フジタ技術研究報告第 51 号 2015 年

地震により損傷した壁部材の応急復旧後の力学的性状平野

概勝識笹谷輝勝

要

地下ボックスカルバートや擁壁などの壁構造物は、大規模地震に備えせん断補強が数多く実施されている。しかし、それらの構造物が未曽有の地震で大きな損傷を受けたとき、復興の動脈となるインフラ系施設は代替手段を講じることが難しく、緊急車両や復興物資の輸送を通行させるため、本復旧の前に応急復旧し供用することが予想される。一方、地下構造物は高架橋等の地上構造物に比べ、構造物外部からのアクセスが困難であることなど、厳しい施工制約が予想される。そこで、地下構造物をモデル化した実大規模の壁構造物の試験体を用いて、一定の施工制約を想定し、樹脂注入等で応急復旧を行なった場合の力学性状について、実験的に検討を行なった。その結果、主筋の座屈をともなう損傷部に対して部分的にエポキシ樹脂注入等の補修を行なった場合でも、耐力回復が可能であり、一般的な補修方法の剥落したかぶりコンクリートを撤去し新たなコンクリートに置き換え打設するよりも、剥落したかぶりコンクリートを残置した状態でエポキシ樹脂をひび割れ部に充填し、鉄筋との付着を回復させた方が耐力、靱性ともに有効であることがわかった。

Experimental study into the mechanical behavior of a reinforced concrete wall
repaired after being damaged by earthquakes

Abstract

Many earthquake reinforcement works have been carried out on underground structures such asbox culverts and retaining walls. But in the aftermath of a major earthquake, this infrastructure will
be used by emergency traffic and for transport of relief goods. However underground structures are
more difficult to approach from outside than other structures due to limitations in repair works andtime. We tested full size wall members that were badly damaged by huge earthquake and subjected toemergency repairs. As a result, the method to inject epoxy resin to limited parts was more effective forstrength and ductility recovery than replacing the covering concrete for the damaged section with thebuckling main bar.

キーワード： 応急復旧、エポキシ樹脂注入、断面修復、力学的性状、実大実験－1－－1－䝣䝆䝍ᢏ⾡◊✲ሗ࿌㻌 ➨ 㻡㻝 ྕ§䠍䠊䛿䛨䜑䛻ᇶᮏᐃ╔㛗䜢‶㊊䛩䜛䜘䛖䝇䝍䝤㧗䛥䜢タᐃ䛧䛯䠊୺㕲➽➃㻌㒊䛾䝇䝍䝤ෆ䜈䛾ᐃ╔䛿䚸኱ኚᙧ㡿ᇦ䜎䛷ຍຊ䛩䜛䛣䛸䜢㏆ᖺ䚸኱つᶍᆅ㟈䛻ᑐᛂ䛧ᅵᮌᵓ㐀≀䛾⪏㟈⿵ᙉ䛜ᐇ⪃៖䛧䚸ᢡ䜚᭤䛢ᐃ╔䛾௦᭰䛸䛧䛶䚸୺㕲➽䛻䛿䝇䝍䝤ୖ㠃᪋䛥䜜䛶䛔䜛䚹䝪䝑䜽䝇䜹䝹䝞䞊䝖䛾䜘䛖䛺ቨᵓ㐀≀䛻ᑐ䛧

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表 1 試験体諸元

主鉄筋
鋼種
本数－径

引張
鉄筋比pt（%）

SD345
10－D320.62

せん断補強鉄筋
配力鉄筋
せん断鋼種
補強鉄筋
鋼種
径@間隔
比径pw（%）
SD345SD3450.25
D16D19@250

実験時のコンクリート圧縮強度（N/mm2）

せん断スパン比a/d

壁部

スタブ

断面修復

26.527.639.72.5

表 2 鉄筋の引張試験結果

鋼種

鉄筋
径

降伏点（N/mm2）

引張強さ（N/mm2）

弾性係数（kN/mm2）

降伏ひずみ（μ）

伸び（%）

主鉄筋

SD345

D32379569197

2,06221

せん断補強鉄筋SD345

D16387572202

2,10025

配力鉄筋

SD345

D19366529202

1,90420

鉄 筋るため、空圧の定荷重装置を設置した。
加力サイクルは、図 3 に示すように、ひび割れ発生時で 1 回、主鉄筋のひずみが 1,000μ時（鋼種 SD345 の降ひずみの半分程度）で 1 回繰り返し載荷を行った。その後は主鉄筋の降伏ひずみ 2,062μに達した変位量をδyと定め、δy～4δy まで 3 回繰り返し載荷を行い、5δy以降は各繰り返し回数を 1 回とした。なお、No.1R 試験体も No.1 試験体と同じ降伏変位単位（水平変位 10.0mm）を基準とした変位サイクルで載荷を行った。なお、軸力は計画交通量区分が N7 の舗装厚と土かぶり 5m を想定しても、約 0.1N/mm2 と非常に低いレベルとなるため載荷を省略している。この想定軸力算出は、日本道路協会の「道路土工 カルバート工指針」および「舗装設計施工指針」を参考にしている。
荷重 PH- 1( 2)42δ y1δy3δ y6δy4δ y 5δy

壁内空側0（ 断面 修 復 + 注2 90

水平 変 位D H-2 S(N )壁外側（注入）-4-8

1 ,20 01, 20 0

水平変位／δ
水平変位［δyy ］

8a= 2,0 00

10δ y9δ y8δ y7δ y

9 0012正水 平 変位
DH -1S (N)

写真 1 加力装置

1 ,10 02, 29 0

負-1201020304050STEP（回）STEP［回］

単位：m m図 3 加力サイクル

図 4 加力・測定位置－3－フジタ技術研究報告 第 51 号

ら容易に確認できる斜めひび割れは、内空側からは軽微

3.2 計測方法
計測項目は、荷重、壁部水平変位とした。No.1 試験体なひび割れとして確認できるレベルであった。ひび割れは主鉄筋の降伏判定のため主鉄筋ひずみを計測した。荷注入は実施工でも内空側からの削孔注入で充填可能と重の測定には、ロードセル（ひずみ変換型）を用いた。

思われる基部のひび割れ幅の大きな箇所に削孔し、壁両荷重および変位測定位置を図 4 に示す。水平変位の測定面からエポキシ樹脂を注入した。注入数量は 80 リット

位置は、荷重載荷点位置（スタブ上面より 2,000mm のル程度となった。

高さ）および壁厚と同じ高さ（1D）の 900mm とした。

（2）せん断補強筋修復
壁の主鉄筋の座屈を拘束していたせん断補強筋は§４．実験結果

No.1 加力終了までに降伏し、90 度フック側は曲げ戻されていた。そのため、戻された 90 度フックを切断し、ねじ節定着用のプレート金物を設置した。一方、地山側

4.1 初期加力における破壊性状
写真 2 に No.1 の実験後の破壊状況を示す。No.1 試験

はせん断補強筋が 90 度フックの場合、抜け出しで補強体の破壊履歴は基部の曲げひび割れ、変位 10mm で主鉄効果の低下が予想された。そのため、かぶりコンクリー筋降伏を経て、主鉄筋の座屈、変位 60mm でかぶりコントが剥落した領域の 8 本のせん断補強筋の内空側 180 度クリート剥落に続いて耐力低下に至った。最終的には正フック近傍にφ50mm の削孔を行い、端部に定着金具を側で+100mm、負側で-80mm までの加力を実施した。全設置した SD345、D16 のせん断補強筋を設置し、せん断体挙動は曲げ降伏後の主鉄筋座屈を伴う圧縮破壊であ補強量の回復を図った（写真 3（1））。

る。

（3）断面修復

4.2 補修方法の検討から実施した。No.1 加力で剥落したかぶりコンクリート

断面修復は応急復旧で施工可能と考えられる内空側
補修はボックスカルバート内空側からのみ施工可能を撤去し、型枠を設置しコンクリートを打設した（写真であるとの制約を仮定し、緊急供用のための応急復旧を3（2））。コンクリートは呼び強度 24N/mm2 の早強コ念頭に補修仕様を下記（1）～（3）の 3 工種に設定した。

ンクリートとした。試験時の圧縮強度は 39.7N/mm2 であ補修では、座屈した主鉄筋や、せん断ひび割れによる壁り、壁本体のコンクリート強度より 4～5 割程度高い強厚増加は修正せずにそのままの状態で補修を行った。初度となっている。

期加力と断面修復で増加した壁厚は 50mm 程度である。
試験体残留変位は油圧ジャッキで強制的にゼロに戻した。座屈した主鉄筋は既往の研究 3)、4) から精度の高い修追加せん断補強筋正が困難であり、修正により更なる損傷を与えるリスクを考慮し修正していない。
（1）ひび割れ注入
ひび割れ注入箇所は壁基部から壁厚 900mm 程度（1D90 度フック
修正せん断補強筋区間）までの高さを対象とした。これは、地震被災後の内空側からの目視検査では、壁の中部領域はひび割れ幅（1）せん断補強筋の修復が小さいため、補修対象とならないと判断した。側面か（2）壁外側（2）内空側の断面修復

写真 2 最終破壊状況（No.1 試験体）

写真 3 試験体の補修（1）壁内空側－4－

地震により損傷した壁部材の応急復旧後の力学的性状

位 10mm 時の荷重を示しているが、No.1R 試験体の荷重4.3 再加力実験における破壊性状
写真 4 に No.1R 試験体の実験後の状況を示す。No.1Rは、損傷により初期剛性が低くなることから No.1 試験試験体は断面修復コンクリートの曲げひび割れ発生後体の 54～62％となった。これは、ひび割れ注入補修を壁は、基部 1D 区間より上部に発生していたひび割れ未注下部の 1D 区間に限定しているためと思われる。これに入の斜めひび割れが開口し、試験体中間部で変形量の大対して、最大荷重は No.1R 試験体は No.1 試験体の 1.14部分を占める状態が続く。その後、-8δy（-80mm)で断～1.18 となった。これは、補修により壁基部断面が若干面修復コンクリートの剥落断面修復部の剥落とともに増加していることもあるものの、壁基部を限定補修する耐力低下を示した。かぶり剥落により補修せん断補強筋ことでひび割れ注入が到達していない壁上方へ塑性ヒの定着金具が露出したが、荷重低下が緩やかであることンジが移動し、実質シアスパンが減少したためと考えらから、内部コンクリートを拘束する効果は保持されていれる。

ると推察される。写真 4（1）の壁側面からも補修によっ

図 7 の包絡線でも明らかなように、No.1 試験体は正負とて損傷領域が壁基部から壁中間部へ移動していることもに±7δy（±70mm)でかぶりコンクリートの剥落ととがわかる。No.1R 試験体の断面修復した壁内空側は修復もに荷重低下をお越し、以降主鉄筋の座屈が発生し、±コンクリートが全面的に剥落したが、壁外側は注入樹脂それに対して No.1R10δ（±100mm)で実験を終了した。
yによりかぶりコンクリート剥落などの損傷は認められ試験体は、負側は-8δy（-80mm)で断面修復コンクリーなかった。

トの剥落とともに緩やかに荷重低下するものの、正側は大変形領域でも耐力を維持し最終的には実験装置の制4.4 耐力および変形性能の比較約から±16δy（±160mm)で加力を終了した。この高い試験結果一覧を表 3 に示す。また、図 5 に No.1 試験

靭性能の要因としては、正側で圧縮縁となる側は、健全体の荷重変位履歴を、図 6 に No.1R 試験体の荷重変位のな No.1 試験体実験で剥離したかぶりコンクリートを樹履歴曲線を示す。図 7 に No.1 試験体と No.1R 試験体の脂注入で接着した側であり、高い圧縮力を受けてもかぶ荷重変位包絡線を示す。

りコンクリートが剥離に至らなかったことが原因であ表 3 には No.1 試験体の主鉄筋降伏変位である水平変ると考えられる。図 8 に試験体の鉛直変位と加力点変位
表 3 試験結果一覧

試験体名

No.1

No.1R

加力方向
正負正
No.1 比
負No.1 比（1）壁側面

曲げひび割れ発生時
Pcr（kN）
297-297-------------

δcr（mm）
0.7-0.7-------------

水平変位
10mm 時荷重P’y（kN）
1160
-1147
722
0.62-6250.54

主鉄筋
降伏ひずみ到達時
Py
δy（kN） （mm）
1160
10.0-1062-8.6-------------------------（2）壁内空側
写真 4 最終破壊状況（No.1R 試験体）

－5－

最大荷重時
Pmax
（kN）
1,290
-1,266
1,521
1.18-1,437
1.14（3）壁外側

δmax（mm）
17.2
-48.9
29.7
1.73-69.4
1.42

フジタ技術研究報告 第 51 号の関係の包絡線を示す。No.1 試験体は軸力を作用させて1600いないため、変形に応じて軸方向に伸張し、±6δy（±120060mm)でピークを迎えると同時に耐力低下した。No.1 試

水平荷重（ kN)

800

験体負側は-8δy～-12δy（-60～-120mm)にかけて緩やか400にピークを迎えている。一方、No.1 試験体正側は軸伸長0が低下する兆候もなく単調増加している。No.1 試験体負-400側の終局挙動が緩やかな理由は、大変形領域においても-800-1200

かぶりコンクリートがエポキシ注入樹脂により維持さ

No.1-1600-180 -150 -120 -90 -60 -300306090

れ主鉄筋を拘束するためと考えられる。

120 150 180

加力点変位(mm)4.5 補修による変形挙動への影響
実験では、試験体加力変位（高さ 2000mm）の他に壁図 5 No.1 荷重変位履歴曲線

厚相当の高さ（900mm）における水平変位を計測してい水平荷重（ kN)

16001200る。図 9 に加力点変位を基準とした壁厚高さでの変形割800合を示す。図中には壁体が剛体変形をしたと仮定したと400きの値（900mm/2000mm＝45％）を水平線で示している。

0

また、実験で採用したひび割れ注入などの補修による試-400

験体の剛域変化に起因する変形挙動の変化のイメージ-800を図 10 に示す。図 9 から、剛体変形ラインを上回る場-1200-1600-180 -150 -120 -90 -60 -30

0306090No.1R

合は、壁厚高さ以下での変形が卓越し、剛体ラインを下120 150 180回る場合は、壁厚高さ以上で変形が卓越することがわか

加力点変位(mm)る。グラフより No.1 試験体は、壁厚高さ以下の基部変

図 6 No.1R 荷重変位履歴曲線形が卓越し、No.1R 試験体は、壁厚高さ以上の中間部の変位割合（％）

1600
1200

4008060040-400No.1-80020No.1
No.1R-1200No.1R
剛体変形0-1600-180 -150 -120 -90 -60 -300306090-180 -150 -120 -90 -60 -30

120 150 1800306090120 150 180

加力点変位(mm)

加力点変位(mm)

図 9 加力点変位に対する壁厚高さ変位の割合

図 7 荷重変位包絡線
35鉛直変位（mm）

水平荷重（ kN)

800

10030252015No.1
No.1R

1050-180 -150 -120 -90 -60 -300306090120 150 180

剛体変形

加力点変位(mm)

基部変形（No.1） 中間部変形（No.1R）

図 10 補修による剛域変化のイメージ

図 8 鉛直変位～加力点変位の包絡線－6－

地震により損傷した壁部材の応急復旧後の力学的性状変形が卓越していることがわかる。壁基部 1D 区間への壁内空側（断面修復+注入）

限定的な注入であっても安定した変形性能となることがわかった。
4.6 水平剛性の変化
No.1 試験体、No.1R 試験体の載荷履歴における水平剛性の変化履歴を図 11 に示す。No.1R 試験体は、補修を１D 区間の限定された範囲で実施したこともあり、補修しない１D より上部の損傷が進んだ。そのため、水平変後施工アンカー

壁外側（注入）位 10mm 以下の初期変形域での水平剛性が補修によって回復しておらず、初期載荷の No.1 試験体の半分程度

写真 5 壁部の切断面以下にとどまっている。内空側からの応急復旧においても剛性回復に有効な方策が課題となると考えられる。

1200

水平剛性（kN/mm)

800

4000-400

写真 6 壁基部およびスタブ部の切断面

No.1
No.1R
-800-30-20-100102030

加力点変位(mm)§６．まとめ図 11 水平剛性変化履歴

本実験の結果、以下の結論を得た。
（1）地下ボックスカルバートのような壁構造物が地震による§５．補修領域の損傷状況

被災を受けた際、内空側から目視によって確認できる
実験後、試験体をワイヤーソーで切断し、補修領域の損

ひび割れは、曲げひび割れ等の幅広のひび割れに限傷状況と補修状況を確認した。写真 5 に実験後の壁部切定され、断面内部に発生する斜めひび割れは幅が広くても見落とされる可能性がある。

断面を示す。壁部の写真は壁基部から 20cm 程度上方から壁厚高さまでの区間の切断面である。写真にはエポキシ（2）大変形領域まで加力した試験体に断面修復、ひび割れ樹脂注入が目視確認できた箇所を赤実線で、後施工せん注入、せん断補強筋修復・追加等の補修を行った結果、断補強筋を設置した箇所を青破線で示している。写真 6 に

壁基部壁厚高さまでの区間の補修でも十分な耐力回復を図ることが可能であった。

壁基部およびスタブ部の切断面を示す。写真 5 同様にエポキシ樹脂注入箇所を赤実線で明示した。いずれも補修（3）剥離したかぶりコンクリートを撤去することなくエポキシ後の加力ではエポキシ樹脂注入されたひび割れとは別の樹脂注入で接着する補修方法は有効であり、再加力の大変形領域においても、耐力低下がなく、かぶりコンクリ箇所のひび割れが開口している。また、壁外側（注入補修ートが主鉄筋と一体挙動し安定的な座屈拘束効果を発側）のかぶりコンクリートは躯体との一体性を維持しており、揮した。

補修時に剥離したかぶりコンクリートを撤去することなく、そ（4）壁基部壁厚高さまでの補修では初期剛性は回復できなのままエポキシ注入材で接着したが、補修後の加力でもかかった。剛性回復には内空側から正確に壁内部の損傷ぶりコンクリート剥離等の損傷もなく一体として挙動したもを把握する調査方法や注入方法、あるいは他補強方法のと推察される。

が検討課題となると考えられる。

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フジタ技術研究報告 第 51 号

（5）補修、追加したせん断補強筋は、断面修復したかぶりコ
ンクリート剥落後も急激な荷重低下に至らなかったことから、内部コンクリートの拘束効果を維持していたと推察される。

謝 辞 埼玉大学 牧剛史准教授には技術指導を、また、東京鉄鋼土木株式会社の関係各位には、健全試験体データと試験体の提供をいただきました。ここに感謝の意を表します。
参考文献1) 山村賢輔､清宮理：開削トンネル擁壁部の地震時挙動とせん断補強方法､土木学会第57 回年次学術講演会､Ⅴ-304､pp.607-608､2002.9
2) 小林靖典､小林亮､清宮理：異形鉄筋の埋込みによるあと施工せん断補強効果に関するはり載荷重実験､コンクリート工
学年次論文集､Vol.24､No. 2､pp.1549-1554､2002
3) 仁平達也､渡辺忠朋､滝本和志､笹谷輝勝､土屋智史､原夏生､谷村幸裕､岡本大：損傷履歴を考慮した修復部材の性能評価に関する一考察､土木学会論文集Ｅ､Vol. 65､No. 4､
pp.490-507､2009
4) 仁平達也､渡邊忠朋､谷村幸裕､岡本大：地震による損傷と修復を繰り返した RC 部材の性能に関する一考察､土木学会論文集 E2（材料・コンクリート構造）､Vol. 68､No. 2､
pp.121-132､2012

ひ と こ とそのとき技術者としてどのような方法をとるか。経験に基づく細かいジャッジを逐次迫られることをあらためて再認識した。“その日”のためにしっかり準備しておきたい。
平野 勝識－8－