(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＦＫパネル（２）を有する支持構造物（１）の補強装置であって、
ＣＦＫパネル（２）の少なくとも一端は、少なくとも二つのストリップ（２’）に分割され、かつ端部部材（３，４；１２，１３）で終端し、
前記ストリップ（２’）は、互いについて楔形に配置された、端部部材（３，４；１２，１３）の保持スロット（９；９’）に少なくとも部分的に挿入されることを特徴とする補強装置。
【請求項２】
ＣＦＫパネル（２）の両端はそれぞれ、端部部材（３，４；１２，１３）で終端することを特徴とする請求項１に記載の補強装置。
【請求項３】
前記パネル端部（２’）は、略等しい厚さの積層ストリップに分割されていることを特徴とする請求項１から２のいずれか一項に記載の補強装置。
【請求項４】
端部部材（３，４；１２，１３）の保持スロット（９）は凹凸あるいは波形の表面を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の補強装置。
【請求項５】
前記パネルの前記表面に対して横向きに配置された穴（１０）が保持スロット（９）の近傍で端部部材（３）内に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の補強装置。
【請求項６】
前記端部部材（３，４；１２，１３）は金属あるいはプラスチックから形成された平行六面体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の補強装置。
【請求項７】
前記ＣＦＫパネル（２）の差込口近傍の前記端部部材（３，４；１２，１３）には、差込方向に直交するように配置されたねじの切られたボルトである補強装置（１１）が設けられていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の補強装置。
【請求項８】
前記端部部材（３，４；１２，１３）の前記ＣＦＫパネル差込口と反対側の面には、ねじの切られた穴（１２）が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の補強装置。
【請求項９】
前記保持スロット（９）は、前記支持構造物に最も近い保持スロット（９’）がパネルの差込方向と平行でかつその他の保持スロット（９）が差込開口部から角度を増してそれぞれ扇状に配置されるような形態で、端部部材（３，４；１２，１３）内に楔形に配置されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の補強装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載の補強装置を備えた支持部材（１）を補強する方法であって、
適切な長さに切られた前記ＣＦＫパネル（２）を、少なくともその一端が略同じ厚さあるいは同じ幅の少なくとも二つのストリップ（２’）に分離あるいは分割し、かつ端部部材（３，４；１２，１３）との結合に寄与させ、この構成の補強されるべき前記支持部材（１）の引っ張り側に接着剤を塗布して接合することを特徴とする方法。
【請求項１１】
ＣＦＫパネル（２）の前記ストリップ（２’）を、互いについて好適に扇状に配置された、端部部材（３，４；１２，１３）の別個の保持スロット（９，９’）内にそれぞれ挿入することを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＣＦＫストリップ（２）の両端をそれぞれ三つのストリップ（２’）に分離あるいは分割し、支持部材（１）と接着剤で接合する前にその構成をクランプ手段（７，８）によって支持部材に対して予め張力を加えて補強して、その後予め張力を加えて補強した箇所に接着剤を塗布して支持部材（１）と接合することを特徴とする請求項１０または１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＣＦＫパネル（２）は繊維方向に分割されることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１の前提部分に記載の補強装置および請求項１１の前提部分に記載のビームを補強する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現存する建造物内の支持構造物を修復する場合には、修復前の規模を越える新しい荷重状態に支持構造物を適合させなければならないという問題がしばしば生じる。そのような場合に支持構造物を完全に取り替えることなく、そのような現存する支持構造物を補強する方法および装置がある。そのような支持構造物は、れんがでできた従来構成の壁、補強されたコンクリート壁、またはビーム（すなわちたとえば木・プラスチック・鋼でできたビーム）である。
【０００３】
鋼板を用いてそのような支持構造物を補強することは、その後に加わり、長い間公知のものとなっている。鋼板すなわちシート状の鋼あるいは鋼パネルのストリップは、支持構造物の一側面あるいは両側面、好適には引張力を受ける支持構造物の側面に接着剤で接合される。この方法の利点は比較的早く実施できるということにあるが、その反面、厳しい要求が接着剤に課せられる。言いかえれば、構成部材の下準備および接着工程の作業が所望の効果を得るのに厳密に決められた条件下で行われなければならない。この方法を用いた場合、特に腐食領域、言いかえれば、支持構造物がたとえばブリッジビームのような屋外でこのような方法を用いて補強されなければならないときに問題が生じる。比較的重い重量でありかつそのような鋼パネル製品であるために、使用できる最大長さが制限されてしまう。同じくスペース的な理由で、堅固な鋼パネルを問題のスペースに移動させることができない場合には、その狭いスペースへの取り付けは非常に難しいものとなってしまう。さらに鋼板は、接着剤が“頭上の”適用対象物内で硬化するまで補強すべき支持構造物に対して圧力をかけつづけなければならず、それはまたコストが増加することを意味している。
【０００４】
両端に固定部を設けた金属あるいは繊維強化プラスチック（FRP）のストリップの形態で引張り手段を使用するものは仏国特許第 2 590 608 号公報によって公知である。しかしながらこの具体例では、引張り手段と支持構造物との間に互いに接触して結合される箇所は全くなく、支持構造物との結合は引張り手段の二つの端部固定点でのみなされている。支持構造物を作ろうとするとき、装置を改良することが実質的に不可能であったり、クランプ手段の代わりに支持構造物にそれと合致する溝が設けられなければならないので、非常に高いコストがかかってしまうため、この種のクランプ手段が一般に使用されている。
【０００５】
最近では、カーボンパネル（CFKパネル）が支持構造物の引張り力のかかる側面と接着剤で接合され、かつそれによってそのような構造物の支持能力が支持耐久性および支持靭性を増加させて向上されているものがある。有利には、非常に軽量で鋼板よりも高い強度を有するそのようなパネルの簡単かつ安上がりな適用が取り付けをより簡単なものにしている。またそのような補強物が屋外にある支持構造物を補強するのに適用された場合でも、腐食耐久性はより良好なものとなっている。しかしながら、パネルを固定する端部に特に問題があることが判明している。パネルのはがれる危険性はこの部分で特に高いとともに、パネルの端部からビームへの力の伝達に問題がある。
【０００６】
この点についての解決策はPCT第 96/21785 号公開公報によって公知である。この文献には、鈍角で延びる穴あるいは楔形の凹所がビームに形成されており、その穴あるいは凹所に、CFKパネルの端部を挿入するとともに、おそらくクランプ；フック；板などによってビームに対して力を加えるものが記載されている。これにより、パネルのはがれ落ち現象およびビームからパネルへの力の印加が改善されている。しかしながら、そのようなCFKパネルは予め張力を加えられることなく、すなわちビームに対して可撓的なものとされずに接着剤で接着されているものである。しかしながら結果的に、これらパネルの補強のために備えている潜在能力のほとんどは利用されることはない。というのは、パネルにかかる荷重が基本荷重を越えた後、すなわちパネル自身の有効荷重からの応力下でのみパネルは支持を開始するからである。
【０００７】
パネルをよりよく利用するため、ビームに対して張力の加えられたパネルを接着剤で接着することが考えられた。これについて公知の方法は、短い鋼板を両側でCFKパネル両端に接着剤で接着して、つぎにこれら鋼板を別々に引っ張ってCFKパネルに予め張力を加え、この予め張力の加えられた構成を補強すべきビームに接着剤で接着するものである。接着剤が乾いた後、パネルには板；フックなどによってビームに対して両端部で圧力がかけられ、つぎにその両端部が鋼板と一緒に切り取られる。しかしながらこの方法は非常に費用がかかり、かつすべての適用対象に使用することができないわけではない。一方、上述したパネル両端を固定する方法は建築現場で予め張力を加えるような場合には適していない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、取り外しが実質的に不可能となるような形態でビームから両端部への力の導入が行われるとともに、予め張力を加えるのにも適したCFK補強パネルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本目的は、本発明による請求項１の特徴を備えたCFKパネルあるいは請求項１１による方法によって達成できる。本発明の好ましい実施形態は従属請求項２〜１０および１２〜１４によりなされる。
【００１０】
CFKパネルの両端を少なくとも二つ、好ましくは三つ以上の端部ストリップに分割することによって、端部部材との結合面が著しく増加されている。結果として、そのような端部部材による簡単な形態で予め張力を加えることもできるCFKパネルの両端に力の良好な印加が生じる。ブロック形態の端部部材はビームに形成されたくぼみ、すなわち平坦な底面あるいは凹凸のある底面を有する楔形のスプリットを備えた好ましい実施形態に挿入することができるようにしてもよいし、またはビームと面一で接着および／またはだぼ接ぎあるいは単にボルト止めとすることができるようにしてもよい。好適にビーム部材を介して直接的に行われる予め張力を加えるのに好適に適した実施形態である。たとえばこれは、ビームに挿入された取り付け具に張力を与えることによってなすことができる。
【００１１】
CFKパネル端部の分割は、好適に上に重なるストリップ形態としてもよいし、横に並ぶストリップ形態としてもよいし、あるいはこれら二つのものを組み合わせた形態としてもよい。
【００１２】
CFKパネルの端部は有利には、所望の長さおよび寸法に建築現場で分割することができる。これはこの装置を実質的にどんなビーム補強に対しても広く一般的なものとするとともに予め張力を加える場合あるいは加えない場合のいずれでも使用できるものとするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を添付した図面に基づいてより詳細に説明する。
【００１４】
図１は、補強されるべきビーム（支持部材）１の横断面を示すものである。この目的のために使用されるCFKパネル２の両端部は、本発明による部材、この場合アンカーヘッド（端部部材）３，４に挿入されている。アンカーヘッド３，４は、この図に示すビーム１のフライス削りされた凹所あるいは削られた凹所に挿入することができる。CFKパネル２は、一部あるいは全面に塗布された接着剤５の層によってビーム１と結合され、かつアンカーヘッド３，４は、同様にCFKパネル２と接合される。さらに、アンカーヘッド３，４は、ここでは簡単に図示するCFK２からアンカーヘッド３，４を介してビーム１に伝達される力の方向を改善することができる横クランプ装置６でビームと結合できる。この横クランプ装置６は、たとえばビーム１およびアンカーヘッド３，４を貫通して案内されるねじの切られたロッドあるいはノックピンとすることができる。
【００１５】
CFKパネル２およびアンカーヘッド３，４からなる補強装置は、図１の右側に図示するように簡単に予め張力を加えることもできる。この目的のため、たとえばアンギュラフィッティング７をビームの下面１に取り付けることができる。このフィッティングは、アンカーヘッド４によってその一端が結合されたテンションロッド８によって把持されている。両方のアンカーヘッド３，４に予め張力を加えるためのそのようなテンション装置が設けられることは有利なことである。クランプ装置は、接着剤で接合する前に取り付けられ、かつ接着剤がCFKパネル２あるいはアンカーヘッド３，４とビーム１との間で硬化した後に再び取り外すことができるものである。
【００１６】
図２は、アンカーヘッド２の横断面を示す図である。平行六面体の形状を有するアンカーヘッド３において、好ましくは、三つのガイドあるいは三つの保持スロット９が設けられており、図３に示すような三つのタブ２’に分割されたCFKパネル２の端部を受け入れることができるようになっている。
【００１７】
保持スロット９は楔形のように上下方向に延設されかつ横ボア１０を有するものである。これらボア１０は、CFKパネル２のストリップ２’を保持スロット９と結合させる接着剤のための付加的固定点である。これにより、ビーム１からアンカーヘッド３を介してCFKパネル２に導かれる引っ張り力がさらに改善される。しかしながら、主な利点は、パネル２の端部を分割してストリップ２’とした点にある。この分割端部は、好適にはパネルの繊維方向に予め形成されるとともに、CFKパネル２の強度特性に影響を与えることなく接着剤で結合する面積を有利に増加させるものである。
【００１８】
三つのストリップ２’を有する本実施形態において、接着剤で結合する面積は、ビームに対してその端部を接着剤で簡単に結合した従来のパネルと比較して六倍に増加しているとともに、ビームおよび接合ブリッジ内に楔形状の凹所を有する従来のものの三倍以上に増加している。
【００１９】
CFKパネル２のアンカーヘッド３差込口領域には、保持スロット９の楔形状あるいは弓状に曲がった構成から生じる横方向からの力によるアンカーヘッドの曲げあるいは破断を防止するために、横補強部材１１が有利に設けられている。この横補強部材は図２に概念的にのみ示している。たとえば、この横補強部材１１は、アンカーヘッド３内の整合穴を通して案内されるねじの切られたロッドと、このロッドを締め付けるナットとによって形成される。これにより、アンカーヘッド３の差込口領域で頂点に達するせん断応力は過剰圧力を受け、かつより高いせん断応力をこの領域にかけることができるのである。
【００２０】
さらに、ねじの切られた穴１２がアンカーヘッド３内、たとえば予め張力を加える装置が図１に概念的に示すようにネジ止めすることができる穴内に設けられている。
【００２１】
すでに述べたように、図３はパネル裂け目の端部すなわち三つのストリップ２’を有するCFKパネル２の一端を示している。CFKパネルは、たとえばかんなやナイフといった従来の道具によって、所望の長さ、所望の数で、同じ薄さのストリップ２’で長手方向に分割することができる。分割の品質に対しては比較的低い要求しか課せられていないという点は有利なことである。重要な特徴は、アンカーヘッド３との結合において結合面積を増加させるのに適切な数のストリップ２’に分割する点にある。
【００２２】
図４は、CFKパネル２と、その両端に取り付けられたアンカーヘッド１２，１３とからなる本発明による補強装置をビーム１の下側（引っ張り側）に取り付けたものの横断面を示すものである。アンカーヘッド１２，１３は、CFKパネル２が実質的に接着剤層５の面でアンカーヘッド１２，１３から現れるように構成され、かつそれ故にCFKパネルはビーム１の下側で押し下げられてはならないが、たとえばビームの下側と面一となるように接着剤で接合されなければならない。もちろん、図１に示す横テンション装置６はまた、より高い圧力と、さらにアンカーヘッド１２，１３およびビームの下側の間の結合のより高い引っ張り強さとを作り出すために図に示す場所に取り付けることができる。さらに、これらアンカーヘッド１２，１３は、すでに上述した実施形態同様に簡単に予め張力を加えることができる。
【００２３】
図５は、アンカーヘッド１２と、それに形成された保持スロット９との横断面を示している。基本スロット９’は、ビーム１上に載置されるアンカーヘッド１２の外側壁１２’と平行に形成され、かつその他のスロット９は扇状に外側に向けて鋭角に配置されている。この配置は、CFKパネル２の接着剤で接合する面を増加させる結果としてすでに上述したような同じ有利な点を提供するとともに、またビーム１に特別な凹所を設けることなくアンカーヘッド１２，１３を面一なものとして使用できるようにしたものである。これらアンカーヘッド１２，１３はさらに、図２に概念的に示す横補強部材１１を有している。この横補強部材１１は、CFKパネル２が外に現れる領域におけるアンカーヘッド１２の曲げあるいは破断を避けるためのものである。
【００２４】
アンカーヘッド３，４・１２，１３の材質としては、高い強さ、加工の容易さ、および良好な力印加特性を有する金属が適切であり、特に激しい腐食作用が予想される場合にはプラスチックが適切である。
【００２５】
図６は、本発明による補強装置の他の実施形態の概略図である。この図において、CFKパネル２の端部は、楔形状をしたアンカーヘッド１４の外側に載置されるようになる二つの重ね合わされたストリップ２’に分割されている。その箇所で、これらストリップは、接着剤による接合によってアンカーヘッド１４の表面に結合される。
【００２６】
本発明による別の実施形態において、CFKパネル２の端部に位置する分割ストリップ２’は、図７に縦断面で示すように、次々に重ねて平行に配置された複数のプレート１５からなるアンカーヘッドに保持されている。この図において、ねじ込み式結合手段１６がプレート１５とそれらの間に挟まれるストリップ２’とを押しつけるように有利に利用できる。
【００２７】
図８は、CFKパネル２端部のさらに別の実施形態を示す平面図である。この図において、ストリップ２’は次々に重なるように配置されず、横に並んで配置されている。またこの図において、その分割は、CFKパネル２の繊維方向になされるのが望ましい。
【００２８】
本発明による補強装置は、天井あるいはブリッジビームのような現存するコンクリートビーム構造物を修復するのに特に適したものである。しかしながら、これら補強装置はまた、たとえば石造建築および木造建築の支持構造物に適用される従来周知のCFKパネルにも使用できるものである。予め張力を加えることが容易にできるということは、従来の方法のものよりもより広くCFKパネルの強さ特性を利用できるということである。さらに、予め張力を加えることとは、現存する支持部材の引っ張り側で仮圧締（pre-pressing）が起こることであり、このことはたとえばブリッジビームの場合に有利なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるCFKパネルを下側に取り付けたビームの横断面図である。
【図２】  図１に示すCFKパネル先端部分の横断面図である。
【図３】  図１および図２に示すCFKパネル端部の横断面図である。
【図４】  本発明による他のCFKパネルを下側に取り付けたビームの横断面図である。
【図５】  図４に示すCFKパネル先端部分の横断面図である。
【図６】  本発明による別のCFKパネル先端部分の概略横断面図である。
【図７】  本発明によるさらに別のCFKパネル先端部分の概略横断面図である。
【図８】  本発明によるさらに別のCFKパネル先端部分の平面図である。
【符号の説明】
１  支持構造物
２  CFKパネル
３  端部部材
４  端部部材
７  クランプ手段
８  クランプ手段
９  保持スロット
９’保持スロット
１０  穴
１１  補強装置
１２  端部部材
１３  端部部材
【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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【図８】
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