(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面近傍及び下面近傍に鉄筋が埋設された床版の補強性能向上方法であって、
前記床版の下面側に増厚部を設け、前記増厚部を貫通して、反対側の面へ向けてせん断補強の効果が得られる長さの補強材を前記増厚部の下面側から前記床版内に設置することを特徴とする床版の補強性能向上方法。
【請求項２】
前記補強材は、六角ボルト又はアンカーボルトであり、
前記六角ボルト又はアンカーボルトをその頭部が前記増厚部の下面に当接し、その先端が前記反対側の面の鉄筋近傍に達するように設置することを特徴とする請求項１に記載の床版の補強性能向上方法。
【請求項３】
前記床版の下面に孔を形成し、当該孔に速硬性充填剤を充填した後、前記孔内に前記補強材を挿入することを特徴とする請求項１又は２に記載の床版の補強性能向上方法。
【請求項４】
前記補強材を前記下面から打設することを特徴とする請求項１又は２に記載の床版の補強性能向上方法。
【請求項５】
上面近傍及び下面近傍に鉄筋が埋設された床版の補強性能向上構造であって、
前記床版の下面側に増厚部が設けられ、
前記増厚部を貫通して前記床版の下面側から反対側の面へ向けて設置され、せん断補強の効果が得られる長さの補強材を前記床版内に備えることを特徴とする床版の補強性能向上構造。
【請求項６】
前記補強材は、その先端が前記反対側の面の鉄筋近傍に達するように設置されていることを特徴とする請求項５に記載の床版の補強性能向上構造。
【請求項７】
前記補強材は、前記床版に形成された孔内に設置されており、その周囲は速硬性充填剤で充填されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の床版の補強性能向上構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、床版の補強性能向上方法及び補強性能向上構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路橋の床版には、上部を通行する自動車による繰り返し曲げ荷重が加わるため、コンクリートの下面に亀裂が発生するなど、補強が必要となることがある。このような床版の補強を行う際には、床版上の自動車の通行を妨げないことが望まれる。そこで、従来より、特許文献１の従来技術の欄に記載されているように、床版の下面に沿うように鋼板を配置し、この鋼板をアンカーと接着剤により固定する方法や、床版の下面に炭素繊維のような高強度繊維を接着剤により取り付ける方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２―１６７９７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本願出願人らは、特許文献１に記載の補強方法で補強された床版について載荷試験を実施するとともに、この載荷試験についての解析を行った結果、曲げ耐力は向上したもののせん断耐力はあまり向上せず、曲げ破壊よりも先にせん断破壊を生じる場合があるという知見を得た。なお、本願出願人らがこの知見を得た載荷試験及び解析については発明を実施するための形態の欄にて説明する。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、せん断耐力を向上させ、曲げ破壊が生じる前にせん断破壊を生じさせないことにより、曲げ補強効果を発揮させて曲げ強度を向上させることが可能な床版の補強性能向上方法及び補強性能向上構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上面近傍及び下面近傍に鉄筋が埋設された床版の補強性能向上方法であって、前記床版の下面側に増厚部を設け、前記増厚部を貫通して、反対側の面へ向けてせん断補強の効果が得られる長さの補強材を前記増厚部の下面側から前記床版内に設置することを特徴とする。
本発明によれば、せん断補強の効果が得られる長さの補強材を床版内に設置することで、せん断耐力を向上させることができる。したがって、床版に曲げ荷重が作用した際にせん断破壊が生じ難くなるので、曲げ強度を向上させることができる。
【０００７】
また、本発明において、前記補強材は前記補強材は、六角ボルト又はアンカーボルトであり、前記六角ボルト又はアンカーボルトをその頭部が前記増厚部の下面に当接し、その先端が前記反対側の面の鉄筋近傍に達するように設置することとしてもよい。
【０００８】
また、本発明において、前記床版の下面に孔を形成し、当該孔に速硬性充填剤を充填した後、前記孔内に前記補強材を挿入することとしてもよい。
【０００９】
また、本発明において、前記補強材を前記下面から打設することとしてもよい。
【００１０】
本発明は、上面近傍及び下面近傍に鉄筋が埋設された床版の補強性能向上構造であって、前記床版の下面側に増厚部が設けられ、前記増厚部を貫通して前記床版の下面側から反対側の面へ向けて設置され、せん断補強の効果が得られる長さの補強材を前記床版内に備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記補強材は、その先端が前記反対側の面の鉄筋近傍に達するように設置されていることとしてもよい。
【００１２】
また、本発明において、前記補強材は、前記床版に形成された孔内に設置されており、その周囲は速硬性充填剤で充填されていることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、せん断耐力を向上させ、曲げ破壊が生じる前にせん断破壊を生じさせないことにより、曲げ補強効果を発揮させて曲げ強度を向上させることが可能な床版の補強性能向上方法及び補強性能向上構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る道路橋の床版の補強構造を示す鉛直断面図である。
【図２】床版の補強材付近を拡大した図である。
【図３】道路橋ＲＣ床版を模擬した各試験体を構成する部位、部材等を示す図である。
【図４】試験体４２の側断面図である。
【図５】試験体４３の側断面図である。
【図６】試験体４４の側断面図である。
【図７】試験体４５の側断面図である。
【図８】各試験体の解析モデルを示す図である。
【図９】各試験体の解析条件を示す図である。
【図１０】各試験体の載荷状態を示す図である。
【図１１】各試験体に載荷した荷重と変位との関係を示す図である。
【図１２】各試験体４２〜４５の曲げ耐力、せん断耐力及び最大荷重の解析値、並びに載荷試験の試験結果を示す図である。
【図１３】補強材の長さの他の実施例を示す図である。
【図１４】床版の下端面から補強材を設置した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る床版の補強性能向上方法及び補強性能向上構造の一実施形態を、道路橋ＲＣ床版に適用した例について図面を用いて詳細に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る道路橋の床版１の補強構造２を示す鉛直断面図である。また、図２は、床版１の補強材３０付近を拡大した図である。
両図に示すように、道路橋の床版１は、床版本体１０と、床版本体１０の下に設けられた増厚部２０と、補強材３０と、を備え、Ｈ型鋼からなる一対の桁材３により支持されている。
【００１７】
床版本体１０は、板状の普通コンクリート部１２と、床版上側鉄筋１３と、床版下側鉄筋１４と、配力筋１５と、から構成されている。
【００１８】
床版上側鉄筋１３と配力筋１５及び床版下側鉄筋１４と配力筋１５は、それぞれ普通コンクリート部１２の上面近傍及び下面近傍に平面視格子状に配置されている。
【００１９】
増厚部２０は、吹き付けコンクリート部２１と、補強鉄筋２２とから構成されている。
吹き付けコンクリート部２１は、通常のコンクリートに比べて耐久性の高いポリマーセメントモルタルからなる。
補強鉄筋２２は、吹き付けコンクリート部２１内の適宜な被りを有する位置に平面視格子状に配置されている。
【００２０】
補強材３０は、吹き付けコンクリート部２１の下端面から床版上側鉄筋１３のすぐ下まで略鉛直に複数設置されている。本実施形態では、補強材３０として六角ボルトを用いたが、これに限定されるものではなく、アンカーボルト、鉄筋の両端をフック状に折り返したもの、寸切りボルトにナットを固定させたもの等を用いてもよい。
【００２１】
補強材３０は、増厚部２０を貫通して床版本体１０に形成された孔１６内に設置され、周囲を速硬性充填剤１７で覆われている。この速硬性充填剤１７が補強材３０の周囲に密着しているため、補強材３０は、床版本体１０及び増厚部２０に強固に定着しており、抜けにくい。
【００２２】
補強材３０を設置するための孔１６は、床版１の下方側から上方へ向かって削孔することにより形成される。
孔１６は、床版上側鉄筋１３、床版下側鉄筋１４、配力筋１５及び補強鉄筋２２を傷つけないように、これらの鉄筋間に形成される。したがって、孔１６の位置は、既設の鉄筋１３、１４、１５、２２の位置によって適宜、決定される。
【００２３】
また、設置される補強材３０の数が多くなると、せん断耐力も増加するが、削孔できる位置や削孔の手間等を考慮して所望のせん断耐力を確保できるように、補強材３０の数が決定される。
【００２４】
補強材３０は、孔１６に速硬性充填剤１７を充填した後、この速硬性充填剤１７中に挿入される。本実施形態では、速硬性充填剤１７としてエポキシ樹脂を用いたが、これに限定されるものではなく、その他の樹脂系やセメント系等を用いてもよい。要は、施工時は流動性を有し、所定の時間が経過したら硬化して所定の強度を発現するものであればよい。
【００２５】
上述したように、補強材３０が吹き付けコンクリート部２１の下端面から床版本体１０の床版上側鉄筋１３まで略鉛直に設置される構成とすることで、床版１のせん断耐力を向上できることを載荷試験及びこの載荷試験についての解析により確認した。以下に、その載荷試験及び解析の方法について説明する。
【００２６】
−−−載荷試験及び解析について−−−
図３は、床版１を模擬した各試験体４２を構成する部位、部材等を示す図である。
本図に示すように、補強材３０の長さ及び数の異なる複数の試験体４２〜４５を作製し、各試験体４２〜４５について載荷試験を実施するとともに、この載荷試験についての解析を行った。
載荷試験及び解析では、補強材３０としてアンカーボルト３１、３２を用いた。詳細は後述するが、増厚部４１の下端面から床版下側鉄筋１４付近に設置したアンカーボルト３１を図３中では「短」と表示し、増厚部２０の下端面から床版上側鉄筋１３のすぐ下に設置したアンカーボルト３２を図３中では「長」と表示した。
なお、試験体４２、４３は、発明が解決しようとする課題の欄で記載した載荷試験及び解析に用いた試験体であり、比較検討のために記載した。
【００２７】
次に、各試験体４２〜４５について詳細に説明する。
【００２８】
図４は、試験体４２の側断面図である。
本図に示すように、試験体４２は、床版本体１０のみから構成されている。この床版本体１０は、所定の強度を有する普通コンクリート部１２と、普通コンクリート部１２の上下面の近傍にそれぞれ格子状に埋設された床版上側鉄筋１３、床版下側鉄筋１４と、上下面の近傍に床版上側鉄筋１３又は床版下側鉄筋１４と直交するように埋設された配力筋１５と、を備えている。
【００２９】
図５は、試験体４３の側断面図である。
本図に示すように、試験体４３は、床版本体１０と、増厚部４１と、アンカーボルト３１、とから構成されている。
増厚部４１は、床版本体１０の下面に打設された補強鉄筋２２と、この補強鉄筋２２を覆うように吹き付けられた吹き付けコンクリート部２１と、を備えている。
アンカーボルト３１は、増厚部４１の下方から上方へ向かって打設され、増厚部４１の下端面を貫通して床版下側鉄筋１４付近まで略鉛直に設置されている。このアンカーボルト３１は、補強鉄筋２２及び吹き付けコンクリート部２１を床版本体１０に固定するための固定手段として用いられている。なお、本実施形態では、アンカーボルト３１を図５の左右方向に４列となるように設置した。
【００３０】
図６は、試験体４４の側断面図である。
本図に示すように、試験体４４は、床版本体１０と、増厚部２０と、アンカーボルト３２、とから構成されている。
増厚部２０は、吹き付けコンクリート部２１と、この吹き付けコンクリート部２１内に設置された補強鉄筋２２と、を備えている。
補強鉄筋２２は、増厚部２０の上面より下方へ５ｍｍの位置に埋設されている。
アンカーボルト３２は、増厚部２０の下端面付近から床版上側鉄筋１３のすぐ下まで略鉛直に４列となるように設置されている。
また、アンカーボルト３２は、孔１６内に設置され、周囲を速硬性充填剤１７で覆われている。
【００３１】
図７は、試験体４５の側断面図である。
本図に示すように、試験体４５は、試験体４４のアンカーボルト３２を７列に増やしたものである。
【００３２】
上述した構成からなる各試験体４２〜４５の中心軸に関して対称な２箇所に荷重を載荷する載荷試験について２次元有限要素法により解析した。このときの解析モデル及び解析条件をそれぞれ図８及び図９に示す。また、各試験体４２〜４５の曲げ耐力、せん断耐力及び最大荷重の解析結果、並びに載荷試験の試験結果（詳細は後述する）を図１２に示す。なお、図１２に記載している各試験体４２〜４５の荷重は、試験体４２の載荷試験結果の最大荷重の実測値を１．００として無次元化したものである。
なお、上述したように、試験体４３と試験体４４、４５とでは、補強鉄筋２２の設置位置及びアンカーボルト３１、３２の下端位置に違いがあるものの、載荷試験及び解析の結果に大きな影響を及ぼすものではないため、載荷試験及び解析により得られた結果をそのまま比較した。
【００３３】
＜曲げ耐力について＞
図１２に示すように、各試験体４２〜４５の曲げ耐力予測値は、それぞれ１．０３、１．６０、１．６０、１．６０で、試験体４３〜４５の曲げ耐力予測値はすべて同じ値となった。
これらの結果より、増厚部４１及びアンカーボルト３１、３２を備えることにより曲げ耐力は大きく向上すると考えられる。また、アンカーボルト３１、３２の長さ及び数の違いによる曲げ耐力への影響は小さいと考えられる。
＜せん断耐力について＞
各試験体４２〜４５のせん断耐力予測値は、それぞれ０．８８、１．１３、１．３７、１．６７となった。
まず、試験体４２と試験体４３の結果を比較すると、増厚部４１を備えることによりせん断耐力は向上すると考えられる。
また、試験体４３と試験体４４の結果を比較すると、アンカーボルト３１、３２が長くなることによってせん断耐力は向上すると考えられる。
さらに、試験体４４と試験体４５の結果を比較すると、アンカーボルト３２が増えることによってせん断耐力は向上すると考えられる。
＜最大荷重について＞
各試験体４２〜４５の最大荷重値は、それぞれ０．９５、１．１３、１．３２、１．５９となった。
ここで、試験体４３、４４の最大荷重値は、それぞれのせん断耐力予測値とほぼ同じ値である。一方、試験体４５の最大荷重値は、曲げ耐力予測値とほぼ同じ値である。
まず、試験体４２と試験体４３の結果を比較すると、増厚部４１を備えることにより最大荷重は向上すると考えられる。
また、試験体４３と試験体４４の結果を比較すると、アンカーボルト３１、３２が長くなることによって最大荷重は向上すると考えられる。
さらに、試験体４４と試験体４５の結果を比較すると、アンカーボルト３２が増えることによって最大荷重は向上すると考えられる。
そして、試験体４３、４４の最大荷重値は、それぞれのせん断耐力予測値とほぼ同じ値なので、載荷試験において試験体４３、４４は、せん断破壊を生じると考えられる。一方、試験体４５の最大荷重値は、曲げ耐力予測値とほぼ同じ値なので、載荷試験において試験体４５は、曲げ破壊を生じると考えられる。
【００３４】
また、解析と並行して、図１０に示すように、各試験体４２〜４５に荷重を実際に載荷して、最大荷重値を測定した。
【００３５】
図１１は、各試験体４２〜４５に載荷した荷重と変位との関係を示す図である。なお、図１１に記載している各試験体４２〜４５の変位は、試験体４２における載荷試験結果の最大荷重値の時の変位を１．００として無次元化したものであり、荷重も図１２と同様に、試験体４２の載荷試験結果の最大荷重の実測値を１．００として無次元化したものである。
＜試験体４２、４３について＞
図１１に示すように、両試験体４２、４３の荷重−変位曲線は共に、最大荷重を受けた後、急激に右下がりとなるせん断破壊による形態を示している。
さらに、図１２に示すように、試験体４２、４３の最大荷重の実測値１．００、１．０８は、それぞれのせん断耐力予測値０．８８、１．１３と概ね一致している。
これらの結果より、両試験体４２、４３は、せん断破壊によって終局状態となったことがわかる。また、試験体４３は、試験体４２よりも曲げ耐力は向上したもののせん断耐力はあまり向上せず、曲げ破壊よりも先にせん断破壊を生じたと考えられる。
したがって、発明が解決しようとする課題の欄に記載したように、試験体４３が増厚部２０による曲げ補強の効果を得るためには、せん断耐力を向上させることが必要であることがわかる。
＜試験体４４について＞
図１１に示すように、試験体４４の荷重−変位曲線は、最大荷重を受けた後、急激に右下がりとなるせん断破壊による形態を示している。
さらに、図１２に示すように、試験体４４の最大荷重の実測値１．２２は、せん断耐力予測値１．３７と概ね一致している。
これらの結果より、試験体４４には、せん断破壊によって終局状態となったことがわかる。また、試験体４４は、長いアンカーボルト３２が設置されていることで、試験体４３よりもせん断耐力が向上したものの、試験体４４が増厚部２０による曲げ補強の効果を得るためには、更にせん断耐力を向上させることが必要であることがわかる。
＜試験体４５について＞
図１１に示すように、試験体４５の荷重−変位曲線は、最大荷重を受けた後に右下がりとなるが、再び増加し、その直後から、ゆるやかな右下がりとなっている。
さらに、図１２に示すように、試験体４５の最大荷重の実測値１．６８は、曲げ耐力予測値１．６０及びせん断耐力予測値１．６７の両方とほぼ同程度の値を示している。
これらの結果より、試験体４５は、せん断破壊と曲げ破壊とがほとんど同時に生じたと考えられる。したがって、試験体４５は、そのせん断耐力が向上したことにより、増厚部２０による曲げ補強の効果を充分に得たことがわかる。
【００３６】
上述した解析及び載荷試験の結果より、アンカーボルト３２を増厚部２０の下端面から床版上側鉄筋１３付近まで設置することにより、従来の増厚部２０の下端面から床版下側鉄筋１４付近まで設置した場合よりも、せん断耐力が向上することがわかる。
また、アンカーボルト３２の数を増やすことにより、さらに、せん断耐力が向上することがわかる。
【００３７】
＜まとめ＞
以上の解析及び載荷試験の結果からわかるように、本実施形態に係る床版１は、補強材３０が増厚部２０の下端面から床版本体１０の床版上側鉄筋１３付近まで設置されることで、せん断耐力を向上させることができる。従来は、床版１に増厚部２０を設けても曲げ耐力のみが向上して、せん断耐力の向上が小さかったため、曲げ耐力よりもはるかに小さい載荷荷重によってせん断破壊を生じていたが、本実施形態では、床版上側鉄筋１３付近まで補強材３０を設置することにより、せん断耐力が大幅に向上して床版１に曲げ荷重が作用した際にせん断破壊が生じ難くなるので、曲げ強度を向上させることができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、補強材３０は、増厚部２０の下面から床版上側鉄筋１３付近まで設置されているが、この長さに限定されるものではなく、所望のせん断耐力を得られればよく、例えば、図１３（ａ）に示すように、上端が普通コンクリート部１２の中央部付近に存在したり、図１３（ｂ）に示すように、床版上側鉄筋１３よりも上方に存在したり、図１３（ｃ）に示すように、普通コンクリート部１２を貫通させてその先端にナット３３を固定したりしてもよい。要は、床版１が予め設計等により決定された所望のせん断耐力を有することができる長さであればよい。
【００３９】
なお、本実施形態では、床版１及び増厚部２０に孔１６を形成してこの孔１６内に補強材３０を挿入した場合について説明したが、この方法に限定されるものではなく、増厚部２０の下面に打設して設置してもよい。かかる場合には、補強材３０を設置する時間を大幅に短縮することができる。
【００４０】
なお、本実施形態においては、増厚部２０を備えた床版１に補強材３０を設置した場合について説明したが、床版１のみの場合にも適用可能である。具体的には、図１４に示すように、補強材３０が床版１の下端面から床版上側鉄筋１３付近まで略鉛直に設置されていてもよい。
【００４１】
なお、本実施形態においては、既設の床版１への適用例について説明したが、これに限定されるものではなく、新設時の床版１にも適用できることはいうまでもない。かかる場合には、床版上側鉄筋１３や配力筋１５等を設置する際に補強材３０も設置すればよい。
【符号の説明】
【００４２】
１  床版
２  補強構造
３  桁材
１０  床版本体
１２  普通コンクリート部
１３  床版上側鉄筋
１４  床版下側鉄筋
１５  配力筋
１６  孔
１７  速硬性充填剤
２０  増厚部
２１  吹き付けコンクリート部
２２  補強鉄筋
３０  補強材
３１  アンカーボルト（短）
３２  アンカーボルト（長）
３３  ナット
４１  増厚部
４２  試験体
４３  試験体
４４  試験体
４５  試験体
【図１】
0005664000.tif 000002
【図２】
0005664000.tif 000003
【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】
0005664000.tif 000012
【図１２】
0005664000.tif 000013
【図１３】
0005664000.tif 000014
【図１４】
0005664000.tif 000015