(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固化した短繊維補強セメント系材料に埋設されている大径頭部を有するアンカー部材を引き抜く際の許容引抜き耐力Ｐｅを下記（１）式を用いて推定する方法であって、
Ｐｅ＝Φ・ｕσｔ・Ａｅ・・・（１）
ここで、Φは低減係数、ｕσｔは前記材料の引張強度、Ａｅは下記（２）式より算出される有効水平投影面積であり、
Ａｅ＝π（Ｌ／ｔａｎθｅ）｛（Ｌ／ｔａｎθｅ）＋Ｄ｝・・・（２）
ここで、Ｌは前記アンカー部材の埋込み長、Ｄは前記大径頭部の頭部径、θｅは推定破壊角度であり、
固化した前記材料に埋設されている前記アンカー部材の引抜き試験により取得した実測最大引張荷重を、固化した前記材料の引張試験により取得した実測引張強度により除して算出された値を、前記有効水平投影面積Ａｅとして前記（２）式に代入して前記引抜き試験の条件に基づいて推定破壊角度θｅを予め把握しておき、
前記許容引抜き耐力Ｐｅを推定する際に、予め把握した前記推定破壊角度θｅを代入した前記（１）式を用いることを特徴とする短繊維補強セメント系材料に埋設されたアンカー部材の許容引抜き耐力の推定方法。
【請求項２】
前記材料がＵＨＰ‐ＳＨＣＣである請求項１に記載の短繊維補強セメント系材料に埋設されたアンカー部材の許容引抜き耐力の推定方法。
【請求項３】
前記推定破壊角度θｅが３７°以上４１°以下の範囲である請求項２に記載の短繊維補強セメント系材料に埋設されたアンカー部材の許容引抜き耐力の推定方法。
【請求項４】
前記許容引抜き耐力Ｐｅを推定する際に、前記推定破壊角度θｅを代入した前記（２）式により算出される前記有効水平投影面積Ａｅが、材料に埋設されたアンカー部材の軸心を中心としてその大径頭部の外周側に広がる円環体の面積と仮定した場合に、この円環体の外側円の半径が、このアンカー部材の軸心からこの材料の端面までの距離よりも大きいときは、前記（１）式により算出される許容引抜き耐力を減ずる補正を行なう請求項１または２のいずれかに記載の短繊維補強セメント系材料に埋設されたアンカー部材の許容引抜き耐力の推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固化した短繊維補強セメント系材料に埋設されているアンカー部材を引き抜く際の許容引抜き耐力を精度よく推定できる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
建築構造部材をコンクリート等のセメント系材料に固定する固定具として、セメント材料に埋込んで使用される大径頭部を有するアンカー部材（頭付きアンカーボルト）が知られている。従来、通常のコンクリートに埋設されているアンカー部材を引き抜く際の許容引抜き耐力は、日本建築学会「各種合成構造設計指針・同解説（２０１０）第４編各種アンカーボルト設計指針」で提示されている以下の（Ｘ）式および（Ｙ）式（以下、建築学会式という）に基づいて算出されている（特許文献１参照）。
Ｐｋ＝Φ・ｕσｔ・Ａｋ・・・（Ｘ）
Ａｋ＝π・Ｌ（Ｌ＋Ｄ）・・・（Ｙ）
ここで、Ｐｋは許容引抜き耐力、Φは低減係数、ｕσｔは材料の引張強度、Ａｋは下記（Ｙ）より算出されるコーン状破壊面の有効水平投影面積、Ｌはアンカー部材の埋込み長、Ｄは大径頭部の頭部径である。
【０００３】
ところで、通常のコンクリートに比べて引張力に対する変形性能に優れ、引張強度および靭性に優れた建材として超高強度ひずみ硬化型セメント系材料（以下、ＵＨＰ−ＳＨＣＣという）等の短繊維補強セメント系材料が知られている（特許文献２参照）。ＵＨＰ−ＳＨＣＣにアンカー部材を埋設して引抜き試験を行ったところ、測定された引抜き耐力と建築学会式に基づいて算出した計算値とは結果が大きく異なることが判明した。そのため、短繊維補強セメント系材料のように、通常のコンクリートと引張強度や靱性能が大きく異なる材料に埋設されているアンカー部材を引き抜く際の引抜き耐力を精度よく推定するには改善の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６７２０２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８４８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、固化した短繊維補強セメント系材料に埋設されているアンカー部材を引き抜く際の許容引抜き耐力を精度よく推定できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、固化した短繊維補強セメント系材料に埋設されているアンカー部材を引き抜く際の許容引抜き耐力Ｐｅを下記（１）式を用いて推定する方法であって、
Ｐｅ＝Φ・ｕσｔ・Ａｅ・・・（１）
ここで、Φは低減係数、ｕσｔは前記材料の引張強度、Ａｅは下記（２）式より算出される有効水平投影面積であり、
Ａｅ＝π（Ｌ／ｔａｎθｅ）｛（Ｌ／ｔａｎθｅ）＋Ｄ｝・・・（２）
ここで、Ｌは前記アンカー部材の埋込み長、Ｄは前記大径頭部の頭部径、θｅは推定破壊角度であり、
固化した前記材料に埋設されている前記アンカー部材の引抜き試験により取得した実測最大引張荷重を、固化した前記材料の引張試験により取得した実測引張強度により除して算出された値（以下、推定水平投影面積という）を、前記有効水平投影面積Ａｅとして前記（２）式に代入して前記引抜き試験の条件に基づいて推定破壊角度θｅを予め把握しておき、
前記許容引抜き耐力Ｐｅを推定する際に、予め把握した前記推定破壊角度θｅを代入した前記（１）式を用いることを特徴とする。 
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、固化した短繊維補強セメント系材料に埋設されているアンカー部材の引抜き試験の結果と固化した前記材料の引張試験の結果とに基づいて、その材料の推定破壊角度θｅをより正確に把握する。そして、この予め把握した推定破壊角度θｅを代入した（１）式を用いて許容引抜き耐力Ｐｅを推定することにより、材料の種類に応じた許容引抜き耐力を、従来に比して一段と精度よく推定することができる。前記材料は通常のコンクリートとは引張強度や靱性能が大きく異なる短繊維補強セメント系材料であり、例えば、ＵＨＰ‐ＳＨＣＣである。前記材料がＵＨＰ‐ＳＨＣＣである場合には、前記推定破壊角度は、例えば、３７°以上４１°以下の範囲となる。
【０００８】
前記許容引抜き耐力Ｐｅを推定する際に、前記推定破壊角度θｅを代入した前記（２）式により算出される前記有効水平投影面積Ａｅが、材料に埋設されたアンカー部材の軸心を中心としてその大径頭部の外周側に広がる円環体の面積と仮定した場合に、この円環体の外側円の半径が、このアンカー部材の軸心からこの材料の端面までの距離よりも大きいときは、前記（１）式により算出される許容引抜き耐力Ｐｅを減ずる補正を行なうとよい。これにより、アンカー部材の実際の埋設条件に適した許容引抜き耐力を高精度で推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１（ａ）は固化した短繊維補強セメント系材料に埋設されているアンカー部材および推定破壊角度を縦断面視で例示する説明図、図１（ｂ）はアンカー部材およびコーン状破壊面の有効水平投影面積を平面視で例示する説明図である。
【図２】本発明の手順を例示するフロー図である。
【図３】アンカー部材の引抜き試験を実施している状態を縦断面視で例示する説明図である。
【図４】図４（ａ）はアンカー部材を引抜いたときに材料に形成される破壊面を縦断面視で例示し、図４（ｂ）は平面視で例示する説明図である。
【図５】図５（ａ）はへりあきが短い条件下でアンカー部材を引抜いたときに材料に形成される破壊面を縦断面視で例示し、図５（ｂ）は平面視で例示する説明図である。
【図６】実測最大引張荷重と建築学会式で算出した許容引抜き耐力との関係を例示するグラフ図である。
【図７】実測最大引張荷重と実測水平投影面積の関係を例示するグラフ図である。
【図８】推定水平投影面積と実測水平投影面積の関係を例示するグラフ図である。
【図９】実測最大引張荷重と本発明の推定式で求めた許容引抜き耐力の関係を例示するグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の短繊維補強セメント系材料に埋設されたアンカー部材の許容引抜き耐力の推定方法を図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１１】
本発明は、図１に例示するように、固化した短繊維補強セメント系材料２に埋設されている大径頭部１ａを有するアンカー部材１を引き抜く際の許容引抜き耐力Ｐｅを推定する。大径頭部１ａを有するアンカー部材１とは、いわゆる頭付きボルトやこれに類するアンカー部材である。
【００１２】
短繊維補強セメント系材料２とは、コンクリートの引張強度、曲げ強度、靱性（変形性能）を高めるために、短繊維を砂利、砂、セメント、水で構成されるコンクリートに複合させたコンクリート材である。短繊維とは、合成繊維（炭素やガラス、アラミド、ポリプロピレンなど）や鋼繊維などの連続繊維を数ｍｍ〜数ｃｍに短く切断したものである。具体的には、繊維の直径が０．０４ｍｍ程度、長さ１２ｍｍ程度、弾性係数４０．６ＧＰａ程度、引張破断強度１６９０ＭＰａ程度のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維や高強度ポリエチレン繊維を例示できる。或いは、繊維の直径が０．０１２ｍｍ程度、密度０．９７ｇ／ｃｍ２、弾性係数８８ＧＰａ程度、引張破断強度２７００ＭＰａ程度の高強度ポリエチレン繊維を例示できる。
【００１３】
このアンカー部材１を上方に引き抜くと、図中の二点鎖線で示すように材料２がコーン状に破壊されて、アンカー部材１とともに引き上げられる。本発明はこのように、アンカー部材１を材料２から引き抜いた際に、材料２にはコーン状の破壊面Ｓが形成される破壊モデルを想定している。
【００１４】
許容引抜き耐力Ｐｅを推定するには下記（１）式を用いる。
Ｐｅ＝Φ・ｕσｔ・Ａｅ・・・（１）
ここで、Φは低減係数、ｕσｔは材料２の引張強度、Ａｅは下記（２）式より算出される有効水平投影面積である。
Ａｅ＝π（Ｌ／ｔａｎθｅ）｛（Ｌ／ｔａｎθｅ）＋Ｄ｝・・・（２）
ここで、Ｌはアンカー部材１の埋込み長、Ｄは大径頭部１ａの頭部径、θｅは推定破壊角度である。
【００１５】
低減係数Φはいわゆる安全係数であり、材料２に埋設されているアンカー部材１を長期的な建材として用いる場合には１／３に設定され、仮設のような短期的な建材として用いる場合には２／３に設定される。埋込み長Ｌは、大径頭部１ａの上面から材料２の上面までの長さである。
【００１６】
推定破壊角度θｅは、縦断面における材料２の上面（アンカー部材１に直交する方向）に対するコーン状の破壊面Ｓがなす角度である。したがって、有効水平投影面積Ａｅは、この破壊面Ｓを材料２の上面２ａに水平投影した面積からアンカー部材１の支圧面積（大径頭部１ａの面積）を除いた円環体Ｒ（格子模様部分）の面積となる。
【００１７】
許容引抜き耐力Ｐｅを推定する手順は図２に例示するとおりである。必要な種類（仕様）の材料２に対してアンカー部材１の引抜き試験と、材料２の引張強度試験とを行ってそれぞれの材料２について推定破壊角度θｅを予め把握する。
【００１８】
アンカー部材１の引抜き試験は、図３に例示するように実施する。大径頭部１ａを下方にしてアンカー部材１を材料２に埋設し、固化した材料２の上面からアンカー部材１を突出させた状態にする。この実施形態では、大径頭部１ａは頭部径Ｄの円盤状になっている。大径頭部１ａが非円形の場合は、大径頭部１ａの面積に相当する円形の直径を頭部径Ｄにする。
【００１９】
このアンカー部材１の上端部をカプラ等で把持して、センターホールジャッキ４を有する引抜き試験機３などを用いてアンカー部材１を上方に引き抜く。このときの実測最大引張荷重Ｐｔを取得する。
【００２０】
材料２の引張強度試験では、固化した材料２の引張強度ｕσｔを取得する。引張強度ｕσｔは、例えば、土木学会コンクリートライブラリー１２７「複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料設計・施工指針（案）」で掲示されている一軸直接引張試験方法により取得できる。
【００２１】
取得した実測最大引張荷重Ｐｔを、取得した実測引張強度ｕσｔにより除した値である推定水平投影面積Ａを算出する。即ち、推定水平投影面積Ａ＝Ｐｔ／ｕσｔとなる。次いで、算出した推定水平投影面積Ａを、有効水平投影面積Ａｅとして（２）式に代入する。また、この（２）式に引抜き試験を実施した条件（埋込み長Ｌ、頭部径Ｄ）を代入して、推定破壊角度θｅを算出する。
【００２２】
上述した建築学会式では、材料２の種類（仕様）を考慮せずに推定破壊角度θを一律に４５°に設定している。即ち、建築学会式の（Ｘ）式は、本発明の（２）式において推定破壊角度θｅを４５°に設定している。一方、本発明では引抜き試験を行って、材料２の種類（仕様）毎に推定破壊角度θｅを予め把握することが、大きな特徴になっている。
【００２３】
そして、本発明では、固化した材料２に埋設されている大径頭部１ａを有するアンカー部材１を引抜く際の許容引抜き耐力Ｐｅを推定する際に、その材料２について予め把握している推定破壊角度θｅを（２）式に代入して、有効水平投影面積Ａｅを算出する。算出した有効水平投影面積Ａｅは（１）式に代入する。また、この（１）式には、予め把握しているその材料２の引張強度ｕσｔを代入することで許容引抜き耐力Ｐｅを算出、推定する。
【００２４】
このように本発明では、固化した材料２に埋設されているアンカー部材１の引抜き試験の結果と固化した材料２の引張試験の結果とに基づいて、その材料２の種類毎にその推定破壊角度θｅをより正確に把握する。それ故、材料２の種類に応じた許容引抜き耐力Ｐｅを、従来に比して一段と精度よく推定することが可能になっている。
【００２５】
以下では、ＵＨＰ−ＳＨＣＣを材料２とした場合について、３つのシリーズに分けてアンカー部材１の引抜き試験を行い、許容引抜き耐力Ｐｅについて、その試験結果と建築学会式で算出した推定値との比較をしたので説明する。
【００２６】
シリーズ１では、アンカー部材１の埋込み長Ｌを１０ｍｍ〜３０ｍｍの範囲に設定し、万能試験機を用いて引抜き試験を行った。シリーズ２およびシリーズ３では、埋込み長Ｌを３０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲に設定し、図３に例示するように、センターホールジャッキ４を有する引抜き試験機３を用いて引抜き試験を行った。
【００２７】
シリーズ１およびシリーズ２では図４に示すように、アンカー部材１の軸心Ｃから材料２の端面２ｂまでの最短距離Ｂ１（以下、距離Ｂ１という）を、建築学会式に基づいて算出される有効水平投影面積Ａｋを表す円環体Ｒｋの外側円の半径Ｂ３（以下、半径Ｂ３という）よりも大きく設定した試験体を用いた。シリーズ３では図５に示すように、距離Ｂ１を半径Ｂ３と同じ大きさに設定した試験体を用いた。
【００２８】
シリーズ１で用いた材料２の引張強度は６．４０Ｎ／ｍｍ２であり、シリーズ２およびシリーズ３で用いた材料２の引張強度は６．１４Ｎ／ｍｍ２であった。図６〜図９に示すＥ１、Ｅ２、Ｅ３がそれぞれシリーズ１、シリーズ２、シリーズ３の試験結果である。
【００２９】
図４および図５に示すように、ＵＨＰ−ＳＨＣＣが材料２の場合には、アンカー材１を引抜いて形成される破壊面Ｓｔが、建築学会式で想定している破壊面Ｓｋとは大きく異なる形状になる。実際に形成された破壊面Ｓｔでは、大径頭部１ａ付近の破壊角度は４５°に近い角度となるが、材料２の上面２ａに近づくほど４５°よりも緩い破壊角度となる。
【００３０】
実際の破壊面Ｓｔの有効水平投射面積Ａｔ（以下、実測水平投射面積Ａｔという）を実測したところ、建築学会式に基づいて算出される有効水平投影面積Ａｋとは大きく異なっていた。シリーズ１およびシリーズ２では、実測水平投影面積Ａｔが、建築学会式に基づく有効水平投影面積Ａｋに比べて、２．７倍〜４．４倍程度大きい結果となった。
【００３１】
さらに、図６に示すように、引抜き試験で実測した最大引張荷重Ｐｔ（以下、実測最大引張荷重Ｐｔという）と、建築学会式に基づいて算出した許容引抜き耐力Ｐｋ（低減係数Φを１とした場合）とを比較すると、実測最大引張荷重Ｐｔは許容引抜き耐力Ｐｋに対して２．７４倍程度大きい値となった。したがって、ＵＨＰ‐ＳＨＣＣのように、通常のコンクリートとは引張強度や靱性能が大きく異なる短繊維補強セメント材料を材料２にする場合には、建築学会式ではアンカー部材１の許容引抜き耐力を精度よく推定できない。
【００３２】
一方で、図７に示すように、実測最大引張荷重Ｐｔと実測水平投影面積Ａｔとの関係を表すと、実測最大引張荷重Ｐｔと実測水平投影面積Ａｔとは線形関係にあることがわかる。これは、材料２の引張強度ｕσｔと有効水平投影面積との積から許容引抜き耐力を推定できるという建築学会式の考え方が、通常のコンクリートと引張強度や靱性能が大きく異なる短繊維補強セメント系材料２を採用した場合においても応用できることを示唆している。
【００３３】
有効水平投影面積とアンカー材１の引抜き耐力が線形関係にあるとの建築学会式の考え方によれば、実測最大引張荷重Ｐｔを実測水平投影面積Ａｔで除した値が、材料２の引張強度ｕσｔとなる。即ち、図７に示すように、横軸を実測水平投影面積Ａｔ、縦軸を実測最大引張荷重Ｐｔにしたときの実測有効水平投影面積Ａｔと実測最大引張荷重Ｐｔとの近似直線の傾きが材料２の引張強度ｕσｔを表すことになる。そして、この近似直線の傾きが表す引張強度が、シリーズ１〜３で用いた材料２の実際の引張強度ｕσｔに近い数値を示すと考えられる。
【００３４】
しかしながら、近似直線の傾きが表す材料２の引張強度は２．４Ｎ／ｍｍ２となり、シリーズ１〜３で用いた材料２の実際の引張強度ｕσｔに比べて非常に小さい数値を示している。これは、通常のコンクリートとは引張強度や靱性能が大きく異なる短繊維補強セメント系材料２の場合には、実測有効水平投影面積Ａｔと実際の材料の引張強度ｕσｔとの積の値が実測最大引張荷重Ｐｔと一致しないことを意味している。そして、許容引抜き耐力Ｐｅに寄与しているのは実測水平投影面積Ａｔ全体ではなく、実測水平投影面積Ａｔの一部の面積であることを示唆している。
【００３５】
建築学会式に基づくと、アンカー部材１の引抜き耐力に寄与する有効水平投影面積は、許容引抜き耐力を材料２の引張強度ｕσｔで除することで求められる。この建築学会式の考え方に基づいて、図８に示すように、実測最大引張荷重Ｐｔを材料２の引張強度ｕσｔにより除して算出した推定水平投影面積Ａｅと、実測水平投影面積Ａｔとの比較を行った。その結果、推定水平投影面積Ａｅは実測水平投影面積Ａｔの約０．３９倍となり、実測水平投影面積Ａｔのうち３９％程度の面積分しかアンカー部材１の引抜き耐力に寄与していないことがわかる。
【００３６】
上記の分析から、建築学会式では推定破壊角度を４５°として立式しているが、本発明では、材料２の推定破壊角度θｅを把握して、許容引抜き耐力Ｐｅに寄与する有効水平投影面積Ａｅをより精度よく推定しているので、高精度で許容引抜き耐力Ｐｅを推定可能になっている。
【００３７】
図９に、本発明で推定した許容引抜き耐力Ｐｅ（低減係数Φを１とした場合）と実測最大引張荷重Ｐｔとの比較結果を示す。材料２として、ＵＨＰ‐ＳＨＣＣを用いた場合の推定破壊角度θｅは３７°以上４１°以下の範囲となり、平均すると３９°であった。そのため、図９に示す許容引抜き耐力Ｐｅは、推定破壊角度θｅを３９°として算出している。シリーズ１（Ｅ１）およびシリーズ２（Ｅ２）では、本発明で推定した許容引抜き耐力Ｐｅと実測最大引張荷重Ｐｔの数値がほぼ一致した。それ故、本発明の推定方法によって許容引抜き耐力を精度よく推定できることがわかる。
【００３８】
シリーズ３（Ｅ３）においては、本発明で推定した許容引抜き耐力Ｐｅが、実測最大引張荷重Ｐｔよりも若干大きい数値を示した。図７に示すように、有効水平投影面積Ａｅを材料２に埋設されたアンカー部材１の軸心Ｃを中心として、大径頭部１ａの外周側に広がる円環体Ｒｅの面積と仮定すると、シリーズ３では、円環体Ｒｅの外側円の半径Ｂ２が距離Ｂ１よりも大きい条件となっている。
【００３９】
このように、距離Ｂ１よりも半径Ｂ２が大きい場合には、有効水平投影面積Ａｅに相当する円環体Ｒｅのうち、材料２の端面２ｂよりも外側にはみ出した部分は、実際には引抜きに寄与しない部分となる。
【００４０】
そのため図５に示すように、半径Ｂ２が距離Ｂ１よりも大きいときには、（１）式により算出される許容引抜き耐力Ｐｅを減ずる補正を行なうとよい。具体的には、例えば、有効水平投影面積Ａｅに相当する円環体Ｒｅにおいて、円環体Ｒｅ全体に対して材料２の端面２ｂよりも外側にはみ出した部分の面積比率を求める。そして、この外側にはみ出した部分の面積比率分を（１）式により算出される許容引抜き耐力Ｐｅから減ずる補正を行なう。
【００４１】
本発明を用いることで、通常のコンクリートと引張強度や靱性能が大きく異なる短繊維補強セメント材料を材料２とした場合に、従来に比して、高精度で引抜き耐力Ｐｅを推定できる。そして、本発明は、事前に材料２の推定破壊角度θｅを把握しておけば、アンカー部材１の埋設条件を（１）式に代入するだけで、許容引抜き耐力Ｐｅを算出することができるので、非常に有益性が高い。
【符号の説明】
【００４２】
１  アンカー部材
１ａ  大径頭部
２  （短繊維補強セメント系）材料
２ａ  上面
２ｂ  端面
３  引抜き試験機
４  センターホールジャッキ
Ｓｔ  実際の破壊面
Ｓｋ  建築学会式で推定した破壊面
Ｓｅ  本発明で推定した破壊面
【図１】
0006666203.tif 000002
【図２】
0006666203.tif 000003
【図３】
0006666203.tif 000004
【図４】
0006666203.tif 000005
【図５】
0006666203.tif 000006
【図６】
0006666203.tif 000007
【図７】
0006666203.tif 000008
【図８】
0006666203.tif 000009
【図９】
0006666203.tif 000010