(57)【要約】【課題】貫通孔周囲に配置したせん断補強部材に対し、せん断ひび割れへの補強効果を最大限発揮させる。【解決手段】梁１０に設けた貫通孔１４の周囲に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じるせん断ひび割れ１８にその中程で交差するせん断補強部材１５を配置したコンクリート造梁において、貫通孔１４の上部及び下部のせん断補強部材１５の周囲にコンクリートを密実にすることによりせん断補強部材１５との付着性能を高める添加材６を塗布し、その周囲にコンクリートを打設する。添加材６としては、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、アルミナ等のセラミック粉末、又はガラス粉末を採用できる。添加材６の効果により、貫通孔１４の上部及び下部のコンクリートとせん断補強部材１５との付着力は増大し、せん断ひび割れ１８はせん断補強部材１５の中程で進展するので、せん断補強部材１５は、ひび割れ初期から終局状態に至るまで常にその補強効果を最大限発揮することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁１０に設けた貫通孔１４の周囲に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れ１８に交差するせん断補強部材１５を配置したコンクリート造梁において、
上記貫通孔１４の上部及び下部の上記せん断補強部材１５の周囲に添加材６を配置し、その添加材６により前記せん断補強部材１５とコンクリートとの付着性能を高めたことを特徴とするコンクリート造梁。
【請求項２】
上記添加材６は、無機又は有機材料の短繊維であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート造梁。
【請求項３】
上記添加材６は、コンクリートを密実にする性能を有し、上記付着性能は、その添加材６によるコンクリートの密実化により高められることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート造梁。
【請求項４】
上記添加材６は、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、アルミナ等のセラミック粉末、又はガラス粉末であることを特徴とする請求項３に記載のコンクリート造梁。
【請求項５】
梁１０に設ける貫通孔１４の周囲に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れ１８に交差するせん断補強部材１５を配置するコンクリート造梁の製造方法において、
上記貫通孔１４の上部及び下部の上記せん断補強部材１５の周囲に前記せん断補強部材１５とコンクリートとの付着性能を高める添加材６を配置し、その状態でコンクリートを打設することを特徴とするコンクリート造梁の製造方法。
【請求項６】
上記添加材６は、無機又は有機材料の短繊維であることを特徴とする請求項５に記載のコンクリート造梁の製造方法。
【請求項７】
上記添加材６は、コンクリートを密実にする性能を有し、上記付着性能は、その添加材６によるコンクリートの密実化により高められることを特徴とする請求項５に記載のコンクリート造梁の製造方法。
【請求項８】
上記添加材６は、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、アルミナ等のセラミック粉末、又はガラス粉末であることを特徴とする請求項７に記載のコンクリート造梁の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貫通孔周囲にせん断補強部材を配置した鉄筋コンクリート造梁あるいは鉄骨鉄筋コンクリート造梁、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
設備配管等をコンクリート造梁を有する建物内に、あるいはその建物内部から外部へ配する場合、その配管が階高設定に影響を与えないようにするため、梁の腹部に配管用貫通孔を設ける手法が一般的である。
梁に貫通孔を設ける場合、そのままでは断面減少、孔周囲への応力集中等により、梁のせん断耐力が低下するので、その貫通孔周囲を、鉄筋や溶接金網等のせん断補強部材で補強する手法が一般的に用いられている。
例えば、図７に示すように、梁１に設けた貫通孔４の周囲に四辺形状のせん断補強筋（せん断補強部材）５が配置される。これは、梁１にせん断応力が作用した場合に生じる初期のせん断ひび割れ７が、図中に示すように、貫通孔４の中心付近を通る４５度方向のラインに沿って進展するため、そのひび割れ７に対して直交する方向に向くせん断補強部材５を配置して、その補強効果を高めるためである。せん断補強部材５は、コンクリートとの付着力により、せん断ひび割れ７の進展を抑制する。
【０００３】
また、そのせん断補強部材を円形、矩形等に加工して配置する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−３２１４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、構造実験結果によると、初期のせん断ひび割れは上記のように４５度方向に進展するが、その後、せん断補強部材の補強効果が発揮されて、ひび割れは、その部分を避けて通るように進展することが解っている。図７に示す例では、最終的に、せん断補強部材５の補強効果が小さい箇所、すなわち貫通孔４の上部Ａ及び下部Ｂで別のせん断ひび割れ８が拡大し、一気にせん断破壊に至る。すなわち、別のせん断ひび割れ８は、せん断補強部材５の補強効果の低い部分より進行し、それに伴いせん断補強部材とコンクリートとの付着力が低下する。
このため、大地震等が発生した場合、せん断補強部材５の補強効果が１００％発揮されない段階で、梁１が終局状態（破壊）に至ってしまうという問題がある。
せん断補強部材は、せん断ひび割れに対してその補強効果を最大限発揮することが、梁の経済設計上望ましく、また、梁の耐力を算定する上でも構造計算が容易になるので望ましい。
【０００５】
そこで、このような貫通孔上部及び下部でのひび割れ進行、及び破壊を防止するため、その貫通孔上部及び下部に別のせん断補強部材を配置する手法も設計上は可能である。
しかし、ひび割れ発生が予測される複数の部位に合わせて幾つものせん断補強部材を配置することは、施工が煩わしく、また、配筋が複雑になるので好ましくない。また、梁せいが小さい場合には、そのような多くのせん断補強部材を配置できない場合も生じ得る。
【０００６】
そこで、この発明は、貫通孔周囲に配置したせん断補強部材に対し、せん断ひび割れへの補強効果を最大限発揮させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、この発明は、梁に設けた貫通孔の周囲に、前記梁にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れに交差するせん断補強部材を配置したコンクリート造梁において、上記貫通孔の上部及び下部の上記せん断補強部材周囲に添加材を配置し、その添加材により前記せん断補強部材とコンクリートとの付着性能を高めたのである。
貫通孔の上部や下部において、せん断補強部材とコンクリートとの付着性能が他の部分よりも相対的に高くなれば、終局時においてもせん断ひび割れは、その貫通孔の上部や下部を避けて、初期同様４５度方向に集中されやすくなる。このため、せん断補強部材は、ひび割れ初期から終局状態に至るまで、その補強効果を最大限発揮することができる。
供用中の梁にせん断ひび割れが発生することは、通常は好ましいこととはいえない。そのため、構造物の耐力に影響しない箇所へのひび割れを誘導する従来技術もある。しかし、本発明では、地震力などで発生する初期せん断ひび割れを進展させることによりせん断補強部材の効果を最大限発揮させて梁の耐力を向上させるものである。すなわち、ひび割れの発生を前提として、そのひび割れを敢えて所定の部位に集中しやすくすることにより、配置したせん断補強部材がその補強効果を最大限発揮し得る箇所以外の部分にひび割れが生じることを抑制するのである。
【０００８】
上記添加材としては、無機又は有機材料の短繊維を採用することができる。補強筋表面又は周囲に配置された無機又は有機材料の短繊維は、コンクリートを補強し、その補強により付着性能を高めることができる。
【０００９】
また、上記添加材として、コンクリートを密実にする性能を有するものを採用し、上記付着性能を、その添加材によるコンクリートの密実化により高めるようにした構成を採用し得る。密実にするとは、ポゾラン効果により添加材とコンクリート中の未反応カルシウムを結合させ、硬化させることを指す。この効果により、部材とコンクリートとの付着性能が向上する。
なお、コンクリートを密実にする添加材としては、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、アルミナ等のセラミック粉末、又はガラス粉末を採用することができる。
【００１０】
さらに、このコンクリート造梁の製造方法として、以下の手段を採用することができる。
すなわち、梁に設ける貫通孔の周囲に、前記梁にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れに交差するせん断補強筋を配置するコンクリート造梁において、前記せん断補強部材とコンクリートとの付着性能を高める添加材を配置し、その状態でコンクリートを打設するコンクリート造梁の製造方法を採用し得る。
貫通孔の上部や下部において、せん断補強部材とコンクリートとの付着性能が他の部分よりも相対的に高くなれば、せん断ひび割れは、その貫通孔の上部や下部を避けて、せん断補強部材の中程部分に誘導される。このため、せん断補強部材は、ひび割れ初期から終局状態に至るまで、その補強効果を最大限発揮することができる。
【００１１】
上記添加材としては、無機又は有機材料の短繊維を採用することができる。補強筋表面又は周囲に配置された無機又は有機材料の短繊維は、コンクリートを補強し、その補強により付着性能を高めることができる。
【００１２】
また、上記添加材として、コンクリートを密実にする性能を有するものを採用し、上記付着性能を、その添加材によるコンクリートの密実化により高めるようにした構成を採用し得る。コンクリートを密実にする添加材としては、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、アルミナ等のセラミック粉末、又はガラス粉末を採用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は、以上のようにしたので、貫通孔周囲に配置したせん断補強部材に対し、ひび割れへの補強効果を最大限発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は、柱１１，１１間を結ぶコンクリート造梁１０に設けた貫通孔１４に、それぞれ配管１４ａを挿通した状態を示している。
また、図２は、その柱１１及び梁１０の配筋状態を示したものである。図２で示す符号１６は梁１０の主筋を、符号１７はあばら筋を示している。
【００１５】
梁１０の貫通孔１４は、その梁１０の梁軸方向に直交して設けられており、その貫通孔１４周囲には、その貫通孔１４の長さ方向（梁１０の幅方向）に並列する二つのせん断補強筋（せん断補強部材）１５，１５が配置されている（図２（ｂ）参照）。
この並列する二つのせん断補強筋１５，１５は、図２（ａ）に示すように、貫通孔１４を囲む四辺形状に形成されており、いずれも梁軸方向及び上下方向に対称となっている。また、図２（ｂ）に示すように、梁１０の表裏面１２，１３から所定の被りを確保して配置されており、それぞれ対応する側のあばら筋１７に固定されている。なお、両せん断補強筋１５，１５は、図２（ａ）に示すように、各部に複数本ずつ並列して設けてその補強の効果を高めてもよい。
【００１６】
そのせん断補強筋１５の周囲に、コンクリートを密実にする添加材６を配置する。添加材６を配置することにより、そのコンクリートとせん断補強部材１５との付着性能は高まることとなる。添加材６の配置箇所は、貫通孔１４の上部及び下部付近、すなわち、図４にＡ及びＢで示すエリア内であり、少なくとも、その貫通孔１４に隣接する両側のあばら筋１７，１７間には塗布されていることが望ましい。
【００１７】
図３は、節部２を有するせん断補強筋１５の表面に添加材６を塗布し、その周囲にコンクリート３を打設した状態を示したものである。
従来より、鉄筋の周囲に接着材を塗布し、その接着材により鉄筋表面とコンクリートとの付着性能を高める技術は周知であるが、本発明は、図３に示すように、コンクリートを密実にする添加材６をせん断補強筋１５の周囲に配置してコンクリートを打設することにより、そのせん断補強筋１５周囲のコンクリートは密実となって一体にせん断補強筋１５に付着しやすくなる。このため、せん断ひび割れは、その付着強度の高まった部位以外の部分、すなわち、図４に示すように、せん断補強筋１５の中程に集中されやすくなる。したがって、結果的に、せん断補強筋１５は、ひび割れ初期から終局状態に至るまで、その補強効果を最大限発揮することができるようになる。
【００１８】
この実施形態では、添加材６としてシリカ質混和材料を使用している。シリカ質混和材料は、高炉スラグ、フライアッシュ等のシリカ質の材料を混和し、強度、侵食性、水密性を向上させる効果がある。これは、セメントの水和反応で発生する水酸化カルシウムとの反応性（ポゾラン性）を利用したものである。
添加材６としては、このほかにも、例えば、シリカヒューム、高炉スラグ、フライアッシュ、アルミナ等のセラミック粉末、又はガラス粉末を用いることができる。いずれの添加材６を用いた場合においても、添加材６の効果によりせん断補強筋１５とコンクリート３との付着力を増強させる効果を発揮し得る。これらの手法によれば、従来のように、添加材がコンクリート全体に行き渡るように混練する必要がないので、極めて少量でその付着力増強効果を発揮できる。
【００１９】
また、添加材６を配置する他の手段としては、上記添加材を刷毛塗りや吹きつけ、あるいはドブ付けなどの手法により塗布又は直接配置する態様が考えられるが、そのほか、上記添加材６を含浸させたシートをせん断補強筋１５の所定位置に巻き付けてもよい。そのシートは、コンクリート３中で溶解性のあるものが好ましい。
【００２０】
この梁１０にせん断応力が作用した場合について説明すると、図４に示すように、せん断ひび割れ１８が梁軸方向に対して４５度方向に発生する。
この両せん断ひび割れ１８は、その後、梁１０に作用するせん断力が増加しても、貫通孔１４の上部Ａ及び下部Ｂにおいてせん断補強筋１５とコンクリート３との付着力が強いので、引き続きせん断補強筋１５の中程を直角に横断する方向へ進展していく。
したがって、梁１０が終局状態に至るまで、梁１０の破断に影響する大きなせん断ひび割れを他の部分に生じさせない。
【００２１】
なお、他の実施形態として、せん断補強筋１５の表面に、無機又は有機材料の短繊維からなる繊維質補強材を配置し、その周囲にコンクリートを打設した構成も採用し得る。
この手法によれば、無機又は有機材料の短繊維による補強効果により、鉄筋周辺のコンクリート強度を向上させて、そのせん断補強筋１５とコンクリートとの付着力増強効果を発揮し得る。
また、せん断補強部材としては、上記実施形態に示すせん断補強筋１５以外にも、せん断ひび割れに対抗し得る他の形態のせん断補強筋や、あるいは板状の補強部材等も採用し得る。
【実験例】
【００２２】
上記せん断補強筋１５を想定した異形鉄筋の周囲に添加材を配置し、その添加材により異形鉄筋とコンクリートとの付着性能がどの程度高まるか、下記の実験を行った。
実験は、図６に示す異形鉄筋を図中の矢印の方向に引き抜く際の荷重と、その異形鉄筋の軸方向変位を測定した。その実験結果を図５に示す。
なお、添加剤１はフライアッシュを、添加剤２は、アルミナを使用している。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】貫通孔を有するコンクリート造梁の設置例を示す説明図
【図２】一実施形態の配筋状態を示し、（ａ）は梁の全体正面図、（ｂ）は梁の切断側面図
【図３】同実施形態の要部拡大断面図
【図４】同実施形態のひび割れ発生後を示す正面図
【図５】実験例の荷重と変位との関係を示すグラフ
【図６】実験例において、コンクリートから異形鉄筋を引き抜く状況を示す図
【図７】従来例のひび割れ発生後を示す正面図
【符号の説明】
【００２４】
１，１０  梁（コンクリート造梁）
２  節部
３  コンクリート
４，１４  貫通孔
５，１５  せん断補強筋（せん断補強部材）
６  添加材
７，８，１８  せん断ひび割れ
１１  柱
１２  表面
１３  裏面
１６  主筋
１７  あばら筋
【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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【図７】
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