JP6945960B2 - 構造物補強用部材及び継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造物補強用部材及び継手構造に関するものである。

従来より、構造物の補強対策として鋼板巻き立て工法が多用されている。この鋼板巻き立て工法は、建物の柱や梁、橋脚など、構造物の周囲に複数の補強用鋼板（補強板）を配設し、端部同士を溶接して隣り合う補強用鋼板を連結するとともに、補強用鋼板と構造物との間隙にエポキシ樹脂やモルタル等を充填する。

これにより、構造物を囲繞するように設置した補強用鋼板が構造物に一体化され、構造物の曲げ耐力、せん断耐力、じん性を大幅に向上させることができる。また、特に圧縮等の負荷によって柱等の構造物の径方向に作用する膨出力に対する耐力を大幅に向上させることができる。

一方、図１２、図１３に示すように、補強用鋼板１の端部に継手部材２、３を一体に設け、隣り合う補強用鋼板１の端部の継手部材２、３同士を重ね合わせて係合させるとともに、これら一対の継手部材２、３をボルト止めして連結するように構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。一対の継手部材２、３はそれぞれ、互いに係合する重ね合わせ面に凹凸部（凹部及び凸部）２ａ、３ａを備えて形成されており、一対の継手部材２、３の凹部と凸部が噛合（係合）することによって隣接する補強用鋼板１の端部同士を強固に連結することができる。

また、継手部材２、３は、凹凸状の加工部を備えた圧延加工用のワークロールに鋼材を送り込んで圧延加工することによって凹部と凸部を形成し、圧延加工後にボルト挿通孔４を穿設して製造される。そして、継手部材２、３を補強用鋼板１の端部に溶接するなどして一体に取り付けることによって構造物補強用部材５、６が製造される。

このように継手部材２、３を備えて構成した構造物補強用部材５、６によれば、溶接作業を不要にし、容易に設置・固定作業を行うことができ、信頼性の高い補強対策を低コスト且つ短時間で構造物に施すことが可能になる。

特許第３１７７７３０号公報

ここで、上記従来の構造物補強用部材５、６においては、一対の継手部材２、３の凹部と凸部を噛合するとともにボルト止めによって連結する。
また、ボルトが継手部材２、３の外表面から外側に突出しないように、ボルトを収納するボルト収納凹部を形成し、このボルト収納凹部の底面にボルト挿通孔４を開口形成して構成する場合もある。

このため、継手部材を圧延加工した後に、ボルト挿通孔やボルト収納凹部を別途加工して設ける必要があり、その加工に多大な手間と労力を要していた。また、継手部材を噛合した後ボルト止めを行う際には、継手延長が長い場合には多数のボルトを使用する必要があるため、その施工に多大な手間と労力を要していた。

本発明は、上記事情に鑑み、継手部材の加工手間と施工手間を大幅に軽減することを可能にする構造物補強用部材及び継手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。

本発明の構造物補強用部材は、構造物の表面に隣接配置されるとともに前記構造物との間に充填材を充填し、前記構造物に一体に配置される構造物補強用部材であって、前記構造物を囲繞するように形成された補強板と、前記補強板の端部に一体に設けられ、隣り合う前記構造物補強用部材の端部同士を連結するための継手部材と、を備えて構成され、一の前記継手部材は、隣り合う前記構造物補強用部材の継手部材同士を重ね合わせた際に互いに噛み合って接合する複数の凹凸部を備え、該複数の凹凸部を挟んで先端側に形成された先端係合部と、前記補強板側の基端側に形成された基端係合部と、を備え、前記先端係合部および前記基端係合部の重ね合わせ面は前記補強板の板厚の中心と面一となる基準面上に形成され、前記重ね合わせ面は、孔や凹部が形成されない面であり、硬化した前記充填材に対して前記補強板および前記継手部材が一体化された状態で、前記複数の凹凸部の噛合のみによって前記継手部材同士が連結するように構成されていることを特徴とする。
また、本発明の構造物補強用部材は、前記凹凸部が、前記基準面を挟んで両側に形成されていてもよい。
また、本発明の継手構造は、構造物の表面に隣接配置されるとともに前記構造物との間に充填材を充填し、前記構造物を囲繞するように補強板が形成され、前記補強板の両端部に一体に設けられた一対の継手部材を備えてなり、一の継手部材が、前記継手部材同士を重ね合わせた際に互いに噛み合って接合する複数の凹凸部を備え、該複数の凹凸部を挟んで先端側に形成された先端係合部と、前記補強板側の基端側に形成された基端係合部と、を備え、前記先端係合部および前記基端係合部の重ね合わせ面は前記補強板の板厚の中心と面一となる基準面上に形成され、前記重ね合わせ面は、孔や凹部が形成されない面であり、硬化した前記充填材に対して前記補強板および前記継手部材が一体化された状態で、前記複数の凹凸部の噛合のみによって前記継手部材同士が連結していることを特徴とする。

本発明の構造物補強用部材及び継手構造においては、従来と比較し、継手部材の加工手間を大幅に軽減することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る構造物の補強構造、構造物補強用部材を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る継手構造（構造物補強用部材の継手部材の接合状態）を示す図である。 本発明の一実施形態に係る構造物補強用部材の継手部材を示す図である。 本発明の一実施形態に係る継手部材の製造装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の補強構造の施工方法において、取付用治具組立工程の説明に用いた図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の補強構造の施工方法において、補強板立設工程、補強板連結工程の説明に用いた図である。 本発明の一実施形態に係る構造物の補強構造の施工方法において、補強板せり上げ工程の説明に用いた図である。 実証試験で用いた構造物補強用部材の試験体の仕様を示す平面視図である。 実証試験で用いた構造物補強用部材の試験体の仕様を示す側面視図である。 実証試験で用いた曲げ試験装置を示す図である。 実証試験の曲げ試験結果を示す図である。 従来の継手構造を示す図である。 従来の継手部材を示す図である。

以下、図１から図１１を参照し、本発明の一実施形態に係る構造物補強用部材及び継手構造について説明する。

本実施形態の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２は、図１に示すように、構造物１０の補強対策としての鋼板巻き立て工法に適用される部材である。そして、本実施形態の構造物の補強構造Ｂは、例えば、断面コ字状に形成された一対の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を建物の柱、橋脚など、断面矩形状の鉄筋コンクリート製の柱などの構造物１０を囲繞するように配置し、これら一対の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２と構造物１０との間隙にエポキシ樹脂やモルタル等の充填材１１を充填し、一対の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を構造物１０に一体化して構成されている。

また、本実施形態の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２は、断面コ字状に形成された補強板１と、補強板１の両端部（両側端部）にそれぞれ溶接などして一体に設けられ、構造物１０を囲繞するように配設されて隣り合う構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の端部同士を連結するための２つの継手部材１２、１３（継手構造）とを備えて構成されている。

図１、図２に示すように、継手部材１２、１３は、隣り合う一方の構造物補強用部材Ａ１と他方の構造物補強用部材Ａ２をそれぞれ、柱等の構造物１０を囲繞するように配設した状態で、一方の構造物補強用部材Ａ１の継手部材１２と他方の構造物補強用部材Ａ２の継手部材１３同士が重ね合うように設けられている。

また、本実施形態の継手構造を構成する一対の継手部材１２、１３はそれぞれ、継手部材１２、１３同士を重ね合わせた際に互いに噛み合って接合する凹凸部１２ａ、１３ａと、凹凸部１２ａ、１３ａを挟んで先端側と補強板１側の基端側とに設けられ、隣り合う構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の継手部材１２、１３の凹凸部１２ａ、１３ａ同士を係合させた状態で互いの重ね合わせ面１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃ同士を面接触させて係合する先端係合部１２ｄ、１３ｄ及び基端係合部１２ｅ、１３ｅとを備えて形成されている。

すなわち、一方の継手部材１２の他方の継手部材１３に係合させる凹凸部１２ａの重ね合わせ面には、補強板１の隣接する方向への移動を拘束するための複数の凹部と複数の凸部が交互に並んで形成されている。また、他方の継手部材１３の一方の継手部材１２に係合させる凹凸部１３ａの重ね合わせ面には、補強板１の隣接する方向への移動を拘束するための複数の凸部と複数の凹部が、一方の継手部材１２の凸部に凹部、一方の継手部材１２の凹部に凸部がそれぞれ係合するように交互に並んで形成されている。

そして、図２及び図３に示すように、各継手部材１２、１３は、これら複数の凸部と複数の凹部からなる凹凸部１２ａ、１３ａを挟んで先端側に先端係合部１２ｄ、１３ｄ、補強板１の端部に接合する基端側に基端係合部１２ｅ、１３ｅをそれぞれ備えて形成されている。また、本実施形態の継手部材１２、１３は、先端から基端側に向けてその厚さ寸法Ｈが漸次大となるように（基端側から先端に向けてその厚さ寸法Ｈが漸次小となるように）形成されている。なお、この厚さ寸法Ｈは継手部材１２、１３の背面１２ｆ、１３ｆと、複数の凸部の先端同士を結ぶ仮想線との間の寸法を意味する。

さらに、本実施形態では、従来と異なり、継手部材１２、１３にボルト挿通孔やボルト収納凹部が形成されていない。なお、仮止めなどに用いるボルト挿通孔を形成してもよいが、この場合にはボルト収納凹部が形成されていない。

そして、上構成からなる本実施形態の継手部材１２、１３は、鋼材を圧延加工して製造される。

具体的に、この継手部材１２、１３は、例えば図４に示すように、回転軸線Ｏ１、Ｏ２を平行にしつつ所定の間隔をあけて配設した一対の圧延加工用のワークロール１７、１８を備える圧延加工装置１９を使用して製造される。

また、一方のワークロール１７は、その加工部１７ａが回転軸線Ｏ１方向に一定の外径の円柱状に形成されている。

他方のワークロール１８は、その加工部１８ａが回転軸線Ｏ２へ向けて一方の側から他方の側へ漸次縮径する円錐台状に形成されている。また、他方のワークロール１８は、加工部１８ａの表面に、回転軸線Ｏ２と直交して継手部材１２、１３の係合面を形成し、且つ係合面１４、１５を含む凹部及び凸部を形成するための複数の環状突部２１と、複数の環状突部２１を挟んで回転軸線Ｏ１方向の前方側と後方側にそれぞれ設けられ、継手部材１２、１３の先端係合部１２ｄ、１３ｄと基端係合部１２ｅ、１３ｅをそれぞれ形成するための先端係合部形成部２２、基端係合部形成部２３とを備えて形成されている。

そして、この圧延加工装置１９では、一対のワークロール１７、１８間に鋼材（被加工物）２０を送り込むと、他方のワークロール１８の加工部１８ａの環状突部２１が鋼材２０の一方の面に押圧して食い込み、鋼材２０が一対のワークロール１７、１８の間を通って圧延されるとともに、一方の面に凹部及び凸部からなる凹凸部１２ａ、１３ａが形成される。

次に、上記構成からなる本実施形態の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を備えた構造物の補強構造Ｂを施工する方法の一例について説明する。

はじめに、図５に示すように、例えば基礎部３０上に立設された柱（構造物）１０の根本部分に取付用治具３１を組立固定する。この取付用治具３１は、根本部分に固定される土台３２と、土台３２に基端が回転自在に取り付けられ、柱１０を挟持する方向に回動する２つの梯子状の補強板載置部３３とを備えている（取付用治具組立工程）。

そして、取付用治具３１の補強板載置部３３を回動させて基礎部３０上に倒し、これらの補強板載置部３３上に構造物補強用部材Ａ１、Ａ２をそれぞれ内表面側を上にして載置する。図５、図６に示すように、補強板載置部３３を柱１０を挟持する方向（図中の矢印方向）に向かって回動させ、載置状態の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２をそれぞれ立設させる。これにより、一対の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２は互いに向かい合った状態で、且つ柱１０との間に一定の間隙を設けた状態で、柱１０を囲繞するように配設される（補強板立設工程）。

また、このとき、連結された一対の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の上端部の内表面側に、柱１０との一定の間隙を確保するためのスペーサー、後工程で注入するモルタルなどの充填材１１の漏出を防止するためのシール用部材などを取り付けておく。

そして、上記のように一対の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を立設するとともに、一方の構造物補強用部材Ａ１と他方の構造物補強用部材Ａ２の継手部材１２、１３同士を重ね合わせ、互いの継手部材１２、１３の凹凸部１２ａ、１３ａ同士を係合させる（補強板連結工程）。

また、このとき、互いの凹凸部１２ａ、１３ａ同士を係合させて連結した一対の継手部材１２、１３を、予め継手面（係合面）に接着剤を塗布しておいたり、クリップ形状の治具などで継手部材１２、１３同士を挟み込むなどして仮固定する。

次に、図７に示すように、組み付けた一対の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を柱１０に沿って上方へとせり上げ、一対の構造物補強用部材Ａ１の上端を柱１０上の梁３４の下部に当接させる。このとき、仮止め用ボルトを、構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の下部に形成された仮止め用貫通孔に貫通させ、この仮止め用貫通孔に対応した位置に柱１０に形成された仮止め用穴に挿入することにより、構造物補強用部材Ａ１、Ａ２がずれ落ちないように仮止めする。さらに、上記の補強板立設工程、補強板連結工程及び補強板せり上げ工程を繰り返し行い、柱１０の周面全体に複数の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を仮止め状態で取り付ける（補強板せり上げ工程）。

全ての構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を仮止めした後、これらの構造物補強用部材Ａ１、Ａ２を本止め固定する。また、これら構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の上端部をそれぞれシール用部材を用いてシールする。なお、上下に隣接する構造物補強用部材Ａ１、Ａ２は適宜溶接等して連結固定する（補強板固定工程）。

次に、モルタルなどの充填材１１を構造物補強用部材Ａ１、Ａ２と柱１０との間隙に注入して充填し、充填材１１が十分に固化するまで養生する（充填材注入工程）。
最後に取付用治具３１を解体し、本実施形態の構造物の補強構造Ｂの施工が完了する。

そして、上記のように構成した本実施形態の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２（構造物の補強構造Ｂ）においては、充填材１１が硬化するとともに柱１０に一体化されるため、これら構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の継手部材１２、１３同士を凹凸部１２ａ、１３ａ同士の噛合によって連結し、従来のようにボルトを用いなくても、十分に連結強度、耐力を確保することが可能になる。

したがって、本実施形態の構造物補強用部材Ａ１、Ａ２（構造物の補強構造Ｂ）及び継手構造によれば、好適に構造物の補強を施すことを可能にしつつ、従来と比較し、継手部材１２、１３の加工手間を大幅に軽減することが可能になる。

ここで、本発明に係る構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の継手部材１２、１３の性能を確認するために行った実証試験の結果について説明する。

本実証試験では、構造物補強用部材Ａ１、Ａ２の試験体の仕様を表１、図８、図９に示す通りとした。そして、引張試験と曲げ試験を行った。

引張試験では、試験体の両端を試験機に固定して試験体に引張力を加え、補強板（鋼板）１の母材破断で破壊することにより、継手部材１２、１３の性能が母材強度と同等以上であるか否かを確認した。試験体の数は、補強板厚６，９ｍｍ用及び１２，１４ｍｍ用それぞれ５体の計１０体とした。

曲げ試験では、図１０に示すように試験体の両端を水平に固定して中央部に載荷して行った。最大たわみが辺長Ｌの０．２１倍（＝０．２１×Ｌ＝０．２１×１０００＝２１０ｍｍ）となっても継手部材１２、１３が外れないことを確認した。ここで、０．２１×Ｌとは、矩形の鋼板が円形に変形した時の変位量である。試験体の数は、補強板厚６，９ｍｍ用及び１２，１４ｍｍ用それぞれ１体の計２体とした。

表２は引張試験の結果を示している。
この結果から、試験体はいずれも補強板（鋼板）１の母材破断で破壊しており、継手部材１２、１３の性能が母材強度と同等以上であることが確認された。なお、補強板１の引張強度はＳＳ４００の規格値である４００Ｎ／ｍｍ^２以上であった。

図１１（図１１（ａ）は補強板厚６，９ｍｍ用、図１１（ｂ）は補強板厚１２，１４ｍｍ）は曲げ試験の結果を示している。
この結果から、試験体はいずれも最大たわみが２１０ｍｍとなっても継手部材１２、１３が外れないことが確認され、十分な継手部材１２、１３の変形追随性が確認された。

したがって、本発明に係る構造物補強用部材Ａ１、Ａ２（構造物補強構造Ｂ）及び継手構造においては、従来のようにボルトを用いなくても、十分に所望の優れた性能を得ることができることが実証された。

以上、本発明に係る構造物補強用部材及び継手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、補強対象の構造物１０が鉄筋コンクリート製の柱であるものとして説明を行ったが、鉄骨柱、鋼管柱、充填コンクリート鋼管柱など、鉄筋コンクリート柱以外の柱部材であってもよく、また、本発明に係る構造物はトラス梁等の水平部材、斜材等の梁部材等、柱部材以外であってもよい。さらに、柱や梁等の構造物は、断面形状を矩形（方形）に限定する必要もない。

また、本実施形態では、本発明に係る構造物補強用部材が鋼板巻き立て工法に適用される部材であるものとし、補強板１が鋼板であるものとして説明を行ったが、本発明に係る補強板は、構造物１０を囲繞するように設置して補強効果を得ることが可能であれば、鋼板以外に、例えばステンレススチール板、ジュラルミン板、アルミニウム板、ガラス繊維等の繊維材を補強材とした繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）等、他の素材で構成したものであってもよい。

また、継手部材１２、１３を補強板１に溶接して一体に設けるように説明を行ったが、ボルト接合など、他の接合手段を用いて継手部材１２、１３を補強板１に取り付けても勿論構わない。

また、本発明に係る構造物補強用部材Ａ１、Ａ２（構造物補強構造Ｂ）においては、従来のようにボルトを用いなくても、十分に所望の優れた性能を得ることができるが、継手部材を噛合させた後、補強用鋼板と構造物との間隙を充填するまでの間にずれ止めとして継手に仮留めボルトを使用してもよい。その際は構造材として使用するよりもはるかに少ないボルト本数で十分となる。なお、ずれ止めには、クリップ状の治具で固定する方法や継手面に接着剤を塗布する方法なども考えられる。

１ 補強用鋼板（補強板）
２ 従来の継手部材
２ａ 凹凸部
２ｂ 重ね合わせ面
２ｃ 重ね合わせ面
２ｄ 先端係合部
２ｅ 基端係合部
３ 従来の継手部材
３ｂ 重ね合わせ面
３ｃ 重ね合わせ面
３ｄ 先端係合部
３ｅ 基端係合部
４ ボルト挿通孔
５ 従来の構造物補強用部材
６ 従来の構造物補強用部材
１０ 構造物（柱）
１１ 充填材
１２ 継手部材
１２ａ 凹凸部
１２ｂ 重ね合わせ面
１２ｃ 重ね合わせ面
１２ｄ 先端係合部
１２ｅ 基端係合部
１２ｆ 背面
１３ 継手部材
１３ａ 凹凸部
１３ｂ 重ね合わせ面
１３ｃ 重ね合わせ面
１３ｄ 先端係合部
１３ｅ 基端係合部
１３ｆ 背面
１４ 係合面
１５ 係合面
１７ ワークロール
１７ａ 加工部
１８ ワークロール
１８ａ 加工部
１９ 圧延加工装置
２０ 鋼材
２１ 環状突部
２２ 先端係合部形成部
２３ 基端係合部形成部
３０ 基礎部
３１ 取付用治具
３２ 土台
３３ 補強板載置部
Ａ１ 構造物補強用部材
Ａ２ 構造物補強用部材
Ｂ 構造物の補強構造
Ｈ 厚さ寸法
Ｏ１ 回転軸線
Ｏ２ 回転軸線
Ｐ 基準面

Claims (3)

1. 構造物の表面に隣接配置されるとともに前記構造物との間に充填材を充填し、前記構造物に一体に配置される構造物補強用部材であって、
   前記構造物を囲繞するように形成された補強板と、前記補強板の端部に一体に設けられ、隣り合う前記構造物補強用部材の端部同士を連結するための継手部材と、を備えて構成され、
   一の前記継手部材は、隣り合う前記構造物補強用部材の継手部材同士を重ね合わせた際に互いに噛み合って接合する複数の凹凸部を備え、該複数の凹凸部を挟んで先端側に形成された先端係合部と、前記補強板側の基端側に形成された基端係合部と、を備え、前記先端係合部および前記基端係合部の重ね合わせ面は前記補強板の板厚の中心と面一となる基準面上に形成され、
   前記重ね合わせ面は、孔や凹部が形成されない面であり、
   硬化した前記充填材に対して前記補強板および前記継手部材が一体化された状態で、前記複数の凹凸部の噛合のみによって前記継手部材同士が連結するように構成されていることを特徴とする構造物補強用部材。
2. 前記凹凸部は、前記基準面を挟んで両側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の構造物補強用部材。
3. 構造物の表面に隣接配置されるとともに前記構造物との間に充填材を充填し、前記構造物を囲繞するように補強板が形成され、前記補強板の両端部に一体に設けられた一対の継手部材を備えてなり、
   一の継手部材が、前記継手部材同士を重ね合わせた際に互いに噛み合って接合する複数の凹凸部を備え、該複数の凹凸部を挟んで先端側に形成された先端係合部と、前記補強板側の基端側に形成された基端係合部と、を備え、前記先端係合部および前記基端係合部の重ね合わせ面は前記補強板の板厚の中心と面一となる基準面上に形成され、
   前記重ね合わせ面は、孔や凹部が形成されない面であり、
   硬化した前記充填材に対して前記補強板および前記継手部材が一体化された状態で、前記複数の凹凸部の噛合のみによって前記継手部材同士が連結していることを特徴とする継手構造。

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