JP7491606B2 - 構造基材、構造部材及び構造物 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明に係る構造基材は、弾性変形可能な材料からなり、外部からの力が伝達される被補強体と、前記被補強体の外面に沿って前記被補強体の一端から他端にわたって配置され、引張力を負担可能な連続繊維を有する引張材と、前記引張材が固定され、前記被補強体において前記引張材に沿って互いに間隔を空けて設けられる複数の支持部とを備え、前記支持部は、前記引張材に生じる応力を前記被補強体に伝達するように前記被補強体に対して固定されており、前記引張材は、前記支持部に対して巻回されて固定されている、又は、前記引張材は、前記引張材に形成されたリング部に前記支持部が挿入されて、前記支持部に対して固定されている。
構造基材1は、木材2と、引張材3と、支持部4を有する。木材2は、例えば、断面が四角形の角材である。引張材3の固定位置は、図1及び図2に示すように、木材2の1面のみでもよいし、木材2の対向する2面や木材2の全面でもよい。
引張材3のひずみは、1本の木材2につき、
ここで、
L0:弾性変形前の支持部4の軸方向間距離(mm)(図15参照)
L:弾性変形後の支持部4の軸方向間距離(mm)(図15参照)
D:木材2のせい(mm)
d1,d2:へりあき(mm)
である。
Pf=2×MT/(H/2)=7.94kN
なお、
MT=Tcosα×(D-d2)=5,419.98kN・mm
T=n×E×ε×af=60.22kN
ε=(LT-LT0)/LT0=2.01%
ここで、
Pf:引張材3が負担する荷重(kN)
MT:引張材3の抵抗モーメント(kN・mm)
H:木材2の長さ(mm)
T:引張材3の張力(kN)
α:弾性変形後の引張材3と木材2の軸方向のなす角(rad)
n:高強度繊維本数
E:高強度繊維のヤング率(N/mm2)
ε:高強度繊維のひずみ(無次元)
af:高強度繊維の繊維1本あたりの断面積(mm2)
引張材3を構成する高強度繊維は、アラミド繊維(ヤング率:70,500N/mm2、径1mm)である。
支持部4は、画鋲(頭寸法:10.5mm、針足寸法:11mm)であり、支持部4の間隔は40mmである。
鉛直変位10mm以降で理論値を下回るが、これは圧縮側で降伏したためである。
図17の補強試験体の場合、図16の場合と比較して引張力がさらに強化されたため、鉛直変位10mmを超えても圧縮側での降伏はほとんどみられず、概ね弾性挙動となった。
図16、図17のいずれの補強試験体の場合も、載荷後において、支持部4である画鋲の抜けや折れは確認されなかった。これは、引張材3の引張力が木材2に固定された複数の支持部4全体に分散されたためと考えることができる。
木材2は、長さ450mm、厚さ5mm、せい20mmである。2本の木材2が平行に配置される。
引張材3を構成する高強度繊維は、アラミド繊維(ヤング率:70,500N/mm2、径2.3mm)である。
支持部4は、釘(頭寸法:4.5mm、針足寸法:38mm、太さ2.1mm)、支持部4の間隔は50mmである。
支持部4と引張材3の長さ方向のなす角は0rad、引張材3は2本とし、木材2の内側に2本配置した。
載荷はプッシュプルスケールを介して人力で行った(加力限界値は1.64kN)。
試験体の理論値は、図14のとおり、中央部にひび割れが生じると仮定する単純モデルで、鉛直変位ごとに耐荷重を計算した。
比較のため、本試験体のアラミド繊維と同じ断面積の鉄筋を使用した鉄筋コンクリート造の梁の理論値も示している。
1回目の加力で圧縮材11にひび割れが生じたため、2回目の加力では圧縮材11は引張に抵抗せず引張材3のみとなる。そのため、1回目よりも剛性が低下するものの、強度は1回目の8割程度発揮している。
なお、同断面積の鉄筋を使用した場合の理論値に対し、本試験体は、剛性、靭性ともに十分上回る結果となった。
一連の加力で、引張材3は、最大で705N/mm2を負担している。これは、通常の異形鉄筋の降伏強度345N/mm2の約2倍となる。
2 :木材(被補強体)
3 :引張材
4 :支持部
5 :板材
10 :構造部材
11 :圧縮材
Claims (7)
- 弾性変形可能な材料からなり、外部からの力が伝達される被補強体と、
前記被補強体の外面に沿って前記被補強体の一端から他端にわたって配置され、引張力を負担可能な連続繊維を有する引張材と、
前記引張材が固定され、前記被補強体において前記引張材に沿って互いに間隔を空けて設けられる複数の支持部と、
を備え、
前記支持部は、前記引張材に生じる応力を前記被補強体に伝達するように前記被補強体に対して固定されており、
前記引張材は、前記支持部に対して巻回されて固定されている、又は、前記引張材は、前記引張材に形成されたリング部に前記支持部が挿入されて、前記支持部に対して固定されている構造基材。 - 前記支持部は、負荷時において、前記引張材の破断よりも先に降伏が生じる材料である請求項1に記載の構造基材。
- 複数の前記被補強体を備え、
前記被補強体同士が互いに接続されている請求項1に記載の構造基材。 - 請求項3に記載の構造基材と、
複数の前記被補強体の間において充填され、圧縮力を負担する圧縮材と、
を備える構造部材。 - 請求項1に記載の構造基材と、
前記被補強体を被覆し、圧縮力を負担する圧縮材と、
を備える構造部材。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の構造基材を備える構造物。
- 請求項4又は5に記載の構造部材を備える構造物。
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