(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
補強材を閉鎖形状に形成したコンクリート構造物の開孔補強材において、
コンクリート構造物の軸方向に配置される軸方向補強材と、
軸方向補強材の交差方向に配置される一対の斜方向補強材とを具備し、
これらの各補強材に連続性を持たせて閉鎖形状を呈する複数の三角枠体からなり、
前記三角枠体の軸方向補強材を重合させ、かつ各斜方向補強材を軸方向にずらして形成したことを特徴とする、
コンクリート構造物の開孔補強材。
【請求項２】
請求項１において、前記三角枠体の軸方向補強材がコンクリート構造物の軸方向と平行であって、各斜方向補強材が交差するように、前記三角枠体の単体を上下逆向きに組み合わせて一体に形成したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材。
【請求項３】
請求項２において、上下の三角枠体が同形でかつ同寸法であることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材。
【請求項４】
請求項２において、上下の三角枠体が同形でかつ異なる寸法の組み合わせであることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材。
【請求項５】
請求項２において、上下の三角枠体が異形でかつ異なる寸法の組み合わせであることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材。
【請求項６】
補強材を閉鎖形状に形成した補強材を開孔部の周囲に配置して補強するコンクリート構造物の開孔部の補強構造において、
前記請求項１〜請求項５の何れかに記載した閉鎖形状の開孔補強材を使用し、
前記開孔補強材を構成する三角枠体の一方の斜方向補強材がコンクリート構造物の破壊線と直交し、他方の斜方向補強材が前記破壊線と平行に位置するように、前記開孔補強材を偏心する開孔部の周囲に配置したことを特徴とする、
コンクリート構造物の開孔部の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＣ構造物又はＳＲＣ構造物又はＰＣ構造物（以下これらを総称して「コンクリート構造物」という）の梁又は壁等に開設される開孔部の周囲を補強する、コンクリート構造物の開孔補強材及び補強構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート構造物にダクトその他の開孔を配置する場合、開孔部に断面欠損を生じて強度的に弱くなることから、金属製の素材で形成した開孔補強材を開孔部の周辺に取り付けて補強している。
この種の開孔補強材は図１４に示すように、素材を閉鎖形状の枠体を同心上に配置したものや、方形枠を交差させて形成したもの、環体と方形枠を組み合わせたもの等が知られている（実開昭６２−１２１３１６号公報、実開平１−１５７８１１号公報，実開平３−６１０２３号公報，特開昭６３−２９７６５７号公報，特開平１−１６５８５４年公報、特開平４−１６６５６号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの開孔補強材はいずれも上下又は左右の対称形を呈していることからも明らかなように、開孔部の周囲を均等に補強する共通した機能を具備している。そのため、開孔位置、即ち開孔補強材の設置位置が例えばコンクリート梁の中心から上下いずれかの方向に偏っている場合は、コンクリート梁の上下部の補強に差を生じる。具体的には開孔位置から梁端部までの距離が狭い領域では過密配筋となりコンクリートの回り込み悪化や過剰設計になり易く、反対に開孔位置から梁端部までの距離が遠い領域ではひび割れや座屈の原因となる強度不足に陥り易い傾向がある。
【０００４】
又、開孔部の上下を１つの円形又は多角形の開孔補強材で補強する構造にあっては、耐力と靭性の両方を同時に満足させることはできず、そのため補強性能は耐力と靭性のうち不利な方で決定されてしまう。
又、これまでの開孔補強材は構成部材点数が多く、加工に手数がかかる難点もある。
【０００５】
【問題点を解決するための手段】
即ち請求項１に係る発明は、補強材を閉鎖形状に形成したコンクリート構造物の開孔補強材において、コンクリート構造物の軸方向に配置される軸方向補強材と、軸方向補強材の交差方向に配置される一対の斜方向補強材とを具備し、これらの各補強材に連続性を持たせて閉鎖形状を呈する複数の三角枠体からなり、前記三角枠体の軸方向補強材を重合させ、かつ各斜方向補強材を軸方向にずらして形成したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記三角枠体の軸方向補強材がコンクリート構造物の軸方向と平行であって、各斜方向補強材が交差するように、前記三角枠体の単体を上下逆向きに組み合わせて一体に形成したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
請求項３に係る発明は、請求項２において、上下の三角枠体が同形でかつ同寸法であることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
請求項４に係る発明は、請求項２において、上下の三角枠体が同形でかつ異なる寸法の組み合わせであることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
請求項５に係る発明は、請求項２において、上下の三角枠体が異形でかつ異なる寸法の組み合わせであることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項６に係る発明は、補強材を閉鎖形状に形成した補強材を開孔部の周囲に配置して補強するコンクリート構造物の開孔部の補強構造において、前記請求項１〜請求項５の何れかに記載した閉鎖形状の開孔補強材を使用し、前記開孔補強材を構成する三角枠体の一方の斜方向補強材がコンクリート構造物の破壊線と直交し、他方の斜方向補強材が前記破壊線と平行に位置するように、前記開孔補強材を偏心する開孔部の周囲に配置したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔部の補強構造である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち請求項１に係る発明は、補強材を閉鎖形状に形成したコンクリート構造物の開孔補強材において、コンクリート構造物の軸方向に配置される軸方向補強材と、軸方向補強材の交差方向に配置される一対の斜方向補強材とを具備し、これらの各補強材に連続性を持たせて閉鎖形状に形成したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項２に係る発明は、補強材を閉鎖形状に形成したコンクリート構造物の開孔補強材において、コンクリート構造物の軸方向に配置される軸方向補強材と、軸方向補強材の交差方向に配置される一対の斜方向補強材とを具備し、これらの各補強材に連続性を持たせて閉鎖形状を呈する複数の三角枠体からなり、前記三角枠体の軸方向補強材を重合させ、かつ各斜方向補強材を軸方向にずらして形成したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２において、前記三角枠体の軸方向補強材がコンクリート構造物の軸方向と平行であって、各斜方向補強材が交差するように、前記三角枠体を上下逆向きに組み合わせたことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項４に係る発明は、補強材を閉鎖形状に形成したコンクリート構造物の開孔補強材において、コンクリート構造物の軸方向に配置される軸方向補強材と、軸方向補強材の交差方向に配置される一対の斜方向補強材とを具備し、これらの各補強材に連続性を持たせて閉鎖形状を呈する２つの三角枠体からなり、三角枠体の頂部にその投影形状の三角枠体が位置するように２つの三角枠体を上下に形成したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項５に係る発明は、前記請求項２〜請求項４のいずれかにおいて、上下の三角枠体が同形でかつ同寸法であることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項６に係る発明は、前記請求項２〜請求項４のいずれかにおいて、上下の三角枠体が同形でかつ異なる寸法の組み合わせであることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項７に係る発明は、前記請求項２〜請求項４のいずれかにおいて、上下の三角枠体が異形でかつ異なる寸法の組み合わせであることを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項８に係る発明は、前記請求項１〜請求項７のいずれかにおいて、一方の斜方向補強材がコンクリート構造物の破壊線と直交し、他方の斜方向補強材が前記破壊線と平行に位置することを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材でる。
更に請求項９に係る発明は、前記請求項１〜請求項８のいずれかにおいて、径又は厚さの異なる開孔補強材を組み合わせたことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔補強材である。
更に請求項１０に係る発明は、補強材を閉鎖形状に形成した補強材を開孔部の周囲に配置して補強するコンクリート構造物の開孔部の補強構造において、
コンクリート構造物の軸方向に配置される軸方向補強材と、軸方向補強材の交差方向に配置される一対の斜方向補強材とにより寸法の異なる閉鎖形状の開孔補強材を使用し、偏心する開孔部の周囲に補強程度に応じた寸法のみ異なる開孔補強材を配置したことを特徴とする、コンクリート構造物の開孔部の補強構造である。
【０００７】
【発明の実施の形態１】
以下図面を参照しながら本発明の実施例１について説明する。
【０００８】
＜イ＞前提とする配置構造（図１、図４）
図１にＨ鋼等の主骨１の周囲に主鉄補強材２を配置し、さらに主鉄補強材２の周囲に帯筋３を配筋したＳＲＣ構造梁の開孔部付近の斜視図を示し、図２はコンクリート打設後における梁４の縦断面図を示す。開孔開設位置となる梁５の中心にはスリーブ４が貫挿されていて、このスリーブ５の片側又は両側に本発明に係る開孔補強材６ａ，６ｂが取り付けられている。
【０００９】
＜ロ＞開孔補強材（図２）
開孔部の周囲を補強する各開孔補強材６ａ，６ｂは、梁５の軸方向（長手方向）に配置される軸方向補強材７と、軸方向補強材７の交差方向に配置される一対の斜方向補強材８，９とを具備し、これらの補強材７〜９の端部に連続性を持たせた閉鎖形状の三角枠体で構成され、例えば表面に凹凸のある異形鉄筋や表面がフラットな鋼棒等の線材で同形、同寸法に製作されている。又、各開孔補強材６ａ，６ｂは一本の線材で形成することに限定されるものではなく、３本の独立した線材の両端部又は両端部近くを接合させて形成したり、或いは鉄板やプラスチック板をプレスまたは切断して製作したり、炭素繊維やプラスチック繊維を束ねて製作したものを使用しても良い。
これまでは開孔部の破壊線は図２の符号１０に示すように開孔部の中心を通る４５°と想定されていたが、現実にはハッチングで示すように開孔部の接線方向で４５°〜６０°の破壊線で囲まれた領域１１，１１で破壊することが、種々の実験により解明できた。
このような破壊の現状に鑑み、斜方向補強材８，９の一方は、梁５の破壊線とほぼ平行で且つ、開孔部の上下部の領域を対角線上に横切るように配置され、又、斜方向補強材８，９の他方は破壊線と直交し、且つコンクリートとの定着長を十分にとって配置されることが肝要である。補強座６ａ，６ｂをこのように形成したのは、後述するように耐座屈性能、耐力性能及び靭性能を向上させるためである。
【００１０】
＜ハ＞開孔補強材の設置形態
開孔補強材６ａ，６ｂの設置形態を説明する前に、開孔補強材６ａ，６ｂの向きについて定義しておくと、各傾斜方向補強材８，９の合流部が開孔部の上方に位置する形態を「上向き」と表現し、その合流部が開孔部の下方に位置する形態を「下向き」と表現する。
図２において、開孔補強材６ａ，６ｂは上下対象に配置されている。
即ち、一方の開孔補強材６ａはその軸方向補強材７を開孔部の下側に位置する上向きに配置され、又、他方の開孔補強材６ｂはその軸方向補強材７を開孔部の上側に位置するした向きに配置される。各開孔補強材６ａ，６ｂは、帯筋３に結束又は溶接等で取り付けられている。尚、開孔補強材６ａ，６ｂの設置形態は予め２つの開孔補強材６ａ，６ｂの交差部を溶接する等して一体化させたものを設置するか、又は各開孔補強材６ａ，６ｂを単体で形成して個別に設置してもよい。
【００１１】
【作用】
次に開孔補強材の補強メカニズムについて説明する。
【００１２】
［前提］
図３に示すように梁５に変形力が作用した場合、ハッチングで示す領域１１，１１にクラックが発生するように応力が集中する。
【００１３】
［耐力について］
しかしながら図３に示すように、梁５内には矢印で示すように斜方向補強材８，８の配置方向に沿って引張力Ｔ1 ，Ｔ2 が発生する。従って、斜方向補強材８，８が引張力Ｔ1 ，Ｔ2 に対抗する。
即ち、開孔補強材６ａ，６ｂのうち、領域１１，１１と直交し、十分な定着力を確保している各斜方向補強材８，８の部位が耐力を向上させる補強部材として機能する。
【００１４】
［座屈について］
開孔補強材６ａ，６ｂのうち、領域１１，１１に沿う各斜方向補強材９，９の部位が座屈防止の抵抗材として機能する。ここでは開孔補強材６ａ，６ｂの補強メカニズムの理解を助けるために、各斜方向補強材８，９を使い分けて説明しているが、各斜方向補強材８，９が耐力向上機能と座屈防止抵抗機能とを夫々併有するものである。
【００１５】
［靭性について］
又、図５に示すように開孔補強材６ａ，６ｂのうち、梁５の軸方向に位置する各軸方向補強材７，７の部位が靭性を向上させる補強部材として機能する。
【００１６】
［補強相乗効果］
開孔補強材６ａ，６ｂは上記した機能に加えて、開孔部の周囲に開孔補強材６ａ，６ｂの一部で六角形の補強枠体が形成され、この補強枠体が力を分散すると共にコンクリートの拘束力が増大するので、既述した補強効果とあいまって相乗的な補強効果が得られる。
【００１７】
【発明の実施の形態２】
前記実施の形態１は、各開孔補強材６ａ，６ｂをひとつの三角枠体で構成する場合について説明した。
【００１８】
図６は上向きと下向きの各開孔補強材６ｃ，６ｄと開孔補強材６ｅ，６ｄを夫々複数の三角枠体で構成する他の実施の形態を示す。
尚、以下に記述する各実施の形態の説明に際し、前記した実施の形態１と同一の部位は同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１９】
本実施の形態の場合、各側に配置される開孔補強材６ｃ，６ｄと開孔補強材６ｅ，６ｄは共に同形、同寸法のもので，各斜方向補強材８，８と９，９及び軸方向補強材７，７が各側で重合し、しかも各側で各斜方向補強材８，８と９，９が重合しないように梁５の軸方向にずれている。換言すれば、三角枠体からなる各開孔補強材６ｃ，６ｄと６ｅ，６ｄの軸方向補強材７，７が梁５の軸方向と平行であって、各斜方向補強材８，９が交差するように、上下を逆向きに組み合わせてある。
【００２０】
本実施の形態にあっては、前記実施の形態１に比べて構造性能（耐力、座屈、靭性能、耐剪断性能等）が倍増する。
又、開孔補強材６ｃ〜６ｆの製作形態としては、▲１▼各開孔補強材６ｃ〜６ｆを夫々単体で形成するか、又は▲２▼上向きの開孔補強材６ｃ、６ｄの単位と、下向きの開孔補強材６ｅ、６ｆの単位で夫々一体に形成するか、又は▲３▼上向きと下向きの開孔補強材６ｃ，６ｅ、開孔補強材６ｄ，６ｆを１単位として一体に形成するか、又は▲４▼すべての開孔補強材６ｃ〜６ｆを一体に形成する４つの製作形態が考えられる。
【００２１】
又、複数の開孔補強材を一体に形成する方法としては、単体の開孔補強材を重合し、その交差箇所を溶接して一体化する方法と、一本の線材を折曲加工して複数の開孔補強材を重合させた形状に形成し、線材の両端を溶接する接合して処理する方法が可能である。
【００２２】
【発明の実施の形態３】
以上は開孔部の形成位置がコンクリート構造物（梁５）の中心である場合について説明した。図７，図８は、開孔部の形成位置がコンクリート構造物（梁５）に対して上下いずれかの方向に偏心している場合に、寸法の異なる開孔補強材を使用して補強する他の実施の形態を示す。
【００２３】
図７は上向きの開孔補強材６ａと下向きの開孔補強材６ｂを夫々１つずつ配置した場合を示す。相対的に形状の小さい下向きの開孔補強材６ｂは開孔部から梁８表面までの躯体厚が薄い梁５の下半に配置され、また相対的に形状の大きい上向きの開孔補強材６ａは開孔部から梁８表面までの躯体厚が厚い梁５の上半に配置されている。
【００２４】
又、図８は図７の上向きと下向きの開孔補強材６ｃ〜６ｆの設置数を夫々複数とした場合を示す。
【００２５】
【発明の実施の形態４】
以上説明した各開孔補強材６ａ，６ｂ又は開孔補強材６ｃ〜６ｆは、上向きと下向きを組み合わせて設置する場合について説明したが、上向きのみ又は下向きのみを設置する場合もある。
【００２６】
【発明の実施の形態５】
図９は２つの三角枠体の頂点を突き合わせた変形開孔補強材６ｇ，６ｈを上下に配置した他の実施の形態を示す。本実施の形態にあっては、既述した実施の形態１の開孔補強材６ａ，６ｂの頂部にその投影形状の三角枠体を一体に形成したもので、各斜方向補強材８，８と９，９が夫々同一線上に形成されていると共に、各軸方向補強材７，７が軸方向と平行に形成されている。
実施の形態１と異なる点は、斜方向補強材８，９の全長を長く確保できる点と、軸方向補強材７がコンクリート構造物（梁５）の表面近くに配置できるので、靭性能がより向上する点である。
【００２７】
【発明の実施の形態６】
図１０は前記実施の形態５の変形開孔補強材６ｇ，６ｈの一方のみを配置して補強する他の実施の形態を示す。
本形態にあっては、開孔部が偏心している場合に対応できる。
【００２８】
【発明の実施の形態７】
図１１から図１３は異形で異寸法の開孔補強材を複数組み合わせた他の実施の形態を示す。
図１１は各補強材の長さと角度を異にする２つの三角形状（二等辺三角形と正三角形）の開孔補強材６ａ，６ｂを逆向きに組み合わせて設置した例を示し、図１２は上向きと下向きの開孔補強材６ｃ〜６ｆを夫々片側に複数設置した例を示し、図１３は変形開孔補強材６ｇと三角形状の開孔補強材６ｂを組み合わせて設置した例を示す。
又、複数の開孔補強材を複数組み合わせる場合、異形で同寸法（同輪郭長）の組み合わせも可能である。
本形態にあっては、開孔部が小下いずれかに偏心している場合により有効である。
【００２９】
【発明の実施の形態８】
以上の各実施の形態１〜６で説明した開孔補強材６ａ〜６ｈは、公知の開孔補強材（例えば図１４に示す開孔補強材）と重合するように組み合わせて使用しても良い。
本発明の各開孔補強材６ａ〜６ｈは靭性能が優れているため、従来の開孔補強材の靭性向上に役立つ。
【００３０】
【発明の実施の形態９】
以上は各開孔補強材６ａ〜６ｈを均一径（均一厚）の素材を用いて生産する場合について説明したが、各開孔補強材６ａ〜６ｈは夫々各方向の補強材を構成する素材の径（厚さ）が異なる組み合わせであってもよいことは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞  開孔補強材が、コンクリート構造物の軸方向（長手方向）に配置される軸方向補強材と、軸方向補強材の交差方向に配置される一対の斜方向補強材とを具備し、これらの補強材に連続を持たせた閉鎖形状に形成したことで、これまで達成困難であった耐力と靭性能の両性能を同時に向上させることができる。
特に開孔補強材の形状が簡易であるため、力学的な抵抗機構が簡単であり、そのうえ補強効果に対する信頼性が高くなる。
＜ロ＞  これまでは開孔部の周囲を均等に補強することが開孔補強材に要求される基本的な機能とされてきた。開孔部が偏心している場合も同様に施工されてきた。  これに対して本発明では寸法の異なる開孔補強材を使い分けることで、偏心する開孔部の上下の補強程度に応じた適切な補強が可能となり、経済的でかつ効率的な補強を実現できる。
＜ハ＞  開孔補強材を構成する一方の斜方向補強材が、破壊線と直交し、しかもコンクリートとの付着長を十分に確保できるので、高い耐力性能が得られる。
＜ニ＞  開孔補強材を構成する他方の斜方向補強材が、破壊線と平行に位置し、且つ開孔部の上下部を対角線上に横切るので、この領域の座屈を効果的に防止する。更に開孔部の上下に軸方向に配置され、コンクリートとの付着長を十分に確保した軸方向補強材も靭性能を向上させるために機能する。したがって、大変形時の靭性能及び開孔部の剪断破壊後の靭性能が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る開孔補強材を配置したＳＲＣ構造梁の開孔部付近の斜視図
【図２】  コンクリート打設後における梁の縦断面図
【図３】  開孔補強材を構成する一方の斜方向補強材の機能説明のモデル図
【図４】  開孔補強材を構成する他方の斜方向補強材の機能説明のモデル図
【図５】  開孔補強材を構成する軸方向補強材の機能説明のモデル図
【図６】  他の実施の形態に係る開孔補強材を配置した梁の縦断面図
【図７】  偏心した開孔部を補強する他の実施の形態に係る開孔補強材を配置した梁の縦断面図
【図８】  偏心した開孔部を補強する他の実施の形態に係る開孔補強材を配置した梁の縦断面図
【図９】  他の実施の形態に係る開孔補強材を配置した梁の縦断面図
【図１０】  他の実施の形態に係る開孔補強材を配置した梁の縦断面図
【図１１】  異形で異寸法の開孔補強材を複数組み合わせた他の実施の形態に係る梁の縦断面図
【図１２】  異形で異寸法の開孔補強材を複数組み合わせた他の実施の形態に係る梁の縦断面図
【図１３】  異形で異寸法の開孔補強材を複数組み合わせた他の実施の形態に係る梁の縦断面図
【図１４】  本発明が前提とする従来の開孔補強材に係る平面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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