(57)【要約】補強材５は、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。これにより、接着拘束が実現される。また、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、母材３と補強材５が形状的に連結され、互いに拘束される。これにより、形状的拘束が実現される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強することを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項２】
部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強し、
前記補強材は、前記母材にギャップが生じた後も、当該ギャップ近傍の母材を覆う包絡面を形成して保持し、
前記包絡面は、前記ギャップを跨いで前記母材に作用する応力の伝達媒介部となることを特徴する構造物の補強構造。
【請求項３】
部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強し、
前記補強材は、前記母材にギャップが生じた後も、当該ギャップ近傍の母材を覆う包絡面を形成して保持し、
前記包絡面は、前記ギャップを跨いで前記母材に作用する応力の伝達媒介部となり、
前記伝達媒介部は、前記ギャップの発生により前記定着が解除された自由区間における前記補強材の弾性的伸張により形成されることを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項４】
前記補強材の所要強度、所要ヤング率、所要設置範囲、所要厚さ及び所要定着強度は、前記母材に生じるギャップの大きさが許容値に達する限界状態において算出されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の構造物の補強構造。
【請求項５】
前記補強材の所要強度、所要ヤング率、所要設置範囲、所要厚さ及び所要定着強度は、前記母材に生じるギャップの大きさが許容値に達する限界状態において算出され、
前記補強材には、前記限界状態におけるヤング率が、破断寸前におけるヤング率よりも大きくなる性質を付与したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の構造物の補強構造。
【請求項６】
前記定着の強度は、前記母材及び前記補強材の破壊強度より小さいことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の構造物の補強構造。
【請求項７】
前記母材は、以下の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の構造物の補強構造。
（１）コンクリート、または、
（２）鉄骨、または、
（３）レンガ、または、
（４）ブロック、または、
（５）石膏ボード、または、
（６）木、または、
（７）岩石、または、
（８）土、または、
（９）砂、または、
（１０）樹脂、または、
（１１）金属
【請求項８】
前記補強材は、以下の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の構造物の補強構造。
（１）ポリエステル繊維織物、または、
（２）ヒートセット処理、または／及び、樹脂含浸処理が施されたポリエステル繊維織物
【請求項９】
前記補強材は、塗布または吹き付けにより形成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の構造物の補強構造。
【請求項１０】
前記定着は、接着剤により行われることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の構造物の補強構造。
【請求項１１】
前記定着は、接着剤により行われ、前記接着剤は、前記補強材に予め塗布され、保存されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の構造物の補強構造。
【請求項１２】
部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項１３】
部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強し、
前記補強材は、前記母材にギャップが生じた後も、当該ギャップ近傍の母材を覆う包絡面を形成して保持し、
前記包絡面は、前記ギャップを跨いで前記母材に作用する応力の伝達媒介部となることを特徴する構造物の補強方法。
【請求項１４】
部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強し、
前記補強材は、前記母材にギャップが生じた後も、当該ギャップ近傍の母材を覆う包絡面を形成して保持し、
前記包絡面は、前記ギャップを跨いで前記母材に作用する応力の伝達媒介部となり、
前記伝達媒介部は、前記ギャップの発生により前記定着が解除された自由区間における前記補強材の弾性的伸張により形成されることを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項１５】
前記補強材の所要強度、所要ヤング率、所要設置範囲、所要厚さ及び所要定着強度は、前記母材に生じるギャップの大きさが許容値に達する限界状態において算出されることを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれかに記載の構造物の補強方法。
【請求項１６】
前記補強材の所要強度、所要ヤング率、所要設置範囲、所要厚さ及び所要定着強度は、前記母材に生じるギャップの大きさが許容値に達する限界状態において算出され、
前記補強材には、前記限界状態におけるヤング率が、破断寸前におけるヤング率よりも大きくなる性質を付与したことを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の構造物の補強方法。
【請求項１７】
前記定着の強度は、前記母材及び前記補強材の破壊強度より小さいことを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれかに記載の構造物の補強方法。
【請求項１８】
前記母材は、以下の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれかに記載の構造物の補強方法。
（１）コンクリート、または、
（２）鉄骨、または、
（３）レンガ、または、
（４）ブロック、または、
（５）石膏ボード、または、
（６）木、または、
（７）岩石、または、
（８）土、または、
（９）砂、または、
（１０）樹脂、または、
（１１）金属
【請求項１９】
前記補強材は、以下の少なくとも１つであることを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれかに記載の構造物の補強方法。
（１）ポリエステル繊維織物、または、
（２）ヒートセット処理、または／及び、樹脂含浸処理が施されたポリエステル繊維織物
【請求項２０】
前記補強材は、塗布または吹き付けにより形成されることを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれかに記載の構造物の補強方法。
【請求項２１】
前記定着は、接着剤により行われることを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれかに記載の構造物の補強方法。
【請求項２２】
前記定着は、接着剤により行われ、前記接着剤は、前記補強材に予め塗布され、保存されることを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれかに記載の構造物の補強方法。
【請求項２３】
隣接する複数の部材を構成する個々の母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する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の部材を構成する母材と他の部材を構成する母材の間を貫通する空間に前記補強材を通すことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項２４】
前記空間は、近接した、もしくは接合された第１の部材を構成する母材と他の部材を構成する母材の間の隙間であることを特徴とする請求項２３記載の構造物の補強構造。
【請求項２５】
前記空間は、近接した、もしくは接合された第１の部材を構成する母材と他の部材を構成する母材の接合部に設けられた貫通孔であることを特徴とする請求項２３記載の構造物の補強構造。
【請求項２６】
前記補強材は、少なくとも一端に接着面が設けられた帯状材またはシート状材であることを特徴とする請求項２３記載の構造物の補強構造。
【請求項２７】
隣接する複数の部材を構成する個々の母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する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の部材を構成する母材と他の部材を構成する母材の間を貫通する空間に前記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２８】
前記空間は、前記第１の部材を構成する母材と前記他の部材を構成する母材の間の隙間であることを特徴とする請求項２７記載の構造物の補強方法。
【請求項２９】
前記空間は、前記第１の部材を構成する母材と前記他の部材を構成する母材の接合部に設けられた貫通孔であることを特徴とする請求項２７記載の構造物の補強方法。
【請求項３０】
前記補強材は、少なくとも一端に接着面が設けられたシート状材または帯状材であることを特徴とする請求項２７記載の構造物の補強方法。
【請求項３１】
扁平な部材を構成する母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強構造であって、
両端に接着面が設けられた補強材を、当該母材を貫通する空間に通すことを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項３２】
前記空間は、前記母材に点状に設けられた貫通孔であることを特徴とする請求項３１記載の構造物の補強構造。
【請求項３３】
扁平な部材を構成する母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強方法であって、
両端に接着面が設けられた補強材を、当該母材を貫通する空間に通すことを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項３４】
前記空間は、前記母材に点状に設けられた貫通孔であることを特徴とする請求項３３記載の構造物の補強方法。
【請求項３５】
部材の外側に高延性及び高屈曲性を有する補強材を筒状に形成し、当該補強材または当該部材の内側に充填材を充填することを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項３６】
部材の外側に高延性及び高屈曲性を有する補強材を筒状に形成し、当該補強材または当該部材の内側に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３７】
部材を構成する母材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置することを特徴とする免震構造。
【請求項３８】
前記母材の内部に充填材を混入することを特徴とする請求項３７に記載の免震構造。
【請求項３９】
部材を構成する母材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置することを特徴とする免震方法。
【請求項４０】
前記母材の内部に充填材を混入することを特徴とする請求項３９に記載の免震方法。
【請求項４１】
部材の外周面に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強構造であって、
複数の前記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構造。
【請求項４２】
前記複数の補強材は、異なるヤング率を有し、前記部材の変形量に応じて、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４１に記載の構造物の補強構造。
【請求項４３】
前記複数の補強材は、前記部材に作用する応力を分担する第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４１に記載の構造物の補強構造。
【請求項４４】
前記複数の補強材として、前記部材及び／または外界からの作用を緩和する補強材をさらに使用することを特徴とする請求項４１に記載の構造物の補強構造。
【請求項４５】
部材の外周面に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強方法であって、
複数の前記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４６】
前記複数の補強材は、異なるヤング率を有し、前記部材の変形量に応じて、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４５に記載の構造物の補強方法。
【請求項４７】
前記複数の補強材は、前記部材に作用する応力を分担する第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４５に記載の構造物の補強方法。
【請求項４８】
前記複数の補強材として、前記部材及び／または外界からの作用を緩和する補強材をさらに使用することを特徴とする請求項４５に記載の構造物の補強方法。
【請求項４９】
接合部を介して連結もしくは一体化された複数の部材を補強する構造物の補強構造であって、
前記部材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置し、前記接合部では当該補強材を襷がけにして設置することを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項５０】
接合部を介して連結もしくは一体化された複数の部材を補強する構造物の補強方法であって、
前記部材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置し、前記接合部では当該補強材を襷がけにして設置することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項５１】
部材の外周に高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着し、前記部材に発生すると想定されるギャップ幅に基づいて当該部材の形状変化を制御することを特徴とする構造物の補強構造。
【請求項５２】
前記補強材を前記部材に発生すると想定されるギャップに交差する方向に設置することを特徴とする請求項５１に記載の構造物の補強構造。
【請求項５３】
部材の外周に高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着し、前記部材に発生すると想定されるギャップ幅に基づいて当該部材の形状変化を制御することを特徴とする構造物の補強方法。
【請求項５４】
前記補強材を前記部材に発生すると想定されるギャップに交差する方向に設置することを特徴とする請求項５３に記載の構造物の補強方法。
【請求項５５】
織成により高延性及び高屈曲性が付与され、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ことを特徴とする補強材。
【請求項５６】
引っ張り破断歪が１０％以上であり、曲げ変形角が９０度以上であり、せん断変形角が２度以上であることを特徴とする請求項５５に記載の補強材。
【請求項５７】
ヒートセットまたは／及び樹脂含浸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い特性が付与され、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ことを特徴とする補強材。
【請求項５８】
前記限界状態での伸び歪は、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５７に記載の補強材。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、構造物の補強構造、補強方法、免震構造、免震方法、補強材、部材、免震部材等に関するものである。
背景技術
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。
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
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コンクリートを充填し、柱として用いるもの等がある。
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、
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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
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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
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繊維補強材を貼り付けるもの等がある。
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
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せたいわゆる連続繊維補強材がある。
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装置を設置するものがある。
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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。これらの方法、構造の補強効果は、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
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直接せん断応力を伝達するものが多い。
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。
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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。
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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。
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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。
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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。
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。
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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。
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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。上記の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。
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合には、免震装置と一般部材間の接続部分の破壊によって免震効果の限界が決定される場合が多いこと、上下方向の免震効果を十分に発揮する装置を製作するには大きな費用がかかること等が原因で、所要の免震効果を得るために多額の装置製作費、装置周辺部材の補強、新設費用を要することが課題であった。
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、構造物の補強構造、部材、補強材、補強方法、免震部材等を提供することを目的とする。
発明の開示
第１の発明は、部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強することを特徴とする構造物の補強構造である。
第１の発明では、母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、ギャップ近傍の母材表面を覆う包絡面を形成して保持し、ギャップを跨いで母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、主として部材を構成する材料である。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。
補強材は、高延性及び高屈曲性、すなわち、伸展性を有することが望ましい。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。
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。
補強材は、例えば、ポリエステル繊維織物、または、このポリエステル繊維織物にヒートセット処理、樹脂含浸処理等が施されたものである。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、樹脂含浸処理は、樹脂等を含浸させる処理である。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。
また、補強材は、前述の要件を満たすものであれば、現場での母材への吹き付け、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。
ギャップは、母材に生じた亀裂、ひび割れ等であり、クラックとも呼ばれる。母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母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母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、母材の応力を伝達する。つまり、ギャップを生じていない母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。
補強材の母材表面への定着は、接着剤を母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、母材の一部を閉合した補強材の内部に包むようにし、母材の変形によって補強材に張力を発生し、母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。
母材と補強材の境界に塗布する接着剤は、母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、母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、母材にギャップを伴う局所的な破壊が生じた場合、補強材と母材の有限な領域（自由区間）でずれを生じて、補強材を破損することなく母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、定着部で母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。
定着強度は、母材及び補強材の破壊強度より小さいことが望ましい。この場合、定着の剥離が生じる前に母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。
母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、母材の諸元、母材の境界条件、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、母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。
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、母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。
尚、第１の発明に係る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。
また、第１の発明に係る補強構造を利用することにより、免震効果を得ることが可能である。また、第１の発明に係る補強構造を利用して爆発等の突発的な外力に対処するための安全装置等を作成することができる。
第２の発明は、部材を構成する少なくとも１の材料からなる母材に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着することにより補強することを特徴とする構造物の補強方法である。
第２の発明は、第１の発明に係る構造物の補強構造における補強方法等に関する発明である。
尚、第１の発明の構造物の補強構造及び第２の発明の構造物の補強方法等は、以下に示す第３の発明から第１８の発明においても、用いることができる。
第３の発明は、隣接する複数の部材を構成する個々の母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する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の部材を構成する母材と他の部材を構成する母材の間を貫通する空間に前記補強材を通すことを特徴とする構造物の補強構造である。
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３の発明は、起伏や凹凸を有する部材を補強する構造である。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（貫通孔）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。補強材の少なくとも一端には、接着面が設けられたりする。
第３の発明では、隣接する複数の部材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する（伸展性を有し、曲げ・せん断剛性が極めて小さい）補強材を設置する補強構造において、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４の発明は、隣接する複数の部材を構成する個々の母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する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の部材を構成する母材と他の部材を構成する母材の間を貫通する空間に前記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４の発明は、第３の発明に係る構造物の補強構造における補強方法等に関する発明である。
第５の発明は、扁平な部材を構成する母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強構造であって、
両端に接着面が設けられた補強材を、当該母材を貫通する空間に通すことを特徴とする構造物の補強構造である。
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（貫通孔）等である。孔（貫通孔）は、点状、格子点状等に設けられたりする。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５の発明では、扁平な部材の外周面に高延性及び高屈曲性を有する（伸展性を有し、曲げ・せん断剛性が極めて小さい）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６の発明は、扁平な部材を構成する母材の外周面に、高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強方法であって、
両端に接着面が設けられた補強材を、当該母材を貫通する空間に通すことを特徴とする構造物の補強方法である。
第６の発明は、第５の発明に係る構造物の補強構造における補強方法等に関する発明である。
第７の発明は、部材の外側に高延性及び高屈曲性を有する補強材を筒状に形成し、当該補強材または当該部材の内側に充填材を充填することを特徴とする構造物の補強構造である。
部材とは、中空部材や、複雑な断面形状を有する部材等である。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７の発明では、部材の外周に沿って、高延性及び高屈曲性を有する（伸展性を有し、曲げ・せん断剛性が極めて小さい）補強材を筒状等に形成し、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等に形成し、補強材と部材との間に粒状体の充填材を充填する。
第８の発明は、部材の外側に高延性及び高屈曲性を有する補強材を筒状に形成し、当該補強材または当該部材の内側に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。
第８の発明は、第７の発明に係る構造物の補強構造における補強方法等に関する発明である。
第９の発明は、部材を構成する母材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置することを特徴とする免震構造である。
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９の発明の免震構造に係る免震部材の水平断面は、円形状とするのが望ましい。
第９の発明では、粒状体の充填材、コンクリート、鋼等の母材の周囲に、高延性及び高屈曲性を有する（伸展性を有し、曲げ・せん断剛性が極めて小さい）補強材を設置する。
上記の免震部材を構造物の層内、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により、免震効果を得ることができる。構造物の層内に設置する場合には、免震部材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（杭兼免震部材として）設置する。上記の免震部材は、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１０の発明は、部材を構成する母材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置することを特徴とする免震方法である。
第１０の発明は、第９の発明に係る免震構造における免震方法に関する発明である。
第１１の発明は、部材の外周面に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強構造であって、複数の前記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構造である。
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１１の発明では、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。複数の補強材は、それぞれ、異なるヤング率を有していたり、部材に作用する応力を分担する第１の補強材及び部材の見かけの体積の膨張を拘束する第２の補強材等であったりする。従って、部材の変形量に応じていずれかの補強材が補強効果を発揮するので、部材に作用する様々な応力等に対応することができる。尚、複数の補強材として、部材、外界からの作用を緩和するための補強材をさらに使用することができる。
補強材には、ポリエステル製シートより剛性、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、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。
さらに、高延性及び高屈曲性を有する（伸展性を有し、曲げ・せん断剛性が極めて小さい）帯状補強材等を部材の外周に接着剤で直接接着するので、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し、部材の形状変化と損傷を制御することができる。
第１２の発明は、部材の外周面に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置する構造物の補強方法であって、複数の前記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。
第１２の発明は、第１１の発明に係る構造物の補強構造における補強方法に関する発明である。
第１３の発明は、接合部を介して連結もしくは一体化された複数の部材を補強する構造物の補強構造であって、前記部材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置し、前記接合部では当該補強材を襷がけにして設置することを特徴とする構造物の補強構造である。
接合部とは、複数の部材の接合部分、例えば、梁（第１の部材）と柱（第２の部材）との接合部分である。この場合、高延性及び高屈曲性を有するシート状のもしくは帯状の補強材の端部が梁の側面に接着され、端部に連続する部分が柱の側面に接着され、梁と柱の接合部が補強材で覆われる。
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。さらに、柱の他の側面に別の梁（第３の部材）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。
また、接合部の上方と下方では、部材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する帯状補強材をらせん状に巻きつけ、接合部では、帯状補強材を襷がけにして巻き付けるようにすることもできる。
また、帯状補強材を補強材の上に巻きつけても良い。この場合、帯状補強材と補強材とは、お互いの張力を伝達する様に接着される。また、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１３の発明では、高延性及び高屈曲性を有する（伸展性を有し、曲げ・せん断剛性が極めて小さい）帯状補強材等は、接合部を含む部材の全面に連続して巻きつけられる。この場合、接合部の上方及び下方では螺旋状に巻きつけられたり、接合部では襷がけにして巻き付けられたりする。
第１４の発明は、接合部を介して連結もしくは一体化された複数の部材を補強する構造物の補強方法であって、前記部材の周囲に高延性及び高屈曲性を有する補強材を設置し、前記接合部では当該補強材を襷がけにして設置することを特徴とする構造物の補強方法である。
第１４の発明は、第１３の発明に係る構造物の補強構造における補強方法に関する発明である。
第１５の発明は、部材の外周に高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着し、前記部材に発生すると想定されるギャップ幅に基づいて、当該部材の形状変化を制御することを特徴とする構造物の補強構造である。
第１の発明について説明したように、補強材の所要性能は、母材に生じるギャップの大きさ（ギャップ幅等）の許容値、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。尚、所要性能は、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である。
従って、部材に発生すると想定されるギャップ幅に基づいて、補強材の所要性能を算出し、この所要性能を満たすように、補強材を部材に定着することにより、当該部材の形状変化を制御することができる。また、補強材を部材に発生すると想定されるギャップに交差する方向に設置することにより、補強効果を高めることができる。
第１６の発明は、部材の外周に高延性及び高屈曲性を有する補強材を定着し、前記部材に発生すると想定されるギャップ幅に基づいて当該部材の形状変化を制御することを特徴とする構造物の補強方法である。
第１６の発明は、第１５の発明に係る構造物の補強構造における補強方法に関する発明である。
第１７の発明は、織成により高延性及び高屈曲性が付与され、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ことを特徴とする補強材である。
第１７の発明では、補強材は、織成等により高延性及び高屈曲性が付与され、この補強材を構造物の部材の表面、内部等に設置することにより、部材、ひいては、構造物を補強する。この補強材を第１の発明から第１６の発明における補強材、免震部材を構成する材料等として用いることができる。
尚、後述する実験結果等が示すように、上述の構造物の補強構造、補強方法に係る補強材に関しては、引っ張り破断歪が１０％以上であり、曲げ変形角が９０度以上であり、せん断変形角が２度以上である補強材が適当である。
第１８の発明は、ヒートセットまたは／及び樹脂含浸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い特性が付与され、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ことを特徴とする補強材である。
第１８の発明では、補強材は、ヒートセット、樹脂含浸等により、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なる性質が付与され、この補強材を構造物の部材の表面、内部等に設置することにより、部材、ひいては構造物を補強する。この補強材を第１の発明から第１６の発明における補強材として用いることができる。
尚、後述する実験結果等が示すように、上述の構造物の補強構造、補強方法等に係る補強材に関しては、通常の建物、インフラ（ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）施設等の場合には、前記限界状態では、補強材歪は、小さい値の範囲、即ち、１％から２％となる場合が多い。従って、補強材に関しては、限界状態での伸び歪が０．１％から１０％の範囲内の値であるものが適当である。
また、補強材が繊維系材料等である場合、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、さらに、歪の大きい範囲まで変形性能を保持させることができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
まず、第１の実施の形態について説明する。第１図は、本発明の実施の形態に係る補強材が設置された部材の斜視図である。第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図である。第３図は、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。
第１図、第２図、第３図に示したように、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、部材１を構成する材料である。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。補強材５の材質は、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ものであることが望ましい。例えば、ポリエステルの繊維織物等の材料が用いられる。
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、第２図に示したように、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。
接着剤１１は、所要の接着強度を部材の供用期間に渡り、当該部材の設置環境で発揮するもの、例えば耐水性一液性のエポキシ・ウレタン系接着剤等である。接着剤１１は、補強材５と母材３の境界面に塗布される。
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、接着を剥がそうとする際に母材３もしくは補強材５が接着層を残して破壊されるほどの接着強度は、必要とされない。
接着拘束を実現する場合、補強材５は、第１図に示すように、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、第３図に示したように、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。第１４図に示すように、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。
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。第４図は、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。
第４図の幅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。
2003027414.tif 000018
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。
2003027414.tif 000019
σｆの実根条件から、ギャップ幅ｄは、０（ゼロ）と
2003027414.tif 000020
との間であることが分かる。
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。
2003027414.tif 000021
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。
2003027414.tif 000022
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。
2003027414.tif 000023
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。
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。
2003027414.tif 000024
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。
2003027414.tif 000025
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。
2003027414.tif 000026
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。
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。
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。
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。
第５図は、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、横軸は、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。
第６図は、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、横軸は、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、第５図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。
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。
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。
第７図は、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。
第８図は、第７図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。
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。
2003027414.tif 000027
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。
2003027414.tif 000028
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。
第６２図は、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。
第１０図は、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。
第１１図は、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、第６２図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。
第１２図は、第６２図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、第６２図に示したケースの番号である。
第１１図を参照すると、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、第６２図に示した。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。
第１３図は、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第１３図を作成した。
第１２図及び第１３図を参照すると、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、先に第７図及び第８図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。
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。
2003027414.tif 000029
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。第６２図には、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。第６２図には、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第６２図に示したが、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。
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、第６２図には、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。
第６２図を参照すると、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。
第５８図、第５９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５８図、第５９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５８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３０１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。
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、第５１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、第５９図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。
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、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ことが望ましい。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、目安として母材のヤング率の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。
第９図は、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、第９図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。
次に、第１の実施の形態に係る部材について説明する。第１の実施の形態に係る部材の例として壁つき柱を取り上げる。第１４図は、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。
第１５図は、第１４図の壁つき柱６９の断面図である。設計拘束長（ｂｄ）は、第１４図及び第１５図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）：第５図）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。
第１６図は、第１４図の壁つき柱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。
このように、第１の実施の形態では、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。
また、以下に示す実施の形態においても、上述の第１の実施の形態における補強構造、補強方法、補強材等を用いることができる。
次に、本発明の第２の実施の形態について詳細に説明する。第１７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１０１の両端に扁平部材１０３が接合されたもので、例えば、角型部材１０１が柱、扁平部材１０３が壁である壁付き柱等である。角型部材１０１と扁平部材１０３の接合部付近には、角型部材１０１と扁平部材１０３の間に形成される表面の凹凸に対処するため、扁平部材１０３を貫通するスリット１０５が設けられる。
第１８図および第１９図は、補強後の第１７図のＡ−Ａ断面図を示す。まず、第１８図に示す補強について説明する。第１８図では、角型部材１０１は、角型部材１０１の周長の約４分の３長さを有するシート状の補強材１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、接着剤１０９、接着剤１１１を用いて補強される。
補強材１０７ａは、側面１０８ａ側から両端をスリット１０５に通して設置され、角型部材１０１の周長の約４分の３の面を覆う。補強材１０７ａの両端は、接着剤１１１で角型部材１０１に仮付けされる。補強材１０７ｂは、側面１０８ｂ側から両端をスリット１０５に通して設置される。補強材１０７ｂは、角型部材１０１の残りの面、即ち側面１０８ｂを覆い、両端は補強材１０７ａの外側に重ねて設置される。補強材１０７ｂの両端は、接着剤１０９で補強材１０７ａに接着される。
補強材１０７ｃは、補強材１０７ａと重なるように、側面１０８ａ側から両端をスリット１０５に通して設置される。補強材１０７ｃの両端は、補強材１０７ｂの外側に重ねて設置され、接着剤１０９で補強材１０７ｂに接着される。
次に、第１９図に示す補強について説明する。第１９図では、角型部材１０１は、角型部材１０１の周長の約１倍弱の長さを有するシート状の補強材１１３ａ、角型部材１０１の周長の約１倍強の長さを有するシート状の補強材１１３ｂ、接着剤１０９、接着剤１１１を用いて補強される。
補強材１１３ａは、一方の端部が側面１１４ｂの角に、もう一方の端部が側面１１４ｂの表面にくるように、スリット１０５を通して角型部材１０１のほぼ全面に巻きつけられる。補強材１１３ａの一端は、接着剤１１１を用いて、側面１１４ｂの表面に仮付けされる。
補強材１１３ｂは、両端が角型部材１０１の側面１１４ａ側にくるように、補強材１１３ａの外側に、スリット１０５を通して筒状に巻きつけられる。補強材１１３ｂは、接着剤１１１と重なる位置で、接着剤１０９を用いて補強材１１３ａに接着される。補強材１１３ｂの一端は、接着剤１０９を用いて補強材１１３ｂの他端付近に接着される。
第１８図に示す補強材１０７ａ、１０７ｂ、１０７ｃ、第１９図に示す補強材１１３ａ、１１３ｂ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１１１は補強材１０７ａ、１１３ａを角型部材１０１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１０９は、補強材１０７ａと１０７ｂと１０７ｃが、また、補強材１１３ａと１１３ｂ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１０１と扁平部材１０３との接合部にスリット１０５を設けて補強材を通すことにより、角型部材１０１の周方向に張力を伝達し、補強効果を高める。第１７図では、接合された複数の部材の接合部付近にスリット１０５を設けたが、近接する複数の部材間の隙間をスリット１０５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２の実施の形態の補強方法は、角型部材１０１と扁平部材１０３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。また、シート状の補強材の代替手段として第４０図に示すような帯状の補強材であるポリエステルベルトを使用することもできる。
次に、第３の実施の形態について説明する。第２０図は、補強される部材の斜視図を示す。第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様の部材を異なる方法で補強する。第２の実施の形態の角型部材１０１に相当する角型部材１２１と、扁平部材１０３に相当する扁平部材１２３の接合部付近には、扁平部材１２３を貫通する複数の孔１２５が所定の間隔で設けられる。
第２１図は、接続用補強材１１５の平面図、第２２図は、補強後の第２０図のＢ−Ｂ断面図、第２３図は、補強後の第２０図のＢ−Ｂ断面の一部を示す図である。第２１に示すように、接続用補強材は、帯状の連結部１１９の両端に接着面１１７を有する。接着面１１７は、連結部１１９の端部を増幅したものである。
まず、第２２図に示す補強について説明する。第２２図では、角型部材１２１は、複数の接続用補強材１１５、２枚のシート状の補強材１２７、接着剤１０９、接着剤１１１を用いて補強される。
複数の接続用補強材１１５は、連結部１１９を軸として接着面１１７を丸めた状態で、角型部材１２１の両側の複数の孔１２５にそれぞれ１つずつ通される。そして、連結部１１９が孔１２５の位置となったところで接着面１１７を広げる。接続用補強材１１５の接着面１１７は、接着剤１１１を用いて角型部材１２１に仮付けされる。
２枚の補強材１２７は、角型部材１２１の側面のうち、扁平部材１２３と隣接していない側面１２８を覆うようにそれぞれ設置される。補強材１２７の両端は、接続用補強材１１５の接着面１１７の外側に重ねて設置される。補強材１２７の両端は、接着剤１０９を用いて接続用補強材１１５の接着面１１７に接着される。
次に、第２３図に示す補強について説明する。第２３図では、角型部材１２１と扁平部材１２３とが、複数の接続用補強材１１５、２枚のシート状の補強材１２９、接着剤１０９を用いて補強される。接続用補強材１１５は、第２２図に示す補強の場合と同様に、連結部１１９を軸として接着面１１７を丸めた状態で、角型部材１２１の両側の孔１２５に通される。そして、連結部１１９が孔１２５の位置となったところで接着面１１７を広げる。接続用補強材１１５の接着面１１７は、接着剤１１１を用いて角型部材１２１に仮付けされる。
補強材１２９は、角型部材１２１の側面１３０ａと扁平部材１２３の側面１３０ｂとを連続して覆うように設置される。補強材１２９は、接続用補強材１１５の接着面１１７に重なる位置で、接着剤１０９を用いて接続用補強材１１５に接着される。
補強材１２７、補強材１２９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１１５は、孔１２５を介した両側の補強材１２７、または補強材１２９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１１１は接続用補強材１１５を角型部材１２１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１０９は、接続用補強材１１５と補強材１２７が、また、接続用補強材１１５と補強材１２９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、隣接する角型部材１２１と扁平部材１２３との接合部に複数の孔１２５を設け、孔１２５に接続用補強材１１５を通し、角型部材１２１の周方向に張力を伝達し、補強効果を高める。第３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１１５のかわりに、第４０図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。ポリエステルベルト１９９を孔１２５に貫通させることで、シート状の補強材１２７、補強材１２９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２２図または第２３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４の実施の形態について説明する。第２４図は、補強される扁平部材１３１の斜視図を示す。扁平部材１３１は、例えば壁である。扁平部材１３１には、部材厚を貫通する複数の孔１３３が、格子状の個所に設けられる。第２５図は、接続用補強材１３５の斜視図、第２６図は、補強後の扁平部材１３１の孔１３３付近の断面図を示す。
第２５図に示すように、接続用補強材１３５は、軸状の連結部１３９の両端に接着面１３７を有する。接着面１３７は、連結部１３９の軸方向と垂直に、ラッパ状に設けられる。第２６図では、扁平部材１３１は、複数の接続用補強材１３５、２枚のシート状の補強材１４１、接着剤１０９を用いて補強される。
接続用補強材１３５は、連結部１３９を軸として接着面１３７を丸めた状態で、扁平部材１３１の複数の孔１３３にそれぞれ通される。そして、連結部１３９が孔１３３の位置となったところで接着面１３７を広げる。接着面１３７の外側には、扁平部材１３１の両側面１３２を覆うように、補強材１４１が設置される。接着面１３７は、接着剤１０９を用いて補強材１４１に接着される。
補強材１４１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１３５は、孔１３３を介した両側の補強材１４１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１０９は、接続用補強材１３５と補強材１４１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４の実施の形態では、扁平部材１３１に複数の孔１３３を設け、孔１３３に接続用補強材１３５を通して側面１３２間で張力を伝達し、補強効果を高める。第４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１３３に通しやすくするため、接続用補強材１３５の接着面１３７に切欠きを入れてもよい。
また、第３の実施の形態と同様に、接続用補強材１３５の代替として、第４０図に示すようなポリエステルベルト１９９を使用することもできる。
次に、第５の実施の形態について説明する。第２７図は補強後のＨ型部材１４３の斜視図である。第２７図に示すように、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。
第５の実施の形態は、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。第５の実施の形態では、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。
なお、第５の実施の形態の補強方法により、Ｈ型部材１４３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６の実施の形態について説明する。第２８図は、補強後の中空部材１４９の斜視図である。第２８図に示すように、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。
第６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、第４、第６の実施の形態では、充填材１４７を用いたＨ型部材１４３や中空部材１４９等の補強に、第１から第４の実施の形態の補強方法を併用してもよい。
次に、第７の実施の形態について説明する。第２９図は、免震部材１５５の斜視図である。免震部材１５５は、補強材１４５と粒状体の充填材１４７で構成される。補強材１４５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。免震部材１５５は、第２７図でＨ型部材１４３の断面積が零に近い場合である。
免震部材１５５では、充填材１４７が見かけの体積膨張を伴って変形すると、補強材１４５が弾性によって周方向の圧縮力を充填材１４７に作用させ、見かけの体積膨張を拘束する。補強材１４５として高延性材を使用することで、免震部材１５５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３０図から第３２図は、免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂのいずれかを使用した構造物１５３の立面図である。第３０図では、地盤１５１に構築された構造物１５３の上部構造１５４内の層１５７に免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂが設置される。層１５７に設置された免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂ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１５３の倒壊を防止する。
第３１図では、地盤１５１に設置された基礎１５９と構造物１５３の上部構造１５４との間の層１５７ａに免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂが設置される。第３１図に示す免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂは、大きなエネルギ吸収機能を利用し、免震部材として用いられる。
第３２図では、基礎１５９（図示せず）と支持地盤・岩盤１６４との間の層１５７ｂに免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂが設置される。第３２図では、構造物１５３の杭として、地盤１５１に設置された通常の杭１６１と免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂとが併用される。第３２図に示す免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂ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３３図、第３４図は、それぞれ、第３０図から第３２図に示すように構造物の層に設置された免震部材１５５ｂ付近の鉛直断面図、免震部材１５５ａ付近の鉛直断面図である。第３５図は免震部材１５５ａの水平断面図、第３６図は免震部材１５５ｂの水平断面図を示す。
第３３図、第３４図に示すように、免震部材１５５ａ、１５５ｂは、層１５７、かつ／または基礎１５９と上部構造１５４の間の層１５７ａに上下部材柱として設置されたり、地盤１５１の層１５７ｂに、杭として設置される。層１５７、層１５７ａの上下の部材１６３は、それぞれ、スラブ、梁、基礎１５９等である。層１５７ｂでは、下の部材１６３のかわりに、地盤や岩盤１６４がある。
第３５図に示すように、免震部材１５５ａは、免震部材１５５と同様に粒状体の充填材１４７、補強材１４５等で形成される。充填材１４７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１４５には、伸展性のある材料が使用される。免震部材１５５ａは、側面が球形の形状を有する。
免震部材１５５ａは、補強材１４５、充填材１４７等で構成したが、充填材１４７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３６図に示すように、免震部材１５５ｂでは、内部に鉄筋等の引張抵抗材１６５が配置されたコンクリート１６７、すなわち鉄筋コンクリート製の部材の周囲を、補強材１４５で補強する。
この場合、コンクリート１６７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１６７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、免震部材１５５ｂ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。
免震部材１５５ａ、１５５ｂの内部には、鉛直方向に複数の引張抵抗材１６５が配置される。引張抵抗材１６５の両端は、それぞれ上下の部材１６３に、または上の部材１６３と下の地盤や岩盤１６４に埋め込まれる。引張抵抗材１６５により、免震部材１５５ａ、１５５ｂは部材１６３、地盤や岩盤１６４に連結される。
免震部材１５５ａ、１５５ｂを柱として使用する場合、引張抵抗材１６５には、例えば、鉄筋、鉄板、第４０図に示すポリエステルベルト１９９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１６５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１６５は、構造物１５３の層１５７、または／かつ、基礎１５９と上部構造１５４の間の層１５７ａ、または／かつ、基礎と支持地盤・岩盤１６４の間が上下方向に引き離される力に抵抗する。
第３５図、第３６図に示すように、免震部材１５５ａ、１５５ｂの水平断面は円形であり、内部に４本の引張抵抗材１６５が配置される。免震部材１５５ａ、１５５ｂ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１４５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７の実施の形態では、補強材１４５と充填材１４７で新たに構築した免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂを上部構造１５４内、または／かつ、上部構造１５４と基礎１５９の間、または／かつ、地盤１５１に柱や杭として設置し、構造物１５３の補強効果を高める。免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂは、従来の免震部材とは異なり、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。従来の免震部材を、第３２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７の実施の形態によれば、容易に実施できる。
なお、免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂ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１４５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８の実施の形態で詳細に説明する。
第７の実施の形態では、第３３図から第３６図に示すように、引張抵抗材１６５が層１５７、１５７ａ、１５７ｂ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。免震部材１５５ｂ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、従来の免震部材に比べ、設計や施工が極めて容易で、価格が安価である。
第３７図は、第３０図から第３２図に示す層１５７、１５７ａ、１５７ｂの鉛直部材１６９に作用する力を示す図である。鉛直部材１６９とは、例えば、免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂ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１６９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１５７から上の構造物の重量の内、鉛直部材１６９が負担する力であり、ΔＰｗは、鉛直部材１６９の自重である。
鉛直部材１６９には、鉛直力として、上端に重量Ｐｗ＋鉛直地震力Ｐｓ１７１が、下端に重量（Ｐｗ＋ΔＰｗ）＋鉛直地震力Ｐｓ１７３が作用し、水平力として、水平地震力Ｑ１７９が作用する。また、鉛直部材１６９の上下の端部には曲げモーメントＭ１７７、捻りモーメントＭｚ１７５が作用する。地震時のこれらの荷重の大きさは、鉛直部材１６９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１６９が免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂである場合も、同様の荷重が作用する。従来の免震部材は、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部材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、免震部材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７の実施の形態の免震部材１５５ａ、１５５ｂは、第３３図から第３６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。免震部材１５５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７の実施の形態の大きな特徴である。免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂを、構造物１５３の免震に使用する際は、新たに免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂを設置してもよいし、既存の部材を変更、補強して免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂとしてもよい。
次に、第８の実施の形態について説明する。第３８図は、補強後の部材１８１の断面の一部を示す図である。第３８図では、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。
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。
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。
第３９図は、第３８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１８１の荷重変形関係を示すグラフである。第３９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。
第３９図は、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。
第８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１８１は、コンクリート部材等のみでなく、第２７図や第２９図に示すように、充填材１４７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、第４０図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。
ポリエステルベルト１９９を補強材１８５として使用する場合、第４１図から第４４図に示す柱２０５が第３８図の部材１８１に相当する。第４１図から第４４図に示す、ポリエステルベルト１９９での補強方法については、後述の第９の実施の形態の部分で述べる。
次に、第９の実施の形態について説明する。第４０図は、ポリエステルベルト１９９の平面図、第４１図と第４２図は、帯状補強材２０１で補強した柱２０５の例を示す斜視図、第４３図は第４２図に示す柱２０５の立面図である。
まず、第４１図に示す補強について説明する。第４１図では、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。
次に、第４２図、第４３図に示す補強について説明する。第４２図、第４３図に示す柱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。
第４３図に示すように、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。第５６図で後述するように、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。
第４４図は、第４１図から第４３図に示す柱２０５の表面付近の断面図である。第４４図に示すように、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。
第４１図から第４４図に示す帯状補強材２０１には、例えば、第４０図に示すポリエステルベルト１９９を使用する。第２、第８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。
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。第４５図は、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。第４５図では、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。第４５図では、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。
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。
2003027414.tif 000030
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、
2003027414.tif 000031
である。
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。
2003027414.tif 000032
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。
2003027414.tif 000033
最小値ｑｍｉｎに対応するクラック幅ｄｍａｘは、
2003027414.tif 000034
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。
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。
第４４図において、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。
第４６図は軸力と曲げとせん断を受ける柱２０５の概略図、第４７図は柱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。第４３図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ｃ２３３の長さＣは、第４７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。
次に、補強なしの柱２０５と、第４３図に示す帯状補強材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、第４６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。
第４８図は、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、第４９図から第５４図に示す結果が得られた。第４９図は柱２０５の水平力Ｑと変位履歴の包絡線を示す図である。第５０図は柱２０５の水平変位、鉛直変位、水平力の関係を示す図、第５１図は、柱２０５の復元力特性関係を示す図である。
第４９図の横軸は柱２０５の水平変位δｈ（２３９）を、縦軸は水平力Ｑ（せん断力２２７）を示す。第５１図の横軸は柱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。
第４９図において、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、第５１図に示す履歴ループ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。
第５０図では、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、第４９図の補強なし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。
第４９図、第５０図に示すように、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。
第５０図で、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。
補強あり２４３ｂでの最小水平力Ｑｍｉｎの実験データが、第４６図、第４７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。
第５０図に示すように、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、第５１図に示す履歴ループ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。
第５２図は、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。第５３図は第５２図の詳細図である。第５２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５２図、第５３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５１図に示す履歴ループ２５３上での位置を示す指標として計算している。
2003027414.tif 000035
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。
2003027414.tif 000036
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。
2003027414.tif 000037
第５２図に示す履歴吸収エネルギ２５７の曲線は、第５１図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。第５３図では、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。
第５４図は、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。第５４図では、横軸が水平累積変位Σδｈを、縦軸が鉛直変位δｖ（２４１）を示す。第５０図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。第５４図に示すように、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。
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４９図に示す補強あり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▼第５０図に示す補強あり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（第４９図、第５０図に示した補強なし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、第５２図、第５３図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、第５４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５０図、第５１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９の実施の形態により、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、第４９図から第５４図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、第９の実施の形態では、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。
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、第９の実施の形態の補強方法は、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。
次に、第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態は、第２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５５図は、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、第２の実施の形態の補強材１０７ａ等と同じく仮付けでもよいが、第８の実施の形態の補強材１８５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５９図のステップ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。
第５６図は、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。第５６図では、第５５図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。第５６図では帯状補強材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。第５７図は、接続用補強材２６９ｂ等が設置された柱２６１と梁２６３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の周囲に補強材２７３ａを、また、梁２６３の周囲に補強材２７３ｂを巻き付ける。補強材２７３ａ、２７３ｂは、伸展性のあるシート材や帯状材である。
このように、第１０の実施の形態では、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。
第５５図、第５６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３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。
上述の第１の実施の形態〜第１０の実施の形態では、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、補強方法、免震構造、免震方法等について説明した。
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。鉄筋コンクリート柱の例については、第９の実施の形態の部分で実験結果を示した。
第６０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。
第７の実施の形態の第３４図から第３６図に示した免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂ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２７５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。この形状の工夫も補強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２７５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７の実施の形態の第３６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１６７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２７５を高めることができる。
第６０図に示すように、本発明の方法等の特徴は、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。
次に、第１１の実施の形態について説明する。第１１の実施の形態では、第１から第１０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６１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。
第６１図で、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、第４０図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。
第６１図に示す試験結果は、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第１から第１０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１１の実施の形態の補強材料は、第８の実施の形態の補強材１８５と補強材１８７を単一種類の材料で実現することが可能である。
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。
産業用の利用可能性
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、工期等を従来に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】
第１図は、補強材５が設置された部材１の斜視図である。
第２図は、第１図のＡ−Ａ断面図である。
第３図は、補強材５が設置された部材１の斜視図である。
第４図は、補強材５が設置された部材１の斜視図である。
第５図は、部材１における荷重及び変形の関係を示す図である。
第６図は、部材１における周歪及び変形の関係を示す図である。
第７図は、ギャップによって分割された部材の斜視図である。
第８図は、第７図の部材の軸直角断面スライスの斜視図である。
第９図は、補強材の応力歪関係を示す図である。
第１０図は、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。
第１１図は、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。
第１２図は、正方向ピーク荷重と変形との関係を示す図である。
第１３図は、部材周伸び歪と変形との関係を示す図である。
第１４図は、補強材が設置された壁つき柱の斜視図である。
第１５図は、第１４図の壁つき柱の断面図である。
第１６図は、第１４図の壁つき柱の断面図である。
第１７図は、補強される部材の斜視図である。
第１８図は、補強後の第１７図のＡ−Ａ断面図である。
第１９図は、補強後の第１７図のＡ−Ａ断面図である。
第２０図は、補強される部材の斜視図である。
第２１図は、接続用補強材１１５の平面図である。
第２２図は、補強後の第２０図のＢ−Ｂ断面図である。
第２３図は、補強後の第２０図のＢ−Ｂ断面の一部を示す図である。
第２４図は、補強される扁平部材１３１の斜視図である。
第２５図は、接続用補強材１３５の斜視図である。
第２６図は、補強後の扁平部材１３１の孔１３３付近の断面図である。
第２７図は、補強後のＨ型部材１４３の斜視図である。
第２８図は、補強後の中空部材１４９の斜視図である。
第２９図は、免震部材１５５の斜視図である。
第３０図は、免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂのいずれかを使用した構造物１５３の立面図である。
第３１図は、免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂのいずれかを使用した構造物１５３の立面図である。
第３２図は、免震部材１５５、１５５ａ、１５５ｂのいずれかを使用した構造物１５３の立面図である。
第３３図は、第３０図から第３２図に示すように構造物の層に設置された免震部材１５５ｂ付近の鉛直断面図である。
第３４図は、第３０図から第３２図に示すように構造物の層に設置された免震部材１５５ａ付近の鉛直断面図である。
第３５図は、免震部材１５５ａの水平断面図である。
第３６図は、コンクリート製の免震部材１５５ｂの水平断面図である。
第３７図は、第３０図から第３２図に示す層１５７、１５７ａ、１５７ｂの鉛直部材１６９に作用する力を示す図である。
第３８図は、補強後の部材１８１の断面の一部を示す図である。
第３９図は、部材１８１の荷重変形関係を示すグラフである。
第４０図は、ポリエステルベルト１９９の平面図である。
第４１図は、帯状補強材２０１で補強した柱２０５の例を示す斜視図である。
第４２図は、帯状補強材２０１で補強した柱２０５の例を示す斜視図である。
第４３図は、第４２図に示す柱２０５の立面図である。
第４４図は、第４１図から第４３図に示す柱２０５の表面付近の断面図である。
第４５図は、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。
第４６図は、軸力と曲げとせん断を受ける柱２０５の概略図である。
第４７図は、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。
第４８図は、柱２０５の変形を示す図である。
第４９図は、柱２０５の水平力Ｑと変位履歴の包絡線を示す図である。
第５０図は、柱２０５の水平変位、鉛直変位、水平力の関係を示す図である。
第５１図は、柱２０５の復元力特性関係を示す図である。
第５２図は、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。
第５３図は、第５２図の詳細図である。
第５４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５５図は、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。
第５６図は、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。
第５７図は、接続用補強材２６９ｂ等が設置された柱２６１と梁２６３の接合部の断面図を示す図である。
第５８図は、補強量の設計のフローチャートを示す図である。
第５９図は、補強量の設計のフローチャートを示す図である。
第６０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６１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。
第６２図は、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。
符号の説明
１，３１  部材
３  母材
５，３７，７５  補強材
７，７７  接着拘束有効範囲
９，７９  補強材設置範囲
１１  接着剤
１３，４１  ギャップ
１５，４３  ギャップ幅
１７，５３  張力
１９  自由空間
２１  拘束区間
３３，３５  部材片
４５  せん断力
４９  伝達せん断力
５１  引張応力
６９  壁つき柱
７１  柱
７３  壁
８１  形状的拘束有効範囲
１０１，１２１  角型部材
１０３，１２３  扁平部材
１０５  スリット
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１１３ａ，１１３ｂ，１２７，１２９，１４１，１４５，１８５，１８７，２７３ａ，２７３ｂ  補強材
１０９，１１１  接着剤
１１５，１３５  接着用補強材
１１７，１３７，２６９ａ，２６９ｂ  接着面
１１９，１３９  連結部
１２５，１３３  孔
１４７  充填材
１５３  構造物
１５５  免震部材
１５７，１５７ａ，１５７ｂ  層
１５９  基礎
１８１  部材
１８３，１８９  保護用補強材
１９９  ポリエステルベルト
２０１，２７１ａ，２７１ｂ  帯状補強材
２０５，２６１  柱
２１７  クラック幅
２２１  張力
２６３  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】
2003027414.tif 000047
【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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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【国際調査報告】
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