特開 2022-157442 ＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022157442

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】ＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造

(51)【国際特許分類】

   E04C 5/07 20060101AFI20221006BHJP

【ＦＩ】

E04C5/07

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021061665

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100197848

【弁理士】

【氏名又は名称】石塚 良一

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 智大

(72)【発明者】

【氏名】平田 隆祥

(72)【発明者】

【氏名】萩尾 浩也

(72)【発明者】

【氏名】野村 敏雄

【テーマコード（参考）】

2E164

【Ｆターム（参考）】

2E164AA04

2E164CA01

2E164CA12

(57)【要約】

【課題】従来よりも施工性や経済性に優れたＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造を提供する。
【解決手段】本件発明の課題を解決するため、主筋２と、前記主筋２を囲うＦＲＰフープ筋１と、前記主筋２及び前記ＦＲＰフープ筋１を覆うコンクリートと、を有し、前記ＦＲＰフープ筋１は、円環状に継ぎ目なく連続して一体に形成され、前記主筋２の軸方向に所定の間隔で配置されることを特徴とするＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

主筋と、前記主筋を囲うＦＲＰフープ筋と、前記主筋及び前記ＦＲＰフープ筋を覆うコンクリートと、を有し、
前記ＦＲＰフープ筋は、円環状に継ぎ目なく連続して一体に形成され、前記主筋の軸方向に配置される
ことを特徴とするＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【請求項2】

前記ＦＲＰフープ筋は、外周面から内周面に貫通する複数のジベル孔を備え、
前記ジベル孔によってコンクリートジベルが形成される
請求項１に記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【請求項3】

前記ＦＲＰフープ筋は、一方のＦＲＰフープ筋と他方のＦＲＰフープ筋とを重ねるインターロッキング配筋により構成される
請求項１又は２に記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【請求項4】

前記ＦＲＰフープ筋は、
ライナー層と、前記ライナー層の外周を覆うＦＲＰ層と、を有する
請求項１乃至３のいずれかに記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【請求項5】

前記ＦＲＰフープ筋は、繊維束をヘリカル巻きしたものである
請求項１乃至４のいずれかに記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【請求項6】

前記ＦＲＰフープ筋は、中空円筒形状を有するＦＲＰ製の製品から輪切りして切り出したものである
請求項１乃至５のいずれかに記載のＣＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【請求項7】

前記ＦＲＰフープ筋は、ＣＦＲＰを主構成材とするものである
請求項１乃至６のいずれかに記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＲＰ（繊維強化プラスチック）フープ筋を使用して構築される補強コンクリート構造に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、従来の鉄筋に変わる材料として、高い強度を有する繊維強化プラスチックによる代替方法が種々提案されている。例えば、特許文献１には、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）補強筋によってコンクリートスラブを構築する構成が開示され、また特許文献２には、シールドトンネル用のセグメントにおいて、カーボン繊維等から成るセグメント補強材により、切削性と強度を両立した発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２６８９８４３号公報

【特許文献2】特許第５１６２１２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来技術等によって、ある程度の配筋を繊維強化プラスチックによって代替できるようになったものの、特にフープ筋に対して十分な試みがなされていない状況にある。また、繊維強化プラスチックは様々な産業において製品化されて幅広く利用されているが、これらの副産物の有効利用についても十分な検討が行われていないのが現状である。

【0005】

そこで、本願発明は、上記した種々の問題点に鑑み、従来よりも施工性や経済性に優れたＦＲＰフープ筋による補強コンクリート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】

（１）主筋と、前記主筋を囲うＦＲＰフープ筋と、前記主筋及び前記ＦＲＰフープ筋を覆うコンクリートと、を有し、前記ＦＲＰフープ筋は、円環状に継ぎ目なく連続して一体に形成され、前記主筋の軸方向に配置されることを特徴とするＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造である。

【0007】

上記（１）に係る発明によれば、従来の鉄筋を加工したフープ筋に替えて、円環状に継ぎ目なく連続して一体に形成されたＦＲＰフープ筋を使用したことにより、コンクリート構造の変形性能を大幅に向上させることができる。また、高い強度により、従来のせん断補強鉄筋、横拘束鉄筋の配筋量を低減することが可能となり、施工性の向上を図ることも可能となる。

【0008】

（２）前記ＦＲＰフープ筋は、外周面から内周面に貫通する複数のジベル孔を備え、前記ジベル孔によってコンクリートジベルが形成される上記（１）に記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造である。

【0009】

上記（２）に係る発明によれば、ＦＲＰフープ筋に形成したジベル孔によってコンクリートジベルが形成され、極めて高い付着強度を確保することが可能となる。

【0010】

（３）前記ＦＲＰフープ筋は、一方のＦＲＰフープ筋と他方のＦＲＰフープ筋とを重ねるインターロッキング配筋により構成される上記（１）又は（２）に記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造である。

【0011】

上記（３）に係る発明によれば、一方のＦＲＰフープ筋と他方のＦＲＰフープ筋とを重ねてインターロッキング配筋することにより、一定サイズのＦＲＰフープ筋を使用して、任意の大きさの断面を有する構造物に対して適用が可能となる。

【0012】

（４）前記ＦＲＰフープ筋は、ライナー層と、前記ライナー層の外周を覆うＦＲＰ層と、を有する上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造である。

【0013】

上記（４）に係る発明によれば、ライナー層に繊維束を巻き回してＦＲＰ層を容易に効率よく形成することが可能となる。

【0014】

（５）前記ＦＲＰフープ筋は、繊維束をヘリカル巻きしたものである上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造である。

【0015】

上記（５）に係る発明によれば、繊維束をヘリカル巻きすることにより、ＦＲＰフープ筋を切り出したり、削孔した場合であっても、縦横無尽に入った繊維により、その形状を強固に維持することが可能となる。

【0016】

（６）前記ＦＲＰフープ筋は、中空円筒形状を有するＦＲＰ製の製品を輪切りして切り出したものである上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造である。

【0017】

上記（６）に係る発明によれば、廃棄予定の中空円筒形状を有するＦＲＰ製の製品からＦＲＰフープ筋を切り出すことで、安価にフープ筋を調達することができるとともに、資源の有効活用に図ることが可能となる。

【0018】

（７）前記ＦＲＰフープ筋は、ＣＦＲＰを主構成材とするものである上記（１）乃至（６）のいずれかに記載のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造。

【0019】

上記（７）に係る発明によれば、ＦＲＰフープ筋をＣＦＲＰを主構成材とするものにしたことにより、他の繊維強化プラスチックよりも比強度、比弾性率、耐熱性に優れたＦＲＰフープ筋を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の一実施形態におけるＣＦＲＰフープ筋の斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態において、（ａ）はＣＦＲＰフープ筋の断面構成を説明する図であり、（ｂ）はＣＦＲＰフープ筋の製造方法を説明する図である。

【図3】コンクリートジベルの検討結果を示した表及び算出式である。

【図4】本発明の一実施形態におけるＣＦＲＰフープ筋の配筋態様を示した斜視図である。

【図5】本発明の一実施形態におけるＣＦＲＰフープ筋の製造方法を示した模式断面図である。

【図6】本発明の一実施形態におけるＣＦＲＰフープ筋の配筋態様を示した斜視図であって、インターロッキング配筋の態様を示したものである。

【図7】本発明の一実施形態におけるＣＦＲＰフープ筋の配筋態様を示した柱部材の模式断面図であって、４つのＣＦＲＰフープ筋によるインターロッキング配筋の態様を示したものである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図面を参照しつつ、本発明のＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造の一実施形態について説明する。

【0022】

図１には、本発明において使用する、ＦＲＰフープ筋の一実施形態が斜視図で示されている。以下に例示する本実施形態のＦＲＰフープ筋は、炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ」と称す。）を主構成材としたフープ筋であり、円環状に継ぎ目なく連続して一体に形成されている。

【0023】

図２（ａ）には、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１の断面構成が示されている。ＣＦＲＰフープ筋１の内周面１２側には、所定の厚みを有する樹脂製のライナー１３が形成されており、その外周にはＣＦＲＰ１４による層によって構成され、さらにその外周にはガラス繊維強化プラスチック（以下、「ＧＦＲＰ」と称す。）１５による層が形成されている。

【0024】

ＣＦＲＰの材料強度は、一般に異形鉄筋ＳＤ３４５の６～１０倍にもなるため、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１を使用することにより、従来のせん断補強鉄筋、横拘束鉄筋の配筋量を低減することが可能となり、施工性を向上させることが可能となる。

【0025】

次に、図２（ｂ）には、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１の製造方法の一例が示されている。より詳細に説明すると、まず、金型に樹脂等を流し込んで所定の内径及び所定の長さを有する円筒形のライナー１３を形成する。そして、その外周面にエポキシ樹脂を含浸したＣＦＲＰ１４をヘリカル巻によって巻き回す。さらに、ＣＦＲＰ１４の外周面にエポキシ樹脂を含浸したＧＦＲＰ１５の炭素繊維束を巻き回し、熱風をあてることによってＣＦＲＰ１４及びＧＦＲＰ１５を硬化させる。

【0026】

これにより、図２（ｂ）に図示されるような３層構造の円筒体１０が形成される。そして、硬化した円筒体１０を、必要なＣＦＲＰフープ筋１の幅寸法に応じた所定の間隔（図示一点鎖線の切断ライン参照）で輪切りして切り出す。このようにして、１本の円筒体１０からＣＦＲＰフープ筋１を複数個製造することができる。

【0027】

上記のようにして切り出されたＣＦＲＰフープ筋１は、切れ目や継ぎ目がないコンクリートを効率よく拘束する円形のフープであり、コンクリート構造の変形性能向上を図ることができる。また、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１は、ＣＦＲＰ１４によって非常に高い強度を発揮し、さらに、ＣＦＲＰ１４の層の外周にＧＦＲＰ１５による層を形成することにより、ＣＦＲＰ１４を強固に保護している。

【0028】

また、前述したように、所定の長さを有する円筒形のライナー１３に、ＣＦＲＰ１４をヘリカル巻によって巻き回したことにより、硬化した円筒体１０を輪切りにしても、縦横無尽に入った繊維により、一体的で強度の高いＣＦＲＰフープ筋１を得ることができる。

【0029】

加えて、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１は、図１の斜視図に示されるように、ＣＦＲＰフープ筋１の外周面１１から内周面１２に貫通する複数のジベル孔１６が形成されている。これにより、躯体コンクリートが打設された後、当該ジベル孔１６によってコンクリートジベルが形成される。

【0030】

より詳細に説明すると、前述した製造方法によって得られる本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１は、切断面や外周面１１及び内周面１２がなめらかに形成されており、躯体コンクリートとの付着が問題となる。そこで、上記したジベル孔１６を削孔してＣＦＲＰフープ筋１に形成し、必要なコンクリートとの付着強度を確保している。また、前述したように、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１はＣＦＲＰ１４をヘリカル巻によって巻き回しているため、ジベル孔１６を削孔しても、縦横無尽に入った繊維により、その形状を強固に維持することが可能である。

【0031】

図３には、幅（Ｄ）５０ｍｍで切り出された厚み２５ｍｍ、直径３００ｍｍのＣＦＲＰフープ筋１にジベル孔１６を設け、ジベル孔１６の径を４０ｍｍ、配置間隔を７９ｍｍとした場合の定着長さの試算結果と、通常使用される異形鉄筋（Ｄ１６）の定着長さを比較した結果が表で示されている。なお、試算にあたっては、複合構造標準示方書（公益社団法人土木学会発行）に採用されている（１）式（保坂鐵矢 他：「孔あき鋼板ジベルのせん断特性に関する実験的研究」，構造工学論文集，Ｖｏｌ．４６Ａ，ｐｐ．１５９３－１６０４，２０００．引用）により、表中の付着強度を算出している。

【0032】

試算の結果から、異形鉄筋（Ｄ１６）の定着長さ５０５ｍｍに対して、ＣＦＲＰフープ筋１の定着長さは５２７ｍｍとなり、上記したようなジベル孔１６を形成することより、異形鉄筋（Ｄ１６）と同等の付着特性を有するフープ筋を形成することが可能となっている。また、ＣＦＲＰフープ筋１の、単位長さあたり等価付着強度は、異形鉄筋（Ｄ１６）の８．４～８．７倍にもなることが判る。

【0033】

次に、図４には、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１の配筋態様の一例が示されており、ＣＦＲＰフープ筋１を主筋２の軸方向に所定の間隔で配置することにより、配筋される。

【0034】

上記した実施形態では、本発明で使用されるＦＲＰフープ筋の一態様として、ＣＦＲＰフープ筋１の製造からコンクリート構造への適用方法について記載した。しかし、必ずしもＦＲＰフープ筋がＣＦＲＰフープ筋１に限定されるものではなく、例えば、ＦＲＰフープ筋の主構成材を強度の高いガラス繊維やアラミド繊維などとすることも可能であり、前述したＣＦＲＰフープ筋１と同様の製造方法やコンクリート構造への適用が実現可能である。

【0035】

（ＣＦＲＰ製高圧ガスタンクの再利用）
前述した実施形態では、ＣＦＲＰフープ筋１を新規に製造する形態について記載したが、本発明で使用されるＣＦＲＰフープ筋１は、水素などを充填可能な廃棄予定のＣＦＲＰ製高圧ガスタンク（廃高圧タンク）を再利用することによって製造することも可能である。

【0036】

すなわち、図５には、ＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００の模式断面図が示されているが、図示されるように、ＣＦＲＰフープ筋１として必要な幅寸法に応じて、図示一点鎖線の切断ラインで輪切りし、複数のＣＦＲＰフープ筋１を切り出して製造することが可能である。ＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００は、前述した実施形態と同様、図２（ａ）に示されるような断面構成を有しており、これを輪切りして切り出すことにより、円環状で継ぎ目のない一体的で極めて強度の高いＣＦＲＰフープ筋１を得ることができる。さらに、前述した実施形態と同様に、ＣＦＲＰフープ筋１の外周面１１から内周面１２に貫通する複数のジベル孔１６を削孔して形成し、躯体コンクリートが打設された後に、当該ジベル孔１６によってコンクリートジベルが形成されるようにすることも可能である。

【0037】

ＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００は、高圧ガス基本法により、劣化がなくとも１５年で廃棄しなければならない。そこで、上記したように廃棄予定のＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００から、ＣＦＲＰフープ筋１を切り出すことで、安価にフープ筋を調達することができるとともに、資源の有効活用に繋がる。

【0038】

一方、様々な大きさ（直径）を有したＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００があるわけではなく、廃棄予定のＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００を輪切りして、ＣＦＲＰフープ筋１を切り出すという製造方法であるが故に、ある一定の大きさ（直径）のＣＦＲＰフープ筋１しか製造できない。しかし、複数のＣＦＲＰフープ筋１を部分的に重ね合わせてインターロッキング配筋とすることにより、任意の大きさの断面を有する構造物に適用することが可能である。

【0039】

例えば、図６には、２つのＣＦＲＰフープ筋１を部分的に重ねてインターロッキング配筋した配筋態様が図示されており、主筋２を囲むようにしてＣＦＲＰフープ筋１を配置するとともに、２つのＣＦＲＰフープ筋１を部分的に重ね、その重なった範囲にはインターロッキング内鉄筋３を配筋している。

【0040】

さらに図７には、直径３００ｍｍの４つのＣＦＲＰフープ筋１をインターロッキング配筋し、６００ｍｍ角の柱を設計した例が図示されている。より詳細に説明すると、２５ｍｍ角の断面を有するＣＦＲＰフープ筋１が１５０ｍｍ間隔で主筋２を囲んで配筋され、ＣＦＲＰフープ筋１が互いに重なる部分には、主筋２よりも細いインターロッキング内鉄筋３が配筋されている。

【0041】

このように、一定サイズのＣＦＲＰフープ筋１しかＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００から取り出せなかったとしても、ＣＦＲＰフープ筋１をインターロッキング配筋することにより、任意の大きさの断面を有する構造物に対して、有効に再利用することができる。なお、このことは前述した新規にＣＦＲＰフープ筋１を製造する場合であっても同様であり、一定サイズのＣＦＲＰフープ筋１を製造してインターロッキング配筋するようにすれば、サイズに応じて多くの金型を用意する必要がなく、製造の手間やコストを削減することが可能となる。また、円形フープ鉄筋あるいはスパイラル鉄筋を用いたインターロッキング配筋では、通常のＲＣ構造に比べて変形性能が向上することが知られており、本実施形態のＣＦＲＰフープ筋１においても同様にさらなる変形性能の向上を図ることが可能となる。

【0042】

上記した実施形態では、ＣＦＲＰ製高圧ガスタンク（廃高圧タンク）を再利用する一態様について記載した。しかし、ＦＲＰフープ筋として再利用できるのは、必ずしもＣＦＲＰ製高圧ガスタンク（廃高圧タンク）のみに限定されるものではない。すなわち、高圧ガスを貯留するものに限らず、低圧のガスや、液体などを貯留するタンク製品、さらには、、タンク製品に限らず、中空円筒形状を有するＦＲＰ製品であり、その主構成材がＣＦＲＰやガラス繊維、アラミド繊維などのＦＲＰ製であれば、上記したＣＦＲＰ製高圧ガスタンク（廃高圧タンク）と同様の再利用方法によってＦＲＰフープ筋を輪切りして取り出すことが可能である。

【0043】

以上、本発明の実施形態について、主にＣＦＲＰフープ筋１を新規に製造又は廃棄予定のＣＦＲＰ製高圧ガスタンク１００を再利用してＣＦＲＰフープ筋１を製造した、ＣＦＲＰフープ筋による補強コンクリート構造について、図面に基づいて説明した。しかし、具体的な構成は、前述した実施形態に必ずしも限定されるものではない。

【0044】

例えば、前述したＣＦＲＰフープ筋１は、ライナー１３と、ＣＦＲＰ１４と、ＧＦＲＰ１５による３層構造を有したものであったが、必ずしもこのような断面構成に限定されるものではなく、少なくともＣＦＲＰ１４を主とした構造であれば、本発明の作用効果を得ることが可能である。同様に、ＣＦＲＰ１４をヘリカル巻によって巻き回すことについても、言うまでもなく、必ずしもヘリカル巻によって巻き回さなければ本発明で使用するＣＦＲＰフープ筋１が得られないわけではない。

【0045】

また、ライナー１３は必ずしも樹脂製に限定されるものではなく、プラスチック製や金属製のもので構成することも可能である。加えて、例えば、ライナー１３は必ずしも金型によって作製されものに限られるものではなく、押出し成形によって作製されるものであってもよい。

【0046】

また、前述した実施形態では、ＣＦＲＰフープ筋１にジベル孔１６を削孔し、コンクリートとの付着強度の向上を図ったが、必ずしもこのような形態に限定されるものではない。例えば、ジベル孔１６に貫通鉄筋を挿通させることも可能であるし、ＣＦＲＰフープ筋１の外周面１１や内周面１２を表面目荒しすることや、外周面１１や内周面１２に凹凸部を設けることによってコンクリートとの付着強度の向上を図ることも可能である。

【0047】

また、本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。また、上記実施例に記載された具体的な材質、寸法形状等は本発明の課題を解決する範囲において、変更が可能である。

【符号の説明】

【0048】

１ ＣＦＲＰフープ筋
２ 主筋
３ インターロッキング内鉄筋
１０ 円筒体
１１ 外周面
１２ 内周面
１３ ライナー
１４ ＣＦＲＰ
１５ ＧＦＲＰ
１６ ジベル孔
１００ ＣＦＲＰ製高圧ガスタンク（廃高圧タンク）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】