm2):
JHS416「断面修復材品質規格試験方法」(以下、JHS416規格という)のコンクリートとの付着性試験方法に準じ、24時間水中に浸漬したモルタル板表面に厚さ1cm充填施工し、温度20±2℃、湿度85%以上で28日間養生を行った試験体を用いて、接着強度を建研式引張試験機で測定する。
4)気中養生圧縮強度、曲げ強度(N/mm2):
JHS416規格の圧縮強度試験方法に準じ、JIS R 5201に示すモルタル供試体成形用型を用いて成形後、温度20±2℃、湿度65±5%で28日間養生を行った40×40×160mm試験体を用いて、圧縮強度をJIS R 5201圧縮強さ試験機で測定し、曲げ強度をJIS R 5201曲げ強さ試験機で測定する。
5)水中養生圧縮強度、曲げ強度(N/mm2):
JIS R 5201に示すモルタル供試体成形用型を用いて成形後2日間、温度20±2℃、湿度65±5%で養生した後、脱型した試験体を水温20±2℃で28日間水中養生を行った40×40×160mm試験体を用いて、圧縮強度をJIS R 5201圧縮強さ試験機で測定し、曲げ強度をJIS R 5201曲げ強さ試験機で測定する。
6)長さ変化(%):
JHS416規格の硬化収縮性試験方法に準じ、ゲージプラグ付金型を用いて成形後2日間、温度20±2℃、湿度65±5%で養生した後脱型した試験体を用い、JIS A 1129−3に示すダイヤルゲージ方法(以下、ダイヤルゲージ方法という)で脱型後の基長を測定し、さらに温度20±2℃、湿度65±5%で28日間養生した試験体の長さ変化量を測定し、ダイヤルゲージ方法に記載された計算式により、長さ変化率を計算する。
1)水硬性成分:
・ポルトランドセメント(宇部早強ポルトランドセメント、ブレーン比表面積4500cm2/g)。
2)細骨材:
・珪砂(5号+6号)、粒度(篩)は表3に示す。
3)有機系短繊維:
・ポリビニルアルコール短繊維a:繊維長12mm、繊維径0.2mm(クラレ社製)。
・ポリビニルアルコール短繊維b:繊維長8mm、繊維径0.2mm(クラレ社製)。
・ポリビニルアルコール短繊維c:繊維長18mm、繊維径0.2mm(クラレ社製)。
4)再乳化形粉末樹脂:
・酢酸ビニル・ベオバ・アクリル酸エステル共重合体(ニチゴーモビニール社製)
5)膨張材:
・無機系膨張材a:石灰−エトリンガイト系膨張材(電気化学工業社製、パワーCSA)。
・無機系膨張材b:石灰−石膏系膨張材(太平洋セメント社製、太平洋ジプカル)。
・無機系膨張材c:エトリンガイト系膨張材(電気化学工業社製、CSA#20)。
・金属系膨張材 :アルミニウム粉(粒度44μm以下を60質量%以上含有、大和金属粉工業社製、ALCファイン及びK−250の混合品)。
6)流動化剤 :
・ポリカルボン酸エーテル系流動化剤(デグサ社製)。
7)消泡剤 :
・ポリエーテル系消泡剤(サンノプコ社製)。
8)増粘剤 :
・セルロース−エーテル系増粘剤(信越化学工業社製)。
表1及び表2に示す成分をアイリッヒミキサを使用して混合してセメント組成物を得た。
しかしながら、モルタル板との付着強度及び圧縮強度においては、比較例A1と較べて実施例A1では強度特性の向上が極めて顕著である。
実施例A2と実施例A3、4を比較すると、実施例A2は特に付着強度及び長さ変化においてより優れた特性を示した。
次に、水硬性モルタルBに用いる水硬性組成物を、実施例に基づいてさらに詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるものでない。
1)液状化時間(秒):
水硬性組成物と水とが均一に混ざり合った状態になるまでの時間を目視にて確認し、液状化時間(秒)とする。
2)フロー値(mm):
厚さ5mmのみがき板ガラスの上にJIS R 5201の凝結試験に定めるコーン(上端内径75mm、下端内径85mm、高さ40mm、内容積約200ml)を置き、練り混ぜたモルタル組成物を充填した後、コーンを引き上げる。広がりが静止した後、直角2方向の直径を測定し、その平均値をフロー値とする。
3)圧縮強度(N/mm2):
試験体φ5×10cmを作製し、JIS・A−1108に記載の試験方法に準じて測定する。
4)静弾性係数(kN/mm2):
試験体φ5×10cmを作製し、JIS・A−1149に記載の試験方法に準じて測定する。
1)水硬性成分:
・ポルトランドセメント(宇部早強ポルトランドセメント、ブレーン比表面積4500cm2/g)。
2)フェロニッケルスラグ:
・細骨材A(山川産業社製、比重3.1)
・細骨材B(山川産業社製、比重3.1)
・細骨材C(山川産業社製、比重3.1)
・細骨材D(山川産業社製、比重3.1)
・混合品E(133質量部) : 細骨材A(86質量部)と細骨材B(47質量部)との混合物。
・混合品F(117質量部) : 細骨材A(77質量部)と細骨材B(40質量部)との混合物。
・混合品G(104質量部) : 細骨材A(69質量部)と細骨材B(35質量部)との混合物。
篩を用いて測定した細骨材A〜D及び混合品E〜Gの粒度構成を表6に示す。
3)細砂:
・混合品H(133質量部) : 新特5号珪砂(105質量部、宇部サンド工業製)と6号硅砂(28質量部、宇部サンド工業製)の混合物。
篩を用いて測定した混合砂Hの粒度構成を表6に示す。
4)混和材料:
・無機系膨張材:石灰系膨張材(太平洋マテリアル社製)。
・金属系膨張材:アルミニウム粉(粒度44μm以下を60質量%以上含有、大和金属粉工業社製、ALCファイン及びK−250の混合品)。
・流動化剤 :ポリカルボン酸系流動化剤(BASFポゾリス社製)。
・消泡剤 :ポリエーテル系消泡剤(サンノプコ社製)。
・増粘剤 :メチルセルロース系増粘剤(松本油脂社製)。
表4及び表5に示す成分を、アイリッヒミキサを使用して混合し、表4及び表5に示すセメント、細骨材及び混和剤を含む水硬性組成物を得た。
2)消泡剤を配合した実施例B4、比較例B2は、消泡剤を配合していない実施例B7、比較例B3と対比すると、硬化体の圧縮強度の向上が顕著である。
3)水硬性組成物の細骨材に粒度の異なるフェロニッケルスラグを用いた実施例B1〜3及び比較例B1では、フェロニッケルスラグの粒度が小さくなるにしたがって流動性を示すフロー値が小さくなる傾向を示し、75μm未満の粒子を14.04%含む細骨材Dを用いた比較例B1では良好な流動性が得られなかった。また、スラリー調整時の液状化時間も90秒と長い時間を要した。
硬化体強度においても、実施例B1〜3については、材齢28日で120N/mm2以上、硬化体の静弾性係数においても材齢28日で43.0kN/mm2以上が得られている。
4)水硬性組成物の細骨材の添加量を変化させた実施例B4〜6において、細骨材量の最も少ない実施例B6は、実施例B5及び実施例B4と比較して粉体量(セメント量)が相対的に多くなり、液状化までの時間が長くなる傾向を示した。細骨材の多い実施例B5及び実施例B4は、硬化体の材齢28日の圧縮強度は実施例B6と対比して若干低いものの120N/mm2以上の高強度が得られており、弾性率においては43.0kN/mm2以上の値を示した。
本発明の既設建造物の耐震補強方法に用いる補強部材と梁との間の、せん断伝達性能評価実験を行った。せん断伝達性能評価実験は、図10に示すせん断伝達性能評価用試験装置30を用いて行った。せん断伝達性能評価用試験装置30は、試験装置用鉄骨枠38に固定される油圧ジャッキ32、油圧ジャッキ32の可動ピストンに連結する可動部34および油圧ジャッキ32とは反対側の試験装置用鉄骨枠38に固定される固定部33を含む。油圧ジャッキ32は、300kNの加圧が可能なものを用いた。なお、試験装置用鉄骨枠38の内側の寸法は幅2085mm、高さ1364mmだった。
τb=Q/(b・L) ・・・(1)
Q:荷重(N)
接合面幅:b=125mm
接合面長さ:L=300mm
2 アンカーボルト
3 スタッドボルト
4 スパイラル筋
5 シャーコッター
6 接合用ナット(長ナット)
10 H鋼
10a フランジ
10b ウェブ部
11 柱
12 梁
21 水硬性モルタル(グラウト材)
30 せん断伝達性能評価用試験装置
32 油圧ジャッキ
33 固定部
34 可動部
35 可動台
36 床
37 錘
38 試験装置用鉄骨枠
40、40a、40b 試験体
41 試験用H鋼
42 試験用梁
43 試験用水硬性モルタル(試験用グラウト材)
Claims (9)
- 枠形の柱梁架構を有する既設建造物と、
少なくとも一部がH鋼で形成された枠形の補強部材と
を有し、
前記柱梁架構内に、前記補強部材を配置して一体化する既設建造物の耐震補強方法であって、
前記柱梁架構の内周に、複数のアンカーボルトを配置して固定する工程と、
前記補強部材を前記柱梁架構内に配置する工程と、
前記補強部材と前記柱梁架構との間に、水硬性モルタルを充填して硬化させる工程とを含み、
前記アンカーボルトは、前記柱梁架構に対し設置かつ固定され、前記柱梁架構の内周側に向かって延在し、
前記H鋼は、1組のフランジをウェブ部により接続することで形成され、このH鋼によって前記補強部材の外枠の一部を形成するとともに、前記1組のフランジのうち一方のフランジを前記柱梁架構の内周側に対面させて設けられ、
前記一方のフランジの一部または全部は切除され、
前記アンカーボルトは、前記H鋼のウェブ部を挟んで複数設けられ、
前記水硬性モルタルは、前記ウェブ部と前記アンカーボルトの間に充填され、前記ウェブ部と前記アンカーボルトを互いに固定し、
前記水硬性モルタルが、セメント組成物及び水を混練して得られる水硬性モルタルAと、水硬性組成物及び水を混練して得られる水硬性モルタルBとから選ばれる少なくとも1つの水硬性モルタルであり、
前記セメント組成物が、ポルトランドセメント、細骨材、有機系短繊維、無機系膨張材、再乳化形粉末樹脂、消泡剤、金属系膨張材、増粘剤及び流動化剤を含み、ポルトランドセメント100質量部に対し、細骨材の含有割合が120〜180質量部、繊維径が0.1〜0.3mmでかつ繊維長が9〜16mmの有機系短繊維の含有割合が0.2〜0.8質量部、無機系膨張材の含有割合が4〜15質量部、再乳化形粉末樹脂の含有割合が4〜15質量部、消泡剤の含有割合が0.05〜1.2質量部であるセメント組成物であり、
前記水硬性組成物が、セメントとフェロニッケルスラグを含む細骨材とを含有し、フェロニッケルスラグは、フェロニッケルスラグ100質量%中に粒径0.075〜2.4mmの粒子を80質量%以上含み、粒径0.075未満の粒子を10質量%未満含む水硬性組成物であることを特徴とする、既存建造物の耐震補強方法。 - 前記アンカーボルトを配置して固定する工程において、
前記柱梁架構の内周と前記補強部材との間の応力が生じると考えられる位置に前記アンカーボルトを有するように、前記柱梁架構の柱又は梁に複数の前記アンカーボルトを配置する複数の部分と、前記アンカーボルトを配置する2つの部分の間に位置するアンカーボルトを配置しない部分とを有するように前記アンカーボルトを配置して固定する、
請求項1記載の耐震補強方法。 - 前記セメント組成物に含まれる前記消泡剤が、ポリエーテル系消泡剤であることを特徴とする、
請求項1又は2記載の耐震補強方法。 - 前記セメント組成物に含まれる前記金属系膨張材の含有割合が0.0001〜0.01質量部であることを特徴とする、
請求項1〜3のいずれか1項記載の耐震補強方法。 - 前記水硬性組成物が、さらに消泡剤を含むことを特徴とする、
請求項1又は2記載の耐震補強方法。 - 前記水硬性組成物に含まれる前記細骨材が、細骨材100質量%中に前記フェロニッケルスラグを70質量%以上含む、
請求項1、2又は5記載の耐震補強方法。 - 前記水硬性組成物に含まれる前記フェロニッケルスラグが、前記フェロニッケルスラグ100質量%中、粒径0.15〜1.2mmの粒子を80質量%以上含み、粒径0.15未満の粒子を10質量%未満含むことを特徴とする、
請求項1、2、5又は6記載の耐震補強方法。 - 前記水硬性組成物が、さらに膨張材、流動化剤及び増粘剤から選ばれた少なくとも1種以上の成分を含むことを特徴とする、
請求項1若しくは2又は請求項5〜7のいずれか1項記載の耐震補強方法。 - 枠形の柱梁架構を有する既設建造物と、
少なくとも一部がH鋼で形成された枠形の補強部材と
を有し、
前記柱梁架構の内周側に、前記補強部材を配置した既設建造物の耐震補強構造であって、
アンカーボルトは、前記柱梁架構に対し設置かつ固定され、前記柱梁架構の内周側に向かって延在し、
前記H鋼は、1組のフランジをウェブ部により接続することで形成され、このH鋼によって前記補強部材の外枠の一部を形成するとともに、前記1組のフランジのうち一方のフランジを前記柱梁架構の内周側に対面させて設けられ、
前記一方のフランジの一部または全部は切除され、
前記アンカーボルトは、前記H鋼のウェブ部を挟んで複数設けられ、
前記水硬性モルタルは、前記ウェブ部と前記アンカーボルトの間に充填され、前記ウェブ部と前記アンカーボルトを互いに固定すること
を特徴とする、既存建造物の耐震補強構造。
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