(57)【要約】角型部材１と扁平部材３の接合部に、扁平部材３を貫通するスリット５を設ける。補強材７ａの両端を、角型部材１の側面８ａ側からスリット５に通し、接着剤１１で角型部材１に仮付けする。次に、補強材７ｂの両端を角型部材１の側面８ｂ側からスリット５に通し、接着剤９で補強材７ａに接着する。さらに、補強材７ｃの両端を角型部材１の側面８ａ側からスリット５に通し、接着剤９で補強材７ｂに接着する。
2003027416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する複数の部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強方法であって、
近接した、もしくは接合された第１の部材と他の部材の間を貫通する空間に補強材を通すことを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項２】
前記空間は、近接する第１の部材と他の部材の間の隙間であることを特徴とする請求項１記載の構造物の補強方法。
【請求項３】
前記空間は、接合された第１の部材と他の部材の接合部に設けられたスリットまたは孔であることを特徴とする請求項１記載の構造物の補強方法。
【請求項４】
前記空間に通された補強材は、少なくとも一端に接着面が設けられたシート材であることを特徴とする請求項１記載の構造物の補強方法。
【請求項５】
前記空間に通された補強材は、両端に接着面が設けられた帯状材であることを特徴とする請求項１記載の構造物の補強方法。
【請求項６】
隣接する複数の部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強構造であって、
近接した、もしくは接合された第１の部材と他の部材の間を貫通する空間に補強材が通されたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項７】
前記空間は、近接する第１の部材と他の部材の間の隙間であることを特徴とする請求項６記載の構造物の補強構造。
【請求項８】
前記空間は、接合された第１の部材と他の部材の接合部に設けられたスリットまたは孔であることを特徴とする請求項６記載の構造物の補強構造。
【請求項９】
前記空間に通された補強材は、少なくとも一端に接着面が設けられたシート材であることを特徴とする請求項６記載の構造物の補強構造。
【請求項１０】
前記空間に通された補強材は、両端に接着面が設けられた帯状材であることを特徴とする請求項６記載の構造物の補強構造。
【請求項１１】
扁平な部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強方法であって、
扁平な部材を貫通する空間に、両端に接着面が設けられた帯状の補強材を通すことを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項１２】
前記空間は、孔であることを特徴とする請求項１１記載の構造物の補強方法。
【請求項１３】
前記孔が格子点状に設けられることを特徴とする請求項１２記載の構造物の補強方法。
【請求項１４】
前記接着面が、前記帯状の補強材の軸方向と垂直に設けられることを特徴とする請求項１１記載の構造物の補強方法。
【請求項１５】
扁平な部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強構造であって、
扁平な部材を貫通する空間に、両端に接着面が設けられた帯状の補強材が通されたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項１６】
前記空間は、孔であることを特徴とする請求項１５記載の構造物の補強構造。
【請求項１７】
前記孔が格子点状に設けられることを特徴とする請求項１６記載の構造物の補強構造。
【請求項１８】
前記接着面が、前記帯状の補強材の軸方向と垂直に設けられることを特徴とする請求項１５記載の構造物の補強構造。
【請求項１９】
シート状の補強材を部材の外側に筒状に形成し、前記補強材の内側に粒状体の充填材を充填することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項２０】
前記補強材は部材との間に空間を設けて設置され、前記空間に前記粒状体の充填材が充填されることを特徴とする請求項１９記載の構造物の補強方法。
【請求項２１】
前記補強材は部材の外周に沿って設置され、前記部材の内部に前記粒状体の充填材が充填されることを特徴とする請求項１９記載の構造物の補強方法。
【請求項２２】
シート状の補強材が部材の外側に筒状に形成され、前記補強材の内側に粒状体の充填材が充填されたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項２３】
前記補強材は部材との間に空間を設けて設置され、前記空間に前記粒状体の充填材が充填されたことを特徴とする請求項２２記載の構造物の補強構造。
【請求項２４】
前記補強材は部材の外周に沿って設置され、前記部材の内部に前記粒状体の充填材が充填されたことを特徴とする請求項２２記載の構造物の補強構造。
【請求項２５】
粒状体の充填材、コンクリート製の部材、または鋼製の部材の周囲に、補強材が設置されたことを特徴とする免震装置。
【請求項２６】
前記粒状体の充填材、コンクリート製の部材、または鋼製の部材の内部に、引張りに抵抗する材料が配置されることを特徴とする請求項２５記載の免震装置。
【請求項２７】
前記補強材は、伸展性のあるシート状または帯状の材料であることを特徴とする請求項２５記載の免震装置。
【請求項２８】
水平断面が円形であることを特徴とする請求項２５記載の免震装置。
【請求項２９】
前記コンクリート製の部材の内部に、充填材が混入されることを特徴とする請求項２５記載の免震装置。
【請求項３０】
請求項２５から請求項２９のいずれかに記載された免震装置を、構造物の層内、構造物の基礎と躯体の間、または構造物の基礎に設置することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項３１】
請求項２５から請求項２９のいずれかに記載された免震装置が、構造物の層内、構造物の基礎と躯体の間、または構造物の基礎に設置されたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項３２】
部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強方法であって、
前記部材の外周面に、複数の補強材を多重に設置することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項３３】
前記複数の補強材は異なるヤング率を有し、前記部材の歪みの変化に応じていずれかが補強効果を発揮することを特徴とする請求項３２記載の構造物の補強方法。
【請求項３４】
前記複数の補強材は、
前記部材のせん断力を分担する第１の補強材と、
前記部材の見かけの体積の膨張を拘束する第２の補強材と、
からなることを特徴とする請求項３２記載の構造物の補強方法。
【請求項３５】
前記複数の補強材として、前記部材及び／又は外界からの作用を遮断する補強材をさらに使用することを特徴とする請求項３３または請求項３４記載の構造物の補強方法。
【請求項３６】
部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強構造であって、
前記補強材は、複数の補強材が多重に設置されたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項３７】
前記複数の補強材は、異なるヤング率を有し、前記部材の歪みの変化に応じていずれかが補強効果を発揮することを特徴とする請求項３６記載の構造物の補強構造。
【請求項３８】
前記複数の補強材は、
前記部材のせん断力を分担する第１の補強材と、
前記部材の見かけの体積の膨張を拘束する第２の補強材と、
からなることを特徴とする請求項３６記載の構造物の補強構造。
【請求項３９】
前記複数の補強材として、前記部材及び／又は外界からの作用を遮断する補強材がさらに設置されたことを特徴とする請求項３７または請求項３８記載の構造物の補強構造。
【請求項４０】
帯状の補強材を部材の外周に接着剤で接着し、前記帯状の補強材により、前記部材のひびわれ幅の増大を抑制して破壊を制御することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項４１】
前記帯状の補強材は、前記部材に隙間なく、または所定の間隔をおいて多段に設置されることを特徴とする請求項４０記載の構造物の補強方法。
【請求項４２】
前記帯状の補強材は、土木シートよりも強度・剛性の高い材質であることを特徴とする請求項４０記載の構造物の補強方法。
【請求項４３】
帯状の補強材が部材の外周に接着剤で接着され、前記帯状の補強材が前記部材のひびわれ幅の増大を抑制して破壊を制御することを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項４４】
前記帯状の補強材が、前記部材に隙間なく、または所定の間隔をおいて多段に設置されたことを特徴とする請求項４３記載の構造物の補強構造。
【請求項４５】
前記帯状の補強材は、土木シートよりも強度・剛性の高い材質であることを特徴とする請求項４３記載の構造物の補強構造。
【請求項４６】
複数の部材の接合部を補強する構造物の補強方法であって、
シート状もしくは帯状の補強材の端部を第１の部材の側面に接着し、前記端部に連続する部分を第２の部材の側面に接着して、前記補強材で前記第１の部材と前記第２の部材との接合部を覆うことを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項４７】
前記補強材の他端が、前記第２の部材に接合された第３の部材の側面に接着されることを特徴とする請求項４６記載の構造物の補強方法。
【請求項４８】
複数の部材の接合部を補強する構造物の補強構造であって、
シート状もしくは帯状の補強材の端部が第１の部材の側面に接着され、前記端部に連続する部分が第２の部材の側面に接着され、前記補強材で前記第１の部材と前記第２の部材との接合部が覆われたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項４９】
前記補強材の他端が、前記第２の部材に接合された第３の部材の側面に接着されたことを特徴とする請求項４８記載の構造物の補強構造。
【請求項５０】
接合部を有する部材を補強する補強方法であって、
前記接合部の上方と下方では、前記部材の周囲に帯状補強材をらせん状に巻きつけ、前記接合部では、前記帯状補強材を襷がけにして巻き付けることを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項５１】
接合部を有する部材を補強する補強構造であって、
前記接合部の上方と下方では、前記部材の周囲に帯状補強材がらせん状に巻きつけられ、前記接合部では、前記帯状補強材が襷がけにして巻き付けられたことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項５２】
被含浸性を有する繊維系材料に樹脂を含浸させたことを特徴とする補強材料。
【請求項５３】
前記繊維系材料は、伸展性のあるシート状または帯状の材料であることを特徴とする請求項５２記載の補強材料。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、構造物の補強構造、補強材料、免震装置および補強方法に関するものである。
背景技術
従来、部材の外周部分に伸展性のある材料を設置して部材の破壊を制御したり、破壊後の耐荷力を維持、向上させる方法（ＰＣＴ／ＪＰ００／０９２８３、以下、前出願）がある。
しかしながら、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や、免震補強が必要な場合がある。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、補強効果を高めることができる構造物の補強構造、免震装置および補強方法を提供することにある。
発明の開示
第１の発明は、隣接する複数の部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強方法であって、近接した、もしくは接合された第１の部材と他の部材の間を貫通する空間に補強材を通すことを特徴とする構造物の補強方法である。
第１の部材は、例えば角柱であり、他の部材は角柱の側面に近接する、もしくは接合された壁である。第１の発明は、起伏や凹凸を有する部材を補強する方法である。空間とは、例えば、近接する角柱と壁の間の隙間や、接合された角柱と壁の接合部に設けられたスリットや孔等である。補強材には、例えばゴム系や繊維系等のシート材や帯状材を使用する。空間に補強材を通し、角柱の外周を周回するように補強材を設置することにより、第１の部材の周方向に張力を伝達する。
第１の発明では、隣接する複数の部材の外周面に補強材を設置する補強方法において、近接する複数の部材の間の空間や、接合された複数の部材の接合部を貫通する空間に補強材を通す。
第２の発明は、扁平な部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強方法であって、扁平な部材を貫通する空間に、両端に接着面が設けられた帯状の補強材を通すことを特徴とする構造物の補強方法である。
扁平な部材とは、例えば壁等である。空間とは、扁平な部材に設けられた孔等である。補強材には、例えばゴム系や繊維系等の帯状材を使用する。帯状材の両端部には、必要に応じて、例えばラッパ状に接着面を設け、接着面積を確保する。空間に補強材を通すことにより、扁平な部材の対面する側面間で張力を伝達する。
第２の発明では、扁平な部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強方法において、扁平な部材を貫通するように設けられた空間に補強材を通す。
第３の発明は、シート状の補強材を部材の外側に筒状に形成し、前記補強材の内側に粒状体の充填材を充填することを特徴とする構造物の補強方法である。
部材とは、中空部材や、複雑な断面形状を有する部材である。補強材には、例えば、繊維系、ゴム系、金属等のシート材が使用される。充填材には、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。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、粒状体の充填材がこれを補強材に伝達し、変形を制御する。充填材には、これに加えて、部材を熱等から守る効果を得るため、無機系の材料を用いることもできる。
第３の発明では、部材の外周に沿って補強材を筒状に形成し、部材の内部に粒状体の充填材を充填する。または、部材との間に空間を設けて補強材を筒状に形成し、補強材と部材との間に粒状体の充填材を充填する。
第４の発明は、粒状体の充填材、コンクリート製の部材、または鋼製の部材の周囲に、補強材が設置されたことを特徴とする免震装置である。
補強材には、例えば、繊維系、ゴム系、金属等のシート材、帯状材が使用される。充填材には、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。充填材、コンクリート製の部材、鋼製の部材の内部には、必要に応じて、鉄筋等の引張りに抵抗する材料が配置される。また、コンクリートの内部には、強度低下を防止する充填材を混入することもある。第４の発明の免震装置の水平断面は、円形状とするのが望ましい。
第４の発明では、粒状体の充填材、コンクリート製の部材、または鋼製の部材の周囲に、補強材を設置する。
第５の発明は、第４の発明の免震装置を、構造物の層内、構造物の基礎と躯体の間、または構造物の基礎に設置することを特徴とする構造物の補強方法である。
構造物の層内に設置する場合には、免震装置を柱として設置する。または、構造物の基礎と躯体即ち上部構造との間に設置する。構造物の基礎に設置する場合には、通常の杭と併用して設置する。第４の発明の免震装置は、構造物の上下、左右、斜めの３次元方向の振動に対して免震効果を発揮する。
第５の発明では、第４の発明の免震装置を、柱として構造物の層内に設置する。または、構造物の基礎と躯体の間に免震装置として設置する。構造物の基礎の部分に、杭兼免震装置として設置する場合もある。
第６の発明は、部材の外周面に補強材を設置する構造物の補強方法であって、前記部材の外周面に、複数の補強材を多重に設置することを特徴とする構造物の補強方法である。
複数の補強材とは、例えば、ヤング率の異なる材質の複数の補強材、異なる力学的メカニズムで部材を補強する複数の補強材等である。これらは、補強材の材質、厚みや幅、設置量等を変えることで実現できる。部材や外界の作用からこれらの補強材を保護するための保護用補強材を、さらに設置してもよい。
第６の発明では、前記部材の外周面に、異なる特性を有する複数の補強材を多重に設置する。
第７の発明は、帯状の補強材を部材の外周に接着剤で接着し、前記帯状の補強材により、前記部材のひびわれ幅の増大を抑制して破壊を制御することを特徴とする構造物の補強方法である。
補強材には、ポリエステル製シートよりも剛性、強度の高い材質、例えば、ポリエステル等の繊維系の材質の帯状材を使用する。帯状の補強材は、部材にらせん状に隙間なく巻きつけられる。または、所定の間隔をおいて、部材を周回する補強材を多段に設置してもよい。または／かつ部材の軸方向に隙間なく、もしくは所定の間隔をおいて設置してもよい。部材の表面に接着剤で直接接着された剛性、強度の高い補強材が、部材の変形が小さな範囲から大きな範囲まで、連続的に補強効果を発揮する。
第７の発明では、帯状の補強材を部材の外周に接着剤で直接接着し、補強材の張力で部材に発生したひびわれの幅が増大するのを抑制する。
第８の発明は、複数の部材の接合部を補強する構造物の補強方法であって、シート状もしくは帯状の補強材の端部を第１の部材の側面に接着し、前記端部に連続する部分を第２の部材の側面に接着して、前記補強材で前記第１の部材と前記第２の部材との接合部を覆うことを特徴とする構造物の補強方法である。
第１の部材、第２の部材は、例えば、梁、柱である。シート状もしくは帯状の補強材の厚さ、幅、長さ等の寸法は、接合部に作用する荷重を考慮して決定する。補強材の端部が梁の側面に接着され、端部に続く部分が柱の側面に接着されて、柱と梁の接合部が補強材で覆われる。第３の部材として、柱の他の側面に別の梁が接合される場合、補強材の他端を別の梁の側面に接着してもよい。
第８の発明では、シート状もしくは帯状の補強材の一端を第１の部材の側面に接着し、他端を第２の部材の側面に接着して、補強材で接合部を覆う。
第９の発明は、接合部を有する部材を補強する補強方法であって、前記接合部の上方と下方では、前記部材の周囲に帯状補強材をらせん状に巻きつけ、前記接合部では、前記帯状補強材を襷がけにして巻き付けることを特徴とする構造物の補強方法である。
接合部とは、例えば、第８の発明の第１の部材と第２の部材の接合部等である。第９の発明の帯状補強材は、第８の発明の補強材の上に巻きつけても良い。この場合、帯状補強材と第８の発明の補強材とは、お互いの張力を伝達する様に接着される。または、補強される接合部の要求性能に応じてお互いを接着せずに、独立に部材を補強する構造とすることもできる。また、帯状補強材は、多重に繰り返して巻き付けられる場合もある。
第９の発明では、帯状補強材を、接合部を含む部材の全面に連続して巻きつける。接合部の上方では螺旋状に巻きつけ、接合部では襷がけにして巻き付け、接合部の下方では螺旋状に巻きつける。
第１０の発明は、被含浸性を有する繊維系材料に樹脂を含浸させたことを特徴とする補強材料である。
第１０の発明では、伸展性があり、被含浸性のあるシート状、もしくは帯状の繊維系材料に樹脂を含浸させることによって、歪の小さい範囲での剛性を高め、かつ歪の大きい範囲までの変形性能を保持させる。第１０の発明の補強材料は、第１から第９の発明の構造物の補強方法、免震装置に用いられる。
第１１の発明は、第１から第３、第５から第９のいずれかの発明の構造物の補強方法で補強された構造物の補強構造である。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。第１図は、補強される部材の斜視図を示す。補強される部材は、角型部材１の両端に扁平部材３が接合されたもので、例えば、角型部材１が柱、扁平部材３が壁である壁付き柱等である。角型部材１と扁平部材３の接合部付近には、角型部材１と扁平部材３の間に形成される表面の凹凸に対処するため、扁平部材３を貫通するスリット５が設けられる。
第２図および第３図は、補強後の第１図のＡ−Ａ断面図を示す。まず、第２図に示す補強について説明する。第２図では、角型部材１は、角型部材１の周長の約４分の３長さを有するシート状の補強材７ａ、７ｂ、７ｃ、接着剤９、接着剤１１を用いて補強される。
補強材７ａは、側面８ａ側から両端をスリット５に通して設置され、角型部材１の周長の約４分の３の面を覆う。補強材７ａの両端は、接着剤１１で角型部材１に仮付けされる。補強材７ｂは、側面８ｂ側から両端をスリット５に通して設置される。補強材７ｂは、角型部材１の残りの面、即ち側面８ｂを覆い、両端は補強材７ａの外側に重ねて設置される。補強材７ｂの両端は、接着剤９で補強材７ａに接着される。
補強材７ｃは、補強材７ａと重なるように、側面８ａ側から両端をスリット５に通して設置される。補強材７ｃの両端は、補強材７ｂの外側に重ねて設置され、接着剤９で補強材７ｂに接着される。
次に、第３図に示す補強について説明する。第３図では、角型部材１は、角型部材１の周長の約１倍弱の長さを有するシート状の補強材１３ａ、角型部材１の周長の約１倍強の長さを有するシート状の補強材１３ｂ、接着剤９、接着剤１１を用いて補強される。
補強材１３ａは、一方の端部が側面１４ｂの角に、もう一方の端部が側面１４ｂの表面にくるように、スリット５を通して角型部材１のほぼ全面に巻きつけられる。補強材１３ａの一端は、接着剤１１を用いて、側面１４ｂの表面に仮付けされる。
補強材１３ｂは、両端が角型部材１の側面１４ａ側にくるように、補強材１３ａの外側に、スリット５を通して筒状に巻きつけられる。補強材１３ｂは、接着剤１１と重なる位置で、接着剤９を用いて補強材１３ａに接着される。補強材１３ｂの一端は、接着剤９を用いて補強材１３ｂの他端付近に接着される。
第２図に示す補強材７ａ、７ｂ、７ｃ、第３図に示す補強材１３ａ、１３ｂは、例えば、繊維系、ゴム系等の伸展性のあるシート材である。接着剤１１は補強材７ａ、１３ａを角型部材１に仮付けするものであり、過度に接着されることがないよう工夫される。接着剤９は、補強材７ａと７ｂと７ｃが、また、補強材１３ａと１３ｂが、相互に十分に張力を伝達できる材質とする。
このように、第１の実施の形態では、隣接する角型部材１と扁平部材３との接合部にスリット５を設けて補強材を通すことにより、角型部材１の周方向に張力を伝達し、補強効果を高める。第１図では、接合された複数の部材の接合部付近にスリット５を設けたが、近接する複数の部材間の隙間をスリット５に相当するものとして、補強材を設置することもできる。また、第１の実施の形態の補強方法は、角型部材１と扁平部材３の接合部や隣接部に限らず、起伏や凹凸のある任意の形状の部材に用いることができる。
次に、第２の実施の形態について説明する。第４図は、補強される部材の斜視図を示す。第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の部材を異なる方法で補強する。第１の実施の形態の角型部材１に相当する角型部材２１と、扁平部材３に相当する扁平部材２３の接合部付近には、扁平部材２３を貫通する複数の孔２５が所定の間隔で設けられる。
第５図は、接続用補強材１５の平面図、第６図は、補強後の第４図のＢ−Ｂ断面図、第７図は、補強後の第４図のＢ−Ｂ断面の一部を示す図である。第５図に示すように、接続用補強材は、帯状の連結部１９の両端に接着面１７を有する。接着面１７は、連結部１９の端部を増幅したものである。
まず、第６図に示す補強について説明する。第６図では、角型部材２１は、複数の接続用補強材１５、２枚のシート状の補強材２７、接着剤９、接着剤１１を用いて補強される。
複数の接続用補強材１５は、連結部１９を軸として接着面１７を丸めた状態で、角型部材２１の両側の複数の孔２５にそれぞれ１つずつ通される。そして、連結部１９が孔２５の位置となったところで接着面１７を広げる。接続用補強材１５の接着面１７は、接着剤１１を用いて角型部材２１に仮付けされる。
２枚の補強材２７は、角型部材２１の側面のうち、扁平部材２３と隣接していない側面２８を覆うようにそれぞれ設置される。補強材２７の両端は、接続用補強材１５の接着面１７の外側に重ねて設置される。補強材２７の両端は、接着剤９を用いて接続用補強材１５の接着面１７に接着される。
次に、第７図に示す補強について説明する。第７図では、角型部材２１と扁平部材２３とが、複数の接続用補強材１５、２枚のシート状の補強材２９、接着剤９を用いて補強される。接続用補強材１５は、第６図に示す補強の場合と同様に、連結部１９を軸として接着面１７を丸めた状態で、角型部材２１の両側の孔２５に通される。そして、連結部１９が孔２５の位置となったところで接着面１７を広げる。接続用補強材１５の接着面１７は、接着剤１１を用いて角型部材２１に仮付けされる。
補強材２９は、角型部材２１の側面３０ａと扁平部材２３の側面３０ｂとを連続して覆うように設置される。補強材２９は、接続用補強材１５の接着面１７に重なる位置で、接着剤９を用いて接続用補強材１５に接着される。
補強材２７、補強材２９は、例えば、繊維系、ゴム系等の伸展性のあるシート材である。接続用補強材１５は、孔２５を介した両側の補強材２７、または補強材２９に加わる張力を伝達する強度を有する材質とする。接着剤１１は接続用補強材１５を角型部材２１に仮付けするものであり、過度に接着されることがないよう工夫される。接着剤９は、接続用補強材１５と補強材２７が、また、接続用補強材１５と補強材２９が、相互に十分に張力を伝達できる材質とする。
このように、第２の実施の形態では、隣接する角型部材２１と扁平部材２３との接合部に複数の孔２５を設け、孔２５に接続用補強材１５を通し、角型部材２１の周方向に張力を伝達し、補強効果を高める。第２の実施の形態は、起伏や凹凸のある任意の形状の部材に用いることができる。
なお、接続用補強材１５のかわりに、第２４図に示すような帯状のポリエステルベルト９９を使用してもよい。ポリエステルベルト９９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９９は、５ｃｍ幅あたり１５０００ｋｇｆ程度の強度を有する。ポリエステルベルト９９を孔２５に貫通させることで、シート状の補強材２７、補強材２９に働く張力を少ない断面で伝達することが可能である。
また、第６図または第７図に示す補強構造では効果が不十分な場合、補強量を増加させるために、同様の補強構造を繰り返して用いることができる。
次に、第３の実施の形態について説明する。第８図は、補強される扁平部材３１の斜視図を示す。扁平部材３１は、例えば壁である。扁平部材３１には、部材厚を貫通する複数の孔３３が、格子状の個所に設けられる。第９図は、接続用補強材３５の斜視図、第１０図は、補強後の扁平部材３１の孔３３付近の断面図を示す。
第９図に示すように、接続用補強材３５は、軸状の連結部３９の両端に接着面３７を有する。接着面３７は、連結部３９の軸方向と垂直に、ラッパ状に設けられる。第１０図では、扁平部材３１は、複数の接続用補強材３５、２枚のシート状の補強材４１、接着剤９を用いて補強される。
接続用補強材３５は、連結部３９を軸として接着面３７を丸めた状態で、扁平部材３１の複数の孔３３にそれぞれ通される。そして、連結部３９が孔３３の位置となったところで接着面３７を広げる。接着面３７の外側には、扁平部材３１の両側面３２を覆うように、補強材４１が設置される。接着面３７は、接着剤９を用いて補強材４１に接着される。
補強材４１は、例えば、繊維系、ゴム系等の伸展性のあるシート材である。接続用補強材３５は、孔３３を介した両側の補強材４１に加わる張力を伝達する強度を有する材質とする。接着剤９は、接続用補強材３５と補強材４１が、相互に十分に張力を伝達できる材質とする。
このように、第３の実施の形態では、扁平部材３１に複数の孔３３を設け、孔３３に接続用補強材３５を通して側面３２間で張力を伝達し、補強効果を高める。第３の実施の形態は、壁のみでなく、中空の管等の、表面に起伏や凹凸のない任意の形状の部材に用いることができる。
なお、孔３３に通しやすくするため、接続用補強材３５の接着面３７に切欠きを入れてもよい。
また、第２の実施の形態と同様に、接続用補強材３５の代替として、第２４図に示すようなポリエステルベルト９９を使用することもできる。
次に、第４の実施の形態について説明する。第１１図は補強後のＨ型部材４３の斜視図である。第１１図に示すように、Ｈ型部材４３は、補強材４５と粒状体の充填材４７を用いて補強される。
Ｈ型部材４３の周囲には、空間を設けてシート状の補強材４５が筒状に設置される。Ｈ型部材４３と補強材４５の間の空間には、粒状体の充填材４７が充填される。補強材４５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４７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４７は、エネルギー損失を伴って変形しながら補強材４５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４７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。
第４の実施の形態は、Ｈ型部材４３以外にも、断面形状が複雑な部材の補強に使用できる。第４の実施の形態では、粒状体の充填材４７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４５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４３を保護する効果を加えることができる。
なお、第４の実施の形態の補強方法により、Ｈ型部材４３に限らず、複雑な断面形状を有する任意の部材を補強できる。
次に、第５の実施の形態について説明する。第１２図は、補強後の中空部材４９の斜視図である。第１２図に示すように、中空部材４９は、補強材４５と粒状体の充填材４７を用いて補強される。
中空部材４９の周囲の表面には、シート状の補強材４５が筒状に設置される。中空部材４９の内部には、粒状体の充填材４７が充填される。補強材４５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４７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４７は、中空部材４９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４５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。
第５の実施の形態では、中空の形状の部材を補強する場合に、粒状体の充填材４７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４７は中空部材４９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４５に伝達する役割を持つ。第５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、第４、第５の実施の形態では、充填材４７を用いたＨ型部材４３や中空部材４９等の補強に、第１から第３の実施の形態の補強方法を併用してもよい。
次に、第６の実施の形態について説明する。第１３図は、免震装置５５の斜視図である。免震装置５５は、補強材４５と粒状体の充填材４７で構成される。補強材４５には、例えば、繊維系、ゴム系等の伸展性のあるシート材、帯状材等が使用される。充填材４７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。免震装置５５は、第１１図でＨ型部材４３の断面積が零に近い場合である。
免震装置５５では、充填材４７が見かけの体積膨張を伴って変形すると、補強材４５が弾性によって周方向の圧縮力を充填材４７に作用させ、見かけの体積膨張を拘束する。補強材４５として高延性材を使用することで、免震装置５５は、大きな変形に耐えることができ、吸収エネルギが大きくなる。
第１４図から第１６図は、免震装置５５、５５ａ、５５ｂのいずれかを使用した構造物５３の立面図である。第１４図では、地盤５１に構築された構造物５３の上部構造５４内の層５７に免震装置５５、５５ａ、５５ｂが設置される。層５７に設置された免震装置５５、５５ａ、５５ｂは、大黒柱のように、フロアの荷重を支え、大地震時に構造物５３の倒壊を防止する。
第１５図では、地盤５１に設置された基礎５９と構造物５３の上部構造５４との間の層５７ａに免震装置５５、５５ａ、５５ｂが設置される。第１５図に示す免震装置５５、５５ａ、５５ｂは、大きなエネルギ吸収機能を利用し、免震装置として用いられる。
第１６図では、基礎５９（図示せず）と支持地盤・岩盤６４との間の層５７ｂに免震装置５５、５５ａ、５５ｂが設置される。第１６図では、構造物５３の杭として、地盤５１に設置された通常の杭６１と免震装置５５、５５ａ、５５ｂとが併用される。第１６図に示す免震装置５５、５５ａ、５５ｂは、免震機能と大沈下防止機能を有する杭として用いられる。
第１７図、第１８図は、それぞれ、第１４図から第１６図に示すように構造物の層に設置された免震装置５５ｂ付近の鉛直断面図、免震装置５５ａ付近の鉛直断面図である。第１９図は免震装置５５ａの水平断面図、第２０図は免震装置５５ｂの水平断面図を示す。
第１７図、第１８図に示すように、免震装置５５ａ、５５ｂは、層５７、かつ／または基礎５９と上部構造５４の間の層５７ａに上下部材柱として設置されたり、地盤５１の層５７ｂに、杭として設置される。層５７、層５７ａの上下の部材６３は、それぞれ、スラブ、梁、基礎５９等である。層５７ｂでは、下の部材６３のかわりに、地盤や岩盤６４がある。
第１９図に示すように、免震装置５５ａは、免震装置５５と同様に粒状体の充填材４７、補強材４５等で形成される。充填材４７には、エネルギ吸収機能が大きく、粒子が破砕しにくい樹脂等が、補強材４５には、伸展性のある材料が使用される。免震装置５５ａは、側面が球形の形状を有する。
免震装置５５ａは、補強材４５、充填材４７等で構成したが、充填材４７のかわりに鉄筋コンクリートや鉄骨を使用してもよい。第２０図に示すように、免震装置５５ｂでは、内部に鉄筋等の引張抵抗材６５が配置されたコンクリート６７、すなわち鉄筋コンクリート製の部材の周囲を、補強材４５で補強する。
この場合、コンクリート６７に特殊な構造の充填材（図示せず）を混入してもよい。この充填材は、コンクリートの強度低下を抑える樹脂等の内容物を有する。コンクリート６７が繰り返し荷重の作用で破砕されていく過程で、充填材の内容物が染み出し、コンクリートの強度低下を抑える。これにより、免震装置５５ｂの抵抗力の低下、単位変形当たりのエネルギ吸収能力の低下が低減され、構造物の形状変化を抑えられる。
免震装置５５ａ、５５ｂの内部には、鉛直方向に複数の引張抵抗材６５が配置される。引張抵抗材６５の両端は、それぞれ上下の部材６３に、または上の部材６３と下の地盤や岩盤６４に埋め込まれる。引張抵抗材６５により、免震装置５５ａ、５５ｂは部材６３、地盤や岩盤６４に連結される。
免震装置５５ａ、５５ｂを柱として使用する場合、引張抵抗材６５には、例えば、鉄筋、鉄板、第２４図に示すポリエステルベルト９９のような帯状の連結用補強材等を使用する。また、杭として使用する場合、引張抵抗材６５には、例えば、アースアンカ、ロックアンカ等を使用する。引張抵抗材６５は、構造物５３の層５７、または／かつ、基礎５９と上部構造５４の間の層５７ａ、または／かつ、基礎と支持地盤・岩盤６４の間が上下方向に引き離される力に抵抗する。
第１９図、第２０図に示すように、免震装置５５ａ、５５ｂの水平断面は円形であり、内部に４本の引張抵抗材６５が配置される。免震装置５５ａ、５５ｂの円形断面は、繰り返し荷重を受けて変形した部材の断面形状を先取りしたものである。水平断面を円形とすることにより、補強材４５が効果を発揮するときに断面形状の変化を小さくし、軸方向の変形である伸び縮みを抑制し、構造物の形状変化を抑えることができる。
このように、第６の実施の形態では、補強材４５と充填材４７で新たに構築した免震装置５５、５５ａ、５５ｂを上部構造５４内、または／かつ、上部構造５４と基礎５９の間、または／かつ、地盤２１に柱や杭として設置し、構造物５３の補強効果を高める。免震装置５５、５５ａ、５５ｂは、従来の免震装置とは異なり、上下、左右、斜めの３次元各方向の振動に対して免震効果を発揮する。即ち、軸引張、軸圧縮、曲げ、捻りの各断面力に対して大きなエネルギ吸収機能を発揮させることができる。これは、従来の免震機能にはない利点である。従来の免震装置を、第１６図に示すような免震機能と大沈下防止機能を有する杭として使用することは困難であったが、第６の実施の形態によれば、容易に実施できる。
なお、免震装置５５、５５ａ、５５ｂにおいて、引張抵抗材の本数は４本に限らない。また、補強材４５は、例えば、ポリエステル製のシート、ベルト等の補強材を接着剤で直接部材に貼り付け、補強材同士をさらに接着剤で連結させる多重構造としてもよい。多重構造については、第７の実施の形態で詳細に説明する。
第６の実施の形態では、第１７図から第２０図に示すように、引張抵抗材６５が層５７、５７ａ、５７ｂの上下方向の引張りに抵抗するが、これは、鉄筋コンクリート性の壁や柱では通常行われていることである。免震装置５５ｂは、通常の設計、施工方法で構築された柱、壁等の部材を補強して形成できるので、従来の免震装置に比べ、設計や施工が極めて容易で、価格が安価である。
第２１図は、第１４図から第１６図に示す層５７、５７ａ、５７ｂの鉛直部材６９に作用する力を示す図である。鉛直部材６９とは、例えば、免震装置５５、５５ａ、５５ｂ等の、柱並びに杭である。但し、杭の場合には、下面は岩盤または地盤である。
構造物のある鉛直部材６９に作用する力は、鉛直力と水平力に分けることができる。さらに、鉛直力は構造物の重量Ｐｗ、ΔＰｗと、地震力の鉛直成分Ｐｓに分けられる。Ｐｗは、層５７から上の構造物の重量の内、鉛直部材６９が負担する力であり、ΔＰｗは、鉛直部材６９の自重である。
鉛直部材６９には、鉛直力として、上端に重量Ｐｗ＋鉛直地震力Ｐｓ７１が、下端に重量（Ｐｗ＋ΔＰｗ）＋鉛直地震力Ｐｓ７３が作用し、水平力として、水平地震力Ｑ７９が作用する。また、鉛直部材６９の上下の端部には曲げモーメントＭ７７、捻りモーメントＭｚ７５が作用する。地震時のこれらの荷重の大きさは、鉛直部材６９の剛性によって決まる。剛性がなければ、荷重は作用しない。
鉛直部材６９が免震装置５５、５５ａ、５５ｂである場合も、同様の荷重が作用する。従来の免震装置は、剛性が大きい方向が限られているものが殆どであり、これに応じて免震効果が発揮される方向が限られていた。従って、効果の少ない方向の地震力によるエネルギを免震装置以外の部材で負担する必要があった。特に、上下方向の引張り力に対しては、剛性のないものが多かった。また、曲げに関しては剛性が極めて大きいものもあり、免震装置に曲げモーメントが集中する結果、周辺の補強が必要になる課題があった。
一方、第６の実施の形態の免震装置５５ａ、５５ｂは、第１７図から第２０図に示したような構造であり、通常の部材の設計法と施工法を用いて、上下方向の引張剛性はもとより、構造物の任意の方向の水平剛性、曲げ剛性、捻り剛性を容易に与えることができる。免震装置５５の場合は、第８の発明の方法を用いる。これら各方向の剛性に、伸展性のあるシート、ベルト等によって、大きなエネルギ吸収機能を付与することが、第６の実施の形態の大きな特徴である。免震装置５５、５５ａ、５５ｂを、構造物５３の免震に使用する際は、新たに免震装置５５、５５ａ、５５ｂを設置してもよいし、既存の部材を変更、補強して免震装置５５、５５ａ、５５ｂとしてもよい。
次に、第７の実施の形態について説明する。第２２図は、補強後の部材８１の断面の一部を示す図である。第２２図では、部材８１は、保護用補強材８３、補強材８５、補強材８７、保護用補強材８９を用いて補強される。
部材８１には、内側から順に、保護用補強材８３、補強材８５、補強材８７、保護用補強材８９が設置される。保護用補強材８３は、部材８１の作用から、補強材８５、８７、保護用補強材８９を保護するために設置される。例えば、部材８１がアルカリを析出するコンクリート等の材料で、補強材８５、８７、保護用補強材８９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８３には、部材８１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８９は、外界の物質の作用による保護用補強材８３、補強材８５、補強材８７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８３、補強材８５、補強材８７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８９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８９を防火帯とすることもできる。
補強材８５と補強材８７は、部材８１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８７にはポリエステル繊維等を、補強材８５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８７は部材８１の歪が大きな範囲（１５％程度）まで補強効果を発揮し、補強材８５は部材８１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８１を補強する場合、部材８１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８１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８１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８５を部材８１もしくは保護用補強材８３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８３は、必要に応じて部材８１の表面と補強材８５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。
また、補強材８５と補強材８７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８１のせん断力を直接補強材で分担する方法と、部材８１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８７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８５には、部材８１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８５は、部材８１と補強材８５の間でせん断力を直接伝達してせん断力を分担し、部材８１を補強する。また、補強材８５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８５と補強材８７を連続的に施工できるメリットがある。
第２３図は、第２２図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８１の荷重変形関係を示すグラフである。第２３図の縦軸は荷重、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８１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９１の曲線に比べ、多重構造補強を用いて補強した場合９３の曲線では、部材８１は広い範囲の変形に対して耐荷力を有する。
第２３図は、補強材８５と補強材８７の有効な変形範囲が重複しておらず、補強材８５の有効な範囲９５と補強材８７の有効な範囲９７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８５と補強材８７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。
第７の実施の形態では、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８１は、コンクリート部材等のみでなく、第１１図や第１３図に示すように、充填材４７の場合もある。この場合には、充填材４７に保護用補強材８３と同等の効果をもつ材質を選択し、保護用補強材８３を省略してもよい。
なお、部材８１もしくは保護用補強材８３の表面に直接接着する補強材８５として、第２４図に示すポリエステルベルト９９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９９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８５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９９の製品の引張試験結果では、２５００ｋｇｆ作用時で歪は２％である。
ポリエステルベルト９９を補強材８５として使用する場合、第２５図から第２８図に示す柱１０５が第２２図の部材８１に相当する。第２５図から第２８図に示す、ポリエステルベルト９９での補強方法については、後述の第８の実施の形態の部分で述べる。
次に、第８の実施の形態について説明する。第２４図は、ポリエステルベルト９９の平面図、第２５図と第２６図は、帯状補強材１０１で補強した柱１０５の例を示す斜視図、第２７図は第２６図に示す柱１０５の立面図である。
まず、第２５図に示す補強について説明する。第２５図では、所定の間隔で、柱１０５を周回するように複数の帯状補強材１０１を設置する。柱１０５を周回させた帯状補強材１０１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１０２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。
次に、第２６図、第２７図に示す補強について説明する。第２６図、第２７図に示す柱１０５の表面には、帯状補強材１０１が隙間なく巻き付けられる。矢印Ｃの方向に帯状補強材１０１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１０１は、柱１０５に直接接着される。なお、柱１０５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。
第２７図に示すように、帯状補強材１０１は、柱１０５の上端部１０７と下端部１１１では部材周と平行に巻き、一般部１０９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１０１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１０１間のずれを押さえることができる。
第２８図は、第２５図から第２７図に示す柱１０５の表面付近の断面図である。第２８図に示すように、帯状補強材１０１は、接着剤１１３を用いて柱１０５に直接貼り付けられている。
第２５図から第２８図に示す帯状補強材１０１には、例えば、第２４図に示すポリエステルベルト９９を使用する。第２、第７の実施の形態の説明で述べたように、ポリエステルベルト９９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９９は、土木シートより剛性・強度が高いので、柱１０５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。
次に、柱１０５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。第２９図は、帯状補強材１０１とクラック１１５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１１５が生じる。第２９図では、柱１０５の表面に帯状補強材１０１が直接貼り付けられた状態で、クラック１１５が発生している。帯状補強材１０１のベルト幅１１９は、ｗである。帯状補強材１０１には、クラック１１５を押し広げようとする力、すなわち張力１２１が、１本あたりｑ作用している。第２９図では、クラック幅１１７は、帯状補強材１０１の効果でｄ以下に押さえられている。
クラック１１５の近傍では、応力集中がある。クラック１１５を中心とする幅１２３（ａ）は、接着剤１１３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１２５（ｂ）は柱１０５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１０１は、定着長ｓ＝ｂ−ａの長さで柱１０５に接着されている。
ここで、拘束長１２５は、柱１０５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１０１のベルト幅１１９（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１１５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１２５が部材の他の面にも及ぶ。
帯状補強材１０１の剛性をｋとすると、自由長ａ、即ち幅１２３と、クラック幅１１７（ｄ）、張力１２１（ｑ）との間には、次の関係がある。
2003027416.tif 000003
定着長ｓ＝ｂ−ａ内の帯状補強材１０１と柱１０５の平均せん断力をτとすると、
2003027416.tif 000004
である。
式１、式２）より自由長ａを消去すると、張力１２１（ｑ）と平均せん断力τ、クラック幅１１７（ｄ）の間には、次の２次関係がある。
2003027416.tif 000005
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１１７（ｄ）に応じて、最大値ｑｍａｘと最小値ｑｍｉｎの間になる。
2003027416.tif 000006
最小値ｑｍｉｎに対応するクラック幅ｄｍａｘは、
2003027416.tif 000007
である。
クラック幅がｄｍａｘを越えると、式３）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１１５を押し広げようとする力を帯状補強材１０１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４）から式６）の値は、柱１０５等の部材と帯状補強材１０１の間の接着力τ（平均せん断力）に比例する。
帯状補強材１０１としてポリエステルベルト９９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１１３を用いて接着したとしても、クラック１１５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。
第２８図において、例えば、帯状補強材１０１が幅６４ｍｍ、厚さ４ｍｍのポリエステルベルト９９であり、柱１０５が、拘束長１２５がｂ＝３０ｃｍの鉄筋コンクリート柱であり、接着剤１１３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１０１（ポリエステルベルト９９）のベルト幅１１９はｗ＝６．４ｃｍ、拘束長１２５はｂ＝３０ｃｍ、帯状補強材１０１（ポリエステルベルト９９）の剛性ｋ＝１５３０００ｋｇｆ／ｃｍ２である。
式４）から式６）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１０１（ポリエステルベルト９９）１本あたりの張力１２１は、ｑ＝０．９ｔｆとなる。
第３０図は軸力と曲げとせん断を受ける柱１０５の概略図、第３１図は柱１０５に発生するクラック１１５を押し広げようとする力を示す図である。第２７図に示す方法で帯状補強材１０１としてポリエステルベルト９９を用いて補強された柱１０５に、軸力１２９（Ｐ）を加えつづけた状態で、水平力を加え、曲げモーメント１３１（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１０５は、通常の構築部の柱を想定している。せん断力１２７（Ｑ）が柱１０５の高さｈの中間の高さ（ｈ／２）で水平に作用しており、柱１０５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１０５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１２７（Ｑ）が、柱１０５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１１５が角θ１３７の方向に発生する。このクラック１１５を水平方向に押し広げようとする力は、柱１０５に作用するせん断力１２７（Ｑ）である。この力を、矢印ｃ１３３で示す範囲の帯状補強材１０１で負担すると考える。帯状補強材１０１は、１本の幅がｗ、１本あたりの張力はｑなので、矢印ｃ１３３の範囲の帯状補強材１０１の合力Ｑは、Ｑ＝ｑ・２Ｃ／ｗである。
但し、柱１０５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ｃ１３３の長さＣは、第３１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θ１３７＝４５度とすれば、柱１０５の幅１３５がｂ（拘束長）＝３０ｃｍである。よって、前に、式４）から式６）により算出した、ポリエステルベルト９９（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１１５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。
次に、補強なしの柱１０５と、第２７図に示す帯状補強材１０１として前述のポリエステルベルト９９（幅６４ｍｍ、厚さ４ｍｍ）を用いて補強した柱１０５について、第３０図に示す条件で、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１０５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。
第３２図は、柱１０５の変形を示す概略図である。柱１０５の水平方向の変位を水平変位δｈ１３９、鉛直方向の変位を鉛直変位δｖ１４１とすると、実験により、第３３図から第３８図に示す結果が得られた。第３３図は柱１０５の水平力Ｑと変位履歴の包絡線を示す図である。第３４図は柱１０５の水平変位、鉛直変位、水平力の関係を示す図、第３５図は、柱１０５の復元力特性関係を示す図である。
第３３図の横軸は柱１０５の水平変位δｈ（１３９）を、縦軸は水平力Ｑ（せん断力１２７）を示す。第３５図の横軸は柱１０５の水平変位δｈ（１３９）と変形角を、縦軸は水平力Ｑ（せん断力１２７）を示す。
第３３図において、柱１０５を帯状補強材１０１で補強しない場合の包絡線が補強なし１４３ａ、補強した場合の包絡線が補強あり１４３ｂの曲線である。補強あり１４３ｂに示す包絡線は、第３５図に示す履歴ループ１５３の阪神大震災相当１５７ａ、阪神大震災２倍相当１５７ｂ、阪神大震災３倍相当１５７ｃ、阪神大震災５倍相当１５７ｄ等の点の包絡線である。
第３４図では、横軸が水平変位δｈ（１３９）を、上向きの縦軸が水平力Ｑ（せん断力１２７）を、下向きの縦軸が鉛直変位δｖ（１４１）を示す。補強なし１４３ａ、補強あり１４３ｂは、第３３図の補強なし１４３ａ、補強あり１４３ｂに示したのと同じ包絡線である。補強なし１４５ａは、帯状補強材で補強しなかった柱１０５の鉛直変位δｖを、補強あり１４５ｂは、帯状補強材１０１（ポリエステルベルト９９）で補強した柱１０５の鉛直変位δｖを示す曲線である。
第３３図、第３４図に示すように、補強なし１４３ａの場合の最大水平力をＱｍａｘ１、補強あり１４３ｂ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１４３ａの場合の最大水平力はＱｍａｘ１＝１７．５ｔｆである。また、補強あり１４３ｂの場合の最大水平力はＱｍａｘ２＝１８ｔｆ、最小水平力はＱｍｉｎ＝７ｔｆである。
第３４図で、補強なしの柱１０５の水平力Ｑを示す補強なし１４３ａのライン、鉛直変位δｖを示す補強なし１４５ａ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１０５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１０１（ポリエステルベルト９９）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。
補強あり１４３ｂでの最小水平力Ｑｍｉｎの実験データが、第３０図、第３１図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１０５のコンクリート面と帯状補強材１０１（ポリエステルベルト９９）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。
第３４図に示すように、柱１０５の水平変位δｈが変位振幅δｈｃ１４７のとき、水平力Ｑを示す補強あり１４３ｂの曲線には水平力変曲点１４９が、鉛直変位δｖを示す補強あり１４５ｂの曲線には鉛直変位変曲点１５３がある。変位振幅δｈｃ１４７は、第３５図に示す履歴ループ１５３の兵庫県南部地震３倍相当１５７ｃ付近の水平変位δｈ、すなわち約１４０ｍｍ（変形角は０．１５ｒａｄ）である。
第３６図は、柱１０５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。第３７図は第３６図の詳細図である。第３６図では、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。
第３６図、第３７図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、第３５図に示す履歴ループ１５３上での位置を示す指標として計算している。
2003027416.tif 000008
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１２７のした仕事である。
2003027416.tif 000009
構造物のある柱１０５が受け持つ軸力１２９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１０５に作用するせん断力１２７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。
2003027416.tif 000010
第３６図に示す履歴吸収エネルギ１５７の曲線は、第３５図に示す実験結果の履歴ループ１５３から式８）で計算した履歴吸収エネルギを表す。阪神大震災相当１５９ａおよび阪神大震災５倍相当１５９ｂの直線で示される値は、履歴吸収エネルギ１５７の曲線との比較のため、式９）で算出したものである。第３７図では、同様に式９）で算出した阪神大震災２倍相当１５９ｃ、阪神大震災３倍相当１５９ｄの値をさらに示している。式９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。
第３８図は、式７）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。第３８図では、横軸が水平累積変位Σδｈを、縦軸が鉛直変位δｖ（１４１）を示す。第３４図の説明で述べたように、水平変位が変位振幅δｈｃ１４７、すなわち約１４０ｍｍのとき、鉛直変位変曲点１５３があり、このとき、累積水平変位Σδｈは約１５００ｍｍである。第３８図に示すように、鉛直変位変曲点１５３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。
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▼第３３図に示す補強あり１４３ｂ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１４９）が確認された。
▲４▼第３４図に示す補強あり１４５ｂの曲線で、鉛直変位δｖにひとつの変曲点（鉛直変位変曲点１５３）が確認された。これは、▲３▼に記述した水平力変曲点１４９（Ｑ＝Ｑｍｉｎ）に対応する点である。なお、鉛直変位変曲点１５３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１０１（ポリエステルベルト９９）と柱１０５のコンクリート面の接着強度τが低下し、クラック幅１１７が限界ｄｍａｘを越え、式１から式６）のメカニズムが成り立たなくなった結果、柱１０５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１４９に達するまで、即ち鉛直変位δｖが鉛直変位変曲点１５３に達するまでは、鉛直変位δｖ（柱１０５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（第３３図、第３４図に示した補強なし１４３ａ、１４５ａ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、第３６図、第３７図に示す履歴吸収エネルギ１５７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、第３８図に示すように、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、第３４図、第３５図に示すように、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。
第８の実施の形態により、柱１０５等の部材にポリエステルベルト９９等の帯状補強材１０１を直接接着する方法は、第３３図から第３８図の実験結果に示されるように、クラック１１５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、第８の実施の形態では、部材表面のクラック１１５の発生を抑止しようとするのではなく、クラック幅１１７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。
ポリエステルベルト９９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１１５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１から式４）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８の実施の形態で使用する帯状補強材１０１は、ポリエステルベルト９９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、第８の実施の形態の補強方法は、クラック幅１１７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、原理的には前出願に等しいが、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。
次に、第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態は、第１の実施の形態と同様に、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方法である。第３９図は、柱１６１と梁１６３の接合部に接続用補強材１６９ａ、１６９ｂを設置した状態を示す斜視図である。柱１６１の左右の側面１６５ｂには、梁１６３が接合されている。
柱１６１と梁１６３の接合部は、まず、２枚のシート状の接続用補強材１６９ａと、４枚の接続用補強材１６９ｂとで補強される。接続用補強材１６９ａは、シート状の補強材であり、柱１６１の側面１６５ｂと梁１６３の側面１６７ａとの接合部を覆うように接着される。接続用補強材１６９ａの中央部は、柱１６１の側面１６５ａと左右に隣接する側面１６５ｂとに接着され、両端部は、梁１６３の側面１６７ａに接着される。
接続用補強材１６９ｂはシート状の補強材であり、柱１６１の側面１６５ｂと梁１６３の側面１６７ｂとの接合部を覆うように接着される。接続用補強材１６９ａ、１６９ｂは、例えば、繊維系、ゴム系等の伸展性のあるシート材である。
接続用補強材１６９ａ、１６９ｂは、シート状の補強材ではなく、ポリエステルベルト９９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１６９ａ、１６９ｂ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１６９ａ、１６９ｂを柱１６１や梁１６３に接着する方法は、第１の実施の形態の補強材７ａ等と同じく仮付けでもよいが、第７の実施の形態の補強材８５のように、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、後述の第４３図のステップ２０９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。
第４０図は、柱１６１と梁１６３の接合部に帯状補強材１７１ａ、１７１ｂを設置した状態を示す斜視図である。第４０図では、第３９図に示すように設置された接続用補強材１６９ａ、１６９ｂを覆うように、１本の帯状補強材１７１ａと、２本の帯状補強材１７１ｂが設置される。帯状補強材１７１ａは、太い側の部材、すなわち柱１６１の周囲に設置される。帯状補強材１７１ａは、斜めに柱１６１と梁１６３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１７１ｂは、細い側の部材、すなわち梁１６３の周囲に設置される。帯状補強材１７１ｂは、柱１６１の左右に接合された梁１６３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。第４０図では帯状補強材１７１ａ、１７１ｂを二重に設置し、柱１６１と梁１６３の接合部で襷がけにしてある。
柱１６１、梁１６３への帯状補強材１７１ａ、１７１ｂの接着には、前出願および本出願で用いたように強度を期待した接着を用いる。第４１図は、接続用補強材１６９ｂ等が設置された柱１６１と梁１６３の接合部の断面図を示す図である。シート状の接続用補強材１６９ｂの上には、帯状補強材１７１ａ、１７１ｂが巻き付けられる。柱１６１や梁１６３とシート状の接続用補強材１６９ｂ、接続用補強材１６９ｂと帯状補強材１７１ａ、１７１ｂ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１６１や梁１６３と接続用補強材１６９ａ、接続用補強材１６９ａと帯状補強材１７１ａ、１７１ｂも同様に接着される。
なお、必要に応じて、柱１６１の周囲に補強材１７３ａを、また、梁１６３の周囲に補強材１７３ｂを巻き付ける。補強材１７３ａ、１７３ｂは、伸展性のあるシート材や帯状材である。
このように、第９の実施の形態では、柱１６１と梁１６３との接合部に接続用補強材１６９ａ、１６９ｂを設けて、部材間の補強効果を高める。さらに、帯状補強材１７１ａを太い方の部材である柱１６１に襷がけにし、接合部を跨いで巻きつけたり、帯状補強材１７１ａ、１７１ｂを柱１６１や梁１６３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。
第３９図、第４０図では、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、第１、第２の実施の形態に示すような、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１７１ａ、１７１ｂのみで十分な補強量を得られる場合には、接続用補強材１６９ａ、１６９ｂを省略してもよい。
第４２図、第４３図は、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。第４２図、第４３図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。
第４２図に示すように、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２０１）。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２０２）。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、従来の材料で負担する部分を決定する（ステップ２０３）。
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２０１からステップ２０３での決定事項を考慮して部材諸元を決定する（ステップ２０４）。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２０５）。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２０１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２０３で決定した、従来の材料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２０２、ステップ２０３での決定事項からステップ２０５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。
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２０６）。すなわち、ステップ２０２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２０７）。
ステップ２０６、ステップ２０７について、厳密には、第３５図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。
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２０８）。ステップ２０６、ステップ２０７の計算により、ステップ２０８の内容を決定する。このとき、一般には、第４３図の破線で示したように、ステップ２１０からステップ２０８を介してステップ２０６及びステップ２０７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２０９）、これとステップ２０７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２１０）。
すなわち、ステップ２０６からステップ２０８で計算した構造物の変形と、ステップ２０９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２０１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２０９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。
第１から第９の発明は、伸展性のある材料を部材表面に接着剤で設置して、見かけの体積の膨張を拘束することによって、部材の破壊を制御する方法（前出願）の効果を高める補強方法、補強構造、免震装置に関するものである。
前出願では、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ている。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、前出願の方法は、顕著な効果を発揮する。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。鉄筋コンクリート柱の例については、第８の実施の形態の部分で実験結果を示した。
第４４図は、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１６１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、ならびに前出願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。
第６の実施の形態の第１８図から第２０図に示した免震装置５５、５５ａ、５５ｂの例は、この形状を先取りすることで、形状保持限界エネルギ１６１以降の形状変化を最小に抑えて、構造物の地震後の使用性を確保しうる履歴吸収エネルギ領域、すなわち入力地震動のエネルギ領域を増やすことを狙っている。この形状の工夫も前出願の効果を高める方法の一つである。
また、形状保持限界エネルギ１６１以前の過程で、部材内部には、部材を構成するコンクリートなどの材料を破壊する摩擦力と熱が発生する。第６の実施の形態の第２０図についての説明で述べたように、特殊な充填材をコンクリート６７等の前記の材料に混入させることで、上記の熱や摩擦力で充填材の内容物が染み出して材料の強度低下を抑え、形状保持エネルギ１６１を高めることができる。
第４４図に示すように、広い範囲のエネルギ領域と変形領域に対応できることが、前出願の特徴であり、本発明の方法は、この効果を高める方法である。さらに、免震装置に前出願と本発明の方法を用いた場合には、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、免震装置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。
次に、第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態では、第１から第９の実施の形態で用いられる繊維系のシート状補強材や帯状補強材に、樹脂を含浸させる。第４５図は、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１７５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１７７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。
第４５図で、樹脂を含浸させた場合１７５と含浸させない場合１７７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、第２４図に示すポリエステルベルト９９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。
第４５図に示す試験結果は、樹脂を含浸させた場合１７５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１７７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１７５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第１から第９の実施の形態で用いたシート状補強材、もしくは帯状補強材として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。第１０の実施の形態の補強材料は、第７の実施の形態の補強材８５と補強材８７を単一種類の材料で可能にする方法である。
産業用の利用可能性
このように、本発明にかかる構造物の補強構造、免震装置および補強方法は、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】
第１図は、補強される部材の斜視図である。
第２図は、補強後の第１図のＡ−Ａ断面図である。
第３図は、補強後の第１図のＡ−Ａ断面図である。
第４図は、補強される部材の斜視図である。
第５図は、接続用補強材１５の平面図である。
第６図は、補強後の第４図のＢ−Ｂ断面図である。
第７図は、補強後の第４図のＢ−Ｂ断面の一部を示す図である。
第８図は、補強される扁平部材３１の斜視図である。
第９図は、接続用補強材３５の斜視図である。
第１０図は、補強後の扁平部材３１の孔３３付近の断面図である。
第１１図は、補強後のＨ型部材４３の斜視図である。
第１２図は、補強後の中空部材４９の斜視図である。
第１３図は、免震装置５５の斜視図である。
第１４図は、免震装置５５、５５ａ、５５ｂのいずれかを使用した構造物５３の立面図である。
第１５図は、免震装置５５、５５ａ、５５ｂのいずれかを使用した構造物５３の立面図である。
第１６図は、免震装置５５、５５ａ、５５ｂのいずれかを使用した構造物５３の立面図である。
第１７図は、第１４図から第１６図に示すように構造物の層に設置された免震装置５５ｂ付近の鉛直断面図である。
第１８図は、第１４図から第１６図に示すように構造物の層に設置された免震装置５５ａ付近の鉛直断面図である。
第１９図は、免震装置５５ａの水平断面図である。
第２０図は、コンクリート製の免震装置５５ｂの水平断面図である。
第２１図は、第１４図から第１６図に示す層５７、５７ａ、５７ｂの鉛直部材６９に作用する力を示す図である。
第２２図は、補強後の部材８１の断面の一部を示す図である。
第２３図は、部材８１の荷重変形関係を示すグラフである。
第２４図は、ポリエステルベルト９９の平面図である。
第２５図は、帯状補強材１０１で補強した柱１０５の例を示す斜視図である。
第２６図は、帯状補強材１０１で補強した柱１０５の例を示す斜視図である。
第２７図は、第２６図に示す柱１０５の立面図である。
第２８図は、第２５図から第２７図に示す柱１０５の表面付近の断面図である。
第２９図は、帯状補強材１０１とクラック１１５の有効接着長の関係を示す図である。
第３０図は、軸力と曲げとせん断を受ける柱１０５の概略図である。
第３１図は、柱１０５に発生するクラック１１５を押し広げようとする力を示す図である。
第３２図は、柱１０５の変形を示す図である。
第３３図は、柱１０５の水平力Ｑと変位履歴の包絡線を示す図である。
第３４図は、柱１０５の水平変位、鉛直変位、水平力の関係を示す図である。
第３５図は、柱１０５の復元力特性関係を示す図である。
第３６図は、柱１０５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。
第３７図は、第３６図の詳細図である。
第３８図は、累積水平変位Σδｈと鉛直変位δｖの関係を示す図である。
第３９図は、柱１６１と梁１６３の接合部に接続用補強材１６９ａ、１６９ｂを設置した状態を示す斜視図である。
第４０図は、柱１６１と梁１６３の接合部に帯状補強材１７１ａ、１７１ｂを設置した状態を示す斜視図である。
第４１図は、接続用補強材１６９ｂ等が設置された柱１６１と梁１６３の接合部の断面図を示す図である。
第４２図は、補強量の設計のフローチャートを示す図である。
第４３図は、補強量の設計のフローチャートを示す図である。
第４４図は、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。
第４５図は、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。
符号の説明
１，２１  角型部材
３，２３  扁平部材
５  スリット
７ａ，７ｂ，７ｃ，１３ａ，１３ｂ，２７，２９，４１，４５，８５，８７，１７３ａ，１７３ｂ  補強材
９，１１  接着剤
１５，３５  接続用補強材
１７，３７，１６９ａ，１６９ｂ  接着面
１９，３９  連結部
２５，３３  孔
４７  充填材
５３  構造物
５５  免震装置
５７，５７ａ，５７ｂ  層
５９  基礎
８１  部材
８３，８９  保護用補強材
９９  ポリエステルベルト
１０１，１７１ａ，１７１ｂ  帯状補強材
１０５，１６１  柱
１１７  クラック幅
１２１  張力
１６３  梁
【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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【図４５】
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【国際調査報告】
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