JP5967437B2 - アンカーボルト定着部の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、アンカーボルト定着部の補強構造に関する。

従来、例えば、鉄筋コンクリート（ＲＣ）柱１と鉄骨梁２の接合構造として、ＲＣ柱１の上部にアンカーボルト３の一端３ａ側を埋設定着させ、ＲＣ柱１の上部から突出したアンカーボルト３の他端３ｂ側を鉄骨梁２に接続する構造が多用されている（例えば、図１３、図１４、図１５、特許文献１参照）。

一方、このような既存構造物のコンクリート部材１に埋設したアンカーボルト３の定着部Ｓでは、地震力を受けた際に、例えば図１３から図１５に示すように、コンクリート１ａ（コンクリート破損部１ｂ）が割裂破壊して十分な耐力を発揮できなくなるおそれがある。また、コンクリート片が剥離・剥落するおそれがある。

このため、従来、例えば図１６から図１８に示すように、アンカーボルト３をコンクリート部材１に埋設したアンカーボルト定着部Ｓに対し、鋼板を巻き立て、鋼板４とコンクリート部材１の間にモルタル５を充填して補強する対策、いわゆる鋼板巻き立て工法が多用されている。また、その他、コンクリートの増打ち工法や連続繊維シート貼り付け工法などを適用して、このアンカーボルト定着部Ｓを補強する対策も多用されている。

特開２００５−１２６９７３号公報

しかしながら、上記のコンクリートの増打ち工法、鋼板巻き立て工法、連続繊維シート貼り付け工法などによるアンカーボルト定着部の補強対策では、工事が大掛かりで、工期が長く、高コストになるという問題があった。

また、上記の各工法においては、コンクリートの割裂破壊耐力を高める補強対策であるため、結果としてアンカーボルトの降伏により、接合部が破壊に至ることになる。一方で、古い構造物で用いられているアンカーボルトにはネジ部の靭性が乏しいものがあり、この場合には、アンカーボルトの破断により急激な耐力の喪失に繋がってしまう。

本発明は、上記事情に鑑み、アンカーボルトの降伏により破壊に至ることを防止しつつ、より簡便且つ効果的に、アンカーボルト定着部の補強を可能にするアンカーボルト定着部の補強構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のアンカーボルト定着部の補強構造は、コンクリート部材を他の部材と接合するためのアンカーボルトの一端側が前記コンクリート部材に埋設されたアンカーボルト定着部の補強構造であって、前記アンカーボルト定着部のコンクリート部材の表面に樹脂製の補強塗膜を被覆してなり、前記補強塗膜は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなることを特徴とする。

この発明においては、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなる補強塗膜が、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂であり、例えば１０〜２５ＭＰａ程度の高強度と例えば２００％以上の大きな破断伸び（伸び変形性能）を有する。このため、アンカーボルト定着部のコンクリート部材の変形が塑性域に達しても、補強塗膜がコンクリート部材の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜によってコンクリート部材の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、地震力を受けた際に、コンクリートが割裂破壊して十分な耐力を発揮できなくなるおそれを解消することが可能になる。

また、仮に、せん断応力を受けることによりコンクリート部材の変形が塑性域に達してコンクリートが破壊されても、補強塗膜は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜によってコンクリート部材の表面が被覆された状態が維持される。これにより、コンクリート片の散逸が防止され、また、コンクリート部材が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状が保持される。例えば、コンクリート部材が柱の場合において、大地震時にせん断応力を受けることによって破壊が生じたコンクリート片が散乱して避難の障害となったり、そのコンクリート片が周囲に飛散したりするといった被害の増大を防止することができる。
しかも、補強塗膜は変形抵抗を有しているので、地震時にコンクリート部材が撓み変形したときに、補強塗膜の変形抵抗力によってコンクリート部材を元の形状に戻す力が働く。その結果、コンクリート部材は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。

また、アンカーボルト定着部のコンクリート部材の表面に補強塗膜を吹き付けや塗布することによって形成されるので、従来のコンクリートの増打ち工法、鋼板巻き立て工法、連続繊維シート貼り付け工法などと比較し、容易に且つ安価に施工することができ、既設のコンクリート部材においても容易に施工できる。

また、本発明のアンカーボルト定着部の補強構造においては、前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、前記補強塗膜は、前記コンクリート部材のうち２面以上に設けられていることが望ましい。

この発明においては、補強塗膜がコンクリート部材のうち２面以上に設けられていることにより、コンクリート部材の２面以上が補強塗膜によって包み込まれた状態となり、その効果（ラッピング効果）により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。

さらに、本発明のアンカーボルト定着部の補強構造においては、前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、前記補強塗膜は、前記コンクリート部材の全周に亘って設けられていることがより望ましい。

この発明においては、補強塗膜がコンクリート部材の全周に亘って設けられていることにより、閉じられた形状（筒状）の補強塗膜の内側にコンクリート部材が収容された状態となり、上記したラッピング効果が大きくなり、高い形状保持が発揮される。

また、本発明のアンカーボルト定着部の補強構造においては、前記補強塗膜とともに前記コンクリート部材の表面を被覆して補強用鋼板が設けられていてもよい。

この発明においては、特にコンクリート部材に大きな集中応力が発生する場所など、部分的に補強用鋼板を巻き立てるなどして設けておくことで、施工性、経済性を確保しつつアンカーボルト定着部の耐力を大幅に向上させることが可能になる。

本発明に係るアンカーボルト定着部の補強構造によれば、アンカーボルト定着部のせん断破壊を防止すると共に靭性能を向上させることができ、アンカーボルト定着部のコンクリート部材の脆性破壊を防止してアンカーボルト定着部の耐震性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造を示す側面視図である。 図１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図１のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 各材料の応力ひずみ関係を示す図であり、ポリウレア樹脂の力学的特性を示す図である。 本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造の変更例を示す側面視図である。 図５のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図５のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造の変更例を示す側面視図である。 図８のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図８のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造の変更例を示す側面視図である。 図１１のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 従来のＲＣ柱と鉄骨梁をアンカーボルトで接合した接合部の構造を示す側面視図である。 図１３のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図１３のＸ２−Ｘ２線矢視図である。 従来のアンカーボルト定着部を補強用鋼板で補強した補強構造を示す側面視図である。 図１６のＸ１−Ｘ１線矢視図である。 図１６のＸ２−Ｘ２線矢視図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係るアンカーボルト定着部の補強構造について説明する。

はじめに、本実施形態では、図１から図３に示すように、鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱、コンクリート部材）１と鉄骨梁２の接続部において、ＲＣ柱１の上部にアンカーボルト３の一端３ａ側が埋設定着され、このＲＣ柱１の上部から突出したアンカーボルト３の他端３ｂ側を鉄骨梁２に接続することでＲＣ柱１と鉄骨梁２が接続されている。また、ＲＣ柱１の上部と鉄骨梁２の下部との間にはベースモルタル６が介設されている。さらに、本実施形態では、ＲＣ柱１が断面方形状の角柱として形成され、鉄骨梁２としてＨ形鋼が使用されている。

ここで、本実施形態において、アンカーボルト３の定着部Ｓは、ＲＣ柱１の上部からアンカーボルト３の一端３ａ側を埋設してコンクリート１ａに定着した部分である。また、アンカーボルト３は、一端３ａに定着板３ｃを取り付けた状態でコンクリート１ａに埋設されている。

そして、本実施形態のアンカーボルト定着部の補強構造Ａは、上記のように構成されたアンカーボルト定着部Ｓの補強構造であって、アンカーボルト定着部ＳのＲＣ柱（コンクリート部材）１の表面に樹脂製の補強塗膜７を被覆して構成されている。

補強塗膜７は、ＲＣ柱１の表面に吹き付けやローラーなどで塗布される樹脂製の塗膜であって、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなる。例えば、補強塗膜７としては、イソシアネートとアミンとの化学反応により形成された化合物であるポリウレア樹脂を用いることができる。

また、この補強塗膜７は、せん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂からなり、例えばポリウレア樹脂の場合は、図４に示す応力ひずみ特性を有する。補強塗膜７を構成する合成樹脂としては、例えば引張強度が鉄筋の十分の一程度の２０ＭＰａ程度（１０〜２５ＭＰａ）であって、破断伸びが２００％以上の物性を有する樹脂からなる。ポリウレア樹脂としては、例えば「スワエールＡＲ−１００（登録商標：三井化学産資株式会社製）」が用いられる。なお、補強塗膜の厚さ寸法Ｄは、２ｍｍ以上であることが好ましい。

また、ＲＣ柱１に補強塗膜７を被覆する施工方法としては、塗布するコンクリート表面を十分に清掃して塵等を取り除いた後、プライマーを塗布し、その後、補強塗膜材料をコンクリート１ａの表面に所定厚さだけ塗布する。これにより、コンクリート１ａの表面に補強塗膜７が形成される。なお、プライマーの塗布は省略することも可能であり、或いは、補強塗膜７とコンクリート１ａとの付着性を高めるためにコンクリート１ａの表面を斫って凸凹に加工してもよい。

また、本実施形態においては、補強塗膜７が断面方形状のＲＣ柱１の４つの側面（表面）に連続的に被覆形成されている。すなわち、補強塗膜７が、アンカーボルト定着部ＳのＲＣ柱１の全周にわたって設けられている。

そして、上記構成からなる本実施形態のアンカーボルト定着部の補強構造Ａにおいては、ＲＣ柱１のアンカーボルト定着部Ｓのコンクリート１ａ（コンクリート部材１）の表面に被覆した樹脂製の補強塗膜７が、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物で、そのせん断付着力が高く、曲げ引張強度が高く、かつ伸び性能が高い力学的特性（強度、伸び）に優れた合成樹脂であり、例えば１０〜２５ＭＰａ程度の高強度と例えば２００％以上の大きな破断伸び（伸び変形性能）を有する。このため、アンカーボルト定着部Ｓのコンクリート部材１の変形が塑性域に達しても、補強塗膜７がコンクリート部材１の大変形に追従して伸び変形するので、補強塗膜７によってコンクリート部材１の変形に応じたエネルギー吸収性能が発揮される。したがって、地震力を受けた際に、コンクリート１ａが割裂破壊して十分な耐力を発揮できなくなるおそれを解消することが可能になる。

また、仮に、せん断応力を受けることによりコンクリート部材１の変形が塑性域に達してコンクリート１ａが破壊されても、補強塗膜７は伸びることはあっても破断せず、補強塗膜７によってコンクリート１ａの表面が被覆された状態が維持される。これにより、コンクリート片の散逸が防止され、また、コンクリート部材１が転倒したり崩壊したりせずに自立した形状が保持される。特に、本実施形態のようにコンクリート部材１がＲＣ柱である場合には、大地震時にせん断応力を受けることによって破壊が生じたコンクリート片が散乱して避難の障害となったり、そのコンクリート片が周囲に飛散したりするといった被害の増大を防止することができる。

さらに、補強塗膜７は変形抵抗を有しているので、地震時にコンクリート部材１が撓み変形したときに、補強塗膜７の変形抵抗力によってコンクリート部材１を元の形状に戻す力が働く。その結果、コンクリート部材１は、一旦大きく撓み変形した後に若干戻され、最終的な変形量が小さく抑えられる。

また、アンカーボルト定着部Ａのコンクリート１ａの表面に補強塗膜７を吹き付けや塗布することによって形成されるので、従来のコンクリートの増打ち工法、鋼板巻き立て工法、連続繊維シート貼り付け工法などと比較し、容易に且つ安価に施工することができ、既設のコンクリート部材１においても容易に施工できる。

また、ＲＣ柱のコンクリート部材１が断面方形状に形成され、補強塗膜７がコンクリート部材１の２面以上に設けられていることで、コンクリート部材１の２面以上が補強塗膜７によって包み込まれた状態となり、その効果（ラッピング効果）により、上記した形状保持がより効果的に発揮される。このため、本実施形態のように断面方形状のＲＣ柱のコンクリート部材１の全周にわたって補強塗膜７が設けられていることにより、閉じられた形状（筒状）の補強塗膜７の内側にコンクリート部材１が収容された状態となり、さらにラッピング効果が大きくなり、高い形状保持が発揮される。

よって、本実施形態のアンカーボルト定着部の補強構造Ａによれば、アンカーボルト定着部Ｓのせん断破壊を防止すると共に靭性能を向上させることができ、アンカーボルト定着部Ｓのコンクリート部材１の脆性破壊を防止してアンカーボルト定着部Ｓの耐震性を向上させることができる。

以上、本発明に係るアンカーボルト定着部の補強構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、アンカーボルト３でＲＣ柱１に鉄骨梁２を接合し、ＲＣ柱１のアンカーボルト３の一端３ａ側を埋設したアンカーボルト定着部Ｓを補強する構造について説明を行ったが、本発明にかかるアンカーボルト定着部の補強構造Ａは、コンクリート部材１にアンカーボルト３が埋め込まれている部分の割裂破壊に対する補強に適用可能であり、必ずしも本実施形態のようにＲＣ柱１のアンカー定着部Ｓの補強に限定して用いる必要はない。例えば、ＲＣ造の設備基礎やＲＣ梁にアンカーボルト３が埋め込まれている部分の補強などにも適用可能であり、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、図５から図７に示すように、例えばＲＣ柱１のアンカーボルト定着部Ｓの側面に直交方向に伸びる梁８などが接合され、補強塗膜７をＲＣ柱のコンクリート部材１の４周面に塗布できない場合もある。この場合には、補強塗膜７をコンクリート部材１の２面以上に設けてラッピング効果が得られるようにすればよい。また、直交梁８の際まで補強塗膜７を塗布し、直交梁８の上下部分だけでも４周面に塗布するようにすることでより補強効果を高めることができる。また、直交梁８より上で４周塗布できる部分が少ない場合は、ＲＣ柱１の上面に補強塗膜７を設け、４周塗布の代わりにしてもよい。

また、図８から図１０に示すように、補強塗膜７とともにコンクリート部材１の表面を被覆して補強用鋼板４を設け、鋼板４とコンクリート部材１の間にモルタル５などを充填してアンカーボルト定着部の補強構造Ａを構成するようにしてもよい。この場合には、特にコンクリート部材１に大きな集中応力が発生する場所など、部分的に補強用鋼板４を巻き立てるなどすることで、施工性、経済性を確保しつつアンカーボルト定着部Ｓの耐力を大幅に向上させることが可能になる。

さらに、図１１及び図１２に示すように、ＲＣ柱のコンクリート部材１にコーベル（突出部）１ｃが形成され、このコーベル１ａ上にアンカーボルト３の他端側を突出させ、ベースモルタル６を介して鉄骨梁（他の部材）２を接続する場合もある。この場合においても、勿論、コーベル１ｃを含むコンクリート定着部Ｓのコンクリート部材１の表面を補強塗膜７で被覆することにより、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能になる。

１ ＲＣ柱（コンクリート部材）
１ａ コンクリート
１ｂ コンクリート破損部
１ｃ コーベル
２ 鉄骨梁（他の部材）
３ アンカーボルト
３ａ 一端
３ｂ 他端
３ｃ 定着板
４ 鋼板
５ モルタル
６ ベースモルタル
７ 補強塗膜
８ 直交梁
Ａ アンカーボルト定着部の補強構造
Ｓ アンカーボルト定着部

Claims (4)

1. コンクリート部材を他の部材と接合するためのアンカーボルトの一端側が前記コンクリート部材に埋設されたアンカーボルト定着部の補強構造であって、
   前記アンカーボルト定着部のコンクリート部材の表面に樹脂製の補強塗膜を被覆してなり、
   前記補強塗膜は、イソシアネートと、ポリオール及びアミンのうちの少なくとも一方からなる硬化剤との化学反応により形成された化合物からなることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。
2. 請求項１記載のアンカーボルト定着部の補強構造において、
   前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、
   前記補強塗膜は、前記コンクリート部材のうち２面以上に設けられていることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。
3. 請求項１記載のアンカーボルト定着部の補強構造において、
   前記コンクリート部材が断面方形状に形成されており、
   前記補強塗膜は、前記コンクリート部材の全周に亘って設けられていることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンカーボルト定着部の補強構造において、
   前記補強塗膜とともに前記コンクリート部材の表面を被覆して補強用鋼板が設けられていることを特徴とするアンカーボルト定着部の補強構造。

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