(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱部分に壁部分が一体に形成されたコンクリート構造物において柱部分を補強する方法であって、
（ａ）柱部分に連接した壁部分に貫通穴を穿設する工程、
（ｂ）壁部分にて分割された柱部分の各側に強化繊維シートを貼り付ける工程、
（ｃ）管状部材に複数本の強化繊維を配置した強化繊維アンカーを、前記貫通穴を貫通して設置する工程、
（ｄ）前記強化繊維アンカーの前記管状部材内に樹脂を注入し、前記強化繊維に樹脂を含浸させる工程、
（ｅ）前記樹脂の可使時間内に前記管状部材を除去する工程、
（ｆ）前記強化繊維の両端部を前記強化繊維シートの各端部に位置させ、次いで、各端部を扇形状に拡開し、強化繊維の両端部を樹脂にて前記強化繊維シートに接着する工程、
（ｇ）前記樹脂を硬化する工程、
の各工程を有することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法。
【請求項２】
前記強化繊維シートは、支持体と、支持体上に配列された強化繊維とを有することを特徴とする請求項１のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項３】
前記強化繊維アンカーは、管状部材と、管状部材内に配列された強化繊維とを有することを特徴とする請求項１又は２のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項４】
前記管状部材は、金属製或いは樹脂製パイプとされることを特徴とする請求項３のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項５】
前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維を含む有機繊維、又はチタン繊維、ステンレススチール繊維、鉄繊維を含む金属繊維を単独で、又は複数種を混合して使用することを特徴とする請求項２、３又は４のコンクリート構造物の補強方法。
【請求項６】
前記樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、又はラジカル反応系樹脂であることを特徴とする請求項２〜５のコンクリート構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、壁の付いた柱や梁、或いは壁式橋脚など、建築或いは土木構造物であるコンクリート構造物の補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、橋脚、地下鉄の中柱、建築物の柱などの柱状体、特に鉄筋コンクリート（ＲＣ）或いは鉄骨鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）にて建造されたコンクリート柱のような構造物を補強する方法としては、コンクリート柱の回りに鉄筋コンクリートを巻き立てる方法、鋼板を貼り付ける方法などがある。
【０００３】
鉄筋コンクリート（ＲＣ）を巻き立てる方法は、重量が増加する、新たに断面の面積が増加する、現場にてコンクリート打設を行うために養生期間が長く、工期が長いなどの問題がある。鋼板を貼り付ける方法は、貼り付けた鋼板を互に溶接するか或はボルト締めにて接合する作業が必要であり、又、鋼板の重量が重く、作業性が悪いなどの問題がある。
【０００４】
そこで、近年、コンクリート柱の周りに炭素繊維シートを巻き付ける補強方法が提案されている。
【０００５】
つまり、図７に示すように、炭素繊維ｆを一方向に配列して構成される、幅（ＷO ）２０〜５０ｃｍの連続した長尺の炭素繊維シート１０をコンクリート柱１００の周りに所定巻き数だけ巻き付けたり、或いは、コンクリート柱１００の周長より短い、幅（ＷO ）２０〜５０ｃｍ、長さ１〜２．５ｍの寸法に裁断された強化繊維シート１０を複数枚使用し、各シート１０の端部が互いに重なるようにして、所定枚数だけ、必要に応じて、複数層となるように積層して巻き付け、強化繊維シート１０に樹脂を含浸し、樹脂を硬化することによって行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば図８に示すように、壁（袖壁）１０１が付いた柱１００、所謂、袖壁付柱などの補強をする場合には、一旦袖壁１０１を壊し、柱１００に炭素繊維シート１０を連続してコンクリート柱１００の周りに巻き付けて補強し、巻き付け後において袖壁１０１の復旧工事を行っていた。このような補強方法は、煩雑であると共に、施工期間が長くなるといった問題がある。
【０００７】
そこで、袖壁付柱１００の補強は、図８及び図９に示すように、袖壁１０１にて分割された柱１００の両側において、柱１００のほぼ半周分にそれぞれ炭素繊維シート１０をコの字形に巻き付け、炭素繊維シート１０の両端部をアンカーボルト１０２及びＬ形アングル１０３などにて柱１００に固定する方法が採用されている。この方法は、袖壁１０１を壊し、又復旧するといった手間はないが、Ｌ形アングルの加工が必要であり、又アンカーボルト１０２の固定作業などが煩雑であり、施工に手間が掛かるといった問題を有すると共に、柱の両側で炭素繊維シート１０が断続し、連続しておらず、閉鎖形に巻き付けることが出来ず補強効果の点で問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、袖壁付柱、梁などのコンクリート構造物においても、連続強化繊維シートを巻き付けた場合と同様の補強効果有し、施工が容易であり、施工期間を短縮することのできる強化繊維シートによるコンクリート構造物の補強方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る強化繊維シートによるコンクリート構造物の補強方法にて達成される。要約すれば、本発明は、柱部分に壁部分が一体に形成されたコンクリート構造物において柱部分を補強する方法であって、
（ａ）柱部分に連接した壁部分に貫通穴を穿設する工程、
（ｂ）壁部分にて分割された柱部分の各側に強化繊維シートを貼り付ける工程、（ｃ）管状部材に複数本の強化繊維を配置した強化繊維アンカーを、前記貫通穴を貫通して設置する工程、
（ｄ）前記強化繊維アンカーの前記管状部材内に樹脂を注入し、前記強化繊維に樹脂を含浸させる工程、
（ｅ）前記樹脂の可使時間内に前記管状部材を除去する工程、
（ｆ）前記強化繊維の両端部を前記強化繊維シートの各端部に位置させ、次いで、各端部を扇形状に拡開し、強化繊維の両端部を樹脂にて前記強化繊維シートに接着する工程、
（ｇ）前記樹脂を硬化する工程、
の各工程を有することを特徴とするコンクリート構造物の補強方法、である。
【００１０】
本発明の一実施態様によれば、前記強化繊維シートは、支持体と、支持体上に配列された強化繊維とを有し、前記強化繊維アンカーは、管状部材と、管状部材内に配列された強化繊維とを有する。又、前記管状部材は、金属製或いは樹脂製パイプとされる。
【００１１】
好ましくは、前記強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維を含む有機繊維、又はチタン繊維、ステンレススチール繊維、鉄繊維を含む金属繊維を単独で、又は複数種を混合して使用することができ、又、前記樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、又はラジカル反応系樹脂とし得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る強化繊維シートによるコンクリート構造物の補強方法を図面に則して更に詳しく説明する。図１を参照して、本発明の補強方法を、断面が矩形とされる袖壁付コンクリート柱１００に適用した場合について説明する。
【００１３】
本発明に従うと、袖壁１０１を有するコンクリート柱１００には、袖壁１０１にて分割されたコンクリート柱１００の両側において、例えば２５ｃｍ、３３ｃｍ或いは５０ｃｍなどとされる所定幅Ｗの強化繊維シート１０がコンクリート柱１００のほぼ半周にわたってコの字形に貼り付けられる。強化繊維シート１０は、コンクリート柱１００の長手方向に沿って所定のピッチＰにて貼り付けられる。又、コンクリート柱１００の両側の各強化繊維シート１０は、対応する配置関係、即ち、同一円周上に対をなして位置している。図１（Ａ）に示す態様では、Ｗ＝Ｐ、即ち、各側の一連の強化繊維シート１０は互いに隣接して配置されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１（Ｂ）に示すように、Ｗ＜Ｐとすること、即ち、各強化繊維シート１０を互いに離間して配置することもできる。
【００１４】
コンクリート柱１００の外周面は、好ましくは、プライマなどを塗布するなどの表面処理を施し、その後、強化繊維シート１０を樹脂、即ち、接着剤にて貼り付ける。その方法としては、例えば、
（１）強化繊維シート１０の片面或いは両面に接着剤を塗布し、強化繊維シート１０に接着剤を含浸させた後、コンクリート柱１００の外周面に貼り付ける。
（２）コンクリート柱１００の外表面に接着剤を塗布し、その上から強化繊維シート１０を巻き付け、強化繊維シート１０に接着剤を含浸させる。必要に応じて、更に強化繊維シート１０表面に接着剤を更に塗布する。
などがある。
【００１５】
このようにしてコンクリート柱１００に必要積層数だけ貼り付けられた強化繊維シート１０は、必要に応じて加熱することにより、含浸された接着剤を硬化する。
【００１６】
強化繊維シート１０は、図５（ａ）及び（ｂ）を参照すると、その一実施例が示されるが、支持体１１上に連続した強化繊維ｆを、例えば接着剤１２を介して一方向に配列して形成される。
【００１７】
支持体１１としては、ガラスクロス、ガラスペーパ（不織布）、アラミド繊維クロス、或いはアラミド不織布などが使用される。支持体１１の厚さ（ｔ1 ）は、１〜５００μｍ、好ましくは５〜１００μｍ、接着剤１２の厚さ（ｔ2 ）は１〜１００μｍ、好ましくは１０〜３０μｍとされる。
【００１８】
強化繊維シート１０は、全体の厚さ（Ｔ）が０．０５〜５ｍｍ、幅（Ｗ）が２〜１００ｃｍ、例えば上述したように、２５ｃｍ、３３ｃｍ、５０ｃｍなどとされる。
【００１９】
強化繊維ｆとしては、炭素繊維が好適であり、ＰＡＮ系繊維、ピッチ系繊維などを使用することができる。強化繊維ｆは、炭素繊維のみに限定されるものではなく、その他に、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維を含む有機繊維、又はチタン繊維、ステンレススチール繊維、鉄繊維を含む金属繊維、などを使用することもできる。又、必要に応じて、斯かる繊維を複数種混入してハイブリッドタイプとして使用することも可能である。
【００２０】
強化繊維ｆの物性に関して、弾性率は、好ましくは、０．３×１０6 ｋｇｆ／ｃｍ2 以上、５．０×１０6 ｋｇｆ／ｃｍ2 以下とされる。
【００２１】
強化繊維シート１０に塗布する接着剤、即ち、強化繊維ｆに含浸させるマトリクス樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂などの熱硬化性樹脂、又、所望に応じてポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂、更にはＭＭＡ樹脂などのラジカル反応系樹脂などを使用することができる。
【００２２】
このとき、接着剤（樹脂）が含浸された強化繊維シート１０の強化繊維体積含有率、即ち、（強化繊維ｆの体積）／（強化繊維ｆの体積＋含浸された接着剤の体積）×１００（％）は、１０％（体積）以上、７０％（体積）以下とされる。強化繊維含有率が１０％（体積）未満では、必要繊維量を確保するための強化繊維シート１０の厚み（Ｔ）が厚くなる。
【００２３】
本発明に従えば、図３及び図４をも参照するとより良く理解されるように、袖壁１０１部分には、コンクリート柱１００に貼り付けられた強化繊維シート１０に対応して直径１０〜３０ｍｍ程度の穴１０４が貫通して形成される。この穴１０４は、出来るだけ柱１００側に穿設するのが好ましい。又、この穴１０４は、円形である必要はなく、柱１００側が平面とされるＵ字形状でも良く、又、矩形穴でも良い。
【００２４】
上記袖壁１０１に穿設された穴１０４を介して本発明に従った強化繊維アンカー１が設置される。次に強化繊維アンカー１について説明する。
【００２５】
図６に、本発明の強化繊維アンカー１の一実施例を示す。本実施例にて、所謂、強化繊維アンカー１は、多数本の強化繊維ｆを有する強化繊維束２と、この強化繊維束２を囲包して配置された管状部材４と、を有する。つまり、管状部材４は、その中心穴６を貫通して強化繊維束２が延在して配置され、管状部材４と強化繊維束２との間には、詳しくは後で説明するように、樹脂が注入されるに十分な空隙が保持されている。
【００２６】
強化繊維束２は、一般には、強化繊維ｆを平行状態に配列して作製される。すなわち、所定本数の強化繊維ｆを平行に或いは緩く撚りを掛けて収束して作製されるストランド（強化繊維束）を更に平行に或いは緩く撚りを掛けて複数本束ねることによって作製される。
【００２７】
強化繊維ｆとしては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミックス繊維を含む無機繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維を含む有機繊維、又はチタン繊維、ステンレススチール繊維、鉄繊維を含む金属繊維を単独で、又は複数種を混合して使用することができる。各種物性の繊維を混合して用いることにより、各繊維の特徴が引張応力の各レベルで発揮され良好な変形性能を得ることができる。例えばアラミド繊維などの破断延びが大きい繊維と、炭素繊維などの弾性率が大きい繊維を混合すると、初期弾性が高く且つ破断延びの大きい複合体ができる。
【００２８】
通常、コンクリート構造物のための強化繊維アンカー１としては、炭素繊維が好適に使用され、ＰＡＮ系、ピッチ系、その他、いずれのタイプの炭素繊維であっても構わない。好ましくは、強度が１００Ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、弾性率が１０Ｔｏｎｆ／ｍｍ2 以上とされる高強度、高弾性の炭素繊維が使用される。有機繊維が使用される場合には、この有機繊維は、強度が１００Ｋｇｆ／ｍｍ2 以上、弾性率が２Ｔｏｎｆ／ｍｍ2 以上であるのが好ましい。
【００２９】
一方、前記管状部材４は、種々の材料及びサイズのものとすることができ、一般に、中心穴６の内径が２〜１００ｍｍ、肉厚は０．０１ｍｍ〜５０ｍｍとされ、鋼管などの金属製パイプとすることもできるが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、塩化ビニール、ゴム系樹脂などの樹脂材料で作製したパイプとすることもできる。
【００３０】
本発明に従ったコンクリート構造物の補強方法によれば、樹脂未含浸の強化繊維アンカー１は、所望寸法に切断され、このとき強化繊維束２は、図１及び図４に図示するように、両側端部より、例えばＬ1 ＝１〜１０ｃｍ程度突出されているのが、後の作業上好ましい。この状態で、強化繊維アンカー１は、袖壁１０１に穿設した壁穴１０４へと挿入する。この状態を図３に示す。
【００３１】
次に、強化繊維アンカー１の管状部材４内へと樹脂を注入し、管状部材４中の強化繊維束２に樹脂を含浸させる。使用する樹脂は、前に説明した強化繊維シート１０に含浸する樹脂と同じとすることが出来、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ系樹脂、又は、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン系樹脂などのラジカル反応系樹脂を好適に使用し得る。
【００３２】
管状部材４内への樹脂注入が終わると、樹脂が可使状態のうちに、管状部材４のみを壁穴１０４から取り出す。次いで、樹脂含浸された強化繊維アンカー１の壁穴１０４より外方へと突出している両端部３を、コンクリート構造物に貼り付けられた強化繊維シート１０の両端部上に押しつけ、図４に示すように、扇形状に開き、強化繊維シート１０上に、好ましくは強化繊維シート含浸樹脂と同じ樹脂にて貼り付け、硬化する。強化繊維アンカー１を強化繊維シート１０に貼り付ける作業は、強化繊維束２に樹脂を含浸された樹脂が可使状態のうちに行うのが好ましい。
【００３３】
これにより、コンクリート柱１００に貼り付けられた強化繊維シート１０は、強化繊維アンカー１によって互いに連結され、一体となり、強化繊維シート１０を柱に巻き付けたと同様の効果を達成し得る。即ち、本発明によれば、壁に小さな穴１０４を開けるだけで、コンクリート柱１００の両側に貼り付けられたコの字形の両強化繊維シート１０を強化繊維アンカー１にて接続し、疑似閉鎖型の補強を可能とすることが出来る。又、施工期間も従来に比し短くて済む。
【００３４】
本発明にて、強化繊維シート１０の幅と、強化繊維アンカー１の端部３の長さ及び強化繊維束２の本数などは、強化繊維アンカー端部３を扇形状に開いて強化繊維シート１０上に有効に固定されるように適宜選択される。このとき、扇形の形状については、以下の点から決定される。
（１）扇の角度があまり大きいと糸に伝わる力の効率が落ち、結果的にシートに発生する張力を負担できなくなる。
（２）扇の長さが長くなれば、小さな角度でも比較的大きなシート幅（Ｗ）を分担できるが、通常建築物のＲＣ柱幅は７０〜９０ｃｍ程度であるため、壁の位置により扇の長さは制限される。
【００３５】
一例を挙げれば、強化繊維アンカー１は、図１にて、外径（Ｄ１）が２０ｍｍ、内径（Ｄ２）が１０ｍｍ、長さ（Ｌ１）が５００ｍｍとされ、強化繊維束２としては、ＰＡＮ系炭素繊維２４０００本からなる繊維束（ストランド）を８５本一方向に平行に配列して使用した。炭素繊維の強度は、４９０Ｋｇｆ／ｍｍ２、弾性率２４Ｔｏｎｆ／ｍｍ２、両端部の突出長さ（Ｌ２）は１００ｍｍとした。
【００３６】
上記実施例では、コンクリート柱１００の両側に貼り付けられた両強化繊維シート１０は、１本の強化繊維アンカー１を使用して接続するものとしたが、複数本を用いて接続することも可能である。
【００３７】
又、上記実施例では、壁部分を有する柱部分は、袖壁付コンクリート柱１００であるとして説明したが、壁付柱部分は、壁を有する梁、桁であっても良く、更には壁式橋脚などとすることもでき、これら壁付柱部分にも本発明の補強方法を適用し、上記実施例で説明したと同様の作用効果を達成し得る。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る強化繊維シートによるコンクリート構造物の補強方法は、柱部分に壁部分が一体に形成されたコンクリート構造物において、柱部分に連接した壁部分に貫通穴を穿設し、この貫通穴に強化繊維アンカーを設置し、この強化繊維アンカーの強化繊維の両端部を樹脂にて、コンクリート柱部分に貼り付けた強化繊維シートを連結する構成とされるので、袖壁付柱、梁などのコンクリート構造物においても、連続強化繊維シートを巻き付けた場合と同様の補強効果有し、施工が容易であり、施工期間を短縮することができる、という効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る補強方法を説明するための袖壁付コンクリート柱の斜視図であり、図１（Ａ）は強化繊維シートを互いに隣接して貼り付けた態様を示し、図１（Ｂ）は強化繊維シートを互いに離間して貼り付けた態様を示す。
【図２】図１に示す袖壁付コンクリート柱の平面図である。
【図３】コンクリート柱の両側に貼り付けた強化繊維シートを強化繊維アンカーにて連結する態様を説明する図である。
【図４】コンクリート柱の両側に貼り付けた強化繊維シートを強化繊維アンカーにて連結する態様を説明する図である。
【図５】強化繊維シートの構造を説明するための図で、図５（ａ）は断面図で、図５（ｂ）は斜視図である。
【図６】強化繊維アンカーの構造を説明するための斜視図である。
【図７】従来のコンクリート柱の補強方法を説明するための斜視図である。
【図８】従来の袖壁付コンクリート柱の補強方法を説明するための斜視図である。
【図９】従来の袖壁付コンクリート柱の補強方法を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１                          強化繊維アンカー
２                          強化繊維束
４                          管状部材
１０                        強化繊維シート
１１                        支持体
１２                        接着剤
１００                      コンクリート柱
１０１                      袖壁
１０４                      壁穴
【図１】
0003806252.tif 000002
【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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【図９】
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