23023

日本建築学会大会学術講演梗概集（中国） 2008年 9 月

選抜梗概

定着金物を用いた連続繊維シートによる劣化スラブの補強効果

スラブ補強
振動性能

炭素繊維シート
長期クリープ

正会員
同
同
同

定着金物

1. はじめに○高橋
藤本中村
鈴木茂治*1
効*3
洋行*5
英之*7

福山洋*2
岸本剛*4
加藤 貴久*6
上田 正生*8

同
同
同
同

定着部

近年，地球環境問題の観点より，既存ストックの長寿CFシ ー ト 有 効 補 強部

命化による有効利用が重要な課題となってきている。既存構造物をリニューアル，コンバージョンする上で，用途変更等に伴う荷重増大に対する補強，経年劣化に対する補強は不可避であり，特に劣化スラブについては，たわみ障害，振動障害等，ユーザーの日常使用に及ぼす影

金物外面側
金物内面側

a. CF シートの定着

響は大きく,早急の補強が必要となる。本報は，鋳鋼製のb. タイプ A の定着

c. タイプ B の定着

図－1 CF シートのコンクリートへの定着定着金物と炭素繊維シート（以下，CF シートという。）

表－1を用いた補強工法（以下，本工法という。）をスラブに適用した場合の補強効果確認実験の報告である。

試験体諸元

試験体

スラブ
厚(mm)

内法
スパン（mm）

スラブ筋引張鉄筋比CF シート補強

S-1
SR-2SR-3130

4500

上端，下端共7-D100.327％

無し
上面のみ
上下両面

本工法は，図－1 に示すように，定着金物内面側とコンクリート躯体で CF シートを押さえるとともに，シートの余長部分を折り返し，金物外面に接着することで定着を確保し，この金物をボルトのせん断抵抗又は引張抵抗で5500

コンクリートと一体化することにより，鉄筋コンクリー

500

4500

ト部材の補強を行う工法である。主に既存構造物の補強

500

スラブ配力筋 D10＠200
変位計（2箇所）1550

130

要求に対する補強，梁の耐力向上等の効果が確認されて620

スラブ主筋 7-D10を目的に開発され，リニューアルに伴う既存梁への開孔800いる。
（文献[1]，文献[2]）今回行った実験では，試験的に劣化させた実大スケー
ルの一方向スラブに対して，本工法による補強を行い，

1750

20001750

その補強効果を確認した。
補強効果は，振動計測によりその剛性の変化を調べることにより確認することとし，さらに長期クリープ性状を確認するための長期載荷実験を行った。本報ではその報
告と，補強効果の解析的検討を示す。

5500
4500

500

1170

1-D136

歪みゲージ
1-D2

1-D5 1-D6

1-D3 1-D4

1-D7 1-D8

100

100

100

36100

主筋7-D10500

2. 実験概要
2.1 試験体50

配力筋D10@200

50

上端筋

試験体の諸元を表－1，形状および配筋図を図－2 に示

36

歪みゲージ

す。試験体は，両端に梁型を持つ一方向スラブとし，実大スケールの 3 体とした。スラブ厚さは 130mm，内法ス主筋7-D101170

1-D91-D1036

パンは 4500mm とした。S-1 は補強を施さない試験体，
SR-2 と SR-3 は後述する方法でひび割れを発生させた後に，5050

下端筋CF シートによる補強を施した試験体であり，SR-2 はスラブの上面のみ，SR-3 はスラブの上下面に CF シートを貼

図－2り付けた。
Structural upgrading of deteriorated RC slabs utilizing
continuous fiber sheets with casting steel plate for anchorage.

配力筋D10@200

試験体形状および配筋要領

TAKAHASHI Shigeharu, FUKUYAMA Hiroshi, FUJIMOTO Isao,
KISHIMOTO Takeshi, NAKAMURA Hiroyuki , KATOH Takahisa,
SUZUKI Hideyuki and UEDA Masaiki―89―

2.2 材料試験結果試験体に使用した材料の試験結果を表－2 に示す。

ナット
ナットをラチェットで締めることで加力

ロードセル

ロードセル

表－2 使用材料の材料試験結果
コンクリートスラブ筋 D10

材齢(日)32
降伏強度(N/mm2)347

圧縮強度(N/mm2)29.2
引張強度(N/mm2)
487

100

加力ビーム

1/3 割線剛性(kN/mm2)
25
ﾔﾝｸﾞ係数 伸び率(kN/mm2) （％）
186
22.5

加力ビーム 100

PC鋼棒21φ変位計
CDP25

図－3加力装置

SR-2，SR-3 試験体は本工法による補強を施した。図－6に SR-3 の補強要領図を示す。補強に使用した CF シート
は 目 付 量 300g/m2 ， ヤ ン グ 係 数 230GPa ， シ ー ト 幅 が250mm であり，これを二つ折りとして，125mm 幅の 2 層とした。これをスパン方向と繊維方向が一致するようにエポキシ樹脂を含浸させながら貼り付けた。写真－1 に補強要領を示す。ひび割れ導入載荷による変形が約 10mm
残留していたが，単管とジャッキベースを用いて残留変形を零とした。サポートを立てた状態で CF シートを貼り付け，CF シートの端部は上面，下面共に定着金物で固定した。

250 250

CFシート2250
タイプＡ金物250 250
上面タイプＢ金物

歪ゲージ

CFシート

125 125 125 125

加力は，コンクリート打設後 32 日目に行った。加力前にひび割れが発生していないことを目視で確認している。
図－4 に中央集中荷重時の荷重－中央たわみ関係を示す。
いずれの試験体も 10kN 前後で中央下面，固定端上面の順に曲げひび割れが発生し，その後，剛性が低下した。ス
ラブ筋のひずみは固定端側上面が最も大きく，降伏ひずみ近傍の 2000μに達するまで加力を行った。概ね中央部の鉛直変位が 17mm まで加力したが，この時のひび割れ幅は，固定端上端で 0.7～0.9mm，中央部下端で 0.3～0.4mm であった。その後，ナットを緩めることで除荷をした。除荷後の中央部の残留変位は約 10mm であり，ひび 割 れ 幅 は ， い ず れ の 試 験 体 も ， 固 定 端 上 面 で 0.5 ～0.7mm，中央部下面で 0.15～0.2mm であった。図－5 にSR-3 試験体のひび割れ状況を示す。
2.4 補強方法

125 125 125 125CL
2.3 試験体の劣化30
荷重
S-1（1）加力方法
P(kN)
SR-2
上面
SR-3
試験体中央部に加力を行うことにより，経年劣化した20状態を想定したスラブ試験体とする。図－3 に加力装置を側面示す。スパンの中央部に加力ビームを置き，加力ビーム両端の PC 鋼棒に取り付けたナットを締めることで，スラ 10下面ブ中央に１点集中の線荷重を与えた。この時，加力ビー200mm鉛直変位δ(mm)
ムが水平を保つように両端の変位計をモニターしながら，005101520鉄筋のひずみが降伏ひずみに到達するまで載荷した。
図－5 ひび割れ状況（SR-3）
図－4 荷重－たわみ関係
荷重の測定は PC 鋼棒を通したセンターホール型ロードセルによった。また，スラブの鉛直変位はスパンの中央に5500て二箇所の変位計で計測した。ひずみの測定は，ストレ500
4500
500
インゲージをスラブ端部の上端筋，および中央下端筋に歪ゲージ
アンカー埋め込み長さ 7d以上貼りつけて計測した。
（2）加力経過アンカー埋め込み長さ 10d以上
1509751125

下面

図－6 SR-3 試験体補強要領図（1）ジャッキアップ（2）CF シート貼り付け（3）スラブ上端（タイプ A 金物）（4）スラブ下端（タイプ B 金物）―90―

写真－1 補強要領

スラブ下端ひび割れ

通常の長期載荷によるスラブ下面のひび割れはスパンの中央付近に発生する。CF シートでこのようなひび割れを補強する場合，余長部分で CF シートの定着が確保されていれば，シート端部の定着金物は必要ない（図－7CF シート余長＝定着長（a））。しかし，実際のスラブでは，固定端部分の曲げひ補強要領（a）
端部ひび割れ貫通び割れが下面まで貫通していることがあり，その場合はスラブの下面に貼る CF シートも端部で定着する必要がある（図－7（b））。今回の実験では，固定端側のひび割れ定着金物はスラブ下面まで貫通していなかったが（写真－2），縦CF シート型プレートの施工性を確認する意味も含めてスラブ下面

写真－2
端部ひび割れ状況

補強要領（b）の CF シートも梁部分に定着した。サポートは，CF シー

図－7 ひび割れ状況と補強要領

トの施工から 4 週間後に除去した。
2.5 振動測定方法
写真－3 に示すように，バングマシン用のゴムタイヤ（重量 7.3kg）を約 50cm の高さからスラブの中央部に落下させ，その時に生じるスラブの自由振動を加速度計で計測した。振動測定は，中央加力実験前の健全時，同実験後の劣化時，本工法による補強後の計 3 回行った。
2.6 長期載荷実験

S-1 試験体サポートの除去と同時に，長期載荷によるクリープ試

SR-2 試験体

写真－3 試験体振動測定状況

験を開始した。試験体中央部に 500l の水槽を置き，それ住宅の積載荷重 w＝1.8kN/m2を満水にすることで長期載荷を開始した（写真－4）。水

w＝1.94kN/m2

槽の重量と併せて載荷荷重は 5.1kN となる。この時，両端がピンの状態の中央部モーメントは 5.74kN･m となる。

M＝1/8×1.94×1.17×4.52＝5.74

この値は 1.94kN/m2 の分布荷重時の中央部モーメントであ

P＝5.1kN

り，住宅用の積載荷重 1.8kN/m2 にほぼ等しい（図－8）。

M＝1/4×5.1×4.5＝5.74

3. 実験結果

写真－4 長期載荷実験状況

3.1 振動測定結果

2020加速度（gal）（1）固有振動数の推移

図－9 に振動計測結果の FFT 解析結果を示す。加力に 15よりスラブにひび割れが発生することで，固有振動数が低下し(12.5Hz)，その後の補強によって固有振動数が上昇 10することが確認された。劣化時に一次固有振動数の少し5高いところに小さなピークが存在する。これは，ねじれ方向の一次固有振動数であると思われる。この小さなピ05ークは，両面補強を施すことで無くなった。
同図 d に各試験体の固有振動数の推移を示す。ひび割れの導入によって，劣化時に健全時の 57％まで低下した

20

固有振動数は上面補強で 73%，上下両面補強で 92%まで回復した（表－3）。尚，補強時に無補強試験体の固有振加速度（gal）

S-1

健全時
劣化時
未補修

1050101552025振動数（Hz）

加速度（gal）

健全時
劣化時
補修後（両面）

15SR-310152025振動数（Hz）

b. SR-2 上面補強試験体

a. S-1 無補強試験体25

固有周期(Hz)2015加力後約 1 ヶ月経過したため，鉄筋の時効硬化等の影響

10S-1 未補修

55SR-2 上面補修
SR-3 両面補修2）計算値との比較
一方向梁の固有振動数算出式（式（1））と測定結果の

SR-2

健全時
劣化時
補修後（上面）15動数が，13.25Hz とひび割れ導入時より若干大きいのは， 10によるものと推察される。

図－8 長期載荷荷重005

比較を表－4 に示す。健全時，劣化時の測定値は，概ね既往式による計算値に一致している。

10152025振動数（Hz）

c. SR-3 両面補強試験体

健全時

劣化時

d. 固有振動数の変化

図－9 FFT 解析結果と固有振動数―91―

補修後fv＝c2πE･I
4ρ･A･l x

表－3（1）

ここで，c；固定度係数
単純梁：9.87 両端固定梁：22.7
E；コンクリートのヤング係数（N/mm2）
I；断面 2 次モーメント（mm4）ρ；密度（N･sec2/mm4）
A；断面積（mm2）lｘ；スパン（mm）

固有振動数測定結果

S-1 無補強

SR-2 上面補強

SR-3 上下面補強

健全時

21.5Hz21.9Hz21.6Hz

劣化時

12.5Hz（58％）

12.5Hz（57％）

12.5Hz（58％）

補強時

13.3Hz（62％）

16.0Hz（73％）

19.8Hz（92％）※（ ）内は健全時に対する低下率を示す

表－4
計算値

計算値との比較
S-1

SR-2

SR-3

計算値/測定値

計算値/測定値

計算値/測定値

健全時

21.13Hz

0.983

0.964

0.978

劣化時

13.00Hz

1.040

1.040

1.040

3.2 サポート撤去時の歪分布
図－10 にサポート撤去時の，CF シート及び，鉄筋の歪※ 劣化時の計算値は，配力筋までひび割れが達していると仮定してスラブ厚 80mm として算出した分布を示す。歪みの値はサポートを撤去する直前に初期400値を取り直した。端部上端引張り応力に対しては，上端300CF シートがほとんどの応力を負担している。中央下端応200

CF シートの歪（μ）

力に対しては，上面のみ補強した SR-2 試験体については，

SR-2SR-3

SR-2
SR-3鉄筋の歪（μ）

100

鉄筋が負担しているが，上下面補強した SR-3 の場合は0

CF シートが大部分を負担しており，補強により負担する応力の割合が鉄筋から CF シートに移行しているのがわか

端部上端

中央下端端部上端端部上端

中央下端端部上端-100

図－10 サポート撤去時の歪分布る。
163.3 長期載荷実験経過
図－11 に長期載荷による中央部のたわみの推移を示す。

たわみδ(mm)14

ここで，SR-2 と SR-3 は補強工事時に残留変形をほぼ零に12している。S-1 の鉛直変位はひび割れ導入加力実験からの10累積である。横軸の一目盛りは 1 ヶ月であり，クリープ試験の開始から約 6 ヶ月が経過したデータを示す。長期載荷開始直後から概ね 1 ヶ月の間でクリープ変形が進行

86し，6 ヶ月経過時点ではほとんどクリープ変位の進行は見4られない。たわみは，無補強の S-1 が 14.5mm，上面補強2の SR-2 が約 10mm，両面補強の SR-3 が約 6mm であり，0補強量が多い程たわみが小さくなっていた。

ひび割れ導入時の残留ひび割れ

S-1(補強無し)
SR-2(上面CF補強)
SR-3(上下面CF補強)
0720

1440

2160

2880

30日
経過時間(hour)
3600

4320

図－11 長期載荷による中央部変位の推移
4. まとめ参考文献[1] 中村洋行，鈴木英之，福山洋，上田正生：連続繊維シートと本実験の結果より，以下に示す知見が得られた。
鋼管により開孔補強された既存梁のせん断耐力評価，コンク
1）ひび割れにより剛性が低下したスラブを，ジャッキア
リート工学年次論文報告集，Vol.29，No.3，pp.1627-1632，
2007.7
ップし，本工法による CF シート補強を施すことで，[2] 中村洋行ほか：定着金物を用いた連続繊維シートによる RCスラブの剛性が向上した。スラブ上面だけの補強でも構造物補強工法の開発（その 1～5）
，日本建築学会大会学術講演梗概集 C-2，pp.473～482，2007.8
剛性がある程度回復したが，上下面に CF シートを貼[3] 矢部喜堂ほか：壁付き RC 柱の新しい耐震補強工法(CF アンることで，更に剛性が回復した。
カー)の開発（その 1～8）
，日本建築学会大会学術講演梗概集2）本工法による CF シート補強により，スラブのたわみ
C-2，pp.21～36，1999.9[4] 新林実ほか：バリアフリー対応型ボイドスラブに関する実験と振動性状を改善することができた。クリープ性状に研究（その 8），日本建築学会大会学術講演梗概集 C-2，関しては，長期載荷開始から 1 ヶ月間でクリープ変形
pp.759～760，2000.9[5]
日本建築学会：鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説－許が進行したが，それ以降の進展は殆ど見られなかった。
容応力度設計法，1999*1 川口テクノソリューション
*2 建築研究所 工博 *3 ベターリビング 工博*4 奥村組 *5 コンステック *6 三菱樹脂
*7 安藤建設 工博 *8 北海道大学大学院教授 工博*1 Kawaguchi Techno Solution *2 Building Research Institute, Dr.Eng*3 Center for Better Living, Dr.Eng *4 Okumura Corporation*5 Constec Engineering *6 Mitsubishi Plastics*7 ANDO Corporation, Dr.Eng *8 Professor, Hokkaido Univ., Dr.Eng―92―