東急建設技術研究所報 No.37
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U.D.C 624.16 : 621.867.81
U.D.C 624.16 : 621.867.81

連続繊維シートを応用した
連続繊維シートを応用した
自昇降式コンクリート柱補修装置の開発（その１）
自昇降式コンクリート柱補修装置の開発（その１）
中村

要

約：

中村 ＊ 聡＊ 伊藤聡

伊藤正憲＊＊正憲＊＊

地震により損傷を受けた構造物を安全・簡易・迅速に復旧可能な工法として，水硬性樹脂を含浸させた連続繊維シート（以下，TST-FiSH）を RC 柱部材に巻き立てる迅速復旧工法の開発を行っている。また，TST-FiSH の特長である，運搬が容易で任意の形状のものに巻き立てできる点を応用し，遠隔操作による巻立て作業の自動化装置の開発を行っている。この装置は吸着式クローラによって柱を昇降し，クローラの上部に搭載された回転機構によって柱の外周を周回しながら TST-FiSH を巻き立てることができ，連続的かつ効率的に巻立て作業ができるため，従来技術に比べ大幅に施工時間の短縮を可能にするものである。本報では考案した自昇降式コンクリート柱補修装置の概要と，コンクリート柱を昇降させて性能を検証した結果について報告する。

ｷｰﾜｰﾄﾞ：迅速復旧，施工支援ロボット，コンクリート柱目

1. はじめに

4. 昇降機構プロトタイプ機

2. 柱補修装置の概要

5. コンクリート柱昇降実験

3. 吸着ユニット

6. まとめ次：

1.

筆者らは，運搬が容易で，任意の形状のものに巻きはじめに首都圏の主要交通機関や緊急輸送道路の耐震補強は立て可能な TST-FiSH の特長を活かし，TST-FiSH を積載

既にほぼ完了しているが，地震の規模によっては大きした装置がワイヤやレールを使用せずに柱を昇降し，な被害となると予想される構造物が未だ多く存在する

遠隔操作によりシートを巻き立てる自昇降式コンクリ

１）。また新設構造物においても大規模地震に対してあート柱補修装置（以下，柱補修装置）の開発を行ってる程度損傷を許容する設計となっており，損傷は免れいる。この柱補修装置により，従来技術に比べ大幅にない。損傷を受けた構造物は，余震に対する安全性，施工時間が短縮されるため，施工コストの削減が可能構造物の機能性の確保を目的として復旧する必要があである。本報では考案した柱補修装置の概要と，コンるが，既往の復旧技術は，施工が大掛かりとなり，まクリート柱を昇降させて性能を検証した結果についてた効果発現までに数日を要するものが多い。これでは報告する。

本震直後に頻発する余震に対して対応できない可能性が高い。このような背景の下，被災後に迅速に対応で

2. 柱補修装置の概要

き，簡便かつ安全に施工できる復旧工法の開発が望ま

まず，装置本体がコンクリート柱を昇降し，連続したれている。そこで，医療用ギプスをアイディアの起源

シート状の材料を効率的に巻き立て可能である事を確と し た 連 続 繊 維 シ ー ト TST-FiSH （ Fiber-Sheets

認するため，実証模型として実機の 1/5 スケールの柱

containing Hydraulic resin）を，損傷した RC 柱部材補修装置（写真２）を製作した。この装置は駆動するに巻き立てた後，散水するだけで補修効果が得られる

走行ローラを一定の力で柱に押し当て，ローラとコン

２）クリートの摩擦力により昇降する。装置上部に柱を囲新しい復旧工法を提案している （写真１）。

む形状の走行レールが設置され，走行レール上を周回する巻き立て機構によって連続繊維シートに張力を加えながらシートを巻きつける。検証実験では連続繊維シートに代わり包帯を使用し，巻き立て機構に装備された給水ドラムで包帯に水を染み込ませながらコンクリート柱に巻き立てた。
検証実験では，柱の最上部から等速で装置を降下させる動作と巻き立て動作を連動させる事で，連続繊維シートに見立てた包帯が一定の幅で重なりながら隙間なく柱に巻きつけられ，コンクリート柱にシート状の
写真１

材料を効率的に巻き立てできるだけでなく，品質の高TST－FiSH による補修実験

い施工が可能であることが確認できた。
＊メカトログループ*メカトログループ＊＊土木総本部**土木総本部

土木技術部

土木技術部
2727

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発泡ゴムフッ素エチレン

巻き立て機構走行レール
凹凸面用ウレタン

写真３給水ドラム走行ローラ

写真２

柱補修装置の実証模型

䣈䣫䣤䣧䣴䢢䣵䣪䣧䣧䣶䣵3.5
壁面#13吸着耐力(N/㎠)䣅䣱䣰䣥䣴䣧䣶䣧䢢䣥䣱䣮䣷䣯䣰

シリコン吸着パッド

䣒䣴䣧䣵䣵䣧䣵䢢䣵䣧䣣䣶䢢䣯䣧䣥䣪䣣䣰䣫䣵䣯䢢䣙䣣䣶䣧䣴䢢䣶䣣䣰䣭䣖䣷䣴䣰䣫䣰䣩䢢䣹䣪䣧䣧䣮䣵䣙䣣䣶䣧䣴䢢䣵䣷䣲䣲䣮䣻䢢䣯䣧䣥䣪䣣䣰䣫䣵䣯䣔䣣䣫䣮

壁面#22.5

壁面#321.5
10.5

䣃䣶䣶䣣䣥䣪䣯䣧䣰䣶䢢䣤䣴䣣䣥䣭䣧䣶

0シ
リコン䣔䣷䣤䣤䣧䣴䣅䣱䣰䣰䣧䣥䣶䣫䣱䣰䢢䣨䣴䣣䣯䣧

図２䣕䣷䣥䣶䣫䣱䣰䣈䣫䣺䣧䣦䢢䣨䣴䣣䣯䣧

図１エ
チ
レン

フッ
素ウレ
タン

天然
ゴ
ム

発
泡
ゴ
ム

凹
凸面用

吸着パッド単位面積あたりの吸着耐力れた吸着耐力の平均値と，吸着パッドの吸着面積から䣕䣷䣥䣶䣫䣱䣰䢢䣥䣴䣣䣹䣮䣧䣴

単位面積あたりの吸着耐力を求めた。実験結果を図２

柱補修装置のイメージに示す。
実験の結果，コンクリート壁面のように表面が粗く，しかし，実際の作業を行う場合は積載する機材の質量や巻き立てに必要な反力が大きく，ローラとコンク

凹凸のある面には一般的な形状のパッドは吸着耐力がリートの摩擦力だけでは装置の昇降が困難である。反

得にくく，パッドの材質だけを変えても十分な吸着耐対に大きな摩擦力を得るため柱に装置を強力に押付け力を得られなかった。これに対して，特殊形状の発泡て固定すると，昇降に大きな駆動力が必要である。

ゴムや凹凸面用のパッドは十分な吸着耐力が得られた。

そこで，真空圧による吸着パッドとゴムクローラを

発泡ゴムは凹凸面に対する追従性が高く，最も高い吸併用した吸着クローラで柱を両側から挟み込み，吸着着耐力が得られるものの，他のパッドに比べ耐久性に力と摩擦力を使用した昇降機構をベースとする柱補修劣り，実験でも摩擦による損傷が見られた。この実験装置（図１）を考案した。

結果から，コンクリート面に対する吸着耐力と吸着クローラとして使用する際の耐久性を考慮し，吸着ユニ

3. 吸着ユニット
3.1

ットに凹凸面用吸着パッドを採用する事とした。
3.2

吸着パッドの選定

吸着耐力の検討

考案した昇降機構による柱補修装置を実現化するた吸着クローラの能力を算定するのに必要なコンクリめには，昇降装置に使用する吸着ユニットの検討が必ート面における吸着耐力の実効値を決定するため，コ要である。まず，吸着ユニットに使用する吸着パッド

ンクリート壁面に対する吸着耐力を計測した。実験はの材質および形状を選定するため，材質または形状の吸着パッドの選定で使用した 3 種類のコンクリート壁異なる吸着パッド（写真３）をコンクリート壁面に吸面にパッドを吸着させ，壁面から剥がれるまでの最大着させ，壁面に平行で鉛直上向きの力に対する吸着力吸着耐力を計測して行った。実験で使用した真空ポン（以下，吸着耐力）を計測する実験を行った。この実

プと吸着パッドの仕様を表１に，真空ポンプと吸着パ

験では，形状が同じで材質の異なるシリコンゴム，エッド 1 個あたりの吸着耐力を図３に示す。

チレンゴム，フッ素ゴム，ウレタンゴム，天然ゴムのこの実験から，コンクリートの表面状態により吸着吸着バッドと，凹凸面に吸着可能な特殊形状の発泡ゴ耐力にばらつきが見られるものの，吸着パッド 1 個あム，凹凸用パッドの全 7 種類を使用した。各吸着パッたり最小 88.2N の吸着耐力が得られることを確認した。

ドは表面状態の異なる 3 種類（コテ仕上げ，打放し，実験結果から求めた吸着パッド 1 個あたりの平均吸着ジャンカ）のコンクリート壁面に 3 回吸着させて得ら耐力は 110.7N であった。ただし，装置の昇降を検討す2828

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表１

摩擦力も得られるようになっている。また，吸着ユニットの両端部には電極があり，昇降装置の内部に設置された給電用レールに接触すると吸着ユニットが作動し，柱面から離れる時に吸着ユニットが停止することで，スムーズな昇降動作が可能である。

真空ポンプ，吸着パッドの仕様

真空ポンプ

到達真空度：-66.6kPa
吐出空気量：7.5ℓ/min
定格電圧：DC24V
最大電流：0.6Ａ
質量：0.3 ㎏

吸着パッド型
式：SCHMALZ
パッド径：φ80 ㎜
内側容積：32 ㎤
質量：0.21 ㎏

4.

SPK80

昇降機構プロトタイプ機
吸着力と摩擦力を併用した昇降機構が有効であることを確認するため，昇降実験が可能な昇降機構のプロ
トタイプ機を製作した（写真５）。吸着クローラは吸着ユニット 16 個をチェーンで接続して構成される。クローラの駆動軸には下降方向に働く設定値以上のトルク140.0を制御する制動装置があり，装置重量による下降方向
122.5120.0100.0�����N）の力を軽減し，モータブレーキが故障しても装置が急117.6
平均値 110.7N
91.580.0

降下しない機構になっている。また，クローラを回転させる際に吸着パッドのパッド先端が柱面とクローラ

実効値 88.2Nの間に巻込まれ吸着力を得られない現象を防止するた

60.0

め，柱面に接触する際に，吸着ユニットが揺動しパッ40.0

ドの巻込みを防止する機構などが組込まれている。表２にプロトタイプ機の仕様を示す。

20.0

実際の柱補修装置では 2 つの昇降機構は固定フレー0.0
壁面＃1

図３

壁面＃2ムを介して柱の両側から互いに引き合う事で柱面に対壁面＃3して一定の押付け力を得ており，押付け力および吸着吸着耐力の平均値と実効値力を受けた状態で吸着クローラを回転させることにより柱の昇降を行う。図４に柱昇降動作のモデルを示す。

る際にはコンクリート柱の凹凸や表面粗さなどにより装置が昇降動作を行う際，装置本体および資機材の全ての吸着パッドが有効であるとは限らないため，最質量 m を吸着ユニットによる吸着耐力 Fs で支持し，昇小吸着耐力が対象範囲内になる平均吸着耐力の 80％を降機構を柱面に押し付けた時に発生する抗力 Fn とコン実効吸着耐力として昇降装置の検討を行った。
3.3

クリートとゴムの摩擦係数 μ の積である摩擦力の値が吸着ユニット

装置本体および資機材の質量よりも大きい場合（式図２に示した柱補修装置の昇降機構は，4 個の真空ポ(1)），柱から滑り落ちずに装置が留まることが可能でンプと吸着パッドを組み合わせた吸着ユニット（写真ある。また，装置を支持する力よりもクローラの駆動４）を，無限軌道の外周に複数配置したクローラを駆

トルク T が大きければ装置が昇降する（式(2)）。

動させ昇降する。この吸着ユニット 1 台あたりの基準吸着耐力は 442.8N，実効吸着耐力は 352.8N である。吸9.8μFn>(mg－Fs)

着パッド 1 個に対し真空ポンプ 1 台で吸着させるため，

F d  T  9 . 8  F n  ( mg  F s )  0r

段差などによって 1 つのパッドが吸着できない箇所があっても，他のパッドの吸着に影響が及ばない。吸着(1)(2)

ここで，Fd は装置が昇降する際の余剰駆動力，r はユニットの 4 つの吸着パッドの間にはゴム板が取り付クローラ駆動スプロケットの半径を表す。吸着力を使けられ，パッドの吸着力と同時にコンクリート面との用しない場合は装置が滑り落ちないために大きな押付け力を加えなければならないが，同時に押付け力はク�������������

ローラを駆動するモータの負荷にもなるため吸着耐力による負荷低減が重要である。また，一般的にコンクリートとゴムの摩擦係数は 0.5～0.7 とされているが，�� � ������

����

表２

昇降機構プロトタイプ機の仕様

吸着ユニット�� ������������ ���������

写真４

昇降機構
�� �������������

吸着ユニット2929

実効吸着力：352.8N／1unit
質量：4.9㎏／1unit
最大昇降速度：5m/min
吸着ユニット数：16unit
総重量：142kg

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Concrete column

実験においても，昇降動作における吸着式クローラのDriving force有効性を確認する事ができた。
Drive torque6.

Suction force

まとめ

コンクリート柱昇降実証実験の結果，吸着式クローラ

Frictional force
Normal forceを使用して昇降可能である事が確認できた。しかしコ

Pressing force
Climb direction

ンクリート面の性状などが一定でないため吸着力だけでは昇降することは困難であり，吸着力だけでなく装置を押付ける力から得られる摩擦力を併用して昇降す

写真５

プロトタイプ機

図４

Gravitational mass

ることが重要である。今後は実験によって昇降に最適動作モデルな押付け力を求めると共に，落下防止機構などを付加することで安全性に対して冗長性の高い装置を目指す。

吸着力と摩擦力を併用することによりコンクリート表面が濡れている状態やコンクリート表面の凹凸が少なく滑りやすい状態では摩擦力が低下するが吸着力は増加し，表面の凹凸が大きい場合は吸着力が低下するのに対して摩擦力を有効に利用した昇降を行う。
5.

コンクリート柱昇降実験
プロトタイプ機のコンクリート柱昇降性能を確認するため，実験用のコンクリート柱（1000×1000mm，高さ 3m）を柱に装置を押付けずに吸着式クローラの吸着力のみで昇降する実験を行った。吸着昇降実験の状況
写真６を写真６に示す。次に，建物のコンクリート柱（750×吸着力のみを使用した昇降実験

750mm，高さ 4m）を 1 台の吸着式クローラを使用して昇降する実験を行った。実験では装置の昇降速度を3.0m/min に設定し，コンクリート柱の外周に架台を組立て，架台から吸着式クローラを引き付け，押付け力を得る事で吸着力と摩擦力を併用した実際の昇降動作を模擬した実験を行った。昇降実験の状況を写真７に示す。
吸着力のみで昇降する実験では，柱面を滑ることなく安定した吸着式クローラによる昇降動作を確認した。
また，吸着式クローラによる吸着力と装置の押付けて写真７得られた摩擦力を併用したコンクリート柱を昇降する

柱昇降実験状況

参考文献
1）国土交通省道路局国道・防災課道路防災対策室，橋梁耐震補強マップ，http://www.mlit.go.jp/road/bosai/taisin/taisin.html
2）鈴木将充，小島文寛，伊藤正憲，加藤佳孝，"迅速復旧工法開発のための TST-FiSH の基礎物性と補修効果の検討"，コンクリート工
学年次論文集, vol.31 ,No.1 , pp.2197-2202, 2009.7.

DEVELOPMENT OF THE CONCRETE COLUMN REPAIR SYSTEM BY SELF-CLIMBS (PART1)
S.Nakamura and M.ItouAuthors are developing the inspection and repair system for the Concrete Column. This system will be repaired with
Fiber-Sheets containing Hydraulic resin for the damaged Structures by serious disaster. And, this system is for theextermination of work at a high place, and the safety work, and the shortening time of construction, and the corresponding to
the serious disaster. This report explains the Introduction of This system and evaluated by the self-climbing experiment.

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