JP7186083B2

JP7186083B2 - 筒状構造物の補強方法および補強構造

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Publication number: JP7186083B2
Application number: JP2018243054A
Authority: JP
Inventors: 靖夫神野
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2038-12-26
Also published as: JP2020105733A

Description

本発明は、例えば既設の煙突や排気塔などの組積造の筒状構造物の補強方法および補強構造に関するものである。

従来、既存のレンガ造構造物などの組積造構造物を補強する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。補強の際に、煙突や排気塔などの筒状の細長い構造部分（以下、筒状構造物という。）の補強が必要となることがある。特に、レンガ造の筒状構造物では、レンガ目地が壊れてばらばらになることを防ぐとともに、筒状構造物全体としての曲げ破壊を防ぐ必要がある。

このような構造物を補強する従来の方法としては、鉄筋コンクリート壁を増し打ちする方法、鉄骨フレームを設置してあと施工アンカーで接合する方法、炭素繊維シートなど連続繊維補強材を接着する方法などが知られている。

特開２０１１－０２１４２２号公報

しかし、鉄筋コンクリートや鉄骨による補強は工事が大掛かりになるという問題がある。また、構造物の外観を保存するために、筒状構造物の内側で補強を行うと、狭いスペースでの作業が困難になるという問題がある。炭素繊維シートなどによる補強方法も接着前に表面を平滑にする必要があり、手間がかかるという問題がある。また、レンガ壁に鉛直孔をあけてＰＣ鋼棒を通して締め付けたり、鉄筋を通して埋め込んだりする補強方法もあるが、筒状構造物の壁厚が薄い場合は孔あけが困難という問題がある。このような問題は、レンガ造の筒状構造物だけでなく、鉄筋量の少ない鉄筋コンクリート造の筒状構造物でも同様に問題となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、施工性を向上した筒状構造物の補強方法および補強構造を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る筒状構造物の補強方法は、既設の筒状構造物を補強する方法であって、筒状構造物の内壁面に沿って、線状の曲げ補強材を筒軸方向に配置するステップと、曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって膜状の補強被覆材を設けて、補強被覆材を介して曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させるステップとを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強方法は、上述した発明において、曲げ補強材の上から筒状構造物の内壁面に樹脂を主体とする補強被覆材を吹き付けて、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成することによって、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させることを特徴とする。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強方法は、上述した発明において、複数の曲げ補強材を筒軸に直交する方向に重ねて配置することにより、筒状構造物の内壁面に対して曲げ補強材を筒軸方向に連続的に切れ目なく配置することを特徴とする。

また、本発明に係る筒状構造物の補強構造は、既設の筒状構造物を補強する構造であって、筒状構造物の内壁面に沿って、筒軸方向に配置された線状の曲げ補強材と、曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって設けられた膜状の補強被覆材とを備え、補強被覆材は、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化していることを特徴とする。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強構造は、上述した発明において、補強被覆材は、樹脂を主体とする材料からなり、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成するものであることを特徴とする。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強構造は、上述した発明において、筒軸に直交する方向に重ねて配置され、筒状構造物の内壁面に対して筒軸方向に連続的に切れ目なく配置される複数の曲げ補強材を備えることを特徴とする。

本発明に係る筒状構造物の補強方法によれば、既設の筒状構造物を補強する方法であって、筒状構造物の内壁面に沿って、線状の曲げ補強材を筒軸方向に配置するステップと、曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって膜状の補強被覆材を設けて、補強被覆材を介して曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させるステップとを備えるので、筒状構造物の内側の狭小なスペースでも施工が可能であり、比較的軽量な材料だけで施工できることから、従来の補強方法と比べて施工性を大きく向上することができるという効果を奏する。また、筒状構造物の内部の作業だけで補強できるため、外観への影響がなく、文化財の保存に有効である。炭素繊維シート補強のように表面を平滑にする必要がないので、施工を大幅に簡易化することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強方法によれば、曲げ補強材の上から筒状構造物の内壁面に樹脂を主体とする補強被覆材を吹き付けて、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成することによって、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させるので、筒状構造物を構成するレンガのような組積材の目地が壊れてばらばらになるような破壊を防止することができるという効果を奏する。また、筒状構造物の引張力は補強被覆層を介して曲げ補強材に伝達されることにより、筒状構造物全体の曲げ破壊を防止することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強方法によれば、複数の曲げ補強材を筒軸に直交する方向に重ねて配置することにより、筒状構造物の内壁面に対して曲げ補強材を筒軸方向に連続的に切れ目なく配置するので、軽量で短小な曲げ補強材を用いて施工できることから、施工性を向上することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る筒状構造物の補強構造によれば、既設の筒状構造物を補強する構造であって、筒状構造物の内壁面に沿って、筒軸方向に配置された線状の曲げ補強材と、曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって設けられた膜状の補強被覆材とを備え、補強被覆材は、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化しているので、筒状構造物の内側の狭小なスペースでも施工が可能であり、比較的軽量な材料だけで施工できることから、従来の補強構造と比べて施工性を大きく向上することができるという効果を奏する。また、筒状構造物の内部の作業だけで補強できるため、外観への影響がなく、文化財の保存に有効である。炭素繊維シート補強のように表面を平滑にする必要がないので、施工を大幅に簡易化することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強構造によれば、補強被覆材は、樹脂を主体とする材料からなり、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成するものであるので、筒状構造物を構成するレンガのような組積材の目地が壊れてばらばらになるような破壊を防止することができるという効果を奏する。また、筒状構造物の引張力は補強被覆層を介して曲げ補強材に伝達されることにより、筒状構造物全体の曲げ破壊を防止することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強構造によれば、筒軸に直交する方向に重ねて配置され、筒状構造物の内壁面に対して筒軸方向に連続的に切れ目なく配置される複数の曲げ補強材を備えるので、軽量で短小な曲げ補強材を用いて施工できることから、施工性を向上することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る筒状構造物の補強方法および補強構造の実施の形態を示す図であり、（１）は上面図、（２）は正面断面図、（３）は側面断面図である。図２は、本発明に係る筒状構造物の補強方法および補強構造の他の実施の形態を示す図であり、（１）は正面断面図、（２）は側面断面図である。図３は、重ね長さＬに関する説明図であり、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は水平断面図である。

以下に、本発明に係る筒状構造物の補強方法および補強構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本実施の形態では、補強対象の筒状構造物として、図１に示すようなレンガ造の筒状構造物１０を例にとり説明する。この筒状構造物１０は、組積材としてのレンガ１２を積み上げて形成した、上端が開口した四角筒状体であり、コンクリート製の基礎２０上に構築されている。レンガ１２は、粘土や頁岩と泥を焼き固めて、または圧縮して作られた直方体状の建築材である。上下および左右に隣り合うレンガ１２間には、モルタルやグラウトなどからなる目地１４が設けられている。なお、本発明の筒状構造物はレンガ造の筒状構造物に限るものではなく、例えば、コンクリートブロックを組積材として積み上げたコンクリート造の筒状構造物や、石材などを組積材として積み上げた筒状構造物であってもよい。

また、本実施の形態では、曲げ補強材がフラットバー（平鋼）である場合を例にとり説明するが、本発明の曲げ補強材はこれに限るものではなく、例えば鉄筋、ワイヤー、ＦＲＰ製のロッドなど、筒軸方向に一定の引張強度を有するものであれば何でもよい。

本実施の形態の補強方法は、ステップ１～２の施工手順で行われる。以下、各ステップの施工内容について説明する。

（ステップ１）
まず、図１に示すように、筒状構造物１０の内壁面１６に沿って、鉛直方向（筒軸方向）にフラットバー１８（曲げ補強材）を配置する。最下部については、基礎２０に対してあと施工アンカー２２やＰＣ締め付けなどでフラットバー１８を固定する。なお、最下部のフラットバー１８の固定先については、基礎２０に限るものではなく、筒状構造物１０が取り付けられる梁や壁などに固定してもよい。

フラットバー１８は、筒状構造物１０の補強区間全長にわたり溶接やボルト接合でつながっている必要はなく、図１のように重ね長さＬをとりながら水平方向（横方向）に重ねて配置してもよい。このようにすれば、筒状構造物１０の内壁面１６に対してフラットバー１８を鉛直方向に連続的に切れ目なく配置することができる。

ここで、重ね長さＬは、例えばフラットバー幅の１０倍以上に設定することが好ましい。この根拠について説明する。本実施の形態では、フラットバー１８の引張力を後述のポリウレア樹脂（補強被覆層２４）のせん断応力度により伝える。そこで、図３に示すように、フラットバー１８の上面１８Ａおよび側面１８Ｂに付着した樹脂２４Ａを介して力が伝達されると仮定すると、フラットバー１８の引張力は、以下のように表せる。

ｔ_ｆ・Ｗ・σ_ｆ
ただし、Ｗ：フラットバーの幅
σ_ｆ：フラットバーの引張応力度
ｔ_ｆ：フラットバーの厚さ（＝ｔ_２－ｔ_１）
ｔ_１：フラットバー上の樹脂厚
ｔ_２：フラットバー横の樹脂厚

樹脂２４Ａのせん断力は、以下のように表せる。
ｔ_２・Ｌ・τ_ａ
ただし、τ_ａ：樹脂のせん断応力度

十分な応力伝達できる重ね長さＬは、以下の関係式より求めることができる。
ｔ_ｆ・Ｗ・σ_ｆ≦ｔ_２・Ｌ・τ_ａ・・・（１）

フラットバー１８の強度を樹脂２４Ａの１０倍程度と考えると、上記の関係式（１）は以下のように変形できる。
Ｌ／Ｗ≧（ｔ_ｆ／ｔ_２）・（σ_ｆ／τ_ａ）＝（ｔ_ｆ／ｔ_２）・１０・・・（２）

フラットバー１８上の樹脂厚が０の場合を考えると、上記の式（２）は以下のように変形できる。
Ｌ／Ｗ≧１０・・・（３）

したがって、重ね長さＬはフラットバー１８の幅Ｗの１０倍以上あればよい。このようにすれば、フラットバー１８の引張力を後述のポリウレア樹脂（補強被覆層２４）のせん断応力度により十分伝達可能である。

（ステップ２）
次に、筒状構造物１０の内壁面１６にフラットバー１８の上からポリウレア樹脂（補強被覆材）を吹き付けて、フラットバー１８の上面および筒状構造物１０の内壁面１６に膜状の補強被覆層２４を形成し、この補強被覆層２４を介して筒状構造物１０の内壁面１６およびフラットバー１８を一体化させる。このようにすることで、本実施の形態に係る筒状構造物の補強構造を得ることができる。

なお、図２に示すように、筒状構造物１０の下部の周囲に剛強な躯体２６があって定着がとれる場合は、下にフラットバー１８を延ばして同様にポリウレア樹脂を吹き付けてもよい。この場合、図２中の符号Ｔが定着長さ、符号Ｐが曲げ破壊想定位置となる。

上記の実施の形態において、フラットバー１８は、筒状構造物１０の内壁面１６に直接接着する必要はなく、吹き付けたポリウレア樹脂による補強被覆層２４で上面がつながるように筒状構造物１０の内壁面１６に接触するか近い位置にあればよい。

吹き付ける補強被覆材は、ポリウレア樹脂に限るものではなく、例えばポリウレタン樹脂やエポキシ樹脂など、レンガ１２同士をつないで一体化させ、レンガ１２とフラットバー１８に接着して荷重を伝達できる強度特性（強靭性）と伸び特性を有するものであればよい。また、吹き付ける補強被覆材は、上記の樹脂を主体とするものが好ましいが、これら樹脂以外の混合物を含んだものでもよい。

筒状構造物１０の内壁面１６に大きな段差部分がある場合、フラットバーは必ずしも内壁面の全面に接触している必要はなく、内壁面の凹んだ部分２８は隙間があいていてもよい。その場合も凹んだ部分２８にはポリウレア樹脂を吹き付ける。

このように、本実施の形態の補強方法によれば、レンガ壁内側全面にポリウレア樹脂を吹き付けることで、筒状構造物１０のレンガ１２が目地１４で壊れてばらばらになるような破壊が防止される。さらに、レンガ壁の引張力がポリウレア樹脂を介してフラットバー１８に伝達され、あと施工アンカー２２または下に延伸した定着部により基礎２０に伝達されることにより、筒状構造物１０全体の曲げ破壊が防止される。

また、筒状構造物１０の内側の狭小なスペースでも施工が可能であり、フラットバー、ポリウレア樹脂などの比較的軽量な材料だけで施工できることから、従来の補強方法と比べて施工性を大きく向上することができる。また、筒状構造物１０の内部の作業だけで補強できるため、外観への影響がなく、文化財の保存に有効である。炭素繊維シート補強のように表面を平滑にする必要がないので、施工を大幅に簡易化することができる。

以上説明したように、本発明に係る筒状構造物の補強方法によれば、既設の筒状構造物を補強する方法であって、筒状構造物の内壁面に沿って、線状の曲げ補強材を筒軸方向に配置するステップと、曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって膜状の補強被覆材を設けて、補強被覆材を介して曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させるステップとを備えるので、筒状構造物の内側の狭小なスペースでも施工が可能であり、比較的軽量な材料だけで施工できることから、従来の補強方法と比べて施工性を大きく向上することができる。また、筒状構造物の内部の作業だけで補強できるため、外観への影響がなく、文化財の保存に有効である。炭素繊維シート補強のように表面を平滑にする必要がないので、施工を大幅に簡易化することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強方法によれば、曲げ補強材の上から筒状構造物の内壁面に樹脂を主体とする補強被覆材を吹き付けて、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成することによって、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させるので、筒状構造物を構成するレンガのような組積材の目地が壊れてばらばらになるような破壊を防止することができる。また、筒状構造物の引張力は補強被覆層を介して曲げ補強材に伝達されることにより、筒状構造物全体の曲げ破壊を防止することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強方法によれば、複数の曲げ補強材を筒軸に直交する方向に重ねて配置することにより、筒状構造物の内壁面に対して曲げ補強材を筒軸方向に連続的に切れ目なく配置するので、軽量で短小な曲げ補強材を用いて施工できることから、施工性を向上することができる。

また、本発明に係る筒状構造物の補強構造によれば、既設の筒状構造物を補強する構造であって、筒状構造物の内壁面に沿って、筒軸方向に配置された線状の曲げ補強材と、曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって設けられた膜状の補強被覆材とを備え、補強被覆材は、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化しているので、筒状構造物の内側の狭小なスペースでも施工が可能であり、比較的軽量な材料だけで施工できることから、従来の補強構造と比べて施工性を大きく向上することができる。また、筒状構造物の内部の作業だけで補強できるため、外観への影響がなく、文化財の保存に有効である。炭素繊維シート補強のように表面を平滑にする必要がないので、施工を大幅に簡易化することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強構造によれば、補強被覆材は、樹脂を主体とする材料からなり、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成するものであるので、筒状構造物を構成するレンガのような組積材の目地が壊れてばらばらになるような破壊を防止することができる。また、筒状構造物の引張力は補強被覆層を介して曲げ補強材に伝達されることにより、筒状構造物全体の曲げ破壊を防止することができる。

また、本発明に係る他の筒状構造物の補強構造によれば、筒軸に直交する方向に重ねて配置され、筒状構造物の内壁面に対して筒軸方向に連続的に切れ目なく配置される複数の曲げ補強材を備えるので、軽量で短小な曲げ補強材を用いて施工できることから、施工性を向上することができる。

以上のように、本発明に係る筒状構造物の補強方法および補強構造は、レンガ造の煙突や排気塔などの既設の筒状構造物を補強するのに有用であり、特に、補強工事の施工性を向上するのに適している。

１０筒状構造物
１２レンガ
１４目地
１６内壁面
１８フラットバー（曲げ補強材）
２０基礎
２２あと施工アンカー
２４補強被覆層（補強被覆材）
２６剛強な躯体
２８凹んだ部分

Claims

既設の筒状構造物を補強する方法であって、
筒状構造物の内壁面に沿って、線状の曲げ補強材を筒軸方向に配置するステップと、
曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって膜状の補強被覆材を設けて、補強被覆材を介して曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させるステップとを有し、
曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって膜状の補強被覆材を設ける際に、曲げ補強材の上から筒状構造物の内壁面に樹脂を主体とする補強被覆材を吹き付けて、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成することによって、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化させることを特徴とする筒状構造物の補強方法。
複数の曲げ補強材を筒軸に直交する方向に重ねて配置することにより、筒状構造物の内壁面に対して曲げ補強材を筒軸方向に連続的に切れ目なく配置することを特徴とする請求項１に記載の筒状構造物の補強方法。
既設の筒状構造物を補強する構造であって、
筒状構造物の内壁面に沿って、筒軸方向に配置された線状の曲げ補強材と、曲げ補強材の上面と筒状構造物の内壁面にわたって吹き付けられた膜状の補強被覆材とを備え、
補強被覆材は、樹脂を主体とする材料からなり、曲げ補強材の上面および筒状構造物の内壁面に所定の強靭性を有する補強被覆層を形成することによって、曲げ補強材および筒状構造物の内壁面を一体化していることを特徴とする筒状構造物の補強構造。
筒軸に直交する方向に重ねて配置され、筒状構造物の内壁面に対して筒軸方向に連続的に切れ目なく配置される複数の曲げ補強材を備えることを特徴とする請求項３に記載の筒状構造物の補強構造。