(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する鉄筋コンクリート製スラブの開口補強構造であって、
前記スラブの開口以外の部分の表面に、与えられた設計荷重によって前記スラブに発生するひび割れ範囲を跨ぎ、かつ両端部が前記ひび割れ範囲の外側に２５ｃｍ以上の長さで定着されるように、補強部材を取り付けたことを特徴とする開口補強構造。
【請求項２】
前記補強部材は、板状、シート状、又は断面がＬ形、Ｔ形、Ｉ形、若しくはコ形の部材であることを特徴とする請求項１に記載の開口補強構造。
【請求項３】
前記補強部材は、炭素繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１又は２に記載の開口補強構造。
【請求項４】
開口を有する鉄筋コンクリート製スラブの開口補強法であって、
前記開口を有する前記スラブの補強後の最大曲げモーメントが、無開口の前記スラブの最大曲げモーメントと同等となるように、前記開口以外の部分に取り付ける補強部材の本数を求め、
補強前の前記スラブの曲げモーメント図を求め、該求めた曲げモーメント図から、与えられた設計荷重によって前記補強前の前記スラブに発生するひび割れ範囲を求め、
前記求めた本数の補強部材を前記開口以外の部分に、前記ひび割れ範囲を跨ぐように取り付け、該補強部材の両端部を前記ひび割れ範囲の外側に２５ｃｍ以上の長さで定着させることを特徴とする開口補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口補強構造及び開口補強方法に関し、特に、開口を有する鉄筋コンクリート製スラブの開口補強構造及び開口補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、既存鉄筋コンクリート構造物（ＲＣ構造物）の改修工事等において、鉄筋コンクリート製スラブ（以下、「ＲＣスラブ」という。）に上下階を貫通するダクト等の開口を新規に設ける場合、開口の位置、大きさ、ＲＣスラブの鉄筋の配筋の間隔等によっては開口に対応する部分の鉄筋を切断しなければならないことがある。そのような場合、ＲＣスラブの開口に対応する部分の引張力を負担する鉄筋がなくなるので、何らかの方法で開口を補強する必要がある。
【０００３】
ＲＣスラブの開口を補強する方法の一例が非特許文献１に記載されている。この開口補強方法は、ＲＣスラブの開口の周囲に補強筋を設けることによって補強する方法であるが、この方法は、開口の周囲のコンクリートをはつる作業、はつった部分に開口を囲むように補強鉄筋を配筋する作業、はつった部分をコンクリートで修復する作業等が必要になるため、それらの作業に時間と手間がかかり、工期が長くなる。また、施工時に騒音や振動が発生する問題もある。
【０００４】
また、ＲＣスラブの開口補強の方法の他例として、ＲＣスラブの下面側の開口の周囲に鉄骨梁を設ける方法や鋼板を貼り付ける方法があるが、これらの方法は、鉄骨梁や鋼板をコンクリートと一体化させる作業が必要になり、また、重量物である鉄骨梁や鋼板を支えるために仮設機材を設置する必要があり、作業に時間と手間がかかり、工期が長くなる。また、施工時に騒音や振動が発生する問題もある。
【０００５】
一方、上記のような問題を解決するため、軽量で高強度の炭素繊維強化プラスチック板等の繊維補強板を用い、この繊維補強板をＲＣスラブの下面側の開口の周囲に貼り付けることによって開口を補強する方法が提案されている。
【０００６】
このような方法は、ＲＣスラブの下面側に繊維補強板を接着剤で貼り付けるだけでよいので、開口の周りのコンクリートをはつる作業、はつった後に鉄筋を配筋する作業、はつった部分をコンクリートで修復する作業等が不要となる。また、繊維補強板は軽量物であるため、繊維補強板を支えるための仮設機材の設置も不要となる。
【０００７】
しかし、繊維補強板を用いる際の明確な施工基準が確立されていないため、安全を確保するために、ＲＣスラブの開口の周囲にＲＣスラブの全長、あるいは全幅に亘って繊維補強板を貼り付けているのが現状であり、必要以上に繊維補強板を使用することになり、工費が嵩み、工期が長くなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】日本建築学会、鉄筋コンクリート造配筋指針・同解説、２００３年、５７頁、第９章各部配筋
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、開口を有する鉄筋コンクリート製スラブの開口を補強する場合に、必要最低限の量の繊維補強板によって開口を補強することができる開口補強構造及び開口補強方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、開口を有する鉄筋コンクリート製スラブの開口補強構造であって、前記スラブの開口以外の部分の表面に、与えられた設計荷重によって前記スラブに発生するひび割れ範囲を跨ぎ、かつ両端部が前記ひび割れ範囲の外側に２５ｃｍ以上の長さで定着されるように、補強部材を取り付けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の開口補強構造によれば、補強部材を、スラブの開口以外の部分に、与えられた設計荷重によってスラブに発生するひび割れ範囲を跨ぎ、かつ両端部がひび割れ範囲の外側に２５ｃｍ以上の長さで定着されるように取り付けるので、必要以上に補強部材を使用する必要がなく、施工に要する費用を削減できるとともに、工期を短縮することもできる。また、開口の周囲のコンクリートをはつったり、はつった後に鉄筋を配筋したり、はつった後をコンクリートで修復したりする必要もない。さらに、騒音や振動が発生するようなこともない。
【００１３】
さらに、本発明において、前記補強部材は、板状、シート状、又は断面がＬ形、Ｔ形、Ｉ形、若しくはコ形の部材であることとしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明において、前記補強部材は、炭素繊維強化プラスチックからなることとしてもよい。
【００１５】
さらに、本発明は、開口を有する鉄筋コンクリート製スラブの開口補強法であって、前記開口を有する前記スラブの補強後の最大曲げモーメントが、無開口の前記スラブの最大曲げモーメントと同等となるように、前記開口以外の部分に取り付ける補強部材の本数を求め、補強前の前記スラブの曲げモーメント図を求め、該求めた曲げモーメント図から、与えられた設計荷重によって前記補強前の前記スラブに発生するひび割れ範囲を求め、前記求めた本数の補強部材を前記開口以外の部分に、前記ひび割れ範囲を跨ぐように取り付け、該補強部材の両端部を前記ひび割れ範囲の外側に２５ｃｍ以上の長さで定着させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上、説明したように、本発明の開口補強構造及び開口補強方法によれば、鉄筋コンクリート製スラブの開口を補強部材で補強する場合、補強部材を必要以上に使用しなくてもよいので、工費を削減できるとともに、工期を短くすることができる。また、コンクリートをはつったり、はつった後に鉄筋を配筋したり、はつった後をコンクリートで修復したりする作業が不要となるので、騒音や振動が発生するようなこともない。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による開口補強構造の一実施の形態の全体を示した概略図であって、補強後の開口を有する鉄筋コンクリート製スラブの概略下面図である。
【図２】図１の正面図である。
【図３】図１及び図２の曲げモーメント図である。
【図４】実験により求めたＣＦＲＰ板の接着長さ（定着長さ）と引張荷重との関係を示す説明図である。
【図５】試験体ＳＮの配筋図である。
【図６】試験体ＳＯの配筋図である。
【図７】試験体ＳＯａ−ＣＦ２の配筋図である。
【図８】試験体ＳＯｂ−ＣＦ３の配筋図である。
【図９】試験体ＳＯａ−ＣＦ２のＣＦＲＰ板の貼り付け図である。
【図１０】試験体ＳＯｂ−ＣＦ３のＣＦＲＰ板の貼り付け図である。
【図１１】各試験体の荷重〜変位関係の比較図である。
【図１２】図１１の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。図１〜図３には、本発明による開口補強構造及び開口補強方法の一実施の形態が示されている。図１は開口補強後の鉄筋コンクリート製スラブの概略下面図、図２は図１の正面図、図３は図１及び図２の曲げモーメント図である。
【００１９】
すなわち、本実施の形態の開口補強構造及び開口補強方法、例えば、既存鉄筋コンクリート構造物（以下、「ＲＣ構造物」という。）の改修工事等において、図１及び図２に示すように、鉄筋コンクリート製スラブ（以下、「ＲＣスラブ」という。）に新規に設けたＲＣスラブ１を上下方向に貫通するダクト等の開口２を補強するのに有効なものである。
【００２０】
ＲＣスラブ１にダクト等の開口２を新規に設ける場合、ＲＣスラブ１の鉄筋の配筋の間隔等によっては開口２に対応する部分の鉄筋を切断しなければならないことがある。そのような場合には、何らかの方法で開口２に補強を施す必要があり、本実施の形態においては、開口補強筋として鉄筋の代わりに帯板状の補強部材３を用い、この補強部材３を開口２の外側に開口２に沿って貼り付けることによって開口２を補強している。
【００２１】
補強部材３としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維等の高機能繊維板や、これらの繊維に樹脂を含浸、硬化させた繊維強化プラスチック板等があり、本実施の形態においては、炭素繊維に樹脂を含浸、硬化させた炭素繊維強化プラスチック板（以下、「ＣＦＲＰ板３」という。）を補強部材３として用いている。
【００２２】
ＲＣスラブ１の開口２をＣＦＲＰ板３で補強する場合、本実施の形態による開口補強方法を用い、この開口補強方法により、使用するＣＦＲＰ板３の本数、及びＣＦＲＰ板３の定着長さを求め、この求めた結果に基づいて、ＲＣスラブ１の開口２の外側に開口２に沿ってＣＦＲＰ板３を接着剤によって貼り付ける。
【００２３】
以下、本実施の形態の開口補強方法について具体的に説明する。
（１）まず、図１〜図３に示すように、補強対象となる開口２を有するＲＣスラブ１の補強前の曲げモーメント図を、開口幅を除く有効幅を有するＲＣスラブ１（以下、「補強対象ＲＣスラブ１」という。）を対象として求める。
ここで、補強対象ＲＣスラブ１を両端固定梁とし、所定の設計荷重が作用している場合を想定すると、補強対象ＲＣスラブ１の曲げモーメント図は、図３の下段のようになる。
【００２４】
（２）次に、図３の曲げモーメント図から、各位置における曲げ応力σｘを、σｘ＝Ｍｘ／ｚ（Ｍｘ：曲げモーメント、ｚ：断面係数）の式から求め、この曲げ応力（σｘ）がコンクリートの曲げひび割れ強度を超える位置を求め、この求めた位置をコンクリートの曲げひび割れ範囲（ｌ´）とする。
【００２５】
（３）次に、ＣＦＲＰ板３で補強した後の補強対象ＲＣスラブ１の曲げ降伏モーメントが、無開口のＲＣスラブの曲げ降伏モーメントと同等となるように、貼り付けるＣＦＲＰ板３の本数を求める。
【００２６】
（４）次に、本願発明者らが実験で求めたＣＦＲＰ板３のコンクリート試料への定着長（ｌｄ）と引張荷重との関係（図４参照；中心に切り欠きが設けられたコンクリート試料をＣＦＲＰ板３で補強する場合に、ＣＦＲＰ板３の定着長さ（ｌｄ）を長くしていくに従ってコンクリート試料の最大引張荷重は上昇するが、ＣＦＲＰ板３の定着長さ（ｌｄ）がある一定の長さ（約２５ｃｍ）に達すると、それ以上定着長さ（ｌｄ）を長くしてもはコンクリート試料の最大引張荷重はほぼ同じ値を示すという関係）を用い、（２）で求めた曲げひび割れ範囲の外側にＣＦＲＰ板３の定着長さ（ｌｄ）が２５ｃｍ〜安全率をみてその３倍の７５ｃｍとなるように、ＣＦＲＰ板３の全長を求める。
【００２７】
そして、上記のようにして求めたＣＦＲＰ板３の本数、及びＣＦＲＰ板３の全長に基づき、補強対象ＲＣスラブ１の開口２の縁部に開口２に沿ってＣＦＲＰ板３を貼り付け、ＣＦＲＰ板３の両端を曲げひび割れ範囲の外側に２５〜７５ｃｍの長さで定着させる。
【００２８】
これにより、補強対象ＲＣスラブ１の全長に亘ってＣＦＲＰ板３を貼り付けることなく、必要最低限の長さ、本数のＣＦＲＰ板３で補強対象ＲＣスラブ１の開口補強を行うことができる。
【００２９】
図５〜図１２に、無開口のＲＣスラブ：試験体ＳＮ、有開口のＲＣスラブ（補強材なし）：試験体ＳＯ、及び有開口のＲＣスラブ（ＣＦＲＰ板による補強）：試験体ＳＯａ−ＣＦ２、試験体ＳＯｂ−ＣＦ３の曲げ試験結果を示す。
【００３０】
この試験では、実大のＲＣスラブを想定し、各試験体を、幅：１３００ｍｍ、長さ：４０００ｍｍ、厚さ：１５０ｍｍ、配筋：Ｄ１０＠１５０ダブルの平板とした。また、各試験体のパラメータは、表１に示すように、開口の有無とＣＦＲＰ板による開口補強筋量（ＣＦＲＰ板の貼り付け本数）とした。各試験体の形状及び配筋図を図５〜図８に、ＣＦＲＰ板（幅５０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ）による補強概要（ＣＦＲＰ板貼り付け図）を図９及び図１０に示す。
【００３１】
なお、ＣＦＲＰ板の本数は、上述した本実施の形態の開口補強方法により、ＣＦＲＰ板とコンクリートとが一体として求めた開口幅を除く有効幅をもつスラブの曲げ降伏モーメントが、無開口のスラブの曲げ降伏モーメントと同等となるように、貼り付け本数を定めた。
【００３２】
【表１】
0005397050.tif 000002
【００３３】
試験体ＳＯａ、試験体ＳＯａ−ＣＦ２は、新規開口設置に伴い、引張側スラブ筋及び圧縮側スラブ筋をそれぞれ４本切断している。また、試験体ＳＯｂ−ＣＦ３は、新規開口設置に伴い、引張側スラブ筋及び圧縮側スラブ筋をそれぞれ６本切断している。
【００３４】
試験体ＳＯａ−ＣＦ２、試験体ＳＯｂ−ＣＦ３のＣＦＲＰ板による補強量（貼り付け本数）は、上述した本実施の形態の開口補強方法により、ＣＦＲＰ板とコンクリートとが一体として求めた開口幅を除く有効幅をもつスラブの曲げ降伏モーメントが、無開口のスラブの曲げ降伏モーメントと同等となるように、貼り付け本数を求めた。
また、上述した本実施の形態の開口補強方法により、曲げひび割れが発生する範囲の外側への定着長さ（ｌｄ）が２５〜７５ｃｍとなるように、ＣＦＲＰ板の全長を定めた。
【００３５】
試験は、（財）建材試験センターの１０００ｋＮ構造物試験機を使用し、単純支持中央一点集中での一方向繰返し載荷で行った。荷重は、スラブ幅（１．３ｍ）に均等な線荷重とした。加力サイクルは、事務所、店舗、百貨店の床を想定し、単純支持で積載荷重（２００Ｎ／ｍ２）とその２倍の積載荷重が作用した時のスラブ中央の曲げモーメントと同等となる載荷荷重（Ｐ＝５．５ｋＮ、１１．０ｋＮ）、及びスパン中央の鉄筋の降伏荷重（εｙ＝２０２２×１０−６）で一旦徐荷した後、破壊に至るまで載荷した。
【００３６】
試験の結果、試験体ＳＮでは、スパン中央から両側７００mm（１マス２００ｍｍ）の範囲にひび割れが生じ、試験体ＳＯでは、スパン中央の開口部（両側４００ｍｍ）の範囲にひび割れが集中し、試験体ＳＯａ−ＣＦ２、試験体ＳＯｂ−ＣＦ３では、無開口と同様にひび割れが分散した。
【００３７】
各試験体の荷重と鉛直方向変位（たわみ）との関係を図１１及び図１２に示す。図１２は図１１の部分拡大図である。
この図１１及び図１２から、曲げひび割れが発生するまでの剛性は、開口幅が大きいほど低いが、ひび割れ後の剛性はＣＦＲＰ板で補強した試験体（ＳＯａ−ＣＦ２、ＳＯｂ−ＣＦ３）の方が無開口よりも高くなっており、本実施の形態による開口補強方法が有効な方法であることが分かる。
【００３８】
なお、前記の説明においては、ＲＣスラブの長手方向にＣＦＲＰ板を貼り付ける場合に本発明を適用したが、ＲＣスラブの短手方向にＣＦＲＰ板を貼着する場合には、図３に示す曲げモーメント図をＲＣスラブの短手方向に置き換え、この曲げモーメント図から曲げひび割れ範囲を求めることにより、貼り付けるＣＦＲＰ板の本数、全長を求めればよい。また、ＲＣスラブの長手方向及び短手方向の両方にＣＦＲＰ板を貼り付ける場合には、長手方向の手法及び短手方向の手法で貼り付けるＣＦＲＰ板の本数、全長を求めればよい。
【００３９】
さらに、前記の説明においては、ＲＣスラブの矩形の開口を補強する場合を想定したが、開口が円形状の場合には、円形状の開口が内接する矩形を想定し、想定した矩形の開口に基づいてＣＦＲＰ板の貼り付ける本数、及び全長を求めればよい。
【００４０】
さらに、前記の説明においては、補強部材３にＣＦＲＰ板を用いたが、板状に限らず、シート状、又は断面がＬ形、Ｔ形、Ｉ形状、若しくはコ形の部材を用いてもよく、また、材質については、ＣＦＲＰに限らず、鋼材を用いてもよい。その場合にも同様の作用効果を奏する。
【符号の説明】
【００４１】
１  鉄筋コンクリート製スラブ（ＲＣスラブ）
２  開口
３  補強部材（ＣＦＲＰ板）
【図１】
0005397050.tif 000003
【図２】
0005397050.tif 000004
【図３】
0005397050.tif 000005
【図４】
0005397050.tif 000006
【図５】
0005397050.tif 000007
【図６】
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【図７】
0005397050.tif 000009
【図８】
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【図９】
0005397050.tif 000011
【図１０】
0005397050.tif 000012
【図１１】
0005397050.tif 000013
【図１２】
0005397050.tif 000014