(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁、床版等のコンクリート構造物における曲げ補強をすべき構造部分を鋼板で補強する工法であって、
鋼板による補強効果を発揮することができる程度に前記鋼板を支持する複数のアンカーボルトのそれぞれが挿入され、底部近傍に拡径部を備える削孔をコンクリート構造物に複数形成する工程と、
外方に放射状に拡大可能な複数の係止片を備える拡張体を螺合したアンカーボルトを前記各削孔に挿入し、前記拡張体の前記係止片を放射状に広げて前記削孔の拡径部内壁面に係止する工程と、
前記各アンカーボルトが挿通する開口部を形成した鋼板をコンクリート構造物壁面と所定の間隔を開けて配置し、前記各開口部から突出する前記アンカーボルトの先端部にナットを螺着して固定する工程と、
前記コンクリート構造物表面と前記鋼板との間隙に接着力を期待しないグラウト材を充填する工程、とから構成され
前記コンクリート構造物及び前記鋼板の表面に、前記グラウト材との接着を良好にするための何らの前処理も施さないことを特徴とするコンクリート構造物の鋼板補強工法。
【請求項２】
梁、床版等のコンクリート構造物における曲げ補強をすべき構造部分を鋼板で補強する工法であって、
鋼板による補強効果を発揮することができる程度に前記鋼板を支持する複数のアンカーボルトのそれぞれが挿入される削孔をコンクリート構造物に複数形成する工程と、
前記各削孔に接着剤を充填した後、アンカーボルトを接着剤が充填された前記各削孔に挿入して固定する工程と、
前記各アンカーボルトが挿通する開口部を形成した鋼板をコンクリート構造物壁面と所
定の間隔を開けて配置し、前記各開口部から突出する前記アンカーボルトの先端部にナットを螺着して固定する工程と、
前記コンクリート構造物表面と前記鋼板との間隙に接着力を期待しないグラウト材を充填する工程、とから構成され
前記コンクリート構造物及び前記鋼板の表面に、前記グラウト材との接着を良好にするための何らの前処理も施さないことを特徴とするコンクリート構造物の鋼板補強工法。
【請求項３】
前記各削孔に充填される接着剤がカプセル接着剤であることを特徴とする請求項２に記載のコンクリート構造物の鋼板補強工法。
【請求項４】
前記アンカーボルトの削孔挿入側先端面が長手方向軸線に対して斜めに傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のコンクリート構造物の鋼板補強工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はコンクリート構造物の鋼板補強工法に関し、更に詳細には例えば梁、床版等のコンクリート構造物における曲げ補強をすべき構造部分を鋼板で補強する工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既存のコンクリート構造物のなかには設計時には考慮されていなかった新たな増加荷重により設計耐力が不足する場合、或いは老朽化等の理由で強度が低下した場合など、補強を必要とする場合がある。
【０００３】
このような場合、従来ではコンクリート構造物における補強をすべき部分に鋼板を接着剤で固着して補強する方法が採用されることが多い。鋼板を接着剤でコンクリート構造物表面に固着して補強する方法には、大きく分けて注入工法と圧着工法とが知られている。
【０００４】
注入工法は、図１６に示されるように最初にアンカーボルト１により鋼板２がコンクリート構造物３における曲げ補強をすべき部分（表面）にスペーサ４を部分的に介在させることで所定の間隔をあけて仮り固定され、この間隙の全周はシール用のエポキシ樹脂５で閉塞される。その後、鋼板２とコンクリート構造物１の表面との間隙に鋼板２のほぼ中央部に形成された注入穴６から例えば接着用エポキシ樹脂等の樹脂系接着剤７が充填される。
【０００５】
その際、接着剤７の接着力低下を防ぐために、接着剤７の充填に伴って間隙外周部のシール部５に設けた空気抜きパイプ８で間隙内の空気が押し出され、接着剤７層内での気泡の発生が防止される。これにより、鋼板２は専ら樹脂系接着剤７の接着力によりコンクリート構造物３に堅固に固着されることになる。
【０００６】
また、圧着工法は、図１７に示されるように最初にアンカーボルト１により鋼板２がコンクリート構造物３における曲げ補強をすべき部分（表面）に所定の間隔をあけて仮り固定される。その後、鋼板２とコンクリート構造物１の表面との間隙４に例えば接着用エポキシ樹脂等の樹脂系接着剤７が充填され、次いで鋼板２の対向する端部表面上にフォームラバー９を介して押木１０が配置される。
【０００７】
これら押木１０間に橋渡しするようにＬ形鋼材１１が乗せられ、先に鋼板２を仮り固定したアンカーボルト１をそのまま使用してこのＬ形鋼材１１を締め付け固定することにより鋼板２に押圧力を付与し、これにより鋼板２はコンクリート構造物３へ強力に接着固定される。
【０００８】
図１８及び図１９はこのような従来の注入工法或いは圧着工法等を用いて実際にトンネル構造体１２における劣化部１３を補強した例を概略的に示している。この場合、トンネル構造体１２の劣化部１３におけるひび割れ部分１４には樹脂剤が充填され、その上で前述した方法により鋼板２が当該トンネル構造体１２の劣化部１３表面に固着される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法では、次のような問題があった。すなわち、従来のコンクリート構造物の鋼板補強工法では鋼板を専ら接着剤によってコンクリート構造物に固着していたことから、接着するコンクリート構造物表面を洗浄したり健全な面を露出させたりすること等の前処理が必要となると同時に鋼板についても脱脂、サンドブラスト等による粗面化等の前処理が必要であった。
【００１０】
また、注入工法については接着剤の注入圧による鋼板の変形防止や接着剤充填時の気泡除去等の配慮も必要であり、更には注入工法及び圧着工法ともに浸透水や結露などの処理、並びに接着剤硬化まで鋼板仮支持工が必要となる等種々の工程が必要で、補強作業工程が複雑となり非常に面倒であると言う問題があった。
【００１１】
なお、圧着工法は一般に注入工法に比べて空気が残ることが少なく、接着効果がよいとされるが、施工面に制約を受け、施工可能範囲が狭いこと、施工中の内空断面の支障量が大きいことなどの問題もあった。
【００１２】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、施工が容易で且つ施工面にあまり制約を受けることなく種々のコンクリート構造物に対応してその劣化部を補強することができるコンクリート構造物に鋼板補強工法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はコンクリート構造物の鋼板補強工法であり、前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。すなわち、本発明におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法は、第１に、梁、床版等のコンクリート構造物２０における曲げ補強をすべき構造部分に適当数の削孔２１を形成する工程と、外方に放射状に拡大可能な複数の係止片２２ｄを備える拡張体２２ｃを螺合したアンカーボルト２２を前記各削孔２１に挿入し、前記拡張体２２ｃの前記係止片２２ｄを放射状に広げて前記削孔内壁面に係止する工程と、前記各アンカーボルト２２が挿通する開口部２３ａを形成した鋼板２３をコンクリート構造物壁面と所定の間隔を開けて配置し、前記各開口部２３ａから突出する前記アンカーボルト２２の先端部にナット２５を螺着して固定する工程と、前記コンクリート構造物表面と前記補強鋼板との間隙に接着力を期待しないグラウト材２９を充填する工程とから構成されることを特徴とする。
【００１４】
この場合、前記削孔２１がその底部近傍に拡径部２１ａを備え、前記拡張体２２ｃの前記係止片２２ｄが広がる時前記拡径部２１ａ内に進入して係合するようにすることも好ましい。
【００１５】
更に、本発明におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法は、第２に、梁、床版等のコンクリート構造物２０における曲げ補強をすべき構造部分に適当数の削孔３０を形成する工程と、前記各削孔に接着剤３１を充填した後、アンカーボルト３２を接着剤が充填された前記各削孔３０に挿入して固定する工程と、前記各アンカーボルト３２が挿通する開口部２３ａを形成した鋼板２３をコンクリート構造物壁面と所定の間隔を開けて配置し、前記各開口部２３ａから突出する前記アンカーボルト３２の先端ネジ部にナット２５を螺着して固定する工程と、前記コンクリート構造物表面と前記補強鋼板との間隙に接着力を期待しないグラウト材２９を充填する工程とから構成されることを特徴とする。
【００１６】
この場合、前記各削孔３０に充填される接着剤３１にカプセル接着剤を使用することも好ましい。また、カプセル接着剤を用いる場合には前記アンカーボルトの削孔挿入側先端面を長手方向軸線に対して斜めに傾斜させておくことが好ましい。
【００１７】
【作用】
本発明におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法によると、最初に梁、床版等のコンクリート構造物２０における曲げ補強をすべき構造部分に適当数の削孔２１を形成する。その際、削孔の数については、この削孔にそれぞれ配置されるアンカーボルト２２の総数で補強効果を発揮することができる程度に鋼板２３を十分に支持し得ることを条件として適宜設計される。
【００１８】
次いで、外方に放射状に拡大可能な複数の係止片２２ｄを備える拡張体２２ｃを螺合したアンカーボルト２２を各削孔２１に挿入し、拡張体２２ｃの係止片２２ｄを放射状に広げて削孔内壁面に係止する。一般に、この種のアンカーボルト２２はボルト部分２２ａをスリーブ２２ｂに挿通し、このスリーブ２２ｂから突出した端部に拡張体２２ｃが螺合されて構成されている。そして、アンカーボルト２２を削孔２１に挿入した後ボルト部分２２ａを回転することにより拡張体２２ｃの係止片２２ｄを傘のように放射状に広がる作用力が付与され、これにより係止片２２ｄが削孔内壁に圧接し又は拡径部に係止する。
【００１９】
その後、各アンカーボルト２２が挿通する開口部２３ａを形成した鋼板２３をコンクリート構造物壁面と所定の間隔を開けて配置し、各開口部２３ａから突出するボルト部分２２ａの先端部にナット２５を螺着して固定する。次いで、コンクリート構造物表面と鋼板２３との間隙にグラウト材２９を充填する。
【００２０】
更に、本発明における別なコンクリート構造物の鋼板補強工法によると、コンクリート構造物における曲げ補強をすべき構造部分に適当数の削孔３０を形成した後、各削孔に接着剤３１を充填する。この場合、各削孔内にカプセル接着剤を挿入してもよい。カプセル接着剤としては、例えばガラス管内に樹脂系の接着剤が封入されたもの、又は紙袋にセメント系の接着剤が封入されたもの等が知られている。
【００２１】
このようにして接着剤が充填された各削孔に例えば異径鉄筋などからなるアンカーボルト３２が挿入される。各削孔に充填される接着剤としてカプセル接着剤を使用した時には、アンカーボルト３２の先端を斜めにカットしておくと、削孔への挿入時にアンカーボルト３２を回転させることで接着剤を撹拌でき、これにより接着剤の接着力を高めることができる。
【００２２】
なお、接着剤が硬化してアンカーボルト３２が削孔に強力に固定された後の鋼板の取付けは、前述した工法の場合と同じである。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明のコンクリート構造物の鋼板補強工法を図に示される実施例について更に詳細に説明する。図１及び図２は本発明の第１の実施例及び第２の実施例に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法についてそれぞれその原理を説明する構成説明図であり、図１はコンクリート構造物としてのコンクリート試験体２０に形成した削孔内に挿入したアンカーボルトを拡張体によって当該削孔に固定する例を示し、図２はコンクリート試験体２０に形成した削孔内に挿入したアンカーボルトを接着剤を用いて固定する例を示している。
【００２４】
第１の実施例に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法では、図１に示されるように最初にコンクリート試験体２０における曲げ補強をすべき構造部分に適当数の削孔２１を形成する。そして、各削孔２１の底部近傍に拡径部２１ａを形成する。このような各削孔２１内にアンカーボルト２２が挿入される。
【００２５】
このアンカーボルト２２は、ボルト部分２２ａとこれに外装されたスリーブ２２ｂと、このスリーブ２２ｂから突出したボルト部分２２ａの端部に螺合された拡張体２２ｃとから構成されている。この拡張体２２ｃには、外周面に複数の係止片２２ｄが形成され、各係止片２２ｄは拡張体２２ｃを回転させないようにした状態でボルト部分２２ａを回転すると、軸方向に動きながら傘のように放射状に即ち径方向外方に広がる。このようなアンカーボルト２２それ自体は公知のものであり、従ってこのアンカーボルト２２の詳細な説明は省略する。
【００２６】
各削孔２１へのアンカーボルト２２の挿入は、ボルト部分２２ａが挿通したスリーブ２２ｂ及びボルト部分２２ａに螺合した拡張体２２ｃを削孔２１内に圧入することでなされるが、その際、拡張体２２ｃのボルト部分２２ａに対する取付け位置は、その係止片２２ｄが削孔２１の拡径部２１ａに対応するように予め計算して設定されている。
【００２７】
その後、ボルト部分２２ａを回転して拡張体２２ｃの各係止片２２ｄを傘のように放射状に広げ、これにより各係止片２２ｃは削孔２１の拡径部２１ａに進入して係止される。次いで、各アンカーボルト２２が挿通する開口部２３ａを形成した鋼板２３をコンクリート試験体２０との間にスペーサ２４を介在させて配置する。そして、各開口部２３ａから突出するボルト部分２２ａの先端部にワッシャーを介在させた上でナット２５が螺着され、これを所定のトルクで締め付けて鋼板２３の固定が終了する。
【００２８】
そして、コンクリート試験体２０と鋼板２３との間隙はその全周囲に例えば急速硬化セメント等からなるシール材によってシール部２６が設けられ、これにより間隙内部が密閉される。その時、この間隙の一方の側部におけるシール部２６適所には空気抜きパイプ２７が取り付けられ、これに対向する他方の側部におけるシール部２６には注入パイプ２８が取り付けられる。その後、注入パイプ２８から間隙内部にグラウト材２９が充填される。
【００２９】
前述した第１の実施例では、削孔２１に拡径部２１ａを形成し、この拡径部２１ａにアンカーボルト２２の拡張体係止片２２ｄを進入させて係合するようにされたものであったが、削孔２１をストレートに形成し、係止片２２ｄを削孔２１内壁に圧接し、摩擦力を高めることにより固定する方法であってもよい。
【００３０】
第２の実施例に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法では、図２に示されるようにコンクリート試験体２０における曲げ補強をすべき構造部分に適当数の削孔３０を形成し、各削孔３０に接着剤３１が充填される。この場合、各削孔３０内に公知のカプセル接着剤を挿入してもよい。カプセル接着剤としては、例えばガラス管内に樹脂系の接着剤が封入されたもの、又は紙袋にセメント系の接着剤が封入されたもの等が知られている。
【００３１】
このようにして接着剤３１が充填された各削孔３０に例えば異径鉄筋などからなるアンカーボルト３２が挿入される。このアンカーボルト３２の先端部はネジ切り加工が施されている。各削孔３０に充填される接着剤としてカプセル接着剤を使用した時には、アンカーボルト３２の先端を図２に示されるように斜めにカットしておくと、削孔３０への挿入時にアンカーボルト３２を回転させることで接着剤を撹拌でき、これにより接着剤の接着力を高めることができる。
【００３２】
接着剤３１が硬化してアンカーボルト３２が削孔３１に強力に固定された後の鋼板２３の取付けは、前述した第１の実施例に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法の場合と同じである。しかし、この実施例では、アンカーボルト３２の先端ネジ部に螺合されたナット２５に角肉溶接が施され、鋼板２３に対する固定強度が高められている。
【００３３】
このような第１及び第２の実施例におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法から明らかなように、当該鋼板補強工法の標準的な施工フローは図３に示されるようになる。すなわち、本発明におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法は、図３に示されるように大きく分けて(1)アンカーボルト打設工程４０、(2)鋼板取付け工程５０、(3)グラウト注入工程６０となり、前記アンカーボルト打設工程は、位置出し工程４１、削孔工程４２、アンカーボルト打設工程４３で構成され、鋼板取付け工程は、鋼板取付け工程５１、ナット締め工程５２で構成され、最後のグラウト注入工程は、注入管セット工程６１、グラウト混練工程６２、圧入工程６３、及び養生工程６４で構成される。
【００３４】
本発明に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法の工法を確認するため、構造実験を実施した。試験概要及び試験結果の一部を表１、表２及び表３に示す。この構造実験は、図４及び図５に示されるような梁試験体７０により剪断スパン長を１００ｃｍとして、２点載荷方式の曲げ剪断試験とした。
【００３５】
表１は試験体のパラメータを示す。基準試験体は単調載荷したが、補強試験体は予め加力し、主筋の応力を３０００Ｋｇｆ／ｃｍ2とした状態で鋼板補強を施した。図６、図７、図８及び図９は各試験体の鋼板補強状態を示している。図６と図７において符号３３は補強鋼板２３の表面に形成されたグラウト注入孔を示している。
【００３６】
各表においてアンカー形式の項目の「拡張系」とは、図１に示されるように削孔に拡径部を形成して拡張体の係止片を係合させるようにしてアンカーボルトを固定し、また「接着系」とは図２に示されるように削孔にセメント系のカプセルを使用してアンカーボルトを固定したものである。
【００３７】
【表１】
0004104175.tif 000002
また、表２は鋼板及びアンカーボルトの機械的性質を示す。
【００３８】
【表２】
0004104175.tif 000003
表３は試験結果の一覧を示す。補強試験体の耐力は主筋降伏時で基準試験体の耐力の１．３倍〜２．７倍、最大荷重で１．９〜２．８倍となっており、本工法による十分な補強効果が確認された。また、破壊モードは基準試験体及び最も設置アンカーボルトの少ない補強試験体(NO.4)では曲げ破壊であるのに対し、その他の補強試験体は剪断破壊となっており、変化が認められた。
【００３９】
【表３】
0004104175.tif 000004
図１０、図１１、図１２、図１３、図１４及び図１５はそれぞれ前述した本発明に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法による実際のコンクリート構造物に適用した適用例をしている。図１０及び図１１はシールドトンネルに適用した例であり、シールドトンネルの構造体８０における劣化部８１に鋼板２３を前述した工法により固着したものである。図１２及び図１３はボックスカルバート８３に適用した例であり、劣化部８４に鋼板２３を前述した工法で固着したものである。図１４及び図１５は橋の桁８５に適用した例であり、同様に劣化部８６に鋼板２３を前述した工法で固着したものである。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法によれば、コンクリート構造物と鋼板との間隙に充填するグラウトに接着力を期待していないため、コンクリート構造物表面や鋼板に特別な前処理を必要とせず、また結露の影響や施工面の制約を受けず、広範囲に適用することができる。更に、本発明の補強工法ではアンカーボルトのサイズ、本数及び鋼板の厚さ、設置ピッチの選定により必要な耐力に応じた補強ができ、また拡張系のアンカーボルトを使用すれば打設後の養生も不要で、すぐに鋼板の取付け及びグラウト注入を行うことができる。
【００４１】
更に、拡張系アンカーボルトの内、削孔に拡径部を形成して、この拡径部に係止片を進入させるものでは、非常に高い剪断力を有するため、所要の補強効果を得るために必要なアンカーボルトの本数を少なくでき、構造物の損傷を押さえることができる。また、このような削孔の拡径部に係止片を進入させて係止するアンカーボルトボルトにあっては高い軸力を導入できるため鋼板とコンクリート構造物との一体性を圧着力によって高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリート試験体に形成した削孔内に挿入したアンカーボルトを拡張体によって固定した本発明におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法の一例を示す断面図である。
【図２】コンクリート試験体に形成した削孔内に挿入したアンカーボルトを接着剤を用いて固定した本発明におけるコンクリート構造物の鋼板補強工法の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法の標準的な施工フローチャート図である。
【図４】本発明に係るコンクリート構造物の鋼板補強工法の工法を確認するための構造実験に使用した梁試験体の正面図である。
【図５】図４に示される梁試験体の側面図である。
【図６】試験体の鋼板補強状態を示す平面図である。
【図７】試験体の鋼板補強状態を示す平面図である。
【図８】試験体の鋼板補強状態を示す平面図である。
【図９】試験体の鋼板補強状態を示す平面図である。
【図１０】本発明の鋼板補強工法でシールドトンネルの劣化部を鋼板で補強した状態を概略的に示す構成説明図である。
【図１１】図１０の１１−１１線に沿って得たシールドトンネル内面の鋼板補強部を示す平面図である。
【図１２】本発明の鋼板補強方法でボックスカルバートの劣化部を鋼板で補強した状態を概略的に示す構成説明図である。
【図１３】図１２の１３−１３線に沿って得たボックスカルバート内面の鋼板補強部を示す平面図である。
【図１４】本発明の鋼板補強方法で橋の桁における劣化部を鋼板で補強した状態を概略的に示す構成説明図である。
【図１５】図１４の１５−１５線に沿って得た橋桁下面の鋼板補強部を示す平面図である。
【図１６】従来の注入工法によるコンクリート構造物鋼板補強部を示す断面図である。
【図１７】従来の圧着工法によるコンクリート構造物鋼板補強部を示す断面図である。
【図１８】従来のコンクリート構造物鋼板補強工法でトンネル構造体の劣化部を補強した状態を概略的に示す構成説明図である。
【図１９】図１８の１９−１９線に沿って破断してトンネル構造体内面の鋼板補強部示す平面図である。
【符号の説明】
２０  コンクリート試験体（コンクリート構造物）
２１、３０  削孔
２１ａ  拡径部
２２、３２  アンカーボルト
２２ａ  ボルト部分
２２ｂ  スリーブ
２２ｃ  拡張体
２２ｄ  係止片
２３  鋼板
２３ａ  開口部
２４  スペーサ
２５  ナット
２６  シール部
２７  シール部
２８  注入パイプ
２９  グラウト材
３１  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３】
0004104175.tif 000007
【図４】
0004104175.tif 000008
【図５】
0004104175.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004104175.tif 000016
【図１３】
0004104175.tif 000017
【図１４】
0004104175.tif 000018
【図１５】
0004104175.tif 000019
【図１６】
0004104175.tif 000020
【図１７】
0004104175.tif 000021
【図１８】
0004104175.tif 000022
【図１９】
0004104175.tif 000023