連続繊維ロープ巻立てによる RC 橋脚のじん性補強メカニズム
コンクリート研究室
1.はじめに藤川博樹

割れが横断している区間は，ひび割れの先端を回転

現在，鉄筋コンクリート構造物の耐震補強方法中心とした剛体回転により変形をモデル化する．残として多くの補強方法が提案されている．実用化さりの区間は弾性はりとみなし，曲げ変形を考慮する．

れている補強方法には一長一短があり，適用する構

これに，軸方向筋のフーチングからの引き抜けも加造物の事情に応じて使い分けられている．アラミド

算する．せん断ひび割れの発生角度はθ=m・ρで表ロープを既設橋脚に巻き付ける工法では，アラミドす．ここに，m は任意の定数，ρはせん断ひび割れ

ロープを樹脂で固めずに外周に巻き立てた場合，部の先端を中心とした回転である．ひび割れの先端位材のせん断耐力を向上させることはできないが，変置は圧縮側軸方向鉄筋の位置から 0.1d の距離とする．

形性能を大幅に向上させることが既往の研究により確認されている．施工性に優れる工法であるととも2.2

支配方程式に経済的な工法として期待が高い．しかし，じん性(1)

力とモーメントのつりあい補強に対する効果を有する事はわかっているが，そ次にフリーボディにはたらく力を列挙し，それらのメカニズムについては，未解明な点が多い．連続のつりあいおよびモーメントのつりあいを考える．

繊維ロープを用いた補強工法を実用化するためには，

水平方向：Vc +ΣVfi +ΣVsi－P＝0

設計法，施工法を確立しなければならない．そこで，

鉛直方向：Ts +Cc’ + Cs’＝0

本研究はアラミドロープを用いた既設 RC 橋脚の耐せん断ひび割れ先端まわりのモーメント：震補強に関する実験 1)から，連続繊維ロープによるTs (d－0.1d)+Σ(VfiZfi) +Σ(VsiZsi)+Cc’Zc－Cs’0.1d－Pyp

補強メカニズムについて明らかにし，これに基づき＝0

補強後の性能を予測する力学モデルの開発を行った．

dP

曲げ解析による軸方向鉄筋降伏までの変形(δy)

yp

せん断補強筋

水平変位の計算(δ)ρ=ρ+∆ρ力のつりあい式より:- 水平方向: 0 =Vc +∑Vfi +∑Vsi − P- 鉛直方向: 0 =Ts −Cs '−Cc '- 回転中心まわりのモーメント:

0 =Ts (d −0.1d) + ∑Vfi z fi + ∑Vsizsi +Cc′zc −Cs′ ⋅ 0.1d − Pyp

軸方向鉄筋

CF ロープフリーボディのせん断ひび割れの回転角(ρ)

Vsi
Cc’低下

Vfi

Zfi
回転中心

かぶりコンクリートのはらみ出しの算出（z）

TsCs’

Cc’

Zsi
Vc

水平荷重の算出 (P)図－1 提案した力学モデルの計算フロー

図－2 せん断ひび割れより上のフリーボディ

2.水平力を受けるロープ補強柱の軸方向鉄筋降伏後ここに，P は作用荷重である．Vc はせん断ひび割の耐荷性状のモデル化

れ発生後にコンクリートの負担するせん断力であり，水平力を受ける柱部材の変形状態のモデル化

回転中心を含む水平断面内に作用するとする．Vfi は連続繊維ロープにより巻立て補強された鉄筋コン

せん断ひび割れを跨ぐ i 巻き目の CF ロープの引張力，クリート柱部材の水平方向の荷重に対する耐荷性状

Vsi はせん断ひび割れを跨ぐ i 巻き目のせん断補強鉄に関し，次のような力学モデルを考案した．図－1

筋の引張力である．せん断ひび割れを跨ぐロープとに提案したモデルの計算フローを示す．せん断ひび

せん断補強鉄筋の本数は，間隔，部材寸法，ひび割2.1

れ角度により定まる．Ts は引張側軸方向鉄筋の引張補強あり補強なし

力，Cs’は圧縮側鉄筋の圧縮力である．Cc’は圧縮側コンクリートの軸方向圧縮合力であり，圧縮側コンクリートの応力σ’c を面積 Ac で積分した値で表す．
(2)各材料の変形の関係

zlp

lpz

フリーボディのせん断ひび割れの先端を中心とした剛体回転角 ρ をとする．圧縮縁のコンクリートのΔa

ひずみは，既往の研究と同様に回転角 ρ の関数とし，1/2

Walther のモデルにより，εc’＝( ye/d) ・ρ と表し，Δa

図－4 圧縮域のかぶりコンクリートのずれ2)．コンクリートのひず

実験結果から(図－6,7)，かぶりコンクリートのはみは平面保持の仮定により回転中心から圧縮縁までらみ出しが耐力の低下を生じる原因と考えられる．

コンクリートのひずみが直線的に分布するとする．

そこで，塑性ヒンジ領域における軸方向鉄筋の座屈

せん断ひび割れ先端から上方向に数えてを i 巻きによるはらみ出しを考慮し（図－3），ロープ補強に目の連続繊維ロープの位置におけるせん断ひび割れ

よって同じ変形量でもかぶりコンクリートのずれΔ

幅の水平成分は wxi＝ρ・Zfi とし，ロープとコンクリa が抑えられるようにモデル化した（図－4）．さらートは部材の隅角ですべるものとし，他はアンボンに，ずれΔa が生じると圧縮応力σc’が低下し始める

ドとする．この条件と図－2 よりロープのひずみはと仮定し，低減係数γを設定してモデル化した（図εfi＝wxi/2ℓで表される．

－5）．その結果圧縮合力 Cc’が低下し，耐力が急低下(3)するように定式化した．

回転角の関数として求めた各材料の負担する力

Cc’，Vsi ，Vfi は，せん断ひび割れの先端を中心とした回転（回転角 ρ）の関数として，これより求まる

ずれ発生

圧縮応力σ c’i 巻き目の CF ロープのひずみから Vfi を求める（図－2）． Vsi も同様にして計算する．圧縮ひずみより，各位置におけるコンクリートの応力σc’，およびその積分値 Cc’を求める．コンクリートの応力－ひずみ関σ c’

1:γ

γσc’

係は圧縮軟化が計算できる前川モデルを用いる．軸方向鉄筋は降伏しているので，Ts は鉄筋の降伏強度ひずみε’cとする．Vc ，P，Cs’は変形の関数とせずに未知量としておく．以上より，全体として閉じた方程式系となり，回転角 ρ を与えると荷重 P および部材の水平変位 δ を計算することができる．
3.

図－5 コンクリートの圧縮応力とひずみの関係
4.

じん性算定モデルの検証

図－6,7 の実験結果から，ロープ補強した場合に着塑性ヒンジ領域における軸方向鉄筋座屈の影響目すると，かぶりコンクリートのはらみ出し量の増加が，荷重の低下につながるものと考えられる．図塑性ヒンジ領域－6 にアラミドロープ巻立てによる RC 橋脚を模擬しはらみ出し量た実験により得られた荷重－変位関係と，本研究で提案した力学モデルにより算出された荷重－変位関係を示す．実験結果と同様に，ロープ補強により変形性能が大きく向上する傾向が再現された．また，

lp

ロープ間隔が小さくなるにつれて終局変位が増大す
RC 柱

圧縮力作用時図－3 塑性ヒンジ領域の軸方向鉄筋はらみ出しモデル

ることが再現された．図－7 にかぶりコンクリートのはらみ出し量－変位関係を示す．算定モデルは，実験結果と概ね同程度の変形量から，はらみ出しが増300250250200200

荷重P(kN)

荷重P(kN)

終局状態は降伏荷重の 80%に達した点と仮定
300150100

補強なし
50mm間隔25mm間隔50算定モデル

×150
100

補強なし
50mm間隔25mm間隔50

実験結果

000204060

80

1001200140

20××○：降伏変位
×：終局変位4060

変位δ(mm)80

100

120140変位δ(mm)

図－6 載荷点荷重－載荷点変位関係
10010080

はらみ出し量Z(mm)

はらみ出し量z(mm)

補強なし
25mm間隔25mm間隔

604020

実験結果

0算定モデル

補強なし

8050mm間隔25mm間隔

6040×20××00204060

80

100

120

140

0204060

変位δ(mm)80

100120140

変位δ(mm)

図－7 かぶりコンクリートのはらみ出し量－変位関係
5.

まとめ

12.0

じん性率（計算値）

補強なし（Ｍ型）

補強あり(25mm 間隔)

10.0

補強なし（ＭＳ型）
補強なし（Ｓ型）

8.0補強なし（壁式 ＭＳ型）
50mm間隔（ＭＳ型）

6.025mm（Ｍ型）(1)ロープ巻立て補強によるじん性補強メカニズム
は，かぶりコンクリートの剥落が抑えられ，耐力の急激な低下を圧縮力の保持によって防いでいると考

25mm（ＭＳ型）

補強なし

4.0

本研究では以下の知見が得られた．

25mm（Ｓ型）

えられる．

25mm（壁式 ＭＳ型）

2.0

ビニロン25mm（ＭＳ型）

0.0
0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

じん性率（実験値）

図－8

じん性算定モデルの検証(2)提案したじん性算定モデルは，補強メカニズムに基づき，かぶりコンクリートのはらみ出しを評価し，変形性能を向上させることによって，じん性向上を評価することが可能である．

加する現象を再現できている．また，無補強の場合(3)提案したじん性算定モデルは，せん断補強鉄筋のよりもロープ補強した場合の方が，かぶりコンクリ効果を正しく評価できていない。今後はかぶりコンートのはらみ出し量が増大する傾向が示された．

クリートはらみ出しモデルに，せん断補強鉄筋の影じん性率は，実験値と算定モデルで算出される計響を考慮する必要があると考えられる．

算値を比較すると，概ね同じような傾向を示すこと

6.

が確認された（図－8）．しかし，せん断補強鉄筋の1) 塩畑秀俊，三田村浩，渡邊忠朋，下村匠，丸山久

間隔が変化した場合でも，算定モデルでは同程度の一：アラミドロープを用いた既設鉄筋コンクリートじん性率が算出される．この結果は，かぶりコンク橋脚の耐震補強に関する実験的研究，構造工学論文

リートのはらみ出しモデルに，せん断補強鉄筋の影

集 Vol.56A(2010 年 3 月)

響を考慮していないことが原因であると考えられる．

2) 上原子晶久，下村

今後は，かぶりコンクリートのはらみ出しモデルに，

続繊維シート補強 RC 柱のじん性予測に関する力学

せん断補強鉄筋の間隔，補強量などの影響を考慮しモデル，土木学会論文集，No.739/V-60，pp.237-249，た力学モデルが必要であると考えられる．

2003.8

参考文献

匠，丸山久一：新保学幸：連