JP5967437B2 - アンカーボルト定着部の補強構造 - Google Patents

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本発明は、アンカーボルト定着部の補強構造に関する。
従来、例えば、鉄筋コンクリート(RC)柱1と鉄骨梁2の接合構造として、RC柱1の上部にアンカーボルト3の一端3a側を埋設定着させ、RC柱1の上部から突出したアンカーボルト3の他端3b側を鉄骨梁2に接続する構造が多用されている(例えば、図13、図14、図15、特許文献1参照)。
一方、このような既存構造物のコンクリート部材1に埋設したアンカーボルト3の定着部Sでは、地震力を受けた際に、例えば図13から図15に示すように、コンクリート1a(コンクリート破損部1b)が割裂破壊して十分な耐力を発揮できなくなるおそれがある。また、コンクリート片が剥離・剥落するおそれがある。
このため、従来、例えば図16から図18に示すように、アンカーボルト3をコンクリート部材1に埋設したアンカーボルト定着部Sに対し、鋼板を巻き立て、鋼板4とコンクリート部材1の間にモルタル5を充填して補強する対策、いわゆる鋼板巻き立て工法が多用されている。また、その他、コンクリートの増打ち工法や連続繊維シート貼り付け工法などを適用して、このアンカーボルト定着部Sを補強する対策も多用されている。
特開2005−126973号公報
しかしながら、上記のコンクリートの増打ち工法、鋼板巻き立て工法、連続繊維シート貼り付け工法などによるアンカーボルト定着部の補強対策では、工事が大掛かりで、工期が長く、高コストになるという問題があった。
また、上記の各工法においては、コンクリートの割裂破壊耐力を高める補強対策であるため、結果としてアンカーボルトの降伏により、接合部が破壊に至ることになる。一方で、古い構造物で用いられているアンカーボルトにはネジ部の靭性が乏しいものがあり、この場合には、アンカーボルトの破断により急激な耐力の喪失に繋がってしまう。
本発明は、上記事情に鑑み、アンカーボルトの降伏により破壊に至ることを防止しつつ、より簡便且つ効果的に、アンカーボルト定着部の補強を可能にするアンカーボルト定着部の補強構造を提供することを目的とする。
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明のアンカーボルト定着部の補強構造は、コンクリート部材を他の部材と接合するためのアンカーボルトの一端側が前記コンクリート部材に埋設されたアンカーボルト定着部の補強構造であって、前記アンカーボルト定着部のコンクリート部材の表面に樹脂製の補強塗膜を被覆してなり、前記補強塗膜は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなることを特徴とする。
この発明においては、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなる補強塗膜が、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性(強度、伸び)に優れた合成樹脂であり、例えば10〜25MPa程度の高強度と例えば200%以上の大きな破断伸び(伸び変形性能)を有する。このため、アンカーボルト定着部のコンクリート部材の変形が塑性域に達しても、補強塗膜がコンクリート部材の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜によってコンクリート部材の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、地震力を受けた際に、コンクリートが割裂破壊して十分な耐力を発揮できなくなるおそれを解消することが可能になる。
また、仮に、せん断応力を受けることによりコンクリート部材の変形が塑性域に達してコンクリートが破壊されても、補強塗膜は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜によってコンクリート部材の表面が被覆された状態が維持される。これにより、コンクリート片の散逸が防止され、また、コンクリート部材が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状が保持される。例えば、コンクリート部材が柱の場合において、大地震時にせん断応力を受けることによって破壊が生じたコンクリート片が散乱して避難の障害となったり、そのコンクリート片が周囲に飛散したりするといった被害の増大を防止することができる。
しかも、補強塗膜は変形抵抗を有しているので、地震時にコンクリート部材が撓み変形したときに、補強塗膜の変形抵抗力によってコンクリート部材を元の形状に戻す力が働く。その結果、コンクリート部材は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。
また、アンカーボルト定着部のコンクリート部材の表面に補強塗膜を吹き付けや塗布することによって形成されるので、従来のコンクリートの増打ち工法、鋼板巻き立て工法、連続繊維シート貼り付け工法などと比較し、容易に且つ安価に施工することができ、既設のコンクリート部材においても容易に施工できる。
また、本発明のアンカーボルト定着部の補強構造においては、前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、前記補強塗膜は、前記コンクリート部材のうち2面以上に設けられていることが望ましい。
この発明においては、補強塗膜がコンクリート部材のうち2面以上に設けられていることにより、コンクリート部材の2面以上が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果(ラッピング効果)により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。
さらに、本発明のアンカーボルト定着部の補強構造においては、前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、前記補強塗膜は、前記コンクリート部材の全周に亘って設けられていることがより望ましい。
この発明においては、補強塗膜がコンクリート部材の全周に亘って設けられていることにより、閉じられた形状(筒状)の補強塗膜の内側にコンクリート部材が収容された状態となり、上記したラッピング効果が大きくなり、高い形状保持が発揮される。
また、本発明のアンカーボルト定着部の補強構造においては、前記補強塗膜とともに前記コンクリート部材の表面を被覆して補強用鋼板が設けられていてもよい。
この発明においては、特にコンクリート部材に大きな集中応力が発生する場所など、部分的に補強用鋼板を巻き立てるなどして設けておくことで、施工性、経済性を確保しつつアンカーボルト定着部の耐力を大幅に向上させることが可能になる。
本発明に係るアンカーボルト定着部の補強構造によれば、アンカーボルト定着部のせん断破壊を防止すると共に靭性能を向上させることができ、アンカーボルト定着部のコンクリート部材の脆性破壊を防止してアンカーボルト定着部の耐震性を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造を示す側面視図である。 図1のX1−X1線矢視図である。 図1のX2−X2線矢視図である。 各材料の応力ひずみ関係を示す図であり、ポリウレア樹脂の力学的特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造の変更例を示す側面視図である。 図5のX1−X1線矢視図である。 図5のX2−X2線矢視図である。 本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造の変更例を示す側面視図である。 図8のX1−X1線矢視図である。 図8のX2−X2線矢視図である。 本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造の変更例を示す側面視図である。 図11のX1−X1線矢視図である。 従来のRC柱と鉄骨梁をアンカーボルトで接合した接合部の構造を示す側面視図である。 図13のX1−X1線矢視図である。 図13のX2−X2線矢視図である。 従来のアンカーボルト定着部を補強用鋼板で補強した補強構造を示す側面視図である。 図16のX1−X1線矢視図である。 図16のX2−X2線矢視図である。
以下、図1から図4を参照し、本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造について説明する。
はじめに、本実施形態では、図1から図3に示すように、鉄筋コンクリート柱(RC柱、コンクリート部材)1と鉄骨梁2の接続部において、RC柱1の上部にアンカーボルト3の一端3a側が埋設定着され、このRC柱1の上部から突出したアンカーボルト3の他端3b側を鉄骨梁2に接続することでRC柱1と鉄骨梁2が接続されている。また、RC柱1の上部と鉄骨梁2の下部との間にはベースモルタル6が介設されている。さらに、本実施形態では、RC柱1が断面方形状の角柱として形成され、鉄骨梁2としてH形鋼が使用されている。
ここで、本実施形態において、アンカーボルト3の定着部Sは、RC柱1の上部からアンカーボルト3の一端3a側を埋設してコンクリート1aに定着した部分である。また、アンカーボルト3は、一端3aに定着板3cを取り付けた状態でコンクリート1aに埋設されている。
そして、本実施形態のアンカーボルト定着部の補強構造Aは、上記のように構成されたアンカーボルト定着部Sの補強構造であって、アンカーボルト定着部SのRC柱(コンクリート部材)1の表面に樹脂製の補強塗膜7を被覆して構成されている。
補強塗膜7は、RC柱1の表面に吹き付けやローラーなどで塗布される樹脂製の塗膜であって、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなる。例えば、補強塗膜7としては、イソシアネートとアミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレア樹脂を用いることができる。
また、この補強塗膜7は、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性(強度、伸び)に優れた合成樹脂からなり、例えばポリウレア樹脂の場合は、図4に示す応力ひずみ特性を有する。補強塗膜7を構成する合成樹脂としては、例えば引張強度が鉄筋の十分の一程度の20MPa程度(10〜25MPa)であって、破断伸びが200%以上の物性を有する樹脂からなる。ポリウレア樹脂としては、例えば「スワエールAR−100(登録商標:三井化学産資株式会社製)」が用いられる。なお、補強塗膜の厚さ寸法Dは、2mm以上であることが好ましい。
また、RC柱1に補強塗膜7を被覆する施工方法としては、塗布するコンクリート表面を十分に清掃して塵等を取り除いた後、プライマーを塗布し、その後、補強塗膜材料をコンクリート1aの表面に所定厚さだけ塗布する。これにより、コンクリート1aの表面に補強塗膜7が形成される。なお、プライマーの塗布は省略することも可能であり、或いは、補強塗膜7とコンクリート1aとの付着性を高めるためにコンクリート1aの表面を斫って凸凹に加工してもよい。
また、本実施形態においては、補強塗膜7が断面方形状のRC柱1の4つの側面(表面)に連続的に被覆形成されている。すなわち、補強塗膜7が、アンカーボルト定着部SのRC柱1の全周にわたって設けられている。
そして、上記構成からなる本実施形態のアンカーボルト定着部の補強構造Aにおいては、RC柱1のアンカーボルト定着部Sのコンクリート1a(コンクリート部材1)の表面に被覆した樹脂製の補強塗膜7が、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物で、そのせん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性(強度、伸び)に優れた合成樹脂であり、例えば10〜25MPa程度の高強度と例えば200%以上の大きな破断伸び(伸び変形性能)を有する。このため、アンカーボルト定着部Sのコンクリート部材1の変形が塑性域に達しても、補強塗膜7がコンクリート部材1の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜7によってコンクリート部材1の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、地震力を受けた際に、コンクリート1aが割裂破壊して十分な耐力を発揮できなくなるおそれを解消することが可能になる。
また、仮に、せん断応力を受けることによりコンクリート部材1の変形が塑性域に達してコンクリート1aが破壊されても、補強塗膜7は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜7によってコンクリート1aの表面が被覆された状態が維持される。これにより、コンクリート片の散逸が防止され、また、コンクリート部材1が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状が保持される。特に、本実施形態のようにコンクリート部材1がRC柱である場合には、大地震時にせん断応力を受けることによって破壊が生じたコンクリート片が散乱して避難の障害となったり、そのコンクリート片が周囲に飛散したりするといった被害の増大を防止することができる。
さらに、補強塗膜7は変形抵抗を有しているので、地震時にコンクリート部材1が撓み変形したときに、補強塗膜7の変形抵抗力によってコンクリート部材1を元の形状に戻す力が働く。その結果、コンクリート部材1は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。
また、アンカーボルト定着部Aのコンクリート1aの表面に補強塗膜7を吹き付けや塗布することによって形成されるので、従来のコンクリートの増打ち工法、鋼板巻き立て工法、連続繊維シート貼り付け工法などと比較し、容易に且つ安価に施工することができ、既設のコンクリート部材1においても容易に施工できる。
また、RC柱のコンクリート部材1が断面方形状に形成され、補強塗膜7がコンクリート部材1の2面以上に設けられていることで、コンクリート部材1の2面以上が補強塗膜7によって包み込まれた状態となり、その効果(ラッピング効果)により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。このため、本実施形態のように断面方形状のRC柱のコンクリート部材1の全周にわたって補強塗膜7が設けられていることにより、閉じられた形状(筒状)の補強塗膜7の内側にコンクリート部材1が収容された状態となり、さらにラッピング効果が大きくなり、高い形状保持が発揮される。
よって、本実施形態のアンカーボルト定着部の補強構造Aによれば、アンカーボルト定着部Sのせん断破壊を防止すると共に靭性能を向上させることができ、アンカーボルト定着部Sのコンクリート部材1の脆性破壊を防止してアンカーボルト定着部Sの耐震性を向上させることができる。
以上、本発明に係るアンカーボルト定着部の補強構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、アンカーボルト3でRC柱1に鉄骨梁2を接合し、RC柱1のアンカーボルト3の一端3a側を埋設したアンカーボルト定着部Sを補強する構造について説明を行ったが、本発明にかかるアンカーボルト定着部の補強構造Aは、コンクリート部材1にアンカーボルト3が埋め込まれている部分の割裂破壊に対する補強に適用可能であり、必ずしも本実施形態のようにRC柱1のアンカー定着部Sの補強に限定して用いる必要はない。例えば、RC造の設備基礎やRC梁にアンカーボルト3が埋め込まれている部分の補強などにも適用可能であり、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、図5から図7に示すように、例えばRC柱1のアンカーボルト定着部Sの側面に直交方向に伸びる梁8などが接合され、補強塗膜7をRC柱のコンクリート部材1の4周面に塗布できない場合もある。この場合には、補強塗膜7をコンクリート部材1の2面以上に設けてラッピング効果が得られるようにすればよい。また、直交梁8の際まで補強塗膜7を塗布し、直交梁8の上下部分だけでも4周面に塗布するようにすることでより補強効果を高めることができる。また、直交梁8より上で4周塗布できる部分が少ない場合は、RC柱1の上面に補強塗膜7を設け、4周塗布の代わりにしてもよい。
また、図8から図10に示すように、補強塗膜7とともにコンクリート部材1の表面を被覆して補強用鋼板4を設け、鋼板4とコンクリート部材1の間にモルタル5などを充填してアンカーボルト定着部の補強構造Aを構成するようにしてもよい。この場合には、特にコンクリート部材1に大きな集中応力が発生する場所など、部分的に補強用鋼板4を巻き立てるなどすることで、施工性、経済性を確保しつつアンカーボルト定着部Sの耐力を大幅に向上させることが可能になる。
さらに、図11及び図12に示すように、RC柱のコンクリート部材1にコーベル(突出部)1cが形成され、このコーベル1a上にアンカーボルト3の他端側を突出させ、ベースモルタル6を介して鉄骨梁(他の部材)2を接続する場合もある。この場合においても、勿論、コーベル1cを含むコンクリート定着部Sのコンクリート部材1の表面を補強塗膜7で被覆することにより、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能になる。
1 RC柱(コンクリート部材)
1a コンクリート
1b コンクリート破損部
1c コーベル
2 鉄骨梁(他の部材)
3 アンカーボルト
3a 一端
3b 他端
3c 定着板
4 鋼板
5 モルタル
6 ベースモルタル
7 補強塗膜
8 直交梁
A アンカーボルト定着部の補強構造
S アンカーボルト定着部

Claims (4)

  1. コンクリート部材を他の部材と接合するためのアンカーボルトの一端側が前記コンクリート部材に埋設されたアンカーボルト定着部の補強構造であって、
    前記アンカーボルト定着部のコンクリート部材の表面に樹脂製の補強塗膜を被覆してなり、
    前記補強塗膜は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。
  2. 請求項1記載のアンカーボルト定着部の補強構造において、
    前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、
    前記補強塗膜は、前記コンクリート部材のうち2面以上に設けられていることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。
  3. 請求項1記載のアンカーボルト定着部の補強構造において、
    前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、
    前記補強塗膜は、前記コンクリート部材の全周に亘って設けられていることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のアンカーボルト定着部の補強構造において、
    前記補強塗膜とともに前記コンクリート部材の表面を被覆して補強用鋼板が設けられていることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。
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