JP6205199B2

JP6205199B2 - 柱状構造物の補強構造

Info

Publication number: JP6205199B2
Application number: JP2013150929A
Authority: JP
Inventors: 昭彦西村; 礼夫木村; 美宣西内; 靖広大越; 敏松田; 孝志斎藤
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Technos Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd; Technos Co Ltd
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2017-09-27
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: JP2015021309A

Description

本発明は、鋼板巻き立てによる柱状構造物の補強構造に関するもので、特に、地震後の損傷の確認・修復が容易な柱状構造物の補強構造に関する。

従来、柱や橋脚等のコンクリート構造物の耐震性を向上させるため、構造物の周囲に補強用鋼板を巻き立てるとともに、この補強用鋼板と構造物との間にモルタル等を充填して構造物と補強用鋼板とを一体化することで、構造物を補強する鋼板巻き立て工法が知られている。この補強により、地震時において柱等の構造物の径方向に加わる膨出力による剪断破壊を効果的に防止することができる。また、この工法は、既設の構造物の耐震補強にも適用可能である。
補強用鋼板を周周りに接合する際には、従来、現場における溶接が多く用いられてきたが、例えば、断面コの字状の２枚の補強用鋼板を、コンクリート柱の全周を囲むように向かい合わせて配置し、一方の補強用鋼板の側部に設けられた凹凸部を有する継手と他方の補強用鋼板の側部に設けられて上記凹凸部と係合する凹凸部を有する継手とをそれぞれ重ね合せて締結する方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−４１５６５号公報

ところで、震災などにより構造物が損傷を受けた可能性がある場合には、補強用鋼板を取り外して損傷の度合いを調べるとともに、損傷を修復する必要がある。
しかしながら、従来の鋼板巻き立て工法では、大きく２分割した補強用鋼板を溶接で一体化しているため、補強用鋼板を撤去する際にも、修復後に再度補強用鋼板を巻き立てる際にも多大な時間とコストを要することが予想される。
一方、補強用鋼板として特許文献１に記載されたような継ぎ手付き補強用鋼板を用いた場合には、継手部を別途製造して鋼板本体に溶接して取付けるなど、補強用鋼板の製造に手間がかかるため、２分割した補強用鋼板を用いた場合に比較して大幅なコストアップになるといった問題点があった。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことのできる柱状構造物の補強構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討の結果、柱状構造物の剛結側（柱状構造物が建築物の柱やラーメン橋の橋脚である場合には上端側と下端側と、単純桁橋の場合は下端側）のみを、継ぎ手付き補強用鋼板のような、周周りに取り外し可能な補強用鋼板を用い、他の部分には加工を殆ど必要としない鋼板を用いるようにすれば、複雑な構成の補強用鋼板の使用枚数を大幅に減らすことができるとともに、震災後には、地震時において損傷が集中する剛結側の補強用鋼板のみを取り外して損傷の確認を行えば、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことができることを見出し、本発明に至ったものである。

すなわち、本発明は、柱状構造物の外周に前記柱状構造物を取り囲むように補強用鋼板を配置するとともに、前記補強用鋼板と前記柱状構造物との間の空隙にモルタル等の硬化性充填材を充填して前記補強用鋼板と前記柱状構造物とを一体化することで、前記柱状構造物を補強する柱状構造物の補強構造であって、前記補強用鋼板が、前記柱状構造物の剛結側の１Ｄ〜２Ｄ区間（Ｄは柱断面高さ）に配置される第１の補強用鋼板と、前記区間以外の箇所に配置される第２の補強用鋼板とを備え、前記第１の補強用鋼板は係合もしくは締結により周周りに取り外し可能に連結され、前記第２の補強用鋼板は溶接により周周りに一体化されていることを特徴とする。
これにより、複雑な構成の補強用鋼板の使用枚数を必要最小限にすることができるとともに、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことができる。

また、本願発明は、前記第１の補強用鋼板が、板状の鋼板本体と、前記鋼板本体の短手方向の側辺の一方に設けられた、前記鋼板本体から離れるにしたがってその幅が広がる突出片と、前記鋼板本体の他方の短手方向の側辺に設けられて、前記突出片が係合される凹部と、前記凹部の裏面側である前記柱状構造物側に取付けられた添接板と、前記突出片に設けられた、前記突出片と前記添接板とを締結するためのボルトを挿入するためのボルト挿入孔と、前記添接板に設けられ、前記ボルト挿入孔と同一の軸線を有するネジ穴と、を備えたことを特徴とする。
このように、一方の側辺の突出片と他方の側辺の凹部とを係合し、更に一方の側辺と他方の側辺とを締結する構成としたので、補強用鋼板を周周りに強固に接続できる。また、本発明による第１の補強用鋼板は、加工された１枚の鋼板と添接板とで構成されているので、従来の継手付き補強用鋼板のような複雑な加工を必要としないという利点を有する。

また、本願発明は、前記第１の補強用鋼板の側辺のうちの前記第２の補強用鋼板側の側片には、矩形状の段差部を少なくとも１個有する第１の凹凸部が設けられ、前記第２の補強用鋼板の側辺のうちの前記第１の補強用鋼板側の側片には、前記第１の凹凸部に係合する第２の凹凸部が設けられていることを特徴とする。
これにより、上下の補強用鋼板同士も、矩形状の段差部同士が係合されるので、地震による振動で補強用鋼板がせり上がって連結部が外れることを確実に防止できる。

本発明の実施の形態に係る柱状構造物の補強構造を示す図である。図１のＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態に係る第１の補強用鋼板の詳細を示す図である。本実施の形態に係る第１の補強用鋼板の連結方法の一例を示す図である。柱に作用する曲げモーメントと塑性ヒンジの位置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る鋼板巻立て工法による構造物の補強構造を示す正面図と側面図であり、図２（ａ），（ｂ）は、図１のＡ−Ａ断面図とＢ−Ｂ断面図である。
各図において、１０は耐震補強の対象物である断面形状が矩形の鉄筋コンクリート柱（以下、柱という）で、柱１０は、図１の上側と下側である上端側と下端側にて梁などの上部構造物及び下部構造物に剛結されている。また、２０Ａ，２０Ｂは第１の補強用鋼板、２０Ｃは第２の補強用鋼板、２０Ｄは基部鋼板、２０Ｅは頂部鋼板、３０は補強用鋼板２０Ａ〜２０Ｅと柱１０との間の空隙に充填されるモルタルである。以下、基部鋼板２０Ｄが配置される側を下側、頂部鋼板２０Ｅが配置される側を上側という。
折り曲げ前の第１の補強用鋼板２０Ａは、図３（ａ）に示すように、１枚の鋼板２０を加工して成る鋼板本体２１と平板状の添接板２２とを備える。鋼板本体２１は、鋼板２０の短手方向の一方の側辺２１ａに形成された突出片２３と、他方の側辺２１ｂに形成されて突出片２３に係合する凹部２４と、長手方向の一方の側辺２１ｃに形成され、矩形状の段差部２５ａと平面視波型の凹凸部２５ｂとを有する凹凸部（上部凹凸部２５Ｍ）と、他方の側辺２１ｄに形成された凹凸部（下部凹凸部２５Ｎ）とを備える。下部凹凸部２５Ｎは、上記上部凹凸部２５Ｍと、鋼板本体２１の幅方向の中心線に対して線対称に形成されている。また、上部凹凸部２５Ｍと下部凹凸部２５Ｎの凹凸の形状は、同一パターンが２回繰り返された形状となっている。パターンの１ピッチ分の長さは、鋼板本体２１の長さから突出片２３の長さを減算した値の１/２である。
平板状の添接板２２は鋼板本体２１の他方の側辺２１ｂ側の端部の裏面（折り曲げた時に内側となる側の面）に取付けられる。
折り曲げ後の第１の補強用鋼板２０Ａの両端部となる突出片２３と平板状の添接板２２には、それぞれ、座グリ２３ｋとネジ穴２２ｋが形成されている。ネジ穴２２ｋは、第１の補強用鋼板２０Ａを折り曲げたときの座グリ２３ｋに対応する箇所に形成されている。第１の補強用鋼板２０Ａ同士を周周りに連結する際には、図３（ｂ）に示すように、突出片２３を凹部２４に係合させた後、固定ボルト２６をネジ穴２２ｋに螺入する。固定ボルト２６頭部は座グリ２３ｋに固定される。

折り曲げ前の第１の補強用鋼板２０Ｂは、突出片２３を鋼板本体２１の短手方向の他方の側辺２１ｂに形成し、凹部２４を一方の側辺２１ａに形成したもので、他は、折り曲げ前の第１の補強用鋼板２０Ａと同じ構成である。すなわち、折り曲げ前の第１の補強用鋼板２０Ｂは、折り曲げ前の第１の補強用鋼板２０Ａを、鋼板本体２１の長手方向の中心線に対して１８０°回転させたものである。
これにより、図４に示すように、第１の補強用鋼板２０Ａ同士、あるいは、第１の補強用鋼板２０Ｂ同士を柱１０の周方向に沿って連結することができるとともに、第１の補強用鋼板２０Ａ同士、第１の補強用鋼板２０Ｂ同士、もしくは、第１の補強用鋼板２０Ａと第１の補強用鋼板２０Ｂとを、柱１０の上下方向に積み上げることができる。なお、同図において、区間Ｋ₁は折り曲げ前の図１（ａ）に相当する区間で、区間Ｋ₂は図１（ｂ）に相当する区間である。
本例では、コの字状に折り曲げた２枚の第１の補強用鋼板２０Ａ（または、２枚の第１の補強用鋼板２０Ｂ）を、柱１０を囲むように向い合せた後、図３（ｂ）に示すように、突出片２３と平板状の添接板２２とを固定ボルト２６にて連結・固定する。
そして、図２（ａ）に示すように、第１の補強用鋼板２０Ｂ，２０Ｂと柱１０との間にモルタル３０を充填して柱１０と第１の補強用鋼板と２０Ｂ，２０Ｂとを一体化する。

第２の補強用鋼板２０Ｃは、鋼板２０を予めコの字型に成型したもので、図２（ｂ）に示すように、第２の２枚の鋼板２０を、柱１０の外周に、互いの端部同士を突き合わせて配置した後、端部同士を高さ方向に溶接により接合する。図１（ａ）及び図２（ｂ）の符号２０Ｋは溶接部である。
第２の補強用鋼板２０Ｃの上側側辺には、上側の第１の補強用鋼板２０Ｂに形成された下部凹凸部２５Ｎに係合する上部凹凸部２５ｍが設けられている。また、下側側辺には、第１の補強用鋼板２０Ｂに形成された上部凹凸部２５Ｍに係合する下部凹凸部２５ｎが設けられている。
基部鋼板２０Ｄも頂部鋼板２０Ｅも、鋼板２０を予めコの字型に成型したもので、柱１０の外周に、互いの端部同士を突き合わせて配置した後、固定ボルト２７にて連結される。具体的には、基部鋼板２０Ｄ（または、頂部鋼板２０Ｅ）の両端部にそれぞれボルト挿入口を設けるとともに、付き合わせ部分の裏面側に平板状の添接板２８を配置し、この添接板２８と基部鋼板２０Ｄ（または、頂部鋼板２０Ｅ）とを固定ボルト２７にて連結・固定する。
基部鋼板２０Ｄの上側側辺には、第１の補強用鋼板２０Ａの下部凹凸部２５Ｎに係合する係止凹凸部２５ｐが形成され、頂部鋼板２０Ｅの下側側片には、第１の補強用鋼板２０Ａの上部凹凸部２５Ｍに係合する係止凹凸部２５ｑが形成されている。
上記の第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂ、基部鋼板２０Ｄ、及び、頂部鋼板２０Ｅが本発明の第１の補強用鋼板に相当する部材である。

本例では、以下の順序で、柱１０に補強用鋼板２０Ａ〜２０Ｅを取付ける。
まず、図１に示すように、基部（最下段）に、２枚の基部鋼板２０Ｄを、鉄筋コンクリート柱１０の外周を囲むように水平に設置し、基部鋼板２０Ｄ側から図示しないネジ穴に固定ボルト２７を螺入して基部鋼板２０Ｄ同士を連結・固定することで、基部鋼板２０Ｄを柱１０に巻き立てる。
次に、基部鋼板２０Ｄの上側に２枚の第１の補強用鋼板２０Ａを積み上げて第１の補強用鋼板２０Ａ同士を連結・固定し、更にその上に第１の補強用鋼板２０Ｂ，２０Ｂを順に積み上げ、補強用鋼板同士を連結・固定することで、第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂを柱１０に巻き立てる。
第２の補強用鋼板２０Ｃは、第１の補強用鋼板２０Ｂの上側に積み上げられ、溶接により連結固定される。
第２の補強用鋼板２０Ｃの上側には、第１の補強用鋼板２０Ｂ、第１の補強用鋼板２０Ｂ、第１の補強用鋼板２０Ａ、及び、頂部鋼板２０Ｅが順に積み上げられる。
積み上げにおいては、各補強用鋼板の上側の凹凸部（２５Ｍ，２５ｍ，２５ｐ）と下側の凹凸部（２５Ｎ，２５ｎ，２５ｑ）との噛み合わせに隙間がないように積み上げることが肝要で、これにより、突出片２３と凹部２４との係合作業も容易となる。このとき、上下方向に平行な、すなわち、柱の周方向に垂直な２辺を有する矩形状の段差部２５ａが係合されるので、地震時などの曲げ入力に対して、補強用鋼板２０Ａ〜２０Ｃのせり上がりを確実に防止することができる。
最後に、柱１０と補強用鋼板２０Ａ〜２０Ｅとの隙間に硬化性充填材であるモルタル３０を充填して柱１０と補強用鋼板２０Ａ〜２０Ｅとを一体化し、柱１０を補強する。
なお、積み上げ時には、スペーサボルトなどを張り出して、柱１０と補強用鋼板２０Ａ〜２０Ｅとの離隔距離を確保しておくことが好ましい。これにより、モルタル３０を均一にかつ確実に柱１０と補強用鋼板との間に注入できる。

図１に示すように、柱１０の下端から、下側に巻き立てる第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂのうちの最上端の第１の補強用鋼板２０Ｂの上端部位置までの長さをＬ₁、第２の補強用鋼板２０Ｃの幅（上下方向の長さ）をＬ₂、柱１０の上端から、下側に巻き立てる第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂのうちの最下端の第１の補強用鋼板２０Ｂの下端部までの長さをＬ₃とすると、本例では、Ｌ₁及びＬ₃を、柱断面高さＤの以上、２Ｄ以内としている。
すなわち、柱１０の剛結側の１Ｄ〜２Ｄ区間には、係合または締結、もしくは、係合と締結とにより周周りに取り外し可能に連結される第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂ、基部鋼板２０Ｄ、及び、頂部鋼板２０Ｅが配置され、上記区間以外の箇所には、溶接により周周りに一体化されている第２の補強用鋼板２０Ｃが配置される。

一般に、補強用鋼板が巻き立てられた柱の両端に地震などによる外力（水平荷重）が作用すると、図５（ａ）に示すように、柱の両端部に大きな曲げモーメントが作用し、柱は曲げ変形する。曲げモーメントが更に大きくなると、図５（ｂ）に示すように、柱の両端から一定の長さの区間Ｌ_p（塑性ヒンジ長）は、一定の曲率で塑性変形する。区間Ｌ_pの中心位置は塑性ヒンジと呼ばれる。塑性ヒンジは、一般に、柱１０の上側と下側の１Ｄ〜２Ｄ区間に形成される。
地震が起こった場合には、柱１０の１Ｄ〜２Ｄ区間がまず損傷する。そこで、地震後に、取り外し可能に連結された補強用鋼板（基部鋼板２０Ｄ、頂部鋼板２０Ｅ、第１の補強用鋼板２０Ａ、及び、第１の補強用鋼板２０Ｂ）のうちの何れか１枚もしくは複数枚を取り外して、柱１０の１Ｄ〜２Ｄ区間の損傷状態を調べれば、補強用鋼板を全て取り外すことなく、柱１０全体の損傷の状態を推定することができる。
なお、取り外す補強用鋼板としては、基部鋼板２０Ｄもしくは基部鋼板２０Ｄに隣接する第１の補強用鋼板２０Ａと、頂部鋼板２０Ｅもしくは頂部鋼板２０Ｅに隣接する第１の補強用鋼板２０Ａが好ましい。また、柱１０の、補強用鋼板を取り外した箇所の損傷が大きい場合には、取り外した補強用鋼板に隣接する補強用鋼板も取り外せば、損傷の程度をより的確に把握することができる。柱１０の損傷が大きい場合には、補強用鋼板を全て取り外して、柱１０を修復した後、再び、新しい補強用鋼板を巻き立てて当該柱１０を補強する。
また、柱１０の補強用鋼板を取り外した箇所の損傷が軽度で、損傷個所のみ修復すればよいと判定された場合には、他の補強用鋼板を取り外すことなく、柱１０の補強用鋼板を取り外した箇所のみを修復すればよい。

このように、本実施の形態では、鋼板巻き立て工法において、柱１０の外周に配置する補強用鋼板として、係合もしくは締結により周周りに取り外し可能に連結される第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂと、溶接により周周りに一体化される第２の補強用鋼板２０Ｃを用いるとともに、柱１０の剛結側の１Ｄ〜２Ｄ区間に第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂを配置し、それ以外の区間（中央部）第２の補強用鋼板２０Ｃを配置し、震災後には、地震時において損傷が集中する箇所の補強用鋼板である第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂのみを取り外して損傷の確認を行うことができるようにしたので、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことができるとともに、係合部分や締結部分の加工が必要な複雑な構成の補強用鋼板の使用枚数を大幅に減らすことができる。
なお、基部鋼板２０Ｄや頂部鋼板２０Ｅが取り外し可能に取付けられている場合には、基部鋼板２０Ｄと頂部鋼板２０Ｅとを取り外すようにしてもよい。
また、第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂ同士、及び、第１の補強用鋼板２０Ａと第２の補強用鋼板２０Ｃとを、長手方向の一方の側辺に形成された、矩形状の段差部２５ａと平面視波型の凹凸部２５ｂとを有する上側の凹凸部（２５Ｍ，２５ｍ，２５ｐ）と下側の凹凸部（２５Ｎ，２５ｎ，２５ｑ）とを噛み合わせて積み上げるようにしたので、地震力による振動で補強用鋼板がせり上がって連結部が外れることを確実に防止できる。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。

例えば、前記実施形態においては、柱状構造物を、上側と下側とが上部構造物及び下部構造物に剛結されている柱１０としたが、本発明はこれに限るものではなく、単柱式コンクリート橋脚のように、柱状構造物と上部構造物とが免振支承などの支承により連結されている場合には、橋脚に作用する曲げモーメントは橋桁で最も小さく、剛結側である橋脚の下側で最も大きくなる。したがって、第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂは、橋脚の下側の１Ｄ〜２Ｄ区間のみに配置すればよい。
また、前記実施形態では、柱１０の１Ｄ〜２Ｄ区間に配置した周周りに取り外し可能に連結された補強用鋼板を上，下４枚ずつとしたが、これに限るものではなく、２枚ずつあるいは１枚ずつであってもよい。あるいは、上，下にそれぞれ４枚以上配置してもよい。
また、前記実施形態では、２枚の第１の補強用鋼板２０Ａ（または、第１の補強用鋼板２０Ｂ）により柱１０の全周を覆うようにしたが、柱１０の大きさや形状によっては、一周に３枚以上使用してもよい。

また、前記実施形態では、周周りに取り外し可能に連結される補強用鋼板として、第１の補強用鋼板２０Ａ，２０Ｂ、基部鋼板２０Ｄ、及び、頂部鋼板２０Ｅを用いたが、これに限るものではなく、従来技術に記載したような継ぎ手付き補強用鋼板のように、締結のみ周周りに取り外し可能に連結する構成のものであってもよい。
また、各補強用鋼板の上下方向の側片に設けた凹凸部は必須の構成要素ではないが、本例のように、凹凸部を設ける方が、地震による連結部の外れを確実に防止できるので、好ましい。

１０鉄筋コンクリート柱、２０鋼板、２０Ａ，２０Ｂ第１の補強用鋼板、
２０Ｃ第２の補強用鋼板、２０Ｄ基部鋼板、２０Ｅ頂部鋼板、２０Ｋ溶接部、
２１鋼板本体、２２，２８添接板、２２ｋネジ穴、２３突出片、
２３ｋ座グリ、２４凹部、２５Ｍ上部凹凸部、２５Ｎ下部凹凸部、
２５ａ矩形状の段差部、２５ｂ波型の凹凸部、２６，２７固定ボルト、
３０モルタル。

Claims

柱状構造物の外周に前記柱状構造物を取り囲むように補強用鋼板を配置するとともに、前記補強用鋼板と前記柱状構造物との間の空隙に硬化性充填材を充填して前記補強用鋼板と前記柱状構造物とを一体化することで、前記柱状構造物を補強する柱状構造物の補強構造であって、
前記補強用鋼板が、前記柱状構造物の剛結側の１Ｄ〜２Ｄ区間に配置される第１の補強用鋼板と、前記区間以外の箇所に配置される第２の補強用鋼板とを備え、
前記第１の補強用鋼板は、係合もしくは締結により周周りに取り外し可能に連結され、
前記第２の補強用鋼板は、溶接により周周りに一体化されていることを特徴とする柱状構造物の補強構造。
前記第１の補強用鋼板は、
板状の鋼板本体と、
前記鋼板本体の短手方向の側辺の一方に設けられた、前記鋼板本体から離れるにしたがってその幅が広がる突出片と、
前記鋼板本体の他方の短手方向の側辺に設けられて、前記突出片が係合される凹部と、
前記凹部の裏面側である前記柱状構造物側に取付けられた添接板と、
前記突出片に設けられた、前記突出片と前記添接板とを締結するためのボルトを挿入するためのボルト挿入孔と、
前記添接板に設けられ、前記ボルト挿入孔と同一の軸線を有するネジ穴と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の柱状構造物の補強構造。
前記第１の補強用鋼板の側辺のうちの前記第２の補強用鋼板側の側片には、矩形状の段差部を少なくとも１個有する第１の凹凸部が設けられ、
前記第２の補強用鋼板の側辺のうちの前記第１の補強用鋼板側の側片には、前記第１の凹凸部に係合する第２の凹凸部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の柱状構造物の補強構造。