JP6043137B2 - 鉄筋コンクリート構造物の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート構造物の補強構造に関するものであり、特に、せん断補強構造に関するものである。

近年、大規模地震の発生が強く懸念されており、既設の鉄筋コンクリート構造物に対する耐震補強の必要性が高まっている。しかし、既設の鉄筋コンクリート構造物に対する補強は決して容易ではない。特に、地中に埋設されたボックスカルバートなどによって構築されている地下道やトンネルなどの鉄筋コンクリート構造物では、地山に覆われている外面側からの補強は極めて困難であり、コストも高くなる。

そこで、地下に構築されている鉄筋コンクリート構造物の壁、天井または床に、その内面側から外面側へ向けて穿孔された孔に補強部材が挿入された補強構造が提案されている。

特許文献１には、既設の鉄筋コンクリート構造物の側壁に形成された補強部材挿入孔に、線材の端部に定着部材が固定されたせん断補強部材が挿入された補強構造が記載されている。

特許文献２には、既設の鉄筋コンクリート構造物の側壁に形成された補強部材挿入孔に、鉄筋の端部に定着体が一体成形されたせん断補強部材が挿入された補強構造が記載されている。

特許第３６６８４９０号公報 特開２０１１−１４０７９６号公報

これまでに提案されているせん断補強部材では、棒状部材の端部に突起部が設けられている。例えば、特許文献１に記載されているせん断補強部材では、棒状部材としての線材の端部に、突起部としての定着部材が装着されている。また、特許文献２に記載されているせん断補強部材では、棒状部材としての鉄筋の端部に、突起部としての定着体が形成されている。これら突起部は、せん断補強部材に引張力が作用した際に、せん断補強部材の抜けを防止するなどの目的で設けられているものである。しかし、突起部の装着や形成には手間や時間が掛かる。例えば、特許文献１に記載されているせん断補強部材に設けられている突起部（定着部材）は、摩擦圧接接合、ガス圧接接合、アーク溶接接合などによって線材の端部に接合されており、専用の溶接機を用いた接合作業が必要となる。また、特許文献２に記載されているせん断補強部材に設けられている突起部（定着体）は、転造ローラーに押し当てられた鉄筋を転造ローラーに対して相対的に回転させることによって形成されており、転造ローラーを用いた成形作業が必要となる。

また、せん断補強部材を鉄筋コンクリート構造物の側壁内に埋没させるためには、補強部材挿入孔の直径をせん断補強部材の突起部の直径よりも大きくしなくてはならない。すなわち、せん断補強部材の主要部である線材や鉄筋の直径よりもかなり大径の補強部材挿入孔を穿孔しなくてはならない。

本発明の目的は、既設の鉄筋コンクリート構造物に十分な強度を付与する補強構造を簡易かつ低コストで実現することである。

本発明の鉄筋コンクリート構造物の補強構造は、鉄筋コンクリート構造物に形成された挿入孔に補強部材が挿入されるとともに充填材が充填された鉄筋コンクリート構造物の補強構造であって、前記挿入孔は、前記鉄筋コンクリート構造物にその内面側から外面側に向けて穿孔された細長孔であり、前記補強部材は、高強度繊維により編成された繊維補強部材であることを特徴とする。

本発明の一態様においては、前記繊維補強部材が管状である。

本発明の一態様においては、前記繊維補強部材に他の部分よりも径の大きな膨出部が設けられている。

本発明の一態様においては、前記膨出部が管状の前記繊維補強部材の内側に配置された形成部材によって成形されている。

本発明の一態様においては、前記繊維補強部材が格子状である。

本発明の一態様においては、前記挿入孔に挿入された金属管の内側に前記繊維補強部材が挿入されている。
本発明の一態様においては、前記金属管の周面に複数の貫通孔が形成されている。

本発明によれば、既設の鉄筋コンクリート構造物に十分な強度を付与する補強構造が簡易かつ低コストで実現される。

実施形態１に係るボックスカルバートを示す斜視図である。 （ａ）は図１に示されている平面Ｘに沿って切断されたボックスカルバートの側壁の一部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は平面Ｙに沿って切断されたボックスカルバートの側壁の一部を示す拡大断面図である。 図２（ｂ）の拡大図である。 繊維補強部材の拡大斜視図である。 実施形態２に係るボックスカルバートの側壁の一部を示す拡大断面図である。 図６に示されている鋼管の拡大斜視図である。 図５のａ−ａ拡大断面図である。 実施形態３に係るボックスカルバートの側壁の一部を示す拡大断面図である。 実施形態３に係るボックスカルバートの側壁の一部を示す他の拡大断面図である。 図８に示されている繊維補強部材の拡大斜視図である。 繊維補強部材の変形例を示す斜視図である。 図１１に示されている繊維補強部材によって補強されたボックスカルバートの側壁の一部を示す拡大断面図である。 繊維補強部材の他の変形例を示す斜視図である。

（実施形態１）
本発明の鉄筋コンクリート構造物の補強構造（以下「補強構造」と略称する。）の第１の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。ここでは、地下に埋設されている既設のボックスカルバートの側壁に適用された補強構造について説明する。

図１に示されているように、ボックスカルバート１は、対向する一対の側壁Ｗ１，Ｗ２、頂版Ｔおよび底版Ｂを有し、全体として略角筒状の外観を呈する。側壁Ｗ１，Ｗ２、頂版Ｔおよび底版Ｂの内部には主鉄筋および配力鉄筋が配置されている。具体的には、側壁Ｗ１，Ｗ２、頂版Ｔおよび底版Ｂの内部には、複数本の主鉄筋が埋め込まれ、それら主鉄筋と交差するように複数本の配力鉄筋が埋め込まれている。換言すれば、主鉄筋と配力鉄筋とが格子状に埋め込まれている。

以下、図１に示されているボックスカルバート１の２つの側壁Ｗ１，Ｗ２に適用されている補強構造について具体的に説明する。もっとも、２つの側壁Ｗ１，Ｗ２には同一の補強構造が適用されている。そこで、重複する説明を回避すべく、側壁Ｗ１に適用されている補強構造についてのみ説明し、側壁Ｗ２に適用されている補強構造についての説明は省略する。

図２（ａ），（ｂ）に示されているように、側壁Ｗ１には、その内面側から外面側へ向けて複数の挿入孔１０が縦横に５００ｍｍピッチで設けられている（図２には、一部の挿入孔１０のみが図示されている。）。ここで、側壁Ｗ１の外面とは地山Ｇに接している面を意味し、内面とは外面と反対側の面を意味する。

それぞれの挿入孔１０は、配筋図や非破壊検査の結果などの情報に基づき、主鉄筋１１および配力鉄筋１２に損傷を与えることがない位置に、ドリルやウォータージェットなどの任意の穿孔手段やＦＯＮドリル工法（登録商標）などの任意の穿孔方法を用いて穿孔された細長孔である。具体的には、それぞれの挿入孔１０は、図１に示されている平面Ｘの面内方向に関しては隣接する主鉄筋１１の間に位置しており、平面Ｙの面内方向に関しては隣接する配力鉄筋１２の間に位置している。平面Ｙの面内方向に関する挿入孔１０の位置についてより詳細に説明すると、それぞれの挿入孔１０は、上下に隣接する配力鉄筋１２の間であって、かつ、下方の配力鉄筋１２のすぐ上に位置している。

それぞれの挿入孔１０は、側壁Ｗ１の内面に対して略垂直に穿孔されており、その底は外面側の主鉄筋１１の後方(外側)に達している。本実施形態における挿入孔１０の直径は５０ｍｍであり、全長（深さ）は５００ｍｍである。もっとも、挿入孔１０の寸法、特に全長は側壁Ｗ１の厚みに応じて適宜選択される。例えば、５００ｍｍ〜１０００ｍｍの範囲内で側壁Ｗ１の厚みに応じて最適な全長が選択される。また、挿入孔１０の直径は、長さ方向に沿って次第に拡大または縮小するものであってもよい。

図３に示されているように、それぞれの挿入孔１０には補強部材としての繊維補強部材１３が挿入されるとともに、充填材１４が充填されている。図４に示されているように、それぞれの繊維補強部材１３は、高強度繊維（カーボン繊維）によって管状に編成されており（編まれており）、伸縮性、屈曲性および弾力性を備えている。繊維補強部材１３を編成する高強度繊維はカーボン繊維に限られず、アラミド繊維やガラス繊維などの他の高強度繊維であってもよい。

それぞれの挿入孔１０に挿入されている管状の繊維補強部材１３の外径は挿入孔１０の直径よりも小さい。また、それぞれの繊維補強部材１３の長さは挿入孔１０の全長（深さ）よりも短い。すなわち、繊維補強部材１３は挿入孔１０の内部に完全に納まる寸法を有している。換言すれば、挿入孔１０に挿入された繊維補強部材１３の一端（先端）は挿入孔１０の底に到達していないが、他端（後端）は挿入孔１０に埋没している。本実施形態における繊維補強部材１３の直径は３０ｍｍであり、全長は４００ｍｍである。もっとも、繊維補強部材１３の寸法は挿入孔１０の寸法に応じて適宜選択される。このとき、繊維補強部材１３の全長は、挿入孔１０の全長−（マイナス）１００ｍｍに設定することが好ましい。

さらに、挿入孔１０に充填されている充填材１４には、セメント系モルタルが用いられている。本実施形態では、セメント、シリカヒュームや石英粉などのポラゾン物質、増粘材および水の混合物が充填材１４として用いられている。充填材１４は、管状の繊維補強部材１３の内外に充填されており、挿入孔１０の内部を隙間なく満たしている。ここで、高強度繊維によって編成されている繊維補強部材１３には、各繊維の間に微小な隙間が存在している。すなわち、繊維補強部材１３の表面は網目状になっている。このため、硬化前の充填材１４は繊維補強部材１３の繊維間の隙間を通して繊維補強部材１３の内外に流通し、挿入孔１０の内部を隙間なく満たす。また、充填材１４が硬化した後においては、充填材１４が繊維補強部材１３に絡み付き、両者がより強固に一体化される。なお、充填材１４はセメント系モルタルに限定されるものではなく、例えば、樹脂系材料や繊維混入モルタルなどを充填材１４として用いることもできる。もっとも、充填材１４は、上向きに充填しても垂れ落ちない程度の粘性を有する一方、挿入孔１０に隙間なく充填可能な流動性を有していることが好ましい。

高強度繊維によって編成されている繊維補強部材１３は、鋼材製の補強部材などに比べて高い強度を有するので、少ない数の繊維補強部材１３によって十分な補強強度を得ることができる。さらに、繊維補強部材１３は、鋼材製の補強部材などに比べて細径であっても、鋼材製の補強部材などと同等以上の強度を有する。したがって、繊維補強部材１３を用いることにより補強部材の細径化や少数化を図ることができる。

また、繊維補強部材１３は腐食の恐れがないので、長期間に亘って高い補強強度が維持される。さらに、腐食の恐れがない繊維補強部材１３は、かぶりコンクリートを打設できない部分や漏水の多い場所にも設置することができる。

また、本実施形態の補強構造に用いられている繊維補強部材１３には何らの突起部も設けられていない。このため、繊維補強部材１３が挿入される挿入孔１０は、ウォータージェットによって容易に穿孔可能な小径の孔であってもよい。挿入孔１０の穿孔にウォータージェットを使用した場合、穿孔の際の振動などによる鉄筋破断のリスクが低減される。

加えて、伸縮性、屈曲性および弾力性を備えている繊維補強部材１３は、直線状ではない挿入孔１０にも容易に挿入することができる。

（実施形態２）
以下、本発明の補強構造の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。もっとも、本実施形態に係る補強構造は、第１の実施形態に係る補強構造と共通の基本構造を有する。そこで、第１の実施形態に係る補強構造との相違点についてのみ以下に説明し、共通する構造についての説明は適宜省略する。また、既に説明した構成と同一の構成については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。

本実施形態に係る補強構造では、図５に示されているように、側壁Ｗ１に穿孔された挿入孔１０に金属管（本実施形態では鋼管１５）が挿入され、その鋼管１５の内側に管状に編成された繊維補強部材１３が挿入されている。

鋼管１５は、図６に示されているように、断面円形の管であって、挿入孔１０（図５）よりも径が小さく、挿入孔１０と略同一の長さを有する。また、鋼管１５の周面には多数の貫通孔１６が形成されている。図７に示されているように、充填材１４は、繊維補強部材１３の内側、繊維補強部材１３と鋼管１５との間および鋼管１５と挿入孔１０との間の空間を満たしている。ここで、鋼管１５の周面には多数の貫通孔１６が形成されているので、繊維補強部材１３の内側から充填された充填材１４は、繊維補強部材１３の繊維間の隙間から繊維補強部材１３と鋼管１５との間に流出し、さらに鋼管１５の貫通孔１６から鋼管１５と挿入孔１０の間に流出し、最終的に挿入孔１０の内部に隙間なく充填される。もっとも、繊維補強部材１３の外側から充填材１４を充填してもよい。また、繊維補強部材１３の内側、繊維補強部材１３と鋼管１５との間、鋼管１５と挿入孔１０との間の空間にそれぞれ充填材１４を充填してもよい。

繊維補強部材１３が鋼管１５によって覆われている本実施形態の補強構造では、せん断応力などの影響によって側壁Ｗ１や充填材１４の一部に剥離などが生じても、剥離したコンクリートや充填材１４の破片によって繊維補強部材１３が損傷を受けることがない。なお、鋼管１５に代えて金属メッシュチューブや金属ネットチューブを用いることも可能であり、この場合にも上記と同様の効果が得られる。

また、図６に示されている貫通孔１６は楕円形であるが、貫通孔１６の形状に制限はなく、円形、矩形、多角形など何れの形状であってもよい。

（実施形態３）
以下、本発明の補強構造の第３の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。もっとも、本実施形態に係る補強構造は、第１の実施形態に係る補強構造と共通の基本構造を有する。そこで、第１の実施形態に係る補強構造との相違点についてのみ以下に説明し、共通する構造についての説明は適宜省略する。また、既に説明した構成と同一の構成については同一の符号を用いて重複する説明は省略する。

本実施形態に係る補強構造では、図８や図９に示されているように、挿入孔１０に挿入されている繊維補強部材１３に、他の部分よりも径の大きな膨出部１７が設けられている。具体的には、図８に示されている繊維補強部材１３では、その両端に膨出部１７がそれぞれ設けられている。また、図９に示されている繊維補強部材１３では、その両端に膨出部１７がそれぞれ設けられ、さらに、両端の膨出部１７の間に、３つの膨出部１７が等間隔で設けられている。図８や図９に示されている膨出部１７の直径は４０ｍｍ、膨出部１７以外の部分の直径は３０ｍｍである。もっとも、膨出部１７の直径および膨出部１７以外の部分の直径は、挿入孔１０の寸法に応じて適宜選択される。

図１０に示されているように、それぞれの膨出部１７は、管状に編成された繊維補強部材１３の内側に詰め込まれた球状の形成部材（不図示）によって成形されている。本実施形態ではセラミックス製の形成部材が用いられているが、金属製やプラスチック製の形成部材を用いることもできる。また、形成部材には、充填材１４（図８，図９）の流動を阻害しないように、貫通孔を形成することもできる。さらに、板状の形成部材を用いることにより、繊維補強部材の周囲にフランジ状に拡がる膨出部を設けることもできる。

繊維補強部材１３に膨出部１７が設けられている本実施形態の補強構造では、充填材１４に対する繊維補強部材１３の定着強度が向上し、より高い補強強度が得られる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、図４などに示されている繊維補強部材１３は、当初から管状に編成されているが、適当な大きさに切断されたシート状の繊維補強部材を管状（チューブ状）に丸めた上で挿入孔に挿入することもできる。このとき、繊維補強部材は伸縮性、屈曲性および弾力性を備えているとともに、ハサミやカッターなどで容易に切断することができるので、繊維補強部材を切断したり、切断された繊維補強部材を丸めたりする作業は施工現場において短時間で行うことが可能であり、その作業には特別な工具や機械を必要としない。

また、図１１に示されているような格子状の繊維補強部材２３が用いられた補強構造も本発明の範囲に含まれる。図１２に、図１１に示されている繊維補強部材２３が用いられた補強構造の一例を示す。図１２に示されている補強構造では、適当なサイズに切断された格子状の繊維補強部材２３が側壁Ｗ１に穿孔された挿入孔１０に挿入されるとともに、挿入孔１０には充填材１４が充填されている。また、図１１に示されている繊維補強部材２３が適当なサイズに切断され、かつ、管状に丸められた状態で図１２に示されている挿入孔１０に挿入されるとともに、挿入孔１０に充填材１４が充填されている補強構造も本発明の範囲に含まれる。

さらには、図１３に示されているような立体形状を有する繊維補強部材３３が図１２などに示されている挿入孔１０に挿入されているとともに、挿入孔１０に充填材１４が充填されている補強構造も本発明の範囲に含まれる。

また、図５に示されている鋼管１５の内側に、図１０に示されている繊維補強部材１３、図１２に示されている繊維補強部材２３または図１３に示されている繊維補強部材３３が挿入されている補強構造も本発明の範囲に含まれる。

１ ボックスカルバート
Ｗ１，Ｗ２ 側壁
Ｔ 頂版
Ｂ 底版
１０ 挿入孔
１１ 主鉄筋
１２ 配力鉄筋
１３，２３，３３ 繊維補強部材
１４ 充填材
１５ 鋼管
１６ 貫通孔
１７ 膨出部

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリート構造物に形成された挿入孔に補強部材が挿入されるとともに充填材が充填された鉄筋コンクリート構造物の補強構造であって、
   前記挿入孔は、前記鉄筋コンクリート構造物にその内面側から外面側に向けて穿孔された細長孔であり、
   前記補強部材は、高強度繊維により編成された繊維補強部材であり、
   前記挿入孔に挿入された金属管の内側に前記繊維補強部材が挿入されていることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強構造。
2. 請求項１に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強構造において、
   前記繊維補強部材が管状であることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強構造。
3. 請求項２に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強構造において、
   前記繊維補強部材に他の部分よりも径の大きな膨出部が設けられていることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強構造。
4. 請求項３に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強構造において、
   前記膨出部が管状の前記繊維補強部材の内側に配置された形成部材によって成形されていることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強構造。
5. 請求項１に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強構造において、
   前記繊維補強部材が格子状であることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強構造。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の鉄筋コンクリート構造物の補強構造において、
   前記金属管の周面に複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物の補強構造。

Images