土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

連続繊維ロープを用いたRC部材のせん断補強
羽田野 英明1・中島 隆2・YUN Hyun-Do3・内田 裕市4・六郷 恵哲5
1正会員

中日本建設コンサルタント株式会社建設技術本部（〒460-0003 愛知県名古屋市中区錦1-8-6）
E-mail: h_hatano@nakanihon.co.jp
2岐阜大学大学院工学研究科社会基盤工学専攻（〒501-1193 岐阜県岐阜市柳戸1-1）

E-mail: p3121017@edu.gifu-u.ac.jp
3Department of Architectural Engineering, Chungnam National Univercity (Daejeon, Republic of Korea)

E-mail: wiseroad@cnu.ac.kr
4正会員

岐阜大学教授総合メディアセンター（〒501-1193 岐阜県岐阜市柳戸1-1）
E-mail: uchida@gifu-u.ac.jp

5正会員

岐阜大学教授

工学部社会基盤工学科（〒501-1193 岐阜県岐阜市柳戸1-1）
E-mail: rk@gifu-u.ac.jp

本論文は，連続繊維ロープを用いたRC棒部材のせん断補強に関する基礎的な研究報告である．RC梁試
験体を用いて，連続繊維ロープの巻き付け間隔，コンクリート表面への固定方法，巻き付けたロープの被覆方法を変化させて，破壊試験を行い，連続繊維ロープによるせん断補強効果について検討している．その結果，ロープ巻き付け後にロープにアクリル樹脂などを塗付含浸させてコンクリート表面に固定し，HPFRCCなどを被覆材として用いることで，連続繊維ロープの有する耐力を十分に活用したせん断補強が可能であることを示している．

Key Words : continuous fiber rope, shear reinforcement, acrylic resin, HPFRCC

1.

なお，補修補強指針1)では，直径0.7～1.0mm／本の連続繊維ストランドを5mm間隔程度以下に，巻付け機を用いて施工する補修・補強についても，部分的に記載しているが，その時点では幅広い研究が進んでおらず，本格的に適用する指針としては十分とはいえないと思われる．
一方，連続繊維を直径5mm程度以下のロープ状に加工して，構造物に巻き付け，補修・補強を行う工法は，連続繊維シート巻立て工法に比べて，以下のような特徴が付加され，有効な補修補強工法となることが考えられる．
・ ロープ状素材のため，現場での長さ調整など加工性に優れる．
・ 軽量で可搬性に優れるため，施工性が良好である．
・ 部材ハンチ部などの形状変化や構造物表面の不陸などへの対応性に優れる．
連続繊維ロープを用いた補強に関する研究は，2004年
頃より，丸山，関島，下村，三田村らを中心として進められており，2006年から，その研究成果2)~5)が報告されている．これらの成果を受けて一部の材料（アラミド繊維ロープ）に限定して，道路橋の橋脚耐震補強に適用する設計要領6)に取り入れられた．しかし，連続繊維ロー

はじめに

わが国において，1980年以前に建設されたRC構造物
では，せん断補強鉄筋量が少なく，せん断耐力が不足しているものも少なくない．兵庫県南部地震以後，耐震設計法の改定により，RC部材のせん断補強に関して，各種の補強方法が採用されている．RC梁や柱では，鋼板巻立て，RC巻立て，連続繊維シート巻立てなどの補強工法が採用されている．
このうち，連続繊維シートによる補修補強工法は，指針1)が整備され，・ 軽量であるため既設構造物への付加重量が非常に小さい．
・ 重機などを使用せず手作業による施工が可能なた
め，施工スペースの制約を受けない．
・ 短工期での施工が可能である．
・ 現場での加工が容易で，複雑な形状をした構造物にも柔軟に対応ができる．
などの特徴から，RC橋脚の耐震補強だけでなく，RC梁
補強やRC床版補強など広く利用されている．

271

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

プを用いた補補強は，現状ででは，橋脚柱柱の耐震補強ににおけ
2. 実験方法
るかぶりコン
ンクリートの剥剥落防止とじん性の向上をを目的(1) 試験体概要とし，部材ののせん断耐力向
向上は期待しない構造に限限定し6)て適用されてている．また，設計要領 では，ロープでプへの載荷実験は，図載
図-1および表--1に示すような梁試験体をを
樹脂含浸や躯
躯体への接着はは行わず，維維持管理の観点点から用いいて実施した．
ポリマーセメメントモルタルルなどで表面被覆を行ってている．
試験体は，図試
1に示すようにに，左側スパンはスターラ
ラ
本研究では
は，連続繊維ロ
ロープを用いた補修補強法
法の適ップ
プを用いてせんん断補強を行いい，右側スパンの補強条件
件
RC部材のせん
用拡大に向けけて，連続繊繊維ロープをRん断補を，表-1に示すよように変化させせて，13種類とした．連続続
繊維
強に適用し，ロープ損傷防防止などの維維持管理上で必必要と維ロープの巻きき間隔は，計算
算上で曲げ降伏
伏が先行するる
20mm
mmおよび40mm
mと，せん断破なる表面被覆覆材を構造材料
料として有効利
利用することとを目断破壊が先行すする100mmの33標とし，コン
ンクリート表面
面へのロープ
プの固定方法やや被覆材料の違いがが，補強する部
部材耐力にどのように影響響するかを明らかににして，そのせ
せん断耐力の評価式を提案
案することを目的ととしている．

種類類とした．
試験体N000は，
試
せん断補強
強を行わない基基準試験体ででありり，試験体S100は，標準的ななスターラップを100mm間間隔でで配置した基準準試験体であるる．

試験体 S100 の B-B 断面は A-A
A 断面と同じ(a) 側面図
図

(b)

断面図

図-1 試験体形
形状

表-1 補強条
条件
固
固定材

ロープ
試験体

種
種類

隔
巻き間隔
(mm)

R020
R020Acr

20

R0020AcrHpf

被覆
覆材

R040Acr
R100Acr
R100AcrHpf
R020Pri

PE

被覆厚
(mm)

－

－

－

－

ロープ巻きの
の効果確認

－

－

樹脂Aの効
効果確認

樹脂A

460

HPFRCC

5

PCM

7

40

樹脂A

420

100

樹脂A

360

20

樹脂B

130

R020Hpf

20

－

－

N000

－

R
R020PriHpf

S100

考

種類

R0
020AcrPor
R0040AcrHpf

備

種類

使用量
(g/m 2 )－－HPFRCC

5－－

HPFRCC

5－－

HPFRCC

5

HPFRCC

5

被覆材の影 響を確認

巻き間隔の影
影響を確認

樹脂Bの効
効果比較
HPFRCCの 効果確認

せん
ん断補強を行わわない基準試験
験体
無無し
はり全体にス
スターラップ筋
筋(D6)を配置し た基準供試体－
E：超高強力ポPE
ポリエチレン繊繊維を用いた連連続繊維ローププ

272

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

連続繊維ロープは，設計要領6)で規定しているアラミ
ド繊維に比べて，強度や弾性率などで若干低いが，経済性に優れるPE繊維を編み上げ，巻き付け時の作業性を重視して，樹脂などの含浸処理は行わない素材のままのロープとした．
連続繊維ロープのコンクリート面への固定材について

表-2 材料配合
3

単 位 量 (kg/m )

W／C
(%)

水

普通コンクリート

45

166

HPFRCC

30(W/B）

380

PCM

38

222

586

材

料

セメ
ント

膨張材

細骨材

粗骨材

ポリ
マー

368

－

731

1034

－

1188

76

－

－

－

1364

－

7号
珪砂

増粘剤

繊維

減水剤

－

－

1.027

－

－

392

14.6

37.9

0.900

45

－

－

－

－

減水剤：普通コンクリートはAE減水剤(リグニンスルホン酸系)，HPFRCCは高性能AE減水剤(ポリカルボン酸系)
セメント：早強セメント
膨張材：エトリンガイト・石灰複合系
232
繊維：高強度ポリエチレン繊維，繊維径12μm，繊維長12mm，引張強度2600N/mm ，弾性係数88×10 N/mm

表-3 コンクリート，モルタル強度特性

材料

圧縮強度 曲げ強度 引張強度 弾性係数
(N/mm2 ) (N/mm 2) (N/mm 2 ) (N/mm2 )

材齢
(日)

適用部位

3.1

31×103

27

はり本体

3

41

普通コンクリート

4.3

HPFRCC

75

－

7.4

22×10

8

被覆材

PCM

48

－

3.0

－

8

被覆材

表-4

鉄筋強度特性

降伏強度 引張強度 弾性係数222(N/mm ) (N/mm ) (N/mm )

使用部位

JIS規格

材質

鉄筋径

引張鉄筋

JIS G3112

SD345

D19

396

574

2.0×10

圧縮鉄筋

JIS G3112

SD345

D13

380

539

2.0×105

スターラップ鉄筋

JIS G3532

SWM-R

D6

481

600

2.0×105

備

考

表-5
項目

5

連続繊維ロープ強度特性

特性値
2

引張強度

2600N/mm 以上

弾性率

79kN/mm 以上

破断伸度

3～5%

引張強さ

6.44kN

伸び率

15.5%

断面積

4.37mm

引張強度1473N/mm

引張弾性係数8.89kN/mm

PE繊維の基本物性（メーカー公表値）

2

2
2
2

PE繊維φ3mmクロスロープ
ロープ特性値は，樹脂被覆や樹脂含浸を行わない
素材ロープの基本物性を示す．
試験方法 ：JIS L 1013 準用 引張速度 ：20cm/min
標線間距離：20cm キャプスタンチャック使用表-6 固定材の材料特性
固定材

JIS A 6909

圧縮強度

70

JIS K 7208

圧縮弾性率

940

JIS K 7208

曲げ強度

30

JIS K 7203

引張強度

20

JIS K 7113

引張せん断強度19

JIS K 6850

引張強度

15

引張強度

0.8

コンクリート付着強度

樹脂A

樹脂B

2

測定値(N/mm )
2.5

試験項目

273

試験方法

備考

メーカーカタログ値

本研究での測定土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

は，2種類の樹脂を比較した．樹脂Aは，連続繊維シー
ト補強で用いられるアクリル樹脂系の接着樹脂であり，繊維シートへの含浸性に優れた材料である．また，樹脂
Bは，新旧のコンクリート打継面に使用されるコンクリより求めた．

(3) ロープ補強の施工手順
ロープ補強の施工は，「ロープ巻き付け⇒樹脂固定⇒
ートの接着性を向上させるアクリル樹脂系のプライマー
気中6日養生⇒表面被覆材施工⇒気中8日養生⇒載荷試験」
2材である．樹脂Bは，引張強度が0.8N/mm と樹脂Aの引の順に実施した．試験体へのロープの巻き付けは，巻き張強度15N/mm2に比べ小さいが，1液タイプのため施工付け機などは用いず，たるみが生じないように，人力で性が良好で，低コストであることから，比較対象とした． 張力を与えながら実施した．ロープ端部は，ロープ相互
連続繊維ロープの表面被覆材については，ポリマーセを一般的な「ふた結び」にて固定した．試験体表面へのメントモルタル（以下，PCMと略称）と，複数微細ひロープの固定は，ロープを巻き終えた後，補強区間全体
び割れ型繊維補強セメント複合材料（以下，HPFRCCとに樹脂を塗付することで行った．
略称）を比較した．PCMの被覆厚は，試験体表面より7mmとし，HPFRCCの被覆厚は5mmとした．
(4) 載荷方法
載荷実験では，静的単調載荷を行った．荷重は，図-1(2) 材料特性に示したように，2点載荷とし，荷重をロードセル，供表-2に試験体のコンクリート配合およびモルタル配合
試体の変位を高感度変位計により計測した．荷重の載荷を示す．また，表-3～表-6に材料強度を示す．これらの位置の2箇所と，支点位置の2箇所で変位を測定し，支点特性は，すべての試験体で共通である．
位置の変位の影響を除いて，載荷位置の変位とした．
表-3に示した引張強度は，普通コンクリートに関しては割裂試験により，HPFRCCに関しては一軸引張試験で求めたものである．
3. 実験結果
表-5の連続繊維ロープの強度特性は，樹脂などを含浸させない素材ロープの強度特性を示している．
実験結果の総括として，表-7に各試験体の最大荷重作
表-6に示した樹脂の材料特性のうち，樹脂Bについて
用時の作用せん断力と鉛直変位，および終局時の破壊形
は，材料の強度特性等のメーカー値は明らかにされてい態を示す．
ないため，樹脂Aと同一の試験方法で引張強度を求めた．
(1) ロープ巻きの効果
この引張強度は，JSCE-k521-1999「表面被覆材の酸素透過性試験方法」に規定される遊離塗膜の作成方法に準じ
ロープ補強の基本特性として，図-2(a)に，せん断補て幅28mm×長さ200mm×厚さ1mmの硬化成形物（遊離強を行わない試験体N000，はり全体にスターラップを100mm間隔で配置した試験体S100，およびロープを塗膜）を作製し，固定間距離を50mmとした引張試験に

表-7

実験結果の総括

最大作用
せん断力
(kN)
59.7

最大荷重作用時の鉛直変位(mm)
13.9

R020Acr67.2

9.7

上縁コンクリートの圧壊

R020AcrHpf

68.0

5.6

上縁コンクリートの圧壊

R020AcrPor

67.2

6.6

上縁コンクリートの圧壊R040Acr

57.1

9.6

せん断破壊（ロープ破断）

R040AcrHpf

68.6

8.6

上縁コンクリートの圧壊

R100Acr

40.4

12.2

せん断破壊（ロープ破断）

R100AcrHpf

54.3

4.9

せん断破壊（ロープ破断）

試験体
R020

終

局

状

態

せん断破壊（斜め引張破壊）

R020Pri

60.8

13.9

せん断破壊（斜め引張破壊）

R020PriHpf

68.3

11.1

上縁コンクリートの圧壊

R020Hpf

69.7

12.9

上縁コンクリートの圧壊

N000

34.4

2.1

せん断破壊（斜め引張破壊）

S100

67.3

8.2

上縁コンクリートの圧壊274土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

20mm間隔で巻き付けた試験体R020の載荷試験結果を比響を考慮した．曲げ降伏時のせん断力Vmyは，部材の降伏モーメントをせん断力に換算して算出した．スターラップが負担するせん断耐力は，土木学会コンクリート標
準示方書7)の設計せん断耐力算定式により，部材係数γを1.0として算定した．

較して示す．試験結果は，縦軸に作用せん断力（載荷荷重の1/2），横軸に荷重載荷点直下の鉛直変位を示している．なお，試験体R020のロープは，人力で巻き付けたままで，コンクリート表面との付着を確保するような処理は行っていない．また，図には，コンクリートが負担するせん断耐力Vc，曲げ降伏耐力Vmy，および，Vcとス
ターラップが負担するせん断耐力を合計した最大せん断
耐力Vydの計算値を，併せて示している．なお，Vcの算出においては，後述する式(2)により，せん断支間比の影8080

Vyd=74kN

70

70

Vmy=65kN60

作用せん断力(kN)

作用せん断力(kN)

三種類の試験体の破壊状況を，図-3と図-4に示す．せん断補強を行わない試験体N000では，図-3(a)のような
斜めひび割れが発生して，せん断破壊（斜め引張破壊）に至った．スターラップによる補強を行った試験体S100
では，図-3(b)に示すように引張鉄筋の降伏後に上縁コ5040

Vc=34kN

30

ひび割れ部へのロープの喰い込み

20

S100
R020
N000

斜めひび割れ1 本目発生

10
0
0

5

10

15

20

25

60

Vmy=65kN50
40

Vc=34kN

30

ひび割れ部へのロープの喰い込み

20

斜めひび
割れ発生

10
0
0

30

R020Acr
R020Hpf
R020Pri
R020

5

10

15

変位(mm)

変位(mm)(a) ロープ補強と鉄筋補強との違い(b) 固定材の効果

2025

図-2 ロープ補強の効果
上縁コンク
リート圧壊

斜めひび割れ曲げひび割れ(b) S100（スターラップ補強）(a) N000（補強無し)

図-3 基準試験体の終局時の破壊状況

斜めひび割れ
1本目

ロープの
喰い込み

斜めひび割れ2本目(a) 終局時の破壊状況(b) 上縁隅角部の状況

図-4 R020（ロープ間隔 20mm，固定材無し，被覆材無し）

275

30

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

込みを防止するような対応，例えば設計要領6)に示されるようなL形鋼の配置などが必要なことが確認できた．
なお，図-2(a)に示したように，試験体N000の斜めひび割れ発生時のせん断力34.4kNに対し，試験体R020の1本目の斜めひび割れ発生時のせん断力27.1kNであり，N000に対するせん断力の比率が，0.79と低下している．

ンクリートが圧壊して終局状態となった．
ロープ補強のみを行った試験体R020では，図-4(a)に示すような1本目の斜めひび割れが発生し，図-2(a)に示
すように，一旦，荷重が低下したが，ひび割れの拡大とともにロープ補強の効果が表れ，荷重が上昇するとともに2本目の斜めひび割れが発生した．その後，1本目の斜めひび割れがはり上縁部に進展し，はり上縁の隅角部近傍に発生したひび割れ部に図-4(b)に示すようなロープの喰い込みが発生した時点で，終局状態となった．
これらの結果より，ロープ補強では，初期の斜めひび
割れ発生後にロープが機能するまでの一時的な耐力低下を防ぐために，ロープをコンクリート表面に固定する必要があることがわかった．また，ロープ補強した部材のかぶりコンクリートの剥落を防止し，終局時の靭性を確保するためには，隅角部のひび割れ部へのロープの喰い

試験体は同一形状・同一材料であり，その違いはロープ
巻きの有無のみであり，斜めひび割れによる一時的な荷重低下が発生した他の試験体の結果（R040Acrで30.7kN，
R100Acrで34.0kN）を踏まえると，このせん断力の違い
は，コンクリートの脆性破壊時の耐力のバラツキに起因すると思われる．
(2) 固定材の効果
前項で示したように，ロープを用いたせん断補強では，

斜めひび割れ幅 1.3mm

斜めひび割れ発生せず

曲げひび割れ曲げひび割れ(d) R020AcrHpf (ロープ間隔 20mm+樹脂 A)
HPFRCC 被覆(a) R020Acr（ロープ間隔 20mm＋樹脂 A）

斜めひび割れ幅 4.0mm

曲げひび割れ斜めひび割れ幅 0.70mm

曲げひび割れ(e) R020AcrPor (ロープ間隔 20mm +樹脂 A)
PCM被覆(b) R020Hpf (ロープ間隔 20mm＋HPFRCC)
ロープの
喰い込み

斜めひび割れ幅 1.5mm

斜めひび割れ1本目 幅 6mm

斜めひび割れ
2本目，3本目

曲げひび割れ(f) R020PriHpf (ロープ間隔 20mm +樹脂 B)
HPFRCC 被覆
図-5 ロープ補強間隔 20mmの終局時の破壊状況(c) R020Pri (ロープ間隔 20mm＋樹脂 B)276

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

斜めひび割れが発生したと同時にロープ補強効果が発揮できるように，ロープをコンクリート表面に固定することが重要である．この固定材の効果を評価するために，樹脂Aで固定した試験体R020Acr，樹脂Bで固定した
R020Pri，および，樹脂による固定処理を行わずHPFRCCで被覆したR020Hpfの載荷試験結果を，図-2(b)に，固定材を用いない試験体R020の結果と比較して示す．図には，コンクリートが負担するせん断耐力Vcと，曲げ降伏時のせん断力Vmyの計算値を併せて示している．また，固定材を用いた三種類の試験体の終局時の破壊状況を，
図-5(a)～(c)に示す．
樹脂Aでロープを固定した試験体R020Acrでは，ロープ補強の効果により初期の斜めひび割れは確認されず，
図-5(a)のような引張鉄筋の降伏後，変形の進行に伴って斜めひび割れ（最大ひび割れ幅0.3mm）が発生したが，最終的に上縁コンクリートが圧壊して終局に至った．なお，固定材を用いない試験体R020で発生したロープの食い込みについては，樹脂Aを用いたR020Acrでは発生
せず，固定材の使用による食い込み防止効果が認められた．

Vmy=65kN

作用せん断力(kN)

60
50
40

Vc=34kN

30

R020AcrHpf
R020AcrPor
R020PriHpf
R020Acr

剛性の低下

20
10
0
0

5

10

15

20

25

割れが発生し，そのひび割れの進行とともにロープ補強の効果が図-2(b)のように表れ，荷重が増加した．その後に，試験体R020と同様に，はり上縁部への斜めひび
割れの進展に伴い隅角部へのロープの喰い込みが発生して，終局となるせん断破壊となった．
この結果より，ロープをコンクリート表面に固定することで，ロープによるせん断補強効果が向上し，固定材としては，樹脂Aが適していることが判った．また，HPFRCCの固定効果は，斜めひび割れにより一時的な耐力低下が発生するため，樹脂Aには及ばないものの，終局耐力では樹脂Aと同程度となることから，ある程度の固定効果が発揮できることがわかった．
(3) 被覆材の効果
ロープ補強では，連続繊維ロープをコンクリート表面に適切に固定して一体化することにより，その補強効果を得ることができるが，長期耐久性の確保などの観点か
ら被覆などの保護対策が必要である．その被覆材の有無
が，荷重―変位関係や最大耐力に及ぼす影響について検討した試験結果を，図-6に示す．図にはコンクリートが負担するせん断耐力Vcと曲げ降伏耐力Vmyの計算値を併せて示している．また，それらの試験体の破壊状況を，
図-5，図-7，および図-8に対比して示す．
図-6(a)に，ロープ間隔20mmで補強した試験体として，
樹脂Aで固定しHPFRCCで被覆したR020AcrHpf，樹脂Aで固定しPCMで被覆したR020AcrPor，および樹脂Bで固定

8070

また，HPFRCCで被覆した試験体R020Hpfでは，曲げ降伏する前に，図-5(b)のように斜めひび割れ（最大ひび割れ幅4mm）が発生したが，ロープ補強の効果によりせん断破壊には至らず，引張鉄筋の降伏後，上縁コンク
リートが圧壊して終局状態となった．
一方，樹脂Bでロープを固定した試験体R020Priでは，
R020と同様に，図-5(c)に示すように一本目の斜めひび

30

変位(mm)(a) ロープ間隔 20mm

80

80
Vmy=65kN60
50
40

Vc=34kN

30
ロープ破断

20

剛性の低下

10
0

5

10

15

20

25

60

ロープの
部分破断

50
40

Vc=34kN

30
20

ロープ破断

10

R040AcrHpf
R040Acr0

Vmy=65kN70
作用せん断力(kN)

作用せん断力(kN)

70

R100AcrHpf
R100Acr

0
0

30

5

10

15

20

変位(mm)

変位(mm)(b) ロープ間隔 40mm(c) ロープ間隔 100mm
図-6 被覆材の効果

277

25

30

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

しHPFRCCで被覆したR020PriHpfの結果を，被覆しない
R020Acrの結果と比較して示す．図-5(d)～(f)に示すよ

覆した試験体では，被覆しない試験体に比べて，斜めひび割れ発生以降の剛性低下の度合いは小さいことがわか
うに，いずれの試験体も引張鉄筋降伏後に上縁コンクリった．
ートが圧壊して，終局状態となっている．また，図被覆しない試験体R040Acrでは，斜めひび割れ発生後6(a)からわかるように，被覆した三試験体では，被覆しのひび割れ幅の拡大により，コンクリートが受け持つせない試験体R020Acrに比べて，コンクリートが負担する
ん断力が低下することで，ロープが受け持つせん断力がせん断耐力Vcを越える荷重での剛性低下が生じていない． 増加し，ロープの破断によりせん断破壊に到ったものとこれは，被覆しない試験体では，斜めひび割れの進行に考えられる．一方，被覆した試験体R040AcrHpfでは，ロ伴い，ロープがコンクリート表面から剥離する範囲が，ープとコンクリート表面の付着が被覆材により確保され斜めひび割れ位置を起点として拡大することで，ロープることで，斜めひび割れ発生後のひび割れ幅の拡大が抑が伸びやすくなり，部材の剛性低下をもたらしたものと制され，コンクリートが受け持つせん断力が低下しない考えられる．このことから，被覆材はロープとコンクリために，せん断破壊が発生せず，最終的に曲げ破壊に至ート表面との付着機能を保持する機能があると考えられったものと思われる．
る．
図-6(c)にロープ間隔100mmで補強した試験体として，
図-6(b)に，ロープ間隔40mmで補強した試験体として， 樹脂Aで固定しHPFRCCで被覆した試験体R100AcrHpfの樹脂Aで固定しHPFRCCで被覆した試験体R040AcrHpfの結果を，被覆しないR100Acrの結果と比較して示す．被結果を，被覆しないR040Acrの結果と比較して示す．被覆しない試験体R100Acrでは，図-8(a)に示すような斜め覆しない試験体R040Acrでは，図-7(a)に示すように，ロ
ひび割れが発生した後の荷重増加は少なく，変形が大きープが破断し，せん断破壊となった．一方，被覆した試
く進行して，ロープが破断し，せん断破壊した．一方，
験体R040AcrHpfでは，図-7(b)に示すように，斜めひび被覆した試験体R100AcrHpfでは，被覆しない試験体に比割れは発生したものの，引張鉄筋降伏後に上縁コンクリ
べて，斜めひび割れ発生後に剛性の低下が発生したもの
ートが圧壊して，曲げ破壊に至った．また，図-6(b)かの，大きな変形の進行はなく，荷重は増加し，図-8(b)らわかるように，ロープ間隔20mmの場合と同様に，被に示すように，斜めひび割れ幅の拡大により，ロープの曲げひび割れ幅 0.25mm

斜めひび割れ幅 0.10mm

ロープ破断(a) R040Acr (ロープ間隔 40mm +樹脂 A)(b) R040AcrHpf (ロープ間隔 40mm +樹脂 A)
被覆無し
HPFRCC 被覆
図-7 ロープ間隔 40mm の終局時の破壊状況

斜めひび割れ幅 4.0mm

ロープの
部分破断

ロープ破断

(b) R100AcrHpf (ロープ間隔 100mm +樹脂 A)(a) R100Acr (ロープ間隔 100mm +樹脂 A)
HPFRCC 被覆
被覆無し
図-8 ロープ間隔 100mmの終局時の破壊状況

278土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

一部が破断した状態となり，最大耐力に到りせん断破壊
した．
被覆しない試験体R100Acrでは，斜めひび割れ発生後のひび割れ幅の拡大により，コンクリートが受け持つせん断力が低下することで，ロープが受け持つせん断力が増加し，ロープの破断によりせん断破壊に到ったものと考えられる．一方，被覆した試験体R100AcrHpfでは，ロープとコンクリート表面の付着が被覆材により確保されることで，斜めひび割れ発生後のひび割れ幅の拡大が抑制され，コンクリートが受け持つせん断力が大きく低下
せず，荷重の増加とともに，ロープが受け持つせん断力が増加し，最終的にロープの破断により，せん断破壊に到ったものと考えられる．

スターラップを用いた場合と同程度のせん断補強効果が得られることがわかる．
(5) ロープ補強を行ったはり部材のせん断耐力評価
これらの実験結果を踏まえて，ロープ補強を行ったはり部材のせん断耐力の評価について検討を行った．ロー
プ補強を行ったはり部材のせん断耐力評価は，強度累加式で行った．
(1)

V f = Vc + V r + V h

ここで，
Vf：ロープ補強を行ったはり部材のせん断耐力(N)Vc：コンクリートが負担するせん断耐力(N)Vr：ロープが負担するせん断耐力 (N)Vh：被覆材が負担するせん断耐力 (N)(4)

ロープ補強間隔の効果
これまでに示した載荷試験結果について，ロープ間隔
コンクリートが負担するせん断耐力Vc は，式(2)に示の違いに着目して整理した結果を，図-9に示す．図すせん断スパン比の影響を考慮した斜めひび割れ発生荷9(a)に，被覆材を用いず樹脂Aで固定した三試験体（ロ
重算定式8)を用いることとした．これは，式(2)で求めらープ巻間隔20mm，40mm，100mm）の結果を，図-9(b)れるせん断耐力が，4種類の試験体の実験で得られた最に，樹脂Aで固定し，HPFRCCで被覆した三試験体（ロ
大荷重や斜めひび割れ発生荷重によく一致していたからープ巻間隔20mm，40mm，100mm）の結果を示す．いずである．
1
れの図にも，図-1(b)に示したスターラップを100mm間
1
1 ⎛ 103 ⎞ 4
1.4d ⎞⎛(2)3隔で配置した試験体S100の結果，およびコンクリートが⎟⎟ ⎜ 0.75 +Vc = 0.2 f c (100 pw )3 ⎜⎜⎟b w dd ⎠ ⎝a ⎠⎝負担するせん断耐力Vcと曲げ降伏耐力Vmyの計算値を併せて示している．
ここで，
fc：コンクリートの圧縮強度（N/mm2）
図-9(a)から，樹脂Aでロープをコンクリート表面に
pw：引張鉄筋比=As / (bw d)
固定しただけでは，コンクリートが負担するせん断耐力
Vcを上回る荷重に対して，剛性低下の影響が表れ，スタd ：断面の有効高さ（mm）
a ：せん断支間（mm）
ーラップを用いた時のようなせん断補強効果は得られな
bw：断面の幅 (mm)いことがわかる．
As：引張鉄筋の断面積（mm2）
一方，図-9(b)から，適切なロープ巻き間隔を選定して，ロープ巻き立てを行い，樹脂Aなどでロープをコン
図-2，図-6，および図-9に示したVcの値は，式(2)で求クリート表面に固定し，HPFRCCなどで被覆することで， めたせん断耐力を示したものである．

80

80
Vmy=65kN60
50
40

Vc=34kN

30
R020Acr
R040Acr
R100Acr
S100

20
剛性低下

10

ロープ破断

0
0

5

10

15

20

25

Vmy=65kN70
作用せん断力(kN)

作用せん断力(kN)

70

60
ロープ破断

50
40

Vc=34kN

30
R020AcrHpf
R040AcrHpf
R100AcrHpf
S100

20
10
0

30

0

5

10

15

変位(mm)

変位(mm)(a) 被覆材無し(b) 被覆材有り
図-9 ロープ補強の効果

279

20

25

30

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.
表-8 連続繊維ロープ補強効率 K
ロープ
巻き間隔
(mm)

試験体
R020
R020Acr
R020AcrHpf
R020AcrPor
R020Pri
R020PriHpf
R020Hpf
R040Acr
R040AcrHpf
R100Acr
R100AcrHpf

試験結果：せん断耐力（kN)
固定材

被覆材

合計

コンクリート

被覆材

ロープ

繊維ロープ せん断
せん断耐力 補強効率
(kN)
K
Vrd
=Vr/Vrd0.26> 0.34> 0.2498.6> 0.280.28> 0.24> 0.250.46
50.8> 0.47
0.31
22.0
0.44

終局
状態

Vf
Vc
Vh
Vr
59.7
26.1
S
－
0.0
> 67.2> 33.6－0.0
M
樹脂A HPFRCC> 68.011.0> 23.420
PCM> 67.2
6.2> 27.4
60.8
27.2
S
－
0.0
樹脂B
33.6
HPFRCC> 68.3> 23.7M
11.0
HPFRCC> 69.7> 25.1
M
－
11.0
57.2
23.6
R
－
0.0
40
HPFRCC> 68.6> 24.0
M
11.0
樹脂A
40.4
6.8
－
0.0
100
R
HPFRCC
54.4
9.8
11.0
Vc：式(2)より求めたコンクリートが負担するせん断耐力
Vh：式(4)より求めた被覆材が負担するせん断耐力
Vrd：式(3)でK=1.0とした時のロープが負担するせん断耐力「>」付き数値は，下限値であることを示す
終局状態 A:せん断破壊(斜め引張破壊) R：せん断破壊(ロープ破断) M：上縁コンクリート圧壊－

ロープが負担するせん断耐力Vr は，せん断補強鉄筋が負担するせん断耐力の算定式を参考に，トラスモデルに基づく次式によった．
⎡ 2T (sin α r + cos α r ) ⎤Vr = K ⎢ rd
⎥z
sr
⎦
⎣

表-9 被覆材の曲げ耐力への影響評価
実験結果
試験体

最大作用
せん断力
(kN)

(3)

ここで，
K：ロープによる補強効率
Trd：ロープ1本当たりの破断強度（N）
αr：ロープが部材軸となす角度
sr：ロープの配置間隔(mm)z：圧縮応力の合力の作用位置から引張鋼材図心までの距離(=d ⁄ 1.15) (mm)
被覆材が負担するせん断耐力Vhは，指針9)のせん断耐力式を準用した式(4)により求めた．

計算値

R020Acr
との比較

最大作用
せん断力
(kN)

R020Acrとの比較
1.00

R020Acr

67.2

1.00

65.1

R020AcrHpf

68.0

1.01

67.0

1.03

R020AcrPor

67.2

1.00

67.8

1.04

R040AcrHpf

68.6

1.02

67.0

1.03

R020PriHpf

68.3

1.02

67.0

1.03

R020Hpf

69.7

1.04

67.0

1.03

れと交差するロープの張力はそれぞれ異なる．したがって，張力が最大のロープが最初に破断するが，その時，他のロープは破断強度に達していない．一方，算定式では，すべてのロープが破断強度に達していると評価して(4)
Vh = ( f t tan β u ) ⋅ bw ⋅ zいるため，ロープの補強効率は，ロープ破断によりせん
ここで，断破壊した試験体においても，K=1.0とはならず，0.31～
Vh：被覆材が負担するせん断耐力(N)0.46となる．
2
ft：被覆材の引張降伏強度（N/mm ）なお，ロープによるせん断耐力評価で用いた補強効率
βu：軸方向と斜めひび割れ面のなす角度（=45°）
は，連続繊維シートによる補修補強指針1)を参考にした
bw：被覆材の幅（mm）
ものである．連続繊維シートでは，シートの引張剛性とz ：圧縮応力の合力作用位置から引張鋼材図心までのコンクリート強度に応じて，補強効率を0.2～0.8の範囲
距離（mm）としている．
式(3)で用いるロープの補強効率Kについては，本実験
ロープによるせん断補強効率は，固定材を用いない試の結果より算定した．その結果を，表-8に示す．表には， 験体R020では0.26，引張強度が低い樹脂Bで固定した
曲げ破壊した試験体における補強効率も示しているが，R020Priでは0.28と低く，引張強度が高い樹脂Aで固定しせん断破壊ではないため，その補強効率は下限値を示し
たR020Acrでは0.34(下限値)と高くなる傾向が見られる．
ていることになる．ロープ補強では，鉄筋によるせん断
樹脂強度が高いほうが固定の度合いが高いと考えれば，補強と異なり，ロープが降伏しないため，せん断ひび割
せん断補強効率は，固定の度合いを高めることで，増加

280

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

させることができると考えられる．また，ロープ破断により終局した試験体R100AcrとR100AcrHpfとの補強効率の比較より，HPFRCCなどで被覆することにより，さらに固定の度合いを高めることができると考えられる．
本実験結果では，ロープ破断によりせん断破壊した試験体が三体と少ないため，今後，試験体の形状や，ロー
プ補強のパラメータを変えた試験体による実験での検証
や，被覆材が負担するせん断耐力の実験による検証は必要だが，式(1)によりロープ補強を行った部材の耐力評価を行うことが可能と考えられる．なお，ロープによる補強効率Kの設定については，材料特性，補強量，せん
断支間比をパラメータにした実験や解析による整理が必要と考えている．
また，被覆材の曲げ耐力に及ぼす影響について，曲げ破壊した試験体の実験結果と計算値との比較を，表-9に示す．計算値は，被覆材により部材断面が増加した影響を，均一なコンクリート断面とみなして曲げ耐力を求めたものである．被覆しない試験体に対する比率に着目す
ると，計算値では，部材断面の増加による耐力増加は3～4%であり，実験値は1～4%でわずかながら低い耐力プ補強した部材の被りコンクリートの剥落を防止
し，終局時の靭性を確保するためには，部材の隅角部におけるロープの喰い込みを防止するL形鋼の配置などの対応が必要であるが，ロープを樹脂などで，コンクリート表面に固定することで，このようなロープの食い込みが防止できる．
(5) ロープをアクリル樹脂などでコンクリート表面に固定したのみで，HPFRCCなどで被覆しない場合には，せん断補強効果は発揮されるが，斜めひび割
れ発生耐力を越えた荷重の載荷で，ロープがせん
断力を負担する状態になると，はりの剛性低下が発生する．HPFRCCなどの被覆材は，この剛性低下を防止することができる．
(6) ロープ補強によるせん断耐力は，ロープによる補強効率を考慮することにより，コンクリートが負担するせん断耐力，ロープが負担するせん断耐力，
および被覆材が負担するせん断耐力の総和として評価することができる．

5. 今後の課題となっている．これは，ロープ部を含む断面では，被覆厚がロープ直径分だけ減少していることに起因すると考えられる．これらの比較結果から，被覆材の曲げ耐力に及ぼす影響は，わずかであることがわかる．

本論文では，せん断耐力が不足している部材に対し，ロープ補強を行うことで，せん断補強が可能であることを示したが，補強しない段階でせん断破壊をする試験体を選定して行っているため，ロープ補強によるせん断補強効果を定量的に評価するには十分とはいえない．今後
4. 結論
は，補強後にせん断破壊する試験体を中心として，せん
本論文では，連続繊維ロープをRC部材に巻き付けて， 断補強効果を定量的に把握する必要がある．
また，試験体が小型であるために，固定材や被覆材のせん断補強を行った場合の強度特性について検討し，以影響が出やすくなっているものと考えられるため，寸法下のような特性を明らかにした．
(1) ロープを用いたせん断補強では，樹脂材などを用効果の影響を把握するために，試験体を大型化した場合のせん断補強効果の把握も必要である．
いてロープをコンクリート表面に固定し，HPFRCCなどを用いて被覆することで，連続繊維ロープの有する耐力を十分に活用したせん断補強が行うこ
謝辞：本研究は，韓国との二国間交流事業として，日本とができる．
学術振興会からの支援を受けて実施したものである．ま(2) ロープをコンクリート表面に固定する材料としてた，本研究の実施にあたり，浅野幸男氏（岐阜大学），前田徳一氏（東洋紡績(株)），阪口裕紀氏（丸栄コンク
は，連続繊維シート補強に用いるアクリル樹脂が適している．また，HPFRCCは，アクリル樹脂には
リート工業(株)），ならびに大畑卓也氏（JR東海コンサ
及ばないものの，固定材としても有効である．
ルタンツ(株)）から協力と支援をいただいた．CORDOY(3) ロープの巻き付けのみで，ロープをコンクリート研究会の関島謙蔵氏（関東学院大学）からは，ロープ補強に関する情報をいただいた．ここに感謝の意を表する．
表面に固定しない場合には，斜めひび割れが進行してから，ロープの補強効果が発揮されるため，
参考文献
活荷重載荷時などの，常時の使用状態で求められ
1) 土木学会コンクリート委員会：連続繊維シートを用るせん断補強の効果は小さい．
いたコンクリート構造物の補修補強指針，コンクリ(4) ロープ補強では，RC部材の圧縮側隅角部において，
ートライブラリー101，2000.3.
終局時に発生した斜めひび割れ部にロープが喰い2) 松本章裕，Nguyen Hung Phong，下村匠，関島謙蔵：込むような破壊状況が発生する場合がある．ロー281

土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造）, Vol. 68, No. 4, 271-282, 2012.

3)

4)

5)

既設コンクリート部材の補強における連続繊維ロープの適用，コンクリート工学年次論文集，Vol.28，
No.2，pp.1423-1428，2006.
川名俊輔，下村匠：連続繊維ロープでせん断補強した鉄筋コンクリートはりのせん断耐荷機構，コンク
リート工学年次論文集，Vol.30，No.3，pp.1525-1530，
2008.
三田村浩，本間淳史，下村匠，丸山久一：アラミド
ロープを用いた RC 橋脚の鉄筋段落し部のじん性補強に関する検討，コンクリート工学年次論文集，Vol.30，
No.3，pp.1267-1272，2008.
塩畑英俊，三田村浩，渡邉忠朋，下村匠，丸山久
一：アラミドロープを用いた既設鉄筋コンクリート
橋脚の耐震補強に関する実験的研究，構造工学論文

6)7)集，Vol.56A，pp.450-463，2010.3.
NEXCO：設計要領第二集橋梁保全編，pp.6.44-6.51，
2011.7.
土木学会：2007 年制定 コンクリート標準示方書 設計編，pp.132-141，2008.4.

8)

9)

二羽淳一郎，山田一宇，横沢和夫，岡村 甫：せん断補強筋を用いない RC はりのせん断強度式の再評価，
土木学会論文集，No.372/V-5，pp.167-176，1986.8.
土木学会：複数微細ひび割れ型繊維補強セメント複合材料設計・施工指針（案），pp.30-32，2007.3．
(2012. 1. 15 受付)

SHEAR REINFORCEMENT OF RC MEMBERS WITH CONTINUOUS FIBER
ROPE
Hideaki HATANO, Takashi NAKASHIMA, Hyun-Do YUN, Yuichi UCHIDA
and Keitetsu ROKUGOIn this study, continuous fiber ropes were applied for shear reinforcement of RC members such as
beams and columns. The fixing and covering materials for the rope on concrete surface and the rope
winding interval were examined. Shear loading tests were conducted to RC beams reinforced with a continuous fiber rope. In order to utilize the capacity of continuous fiber ropes for shear reinforcement of RC
members, we proposed a method to fix ropes with acrylic resin and then to cover them with HPFRCC(High Performance Fiber-Reinforced Cementitious Composite) on concrete surface.

282