せん断補強構造
【課題】 簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することが可能となる、既設のＲＣ構造体のせん断力補強構造を提供すること。
【解決手段】 既設の鉄筋コンクリート構造物であるの側壁Ｗと、この側壁Ｗの主鉄筋と交差する方向に形成された有底の補強部材挿入孔１０の内部に配設されるせん断補強部材２０と、補強部材挿入孔１０に充填される高強度繊維充填材３０とからなり、補強部材挿入孔１０が、せん断補強部材２０の先端突起２２の直径よりも大きい内径の一般部１１と、補強部材挿入孔１０の基端部に形成されて、一般部１１よりも大きい内径を有する基端拡幅部１２と、補強部材挿入孔１０の先端部に形成されて、一般部１１よりも大きい内径を有する先端拡幅部１３とから構成されているせん断補強構造１。
【解決手段】 既設の鉄筋コンクリート構造物であるの側壁Ｗと、この側壁Ｗの主鉄筋と交差する方向に形成された有底の補強部材挿入孔１０の内部に配設されるせん断補強部材２０と、補強部材挿入孔１０に充填される高強度繊維充填材３０とからなり、補強部材挿入孔１０が、せん断補強部材２０の先端突起２２の直径よりも大きい内径の一般部１１と、補強部材挿入孔１０の基端部に形成されて、一般部１１よりも大きい内径を有する基端拡幅部１２と、補強部材挿入孔１０の先端部に形成されて、一般部１１よりも大きい内径を有する先端拡幅部１３とから構成されているせん断補強構造１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、せん断力が作用する既設の鉄筋コンクリート造（以下、鉄筋コンクリートを「ＲＣ」という場合がある）の構造物のせん断補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
阪神大震災以前に設計及び施工された地下鉄、上下水道浄化施設などの各種施設において、その構造物躯体を構成するＲＣ造のボックスカルバートやＲＣ造の地中埋設構造物の壁やスラブ、橋梁の壁式橋脚などの鉄筋コンクリート構造物（以下「ＲＣ構造体」という場合がある）は、せん断鉄筋が配筋されていない場合が多く、レベル２地震動に対するせん断耐力が不足していることが、各種の耐震診断の結果から明らかになっており、速やかに耐震補強を行う必要性が指摘されている。
【０００３】
これらのＲＣ構造体は、機能の特性上、地中に埋設されている場合がほとんどであり、施工後に補強する際には、構造物躯体の側壁や底版を外面側から補強することができず、内面側からのみその補強を行わざるをえない。ここで、本明細書において「外面」とは、ＲＣ構造体の面材又は版材の地山に面している側の面をいい、「内面」とは、同面材又は版材の外面に対向する面で、地山に面していない側の面をいう。
【０００４】
従来、これらのＲＣ構造体の補強方法としては、ＲＣ構造体の面に沿って主鉄筋及び配力鉄筋を配筋して、コンクリートを打設する増厚工法や、ＲＣ構造体の周囲に鋼板を巻き立て、ＲＣ構造体と鋼板との隙間にモルタルや樹脂等の充填材を充填する鋼板巻き立て工法等が採用されていた。
【０００５】
しかし、これらの工法では、補強後に面材や版材の厚さが増大して、躯体の内空断面が減少してしまう等、各種の不都合が生じてしまう（例えば、上下水道浄化施設の場合には、貯水能力や処理能力が減少してしまい、また地下鉄の場合には、建築限界を満足しなくなるため、使用不能となってしまう場合が生じる）。さらに、増厚工法は、主鉄筋が増加することから、せん断耐力が向上する一方で、曲げ耐力も増加するため、補強後においてせん断先行破壊型を曲げ先行破壊型に移行させるという要請を実現するのが困難であった。
【０００６】
さらに、補強鉄筋や鋼板等の補強部材の搬入や組み立てに、大掛かりな揚重機械を必要とし、地下構造物内や橋梁等の限られた空間では、これらの揚重機械の制約があり施工が困難な場合があった。また、供用中の道路トンネル内や鉄道トンネル内のせん断補強では、その交通量や列車運行の制約により、夜間の限られた時間帯内での急速施工の要求に対して、前記従来の補強方法では、施工ができない場合があった。
【０００７】
そこで、前記問題点を解決するために、カルバートのせん断補強方法として、カルバートの外壁の内面側から、所定の間隔で鉛直方向にスリットを形成し、該スリット内に所定の鋼板を挿入した後に、前記スリット内にグラウト材を充填して前記鋼板と前記外壁とを一体化させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−３５５６号公報（第２頁−第４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記補強方法では、単に、スリット内に所定の鋼板を挿入するだけであることから、鋼板に引抜き力が発生した際、充分な剛性（引き抜き力に対する引き抜き抵抗の大きさ、以下「引き抜き剛性」という）を得ることができないという新たな問題点が生じることになった。
【０００９】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することが可能となる、既設のＲＣ構造体のせん断補強構造（以下、単に「せん断補強構造」という）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された補強部材挿入孔の内部に配設される線材を主体としたせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断補強構造であって、前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記一般部よりも大きい内径を有する基端拡幅部と、から構成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のせん断補強構造であって、前記補強部材挿入孔の先端部には、前記一般部よりも大きい内径を有する先端拡幅部が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のせん断補強構造であって、前記充填材の前記線材が異形鉄筋の場合に、その付着強度が、６０Ｎ／ｍｍ2以上であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３に記載のせん断補強構造であって、前記せん断補強部材が、前記線材であるせん断補強鉄筋と、前記せん断補強鉄筋の基端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい基端定着部材と、前記せん断補強鉄筋の先端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい先端定着部材と、から構成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のせん断補強構造であって、前記充填材が、セメント系マトリックスに繊維が混合された、繊維補強セメント系混合材料であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のせん断補強構造であって、前記繊維補強セメント系混合材料が、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下の骨材と粒子径が０．０１〜１５μｍのポゾラン系反応粒子と少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．０５乃至０．３ｍｍで長さが８乃至１６ｍｍの繊維を、前記セメント系混合体の容積に対して１乃至４％程度混入してなることを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明による補強の対象部材は、せん断補強が必要となる部材であり、既設である各種の鉄筋コンクリート構造物、例えば面材（壁等）又は版材（底版、天版等）等、（以下「ＲＣ造面版材」という）に適用可能であり、また、施工対象に関して、現場打ちや、プレキャストコンクリート製品等の種類は問わない。
また、せん断補強部材は、ＲＣ造面版材の厚さ方向の内面側端面及び外面側端面から所定の被りコンクリート厚を確保するとともに、予め配筋されている主鉄筋及び配力鉄筋を避けるように配置される必要がある。
【００１７】
本発明によれば、せん断補強部材とＲＣ造面版材のコンクリートが充填材を介して一体化されているため、当該ＲＣ造面版材に、面外のせん断力が発生した場合に発生する斜め引張り応力に対して、せん断補強部材とＲＣ造面版材とが一体となって抵抗することになる。従って、既設のＲＣ造面版材のせん断耐力を向上させ、地震等による破壊形態を脆性的な破壊から靱性的な破壊へ移行させることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、ＲＣ造面版材のコンクリート厚さを増加させることなく、直接的にせん断補強部材を壁内部に埋設することにより、せん断耐力と靱性性能の増大を効率的に実現できることから、補強後に躯体の内空断面が減少してしまうといった不都合が生じることを防止することができる。加えて、主鉄筋を増加させることがないことから、曲げ耐力を増加させることなく、面外せん断耐力を向上させることができるので、レベル２地震時において、せん断先行破壊型の可能性があるＲＣ構造体を曲げ先行破壊型に移行することができる。
【００１９】
また、せん断補強部材において、線材であるせん断補強鉄筋の基端部又は基端部及び先端部には、当該せん断補強鉄筋より断面形状が大きい定着部材（基端定着部材及び先端定着部材）が設けられていれば、当該せん断補強部材の定着効果を高めることができるとともに、せん断補強鉄筋の引張抵抗と定着部材の内側のコンクリートに発生する圧縮応力により、より効果的にせん断耐力の向上と靱性性能の向上を図ることができる。ここで、線材は鉄筋に限定されるものではなく、炭素線材、鋼棒、ＰＣ鋼より線等、あらゆる線材が適用可能である。
【００２０】
また、充填材として、線材（例えば異形鉄筋等）との付着強度が６０Ｎ／ｍｍ2以上の材料を使用すれば、せん断補強部材が線材のみからなる場合であっても、面外せん断耐力を向上させることが可能となる。なお、せん断補強部材が線材のみからなる場合には、補強部材挿入孔の削孔径を小さくすることができるとともに、せん断補強部材の加工の手間を省略することが可能となり好適である。
【００２１】
また、充填材として、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の骨材と粒子径が０．０１〜１５μｍ、好ましくは０．０１〜０．５μｍの活性度の高いポゾラン系反応粒子と０．１〜１５μｍの活性度の低いポゾラン反応粒子と、少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍで長さが８ｍｍ〜１６ｍｍの繊維を、前記セメント系マトリックスの容積に対して１％〜４％程度混入してなる繊維補強セメント系混合材料を使用すれば、圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ2、曲げ引張強度が４０Ｎ／ｍｍ2、異形鉄筋に対する付着強度が６０〜８０Ｎ／ｍｍ2となり、剛性の高い定着効果を実現する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のせん断補強構造によれば、簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のせん断力補強構造の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下は、地中の地盤Ｇに埋設された既設のボックスカルバートであるＲＣ構造体の側壁をせん断補強する場合について説明を行う。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１（ａ）は、本実施の形態に係るせん断補強構造を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はその変形例である。また、図２（ａ）は、せん断補強構造の配置関係を示す概略断面図であり、図２（ｂ）は補強部材挿入孔の拡大断面図である。また、図３は、本実施形態に係るせん断補強部材の全体斜視図であり、図４（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係るせん断補強部材の先端突起の変形例を示す斜視図である。また、図５は、本実施形態に係るせん断補強構造にせん断力が作用した場合の応力状態を示す側断面図である。さらに、図６は、本発明のせん断補強構造の定着効果を調べるために引き抜き実験を行った結果であり、（ａ）は拡幅部を有している場合、（ｂ）は拡幅部を有していない場合を示している。
【００２５】
本実施形態に係るせん断補強構造１は、図１（ａ）に示すように、既設の鉄筋コンクリート造の側壁Ｗと、この側壁Ｗの内面側から主鉄筋と交差する方向に形成された有底の補強部材挿入孔１０の内部に配設されるせん断補強部材２０と、前記補強部材挿入孔１０に充填される充填材３０とから構成されている。
【００２６】
せん断補強部材２０は、線材であるせん断補強鉄筋２１と、このせん断補強鉄筋２１の先端部に形成された先端突起（先端定着部材）２２と、せん断補強鉄筋２１の基端部に固定されたプレートヘッド（基端定着部材）２３とから構成されている。
【００２７】
また、補強部材挿入孔１０は、せん断補強鉄筋２１の鉄筋径及び先端突起２２の外径よりも大きく、且つプレートヘッド２３の幅よりも小さい内径の一般部１１と、補強部材挿入孔１０の基端部に形成されて、プレートヘッド２３の幅よりも大きい内径の基端拡幅部１２と、補強部材挿入孔１０の先端に形成されて、一般部１１の内径よりも大きい内径の先端拡幅部１３とから構成されている。ここで、本明細書において、定着部材の「幅」は、定着部材の形状が矩形、多角形であれば対角線長、円形であれば直径、楕円形であれば長辺長に統一するものとする。
そして、基端拡幅部１２のプレートヘッド２３より内面側の空間は、充填材３０により充填されている。
【００２８】
以下、本実施形態に係るせん断補強構造１の細部について説明する。
【００２９】
補強部材挿入孔１０は、側壁Ｗの内面側から外面側に向けて、せん断補強部材２０を設置するために穿孔されたものであり、図２に示すように、既設ＲＣ構造体の施工時の配筋図や非破壊試験の情報をもとに、穿孔時に主鉄筋Ｒ１及び配力鉄筋Ｒ２に損傷を与えることの無いように、横間隔は主鉄筋Ｒ１と、縦間隔は配力鉄筋Ｒ２と同間隔で両鉄筋の中央に配置されている。図２（ｂ）に示すように、補強部材挿入孔１０の穿孔は、側壁Ｗの内面側から地盤Ｇと接している外面側方向であって側壁Ｗ面に略垂直な方向に、インパクト・ドリルやロータリーハンマ・ドリル、コア・ドリルなどの穿孔手段を用いて、外面側の主筋Ｒ１の位置の深さまで行なわれている。また、補強部材挿入孔１０は、やや下向きの傾斜を有して穿孔されており、外面側に所定寸法の被りコンクリート厚さを差し引いた長さ寸法に設けるとともに、一般部１１の孔径は、図３に示すせん断補強部材２０の先端部に形成されている先端突起２２の外径に若干の余裕を見込んだ値に形成されている。
【００３０】
なお、補強部材挿入孔１０がやや下向きの傾斜を有して形成される理由は、せん断補強部材２０の挿入時において、充填材３０を充填する際に、内部の空気を排出しやすくするためであり、このようにすることにより、当該充填材３０の充填をより完全に行うことができるようになる。
【００３１】
また、補強部材挿入孔１０の基端部には、せん断補強部材２０の基端部（末端部）に取り付けられているプレートヘッド２３の周縁部が掛止されるように、前記穿孔手段を用いて削孔径の拡幅を行うことにより、基端拡幅部１２が形成されている。なお、この基端拡幅部１２の削孔深さはプレートヘッド２３の厚みに被りコンクリート厚さを加算した値となっていて、本実施形態では内面側の主筋Ｒ１の位置まで穿孔されている。
【００３２】
さらに、補強部材挿入孔１０の先端部には、前記穿孔手段の先端に図示しない拡底用ビットをつけて先端部の拡幅を行うことにより、先端拡幅部１３が形成されている。なお、本実施形態では、先端拡幅部１３の底部は、外面側の主筋Ｒ１の位置の深さまで行われており、所定寸法の被りコンクリート厚さが確保されている。
【００３３】
せん断補強部材２０は、図１（ａ）及び図３に示すように、異形鉄筋からなるせん断補強鉄筋２１と、前記せん断補強鉄筋２１の先端部及び基端部に形成されている、当該せん断補強鉄筋２１より断面形状が大きい先端突起２２及びプレートヘッド２３と、から構成されている。ここで、せん断補強鉄筋（線材）２１として異形鉄筋を使用するものとしたが、線材２１は、異形鉄筋に限定されるものではなく、線状の補強材料としての機能を発揮するものであれば、例えばネジ鉄筋、鋼棒、ＰＣ鋼より線、炭素線材等を使用してもよい。
【００３４】
本実施形態に係る先端突起２２は、せん断補強鉄筋２１の先端を熱した状態で軸方向にプレスあるいは打撃することで、図３に示すように、せん断補強鉄筋２１の鉄筋径よりも大きな径に形成されたものである。
【００３５】
なお、先端突起２２は、前記のものに限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）に示す先端突起２２ａように、軟鋼やアルミニウム合金などの比較的加工しやすい金属製材料を用い、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の１５％〜５０％、長さがせん断補強鉄筋２１の直径の１００％〜２５０％の形状を有する円筒体を準備して、これを、せん断補強鉄筋２１の先端部にかぶせ、この周りを半分の円環を２つあわせたグリッパを用いて周囲から押しつぶすことにより、あるいは、鉄筋のスクイズ・ジョイントに用いるような円筒体を絞り込む（スクイズする）ようにして、円筒体を塑性変形させてせん断補強鉄筋２１と一体にすることにより製造してもよい。
【００３６】
また、図４（ｂ）に示す先端突起２２ｂのように、せん断補強鉄筋２１としてネジ筋鉄筋を用いて、先端部にロックナットをねじ込み、せん断補強鉄筋２１とロックナットとのがたつきを取り除くためにダブルナットとするか、ナット内部の隙間にエポキシ樹脂のような充填材を注入する方法のいずれかにより、先端突起２２ｂとして、幅がせん断補強鉄筋の直径の１３０％〜２００％、長さがせん断補強鉄筋の直径の１００％〜２５０％となるように、製造することもできる。
【００３７】
また、図４（ｃ）に示す先端突起２２ｃのように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜２００％の円形鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１の先端部に摩擦圧接Ａすることにより製造してもよい。また、図４（ｄ）や図４（ｅ）に示すように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜２００％の多角形鋼製プレートや、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、長軸がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜２００％の楕円形（小判型や円の側部を切り落としたような形状も含む）鋼製プレートから製造してもよい。このようにすると、補強部材挿入孔１０との間に隙間が形成されることになるので補強部材挿入孔１０に充填材３０を充填した後にせん断補強部材２０を補強部材挿入孔１０に挿入する場合に、充填材３０による挿入抵抗を低減し、且つ、先端突起２２ｄ，２２ｅの後方に空気を残さないで挿入することができる。
【００３８】
また、前記円形鋼製プレート、多角形鋼製プレート、楕円形鋼製プレートに孔ｈを設けることで、充填材３０による挿入抵抗を低減し、且つ、先端突起２２ｆの後方に空気を残すことなくせん断補強部材２０を挿入することができる構成としてもよい（図４（ｆ）参照）。さらに、図４（ｇ）に示すように、先端突起２２ｇのせん断補強鉄筋と接合した面と反対側の面を凸状の球面形状にすることにより、挿入抵抗を低減する構成としてもよい。
ここで、先端突起２２の形成方法は限定されるものではなく、摩擦圧接接合、ガス圧接接合、アーク溶接接合等、その一体化が可能であればよい。
【００３９】
プレートヘッド２３は、図３に示すように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の４０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜３００％の四角形状の鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１の基端部に一体に固定されてなる。プレートヘッド２３のせん断補強鉄筋２１への固定は、摩擦圧接機械を用いて、固定したせん断補強鉄筋２１に回転させた鋼製プレートを押し付けることにより、回転する鋼製プレートに所定の圧力で摩擦熱を発生させて、鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１に溶着（摩擦圧接Ａ）させることにより簡易に行うことができる。
なお、プレートヘッド２３とせん断補強鉄筋２１との接合方法は、摩擦圧接Ａに限定されるものではなく、ガス圧接接合、アーク溶接接合等、その一体化が可能であればよい。また、プレートヘッド２３の形状は、四角形に限定されるものではなく、円形、楕円形、多角形等でもよい。
【００４０】
ここで、せん断補強部材２０の構成は、前記の構成に限定されるものではなく、例えば、図１（ｂ）に示すせん断補強構造１’のように、せん断補強鉄筋２１の基端部にも先端部に形成された先端突起２２と同様に基端突起２３’を形成する構成としてもよい。
また、側壁Ｗに加わるせん断力に対して、十分な引き抜き力を発現することが可能であれば、図１（ｃ）に示すせん断補強構造１”のように、先端部及び基端部のいずれにも定着部材を形成しないせん断補強鉄筋２１を配置する構成としてもよい。
【００４１】
充填材３０には、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下の骨材と粒子径０．０１〜０．５μｍの活性度の高いポゾラン系反応粒子であるシリカヒュームと粒子径０．１〜１５μｍの活性度の低いポゾラン反応粒子である高炉スラグあるいはフライアッシュと，少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍで長さが８ｍｍ〜１６ｍｍの繊維を、セメント系マトリックスの容積に対して１％〜４％程度混入してなる繊維補強セメント系混合材料（以下「高強度繊維充填材３０」と称する）が使用されており、圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ2、曲げ引張強度が４０Ｎ／ｍｍ2、異形鉄筋に対する付着強度が６０〜８０Ｎ／ｍｍ2となり、剛性の高い定着効果が実現されている。
【００４２】
本発明のせん断補強構造１は、図５に示すように面外のせん断力Ｓが作用した時に発生する斜めひび割れｃに対して、直接的にせん断補強部材２０で補強してせん断耐力を向上させるものである。
つまり、面外のせん断力Ｓが側壁Ｗに作用すると斜めひび割れｃが発生しようとするが、せん断補強部材２０に引張力が働くために、両端部の先端突起２２やプレートヘッド２３に引き抜き力ｆｔが作用する。先端突起２２とプレートヘッド２３は、先端拡幅部１３及び基端拡幅部１２に充填された超高強度の高強度繊維充填材３０により、先端拡幅部１３及び基端拡幅部１２と一体となり、引き抜き力ｆｔにたいして十分な拘束効果を果たす。このために、先端突起２２及びプレートヘッド２３の内側にあるコンクリート（以下「内部コンクリート」という）には、その反力として内部コンクリートに支圧力が作用して、圧縮応力ｆｃの場が形成される。つまり、内部コンクリートは横拘束を受けて、斜め引張に対して、抵抗力を増大する結果となる。このために、端部にそれぞれ先端突起２２とプレートヘッド２３の付いたせん断補強部材２０と先端拡幅部１３及び基端拡幅部１２により側壁Ｗの面外せん断耐力が増大するとともに、内部コンクリートに圧縮応力ｆｃが発生する（圧縮応力場が形成される）ことによる靱性性能の増大も図られることになる。
【００４３】
本実施形態に係るせん断補強構造１による補強を行った場合に、補強部材挿入孔１０に先端拡幅部１３と基端拡幅部１２が存在することから、せん断補強部材２０の定着効果が増大することになる。この定着効果を調べるために、拡幅部を端部に有する補強部材挿入孔１０によりせん断補強部材２０の引き抜き実験を行った結果と、端部に拡幅部を有していない補強部材挿入孔１０によりせん断補強部材２０の引き抜き実験（以下「比較例」という）を行った結果を、それぞれ図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。
【００４４】
図６（ａ）では、拡幅部を有した補強部材挿入孔１０に、それぞれ、高強度繊維充填材３０を５０ｍｍ（Ｃ−５０）、８０ｍｍ（Ｃ−８０）、１１０ｍｍ（Ｃ−１１０）の深さで充填して、せん断補強部材２０を挿入した試験体について引き抜き実験を行ったグラフであり、縦軸に引張荷重、横軸に引き抜け変位が示されている。また、図６（ｂ）では、拡幅部を有していない補強部材挿入孔１０に、それぞれ、高強度繊維充填材３０を５０ｍｍ（Ｂ−５０）、１００ｍｍ（Ｂ−１００）、１５０ｍｍ（Ｂ−１５０）の深さで充填して、せん断補強部材２０を挿入した試験体について引き抜き実験を行ったグラフであり、縦軸に引張荷重、横軸に引き抜け変位が示されている。
【００４５】
両者の結果を比較すると、充填材３０の深さが同じ５０ｍｍの場合でも、拡幅部を設けたほうが優れた定着効果が得られることが示されている。また、拡幅部を有した構成であれば、充填材３０の深さを８０ｍｍとすれば、比較例の充填材３０の深さが１５０ｍｍの場合と略同様の定着効果を得ることが可能となり、その定着効果が大きいことが示されている。したがって、補強部材挿入孔の端部に拡幅部を設けることにより、せん断補強部材と拡幅部とが一体となって、引張力に抵抗することが実証され、壁厚が薄い場合でも、優れた定着効果を得ることが可能なため、面材又は版材の面外せん断耐力が増大するとともに、内部コンクリートに圧縮応力が発生することによる靱性性能の増大も図られるため好適である。
【００４６】
ここで、本実施形態に係るせん断補強構造１の構築は、補強部材挿入孔１０を側壁Ｗに穿孔した後、一般部１１及び先端拡幅部１３への充填材３０の充填を行い、補強部材挿入孔１０にせん断補強部材２０を挿入して、基端拡幅部１２に充填材３０を充填することにより行う。なお、一般部１１及び先端拡幅部１３への充填材３０の充填と、補強部材挿入孔１０へのせん断補強部材２０の挿入の順序は限定されるものではなく、せん断補強部材２０を補強部材挿入孔１０に挿入した後、充填材３０を充填する構成としてもよい。この場合において、充填材３０の一般部１１及び先端拡幅部１３への充填は、プレートヘッド２３に注入孔を形成し、この注入孔から注入することにより行えばよい。
【００４７】
以上のように、本発明のせん断補強構造１は、既設のＲＣ造面版材のコンクリート厚さを増加させることなく、直接的にせん断補強部材２０がＲＣ造面版材内部に埋設されているため、せん断耐力と靱性性能の増大を効率的に実現できることから、従来の鉄筋コンクリート増厚工法等のように、補強後に内空断面が減少してしまうといった不都合が生じることを防止することができる。加えて、主鉄筋を増加させることがないことから、曲げ耐力を増加させることなく、面外せん断耐力を向上させることができるので、せん断先行破壊型の可能性があるＲＣ構造体を曲げ先行破壊型に移行することができる。このため、耐震補強の観点からも有効である。
【００４８】
また、せん断補強部材を挿入するための削孔径は、先端突起の外径より若干大きければよく、削孔径が小さいため、急速施工が可能であり、作業効率がよい。
【００４９】
また、高強度繊維充填材は、せん断補強部材と一体となり、補強部材挿入孔の両端の拡幅部において剛性の高い定着効果を実現する。そのため、補強部材挿入孔の両端の拡幅部とせん断補強部材との固定度が高く、せん断補強部材の定着の効果を十分に発揮できる。
【００５０】
また、せん断補強鉄筋の基端部に設けられているプレートヘッド及び先端部に設けられている先端突起は、充分な定着効果が得られるとともに、面外せん断力が発生するとせん断補強鉄筋に引張力が作用するために、プレートヘッド又は先端突起及びプレートヘッドに支圧力が働き、内部コンクリートには圧縮応力場が形成されるため、せん断に対して内部コンクリート自身のせん断抵抗力が増大して効果的なせん断補強となる。
【００５１】
さらに、補強部材挿入孔は、充填材により外部と遮断されるので、補強後の耐久性の観点で劣化の抑制を期待できる。
【００５２】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前記の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。
特に、本発明のせん断補強構造の対象とするＲＣ構造体は、前記実施形態に限られず、その他の地下構造物や壁式橋脚、橋脚基礎のフーチング等の構造であってもよい。
【００５３】
また、補強対象である既設ＲＣ構造体は、ＲＣ造であればよく、現場打ち鉄筋コンクリート構造体や、プレキャストコンクリート構造体等その種類は問わないとともに、補強を行う部位についても限定されず、底版等にも適用可能である。
また、せん断補強部材の挿入間隔・挿入数は、前記実施形態に限られず、適宜に定めることができる。
また、前記実施形態では補強部材挿入孔の拡幅部を先端部と基端部との両端に設ける構成としたが、基端部のみに設ける構成としてもよい。
【００５４】
また、前記実施形態において、せん断補強部材の先端に設けられる先端突起が、補強部材挿入孔への挿入の際にせん断補強部材の先端で空気を巻き込むことがないように、鋭角に形成されていてもよい。
また、前記実施形態では、補強部材挿入孔全体に高強度繊維充填材を充填する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば、先端拡幅部及び基端拡幅部のみに高強度繊維充填材を充填し、一般部は、普通強度の充填材を充填する構成としてもよい。
また、補強部材挿入孔として有底のものとしたが、例えばボックスカルバート等の中壁の補強であれば、中壁を貫通する構成としてもよい。
【００５５】
また、充填材を構成する骨材及びポゾラン系反応粒子の配合は、前記実施の形態で記載したものに限定されるものではなく、骨材は、最大粒径が２．５ｍｍ以下、ポゾラン系反応粒子は、粒子径が０．０１〜１５μｍの範囲内であればよい。
また、充填材にシリカヒュームを混合する構成としたが、ポゾラン系反応粒子は、シリカヒュームに限定されるものではない。
また、充填材が、所定の圧縮強度（２００Ｎ／ｍｍ2）、所定の曲げ引張強度（４０Ｎ／ｍｍ2）、所定の異形鉄筋との付着強度（６０〜８０Ｎ／ｍｍ2）を発現可能であれば、例えばエポキシ樹脂等を使用してもよく、前記実施形態のものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態に係るせん断補強構造を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はその変形例である。
【図２】（ａ）は、せん断補強構造の配置関係を示す概略断面図であり、（ｂ）は補強部材挿入孔の拡大断面図である。
【図３】本実施の形態に係るせん断補強部材の全体斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、本実施の形態に係るせん断補強部材の先端突起の変形例を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態に係るせん断補強構造にせん断力が作用した場合の応力状態を示す側断面図である。
【図６】本発明のせん断補強構造の定着効果を調べるために引き抜き実験を行った結果であり、（ａ）は拡幅部を有している場合、（ｂ）は拡幅部を有していない場合を示している。
【符号の説明】
【００５７】
１ せん断補強構造
１０ 補強部材挿入孔
１１ 一般部
１２ 基端拡幅部
１３ 先端拡幅部
２０ せん断補強部材
２１ せん断補強鉄筋（線材）
２２ 先端突起（先端定着部材）
２３ プレートヘッド（基端定着部材）
３０ 高強度繊維充填材（充填材）
Ｇ 地盤
Ｓ せん断力
Ｗ 側壁（鉄筋コンクリート構造物）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、せん断力が作用する既設の鉄筋コンクリート造（以下、鉄筋コンクリートを「ＲＣ」という場合がある）の構造物のせん断補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
阪神大震災以前に設計及び施工された地下鉄、上下水道浄化施設などの各種施設において、その構造物躯体を構成するＲＣ造のボックスカルバートやＲＣ造の地中埋設構造物の壁やスラブ、橋梁の壁式橋脚などの鉄筋コンクリート構造物（以下「ＲＣ構造体」という場合がある）は、せん断鉄筋が配筋されていない場合が多く、レベル２地震動に対するせん断耐力が不足していることが、各種の耐震診断の結果から明らかになっており、速やかに耐震補強を行う必要性が指摘されている。
【０００３】
これらのＲＣ構造体は、機能の特性上、地中に埋設されている場合がほとんどであり、施工後に補強する際には、構造物躯体の側壁や底版を外面側から補強することができず、内面側からのみその補強を行わざるをえない。ここで、本明細書において「外面」とは、ＲＣ構造体の面材又は版材の地山に面している側の面をいい、「内面」とは、同面材又は版材の外面に対向する面で、地山に面していない側の面をいう。
【０００４】
従来、これらのＲＣ構造体の補強方法としては、ＲＣ構造体の面に沿って主鉄筋及び配力鉄筋を配筋して、コンクリートを打設する増厚工法や、ＲＣ構造体の周囲に鋼板を巻き立て、ＲＣ構造体と鋼板との隙間にモルタルや樹脂等の充填材を充填する鋼板巻き立て工法等が採用されていた。
【０００５】
しかし、これらの工法では、補強後に面材や版材の厚さが増大して、躯体の内空断面が減少してしまう等、各種の不都合が生じてしまう（例えば、上下水道浄化施設の場合には、貯水能力や処理能力が減少してしまい、また地下鉄の場合には、建築限界を満足しなくなるため、使用不能となってしまう場合が生じる）。さらに、増厚工法は、主鉄筋が増加することから、せん断耐力が向上する一方で、曲げ耐力も増加するため、補強後においてせん断先行破壊型を曲げ先行破壊型に移行させるという要請を実現するのが困難であった。
【０００６】
さらに、補強鉄筋や鋼板等の補強部材の搬入や組み立てに、大掛かりな揚重機械を必要とし、地下構造物内や橋梁等の限られた空間では、これらの揚重機械の制約があり施工が困難な場合があった。また、供用中の道路トンネル内や鉄道トンネル内のせん断補強では、その交通量や列車運行の制約により、夜間の限られた時間帯内での急速施工の要求に対して、前記従来の補強方法では、施工ができない場合があった。
【０００７】
そこで、前記問題点を解決するために、カルバートのせん断補強方法として、カルバートの外壁の内面側から、所定の間隔で鉛直方向にスリットを形成し、該スリット内に所定の鋼板を挿入した後に、前記スリット内にグラウト材を充填して前記鋼板と前記外壁とを一体化させる方法が提案されている。（例えば、特許文献１）
【特許文献１】特開２００３−３５５６号公報（第２頁−第４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、前記補強方法では、単に、スリット内に所定の鋼板を挿入するだけであることから、鋼板に引抜き力が発生した際、充分な剛性（引き抜き力に対する引き抜き抵抗の大きさ、以下「引き抜き剛性」という）を得ることができないという新たな問題点が生じることになった。
【０００９】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することが可能となる、既設のＲＣ構造体のせん断補強構造（以下、単に「せん断補強構造」という）を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された補強部材挿入孔の内部に配設される線材を主体としたせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断補強構造であって、前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記一般部よりも大きい内径を有する基端拡幅部と、から構成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のせん断補強構造であって、前記補強部材挿入孔の先端部には、前記一般部よりも大きい内径を有する先端拡幅部が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のせん断補強構造であって、前記充填材の前記線材が異形鉄筋の場合に、その付着強度が、６０Ｎ／ｍｍ2以上であることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３に記載のせん断補強構造であって、前記せん断補強部材が、前記線材であるせん断補強鉄筋と、前記せん断補強鉄筋の基端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい基端定着部材と、前記せん断補強鉄筋の先端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい先端定着部材と、から構成されていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のせん断補強構造であって、前記充填材が、セメント系マトリックスに繊維が混合された、繊維補強セメント系混合材料であることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のせん断補強構造であって、前記繊維補強セメント系混合材料が、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下の骨材と粒子径が０．０１〜１５μｍのポゾラン系反応粒子と少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．０５乃至０．３ｍｍで長さが８乃至１６ｍｍの繊維を、前記セメント系混合体の容積に対して１乃至４％程度混入してなることを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明による補強の対象部材は、せん断補強が必要となる部材であり、既設である各種の鉄筋コンクリート構造物、例えば面材（壁等）又は版材（底版、天版等）等、（以下「ＲＣ造面版材」という）に適用可能であり、また、施工対象に関して、現場打ちや、プレキャストコンクリート製品等の種類は問わない。
また、せん断補強部材は、ＲＣ造面版材の厚さ方向の内面側端面及び外面側端面から所定の被りコンクリート厚を確保するとともに、予め配筋されている主鉄筋及び配力鉄筋を避けるように配置される必要がある。
【００１７】
本発明によれば、せん断補強部材とＲＣ造面版材のコンクリートが充填材を介して一体化されているため、当該ＲＣ造面版材に、面外のせん断力が発生した場合に発生する斜め引張り応力に対して、せん断補強部材とＲＣ造面版材とが一体となって抵抗することになる。従って、既設のＲＣ造面版材のせん断耐力を向上させ、地震等による破壊形態を脆性的な破壊から靱性的な破壊へ移行させることができる。
【００１８】
また、本発明によれば、ＲＣ造面版材のコンクリート厚さを増加させることなく、直接的にせん断補強部材を壁内部に埋設することにより、せん断耐力と靱性性能の増大を効率的に実現できることから、補強後に躯体の内空断面が減少してしまうといった不都合が生じることを防止することができる。加えて、主鉄筋を増加させることがないことから、曲げ耐力を増加させることなく、面外せん断耐力を向上させることができるので、レベル２地震時において、せん断先行破壊型の可能性があるＲＣ構造体を曲げ先行破壊型に移行することができる。
【００１９】
また、せん断補強部材において、線材であるせん断補強鉄筋の基端部又は基端部及び先端部には、当該せん断補強鉄筋より断面形状が大きい定着部材（基端定着部材及び先端定着部材）が設けられていれば、当該せん断補強部材の定着効果を高めることができるとともに、せん断補強鉄筋の引張抵抗と定着部材の内側のコンクリートに発生する圧縮応力により、より効果的にせん断耐力の向上と靱性性能の向上を図ることができる。ここで、線材は鉄筋に限定されるものではなく、炭素線材、鋼棒、ＰＣ鋼より線等、あらゆる線材が適用可能である。
【００２０】
また、充填材として、線材（例えば異形鉄筋等）との付着強度が６０Ｎ／ｍｍ2以上の材料を使用すれば、せん断補強部材が線材のみからなる場合であっても、面外せん断耐力を向上させることが可能となる。なお、せん断補強部材が線材のみからなる場合には、補強部材挿入孔の削孔径を小さくすることができるとともに、せん断補強部材の加工の手間を省略することが可能となり好適である。
【００２１】
また、充填材として、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下の骨材と粒子径が０．０１〜１５μｍ、好ましくは０．０１〜０．５μｍの活性度の高いポゾラン系反応粒子と０．１〜１５μｍの活性度の低いポゾラン反応粒子と、少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍで長さが８ｍｍ〜１６ｍｍの繊維を、前記セメント系マトリックスの容積に対して１％〜４％程度混入してなる繊維補強セメント系混合材料を使用すれば、圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ2、曲げ引張強度が４０Ｎ／ｍｍ2、異形鉄筋に対する付着強度が６０〜８０Ｎ／ｍｍ2となり、剛性の高い定着効果を実現する。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のせん断補強構造によれば、簡易かつ確実に所定の引き抜き剛性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明のせん断力補強構造の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下は、地中の地盤Ｇに埋設された既設のボックスカルバートであるＲＣ構造体の側壁をせん断補強する場合について説明を行う。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
【００２４】
図１（ａ）は、本実施の形態に係るせん断補強構造を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はその変形例である。また、図２（ａ）は、せん断補強構造の配置関係を示す概略断面図であり、図２（ｂ）は補強部材挿入孔の拡大断面図である。また、図３は、本実施形態に係るせん断補強部材の全体斜視図であり、図４（ａ）〜（ｇ）は、本実施形態に係るせん断補強部材の先端突起の変形例を示す斜視図である。また、図５は、本実施形態に係るせん断補強構造にせん断力が作用した場合の応力状態を示す側断面図である。さらに、図６は、本発明のせん断補強構造の定着効果を調べるために引き抜き実験を行った結果であり、（ａ）は拡幅部を有している場合、（ｂ）は拡幅部を有していない場合を示している。
【００２５】
本実施形態に係るせん断補強構造１は、図１（ａ）に示すように、既設の鉄筋コンクリート造の側壁Ｗと、この側壁Ｗの内面側から主鉄筋と交差する方向に形成された有底の補強部材挿入孔１０の内部に配設されるせん断補強部材２０と、前記補強部材挿入孔１０に充填される充填材３０とから構成されている。
【００２６】
せん断補強部材２０は、線材であるせん断補強鉄筋２１と、このせん断補強鉄筋２１の先端部に形成された先端突起（先端定着部材）２２と、せん断補強鉄筋２１の基端部に固定されたプレートヘッド（基端定着部材）２３とから構成されている。
【００２７】
また、補強部材挿入孔１０は、せん断補強鉄筋２１の鉄筋径及び先端突起２２の外径よりも大きく、且つプレートヘッド２３の幅よりも小さい内径の一般部１１と、補強部材挿入孔１０の基端部に形成されて、プレートヘッド２３の幅よりも大きい内径の基端拡幅部１２と、補強部材挿入孔１０の先端に形成されて、一般部１１の内径よりも大きい内径の先端拡幅部１３とから構成されている。ここで、本明細書において、定着部材の「幅」は、定着部材の形状が矩形、多角形であれば対角線長、円形であれば直径、楕円形であれば長辺長に統一するものとする。
そして、基端拡幅部１２のプレートヘッド２３より内面側の空間は、充填材３０により充填されている。
【００２８】
以下、本実施形態に係るせん断補強構造１の細部について説明する。
【００２９】
補強部材挿入孔１０は、側壁Ｗの内面側から外面側に向けて、せん断補強部材２０を設置するために穿孔されたものであり、図２に示すように、既設ＲＣ構造体の施工時の配筋図や非破壊試験の情報をもとに、穿孔時に主鉄筋Ｒ１及び配力鉄筋Ｒ２に損傷を与えることの無いように、横間隔は主鉄筋Ｒ１と、縦間隔は配力鉄筋Ｒ２と同間隔で両鉄筋の中央に配置されている。図２（ｂ）に示すように、補強部材挿入孔１０の穿孔は、側壁Ｗの内面側から地盤Ｇと接している外面側方向であって側壁Ｗ面に略垂直な方向に、インパクト・ドリルやロータリーハンマ・ドリル、コア・ドリルなどの穿孔手段を用いて、外面側の主筋Ｒ１の位置の深さまで行なわれている。また、補強部材挿入孔１０は、やや下向きの傾斜を有して穿孔されており、外面側に所定寸法の被りコンクリート厚さを差し引いた長さ寸法に設けるとともに、一般部１１の孔径は、図３に示すせん断補強部材２０の先端部に形成されている先端突起２２の外径に若干の余裕を見込んだ値に形成されている。
【００３０】
なお、補強部材挿入孔１０がやや下向きの傾斜を有して形成される理由は、せん断補強部材２０の挿入時において、充填材３０を充填する際に、内部の空気を排出しやすくするためであり、このようにすることにより、当該充填材３０の充填をより完全に行うことができるようになる。
【００３１】
また、補強部材挿入孔１０の基端部には、せん断補強部材２０の基端部（末端部）に取り付けられているプレートヘッド２３の周縁部が掛止されるように、前記穿孔手段を用いて削孔径の拡幅を行うことにより、基端拡幅部１２が形成されている。なお、この基端拡幅部１２の削孔深さはプレートヘッド２３の厚みに被りコンクリート厚さを加算した値となっていて、本実施形態では内面側の主筋Ｒ１の位置まで穿孔されている。
【００３２】
さらに、補強部材挿入孔１０の先端部には、前記穿孔手段の先端に図示しない拡底用ビットをつけて先端部の拡幅を行うことにより、先端拡幅部１３が形成されている。なお、本実施形態では、先端拡幅部１３の底部は、外面側の主筋Ｒ１の位置の深さまで行われており、所定寸法の被りコンクリート厚さが確保されている。
【００３３】
せん断補強部材２０は、図１（ａ）及び図３に示すように、異形鉄筋からなるせん断補強鉄筋２１と、前記せん断補強鉄筋２１の先端部及び基端部に形成されている、当該せん断補強鉄筋２１より断面形状が大きい先端突起２２及びプレートヘッド２３と、から構成されている。ここで、せん断補強鉄筋（線材）２１として異形鉄筋を使用するものとしたが、線材２１は、異形鉄筋に限定されるものではなく、線状の補強材料としての機能を発揮するものであれば、例えばネジ鉄筋、鋼棒、ＰＣ鋼より線、炭素線材等を使用してもよい。
【００３４】
本実施形態に係る先端突起２２は、せん断補強鉄筋２１の先端を熱した状態で軸方向にプレスあるいは打撃することで、図３に示すように、せん断補強鉄筋２１の鉄筋径よりも大きな径に形成されたものである。
【００３５】
なお、先端突起２２は、前記のものに限定されるものではなく、例えば、図４（ａ）に示す先端突起２２ａように、軟鋼やアルミニウム合金などの比較的加工しやすい金属製材料を用い、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の１５％〜５０％、長さがせん断補強鉄筋２１の直径の１００％〜２５０％の形状を有する円筒体を準備して、これを、せん断補強鉄筋２１の先端部にかぶせ、この周りを半分の円環を２つあわせたグリッパを用いて周囲から押しつぶすことにより、あるいは、鉄筋のスクイズ・ジョイントに用いるような円筒体を絞り込む（スクイズする）ようにして、円筒体を塑性変形させてせん断補強鉄筋２１と一体にすることにより製造してもよい。
【００３６】
また、図４（ｂ）に示す先端突起２２ｂのように、せん断補強鉄筋２１としてネジ筋鉄筋を用いて、先端部にロックナットをねじ込み、せん断補強鉄筋２１とロックナットとのがたつきを取り除くためにダブルナットとするか、ナット内部の隙間にエポキシ樹脂のような充填材を注入する方法のいずれかにより、先端突起２２ｂとして、幅がせん断補強鉄筋の直径の１３０％〜２００％、長さがせん断補強鉄筋の直径の１００％〜２５０％となるように、製造することもできる。
【００３７】
また、図４（ｃ）に示す先端突起２２ｃのように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜２００％の円形鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１の先端部に摩擦圧接Ａすることにより製造してもよい。また、図４（ｄ）や図４（ｅ）に示すように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜２００％の多角形鋼製プレートや、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の３０％〜８０％、長軸がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜２００％の楕円形（小判型や円の側部を切り落としたような形状も含む）鋼製プレートから製造してもよい。このようにすると、補強部材挿入孔１０との間に隙間が形成されることになるので補強部材挿入孔１０に充填材３０を充填した後にせん断補強部材２０を補強部材挿入孔１０に挿入する場合に、充填材３０による挿入抵抗を低減し、且つ、先端突起２２ｄ，２２ｅの後方に空気を残さないで挿入することができる。
【００３８】
また、前記円形鋼製プレート、多角形鋼製プレート、楕円形鋼製プレートに孔ｈを設けることで、充填材３０による挿入抵抗を低減し、且つ、先端突起２２ｆの後方に空気を残すことなくせん断補強部材２０を挿入することができる構成としてもよい（図４（ｆ）参照）。さらに、図４（ｇ）に示すように、先端突起２２ｇのせん断補強鉄筋と接合した面と反対側の面を凸状の球面形状にすることにより、挿入抵抗を低減する構成としてもよい。
ここで、先端突起２２の形成方法は限定されるものではなく、摩擦圧接接合、ガス圧接接合、アーク溶接接合等、その一体化が可能であればよい。
【００３９】
プレートヘッド２３は、図３に示すように、厚さがせん断補強鉄筋２１の直径の４０％〜８０％、幅がせん断補強鉄筋２１の直径の１３０％〜３００％の四角形状の鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１の基端部に一体に固定されてなる。プレートヘッド２３のせん断補強鉄筋２１への固定は、摩擦圧接機械を用いて、固定したせん断補強鉄筋２１に回転させた鋼製プレートを押し付けることにより、回転する鋼製プレートに所定の圧力で摩擦熱を発生させて、鋼製プレートをせん断補強鉄筋２１に溶着（摩擦圧接Ａ）させることにより簡易に行うことができる。
なお、プレートヘッド２３とせん断補強鉄筋２１との接合方法は、摩擦圧接Ａに限定されるものではなく、ガス圧接接合、アーク溶接接合等、その一体化が可能であればよい。また、プレートヘッド２３の形状は、四角形に限定されるものではなく、円形、楕円形、多角形等でもよい。
【００４０】
ここで、せん断補強部材２０の構成は、前記の構成に限定されるものではなく、例えば、図１（ｂ）に示すせん断補強構造１’のように、せん断補強鉄筋２１の基端部にも先端部に形成された先端突起２２と同様に基端突起２３’を形成する構成としてもよい。
また、側壁Ｗに加わるせん断力に対して、十分な引き抜き力を発現することが可能であれば、図１（ｃ）に示すせん断補強構造１”のように、先端部及び基端部のいずれにも定着部材を形成しないせん断補強鉄筋２１を配置する構成としてもよい。
【００４１】
充填材３０には、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下の骨材と粒子径０．０１〜０．５μｍの活性度の高いポゾラン系反応粒子であるシリカヒュームと粒子径０．１〜１５μｍの活性度の低いポゾラン反応粒子である高炉スラグあるいはフライアッシュと，少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、直径が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍで長さが８ｍｍ〜１６ｍｍの繊維を、セメント系マトリックスの容積に対して１％〜４％程度混入してなる繊維補強セメント系混合材料（以下「高強度繊維充填材３０」と称する）が使用されており、圧縮強度が２００Ｎ／ｍｍ2、曲げ引張強度が４０Ｎ／ｍｍ2、異形鉄筋に対する付着強度が６０〜８０Ｎ／ｍｍ2となり、剛性の高い定着効果が実現されている。
【００４２】
本発明のせん断補強構造１は、図５に示すように面外のせん断力Ｓが作用した時に発生する斜めひび割れｃに対して、直接的にせん断補強部材２０で補強してせん断耐力を向上させるものである。
つまり、面外のせん断力Ｓが側壁Ｗに作用すると斜めひび割れｃが発生しようとするが、せん断補強部材２０に引張力が働くために、両端部の先端突起２２やプレートヘッド２３に引き抜き力ｆｔが作用する。先端突起２２とプレートヘッド２３は、先端拡幅部１３及び基端拡幅部１２に充填された超高強度の高強度繊維充填材３０により、先端拡幅部１３及び基端拡幅部１２と一体となり、引き抜き力ｆｔにたいして十分な拘束効果を果たす。このために、先端突起２２及びプレートヘッド２３の内側にあるコンクリート（以下「内部コンクリート」という）には、その反力として内部コンクリートに支圧力が作用して、圧縮応力ｆｃの場が形成される。つまり、内部コンクリートは横拘束を受けて、斜め引張に対して、抵抗力を増大する結果となる。このために、端部にそれぞれ先端突起２２とプレートヘッド２３の付いたせん断補強部材２０と先端拡幅部１３及び基端拡幅部１２により側壁Ｗの面外せん断耐力が増大するとともに、内部コンクリートに圧縮応力ｆｃが発生する（圧縮応力場が形成される）ことによる靱性性能の増大も図られることになる。
【００４３】
本実施形態に係るせん断補強構造１による補強を行った場合に、補強部材挿入孔１０に先端拡幅部１３と基端拡幅部１２が存在することから、せん断補強部材２０の定着効果が増大することになる。この定着効果を調べるために、拡幅部を端部に有する補強部材挿入孔１０によりせん断補強部材２０の引き抜き実験を行った結果と、端部に拡幅部を有していない補強部材挿入孔１０によりせん断補強部材２０の引き抜き実験（以下「比較例」という）を行った結果を、それぞれ図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。
【００４４】
図６（ａ）では、拡幅部を有した補強部材挿入孔１０に、それぞれ、高強度繊維充填材３０を５０ｍｍ（Ｃ−５０）、８０ｍｍ（Ｃ−８０）、１１０ｍｍ（Ｃ−１１０）の深さで充填して、せん断補強部材２０を挿入した試験体について引き抜き実験を行ったグラフであり、縦軸に引張荷重、横軸に引き抜け変位が示されている。また、図６（ｂ）では、拡幅部を有していない補強部材挿入孔１０に、それぞれ、高強度繊維充填材３０を５０ｍｍ（Ｂ−５０）、１００ｍｍ（Ｂ−１００）、１５０ｍｍ（Ｂ−１５０）の深さで充填して、せん断補強部材２０を挿入した試験体について引き抜き実験を行ったグラフであり、縦軸に引張荷重、横軸に引き抜け変位が示されている。
【００４５】
両者の結果を比較すると、充填材３０の深さが同じ５０ｍｍの場合でも、拡幅部を設けたほうが優れた定着効果が得られることが示されている。また、拡幅部を有した構成であれば、充填材３０の深さを８０ｍｍとすれば、比較例の充填材３０の深さが１５０ｍｍの場合と略同様の定着効果を得ることが可能となり、その定着効果が大きいことが示されている。したがって、補強部材挿入孔の端部に拡幅部を設けることにより、せん断補強部材と拡幅部とが一体となって、引張力に抵抗することが実証され、壁厚が薄い場合でも、優れた定着効果を得ることが可能なため、面材又は版材の面外せん断耐力が増大するとともに、内部コンクリートに圧縮応力が発生することによる靱性性能の増大も図られるため好適である。
【００４６】
ここで、本実施形態に係るせん断補強構造１の構築は、補強部材挿入孔１０を側壁Ｗに穿孔した後、一般部１１及び先端拡幅部１３への充填材３０の充填を行い、補強部材挿入孔１０にせん断補強部材２０を挿入して、基端拡幅部１２に充填材３０を充填することにより行う。なお、一般部１１及び先端拡幅部１３への充填材３０の充填と、補強部材挿入孔１０へのせん断補強部材２０の挿入の順序は限定されるものではなく、せん断補強部材２０を補強部材挿入孔１０に挿入した後、充填材３０を充填する構成としてもよい。この場合において、充填材３０の一般部１１及び先端拡幅部１３への充填は、プレートヘッド２３に注入孔を形成し、この注入孔から注入することにより行えばよい。
【００４７】
以上のように、本発明のせん断補強構造１は、既設のＲＣ造面版材のコンクリート厚さを増加させることなく、直接的にせん断補強部材２０がＲＣ造面版材内部に埋設されているため、せん断耐力と靱性性能の増大を効率的に実現できることから、従来の鉄筋コンクリート増厚工法等のように、補強後に内空断面が減少してしまうといった不都合が生じることを防止することができる。加えて、主鉄筋を増加させることがないことから、曲げ耐力を増加させることなく、面外せん断耐力を向上させることができるので、せん断先行破壊型の可能性があるＲＣ構造体を曲げ先行破壊型に移行することができる。このため、耐震補強の観点からも有効である。
【００４８】
また、せん断補強部材を挿入するための削孔径は、先端突起の外径より若干大きければよく、削孔径が小さいため、急速施工が可能であり、作業効率がよい。
【００４９】
また、高強度繊維充填材は、せん断補強部材と一体となり、補強部材挿入孔の両端の拡幅部において剛性の高い定着効果を実現する。そのため、補強部材挿入孔の両端の拡幅部とせん断補強部材との固定度が高く、せん断補強部材の定着の効果を十分に発揮できる。
【００５０】
また、せん断補強鉄筋の基端部に設けられているプレートヘッド及び先端部に設けられている先端突起は、充分な定着効果が得られるとともに、面外せん断力が発生するとせん断補強鉄筋に引張力が作用するために、プレートヘッド又は先端突起及びプレートヘッドに支圧力が働き、内部コンクリートには圧縮応力場が形成されるため、せん断に対して内部コンクリート自身のせん断抵抗力が増大して効果的なせん断補強となる。
【００５１】
さらに、補強部材挿入孔は、充填材により外部と遮断されるので、補強後の耐久性の観点で劣化の抑制を期待できる。
【００５２】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前記の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることは言うまでもない。
特に、本発明のせん断補強構造の対象とするＲＣ構造体は、前記実施形態に限られず、その他の地下構造物や壁式橋脚、橋脚基礎のフーチング等の構造であってもよい。
【００５３】
また、補強対象である既設ＲＣ構造体は、ＲＣ造であればよく、現場打ち鉄筋コンクリート構造体や、プレキャストコンクリート構造体等その種類は問わないとともに、補強を行う部位についても限定されず、底版等にも適用可能である。
また、せん断補強部材の挿入間隔・挿入数は、前記実施形態に限られず、適宜に定めることができる。
また、前記実施形態では補強部材挿入孔の拡幅部を先端部と基端部との両端に設ける構成としたが、基端部のみに設ける構成としてもよい。
【００５４】
また、前記実施形態において、せん断補強部材の先端に設けられる先端突起が、補強部材挿入孔への挿入の際にせん断補強部材の先端で空気を巻き込むことがないように、鋭角に形成されていてもよい。
また、前記実施形態では、補強部材挿入孔全体に高強度繊維充填材を充填する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば、先端拡幅部及び基端拡幅部のみに高強度繊維充填材を充填し、一般部は、普通強度の充填材を充填する構成としてもよい。
また、補強部材挿入孔として有底のものとしたが、例えばボックスカルバート等の中壁の補強であれば、中壁を貫通する構成としてもよい。
【００５５】
また、充填材を構成する骨材及びポゾラン系反応粒子の配合は、前記実施の形態で記載したものに限定されるものではなく、骨材は、最大粒径が２．５ｍｍ以下、ポゾラン系反応粒子は、粒子径が０．０１〜１５μｍの範囲内であればよい。
また、充填材にシリカヒュームを混合する構成としたが、ポゾラン系反応粒子は、シリカヒュームに限定されるものではない。
また、充填材が、所定の圧縮強度（２００Ｎ／ｍｍ2）、所定の曲げ引張強度（４０Ｎ／ｍｍ2）、所定の異形鉄筋との付着強度（６０〜８０Ｎ／ｍｍ2）を発現可能であれば、例えばエポキシ樹脂等を使用してもよく、前記実施形態のものに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施の形態に係るせん断補強構造を示す断面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はその変形例である。
【図２】（ａ）は、せん断補強構造の配置関係を示す概略断面図であり、（ｂ）は補強部材挿入孔の拡大断面図である。
【図３】本実施の形態に係るせん断補強部材の全体斜視図である。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は、本実施の形態に係るせん断補強部材の先端突起の変形例を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態に係るせん断補強構造にせん断力が作用した場合の応力状態を示す側断面図である。
【図６】本発明のせん断補強構造の定着効果を調べるために引き抜き実験を行った結果であり、（ａ）は拡幅部を有している場合、（ｂ）は拡幅部を有していない場合を示している。
【符号の説明】
【００５７】
１ せん断補強構造
１０ 補強部材挿入孔
１１ 一般部
１２ 基端拡幅部
１３ 先端拡幅部
２０ せん断補強部材
２１ せん断補強鉄筋（線材）
２２ 先端突起（先端定着部材）
２３ プレートヘッド（基端定着部材）
３０ 高強度繊維充填材（充填材）
Ｇ 地盤
Ｓ せん断力
Ｗ 側壁（鉄筋コンクリート構造物）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された補強部材挿入孔の内部に配設される線材を主体としたせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断補強構造であって、
前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記一般部よりも大きい内径を有する基端拡幅部と、から構成されていることを特徴とする、せん断補強構造。
【請求項２】
前記補強部材挿入孔の先端部には、前記一般部よりも大きい内径を有する先端拡幅部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のせん断補強構造。
【請求項３】
前記充填材の前記線材が異形鉄筋の場合に、その付着強度が、６０Ｎ／ｍｍ2以上であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のせん断補強構造。
【請求項４】
前記せん断補強部材が、前記線材であるせん断補強鉄筋と、前記せん断補強鉄筋の基端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい基端定着部材と、前記せん断補強鉄筋の先端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい先端定着部材と、から構成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のせん断補強構造。
【請求項５】
前記充填材が、セメント系マトリックスに繊維が混合された、繊維補強セメント系混合材料であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のせん断補強構造。
【請求項６】
前記繊維補強セメント系混合材料が、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下の骨材と粒子径が０．０１〜１５μｍのポゾラン系反応粒子と少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、
直径が０．０５乃至０．３ｍｍで長さが８乃至１６ｍｍの繊維を、前記セメント系混合体の容積に対して１乃至４％程度混入してなることを特徴とする、請求項５に記載のせん断補強構造。
【請求項１】
既設の鉄筋コンクリート構造物と、この鉄筋コンクリート構造物に形成された補強部材挿入孔の内部に配設される線材を主体としたせん断補強部材と、前記補強部材挿入孔に充填される充填材と、からなるせん断補強構造であって、
前記補強部材挿入孔が、前記線材の直径よりも大きい内径の一般部と、前記補強部材挿入孔の基端部に形成されて、前記一般部よりも大きい内径を有する基端拡幅部と、から構成されていることを特徴とする、せん断補強構造。
【請求項２】
前記補強部材挿入孔の先端部には、前記一般部よりも大きい内径を有する先端拡幅部が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のせん断補強構造。
【請求項３】
前記充填材の前記線材が異形鉄筋の場合に、その付着強度が、６０Ｎ／ｍｍ2以上であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のせん断補強構造。
【請求項４】
前記せん断補強部材が、前記線材であるせん断補強鉄筋と、前記せん断補強鉄筋の基端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい基端定着部材と、前記せん断補強鉄筋の先端部に形成されて前記せん断補強鉄筋の鉄筋径よりも断面形状が大きい先端定着部材と、から構成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のせん断補強構造。
【請求項５】
前記充填材が、セメント系マトリックスに繊維が混合された、繊維補強セメント系混合材料であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載のせん断補強構造。
【請求項６】
前記繊維補強セメント系混合材料が、セメントと最大粒径が２．５ｍｍ以下の骨材と粒子径が０．０１〜１５μｍのポゾラン系反応粒子と少なくとも１種類の分散材と水とを混合して得られるセメント系マトリックスに、
直径が０．０５乃至０．３ｍｍで長さが８乃至１６ｍｍの繊維を、前記セメント系混合体の容積に対して１乃至４％程度混入してなることを特徴とする、請求項５に記載のせん断補強構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−５７２８９（Ｐ２００６−５７２８９Ａ）
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２３８７６３（Ｐ２００４−２３８７６３）
【出願日】平成１６年８月１８日（２００４．８．１８）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２日（２００６．３．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月１８日（２００４．８．１８）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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