JP7510322B2 - 柱梁接合部の自己修復構造 - Google Patents

Description

本開示は、コンクリート造の柱と梁との接合部の自己修復構造に関する。

図８に示すように、鉄筋コンクリート造の建物における柱梁接合部１は、鉄筋コンクリート造の柱２と鉄筋コンクリート造の梁３が交差している部分である。従前、地震時には、図８（Ｂ）に示すように、柱梁接合部１内にはひび割れが生ぜず、梁３に曲げひび割れ４が生じて梁曲げ降伏破壊が起こるものとして設計が行われていた。しかし、近年、柱梁強度比（柱２と梁３の危険断面が曲げ終局強度に至る時の節点位置での曲げモーメントの比）が小さい場合には、図８（Ａ）に示すように、柱梁接合部１内に隅部から斜めにひび割れ５が生じ、柱梁接合部１内で梁主筋および柱主筋が引張降伏する接合部降伏破壊が起こることが指摘されている。

このような接合部降伏破壊によって生じたひび割れ等の損傷を補修する方法として、柱梁接合部の側面から有機系の樹脂をひび割れに注入することが考えられる。また、特許文献１には、柱梁接合部の側面に連続繊維シートを貼り付けることが記載されている。

特開２０１６－０７５１４５号公報

しかしながら、１つの柱梁接合部には、平面視で十字状に梁が取り付くことが多い。この場合、柱梁接合部の側面が露出しておらず、上記の補修方法を採用することができない。

このような問題に鑑み、本発明は、平面視で十字状に梁が取り付いた柱梁接合部にも適用可能な柱梁接合部の自己修復構造を提供することを目的とする。

本発明のある実施形態に係る柱梁接合部（１）の自己修復構造（１０，２０，３０，４０，５０）は、コンクリート造の柱（２）と、前記柱（２）に接合するコンクリート造の梁（３）と、前記柱（２）の側面と前記側面に連結する前記梁（３）の上面及び下面とによって画成された隅部の各々に固定された補修具（１１，２１，３１）とを備え、各々の前記補修具（１１，２１，３１）は、前記柱（２）の前記側面と前記梁（３）の前記上面又は前記下面とに固定されたシート（１２，２２）と、前記シート（１２，２２）に保持された流動性を有する補修材（１３，３２）とを含むことを特徴とする。補修材（１３，３２）は、密閉状態で保持され、所定規模以上の地震時に前記密閉状態から脱し、所定時間で硬化するように構成されても良い。

この構成によれば、柱の側面と梁の上面及び下面によって画成される隅部に取り付けられた補修具によって柱梁接合部を補修できるため、平面視で十字状に梁が取り付いた柱梁接合部でも補修することができる。

本発明のある実施形態に係る柱梁接合部（１）の自己修復構造（２０，３０，４０，５０）は、上記構成において、前記シート（２２）は、内層（２３）と、前記補修材（１３，３２）を透過させない外層（２４）とを含み、前記外層（２４）よりも内側において前記補修材（１３，３２）を保持することを特徴とする。ここで、「内」及び「外」という用語に関して、柱又は梁に近づく側が「内」側であり、柱又は梁から離れる側が「外」側である。

この構成によれば、補修材は、外層を透過できないため、外側に漏れずに柱梁接合部のひび割れに浸入し易い。

本発明のある実施形態に係る柱梁接合部（１）の自己修復構造（２０，３０，４０，５０）は、上記構成において、前記内層（２３）は、所定規模以上の地震時に破断する素材によって構成され、前記外層（２４）は、前記内層（２３）よりも伸縮性が高い素材によって構成され、前記補修材（１３，３２）は前記内層（２３）の内部又は前記内層（２３）と前記外層（２４）との間に配置されることを特徴とする。

この構成によれば、補修材が内層によって保護されるため、補修材を安定して保持できる。

本発明のある実施形態に係る柱梁接合部（１）の自己修復構造（３０，４０，５０）は、上記構成の何れかにおいて、前記補修材（３２）は、前記シート（２２）において互いに分離して保持される第１成分（３３）及び第２成分（３４）を含むことを特徴とする。前記第１成分及び前記第２成分は、水及び無機材、又は、主剤及び前記主剤用の硬化剤であることが好ましい。

この構成によれば、補修材を２つの成分に分けて保持することにより、所定規模以上の地震が起こるまでの補修材の品質の劣化を抑制できる。

本発明のある実施形態に係る柱梁接合部（１）の自己修復構造（５０）は、上記構成の何れかにおいて、前記隅部の各々において、前記補修具（１１，２１，３１）を覆うように、前記柱（２）の前記側面と前記梁（３）の前記上面又は前記下面とに取り付けられたプレート（５１）を更に備え、前記プレート（５１）は、前記柱（２）の前記側面に沿って取り付けられた縦部（５２）と、前記梁（３）の前記上面又は前記下面とに取り付けられ、前記梁（３）の延在方向において前記縦部（５２）の上下方向長さよりも短い長さを有する横部（５３）とを含むことを特徴とする。

この構成によれば、縦部が横部よりも長いため、柱の曲げ強度は梁の曲げ強度よりも大きく増大し、柱梁強度比が大きくなるため、接合部降伏破壊ではなく、梁降伏破壊となりやすく、柱梁接合部内の損傷が抑制される。

本発明によれば、平面視で十字状に梁が取り付いた柱梁接合部にも適用可能な柱梁接合部の自己修復構造を提供することができる。

第１実施形態に係る柱梁接合部の自己修復構造を示す縦断面図 接合部降伏破壊の説明図 地震時における第１実施形態に係る柱梁接合部の自己修復構造を示す説明図 第２実施形態に係る柱梁接合部の自己修復構造を示す縦断面図 第３実施形態に係る柱梁接合部の自己修復構造を示す縦断面図 第４実施形態に係る柱梁接合部の自己修復構造を示す縦断面図 第５実施形態に係る柱梁接合部の自己修復構造を示す縦断面図 地震時における柱梁接合部の破壊形式を示す模式図（Ａ：接合部降伏破壊、Ｂ：梁曲げ降伏破壊）

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、コンクリート断面を示す図において鉄筋の図示は省略している。

図１は、柱梁接合部１における第１実施形態に係る自己修復構造１０を示す。柱梁接合部１は、鉄筋コンクリート造の柱２と、鉄筋コンクリート造の梁３との交差部である。柱２は、横断面において矩形をなし、梁３は、その延在方向に直交する断面において矩形をなしている。梁３は、図１の紙面に直交する方向にも延在して平面視で十字状に交差している。なお、梁３が柱梁接合部１の側面から１方、２方（例えば、平面視で９０°又は１８０°をなす２方）又は３方（例えば、平面視でＴ字状）に延出していてもよく、梁３が９０°以外の角度で交差していてもよく、柱２及び梁３の断面の輪郭が矩形以外の形状であってもよい。

自己修復構造１０は、柱２と、柱２に接合する梁３と、柱２の側面とこの側面に連結する梁３の上面及び下面の各々とによって画成された隅部に固定される補修具１１とを備える。図示を省略するが、補修具１１は、柱２の側面と図の紙面に直交する方向に延在する梁３の上面及び下面とによって画成される隅部の各々にも設けられる。補修具１１は、隅部に固定されたシート１２と、シート１２に保持された流動性を有する補修材１３とを備える。

シート１２は、隅部において、柱２の側面と梁３の上面又は下面に固定されており、側面から見てＬ字形状をなす。シート１２の柱２及び梁３への固定は、例えば接着剤による貼り付けによってなされる。

補修材１３は、薄膜によって密閉された状態でシート１２に保持されている。薄膜は、所定規模以上の地震時に破断する。補修材１３の密閉は、薄膜に代えて、密閉作用を有して所定規模以上の地震時に柱２及び梁３側の表面が破断するシート１２によってなされてもよい。補修材１３は、流動性を有し、密閉された状態から脱すると所定の時間で硬化するものであり、例えば、補修材１３内の水や溶媒が蒸発することにより固まる乾燥固化型のものや、空気中、シート中又は柱梁接合部１中の湿気と化学反応を起こして固まる化学反応型のものである。補修材１３は、例えば、液体接着材である。補修材１３は、シート１２の内部に保持されてもよく、シート１２における柱２及び梁３側の表面に保持されてもよい。補修材１３がシート１２の内部に保持される場合には、シート１２は、所定規模以上の地震時に補修材１３が柱梁接合部１に生じたひび割れに向かって移動可能な素材、例えば、織布、不織布、スポンジ状の樹脂、又は所定の規模以上の地震時に破断する樹脂等、によって構成される。シート１２として、所定の規模以上の地震時に破断する樹脂を用いる場合には、Ｌ字形状の角隅部に薄肉部を設ける等、角隅部が破断しやすいようにすることが好ましい。また、補修材１３が、シート１２における柱２及び梁３側の表面に保持される場合には、シート１２は、補修材１３が透過せず地震時に破断し難い素材、例えばポリエチレンテレフタラートシート等から構成されることが好ましいが、密閉状態から脱した補修材１３が浸入浸出可能な素材、例えば、織布、不織布、スポンジ状の樹脂等から構成されてもよい。

図２は、地震時に接合部降伏破壊が発生する場合の柱２及び梁３の揺れを模式的に示す説明図である。図２（Ａ）に示すように、所定規模以上の地震時には、縦断面視で矩形をなす柱梁接合部１の対角線に沿ってひび割れが生じ、柱２及び梁３が回転移動する。図示する状態では、上下の柱２から延出する三角形部分が反時計回りに移動し、左右の梁３から延出する三角形部分が時計回りに移動している。次いで、図２（Ｂ）に示すように、上下の柱２から延出する三角形部分が時計回りに移動し、左右の梁３から延出する三角形部分が反時計回りに移動する。図２（Ｃ）に示すように、再び、上下の柱２から延出する三角形部分が反時計回りに移動し、左右の梁３から延出する三角形部分が時計回りに移動する。この回転移動が繰り返されることによって、図２（Ｄ）に示すように、対角線に沿ってひび割れ５が発達する。

図３は、第１実施形態に係る自己修復構造１０における地震時の接合部降伏破壊を模式的に示す説明図である。柱梁接合部１における対角線に沿って分割された三角形部分の動きは、図２に示すものと同じである。所定規模以上の地震時には、補修材１３を密閉していた薄膜が破断して、補修材１３が移動可能となる。図３（Ａ）に示すように、上下の柱２から延出する三角形部分が反時計回りに移動し、左右の梁３から延出する三角形部分が時計回りに移動した状態では、柱梁接合部１の右上及び左下の隅部のひび割れの隙間と、左上から右下にかけての対角線に沿った中央部分の隙間とが拡がっている。この時、右上及び左下のシート１２に保持されていた補修材１３が、柱梁接合部１の右上及び左下の隅部のひび割れの隙間に浸入している。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、上下の柱２から延出する三角形部分が時計回りに移動し、左右の梁３から延出する三角形部分が反時計回りに移動すると、柱梁接合部１の左上及び右下の隅部のひび割れの隙間が拡がって左上から右下にかけての対角線に沿った中央部分のひび割れが狭まるとともに、右上及び左下の隅部のひび割れの隙間が狭まって右上から左下にかけての対角線に沿った中央部分のひび割れの隙間が広がる。この時、左上及び右下のシート１２及び隅部に保持されていた補修材１３が、柱梁接合部１の左上及び右下の隅部のひび割れの隙間に浸入する。また、右上及び左下の隅部から浸入していた補修材１３の一部が対角線の中央部分に向かって押し出されるとともに、他の一部が右上及び左下のシート１２に向かって押し出される。シート１２に向かって押し出された補修材１３は、隅部とシート１２との間、及び／又は、シート１２の内部に保持される。

次いで、図３（Ｃ）に示すように、上下の柱２から延出する三角形部分が反時計回りに移動し、左右の梁３から延出する三角形部分が時計回りに移動すると、柱梁接合部１の右上及び左下の隅部のひび割れの隙間が拡がって右上から左下にかけての対角線に沿った中央部分のひび割れが狭まるとともに、左上及び右下の隅部のひび割れの隙間が狭まって左上から右下にかけての対角線に沿った中央部分のひび割れの隙間が広がる。この時、右上及び左下のシート１２及び隅部に保持されていた補修材１３が、柱梁接合部１の右上及び左下の隅部のひび割れの隙間に浸入する。また、左上及び右下の隅部から浸入していた補修材１３の一部が対角線の中央部分に向かって押し出されるとともに、他の一部が左上及び右下のシート１２に向かって押し出される。シート１２に向かって押し出された補修材１３は、隅部とシート１２との間、及び／又は、シート１２の内部に保持される。

図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）の動きが交互に繰り返されることにより、補修材１３がひび割れの隅々まで行き渡る。地震が収まると、図３（Ｄ）に示すように、補修材１３がひび割れ５に注入された状態で硬化し、ひび割れ５が補修される。

補修具１１が柱２と梁３とによって画成される隅部に設けられるため、自己修復構造１０は四方に梁３が延出して平面視で十字状に梁が取り付いた柱梁接合部１にも適用可能である。

次に、図４を参照して、本発明に係る第２実施形態に係る自己修復構造２０を説明する。説明に当たって、第１の実施形態と共通する構成は、その説明を省略し同一の符号を付す。第２実施形態に係る自己修復構造１０は、補修具２１の構造において第１実施形態と相違する。

自己修復構造２０は、柱２と、梁３と、柱２の側面とこの側面に連結する梁３の上面及び下面とによって画成された隅部の各々に固定される補修具２１とを備える。図４は、柱２の側面と梁３の上面とに取り付けられた自己修復構造２０を示す。図示されない他の隅部にも補修具２１は設けられる。補修具２１は、隅部に固定されたシート２２と、シート２２に保持された硬化可能な流動性を有する補修材１３とを備える。

シート２２は、補修材１３を保持する内層２３と、補修材１３が透過しない外層２４とを含む。内層２３は柱２及び梁３に当接し、外層２４は、内層２３における柱２及び梁３に当接する面とは反対側の表面に当接している。内層２３は、所定規模以上の地震時に補修材１３が柱梁接合部１に生じたひび割れに向かって移動可能な素材、例えば、織布、不織布、スポンジ状の樹脂、又は所定の規模以上の地震時に破断する樹脂等、によって構成される。内層２３として、所定の規模以上の地震時に破断する樹脂を用いる場合には、Ｌ字形状の角隅部に薄肉部を設ける等、角隅部が破断しやすいようにすることが好ましい。外層２４は、補修材１３を密閉する薄膜が破断する所定規模以上の地震時にも破断しないように、伸縮性を有する破れ難い素材によって構成される。外層２４は、液体不透過性であることが好ましい。例えば、外層２４は、ポリエチレンテレフタラートシートによって構成される。外層２４は、補修材１３が漏れることを防ぐように、内層２３と同じ又は内層２３よりも大きな輪郭を有することが好ましい。

補修材１３は、シート２２における外層２４よりも内側に保持される。内層２３が、織布、不織布、スポンジ状の樹脂等の透過性を有する素材から構成される場合には、補修材１３は、内層２３における柱２及び梁３側の表面、内層２３の内部、又は内層２３と外層２４との間に配置される。内層２３が、所定の規模以上の地震時に破断する樹脂等、破断するまでは補修材１３を透過させない素材から構成される場合には、補修材１３は、内層２３の内部、又は内層２３と外層２４との間に配置される。

所定規模以上の地震時に薄膜が破れて密閉状態から脱した補修材１３は、外層２４を透過できないため、外側に漏れずに柱梁接合部１のひび割れに浸入し易い。

内層２３を所定の規模以上の地震時に破断する素材から構成し、補修材１３を内層２３の内部又は内層２３と外層２４との間に配置した場合には、補修材１３をより安定して保持できる。

次に、図５を参照して、第３実施形態に係る自己修復構造３０を説明する。説明に当たって、第２の実施形態と共通する構成は、その説明を省略し同一の符号を付す。

自己修復構造３０は、柱２と、梁３と、柱２の側面とこの側面に連結する梁３の上面及び下面とによって画成された隅部の各々に固定される補修具３１とを備える。図５は、柱２の側面と梁３の上面とに取り付けられた自己修復構造３０を示す。図示されない他の隅部にも補修具３１は設けられる。補修具３１は、隅部に固定されたシート２２と、シート２２に保持された補修材３２とを備える。第３実施形態に係る自己修復構造３０は、補修材３２が、２つの成分に分離した状態でシート２２に保持されている点で、第２実施形態と相違する。

補修材３２は、第１成分３３と第２成分３４とを含む。第１成分３３及び第２成分３４は、互いに分離してシート２２の内層２３に保持されている。例えば、第１成分３３が、水であり、第２成分３４がセメント及び細骨材の混合物等の無機材であってもよく、両者が互いに混ざることによってモルタル等の流動性を有する補修材３２となる。また、第１成分３３が流動性を有する主剤であり、第２成分３４が主剤用の硬化剤であってもよく、所定規模以上の地震時に両社が混ざることによって流動性を有するとともに所定の時間で硬化する補修材３２となる。流動性を有する第１成分３３は、地震時に破断する薄膜に収容されている。流動性を有する第１成分３３は、第２実施形態の補修材１３と同様の位置に配置される。第２成分３４は、流動性を有する場合は、第２実施形態の補修材１３と同様の位置に配置され、流動性を有さない場合は、第１成分３３と同様の位置又は第１成分３３よりも内側に配置される。

補修材３２を２つの成分に分けて保持することにより、所定規模以上の地震が起こるまでの補修材３２の品質の劣化を抑制できる。

図６は、第４実施形態に係る自己修復構造４０を示す。説明に当たって、第３の実施形態と共通する構成は、その説明を省略し同一の符号を付す。第３実施形態に係る自己修復構造３０では、各々の補修具３１において、補修材３２の第１成分３３及び第２成分３４がそれぞれ１か所にまとめられているが（図５参照）、第４実施形態に係る自己修復構造４０では、各々の補修具３１において、補修材３２の第１成分３３及び第２成分３４がそれぞれシート２２の内層２３の複数個所に保持されている。このため、所定規模以上の地震時に、第１成分３３及び第２成分３４が互いに混ざりやすくなる。

図７を参照して、第５実施形態に係る自己修復構造５０について説明する。説明に当たって、第１～第４実施形態と共通する構成は、その説明を省略し同一の符号を付す。自己修復構造５０は、隅部の各々において、第１～第４実施形態の自己修復構造１０，２０，３０，４０の何れかの構成に加えて、補修具１１，２１，３１を覆うように、柱２の側面と梁３記上面又は下面とに取り付けられた鋼製のプレート５１を更に備える。

プレート５１は、側面視でＬ字形状をなし、柱２の側面に沿って取り付けられた縦部５２と、梁３の上面又は下面とに取り付けられ、梁３の延在方向において縦部５２の上下方向長さよりも短い長さを有する横部５３とを含む。プレート５１は、アンカーボルト５４によって柱２及び梁３に固定されるが、接着剤等の他の固定手段によって柱２及び梁３に固定されてもよい。

縦部５２が横部５３よりも長いため、柱２の曲げ強度は梁３の曲げ強度よりも大きく増大する。すなわち、柱梁強度比が大きくなる。このため、接合部降伏破壊ではなく、梁降伏破壊となりやすく、柱梁接合部１の破壊が抑制される。なお、梁３の曲げ強度を小さくしても柱梁強度比は大きくなるが、この場合、建物全体の体力を落とすことになる。第５実施形態に係る自己修復構造５０おいては、梁３の曲げ強度を小さくしているわけではないため、建物全体体力の低下を防止できる。第５実施形態に係る自己修復構造５０から補修具１１，２１，３１を取り除いた構造は、既存の柱梁接合部１の破壊態様を接合部降伏破壊（図８（Ａ）参照）から曲げ降伏破壊（図８（Ｂ））に変更する補強構造として利用できる。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。柱梁接合部、柱及び／又は梁はプレストレストコンクリートであってもよい。第３又は第４実施形態の２つの成分に分離して配置された補修材を第１実施形態に適用してもよい。

１：柱梁接合部
２：柱
３：梁
１０，２０，３０，４０，５０：自己修復構造
１１，２１，３１：補修具
１２，２２：シート
１３，３２：補修材
３３：第１成分
３４：第２成分
５１：プレート
５２：縦部
５３：横部

Claims (6)

1. コンクリート造の柱と、
   前記柱に接合するコンクリート造の梁と、
   前記柱の側面と前記側面に連結する前記梁の上面及び下面とによって画成された隅部の各々に固定された補修具とを備え、
   各々の前記補修具は、
   前記柱の前記側面と前記梁の前記上面又は前記下面とに固定されたシートと、
   前記シートに密閉状態で保持された流動性を有する補修材とを含み、
   前記補修材は、所定規模以上の地震時に前記密閉状態から脱し、所定時間で硬化するように構成されたことを特徴とする柱梁接合部の自己修復構造。
2. 前記シートは、内層と、前記補修材を透過させない外層とを含み、前記外層よりも内側において前記補修材を保持することを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合部の自己修復構造。
3. 前記内層は、所定規模以上の地震時に破断する素材によって構成され、前記外層は、前記内層よりも伸縮性が高い素材によって構成され、前記補修材は前記内層の内部又は前記内層と前記外層との間に配置されることを特徴とする請求項２に記載の柱梁接合部の自己修復構造。
4. 前記補修材は、前記シートにおいて互いに分離して保持される第１成分及び第２成分を含むことを特徴とする請求項１～３の何れか一項に記載の柱梁接合部の自己修復構造。
5. コンクリート造の柱と、
   前記柱に接合するコンクリート造の梁と、
   前記柱の側面と前記側面に連結する前記梁の上面及び下面とによって画成された隅部の各々に固定された補修具とを備え、
   各々の前記補修具は、
   前記柱の前記側面と前記梁の前記上面又は前記下面とに固定されたシートと、
   前記シートに保持された流動性を有する補修材とを含み、
   前記補修材は、前記シートにおいて互いに分離して保持される第１成分及び第２成分を含み、
   前記第１成分及び前記第２成分は、水及び無機材、又は、主剤及び前記主剤用の硬化剤であることを特徴とする柱梁接合部の自己修復構造。
6. コンクリート造の柱と、
   前記柱に接合するコンクリート造の梁と、
   前記柱の側面と前記側面に連結する前記梁の上面及び下面とによって画成された隅部の各々に固定された補修具とを備え、
   各々の前記補修具は、
   前記柱の前記側面と前記梁の前記上面又は前記下面とに固定されたシートと、
   前記シートに保持された流動性を有する補修材とを含み、
   前記隅部の各々において、前記補修具を覆うように、前記柱の前記側面と前記梁の前記上面又は前記下面とに取り付けられたプレートを更に備え、
   前記プレートは、前記柱の前記側面に沿って取り付けられた縦部と、前記梁の前記上面又は前記下面とに取り付けられ、前記梁の延在方向において前記縦部の上下方向長さよりも短い長さを有する横部とを含むことを特徴とする柱梁接合部の自己修復構造。

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