JP6071667B2 - コンクリート構造物の補強パネル及びそれを用いた補強工法 - Google Patents

コンクリート構造物の補強パネル及びそれを用いた補強工法 Download PDF

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本発明は、例えばコンクリート構造物を補強する補強パネル及びその補強パネルを用いたコンクリート構造物の補強工法に関する。
経年劣化等により既設コンクリート構造物の強度が不足する場合がある。強度不足を補強する対策として、鋼板(補強鋼板又は補強パネルと呼ばれる)をコンクリート構造物の表面に接着剤等を用いて貼付けて、コンクリート構造物と鋼板とを一体化することにより、例えば引張応力が発生する部位を補強する鋼板接着工法がある。鋼板接着工法では、通常、鋼板を取付けた後、接着剤を鋼板とコンクリート構造物との間に注入するが、その接着剤が漏れないように鋼板周辺をシールする必要がある。
特許文献1には、梁、床版等のコンクリート構造物における曲げ補強をすべき構造部分を鋼板で補強する工法が記載されている。特許文献2には、コンクリート柱の周囲を取り囲むようにして巻立て可能に構成された補強パネルが記載されている。また、近年では、耐食性を向上させるために、補強鋼板としてAl系めっき層等が形成されためっき鋼板が使用されるようになった(特許文献3)。
特許第4104175号公報 特開2006−183318号公報 特開2012−107398号公報
貼付けた後における変形防止の面から、コンクリート構造物を補強する鋼板には、ある程度の厚み、例えば2.5mm以上の板厚を有するものが使用されてきた。しかしながら、コスト及び作業性の面から、板厚をさらに薄くした鋼板を用いてコンクリート構造物を補強することが望まれている。また、鋼板を取付けた後の接着剤漏れ防止を目的としたシール作業を軽減することが望まれている。
請求項1に記載の発明は、コンクリート構造物に取付けられることにより前記コンクリート構造物を補強する補強パネルであって、前記コンクリート構造物に向けられる裏面を有する鋼板からなるパネル本体と、前記パネル本体の前記裏面から前記コンクリート構造物に向けて突出する突出部を少なくとも一つ有する補剛部と、を備える補強パネルであって、前記補強パネルは、隣接する補強パネルの突出部に嵌合する嵌合孔が形成された、隣接する補強パネルと連結するための連結部を備える、補強パネルを提供する。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の補強パネルにおいて、前記パネル本体の前記鋼板は少なくとも片面にAl系のめっき層を有する、補強パネルを提供する。
請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の補強パネルにおいて、前記めっき層は、質量%で、Al:2〜19%、Mg:3〜10%、Si:0.01〜2%を満たす組成を有する、補強パネルを提供する。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の補強パネルにおいて、前記パネル本体の前記鋼板の板厚は1.6〜2.3mmである、補強パネルを提供する。
請求項に記載の発明は、請求項1からの何れか一項に記載の補強パネルにおいて、前記パネル本体は、相対する側部を有し、前記補剛部は、前記相対する側部のうち何れか一方の側部を折曲げて形成された折曲部を有する、補強パネルを提供する。
請求項に記載の発明は、請求項1からの何れか一項に記載の補強パネルにおいて、前記補強パネルは接着剤を用いて前記コンクリート構造物に取付けられる補強パネルであり、前記接着剤の漏れを防止する止水部を備える、補強パネルを提供する。
請求項に記載の発明は、請求項1からに記載の補強パネルを、コンクリート構造物の表面に接着剤を用いて貼付ける補強工法を提供する。
請求項に記載の発明は、請求項に記載の補強工法であって、前記接着剤は、エポキシ樹脂系接着剤である、補強工法を提供する。
請求項に記載の発明は、請求項又はに記載の補強方法であって、前記コンクリート構造物は、上面、下面及び側面を有する床版であり、前記床版の少なくとも前記下面に前記補強パネルを貼付けて前記コンクリートを補強する、補強工法を提供する。
本発明による補強パネルは、補強パネルのパネル本体に、パネル本体を補剛する補剛部を備えている。補剛部によりパネル本体が補剛されるので、補強パネルとして必要な強度を維持したまま、パネル本体の板厚を薄くすることができる。パネル本体の板厚を薄くすることで、補強パネルを軽量化することができ、補強パネルの製造コストを下げると共に、補強パネルをコンクリート構造物に取付ける際の作業性が向上する。また、補強パネルが止水部を予め備えることで、取付け後の接着剤漏れ防止を目的としたシール作業が軽減され、作業性が向上する。
本発明の実施形態による、補強パネルを示す斜視図である。 本実施形態の補強パネルを示す平面図である。 図2のIII−III線に沿った補強パネルの断面図であり、床版の下面に補強パネルを取付けた状態を示す図である。 図4(a)は、図2のA−A線に沿った補強パネルの部分拡大断面図であり、図4(b)は図2のB−B線に沿った補強パネルの部分拡大断面図である。 補強パネルで用いる鋼板の断面構造を示す図である。 補強パネルの別例を示す斜視図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態において同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付して示し、理解を容易にするために、これら図面は縮尺を適宜変更している。また、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した発明とその均等物におよぶ点に留意されたい。
本実施形態による補強パネルについて説明する。図1は、床版1の下面2及び側面3に連続的に配置して取付けられる補強パネル10a、10b(以下、まとめて補強パネル10と称する場合がある)を示す斜視図である。図2は、補強パネル10a、10bの、上方向から見た(図1のC方向)からみた平面図、図3は、図2のIII−III線に沿った断面図である。図4(a)は、図2のA−A線に沿った補強パネル10a、10bの部分拡大断面図、図4(b)は、図2のB−B線に沿った補強パネル10a、10bの部分拡大断面図である。図1に示す床版1は、コンクリート構造物、例えば道路・鉄道等で用いられる橋梁の一部であり、下面2、側面3及び上面4を有する。本実施形態の補強パネル10は、図1や図3に示すように、床版1の下面2及び側面3を補強するように構成されているが、上面4を補強するように構成されてもよい。
補強パネル10a、10bのそれぞれは、鋼板からなるパネル本体12と、パネル本体12を補剛する補剛部13とを備える。補剛部13は、図3及び図4(a)、図4(b)に示すように、パネル本体12に形成された複数の突出部14と折曲部26とにより構成されている。パネル本体12は、コンクリート構造物である床版1に向けられる裏面12aと、裏面12aとは反対側の表面12bとを有する(図3参照)。また、パネル本体12は、相対する側部(第1の側部12cと、第1の側部12cとは反対側の第2の側部12d)と、相対する端部(上側端部12eと、上側端部12eとは反対側の下側端部12f)とを有する。本実施形態の補剛部13を構成する突出部14は、プレス加工により、パネル本体12の裏面12aから、パネル本体12の厚さ方向(図3のF方向)に、コンクリート構造物に向かって突出又は隆起するように形成されている。また、突出部14は、補強パネル10a、10bそれぞれのパネル本体12の周辺部において、互いに縦方向に所定間隔D1、横方向に所定間隔D2を開けて配置されている。なお、本実施形態において、パネル本体12はその幅(図2においてパネル本体12の横方向の長さW)が約1000mm、長さ(図2においてパネル本体12の縦方向の長さL)が2800mm程度で作製されているが、それに限定されず、幅Wは1000mm以上、長さLは2800mm以上であってもよい。
図2に示すように突出部14は、補強パネル10a、10bのそれぞれのパネル本体12の両側部の長辺に沿って、それぞれ3箇所形成されている。図に示す突出部14の配置は、一例であり、例えばパネル本体12の両側部の長辺に沿って2箇所形成されてもよく、また4箇所以上形成されてもよい。また、突出部14は、パネル本体12に2列に、パネル本体の長辺に沿って並べて配置されているが、3列以上並べて配置されてもよい。また、パネル本体12の中央部に形成せず、パネル本体12の周辺部にのみ突出部14を形成してもよい。突出部14の数や形成する間隔D1、D2はパネル本体12の大きさに応じて決定される。
また、図示実施形態の突出部14のそれぞれは、平面形状が縦約70mm、横70mmの角が丸められた正方形であり(図2参照)、パネル本体12の裏面12aから約2mmの高さHで突出するよう形成されている(図4(a)参照)。突出部14の平面形状は、これに限定されず、例えば長方形、三角形、楕円形であってもよい。また、突出部14が突出する高さHは、約1〜3mmであれば、補強パネル10を補剛するのに充分であるが、パネル本体12と床版1との間の隙間に後述する接着剤34を注入することから、高さHは2mm程度であるのが望ましい。
また、本実施形態の補強パネル10a、10bのそれぞれは、パネル本体12の第1の側部12cを、折り曲げて形成された折曲部26を有する(図4(a)、図4(b)参照)。パネル本体12は、折曲部26によっても補剛されており、その強度が向上している。また、パネル本体12に折曲部26を形成することで、例えば、補強パネル10aの第1の側部12cを、隣接する補強パネル10bの第2の側部12dと床版1との間に、所定の幅でもって挿入することができる。なお、図示実施形態の折曲部26は、第1の側部12cに形成されているが、それとは反対側にある第2の側部12dに形成されてもよい。また、第1の側部12c及び第2の側部12dの両方に形成されてもよい。
本実施形態の補強パネル10は、床版1の下面2に、アンカーボルト17と接着剤34とを用いて取付けられる。パネル本体12には、図2に示すように所定間隔で、アンカーボルト17を挿入する挿入孔21が形成されている。図3及び図4(a)に示すように突出部14内にも挿入孔21が形成されており、一部のアンカーボルト17は、突出部14を介して取付けるよう構成されている。また、図4(a)に示すように、突出部14の裏面側であって挿入孔21の周囲に止水パッキン27(止水部40の一例)が設けてあり、補強パネル10を床版1に取り付けた際、突出部14と床版1の下面2との間に止水パッキン27が介在するようになっている。止水パッキン27により、接着剤34が挿入孔21から漏れることを防ぐように構成されている。
本実施形態では、図2に示すように、アンカーボルト17を、縦方向に5本、図2の横方向に3列に配置して補強パネル10を取付ける。このアンカーボルト17の配置は一例であり、これに限定されず、縦方向に1本以上、横方向に1列以上配置したアンカーボルト17を用いて補強パネル10を取付けてよい。
また、補強パネル10は、パネル本体12の裏面12aから突出する突出部14を備えているため、図3及び図4(a)に示すようにパネル本体12と床版1の下面2とは密着せず隙間を有する。そのため、図4(b)に示すように突出部14の内部以外の場所に配置するアンカーボルト17については、両面に止水パッキン24(止水部40の一例)が付いた角座金18を介在させることで挿入孔21からの接着剤の漏れを防ぐ構造としている。なお、角座金18は丸座金であってもよく、その平面形状は限定されない。
本実施形態では、アンカーボルト17として、本体打込み式アンカー17a(メスアンカー)を使用し、それをボルト17b(オス)で固定している。アンカーボルト17は、注入した接着剤34が固化するまで設置し、接着剤34が固化した後にボルト17bを撤去する。ボルト17bを撤去することで、将来、劣化等によりボルト17bが落下することを防ぐ。
また、アンカーボルト17を、本体打込み式アンカー(メスアンカー)17aをボルト17bで固定する構造とすることで、例えば、本体打込み式アンカー17aを吊り足場のアンカーに兼用することができる。吊り足場のアンカーに用いることで、枠組み足場が設置不可能な施工環境においても、吊り足場を設けることができる。それにより、吊り足場での施工が可能になる。また、将来、接着剤が劣化して補強パネル10が剥離した場合においても、ボルト17bを用いて補強パネル10を固定することもできる。
また、補強パネル10は、パネル本体12の周囲の一部に、パネル本体12と床版1との間に注入される接着剤34の漏れを防止する止水パッキン20(止水部40の一例)を備えている。図2の補強パネル10a、10bにおいて、止水パッキン20は、補強パネル10aのパネル本体12の第2の側部12dと、補強パネル10a、10bの下側端部12fに沿って設けられている。また、止水パッキン20は、第1の側部12cに沿って設けてもよい。止水パッキン20は、例えばCRゴムにより作製されたものである。止水部40として、止水パッキン20を予め補強パネル10に備えること、また、角座金18や後述する丸座金23の止水パッキン24、突出部14と床版1の下面2との間に設けられた止水パッキン27、及び、補強パネル10a、10bが重合する部分(第1の側部12cと第2の側部12dとの間)に設けられた止水パッキン35により接着剤34の漏れを防止することができる。そして、止水部40である止水パッキン20、24、25、27、35を、補強パネル10を取付ける前、例えば工場で補強パネル10を製作する段階で取付けておくことで、例えば補強パネル10を床版1に取付けた後のシール作業を削減することができ施工性、作業性が向上する。
本実施形態の補強パネル10は、図1及び図2に示すように、複数の補強パネル10a、10bを隣接させて連続的に取付けることで、補強パネル10より広い面積を有する床版1の下面2を補強するよう構成されている。補強パネル10a、10bのそれぞれには、隣接して配置される補強パネルに連結する3つの連結部15が設けられている。連結部15は、パネル本体12の第1の側部12cから外方に延びるよう形成されている。そして、連結部15には、隣接する補強パネル10の側部近辺に形成された突出部14を挿入して嵌合する嵌合孔16が形成されている。このような連結部15を、補強パネル10に設けることで、例えば、図1に示すように、補強パネル10aを床版1に取付けた後、次に取付ける補強パネル10bの突出部14を連結部15の嵌合孔16に挿入することで、補強パネル10bの位置決めをすることができる。すなわち、補強パネル10にこのような連結部15を備えることで、作業員は隣接する補強パネル10の位置合わせを容易に行うことができる。なお、図示実施形態では、補強パネル10a、10bのそれぞれに、連結部15を三つ設けているが、これは一例であり、連結部15は補強パネル10aのそれぞれに1つ以上あればよい。また、3つ以上の補強パネル10を連結して床版1を補強してもよく、また、1つの補強パネル10により床版1を補強してもよい。
アンカーボルト17とパネル本体12との間には、図4(a)、図4(b)に示すように、止水パッキン25(止水部40の一例)付きの丸座金23が介在している。また、アンカーボルト17の頭部を覆うように、丸座金23にはボルトシール材19が取付けられている。本実施形態では、止水パッキン24、25、27を挿入孔21の周囲に設けることで挿入孔21から接着剤34が漏れることを防いでいるが、さらに、丸座金に23にボルトシール材19を取付けることで、二重の漏れ防止を行っている。また、丸座金23にボルトシール材19を取付けることで、ボルトシール材19を撤去する際に、パネル本体12を傷つけずに済むため、シール撤去後の再塗装が不要となる。止水パッキン25は例えば、エポキシ樹脂シールパッキンである。また、丸座金23は角座金であってもよくその平面形状は限定されない。
また、上述したように、図4(b)に示すように、補強パネル10aの第1の側部12cが、隣接する補強パネル10bの第2の側部12dと重なるよう、折り曲げられた折曲部26が形成されている。そして、補強パネル10aの第1の側部12cと補強パネル10bの第2の側部12dとが重なる部分に、止水パッキン35(止水部40の一例、エポキシ樹脂シールパッキン)を介在させている。止水パッキン35を介在させることにより、接着剤34の漏れを確実に防止することができる。また、止水パッキン35を補強パネル10a、10bの何れか一方に工場段階で取付けておくことで、施工時におけるシール作業が軽減される。
本実施形態の補強パネル10は、床版1の下面2だけではなく、床版1の側面3を補強するように、側面補強部22が設けられている。側面補強部22は、パネル本体12の上側端部12eを折曲げることにより設けられる。また、補強パネル10と側面補強部22とを一体化することにより、補強パネル10を床版1に取付ける際、側面補強部22を側面3に当接させることで、作業員は、容易に補強パネル10の位置合わせを行うことができる。
また、図1及び図3に示すように側面補強部22とパネル本体12とが接合する部分に、溝形状の水切り33が形成されている。水切り33を設けることで、雨水が補強パネル10を伝っていくことを防ぎ、美観を保つことができる。また、水切り33を工場において予め補強パネル10に一体化して設けることにより、将来の劣化により水切りが落下する可能性を排除する。
本実施形態による補強パネル10を用いた補強工法では、まず、補強パネル10を、アンカーボルト17により固定し、次にパネル本体12と床版1の下面2との間の隙間に、パネル本体12と床版1とを接着する接着剤34を注入して、補強パネル10を床版1に固定する。接着剤34としてエポキシ樹脂系接着剤(以下、単にエポキシ樹脂と称する場合がある)が望ましいが、接着剤34はエポキシ樹脂に限定されず、他の材料による接着剤であってもよい。
接着剤34であるエポキシ樹脂の注入は、エポキシ樹脂を注入するための孔(樹脂注入用孔)を補強パネル10に形成し、樹脂注入用孔周辺をアルミテープ等で養生した後に、樹脂注入パイプ(図示しない)を、樹脂乳入孔に挿入して、アルミテープ上にシール材を設置する。このようにすることで、樹脂注入後に補強パネルが汚れず、別途塗装する工程が不要になる。
補強パネル10のパネル本体12を形成する鋼板30について説明する。図5は、床版1に接着剤34により取付けられたパネル本体12の部分拡大断面図であり、鋼板30の断面構成を示す図である。本実施形態で使用する鋼板30は、鋼板基材31の耐食性を向上させることを目的として両面に耐食性のめっき層32を有する。めっき層32は鋼板基材31の片面にのみ形成されてもよい。
耐食性のめっき層32としてAl系めっき層を使用する。Al系めっき層として、Al:2〜19%、質量%で、Al:2〜19%、Mg:3〜10%、Si:0.01〜2%を満たす組成を有するものを例示する。
パネル本体12に、突出部14及び折曲部26から構成された補剛部13が設けられていることから、鋼板30の板厚Tを薄くしても、従来用いられてきた鋼板と同等の強度を得ることが可能である。従来は、貼付後の強度を考慮して鋼板の板厚として2.5mm以上のものが用いられてきたが、発明者らは、板厚Tが1.6〜2.3mmの範囲で選択した鋼板を、本実施形態による補強パネルに使用して、コンクリート構造物を補強するのに必要な強度を確保できることを確認した。より薄い板厚の鋼板を用いることで、補強パネルの製造コストを下げることができ、また、補強パネルの重量も軽量化されることから、施工時の作業性も向上する。なお、本明細書において「板厚」とは、めっき原板である鋼板基材の板厚Tを意味するものとする(図5参照)。
また、従来は補強パネルをコンクリート構造物にアンカーボルト等を用いて取付けた後、接着剤が漏れないようシール作業を行っていた。本発明のように、予め補強パネルの周囲や座金等に止水パッキン等の止水部を設けておけば、補強パネルをコンクリート構造物にアンカーボルトで取付けるだけで注入する接着剤が漏れないようになり、補強パネルを取付けた後のシール作業を大幅に削減することができ、施工時の作業性が向上する。
次に、参考形態による補強パネルの別例について説明する。図6は、参考形態による補強パネルの別例(補強パネル110)を示す斜視図である。図6に示す、補強パネル110a、110b(まとめて補強パネル110と称する場合がある)は、図1に示す補強パネル10と同様に、鋼板からなるパネル本体12と、パネル本体12を補剛する補剛部13とを備える。また、補剛部13も、図1に示す補強パネル10と同様の複数の突出部14から構成されている。補強パネル110は、図1に示す補強パネル10が備える連結部15を備えていない。その代わり、別部材である連結部材115を用いて、補強パネル110aとそれに隣接する補強パネル110bとを連結する。補強パネル110は、パネル本体12の側部において連結部15と折曲部26とを備えていないこと以外は、図1に示す補強パネル10と同様の構成であるので、その詳細な説明は省略する。また、床版1を補強するために、補強パネル110は3枚以上連結してもよく、また、1枚の補強パネル110を用いて補強してもよい。
連結部材115は、補強パネル110と同様の鋼材から形成される板状の部材である。連結部材115には、補強パネル110の突出部14を挿入する二つの嵌合孔116a、116bが形成されている。図に示すように、一方の嵌合孔116aには、補強パネル110aの突出部14が、他方の嵌合孔116bには、補強パネル110bの突出部14が挿入される。補強パネル110を床版1に取付ける際、予め連結部材115を所定間隔でアンカーボルトや接着剤等を用いて固定しておく。作業者は、例えば図6の矢印G方向に補強パネル110を持ち上げ、補強パネル110a、110bのそれぞれの突出部14を、連結部材115の嵌合孔116a、116bに挿入する。その後、アンカーボルトを用いて、補強パネル110a、110bを床版1に取付け、接着剤を注入して固定する。補強パネル110は、連結部材115に突出部14に嵌合することにより位置が決まるので、補強パネル110を持ち上げながら補強パネル110の正確な位置決めをする必要がなく、施工時の作業性が向上する。
また、突出部14により、パネル本体12を補剛している。発明者らは、板厚Tを1.6〜2.3mmの範囲で選択した鋼板を、本実施形態による補強パネル110に使用しても、コンクリート構造物を補強するのに必要な強度を確保できることを確認した。そのため、従来用いられてきた板厚2.5mm以上の鋼板より、パネル本体12の板厚を薄くすることができ、補強パネル110の製造コストを下げることができる。また、補強パネル110の重量も軽量化されることから、施工時の作業性も向上する。
以上、本実施形態による補強パネル及びその補強パネルを用いた補強工法について、図を参照することにより説明した。
本実施形態では、補強パネルが補強するコンクリート構造物として床版の下面及び側面を例に説明したが、補強パネルを床版の上面に取付けて床版を補強してもよい。また、補強パネルが補強するコンクリート構造物は、床版に限定されず、橋脚のコンクリート柱や、トンネルの構造体であってもよい。
1 床版
10、10a、10b 補強パネル
12 パネル本体
13 補剛部
14 突出部
15 連結部
16 嵌合孔
17 アンカーボルト
18 角座金
19 ボルトシール材
20、24、25、27、35 止水パッキン
21 挿入孔
22 側面補強部
23 丸座金
26 折曲部
31 鋼板基材
32 めっき層
33 水切り
34 接着剤
40 止水部
110、110a、110b 補強パネル
115 連結部材
116a、116b 嵌合孔

Claims (9)

  1. コンクリート構造物に取付けられることにより前記コンクリート構造物を補強する補強パネルであって、
    前記コンクリート構造物に向けられる裏面を有する鋼板からなるパネル本体と、
    前記パネル本体の前記裏面から前記コンクリート構造物に向けて突出する突出部を少なくとも一つ有する補剛部と、
    を備える、補強パネルであって、
    前記補強パネルは、隣接する補強パネルの前記突出部に嵌合する嵌合孔が形成された、隣接する補強パネルと連結するための連結部を備える、補強パネル
  2. 前記パネル本体の前記鋼板は少なくとも片面にAl系のめっき層を有する、請求項1に記載の補強パネル。
  3. 前記めっき層は、質量%で、Al:2〜19%、Mg:3〜10%、Si:0.01〜2%を満たす組成を有する、請求項2に記載の補強パネル。
  4. 前記パネル本体の前記鋼板の板厚は1.6〜2.3mmである、請求項1から3の何れか一項に記載の補強パネル。
  5. 前記パネル本体は、相対する側部を有し、
    前記補剛部は、前記相対する側部のうち何れか一方の側部を折曲げて形成された折曲部を有する、請求項1からの何れか一項に記載の補強パネル。
  6. 前記補強パネルは接着剤を用いて前記コンクリート構造物に取付けられる補強パネルであり、
    前記接着剤の漏れを防止する止水部をさらに備える、請求項1からの何れか一項に記載の補強パネル。
  7. 請求項1からの何れか一項に記載の補強パネルを、コンクリート構造物の表面に接着剤を用いて貼付ける、補強工法。
  8. 前記接着剤は、エポキシ樹脂系接着剤である、請求項7に記載の補強工法。
  9. 前記コンクリート構造物は、上面、下面及び側面を有する床版であり、前記床版の少なくとも前記下面に前記補強パネルを貼付けて前記コンクリート構造物を補強する、請求項又はに記載の補強工法。
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