(57)【要約】      （修正有）【課題】母材の表面状態（凹凸がある場合、扁平な場合等）、母材の種類（鉄筋コンクリート、木等の構造材料、ブロック、レンガ等の非構造材料等）等に対応可能であり、迅速かつ安価に補強効果の向上を図ることができる、構造物の補強方法、補強構造および補強材の提供。【解決手段】部材１において、補強材５は、母材３に対して定着されている。すなわち、補強材５及び母材３は、互いに拘束されるように設置されている。この拘束の機構は、大別して２種類ある。第１の機構は、接着拘束であり、第２の機構は、形状的拘束である。接着拘束は、接着剤１１により補強材５を母材３に接着することにより実現される。この場合、ギャップ発生により接着が離れた区間（以下、自由区間と呼ぶ）が生じた後も、周辺に接着された部分が存在する限り、接着拘束は、存続し得る。該補強材は、ヤング率と厚さの積を用いてその設計寸法が決定される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物における部材に補強材を設置して、該部材を補強する構造物の補強方法であって、該補強材は、ヤング率と厚さの積を用いてその設計寸法が決定されることを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項２】
前記厚さが、０．２ｍｍから２０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項３】
前記ヤング率が前記部材の２分の１から２０分の１であることを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項４】
前記ヤング率が５００〜５００００Mpaであることを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項５】
ゴム系又は樹脂系材料で形成された補強材を用いたことを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項６】
前記設計寸法を該補強材の設計限界状態のヤング率を用いて決定することを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項７】
前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項８】
前記部材の面取りをおこなわずに前記補強材を設置することを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項９】
前記部材表面のフリク調整をおこなわずに、補強材を設置することを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項１０】
前記部材に孔を空けずに前記補強材を設置することを特徴とする請求項１に記載の補強方法。
【請求項１１】
前記部材は、以下の少なくとも１つを含む請求項１〜１０のいずれかに記載の補強方法。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）  樹脂
１１）  金属
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかの構造物の補強方法により補強された構造物。
【請求項１３】
構造物における部材に補強材を設置して、該部材を補強する構造物の補強構造であって、該補強材は、ヤング率と厚さの積を用いてその設計寸法が決定されることを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項１４】
前記厚さが、０．２ｍｍから２０ｍｍであることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項１５】
前記ヤング率が前記部材のヤング率の２分の１から２０分の１であることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項１６】
前記ヤング率が５００〜５００００Mpaであることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項１７】
ゴム系又は樹脂系材料で形成された補強材を用いたことを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項１８】
前記設計寸法が該補強材の設計限界状態のヤング率を用いて決定されていることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項１９】
前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項２０】
前記部材の面取りをおこなわずに前記補強材が設置されていることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項２１】
前記部材表面のフリク調整をおこなわずに、補強材が設置されていることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項２２】
前記部材に孔を空けずに前記補強材が設置されていることを特徴とする請求項１３に記載の補強構造。
【請求項２３】
前記設置が、接着剤による接着で行われた請求項１３に記載の補強構造。
【請求項２４】
前記接着剤の層の厚さが、前記補強材の厚さの５〜９０％である請求項２３に記載の補強構造。
【請求項２５】
前記接着が、前記部材上に接着剤層を介して補強材を設置した後、押圧力または殴打力を与えることによって行われたものであり、その際に接着剤が補強材内に一部侵入するが、その後の補強材の空隙率が１．４以上である請求項２３に記載の補強構造。
【請求項２６】
前記接着強度が、接着剤が施される部材の表面の剥離せん断破壊強度の１０％〜８０％である請求項２３に記載の補強構造。
【請求項２７】
前記部材は、以下の少なくとも１つを含む請求項１３〜２６のいずれかに記載の補強構造。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）  樹脂
１１）  金属
【請求項２８】
請求項１３〜２７のいずれかの構造物の補強構造により補強された構造物。
【請求項２９】
構造物における部材に設置され、該部材を補強する補強材であって、ヤング率と厚さの積を用いてその設計寸法が決定されることを特徴とする補強材。
【請求項３０】
前記厚さが、０．２ｍｍから２０ｍｍであることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３１】
前記補ヤング率が５００〜５００００Mpaであることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３２】
織成体であることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３３】
ヒートセットされていることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３４】
樹脂が含浸されていることを特徴とする請求項２９〜３３のいずれかに記載の補強材。
【請求項３５】
ゴム系又は樹脂系材料で形成されていることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３６】
前記設計寸法が設計限界状態のヤング率を用いて決定されることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３７】
前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３８】
前記部材の面取りをおこなわずに該部材に設置されることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項３９】
前記部材表面のフリク調整をおこなわずに該部材に設置されることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項４０】
前記部材に孔を空けずに該部材に設置されることを特徴とする請求項２９に記載の補強材。
【請求項４１】
前記部材は、以下の少なくとも１つを含む請求項２９〜４０のいずれかに記載の補強材。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）  樹脂
１１）  金属
【請求項４２】
請求項２９〜４１のいずれかの補強材により補強された構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の補強方法、補強構造および補強材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、補強対象の部材の表面付近もしくは内部に補強材を設置することを特徴とする構造物の補強構造、補強材、補強方法に関しては、（１）鉄筋をコンクリートの母材に埋め込む所謂鉄筋コンクリート、（２）ボルト、釘等を母材に打ち込むもの、（３）高強度の鋼棒等をコンクリート部材内部に設置し、当該鋼棒等に張力を導入するもの、（４）鉄板を巻きつけるいわゆる鉄板巻き法、（５）炭素繊維、アラミド繊維等にエポキシ等の樹脂を含浸させた所謂連続繊維補強材を用いるもの等がある。
【０００３】
隣接する部材の外周面に補強材を設置することを特徴とする構造物の補強構造、補強材、補強方法に関しては、（６）孔やスリットを空けてこの空隙に通すもの、（７）連続繊維補強材の繊維を一旦束ねて空隙に通した後にまた広げるもの等がある。
壁等の扁平な部材の表面に補強材を設置することを特徴とする構造物の補強構造、補強材、補強方法に関しては、（８）金属のプレートに孔を空けたものと部材を貫通する金属等の棒で補強材を拘束するもの、（９）部材端部の連続繊維補強材の繊維を束ねて、当該部材端部もしくは隣接する部材にアンカーするもの等がある。
補強材を筒状に形成し、内部に充填材を充填する構造物の補強構造、補強材、補強方法に関しては、（１０）鉄製の補強材を用いて内部にコンクリートを充填し、柱として用いるもの等がある。
【０００４】
部材の外周部に複数の補強材を多重に設置する構造物の補強構造、補強材、補強方法に関しては、（１１）連続繊維補強材を縦、横方向にそれぞれ重ねて設置するもの等がある。
帯状の補強材を部材の外周部に設置する構造物の補強構造、補強材、補強方法に関しては、（１２）帯状（テープ状）の鉄板、連続繊維補強材を部材を周回するように設置するもの、（１３）エポキシ樹脂を母材のひび割れに沿って帯状に注入するもの、（１４）帯状の鉄板を部材表面にエポキシ接着剤もしくはアンカーボルト等で設置するもの等がある。
部材の接合部の外周面に補強材を設置する構造物の補強構造、補強材、補強方法に関しては、（１５）鋼製ジャケットを用いるもの、連続繊維補強材を貼り付けるもの等がある。
【０００５】
樹脂を含浸させた補強材料構造物の補強構造、補強材、補強方法としては、（１６）炭素繊維、アラミド繊維等にエポキシ樹脂を含浸させたいわゆる連続繊維補強材がある。
上記（４）〜（１４）は、母材の表面と補強材の間に、ずれ、剥離等を生じさせずに、直接せん断応力を伝達する補強方法、補強構造に関するものである。例えば、鉄筋コンクリート製部材のせん断補強効果は、せん断補強鉄筋と同様のメカニズムであるとされており、設計式は、せん断補強筋の式に補強量、補強材の物性と補強効果を表す係数を代入するものである。また、（３）と（１５）でも、補強材と母材の間に樹脂等をグラウトし、直接せん断応力を伝達するものが多い。なお、母材とは、被補強物である部材を構成する材料であり、補強材を設置する対象物である。
従って、補強効果が発揮されるには、母材が健全であり、補強材と母材がずれ、剥離等を生じないで接着されていることが前提条件であり、この前提条件を担保する設計および施工管理が必要とされている。
【０００６】
上記（１）〜（４）、（６）、（８）、（１０）、（１２）、（１４）、（１５）で用いられる鉄筋、鋼棒等ならびに鉄板等は、補強材自体に曲げ剛性およびせん断剛性があり、母材が局所的に大きな歪を生じようとした場合には、これに追随できず、母材を局所的に破壊するか、補強材が局部座屈や亀裂を生じ、補強効果が失われる課題があった。
（１２）ならびに（１６）で、樹脂を含浸させた連続繊維用いた場合は、補強材自体にも曲げ剛性およびせん断剛性がある上に、さらに樹脂を含浸させた効果で補強材に曲げ剛性およびせん断剛性が付加されるので、上記と同様の課題がある。さらに、上記の材料は、設計上、引っ張り剛性のみを有しているとの仮定に基づいて計算式を構成しているが、実際には、自身の曲げ剛性ならびにせん断剛性の影響で、屈曲、局部座屈等で補強効果を失うことが課題であった。
【０００７】
また、上記（５）、（７）、（９）、（１１）、（１６）で用いている炭素繊維、アラミド繊維等の材料は、破断歪が２％〜数％であり、母材の角、不陸等で破損し易い。従って、施工上の配慮が必要となるだけでなく、外力の作用によって母材に亀裂等が発生した場合、補強材が局部的に破断し、補強効果が大幅に低下する若しくは消滅するという問題点があった。
上記（１）〜（１５）における補強方法、補強構造に関しては、部材が接していたり、扁平であったり、部材表面に凹凸がある場合、部材に孔等を空けて補強材を貫通させて補強した為、工費、工期がかかり、また、端部定着や貫通させる補強材について特殊な加工や器具が必要である。
上記の内、補強材をアンカーするために用いる板、棒等や、連続繊維を束ねた材料等（以降、アンカー材と呼ぶ）は、一般部の補強材と異なる構造と剛性を有する材料であり、補強材とアンカー材ならびにアンカー材と母材の間での応力伝達の限界値が補強効果の限界値となる課題があった。
【０００８】
また、母材がアンカー材の定着部に生ずる応力を負担できることが条件になるので、母材が劣化して強度が低下しているか、将来の劣化が予測される場合等には適用できないという課題があった。
さらに、鋼棒に張力を導入する方法、構造は、コンクリート等クリープの顕著な材料に用いた場合には、クリープにより補強材の張力が低下し、経年的に効果が失われること、アンカー部が地震等の突発的な外力で破壊した場合には、張力が急激に解放され補強材が外部に飛び出し周辺に被害を与える虞があることが課題であった。
従って、上記（１）〜（１６）に関しては、補強材設置の工期が長くなり、専門工が必要となり、施工費用が高額である。さらに、適用できる母材が鉄筋コンクリート等のように表面を平滑に仕上げることができ、補強材と母材を密着させ、せん断力を局所的に伝達させる構造を形成可能なものに限られているという問題点があった。
（１６）の炭素繊維等にエポキシ樹脂を含浸させたいわゆる連続繊維補強材強材は、繊維材に樹脂を含浸させた状態で強度、ヤング率等の補強設計上重要な材料定数を定義している。このような補強材の構造物への定着は、例えば日本国特開平８−２６０７１５号公報に記載されているように、次のように行われる。
【特許文献１】特開平８−２６０７１５号
【０００９】
（１）構造物の表面の汚れや亀裂等の破損部を予め修復しての清浄化
（２）プライマーの塗布
（３）該表面へのエポキシ樹脂等の強力な接着剤の均一な塗布
（４）補強材を引っ張りながら緩まぬようにかつ該表面を覆うようにしての巻き付け
（５）補強材の表面に再度該接着剤を塗布して含浸
（６）所定日数の養生後、補強材の紫外線等からの保護のため適当な塗料等を塗布
以上のようにして補強材の定着が行われるが、上記したように工程が多いことや、第１回目の接着剤の塗布後が、接着剤の硬化反応が完全に終了するまで、２回目の接着剤の塗布を行えない（硬化反応の際に生ずる気泡が補強材内部にとどまり、補強材の強度等が劣化する）等が相まって、完成するまでに多大な日数が必要であった。
【００１０】
また、含浸工程は現場で実施されるので、厳格な施工管理が必要な上に、外力の作用で樹脂と連続繊維の間に剥離を生じたり、樹脂が硬化不良であったり、環境条件等で劣化した場合には、補強材として設計性能が大幅に低下する課題があった。
さらに、部材の形状が、壁付き柱のように起伏や凹凸のある場合、窓枠等が設置されている柱のように、補強する部材が他の部材や非構造部材と接合されているか、極めて近接している場合には、十分な補強効果が得られない。また、部材と補強材、補強材と外界の作用によって補強材が劣化する可能性のある場合がある。さらに、小さい範囲の変形から大きな変形まで、補強効果を必要とする場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、母材の表面状態（凹凸がある場合、扁平な場合等）、母材の種類（鉄筋コンクリート、木等の構造材料、ブロック、レンガ等の非構造材料等）等に対応可能であり、迅速かつ安価に補強効果の向上を図ることができる、構造物の補強方法、補強構造および補強材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】
【００１２】
上記の目的は、下記（１）〜（４２）の構成を有する本発明による構造物の補強方法、構造物の補強構造および補強材により達成される。
（１）構造物における部材に補強材を設置して、該部材を補強する構造物の補強方法であって、該補強材は、ヤング率と厚さの積を用いてその設計寸法が決定されることを特徴とする構造物の補強方法。
（２）前記厚さが、０．２ｍｍから２０ｍｍであることを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（３）前記ヤング率が前記部材の２分の１から２０分の１であることを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（４）前記ヤング率が５００〜５００００Mpaであることを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（５）ゴム系又は樹脂系材料で形成された補強材を用いたことを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（６）前記設計寸法を該補強材の設計限界状態のヤング率を用いて決定することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（７）前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（８）前記部材の面取りをおこなわずに前記補強材を設置することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（９）前記部材表面のフリク調整をおこなわずに、補強材を設置することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（１０）前記部材に孔を空けずに前記補強材を設置することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（１１）前記部材は、以下の少なくとも１つを含む上記（１）〜（１０）のいずれかに記載の補強方法。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）  樹脂
１１）  金属
（１２）上記（１）〜（１１）のいずれかの構造物の補強方法により補強された構造物。
（１３）構造物における部材に補強材を設置して、該部材を補強する構造物の補強構造であって、該補強材は、ヤング率と厚さの積を用いてその設計寸法が決定されることを特徴とする構造物の補強構造。
（１4）前記厚さが、０．２ｍｍから２０ｍｍであることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（１５）前記ヤング率が前記部材のヤング率の２分の１から２０分の１であることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（１６）前記ヤング率が５００〜５００００Mpaであることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（１７）ゴム系又は樹脂系材料で形成された補強材を用いたことを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（１８）前記設計寸法が該補強材の設計限界状態のヤング率を用いて決定されていることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（１９）前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（２０）前記部材の面取りをおこなわずに前記補強材が設置されていることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（２１）前記部材表面のフリク調整をおこなわずに、補強材が設置されていることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（２２）前記部材に孔を空けずに前記補強材が設置されていることを特徴とする上記（１３）に記載の補強構造。
（２３）前記設置が、接着剤による接着で行われた上記（１３）に記載の補強構造。
（２４）前記接着剤の層の厚さが、前記補強材の厚さの５〜９０％である上記（２３）に記載の補強構造。
（２５）前記接着が、前記部材上に接着剤層を介して補強材を設置した後、押圧力または殴打力を与えることによって行われたものであり、その際に接着剤が補強材内に一部侵入するが、その後の補強材の空隙率が１．４以上である上記（２３）に記載の補強構造。
（２６）前記接着強度が、接着剤が施される部材の表面の剥離せん断破壊強度の１０％〜８０％である上記（２３）に記載の補強構造。
（２７）前記部材は、以下の少なくとも１つを含む上記（１３）〜（２６）のいずれかに記載の補強構造。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）  樹脂
１１）  金属
（２８）上記（１３）〜（２７）のいずれかの構造物の補強構造により補強された構造物。
（２９）構造物における部材に設置され、該部材を補強する補強材であって、ヤング率と厚さの積を用いてその設計寸法が決定されることを特徴とする補強材。
（３０）前記厚さが、０．２ｍｍから２０ｍｍであることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３１）前記補ヤング率が５００〜５００００Mpaであることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３２）織成体であることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３３）ヒートセットされていることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３４）樹脂が含浸されていることを特徴とする上記（２９）〜（３３）のいずれかに記載の補強材。
（３５）ゴム系又は樹脂系材料で形成されていることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３６）前記設計寸法が設計限界状態のヤング率を用いて決定されることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３７）前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３８）前記部材の面取りをおこなわずに該部材に設置されることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（３９）前記部材表面のフリク調整をおこなわずに該部材に設置されることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（４０）前記部材に孔を空けずに該部材に設置されることを特徴とする上記（２９）に記載の補強材。
（４１）前記部材は、以下の少なくとも１つを含む上記（２９）〜（４０）のいずれかに記載の補強材。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）  樹脂
１１）  金属
（４２）上記（２９）〜（４１）のいずれかの補強材により補強された構造物。
【００１３】
本発明の実施の態様による補強材は、織成により高延性及び高屈曲性が付与された織成体であり、構造物の部材の表面もしくは内部に設置され、前記部材を補強するものであって、前記織成体は、そのヤング率が前記部材のヤング率以下であり、かつその引っ張り破断歪みが１０％以上であることを特徴とするものである。
【００１４】
前記織成体のヤング率は、前記部材のヤング率の２分の１から２０分の１、特に５分の１から１０分の１であることが好ましい。前記織成体のヤング率は、５００〜５００００Ｍｐａ、特に１０００〜１００００Ｍｐａであることが好ましい。
前記織成体の厚みは、０．２〜２０ｍｍ、特に０．５〜１５ｍｍ、更には１〜１０ｍｍであることが好ましい。
前記織成体を構成する糸の材料は、ポリエステル（繊維）であることが好ましい。
前記織成体は、その曲げ変形角が９０度以上であり、せん断変形角が２度以上であることが好ましい。
前記織成体は、ヒートセットにより限界状態でのヤング率が破断寸前のヤング率よりも大きくされていることが好ましい。ヒートセット処理は、加熱し張力を加えた後、張力を加えたまま冷却したりする処理であり、これにより、補強材の初期剛性、ヤング率等を高めることができる。同様に、樹脂等を含浸させる処理である樹脂含浸処理を行ってもよい。
本補強材は、前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることが好ましい。
【００１５】
本発明の他の実施の態様による補強材は、高延性及び高屈曲性を持つゴム系又は樹脂系の弾性材料で形成されたテープ体またはシート体であり、構造物の部材の表面もしくは内部に設置され、前記部材を補強するものであって、前記テープ体またはシート体は、そのヤング率が前記部材のヤング率以下であり、かつその引っ張り破断歪みが１０％以上であることを特徴とするものである。前記テープ体またはシート体のヤング率は、前記部材のヤング率の２分の１から２０分の１、特に５分の１から１０分の１であることが好ましい。前記テープ体またはシート体のヤング率は、５００〜５００００Ｍｐａ、特に１０００〜１００００Ｍｐａであることが好ましい。
前記テープ体またはシート体の厚みは、０．２〜２０ｍｍ、特に０．５〜１５ｍｍ、更には１〜１０ｍｍであることが好ましい。
前記テープ体またはシート体は、その曲げ変形角が９０度以上であり、せん断変形角が２度以上であることが好ましい。
【００１６】
また、補強材は、前述の要件を満たすものであれば、現場での部材への吹き付け、塗布等により形成される樹脂、ゴム系の材料、繊維補強モルタル等でよい。この場合、材料費は、ポリエステル織物等より高価になるが、補強効果と価格の比が従来の補強構造、方法、材料より有利になる場合が多い。これらの材料の応力歪関係から設計終局状態等の限界状態でのヤング率ならびに破断歪、破断応力等を求め、後述する計算方法によって所要の補強量（補強材の厚さ等）ならびに部材の性能を決定することができる。
本発明の実施の態様による構造物の補強構造は、前記補強材を、構造物の部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材の表面もしくは内部、もしくは部材の境界部の表面または内部に定着することにより、該部材を補強することを特徴とするものである。
これらの補強構造においては、前記部材に将来的に生ずるであろうギャップの幅、長さを予め求め、この求めたギャップが拘束有効範囲に入るようにして、前記補強材を前記部材に定着することが好ましい。
【００１７】
前記母材としては、以下の少なくとも１つを含むものが挙げられる。
（１）コンクリート、
（２）鉄骨、
（３）レンガ、
（４）ブロック、
（５）石膏ボード、
（６）木、
（７）岩石、
（８）土、
（９）砂、
（１０）樹脂
（１１）金属
前記定着は、例えば接着剤により行われる。前記補強材または部材に施される接着剤の層の厚みは、補強材の厚みの５〜９０％、特に２０〜４０％であることが好ましい。
前記定着が、前記部材上に接着剤層を介して補強材を設置した後、押圧力または殴打力を与えることによって行われたものであり、その際に接着剤が補強材内に一部侵入するが、その後の補強材部分の空隙率が、織成体の場合、１．１以上であることが好ましく、テープ体またはシート体の場合、１．４以上であることが好ましい。
定着強度は、部材及び補強材の剥離せん断破壊強度より小さいことが望ましい。これにより、定着の剥離が生じる前に部材及び補強材が破断して補強材による補強効果が消滅することを防止することができる。具体的には、接着強度は、接着剤が施される部材の表面の剥離せん断破壊強度の１０〜８０％であることが好ましい。
前記接着剤は、一液性無溶剤接着剤であることが好ましい。
補強材の部材への定着は、部材の面取り、フリク調整無しに行うことができる。
【００１８】
前記補強構造では、部材にギャップが生じた後も、当該ギャップ近傍の補強材は、ギャップ近傍の部材表面を覆う包絡面を形成して保持し、ギャップを跨いで部材に作用する応力の伝達媒介部（応力を伝達するブリッジ）となる。また、この伝達媒介部となる包絡面は、ギャップ近傍における補強材の伸長、ギャップ近傍における定着の剥離等により、形成される。
すなわち、伝達媒介部となる包絡面は、ギャップの発生により定着が解除された自由区間における補強材の弾性的伸張等により形成される。
母材は、被補強材である部材を構成する材料であり、補強材が定着される対象物である。母材の形状、材質等は、部材の所要性能、機能等に応じて選定される。母材の材料は、通常の構造部材、通常の非構造部材、充填材料等、形状、種類を問わない。母材は、例えば、コンクリート、鉄骨、レンガ、ブロック、石膏ボード、プレキャストコンクリート、木、岩石、砂、土、金属、樹脂等の粒状体である。母材は、複数の種類の材料から構成されていてもよく、補強対象の材料と補強材との間に樹脂等を充填し、これらの補強対象の材料及び充填材料を母材としてもよい。
【００１９】
ギャップは、部材に生じた亀裂、ひび割れ等であり、クラックとも呼ばれる。部材がギャップを伴って変形するときに、ギャップ近傍の補強材と部材の間にずれを生ずることによって、補強材は、破壊されることなく部材のギャップ周辺に包絡面を形成し、これがブリッジとなって、ギャップを跨いで、部材の応力を伝達する。つまり、ギャップを生じていない部材と補強材の境界面、すなわち定着部でせん断力が伝達される。尚、包絡面は、ギャップ周辺における補強材の伸長、定着の解除（剥離等）、周辺での定着等により、形成される。
補強材の部材表面への定着は、接着剤を部材と補強材の境界面の一部もしくは全部に塗布する方法、補強材同士を接着もしくは機械的な方法で閉合し、部材の一部を閉合した補強材の内部に包むようにし、部材の変形によって補強材に張力を発生し、部材と補強材との間で摩擦力、支圧力等を発生させる方法等によって行う。
【００２０】
部材と補強材の境界に塗布する接着剤は、部材に補強材を定着するのに必要十分な接着強度を部材の供用期間中に渡り、部材の環境条件の中で発揮しつづけることが必要である。この場合の所要の接着強度は、部材もしくは補強材が破断する程に強い必要はないので、一液性の接着剤を用いることができる。また、接着剤は、補強材に予め塗布され、保存されるようにしてもよい。この場合、迅速に補強材を設置することができる。
定着区間は、補強材が定着している区間を示す。自由区間は、補強材の定着が解除（剥離等）している区間を示す。後述する設計法では、定着区間と自由区間の大きさの比を拘束率という数値で表している。
定着強度、定着範囲は、部材にギャップを伴う局所的な破壊が生じた場合、補強材と部材の有限な領域（自由区間）でずれを生じて、補強材を破損することなく部材の応力をギャップを跨いで補強材を介して伝達することを可能にする強度ならびに範囲である。但し、定着強度とは、定着部で部材と補強材の間に作用する接着強度、最大摩擦力等を指す。
部材にギャップが生じた以降の部材の荷重と変形の関係は、部材の諸元、部材の境界条件、ギャップの位置と大きさならびに、補強材のヤング率、厚さ等と当該ギャップに伴って生じた自由区間の大きさの関数となる。従って、補強材の所要強度、所要ヤング率、所要量（所要設置範囲、所要厚さ等）及び所要定着強度等は、部材に生じるギャップの大きさ（ギャップ幅等）の限界状態での値（許容値）、補強材の伸張が無視できる区間（定着区間）の大きさ、補強材が伸張する区間（自由区間）の大きさ等に基づいて算出することが可能である。
【００２１】
補強材の所要量等の算出に用いるヤング率は、ギャップの大きさが許容値に達する限界状態において、当該補強材に生ずる歪に対応する値（限界状態値）である。従って、補強材の弾性的性質としては、前記限界状態でのヤング率が、破断寸前の歪等、他の歪に対応するヤング率よりも大きい方が、補強量が少なくて済むという利点がある。
補強材の設置範囲は、必ずしも部材表面全部である必要はなく、部材の表面の一部であってもよい。この場合、補強材は、部材の周方向の包絡面、すなわち、滑らかに外から接する面の一部を形成するように設置される。
尚、補強材の設置範囲は、部材の所要性能、形状、補強材の定着方法によって決定される。例えば、複数の部材が隣接している場合には、隣接部分も含めて包絡面を作るように設置してもよいし、隣接部に孔、スリット等を設けてこれを貫通するように設置してもよい。また、壁等のように扁平な部材では、片面に設置してもよいし、両面に設置して、部材を貫通する孔等を空け、補強材がこれを貫通して閉合するように設置してもよい。
上記補強構造を有する部材は、既存の構造物の部材に補強材を設置したものであってもよいし、新設の構造物の部材としても利用可能である。この場合、部材の寸法と重量を従来の方法に比べて減ずる結果、地震荷重がこれに応じて減少し、構造物の建設費用を格段に安価とし、居室空間等の利用可能空間を格段に拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る補強材が設置された構造物の部材の斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、補強材が設置された部材の斜視図であり、形状的拘束を説明するものである。
【００２３】
図１、図２、図３に示したように、部材１は、母材３、補強材５等から構成される。補強材５は、母材３の表面の一部を包絡する形態で設置されたり（図１参照）、母材３の所定の部分（周囲等）を閉合する形態で（図３参照）設置されたりする。
母材３は、主として、被補強材である部材１を構成する材料であり、補強材５が定着される対象物である。母材３の形状、材質等は、部材１の所要性能、機能等に応じて選定される。母材３は、鉄筋コンクリート等の構造材料、ブロック、レンガ等の非構造材料、砂、粒状の樹脂等の充填材料等である。
補強材５は、母材３の表面において、母材３に生じた亀裂、ひび割れ等の破壊面（以下、ギャップと呼ぶ）を跨いで母材３の応力を負担する機能を有する。
第１の実施の形態による補強材５は、前記の機能を発揮する為に、伸展性（高延性及び高屈曲性）と強度ならびに弾性を兼ね備えた織成体で構成され、構造物の母材の表面もしくは内部に設置され、前記母材を補強するものであって、前記織成体は、そのヤング率が前記部材（母材）のヤング率以下であり、かつその引っ張り破断歪みが１０％以上であることを特徴とするものである。なお、母材のヤング率とは、部材が複数の主要な母材（材料）で形成されている場合、その内一番小さいヤング率の材料のそれをいう。
上記したように、本補強材は、高延性及び高屈曲性、すなわち、伸展性を有する。高延性とは、破断歪が大きいことを示す。また、高屈曲性とは、容易に大きな曲げ変形及びせん断変形を生じ（高柔性）、かつ、破壊しないことを示す。
【００２４】
補強材は、高延性等を有することにより、母材が変形し、ギャップ、凹凸等が生じても、破断することなく当該母材を拘束することができるので、補強効果を持続することができる。
また、補強材は、高屈曲性等を有することにより、鋭角等へ容易に屈曲可能である。従って、補強材を凹凸のある部材の外周面に沿って設置することができ、荷重による変形後に、母材の曲率に応じて、また、母材の隅角等に沿って、定着部を形成することができる。
さらに、補強材は、母材の周長の変化に応じて張力を発生して形状的拘束効果を発揮するため、および繰り返し交番荷重等に対応するために、弾性を有していることが必要である。
尚、補強材の剛性は、破断寸前よりも歪発生初期の方が大きいことが望ましい。
【００２５】
本発明において、補強材５を構成する織成体のヤング率を部材１のヤング率以下とした理由は、部材１が、母材３に作用した荷重によって、変形もしくは亀裂を生じた場合、補強材がこれに追随して変形しようとする時に、補強材と母材３の界面に作用する応力の大きさを小さくし、界面で剥離を生ずる限界変形を大きくする為である。また上記引っ張り破断歪みを１０％以上とした理由は、構築物の地震等の突発荷重に対する設計において、通常２〜４％程度の変形が部材に生じることが設計限界とされており、これに局所的な歪の集中係数として５を考慮し、破断歪が１０％以上であれば、当該設計限界で補強材が破断することがないと考えることができるからである。実験結果からも、アラミド繊維等の破断歪が数パーセントの補強材を部材表面に接着した場合には、部材の荷重試験で、補強材の破断が観察されるのに対し、１０％以上の破断歪を持ったＳＲＦ補強材で補強した場合には、補強材の破断が観察されない。
【００２６】
これに対し、上記特開平８−２６０７１５号に開示された補強材においては、用いた芳香族ポリアミド繊維のヤング率や破断歪みがそのまま適用されるので、ヤング率が８００００〜１２００００Ｍｐａで、引っ張り破断歪が２．５〜４．５％である。また、実際の補強材として作用する場合には、芳香族ポリアミド繊維強化エポキシ樹脂となるので、曲げ、せん断剛性が繊維単体よりも高まり、母材の変形に追随できず広範囲に渡って一気に剥離する不都合がある。ちなみに、コンクリートのヤング率は、２００００Ｍｐａ程度であり、木材では、樫などの堅いもので１００００Ｍｐａ程度である。
【００２７】
前記織成体のヤング率は、前記母材のヤング率の２分の１から２０分の１、特に５分の１から１０分の１であることが好ましい。ヤング率が、上記の範囲以下であると（すなわち、値が小さすぎると）、所用補強量を得るのに、厚さが厚くなり、不経済であり、また、後に説明するように剥離限界伸び（δ１  図４３、図４４）が大きくなり、補強効果の発現が遅れ、部材の損傷が大きくなる。
ちなみに、補強材５の具体的なヤング率の値は、５００〜５００００Ｍｐａ、特に１０００〜１００００Ｍｐａ程度であることが好ましい。
上記の織成体の引っ張り破断歪みは、部材の引っ張り破断歪みの３〜５倍であることが好ましい。応力集中係数を３〜５とすれば、部材の局部的な破壊を避けられる。
前記織成体の厚みは、０．２〜２０ｍｍ、特に０．５〜１５ｍｍ、更には１〜１０ｍｍであることが好ましい。所望の性能を得るためと、取り扱いの容易さから上記の範囲が好ましい。
前記織成体を構成する糸の材料は、ポリエステル（繊維）であることが好ましい。
前記織成体は、その曲げ変形角が９０度以上であり、せん断変形角が２度以上であることが好ましい。
前記織成体は、ヒートセットにより限界状態でのヤング率が破断寸前のヤング率よりも大きくされていることが好ましい。
本補強材は、前記限界状態での伸び歪が、０．１％から１０％の範囲内の値であることが好ましい。
【００２８】
第２の実施の形態による補強材は、高延性及び高屈曲性を持つゴム系又は樹脂系の弾性材料で形成されたテープ体またはシート体であり、構造物の母材の表面もしくは内部に設置され、前記母材を補強するものであって、前記テープ体またはシート体は、そのヤング率が前記部材のヤング率以下であり、かつその引っ張り破断歪みが１０％以上であることを特徴とするものである。
前記テープ体またはシート体のヤング率は、前記母材のヤング率の２分の１から２０分の１、特に５分の１から１０分の１であることが好ましい。ちなみに、このテープ体またはシート体である補強材の場合も、その具体的なヤング率の値は、５００〜５００００Ｍｐａ、特に１０００〜１００００Ｍｐａ程度であることが好ましい。
前記テープ体またはシート体の厚みは、０．２〜２０ｍｍ、特に０．５〜１５ｍｍ、更には１〜１０ｍｍであることが好ましい。
前記テープ体またはシート体は、その曲げ変形角が９０度以上であり、せん断変形角が２度以上であることが好ましい。
第２の実施の形態における補強材における以上のファクターは、上記第１の実施の形態による補強材における場合と同様に選定されたものである。
【００２９】
本発明の第３および第４の実施の形態による構造物の補強構造は、前記第１および第２の実施の形態による補強材を、構造物の部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材の表面もしくは内部に定着することにより、該母材を補強することを特徴とするものである。
これらの補強構造においては、前記母材に将来的に生ずるであろうギャップの幅、長さを予め求め、この求めたギャップが拘束有効範囲に入るようにして、前記補強材を前記母材に定着することが好ましい。
換言すれば、部材１において、補強材５は、母材３に対して定着されている。すなわち、補強材５及び母材３は、互いに拘束されるように設置されている。この拘束の機構は、大別して２種類ある。第１の機構は、接着拘束であり、第２の機構は、形状的拘束である。
第１の機構である接着拘束は、例えば、図２に示したように、接着剤１１により補強材５を母材３に接着することにより実現される。この場合、ギャップ発生により接着が離れた区間（以下、自由区間と呼ぶ）が生じた後も、周辺に接着された部分が存在する限り、接着拘束は、存続し得る。
【００３０】
前記補強材または母材に施される接着剤の層の厚みは、補強材の厚みの５〜９０％、特に２０〜４０％であることが好ましい。
前記定着は、前記母材上に接着剤層を介して補強材を設置した後、押圧力または殴打力を与えることによって行われたものであり、その際に接着剤が補強材内に一部侵入するが、その後の補強材部分の空隙率が、織成体の場合、１．１以上であることが好ましく、テープ体またはシート体の場合、１．４以上であることが好ましい。これにより、接着剤の硬化反応中に発生したガスを良好に接着剤層あるいは補強材から放出することができ、その結果、接着剤層内に気泡等が発生せず、接着不良、膨れ、浮き等を発生せず、初期の接着能力を発揮できる。これらの空隙率に特に上限はないが、２〜３程度が好ましい。
接着強度は、前記母材の強度未満であることが好ましい。接着強度が前記母材の強度以上であると、補強材への張力発生と接着解除に伴って部材を破壊すると、補強効果が広範囲に一気に失われる。接着強度は、接着剤が施される母材の表面の剥離せん断破壊強度の１０〜８０％であることが好ましい。接着強度が上記の範囲を超えると、補強部材取り外しの際に、部材を破壊してしまい、一方、上記未満であると、所望の補強効果が得られなくなる。具体的には、接着強度は、１〜２Ｎ／ｍｍ２程度であることが好ましい。ちなみに、コンクリートの剥離せん断破壊強度は、３〜５Ｎ／ｍｍ２程度である。
【００３１】
これに対し、上記特開平８−２６０７１５号に開示された補強材においては、含浸用エポキシ樹脂が接着剤としても働くので、コンクリート構造物を補強すると、接着強度が前記母材の強度以上となってしまい、上記のような問題が発生する。
前記接着剤は、上記の条件を満たすものであるならどのようなものであってもよいが、一液性無溶剤接着剤であることが好ましい。この一液性無溶剤接着剤としては、例えば、エポキシ・ウレタン系無溶剤湿気硬化型接着剤が挙げられる。このような接着剤は、臭気が無く、オープンタイムが不要であり、寿命が長いという利点がある。
補強材の母材への定着は、母材の面取り、フリク調整無しに行うことができる。
【００３２】
これに対し、上記特開平８−２６０７１５号に開示された補強材では、繊維として主にアラミド繊維を用いているので、実際には、Ｒ＝１０ｍｍ以上の面取りが必要である。なお、繊維として炭素繊維を用いる場合には、Ｒ＝２０ｍｍ以上の面取りが必要である。
また、本補強構造においては、上記の定着に上記したように大きな接着強度を必要としないので、プライマー処理や、定着後のアンカーも不要である。周回させることで、剥離後、形状拘束し補強効果を持続させることができる。
また、現場で補強材５に接着剤１１を塗布することにより接着を行ってもよいし、予め補強材５に接着剤１１を塗布して接着時まで保存するようにしてもよい。尚、本補強構造においては、接着を剥がすときに、母材３もしくは補強材５が接着層を残して破壊されることはない。
【００３３】
接着拘束を実現する場合、補強材５は、図１に示すように、部材１の補強する範囲（接着拘束有効範囲７）から外側に広がった範囲（補強材設置範囲９）に設置される。接着拘束有効範囲７は、部材１の所要性能、機能等により決定される。接着拘束有効範囲７は、部材１の表面の一部であってもよい。この場合、補強材５は、部材１の周方向の包絡面、すなわち、滑らかに外から接する面を形成するように設置される。
第２の機構である形状的拘束は、例えば、図３に示したように、補強材５同士を接着し、これを母材３の所定の部分（周囲等）を閉合するような形態で設置することにより実現される。この場合、形状的に母材３と補強材５が連結され、互いに拘束される。
すなわち、母材の変形によって、閉合した補強材の延長が変化し、補強材に張力が発生する。補強材が母材の曲率や隅角に沿って設置されていると、前記の張力によって、補強材と母材の間に摩擦力、支圧力等を生じ、母材と補強材が互いに変形に対する拘束力を及ぼし合う。図１４に示すように、母材の隅角に沿って補強材を接着した場合などでは、隅角部において、補強材の張力によって接着面の支圧力が向上し、接着強度が増大するという形状拘束的な効果を期待することができる。
形状的拘束は、母材３の形状、補強材５及び母材３の相対的な位置関係等により変化するが、母材３が粉砕されても、補強材５が破断するまで持続し得る。一方、接着拘束は、母材３が粉砕され接着強度が後述する所定の値を下回ると消滅する。
【００３４】
次に、補強材５による効果の定量化（補強効果モデル）について述べる。図４は、補強材５が設置された部材１の一部分を示す斜視図であり、補強材５がギャップ１３が生じた母材３を弾性的に拘束する状態を示すものである。ギャップ１３は、母材３に生じた亀裂もしくはひび割れ等である。ギャップ幅１５（ｄ）は、ギャップ１３の幅である。
部材１が変形すると、ギャップ１３近傍の補強材５と部材１表面に応力集中が生じて、補強材５が部材１の表面から剥離する。以下、この剥離領域を自由区間１９と呼び、補強材５の幅２３（Δｗ）の部分に係る自由区間１９の長さを自由長（ａ）と呼ぶ。接着拘束あるいは形状的拘束が実現している領域において、補強材５及び部材は、互いに拘束されている。
以下、この拘束領域を拘束区間２１と呼び、補強材５の幅２３（Δｗ）の部分に係る拘束区間２１の長さを拘束長（ｂ）と呼ぶ。自由区間１９が生ずると、定着長（ｓ）は、拘束長（ｂ）から自由長（ａ）の分減少する。この場合、補強材５と母材３の間には、定着長（ｓ＝ｂ−ａ）の区間（定着区間）において、接着力、摩擦力等のせん断力１８が作用している。
厳密には、自由長の拡大に伴って拘束領域も拡大することができるが、以下の計算では、安全側の近似として、これを無視する。
図４の幅２３（Δｗ）、拘束区間２１（拘束長（ｂ））の部分の補強材５に関して、母材３の表面と剥離していない補強材５の間に働くせん断応力１８の平均値をτｆ、補強材５の自由区間１９内の張力１７をｑ、ヤング率をＥｆ、厚さをｔとする。定着区間で張力１７とせん断応力１８の合力が釣り合うので、次の関係式が成り立つ。但し、補強材は、弾性体であると仮定し、定着長部分の伸びは、自由区間の伸びに比べ小さいので、無視した。
【００３５】
2006022642.tif 000003
式［１］からａを消去し、ｔΔｗで除して、補強材５の引張り応力をσｆとすることにより、次の関係式が得られる。
2006022642.tif 000004
σｆの実根条件から、ギャップ幅ｄは、０（ゼロ）と
2006022642.tif 000005
との間であることが分かる。
【００３６】
あるギャップ幅ｄに対して二つのσｆが解となるが、大きい方の値が実現するものとすると、σｆの最大値σｆｍａｘ、最小値σｆｍｉｎは、次のようになる。
2006022642.tif 000006
σｆｍａｘは、ギャップ幅ｄ＝０、すなわち、部材１の表面にギャップ１３がまさに生じる時の応力である。σｆｍｉｎは、ギャップ１３が拡大し、ギャップ幅ｄが式［３］のｄｍａｘの値になった時の応力である。式［１］と式［３］からσｆｍｉｎでは、自由長（ａ）が拘束長（ｂ）の１／２になる。ギャップ幅ｄがｄｍａｘを超えようとすると、式［１］は、力学上成立しなくなり、自由長（ａ）は、形状的拘束等により再び拘束があるまで、急激に拡大する。
部材１の包絡線（包絡面の周囲）の長さ（以下、周長と呼ぶ）Ｌの変化は、この周を横切るギャップ幅の合計値ｄの変化であると仮定できるので、周歪φと周に沿って計ったギャップ幅の合計値ｄとの間には、次の関係式が成立する。ただし、Ｌ０は、ギャップ発生前の周長である。
2006022642.tif 000007
【００３７】
また、補強材５と部材１の間の定着が離れた自由区間（自由長ａ）の間でのみ補強材５が伸長すると仮定すれば、包絡面を形成するように設置された補強材５の伸長量に着目して、周歪φと補強材歪εｆの関係式が得られる。
2006022642.tif 000008
ここに、ａ／Ｌ０は、拘束の度合いを示す指標であるので、以下、拘束率と称する。
【００３８】
補強材５の張力１７（σｆ）は、補強材５の歪（εｆ）及びヤング率（Ｅｆ）から、次のように計算できる。ただし、補強材のヤング率が歪に依存して変化する場合には、割線ヤング率を用いるものとする。
2006022642.tif 000009
【００３９】
部材１は、繰り返し荷重作用で粉砕された後は、粒状体で近似できると仮定すると、次の関係式が成り立つ。だだし、Ｂは補強材間距離（断面の幅）、σ３は、粒状体の拘束圧である。
2006022642.tif 000010
【００４０】
式［８］に、粒状体の主応力σ１と拘束圧σ３の関係を適用すると、次の関係式が得られる。ただし、ψは、内部摩擦角である。
2006022642.tif 000011
主応力σ１の大きさは、軸圧縮状態では圧縮力を受圧断面積で除したものであると近似できるが、せん断力が作用する場合には、この影響を含めて計算する必要がある。
式［３］〜式［７］もしくは式［９］は、補強材の張力と部材のギャップを伴う変形ならびに定着力の関係を与える。さらに、ギャップを伴う変形は、母材の損傷の程度を表すと考えられるので、母材の損傷と補強材の張力（もしくは歪）との関係が得られる。
【００４１】
上述のモデルは、ギャップ１３の種類を選ばない。すなわち、このモデルは、曲げ、せん断等の力学的要因、温度、乾燥、膨張、劣化等の材料的要因のいずれの要因のギャップ１３にも適用可能である。このモデルによれば、特に、せん断により生じたギャップ１３（せん断ひび割れ、せん断破壊面等）に交差する方向に補強材５を設置した場合、当該ギャップ１３周辺を弾性的に拘束することが可能になり、せん断変形を有限な値に制御し、部材１の靭性を保つことができる。
また、上述のモデルは、母材３の種類を選ばない。母材３は、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート、鉄骨、レンガ、ブロック、石膏ボード、プレキャストコンクリート製品、木、石、砂、樹脂等の建設資材等でよく、また、既存の構造部材、非構造部材、新たに設置した材料等でもよい。
また、補強材５の設置範囲（補強材設置範囲９）は、亀裂もしくはギャップ１３に関する拘束区間２１（拘束長（ｂ））に対応する領域（接着拘束有効範囲７）より広い範囲であればよく、部材１表面の一部であってもよい。図１を参照すると、補強材設置範囲９の内、接着拘束有効範囲７の領域が有効な範囲となる。
尚、式［３］、式［４］によれば、補強効果は、形式的には接着強度に比例して増加するが、接着強度が母材３や補強材５の全強に近づくと、自由長（ａ）が生ずる以前に、局所的に母材３もしくは補強材５が破断してしまい補強効果が消滅するので、接着強度を母材３と補強材５が上記の過程で破壊しない程度の強度に抑える必要がある。
【００４２】
また、上述のモデルを実現するには、部材１におけるギャップ１３の発生と拡大に伴って、亀裂もしくはギャップ１３近傍や部材１の角等に生ずる応力集中によって、補強材５が破断しないことが条件になるので、補強材５に伸展性（大きな破断歪）が必要とされる。従って、炭素繊維、アラミド繊維等の弾性係数及び破断強度は大きいが、破断歪が小さい材料は、第１の実施の形態ならびに後述する他の実施の形態における補強材等には適さない。
また、母材と補強材の間の接着層が一部破壊した後も、補強材が性能を発揮することが条件になるので、炭素繊維等を樹脂で固め母材表面に浮きや皺の無い状態で接着された構造を前提に性能が定義されている連続繊維補強材は、第１の実施の形態ならびに後述する他の実施の形態の補強材には適さない。
さらに、繰り返し交番荷重によって、ギャップ１３が開いたり閉じたりすることに対して制御効果を発揮するには、補強材５は、弾性を有する必要がある。
【００４３】
次に、部材１の性能の定量化（部材性能モデル）について述べる。母材の性能に補強効果を加味することにより、部材の力学的性能、耐久性等を定量化することができる。以下の説明では、部材１の母材３が鉄筋コンクリート製の棒状部材であり、当該母材３が補強材５により補強され、繰り返しせん断を受ける場合を例にして説明する。
先に補強効果モデルに関して説明したように、部材１に繰り返しせん断力が加えられ、せん断ギャップが生じた後にも、当該ギャップを跨いで補強材５を介してせん断力が伝達され、曲げ変形が生じて靭性能が保たれる。補強材５の反力は、式［４］のσｆｍｉｎまでは、上述の接着拘束により負担され得るが、以降は、上述の形状的拘束により負担される。
さらに、繰り返し荷重作用の仕事により、母材３の破壊が進み、部材１の力学的性状が弾性体で表面を覆われた粒状体（密な砂等）として近似できる状態になると、せん断耐力が変形の増大に伴って増大する。従って、図５、図１２等に関して後述するように、せん断荷重変形関係は、２つの極値を有する。
【００４４】
図５は、上述の荷重及び変形の関係を模式的に示す図である。横軸は、部材１の変形（変形角）を示し、縦軸は、部材１に作用する荷重を示す。グラフ２５の形状は、Ｑｍａｘ１、αＱｍａｘ、Ｑｍｉｄ、Ｑｍｉｎ、Ｑｍａｘ２、Ｒ１〜Ｒ５の１０個のパラメータにより記述される。Ｑｍａｘ１は荷重の初期最大値、αＱｍａｘは限界状態（設計終局状態等）の荷重、Ｑｍｉｎは荷重の最小値、Ｑｍｉｄは接着拘束が外れ、形状的拘束に移る荷重であり、Ｑｍａｘ２は補強材５が破断するか部材１の変形が極度に達し載荷不能になる荷重である。Ｒ１〜Ｒ５は、それぞれ、Ｑｍａｘ１、αＱｍａｘ、Ｑｍｉｄ、Ｑｍｉｎ、Ｑｍａｘ２に対応する。また、限界点２７（Ｑｍｉｎ、Ｒ４）は、部材１が荷重によって粉砕されて粒状体として挙動し始める限界点である。
図６は、部材１における周歪及び変形の関係を示す図である。横軸は、部材１の変形（変形角）を示し、縦軸は、部材１の周歪を示す。部材１の見かけの体積変化、即ち、包絡面に係る体積変化は、周歪（部材１の軸直角方向断面の周長歪）及び軸歪（部材１の軸線歪）により表される。周歪φは、図５に示した荷重及び変形の関係の変化に対応して、グラフ２９に示すように変化する。
【００４５】
図６の（Ｒ１，φ１）、（Ｒ２，φ２）、（Ｒ３，φ３）、（Ｒ４，φ４）、（Ｒ５，φ５）は、それぞれ、図５の（Ｒ１，Ｑｍａｘ１）、（Ｒ２，αＱｍａｘ）、（Ｒ３，Ｑｍｉｄ）、（Ｒ４，Ｑｍｉｎ）、（Ｒ５，Ｑｍａｘ２）に対応する。
周歪は、Ｒ３までは、接着が離れ自由区間１９が拡大するに従って徐々に拡大し、Ｒ３からＲ４の範囲では、形状的拘束によりほぼ一定であり、Ｒ４を超えると、部材１が粒状体として振うので再び増加する。尚、軸歪も、周歪と同様に変化する。
【００４６】
次に、実験による検証結果に関して説明する。尚、部材は、柱等であるとして説明するが、部材は、柱に限られない。
図７は、補強材３７により補強された部材３１の幅３９（Ｈ）の部分が、構造的なギャップ４１（ギャップ幅４３（ｄ））により部材片３３と部材片３５に分割され、両端にせん断力４５（Ｑ）の作用を受けた状態を示す。補強材３７は、部材３１の周方向の包絡面、すなわち、滑らかに外から接する面を形成するように設置されている。せん断力４５は、各断面で補強材３７を介して部材片３３及び部材片３５の間で伝達されている。
【００４７】
図８は、図７の部材の軸直角断面（厚さ４７（ΔＨ））の斜視図である。部材３１（部材片３３及び部材片３５）、補強材３７には、せん断力、補強材引張応力５１（σｆ）、コンクリート、鉄筋等の張力５３（σｃｓ）等が作用する。当該せん断力の内、部材片３３の上面から、部材片３５の下面へ補強材３７を介して伝達されるせん断力を伝達せん断力４９（ΔＱｆ）とする。図示はしていないが、部材片３５の上面から部材片３３の下面へも当該伝達せん断力と同じ大きさで逆向きのせん断力が伝達される。
以下、一般性を失わずに簡単の為に前記張力５３（σｃｓ）等を０（ゼロ）とすると、部材片３３の上面と下面では、せん断力の差が、伝達せん断力４９（ΔＱｆ）となる。部材片３５についても同様である。
【００４８】
厚さ４７（ΔＨ）は、無限小であるとして、物体力と厚さ方向の長さをアームとするモーメントを無視する。また、簡単の為に、分布荷重は無い、補強材３７は引張応力５１しか受け持たない、と仮定する。また、伝達せん断力４９（ΔＱｆ）は、補強材３７に対して、手前と奥の引張応力５１（σｆ）が等しくなるように作用すると仮定し、ΔＱ／ΔＨが一定であるとすれば、釣合式から、次の関係が成り立つ。
2006022642.tif 000012
ただし、ｔは、補強材３７の厚さ、Ｑｆは、せん断力４５（Ｑ）からコンクリート、鉄筋等で伝達されるものを控除した値である。
補強材３７のヤング率をＥｆとすれば、補強材歪εｆは、次の式で表される。
2006022642.tif 000013
【００４９】
次に、上述の補強材の効果、補強材が設置された部材の性能に係る実験の結果を示す。実験は、上述の補強材が設置されたＲＣ柱（ＳＲＦ補強模型柱）及び無補強のＲＣ柱（無補強模型柱）を対象として実施された（ＳＲＦ：Ｓｏｆｔ
Ｒｅｔｒｏｆｉｔｔｉｎｇ ｆｏｒ Ｆａｉｌｕｒｅ（欠陥の柔軟な改修））。実験の概略を以下に示す。
○ 柱頭と柱脚の回転を拘束し、軸力と繰り返しせん断力を加える。
○ 柱の中央に載荷点がくる剛なフレームを介して、水平力を柱頭に加える。
○ 変位制御で、変形角４００分の１〜４を正負各２回、続いて、４００分の６，８，１６，２４，３２，４８，６４を正負一回、最後に加力装置の限界である９００分の２００を加える。
尚、変動軸力及び一定軸力に関して１４のケースについて実験を行った。このうち一定軸力に関する９のケースの結果を用いて、上述のＳＲＦ補強材の性能を定量的に評価する。
【００５０】
図４２は、一定軸力に関する９のケースに関して、試験体の諸元（実験諸元）、荷重条件、実験値、ＳＲＦ補強効果等を示す図である。
図１０は、無補強模型柱（ケース８）に関して、水平荷重と変形との関係（復元力特性）を示す図である。横軸は、変形（δ（ｍｍ））を示し、縦軸は、水平荷重（Ｑ（ｋＮ））を示す。変形角０．６％（１／１６６）において、最大荷重は、２３７ｋＮ（Ｑｍａｘ）に達し、変形角１．５％を越えたサイクルにおいて、無補強模型柱は、軸力（η＝０．３）を支えられなくなった。
図１１は、ＳＲＦ補強模型柱（ケース９）に関して、水平荷重と変形との関係（復元力特性）を示す図である。横軸は、変形（δ（ｍｍ））を示し、縦軸は、水平荷重（Ｑ（ｋＮ））を示す。補強は、厚さ（ｔ）４ｍｍのポリエステル織物の補強材を模型柱部材周囲に接着することにより行われた。尚、補強材の物性は、図４２に示したとおりである。接着強度は、約１ＭＰａである。
変形角０．９％において、最大水平荷重は、２５８ｋＮ（Ｑｍａｘ）に達し、水平荷重は、変形角４．０％を越えるまで最大水平荷重の８０％（０．８Ｑｍａｘ）以上を保っている。０．８Ｑｍａｘを設計終局状態であると仮定すると、終局靭性率（μ）は、μ＝６となる。その後の載荷サイクルにおいて、ピーク荷重は徐々に減少するが、４００分の６４で極小（ピーク加重の極小点６１）となり、次のサイクルにおいて、ピーク荷重は、増加する。
【００５１】
図１２は、図４２に示した一定軸力に関する９のケースに関して、加力サイクル毎の正方向水平荷重ピーク値と変形との関係を示す図である。横軸は、変形角（Ｒ（％））を示し、縦軸は、加力サイクル毎の正方向の最大水平荷重（ピーク荷重）を示す。図中の数字は、図４２に示したケースの番号である。
図１１を参照すると、補強したケース（ケース２、３、５、９、１３）の全てにおいて、極大点（極大値Ｑｍａｘ）、極小点（極小値Ｑｍｉｎ）、明らかな勾配の変化点（変化点におけるピーク加重Ｑｍｉｄ）が認められる。例えば、ケース９において、極大点６３、極小値６５、勾配の変化点６７が認められる。尚、ケース２は、補強量の少ないケースであり、他のケースに比べＲ４（極小点における変形角）が小さい。
これらのケースに関して、上述の極大点、極小点、勾配の変化点に基づいてＱｍｉｄ／Ｑｍａｘ、Ｑｍｉｎ／Ｑｍａｘを算出し、図４２に示した。Ｑｍｉｄ／Ｑｍａｘは、式［４］の理論値０．５に、ほぼ一致する。また、Ｑｍｉｎは、Ｑｍｉｄから１割程度しか減少していない。これにより、上述した補強材の効果の定量化（補強効果モデル）の妥当性が裏付けられる。
【００５２】
図１３は、部材周長伸び歪と変形との関係を示す図である。横軸は、変形角（Ｒ（％））を示し、縦軸は、部材周長伸び歪（φ（％））を示す。試験体の周囲に等間隔に設けた５本の測線に沿って計測を行ったが、各測線ともほぼ一様に伸びており、式［１０］の妥当性を裏付ける結果が得られた。そこで、平均値をプロットすることにより図１３を作成した。
図１２及び図１３を参照すると、サイクル毎のピーク荷重の変化と周歪の変化は、先に模式的に示した第５図及び第６図と同様、極めて高い相関を持つことが分かる。すなわち、最大荷重Ｑｍａｘ以降のせん断力は、先に図７及び図８において説明したメカニズムにより、殆ど補強材によって負担される。
このように、これまでに説明した補強の効果の定量化モデル、補強材が設置された部材の性能の定量化モデル等により、設計計算を行うことが可能である。
【００５３】
次に、比較の為に、設計終局状態を０．８Ｑｍａｘとして、土木学会の方法により式［１２］で定義される補強効果を表す指標（補強効率）Ｋを計算した。
2006022642.tif 000014
ここで、Ｓは、補強後のせん断強度であり、ＳｃとＳｓは、それぞれ、コンクリート強度等、せん断補強筋等から計算されるせん断強度であり、Ｓｓ（Ａｆ，ｆｆｕｄ）は、補強材断面Ａｆ及び補強材強度ｆｆｕｄをＳＲＦ補強材における値に置き換えたものである。図４２には、算出したＫ（補強効率）が示されている。
また、建築学会の連続繊維補強の設計施工指針の方法により補強材の設計強度σｆｄを逆算した。図４２には、この設計強度σｆｄのＳＲＦ補強材破断強度σｆｍａｘに対する比（補強効率：σｆｄ／σｆｍａｘ）が示されている。尚、以上の計算において、靭性率からせん断余裕度を求めることにより、補強後のせん断強度Ｓを算出した。また、降伏変形角は、全てのケースで２５０分の１であると仮定した。
補強効率は、両者の方法（Ｋ、σｆｄ／σｆｍａｘ）とも、Ｆｃ＝１３．５ＭＰａのケースでは、ほぼ一致して約０．２である。また、Ｆｃ＝１８ＭＰａのケースでは、値が上昇する傾向が認められ、特に後者の方法（σｆｄ／σｆｍａｘ）では、この傾向が顕著である。これは、補強効果を補強量の平方根として評価している為であると考えられる。因みに、補強効率Ｋに関して、炭素繊維で０．８から１．０、アラミド繊維では０．４程度の実験値が報告されている。
本実験の場合には、約０．２という上記の従来工法ならびに鉄筋（１．０である）より小さい値が得られているが、これは、補強材のヤング率が低いという材料的な違い、ならびに補強材と母材の間の剥離とずれを伴うものである方法的、構造的な違いに起因する。
式［５］〜式［１１］で、設計終局時（０．８Ｑｍａｘ）の周歪等の値を周長の実測値から計算した結果を図４２に示したが、終局周歪（φ２）の実測値は、０．２％〜０．４％の間であり、部材内部の損傷のレベルは、炭素繊維補強等の従来の方法のレベルと同等であるといえる。
【００５４】
実測のせん断荷重（Ｑ）から補強材歪（εｆ）を算出し（式［１１］参照）、この補強材歪（εｆ）及び実測の周歪（φ）から拘束率（ａ／Ｌ０）を算出した（式［６］参照）。尚、図４２には、この拘束率（ａ／Ｌ０）が示されている。拘束率（ａ／Ｌ０）は、自由長（ａ）と周長（Ｌ０）との比を示す。
この実験例において、試験体は、一方向からせん断力を受ける。そこで、せん断力の方向に平行な面でギャップが生じ、接着拘束が完全に解消して、形状的拘束に移った場合、正方形断面に全周の内２面が抵抗するものとすると、拘束率（ａ／Ｌ０）は、理論上０．５である。
図４２を参照すると、ケース３、５では、拘束率（ａ／Ｌ０）＜０．５であり、ケース９、１３では、拘束率（ａ／Ｌ０）＞０．５である。従って、設計終局時の変形角Ｒ２が１〜２％のケース３、５では、まだ接着拘束が有効であるが、変形角Ｒ２が４〜６％のケース９、１３では、接着拘束が解消し、完全に形状的拘束に移行したと言える。
以上、実験結果について考察したように、先に説明した補強材による効果に関するモデル（補強効果モデル）、補強材が設置された部材の性能に関するモデル（部材性能モデル）等の有効性が実証された。尚、上述の数値は、実験値であり、実際に設計に用いる場合、ばらつきを考慮した安全率を用いる必要がある。
以下に、本発明の補強材の材質、厚さ、設置範囲等を決定する（補強材を設計する）方法に関して説明する。
【００５５】
図３８、図３９は、本発明の方法で部材の補強を行うときの補強量の設計のフローチャートを示す図である。図３８、図３９のフローチャートを用いて、補強諸元を決定する方法について説明する。
図３８に示すように、まず、構造物の重量、形状、機能等の限界条件を決定する（ステップ３０１）。同時に、構造物に作用する突発的外力の振幅、周期、継続時間、エネルギを決定する（ステップ３０２）。さらに、構造物に作用する突発的外力の内、鉄筋、コンクリート等、母材で負担する部分を決定する（ステップ３０３）。
次に、構造物や部材を新設する場合など、部材諸元を決定する場合（ａ）には、ステップ３０１からステップ３０３での決定事項を考慮して部材諸元を決定する（ステップ３０４）。部材諸元は、通常の構造設計計算方法もしくは他の補強指針を用いて決定することができる。
次に、本方法で負担する自重等の常時の荷重と突発外力を決定する（ステップ３０５）。すなわち、本発明の方法、構造、材料で負担する突発的な外力の種類、性質と大きさ（振幅、周期、継続時間、エネルギ）を決定する。これは、ステップ３０２で決定した、構造物がその耐用期間に受けると考えられる突発的外力のエネルギから、本発明の方法での補強以外で耐えうる突発的外力のエネルギ（ステップ３０３で決定した、母材で負担する部分など）を除いたものとすることもできる。従って、新設時点の構造設計で本発明の補強を用いることを考慮する場合には、部材の材料、部材諸元を、この補強を考慮して節約することができる。
なお、既存の構造物や部材を補強材で補強する場合など、部材諸元を決定しない場合（ｂ）には、ステップ３０２、ステップ３０３での決定事項からステップ３０５の内容を決定する。この場合も、構造物がその耐用期間に受けると考えられる突発的外力から、本発明の方法での補強以外で耐えうる突発的外力を除いたものとして決定することができる。
【００５６】
次に、部材に作用する断面力の振幅とエネルギを計算する（ステップ３０６）。すなわち、ステップ３０２で決定した、突発的な外力の種類、性質と大きさから、補強した部材、その他の部材を含む部材に作用する断面力（せん断力、軸力、曲げモーメント等）および部材の変形（せん断歪、軸歪、曲げ歪等）の振幅と大きさを計算する。同時に、構造物全体の突発外力による変位振幅と振動エネルギを計算する（ステップ３０７）。
ステップ３０６、ステップ３０７について、厳密には、図３２に示したような補強した部材とその他の部材の復元力特性を考慮した有限要素法、フレーム解析法等の構造解析計算を行うことによって計算できる。簡略法としては、通常の構造設計で行われているように、構造系を単純化して、エネルギー定則などの仮定を設けて行うことができる。従来の計算と比較して対象とする変形範囲が広いことを除けば、復元力特性が明らかな部材の構造設計と同じ要領で行うことができる。
【００５７】
次に、補強した部材の補強量と復元力特性、軸歪の関係を決定する（ステップ３０８）。ステップ３０６、ステップ３０７の計算により、ステップ３０８の内容を決定する。このとき、一般には、図３９の破線で示したように、ステップ３１０からステップ３０８を介してステップ３０６及びステップ３０７の間のフィードバックが必要になる。
そして、構造物の地震等の突発的な外力作用後の機能・使用性・修復可能性等の限界条件を決定し（ステップ３０９）、これとステップ３０７で計算した構造物の変位振幅と振動エネルギを比較して、補強諸元を決定する（ステップ３１０）。
すなわち、ステップ３０６からステップ３０８で計算した構造物の変形と、ステップ３０９で決定した、地震等の突発外力が作用した後にどのような形で構造物を使用するかの条件から求まる許容変形量とを比較し、補強諸元を決定する。この際、ステップ３０１で決定した構造物の重量、形状、機能等の限界条件も考慮に入れる。
大地震等に関しては、ステップ３０９で、崩壊しなければよいという条件であれば、許容変形は大きくとることができる。一方、新幹線の高架橋等のように、大地震直後であっても変形が大きいと脱線等の危険がある場合には、これを考慮して補強量を決定する。
【００５８】
また、設計終局状態が部材の所定の変形角に対応する耐荷力（強度）で与えられている場合には、次の手順で補強材の設計を行うことができる。
＜１＞ 設計終局状態で、部材に期待するせん断強度Ｑｕの内、補強材で分担するＱｆｕを決定する。
＜２＞ 部材に許容される損傷を部材周上のギャップ幅の合計値ｄｕで表し、補強材歪εｆｕに換算する。
＜３＞ Ｑｆｕとεｆｕならびに、部材内部の応力分布、補強材のヤング率Ｅｆから、補強量（厚さｔ）を計算する。
以上の過程＜１＞〜過程＜３＞において、式［５］〜式［１１］、もしくは、これらを部材の条件に応じて変更した式を用いることができる。ただし、局所的には、補強材に式［１１］に示す補強材歪εｆの数倍の歪が生ずる可能性があるので、補強設計にあたっては破断歪に対して、十分な安全率を用いる必要がある。また、Ｑｆの計算にあたっては、母材で伝達されるせん断力（コンクリート、鉄筋等により伝達されるせん断力等）を控除しても良いが、安全側にこれらの控除を０（ゼロ）としても良い。
また、式［８］、式［９］により、部材が上記の設計終局状態を超えた以降の部材の耐荷力を計算することができる。しかし、実際の設計においては、従来、鉄筋コンクリート部材の設計において行われてきたように、必要に応じて実験によって部材の性能と補強量の関係を確認する。
尚、式［５］〜式［１１］は、母材が鉄筋コンクリート等の構造部材でなくても成立する。従って、従来、非構造材料であると考えられてきたもの例えば、レンガ、ブロック等の材料を母材として構造部材を作成することができる。
ただし、母材の剛性が補強材に比べて小さい時には、補強効果が得られるまでに母材に生ずる変形が大きくなるので、これを考慮した計算が必要になり、設計は、上述の説明より複雑になる。従って、上記したように補強材の材質を選定する場合には、ヤング率が母材より小さいものを選ぶ。しかし、ヤング率が低すぎると、式［１］、式［３］、および、式［１１］に示すように、所要の補強効果を得るために必要な厚さが大きくなるので、母材のヤング率の２分の１〜２０分の１、特に５分の１から１０分の１程度のものを選ぶことが望ましい。
設計終局状態での補強材のヤング率が大きい程、大きなギャップまで接着拘束機構が発揮され、かつ母材の変形（周歪）を小さく抑えることができる。この場合の母材の変形（周歪）等は、式［３］ならびに式［１１］により定量化されている。
【００５９】
図９は、補強材の応力歪関係を示す図である。横軸は、補強材の歪（ε）を示し、縦軸は、補強材の応力（σｆ）を示す。前述したように補強材には伸展性（大きな破断歪）が求められる。そこで、図９に示すような応力歪関係のグラフを考慮して、補強材等の設計を行うことが望ましい。
すなわち、図９の応力歪関係グラフ５５上で、部材の設計終局状態５７における補強材の歪εｆｕに対する補強材の応力σｆｕの比５９（σｆｕ／εｆｕ）を補強材の設計終局時のヤング率Ｅｆと定め、このヤング率Ｅｆ、補強材の破断歪εｍａｘ、破断応力（強度）σｍａｘを補強材等の設計に用いることが望ましい。
補強材は、式［１］〜式［９］を参照し、部材の所要性能を満たすように選択される。補強材としてポリエステル織物等を用いる場合、加熱し張力を加えた後、張力を加えたまま冷却したり（ヒートセット処理）、樹脂を含浸させる等の処理（樹脂含浸処理）を施すことによって、Ｅｆをσｆｕ／εｆｕより大きくすることができる。従って、補強材に上述の処理等を施すことにより、当該処理を行わない場合に比べて、補強材としての効率（単位厚さ当たりの補強効果）を高め、材料費を節約することができる。
【００６０】
次に、部材が壁つき柱の場合の補強構造の例を説明する。図１４は、補強材が設置された壁つき柱の斜視図である。壁つき柱は、柱７１、壁７３から構成される。補強材７５は、柱７１を周回し、補強材設置範囲７９に接着により設置される。補強材設置範囲７９は、接着拘束有効範囲７７よりも広い領域の範囲である。接着拘束有効範囲７７は、所定の拘束長（ｂ）に対応する範囲である。補強材７５を設置するための、壁７３を貫通する穴等は、設けられない。
接着には、エポキシ・ウレタン系の一液性接着剤（接着強度τｆ＝１ＭＰａ）が用いられる。補強材７５には、ポリエステル製のシート材（ヤング率Ｅｆ＝２１００ＭＰａ、厚さｔ＝２ｍｍ）が用いられる。
Ｘ方向のせん断力に対しては、これと平行な面にギャップが生じるとすると、Ｘ軸に平行な周長に沿って計ったギャップ幅の合計（ｄ）が２ｍｍまで接着拘束が有効な拘束長（ｂ）は、式［３］より、ｂ＝１８３ｍｍと計算される。安全率を２とすると、設計拘束長（ｂｄ）は、約４０ｃｍとなる。
【００６１】
図１５は、図１４の壁つき柱６９の断面図である。設計拘束長（ｂｄ）は、図１４及び図１５の接着拘束有効範囲７７に対応する。
この壁付き柱６９のせん断耐力は、柱７１の寸法、補強材７５の強度、接着剤の強度等を式［４］、式［１０］に代入して求められるが、以下に述べるように、補強効果と形状的拘束限界は、補強材が完全に周回する場合とは異なるので、必要に応じて実験等で確認することが望ましい。
また、設計終局状態を超え、壁つき柱６９が粉砕され、接着拘束が完全に解消し、形状的拘束に移行した状態での復元力特性は、式［８］、式［９］により算出可能である。
この場合、補強材７５の応力σｆは、柱７１及び壁７３の接合部分では、母材内部で伝達されるので、形状的拘束が切れる限界（（Ｑｍａｘ２，Ｒ５）：図５）は、補強材７５の強度、当該部分の母材の強度のうち小さい方の強度により決定される。しかし、壁つき柱６９に穴等を空けて補強材７５を貫通させなくとも、この限界（Ｑｍａｘ２，Ｒ５）までは形状的拘束が持続可能である。
【００６２】
図１６は、図１４の壁つき柱６９の断面図である。柱７１の周囲に設置された補強材７５は、柱７１及び壁７３の接合面において、開口するが、この開口区間８３の柱７１の部分は、当該補強材７５が設置された壁７３により拘束される。結果として、柱７１の周囲全体は、補強材７５及び当該補強材７５が設置された壁７３により拘束される。この場合、形状的拘束有効範囲８１において、形状的拘束が実現される。
また、壁等の部材の一面のみに補強材を設置しても、所定の補強効果を得ることができる。
また、プレキャストコンクリートボード等を既存の柱間に２枚平行に壁状に設置し、この間にコンクリートを打設、あるいは、砂等を充填し、周囲に補強材を設置して耐震壁とすることができる。
【００６３】
このように、以上説明した補強構造では、部材等の補強対象表面の一部に、所定の剛性及び伸展性を有する補強材を接着等により設置することにより、当該部材を補強するので、起伏や凹凸のある任意の形状の部材を補強することが可能である。また、補強対象の部材に、補強材を設置するための孔等を設ける必要がない。従って、安価、かつ、迅速、容易に靭性と耐荷力に優れた構造部材の作成、構造部材の補強等を行うことができる。
また、上述の補強効果モデル、部材性能モデル等により、補強材による補強効果、補強材が設置された部材の性能等の定量化、評価等を行うことができるので、補強対象に応じて、適正な補強材の選定、設計等を行うことができる。
また、上述の補強効果モデル、部材性能モデル等が示すように、第１の実施の形態における補強材ならびに接着剤は、部材の材質、種類、既存、新設等に応じて、有効なものを選定することが可能である。従って、所定の性能を有する部材等の作成、所定の補強効果、免震効果を有する補強材の作成及び設置等に係る労力的負担、費用負担等を軽減し、また、工期等を短縮することができる。
なお、補強材７５のかわりに、図２１に示すような帯状のポリエステルベルト１９９を使用してもよい。ポリエステルベルト１９９の材質は、つり紐等に用いられているポリエステル系の繊維でよい。土木シート等の補強用シートの強度は３ｃｍ幅あたり５００〜１０００ｋｇｆであるが、ポリエステルベルト１９９は、５ｃｍ幅あたり１５０００ｋｇｆ程度の強度を有する。
【００６４】
次に、部材がＨ型部材の場合について説明する。図１７は補強後のＨ型部材１４３の斜視図である。図１７に示すように、Ｈ型部材１４３は、補強材１４５と粒状体の充填材１４７を用いて補強される。
Ｈ型部材１４３の周囲には、空間を設けてシート状の補強材１４５が筒状に設置される。Ｈ型部材１４３と補強材１４５の間の空間には、粒状体の充填材１４７が充填される。補強材１４５には、例えば、繊維系、ゴム系等のシート材が使用される。充填材１４７には、例えば、砂などの天然の粒状体、樹脂等の人工的な粒状体が使用される。
粒状体の充填材１４７は、エネルギー損失を伴って変形しながら補強材１４５に応力を伝達するので、従来の連続繊維、鉄板巻き等の補強法とは異なり、充填材１４７を樹脂、接着剤で固定する必要はない。施工上の理由等で、接着や固定等を行う場合でも、常時の重量下や軽微な地震で形状を保持する程度の仮付けでよい。
このような補強構造は、Ｈ型部材１４３以外にも、断面形状が複雑な部材の補強に使用できる。このような補強構造では、粒状体の充填材１４７が、部材が見かけの体積膨張を伴って変形しようとするときに、これを補強材１４５に伝達し、補強効果を高める。また、例えば無機系の不燃かつ熱容量の大きな材料を用いて、熱からＨ型部材１４３を保護する効果を加えることができる。
【００６５】
次に、部材が中空部材の場合について説明する。図１８は、補強後の中空部材１４９の斜視図である。図１８に示すように、中空部材１４９は、補強材１４５と粒状体の充填材１４７を用いて補強される。
中空部材１４９の周囲の表面には、シート状の補強材１４５が筒状に設置される。中空部材１４９の内部には、粒状体の充填材１４７が充填される。補強材１４５には、例えば、繊維系、ゴム系等のシート材等が使用される。充填材１４７には、例えば、砂などの天然の粒状体、樹脂等の人工的な粒状体が使用される。
粒状体の充填材１４７は、中空部材１４９の空隙を満たす目的で設置されるが、エネルギ損失を伴って変形しながら補強材１４５に応力を伝達するので、従来のコンクリート充填鋼管工法のように、内部に充填したコンクリート等の材料を固化させる必要はない。
この補強構造では、中空の形状の部材を補強する場合に、粒状体の充填材１４７を内部に設置することによって補強効果を高める。充填材１４７は中空部材１４９がエネルギ損失を伴いながら破壊しようとするときの見かけの体積膨張を補強材１４５に伝達する役割を持つ。第６の実施の形態の補強方法で補強する中空部材の断面形状は、円形に限らない。
なお、充填材１４７を用いたＨ型部材１４３や中空部材１４９等の補強に、他の補強構造を複合して適用することもできる。
【００６６】
次に、補強材を複数用いる場合の補強構造の例について説明する。図１９は、補強後の部材１８１の断面の一部を示す図である。図１９では、部材１８１は、保護用補強材１８３、補強材１８５、補強材１８７、保護用補強材１８９を用いて補強される。
部材１８１には、内側から順に、保護用補強材１８３、補強材１８５、補強材１８７、保護用補強材１８９が設置される。保護用補強材１８３は、部材１８１の作用から、補強材１８５、１８７、保護用補強材１８９を保護するために設置される。例えば、部材１８１がアルカリを析出するコンクリート等の材料で、補強材１８５、１８７、保護用補強材１８９が耐アルカリ性の低いポリエステル繊維等の材料である場合、保護用補強材１８３には、部材１８１からのアルカリの析出を防止する効果のある樹脂等の材料を用いる。
保護用補強材１８９は、外界の物質の作用による保護用補強材１８３、補強材１８５、補強材１８７の機能の劣化を防止するために設置される。例えば、保護用補強材１８３、補強材１８５、補強材１８７がポリエステル繊維製のシート等である場合には、紫外線によって劣化しやすいので、保護用補強材１８９にはエポキシ、ウレタン等の樹脂を使用し、内部の補強材の劣化を防止する。保護用補強材１８９を防火帯とすることもできる。
【００６７】
補強材１８５と補強材１８７は、部材１８１に対して異なる補強効果を有する材質である。例えば、補強材１８７にはポリエステル繊維等を、補強材１８５には樹脂や、繊維に樹脂を含浸させたもの等の材料を使用する。この場合、補強材１８７は部材１８１の歪が大きな範囲（１５％程度）まで補強効果を発揮し、補強材１８５は部材１８１の歪が小さい範囲（１％以下）で補強効果を発揮する。
ポリエステル繊維のみで部材１８１を補強する場合、部材１８１のヤング率に比べて補強材のヤング率が小さいため、部材１８１の歪が小さい段階で補強効果を発揮させるには厚みを要する。しかし、大きなヤング率を有する樹脂や、繊維に樹脂を含浸させたもの等の材料を併用することにより、ポリエステル繊維のみの場合よりも薄い厚さの補強材で、部材１８１の歪が小さい範囲（１％以下）でも補強効果を発揮できる。また、補強材１８５を部材１８１もしくは保護用補強材１８３の表面に直接接着することによって、歪の小さい範囲内で効果を発揮させることができる。保護用補強材１８３は、必要に応じて部材１８１の表面と補強材１８５の間のせん断力を伝達する機能を有するものとする。例えば、樹脂系のプライマー等を用いる。
【００６８】
また、補強材１８５と補強材１８７の補強効果を得るメカニズムを変えることで、異なる荷重条件、変形範囲にわたって補強効果を発揮させることができる。例えば、部材１８１のせん断力を直接補強材で分担する方法と、部材１８１の見かけの体積の膨張を拘束することによる方法を併用する場合などである。
補強材１８７には、見かけの体積の膨張を拘束することによって補強効果を発揮する材料と構造を用いることができる。補強材１８５には、部材１８１のせん断破壊耐力を向上させて耐荷力を向上させることを狙い、鉄板、炭素繊維、アラミド繊維等を用いる。補強材１８５は、部材１８１と補強材１８５の間でせん断力を直接伝達してせん断力を分担し、部材１８１を補強する。また、補強材１８５として、樹脂を含浸させたり、全面に接着剤を塗布して剛性を高めたポリエステルシートまたはポリエステルベルト等を用いることができる。この場合には、補強材１８５と補強材１８７を連続的に施工できるメリットがある。
【００６９】
図２０は、図１９に示すような多重構造での補強方法を用いた場合の部材１８１の荷重変形関係を示すグラフである。図２０の縦軸は荷重、横軸は変形を示す。この荷重とは、軸力、曲げモーメント、せん断力等の部材１８１の断面力であり、変形はそれぞれの荷重に適合する変形である軸縮み、曲げ率、せん断歪等である。補強しない場合１９１の曲線に比べ、多重構造補強を用いて補強した場合１９３の曲線では、部材１８１は広い範囲の変形に対して耐荷力を有する。
図２０は、補強材１８５と補強材１８７の有効な変形範囲が重複しておらず、補強材１８５の有効な範囲１９５と補強材１８７の有効な範囲１９７の間に若干の耐荷力の低減が生じる一般的な例を示す。補強材１８５と補強材１８７の有効な変形範囲を重複させることで、耐荷力の低減を避けることができる。
この補強構造では、周囲に特性の異なる補強材を多重に用いることによって、広範囲の部材の荷重条件、外界の環境条件に対して補強効果を発揮させることができる。なお、部材１８１は、コンクリート部材等のみでなく、図１７や図１８に示すように、充填材１４７を充填した部材の場合もある。この場合には、充填材１４７に保護用補強材１８３と同等の効果をもつ材質を選択し、保護用補強材１８３を省略してもよい。
なお、部材１８１もしくは保護用補強材１８３の表面に直接接着する補強材１８５として、図２１に示すポリエステルベルト１９９などの、強度と剛性の高い帯状補強材を使用できる。ポリエステルベルト１９９は、ポリエステルシートに比べ、単位幅あたりのヤング率を大きくする構造で織ることができるので、小さい歪の段階で効果を発揮する補強材１８５として用いることができる。例えば、幅６４ｍｍ、厚さ４ｍｍのポリエステルベルト１９９の製品の引張試験結果では、２５００ｋｇｆ作用時で歪は２％である。
【００７０】
ポリエステルベルト１９９を補強材１８５として使用する場合、図２２から図２５に示す柱２０５が図１９の部材１８１に相当する。図２２から図２５に示す、ポリエステルベルト１９９での補強方法については以下に説明する。
図２１は、ポリエステルベルト１９９の平面図、図２２と図２３は、帯状補強材２０１で補強した柱２０５の例を示す斜視図、図２４は図２３に示す柱２０５の立面図である。
まず、図２２に示す補強について説明する。図２２では、所定の間隔で、柱２０５を周回するように複数の帯状補強材２０１を設置する。柱２０５を周回させた帯状補強材２０１の端部同士は、機械的継手である接着、留め具の双方、またはいずれかで接続する。機械的継手を用いる場合には、短期間で補強効果を得ることができ、震災直後の緊急補強等に適する。また、部材軸方向に帯状補強材２０３を接着して、これと交差する方向のひび割れを制御する効果を期待することができる。
【００７１】
次に、図２３、図２４に示す補強について説明する。図２３、図２４に示す柱２０５の表面には、帯状補強材２０１が隙間なく巻き付けられる。矢印Ｃの方向に帯状補強材２０１に張力を加えながら、矢印Ｄの方向に巻き付けることで、補強効果を高めることができる。帯状補強材２０１は、柱２０５に直接接着される。なお、柱２０５のコーナー部での繊維破壊を避けるための面取りなどは特に必要ないが、帯状補強材（図示せず）を部材のコーナー部の辺に平行に接着して、辺の部分の補強材に対する応力集中を緩和する効果を期待することができる。
【００７２】
図２４に示すように、帯状補強材２０１は、柱２０５の上端部２０７と下端部２１１では部材周と平行に巻き、一般部２０９では一周でベルト幅分進むように螺旋状に巻くことで、隙間なく均等に巻きつけることができる。また、巻く向き（右巻き、左巻き）を変えて帯状補強材２０１を２層、３層に設置することによって、補強効果を高めることができる。この際、１層目を巻いた後、全面に接着剤を塗布し、この上に半幅ずらして２層目を巻くことで、帯状補強材２０１間のずれを押さえることができる。
上述の巻き方で補強材が母材に密着する為には、補強材が容易に柱の隅角以上に屈曲でき、平行巻きと螺旋巻きのずれ角度以上にせん断できることが必要である。通常の柱では、前記の屈曲角度およびずれ角度は、それぞれ、９０度以下および２度以下である。図３７で後述するように、襷掛け状に補強材を設置する場合には、せん断できる角度の大きい補強材を用いることが望ましい。
【００７３】
図２５は、図２２から図２４に示す柱２０５の表面付近の断面図である。図２５に示すように、帯状補強材２０１は、接着剤２１３を用いて柱２０５に直接貼り付けられている。
図２２から図２５に示す帯状補強材２０１には、例えば、図２１に示すポリエステルベルト１９９を使用することができる。先に説明したように、ポリエステルベルト１９９の材質は、つり紐等に用いられているポリエステル系の繊維である。ポリエステルベルト１９９は、土木シートより剛性・強度が高いので、柱２０５のクラック幅の増大を抑え、見かけの体積変形を歪の小さい範囲で制御することを特に考慮して使用される。
【００７４】
次に、柱２０５の歪が小さい範囲でクラック幅をおさえる補強での、補強量の計算方法について述べる。図２６は、帯状補強材２０１とクラック２１５の有効接着長の関係を示す図である。
曲げ、軸力、せん断力などが作用する部材が局部的に破壊する時には、部材の表面にクラック２１５が生じる。図２６では、柱２０５の表面に帯状補強材２０１が直接貼り付けられた状態で、クラック２１５が発生している。帯状補強材２０１のベルト幅２１９は、ｗである。帯状補強材２０１には、クラック２１５を押し広げようとする力、すなわち張力２２１が、１本あたりｑ作用している。図２６では、クラック幅２１７は、帯状補強材２０１の効果でｄ以下に押さえられている。
クラック２１５の近傍では、応力集中がある。クラック２１５を中心とする幅２２３（ａ）は、接着剤２１３もしくは近傍の部材表面がせん断破壊して接着効果を失っている部分の長さであり、以下、自由長と呼ぶ。また、拘束長２２５（ｂ）は柱２０５の自然な拘束長であり、自由端から計った長さである。従って、帯状補強材２０１は、定着長ｓ＝ｂ−ａの長さで柱２０５に接着されている。
ここで、拘束長２２５は、柱２０５のような長方形断面の場合には一辺の長さ、円形断面の場合には中心角９０度前後の周の部分である。これらの長さが帯状補強材２０１のベルト幅２１９（ｗ）に比べて極めて大きいときは、実際に働いている接着力がゼロでない長さを取る。
なお、クラック２１５が、長方形断面の部材のある面の中央付近にある場合には、拘束長２２５が部材の他の面にも及ぶ。
【００７５】
帯状補強材２０１の剛性をｋとすると、自由長ａ、即ち幅２２３と、クラック幅２１７（ｄ）、張力２２１（ｑ）との間には、次の関係がある。
2006022642.tif 000015
定着長ｓ＝ｂ−ａ内の帯状補強材２０１と柱２０５の平均せん断力をτとすると、
2006022642.tif 000016
である。
【００７６】
式［２１］、式［２２］より自由長ａを消去すると、張力２２１（ｑ）と平均せん断力τ、クラック幅２１７（ｄ）の間には、次の２次関係がある。
2006022642.tif 000017
この関係は、最大クラック幅ｄｍａｘ以下で２つの解ｑがあるが、大きいほうの解が先に実現するので、これを採用することにすると、ｑはクラック幅２１７（ｄ）に応じて、最大値ｑｍａｘと最小値ｑｍｉｎの間になる。
2006022642.tif 000018
最小値ｑｍｉｎに対応するクラック幅ｄｍａｘは、
2006022642.tif 000019
である。
クラック幅がｄｍａｘを越えると、式［２３］は解を持たない。即ち、このようなメカニズムが成り立たなくなる。以上の関係から、クラック２１５を押し広げようとする力を帯状補強材２０１で分担する時の最大値ｑｍａｘと最小値ｑｍｉｎを求めて、上記のメカニズムを利用した構造補強を設計することができる。式［２４］から式［２６］の値は、柱２０５等の部材と帯状補強材２０１の間の接着力τ（平均せん断力）に比例する。
【００７７】
帯状補強材２０１としてポリエステルベルト１９９等の安価で伸展性に優れた材料を用いた場合には、材料としてのヤング率はコンクリートの約１０分の１、鉄の約１００分の１である。従って、平均せん断力τの大きな接着剤２１３を用いて接着したとしても、クラック２１５を生じずに弾性的に部材に加わるせん断力を分担することは困難である。しかし、変形の小さい範囲内での補強効果を特に必要とする場合には、ポリエステルベルト等に樹脂を含浸させて補強材の剛性を高めた上で、エポキシ樹脂系の接着剤を用いる。
ポリエステルベルト１９９は、ポリエステル繊維で形成された１７００ｄｔｅｘ（デシテックス）の糸を用いた緯二重織の織成体である。ヤング率は、４６７６Ｍｐａ、厚さは、４ｍｍである。破断歪は、１５％である。また、比重は０．９８であり、ポリエステル原糸の比重が１．４であるので、比重の比で空隙率を表すと、（１．４／０．９８＝）１．４３となる。
柱２０５は、鉄筋コンクリート製であり、コンクリートの圧縮破壊強度は、１３．８Ｍｐａ（１３５ｋｇｆ／ｃｍ２）であり、ヤング率１９５００Ｍｐａ，直接せん断強度は、約２．６Ｍｐａである。面取りフリク調整は行なわず、直接補強材を設置した。
接着剤は、トーヨーポリマー製ルビロン１０１（一液性）を用いた。接着厚さは、１ｍｍ、接着強度は約１Ｍｐａ（１０ｋｇｆ／ｃｍ２）である。比重は、１．４である。接着剤は、ポリエステルベルト１９９の織り組織に一部侵入して硬化するが、仮に１ｍｍ厚の接着剤が全て当該ベルトの空隙を満たしたとしても、ポリエステルベルト１９９の空隙の約７０％を満たすに過ぎず、補強材の通気性は維持される。ルビロンは無溶剤ではないが、これと同等の接着強度をもった無溶剤タイプの接着剤を用いても補強効果が変わらないことは実験で確かめられている。
なお、上記特開平８−２６０７１５号公報に示されたような含浸アラミド繊維を用いて補強した場合の補強効果に関して、図２７と同様の方法の実験結果が数多く文献に紹介されているが、これらには、図３０ならびに図３１において、本補強をした部材の荷重変形曲線２４３ｂに示されるようなＱｍｉｎ以降の荷重の増加は報告されておらず、アラミド繊維補強材は、これ以前に破断するか、部材から剥離して実験が終了している。
【００７８】
図２５の構造において、例えば、帯状補強材２０１が幅６４ｍｍ、厚さ４ｍｍのポリエステルベルト１９９であり、柱２０５が、拘束長２２５がｂ＝３０ｃｍの鉄筋コンクリート柱であり、接着剤２１３として、トーヨーポリマー製のエポキシ・ウレタン系接着剤ルビロンを用いるとする。このとき、平均せん断力τ＝１０ｋｇｆ／ｃｍ２、帯状補強材２０１（ポリエステルベルト１９９）のベルト幅２１９はｗ＝６．４ｃｍ、拘束長２２５はｂ＝３０ｃｍ、帯状補強材２０１（ポリエステルベルト１９９）の剛性ｋ＝１５３０００ｋｇｆ／ｃｍ２である。
式［２４］から式［２６］を用いて最大値ｑｍａｘ、最小値ｑｍｉｎ、最大クラック幅ｄｍａｘを算出すると、最大値ｑｍａｘ＝１９２０ｋｇｆ、最小値ｑｍｉｎ＝９６０ｋｇｆ、最大クラック幅ｄｍａｘ＝０．１２ｃｍとなる。
従って、この補強を実施すると、最大クラック幅ｄｍａｘ＝１．２ｍｍまでを拘束することができ、このときの帯状補強材２０１（ポリエステルベルト１９９）１本あたりの張力２２１は、ｑ＝０．９ｔｆとなる。
【００７９】
図２７は軸力と曲げとせん断を受ける柱２０５の概略図、図２８は柱２０５に発生するクラック２１５を押し広げようとする力を示す図である。図２４に示す方法で帯状補強材２０１としてポリエステルベルト１９９を用いて補強された柱２０５に、軸力２２９（Ｐ）を加えつづけた状態で、水平力を加え、曲げモーメント２３１（Ｍ）、せん断力Ｑを繰り返し発生させた場合について、以下に補強効果を述べる。
柱２０５は、通常の構築部の柱を想定している。せん断力２２７（Ｑ）が柱２０５の高さｈの中間の高さ（ｈ／２）で水平に作用しており、柱２０５の上端と下端は回転しない様に水平にスライドするという条件である。この結果、柱２０５の内部には、水平方向に均等なせん断力（合力Ｑ）と軸力（合力Ｐ）が発生する。曲げモーメントは、上端部でＭ＝Ｑｈ／２、中間でゼロ、下端で−Ｍとなる。
せん断力２２７（Ｑ）が、柱２０５の鉄筋、コンクリートの状態から決まる最大せん断力Ｑｍａｘに達すると、クラック２１５が角θ２３７の方向に発生する。このクラック２１５を水平方向に押し広げようとする力は、柱２０５に作用するせん断力２２７（Ｑ）である。この力を、矢印ｃ２３３で示す範囲の帯状補強材２０１で負担すると考える。帯状補強材２０１は、１本の幅がｗ、１本あたりの張力はｑなので、矢印ｃ２３３の範囲の帯状補強材２０１の合力Ｑは、Ｑ＝ｑ・２Ｃ／ｗである。
但し、柱２０５は長方形断面であるので、前面と背面がともに働くとして係数２を用いた。また、矢印２３３の長さＣは、第２８図から、Ｃ＝ｂｔａｎθである。一般には、せん断力Ｑは、部材内部でも負担しているが、ベルトが顕著な効果を発揮するＱｍａｘ付近の変形を超えると、ほぼ全てのせん断力がベルトの張力によって負担されると仮定している。
今、角θ２３７＝４５度とすれば、柱２０５の幅２３５がｂ（拘束長）＝３０ｃｍである。よって、前に、式［２４］から式［２６］により算出した、ポリエステルベルト１９９（幅６４ｍｍ、厚さ４ｍｍ）を使用したときの最大値ｑｍａｘ、最小値ｑｍｉｎに対応する水平力Ｑｍａｘ、Ｑｍｉｎは、Ｑｍａｘ＝ｑｍａｘ２ｂ／ｗ＝１８０００ｋｇｆ、Ｑｍｉｎ＝ｑｍｉｎ２ｂ／ｗ＝９０００ｋｇｆとなる。従って、本補強の効果で、クラック２１５の幅がｄｍａｘ＝１．２ｍｍを越えない範囲では、９ｔｆ以上の水平抵抗力を保持することができる。
【００８０】
次に、補強なしの柱２０５と、図２４に示す帯状補強材２０１として前述のポリエステルベルト１９９（幅６４ｍｍ、厚さ４ｍｍ）を用いて補強した柱２０５について、図２７に示す条件で、変位制御で水平繰り返し加力試験を実施した結果について述べる。但し、柱２０５のコンクリート強度は１３５ｋｇｆ／ｃｍ２、軸方向鉄筋比０．５６％、せん断補強鉄筋比０．０８％、軸力は一定で、３７ｔｆ（軸力比０．３）である。
図２９は、柱２０５の変形を示す概略図である。柱２０５の水平方向の変位を水平変位δｈ２３９、鉛直方向の変位を鉛直変位δｖ２４１とすると、実験により、図３０から図３５に示す結果が得られた。図３０は柱２０５の水平力Ｑと変位履歴の包絡線を示す図である。図３１は柱２０５の水平変位、鉛直変位、水平力の関係を示す図、図３２は、柱２０５の復元力特性関係を示す図である。
図３０の横軸は柱２０５の水平変位δｈ（２３９）を、縦軸は水平力Ｑ（せん断力２２７）を示す。図３２の横軸は柱２０５の水平変位δｈ（２３９）と変形角を、縦軸は水平力Ｑ（せん断力２２７）を示す。
図３０において、柱２０５を帯状補強材２０１で補強しない場合の包絡線が補強なし２４３ａ、補強した場合の包絡線が補強あり２４３ｂの曲線である。補強あり２４３ｂに示す包絡線は、図３２に示す履歴ループ２５３の阪神大震災相当２５５ａ、阪神大震災２倍相当２５５ｂ、阪神大震災３倍相当２５５ｃ、阪神大震災５倍相当２５５ｄ等の点の包絡線である。
【００８１】
図３１では、横軸が水平変位δｈ（２３９）を、上向きの縦軸が水平力Ｑ（せん断力２２７）を、下向きの縦軸が鉛直変位δｖ（２４１）を示す。補強なし２４３ａ、補強あり２４３ｂは、図３０の補強なし２４３ａ、補強あり２４３ｂに示したのと同じ包絡線である。補強なし２４５ａは、帯状補強材で補強しなかった柱２０５の鉛直変位δｖを、補強あり２４５ｂは、帯状補強材２０１（ポリエステルベルト１９９）で補強した柱２０５の鉛直変位δｖを示す曲線である。
図３０、図３１に示すように、補強なし２４３ａの場合の最大水平力をＱｍａｘ１、補強あり２４３ｂの場合の最大水平力をＱｍａｘ２、最小水平力をＱｍｉｎとすると、実験のデータから、補強なし２４３ａの場合の最大水平力はＱｍａｘ１＝１７．５ｔｆである。また、補強あり２４３ｂの場合の最大水平力はＱｍａｘ２＝１８ｔｆ、最小水平力はＱｍｉｎ＝７ｔｆである。
図３１で、補強なしの柱２０５の水平力Ｑを示す補強なし２４３ａのライン、鉛直変位δｖを示す補強なし２４５ａのラインは、水平力ＱがＱｍａｘ１となった時点から急降下している。これは、補強した柱２０５では、Ｑｍａｘ２に対応する水平変位から、Ｑｍｉｎまでの水平変位の領域で、帯状補強材２０１（ポリエステルベルト１９９）での補強効果によってせん断力の大半が負担されているという前記の仮定を裏付けている。
【００８２】
補強あり２４３ｂでの最小水平力Ｑｍｉｎの実験データが、図２７、図２８のモデルを用いた計算値９ｔｆより小さいのは、実験誤差であるとともに、繰り返し荷重と変形で、柱２０５のコンクリート面と帯状補強材２０１（ポリエステルベルト１９９）との接着面での強度低下が生じたことも考えられる。最大せん断力Ｑｍａｘ２は、計算値１８ｔｆとほぼ等しい値である。
図２９に示すように、柱２０５の水平変位δｈが変位振幅δｈｃ２４７のとき、水平力Ｑを示す補強あり２４３ｂの曲線には水平力変曲点２４９が、鉛直変位δｖを示す補強あり２４５ｂの曲線には鉛直変位変曲点２５１がある。変位振幅δｈｃ２４７は、図３２に示す履歴ループ２５３の兵庫県南部地震３倍相当２５５ｃ付近の水平変位δｈ、すなわち約１４０ｍｍ（変形角は０．１５ｒａｄ）である。
【００８３】
図３３は、柱２０５の累積水平変位Σδｈと履歴吸収エネルギＷの関係を示す図である。図３４は図３３の詳細図である。図３３では、横軸が水平累積変位Σδｈを、縦軸が履歴吸収エネルギＷを示す。
図３３、図３４の横軸に示す累積水平変位Σδｈは、次の式で計算した。ここで、ｉは、データ記録のステップ数、ｎは現在のステップ数である。なお、累積水平変位Σδｈは、図３２に示す履歴ループ２５３上での位置を示す指標として計算している。
2006022642.tif 000020
【００８４】
縦軸に示す履歴吸収エネルギＷは、次の式で計算した。履歴吸収エネルギＷは、水平力Ｑすなわちせん断力２２７のした仕事である。
2006022642.tif 000021
構造物のある柱２０５が受け持つ軸力２２９がＰであれば、これに対応する質量ｍは、重力加速度ｇを用いて、ｍ＝Ｐ／ｇで表せる。従って、構造物に入力され、振動が終了するまでに消費されるエネルギのうち、柱２０５に作用するせん断力２２７がする仕事Ｅは、地震動の速度応答スペクトルＳｖを用いて、近似的に次の式で表される。
2006022642.tif 000022
【００８５】
図３３に示す履歴吸収エネルギ２５７の曲線は、図３２に示す実験結果の履歴ループ２５３から式［２８］で計算した履歴吸収エネルギを表す。阪神大震災相当２５９ａおよび阪神大震災５倍相当２５９ｂの直線で示される値は、履歴吸収エネルギ２５７の曲線との比較のため、式［２９］で算出したものである。図３４では、同様に式［２９］で算出した阪神大震災２倍相当２５９ｃ、阪神大震災３倍相当２５９ｄの値をさらに示している。式［２９］を使用するにあたり、速度応答スペクトルは、固有周期０．３秒での神戸海洋気象台記録での値であるＳｖ＝９０ｃｍ／ｓを用いた。
図３５は、式［２７］で算出した累積水平変位Σδｈと鉛直変位δｖの関係を示す図である。図３５では、横軸が水平累積変位Σδｈを、縦軸が鉛直変位δｖ（２４１）を示す。図３１の説明で述べたように、水平変位が変位振幅δｈｃ２４７、すなわち約１４０ｍｍのとき、鉛直変位変曲点２５１があり、このとき、累積水平変位Σδｈは約１５００ｍｍである。図３５に示すように、鉛直変位変曲点２５１での累積変位約１５００ｍｍまでは、鉛直変位δｖは５ｍｍ（歪０．５％）以下である。
【００８６】
この実験から、次のことが言える。
（１）従来の補強が困難である低強度コンクリート（１３５ｋｇｆ／ｃｍ２）で補強効果を発揮した。
（２）歪の小さい範囲から大変形まで連続的に補強効果を発揮した。
（３）図３０に示す補強あり２４３ｂの曲線で、水平力に２つの変曲点（Ｑ＝Ｑｍａｘ２となる点、およびＱ＝Ｑｍｉｎとなる点、すなわち水平力変曲点２４９）が確認された。
（４）図３１に示す補強あり２４５ｂの曲線で、鉛直変位δｖにひとつの変曲点（鉛直変位変曲点２５１）が確認された。これは、（３）に記述した水平力変曲点２４９（Ｑ＝Ｑｍｉｎ）に対応する点である。なお、鉛直変位変曲点２５１は、繰り返し荷重によってコンクリートが累積損傷し、コンクリート強度が低下し、帯状補強材２０１（ポリエステルベルト１９９）と柱２０５のコンクリート面の接着強度τが低下し、クラック幅２１７が限界ｄｍａｘを越え、式［２１］から式［２６］のメカニズムが成り立たなくなった結果、柱２０５の断面形状が変化を開始し、大きな軸変形を生じるメカニズムに移行した点である。
（５）水平力Ｑの第２変曲点、すなわちＱ＝Ｑｍｉｎとなる水平変曲点２４９に達するまで、即ち鉛直変位δｖが鉛直変位変曲点２５１に達するまでは、鉛直変位δｖ（柱２０５の軸縮み）は０．５％以下であり、実用上、構造物が地震後再利用できる許容範囲である。
（６）補強しない場合（図３０、図３１に示した補強なし２４３ａ、２４５ａの場合）には、阪神大震災相当の履歴吸収エネルギ以前に鉛直変位δｖが急拡大し、構造物は崩壊したと考えられる。
（７）補強した場合、図３３、図３４に示す履歴吸収エネルギ２５７が阪神大震災約２．５倍相当の履歴吸収エネルギとなるまでは鉛直変位δｖが０．５％以下であり、実用上、構造物が地震後再利用できる許容範囲である。
（８）補強した場合には、図３５に示すように、阪神大震災約２．５倍相当の履歴吸収エネルギ（累積水平変位Σδｈが約１５００ｍｍ）を越えると、鉛直変位δｖは徐々に拡大する。しかし、図３１、図３２に示すように、水平耐力が上昇し、１サイクルあたりの吸収エネルギが増えるので、制振効果が高まり、大きな崩壊防止効果がある。
【００８７】
上記柱２０５等の部材にポリエステルベルト１９９等の帯状補強材２０１を直接接着する方法は、図３０から図３５の実験結果に示されるように、クラック２１５の発生後の小さな変形から大きな変形まで、連続的に補強効果を発揮する。
従来、部材を巻き立てて補強する場合は、クラックの発生を防ぐべく、部材を構成する主要な力学的要素の剛性と同等以上の剛性を持った炭素繊維、巻き鉄板等の補強材料を部材表面に直接樹脂等で張り付けることを特徴としていたが、この柱２０５等の部材にポリエステルベルト１９９等の帯状補強材２０１を直接接着した補強構造では、部材表面のクラック２１５の発生を抑止しようとするのではなく、クラック幅２１７を有効な値、例えば２ｍｍ程度に押さえることで、部材の機能低下を制御し、構造物の使用性や安全性を維持する。
【００８８】
ポリエステルベルト１９９等の剛性が大きな材料を用いて部材表面に直接接着する方法は、有限なクラック２１５を伴う変形の範囲で、部材の形状を保持する効果を高めることを狙っている。この効果は、式［２１］〜式［２４］に示したように、補強材周方向の剛性に比例して高くなり、部材表面と補強材の間で伝達されるせん断力の大きさによって限界がある。よって、部材と、剛性の大きな補強材を直接接着することによって、効果を高めることができる。
なお、第９の実施の形態で使用する帯状補強材２０１は、ポリエステルベルト１９９に限らない。同等の強度、剛性を持つ任意の材質を使用することができる。
また、この補強構造は、クラック幅２１７の増大を制御することによって、部材の見かけの体積の膨張を抑える方法であり、形状変化と軸歪を抑えるメカニズムを考案し、理論式と実験で実証したことは、今後の実用上意義が大きい。
【００８９】
次に、凹凸のある部材、ならびに部材と部材の接合部の補強効果を高める補強構造について説明する。図３６は、柱２６１と梁２６３の接合部に接続用補強材２６９ａ、２６９ｂを設置した状態を示す斜視図である。柱２６１の左右の側面２６５ｂには、梁２６３が接合されている。
柱２６１と梁２６３の接合部は、まず、２枚のシート状の接続用補強材２６９ａと、４枚の接続用補強材２６９ｂとで補強される。接続用補強材２６９ａは、シート状の補強材であり、柱２６１の側面２６５ｂと梁２６３の側面２６７ａとの接合部を覆うように接着される。接続用補強材２６９ａの中央部は、柱２６１の側面２６５ａと左右に隣接する側面２６５ｂとに接着され、両端部は、梁２６３の側面２６７ａに接着される。
接続用補強材２６９ｂはシート状の補強材であり、柱２６１の側面２６５ｂと梁２６３の側面２６７ｂとの接合部を覆うように接着される。接続用補強材２６９ａ、２６９ｂは、例えば、繊維系、ゴム系等の高延性及び高屈曲性を有するシート材である。
接続用補強材２６９ａ、２６９ｂは、シート状の補強材ではなく、ポリエステルベルト１９９等の帯状補強材を用いても良い。シート材、帯状補強材のいずれを用いる場合でも、接続用補強材２６９ａ、２６９ｂの厚さ、幅、長さ等は、必要な補強量に相当する寸法とする。
接続用補強材２６９ａ、２６９ｂを柱２６１や梁２６３に接着する方法は、仮付けでもよいが、強度を期待した接着を用いることができる。一般に、構造物の変位振幅は、部材と部材の接合部の変形に大きく左右されるので、後述の図３９のステップ３０９に示した方法で補強量が決定されることを考えると、後者を用いることが実用的である。
【００９０】
図３７は、柱２６１と梁２６３の接合部に帯状補強材２７１ａ、２７１ｂを設置した状態を示す斜視図である。図３７では、図３６に示すように設置された接続用補強材２６９ａ、２６９ｂを覆うように、１本の帯状補強材２７１ａと、２本の帯状補強材２７１ｂが設置される。帯状補強材２７１ａは、太い側の部材、すなわち柱２６１の周囲に設置される。帯状補強材２７１ａは、斜めに柱２６１と梁２６３の接合部を跨ぎ、接合部の上方と下方とで連続して巻き付けられる。帯状補強材２７１ｂは、細い側の部材、すなわち梁２６３の周囲に設置される。帯状補強材２７１ｂは、柱２６１の左右に接合された梁２６３にそれぞれ独立して巻き付けられる。
この方法を繰り返し用いて補強量を必要な量まで増やす。図３７では帯状補強材２７１ａ、２７１ｂを二重に設置し、柱２６１と梁２６３の接合部で襷がけにしてある。
柱２６１、梁２６３への帯状補強材２７１ａ、２７１ｂの接着には、強度を期待した接着を用いる。図３６および図３７に示されているように、シート状の接続用補強材２６９ｂの上には、帯状補強材２７１ａ、２７１ｂが巻き付けられる。柱２６１や梁２６３とシート状の接続用補強材２６９ｂ、接続用補強材２６９ｂと帯状補強材２７１ａ、２７１ｂは、お互いの張力を接着面のせん断抵抗を介して伝達するように接着される。柱２６１や梁２６３と接続用補強材２６９ａ、接続用補強材２６９ａと帯状補強材２７１ａ、２７１ｂも同様に接着される。
なお、必要に応じて、柱２６１の周囲に他の補強材（図示せず）を、また、梁２６３の周囲に更に他の補強材（図示せず）を巻き付ける。これらの補強材は、伸展性のあるシート材や帯状材である。
【００９１】
この補強構造では、柱２６１と梁２６３との接合部に接続用補強材２６９ａ、２６９ｂを設けて、部材間の補強効果を高める。さらに、帯状補強材２７１ａを太い方の部材である柱２６１に襷がけにし、接合部を跨いで巻きつけたり、帯状補強材２７１ａ、２７１ｂを柱２６１や梁２６３の周囲に多重に巻きつけることで、必要な補強量を確保する。
図３６、図３７では、十字型の接合部を示したが、Ｔ型等の接合部でも同様の方法で施工できる。さらに、柱と梁の組合せに限らず、他の部材同士の接合部の補強にも有効である。また、スリットや孔を用いる方法と併用することもできる。これは、スラブと梁、壁と梁など、厚さや形状の大きく異なる部材間の接合部の補強に対して、特に有効である。
なお、帯状補強材２７１ａ、２７１ｂのみで十分な補強量を得られる場合には、接続用補強材２６９ａ、２６９ｂを省略してもよい。
上述の補強構造では、高延性及び高屈曲性を有する、すなわち、伸展性を有する材料等を補強材として、接着剤による定着等により部材、母材等の表面、内部等に設置して、見かけの体積の膨張を拘束することによって、部材の形状変化、損傷等を制御する構造物の補強構造について説明した。
【００９２】
補強材料として、ポリエステルシートなどの、安価で加工や接着が容易な材料を用いられる場合、これらの補強材料のヤング率は、コンクリートの１０分の１、鉄の１００分の１程度である。よって、鉄筋コンクリートの鉄筋のような形で、歪が極めて小さい弾性範囲内で部材に作用する荷重の一部を直接分担する効果は、上記のヤング率の比に比例して、ごく小さい。
しかし、繰り返し荷重の作用により、部材を主として構成する鉄やコンクリート等の材料が降伏したり、ひび割れを発生したりして、塑性変形を開始した以降には、部材の剛性が低下するので、顕著な効果が得られる。すなわち、部材を構成するコンクリート等の材料が粒状体を経て粉体となり、鉄が大きく塑性変形したり破断した以降も、これらを一体化させて保持し、軸力保持能力、曲げやせん断などの外力への抵抗能力を発揮させることができる。
補強した部材は、剛性を保持しながら、上述の一連の繰り返し変形過程で極めて大きなエネルギを吸収するので、地震等の突発的な外力から、構造物の崩壊を防止することができる。
図４０は、繰り返し荷重の作用による、補強した部材の累積変形と履歴吸収エネルギの関係を示す図である。横軸は累積変形を、縦軸は履歴吸収エネルギを示す。部材が、有限なひび割れを伴って変形する間にも、繰り返し外力の作用を受けることによって、部材を構成する材料が部分的な破壊を生ずる。従って、部材と補強材の間で伝達されるせん断力はこれに応じて低下するので、補強効果も低減し、部材の形状を保持する効果も低減する。繰り返し荷重による部材を構成する材料の破壊は、外力のした仕事、すなわち履歴吸収エネルギで計ることができる。
材料の種類と量に応じて、ある限界（形状保持限界エネルギ２７５と称する）が存在し、これを超えると材料が粒状体的に振る舞うので、部材の形状が顕著に変化し始める。本発明の方法で補強した部材では、断面は円形に、全体形状は球を繋げた形に近づいていく。これによって、構造物の形状も顕著に変化する。
図４０に示すように、本発明の補強構造の特徴は、広い範囲のエネルギ領域と変形領域に対応可能であり、補強効果を高めることができることにある。さらに、免震部材に本発明の方法等を用いた場合には、形状変化を最小に抑え、剛性を保持しつつ、装置の体積に相当する材料がほぼ完全に粉砕されるエネルギ量を吸収することができる。これは、免震部材としては極めて効率的な方法である。さらに、特殊な充填材を混入し、上記の過程の外力仕事によって発生する熱などのエネルギを利用して材料を内部で補強することで、免震効果を一層高めることができる。
【００９３】
次に、上記した繊維系のシート状補強材や帯状補強材に、樹脂を含浸させた補強材を用いた場合の補強構造に付いて説明する。図４１は、樹脂を含浸させた補強材料および含浸させない補強材料の引張応力歪関係を示す図である。縦軸は張力を、横軸は伸び歪（％）を表す。
樹脂を含浸させた場合２７７の曲線は、ポリエステル製のシート状織布にエポキシ樹脂を含浸させ、樹脂が硬化した後に引張試験を行った応力歪関係を示す。含浸させない場合２７９の曲線は、同じシート状織布にエポキシ樹脂を含浸させずに引張試験を行った応力歪関係を示す。
図４１で、樹脂を含浸させた場合２７７と含浸させない場合２７９の曲線を比較すると、樹脂を含浸させることによって、歪０％から約３％までの範囲で剛性、即ちグラフの割線勾配が顕著に大きくなっていること、かつ、歪の大きい範囲まで破断することなく変形できることが読み取れる。なお、図２１に示すポリエステルベルト１９９等のポリエステル製の帯状材料でも、同様の試験結果が得られる。
図４１に示す試験結果は、樹脂を含浸させた場合２７７には、ポリエステル繊維で織ったシートもしくは帯状の材料に樹脂を含浸させたことによって、歪の小さい範囲内では樹脂が繊維の変形を拘束する効果があり、含浸させない場合２７９に比べて剛性が増加することを示している。また、変形が大きくなると、樹脂を含浸させた場合２７７では、繊維を大きく破損しないで前記の効果が失われる結果、１５％以上の大きな歪まで変形性能を保ち得ることを示している。
このように、樹脂を含浸させた補強材料を用いることによって、単一種類の材料で、歪の小さい範囲で変形を抑制する効果を高めながら、なおかつ、歪の大きい範囲での荷重保持効果を得ることができる。
【００９４】
前述の補強材は、次のようにして設計することができる。
上記したように、補強構造の力学的性質（外力と変形の関係）は、以下の量で決定されるので、これらと、補強対象構造物の情報から補強対象構造物の性能を算定し、補強構造を設計することができる。
１）  補強材の厚さ  ｔ
２）  同ヤング率  Ｅｆ
３）  同破断歪    εｆｂ
４）  定着構造の降伏時補強材応力  σｆｍａｘ
５）  補強材設置形状（補強材同士が閉合しているか（図１）か、否か（図３）
６）  補強材設置範囲（閉合していない場合）拘束長  ｂ  で表す
７）  剥離限界伸び  δ１
定置構造の降伏時補強材応力の決定には、
８）  拘束長  ｂ  と  平均定着強度  τｆ
もしくは、
９）  定着構造の界面剥離エネルギー  Ｇｆ
を用いることができる。
【００９５】
また、ＳＲＦ補強構造のギャップ幅と補強材張力の関係は、図４４に示すようになる。即ち、ギャップ幅は、ゼロから拡大すると定着区間で補強材が伸長し、これに応じて補強材張力が発生する。ギャップ上における補強材伸長量がδ１に達すると定着構造の解除が開始され、自由長ａが生じる（図４３）。定着が接着による場合で、ギャップから十分遠方まで接着されている場合には、ギャップ幅の拡大に伴って拘束長（ギャップから定着力がゼロでない点までの距離）が拡大できる限りは、定着力がほぼ一定に保たれる（図４）。これが、図４４のＡ点からＢ点までである。以降は、定着長（ｓ＝ｂ−ａ）が減少し、補強材張力も減少する。これが、Ｂ点からＣ点である。式［１］〜式［４］に示した理論によれば、補強材張力が、最大値の半分になったところで、接着は一気に解除される。しかし、補強材が閉合しているか、部材の角等で形状的な拘束がある場合には、定着力が保持されギャップ幅に比例して、補強材が破断応力（破断歪εｆｂに対応する応力）に達するまで補強材張力が増大する（Ｃ点からＤ点）。
補強材張力と部材の復元力の関係は、例えば、棒状部材の場合について式［９］〜式［１０］に示したような理論によるか、実験から求めることができる。また、補強材張力が最大値に達する補強材伸長量δ１は、接着が解除される限界（補強材張力がσｆｍａｘに達した）時点で補強材の定着区間での歪を積分したものであり、補強材のヤング率が大きい程小さい。式［１］〜式［４］に示した理論では、これを無視している。
【００９６】
補強材最大張力は、式［４］から、拘束長と平均接着強度の積を補強材厚さで除したものとして求めても良い。ただし、補強材が部材を周回している場合は、補強材が広い範囲に渡り設置されている場合には、拘束長を明確に把握できないことがある。式［１０１］の界面剥離エネルギーを用いて、補強材最大張力を決定する方法を用いて行なうとこの問題がない。
2006022642.tif 000023
ただし、界面剥離エネルギーとは、図４３に示したような薄い弾性体を母材の間の単位面積の接着界面を剥離させることに要するエネルギーであり、剥離試験の結果得られた該弾性体に生じた最大張力σｆｍａｘと該弾性体の厚さｔ及びヤング率Ｅｆから式［１０２］で計算される。
2006022642.tif 000024
式［１０１］は、式［１０２］をσｆｍａｘについて解いたものである。
鉄筋コンクリート製部材をＳＲＦ補強する場合の設計においては、ＳＲＦ補強材が図４４に示したように見かけ上σｆｍａｘで降伏することを用いて、ＳＲＦ補強材の補強効果を界面剥離エネルギー等を用いて鉄筋に置き換えて計算することによって、既存の鉄筋コンクリート部材に対する設計計算式を準用することができる（式［１０３］）。ただし、鉄筋に比べてＳＲＦ補強材のヤング率は小さく、設計限界状態でのギャップ幅が図４３および図４４で示した剥離限界伸びδ１に達しない場合も有り得るので、δ１が設計限界内で生ずることを実験等で確認するか、補強材応力に制限を設けるなどの留意を行なう必要がある。
【００９７】
例えば、図７に示したような棒状鉄筋コンクリート部材を周回するように接着で設置されたＳＲＦ補強材の設計を行なう場合、補強後の相当せん断補強鉄筋量ｐｗｆを次のように算定する。
2006022642.tif 000025
ただし、ｔは補強材厚さ、ｂｍは、部材断面の幅である。ｐｗは、補強する部材のせん断補強鉄筋比、σｓｙは、鉄筋の降伏応力である。また、補強材最大張力σｆｍａｘは、式［１０１］によるが、補強材応力は、補強材歪１％に対応する値を超えないとする。
前記見かけの降伏応力（式１０１及び式１０２のσｆｍａｘ）は、補強材の定着が解除されるまでに負担し得る最大応力（図４４）であり、補強材のヤング率Ｅｆ、界面剥離エネルギーＧｆと補強材厚さから式［１０１］で計算される。同式では、見かけの降伏応力が厚さの平方根に反比例して減少するので、補強材厚さは、簡単ではあるが、繰り返し計算で求めることができる。
以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかる構造物の補強構造、補強方法、免震構造、免震方法、補強材等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９８】
以下、本発明の実施の態様を列記する。
（１）構造物における部材に、延性および屈曲性が高く、引っ張り破断歪みが１０％以上である伸展性材を定着し、該伸展性材が前記部材の変形に伴うギャップを跨ぐ応力伝達媒介部を形成して張力を発生し、構造物に作用する荷重を分担することを特徴とする構造物の補強方法。
（２）前記伸展性材のヤング率が、前記部材のヤング率より小さいことを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（３）前記張力は、降伏値を有することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（４）前記張力の降伏値を用いて前記伸展性材の所要量を決定することを特徴とする上記（３）に記載の補強方法。
（５）前記張力が降伏値に達した後、該降伏値より増加することを特徴とする上記（３）に記載の補強方法。
（６）折り曲げ可能角度が、90度以上である伸展性材を用いたことを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（７）せん断変形角が、２度以上である伸展性材を用いたことを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（８）織成体である伸展性材を用いたことを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（９）前記織成体の厚みが、０．５ｍｍから１５ｍｍであることを特徴とする上記（８）に記載の補強方法。
（１０）ヒートセットした伸展性材を用いたことを特徴とする上記（８）に記載の補強方法。
（１１）樹脂を含浸した伸展性材を用いたことを特徴とする上記（８）から（１０）までのいずれかに記載の補強方法。
（１２）ゴム系又は樹脂系材料で形成された伸展性材を用いたことを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（１３）前記伸展性材の設計所要量を該伸展性材の設計限界状態のヤング率を用いて決定することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（１４）前記伸展性材の部材への定着に、該部材の破壊強度より小さい接着強度を持つ接着剤を用いたことを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（１５）前記接着剤が一液性無溶剤接着剤であることを特徴とする上記（１４）に記載の補強方法。
（１６）前記接着剤と前記伸展性材の間の界面剥離エネルギーを用いて、該伸展性材の設計所要量を決定したことを特徴とする上記（１４）に記載の補強方法。
（１７）前記部材の面取りを行わずに前記伸展性材を設置することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（１８）前記部材表面のフリク調整をおこなわずに、伸展性材を設置することを特徴とする（１）に記載の補強方法。
（１９）前記部材に孔を空けずに前記伸展性材を設置することを特徴とする上記（１）に記載の補強方法。
（２０）前記伸展性材が、ヤング率と破断歪の異なる複数の素材から成ることを特徴とする上記（１）に記載の構造物の補強方法。
（２１）前記ギャップが、設計的に予め設けられたもの、あるいは、外力の作用による力学的要因、あるいは、環境的要因、あるいは経年変化による要因により形成されたものである上記（１）から（２０）までのいずれかに記載した構造物の補強方法。
（２２）前記部材は、以下の少なくとも１つを含む上記（１）〜（２１）のいずれかの補強方法。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）樹脂
１１）金属
（２３）上記（１）〜（２２）のいずれかの構造物の補強方法により補強された構造物。
（２４）構造物における部材に、延性および屈曲性が高く、引っ張り破断歪みが１０％以上である伸展性材を定着し、該伸展性材が前記部材の変形に伴うギャップを跨ぐ応力伝達媒介部を形成して張力を発生し、構造物に作用する荷重を分担することを特徴とする構造物の補強構造。
（２５）前記伸展性材のヤング率が、前記部材のヤング率より小さいことを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（２６）前記張力が、降伏値を有することを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（２７）前記張力の降伏値を用いて前記伸展性材の所要量を決定することを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（２８）前記張力が降伏値に達した後、該降伏値より増加することを特徴とする上記（２６）に記載の補強構造。
（２９）折り曲げ可能角度が、90度以上である伸展性材を用いたことを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（３０）せん断変形角が、２度以上である伸展性材を用いたことを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（３１）織成体である伸展性材を用いたことを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（３２）前記織成体の厚みが、０．５ｍｍから１５ｍｍであることを特徴とする上記（３１）に記載の補強構造。
（３３）ヒートセットした伸展性材を用いたことを特徴とする上記（３１）に記載の補強構造。
（３４）樹脂を含浸した伸展性材を用いたことを特徴とする上記（３１）から（３３）までのいずれかに記載の補強構造。
（３５）ゴム系又は樹脂系材料で形成された伸展性材を用いたことを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（３６）前記伸展性材の設計所要量を該伸展性材の設計限界状態のヤング率を用いて決定することを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（３７）前記伸展性材の部材への定着を、該部材の破壊強度より小さい接着強度を持つ接着剤を用いて前記伸展性材を設置することにより、接着が前記ギャップ周辺で剥離した後も、補強効果を持続することを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（３８）前記接着剤が一液性無溶剤接着剤であることを特徴とする上記（３７）に記載の補強構造。
（３９）前記接着剤と前記伸展性材の間の界面剥離エネルギーを用いて、該伸展性材の設計所要量を決定したことを特徴とする上記（３７）に記載の補強構造。
（４０）前記部材の面取りを行わずに前記伸展性材を設置することを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（４１）前記部材表面のフリク調整をおこなわずに、伸展性材を設置することを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（４２）前記部材に孔を空けずに前記伸展性材を設置することを特徴とする上記（２４）に記載の補強構造。
（４３）前記伸展性材が、ヤング率と破断歪の異なる複数の素材から成ることを特徴とする上記（２４）に記載の構造物の補強構造。
（４４）前記ギャップが、設計的に予め設けられたもの、あるいは、外力の作用による力学的要因、あるいは、環境的要因、あるいは経年変化による要因により形成されたものである上記（２４）から（４３）までのいずれかに記載した構造物の補強構造。
（４５）前記部材は、以下の少なくとも１つを含む上記（２４）から（４４）までのいずれかの補強構造。
１）  コンクリート、
２）  鉄骨、
３）  レンガ、
４）  ブロック、
５）  石膏ボード、
６）  木、
７）  岩石、
８）  土、
９）  砂、
１０）樹脂
１１）金属
（４６）上記（２４）〜（４５）のいずれかの構造物の補強構造により補強された構造物。
（４７）延性および屈曲性が高く、引っ張り破断歪みが１０％以上である伸展性材により構成され、構造物における部材に設置され、該伸展性材が前記部材の変形に伴うギャップを跨ぐ応力伝達媒介部を形成して張力を発生し、構造物に作用する荷重を分担することを特徴とする補強材。
（４８）前記伸展性材のヤング率が、前記部材のヤング率より小さいことを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（４９）前記張力が、降伏値を有することを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（５０）前記張力の降伏値を用いて前記伸展性材の所要量を決定することを特徴とする上記（４９）に記載の補強材。
（５１）前記張力が降伏値に達した後、該降伏値より増加することを特徴とする上記（４９）に記載の補強材。
（５２）前記伸展性材の折り曲げ可能角度が、90度以上であることを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（５３）前記伸展性材のせん断変形角が、２度以上であることを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（５４）前記伸展性材が織成体であることを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（５５）前記織成体の厚みが、０．５ｍｍから１５ｍｍであることを特徴とする上記（５４）に記載の補強材。
（５６）前記伸展性材がヒートセットされていることを特徴とする上記（５４）に記載の補強材。
（５７）樹脂を含浸した伸展性材を用いたことを特徴とする上記（５４）から（５６）までのいずれかに記載の補強材。
（５８）前記伸展性材がゴム系又は樹脂系材料のものであることを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（５９）前記伸展性材の設計所要量を該伸展性材の設計限界状態のヤング率を用いて決定することを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（６０）前記伸展性材が、ヤング率と破断歪の異なる複数の素材から成ることを特徴とする上記（４７）に記載の補強材。
（６１）前記ギャップが、設計的に予め設けられたもの、あるいは、外力の作用による力学的要因、あるいは、環境的要因、あるいは経年変化による要因により形成されたものである上記（４７）から（６０）までのいずれかに記載の補強材。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上に述べたように、本発明によれば、安価かつ迅速に靭性と耐荷力に優れた部材、補強材等を作成することができる。本発明に係る補強材による効果は、既存の構造物の補修、補強等に有効であり、新設の構造物においても利用可能である。両者のいずれの場合にも、所要性能を満足するための費用、工期等を従来の方法に比べて軽減することができる。さらに、従来の部材では対処が困難であった爆発等突発的な外力に対する安全装置として、本発明に係る部材、補強材等を用いることができる。部材の主要な要素を補強材として外周面に設置しているので、安価かつ容易に、部材の作成、部材性能の向上が実現可能である。また、老朽化したり被災した構造物の再利用を通じて、既存構造物及び産業資源の有効活用が図れると共に、産業廃棄物等も削減可能である。
また、本発明にかかる構造物の補強構造、免震部材および補強方法は、補強する部材に起伏や凹凸のある場合、他の部材や非構造部材と接合されているか、極めて近接している場合、部材と補強材、補強材と外界の作用によって補強材が劣化する可能性のある場合、小さい範囲の変形から大きな変形まで補強効果を必要とする場合、免震補強が必要な場合等に用いるのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】補強材５が設置された部材１の斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】補強材５が設置された部材１の斜視図である。
【図４】補強材５が設置された部材１の斜視図である。
【図５】部材１における荷重及び変形の関係を示す図である。
【図６】部材１における周歪及び変形の関係を示す図である。
【図７】ギャップによって分割された部材の斜視図である。
【図８】第７図の部材の軸直角断面スライスの斜視図である。
【図９】補強材の応力歪関係を示す図である。
【図１０】無補強模型柱における荷重と変形との関係を示す図である。
【図１１】ＳＲＦ補強模型柱における荷重と変形との関係を示す図である。
【図１２】正方向ピーク荷重と変形との関係を示す図である。
【図１３】部材周伸び歪と変形との関係を示す図である。
【図１４】補強材が設置された壁つき柱の斜視図である。
【図１５】図１４の壁つき柱の断面図である。
【図１６】図１４の壁つき柱の断面図である。
【図１７】補強後のＨ型部材１４３の斜視図である。
【図１８】補強後の中空部材１４９の斜視図である。
【図１９】補強後の部材１８１の断面の一部を示す図である。
【図２０】部材１８１の荷重変形関係を示すグラフである。
【図２１】ポリエステルベルト１９９の平面図である。
【図２２】帯状補強材２０１で補強した柱２０５の例を示す斜視図である。
【図２３】帯状補強材２０１で補強した柱２０５の例を示す斜視図である。
【図２４】図２３に示す柱２０５の立面図である。
【図２５】図２２から図２４に示す柱２０５の表面付近の断面図である。
【図２６】帯状補強材２０１とクラック２１５の有効接着長の関係を示す図である。
【図２７】軸力と曲げとせん断を受ける柱２０５の概略図である。
【図２８】柱２０５に発生するクラック２１５を押し広げようとする力を示す図である。
【図２９】柱２０５の変形を示す図である。
【図３０】柱２０５の水平力Ｑと変位履歴の包絡線を示す図である。
【図３１】柱２０５の水平変位、鉛直変位、水平力の関係を示す図である。
【図３２】柱２０５の復元力特性関係を示す図である。
【図３３】柱２０５の累積水平変位Σδｈと履歴吸収エネルギＷの関係を示す図である。
【図３４】図３３の詳細図である。
【図３５】累積水平変位Σδｈと鉛直変位δｖの関係を示す図である。
【図３６】柱２６１と梁２６３の接合部に接続用補強材２６９ａ、２６９ｂを設置した状態を示す斜視図である。
【図３７】柱２６１と梁２６３の接合部に帯状補強材２７１ａ、２７１ｂを設置した状態を示す斜視図である。
【図３８】補強量の設計のフローチャートを示す図である。
【図３９】補強量の設計のフローチャートを示す図である。
【図４０】補強した部材の累積変形と履歴吸収エネルギの関係を示す図である。
【図４１】樹脂を含浸させた補強材料および含浸させない補強材料の引張応力歪関係を示す図である。
【図４２】試験体の諸元（実験諸元）、荷重条件、実験値、ＳＲＦ補強効果等を示す図である。
【図４３】ギャップ幅と補強材伸張量の関係を説明するための図である。
【図４４】ＳＲＦ補強構造における補強材張力と部材の相対変位の関係を説明するための図である。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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