(57)【要約】【課題】既存の構造物に損傷を与えることなく、曲げモーメントおよびせん断力に対する補強を効率的に行なうことのできる補強構造を提供する。【解決手段】柱梁構造物、橋梁などの既存構造物の補強構造であって、梁または桁の軸方向に延長する水平力受け材１と、梁または桁の補強箇所の下側に配置された反力受け材２と、前記水平力受け材１に端部が固定され、かつ前記反力受け材２の下側に張設されたＰＣ鋼材３とからなり、張力が導入された前記ＰＣ鋼材３によって前記反力受け材２が押し上げられて、梁または桁の補強箇所が下側から支持されることを特徴とする既存構造物の補強構造。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱梁構造物、橋梁などの既存構造物の補強構造であって、梁または桁の軸方向に延長する水平力受け材と、梁または桁の補強箇所の下側に配置された反力受け材と、前記水平力受け材に端部が固定され、かつ前記反力受け材の下側に張設されたＰＣ鋼材とからなり、張力が導入された前記ＰＣ鋼材によって前記反力受け材が押し上げられて、梁または桁の補強箇所が下側から支持されることを特徴とする既存構造物の補強構造。
【請求項２】
各水平力受け材は梁または桁の底面よりも上方に配置され、ＰＣ鋼材の両端は前記水平力受け材に設けられた定着部で固定されており、かつ前記ＰＣ鋼材は反力受け材の下側を経て下向き凸形状に張設されており、前記定着部の両側から張力が導入された前記ＰＣ鋼材によって反力受け材が支持されることを特徴とする請求項１に記載の既存構造物の補強構造。
【請求項３】
各水平力受け材は梁または桁の底面よりも下方に配置され、ＰＣ鋼材の両端は前記水平力受け材に設けられた定着部で固定されており、かつ前記ＰＣ鋼材は、反力受け材が載置された支持梁材の下側を経て下向き凸形状に張設されており、前記定着部の両側から張力が導入された前記ＰＣ鋼材によって反力受け材および支持梁材が支持されることを特徴とする請求項１に記載の既存構造物の補強構造。
【請求項４】
各水平力受け材は梁または桁の底面よりも下方に配置され、反力受け材が載置される支持梁材は、前記水平力受け材の両側から前記支持梁材に向けて張設された２本１組のＰＣ鋼材で支持されており、前記支持梁材の定着部から前記ＰＣ鋼材に張力が導入されることを特徴とする請求項１に記載の既存構造物の補強構造。
【請求項５】
柱梁構造物、橋梁などの既存構造物において、水平力受け材を梁または桁の軸方向に延長するように配置した後、梁または桁の補強箇所の下側に反力受け材を配置し、かつＰＣ鋼材を前記反力受け材の下側に張設して、前記ＰＣ鋼材の端部を前記水平力受け材に固定して、前記ＰＣ鋼材に張力を導入することで前記反力受け材を押し上げて、梁または桁の補強箇所を下側から支持することを特徴とする既存構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は柱梁構造物、橋梁などの既存構造物の補強に関するものであり、特に既存の構造物に損傷を与えることなく、曲げモーメントおよびせん断力に対する補強を効率的に行なうことのできる補強構造を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
既存の柱梁構造や橋梁などにおいて、積載荷重増に伴なう補強工事を行なう場合には、例えば、断面補強材の取付けやコンクリートの打ち足し等によって、柱または梁の断面性能を向上させるのが一般的である。このような補強方法は現地での工事が主体であることから工期が延びる傾向がある上に、積載荷重の一時除荷が必要となる場合もあり、工事の際に多くの制約条件が課されることがある。
【０００３】
そのため、安価かつ短期間で既存構造物の補強を行なう工法として、梁材の外に補強ケーブルを設置して、補強ケーブルに張力を導入する補強工法が近年盛んに行なわれている（例えば、特許文献１参照）。この補強工法では、既存の梁の両端に補強ケーブルの定着部を設け、定着部間を補強ケーブル（ＰＣ鋼材）で緊張して梁の軸方向に偏心圧縮力を導入し、梁内の応力を相殺することで既存梁の補強を行なっている。なお、梁に作用する曲げモーメントおよびせん断力を有効に緩和させるため、補強ケーブルは下向き凸形状をなすように弓なりで湾曲配置されることが多い。
【０００４】
上記の補強ケーブルを用いた補強工法では、補強ケーブルを定着させる定着部および補強ケーブルが湾曲する偏向部において既存梁を改造しなければならない。しかし、既存梁の改造工事は梁を構成する鉄骨、コンクリート、鉄筋等を傷めるため、その内容に制約も多く、また施工には細心の注意が要求されることになる。
【０００５】
そこで、既存梁の定着部の改造をすることなく、補強ケーブルを用いて既存梁を補強する工法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、特許文献２の場合には補強ケーブルの設置が困難である場合も多い。しかも、特許文献２の場合では補強ケーブルを湾曲配置することができないので、梁材に発生するせん断力の補強にはならない点で改善の余地が多い。
【０００６】
【特許文献１】
特開平５−７９０１６号公報
【特許文献２】
特開２００１−１８２１５３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記従来技術の課題を解決するためにされたものであり、その目的は定着部等の改造を最小限に抑えることで、既存の構造物に損傷を与えることなく、曲げモーメントおよびせん断力に対する補強を効率的に行なうことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（１）第１の発明は、柱梁構造物、橋梁などの既存構造物の補強構造であって、梁または桁の軸方向に延長する水平力受け材１と、梁または桁の補強箇所の下側に配置された反力受け材２と、前記水平力受け材１に端部が固定され、かつ前記反力受け材２の下側に張設されたＰＣ鋼材３とからなり、張力が導入された前記ＰＣ鋼材３によって前記反力受け材２が押し上げられて、梁または桁の補強箇所が下側から支持されることを特徴とする既存構造物の補強構造である。
【０００９】
（２）第２の発明は、第１の発明において、各水平力受け材１は梁または桁の底面よりも上方に配置され、ＰＣ鋼材３の両端は前記水平力受け材１に設けられた定着部１ａで固定されており、かつ前記ＰＣ鋼材３は反力受け材２の下側を経て下向き凸形状に張設されており、前記定着部１ａの両側から張力が導入された前記ＰＣ鋼材３によって反力受け材２が支持されることを特徴とする。
【００１０】
（３）第３の発明は、第１の発明において、各水平力受け材１は梁または桁の底面よりも下方に配置され、ＰＣ鋼材３の両端は前記水平力受け材１に設けられた定着部１ａで固定されており、かつ前記ＰＣ鋼材３は、反力受け材２が載置された支持梁材８の下側を経て下向き凸形状に張設されており、前記定着部１ａの両側から張力が導入された前記ＰＣ鋼材３によって反力受け材３および支持梁材８が支持されることを特徴とする。
【００１１】
（４）第４の発明は、第１の発明において、各水平力受け材１は梁または桁の底面よりも下方に配置され、反力受け材２が載置される支持梁材８は、前記水平力受け材１の両側から前記支持梁材８に向けて張設された２本１組のＰＣ鋼材３，３で支持されており、前記支持梁材８の定着部８ａから前記ＰＣ鋼材に張力が導入されることを特徴とする。
【００１２】
（５）第５の発明は、柱梁構造物、橋梁などの既存構造物において、水平力受け材１を梁または桁の軸方向に延長するように配置した後、梁または桁の補強箇所の下側に反力受け材２を配置し、かつＰＣ鋼材３を前記反力受け材２の下側に張設して、前記ＰＣ鋼材３の端部を前記水平力受け材１に固定して、前記ＰＣ鋼材３に張力を導入することで前記反力受け材２を押し上げて、梁または桁の補強箇所を下側から支持することを特徴とする既存構造物の補強方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係る既存構造物の補強構造を図１および図２を参照しつつ説明する。第１実施形態の補強構造は、水平力受け材１、反力受け材２、ＰＣ鋼線またはＰＣより線などのＰＣ鋼材３が主要な構成をなしており、張力が導入されたＰＣ鋼材３によって反力受け材２を押し上げ、主梁４に積載された荷重を相殺することで補強を行なう。
【００１４】
第１実施形態の水平力受け材１は、補強対象となる主梁４の底面よりも上方において、主梁４の両側に各１本ずつ配置されている。２本の水平力受け材１は主梁４の軸方向に延長しており、主梁４を両側から挟み込むように平行に配置されている。また各水平力受け材１の両端は、主梁４と直交する横梁５の上に載置された架台６に固定されている。そして各水平力受け材１の両端付近には、ＰＣ鋼材３を固定して反力をとるための定着部１ａがそれぞれ設けられている。なお、水平力受け材１は必ずしも複数本配置する必要はなく、１本のみ配置する形態であってもよい［図示を省略する］。
【００１５】
反力受け材２は、主梁４の補強箇所の下側において、主梁４と直交して配置される。反力受け材２の長さは主梁４の幅よりも長く設定され、反力受け材２の両端は主梁４の両側から突出している。そして反力受け材２の両端部の下側にはそれぞれＰＣ鋼材３，３が張設されている。すなわち、図１に示すように、反力受け材２は主梁４の補強箇所の底面とＰＣ鋼材３とに挟まれて配置されている。なお、本発明における反力受け材２は、図示の例（２個）に限定されることなく、主梁４の補強箇所の数に応じて、その数を増減することができる。
【００１６】
また、それぞれの水平力受け材１の下側には、張力が導入されたＰＣ鋼材３が下向き凸形状をなすように湾曲して張設されている。ＰＣ鋼材３の両端部は、水平力受け材１に設けられた定着部１ａにそれぞれ固定されており、反力受け材２の下側で偏向して、反力受け材２，２の下側を通過するように下向き凸形状で配置されている。なお、ＰＣ鋼材３の湾曲を大きくする場合には、反力受け材２または架台６の高さを大きくすることで調整できる。
【００１７】
ここで第１実施形態の補強構造は、例えば以下の工程で構築される。
（ａ）補強対象の主梁４から突出した横梁５に架台６を載置し、主梁４を挟んで平行をなすように、２本の水平力受け材１を架台６の上に配置する。
（ｂ）主梁４の補強箇所の下側に反力受け材２を配置し、反力受け材２の下にＰＣ鋼材３を掛け渡して、ＰＣ鋼材３の両端を水平力受け材１の定着部１ａに挿通する。
（ｃ）そして、ジャッキ等によってＰＣ鋼材３に両側から張力を導入し、ＰＣ鋼材３を定着部１ａで固定する。これにより、反力受け材２がＰＣ鋼材３によって押し上げられて、主梁４の補強箇所が下側から支持される。
【００１８】
第１実施形態の補強構造は上記のように構成されており、以下その作用を説明する。第１実施形態の補強構造は、水平力受け材１、反力受け材２などをアタッチメント的に取り付けて既存構造物の補強を行なうので、ＰＣ鋼材３を取り付けるための既存構造物の改造工事を最小限に抑えることができる。
【００１９】
また第１実施形態の補強構造では、張力が導入されたＰＣ鋼材３の上に配置された反力受け材２によって主梁４の補強箇所が下側から支持されるので主梁４にかかる積載荷重が相殺され、主梁４に作用する曲げモーメントおよびせん断応力が大幅に緩和される。
【００２０】
ここで、梁に作用するせん断力を緩和させる場合には、ＰＣ鋼材を下向き凸形状で湾曲配置して、梁端部に下向きの補強荷重を発生させる一方で、梁中央部に上向きの補強荷重を発生させることが有効な補強となる。このせん断力をより大きく緩和しようとする場合には、ＰＣ鋼材の端部と中央部の高低差を大きくし、ＰＣ鋼材を大きく湾曲させるように配置して補強荷重を大きくすればよい。しかし、ＰＣ鋼材の湾曲を大きくするにはＰＣ鋼材の定着部を梁上に設置する必要がでてくるが、ＰＣ鋼材の偏心によって発生する曲げモーメントを大きくさせることから、その両立が困難であった。
【００２１】
そのため第１実施形態の補強構造では、ＰＣ鋼材３の両端を水平力受け材１に固定し、ＰＣ鋼材３を湾曲配置することで生じる偏心曲げモーメントの原因である水平力を水平力受け材１に負担させる構成とした。つまり、補強対象となる主梁４から独立した水平力受け材１が偏心曲げモーメントを負担して、主梁４には偏心曲げモーメントが伝達されない一方で、ＰＣ鋼材３の緊張で発生した上向きの補強荷重は反力受け材２によって主梁４に伝達される。
【００２２】
したがって、第１実施形態の補強構造では、ＰＣ鋼材３の端部と中央部の高低差を大きくするようにＰＣ鋼材を配置しても、偏心曲げモーメントを増加させることなく大きな補強荷重を既存構造物に伝達できる構成であるため非常に有利である。
【００２３】
＜第２実施形態＞
図３および図４は第２実施形態における既存構造物の補強構造を示した図である。なお、以下の実施形態では第１実施形態と共通の構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
第２実施形態では、柱７の主梁４の下に設けたブラケット７ａの上に水平力受け材１が固定されており、各水平力受け材１が梁または桁の底面よりも下方に配置されている点で第１実施形態と大きく相違している。
【００２５】
また第２実施形態では、鉛直方向に直立した反力受け材２が水平力受け材１と干渉するのを避けるため、反力受け材２を支持梁材８の上に載置して、支持梁材８の下側にＰＣ鋼線を張設する構成としている。そして、ＰＣ鋼材３に両側から張力を導入することで反力受け材２および支持梁材８がＰＣ鋼材３によって押し上げられ、主梁４の補強箇所が下側から支持される。なお、第２実施形態においても水平力受け材１は必ずしも複数本配置する必要はなく、１本のみ配置する形態であってもよい［図示を省略する］。
【００２６】
＜第３実施形態＞
図５および図６は第３実施形態における既存構造物の補強構造を示した図である。第３実施形態は、各水平力受け材１が梁または桁の底面よりも下方に配置されており、かつＰＣ鋼材３への張力の導入は支持梁材８に設けられた定着部８ａから行なう点で第１実施形態と大きく相違する。この第３実施形態は、例えば橋梁等のように水平力受け材１の両側からＰＣ鋼材３に張力を導入できない場合に適した補強構造である。
【００２７】
第３実施形態では、橋軸方向に延長する３本の水平力受け材１が、橋桁１０の下側にそれぞれ平行に配置されている。各水平力受け材１の両端は、橋脚１１に取り付けられたブラケット１１ａに固定されている。なお、水平力受け材１は必ずしも複数本配置する必要はなく、１本のみ配置する形態であってもよい［図示を省略する］。
【００２８】
橋桁１０の補強箇所の下側には、鉛直方向に直立した反力受け材２が水平力受け材１の間に配置されており、この反力受け材２は橋軸方向直角方向に延長する支持梁材８に載置されている。また支持梁材８の両側面には、ＰＣ鋼材３の定着部８ａが左右１対で複数設けられている。
【００２９】
また各水平力受け材１の両側からは、それぞれ前記支持梁材８に向けてＰＣ鋼材３，３が張設されている。各水平力受け材１につき２本１組で配置されるＰＣ鋼材３，３は、それぞれ一端が水平力受け材１の定着部１ａに固定され、他端が支持梁材８の定着部８ａで固定されている。
【００３０】
第３実施形態では、橋桁１０の下側に位置する支持梁材８の定着部８ａからＰＣ鋼材３，３に張力を導入する。ＰＣ鋼材３，３に張力が導入されることで、反力受け材２および支持梁材８がによって押し上げられ、橋桁１０の補強箇所が下側から支持される。
【００３１】
なお、第３実施形態では、便宜上３本の水平力受け材１を用いる例で説明したが、水平力受け材１は１本または２本でもよく、あるいは４本以上であってもよい［図示を省略する］。
【００３２】
【発明の効果】
本発明における既存構造物の補強構造では、水平力受け材、反力受け材などをアタッチメント的に取り付けて既存構造物の補強を行なうので、ＰＣ鋼材を取り付けるための既存構造物の改造工事を最小限に抑えることができる。
【００３３】
また本発明における既存構造物の補強構造では、張力が導入されたＰＣ鋼材の上に配置された反力受け材によって梁または桁の補強箇所が下側から支持されるので、梁等にかかる積載荷重が相殺され、梁等に作用する曲げモーメントおよびせん断応力が大幅に緩和される効果を奏する。
【００３４】
特に本発明における既存構造物の補強構造では、ＰＣ鋼材の湾曲配置で発生する偏心曲げモーメントを水平力受け材に負担させることで、梁等には偏心曲げモーメントを伝達させずに、上向きの補強荷重のみを反力受け材によって梁等に伝達させている。したがって、本発明ではＰＣ鋼材の端部と中央部の高低差を大きくするようにＰＣ鋼材を配置しても、偏心曲げモーメントを増加させることなくより大きな補強荷重を既存構造物に伝達できるため、従来の既存構造物の補強構造に比べて非常に有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る既存構造物の補強構造の側面図である。
【図２】第１実施形態に係る既存構造物の補強構造の平面図である。
【図３】第２実施形態に係る既存構造物の補強構造の側面図である。
【図４】第２実施形態に係る既存構造物の補強構造の平面図である。
【図５】第３実施形態に係る既存構造物の補強構造の側面図である。
【図６】第３実施形態に係る既存構造物の補強構造の平面図である。
【符号の説明】
１　　水平力受け材
１ａ　定着部
２　　反力受け材
３　　ＰＣ鋼材
４　　主梁
５　　横梁
６　　架台
７　　柱
７ａ　ブラケット
７ｂ　ボルト
８　　支持梁材
８ａ　定着部
１０　橋桁
１１　橋脚
１１ａ　ブラケット
１２　補強荷重
１３　張力
【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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