JP7194634B2 - 繊維強化プラスチック部材及び繊維強化プラスチック複合構造 - Google Patents

Description

本発明は、繊維強化プラスチック部材及び繊維強化プラスチック複合構造に関する。

近年、建物の柱や梁等を構成する部材として、剛性が高く軽量な、繊維強化プラスチックが注目されている。例えば、特許文献１、特許文献２に記載されるように、繊維強化プラスチックを複数の木材と接着剤等により接合して、集成材を形成することが提案されている。このように、強度を確保しつつ、部材の大型化や重量増加を抑える目的で、繊維強化プラスチックが木材に組み合わせられて使用されることがある。
また、特許文献３には、炭素繊維を含む少なくとも２種類の補強繊維を有するＦＲＰ形材であって、炭素繊維の少なくとも一部が形材の長手方向に配列されていることを特徴とするＦＲＰ形材が開示されている。ＦＲＰ形材は、横断面の形状は長手方向にほぼ均一で、Ｉ形、Ｈ形を成している。ＦＲＰ形材は、例えば、構造物の骨材や枠材、梁、ビーム、支柱等に使用される。

特許文献３に記載されたような繊維強化プラスチック部に他の部材を接合する際には、特許文献１、特許文献２の集成材を形成する際のように、接着剤を使用することが考えられる。あるいは、繊維強化プラスチック部に貫通孔を設けて、他の部材とボルト接合することも考えられる。
しかし、接着剤は、特に上記のように繊維強化プラスチック部を構造材として使用して他の部材を支持するような場合においては、長期使用時の耐久性や耐火性が明らかではなく、信頼性に欠ける。
また、ボルト接合の場合においては、繊維強化プラスチック部に貫通孔を設けることにより、繊維強化プラスチック部に断面欠損が生じる。繊維強化プラスチック部においては、貫通孔を設けることで、貫通孔により生じる欠損部を差し引いた実際の断面積を、貫通孔を含めた断面積で除算した値である欠損断面積比として算出される値以上に、大きく耐力が低下する。すなわち、繊維強化プラスチック部と他の部材をボルト接合する場合においては、繊維強化プラスチック部の剛性が低下する可能性がある。

特開２００７－２４５４３１号公報 特開２０１０－２２１５１４号公報 特開平９－２０３１５９号公報

本発明が解決しようとする課題は、繊維強化プラスチック部の剛性を損なわずに、繊維強化プラスチック部と他の構成材とを接合可能な繊維強化プラスチック部材、及び繊維強化プラスチック部と屋根部等の他部材とを接合可能な繊維強化プラスチック複合構造を提供することである。

本発明者らは、繊維強化プラスチックと他の構成材（木質部、合金部、他ＦＲＰ部）を組み合わせた繊維強化プラスチック部材として、繊維強化プラスチックで形成される繊維強化プラスチック部を、構造抵抗要素とするＦＲＰ構造部と、他の構成材と接合させるためのＦＲＰ非構造部とで形成し、ＦＲＰ非構造部に設けた貫通孔を介して、他の構成材とリベットやボルト、ダボを用いて接合することで、接合具等を打ち込むことが困難な繊維強化プラスチックであっても、繊維強化プラスチックと他の構成材を一体化できる点に着眼して、本発明に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、構造物の柱梁架構に用いられる、繊維強化プラスチック部と他の構成材を接合させた繊維強化プラスチック部材であって、前記繊維強化プラスチック部は、ＦＲＰ構造部と、前記ＦＲＰ構造部の外周面に設けられるＦＲＰ非構造部と、を備え、前記ＦＲＰ非構造部には貫通孔が開設されており、前記他の構成材は、前記貫通孔を挿通するリベット、ボルトまたはダボを介在させて、前記繊維強化プラスチック部に固定されていることを特徴とする繊維強化プラスチック部材を提供する。
上記のような構成によれば、繊維強化プラスチック部はＦＲＰ構造部とＦＲＰ非構造部を備え、他の構成材は、ＦＲＰ非構造部に形成された貫通孔を挿通するリベット、ボルトまたはダボを介在させることにより、繊維強化プラスチック部に接合されている。すなわち、リベット、ボルトまたはダボによる接合に用いられる貫通孔は、他の構成材を支持する構造材としての機能が期待されるＦＲＰ構造部ではなく、これの外周面に設けられたＦＲＰ非構造部に開設されているため、ＦＲＰ構造部に貫通孔の開設による断面欠損は生じない。したがって、繊維強化プラスチック部の剛性を損なわずに、繊維強化プラスチック部と他の構成材とを接合可能である。ここでいう、他の構成材とは、繊維強化プラスチック部の周囲に設ける木質部、合金部、他ＦＲＰ部などの外装材などである。

本発明の一態様においては、前記ＦＲＰ非構造部は、前記ＦＲＰ構造部から外方へ突出するように、前記ＦＲＰ構造部と一体成型された突出体であり、前記ＦＲＰ構造部に沿って連続的、または断続的に設けられていることを特徴とする。
上記のような構成によれば、ＦＲＰ構造部から外方へ突出するようにＦＲＰ非構造部が設けられ、当該ＦＲＰ非構造部が他の構成材と接合されていることで、ＦＲＰ構造部に断面欠損部を設けることなく繊維強化プラスチック部と他の構成材を接合された繊維強化プラスチック部材を実現できる。
特に、ＦＲＰ構造部とＦＲＰ非構造部とが一体成型されているため、これらの間で応力をスムーズに伝達できる。

また、本発明は、構造物の柱梁架構に用いられる、繊維強化プラスチック部と他部材を接合させた繊維強化プラスチック複合構造であって、前記繊維強化プラスチック部は、ＦＲＰ構造部と、前記ＦＲＰ構造部の外周面に設けられるＦＲＰ非構造部と、を備え、前記ＦＲＰ非構造部は、前記ＦＲＰ構造部から外方へ突出するように形成された突出体を備え、前記繊維強化プラスチック部と前記他部材は、前記突出体に開設された貫通孔を介して、リベット接合またはボルト接合されていることを特徴とする繊維強化プラスチック複合構造を提供する。ここでいう、他部材とは、屋根材、床スラブ、梁材、柱材、壁材などである。
上記のような構成によれば、繊維強化プラスチック部はＦＲＰ構造部とＦＲＰ非構造部を備え、屋根部は、ＦＲＰ非構造部に形成された貫通孔を介して、リベット接合またはボルト接合されている。すなわち、リベットまたはボルトによる接合に用いられる貫通孔は、屋根部を支持する構造材としての機能が期待されるＦＲＰ構造部ではなく、これの外周面に設けられたＦＲＰ非構造部に形成されているため、ＦＲＰ構造部に貫通孔の開設による断面欠損は生じない。したがって、繊維強化プラスチック部の剛性を損なわずに、ＦＲＰ構造部と屋根部とを接合可能である。

本発明によれば、繊維強化プラスチック部の剛性を損なわずに、繊維強化プラスチック部と他の構成材とを接合可能な繊維強化プラスチック部材、及び繊維強化プラスチック部と屋根部等の他部材とを接合可能な繊維強化プラスチック複合構造を提供することができる。

本発明の実施形態における繊維強化プラスチック部材を用いた繊維強化プラスチック複合構造の模式的な側面図である。 図１の繊維強化プラスチック複合構造の縦断面図である。 上記繊維強化プラスチック部材に用いられている繊維強化プラスチック部の、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図である。 上記繊維強化プラスチック部に対して実施したボルト継手試験の結果を示す表である。 上記ボルト継手試験として、２面せん断試験を実施した場合の結果を示す、（ａ）グラフであり、（ｂ）は写真である。 上記ボルト継手試験として、１面せん断試験を実施した場合の結果を示す、（ａ）グラフであり、（ｂ）は写真である。 上記繊維強化プラスチック部に対して実施したせん断試験の説明図である。 図７のせん断試験の結果を示すグラフである。 図７のせん断試験の結果を示すグラフである。 図７のせん断試験の結果を示す表である。 上記実施形態の変形例に関する、繊維強化プラスチック部の斜視図である。 上記実施形態の変形例に関する、繊維強化プラスチック部の斜視図である。 上記実施形態の変形例に関する、繊維強化プラスチック部の側面図である。 上記実施形態の変形例に関する、繊維強化プラスチック部材の縦断面図である。

本発明は、繊維強化プラスチックと他の構成材を組み合わせた繊維強化プラスチック部材と、繊維強化プラスチックと他部材を接合させた繊維強化プラスチック複合構造である。本発明の特徴の１つは、繊維強化プラスチックで形成される繊維強化プラスチック部を、構造抵抗要素とするＦＲＰ構造部と、他の構成材（木質部、合金部、他ＦＲＰ部）と接合させるためのＦＲＰ非構造部とで形成し、ＦＲＰ非構造部に設けた貫通孔を介して、他の構成材とリベット、ボルトまたはダボにより接合する点である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態における繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰと呼称する）梁部材を用いた繊維強化プラスチック複合構造の模式的な側面図である。ＦＲＰ梁部材（ＦＲＰ部材）１０は、建物１の屋外に設置されている。建物１は、上部構造１ａと、下部構造１ｂとを有している。上部構造１ａは、下部構造１ｂの上方に設けられている。上部構造１ａは、下部構造１ｂよりも水平面内における設置面積が小さく、これによって、下部構造１ｂ上には、上部構造１ａが設けられた以外の部分にルーフ部４が設けられている。
ＦＲＰ梁部材１０は、建物１のルーフ部４上に設置されている。ＦＲＰ梁部材１０は、後に詳細に説明する梁３と、その上方に設けられる屋根部８を備えている。梁３は、複数本の支柱５Ａ～５Ｆに支持されている。本実施形態において、支柱５Ａ～５Ｆは、ルーフ部４及びルーフ部４上に敷設された鉄製の下地材４ｓ上に設けられている。支柱５Ａ～５Ｆのうち、上部構造１ａに最も近い支柱５Ａは、鉛直上下方向に延びている。支柱５Ａに対し、上部構造１ａから離れる側の２本の支柱５Ｂ、５Ｃは、上方に向かって上部構造１ａ側に傾斜して延びている。ルーフ部４上において、上部構造１ａから最も離れた側の２本の支柱５Ｄ、５Ｅは、上方に向かって上部構造１ａから離間する方向に傾斜して延びている。支柱５Ｆは、支柱５Ｄの中間部分から、上方に向かって上部構造１ａに向かう方向に傾斜して延びている。
梁３は、これらの支柱５Ａ～５Ｆ上に設けられている。梁３は、上部構造１ａ側から離間するにしたがって、漸次上方に延びるよう、湾曲して設けられている。
このような支柱５Ａ～５Ｆ及び梁３は、図１の紙面に直交する方向に間隔をあけて複数組が設けられている。屋根部８は、これら複数本の梁３上に設けられている。

図２は、ＦＲＰ梁部材１０、及びＦＲＰ梁屋根構造（ＦＲＰ複合構造）２の縦断面図である。ＦＲＰ梁部材１０は、ＦＲＰ部１１と他の構成材２０を備えている。ＦＲＰ梁屋根構造２は、前記ＦＲＰ梁部材１０と屋根部（他部材）８を備えている。
まず、図２、図３を用いて、ＦＲＰ部１１を説明する。図３（ａ）は、ＦＲＰ部１１の斜視図であり、図３（ｂ）は、ＦＲＰ部１１の側面図である。
ＦＲＰ部１１は、例えば炭素繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維等の強化繊維に樹脂を含浸させて成形されたＦＲＰにより形成されている。
ＦＲＰ部１１は、ＦＲＰ構造部１２とＦＲＰ非構造部１３を備えている。ＦＲＰ構造部１２は、長尺に形成され、その中心軸に交差する断面形状が、中空の矩形状をなしている。すなわち、ＦＲＰ構造部１２は、上下方向に間隔をあけて設けられた上板部１２ａ、下板部１２ｂと、これらを連結する一対の側板部１２ｃを備えている。側板部１２ｃは、図２に示されるようにＦＲＰ構造部１２を断面視したときに、上板部１２ａと下板部１２ｂの各々の側端部に接合されて上下間でこれらを連結するように設けられている。これら上板部１２ａ、下板部１２ｂ、及び一対の側板部１２ｃによって、ＦＲＰ構造部１２の胴体部１２ｄが形成され、この胴体部１２ｄの中央には、上板部１２ａ、下板部１２ｂ、及び一対の側板部１２ｃによって囲われた中空部Ｓが形成されている。
図２に示されるように、ＦＲＰ構造部１２の胴体部１２ｄは、梁３の長さ方向に延びる中心軸に交差する断面において、梁３の中央部に内蔵（埋設）されている。すなわち、ＦＲＰ構造部１２の胴体部１２ｄは、梁３の外部に露出していない。

ＦＲＰ非構造部１３は、ＦＲＰ構造部１２の外周面、本実施形態においては特に上板部１２ａの上面１２ｅに設けられている。本実施形態においては、ＦＲＰ非構造部１３は、ＦＲＰ構造部１２から外方へ突出するように、ＦＲＰ構造部１２と一体成型された突出体１３ｐである。突出体１３ｐは平板状に形成されており、梁３の長さ方向に略平行となるように設けられている。図３に示されるように、突出体１３ｐは矩形形状に形成されており、ＦＲＰ構造部１２の長さ方向に、複数の突出体１３ｐが所定の間隔をあけて、断続的に設けられている。
突出体１３ｐの各々には、第１貫通孔１３ｓと第２貫通孔（貫通孔）１３ｔが設けられている。これらの貫通孔１３ｓ、１３ｔは、第１貫通孔１３ｓが第２貫通孔１３ｔの下方に位置するように、互いに間隔をあけて開設されている。
他の構成材２０については、後に説明する。

屋根部（他部材）８は、第１接合部材１４、第２接合部材１５、及びパネル材１８を備えている。
第１接合部材１４は、鉛直板部１４ａ、上側板部１４ｂ、及び下側板部１４ｃを備えている。鉛直板部１４ａは、突出体１３ｐの上端よりも上方から、突出体１３ｐの第１貫通孔１３ｓよりも下方へと上下方向に延在するように、突出体１３ｐに密着して設けられている。鉛直板部１４ａには、突出体１３ｐの第１貫通孔１３ｓ、第２貫通孔１３ｔの各々と対応する位置に、これらと連通するように、第１貫通孔１４ｓ及び第２貫通孔１４ｔが設けられている。
上側板部１４ｂ及び下側板部１４ｃは、鉛直板部１４ａの、突出体１３ｐに密着した表面とは反対側の表面に、鉛直板部１４ａから外方へと垂直に立ち上がり、かつＦＲＰ構造部１２の上板部１２ａと略平行となるように、設けられている。上側板部１４ｂは、第１貫通孔１４ｓと第２貫通孔１４ｔの間の位置に設けられている。下側板部１４ｃは、鉛直板部１４ａの下端に設けられている。下側板部１４ｃは、上側板部１４ｂよりも、鉛直板部１４ａから外側端部までの長さが短くなるように形成されている。

第２接合部材１５は、第１接合部材１４と略対称的な形状となるように形成されており、突出体１３ｐの、第１接合部材１４とは反対側の側面に設けられている。第２接合部材１５は、第１接合部材１４と同様に、鉛直板部１５ａ、上側板部１５ｂ、及び下側板部１５ｃを備えている。鉛直板部１５ａは、突出体１３ｐの上端と略同等の位置から、第１接合部材１４の下端の位置まで上下方向に延在するように、突出体１３ｐに密着して設けられている。鉛直板部１５ａには、突出体１３ｐの第１貫通孔１３ｓ、第２貫通孔１３ｔの各々と対応する位置に、これらと、及び第１接合部材１４の第１貫通孔１４ｓ、第２貫通孔１４ｔと連通するように、第１貫通孔１５ｓ及び第２貫通孔１５ｔが設けられている。
上側板部１５ｂ及び下側板部１５ｃは、鉛直板部１５ａの、突出体１３ｐに密着した表面とは反対側の表面に、鉛直板部１５ａから外方へと垂直に立ち上がり、かつＦＲＰ構造部１２の上板部１２ａと略平行となるように、設けられている。上側板部１５ｂは、第１接合部材１４の上側板部１４ｂと同等の位置に設けられている。下側板部１４ｃは、鉛直板部１５ａの下端に設けられている。下側板部１５ｃは、上側板部１５ｂよりも、鉛直板部１５ａから外側端部までの長さが短くなるように形成されている。

上記のように、突出体１３ｐの第２貫通孔１３ｔと、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の第２貫通孔１４ｔ、１５ｔは、互いに連通するように設けられている。これらの第２貫通孔１３ｔ及び第２貫通孔１４ｔ、１５ｔを挿通するように、ボルト・ナット１６が緊締されており、これにより屋根部８が梁３に接合され、支持されている。
第１接合部材１４の上端１４ｇには、長尺の上側支持部材１７が、梁３の長さ方向に延在するように設けられて接合されている。上側支持部材１７は、長さ方向に延在する中心軸を挟んで設けられた２つの支持板部１７ｂを備えており、これら２つの支持板部１７ｂの各々が第１接合部材１４と第２接合部材１５の各々の上方に位置するように、上側支持部材１７は突出体１３ｐを跨って設けられている。
上側支持部材１７の支持板部１７ｂの各々と、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の上側板部１４ｂ、１５ｂとの間に、屋根を構成するパネル材１８が挟持されて固定されている。

梁３の他の構成材２０は、ＦＲＰ部１１の外周囲に設けられている。他の構成材２０は、本実施形態においては木質の部材であり、２つの上板部２１と、２つの側板部２２と、及び下板部２３を備えている。
上板部２１は、第１接合部材１４の上側板部１４ｂと下側板部１４ｃの間の間隔と、及び第１接合部材１５の上側板部１５ｂと下側板部１５ｃの間の間隔と略同等の厚さとなるように形成された、長尺の板材である。上板部２１の各々は、梁３の長さ方向に延びるように位置づけられて、第１接合部材１４の上側板部１４ｂと下側板部１４ｃの間、及び第１接合部材１５の上側板部１５ｂと下側板部１５ｃの間に挿入されている。上板部２１の内側表面２１ａは、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の表面に当接するように設けられている。上板部２１の外側表面２１ｂは、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の下側板部１４ｃ、１５ｃの外側端部よりも外側に位置するように、上板部２１は形成されている。
上板部２１は、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の各々に開設された貫通孔１４ｕ、１５ｕを挿通するようにビス２４がねじ込まれて、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の各々に固定されている。
上板部２１には、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の各々の第１貫通孔１４ｓ、１５ｓに対応する位置に、貫通孔２１ｓが開設されている。これら第１貫通孔１４ｓ、１５ｓと、第１貫通孔１３ｓ、及び各上板部２１の貫通孔２１ｓは、互いに連通しており、ダボ２５がこれらを挿通するように設けられている。ダボ２５は、ダボ２５の両端が各上板部２１の外側表面２１ｂよりも外側に位置するような長さに形成されている。

側板部２２も、上板部２１と同様に長尺の板材であり、梁３の長さ方向に延びるように設けられている。側板部２２は、内側表面２２ａが、上板部２１の外側表面２１ｂに接するように設けられている。側板部２２の内側表面２２ａには、上板部２１の貫通孔２１ｓに対応する位置に孔２２ｓが設けられており、この孔２２ｓ内にダボ２５の端部が挿入されることにより、側板部２２は上板部２１に固定されている。
このように上板部２１に接合されたときに、側板部２２の外側表面２２ｂが、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の外側端部よりも内側に位置するように、かつ、側板部２２の下端がＦＲＰ構造部１２の下板部１２ｂよりも下方に位置するように、側板部２２は形成されている。
下板部２３も、上板部２１、側板部２２と同様に長尺の板材であり、梁３の長さ方向に延びるように設けられている。下板部２３は、各側板部２２の内側表面２２ａと接して側板部２２間の空間を閉塞するように設けられて、図示されないビスやダボなどにより、側板部２２に固定されている。
このようにして、ＦＲＰ部１１のＦＲＰ構造部１２は、他の構成材２０に囲繞されている。

（繊維強化プラスチック梁の構造性能確認実験）
繊維強化プラスチック製の梁部材を対象に、ＦＲＰ材のボルト継手部の接合部性能と、梁部材のせん断性能について、要素実験を行い、性能確認を行った。
初めに、本実施形態として用いたＦＲＰ部１１の有効性に関する実験及びその結果を説明する。まず、ＦＲＰ材にボルト継手部を設けた場合の継手性能に関する実験結果を説明する。本実験においては、ＦＲＰ材として、含浸樹脂炭素繊維シートを積層し、オートクレーブで熱硬化させることにより成形したＣＦＲＰ材を使用した。実験としては、ＣＦＲＰの板材を製作し、１枚の板材を中板として、２枚の添板で挟んでボルト接合し、中板と添板に対して逆方向に引っ張る２面せん断試験と、１枚の中板と１枚の添板をボルト接合して同様に引っ張る１面せん断試験を実施した。中板としては、厚さが４ｍｍのものと６ｍｍのものを用意した。ボルトは、片側からの締め付けが可能なワンサイドボルトを使用し、トルクが１５Ｎｍに達するまで締め付けた。各試験について、３つの試験体を作成して試験を実施した。
図４は、ＦＲＰ材のボルト継手部の各試験体と、試験体ごとの破断時の最大荷重、及び破壊形態の比較表である。図５（ａ）は、中板の厚さが６ｍｍの２面せん断試験の場合における、中板と添板の変位と荷重の関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は３つの試験体の中の１つにおける、試験結果後の写真である。また、図６（ａ）は、中板の厚さが６ｍｍの１面せん断試験の場合における、中板と添板の変位と荷重の関係を示すグラフであり、図６（ｂ）は３つの試験体の中の１つにおける、試験結果後の写真である。
これら図４～図６に示されるように、ＦＲＰ材にボルト継手部を設けた１面、２面せん断試験結果では、材軸方向にせん断力が加わった場合は、ＦＲＰ材の上下板の間の中板のボルト孔部分が拡大するはしぬけ破断で最大耐力に達した。また、ボルト継手部と直交方向にせん断力が加わった場合は、試験体のボルト孔のへり部分でへりあき破断で発生し、最大耐力に達した。本実験結果から、ＦＲＰ材にボルト継手部を設けた場合、ボルト破断ではなく、母材であるＦＲＰ材のボルト孔部が拡大して最大耐力に至る点と、最大耐力後は急激に荷重負担能力が低下する点が確認された。
よって、ＦＲＰ材と他の構成材（木質部、合金部、他ＦＲＰ部）を接合する場合は、ＦＲＰ構造部と接合させない接合方法が好ましく、本発明の実施形態によるＦＲＰ非構造部での接合方法を発明するに至った。

次に、繊維強化プラスチック製の梁部材に対して、せん断加力実験を行い、繊維強化プラスチック部材のせん断性能を確認した。図７は、矩形状の中空断面を有する維強化プラスチック梁試験体（ＣＦＲＰ梁材）に対するせん断加力実験での試験体配置と、加力位置を示すせん断実験の加力説明用の側面図である。ＣＦＲＰ梁材１００は、断面の外郭寸法が１６２×７８で、断面の各方向における厚さがそれぞれ４ｍｍと６ｍｍに形成された、中空の部材である。このＣＦＲＰ梁材１００を２つの支点１０１において支持した状態で、上方から２つの加力点１０２において載荷した。加力は設計耐力までの載荷を２回繰り返した後、一方向に単調載荷した。変位計側は、加力点１０２及び試験体中央の鉛直変位を計測するとともに、支点１０１の水平変位及び鉛直変位を計測した。
図８は、試験結果となる、せん断力と変位の関係を示すグラフである。図９は、ＣＦＲＰ梁材１００の上面中央に設けた３軸ひずみゲージのロゼット解析結果を示すグラフである。図１０は、図７に示されるＣＦＲＰ梁材１００に関する試験結果をまとめた表である。特に図９に示されるように、素材試験におけるせん断剛性の結果である３１６７Ｎ／ｍｍ^２に対し、ロゼット解析から求まるせん断剛性は４８３４Ｎ／ｍｍ^２と、１．３４倍となった。
これら図８～図１０に示されるように、維強化プラスチック梁試験体のせん断結果では、実験結果のせん断力と変位（部材角）の関係（実線）、及び実験結果のせん断応力とせん断ひずみの関係（実線）ともに、初期剛性については、梁断面を構成する繊維強化プラスチック材の剛性から推定されるロゼット解析結果（図８、図９の点線）の初期剛性と粗一致する実験結果であった。また、実験結果では、維強化プラスチック梁試験体のウェブ部分がせん断破壊して最大耐力に達した。実験結果の耐力実験値４４.８ｋＮは、耐力計算値３６.６ｋＮを約１.２２倍上回り、優れたせん断耐力を示した。
上記のように、繊維強化プラスチック梁の構造性能確認実験等を行い、本発明による繊維強化プラスチック部材の構造性能に関する有効性を確認した。

次に、上記の繊維強化プラスチック部材及び繊維強化プラスチック複合構造の効果について説明する。

上記の実施形態のＦＲＰ梁部材（繊維強化プラスチック部材）１０は、構造物の柱梁架構に用いられる、ＦＲＰ部１１と他の構成材２０を接合させた繊維強化プラスチックと木材との複合梁部材であって、ＦＲＰ部１１は、断面形状が矩形状に形成されたＦＲＰ構造部１２と、ＦＲＰ構造部１２の上面（外周面）１２ｅに設けられるＦＲＰ非構造部１３と、を備え、ＦＲＰ非構造部１３には第１貫通孔（貫通孔）１３ｓが開設されており、他の構成材２０は、第１貫通孔（貫通孔）１３ｓを挿通するダボ２５を介在させて、ＦＲＰ非構造部１３に固定されていることを特徴とする。
上記のような構成によれば、ダボ２５による接合に用いられる貫通孔１３ｓは、他の構成材２０を支持する構造材としての機能が期待されるＦＲＰ構造部１２ではなく、これの外周面１２ｅに設けられたＦＲＰ非構造部１３に開設されているため、ＦＲＰ構造部１２に貫通孔１３ｓの開設による断面欠損は生じない。したがって、ＦＲＰ部１１の剛性を損なわずに、ＦＲＰ部１１と他の構成材２０とを接合可能である。

また、ＦＲＰ非構造部１３は、ＦＲＰ構造部１２から外方へ突出するように、ＦＲＰ構造部１２と一体成型された突出体１３ｐであり、ＦＲＰ構造部１２に沿って断続的に設けられていることを特徴とする。
上記のような構成によれば、ＦＲＰ構造部１２から外方へ突出するようにＦＲＰ非構造部１３が設けられ、当該ＦＲＰ非構造部１３が他の構成材２０と接合されていることで、ＦＲＰ構造部１２に断面欠損部を設けることなくＦＲＰ部１１と他の構成材２０が接合されたＦＲＰ梁部材１０を実現できる。
特に、ＦＲＰ構造部１２とＦＲＰ非構造部１３とが一体成型されているため、これらの間で応力をスムーズに伝達できる。

特に本実施形態においては、他の構成材２０と接合させるＦＲＰ非構造部１３がＦＲＰ構造部１２の上側に設けられ、ＦＲＰ構造部１２が梁断面の下側に設けられることで、梁部材の曲げ特性にＦＲＰ非構造部１３の断面が障害となることなく、梁部材として、ＦＲＰ構造部１２の曲げ変形性能、剛性、及び強度が有効に発揮される。

また、上記の実施形態のＦＲＰ梁屋根構造２（繊維強化プラスチック複合構造）は、構造物の柱梁架構に用いられる、ＦＲＰ部１１と屋根部（他部材）８を接合させたＦＲＰ梁屋根構造２であって、ＦＲＰ部１１は、断面形状が矩形状に形成されたＦＲＰ構造部１２と、ＦＲＰ構造部１２の上面（外周面）１２ｅに設けられるＦＲＰ非構造部１３と、を備え、ＦＲＰ非構造部１３は、ＦＲＰ構造部１２から外方へ突出するように形成された突出体１３ｐを備え、ＦＲＰ部１１と屋根部８は、突出体１３ｐに開設された第２貫通孔（貫通孔）１３ｔを介して、ボルト接合されていることを特徴とする。
上記のような構成によれば、ＦＲＰ部１１はＦＲＰ構造部１２とＦＲＰ非構造部１３を備え、屋根部８は、ＦＲＰ非構造部１３に形成された第２貫通孔１３ｔを介して、ボルト接合されている。すなわち、ボルト１６による接合に用いられる第２貫通孔１３ｔは、屋根部８を支持する構造材としての機能が期待されるＦＲＰ構造部１２ではなく、これの上面１２ｅに設けられたＦＲＰ非構造部１３に形成されているため、ＦＲＰ構造部１２に貫通孔の開設による断面欠損は生じない。したがって、ＦＲＰ部１１の剛性を損なわずに、ＦＲＰ部１１と屋根部８とを接合可能である。

なお、本発明の繊維強化プラスチック部材及び繊維強化プラスチック複合構造は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。
例えば、ＦＲＰ部１１の断面形状は矩形状に限られないし、突出体１３ｐの位置もＦＲＰ構造部１２の上面１２ｅにおける幅方向中央近傍に限られない。ＦＲＰ部１１の様々な変形例を、図１１に示す。
図１１（ａ）のＦＲＰ部１１Ａにおいては、上記実施形態と同じ形状のＦＲＰ構造部１２Ａを備えているが、ＦＲＰ非構造部１３Ａの配置が上記実施形態とは異なり、突出体１３ｐは、ＦＲＰ構造部１２Ａの側板部１２ｃが上方へ延在するように、上板部１２ａの幅方向両端部に設けられている。
図１１（ｂ）のＦＲＰ部１１Ｂにおいては、ＦＲＰ構造部１２Ｂの上板部１２ａ及び下板部１２ｂが、上記実施形態よりも幅が広く設けられており、ＦＲＰ構造部１２Ｂの断面形状は略正方形状となっている。ＦＲＰ非構造部１３Ｂに関しては、上記実施形態と同様に、突出体１３ｐが上板部１２ａの幅方向中央近傍から上方へ延在するように設けられるとともに、下板部１２ｂの幅方向中央近傍から下方へ延在するように設けられている。また、突出体１３ｐは、上板部１２ａ及び下板部１２ｂの各々が、両側方へ延在するように、側板部１２ｃの上端と下端にも設けられている。
図１１（ｃ）のＦＲＰ部１１Ｃにおいては、ＦＲＰ構造部１２Ｃの断面形状が円筒形状となるように形成されている。ＦＲＰ非構造部１３Ｃは、突出体１３ｐがＦＲＰ構造部１２Ｃの上端から上方へ延在するように設けられている。

図１２は、ＦＲＰ部１１の断面形状に関する更なる変形例を示す斜視図である。
図１２（ａ）のＦＲＰ部１１Ｄにおいては、ＦＲＰ構造部１２Ｄは、上下方向に間隔をあけて設けられた、幅の短い一対のフランジ部１２ｆと、これらフランジ部１２ｆどうしを連結するウェブ部１２ｇと、を備えており、断面形状がＩ形状となるように形成されている。ＦＲＰ非構造部１３Ｄの突出体１３ｐは、ウェブ部１２ｇが上方へ延在するように、上側のフランジ部１２ｆの幅方向中央近傍に設けられている。
図１２（ｂ）のＦＲＰ部１１Ｅにおいては、ＦＲＰ構造部１２Ｅは、１つのフランジ部１２ｈと、このフランジ部１２ｈの上方へと延在するように設けられたウェブ部１２ｉと、を備えており、断面形状がＴ形状となるように形成されている。ＦＲＰ非構造部１３Ｅの突出体１３ｐは、ウェブ部１２ｉが上方へ延在するように、ウェブ部１２ｉの上端に設けられている。
図１２（ｃ）のＦＲＰ部１１Ｆにおいては、ＦＲＰ構造部１２Ｆは、上下方向に間隔をあけて設けられた、ＦＲＰ部１１Ｄのフランジ部１２ｆよりも幅の長い一対のフランジ部１２ｊと、これらフランジ部１２ｊどうしを連結するウェブ部１２ｋと、を備えており、断面形状がＨ形状となるように形成されている。ＦＲＰ非構造部１３Ｆの突出体１３ｐは、ウェブ部１２ｋが上方へ延在するように、上側のフランジ部１２ｊの幅方向中央近傍に設けられている。
上記以外にも、ＦＲＰ部１１が十分な強度を有するようであれば、その形状は上記に限られない。これらの場合において、ＦＲＰ構造部１２の内部は、上記実施形態のように中空であってもよいし、中実に、すなわち空間の無いように形成されていてもよい。
同様に、上記実施形態では、繊維強化プラスチック部を構成するＦＲＰ構造部の断面形状は、中空の矩形状であったが、密実な矩形状、Ｉ形状、Ｔ形状、Ｈ形状、円筒形状の何れかに形成されたものであってもよい。

また、上記実施形態においては、ＦＲＰ構造部１２の長さ方向に、複数の突出体１３ｐが所定の間隔をあけて、断続的に設けられていたが、これに限られない。図１３のＦＲＰ部１１ＧのＦＲＰ非構造部１３Ｇにおいては、突出体１３ｐは、ＦＲＰ構造部１２Ｇの長さ方向に沿って連続するように設けられている。このようなＦＲＰ非構造部１３Ｇにおいては、第１及び第２の貫通孔１３ｓ、１３ｔは、それぞれ、ＦＲＰ部１１Ｇの長さ方向に所定の間隔をあけて、複数個が開設されている。
また、上記実施形態においては、ＦＲＰ部１１は他の構成材として屋根部８を支持していたが、これに限られない。ＦＲＰ部１１に接合され、かつＦＲＰ部１１が支持する他部材８は、例えば床スラブであってもかまわない。
また、上記実施形態においては、突出体１３ｐの第２貫通孔１３ｔと、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の第２貫通孔１４ｔ、１５ｔを挿通するように、ボルト・ナット１６が緊締され、これにより屋根部８はＦＲＰ部１１にボルト接合されていたが、これに限られない。例えば、突出体１３ｐの第２貫通孔１３ｔと、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の第２貫通孔１４ｔ、１５ｔを挿通するようにリベットが設けられ、屋根部８はＦＲＰ部１１にリベット接合されていてもかまわない。
また、上記実施形態においては、突出体１３ｐの第１貫通孔１３ｓと、第１接合部材１４及び第２接合部材１５の第１貫通孔１４ｓ、１５ｓを挿通するように、ダボ２５が設けられ、これにより他の構成材２０はＦＲＰ部１１に接合されていたが、これに限られない。例えば、図１４には、他の構成材２０Ｈが接合部材３０を介してＦＲＰ部１１の突出体１３ｐに接合された形態であるＦＲＰ梁部材１０Ｈが示されている。接合部材３０は、２枚の鋼板３０ａ、３０ｂが垂直に接合された、断面Ｌ字形状の鋼材である。一方の鋼板３０ａは、突出体１３ｐに沿うように設けられて、鋼板３０ａに設けられた貫通孔３０ｓと突出体１３ｐの第１貫通孔１３ｓとを挿通するボルト３１により、突出体１３ｐに固定されている。他の構成材２０Ｈは、ビス３２により、他方の鋼板３０ｂに接合されている。このように、他の構成材２０Ｈは、貫通孔１３ｓを挿通するボルト３１を介在させて、ＦＲＰ部１１に固定されていてもよい。この場合において、他の構成材２０Ｈは、ボルト３１ではなく、リベットにより固定されていてもかまわない。

また、上記実施形態では、繊維強化プラスチック部材１０として、ＦＲＰ部１１を、中空の矩形状のＦＲＰ構造部１２と突出体をなすＦＲＰ非構造部１３で構成し、当該ＦＲＰ部１１の外周囲に、他の構成材として木質部２０を設けたが、他の構成材は木質部２０に限定するものではなく、合金材で形成される合金部や、ＦＲＰで形成される他ＦＲＰ部であってもよい。同様に、繊維強化プラスチック複合構造２では、繊維強化プラスチック部と屋根部との接合に限定するものではなく、繊維強化プラスチック部と他部材（床スラブ、梁材、柱材、壁材）を接合させてもよい。
さらに、上記実施形態では、ＦＲＰ梁屋根構造２は、ＦＲＰ梁部材１０がＦＲＰ部１１と他の構成材２０で形成されていたが、その構成に限定することなく、ＦＲＰ梁部材１０はＦＲＰ部１１のみで形成されていてもよい。

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

２ ＦＲＰ梁屋根構造（繊維強化プラスチック複合構造）
３ 梁 １３ｔ 第２貫通孔（貫通孔）
５ 支柱 １４ 第１接合部材
８ 屋根部 （他部材） １４ｓ、１５ｓ 第１貫通孔
１０、１０Ｈ ＦＲＰ梁部材（繊維強化プラスチック部材）
１１、１１Ａ～１１Ｇ ＦＲＰ部 １４ｔ、１５ｔ 第２貫通孔
１２、１２Ａ～１２Ｇ ＦＲＰ構造部 １５ 第２接合部材
１２ｅ 上面（外周面） １６ ボルト・ナット（ボルト）
１３、１３Ａ～１３Ｇ ＦＲＰ非構造部 ２０、２０Ｈ 他の構成材
１３ｐ 突出体 ２５ ダボ
１３ｓ 第１貫通孔（貫通孔） ３１ ボルト

Claims (3)

1. 構造物の柱梁架構に用いられる、繊維強化プラスチック部と他の構成材を接合させた繊維強化プラスチック部材であって、
   前記繊維強化プラスチック部は、ＦＲＰ構造部と、
   前記ＦＲＰ構造部の外周面に設けられるＦＲＰ非構造部と、を備え、
   前記ＦＲＰ非構造部には貫通孔が開設されており、
   前記他の構成材は、前記貫通孔を挿通するリベット、ボルトまたはダボを介在させて、前記繊維強化プラスチック部に固定され、
   前記ＦＲＰ構造部は横方向に延在して設けられ、前記ＦＲＰ非構造部は、前記ＦＲＰ構造部から上側外方へ突出するように、前記ＦＲＰ構造部と一体成型された突出体であり、前記ＦＲＰ構造部に沿って断続的に設けられていることを特徴とする繊維強化プラスチック部材。
2. 前記ＦＲＰ構造部は、前記他の構成材に囲繞されていることを特徴とする請求項１に記載の繊維強化プラスチック部材。
3. 構造物の柱梁架構に用いられる、繊維強化プラスチック部と他部材を接合させた繊維強化プラスチック複合構造であって、
   前記繊維強化プラスチック部は、ＦＲＰ構造部と、前記ＦＲＰ構造部の外周面に設けられるＦＲＰ非構造部と、を備え、
   前記ＦＲＰ構造部は横方向に延在して設けられ、前記ＦＲＰ非構造部は、前記ＦＲＰ構造部から上側外方へ突出するように、前記ＦＲＰ構造部と一体成型された突出体を備え、前記突出体は、前記ＦＲＰ構造部に沿って断続的に設けられ、
   前記繊維強化プラスチック部と前記他部材は、前記突出体に開設された貫通孔を介して、リベット接合またはボルト接合されていることを特徴とする繊維強化プラスチック複合構造。
   

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