JP6144032B2 - 鉄筋コンクリート構造物の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造に関する。

従来のコンクリート構造物設計においては、段落とし構造が採用されていた。
段落とし構造とは、鉄筋コンクリート構造物の柱部分や壁部分等の縦構造体と鉄筋コンクリート構造物の下部構造体との接合部に応力が集中し、縦構造体の高さ方向の中間部分には上記接合部に比べて応力が集中しにくいとの考え方に基づいた従来の鉄筋コンクリート構造物設計手法による構造であって、鉄筋コンクリート構造物中の主鉄筋の量が、縦構造体と下部構造体との接合部分を含む下部構造体から縦構造体の所定の高さ位置までと、当該所定の高さ位置よりも高い位置にある部分とで異なるように構成されている。
即ち、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物とは、鉄筋コンクリート構造物の縦構造体と下部構造体との接合部分を含む下部構造体から縦構造体の所定の高さ位置までに配筋された主鉄筋の量よりも、当該所定の高さ位置よりも高い位置にある部分に配筋された主鉄筋の量を減らした構造を備えた鉄筋コンクリート構造物のことを言う。尚、当該所定の高さ位置は、カットオフ位置（段落とし位置）と呼ばれ、当該カットオフ位置は、鉄筋コンクリート構造物毎の構造計算により決められる。
ここで、主鉄筋の量が減らされていない下部構造体から縦構造体の所定のカットオフ位置までの部分を「段落としされていない部分」と言い、当該「段落としされていない部分」である縦構造体のカットオフ位置までの部分と比べて主鉄筋の量が減らされているカットオフ位置よりも高い位置にある縦構造体の上方部分を「段落としされている部分」と言う。
このような段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物では、地震力を受けて、段落としされている部分が爆裂圧潰したり破断折損するような破壊被害が生じている。
そこで、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物を補強することが必要となっている。
当該段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物において、鉄筋コンクリート構造物の外表面を形成する外周を鋼板で巻き立てたり（特許文献１等参照）、鉄筋コンクリート構造物の外表面を形成する外周を筒状の鋼板で覆う（特許文献２等参照）ようにして補強する補強構造が知られている。

特開２０００−３３６６１７号公報 特開２０００−９６５２１号公報

しかしながら、上述した段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造では、鉄筋コンクリート構造物の外表面を形成する外周を補強材としての鋼板で巻き立てたり、鉄筋コンクリート構造物の外表面を形成する外周を補強材としての筒状の鋼板で覆うようにしているので、補強材の使用量が多くなり、コストが高くなるという課題がある。さらに、鉄筋コンクリート構造物の外表面が補強材で覆われてしまうので、補強後に地震等によって鉄筋コンクリート構造物が損傷した場合、当該損傷した鉄筋コンクリート構造物の損傷部の位置や損傷の程度を外部から確認することが困難となるので、補強が必要な場合に適切な対応ができないという課題があった。
本発明は、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造において、コストを低減でき、さらに、鉄筋コンクリート構造物の補強後に地震等によって当該鉄筋コンクリート構造物が損傷した場合において、当該損傷した鉄筋コンクリート構造物の損傷部の位置や損傷の程度を外部から容易に確認することができ、補強後に損傷した場合の補強対策を容易かつ的確に行える鉄筋コンクリート構造物の補強構造を提供する。

本発明に係る鉄筋コンクリート構造物の補強構造は、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の段落としされている部分の外表面と段落としされていない部分の外表面とを跨ぐように複数の補強棒が間隔を隔てて互いに隣り合うように配置され、補強棒の一端部及び他端部にそれぞれ取付手段を設け、補強棒の一端部に設けられた取付手段が段落としされている部分の外表面に取付けられ、補強棒の他端部に設けられた取付手段が段落としされていない部分の外表面に取付けられたことにより、複数の各補強棒が段落としされている部分と段落としされていない部分とに固定されており、取付手段は、一方の帯板と他方の帯板とを有した断面Ｌ字形状に形成され、他方の帯板が鉄筋コンクリート構造物の外表面に取付けられ、補強棒の端部が一方の帯板に取付けられているので、補強材の使用量を少なくできて、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物を補強できる安価の補強構造を提供できるとともに、鉄筋コンクリート構造物の補強後に地震等によって当該鉄筋コンクリート構造物が損傷した場合において、当該損傷した鉄筋コンクリート構造物の損傷部の位置や損傷の程度を外部から容易に確認することができ、補強後に損傷した場合の補強対策を容易かつ的確に行える。
補強棒が、鉄筋コンクリート構造物を貫通しないように鉄筋コンクリート構造物に取付けられた棒材の鉄筋コンクリート構造物の外表面より突出する端部に連結固定されて鉄筋コンクリート構造物の外表面に取付けられたことにより、鉄筋コンクリート構造物に固定されているので、補強板を鉄筋コンクリート構造物の外表面に簡単に取付けることができ、容易に施工できる。
鉄筋コンクリート構造物を挟んで互いに対向するように配置された一対の補強棒が、鉄筋コンクリート構造物を貫通するように設けられた棒材の両方の端部に連結固定されて鉄筋コンクリート構造物の外表面に取付けられたことにより、鉄筋コンクリート構造物に固定されているので、鉄筋コンクリート構造物を貫通するように設けられた棒材により鉄筋コンクリート構造物の曲げ補強効果が向上する。

段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造を示す正面図。 段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造を示す断面図。 段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造を示す分解斜視図。

実施形態１
実施形態１に係る段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造は、図１に示すように、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物１（以下、特に必要のない限り単に鉄筋コンクリート構造物１という）の外表面２に補強棒３を間隔を隔てて複数個取付けた構成である。

複数の補強棒３；３…は、例えば鉄筋コンクリート構造物１の外周面を形成する外表面２に外周面の周方向に沿って間隔を隔てて互いに隣り合うように配置されて取付けられることで鉄筋コンクリート構造物１に固定される。
各補強棒３は、補強棒３の延長方向が鉄筋コンクリート構造物１の主鉄筋５５の延長方向に沿った方向に延長して、前述した段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物１の段落としされていない部分５０の外表面２と段落としされている部分５１（段落としされていない部分５０よりも主鉄筋５５の量が減らされている部分）の外表面２とを跨ぐように配置される。そして、補強棒３の両方の端部４；４が、段落としされている部分５１の外表面２と段落としされていない部分５０の外表面２とに取付けられることで、各補強棒３が、鉄筋コンクリート構造物１の段落としされていない部分５０と段落としされている部分５１とに固定される。

例えば、図１；図２に示すように、鉄筋コンクリート構造物１が、縦構造体としての橋脚１Ａと下部構造体としてのフーチング１Ｂとを備えた構造物である場合、橋脚１Ａとフーチング１Ｂとの接合部分を含むフーチング１Ｂから橋脚１Ａの所定の高さ位置であるカットオフ位置（段落とし位置）５２までに配筋された主鉄筋５５の量よりも、橋脚１Ａのカットオフ位置５２よりも高い位置にある部分に配筋された主鉄筋５５の量を減らした構造を備える。そして、補強棒３が、主鉄筋５５の量が減らされていないフーチング１Ｂから橋脚１Ａのカットオフ位置５２までの部分である段落としされていない部分５０の外表面２と主鉄筋５５の量が減らされているカットオフ位置５２よりも高い位置にある橋脚１Ａの上方部分である段落としされている部分５１の外表面２とに跨るように配置されて、補強棒３の一方の端部４が段落としされていない部分５０に固定され、補強棒３の他方の端部４が段落としされている部分５１に固定されている。
尚、図中、５６はせん断補強筋である。

補強棒３は、鉄筋コンクリート構造物１の外表面２の互いに向かい合う面にそれぞれ取付手段５を用いて固定される。図３に示すように、取付手段５は例えば断面Ｌ字形状の長尺材により構成される。取付手段５は、例えば、二枚の長尺な帯板１５；１６の長手方向に沿った側縁同士が溶接等により連結されて一方の帯板１５の板面と他方の帯板１６の板面とのなす角度が９０度に形成されるか、あるいは、一枚の長尺な帯板の帯の幅方向の中心線を折曲部として当該一枚の長尺な帯板を折り曲げることにより折曲部を境界とした一方の帯板１５の板面と他方の帯板１６の板面とのなす角度が９０度に形成された断面Ｌ字形状の長尺アングル材１７と、直角三角形状の板材により形成され直角を挟む２つの辺縁が長尺アングル材１７の直角をなして対向する一方の板面と他方の板面とにすみ肉溶接等によって連結された補強リブ１８とを備えた構成である。板面が鉄筋コンクリート構造物１の外表面２と直角をなすように設置される長尺アングル材１７の一方の帯板１５には、補強棒３の端部４を通すために一方の帯板１５を貫通させた補強棒固定孔６が形成されており、鉄筋コンクリート構造物１の外表面２と平行に向かい合うように設置される長尺アングル材１７の他方の帯板１６には、棒材７の端部８を通すために他方の帯板１６を貫通させた棒材固定孔９が形成されている。
例えば、補強棒固定孔６は一方の帯板１５の長手方向に沿って所定の間隔を隔てて複数個形成され、複数の補強リブ１８;１８…は各補強棒固定孔６の孔縁近傍に設けられ、１つの補強棒固定孔６を挟むように配置される一対の補強リブ１８；１８が複数組設けられる。また、互いに隣り合う一対の補強リブ１８；１８と一対の補強リブ１８；１８との間に位置する他方の帯板１６に１つ以上の棒材固定孔９が形成される。

例えば、図１乃至図３に示すように、鉄筋コンクリート構造物１が断面長方形状の橋脚１Ａとフーチング１Ｂとを備えた構造物であって、複数の補強棒３が、当該橋脚１Ａの外周面を形成する四つの外側面のうちの、互いに向かい合う面積の大きい方の一対の外側面において互いに隣り合うように配置される場合においては、一対の外側面にそれぞれ取付けられる補強棒３：３の端部４の位置に対応するように当該橋脚１Ａを貫通する棒材通し用の貫通孔１０（図２参照）を形成する。
そして、この貫通孔１０に棒材７を貫通させて、この貫通孔１０から突出する棒材７の両方の端部８；８を互いに向かい合う面積の大きい方の一対の外側面にそれぞれ配置された取付手段５の棒材固定孔９に通して棒材７の端部８；８に形成されているねじ部１１にナット１２を挿入し、当該ナット１２を締結する。また、補強棒３の両方の端部４；４を外側面の上下に配置されるそれぞれ別々の取付手段５の補強棒固定孔６に通して補強棒３の端部４；４に形成されているねじ部２１にナット２２を挿入し、当該ナット１２を締結する。

以上により、取付手段５の長尺アングル材１７の他方の帯板１６の板面と鉄筋コンクリート構造物１の外表面２とが圧接状態となって取付手段５が棒材７の端部８に連結固定され、当該橋脚１Ａの互いに向かい合う面積の大きい方の一対の外側面の上下にそれぞれ取付手段５が固定され、さらに、補強棒３の両方の端部４；４が、橋脚１Ａの互いに向かい合う面積の大きい方の一対の外側面の上下にそれぞれ固定された上下の取付手段５；５に連結固定されることによって、複数の補強棒３；３…が、橋脚１Ａの互いに向かい合う面積の大きい方の一対の外側面に間隔を隔てて互いに隣り合うように配置されて、かつ、橋脚１Ａの段落としされていない部分５０の外表面２と段落としされている部分５１の外表面２とを跨ぐように配置され、鉄筋コンクリート構造物１の段落としされていない部分５０と段落としされている部分５１とに固定される。尚、橋脚１Ａの互いに向かい合う面積の大きい方の一対の外側面の上下に設けられる上下の取付手段５；５は、例えば、図３に示すように他方の帯板１６の先端縁１６ｔ；１６ｔ同士が向かい合うように配置される。

このように、鉄筋コンクリート構造物１を挟んで互いに対向するように配置された一対の補強棒３；３が、鉄筋コンクリート構造物１を貫通するように設けられた棒材７の両方の端部８；８に取付手段５を介して連結固定されたことで、当該一対の補強棒３；３が、鉄筋コンクリート構造物１の外表面２を形成する互いに向かい合う一対の外側面にそれぞれ取付けられて当該鉄筋コンクリート構造物１に固定される。

具体的には、図１に示すように、補強棒３の長手方向の中心点を鉄筋コンクリート構造物１の段落としされていない部分５０の外表面２と段落としされている部分５１の外表面２との境界であるカットオフ位置（段落とし位置）５２に一致させて、一方の端部４を段落としされていない部分５０に固定し、他方の端部４を段落としされている部分５１に固定することにより、補強棒３が、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物１の段落としされていない部分５０の外表面２と段落としされている部分５１の外表面２とを跨ぐように鉄筋コンクリート構造物１に固定される。
実施形態１の場合、橋脚１Ａの互いに向かい合う面積の大きい方の一対の外側面の上下に設けられる上下の取付手段５；５に、複数の補強棒３；３…が鉄筋コンクリート構造物１の外周面の周方向に沿って間隔を隔てて互いに隣り合うように配置されて取付けられている。即ち、複数の補強棒３；３…の端部４を１つの長尺な取付手段５を用いて鉄筋コンクリート構造物１に固定しており、鉄筋コンクリート構造物１と複数の補強棒３；３…との一体性が高まるので、補強効果が向上する。

また、鉄筋コンクリート構造物１に固定された補強棒３の下端位置を縦構造体と下部構造体との境界位置よりも上方に位置させた。例えば、図１に示すように、鉄筋コンクリート構造物１に固定された補強棒３の下端位置を橋脚１Ａとフーチング１Ｂとの境界位置よりも上方に位置させた。このように構成された補強構造によって補強された鉄筋コンクリート構造物１に地震時の垂直衝撃応力が加わった場合に、縦構造体と下部構造体との境界位置と補強棒３の下端位置との間の部分である基部に損傷が生じるようにした。このように構成して、基部に損傷が生じるようにしたことにより、損傷部の補修作業を容易にできるようになる。即ち、実施形態１の補強構造によって補強されていない段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物１に地震時の垂直衝撃応力が加わった場合、例えば、段落としされていない部分５０から段落としされている部分５１に移行する部分（段落とし部分）で破壊被害が生じるが、当該部分は、基部よりもかなり離れた上方位置であり、かつ、段落としされている部分５１であるので損傷の程度が激しくなる。よって、この場合の補修作業は、上方位置での作業になるため作業性が悪く、また、損傷の程度も大きいので補修も困難となる。一方、実施形態１の補強構造によって補強された段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物１に地震時の垂直衝撃応力が加わった場合、基部に損傷が集中するので、この場合の補修作業は、下方位置での作業になるため作業性が良く、また、段落としされていない部分５０である基部に生じる損傷なので損傷の程度も小さくなるので補修も容易となる。

鉄筋コンクリート構造物１を貫通するように形成された棒材通し用の貫通孔１０と貫通孔１０内を貫通するように設置された棒材７との間にはモルタル等の充填材（グラウト）５８が充填される。これにより、貫通孔１０の内壁と棒材７との結合力が高まり、鉄筋コンクリート構造物１と補強棒３との一体性が高まるので、補強効果が向上する。
鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に不陸があって、互いに対向する鉄筋コンクリート構造物１の外表面２と補強棒３の板面との間に隙間が生じる場合には、当該隙間にモルタル等の図外の充填材（グラウト）を充填する。これにより、外表面２に補強棒３との結合力が高まり、鉄筋コンクリート構造物１と補強棒３との一体性が高まるので、補強効果が向上する。

実施形態１によれば、複数の補強棒３；３…が鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に間隔を隔てて配置されるとともに、各補強棒３；３が、それぞれ、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物１の段落としされていない部分５０の外表面２と段落としされている部分５１の外表面２と段落としされていない部分５０の外表面２とを跨ぐように配置され、各補強棒３の両方の端部４；４が上下の取付手段５；５を介して鉄筋コンクリート構造物１の段落としされている部分５１の表面と段落としされていない部分５０の表面とに取付けられることで、各補強棒３が鉄筋コンクリート構造物１の段落としされていない部分５０と段落としされている部分５１とに固定されたので、補強材の使用量を少なくできて、段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物１を補強できる安価な補強構造を提供できる。
また、複数の補強棒３；３…が鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に間隔を隔てて配置された構成としたので、鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に補強棒３と補強棒３との間の外表面２を外部から容易に確認できるようになり、鉄筋コンクリート構造物１の補強後に地震等によって当該鉄筋コンクリート構造物１が損傷した場合において、当該損傷した鉄筋コンクリート構造物１の損傷部の位置や損傷の程度を外部から容易に確認することができ、補強後に損傷した場合の補強対策を容易かつ的確に行えるようになる。尚、鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に取付けられる互いに隣り合う補強棒３と補強棒３との間の間隔は、鉄筋コンクリート構造物１の補強後に地震等によって損傷した鉄筋コンクリート構造物１の損傷部の位置や損傷の程度を外部から容易に確認することができる程度の寸法に設定すればよい。
また、鉄筋コンクリート構造物１を挟んで互いに対向するように配置された一対の補強棒３；３が、鉄筋コンクリート構造物１を貫通するように設けられた棒材７の両端部８；８に取付手段５を介して連結固定されて鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に取付けられたことにより、鉄筋コンクリート構造物１に固定されているので、鉄筋コンクリート構造物１を貫通するように設けられた棒材７により鉄筋コンクリート構造物１の曲げ補強効果が向上する。
また、実施形態１の補強構造が施された鉄筋コンクリート構造物１によれば、当該鉄筋コンクリート構造物１に地震時の垂直衝撃応力が加わった場合、鉄筋コンクリート構造物１に固定された各補強棒３；３…の下端よりも下方に位置する段落としされていない部分５０に損傷が生じるように構成されたので、損傷した段落としされていない部分５０の補修作業を容易に行えるようになる。

尚、補強棒３としてＰＣ鋼棒を用い、当該ＰＣ鋼棒を緊張させて上下の取付手段５；５に取付けることでプレストレスを導入すれば、補強効果がより向上するので、好ましい。
また、棒材７としてＰＣ鋼棒を用い、当該ＰＣ鋼棒を緊張させて貫通孔１０に設置することでプレストレスを導入すれば、曲げ補強効果がより向上するので、好ましい。
尚、補強棒３、棒材７として、炭素繊維で強化された棒材や鉄筋棒等を用いてもよい。

実施形態２
実施形態１では、鉄筋コンクリート構造物１を挟んで互いに対向するように配置された一対の補強棒３；３が、鉄筋コンクリート構造物１を貫通する貫通孔１０に通された棒材７の両方の端部８；８に取付手段５を介して連結固定されたことで、鉄筋コンクリート構造物１に固定された構造を示したが、補強棒３が、鉄筋コンクリート構造物１を貫通しないように鉄筋コンクリート構造物１に取付けられた図外の棒材の鉄筋コンクリート構造物１の外表面２より突出する端部に取付手段５を介して連結固定されて鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に取付けられたことにより、鉄筋コンクリート構造物１に固定された構造としてもよい。
実施形態２の補強構造に使用する上記棒材としては、例えば、あと施工アンカーを用い、鉄筋コンクリート構造物１に取付けられた当該あと施工アンカーの鉄筋コンクリート構造物１の外表面２より突出する端部に取付手段５の棒材固定孔９を通して当該端部に形成された図外のねじ部にナットを締結することで補強棒３を当該取付手段５を介して当該端部に連結固定する。
実施形態２の場合、補強棒３を鉄筋コンクリート構造物１の外表面２に簡単に取付けることができ、容易に施工できる。また、鉄筋コンクリート構造物１を貫通する貫通孔１０を形成しないので、施工手間が削減される。

尚、取付手段５として長尺アングル材１７を備えた構成のものを用いた例を示したが、取付手段としては、鉄筋コンクリート構造物１の貫通孔１０を貫通させた棒材７の端部に連結されてかつ補強棒３の端部４を連結可能な構成のもの、あるいは、鉄筋コンクリート構造物１に取付けられて外表面２より突出するように設けられた棒材に連結されてかつ補強棒３の端部４を連結可能な構成のものであれば、構成は特に限定されるものではない。
即ち、取付手段は、補強棒の一端部及び他端部にそれぞれ取付けられ、補強棒の一端部に設けられた取付手段が段落としされている部分の外表面に取付けられ、補強棒の他端部に設けられた取付手段が段落としされていない部分の外表面に取付けられる構成であればよい。

また、補強棒３の端部４を、鉄筋コンクリート構造物１の貫通孔１０に設置されて鉄筋コンクリート構造物１の外表面２より突出する棒材７の端部８、又は、鉄筋コンクリート構造物１に取付けられて外表面２より突出する棒材の端部に、溶接等の連結手段で両者を直接的に連結するようにしてもよい。

本発明による補強構造は、新設の鉄筋コンクリート構造物１を補強する場合の補強構造、又は、地震等で損傷した損傷後の鉄筋コンクリート構造物１を修復する場合の補強構造に適用できる。

また、本発明による補強構造は、例えば、段落とし構造を備えた円柱形状又は角柱形状の橋脚、段落とし構造を備えた橋台、段落とし構造を備えたトンネル壁、その他の段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強に使用できる。

１ 段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物、２ 外表面、３ 補強棒、
５ 取付手段、７ 棒材、８ 棒材の端部、５０ 段落としされていない部分、
５１ 段落としされている部分。

Claims (3)

1. 段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の段落としされている部分の外表面と段落としされていない部分の外表面とを跨ぐように複数の補強棒が間隔を隔てて互いに隣り合うように配置され、補強棒の一端部及び他端部にそれぞれ取付手段を設け、補強棒の一端部に設けられた取付手段が段落としされている部分の外表面に取付けられ、補強棒の他端部に設けられた取付手段が段落としされていない部分の外表面に取付けられたことにより、複数の各補強棒が段落としされている部分と段落としされていない部分とに固定されており、
   取付手段は、一方の帯板と他方の帯板とを有した断面Ｌ字形状に形成され、他方の帯板が鉄筋コンクリート構造物の外表面に取付けられ、補強棒の端部が一方の帯板に取付けられていることを特徴とする段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造。
2. 補強棒が、鉄筋コンクリート構造物を貫通しないように鉄筋コンクリート構造物に取付けられた棒材の鉄筋コンクリート構造物の外表面より突出する端部に連結固定されて鉄筋コンクリート構造物の外表面に取付けられたことにより、鉄筋コンクリート構造物に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造。
3. 鉄筋コンクリート構造物を挟んで互いに対向するように配置された一対の補強棒が、鉄筋コンクリート構造物を貫通するように設けられた棒材の両方の端部に連結固定されて鉄筋コンクリート構造物の外表面に取付けられたことにより、鉄筋コンクリート構造物に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の段落とし構造を備えた鉄筋コンクリート構造物の補強構造。

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