(57)【要約】【課題】  作業を繁雑化することなく、高い補強効果を達成する炭素繊維プレートを提供する。【解決手段】  繊維に樹脂を含浸・硬化させて得られるＦＲＰプレートであって、ＦＲＰプレートの長手方向の何れか一方の端部より内側部分が厚く成形されてなる板ばね状ＦＲＰプレート。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維に、樹脂を含浸・硬化させて得られる繊維強化樹脂プレートであって、繊維強化樹脂プレートの長手方向の何れか一方の端部より内側部分が厚く成形されてなる板ばね状繊維強化樹脂プレート。
【請求項２】
両端部から長手方向中央部に向かって、順次その厚みが厚くなる様に成形されてなる請求項１に記載の板ばね状繊維強化樹脂プレート。
【請求項３】
応力の中心部分に目印を施してなる請求項１または２に記載の板ばね状繊維強化樹脂プレート。
【請求項４】
補強すべき構造物に対して、繊維に樹脂を含浸・硬化させて得られる繊維強化樹脂プレートを貼り付けることによる構造物の補強方法において、繊維強化樹脂プレートとして、請求項１乃至３の何れか１項に記載の板ばね状繊維強化樹脂プレートを用い、補強部位の最大応力の掛かる部位に前記板ばね状繊維強化樹脂プレートの応力中心を位置合わせして貼り合わせることを特徴とする構造物補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂プレートを用いる構造物の補強に関し、特に補強用途に合わせた形状を有する繊維強化樹脂プレートとそれを用いた構造物補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、構造物は鉄等の金属、木材、コンクリート等で構成されており、経年劣化による耐力の低下もさることながら、建造時の設計基準によっても大きく強度が異なっている。また、先の阪神・淡路大震災においては、昭和５６年施行の新耐震設計法の基準を満たす建築物の被害が軽微であったとの経験から、新耐震基準での見直しが行われ、既存の構造物についても新耐震基準への適合が求められている。
【０００３】
既存の建造物の場合、取り壊し、新たに建造すれば新耐震基準を満たした建造物も得られるが、建造に長期間を要し、その費用も多大である。したがって、通常は、著しく劣化していない限りは、補修、補強工事が実施される。
【０００４】
また、耐震補強ばかりではなく、載荷規制緩和に伴う道路床版・桁などの補強対策も急務であり、さらにはトンネル、高架、橋などからのコンクリート剥落防止対策にも関心が高まっている。
【０００５】
補修、補強工事に際して、鉄鋼材などを用いて補強する方法もあるが、材料自体の重量が重いため、施工に際して重機の使用が必要であり、また、構造物自体の重量の増加をきたし、好ましくない。更に、補強材自体が錆等により劣化し易いという問題もある。
【０００６】
そこで、このような鉄鋼材に代わる材料として、最近では強化繊維を用いた修復、補強材が注目されている。特に強化繊維として炭素繊維は、鉄鋼材と比較して強度で約１０倍、比重が約１／５と、高強度でありながら軽量であり、しかも腐食しないという特性を有している。このため、施工に際して重機の使用が不要となり、施工作業も短時間に簡単に行え、さらに補修、補強すべき構造物の重量も大きく増加しないという利点がある。
【０００７】
ただし、炭素繊維も万能というわけではなく、繊維長の方向への引張応力には優れているものの、圧縮応力は低く、このような特性を活かした曲げ補強や剪断補強などの補修、補強工事に適用される。
【０００８】
強化繊維を用いた補修・補強工事では、まず、補強すべき個所の不陸修正等を行った後、必要によりプライマー層を形成し、強化繊維シートまたは強化繊維プリプレグシートを貼り付け、熱硬化性樹脂を含浸し、または予め含浸されていた熱硬化性樹脂を加熱硬化させることで、補修・補強面に繊維強化樹脂（ＦＲＰ）板へ転化させ、当該表面へ固着させる。また、加熱硬化の工程を省く目的で、予め硬化させたＦＲＰ板を貼り付ける工法も知られている。
【０００９】
構造物に掛かる応力は種々異なることから、予め硬化させたＦＲＰ板を使用する場合、厚みの異なるＦＲＰ板を用意したり、強度の異なる強化繊維を用いてＦＲＰ板を用い、その応力に適したものを使用したり、或いは、特に大きな応力の掛かる部位には既存のＦＲＰ板を積層して使用したりしていた。
【００１０】
しかしながら、適用部位においても掛かる応力は一様ではなく、例えば、構造物の梁などでは、その中央部ほど大きな応力が掛かるものである。このような場合、最も大きな応力に対応するように積層して使用するため、応力の小さな部分に対しては無駄となる。
【００１１】
これに対して、特許文献１（特開平９−６７９４１号公報）には、ＦＲＰ板を重ね合わせて補強する構造について、応力の最も掛かる中央部ほど積層枚数を多くなるように板バネ状に順次貼り合わせる構造が示されている。すなわち、図３に示すように柱２０の間にある梁１０の補強に際して、まずベースプレート１を貼り付け、その上に順次積層プレート２Ａ，２Ｂ，２Ｃを貼り付けて板ばね状にしていた。この方法によれば、応力状態に応じて積層するＦＲＰ板の枚数を最適に選択でき、十分に高い補強効果が得られるにも拘わらず、コスト増を少なく抑えることができるというものである。
【００１２】
しかしながら、該方法では、作業現場において順次長さの短くなるＦＲＰ板を接着して重ね合わせる必要があり、位置合わせして貼り合わせなければならず、作業が繁雑となる問題がある。また、床版等の広面積の補強には複数のＦＲＰ板を平行に配する必要があるが、それぞれに同様の工程を施すことになる。また、作業現場は往々にして埃っぽく、接着剤に異物が混入し易いため、場合によっては施工不良となる場合があった。また、接着剤の硬化特性自体も、気温や湿度によって変わりやすい。
【００１３】
更に、鋼製構造物の場合、コンクリートに比べてその伸び率が大きく、この伸びを抑えるためには更に積層数を多くする必要が生じるが、このように現場での積層作業では、接着剤の養生に長期間を要し、実用的ではない。
【特許文献１】特開平９−６７９４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、作業を繁雑化することなく、高い補強効果を達成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明では、複数枚のＦＲＰシートを積層するのではなく、１枚のＦＲＰシートの両端部と中央部とでその厚みが異なるＦＲＰシートを使用することにより、現場での貼り合わせ作業が不要となり、また、応力に的確に対応した補強が可能となる。
【００１６】
すなわち本発明は、繊維に、樹脂を含浸・硬化させて得られる繊維強化樹脂プレートであって、繊維強化樹脂プレートの長手方向の何れか一方の端部より内側部分が厚く成形されてなる板ばね状繊維強化樹脂プレートである。
【００１７】
また本発明は、補強すべき構造物に対して、繊維に樹脂を含浸・硬化させて得られる繊維強化樹脂プレートを貼り付けることによる構造物の補強方法において、繊維強化樹脂プレートとして、本発明の板ばね状繊維強化樹脂プレートを用い、補強部位の最大応力の掛かる部位に前記板ばね状繊維強化樹脂プレートの応力中心を位置合わせして貼り合わせることを特徴とする構造物補強方法に関する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、予め板ばね状に一体に成形された繊維強化樹脂プレート（ＦＲＰプレート）を用いるため、作業現場での貼り合わせ作業が不要となり、作業時間が大幅に短縮でき、また、接着が１回で済むため現場環境の影響を受けにくい。また、予め一体に成形されたＦＲＰプレートでは、剛性の確認作業や、応力中心の確認作業が容易であるため、その中心部に目印を施しておくことで、更に貼り合わせ作業が容易となる。
【００１９】
工場で一体に形成することで、品質の安定した板ばね状の補強部材が製造でき、品質管理が容易となり、現場での貼り合わせ作業に比較して、気温や湿度、作業する人員によるバラツキも少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明で使用するＦＲＰプレートは、繊維に、熱硬化型の樹脂を含浸・硬化させて得られる。
【００２１】
使用する強化繊維は特に限定されるものではなく、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、その他有機繊維等が使用でき、その用途に応じて適宜選択することができる。中でも炭素繊維が好ましく、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ７０７３に準拠した炭素繊維強化プラスチックの引張試験方法において、標準品（Ｓタイプ）では、１．５２×１０5Ｎ／ｍｍ2以上、中弾性品（Ｍタイプ）では１．９６×１０5Ｎ／ｍｍ2以上、高弾性品（Ｈタイプ）では２．９４×１０5Ｎ／ｍｍ2以上の引張弾性率を有する材料を使用する。
【００２２】
特に、ＦＲＰプレートとしては、一方向に引き揃えられた繊維に樹脂を含浸させたプリプレグシートを、所望の補強強度が得られるように所要枚数同一方向に積層して、この積層体を加圧・加熱して樹脂を硬化させることにより得られる物が好ましく、本発明の板ばね状ＦＲＰプレートは、順次長さの異なるプリプレグシートを積層して積層体を得、加圧・加熱して樹脂を硬化させることにより得られる。
【００２３】
まず、構造物との貼り合わせ面となる部分（ベース部分）には、最も長いプリプレグシートを用い、この上にベース部分より短いプリプレグシートを積層する。このとき、ベース部分上に積層するプリプレグシートは、順次長さの短くなるように積層しても、逆に短いものから順次長くなるように積層しても良く、更には、順不同に積層しても良い。これらは最終的に加圧加熱して硬化させるため、順不同に積層してもその部位における積層数に応じた厚みが得られるからである。また、場合によって、ベース部分上に積層するプリプレグシートの一部をベース部分と同じ長さとすることもできる。このようにして、図１の概略斜視図に示したような板ばね状の一体成形ＦＲＰプレートが得られる。
【００２４】
また、本発明の板ばね状ＦＲＰプレートは、図２（ａ）に示すように、長手方向の中心Ａに対して中心対称に製造されることが好ましく、この場合、ＦＲＰプレートの応力中心Ｂと長手方向の中心（貼り付け面との中心）とが一致する。しかし、補強部位の上部構造によっては、貼り付け部位の中心で応力が最大とならない場合がある。それに対応するために、図２（ｂ）に示すように、応力中心Ｂ’がＦＲＰプレートの長手方向の中心Ａ’からずれた位置になるように製造することもできる。この場合、ＦＲＰプレートの両端部は同じ厚みである必要はない。
【００２５】
本発明において、厚みが異なるとは、プリプレグシート一枚分以上の厚みが異なることを意味するが、その厚みは構造物の応力状況に最適な厚みとなるようにすることはいうまでもない。
【００２６】
次に、本発明の板ばね状ＦＲＰプレートを用いる構造物の補強方法について説明する。
【００２７】
本発明の板ばね状ＦＲＰプレートを用いた構造物の補強では、特に構造物の梁や床版等において特に大きな曲げ応力の掛かる部分においてその効果を発揮する。中でも、伸び率の大きな鋼製構造物の補強に特に有効である。
【００２８】
施工に当たっては、補強すべき個所の下地処理を行う。例えば、既存コンクリートに対して補強する場合、下地処理では、ＦＲＰプレートを取り付ける既存コンクリート表面の仕上げ、脆弱コンクリート、ゴミ・汚れ等をブラストやディスクサンダー掛けでＦＲＰプレート幅よりもやや広い範囲を除去した後、ひび割れ等の修復（樹脂注入）等を行い、コンクリート表面の健全性を確保する。また、仕上げ材の除去に伴う凹凸や不陸はポリマーセメントモルタル等で補修しておく。鋼材に対して補強する場合は、塗装や錆等を除去しておくのが好ましい。
【００２９】
繊維として炭素繊維を用いる場合、コンクリート面の補強には、最大厚みが１〜２ｍｍ厚のＦＲＰプレートとなるように積層すればよいが、鋼製構造物の場合、最大厚みが１０〜２０ｍｍ程度必要となる。例えば、０．５ｍｍ厚のプリプレグシートであれば、２０〜４０枚程度積層する必要がある。
【００３０】
次に、構造物とＦＲＰプレートとの接着性を良好にするため、プライマー塗装を行う。使用する接着剤によっては、この工程を省略することもできる。
【００３１】
このようにプライマー塗布を行った構造物表面に接着剤を塗布する。一方、ＦＲＰプレートにも専用の治具を用いて接着剤を台形状に塗布する。接着性を向上させるため、プレートの接着面をサンドペーパー、グラインダー等で目荒らししておくことが望ましい。構造物とＦＲＰプレートとの間に空隙が残らないようにローラー等を用いて押さえる。このとき、接着剤がＦＲＰプレートの両側から押し出されるまで押さえ、はみ出した接着剤は硬化する前に除去する。また、ＦＲＰプレートの表面にも接着剤が付着する場合はこれも除去しておくのが望ましい。
【００３２】
ここで、使用する接着剤としては、ＦＲＰプレートと補強すべき構造物とを十分に接着でき、所望の補強効果を持続し得る接着剤であれば特に限定されるものではないが、従来使用されてきたエポキシ系接着剤が使用できる。接着剤の使用量は、下地の状態等によって異なるが、通常、５０ｍｍ幅のＦＲＰプレートの接着では、０．３〜０．５ｋｇ／ｍ程度を目安として使用される。
【００３３】
本発明では、構造物の最も応力の掛かる部分に本発明のＦＲＰプレートの応力の最も高い部分（応力中心）を位置合わせして貼り付ける。このとき、ＦＲＰプレートの応力中心に印を付けておくことで、位置合わせを容易に行うことができる。
【００３４】
また、既設コンクリートにおいては、単に貼り合わせただけでは端部の母材破壊による剥離が生ずることもあり、このような場合には、端部に対して従来公知の剥離防止手段を設けても良い。
【実施例】
【００３５】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００３６】
実施例１
ベース部分に、厚さ０．５ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２０００ｍｍの繊維方向を一方向に引き揃えた炭素繊維プリプレグシート２枚を重ね、この上に順次長さが１００ｍｍずつ短くなる同様のプリプレグシートを２枚ずつ長手方向の中心を揃えて計９組積層し、これを上部より気圧プレスして、加熱硬化させることにより、板ばね状炭素繊維強化（ＣＣＦ）プレートを作製した。このＣＣＦプレートの端部は１ｍｍ厚であり、中央部は１０ｍｍの厚みであった。
【００３７】
補強される鋼製橋梁下面を下地処理した後、前記板ばね状ＣＣＦプレート貼り付け面にプライマー層を塗布形成し、接着剤（コニシ（株）製、商品名「ボンドＥ−２３７０Ｍ」）を所定厚さに塗布し、ＣＣＦプレートの貼り付け面にもその接着面を目荒らししてから同様に接着剤を塗布した。このＣＣＦプレートの中心を梁中央部に位置合わせして貼り付け、ローラーを用いて梁とＣＣＦプレートとの間に空隙が生じないように十分に押さえ込み、はみ出た接着剤を除去した。
【００３８】
比較例
幅１００ｍｍ、厚さ２ｍｍの長尺状の一方向強化炭素繊維プレートから、２０００ｍｍから１０００ｍｍまで、１００ｍｍずつ長さの異なるプレートを１０枚切り出し、２０００ｍｍのものを実施例１と同様に下地処理した鋼製橋梁下面に接着し、更にこの上に順次長いものから短いものを接着して補強を行った。十分に接着剤が硬化する前に次のプレートを貼り付けるとプレートのずれが生じる場合があり、ある程度接着剤が硬化してから貼り合わせる必要があった。また、接着剤の養生に数日必要であった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の板ばね状ＦＲＰプレートの一例を示す概略斜視図である。
【図２】本発明の板ばね状ＦＲＰプレートの断面図であり、（ａ）は長手方向の中心対称に積層して製造されたＦＲＰプレート、（ｂ）は長手方向の中心からずれた位置に応力中心を有するＦＲＰプレートである。
【図３】従来例になる梁部の補強方法を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
2005105684.tif 000004
【図３】
2005105684.tif 000005