WO1996004440A1

WO1996004440A1 - Barre de renforcement de beton frp

Info

Publication number: WO1996004440A1
Application number: PCT/JP1995/001528
Authority: WO
Inventors: Masao Kikuchi; Junji Hosokawa; Akira Sumitani; Haruhito Akimoto; Toshiharu Abekawa; Shuji Shimozono; Nobuyuki Ozawa
Original assignee: Komatsu Ltd.; Komatsu Plastics Industry Co., Ltd.
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1995-08-01
Publication date: 1996-02-15
Also published as: EP0774552A1; CA2195418A1; EP0774552A4; NO970411D0; NO970411L; JPH0842060A

Description

明細書

F R P製コンクリート補強筋技術分野

この発明は、 F R P (繊維強化プラスチック）製のコンクリート補強筋であって、詳しくは、スターラップ筋やフープ筋等、コンクリート構造物の断面形状に応じて折り曲げ加工を行なった F R P製コンクリート補強筋に関する。

¹ ^

一般に、従来のスターラップ筋やフープ筋等、折り曲げ形成して使用されるコンクリート補強筋には鋼製の筋材が用いられていた。しかし、コンクリートに残留塩分が抜けきらない海砂が混入されている場合、また厳しい塩分環境下でコンクリートにひび割れが生じている場合に、上記コンクリート補強筋が塩分に曝されて起こる腐食が問題となっている。

そこで、近年、鋼製の筋材の代替として耐腐食性に優れた F R P製の筋材が用いられるようになつてきた。

従来の F R P製のスターラップ筋やフープ筋等、折り曲げ加工される補強筋は、例えば、特開平 6 — 1 3 6 8 8 2号公報に示されているように、

( 1 ) マトリックス樹脂を含浸させた炭素繊維をフレキシブルチューブに挿入し、

( 2 ) 曲げ加工を行ない、 ( 3 ) マトリックス樹脂を加熱硬化させた後、

( 4 ) フレキシブルチューブを除去することにより、製品とされたものがある。

しかしながら、上記従来のコンクリート補強筋では、その曲率が大きい場合、曲げ加工部付近での強度を強くすることが困難であった。すなわち、

( 1 ) 強度を強くするためには、断面積を大きくすることが必要であるが、そうすると、曲げ加工部の内側と外側の長さの差が大きくなるので、曲げ加工部の内側付近を通る繊維束が強い圧縮力を受けてしわになり、その結果、繊維配向が乱れるので、曲げ加工部の強度が著しく低下していた。

( 2 ) さらに、繊維配向の乱れが、直線部にも波及し、その結果、直線部の引張り強度までも低下していた。

( 3 ) また、曲げ加工すると、曲げ加工部がつぶれてその断面形状が直線部のような円形を保つことができず、該断面形状がいびつに変形して補強筋全体の太さが不均一になつてしまっていた, そして、このことが応力集中の原因となり、強度の低下を引き起こす一因ともなつていた。

以上のように、上記従来の F R P製コンクリート補強筋は、従来の鉄筋の代替とする発想で作成されていたために、その断面形状を円形にしており、その結果、特に曲げ半径を小さくした場合において強度が顕著に低下するという問題が生じていた。

そこで、本発明は、前述の問題点に鑑み、断面積が大きく、しかも曲げ半径が小さい、すなわち、曲率が大きい場合でも、充分な曲げ加工部の強度を得ることができ、また曲げ加工部に連なる - 3 - 直線部の強度も充分得ることができるようにした F R P製コンクリート補強筋を提供することを目的とする。発明の開示

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様によれば、

1 ケ所以上の曲げ加工を施した部分を有する F R P製コンクリート補強筋において、厚み t と幅 wとの関係が t / w < 1 となるように断面形状を略長方形にしたことを特徴とする F R P製コンクリート補強筋が提供される。

上記構成によれば、 F R P製コンクリート補強筋の断面を略長方形状にしているので、その断面積を変えることなく厚みを小さできる、即ち曲げ加工部の内側と外側の長さの差が小さくなるので、曲げ加工部の内側付近を通る繊維束が弱い圧縮力しか受けずその結果、繊維配向が乱れないので、曲げ加工部の強度の低下が小さい。

上記構成において、曲げ加工部の内側の曲げ半径 Rと厚み t との関係が、 R/ t ≥ 2. 8であることが望ましい。

また、上記構成において、隣り合う曲げ加工部の曲げ方向が同一である場合に、前記隣り合う曲げ加工部の内側の曲げ半径，曲げ角度がそれぞれ R, 0及び R ' , Θ ' であるときに、前記隣り合う曲げ加工部の間の直線部の長さ Lが、

L≥ 3. 5 X R X 0 + 3. 5 X R ' χ Θ '

であることが望ましい。

さらに、上記略長方形が、短辺が外側に湾曲した長方形でも良いし、あるいは長楕円形でも良い。図面の簡単な説明

本発明は、以下の詳細な説明及び本発明の実施例を示す添付図面により、より良く理解されるものとなろう。なお、添付図面に示す実施例は、発明を特定することを意図するものではなく、単に説明及び理解を容易とするものである。

図中、

図 1 A及び図 1 Bは、本発明に係る F R P製コンクリート補強筋の一実施例を示すもので、図 1 Aはその断面図、図 1 Bはその側面図である。

図 2 A乃至図 2 Cは、上記実施例の曲げ加工部における繊維の曲げ作用時における状態の変化及び配向角を示すものであって図 2 Aは曲げ加工前の状態、図 2 Bは曲げ加工によりしわがよつた状態、図 2 Cは配向角の計算を示す線図である。

図 3 は、上記実施例における配向角に対する引張り強度を示す線図である。

図 4 は、他の実施例として隣接する曲げ加工部の曲げ方向が異なる F R P製コンクリート補強筋を示す側面図である。

図 5 A及び図 5 Bは、本発明の第 1 の実験例を示すものであつて、図 5 Aはその侧面図、図 5 Bは図 5 Aの C一 C線に沿う断面図である。

図 6は、本発明の第 2の実験例の側面図である。

図 7は、本発明の第 3の実験例の断面図である。明^:実施するための好適な態復以下に、本発明の好適実施例による F R P製コンクリート補強筋を添付図面を参照しながら説明する。

図 1 Aに示すように、厚み t , 幅 wの断面が略長方形（短辺が外側に湾曲した長方形）の F R P製コンクリート補強筋 1 を、図 1 Bに示すように、内側の曲げ半径 R , 曲げ角度 0で曲げ加工すると、

( 1 ) その曲げ加工部 Aの中立面 2 より内側では圧縮力が作用し、その内侧部分は（ t / 2 ) X Sだけ縮むが、鏃維 3 は縮むことができないので、座屈してしわがより、これが繊維 3の配向の乱れとなる。

( 2 ) この繊維 3の配向の乱れは直線部にまで波及する。そして、その波及する距離 Xは種々の実験により曲げ半径 Rと曲げ角 0とであらわすと、

X = 3. 5 x R x Θ

であることが判明した。

図 1 Bに示す中立面 2 より内側の繊維 3の長さを、図 2 Aに示すように LBB' とすると、繊維 3は曲げ加工により図 2 Bに示すようにしわがよつてその長さが L AA' になる。従って、この部分の繊維 3の配向角 αは、下式で与えられる（図 2 C参照）。

c 0 s = L AA' / L ΒΒ'

( 3 ) しわによる繊維配向角 aは、

c 0 s = (R Θ + 2 X) / { ( R + t / 2 ) x ^ + 2 x X }

= (R x 0 + 2 x 3. 5 x R x θ ) /

{ (R + t / 2 ) Χ Θ + 2 Χ 3. 5 x R x 0 } = 8 x R/ ( 8 x R + t / 2 ) - ( 1 ) 一ら - で与えられる。

( 4 ) 図 3 は直径 1 O m mのロッド状の F R P製コンクリート補強筋における繊維の乱れによる配向角と引張り強度（荷重）の関係を示した線図である。この図 3 に示すように、繊維の配向角が大略 1 2度を越えると引張り強度が著しく低下することがわかる。

( 5 ) ここで、上記の式（ 1 ) によれば、 α ≤ 1 2度の時、 c o s 1 2 ' ≤ 8 X R / ( 8 X R + t / 2 )

となり、これを整理すると、

R / t ≥ 2. 8

となる。従って、 R / t ^ 2 . 8の場合、つまり幅 wが広く、厚み t が曲げ半径方向において充分薄い場合、繊維 3 の配向が乱れることによる強度低下は殆どあらわれない。

なお、補強筋 1 の断面形状がいかなる形であっても、曲げ半径 Rが大きい場合には R / t ≥ 2 . 8の条件を満たす。そこで、本発明にあっては、従来の断面形状が円形の補強筋の場合に強度低下が発生してしまうような曲げ半径 Rにおいても曲げ加工部が充分な強度を有するようにするために、 t / w < 1 となるようにして断面形状を略長方形にした。

また、本発明による F R P製コンクリート補強筋は、従来の断面形状が円形の F R P製コンクリート補強筋とは異なり、断面積を S とした場合、

0. 1 X R²< S - ( 2 )

の時でも有効である。その理由を以下に示す。

上述のことは、換言すれば、 R / t ≥ 2. 8

の関係さえ満足すれば、補強筋の断面がどのような形状でも、繊維の配向の乱れによる曲げ加工部の強度低下が起きないことを示唆している。即ち、従来の断面形状が円形の補強筋の場合でも、 S = ^ ( t / 2 ) ²≤ 7i ( R/ 2 / 2. 8 ) ²= 0. 1 x R²

… （ 3 ) の関係を保っていれば、曲げ加工部の強度の低下が起きないことになる。

しかし、本発明の F R P製コンクリート補強筋では、上記の式 ( 3 ) の範囲以外、即ち上記の式（ 2 ) の範囲内でも、上述の如く t /w < l として R/ t ≥ 2. 8 となるような断面形状、即ち略長方形にしているので、曲げ加工部は充分な強度が得られる。上記略長方形が、上述如く短辺が外側に湾曲した長方形の他に. 長楕円形でも良いことはいうまでもない。

( 6 ) また、図 1 Bに示すところの、隣接する曲げ加工部 A ,

Bは、 3. 5 R Θ + 3. 5 R ' 0 ' 以上離れているので、一方の曲げ加工部の繊維の配向の乱れが他方の曲げ加工部の繊維の配向に影響を及ぼさない。その理由を以下に示す。

上記式（ 1 ) , ( 2 ) は、曲げ加工部が独立している場合に成り立つ式であり、 2つ以上曲げ加工部がある場合は、 1つの曲げ加工部が他の曲げ加工部に影響を及ぼさない条件が必要である。

そこで、図 1 Bに示すように、曲げ半径 R，曲げ角度 0の第 1 の曲げ加工部 Aと曲げ半径 R ' , 曲げ角度 0 ' の第 2の曲げ加工部 Bが隣接している場合を考える。

第 1 の曲げ加工部 Aの影響が及ぶ直線部の長さは 3. 5 Θである。この範囲に第 2の曲げ加工部 Bの影響を受けている直線部があってはならない。従って、第 1 · 第 2の両曲げ加工部 A， B間の直線 Lの長さは

L > 3. 5 R 0 + 3. 5 R' Θ ' - ( 4 )

でなくてはならない。

ただし、隣接する両曲げ加工部 A . Bが、図 4 に示すように互いに曲がり方向が異なる場合には、第 1 の曲げ加工部 Aで圧縮力を受ける繊維が第 2の曲げ加工部 Bに引張り力を受けることになって、両力が相殺されるので、上記直線部は上記のような距離をとる必要はない。

( 7 ) また、本発明に係る F R P製コンクリート補強筋は、断面形状が略長方形状であるため、曲げ加工部がつぶれることがなく、よって太さが不均一であることによる応力集中も起きないので、強度低下もおこらない。

以上のことにより、本発明に係る F R P製コンクリート袖強筋は、曲げ加工部及び直線部とも充分な強度が得られる。

次に、本発明の実験例について説明する。

(第 1実験例）

図 5 A , 図 5 Bは本発明の第 1実験例を示しており、エポキシ樹脂が含浸している炭素繊維からなる袖強筋 4 は一方向（長手方向）に配向しており、その断面形状が幅 w厚み t の略長方形になっており、その両面に凸状部 5が等間隔をあけて多数設けてある。

そして、この補強筋 4 は、厚み t = 3 m m , 幅 w = 1 2 8 mm, 半径 R = 1 5 m mであり、曲げ加工部間の直線部の距離 Lが L = 2 0 O m mになるように成形して加熱硬化して、フープ状の F R P製コンクリート補強筋としてある。

この補強筋 4は、曲げ加工部間の直線部の距離 Lが、

L = 2 0 0 > 3 . 5 X R X ^ + 3 . 5 x R ' x θ ' = 1 6 5 であり、かつ曲げ半径 Rと厚み t の関係が、

R / t = 5 > 2 . 8

であるため、

α = 9 . 0 ⁰ < 1 2 °

である。よって、繊維配向角 αが充分小さく、充分な曲げ加工部の強度，直線部の引張り強度が得られた。

さらに、曲げ加工部がつぶれていないため、（ 1 ) 厚さ t が不均一による応力集中がなく、（ 2 ) 曲げ加工部においての主筋に接触している面積が広く、かつ均一であるため、主筋から曲げ加ェ部にかかる応力が小さい。これらのことも、曲げ加工部の強度を大きくする要因となっている。

また、この補強筋はコンクリート付着力に対しても優れている , すなわち、コンクリート付着力は表面の凸状部による凹凸によつて得られるが、この補強筋は、断面形状が円形のものに比べて断面積に対して表面積が大きいため、同じ引張り強度に対して大きな付着強度が得られる。

(第 2実験例）

必要により、コンクリート補強筋の厚みを大きくしなければならない場合には、積層することにより問題を解決できる。

図 6 はその実験例を示しており、第 1 実験例に示したものと同型の補強筋 4 の厚み方向にこの補強筋 4 より 1 回り大きな他の柿強筋 4 aが、それぞれの凹凸を符合させて重ねてある。

このように、両補強筋 4 , 4 & を厚み方向に ¾)|することによつて強度は大きくなるが、曲げ加土は各補強筋ごとに行なわれるので、曲げ加工部における繊維配向の乱れ、断而形状の不均一はない。よって、幅を大きくすることなく、強度を上げることができる。また、重ねる補強筋の数は 2つに限らず、いくつでもよい。

(第 3実験例）

上記第 1 , 第 2の実験例においては、 F R Pのみからなる補強筋を示したが、成形性，曲げ加工性，耐衝擊強さ等を考 . して . 図 7 に示すように、 F R Pを芯材 6 としてその表面に熱可塑性樹脂からなるコーティング層 7 を設けてもよい。図 7 に示した凸状部 5 も、熱可塑性樹脂からなっている。なお、凸状部 5 の無い例もある。

ここで考慮すべきことは、上述の厚み t と幅 wは芯材 6の厚み t 1 と幅 w 1であり、 llllげ半径をコーティング層 7の厚み d又は凸状部 5の厚み d ' も含めた（ R + d ) または（ R + d ' ) として、それぞれの関係を算出する必要がある。

なお、コーティング屑 7 としては図 7 に示すような熱可塑性樹 USでなくてもよい。例えば、 F R Pの芯材 6 にテープを螺旋状に巻き付けることによりコーティング層 7 を形成したものや、 2枚のフィルムで F R Pの芯材 6 を挟むことによりコーティング層 7 を形成したものなどが考えられる。

また、本発明によるコンクリート補強筋を栊成する材料として 'は、 F R Pの強化繊維として、カーボン繊維、ガラス繊維等の無機繊維や、ァラミド維維等の有機雄維が用いられる。そして、マトリックス樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステルフエノール樹脂等の熱硬化性樹脂が用いられる。

以上のように、本発明の F R P製コンクリート補強筋は、断面積が大きく、しかも曲率が大きい場合でも充分な曲げ強度を有することができる。また、この曲げ加工部に連なる直線部分の強度をも充分とることができる。

なお、本発明は例示的な実施例について説明したが、開示した実施例に関して、本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく種々の変更、省略、追加が可能であることは、当業者において自明である。従って、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された要素によって規定される範四及びその均等範囲を包含するものとして理解されなければならない。

Claims

請求の範囲

1. 1 ケ所以上の曲げ加工を施した部分を有する F R P製コンクリート補強筋において、厚み t と幅 wとの関係が t /w < 1 となるように断面形状を略長方形にしたことを特徴とする F R P製コンクリート補強筋。

2 . 曲げ加工部の内側の曲げ半径 R と厚み t との関係が R / t ≥ 2. 8である、請求の範囲 1 に記載の F R P製コンクリ一ト補強筋。

3. 隣り合う曲げ加工部の曲げ方向が同一である場合に、前記隣り合う曲げ加工部の内側の曲げ半径，曲げ角度がそれぞれ R , Θ 及び R ' , Θ ' であるときに、前記隣り合う曲げ加工部の冏の直線部の長さ Lが、

L≥ 3. 5 R X Θ + 3. 5 X R ' χ Θ '

である、請求の範囲 1 または 2 に記載の F R P製コンクリー卜補強筋。

4. 前記略長方形が、短辺が外側に湾曲した長方形である、請求の範囲 1乃至 3のいずれかに記載の F R P製コンクリ一ト補強筋。

5. 前記略長方形が長楕円形である、請求の範囲 1乃至 3のいずれかに記載の F R P製コンクリート補強筋。

6. 両面に凸状部 5が等間隔をあけて多数設けた、請求の範囲 1 に記載の F R P製コンクリート補強筋。

7. 一補強筋の厚み方向に該ー補強筋より 1 回り大きな他の補強筋を重ねて成る、請求の範囲 1 または 6 に記載の F R P製コンクリート補強筋。

8. F R Pを芯材としてその表面に熱可塑性樹脂からなるコーティング層を設けて成る、請求の範囲 1 または 6 に記載の F R P 製コンクリート補強筋。

9. F R Pを芯材としてその表面にテープを螺旋状に巻き付けてコーティング層を形成して成る、請求の範囲 1 または 6に記戦の F R P製コンクリート補強筋。

1 0. F R Pを芯材として該芯材を 2枚のフイルムで挟むことによりコーティング層を形成して成る、請求の範囲 1 または 6 に記載の F R P製コンクリート補強筋。