ロープ状連続繊維補強材を用いた既設構造物の補強

1.

コンクリート研究室

松本章裕

指導教官

下村匠

はじめに
平成 7 年の兵庫県南部地震以降，構造物の耐震性補強の重要性が高まっている。既設構造物の耐震補強には，RC 巻立て工法，鋼板巻立て工法，連続繊維シート巻立て工法があり，多くの実績をあげている 1)，2)。しかし，これらの工法にはそれぞれ一長一短の部分があり，改善のa) 組紐状b) より紐状
写真-1 ロープ状連続繊維補強材余地がある。
本研究では，ロープ状連続繊維補強材（写真

表-1 ロープ状連続繊維補強材の物性-1，表-1）に注目している。ロープ状連続繊維実験

はり柱

ロープの成形状態

組紐より紐断面積(mm2)

5.56

17.19

引張強度(MPa)

2070

1660

弾性係数(MPa)

94400

53300

破断ひずみ(%)

2.22.8

補強材は，さまざまな形状に手作業で容易に加工できるので，配筋の作業性に優れる。また，
エポキシ樹脂などの繊維結合材を使用しなくとも，繊維単体でコンクリート用補強材として機能する。田坂らの研究では，新設時にロープ状連続繊維補強材をコンクリート中に埋め込み，せん断補強筋として用いることが可能であることを示した 3)，4)。
本研究では，本補強材の作業性，高耐久性の特長を生かせると考えられる既設構造物の補2.

ロープ状連続繊維補強材を用いた RC はりの載荷試験

2.1. 概要

強への適用について検討する。腐食性環境下にここでは既存部材の外周にロープ状連続繊おける橋脚の RC 巻き立て工法の代替工法とな維補強材を巻付け補強しただけの場合，埋設しることを念頭に置き，ロープ状連続繊維補強材たせん断補強筋と同等の効果を発揮するかどを既設構造物の外周に巻きつけた後，その保護うかを検討する。にコンクリートを巻き立てることを考えた。
本補強工法は，2 段階に分けて検討した。ま2.2. 供試体概要ず，ロープ状連続繊維補強材の巻き方，定着方

載荷試験用はりの概要を図－1 と表－2，表－法，コンクリート巻立てなどの補強効果につい3 に示す。はりの左側半分を試験区間とした。て既設鉄筋コンクリートはり供試体の静的載供試体 No.1 は比較用のせん断補強筋なしの供荷試験により検討する。さらに耐震補強の効果試体である。供試体 No.2 では，ロープ状連続について既設鉄筋コンクリート柱による正負繊維補強材をせん断補強鉄筋の代替としての交番載荷試験により検討する。

利用を想定し，最初からコンクリート中に埋設

2D10

1D10@1005D10@150220D10@150

2D101350

No. 1CFR3@150

12D10D10@1005D10@150

22D10

12D106D10@100

3D10@1502

1450900

5D224300

5D10

15D2262015062D10No. 33320CFR5@150

15D22350

D10@150

5D225CFR@15020No. 21506206350D10@15015D22205D225D1090020450202003000

図－1 供試体概要 3)，4)した。定着部分は，鉄筋に結び付けた後，樹脂

表－2 供試体概要により固定した。

a/d

供試体 No.3 は，供試体 No.1 と同じ既存 RC

No.1

はりの外周にロープ状連続繊維補強材を巻きNo.2付け補強したものである。ロープ巻付け前に試

No.3

3.1

巻付け間隔

用途――

150mm

せん断補強筋

150mm

既設構造物の補強

験区間のコンクリートの隅角部は曲率半径※a/d せん断スパン比17mm の面取りを行った。定着部分は隙間なく表－3 使用材料の物性

5 回巻き付け，エポキシ樹脂により固定した。

主鉄筋の断面積(mm2)1935

主鉄筋の降伏強度(MPa)703

コンクリートの圧縮強度(MPa)46.7

供試体 No.1 と No.2 は既報のデータ 3)，4)である。
ロープ状連続繊維補強材は，No.2，No.3 ともに同じ巻付け間隔にし，特殊な機材を使用せず，人力により巻付け作業を行った。載荷試験

2002.3. 試験結果

図－2 に荷重－はり中央のたわみ関係を示す。
いずれの供試体もせん断ひび割れ発生荷重（98.1kN，図中の矢印部分）まではほぼ同じ挙動を示した。せん断補強筋がない供試体 No.1は，せん断ひび割れ発生後少し荷重の増加が見られたが，すぐに耐荷メカニズムが消失し終局荷重（ｋN）

では静的単調載荷を行った。

せん断ひび割れ150発生

No.1No.2No.3

100500051015
はり中央のたわみ（ｍｍ）

図－2 荷重－はり中央のたわみ関係

20果を得るためには，コンクリートとロープの間を迎えた。
供試体 No.2 は，せん断ひび割れ発生後，コに付着が必要であることが示唆された。また，

ンクリート中に埋め込まれたロープ状連続繊

実構造物に適用することを考えた場合，衝突や維補強材 がひび割れを跨いでせん断力を受け環境作用等からロープを保護するために何ら持つことで荷重が増加した。その後ロープが破かの被覆を施すことが望ましいと考えられる。

断し終局となった。部材の最大耐力は No.1 の 2

そこで，既設部材の外周にロープ状連続繊維補強材を巻き付けた後にコンクリートで巻き倍程度に向上した。
供試体 No.3 は，ひび割れ発生後の最大荷重は No.1 と同程度であったが，ピークを経過し立てることを考案し，どのような補強効果が得られるか検討する。

た後の挙動が大きく異なった。ピークを経過した後，耐荷力が一定のまま部材の変形が進む区

3.2. 供試体概要間が見られた。その後ロープが破断し終局とな

供試体の概要を表－4，表－5 と図－3 に示す。

った。最大荷重後は外周に巻き付けたロープ状

供試体 No.1 は比較用のせん断補強なしの供試

連続繊維補強材が力を受け持っていると考え体である。本実験シリーズは，せん断ひび割れられる。しかし，ひび割れ発生直後は供試体

表－4 供試体概要No.1 と同じ挙動をしていることから，ロープ状連続繊維補強材を既設構造物に巻き付けただけでは，コンクリートとの付着がないために，ひび割れ発生後すぐに力を分担することが困

a/d
No.1
No.22.9

巻きつけ間隔増し厚の厚さ――

100mm 往復15mm※a/d せん断スパン比難であると考えられる。

表－5 使用材料の物性
3.

ロープ状連続繊維補強材とコンクリート巻主鉄筋の断面積(mm2)286.5立てを併用した RC はりの載荷試験

主鉄筋の降伏強度(MPa)385

3.1. 概要

コンクリート(はり)前掲 2 章の実験結果より，既存部材の外周にの圧縮強度(MPa)

ロープ状連続繊維補強材を巻き付けた場合，コ巻立てコンクリート

ンクリート中に埋設した場合と同様の補強効の圧縮強度(MPa)

図－3 供試体概要46.030.650しくなるように諸元を決定した。連続繊維補強

40荷重（ｋN）

発生荷重 Vc と，主鉄筋降伏荷重が計算上ほぼ等ロープを，柱部材の鉄筋降伏後のじん性補強に用いることを念頭に置いたためである。
供試体 No.2 は，ロープ状連続繊維補強材とコ

No.1
No.230

せん断破壊
No.120

曲げ破壊No.210

ンクリート巻立てを併用する供試体である。な

主鉄筋降伏0お，No.2 は，既存部材の試験区間のコンクリー0トの断面積を減らしておき，コンクリート巻立

10203040

はり中央のたわみ（ｍｍ）て後に No.1 と同じ断面積になるようにした。

図－4 荷重－はり中央のたわみ関係

これは，実験に用いた供試体が小型であるので，巻立てコンクリートによる断面積増加によるコンクリートの分担せん断耐力 Vc の増加が無視できない可能性があるため，実験上の措置として行ったものである。
供試体作製手順は次のようである。母部材のNo.1 (補強なし)

コンクリート打設後，試験区間の表面処理を行ってから養生を行った。養生終了後，隅角部の面取りを行い，ロープ状連続繊維補強材を巻き付けた。ロープ状連続繊維補強材は巻付け間隔100mm とし，載荷点側から巻き始め，支点側にNo.2 (補強あり)到達すると反転して載荷点側に向かって巻き写真―2 ひび割れ状況

付け，巻き始めと巻き終わりの部分を結んだ。
樹脂による定着は行っていない。巻付け作業に張破壊となった。すなわち，ロープ状連続繊維は人力により行った。その後，巻立てコンクリ補強材とコンクリート巻立てにより部材の破ートを打設した。巻立てコンクリートの厚さは壊モードをせん断破壊からじん性に富む曲げ15mm とし，骨材の最大寸法は 10mm とした。

破壊に改善することに成功した。
供試体 No.2 においてせん断ひび割れが複数

3.3. 実験結果本生じたのは，ひび割れ発生後ロープ状連続繊

図－4 に荷重－はり中央のたわみ関係を示し， 維補強材がひび割れを跨いで引張力を受け持
写真－2 に終局時のひび割れ状況を示す。
供試体 No.1，No.2 ともに主鉄筋降伏までは同じ挙動を示した。供試体 No.1 は，主鉄筋降ったためであると考えられ，巻立てコンクリートが付着の伝達に有効に機能することを示している。

伏後，せん断ひび割れが 1 本生じて耐荷力を失い終局となった。一方，供試体 No.2 は，主鉄筋降伏後，複数のせん断ひび割れが発生したが，これらにより部材が終局状態にいたることはなく，大きな変形をした後，最終的に上部コンクリートが圧縮破壊し，破壊モードは，曲げ引4.

ロープ状連続繊維補強材とコンクリート巻立てを併用した RC 柱の正負交番載荷試験4.1. 概要

はり供試体の単調載荷試験の結果，ロープ状連続繊維補強材とコンクリート巻立てを併用

42040P1F31250

4D6@250

CFR@100

7D22 x 2@180

2D16 x 2700

F140

7D19 x 2500
P240604D131190403504042040500

P318001800

図－5 供試体概要の一例（左：配筋図，右：補強後の状態）する補強工法が有効である可能性が示された。

表－6 使用材料の物性

そこで，より実構造物の状況に近い RC 柱供

主鉄筋の断面積(mm2)2006

試体に本補強工法を適用し，正負交番載荷時の主鉄筋の降伏強度(MPa)384挙動を試験することとした。

コンクリート(柱)の圧縮強度(MPa)4.2. 供試体概要

図－5 と表－6 に供試体概要を示す。この供巻立てコンクリートの圧縮強度(MPa)

25.2
26.2

試体は著者らが過去に行った連続繊維シート
巻立て補強に関する実験 5)に用いたのと同じ諸はバイブレータを用いて型枠外部から型枠に振元であり，無補強の場合，曲げ降伏とほぼ同時動を加えることにより行った。にせん断破壊する。
供試体 No.1 は，ロープ状連続繊維補強材を4.3. 載荷方法

100mm 間隔で巻き付け，供試体 No.2 はロープ状

載荷ステップは，正負ごとの降伏荷重時の載連続繊維補強材を 200mm 間隔で巻き付けたもの

荷点変位を 1δ として，この整数倍を 1 ステッである。これは補強量の違いによる補強効果の違プとして繰返し載荷を行った。繰返し回数はスいを調べるために行った。

テップごとに正負 3 回とした。最大荷重を経験

ロープ状連続繊維補強材は，載荷点側から巻き始め，フーチング部に到達すると反転して載荷点したあと，水平荷重が最大荷重の 8 割まで低下した時点を終局とし，載荷終了とした。

側に向かって巻き付けた。その後，柱周囲に基部から型枠を設置し，巻立てコンクリートを打設し4.4. 実験結果た。供試体 No.1，No.2 ともに巻立てコンクリー

図-6，図-7 に荷重－載荷点変位関係を示す。供トの厚さは 40mm とし，粗骨材最大寸法 13mm，

試体 No.1 では，正側負側で値の異なる降伏変位

スランプ 14cm のコンクリートを用いた。締固めを採用して載荷変位を制御したため，正負非対称となっている。この供試体は正負 7δ の載荷まで400300耐えることができた。ただし，値の大きい正側のなった。

200水平荷重(kN)δ を基準に負側の終局変位を計算しなおすと 3δ と1000-100-200

無補強時には曲げ降伏とほぼ同時にせん断-300破壊することを勘案すると，本補強工法により-400-80

じん性補強の効果はあったといえる。
供試体 No.2 は，正側負側で同じ値の降伏変位と十分な補強量が得られていないと考えられる。なお，供試体 No.1，No.2 ともに終局時においても，ロープが破断することはなかった。
供試体に発生したひび割れは，供試体 No.1，No.2 ともに同様のひび割れであり，載荷点と柱基部を結ぶ斜めのせん断ひび割れであった。このひび割れは，無補強のものと同様であった。
5.

結論
本研究では，ロープ状連続繊維補強材を既設コンクリート部材の補強に適用するための基礎的な実験的検討を行った。以下の知見が得られた。
(1) ロープ状連続繊維補強材を既設部材の外周に巻き付けただけでは，付着がないためコンクリート中に埋め込んだ場合と同じ補強効果は得られない。
(2) ロープ状連続繊維補強材を巻き付けた後コンクリート巻立てを行うことで，ひび割れ発生後にロープがただちに力を受け持つ耐荷メカニズムが実現できる。
(3) ロープ状連続繊維補強材とコンクリート巻立てを併用する補強工法は，既設鉄筋コンクリート柱部材のじん性に補強効果があることが示された。

406080300200
水平荷重(kN)

体 No.2 の補強量では，供試体 No.1 と比較する-20020
載荷点変位(mm)400となっている。この供試体は，正負 2δの載荷補強効果の違いが見られることとなった。供試-40

図-6 供試体 No.1(巻き付け間隔 100mm)を採用して載荷変位を制御したため，正負対称まで耐えることができた。また，補強量により-601000-100-200-300-400-80-60-40-20020
載荷点変位(mm)406080

図-7 供試体 No.2(巻き付け間隔 200mm)

参考文献
1) 日本コンクリート工学協会：連続繊維補強
コンクリート研究委員会報告書，1997.72) 日本コンクリート工学協会：連続繊維補強
コンクリート研究委員会報告書(Ⅱ)，1998.53) Nguyen Hung PHONG, Takumi SHIMOMURA,
Kenzou SEKIJIMA, Kyuichi MARUYAMA：Experimental Study on Shear Behavior ofConcrete Beams Reinforced With Continuous
Fiber Rope, Transactions of JCI, Vol.27,
pp.1441-1446, 2005
4) 田坂 雄治，Nguyen Hung PHONG，下村 匠，
関島 謙蔵：連続繊維ロープによるコンクリート部材のせん断補強，土木学会第 60 回年
次 学 術 講 演 会 講 演 概 要 集 ， pp.465-466 ，2005.95) 新保 学幸，下村 匠，丸山 久一：連続繊維シート補強 RC 柱部材のじん性予測に関する研究，コンクリート工学年次論文集
23 巻，pp.883-888，2001

第