JP4992479B2 - 柱部材、ufc製プレキャスト型枠および当該ufc製プレキャスト型枠を用いた柱部材の耐震補強方法 - Google Patents

柱部材、ufc製プレキャスト型枠および当該ufc製プレキャスト型枠を用いた柱部材の耐震補強方法 Download PDF

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本発明は、超高強度繊維補強コンクリートからなるプレキャスト型枠(以下「UFC製プレキャスト型枠」という)を用いた柱部材、UFC製プレキャスト型枠および柱部材の耐震補強方法に関し、例えば、既存の単柱式RC構造または鉄骨構造の橋脚、または既存のRCまたは鉄骨ラーメン構造の橋脚、さらにはRC地下構造物の中柱の柱頭および柱脚などの耐震補強、補修に適用される。また、プラント等の建築構造物における鉄骨構造からなる柱部材にも適用される。
例えば、図11に図示するような単柱式RC構造の橋脚では、大地震時に橋脚基部Aに損傷が集中し、いわゆる塑性ヒンジ区間が形成される。そして、橋脚全体の耐震性はこの塑性ヒンジ区間に大きく依存することになる。
1995年の兵庫県南部地震で見られたRC構造の各種橋脚の損傷原因として、橋脚基部に形成された塑性ヒンジ区間に大きな曲げ変形が集中し、その大きさが橋脚の耐震性能を超えるものであったことが指摘されている。
このため、鉄骨構造物やRC構造物の耐震性を向上させるためには、地震時に曲げ変形が集中する柱脚部と柱頭部の耐震性を向上させることが不可欠となる。
近年、RC構造物の耐震性能を高める構造形式として繊維を補強材として利用したRC構造が開発されている。例えば、特許文献1には、補強用短繊維を混入して成形されたプレキャストコンクリート部材と、このプレキャストコンクリート部材を型枠にして打設されたコンクリートからなるコンクリート構造体が開示されている。
こうした構造をさらに発展させたものである特願2005−189247の発明は、RC構造体の塑性ヒンジ部に対して超高強度繊維補強コンクリート(以下,UFCと称する)からなるプレキャスト型枠を複数適用し、RC部材のかぶり部分をUFCで形成することによりコアコンクリートの圧壊と主鉄筋の座屈を抑制し、高い変形性能を実現するものである。
一方、既存建物の耐震補強工法としてRC構造の柱部材に鋼板や連続繊維シート、さらにはコンクリート等を巻き立てる方法も知られている。
特開平10−147976号公報
しかし、特許文献1に示された発明は、周方向に一体となったプレキャスト型枠からなり、新設の柱部材のみにしかプレキャスト型枠を適用することができず、既存の柱部材の耐震補強や補修を想定していない。
当該プレキャスト型枠を適用することにより既存の柱部材の変形性能、耐震性能を向上させることは建設時における耐震基準が低く、現在の設計基準においては耐震性能的に問題のある橋梁、地下構造物などの耐震性能を改善させ、将来における大規模地震に対する安全性を確保できるほか、地震時に損傷した部材の修復においても有意である。当該プレキャスト型枠を既存の部材の耐震補強や補修に適用する場合、以下のような課題が考えられる。
(1) プレキャスト型枠を分割化する必要がある。
(2) 既存の柱部材とプレキャスト型枠を一体化させる必要がある。
一方、既存の柱部材に鋼板や連続繊維シート、さらにはコンクリート等を巻き立てる既存建物の耐震補強工法のうち、鋼板を巻き立てる方法では地震時に圧縮側が座屈することにより耐力が低下する上に鋼材の腐食対策が必要になりコストが嵩む等の課題があった。
また、連続繊維シートを巻き立てる方法では、鋼材やコンクリートを巻き立てる方法に比べてコストが高くなる他、シート自体に圧縮力を負担する性能はないため、曲げ圧縮に対する耐震補強はできないという問題がある。
また、コンクリートを巻き立てる方法では、巻き立て量が厚くなり、周辺環境によっては適用が困難になると共に橋脚重量の増加に伴い地震時における基礎への負担が大きくなり、その損傷が大きくなる場合がある。
さらに、H形鋼などの鉄骨材からなる柱部材では、負担する重量や想定される地震力が増大した場合でも、鋼材により断面積を増加させることが困難であることから、柱数の増設やコンクリートの巻き立てが行われるが、いずれも柱の断面積を増大させ、施設の共用空間の低減につながる等の問題がある。
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、主として既存のRC構造物の塑性ヒンジ区間におけるかぶり部分にUFC製プレキャスト型枠を適用して高い圧縮強度と曲げ強度を有するUFCに置換することにより、RC構造物の変形性能、耐震性を向上させるようにした柱部材、UFC製プレキャスト型枠および当該UFC製プレキャスト型枠を用いた柱部材の耐震補強方法を提供することを目的とする。
請求項1記載の柱部材は、既存のRC構造または鉄骨構造の柱部材の外周に超高強度繊維補強コンクリートからなる断面が略コの字形状に形成された複数のプレキャスト型枠を前記柱部材の周方向と軸方向に組み合わせて設置し、当該複数のプレキャスト型枠と前記柱部材間の空隙部に充填材を充填することにより構成される柱部材において、前記柱部材の周方向に2個のプレキャスト型枠が突き合わせて設置され、前記柱部材の軸方向に複数のプレキャスト型枠が積層して設置され、前記柱部材の周方向に突き合わせて設置された各プレキャスト型枠間の鉛直目地は前記柱部材の軸方向に千鳥配置に形成され、前記柱部材の軸方向に積層して設置された各プレキャスト型枠間の水平目地は前記柱部材の各側面を斜め方向に形成されていることを特徴とするものである。
請求項2記載の柱部材の耐震補強方法は、既存のRC構造または鉄骨構造の柱部材の外周に超高強度繊維補強コンクリートからなる断面が略コの字形状に形成された複数のプレキャスト型枠を前記柱部材の周方向と軸方向に組み合わせて設置し、当該複数のプレキャスト型枠と前記柱部材間の空隙部に充填材を充填することにより構成する柱部材の耐震補強方法において、前記柱部材の周方向に2個のプレキャスト型枠を突き合わせて設置し、前記柱部材の軸方向に複数のプレキャスト型枠を積層して設置し、前記柱部材の周方向に突き合わせて設置した各プレキャスト型枠間の鉛直目地は前記柱部材の軸方向に千鳥配置に形成し、前記柱部材の軸方向に積層して設置した各プレキャスト型枠間の水平目地は前記柱部材の各側面を斜め方向に形成することを特徴とするものである。
本発明は、RC構造や鉄骨構造の柱部材の表面に付加的にUFC製プレキャスト型枠を設置し、柱部材と一体化させることで、既存柱部材の耐震補強を図るものであり、超高強度繊維補強コンクリートからなるプレキャスト型枠、すなわちUFC製プレキャスト型枠を既存のRC構造または鉄骨構造の柱部材の塑性ヒンジ区間の外周に設置し、当該柱部材と一体化させることにより柱部材の変形性能と耐震性を向上させるようにしたものである。
本発明をRC構造の柱部材に適用すれば、コンクリートのかぶり部分をUFCに置換することができ、同箇所の圧壊の遅延と主筋の座屈を抑制することにより、柱部材の変形性能を向上させることができる。また、H形鋼などからなる鉄骨構造の柱部材に適用し内部にコンクリート材料を充填し鉄骨と一体化することで、柱部材を鉄骨コンクリート構造化することができ、曲げ耐力と変形性能を向上させることができる。さらに、架設材として設置されたH形鋼などからなる鉄骨材に適用すれば、SRC部材として本設材として利用することができる。また、地震などで損傷した鋼部材の補修工法として適用することができ、その場合には震災を被る前以上の変形性能と耐震性を付与することができる。
この場合のUFCは、圧縮強度の大きいコンクリートまたはモルタルに鋼繊維や炭素繊維、あるいはガラス繊維などを混入した繊維補強コンクリートであって、圧縮強度が100〜250N/mm、曲げ引張強度が10〜40N/mm、ひび割れ発生時引張強度が5〜15N/mmの程度のものを使用することができる。
通常のRC部材の軸方向鉄筋量はかぶり部分をはつり落とし、UFCで置換すると、全軸方向鉄筋の引張降伏力に対抗できる圧縮力をUFC型枠部分で負担できる。その結果、一方向曲げの場合は全軸方向鉄筋が降伏するまで部材は曲げ破壊しない。
地震のような正負交番荷重に対しても、鉄筋の座屈を抑制する効果があり、変形性能が大幅に増加する。部材寸法および自重の増加なく補強が可能になる。既往の方法はプレキャスト型枠を用いていても、部材周方向にPC鋼材や鋼板をつないで拘束していたが、本考案はそれとは異なる機構であり、圧縮力をUFCが負担することにより変形性能を向上するものである。
例えば、超高強度繊維補強モルタルからなるプレキャスト型枠の厚さtは、全軸方向鋼材の降伏荷重と常時軸圧縮力を負担できる厚さとなるように設定すると、曲げに対して断面の圧縮縁が圧縮破壊することがないので、曲げに対して理想的な部材断面とすることができる。
橋脚などのRC部材の軸方向鉄筋比は1.0〜1.5%程度であることが多い。1.5%の場合の試算を示す。なお、死荷重による軸圧縮応力度を1.0 N/mm2と仮定した。
軸方向鉄筋比p=0.015,Ac=b×h,鋼材の降伏強度fsy=345N/mm2
0.5・b・t・fc=p・Ac・fsy+Ac・σn = (p・fsy+σn)・(b・h)
t/h=(pba・fsy+σn)/fc = (0.015×345+1.0)/(0.5×180)=(5.175+1.0)/90.0 = 0.0686
すなわち、軸方向鉄筋量1.5%の場合、曲げの終局時において型枠が圧縮破壊しない型枠の厚さは、断面高さの7.0%である。同様に軸方向鉄筋量1.0%では断面高さの5.0%である。通常の帯鉄筋に対するかぶり厚さ(たとえば90mm程度)であれば、元のRC部材の断面高さが、1.3〜1.8m程度まで、本考案により、かぶり部分をはつり落とし、UFC型枠に置換すれば、断面寸法を大きくすることなく、補強が可能になる。また、元のかぶりコンクリートで対処できないような大断面のRC部材においても、既設かぶりコンクリートを除去し、本考案の型枠で補強すると、断面寸法は、元の断面よりも増大するが、従来の鉄筋コンクリート巻立てよりもはるかに小さくて済む。
また、UFC製プレキャスト型枠と柱部材間の空隙部に充填する充填材には普通コンクリート、グラウト、モルタル、あるいは樹脂などを用いることができる。
また、パーツ化されたUFC製プレキャスト型枠の各パーツ同士は、特殊な形状によるパーツの組み合わせ、突合せ接合部における継手同士のかみ合わせやボルト接合、あるいは接着材による接着接合で組み合わせた後、既存RC柱との空隙に樹脂充填などを行うことにより一体化させることができる。
例えば、既設の柱状の部材に対して、断面が略コの字形状のUFC製プレキャスト型枠を2個、組み合わせ、かつ部材軸方向に同型枠の鉛直突合せ部が千鳥となるように積層して一体化させる方法がある。
この方法では、側面の幅方向中心に同型枠パーツの鉛直突合せ目地(鉛直目地部)を配置し、同鉛直突合せ部では引張力の伝達強度がUFC母材に比べ小さいかまったく期待できない場合でも、プレキャスト型枠の水平目地を部材側面幅内で一つの凹または凸形状とし、鉛直突合せ部を千鳥となるように配置することで、鉛直突合せ部におけるUFCの不連続部分をプレキャスト型枠適用区間の30%程度以下にでき、巻立て補強効果、特に主筋の座屈防止効果を分割プレキャスト型枠でありながら高めることができる(図6、図7)。
プレキャスト型枠においては、鉛直突合せ部のような不連続部分がなければもちろん望ましいが、既設部材の補強では、断面の周方向に分割が必要となるため、不連続部分が存在してしまう。
図6の方法では不連続部分がプレキャスト型枠区間の50%となるが、この程度では軸方向鉄筋の座屈を拘束するのに十分な剛性と強度がない。
一方、10%以下になり突合せ部が先細りした部材となると、圧縮強度を発揮させるために十分均一なUFCを打設するための施工性が悪くなったり、合せ部に凹凸などの噛み合わせ機構を設けることが困難になる。
そこで、種々検討した結果、鉄筋の座屈を拘束する効果を保持しつつ、突合せ部に噛み合わせ機構を設けることができる望ましい範囲は、30%程度となる。
また、この場合、水平目地の凹凸はせん断キーとしても作用する。さらに、上記に類する方法として図8に示すように突合せ部を斜めとしその角度を緩やかにするような組み合わせを行えば、主筋と突合せ部が平行とならないため、その座屈拘束効果を高めることができる。特に、水平目地を凹凸する方法と組み合わせれば効果が大きくなる。なお、ここでいう水平目地には図8に図示するような、斜め方向に連続する目地も含む。
また、部材断面の隅角部で分割されたプレキャスト型枠を接合する場合は、隅角部にオス、メスの切欠き部を設け、互いに噛み合わせるように上方から型枠を組むことにより一体化することができる(図10(a))。
この時、切欠き部は、ほぞやT字型、丸型および電車の連結部、パズルピースの端部のような構造など、隅角部における主筋の座屈に対して、型枠が分離しないような形状とする。また、隅角部に接続用の金具を用いても良いし、隅角部に貫通する孔と定着部を設け、ボルト締めにより接合しても良い。
一方、三角形L字型の型枠を千鳥状に高さ方向に重ねていくことにより、隅角部における分割されたプレキャスト型枠の接合部(鉛直突合せ部)におけるUFCの不連続長さを最小とすることができる(図9)。
なお、いずれの場合も、型枠の内面には後に充填されるコンクリート、モルタル等の充填材と一体化するための凹凸を設けておき、主筋の座屈に伴うはらみ出しに対して、十分な拘束力を確保する。この方法では、隅角部におけるほぞやT字型などの細かい接合部の製作が不要で、組み合わせ方も容易である。
以上のプレキャスト型枠の水平方向の目地には、型枠の面内方向と面外方向のいずれかまたは両方にせん断キー、コッター、ダウエルバーなどのずれ止めを設けてもよい。
特に、面外方向のずれ止めは、断面高さが減少した型枠部分のはらみ出しに対し、好適である。鉛直方向の目地においても、水平方向のダウエルバーなどのずれ止めを設けてもよい。以上は、UFC製プレキャスト型枠の分割と一体化に関する技術である。なお、これらの型枠には帯鉄筋を内包してもよい。この場合、鉛直突合せ目地で帯鉄筋を接続しなくともよい。さらに、補強、補修工法に限らず、新設構造物に対するプレキャスト工法として適用してもよい。この場合、断面の平面寸法が、完成時の半分のプレキャスト型枠でよく、運搬重量が小さくて済む。また、組み立てられた柱の鉄筋の上方からクレーン等で吊り込む必要がないので、作業性も向上する。
請求項3記載の柱部材の耐震補強方法は、請求項2記載の柱部材の耐震補強方法において、RC構造の柱部材のかぶり部分のコンクリートを取り除いて当該RC柱部材の補強筋を露出させ、当該補強筋の外周にプレキャスト型枠を設置することを特徴とするものである。
本発明は、RC構造からなる既存柱部材の耐震補強・補修する場合で、既存のRC部材とUFC製プレキャスト型枠との一体化により、UFC製プレキャスト型枠が既存のRC柱部材のかぶりコンクリートとして機能し、かつ水平目地部がひび割れ誘導目地として機能することにより、かぶりコンクリートの圧壊と主筋の座屈抑制により変形性能が向上するため、地震時の損傷や残留変形の低減等の効果を既存のRC柱部材に付与することができる。
また、元のかぶり部分をUFCに置換することでかぶり部分の厚さを小さくでき、これによりRC、鋼板巻き立て工法などで問題となる補強後の部材寸法、部材重量の増加をなくした補強が可能になり、さらに基礎の負担荷重が増えるのも防止することができる。
請求項4記載の柱部材の耐震補強方法は、請求項2記載の柱部材の耐震補強方法において、鉄骨材からなる柱部材の表面にシアコネクターを突設し、その外周にプレキャスト型枠を設置することを特徴とするものである。
本発明は特に、H形鋼などの鉄骨材からなる柱部材を耐震補強または補修する工法であり、鉄骨部材とUFC製プレキャスト型枠との一体化により、柱部材をSRC構造の柱部材として機能させることができる。また、鉄骨材の外周に単にコンクリートを巻き立てる耐震補強工法と異なり、UFC製プレキャスト型枠によって鉄骨材の局部座屈が拘束され、かつUFC製プレキャスト型枠が柱部材の圧縮力を積極的に負担することにより、支持できる重量を増加させ得ること以外にも、高い曲げ耐力と変形性能を柱部材に付与することができる。
また、架設材として用いられているH鋼などの鉄骨材に同様の工法を施すことによりSRC化した場合は、本設部材としての利用も可能である。
また、H形鋼などの鉄骨材からなる柱部材では、鋼材の表面にスタッドジベル等のシアコネクターを突設するなどの一体性を確保する処理を行った上で、UFC製プレキャスト型枠を設置し、充填材を充填することによりSRC部材化することができる。なお、シアコネクターにはスタッドジベルの他に孔空き鋼板、あるいは鉄筋などを用いることができる。
また、H形鋼のみでは外力作用時の中立軸が断面中心となるが、かぶりコンクリートがUFC製で構成され、かつ同部分で圧縮応力を負担する場合、中立軸が圧縮側となり、鋼材における引張応力の作用点からの相対距離が長くなる。すなわち、H形鋼のみの場合に比べて部材全体の曲げ耐力を向上させることができる。
請求項5記載のUFC製プレキャスト型枠は、既存のRC構造または鉄骨構造の柱部材の塑性ヒンジ区間の外周に前記柱部材の周方向に突き合わせて設置され、かつ前記柱部材の軸方向に積層して設置されるプレキャスト型枠であって、超高強度繊維補強コンクリートからなる断面が略コの字形状に形成され、かつ前記柱部材の周方向に突き合わせて設置されるプレキャスト型枠の突合せ部が先細りに形成されてなることを特徴とするものである。
本発明は、UFC製プレキャスト型枠をパーツ化することにより、既存の柱部材の周囲に設置することが可能になる。また、通常の施工時においても1ピース当りの寸法と重量が軽減できるので、施工性や型枠の製作性において有利である。
パーツ化されたプレキャスト型枠は、後述するような方法により既存の部材も含めて一体化することができる。これにより、UFCを最初から
打設して製作した分割されていない型枠と同等の性能を有する型枠を複数のパーツにより構成することができる。
既存のRC構造の柱部材を塑性ヒンジ化する場合、帯筋が露出するまでコンクリートをはつり、パーツ化した型枠を組み合わせて設置し、そしてその内側にコンクリート、グラウト、モルタル、樹脂などを充填することにより既存の柱部材との一体化を図る。
また、断面の増加が許容され、プレキャスト型枠と既存のRC柱部材の一体化を図ることができる場合は、既存のかぶりコンクリートをはつらず、外周に設置し一体化してもよい。
これにより、新設したUFC製プレキャスト型枠が既存のRC部材のかぶりコンクリートとして機能し、かつ目地部がひび割れ誘導目地として機能することにより既存のRC柱部材に付与することができる。
H鋼などの鋼製柱部材には、鋼材の表面にコンクリートとの一体性を確保できるような処置を行った後に、RC部材と同様に型枠を設置し、空隙にコンクリート、グラウトやモルタル、樹脂などを充填する。これにより、H鋼とUFC製プレキャスト型枠が一体化し、SRC部材として機能させることができる。また、単にコンクリートを巻き立てる場合と異なり、鉄骨材の局部座屈をUFC製型枠が拘束し、かつ圧縮応力を同型枠が積極的に負担することにより、支持できる重量を増加させ得ること以外にも、高い曲げ耐力と靭性を柱部材に付与することができる。
また、架設材として用いられているH鋼に同様の工法を施し、SRC部材化した場合は、本設部材としての利用も可能である。
また、H鋼などの鋼製の柱部材では、鋼材の表面にスタッドジベルを突設するなどの一体性を確保する処理を行った上で、UFC製プレキャスト型枠を設置し、充填材を充填することによりSRC部材化とすることができる。この場合、通常のコンクリートを単純に巻き立てるのに比べ、かぶりコンクリートがUFC製となるため、鋼材の局部座屈を抑え、外力作用時の間曲げ圧縮応力を効率よく負担することができるため、部材全体の変形性能を高めることができる。
図1〜図5は、UFC製プレキャスト型枠を用いて塑性ヒンジ区間Lを耐震補強した既存の柱部材の柱脚部を示し、このうち特に図1は、耐震補強されたRC柱の柱脚部を、図2〜図5は耐震補強された鉄骨柱の柱脚部をそれぞれ示したものである。
既存のRC柱の場合、柱脚部のかぶり部分のコンクリート1aを削り取ることにより主筋1bとフープ筋1cを露出させ、当該主筋1bとフープ筋1cの周囲にUFC製プレキャスト型枠2を設置し、当該UFC製プレキャスト型枠2の内側に形成された空隙部3に普通コンクリート4を充填することにより柱1の柱脚部を耐震補強する。
また、H形鋼からなる鉄骨柱の場合、H形鋼5の周囲にUFC製プレキャスト型枠2を設置し、当該UFC製プレキャスト型枠2の内側に形成された空隙部3に普通コンクリート4を充填することによりH形鋼5からなる柱1の柱脚部を耐震補強する。
この場合、特に、H形鋼5のフランジ5a。5aの表面にコンクリート4の付着力を高めてH形鋼5とコンクリート4との一体化を図るべく多数のシアコネクターを突設する。シアコネクターはスタッドジベルや孔あき鋼板、あるいは鉄筋などで、フランジ5aの表面に溶接によって突設する。
例えば、図2(a),(b)の例ではH形鋼5のフランジ5aにスタッドジベル6aが突設され、図3(a),(b)の例では孔あき鋼板6bが突設され、さらに図4(a),(b)の例では縦鉄筋6cが突設され、そして図5(a),(b)の例では横鉄筋6dが突設されている。
孔あき鋼板6bと縦鉄筋6cはH形鋼5の軸方向と平行に複数突設され、横鉄筋6dはH形鋼5の軸方向に当該H形鋼の軸方向と直角に所定間隔おきに複数突設されている。なお、縦鉄筋6cと横鉄筋孔6dには特にコンクリート4の付着力を高めるべく異形鉄筋が用いられている。
また、縦鉄筋6cと横鉄筋6dを用いる場合、UFC製プレキャスト型枠2の内側面に縦鉄筋6cおよび横鉄筋6dとかみ合う凹溝条部2aを複数形成する。そして、縦鉄筋6cおよび横鉄筋6dと凹溝条部2aをそれぞれ互いにかみ合せた状態で凹溝条部2a内に樹脂などの充填材7を充填することによりH形鋼5とUFC製プレキャスト型枠2との一体化を図ることができる。
スタットジベル6aや孔あき鋼板6bを用いてH形鋼5とコンクリート4との一体化を図る場合、その構造設計には鋼材とコンクリートからなる従来のRC構造の設計式を適用することができる。
また、縦鉄筋6cおよび横鉄筋6dと凹溝条部2aとのかみ合わせによってH形鋼5とUFC製プレキャスト型枠2との一体化を図るようにすれば、補強による柱断面の外径を型枠2の厚さ分のみの増加に抑えながらH形鋼5とUFC製プレキャスト型枠2とを理想的な形で一体化させることができる。
さらに、縦鉄筋6cはH形鋼5の軸方向に連続的に取り付けることができるため横鉄筋6dを用いるよりは作業性がよい。一方、横鉄筋6dはH形鋼5の軸直角方向に取り付けるため、コンクリート4とH形鋼5間のせん断力の伝達機能は大きい。また、一本の鉄筋をH形鋼5の軸方向にジグザグ状に折り曲げて取り付けることにより、上記した縦鉄筋6cと横鉄筋6dの両方の効果が得られる。
UFC製プレキャスト型枠2は、図1〜図5に図示するいずれの例においても、たとえば図6〜図9に図示するように柱1の軸方向と周方向に複数のパーツから構成する。
UFC製プレキャスト型枠2の各パーツは、超高強度繊維補強コンクリートまたは超高強度繊維補強モルタルから形成する。各パーツの水平方向の水平目地部(水平突合せ部)8aは、UFC型枠の不連続部となり、曲げ変形時に曲げひび割れ発生目地として機能する。なお、この場合の水平目地部8aには、図7や図8に図示するような斜め方向に連続する目地部も含む。
一方、鉛直目地部(鉛直突合せ部)8bについては、その長さが大きくなると弱部化し、主筋の座屈抑制効果が低減する。そのため、鉛直目地部8bについては、その長さを可能な限り短くする必要がある。例えば、既設の柱状の部材に対して、断面が略コの字形状のUFC製プレキャスト型枠2を2個組み合わせ、かつ部材軸方向に同型枠を積層して一体化させる方法がある。
この方法では、側面の幅方向中心に同型枠の鉛直目地部8bを配置し、同鉛直目地部8bでは引張力の伝達強度がUFC母材に比べ小さいかまったく期待できない場合でも、プレキャスト型枠の水平目地部8aを部材側面幅内で一つの凹または凸形状とすることで、鉛直目地部8bにおけるUFCの不連続部分をプレキャスト型枠適用区間の30%程度以下にでき、巻立て補強効果を分割プレキャスト型枠でありながら高めることができる。
また特に、図8に示すように水平目地部8aを斜めとしその角度を緩やかにするような組み合わせを行えば主筋1aと水平目地部8aが平行とならないため、その座屈拘束効果を高めることができる。
さらに、図10(a),(b)に図示するように、部材断面の隅角部や辺中央部で分割されたプレキャスト型枠2を接合する場合は。隅角部または辺中央部にオス、メスの噛み合わせ部2b、2bを設け、互いに噛み合わせるように上方から型枠を組むことにより、一体化することができる。この時、噛み合わせ部2bはほぞやT字型、丸型および電車の連結部、パズルピースの端部のような構造など、主筋1aの座屈に対してプレキャスト型枠2が分離しないような形状とする。また、噛み合わせ部2bに接続用の金具を用いても良いし、噛み合わせ部2bに貫通する孔と定着部を設け、ボルト締めにより接合しても良い。
また、図9に図示するように三角形L字型のプレキャスト型枠2を千鳥状に高さ方向に重ねていくことにより、隅角部における分割されたプレキャスト型枠2の鉛直突き合わせ部におけるUFCの不連続長さを最小とすることができる。
なお、図6〜図10に図示するいずれのプレキャスト型枠2の内側にも、後から打設するコンクリートとの一体化を図るべく凹凸(図省略)を設けるのがよい。また、隣接するUFC製プレキャスト型枠2どうしは、各目地部の機能を失わないように接着材などによって互いに接合されている。
また、H形鋼などからなる鉄骨柱の塑性ヒンジ区間を上記した方法により耐震補強する場合、塑性ヒンジ区間以外の部分も塑性ヒンジ区間と同様にコンクリートで被覆するが、塑性ヒンジ区間以外の部分には普通のコンクリート型枠を用い、打設したコンクリートが硬化した後撤去する。
本発明は、RC構造や鉄骨構造の柱部材の塑性ヒンジ部に適用することができる。例えば、既存の単柱式RC構造の橋脚やRCラーメン構造の橋脚、さらにRC地下構造物の中央に設けられる中柱の柱頭および柱脚部などにおける耐震補強や補修に適用することができる。
耐震補強された既存RC柱の柱脚部を示し、(a)はその縦断面図、(b)は横断面図である。 耐震補強された既存鉄骨柱の柱脚部を示し、(a)はその縦断面図、(b)は横断面図である。 耐震補強された既存鉄骨柱の柱脚部を示し、(a)はその縦断面図、(b)は横断面図である。 耐震補強された既存鉄骨柱の柱脚部を示し、(a)はその縦断面図、(b)は横断面図である。 耐震補強された既存鉄骨柱の柱脚部を示し、(a)はその縦断面図、(b)は横断面図、(c)は図(b)におけるイ−イ線拡大断面図である。 (a)は耐震補強された既存RC柱の柱脚部を示す斜視図であり、(b)はUFC製プレキャスト型枠の斜視図である。 (a)は耐震補強された既存RC柱の柱脚部を示す斜視図であり、(b)はUFC製プレキャスト型枠の斜視図である。 (a)は耐震補強された既存RC柱の柱脚部を示す斜視図であり、(b)はUFC製プレキャスト型枠の斜視図である。 耐震補強された既存RC柱の柱脚部を示す斜視図である。 (a),(b)はUFC製プレキャスト型枠の一例を示す平面図である。 単柱式RC構造の橋脚の一例を示す正面図である。
符号の説明
L 塑性ヒンジ区間
1 既存のRC構造または鐵骨構造の柱
1a かぶり部分のコンクリート
1b 主筋
1c フープ筋
2 UFC製プレキャスト型枠
2a 凹溝条部
2b 噛み合わせ部
3 空隙部
4 普通コンクリート
5 H形鋼
5a フランジ
6a スタッドジベル
6b 孔あき鋼板
6c 縦鉄筋
6d 横鉄筋
7 充填材
8 ひび割れ誘導目地として機能する目地部
8a 水平目地部(水平突合せ部)
8b 鉛直目地部(鉛直突合せ部)

Claims (5)

  1. 既存のRC構造または鉄骨構造の柱部材の外周に超高強度繊維補強コンクリートからなる断面が略コの字形状に形成された複数のプレキャスト型枠を前記柱部材の周方向と軸方向に組み合わせて設置し、当該複数のプレキャスト型枠と前記柱部材間の空隙部に充填材を充填することにより構成される柱部材において、前記柱部材の周方向に2個のプレキャスト型枠が突き合わせて設置され、前記柱部材の軸方向に複数のプレキャスト型枠が積層して設置され、前記柱部材の周方向に突き合わせて設置された各プレキャスト型枠間の鉛直目地は前記柱部材の軸方向に千鳥配置に形成され、前記柱部材の軸方向に積層して設置された各プレキャスト型枠間の水平目地は前記柱部材の各側面を斜め方向に形成されていることを特徴とする柱部材。
  2. 既存のRC構造または鉄骨構造の柱部材の外周に超高強度繊維補強コンクリートからなる断面が略コの字形状に形成された複数のプレキャスト型枠を前記柱部材の周方向と軸方向に組み合わせて設置し、当該複数のプレキャスト型枠と前記柱部材間の空隙部に充填材を充填することにより構成する柱部材の耐震補強方法において、前記柱部材の周方向に2個のプレキャスト型枠を突き合わせて設置し、前記柱部材の軸方向に複数のプレキャスト型枠を積層して設置し、前記柱部材の周方向に突き合わせて設置した各プレキャスト型枠間の鉛直目地は前記柱部材の軸方向に千鳥配置に形成し、前記柱部材の軸方向に積層して設置した各プレキャスト型枠間の水平目地は前記柱部材の各側面を斜め方向に形成することを特徴とする柱部材の耐震補強方法。
  3. 既存のRC構造の柱部材のかぶり部分のコンクリートを取り除いて当該RC柱部材の補強筋を露出させ、当該補強筋の外周に複数のプレキャスト型枠を設置することを特徴とする請求項2記載の柱部材の耐震補強方法。
  4. 既存の鉄骨構造の柱部材の表面にシアコネクターを突設し、その外周に複数のプレキャスト型枠を設置することを特徴とする請求項2記載の柱部材の耐震補強方法。
  5. 既存のRC構造または鉄骨構造の柱部材の塑性ヒンジ区間の外周に前記柱部材の周方向に突き合わせて設置され、かつ前記柱部材の軸方向に積層して設置されるプレキャスト型枠であって、超高強度繊維補強コンクリートからなる断面が略コの字形状に形成され、かつ前記柱部材の周方向に突き合わせて設置されるプレキャスト型枠の突合せ部が先細りに形成されてなることを特徴とするUFC製プレキャスト型枠。
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