JP6966964B2 - 既存の鉄筋コンクリート構造物の補強構造及び補強工法 - Google Patents

Description

本発明は、既存の鉄筋コンクリート構造物（ＲＣ構造物）、例えば、橋脚、柱、梁、壁部等においてプレキャストコンクリートパネル（ＰＣａパネル）による補強構造及び補強工法に関するものである。

この種の補強（補修を含む）工法としては、複数の工法が公知技術として知られている。例えば、第１の公知技術としては、ＲＣ部材のかぶり部分のコンクリートを除去する工程と、片面のかぶり部分のコンクリートを除去した面に複数の鉄筋孔を削孔する工程と、かぶり部分のコンクリートを除去した面にＵＦＣパネルを設置すると共に、当該ＵＦＣパネルに突設された鉄筋を前記鉄筋孔内に挿入する工程と、かぶり部分のコンクリートを除去した面と前記ＵＦＣパネル間の空隙部および前記鉄筋孔内に充填材を充填する工程とからなることを特徴とする既設ＲＣ部材の補強方法、である（特許文献1）。

この補強方法によれば、ＲＣ柱やＲＣ壁の耐震補強を一側面側からの施工のみで行うことができる。また、施工手順もかぶり部分のコンクリートを除去、削孔、ＵＦＣパネルを設置、充填材の充填の順で行うことができるため、少ない施工手順で効率的に補強作業を行うことができる。さらに、ＵＦＣパネルに突設された鉄筋は、ＵＦＣパネルをＲＣ部材に一体的に取り付けるためのアンカー筋として作用するだけでなく、ＲＣ部材に追加的に配筋されたせん断補強筋としても作用するため、ＲＣ部材の耐震性能と変形性能を著しく向上させることができる、というものである。

第２の公知技術としては、コンクリート構造体の外側に、ボルト、ビス、ピン等の固定部材を使用して補強パネルを固定し、構造体との間でパネルの周囲にシールを施した後パネルに穿設した穴から接着剤を注入してパネルを構造体に接着一体化させる補強方法において、固定部材の頭をパネルの肉厚内に位置させ、パテを乗せた板体をパテを内側にして固定部材の頭に押しつけると共に板体とパネルとを接触させて固定部材とパネルとの隙間をシールし、注入した接着剤の硬化後に板体を除去する補強方法、である（特許文献2）。

この第２の公知技術に係る補強方法によれば、パネルと固定部材との隙間を少量のパテを使用して膜状にシールできる結果、パテの無駄がなく、注入される接着剤の漏洩を防止して作業現場の汚損を防止できる利点がある。また、パネルの表面に残留するパテが僅かであるため、コテを使用したり、簡単なサンダーかけをしたりして残留パテを除去できるためパテの除去作業も極めて簡単となる利点もある、というものである。

特開２００８−２４０４２７号の公開公報 特開平１０−１１５１０３号の公開公報

前記第１の公知技術の発明においては、かぶり部分のコンクリートを除去すること自体が無駄であり簡単な作業ではないし、また、コンクリートを除去した歪な面に複数の鉄筋孔を削孔すること自体も、孔の間隔や深さを考慮して行わなければならず、簡単な作業ではないのであり、さらに、ＵＦＣパネルに突設された鉄筋と削孔した孔との位置と深さとが合っていないと、ＵＦＣパネルを適正な状態で取り付けることができないので、作業性が極めて悪く補強方法としては無駄が多く、人為的にも作業的にも好ましいとは言えないし、実質的にコスト高になるという課題を有している。

また、前記第２の公知技術の発明においては、橋脚にドリルを用いて孔を穿設し、鋼板を橋脚の外周面に適宜の隙間をもって配置し、鋼板に設けた皿ビス用の孔から橋脚に設けた孔内にビスの先端を係止させて鋼板を支持させ、板上にパテを乗せてビスの頭部側に押し付けることによってビス頭部と孔との間に形成される隙間にパテを侵入させ、その後、橋脚と鋼板との隙間に接着剤を注入して硬化させてから、パテを乗せて押し付けた板をタガネで除去する、と記載されており、特に、ビスの先端は係止のために開いた状態で示され、橋脚に設けた孔に接着剤を充填させるとの記載がないのであるから、ビスの使用は接着剤の硬化までの鋼板の支持に寄与するだけのものであり、鋼板の取付が接着剤のみであり、接着剤の経時変化によって取付強度が劣化し、橋脚のせん断力が低下するという課題を有している。

本発明は、前記課題を解決するために、簡単な構成でありながら強度的に優れると共に、無駄をなくして作業性、特に、静音で作業できるので、周辺環境へ与える影響を低減できると共に、コスト的にも安価になる既存構造物の補強構造及び補強工法を提供することを目的とするものである。

本発明は前述の課題を解決する具体的手段として、第１の発明は、既存のＲＣ構造物の表面にパネルを取り付けて補強した補強構造であって、補強材としてＰＣａパネルと、取付用として鋼管部とフランジ部とからなる鋼管キャップとが使用され、前記既存のＲＣ構造物の表面に接着剤を介して取り付けられた前記ＰＣａパネルと共に前記ＲＣ構造物のかぶり内まで形成された円形溝に接着剤を塗布して前記鋼管キャップの鋼管部を挿着して固定された構成を有することを特徴とする既存のＲＣ構造物の補強構造を提供するものである。

上記第１の発明において、前記ＰＣａパネルは、高強度繊維で補強したプレキャストコンクリートパネルであること；及び前記鋼管キャップのフランジ部に、仮止めアンカーボルト設置用の孔や仮止めクサビ設置用の孔を設けたこと；を付加的要件として含むものである。

本発明に係る第２の発明は、既存のＲＣ構造物の表面にパネルを取り付けて補強する補強工法であって、補強材としてＰＣａパネルと、取付用として鋼管部とフランジ部とからなる鋼管キャップとが使用され、前記既存のＲＣ構造物の表面に接着剤を介して前記ＰＣａパネルを取り付ける工程と、前記ＰＣａパネルの表面側から前記ＲＣ構造物のかぶり内まで円形溝を形成する工程と、前記円形溝内に接着剤を注入又は塗布して前記鋼管キャップの鋼管部を円形溝内に押し込む工程とからなることを特徴とする既存のＲＣ構造物の補強工法を提供するものである。

上記第２の発明において、前記鋼管キャップを円形溝内に押し込む前に、前記ＰＣａパネルの円形溝内の円形パネルを除去する工程と、前記鋼管キャップを押し込んだ後に、パネルを除去した空間にグラウト材を注入する工程とを有すること；を付加的要件として含むものである。

本発明に係る既存のＲＣ構造物の表面にパネルを取り付けて補強した補強構造によれば、ＰＣａパネルを小形化して、鋼管キャップによりＲＣ構造物のかぶり内に固定できるので、ＲＣ構造物内に存在する鉄筋を切断したり躯体を痛めたりすることなく、しかも、省スペースで手作業により効率よく取付作業ができるので、低コストで安全に安定した状態で補強作業ができると共に、鋼管キャップの大きな面積の鋼管部がかぶり内で接着しているので、耐せん断力も向上し、ＰＣａパネルも高強度繊維で補強したプレキャストパネルであるため、耐摩耗性及び耐塩害性にも優れるという種々の優れた効果を奏するのである。

本発明の実施の形態に係る既存のＲＣ構造物をＰＣａパネルによる補強構造及び補強工法を示した斜視図である。 同補強構造及び補強工法を示すもので、図２（ａ）小径の鋼管キャップを使用した要部の断面図であり、図２（ｂ）は大径の鋼管キャップを使用した要部の断面図である。 同補強構造及び補強工法に使用される鋼管キャップを示すもので、図３（ａ）は小径の鋼管キャップを示す斜視図であり、図３（ｂ）は大径の鋼管キャップを示す斜視図であり、図３（ｃ）はフランジ部側から見た平面図である。 同補強構造及び補強工法において、既存のＲＣ構造物として四角柱の橋脚を補強する進捗状況を図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）として示した斜視図である。 同補強構造及び補強工法において、既存のＲＣ構造物として円柱状の橋脚を補強する状況の要部を示した斜視図である。

本発明を図示の実施の形態に基づいて詳しく説明する。
図１、２は、第１の発明に係る好ましい実施の形態である既存のＲＣ構造物、例えば、橋脚、柱、梁、壁部等において、ＰＣａパネルによる補修構造を示すものであり、ＲＣ構造物（以下、単に構造物と称する場合もある）１の表面に接着剤２を介してＰＣａパネル３を張り付け、接着剤２が硬化した後に、ＰＣａパネル３の表面側から所要のドリルを用いて、ＲＣ構造物１におけるかぶり部分４内に所要幅のスリット状の円形溝５を形成する。この場合に、構造物１における鉄筋６の位置、つまりかぶり部分４の厚みを予め検出しておき、円形溝５の深さは、鉄筋６の位置に達しないかぶり部分４の厚みの範囲内に形成され、該円形溝５に独自に開発した独特な形状を有する鋼管キャップ７を挿着する。

この鋼管キャップ７については、図３（ａ）、（ｂ）に示した構成を有する。
即ち、鋼管キャップ７は、適宜の太さの鋼管部８の端部に適宜の大きさの円形状のフランジ部９を一体的に取り付けた構成であって、該円形状のフランジ部９の外周縁は、鋼管部８の径から所要幅（長さ）食み出すように形成されており、使用されるＰＣａパネル３の大きさによって、鋼管部８の径とフランジ部９の大きさが異なるのである。しかしながら、鋼管部８の長さ（高さ）は、構造物のかぶり部分４の厚みを超えない長さに形成されるので、大・小の鋼管キャップ７が存在する。そして、必要があれば、図３（ｃ）に示したように、フランジ部９に、仮止めアンカーボルト設置用の孔９ａや、仮止めクサビ用の孔９ｂ等を適宜設けることができる。

このような構成の鋼管キャップ７を使用して、例えば、図１に示したように、小径のＰＣａパネル３を取り付ける場合には、小径のスリット状の円形溝５を形成し、図３（ａ）に示した小径の鋼管キャップ７を使用し、図２（ａ）に示したように、円形溝５内に接着剤１０を注入してから、鋼管キャップ７の鋼管部８を円形溝５内に押し込むことにより、フランジ部９がＰＣａパネル３の表面に当接し、押し込まれた鋼管部８によって接着剤１０が全面的に広がり、鋼管キャップ７の鋼管部８が円形溝５を介してかぶり４及びＰＣａパネル３と強固に結合され、ＰＣａパネル３を構造物１に安定した状態で取り付けることができる。

また、大径のＰＣａパネル３を取り付ける場合には、図３（ｂ）に示した大径の鋼管キャップ７が使用され、当然のこととして、円形溝５もそれに合わせて大径に形成されるが、溝の深さはかぶり４の厚み内である。そして、鋼管キャップ７を円形溝５に挿着する前に、円形溝５の内側に存在するＰＣａパネル３を除外してから、かぶり４に形成した円形溝５に接着剤１０を注入すると共に、ＰＣａパネル３を除外した孔の周囲にも接着剤１０を塗布して鋼管キャップ７を押し込むことにより、鋼管部８がかぶり４に接着されると共に、ＰＣａパネル３を除外した空間にグラウト材１１を注入して、かぶり４とＰＣａパネル３と鋼管キャップ７とを一体化して少し大き目のＰＣａパネル３を建造物１に強固に取り付けることができる。なお、接着剤２、１０は、耐熱性能確保のため、無機系接着剤との併用が好ましい。また、ＰＣａパネル３としては、高強度繊維で補強したプレキャストコンクリートパネルであって、耐摩耗性及び耐塩害性に優れたものである。

さらに、実際の構造物１の補強例として、図４に示したように、ＲＣ構造物１として四角柱の橋脚１ａを示してあり、該橋脚１ａの一つの面の横方向の幅が例えば６０ｃｍであれば、それと同じ幅で、高さについては、例えば、３ｍであれば、6等分して５０ｃｍにしてＰＣａパネル３（小径に）を作成し、図示のように、橋脚１ａの下方から上方に順次隣接して、前記したやり方でＰＣａパネル３を鋼管キャップ７で取り付けて補強するのである。

また、図５に円柱状の橋脚１ｂを示したあり、該円柱状の橋脚の場合は、補強のために張り付けるパネルは、円弧の太さと高さとを計測して、何分割にするかを計算し、橋脚の円弧に添うように、例えば、一辺が４０ｃｍ以上６０ｃｍ以下の範囲の小型で円弧状に湾曲させたＰＣａパネル３に形成し、該ＰＣａパネル３を前記と同様に、橋脚１ｂの下方から横方向に隣接させて且つ順次上方にも隣接させて、前記したやり方で鋼管キャップ７を用いてＰＣａパネル３を取り付けて補強するのである。

いずれにしても、補強しようとするＲＣ構造物１、１ａ、１ｂに対して、ＰＣａパネル３を鋼管キャップ７で取り付けて補強するのであるが、該鋼管キャップ７は、構造物１、１ａ、１ｂとの付着面積を広くとることで、かぶり４の厚さ内において安定状態に固定され、ＰＣａパネル３を効率よく強固に固定できるのである。なお、取り付けられたＰＣａパネル３の隣接間の隙間は、適宜の目地材で埋められる。

従来から一般的に行われているアンカーボルトによる補強は、アンカーボルトの定着長さを確保するために、既存躯体のかぶり厚さより深く削孔する必要があり、そのために既存躯体の鉄筋位置の調査が必要であるが、調査後であっても、削孔作業で鉄筋を切断する恐れがあると共に、深く削孔することにより躯体を痛めるばかりでなく、せん断力を負担するためアンカーボルトを多く使用しなければならないという問題点も有する。
これに対して、本発明では、特殊な鋼管キャップを使用することにより、付着面が増えるので埋め込み深さを浅くできると共に、せん断力についても優れているので、その他の比較については、下記表１に示すとおりである。

表１ 従来技術と本発明との比較

上記表から明らかなように、鋼管キャップのせん断耐力はアンカーボルトの３．２倍で、埋込長さ（３０ｍｍ）で比較すると、鋼管キャップの引張強さはアンカーボルトの５．２倍である。
要するに、鋼管キャップ７の埋込み深さは、鋼管部８の径の０．３倍以上で、且つ３０ｍｍ程度であるため、鉄筋を切断する恐れはないし、１つの鋼管部でせん断力を多く負担できるため、多くの鋼管キャップ７を使用しなくても良いのである。また、ＰＣａパネル３を小径化することにより、省スペース内で人力による作業で効率よく安定した補強作業ができるのである。

本発明に係る既存のＲＣ構造物１の補強構造は、補強材としてＰＣａパネル３と、取付用として鋼管部８とフランジ部９とからなる鋼管キャップ７とが使用され、前記既存のＲＣ構造物１の表面に接着剤２を介して取り付けられた前記ＰＣａパネル３と共に前記ＲＣ構造物１のかぶり４内まで形成された円形溝５に接着剤１０を塗布して前記鋼管キャップ７の鋼管部８を挿着して固定された構成を有することであるから構成が簡単でありながら、実際の作業において安全性が高く、且つ、特殊な鋼管キャップ７を使用してかぶり４内で固定するので、鉄筋６の切断や躯体を痛めたりしないので、作業性が良好で低コストで提供できるのである。
また、既存のＲＣ構造物１の補強工法においても、補強材としてＰＣａパネル３と、取付用として鋼管部８とフランジ部９とからなる鋼管キャップ７とが使用され、前記既存のＲＣ構造物１の表面に接着剤２を介して前記ＰＣａパネル３を取り付ける工程と、前記ＰＣａパネル３の表面側から前記ＲＣ構造物１のかぶり４内まで円形溝５を形成する工程と、前記円形溝５内に接着剤１０を注入又は塗布して前記鋼管キャップ７の鋼管部８を円形溝５内に押し込む工程とからなることを特徴とするものであり、ＰＣａパネル３を小形化して、鋼管キャップ７によりＲＣ構造物１のかぶり４内に固定できるので、ＲＣ構造物１内に存在する鉄筋６を切断したり躯体を痛めたりすることなく、しかも、省スペースで手作業により効率よく取付作業ができるので、低コストで安全に安定した状態で補強作業ができると共に、鋼管キャップ７の大きな面積の鋼管部８がかぶり４内で接着しているので、耐せん断力も向上し、ＰＣａパネル３も高強度繊維で補強したプレキャストパネルであるため、耐摩耗性及び耐塩害性にも優れると共に、大幅なコストダウンが図れるので、この種の建築業界において広い範囲で使用可能である。

１ ＲＣ構造物
１ａ、１ｂ 橋脚（ＲＣ構造物）
２、１０ 接着剤
３ ＰＣａパネル
４ かぶり
５ スリット状の円形溝
６ 鉄筋
７ 鋼管キャップ
８ 鋼管部
９ フランジ部
１１ 充填材

Claims (5)

1. 既存のＲＣ構造物の表面にパネルを取り付けて補強した補強構造であって、
   補強材としてＰＣａパネルと、取付用として鋼管部とフランジ部とからなる鋼管キャップとが使用され、
   前記既存のＲＣ構造物の表面に接着剤を介して取り付けられた前記ＰＣａパネルと共に前記ＲＣ構造物のかぶり内まで形成された円形溝に接着剤を塗布して前記鋼管キャップの鋼管部を挿着して固定された構成を有すること
   を特徴とする既存のＲＣ構造物の補強構造。
2. 前記ＰＣａパネルは、高強度繊維で補強したプレキャストコンクリートパネルであること
   を特徴とする請求項１に記載の既存のＲＣ構造物の補強構造。
3. 前記鋼管キャップのフランジ部に、仮止めアンカーボルト設置用の孔や仮止めクサビ設置用の孔を設けたこと
   を特徴とする請求項１に記載の既存のＲＣ構造物の補強構造。
4. 既存のＲＣ構造物の表面にパネルを取り付けて補強する補強工法であって、
   補強材としてＰＣａパネルと、取付用として鋼管部とフランジ部とからなる鋼管キャップとが使用され、
   前記既存のＲＣ構造物の表面に接着剤を介して前記ＰＣａパネルを取り付ける工程と、
   前記ＰＣａパネルの表面側から前記ＲＣ構造物のかぶり内まで円形溝を形成する工程と、
   前記円形溝内に接着剤を注入又は塗布して前記鋼管キャップの鋼管部を円形溝内に押し込む工程とからなること
   を特徴とする既存のＲＣ構造物の補強工法。
5. 前記鋼管キャップを円形溝内に押し込む前に、前記ＰＣａパネルの円形溝内の円形パネルを除去する工程と、
   前記鋼管キャップを押し込んだ後に、パネルを除去した空間にグラウト材を注入する工程とを有すること
   を特徴とする請求項４に記載の既存のＲＣ構造物の補強工法。

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