JP5166837B2 - 壁構造物の補強方法および補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、既存のコンクリート造の壁構造物に対する壁構造物の補強方法および補強構造に関する。

耐力が不十分であると判断された既設の鉄筋コンクリート構造物（以下、単に「ＲＣ構造物」という場合がある）に対して、せん断補強を行う場合がある。

従来、このような既設のＲＣ構造物の補強構造として、ＲＣ構造物の表面に配筋された主筋及び配力筋と、コンクリートとにより、ＲＣ構造物の断面を鉄筋コンクリートにより増厚する構造が採用されていた。しかし、この構造では、ＲＣ構造物の補強後に部材厚が増大してしまうため、例えば、上下水道浄化施設の場合には貯水能力や処理能力が減少し、鉄道構造物等の場合には建築限界を満足しなくなるおそれがあった。

そのため、本出願人は、例えば、特許文献１に示すように、既存の構造物に対して、部材の厚さ方向に補強部材挿入孔を形成し、この補強部材挿入孔にせん断補強鉄筋を挿入するとともにグラウト材等を充填することで一体化し、既存のＲＣ構造物の部材厚を増加させることなく、せん断補強を行うせん断補強構造を開示し、実用化に至っている。このせん断補強構造によれば、大地震等により生じる大きなせん断力等に対して、十分な耐力を有したＲＣ構造物を構築することが可能となる。
特開２００６−５７２８８号公報

ところが、既存の構造物に対して十分な耐力を発現させるためには、多数のせん断補強鉄筋を配置するなど、一般的に施工に長時間を要していた。
一方、供用中の構造物の中には、例えば鉄道構造物のように、長時間にわたって供用を休止することができず、深夜等の限られた時間内でしか補強工事を行うことができない場合がある。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、短時間で施工を行うことを可能とした壁構造物の補強方法および補強構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の壁構造物の補強方法は、既設の鉄筋コンクリート造の壁構造物の表面に、前記壁構造物の縦筋の配筋間隔よりも大きな長さを有した複数の帯状材をアンカー材により固定するものであって、前記帯状材を、前記縦筋と交差するように、かつ、他の帯状材との上下方向の間隔が前記壁構造物の有効厚さ以下となるように配置し、前記アンカー材を前記縦筋の配筋間隔以下の間隔で配置することを特徴としている。

かかる補強方法によれば、帯状材を上下方向の間隔が前記壁構造物の有効厚さ以下となるように間隔をあけて配設するため、壁構造物の全体に対して補強を行う従来の補強方法に比べて、安価であるとともに、短時間で施工を行うことが可能である。

また、前記壁構造物の補強方法において、複数の前記帯状材を、該帯状材同士の間隔が前記縦筋の配筋間隔以下となるように、横方向に連続して配置すれば、せん断破壊に伴い縦筋がはらみだすことを防止できるため、好適である。

また、前記壁構造物の補強方法において、アンカー材同士の間隔を前記有効厚さ以下となるように配置すれば、せん断破壊が生じた場合であっても、アンカー材による帯状材の固定を維持し、壁構造物がせん断破壊前の常時の自重を保持することができる程度の機能を維持することが可能となる。

また、前記壁構造物の補強方法において、前記アンカー材の埋め込み長さを、該アンカー材の直径の１５倍以上、かつ前記壁構造物の鉄筋の被り厚さの２倍以上、なおかつ前記壁構造物の壁厚の１／２以下とすれば、せん断破壊が生じた場合であっても、アンカー材により斜めひび割れの進行を抑えることが可能となるため、好適である。

また、本発明の壁構造物の補強方法によれば、複数の帯状材が配設することで、壁構造物にせん断破壊が生じたとしても、壁構造物がせん断破壊前の常時の自重を保持することができる程度の機能を維持し、急激に構造物が崩壊することを防ぐことを可能としている。

また、本発明の補強構造は、既設の鉄筋コンクリート造の壁構造物と、前記壁構造物の表面に該壁構造物の縦筋と交差する方向に配設される複数の帯状材と、前記帯状材を固定するアンカー材と、を備えており、前記帯状材は、前記縦筋の配筋間隔以下の間隔で配置された複数の前記アンカー材により前記壁構造物に圧着されており、該帯状材同士の上下方向の間隔が前記壁構造物の有効厚さ以下であることを特徴としている。

かかる補強構造によれば、短時間で構築することができるため、供用中の構造物であって、時間的な制約がある構造物に対しても補強を行うことが可能なため、好適である。
さらに、壁構造物にせん断破壊が生じたとしても、有効厚さ以下の間隔により配設された帯状材により、この壁構造物が急激に崩壊することを防止することができる。

本発明の壁構造物の補強方法および補強構造によれば、短時間で施工を行うことを可能とし、限られた時間内において構造物の補強を行うことが可能となる。

本発明の壁構造物の補強方法および補強構造の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
図１乃至図４を参照して、第１の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態に係る補強構造１は、図１に示すように、既設の壁構造物１０と、壁構造物１０の表面（前面）１１に水平方向に配設される複数の帯状材２０，２０，…と、これらの帯状材２０，２０，…を固定する複数のアンカー材３０，３０，…とを備えて構成されている。

壁構造物１０は、図１（ａ）に示すように、前面１１側および背面１２側に、それぞれ所定のピッチにより縦筋Ｒ１，Ｒ１，…および横筋Ｒ２，Ｒ２，…が所定の被り厚さｔ１を確保した状態で配筋された鉄筋コンクリート部材である。

帯状材２０は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、断面コの字型の鋼製プレートであって、壁構造物１０の前面１１側の表面に、水平となるように、複数段設置されている。本実施形態では、壁構造物１０の幅全長にわたって帯状材２０を連続して配設するものとする。

帯状材２０同士の上下方向の間隔ｐ１（上下に配設された帯状材２０，２０の中心から中心までの距離）は、壁構造物１０の有効厚さ以下となるように構成されている。ここで、壁構造物の有効厚さとは、鉄筋コンクリート製の壁構造物１０の厚さ方向における前面１１または背面１２から反対側の主筋までの間隔（一方の被り厚さｔ１＋主筋同士の間隔ｔ２）、つまり、壁構造物１０の部材厚Ｔから前面１１側または背面１２側の被り厚さｔ１を除いた壁構造物１０の厚さをいう。

また、帯状材２０同士の上下方向の間隔ｐ１は、せん断破壊により急激な破壊が生じた場合であっても、壁構造物１０が地震前の常時の自重を保持して、壁構造物の急激な崩壊を防ぐことが可能な程度の補強ができるように、壁構造物１０の有効厚さ以下に設定されている。つまり、「棒部材において計算上せん断補強鋼材が必要な場合は、せん断補強鋼材であるスターラップの間隔は、部材の有効高さの１／２倍以下で、かつ、３００ｍｍ以下としなければならない」（「コンクリート標準示方書 構造性能照査編」土木学会より）との指針の記載に基づき、第１の実施の形態に係る補強構造１では、壁構造物１０のせん断補強を目的として配設される帯状材２０の上下方向の間隔ｐ１を、有効厚さ以下に設定することで、必要最低限の補強を行うとともに、早期に施工を行うものとする。

そして、帯状材２０は、所定の間隔ａ１により配設された複数のアンカー材３０，３０，…により壁構造物１０の表面に圧着されている。

帯状材２０には、予め壁構造物１０の縦筋Ｒ１の配筋ピッチと同間隔でアンカー孔（図示せず）が形成されている。なお、アンカー孔のピッチは、縦筋Ｒ１の配筋ピッチ以下であれば、限定されるものではない。また、アンカー孔は、アンカー材３０の施工により壁構造物１０に配筋された縦筋Ｒ１および横筋Ｒ２に損傷を与えることがないように、壁構造物１０の施工時の配筋図や非破壊試験の情報をもとに、縦筋Ｒ１および横筋Ｒ２にアンカー材３０が接触することがない位置に形成するものとする。さらにアンカー孔は、アンカー材３０の配置に応じて、現地にて形成してもよい。

アンカー材３０には、一般的に使用されているアンカーピンを使用するものとし、アンカー材３０同士の間隔ａ１が壁構造物１０に配筋された縦筋Ｒ１の間隔と同間隔となるように配置する。このようなアンカー材３０としては、機械式アンカーピン、樹脂接着系アンカーピン、樹脂接着併用型機械式アンカーピン等、適宜公知のアンカーピンの中から選定して使用すればよい。

ここで、アンカー材３０の間隔ａ１は、縦筋Ｒ１と同間隔に限定されるものではなく、壁構造物の有効厚さ以下となるように適宜設定すればよい。つまり、「棒部材において計算上せん断補強鋼材が必要な場合は、スターラップの間隔は、部材の有効高さの１／２倍以下で、かつ、３００ｍｍ以下としなければならない」（「コンクリート標準示方書 構造性能照査編」土木学会より）との指針の記載に基づき、帯状材２０を固定するとともにせん断補強材としての機能も有するアンカー材３０同士の間隔ａ１を、有効厚さ以下に設定することで、必要最低限の補強を行うものとしている。

アンカー材３０の埋め込み長さａ２は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、アンカー材３０の直径の１５倍以上、かつ、壁構造物１０の鉄筋の被り厚さｔ１の２倍以上、なおかつ、壁構造物１０の壁厚Ｔの１／２以下とする。
ここで、アンカー材３０の埋め込み長ａ２は、アンカー材３０の先端が、被り厚さｔ１よりも内部に配置されるように、被り厚さｔ１の２倍以上とするとともに、「曲げとせん断を受ける場合はアンカーの埋め込み長さは１５φ以上とする」（「あと施工アンカー工法設計施工の手引き」、財団法人鉄道総合技術研究所）に基づき、設定されている。

次に、第１の実施の形態に係る壁構造物の補強方法について説明する。
第１の実施の形態に係る壁構造物の補強方法は、まず、図２（ａ）に示すように、帯状材２０を壁構造物１０に配筋された縦筋Ｒ１と交差する方向（水平）となるように壁構造物１０の表面に配置する。
続いて、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、アンカー材３０を、帯状材２０に形成されたアンカー孔２１を挿通させるとともに、壁構造物１０の前面１１から背面１２方向に打ち込むことにより、帯状材２０を壁構造物１０に固定する。

以上、第１の実施の形態に係る壁構造物の補強方法およびこれにより構成される補強構造１によれば、図３に示すように、壁構造物１０の上部および下部において主筋（縦筋Ｒ１，横筋Ｒ２）に沿って発生する斜めひび割れＣに対して、上下方向で壁構造物１０の有効厚さ以下となるように配設されている複数の帯状材２０，２０が、ひび割れＣの進行を抑えることで、急激に壁構造物１０が崩壊することを防止する。

また、帯状材２０は、縦筋Ｒ１の配筋ピッチと同間隔で配置されたアンカー材３０，３０，…により固定されているため、壁構造物１０にせん断破壊が生じた際に、縦筋Ｒ１のはらみ出しを抑えることを可能としている。

また、帯状材２０を固定するアンカー材３０の埋め込み長ａ２が、壁構造物１０の被り厚さｔ１の２倍以上であるため、図３に示すように、せん断破壊により壁構造物１０に斜めひび割れＣが発生した場合であっても、アンカー材３０に定着力により急激な破壊の進行を抑え、急激に壁構造物１０が崩壊することを防止する。

また、アンカー材３０の埋め込み長ａ２は、壁構造物１０の壁厚Ｔの１／２以下であるため、深い削孔を要することなくアンカー材３０の設置を行うことができ、施工性に優れている。
また、アンカー材３０の位置決めは、帯状材２０を定規として、予め帯状材２０に形成されたアンカー孔２１を利用して行うため、施工性に優れている。

したがって、第１の実施の形態に係る壁構造物の補強方法および補強構造１によれば、短時間で既存の壁構造物１０の補強を行うことができるため、供用中の構造物であって、施工時間に限りのある構造物であっても、短時間の施工により、利用者の安全性を確保できる。つまり、壁構造物１０にせん断破壊が生じた場合であっても、急激な破壊の進行を抑止することが可能であるため、急激に壁構造物１０が崩壊することを防止することで、利用者の安全性を確保することを可能としている。

第１の実施の形態により構成された壁構造物の補強方法によれば、大地震等により大きな応力が作用することでせん断破壊が生じた場合であっても、例えば利用者が避難することができる程度の時間が確保できるように、構造物がすぐに崩壊することを防止することができる補強構造を、短時間で構築することが可能となる。したがって、既存の構造物の利用状況により、大地震等において想定される応力に対して十分な耐力を発現する補強構造を時間をかけて構築するのではなく、短時間の施工により必要最小限の補強が求められる場合に好適に採用可能である。

また、第１の実施の形態に係る壁構造物の補強方法は、比較的軽量な帯状材２０をアンカー材３０により固定するという簡易な構成のため、施工性に優れており、材料費も安価である。また、部材の取り扱いも容易なため、施工の手間の省力化や施工時の安全性の向上も可能である。
また、多数の削孔やグラウト注入等を要しないため、騒音や粉塵等の周囲環境への悪影響を最小限に抑えることを可能としている。また、現場を汚すこともない。

なお、第１の実施の形態では、帯状材２０を壁構造物１０の表面に設置した状態で、アンカー材３０を埋め込む（打ち込む）ものとしたが、アンカー材３０を壁構造物１０に埋め込んだ後、このアンカー材３０の頭部に帯状材２０を固定する構成としてもよい。

また、第１の実施の形態では、帯状材２０として断面コの字状の鋼製プレートを使用するものとしたが、帯状材２０を構成する材料はこれに限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）に示す平板や、図４（ｂ）に示す断面Ｌ字状の鋼製プレートや、図４（ｃ）に示す角鋼管等、適宜公知の材料から選定して使用すればよい。
また、角鋼管を帯状材２０として使用する場合において、図４（ｄ）示すように、角鋼管の内部をモルタルやコンクリート等の充填材２２により充填してもよい。

また、第１の実施の形態では、帯状材１０を水平に配置するものとしたが、帯状材１０は、縦筋Ｒ１と交差するように配置されていれば必ずしも水平に配設されている必要はなく、斜めに配設されていてもよい。
また、帯状材１０の長さは限定されるものではなく、縦筋の配筋ピッチ以上の長さにおいて適宜設定することが可能である。

＜第２の実施の形態＞
次に、図５および図６を参照して第２の実施の形態について参照する。
第２の実施の形態に係る補強構造は、図５に示すように、既設の壁構造物１０と、壁構造物１０の表面（前面１１）に水平に配設される複数の帯状材２０と、帯状材２０を固定するアンカー材３０とを備えて構成されている。

帯状材２０は、図５に示すように、壁構造物１０の被り部分に埋設された状態で、壁構造物１０に埋め込まれたアンカー材３０により固定されている。
この他、帯状材２０に関する事項は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

また、第２の実施の形態に係る補強構造２のこの他の構成は、第１の実施の形態で示した補強構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。

次に、第２の実施の形態に係る壁構造物の補強方法について説明する。
第２の実施の形態にかかる壁構造物の補強方法は、はつり工程と、帯状材固定工程と、充填工程と、を備えている。

はつり工程は、図６（ａ）に示すように、壁構造物１０の表面（前面１１）に、帯状材２０を配置するための溝１３を形成する工程である。溝１３は、壁構造物１０の表面を、縦筋Ｒ１が露出するまではつることにより形成されている。すなわち、第２の実施の形態では、溝１３の深さが縦筋Ｒ１の被り厚さｔ１と同等に形成されている。
また、溝１３は、上下に複数、互いに平行かつ水平に形成するものとし、この溝１３同士の間隔は、壁構造物１０の有効厚さ以下となるように構成されている。

帯状材固定工程は、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、壁構造物１０の表面に形成された溝１３に帯状材２０を配置し、この帯状材２０を複数のアンカー材３０により固定する工程である。

第２の実施の形態に係る帯状材２０は、図５に示すように、溝１３に完全に埋設される高さ（図面において左右方向の長さ）を有した断面コの字型の鋼材により構成されており、溝１３内において、縦筋Ｒ１に当接した状態で配設されている。
帯状材２０には、予めアンカー材３０を挿通するためのアンカー孔２１が形成されており、アンカー材３０をこのアンカー孔２１を挿通させた状態で壁構造物１０に打ち込むことで帯状材２０を固定する。
なお、第２の実施の形態では、帯状材２０を溝１３に設置してからアンカー材３０を埋め込むことで帯状材２０を固定するものとしたが、アンカー材３０を溝１３の内部に固定してから、このアンカー材３０の頭部に帯状材２０を固定する構成としてもよい。

充填工程は、図６（ｄ）に示すように、帯状材２０が配置された溝１３に充填材４０を充填する工程である。第２の実施形態では、充填材４０としてグラウトを使用するものとしたが、充填材４０として使用可能な材料は、硬化により壁構造物１０と一体化することが可能であれば限定されるものではなく、適宜公知の材料の中から選定して使用することが可能である。

以上、第２の実施の形態に係る壁構造物の補強方法および補強構造２によれば、帯状材２０が壁構造物１０の内部に配設されるため、壁構造物１０の表面に突出物が形成されることがなく、壁構造物の周囲の利用スペースに影響を及ぼすことがない。
この他、第２の実施の形態係る壁構造物の補強方法および補強構造２による作用効果は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

なお、帯状材２０は、必ずしも縦筋Ｒ１に接した状態で埋設されている必要はない。また、帯状材２０は、必ずしも完全に溝１３内に埋設されている必要はなく、前面１１かた一部が突出していてもよい。また、帯状材２０を構成する材料は限定されるものではない。

＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態について、図７を参照して説明する。
第３の実施の形態に係る補強構造３は、図７に示すように、既設の壁構造物１０と、壁構造物１０の前面１１に水平に配設される複数の帯状材２０，２０，…と、帯状材２０，２０，…を固定する複数のアンカー材３０，３０，…とを備えて構成されている。

第３の実施の形態に係る帯状材２０は、図７に示すように、３本のアンカー材３０，３０，３０により壁構造物１０の前面１１に固定される平板鋼板であって、横方向に隣り合う帯状材２０同士の間隔ｐ２が、壁構造物に配筋された縦筋Ｒ１の間隔以下となるように構成されている。また、帯状材２０の上下方向の間隔ｐ１は、壁構造物１０の有効厚さ以下となるように構成されている。

なお、第３の実施の形態では、図７に示すように、帯状材２０を上下方向の列を合わせて配置するものとしたが、帯状材２０の配置は、限定されるものではない。例えば、図８に示す補強構造４のように、帯状材２０を千鳥状に配置してもよい。
また、帯状材２０は平鋼板に限定されるものではなく、適宜他の材料から選定して使用することが可能である。
また、一枚の帯状材２０を固定するアンカー材３０の本数は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

この他、第３の実施の形態に係る補強構造３（壁構造物１０、帯状材２０、アンカー材３０）の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態に係る補強構造３によれば、帯状材２０を、壁構造物１０の幅全長にわたって配置するのではなく、間隔ｐ２を空けて配置することにより、帯状材２０およびアンカー材３０の数量を削減し、材料費を低減することおよび施工の手間を省略することを可能としている。

また、帯状材２０同士の横方向の間隔ｐ２を、縦筋Ｒ１の間隔以下に設定することで、壁構造物１０にせん断破壊が生じた場合であっても、鉄筋のはらみ出しを抑制することを可能としている。

なお、この他の第３の実施の形態に係る補強構造３の作用効果は第１の実施の形態で示した補強構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。

第１の実施の形態に係る補強構造の概略を示す図であって、（ａ）斜視図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）および（ｂ）は第１の実施の形態に係る壁構造物の補強方法を示す断面図である。 図１に示す補強構造の補強効果を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、帯状材の変形例を示す断面図である。 第２の実施の形態に係る補強構造の概略を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は第２の実施の形態に係る壁構造物の補強方法を示す断面図である。 第３の実施の形態に係る補強構造の概略を示す斜視図である。 図７に示す補強構造の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１，２，３，４ 補強構造
１０ 壁構造物
１３ 溝
２０ 帯状材
３０ アンカー材
４０ 充填材
Ｒ１ 縦筋
Ｒ２ 横筋
ｔ１ 被り厚さ
ｔ２ 主筋同士の間隔

Claims (2)

1. 既設の鉄筋コンクリート造の壁構造物の表面に、前記壁構造物の縦筋の配筋間隔よりも大きな長さを有した複数の帯状材をアンカー材により固定する壁構造物の補強方法であって、
   前記帯状材を、前記縦筋と交差するように、かつ、他の帯状材との上下方向の間隔が前記壁構造物の有効厚さ以下となるように配置し、
   前記アンカー材を、前記縦筋の配筋間隔以下の間隔で配置することを特徴とする、壁構造物の補強方法。
2. 既設の鉄筋コンクリート造の壁構造物と、
   前記壁構造物の表面に該壁構造物の縦筋と交差する方向に配設される複数の帯状材と、
   前記帯状材を固定するアンカー材と、を備える補強構造であって、
   前記帯状材は、前記縦筋の配筋間隔以下の間隔で配置された複数の前記アンカー材により前記壁構造物に圧着されており、
   該帯状材同士の上下方向の間隔が前記壁構造物の有効厚さ以下であることを特徴とする補強構造。

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