(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
柱状構造物の外周に前記柱状構造物を取り囲むように補強用鋼板を配置するとともに、前記補強用鋼板と前記柱状構造物との間の空隙に硬化性充填材を充填して前記補強用鋼板と前記柱状構造物とを一体化することで、前記柱状構造物を補強する柱状構造物の補強構造であって、
前記補強用鋼板が、前記柱状構造物の剛結側の1D〜2D区間に配置される第1の補強用鋼板と、前記区間以外の箇所に配置される第2の補強用鋼板とを備え、
前記第1の補強用鋼板は、係合もしくは締結により周周りに取り外し可能に連結され、
前記第2の補強用鋼板は、溶接により周周りに一体化されていることを特徴とする柱状構造物の補強構造。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、震災などにより構造物が損傷を受けた可能性がある場合には、補強用鋼板を取り外して損傷の度合いを調べるとともに、損傷を修復する必要がある。
しかしながら、従来の鋼板巻き立て工法では、大きく2分割した補強用鋼板を溶接で一体化しているため、補強用鋼板を撤去する際にも、修復後に再度補強用鋼板を巻き立てる際にも多大な時間とコストを要することが予想される。
一方、補強用鋼板として特許文献1に記載されたような継ぎ手付き補強用鋼板を用いた場合には、継手部を別途製造して鋼板本体に溶接して取付けるなど、補強用鋼板の製造に手間がかかるため、2分割した補強用鋼板を用いた場合に比較して大幅なコストアップになるといった問題点があった。
【0005】
本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことのできる柱状構造物の補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、鋭意検討の結果、柱状構造物の剛結側(柱状構造物が建築物の柱やラーメン橋の橋脚である場合には上端側と下端側と、単純桁橋の場合は下端側)のみを、継ぎ手付き補強用鋼板のような、周周りに取り外し可能な補強用鋼板を用い、他の部分には加工を殆ど必要としない鋼板を用いるようにすれば、複雑な構成の補強用鋼板の使用枚数を大幅に減らすことができるとともに、震災後には、地震時において損傷が集中する剛結側の補強用鋼板のみを取り外して損傷の確認を行えば、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことができることを見出し、本発明に至ったものである。
【0007】
すなわち、本発明は、柱状構造物の外周に前記柱状構造物を取り囲むように補強用鋼板を配置するとともに、前記補強用鋼板と前記柱状構造物との間の空隙にモルタル等の硬化性充填材を充填して前記補強用鋼板と前記柱状構造物とを一体化することで、前記柱状構造物を補強する柱状構造物の補強構造であって、前記補強用鋼板が、前記柱状構造物の剛結側の1D〜2D区間(Dは柱断面高さ)に配置される第1の補強用鋼板と、前記区間以外の箇所に配置される第2の補強用鋼板とを備え、前記第1の補強用鋼板は係合もしくは締結により周周りに取り外し可能に連結され、前記第2の補強用鋼板は溶接により周周りに一体化されていることを特徴とする。
これにより、複雑な構成の補強用鋼板の使用枚数を必要最小限にすることができるとともに、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことができる。
【0008】
また、本願発明は、前記第1の補強用鋼板が、板状の鋼板本体と、前記鋼板本体の短手方向の側辺の一方に設けられた、前記鋼板本体から離れるにしたがってその幅が広がる突出片と、前記鋼板本体の他方の短手方向の側辺に設けられて、前記突出片が係合される凹部と、前記凹部の裏面側である前記柱状構造物側に取付けられた添接板と、前記突出片に設けられた、前記突出片と前記添接板とを締結するためのボルトを挿入するためのボルト挿入孔と、前記添接板に設けられ、前記ボルト挿入孔と同一の軸線を有するネジ穴と、を備えたことを特徴とする。
このように、一方の側辺の突出片と他方の側辺の凹部とを係合し、更に一方の側辺と他方の側辺とを締結する構成としたので、補強用鋼板を周周りに強固に接続できる。また、本発明による第1の補強用鋼板は、加工された1枚の鋼板と添接板とで構成されているので、従来の継手付き補強用鋼板のような複雑な加工を必要としないという利点を有する。
【0009】
また、本願発明は、前記第1の補強用鋼板の側辺のうちの前記第2の補強用鋼板側の側片には、矩形状の段差部を少なくとも1個有する第1の凹凸部が設けられ、前記第2の補強用鋼板の側辺のうちの前記第1の補強用鋼板側の側片には、前記第1の凹凸部に係合する第2の凹凸部が設けられていることを特徴とする。
これにより、上下の補強用鋼板同士も、矩形状の段差部同士が係合されるので、地震による振動で補強用鋼板がせり上がって連結部が外れることを確実に防止できる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき説明する。
図1(a),(b)は、本発明の実施の形態に係る鋼板巻立て工法による構造物の補強構造を示す正面図と側面図であり、
図2(a),(b)は、
図1のA−A断面図とB−B断面図である。
各図において、10は耐震補強の対象物である断面形状が矩形の鉄筋コンクリート柱(以下、柱という)で、柱10は、
図1の上側と下側である上端側と下端側にて梁などの上部構造物及び下部構造物に剛結されている。また、20A,20Bは第1の補強用鋼板、20Cは第2の補強用鋼板、20Dは基部鋼板、20Eは頂部鋼板、30は補強用鋼板20A〜20Eと柱10との間の空隙に充填されるモルタルである。以下、基部鋼板20Dが配置される側を下側、頂部鋼板20Eが配置される側を上側という。
折り曲げ前の第1の補強用鋼板20Aは、
図3(a)に示すように、1枚の鋼板20を加工して成る鋼板本体21と平板状の添接板22とを備える。鋼板本体21は、鋼板20の短手方向の一方の側辺21aに形成された突出片23と、他方の側辺21bに形成されて突出片23に係合する凹部24と、長手方向の一方の側辺21cに形成され、矩形状の段差部25aと平面視波型の凹凸部25bとを有する凹凸部(上部凹凸部25M)と、他方の側辺21dに形成された凹凸部(下部凹凸部25N)とを備える。下部凹凸部25Nは、上記上部凹凸部25Mと、鋼板本体21の幅方向の中心線に対して線対称に形成されている。また、上部凹凸部25Mと下部凹凸部25Nの凹凸の形状は、同一パターンが2回繰り返された形状となっている。パターンの1ピッチ分の長さは、鋼板本体21の長さから突出片23の長さを減算した値の1/2である。
平板状の添接板22は鋼板本体21の他方の側辺21b側の端部の裏面(折り曲げた時に内側となる側の面)に取付けられる。
折り曲げ後の第1の補強用鋼板20Aの両端部となる突出片23と平板状の添接板22には、それぞれ、座グリ23kとネジ穴22kが形成されている。ネジ穴22kは、第1の補強用鋼板20Aを折り曲げたときの座グリ23kに対応する箇所に形成されている。第1の補強用鋼板20A同士を周周りに連結する際には、
図3(b)に示すように、突出片23を凹部24に係合させた後、固定ボルト26をネジ穴22kに螺入する。固定ボルト26頭部は座グリ23kに固定される。
【0012】
折り曲げ前の第1の補強用鋼板20Bは、突出片23を鋼板本体21の短手方向の他方の側辺21bに形成し、凹部24を一方の側辺21aに形成したもので、他は、折り曲げ前の第1の補強用鋼板20Aと同じ構成である。すなわち、折り曲げ前の第1の補強用鋼板20Bは、折り曲げ前の第1の補強用鋼板20Aを、鋼板本体21の長手方向の中心線に対して180°回転させたものである。
これにより、
図4に示すように、第1の補強用鋼板20A同士、あるいは、第1の補強用鋼板20B同士を柱10の周方向に沿って連結することができるとともに、第1の補強用鋼板20A同士、第1の補強用鋼板20B同士、もしくは、第1の補強用鋼板20Aと第1の補強用鋼板20Bとを、柱10の上下方向に積み上げることができる。なお、同図において、区間K
1は折り曲げ前の
図1(a)に相当する区間で、区間K
2は
図1(b)に相当する区間である。
本例では、コの字状に折り曲げた2枚の第1の補強用鋼板20A(または、2枚の第1の補強用鋼板20B)を、柱10を囲むように向い合せた後、
図3(b)に示すように、突出片23と平板状の添接板22とを固定ボルト26にて連結・固定する。
そして、
図2(a)に示すように、第1の補強用鋼板20B,20Bと柱10との間にモルタル30を充填して柱10と第1の補強用鋼板と20B,20Bとを一体化する。
【0013】
第2の補強用鋼板20Cは、鋼板20を予めコの字型に成型したもので、
図2(b)に示すように、第2の2枚の鋼板20を、柱10の外周に、互いの端部同士を突き合わせて配置した後、端部同士を高さ方向に溶接により接合する。
図1(a)及び
図2(b)の符号20Kは溶接部である。
第2の補強用鋼板20Cの上側側辺には、上側の第1の補強用鋼板20Bに形成された下部凹凸部25Nに係合する上部凹凸部25mが設けられている。また、下側側辺には、第1の補強用鋼板20Bに形成された上部凹凸部25Mに係合する下部凹凸部25nが設けられている。
基部鋼板20Dも頂部鋼板20Eも、鋼板20を予めコの字型に成型したもので、柱10の外周に、互いの端部同士を突き合わせて配置した後、固定ボルト27にて連結される。具体的には、基部鋼板20D(または、頂部鋼板20E)の両端部にそれぞれボルト挿入口を設けるとともに、付き合わせ部分の裏面側に平板状の添接板28を配置し、この添接板28と基部鋼板20D(または、頂部鋼板20E)とを固定ボルト27にて連結・固定する。
基部鋼板20Dの上側側辺には、第1の補強用鋼板20Aの下部凹凸部25Nに係合する係止凹凸部25pが形成され、頂部鋼板20Eの下側側片には、第1の補強用鋼板20Aの上部凹凸部25Mに係合する係止凹凸部25qが形成されている。
上記の第1の補強用鋼板20A,20B、基部鋼板20D、及び、頂部鋼板20Eが本発明の第1の補強用鋼板に相当する部材である。
【0014】
本例では、以下の順序で、柱10に補強用鋼板20A〜20Eを取付ける。
まず、
図1に示すように、基部(最下段)に、2枚の基部鋼板20Dを、鉄筋コンクリート柱10の外周を囲むように水平に設置し、基部鋼板20D側から図示しないネジ穴に固定ボルト27を螺入して基部鋼板20D同士を連結・固定することで、基部鋼板20Dを柱10に巻き立てる。
次に、基部鋼板20Dの上側に2枚の第1の補強用鋼板20Aを積み上げて第1の補強用鋼板20A同士を連結・固定し、更にその上に第1の補強用鋼板20B,20Bを順に積み上げ、補強用鋼板同士を連結・固定することで、第1の補強用鋼板20A,20Bを柱10に巻き立てる。
第2の補強用鋼板20Cは、第1の補強用鋼板20Bの上側に積み上げられ、溶接により連結固定される。
第2の補強用鋼板20Cの上側には、第1の補強用鋼板20B、第1の補強用鋼板20B、第1の補強用鋼板20A、及び、頂部鋼板20Eが順に積み上げられる。
積み上げにおいては、各補強用鋼板の上側の凹凸部(25M,25m,25p)と下側の凹凸部(25N,25n,25q)との噛み合わせに隙間がないように積み上げることが肝要で、これにより、突出片23と凹部24との係合作業も容易となる。このとき、上下方向に平行な、すなわち、柱の周方向に垂直な2辺を有する矩形状の段差部25aが係合されるので、地震時などの曲げ入力に対して、補強用鋼板20A〜20Cのせり上がりを確実に防止することができる。
最後に、柱10と補強用鋼板20A〜20Eとの隙間に硬化性充填材であるモルタル30を充填して柱10と補強用鋼板20A〜20Eとを一体化し、柱10を補強する。
なお、積み上げ時には、スペーサボルトなどを張り出して、柱10と補強用鋼板20A〜20Eとの離隔距離を確保しておくことが好ましい。これにより、モルタル30を均一にかつ確実に柱10と補強用鋼板との間に注入できる。
【0015】
図1に示すように、柱10の下端から、下側に巻き立てる第1の補強用鋼板20A,20Bのうちの最上端の第1の補強用鋼板20Bの上端部位置までの長さをL
1、第2の補強用鋼板20Cの幅(上下方向の長さ)をL
2、柱10の上端から、下側に巻き立てる第1の補強用鋼板20A,20Bのうちの最下端の第1の補強用鋼板20Bの下端部までの長さをL
3とすると、本例では、L
1及びL
3を、柱断面高さDの以上、2D以内としている。
すなわち、柱10の剛結側の1D〜2D区間には、係合または締結、もしくは、係合と締結とにより周周りに取り外し可能に連結される第1の補強用鋼板20A,20B、基部鋼板20D、及び、頂部鋼板20Eが配置され、上記区間以外の箇所には、溶接により周周りに一体化されている第2の補強用鋼板20Cが配置される。
【0016】
一般に、補強用鋼板が巻き立てられた柱の両端に地震などによる外力(水平荷重)が作用すると、
図5(a)に示すように、柱の両端部に大きな曲げモーメントが作用し、柱は曲げ変形する。曲げモーメントが更に大きくなると、
図5(b)に示すように、柱の両端から一定の長さの区間L
p(塑性ヒンジ長)は、一定の曲率で塑性変形する。区間L
pの中心位置は塑性ヒンジと呼ばれる。塑性ヒンジは、一般に、柱10の上側と下側の1D〜2D区間に形成される。
地震が起こった場合には、柱10の1D〜2D区間がまず損傷する。そこで、地震後に、取り外し可能に連結された補強用鋼板(基部鋼板20D、頂部鋼板20E、第1の補強用鋼板20A、及び、第1の補強用鋼板20B)のうちの何れか1枚もしくは複数枚を取り外して、柱10の1D〜2D区間の損傷状態を調べれば、補強用鋼板を全て取り外すことなく、柱10全体の損傷の状態を推定することができる。
なお、取り外す補強用鋼板としては、基部鋼板20Dもしくは基部鋼板20Dに隣接する第1の補強用鋼板20Aと、頂部鋼板20Eもしくは頂部鋼板20Eに隣接する第1の補強用鋼板20Aが好ましい。また、柱10の、補強用鋼板を取り外した箇所の損傷が大きい場合には、取り外した補強用鋼板に隣接する補強用鋼板も取り外せば、損傷の程度をより的確に把握することができる。柱10の損傷が大きい場合には、補強用鋼板を全て取り外して、柱10を修復した後、再び、新しい補強用鋼板を巻き立てて当該柱10を補強する。
また、柱10の補強用鋼板を取り外した箇所の損傷が軽度で、損傷個所のみ修復すればよいと判定された場合には、他の補強用鋼板を取り外すことなく、柱10の補強用鋼板を取り外した箇所のみを修復すればよい。
【0017】
このように、本実施の形態では、鋼板巻き立て工法において、柱10の外周に配置する補強用鋼板として、係合もしくは締結により周周りに取り外し可能に連結される第1の補強用鋼板20A,20Bと、溶接により周周りに一体化される第2の補強用鋼板20Cを用いるとともに、柱10の剛結側の1D〜2D区間に第1の補強用鋼板20A,20Bを配置し、それ以外の区間(中央部)第2の補強用鋼板20Cを配置し、震災後には、地震時において損傷が集中する箇所の補強用鋼板である第1の補強用鋼板20A,20Bのみを取り外して損傷の確認を行うことができるようにしたので、震災後の損傷の確認・修復を容易に行うことができるとともに、係合部分や締結部分の加工が必要な複雑な構成の補強用鋼板の使用枚数を大幅に減らすことができる。
なお、基部鋼板20Dや頂部鋼板20Eが取り外し可能に取付けられている場合には、基部鋼板20Dと頂部鋼板20Eとを取り外すようにしてもよい。
また、第1の補強用鋼板20A,20B同士、及び、第1の補強用鋼板20Aと第2の補強用鋼板20Cとを、長手方向の一方の側辺に形成された、矩形状の段差部25aと平面視波型の凹凸部25bとを有する上側の凹凸部(25M,25m,25p)と下側の凹凸部(25N,25n,25q)とを噛み合わせて積み上げるようにしたので、地震力による振動で補強用鋼板がせり上がって連結部が外れることを確実に防止できる。
【0018】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に記載の範囲には限定されない。前記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者にも明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲から明らかである。
【0019】
例えば、前記実施形態においては、柱状構造物を、上側と下側とが上部構造物及び下部構造物に剛結されている柱10としたが、本発明はこれに限るものではなく、単柱式コンクリート橋脚のように、柱状構造物と上部構造物とが免振支承などの支承により連結されている場合には、橋脚に作用する曲げモーメントは橋桁で最も小さく、剛結側である橋脚の下側で最も大きくなる。したがって、第1の補強用鋼板20A,20Bは、橋脚の下側の1D〜2D区間のみに配置すればよい。
また、前記実施形態では、柱10の1D〜2D区間に配置した周周りに取り外し可能に連結された補強用鋼板を上,下4枚ずつとしたが、これに限るものではなく、2枚ずつあるいは1枚ずつであってもよい。あるいは、上,下にそれぞれ4枚以上配置してもよい。
また、前記実施形態では、2枚の第1の補強用鋼板20A(または、第1の補強用鋼板20B)により柱10の全周を覆うようにしたが、柱10の大きさや形状によっては、一周に3枚以上使用してもよい。
【0020】
また、前記実施形態では、周周りに取り外し可能に連結される補強用鋼板として、第1の補強用鋼板20A,20B、基部鋼板20D、及び、頂部鋼板20Eを用いたが、これに限るものではなく、従来技術に記載したような継ぎ手付き補強用鋼板のように、締結のみ周周りに取り外し可能に連結する構成のものであってもよい。
また、各補強用鋼板の上下方向の側片に設けた凹凸部は必須の構成要素ではないが、本例のように、凹凸部を設ける方が、地震による連結部の外れを確実に防止できるので、好ましい。
【符号の説明】
【0021】
10 鉄筋コンクリート柱、20 鋼板、20A,20B 第1の補強用鋼板、
20C 第2の補強用鋼板、20D 基部鋼板、20E 頂部鋼板、20K 溶接部、
21 鋼板本体、22,28 添接板、22k ネジ穴、23 突出片、
23k 座グリ、24 凹部、25M 上部凹凸部、25N 下部凹凸部、
25a 矩形状の段差部、25b 波型の凹凸部、26,27 固定ボルト、
30 モルタル。