(57)【要約】【課題】建築限界などの制約条件に対応した施工性のよい既設構造物の補強をおこなうための補強パネル及び既設構造物の補強方法を提供すること。【解決手段】繊維補強セメント系混合材料１３を使用して補強パネル１を製作し、かかる補強パネル１を既設構造物６に取付けることにより既設構造物６の補強をおこなうものである。補強パネル１の取付け面は付着力を増すために凹部１１を備えておく。また、隣接する補強パネル１の夫々の隣接部を隣接部補強板５が跨ぐように隣接部補強板５を設けることもできる。補強パネル１は充填材３や接着剤４にて既設構造物６に接合させるとともに、アンカーボルト２にて締め付けることにより補強パネル１及び既設構造物６の一体化を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設構造物の補強パネルであって、
前記補強パネルが繊維補強セメント系混合材料からなり、
前記補強パネルの片面に凹部を備えたことを特徴とする、
補強パネル。
【請求項２】
請求項１記載の補強パネルを使用した既設構造物の補強方法であって、
前記既設構造物に設けたアンカーボルトを前記補強パネルに設けたアンカーボルト孔に嵌装させ、前記補強パネルの前記凹部を備えた片面を前記既設構造物と面するように前記既設構造物と所定の隙間をもって前記補強パネルを前記既設構造物の外面に取付け、
前記隙間に充填材を充填することを特徴とする、
既設構造物の補強方法。
【請求項３】
請求項１記載の補強パネルを使用した既設構造物の補強方法であって、
前記補強パネルの前記凹部を備えた片面に接着剤を塗布し、前記既設構造物に設けたアンカーボルトを前記補強パネルに設けたアンカーボルト孔に嵌装させ、前記補強パネルの前記凹部を備えた片面を前記既設構造物の外面に取付け、
前記アンカーボルトを締め付けることを特徴とする、
既設構造物の補強方法。
【請求項４】
請求項２又は３記載の既設構造物の補強方法において、
前記補強パネルが相互に隣接する隣接部に、隣接する補強パネルの双方を跨ぐように隣接部補強板を前記既設構造物の外面に取付け、
隣接する前記補強パネルを夫々前記既設構造物に取付けた後、隣接する補強パネルの双方を跨ぐように前記隣接部補強板を隣接する夫々の前記補強パネルの外面に取付けることを特徴とする、
既設構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設構造物を補強するための補強パネルと既設構造物の補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート製のボックスカルバートやトンネル、上下水道の浄化施設、柱式或いは壁式橋脚、橋梁の上床スラブや橋桁などの多くの部材は、老朽化や耐震基準の見直し、活荷重の増大や経年疲労などの理由から補強をおこなう必要がある。特に、阪神淡路大地震以降、既設構造物の補強の必要性は高まっているが、補強に際しては既設構造物の機能を停止することなく、短期間に補強できる補強方法の考案が切望されている。
従来の既設構造物の補強方法としては、既設構造物の外面を下地処理した後、補強用の主鉄筋及び配力鉄筋を配置し、型枠を組立てた後にコンクリートを打設する方法が一般的である（特許文献１参照）。かかる場合、所定の補強効果を得るために補強増し厚が少なくとも１０〜２０ｃｍ程度必要である。
また、従来の橋脚のせん断補強として鋼板の巻きたてによる方法がある（図５参照）。すなわち、補強すべき橋脚ａの周りに間隙をおいて鋼板ｂを設置し、間隙にセメント系モルタルｃを充填して橋脚ａ及び鋼板ｂの一体化を図る方法である。かかる方法では、柱状の橋脚ａのように鋼板ｂで外周を囲むことができる場合には、鋼板ｂにより柱内部のコンクリートを拘束する効果が期待できる。
さらに、従来の既設構造物を補強パネルにて補強する場合は、炭素繊維シートをフレキシブルボードに介装させた多層構造の補強パネルを使用する方法もある（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２７３３１７号公報
【特許文献２】
特開２００１−１５９２１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の大断面トンネルの施工方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞地下のボックスカルバートやトンネルなどは、通常トンネル内空側からしか補強できないため、補強のためのスペースに限界がある。
＜ロ＞地下のボックスカルバートやトンネルなどは、建築限界や付属設備などの制約があるため、許容できる補強増し厚に限界がある。
＜ハ＞補強増し厚が過大になると、補強後の自重の増大にともなって現状の基礎も補強する必要が生じる。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、狭隘なスペースでも既設構造物の補強が比較的簡易にできる補強パネル及び既設構造物の補強方法を提供することを目的とする。また、建築限界などの制約に対応できるように補強増し厚が過大とならない補強パネル及び既設構造物の補強方法を提供することを目的とする。また、パネルの構造を多層構造ではなく単一構造とすることにより、比較的容易に製作できる補強パネルを提供することを目的とする。また、パネルの構造を多層構造ではなく単一構造とすることにより、比較的安価に製作できる補強パネルを提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明の既設構造物の補強パネルは、前記補強パネルが繊維補強セメント系混合材料からなり、前記補強パネルの片面に凹部を備えたことを特徴とする補強パネルである。
また、前記補強パネルを使用した本発明の既設構造物の補強方法は、前記既設構造物に設けたアンカーボルトを前記補強パネルに設けたアンカーボルト孔に嵌装させ、前記補強パネルの前記凹部を備えた片面を前記既設構造物と面するように前記既設構造物と所定の隙間をもって前記補強パネルを前記既設構造物の外面に取付け、前記隙間に充填材を充填する補強方法である。
さらに、前記補強パネルを使用した本発明の既設構造物の補強方法は、前記補強パネルの前記凹部を備えた片面に接着剤を塗布し、前記既設構造物に設けたアンカーボルトを前記補強パネルに設けたアンカーボルト孔に嵌装させ、前記補強パネルの前記凹部を備えた片面を前記既設構造物の外面に取付け、前記アンカーボルトを締め付けることもできる。
また、前記補強パネルを使用した本発明の既設構造物の補強方法は、前記補強パネルが相互に隣接する隣接部に、隣接する補強パネルの双方を跨ぐように隣接部補強板を前記既設構造物の外面に取付け、隣接する前記補強パネルを夫々前記既設構造物に取付けた後、隣接する補強パネルの双方を跨ぐように前記隣接部補強板を隣接する夫々の前記補強パネルの外面に取付けることもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００８】
＜イ＞補強パネル
補強パネル１は、既設構造物６の構成部材の外部に取り付けて、既設構造物６を補強するパネルである。補強パネル１の平面視形状は正方形や矩形など任意の形状に成形することができる（図１参照）。
補強パネル１のパネル厚は、補強パネル１の構成材料や必要強度（性能）などによって調整することができる。
本発明の補強パネル１は繊維補強セメント系混合材料１３にて製作することができる。繊維補強セメント系混合材料１３としては、例えば、セメント、ポゾラン質微粉末と珪石の粉末、シリカフューム、粒径３ｍｍ以下の珪砂、高性能減水剤に水を単位水量（出来上がりコンクリート容積１ｍ３当たり）として１７５〜１８０ｋｇ程度（水／セメントの比率が２０〜２２％程度）を加えた高強度セメント系マトリックスに、直径が０．１〜０．３ｍｍで、長さが８〜１６ｍｍ、引張り降伏応力度が２６００〜２８００Ｎ／ｍｍ２の超高強度の鋼繊維を容積で２％程度混入して得られる圧縮強度２００〜２２０ＭＰａ、曲げ強度４０〜４５ＭＰａ、付着強度１５〜９０ＭＰａ、透気係数２．５×１０−１８ｍ２、吸水率０．０５ｋｇ／ｍ３、塩分拡散係数０．０２×１０−１２ｍ２／ｓｅｃ、弾性係数５５ＧＰａの特性を持つ繊維補強セメント系混合材料１３が使用できる。本材料により製作された補強パネル１はパネル内部に配筋を必要としないため、パネル厚が２ｃｍ程度の薄いパネルを製作することができ、また引張材料としても使用することができる。本材料は、一次養生後、さらに９０℃で４８時間程度の熱養生をすることにより、かかる時間内にセメントの水和反応がほぼ完了するため、養生後には上記の特性を備えた補強パネル１を得ることができる。また、熱養生後は乾燥収縮がほぼゼロであるため、パネルに乾燥収縮によるクラックの発生やパネルのそりなどなどが生じ難いという利点がある。
【０００９】
補強パネル１が圧縮側となる時は補強パネル１の圧縮強度が２００ＭＰａ程度もあることから発生する面外の曲げモーメントに対して高い補強効果を期待することができる。また、補強パネル１が引張側となる時は、補強パネル１の曲げ引張強度が４０〜４５ＭＰａ程度期待できるため、かかる補強パネル１があたかも既設構造物６の外側に主鉄筋および配力鉄筋を増設したのと同等の効果を発揮することができる。
既設構造物６と補強パネル１との力の伝達は、補強パネル１と既設構造物６まで貫通させた後述するアンカーボルト２のジベル効果によるものである。さらに、補強パネル１と既設構造物６との間に充填する後述する充填材３などの付着によるせん断伝達によるものである。従って、既設構造物６の面内せん断力に対して主鉄筋と配力鉄筋の壁を増設したと同じ効果を発揮できるので、面内せん断耐力の向上が図られる。
また、補強パネル１に大きな引張ひずみが作用した場合、通常の鉄筋コンクリートとは異なり、鋼繊維の補強によりひび割れの分散がおこなわれ、従来の鉄筋コンクリートによるクラック幅に比べて１／３〜１／１０に低減させることができる。さらに、補強パネル１は靭性に優れているため、補強後の既設構造物６の靭性性能を向上させることができる。
【００１０】
既設構造物６は、旧耐震基準に基づいて設計されているものが多いが、そのために面外せん断耐力が不十分な場合が多い。構造物の外側に取付けた補強パネル１は、パネル全体が引張材としてはたらくために、あたかも主鉄筋を増設したのと同等の効果が期待できることから、補強パネル自体が薄いものでありながら、従来の鉄筋コンクリートの増設に比べて、面外せん断耐力の効果的な向上を図ることができる。
例えば、壁厚が３０ｃｍで鉄筋量が１００ｋｇ／ｍ３、コンクリートの圧縮強度が２１Ｎ／ｍｍ２の鉄筋コンクリート壁を本発明の補強パネル１（パネル厚５ｃｍ）で補強した場合、面外せん断耐力を２．５〜３．５倍に向上させることができる。また、曲げ耐力を２．６〜３．０倍に向上させることができるとともに靭性性能は２倍以上とすることができる。
【００１１】
また、補強パネル１にプレストレスを導入することにより、パネル厚をより薄くすることができるとともに、補強効果を向上させることができる。プレストレスの導入をプレテンション方式によりおこなう場合は、予めプレストレス用のストランドを緊張した状態で例えば繊維補強セメント系混合材料１３を打設し、繊維補強セメント系混合材料１３が所定強度に達した後に緊張鋼線を切断することでプレストレスが導入された補強パネル１を製作することができる。また、ポストテンション方式によりプレストレスを導入することもできる。
【００１２】
＜ロ＞凹部
凹部１１は、補強パネル１の片面（既設構造物６取付け側）に設けて、補強パネル１を既設構造物６に取付ける際に補強パネル１の付着力を増加させるためのものである。
補強パネル１は、図２に示すようにパネル製作型枠７１内に例えば一箇所から繊維補強セメント系混合材料１３を流し込むことにより製作することができる。パネル製作型枠７１内にはアンカーボルト孔１２を設けるためのアンカーボルト孔型枠７４を備えておく。例えば、所定量の繊維補強セメント系混合材料１３を流し込んだ後、凸部７３を備えたパネル製作伏型枠７２を仕上げ面に設置して、あるいは凸部を備えたゴム乃至樹脂系シートなどを仕上げ面に押し付けて凹部１１を成形することができる。
【００１３】
＜ハ＞充填材
充填材３は、補強パネル１と既設構造物６のパネル取付け面との間に設けた隙間に充填することにより、充填材３の硬化によって補強パネル１及び既設構造物６の一体化を図るためのものである。充填材３は補強パネル１を既設構造物６に取付け、アンカーボルト２を補強パネル１に設けたアンカーボルト孔１２および既設構造物６のアンカーボルト孔に嵌装して締め付けた後、補強パネル１に設けた充填孔１４より充填することができる。
充填材３の材料としては、エポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂系、ＥＶＡ系（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂系）、アクリル樹脂系、クロロプレンゴム系、スチレン・ブタジエンゴム系等のゴム系、超高強度繊維補強セメント系混合材料や無収縮セメント系グラウト材料、石膏系等の水・気硬性を有するものなどを使用することができる。
【００１４】
＜ニ＞接着剤
接着剤４は、補強パネル１の凹部１１を備えた既設構造物６への取付け面に塗布して補強パネル１を既設構造物６へ取付けることにより、補強パネル１及び既設構造物６の一体化を図るためのものである。なお、補強パネル１の取付けは上記の充填材３によっても、接着剤４によってもよい。
接着剤４の材料としてはエポキシ樹脂、酢酸ビニル樹脂系、ＥＶＡ系（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂系）、アクリル樹脂系等の樹脂系接着剤、クロロプレンゴム系、スチレン・ブタジエンゴム系等のゴム系接着剤、樹脂モルタルやポリマーセメント系モルタル、石膏系等の水・気硬性接着剤などを使用することができる。補強パネル１の凹部１１を備えた面にペースト状の接着剤４を一様の厚さに塗布し、補強パネル１を立てた状態にしてもペーストが垂れ落ちない程度までペーストを硬化させてから補強パネル１の取付けをおこなう。かかる方法により、接着剤４が接着面に均等に行き渡り、補強パネル１と既設構造物６を確実に接合することができる。
【００１５】
＜ホ＞アンカーボルト
予めアンカーボルト２を既設構造物６に打ち込んでおき、補強パネル１のアンカーボルト孔１２をアンカーボルト２に嵌装させて補強パネル１を取付けることができる。かかる場合、補強パネル１を取付けた後にナット２１にてアンカーボルト２の頭部を締め付けることで補強パネル１と既設構造物６の一体化を図ることができる。また、補強パネル１を仮設した後にアンカーボルト２をアンカーボルト孔１２に嵌装させて既設構造物６まで打ち込み、先端にナット２１をつけて補強パネル１を締め付けることもできる。アンカーボルト２は、既設構造物６と補強パネル１との間にせん断伝達をおこなわせ、既設構造物６に生じる曲げモーメントやせん断力に対して既設構造物６と補強パネル１が一体となって抵抗できるようにするためのものである。アンカーボルト孔１２は補強パネル１を既設構造物６に取付けた後に設けてもよい。すなわち、既設構造物６の主鉄筋６１の位置が不明確な場合は、図面により予測をつけるか、場合によってはＲＣレーダーなどの非破壊試験によって主鉄筋６１の位置を特定することができる。したがって、主鉄筋６１の位置を予測、特定した後に補強パネル１にアンカーボルト孔１２を設けることが好ましい。
アンカーボルト１２は、打ち込み先端にコーン楔がついておりアンカーボルトの打ち込みと同時にコーン楔が開いてアンカーボルトが既設構造物６に定着する仕様のものを使用することができる（図示せず）。
【００１６】
＜ヘ＞隣接部補強板
既設構造物６の補強部位に応じて、隣接する補強パネル１の接続部を補強する必要がある。例えば、ボックスカルバートの側壁を補強する場合、補強パネル１をトンネル横断面方向とトンネル軸方向に夫々分割して接続することがある。この場合、トンネル軸方向の補強パネル１の接続は力学的な一体性をあまり必要としないが、トンネル横断面方向の力学的な一体性は重要となる。通常、ボックスカルバート（トンネル）の構造は、トンネル軸に直角方向のトンネル断面を構成するフレームにて外力に抗するように設計が施されているからである。
本発明の既設構造物の補強方法においては、必要に応じて、隣接する補強パネル１の接続部に隣接部補強板５を設けることにより、かかる接続部の補強をおこなうものである。すなわち、既設構造物６において隣接する補強パネル１の接続部となる箇所に隣接部補強板５を取付け、隣接部補強板５が隣接する補強パネル１の夫々を跨ぐように隣接する補強パネル１を取付けた後、補強パネル１の外側から隣接する補強パネル１の夫々を跨ぐように隣接部補強板５を取付ける。外側の隣接部補強板５を取付けた後、アンカーボルト２を打ち込み、ナット２１で締め付けて補強パネル１の接続部の一体化を図ることができる。
【００１７】
【実施例１】
以下、図３を参照しながら本発明の既設構造物の補強方法の実施例１について説明する。
【００１８】
既設構造物６に設けたアンカーボルト２を補強パネル１に設けたアンカーボルト孔１２に嵌装させ、補強パネル１の凹部１１を備えた片面を既設構造物６と面するように既設構造物６と所定の隙間をもって補強パネル１を仮設する。この際、必要に応じて既設構造物６に予め隣接部補強板５を仮設しておき、隣接部補強板５が隣接する補強パネル１の夫々を跨ぐように補強パネル１を仮設することもできる。隣接部補強板５は樹脂系接着剤や樹脂系モルタル材などを介して補強パネル１に貼り付けておくこともできる。なお、補強パネル１の端部であって補強パネル１と既設構造物６との間には充填材３が漏洩しないようにシール材８を設けておくのが好ましい。隣接部補強板５を使用する場合も、隣接部補強板５の端部であって隣接部補強板５と既設構造物６との間にシール材８を設けておく。
次に、アンカーボルト２をアンカーボルト孔１２に嵌装させ、ナット２１により締め付けて補強パネル１を固定する。
補強パネル１を固定した後、補強パネル１に設けた充填孔１４を介して補強パネル１と既設構造物６の間に充填材３を充填する。
上記の方法を繰り返すことにより、所定範囲の補強を完成させることができる。
なお、所定範囲に補強パネル１を固定した後に一度に充填材３の充填をおこなうこともできる。
【００１９】
【実施例２】
以下、図４を参照しながら本発明の既設構造物の補強方法の実施例２について説明する。なお、実施例１と重複する部分については省略する。
【００２０】
補強パネル１の凹部１１を備えた面に接着剤４を塗布して、補強パネル１を立てた状態にしてもペーストが垂れ落ちない程度までペーストを硬化させてから補強パネル１の取付けをおこなう。すなわち、実施例１との相違点は、充填材３を充填する代わりに、接着剤４にて補強パネル１を既設構造物６に接着させる点およびアンカーボルト２を締め付けて圧着させる点にある。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の補強パネル及び既設構造物の補強方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞パネル厚を薄くすることができるため、既設構造物による建築限界などの制約条件に対応しながら既設構造物の補強をおこなうことができる。
＜ロ＞パネルが多層構造ではなく、単一構造であるため、製作が比較的容易であり、また製作コストも比較的安価である。
＜ハ＞繊維補強セメント系混合材料にて製作した補強パネルを使用する場合は、材料の緻密性から、中性化や塩分浸透、透水などがほとんどなく、維持管理不要期間を格段に長期化させることができる。
＜ニ＞繊維補強セメント系混合材料を使用した補強パネルの製作に際し熱養生をおこなうことにより、その後の乾燥収縮によるクラックの発生がほとんど皆無となり得る。
＜ホ＞補強パネルの大きさや形状は任意に選定できるため、施工や運搬などの施工性の向上を図ることができる。
＜ヘ＞補強パネルは靭性性能が高い材料なので、面外の曲げ耐力及び面内と面外のせん断耐力の向上のみならず、変形性能（靭性性能）の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の補強パネルを既設構造物に取付けることを示した斜視図。
【図２】本発明の補強パネルの製作の実施例を示した説明図。
【図３】本発明の補強パネルと既設構造物の間に充填材を充填していることを示した断面図。
【図４】本発明の補強パネルを接着剤にて既設構造物に取付けていることを示した断面図。
【図５】従来の鋼板巻きによる既設構造物の補強を示した斜視図。
【符号の説明】
１・・・補強パネル
１１・・凹部
１２・・アンカーボルト孔
１３・・繊維補強セメント系混合材料
２・・・アンカーボルト
３・・・充填材
４・・・接着剤
５・・・隣接部補強板
６・・・既設構造物
【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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