解説

繊維強化ポリマー（FRP）のコンクリート構造物への適用に関する設計・施工指針について
睦好宏史＊1・村田慎＊2

RC および PC 構造物においては，経年劣化や疲労などによる構造物の性能低下が顕在化しつつあり，既設コンクリート橋の更新や補修・補強がますます増大していくことが考えられる。しかしながら，塩化物イオンによる環境作用が大きい箇所や接合部などでは鋼材腐食が発生することが懸念されている。
プレストレストコンクリート工学会では，「更新用プレキャスト PC 床版技術指針」において，鋼材位置での塩化物イオン濃度が高く鋼材が腐食するおそれがある構造物は，繊維強化ポリマ−（FRP : Fiber Reinforced Polymer）を使用する必要があることを明記しており，この材料を使用する場合は，土木学会の「連続繊維補強材を用いたコンクリート構造物の設計・施工指針（案）」（コンクリートライブラリー第 88 号，1996 年）を参照することとなっている。しかしながら，当該指針が発刊されてから 20 年以上経過していること，繊維強化ポリマーの研究開発・技術が当時から進展していることなどから，新たな知見を取り入れた指針を整備する必要性が増してきている。このような情勢に鑑み，本工学会では繊維メーカー 5 社からの委託を受け，「繊維強化ポリマーのコンクリート構造物への適用に関する委員会」を 2017 年に設置し，指針の作成活動を行ってきた。
本指針は，24 年前に刊行された土木学会の指針に基づいて，わが国および欧米の最新の研究成果および本工学会から刊行された「コンクリート構造技術規準 −性能創造による設計・施工・保全−」を新たに取り入れたものである。本文は本指針の概要について述べるものである。
キーワード：プレストレストコンクリート構造物，繊維強化ポリマー，設計，保全ある。

1．は じ め に2017 年に刊行された道路橋示方書 −Ⅰ共通編−の 6 章

炭素，アラミド，ガラス，バサルト繊維に樹脂を含浸さ（橋の耐久性能に関する基本的事項と照査）の 6.2（耐久性せて硬化した補強材（以下，繊維強化ポリマーまたは FRP確保の方法と照査）では，腐食が生じない材料の使用が明（Fiber Reinforced Polymer）という）は建設分野において，記されている。また，高速道路の大規模更新にプレキャス

1990 年代に登場し，多くの研究開発が行われるとともに，ト PC 床版が用いられているが，鋼材位置での塩化物イオ実コンクリート構造物にも適用されてきた。繊維強化ポリン濃度が高く，鋼材が腐食するおそれがある場合は，炭素マーは鋼材と比較して高強度，軽量，腐食しないなどの利繊維やアラミド繊維を使用した繊維強化ポリマーを使用す点を有している。当時，鉄筋あるいは PC 鋼材の腐食によるものと規定している（更新用プレキャスト PC 床版技術

るコンクリート構造物の耐久性が大きな問題となってい指針，2018 年，プレストレストコンクリート工学会（以下，た。このことから，繊維強化ポリマーは鉄筋あるいは PC「PC 工学会」という））。

鋼材に替わる補強材として注目を集めてきた。1996 年に

以上のように，近年コンクリート構造物の耐久性を向上

土木学会において，「連続繊維補強材を用いたコンクリーさせる目的で，腐食が生じない繊維強化ポリマーを鉄筋あト構造物の設計・施工指針（案）」1）（以下，「土木学会指針」

るいは PC 鋼材の代替材料として適用する動きが再燃してという）が刊行された。土木学会指針は繊維強化ポリマー

きている。今回刊行された「繊維強化ポリマー（FRP）のをコンクリート構造物に適用するための設計・施工法およコンクリート構造物への適用に関する設計・施工指針」（以び試験法を示したもので，世界で初めての指針であった。

下，本指針という）は，24 年前に刊行された土木学会指その後，ACI（アメリカコンクリート工学会）から 2001 年

針に基づいて，わが国および欧米の最新の研究成果およびに Guide for the Design and Construction of Structural Concrete

本工学会の関係規準類を新たに取り入れたものである。

Reinforced with FRP Bars

本文は本指針の概要について述べるものである。

が，また fib（国際コンクリート連合）から 2007 年に fib Bulletin 40

FRP Reinforcement in

2．委員会の構成

RC Structures がそれぞれ出版され，その活動は今日まで活発に行われている。一方，わが国では上述した土木学会

本委員会は，委員長 1 名，副委員長 1 名，委員および委

指針以降は改訂作業は行われておらず，24 年前に作成さ員兼幹事 20 名，委託委員 5 名からなり，表 - 1 に示す構れた土木学会指針が現在でも使用されているのが現状で成となっている。

＊1＊2

Hiroshi MUTSUYOSHI：埼玉大学名誉教授・客員教授
Makoto MURATA：八千代エンジニヤリング ㈱ 事業統括本部 海外事業部 交通基盤部

Vol.62, No.5, Sep. 2020

11

解説
表- 1役
委

職
員

長

委員会の構成コンクリート構造技術規準 （2019.10 月改定）

氏

名

所睦好宏史

埼玉大学名誉教授・客員教授

属PC 構造物高耐久化ガイドライン［構造系を主とした各論］

副委員長

熊谷紳一郎

中日本高速技術マーケティング ㈱

委

員

齊藤成彦

山梨大学大学院 教授

・外ケーブル構造・プレキャストセグメント工法設計施工規準

委

員

服部篤史

京都大学大学院 准教授

・PC 斜張橋・エクストラドーズド橋設計施工規準

委

員

原田哲夫

長崎大学大学院 教授

委

員

牧剛史

埼玉大学大学院 教授

委員

渡辺博志 （国研）土木研究所

委

員

亀井与志

㈱ 建設技術研究所

委

員

安里俊則

西日本高速道路 ㈱［材料を主とした各論］

委

員

新井恵一

東日本高速道路 ㈱

委

員

柴崎晃

・高強度コンクリートを用いた PC 構造物の設計施工規準
・高強度鉄筋緊張 PRC 構造設計指針（案）
・同解説

委

員

角田

敦 （一社）強化プラスチック協会

委員兼幹事長

村田慎

委員兼幹事

内堀裕之

三井住友建設 ㈱

委員兼幹事

大山博明

㈱ ピーエス三菱

委員兼幹事

酒井秀昭

中日本高速道路 ㈱

委員兼幹事

國富康志

㈱ 安部日鋼工業

委員兼幹事

左東有次

㈱ 富士ピー・エス

委員兼幹事

星加益朗

㈱ 大林組

委員兼幹事

村田裕志

大成建設 ㈱

委員兼幹事

渡瀬博

委員兼幹事

渡邊有寿

鹿島建設 ㈱委員（委託側） 岡村脩平

帝人 ㈱委員（委託側） 幸田

英司

東京製綱 ㈱委員（委託側） 荒添

正棋

日鉄ケミカル & マテリアル ㈱を基にしたライフサイクルコスト（以下，LCC という），委員（委託側） 近藤

真一

ファイベックス ㈱② FRP 材料に対する品質規格・性能試験，③ 繊維，樹脂委員（委託側） 高見肇

槌屋ティスコ ㈱の組合せが異なる各 FRP 材料の具体的な材料特性・構造・複合橋設計施工規準など［保全を主とした各論］
・更新用プレキャスト PC 床版技術指針
・プレキャスト PC 床版による道路橋更新設計施工要領など㈱ 高速道路総合技術研究所

・繊維強化ポリマー（FRP）のコンクリート構造物への適用に関する設計・施工指針

八千代エンジニヤリング ㈱など

図- 1

PC 工学会発刊の主な規準との関係

4．本指針の概要
4.1

指針の構成

本指針は土木学会指針を基に，前項に示した PC 工学会の上位規準であるコンクリート構造技術規準の思想を踏まオリエンタル白石 ㈱えた構成としている。
また，本指針では設計者および管理者向けの有益な情報を具体に提供するため，本編以外に参考資料として ① FRP適用が想定される構造物を対象にした試設計および本結果細目・施工事例などを掲載している。

旧委員：芦塚憲一郎：西日本高速道路 ㈱豊田 雄介：西日本高速道路 ㈱長尾 千瑛：㈱ 高速道路総合技術研究所

本指針の章構成を表 - 2 に示す。
表- 2

本指針の構成3．本指針の適用範囲と他規準との関係

章番号

本指針は，FRP を補強材，または緊張材として用いたコ

1章

総則

2章

設計，施工，保全の基本事項

3章

材料

4章

作用

5章

性能照査

ンクリート構造物，PC 構造物の設計，施工および保全に適用する。なお，本指針で取り扱う FRP は炭素，アラミド，バサルト各繊維を樹脂で含浸させた棒材である。
PC 工学会では，図 - 1 に示すように，近年の PC 技術

タイトル

6章

終局限界状態に対する検討

2）

7章

供用限界状態に対する検討（改訂版）を発刊し，コンクリート構造物のライフサイク

8章

疲労限界状態に対する検討の急速な発展に対応して各種の構造物や構造形式の規準化を進めてきた。2019 年に「コンクリート構造技術規準」

ルと性能に関して包括する基本的な規準を定めている。また，2015 年に「PC 構造物耐久化ガイドライン」 にて
3）

PC 構造物の耐久化および標準的な保全を行うにあたっての指針を示した。
本指針はこれらの規準，ガイドラインを上位として，FRP という新材料を用いたコンクリート構造物および PC構造物の設計，施工，保全を行ううえでの指針として作成された。

129章

耐久性に関する検討

10 章

耐震に関する検討

11 章

構造細目

12 章

施工13 章保全

参考資料 1 章

試設計例（※ LCC 含む）

参考資料 2 章

品質規格・試験法

参考資料 3 章

技術資料（※ 5 つの FRP 材料を掲載）

プレストレストコンクリート

解説
4.2

本指針の概要⑴

1 章 総則1 章では，適用の範囲，設計の基本理念，構造物の要求実験値（kN）

本指針の適用範囲として，土木学会指針と同様に鉄筋やPC 鋼材の一部もしくは全体を FRP に置き換えたコンクリート構造物を対象としている。
2 章 設計，施工，保全の基本事項

RC250200150100

2 章では，本工学会の上位規準に準じた設計，施工，保50全の基本事項として，設計供用期間のほか性能照査の方法0などについて記述している。
⑶

PC300

事項，用語の定義，記号，関連規準について記述している。

⑵

スターラップひずみ 0.003

350

050 100 150 200 250 300 350

解説）海外実験の条件を用い，AASHTO等を参考にスターラップひずみを 0.0035程度として本指針のせん断耐力式により試算して，実験値との対比を行った。左
図はひずみを 0.003とした結果で，計算値は実験の下限値付近を示す。

計算値（kN）

3 章 材料図- 2

3 章では，コンクリート構造物の要求性能を確保するた

せん断耐力の実験値に対する検証

めに必要な基本事項および FRP については強度，ヤング⑺係数，リラクセーション率などの機械的特性を設定するた

8 章 疲労限界状態に対する検討

8 章では，FRP を用いたコンクリート構造物の性能照査

めの試験方法や各 FRP 材料の設計値を示している。
FRP は芯材の繊維と繊維に含浸させて一体化するポリマのうち疲労限界状態における安全性について記述していー（樹脂）からなる複合材料であるため，火災等による高る。外ケーブル構造に FRP を用いる場合，定着部の緊張温時にはポリマーの軟化による付着低下を生じる可能性が材変動応力を基とした疲労試験による耐久性照査のほか，あることに留意が必要である。

FRP は一般に母材より定着部の疲労強度が小さくなる傾向⑷

4 章 作用，5 章 性能照査から，定着部の性能確認が必要となる。
⑼

4 章では各限界状態を考慮する作用の種類とその組合せ

9 章 耐久性に関する検討，10 章 耐震に関する検討を，また 5 章では性能照査の項目と構造解析について記述

9 章では，FRP が耐久性を有する塩化物イオン以外の劣している。各限界状態に対する検討，照査方法については化因子として考えられる水，アルカリ，紫外線のコンクリ

6 章以降に詳述している。

ート構造物に対する検討事項について記述している。この⑸6 章 終局限界状態に対する検討

うちアルカリの作用に対しては，高温状態下で長期間影響

6 章では，FRP を用いたコンクリート構造物の性能照査を受ける条件で劣化による引張荷重の低下が懸念される場のうち終局限界状態における曲げモーメント，せん断力，合には，最大荷重保持率を設計に考慮するものとしている。
10 章では，FRP を用いた耐震設計における留意事項につねじりに対する安全性の検討について記述している。

いて記述している。

曲げモーメントに関して，FRP を用いたコンクリート部⑽

材の破壊形式は，塑性域を示さないぜい性的なものとなる

11 章 構造細目特徴を有する。ここで，曲げによる終局破壊形式には，コ

11 章では，FRP を補強材，緊張材で用いる場合のかぶり，ンクリートの圧縮破壊と繊維強化ポリマーの破断による破必要鋼材量，配置，形状，定着などの設計上必要な構造細壊に大別されるが，本指針では対象構造形式のほか，作用目などについて記述している。FRP を内ケーブルや外ケーの種類，FRP の種類，経済性などを考慮して適切な破壊形

ブルの緊張材として用いる場合，曲線部で強度低下するこ式を定めるものとしている。とが確認されているため，実験等により確認する必要があ

せん断力に関して，土木学会指針発刊以後，海外では継る。また外ケーブルの採用は事例も少なく FRP 表面形状続的な研究や実験が行われており，AASHTO では CFRPも種類ごとに多様であるためフィレッティングの影響などを用いた場合の終局限界状態のせん断補強筋ひずみが規定事前の確認が必要としている。
⑾

されている。ミシガン州運輸局（MDOT）では実橋を模擬

12 章 施工，13 章 保全

した実験が行われ，AASHTO のひずみが適用できること

12 章では，FRP を用いた構造物の施工計画から施工中が確認されている。本指針では，上記の実験結果を検証しの品質管理，完成後の検査に至るまでに必要となる基本事て（図 - 2），① 土木学会指針の算定式のほかに ② 実験項について記述している。FRP は施工面で軽量という利点で確認された値も選択肢として追加した。

があるが，紫外線による影響や被覆樹脂の損傷に注意が必⑹

7 章 供用限界状態に対する検討要となる。

7 章では，FRP を用いたコンクリート構造物の性能照査

13 章では構造物完成後の維持管理，診断時の方法や留のうち供用限界状態における応力度，ひび割れ，変位・変意点について記述している。FRP は鋼材のような錆が発生形，振動に対する安全性の検討について記述している。

しないため，腐食を原因とした劣化に対する調査は不要となるが，保全の基本的な方法は事例もまだ少ないことからひび割れに関して FRP は鋼材と異なり水の浸入による通常のコンクリート構造物と同じとしている。

腐食の問題はないため，この観点からひび割れ幅の限界値は必要ない。このため最新の海外規準も参考に，外観や水密性などを考慮のうえ定めるものとしている。

Vol.62, No.5, Sep. 202013

解説
表- 54.3

参考資料の記述内容⑴

1 章 FRP を用いた構造物の試設計

本章では，FRP の採用が想定される表 - 3 に示す PC 構

試験 ①造物を対象に従来材料と FRP を用いた場合の試設計比較を実施している。また本結果を基に LCC の優位性についても試算している。
表- 3試験 ②

FRP を用いた試設計ケース

構造形式

幅員（W）/ 橋長（L）

FRP 種別※W = 11.70 m

AFRP② プレテンション単純スラブ桁橋

W= 12.0 m，L= 11.56 m

AFRP③ プレテンション単純スラブ桁橋

W = 12.0 m，L = 20.70 m

CFRP④ ポストテンション T 桁橋

W= 12.0 m，L= 31.00 m

CFRP① プレキャスト PC 床版

試験 ③

本指針で追加した品質確認試験

試験名

曲げ成形繊維強化ポリマーの引張試験方法（案）目的

FRP を補強材として用いる場合の曲げ成形部での最大引張荷重の低下程度を確認

試験名

繊維強化ポリマーの耐アルカリ性能評価
方法（案）

目的

長期耐アルカリ性能として，推定式を用いた供用期間 100 年後の性能を評価

コンクリート養生時の温度条件に対する試験名 繊維強化ポリマーの耐アルカリ性能評価
方法（案）
目的

蒸気養生も含む養生時の温度条件に対する耐アルカリ性能を評価※ AFRP：アラミド繊維，CFRP：炭素繊維を示す

⑶

側面図
橋長
桁長

11 56011 500力学特性，耐久性試験，構造細目，実績等について整理す

30るとともに，材料諸元・各種特性値について横並びの一覧

500

30250

表を掲載している。

11 000250

断面図
12 000400

11 0003 000

1006008 000

11 800

図- 33 章 技術資料

本章では，表 - 6 に示す各 FRP 材料について製品仕様，

100

従来材料と FRP の試設計例（表 - 3 ②）

表- 6

技術資料掲載 FRP 材料

No.

FRP 種類

繊維樹脂

1

CFRP ケーブル・ロッド

炭素

エポキシ樹脂2

CFRP 格子筋

炭素

ビニルエステル樹脂

3AFRP 異形ロッド

アラミド

ビニルエステル樹脂

4AFRP 組紐ロッド

アラミド

エポキシ樹脂5

BFRP 異形ロッド

バサルト

ビニルエステル樹脂

5．お わ り にLCC では，初期建設費と維持管理費・更新費の合計と本指針は，既往の土木学会指針をベースに，これまでにして，建設費の上昇，社会的割引率についても考慮して算発刊された FRP に関する国内および海外規準を参考にし定している。表 - 3 に示す各構造物に対して試算したもて，最新の研究成果，技術を取り入れている。FRP の特徴ののうち，上図に示すプレテン単純スラブ桁橋に対する供を踏まえ本材料を広く採用するためには，FRP 材料に対す用期間 100 年の LCC 比較結果を表 - 4 に示す。厳しい塩る実験や解析結果を蓄積し，設計から維持管理手法に至る害環境下では，予防保全としてすべての鉄筋を FRP で代一連の規定に対する定期的な改定が必要であると考えてい替した方が（ケース 2），従来材料を用いて 1 回以上の更る。本指針が，今後の FRP を用いたコンクリート構造物お新をする場合より優位になる結果となった。

よび PC 構造物の発展に資することを期待するものである。

表- 4

最後に，本指針の策定にあたり，委員，幹事各位に貴重LCC 試算例（② プレテンション単純スラブ桁橋）なご意見を賜るとともに多大なご努力を賜った。また，本更新

ケース適用方法

新設工事

1すべて従来鋼材※

1.00

1.762.61

2

鉄筋のみ AFRP で代替

1.66--3PC 鋼材も AFRP で代替2.48

−-

1回

2回

学会の事務局の各位には会議室の確保や資料整理，予算調整などに多大なご協力を賜った。ここに深甚の謝意を表する次第である。なお，この委員会の活動は表 - 1 に示す委
託委員の所属する 5 社からの業務委託費によって賄われた。

※鉄筋はエポキシ樹脂塗装鉄筋を想定

参考文献
1 ）公益社団法人土木学会：連続繊維補強材を用いたコンクリート⑵

構造物の設計・施工指針（案），1996.9

2 章 品質管理・試験

2 ）公益社団法人プレストレストコンクリート工学会：コンクリー

本章では，補強材，緊張材として用いる FRP の品質規ト構造技術規準，2019.10

定について，主に設計で必要となる項目について土木学会

3 ）公益社団法人プレストレストコンクリート工学会：PC 構造物高指針から見直しを行っている。品質確認試験については耐久化ガイドライン，2015.3

JIS 認定試験への更新のほか本指針で新たに表 - 5 に示す【2020 年 8 月 7 日受付】

3 つの品質確認試験を規定している。

14プレストレストコンクリート