(57)【要約】【課題】首部が上床版の中央部からずれた位置に配置されているマンホールについて、補強にかかる稼働および材料費の削減を図りつつ、埋設されたマンホールが受ける応力に対する十分な補強を施すことができる補強方法および補強構造を提供する。【解決手段】本発明に係るマンホールの補強方法は、上床版、側壁及び下床版を備える矩形状の胴部と、前記胴部の前記上床版の中央部からずれた位置に配置される首部と、を備えるマンホールの補強方法であって、前記側壁に強化繊維製の帯状補強材を設けず、前記上床版及び前記下床版に前記帯状補強材を設け、前記側壁における前記胴部の長手方向の中央部において、前記側壁の上部と前記上床版と、及び、前記側壁の下部と前記下床版と、をそれぞれ、補強部材により固定する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上床版、側壁及び下床版を備える矩形状の胴部と、前記胴部の前記上床版の中央部からずれた位置に配置される首部と、を備えるマンホールの補強方法であって、
前記側壁に強化繊維製の帯状補強材を設けず、前記上床版及び前記下床版に前記帯状補強材を設け、
前記側壁における前記胴部の長手方向の中央部において、前記側壁の上部と前記上床版と、及び、前記側壁の下部と前記下床版と、をそれぞれ、補強部材により固定することを特徴とする補強方法。
【請求項２】
前記上床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積を、前記下床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積よりも小さく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３】
前記首部の中心位置は、前記胴部の前記長手方向の中央位置に対して一端側にずれて配置されており、
前記上床版の前記帯状補強材を、前記首部に対して前記長手方向の他端側の敷設面積が、前記首部に対して前記長手方向の前記一端側の敷設面積よりも大きくなるように、設けることを特徴とする、請求項１又は２に記載の補強方法。
【請求項４】
前記上床版の前記帯状補強材を、前記上床版の面内方向で、かつ、前記長手方向と直交する方向に沿って設けることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１つに記載の補強方法。
【請求項５】
上床版、側壁及び下床版を備える矩形状の胴部と、前記胴部の前記上床版の中央部からずれた位置に配置される首部と、を備えるマンホールの補強構造であって、
前記側壁に設けられず、前記上床版及び前記下床版に設けられた、強化繊維製の帯状補強材と、
前記側壁における前記胴部の長手方向の中央部において、前記側壁の上部と前記上床版と、及び、前記側壁の下部と前記下床版と、をそれぞれ固定する補強部材と、を備えることを特徴とする補強構造。
【請求項６】
前記上床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積は、前記下床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積よりも小さいことを特徴とする、請求項５に記載の補強構造。
【請求項７】
前記首部の中心位置は、前記胴部の前記長手方向の中央位置に対して一端側にずれて配置されており、
前記上床版に設けられる前記帯状補強材において、前記首部に対して前記長手方向の他端側での敷設面積は、前記首部に対して前記長手方向の前記一端側での敷設面積よりも大きいことを特徴とする、請求項５又は６に記載の補強構造。
【請求項８】
前記上床版の前記帯状補強材は、前記上床版の面内方向で、かつ、前記長手方向と直交する方向に沿って設けられていることを特徴とする、請求項５乃至７のいずれか１つに記載の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マンホールの補強方法及び補強構造に関し、特に、首部が上床版の中央部からずれた位置に配置されているマンホールの補強方法及び補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部環境に曝される設備は経年劣化する。地中に埋設されたコンクリート構造物であるマンホールも例外ではない。そのため、マンホールの補強技術が必要とされている。
【０００３】
特許文献１には、下床版、側壁および上床版からなる函体の上床版に開口用の首部を接続したマンホールにおいて、側壁の４隅を含む隅角部に台形状のハンチブロックを横並びで配設するとともに、下床版、側壁および上床版の内面に繊維強化プラスチック製の帯状補強材を接着する技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、矩形マンホールの側壁長手側中央部において、側壁の上部と上床版、および、側壁の下部と下床版とをそれぞれ、補強部材により固定する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２６４０９５号
【特許文献２】特許第５３７７５６３号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】株式会社サンレック「通信用マンホール・ハンドホール」，［online］，［平成30年3月26日検索］，インターネット＜URL: http://www.sunrec.co.jp/products_detail02/＞
【非特許文献２】日本グラウンドマンホール工業会「ふたの種類(T-25,T-14)の使用区分及び設計根拠」，［online］，［平成30年3月26日検索］，インターネット＜URL:http://jgma.gr.jp/manhole/shurui/＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マンホールの補強方法として特許文献１及び特許文献２に開示の技術を活用することにより、ある程度の補強効果を得ることができると考えられる。しかしながら、本願発明者らが検討した結果、材料、壁厚などが異なるマンホール、例えば、レジンマンホールの場合、地中に埋設された状態では、側壁には躯体上部からの負荷により、内側から外側方向に応力が生じることが見出された。上述した技術を単純に組み合わせるだけでは、上述したような内側から外側方向に生じる応力に対する適切な補強とは言えない。特に、マンホールの補強においては、補強にかかる稼働および材料費の削減を図ることが求められるが、このような観点からも、マンホールの補強については更なる検討の余地があった。
【０００８】
更に、特許文献１及び特許文献２のマンホールでは、マンホールの形状が函体や矩形といった直方体である。また、特許文献１及び特許文献２のマンホールの首部は上床版の中央部に配置されている。このようなマンホールでは、上床版に対して均一にひずみが生じ、局所的なひずみは生じない。
【０００９】
これに対して、首部が上床版の中央部からずれた位置に配置されているマンホールの場合、上床版の外縁から、首部と連なる上床版の開口部まで、の距離が場所によって大きく異なる。本発明者は、鋭意検討を重ねた結果、首部が上床版の中央部からずれた位置に配置されているマンホールの場合には、上床版の外縁から開口部までの距離が長い箇所において、局所的なひずみが大きくなり、ひび割れが発生し易いという知見を得るに至った。
【００１０】
そこで本発明は、上記問題に鑑み、首部が上床版の中央部からずれた位置に配置されているマンホールについて、補強にかかる稼働および材料費の削減を図りつつ、埋設されたマンホールが受ける応力に対する十分な補強を施すことができる補強方法および補強構造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】
【００１１】
本発明の第１の態様としてのマンホールの補強方法は、上床版、側壁及び下床版を備える矩形状の胴部と、前記胴部の前記上床版の中央部からずれた位置に配置される首部と、を備えるマンホールの補強方法であって、前記側壁に強化繊維製の帯状補強材を設けず、前記上床版及び前記下床版に前記帯状補強材を設け、前記側壁における前記胴部の長手方向の中央部において、前記側壁の上部と前記上床版と、及び、前記側壁の下部と前記下床版と、をそれぞれ、補強部材により固定する。
【００１２】
本発明の１つの実施形態として、前記上床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積を、前記下床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積よりも小さくする。
【００１３】
本発明の１つの実施形態として、前記首部の中心位置は、前記胴部の前記長手方向の中央位置に対して一端側にずれて配置されており、前記上床版の前記帯状補強材を、前記首部に対して前記長手方向の他端側の敷設面積が、前記首部に対して前記長手方向の前記一端側の敷設面積よりも大きくなるように、設ける。
【００１４】
本発明の１つの実施形態として、前記上床版の前記帯状補強材を、前記上床版の面内方向で、かつ、前記長手方向と直交する方向に沿って設ける。
【００１５】
本発明の第２の態様としてのマンホールの補強構造は、上床版、側壁及び下床版を備える矩形状の胴部と、前記胴部の前記上床版の中央部からずれた位置に配置される首部と、を備えるマンホールの補強構造であって、前記側壁に設けられず、前記上床版及び前記下床版に設けられた、強化繊維製の帯状補強材と、前記側壁における前記胴部の長手方向の中央部において、前記側壁の上部と前記上床版と、及び、前記側壁の下部と前記下床版と、をそれぞれ固定する補強部材と、を備える。
【００１６】
本発明の１つの実施形態として、前記上床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積は、前記下床版に設けられる前記帯状補強材の敷設面積よりも小さい。
【００１７】
本発明の１つの実施形態として、前記首部の中心位置は、前記胴部の前記長手方向の中央位置に対して一端側にずれて配置されており、前記上床版に設けられる前記帯状補強材において、前記首部に対して前記長手方向の他端側での敷設面積は、前記首部に対して前記長手方向の前記一端側での敷設面積よりも大きい。
【００１８】
本発明の１つの実施形態として、前記上床版の前記帯状補強材は、前記上床版の面内方向で、かつ、前記長手方向と直交する方向に沿って設けられている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、首部が上床版の中央部からずれた位置に配置されているマンホールについて、補強にかかる稼働および材料費の削減を図りつつ、埋設されたマンホールが受ける応力に対する十分な補強を施すことができる補強方法および補強構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一本実施形態としてのマンホールの補強構造を示す斜視図である。
【図２】図１に示す補強構造の水平方向に沿う断面を示す断面図であり、下床版を上床版側から見た図である。
【図３】図１に示す補強構造の水平方向に沿う断面を示す断面図であり、上床版を下床版側から見た図である。
【図４】図１に示す補強構造の鉛直方向に沿う断面を示す断面図である。
【図５Ａ】構造物試験機の構成を示す正面図である。
【図５Ｂ】構造物試験機の構成を示す右側面図である。
【図６】試験体の部分展開図である。
【図７】載荷試験後の補強なしの試験体、および、補強ありの試験体、に生じたひび割れ状況を示す図である。
【図８】試験体の側壁部の下部に生じたＸ方向およびＹ方向の歪み量の変化を示す図である。
【図９】ＦＥＭ解析において使用した土圧の荷重状況を示す図である。
【図１０】実施例モデルの解析結果を示す図である。
【図１１】比較例モデルの解析結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る、マンホールの補強方法、及び、マンホールの補強構造、について図１〜図１１を参照して説明する。各図において共通する部材・部位には同一の符号を付している。
【００２２】
図１は、本実施形態としてのマンホール１の補強構造１００を示す斜視図である。具体的には、本実施形態のマンホール１はＬ型マンホールである。また、マンホール１は、セメントの代わりに、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂（液状レジン）を使用し、骨材および充填材（フィラー）を加えて練り混ぜて形成されたレジンコンクリートを、鉄筋やガラス繊維などの補強材と共に一体成型した、組み立て式のレジンマンホールである。
【００２３】
図１に示すように、マンホール１は、胴部２と、突出部３と、首部４と、を備えている。
【００２４】
胴部２は矩形状の函体である。具体的には、矩形状の胴部２は、上床版１１、側壁１２及び下床版１３を備えている。本実施形態の突出部３は、胴部２の側壁１２から突設されている。このように、本実施形態のマンホール１では、胴部２及び突出部３によりＬ字形状が形成されている。
【００２５】
なお、本実施形態の突出部３も略矩形状に形成されており、突出上床版１４、突出側壁１５及び突出下床版１６を備えている。本実施形態において、胴部２の上床版１１と、突出部３の突出上床版１４と、は一体で形成されているＬ字形状の床版により構成されている。また、本実施形態において、胴部２の下床版１３と、突出部３の突出下床版１６と、は一体で形成されているＬ字形状の床版により構成されている。更に、突出側壁１５には、通信ケーブル等を、突出部３の内外に渡って延設可能な開口部１５ａが形成されている。
【００２６】
胴部２の上床版１１及び下床版１３は矩形板状である。また、胴部２の側壁１２は、上床版１１及び下床版１３を繋ぐ角筒状である。
【００２７】
胴部２の上床版１１には、首部４が接続される開口部１１ａが形成されている。マンホール１が地中に埋設されている状態では、地上に位置する首部４の上端から、首部４内及び開口部１１ａ内を通じて、胴部２に出入りすることができる。図１に示すように、開口部１１ａは、胴部２の上床版１１の中央部からずれた位置に形成されている。換言すれば、本実施形態の開口部１１ａは、その中心位置が上床版１１の中心位置と一致しない位置に形成されている。より具体的には、本実施形態の開口部１１ａは、胴部２の長手方向Ａにおいて、上床版１１の中央位置よりも一端側に偏った位置に形成されている。なお、本実施形態の上床版１１の中心位置とは、胴部２の矩形状の上床版１１の対角線同士が交差する位置を意味する。
【００２８】
胴部２の下床版１３には、排水などのための枡部１３ａ（図２参照）が設けられている。枡部１３ａの位置、大きさは特に限定されず、適宜変更することができる。また、胴部２の側壁１２には、通信ケーブル等を、胴部２の内外に渡って延設可能な開口部１２ａが形成されている。
【００２９】
首部４は、胴部２の上床版１１の中央部からずれた位置に配置される。具体的には、首部４は、上床版１１の開口部１１ａの位置から上方に突設されている。したがって、本実施形態の首部４は、開口部１１ａと同様、その中心位置が上床版１１の中心位置と一致しない位置に配置されている。より具体的には、本実施形態の首部４は、胴部２の長手方向Ａにおいて、上床版１１の中央位置よりも一端側に偏った位置に配置されている。
【００３０】
本実施形態のマンホール１としては、例えば、非特許文献１に示される株式会社サンレック製の「L-3R型(W1600×L2500×H1500)」等のＬ型マンホールを利用することができるが、矩形状の胴部の上床版の中央部からずれた位置に配置される首部を備えるマンホールであれば特に限定されるものではない。
【００３１】
図２は、図１に示すマンホール１の補強構造１００の水平方向に沿う断面を示す断面図であり、下床版１３を上床版１１側から見た図である。図３は、図１に示すマンホール１の補強構造１００の水平方向に沿う断面を示す断面図であり、上床版１１を下床版１３側から見た図である。図４は、図１に示すマンホール１の補強構造１００の鉛直方向に沿う断面を示す断面図である。
【００３２】
図２〜図４に示すように、マンホール１の補強構造１００は、帯状補強材１８と、補強部材１９と、を備える。帯状補強材１８及び補強部材１９は、マンホール１内に設けられている。
【００３３】
帯状補強材１８は、強化繊維製の帯状（シート状）の部材である。図２に示すように、帯状補強材１８は、マンホール１の下床版１３の内面に接着樹脂により接着して設けられる。また、図３に示すように、帯状補強材１８は、マンホール１の上床版１１の内面に接着樹脂により接着して設けられる。また、図４に示すように、強化繊維製の帯状補強材１８は、側壁１２には設けられておらず、上床版１１及び下床版１３に設けられている。より具体的には、本実施形態の帯状補強材１８は、上床版１１及び下床版１３にのみ設けられている。帯状補強材１８としては、例えば、繊維強化プラスチック製の部材、炭素繊維製の部材など種々のものを用いることができる。
【００３４】
また、図２、図３に示すように、本実施形態では、上床版１１に設けられる帯状補強材１８の敷設面積は、下床版１３に設けられる帯状補強材１８の敷設面積よりも小さい。より具体的には、本実施形態の上床版１１には、下床版１３と比較して少数の帯状補強材１８が接着されている。これによる作用効果の詳細は後述する。
【００３５】
更に、上述したように、首部４の中心位置は、胴部２の長手方向Ａの中央位置に対して一端側（図３では左側）にずれて配置されている。そのため、本実施形態では、上床版１１に設けられる帯状補強材１８において、首部４に対して長手方向Ａの他端側（図３では右側）での敷設面積を、首部４に対して長手方向Ａの一端側（図３では左側）での敷設面積よりも大きくしている。より具体的には、本実施形態では、首部４に対して長手方向Ａの一端側（図３では左側）に帯状補強材１８を設けておらず、首部４に対して長手方向Ａの他端側（図３では右側）にのみ帯状補強材１８を設けている。これによる作用効果の詳細についても後述する。
【００３６】
また、本実施形態では、上床版１１の帯状補強材１８は、上床版１１の面内方向で、かつ、長手方向Ａと直交する方向（以下、単に「短手方向Ｂ」と記載する。）に沿って設けられている。また、上床版１１の帯状補強材１８は、上床版１１の短手方向Ｂの全域に亘って設けられている。なお、本実施形態の上床版１１の短手方向Ｂの全域とは、後述の斜面部１７ａに挟まれる部分の短手方向Ｂの全域を意味する。これによる作用効果の詳細は後述する。
【００３７】
補強部材１９は、側壁１２における長手方向Ａの中央部において、側壁１２の上部と上床版１１と、及び、側壁１２の下部と下床版１３と、をそれぞれ固定する。より具体的には、図２等に示すように、本実施形態の側壁１２は、長手方向Ａに沿う長手側壁部１２ｂ及び１２ｃと、短手方向Ｂに沿う短手側壁部１２ｄ及び１２ｅと、で構成されている。本実施形態の補強部材１９は、長手側壁部１２ｂ及び１２ｃの長手方向Ａの中央部において、長手側壁部１２ｂ、１２ｃの上部と上床版１１と、及び、長手側壁部１２ｂ、１２ｃの下部と下床版１３と、をそれぞれ固定する。
【００３８】
上床版１１と側壁１２とを固定する補強部材１９は、側壁１２の上部から、側壁１２と上床版１１とが交わる隅角部１７を経て、上床版１１まで接するように設置される。また、下床版１３と側壁１２とを固定する補強部材１９は、側壁１２の下部から、側壁１２と下床版１３とが交わる隅角部１７を経て、下床版１３まで接するように設置される。補強部材１９は、例えば、予め胴部２の壁部に打ち込まれたアンカーボルトを利用することにより、固定することができる。
【００３９】
なお、補強部材１９の形状は、側壁１２の上部と上床版１１、および、側壁１２の下部と下床版１３とをそれぞれ固定することができれば、特に限定されない。
【００４０】
次に、本実施形態に係るマンホール１の補強方法について説明する。
【００４１】
まず、マンホール１の上床版１１及び下床版１３に、帯状補強材１８を接着する。ここで、上述したように、本実施形態において、帯状補強材１８は、側壁１２には設けられず、上床版１１及び下床版１３に設けられる。より具体的には、本実施形態の帯状補強材１８は、上床版１１及び下床版１３にのみ設けられる。
【００４２】
次に、マンホール１の側壁１２における長手方向Ａの中央部において、側壁１２の上部と上床版１１と、および、側壁１２の下部と下床版１３と、をそれぞれ、補強部材１９により固定する。なお、側壁１２と上床版１１とが交わる隅角部１７では、側壁１２および上床版１１に対して所定の角度（例えば、４５度）だけ傾いた斜面部１７ａが設けられる。そして、斜面部１７ａの一端に側壁１２の内面が接続し、斜面部１７ａの他端に上床版１１の内面が接続する。また、側壁１２と下床版１３との隅角部１７にも同様に、斜面部１７ａが設けられる。側壁１２の上部と上床版１１とを固定する補強部材１９は、側壁１２の内面の上部と、側壁１２と上床版１１との間の斜面部１７ａと、上床版１１の内面とに接するように設けられる。また、側壁１２の下部と下床版１３とを固定する補強部材１９は、側壁１２の内面の下部と、側壁１２と下床版１３との間の斜面部１７ａと、下床版１３の内面とに接するように設けられる。
【００４３】
なお、マンホール１の側壁１２における長手方向Ａの中央部とは、胴部２の内側の引張応力が最大となる長手方向Ａの中央位置のみを意味するものではなく、胴部２の内側への引張応力が発生する長手方向Ａの中央領域を意味する。図２〜図４に示すように、本実施形態の補強部材１９は、側壁１２の長手方向Ａの中央位置には配置されておらず、この中央位置を挟む長手方向Ａの両側それぞれの位置に配置されているが、この配置位置に限らず、例えば、側壁１２の長手方向Ａの中央位置を含む範囲に配置される補強部材１９としてもよい。
【００４４】
本実施形態では、上床版１１に設けられる帯状補強材１８の敷設面積を、下床版１３に設けられる帯状補強材１８の敷設面積よりも小さくする。より具体的には、本実施形態の上床版１１には、下床版１３と比較して少数の帯状補強材１８を接着する。これによる作用効果の詳細は後述する。
【００４５】
また、本実施形態では、上床版１１の帯状補強材１８を、首部４に対して長手方向Ａの他端側（図３では右側）の敷設面積が、首部４に対して長手方向Ａの一端側（図３では左側）の敷設面積よりも大きくなるように設ける。これによる作用効果の詳細についても後述する。
【００４６】
更に、本実施形態では、上床版１１の帯状補強材１８を、短手方向Ｂに沿って設ける。より具体的には、上床版１１の帯状補強材１８を、上床版１１の短手方向Ｂの全域に亘って設ける。これによる作用効果については後述する。
【００４７】
次に、本実施形態に係るマンホール１の補強構造１００による補強の効果について説明する。
【００４８】
まず、本実施形態に係るマンホール１の補強構造１００のうち、下床版１３に設けられる帯状補強材１８、及び、側壁１２における長手方向Ａの中央部において、側壁１２の上部と上床版１１と、及び、側壁１２の下部と下床版１３と、をそれぞれ固定する補強部材１９、による補強の効果を説明する。
【００４９】
本願発明者らは、下床版１３に設けられる帯状補強材１８、及び、上記位置に配置される補強部材１９、による補強の効果を確認するために、同様の補強が施された躯体の上部に荷重を負荷する載荷試験を行った。まず、図５Ａ、図５Ｂを参照して、載荷試験を行うための構造物試験機２００の構成について説明する。図５Ａは、構造物試験機２００の構成を示す正面図である。また、図５Ｂは、構造物試験機２００の構成を示す右側面図である。
【００５０】
図５Ａ、図５Ｂに示すように、構造物試験機２００は、鋼製の平板で形成され、試験体Ｔに荷重を負荷するための載荷板２０と、載荷板２０を押圧する油圧装置３０と、油圧装置３０による試験体Ｔの押圧による反力を支持する反力部材４０および反力支柱５０と、を備える。試験体Ｔは、例えば、マンホールなどのコンクリート構造物から切り出されたものである。試験体Ｔの上面には、発泡スチロール製の上板２０Ｔが配置されている。また、試験体Ｔの下面には、発泡スチロール製の下板２０Ｂが配置されている。なお、本明細書において、上方向とは、図５Ａにおいて、床Ｆから反力部材４０に向かう方向を指すものとする。また、下方向とは、反力部材４０から床Ｆに向かう方向を指すものとする。
【００５１】
構造物試験機２００は、例えば、ＪＩＳ  Ａ  １１０８に基づくコンクリートの圧縮強度試験方法を実施するための大型構造物試験機を用いることができる。試験体Ｔに圧縮荷重を負荷する油圧装置３０は、例えば、油圧シリンダの駆動により載荷板２０を所定の荷重で押圧可能な構成とすることができる。そして、油圧装置３０は、油圧シリンダへの流量を調整する流量調整バルブを制御することにより、加圧速度または変位速度を調整可能に構成することができる。なお、油圧装置３０に代えて、例えば、電気モータなどの油圧以外を用いた他の駆動装置により試験体Ｔを押圧するように構成してもよい。
【００５２】
構造物試験機２００の制御を行う制御回路は、図示は省略するが、作業者からの操作入力を受け付ける入力部、試験結果を記憶する記憶部、試験結果を表示する表示部、構造物試験機２００全体の動作を制御する制御部などを備える。制御部は、例えば、上述した流量調整バルブを制御することにより、油圧装置３０の加圧速度または変位速度を調整する。また、制御部は、試験体Ｔに貼付された歪みゲージからの出力を取得する。これにより、圧縮荷重値と試験体Ｔの歪みとの関係をデータ化することができる。
【００５３】
載荷板２０は、下面が平面である鋼製の平板であり、油圧装置３０からの押圧力を試験体Ｔに伝達する。載荷板２０は、図５Ａ、図５Ｂに示すように、平面視で試験体Ｔよりもやや大きい投影面積を有している。載荷板２０により、試験体Ｔの上面の全領域に押圧力を加えることができる。なお、載荷板２０の厚みは、構造物試験機２００で想定される押圧力（圧縮力）を加えても、載荷板２０に曲げ変形が生じない程度の厚みを有していることが好ましい。
【００５４】
上板２０Ｔは、発泡スチロール（ＥＰＳ：Expanded Poly-Styrene）で形成されている。発泡スチロールとは、ポリスチレンを微細な泡で発泡させて硬化させた材料であり、軽量かつ弾性力があり、衝撃吸収性にも優れる。そして、発泡スチロールは、外力に対して気泡の大きさが変化することで変形し、外力を吸収することができる。したがって、図５Ａに示すように、載荷板２０が発泡スチロール製の上板２０Ｔを介して試験体Ｔを押圧するように構成すれば、荷重によって試験体Ｔが変形しても、上板２０Ｔが試験体Ｔの上面の変形に追従して変形するため、上板２０Ｔは常に、載荷板２０と試験体Ｔの上面との両方に広い面積で接触することができる。したがって、載荷板２０は、試験体Ｔが変形しても、試験体Ｔの上面の隅角部に偏ることなく、上面の全領域を押圧することができる。
【００５５】
下板２０Ｂは、上板２０Ｔと同様に、発泡スチロールで形成されている。床Ｆと試験体Ｔとの間に発泡スチロール製の下板２０Ｂを配置することにより、載荷板２０からの荷重などにより試験体Ｔが変形しても、下板２０Ｂが試験体Ｔの下面の変形に追従して変形するため、下板２０Ｂは常に、試験体Ｔの下面と床Ｆとの両方に広い面積で接触することができる。したがって、試験体Ｔは、載荷板２０からの押圧力に対する反力を、試験体Ｔの下面全体で受けることができる。
【００５６】
油圧装置３０が試験体Ｔを下方向に向けて押圧すると、床Ｆからの反力を受けて、油圧装置３０を支持する反力部材４０には上方向の力が作用する。この上方向の力は、反力部材４０の両側に形成された反力支柱５０に伝達される。
【００５７】
次に、構造物試験機２００による載荷試験について説明する。
【００５８】
まず、２種類の試験体Ｔを用意した。試験体Ｔは、サイズ：３０００×１４０５×１６９０［ｍｍ３］であり、質量：３．２［ｔ］のレジンコンクリート構造体である。一方の試験体Ｔには、帯状補強材１８及び補強部材１９による補強を施した。この一方の試験体Ｔは、上床版１１に対応する上床版部８１と、側壁１２に対応する側壁部８２と、下床版１３に対応する下床版部８３と、を備えている。帯状補強材１８は、下床版部８３にのみ設けた。補強部材１９は、側壁部８２における長手方向Ａの中央部において、側壁部８２の上部と上床版部８１と、及び、側壁部８２の下部と下床版部８３と、をそれぞれ固定するように設けた。他方の試験体Ｔには、補強を施さなかった。帯状補強材１８としては、炭素繊維製の炭素繊維シートを用いた。
【００５９】
試験体Ｔには、歪みゲージを貼付した。図６は、試験体Ｔの部分展開図である。図６においては、試験体Ｔの上床版部８１と接する側壁部８２の一方の端部から、下床版部８３と接する側壁部８２の他方の端部に向かう方向（マンホールの高さ方向）をＸ方向とする。また、側壁部８２の面に沿ったＸ方向と直交する方向（マンホールの長手方向）をＹ方向とする。歪みゲージは、側壁部８２の上床版部８１と接する側の端部からＸ方向に４４５ｍｍの位置（側壁部８２の下床版部８３と接する側の端部から１３０５ｍｍの位置）であって、側壁部８２のマンホールの長手方向の一方の端部からＹ方向に１４７５ｍｍの位置に貼付した。歪みゲージは、試験体Ｔに生じたＸ方向およびＹ方向の歪みを検出する。なお、図６において、上床版部８１には、その中央部に、試験体Ｔの内部空間に通じる開口部８１ａが設けられ、下床版部８３には、円筒形状の枡部８３ａが設けられている例を示している。
【００６０】
次に、用意した試験体Ｔを構造物試験機２００に設置した。構造物試験機２００として、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社製の１０ＭＮ大型構造物試験機を採用した。また、床Ｆと試験体Ｔとの間、および、試験体Ｔと載荷板２０との間にはそれぞれ、発泡スチロール（積水化成工業株式会社製ＤＸ−３５板厚１００ｍｍ）を挿入した。そして、載荷板２０を、０．０１［ｍｍ／ｓｅｃ．］の速度で下方向に移動させて、試験体Ｔに対して、単調１軸の圧縮荷重を負荷した。
【００６１】
図７は、載荷試験後の補強なしの試験体Ｔ、および、帯状補強材１８及び補強部材１９により上述の補強を施した試験体Ｔ（補強ありの試験体Ｔ）に生じたひび割れ状況を示す図である。図７においては、補強なしの試験体Ｔおよび補強ありの試験体Ｔそれぞれについて、試験体Ｔ全体（全景）および下床版部８３のひび割れ状況を示している。なお、載荷試験においては、破壊を進行させるため、補強ありの試験体Ｔに対して、補強なしの試験体Ｔよりも大きな荷重を負荷した。そのため、図７に示すように、補強ありの試験体Ｔの方が、補強なしの試験体Ｔよりも多くのひび割れが生じている。
【００６２】
図７に示すように、載荷試験後の試験体Ｔにおいては、補強の有無に関わらず、下床版部８３および側壁部８２でひび割れが生じていた。
【００６３】
上述したように、本実施形態の補強構造１００においては、帯状補強材１８を側壁１２には設けない。側壁１２のひび割れを抑制するために、従来技術のように、側壁１２にも帯状補強材１８を設けることも考えられる。しかしながら、側壁１２に帯状補強材１８を設けることは、以下の理由より、不要であると考えられる。
【００６４】
まず、レジンマンホールの場合、鉄筋コンクリートのマンホールと比較して壁厚が薄く、側壁１２に対して内側から外側方向に応力が生じるため、帯状補強材１８を側壁１２に設けても、剛体として機能せず、補強効果が小さいという理由がある。
【００６５】
また、上述した載荷試験では、地中に埋設されたマンホールに負荷される外側から内側方向への土圧が生じておらず、側壁１２に対応する側壁部８２に対して過剰な応力が生じている。そのため、地中で生じる側壁１２への応力は、上述した載荷試験で得られた値よりも小さい。
【００６６】
また、本願発明者らが計測した結果、帯状補強材１８を設けた、下床版１３に対応する下床版部８３の方が、帯状補強材１８を設けていない、側壁１２に対応する側壁部８２よりも、大きな応力が負荷されていることが、変位量の大きさから確認された。そのため、側壁１２の補強は、下床版１３の更なる補強よりも優先度が低いと考えられる。
【００６７】
なお、下床版１３に設けた帯状補強材１８は、下床版１３の外側から内側方向への応力に対して、剛体として機能するため、下床版１３に帯状補強材１８を設けることで、補強部材１９のみの補強より、高い耐力が得られると考えられる。
【００６８】
図８は、試験体Ｔ（躯体）の側壁部８２の下部に生じたＸ方向およびＹ方向の歪み量の変化を示す図である。図８において、縦軸は、躯体に負荷された荷重（ｋＮ）を示している。また、横軸は、歪み量を示している。
【００６９】
図８に示すように、Ｘ方向については、躯体に載荷された直後は、補強なしの場合の方が、歪み量の変化が少ない。これは、載荷直後から、側壁部８２が内側から外側に向かって張り出すものの、躯体全体が潰れることによる圧縮力が働くことで、歪み量の変化は少なかったものと推察される。
【００７０】
一方、Ｙ方向については、補強ありの場合の方が、載荷直後から歪み量が小さい。これは、Ｘ方向とは異なり、躯体が潰れることによる圧縮力が働かないため、補強ありの場合の方が、歪み量が小さくなったと考えられる。部材の歪みの変化量は、その部材が受けた外力に相当する。そのため、隅角部の部分補強（補強部材１９による補強）により、躯体上部からの荷重により生じる内側から外側への外力を緩和することができることが実験的に確認された。
【００７１】
以上のように、下床版１３への帯状補強材１８の接着と、補強部材１９による側壁１２の上部と上床版１１、および、側壁１２の下部と下床版１３の固定とにより、躯体上部からの荷重により生じる内側から外側への外力を緩和することができることがわかる。また、側壁１２に帯状補強材１８を設けない構成とすることで、側壁１２に帯状補強材１８を設ける構成と比較して、補強に係る稼働および材料費を削減できる。
【００７２】
次に、本実施形態に係るマンホール１の補強構造１００のうち、上床版１１に設けられる帯状補強材１８による補強の効果を説明する。
【００７３】
本願発明者は、更に鋭意検討を重ねた結果、首部４（図１参照）の位置が、矩形状の胴部２の上床版１１の中央部からずれて配置されている場合には、上床版１１については上述の補強構造では十分ではなく、上床版１１の外縁から開口部１１ａまでの距離が長い箇所において局所的にひずみが集中する結果、上床版１１においてひび割れが生じ得るとの知見を得るに至った。
【００７４】
これに対して、本実施形態のマンホール１の補強構造１００では、上床版１１にも強化繊維製の帯状補強材１８が設けられている。これにより、上床版１１の外縁から開口部１１ａまでの距離が長い箇所における局所的なひずみの集中が抑制される。その結果、上床版１１におけるひび割れを抑制することができる。
【００７５】
また、上述したように、本実施形態では、上床版１１に設けられる帯状補強材１８の敷設面積は、下床版１３に設けられる帯状補強材１８の敷設面積よりも小さい。このように、上床版１１に対して帯状補強材１８を過度に設けることを抑制することで、下床版１３に設けられる帯状補強材１８と同量又はそれ以上の帯状補強材１８を上床版１１に対して設ける構成と比較して、補強に係る稼働および材料費を削減することができる。
【００７６】
更に、上述したように、首部４の中心位置は、胴部２の長手方向Ａの中央位置に対して一端側（図３では左側）にずれて配置されている。そのため、本実施形態の胴部２の上床版１１において、外縁から開口部１１ａまでの距離は、首部４に対して長手方向Ａの他端側（図３では右側）で、一端側（図３では左側）よりも長くなる。つまり、本実施形態の胴部２の上床版１１では、首部４に対して長手方向Ａの他端側（図３では右側）の位置で、局所的なひずみが大きくなり易い。
【００７７】
そのため、本実施形態では、上床版１１に設けられる帯状補強材１８において、首部４に対して長手方向Ａの他端側（図３では右側）での敷設面積を、首部４に対して長手方向Ａの一端側（図３では左側）での敷設面積よりも大きくしている。より具体的には、本実施形態では、首部４に対して長手方向Ａの一端側（図３では左側）に帯状補強材１８を設けておらず、首部４に対して長手方向Ａの他端側（図３では右側）にのみ帯状補強材１８を設けている。
【００７８】
このようにすることで、上床版１１の外縁から開口部１１ａまでの距離が長い箇所、すなわち、局所的なひずみが発生し易い箇所を、効率的に補強できる。その結果、上床版１１の外縁から開口部１１ａまでの距離が長い箇所で、局所的なひずみが大きくなることを抑制でき、ひび割れの発生を抑制することができる。
【００７９】
また、本実施形態では、上床版１１の帯状補強材１８は、短手方向Ｂに沿って設けられている。より具体的には、上床版１１の帯状補強材１８は、上床版１１の短手方向Ｂの全域に亘って設けられている。このようにすることで、上床版１１の外縁から開口部１１ａに向かう応力集中を効率的に緩和できる。
【００８０】
なお、上床版１１の帯状補強材１８は、開口部１１ａの近傍を横断するように設けることが好ましい。また、図３に示すように、開口部１１ａの近傍に設けられた帯状補強材１８と、上床版１１の長手方向Ａの他端側（図３では右側）の外縁と、の間に、更に帯状補強材１８を設けてもよい。開口部１１ａの近傍に設けられた帯状補強材１８と、上床版１１の長手方向Ａの他端側（図３では右側）の外縁と、の間の距離が長い場合には、図３に示すように両者の間に別の帯状補強材１８を配置することで、両者の中間位置での応力集中を緩和することができる。
【００８１】
本実施形態の補強構造１００の補強効果を確認するため、ＦＥＭ（Finite Element Method）解析を実施した。このＦＥＭ解析では、マンホール１の材料強度の低下を想定し、どの時点で亀裂（ひび割れ）が発生するかを検証した。このＦＥＭ解析には、株式会社計算力学研究センター製の非線形構造解析ソフト「ATENA ver. 5.1.1」を使用した。
【００８２】
また、このＦＥＭ解析では、マンホールの補強構造の解析モデルを２つ作成した。作成した２つの解析モデルにおけるマンホールは、構造図及び配筋図からマンホールの形状及び配筋状況を忠実に再現した。一方の解析モデルは、補強構造１００を再現したモデルである。他方の解析モデルは、補強構造１００を再現した一方の解析モデルの上床版１１から帯状補強材１８を除いたモデルである。したがって、２つの解析モデルの差異は、上床版１１に設けられた帯状補強材１８の有無のみである。以下、説明の便宜上、補強構造１００を再現した一方の解析モデルを「実施例モデル」と記載し、補強構造１００を再現した一方の解析モデルの上床版１１から帯状補強材１８を除いた他方の解析モデルを「比較例モデル」と記載する。
【００８３】
解析モデルのメッシュは１辺１０ｃｍの四面体、メッシュ数を２６０００個とした。以下の［表１］および［表２］には、それぞれ、２つの解析モデルにおいて使用されるマンホールおよび帯状補強材のパラメータを示す。なお、上床版１１の開口部１１ａの内径は０．８５０ｍとしている。
【００８４】
【表１】
2019183576.tif 000003
【００８５】
【表２】
2019183576.tif 000004
【００８６】
また、以下の［表３］には、ＦＥＭ解析で使用した設計荷重のパラメータを示す。
【００８７】
【表３】
2019183576.tif 000005
【００８８】
また、図９は、このＦＥＭ解析において使用した土圧の荷重状況を示す図である。上床版１１には埋戻土による鉛直土圧及び版の自重が静荷重として作用し、２５ｔトラックが通行したときに後輪から負荷される路面荷重、すなわち、下水道協会規格（ＪＳＷＡＳ  Ｇ−４）によって規定されたマンホールふた「Ｔ−２５」において想定されている路面荷重（非特許文献２参照）が活荷重として作用するとした。
【００８９】
側壁１２の外面には、上記活荷重による側方土圧「ＱｓＬ」と、埋戻土（土壌の重量）による静土圧「Ｑｓｄ」が作用し、これらは図９の荷重状況に示すように、土中深さと共に変化するものとした。
【００９０】
下床版１３には、上床版１１の上載荷重（活荷重と静荷重）、収容されるケーブル重量、及び、下床版１３の重量を除くマンホールの自重、が等分布荷重（地盤反力）として均等一様に作用するものとした。
【００９１】
図１０、図１１は、このＦＥＭ解析の結果を示す図である。具体的には、図１０は、補強構造１００を再現した実施例モデルの解析結果を示す。図１１は、補強構造１００を再現した一方の解析モデルの上床版１１から帯状補強材１８を除いた比較例モデルの解析結果を示す。なお、図１０、図１１は、上記［表１］に示す材料強度を３．０ＭＰａまで低下させたときのＦＥＭ解析の結果を示している。
【００９２】
図１１に示すように、比較例モデルでは、上床版１１や側壁１２の上部の広い範囲（図１１で破線枠内）にひび割れＣが生じていることがわかる。これに対して、図１０に示すように、実施例モデルでは、ひび割れＣはほとんど発生していないことがわかる。これは、上床版１１に繊維強化プラスチックなどの強化繊維製の帯状補強材１８を貼付することにより、局所的なひずみの発生を抑制できたためと考えられる。特に、帯状補強材１８を開口部１１ａの付近に貼付することで、開口部１１ａ付近をひずみ難くした結果、図１１に示す比較例モデルでひび割れＣが生じていた上床版１１の開口部１１ａ付近や側壁１２の上部において、より効果的にひび割れＣの発生を抑制できたものと考えられる。
【００９３】
このように、本実施形態のマンホール１の補強構造１００によれば、首部４（図１参照）の位置が、矩形状の胴部２の上床版１１の中央部からずれて配置されている場合であっても、上床版１１のひび割れＣを抑制可能である。
【００９４】
本発明に係るマンホールの補強方法及び補強構造は、上述した実施形態に示す具体的な方法及び構造に限定されるものではなく、特許請求の範囲を逸脱しない限り、種々の変形、置換、変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明はマンホールを補強する補強方法及び補強構造に関する。
【符号の説明】
【００９６】
１：マンホール
２：胴部
３：突出部
４：首部
１１：上床版
１１ａ：開口部
１２：側壁
１２ａ：開口部
１２ｂ、１２ｃ：長手側壁部
１２ｄ、１２ｅ：短手側壁部
１３：下床版
１３ａ：枡部
１４：突出上床版
１５：突出側壁
１５ａ：開口部
１６：突出下床版
１７：隅角部
１７ａ：斜面部
１８：帯状補強材
１９：補強部材
２０：載荷板
２０Ｂ：下板
２０Ｔ：上板
３０：油圧装置
４０：反力部材
５０：反力支柱
８１：上床版部
８１ａ：開口部
８２：側壁部
８３：下床版部
８３ａ：枡部
１００：補強構造
２００：構造物試験機
Ａ：胴部の長手方向
Ｂ：短手方向（上床版の面内方向で、かつ、胴部の長手方向と直交する方向）
Ｃ：ひび割れ
Ｆ：床
Ｔ：試験体
【図１】
2019183576.tif 000006
【図２】
2019183576.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
2019183576.tif 000013
【図８】
2019183576.tif 000014
【図９】
2019183576.tif 000015
【図１０】
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【図１１】
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