コンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法
【課題】高いせん断剛性を確保することができるコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法を提供する。
【解決手段】既存コンクリート１０とこれに打ち継がれる新設コンクリート１２との間の打継面の構造１００であって、既存コンクリート表面１０ａに設けられる逆錐形状の凹部１４と、この凹部１４を介して一端１６ａを既存コンクリート１０に埋め込み、他端１６ｂを新設コンクリート１２に埋め込んだアンカー筋１６とからなる。
【解決手段】既存コンクリート１０とこれに打ち継がれる新設コンクリート１２との間の打継面の構造１００であって、既存コンクリート表面１０ａに設けられる逆錐形状の凹部１４と、この凹部１４を介して一端１６ａを既存コンクリート１０に埋め込み、他端１６ｂを新設コンクリート１２に埋め込んだアンカー筋１６とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートの間のコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐震改修工事等において、既存コンクリートとこれに打ち継がれる後打ちの新設コンクリートの一体性を確保するために、新設コンクリートの打設前に打継面処理をすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。一般的な打継面処理としては、図１２に示すように、あと施工アンカー筋等１を既存コンクリート２に埋設施工することが挙げられる。打継面のせん断剛性やせん断耐力は、アンカー筋のダボ効果や摩擦力等によって発揮される。
【０００３】
また、この他の打継面の構造として、図１３に示すように、打設直後のコンクリート２の表面に図示しない空気袋等によって凹部３を形成して、この凹部３の底部から突出部材４を突出させる構造が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。また、図１４に示すように、既存コンクリート２の表面に設けた凹部５に、環状凸部６を有する定着部材７やアンカーボルト８を配置した構造が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６３９５６号公報
【特許文献２】特開平７−１８０３５２号公報
【特許文献３】特開平７−１８０３５３号公報
【特許文献４】特開２０１０−５９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の図１２等の従来の打継面において、一旦せん断すべりが発生すると、あと施工アンカー筋等のダボ効果によってこのすべりはある程度抑制されるものの、見かけのせん断剛性が確保しにくいという構造上の問題があった。この見かけのせん断剛性はすべり量で規定されるが、打継面の固着力（付着力）については制御が難しいことから設計的には考慮しないのが通常であり、この見かけのせん断剛性の定量的評価が難しいという側面もあった。
【０００６】
また、コンクリート間の一体性を確保するために、既存コンクリートの打継面をチッピング等により目荒らしするのが一般的であるが、このチッピング等の衝撃により既存コンクリートにひび割れが発生して強度低下を起こしたり、施工中に固体振動音や騒音が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高いせん断剛性を確保することができるコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法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】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係るコンクリート打継面の構造は、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係るコンクリート打継面の構造の施工方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を施工する方法であって、先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、以下の関係式によりせん断耐力を求めることを特徴とする。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
【００１２】
また、本発明の請求項５に係るコンクリート打継面の構造の設計方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項６に係るコンクリート打継面の構造の設計方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計することを特徴とする。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るコンクリート打継面の構造によれば、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなるので、凹部への新設コンクリートの打設を確実に行える上に、打継面のせん断力を効率的に伝達でき、高いせん断剛性を確保することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法によれば、先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成するので、少ない工程で簡単に穿孔作業を行えるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めるので、この打継面の構造のせん断耐力を評価することができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、以下の関係式によりせん断耐力を求める。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
この関係式を利用することで、打継面の構造のせん断耐力を簡便かつ迅速に得ることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計するので、この打継面の構造のアンカー筋の長さを設計することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計する。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
この関係式を利用することで、打継面の構造諸元を簡便かつ迅速に設計することができるという効果を奏する。また、この関係式に様々な値を代入することで複数の設計案を比較検討することもできる。このため、打継面の構造諸元の最適化設計を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係るコンクリート打継面の構造の実施例を示す側断面図である。
【図２】図２は、本発明に係るコンクリート打継面の構造の実施例を示す平断面図である。
【図３】図３は、打継面における作用力の状態を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法の実施例を示す図である。
【図５】図５は、打継面における作用反力および寸法を示す図である。
【図６】図６は、凹部（シアコッタ）内の支圧応力作用領域を示す図である。
【図７】図７は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース１）である。
【図８】図８は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース２）である。
【図９】図９は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース３）である。
【図１０】図１０は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース４）である。
【図１１】図１１は、アンカー筋の埋め込み長さおよびせん断耐力の評価式の精度を検証した図である。
【図１２】図１２は、従来のコンクリート打継面の構造を例示する断面図である。
【図１３】図１３は、従来のコンクリート打継面の構造を例示する断面図である。
【図１４】図１４は、従来のコンクリート打継面の構造を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係るコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
［コンクリート打継面の構造］
まず、本発明に係るコンクリート打継面の構造の実施の形態について図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、本発明に係るコンクリート打継面の構造１００は、既存コンクリート１０とこれに打ち継がれる新設コンクリート１２との間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面１０ａ（以下、打継面ということがある。）に設けた逆錐形状の凹部１４と、この凹部１４を介して下端１６ａを既存コンクリート１０に埋め込み、上端１６ｂを新設コンクリート１２に埋め込んだあと施工アンカー筋１６とからなる。
【００２４】
凹部１４は、底面１４ａとテーパー面１４ｂとを有しており、底面１４ａに穿孔した孔にアンカー筋１６が埋め込まれる。テーパー面１４ｂのテーパー角度αは、３０〜６０°程度の傾斜角とすることができる。このように、シアキーとなる凹部１４を逆錐形状に形成することで、後打ちの新設コンクリートの材料が充填され易くなり、その打設を確実に行うことができ、また、打継面のせん断伝達を効率的に行うことができる。
【００２５】
アンカー筋１６の上端１６ｂ側には、ナット１８のような定着金物を装着することができる。この定着金物の装着位置は、打継面１０ａよりも高い位置（新設コンクリート１２側）にする。こうすることで、図３に示すように、打継面１０ａに作用するせん断力による支圧力Ｐの鉛直成分Ｐｖをアンカー筋１６に負担させ易くする。
【００２６】
この打継面の構造１００においては、凹部１４とアンカー筋１６とによってせん断すべりがほとんど発生しないことから、打継面１０ａにおけるせん断剛性（初期剛性）は、母材（コンクリート）のせん断剛性とほぼ同程度となる。
【００２７】
このように、本発明のコンクリート打継面の構造１００によれば、凹部１４への新設コンクリートの打設を確実に行える上に、打継面１０ａのせん断力を効率的に伝達でき、高いせん断剛性を確保することができる。
【００２８】
なお、この打継面１０ａにおけるせん断耐力は、後打ちの新設コンクリート１２が凹部１４に入り込んで形成されるコーン状のシアキーの支配面積、深さ、アンカー筋１６の引抜耐力等によって、従来の設計方法で評価することが可能である。
【００２９】
［施工方法］
次に、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法の実施の形態について図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明のコンクリート打継面の構造の施工方法は、先端に穿孔用の切削刃２０ａを有するとともに外周に円錐台形状の切削刃２０ｂを有するドリル２０で既存コンクリート表面１０ａを穿孔する。これにより、図４（ｃ）に示すように、既存コンクリート１０に、アンカー筋を埋め込むための孔２２と逆錐形状の凹部１４とを同時に形成する。なお、既存コンクリート表面１０ａ（打継面）においては、目荒らし等の面処理を行う必要はない。
【００３１】
続いて、この孔２２にアンカー筋を挿入配置し、このアンカー筋と既存コンクリート１０との間の隙間に接着剤を充填する。なお、アンカー筋の上端側にはナット等の定着金物を装着しておく。最後に、既設コンクリート表面１０ａ上に新設コンクリート１２を打設する。以上の施工手順により、図１に示すような打継面の構造１００が得られる。
【００３２】
このため、本発明の施工方法によれば、円錐台形状の切削刃２０ｂを有するドリル２０を用いて逆錐形状の凹部１４を形成することができるので、凹部１４を単独で形成するといった余計な工程が生じない。したがって、少ない工程で簡単に穿孔作業を行える。
【００３３】
なお、このように凹部１４と孔２２を同時穿孔する代わりに、孔２２の穿孔を先行実施して、凹部１４の穿孔については、この孔２２の穿孔完了後に別途実施するようにしても構わない。
【００３４】
上記のコンクリート打継面の構造および施工方法の実施の形態においては、打継面１０ａが水平面である場合について説明したが、水平面のほか、既存コンクリート１０と新設コンクリート１２との境界面であれば鉛直面であってもよいし、水平に対して傾斜した面であっても構わない。
【００３５】
［せん断耐力評価方法］
次に、本発明に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法の実施の形態について説明する。
【００３６】
本発明のコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法は、第一ステップと第二ステップとからなる。
第一ステップは、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力Ｑｕ（後述のｑｕ１）を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さｈｓｔに応じて求めるものである。
【００３７】
第二ステップは、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力Ｑｕ（後述のｑｕ２）を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求めるものである。
【００３８】
そして、第一ステップおよび第二ステップで求めたせん断耐力ｑｕ１、ｑｕ２のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求める。これにより、この打継面の構造のせん断耐力を評価することができる。
【００３９】
以下に、このせん断耐力評価方法の手順について、図５および図６を参照しながらより具体的に説明する。
図５は、打継面における作用反力および寸法を示した図であり、図６は、凹部（シアコッタ）内の支圧応力作用領域を示した図である。
【００４０】
図５中の寸法等を表す記号については、それぞれ以下を示している。
ｄ０：凹部の底面の直径
ｄｐ：凹部の深さ
ｄｅ：Ｒｂの作用位置（アンカー筋中心からの水平距離）
【００４１】
ｈｓｔ：アンカーの突出長（新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さ）
ｄｓｔ：アンカー筋の径
Ｑｕ：せん断伝達力（Ｍｉｎ（ｑｕ１，ｑｕ２））
ｑｕ１：想定破壊面で破壊する場合のせん断耐力
ｑｕ２：支圧破壊する場合の耐力
Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）：Ｒａの作用位置（アンカー筋中心からの水平距離）
ｅ：Ｑｕの作用位置（想定破壊面からの鉛直距離）
【００４２】
本実施例では、このせん断耐力評価にあたり、以下のような仮定を行っている。
すなわち、摩擦はテーパー面のみに考慮し、新設コンクリートの破壊等による耐力ｑｕ１は想定破壊面の耐力を累加するものとする。支圧等による耐力ｑｕ２は力の釣り合いの式に基づき最小二乗法で求める。また、剛性については、高耐力となるものにおいて高剛性が確保できるものと仮定する。
【００４３】
（鉛直方向の力の釣り合い）
図５および図６において、鉛直方向の力の釣り合い式は次式（１）のようになる。
−Ｔ＋Ｒａ＋Ｒｂ・ｃｏｓα−Ｓｂ・ｓｉｎα＝０ ・・・（１）
ここに、Ｔ：凹部の底面に作用する支圧力
Ｒａ：凹部の底面の反力
Ｒｂ：テーパ面の支圧反力
Ｓｂ：テーパ面の摩擦力
α：テーパー角度
【００４４】
（モーメントの釣り合い）
また、モーメントの釣り合い式は次式（２）のようになる。
−ｑｓ・（ｅ＋ｄｐ）＋Ｒａ・Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）
＋Ｒｂ・｛ｄｅ・ｃｏｓα−（ｅ＋ｄｐ／２）・ｓｉｎα｝
−Ｓｂ・｛ｄｅ・ｓｉｎα＋（ｅ＋ｄｐ／２）・ｃｏｓα｝＝０ ・・・（２）
ここに、ｑｓはせん断力である。
また、Ｍｉｎは、引数のいずれか小さい方の値をとる演算子である。例えば、Ｍｉｎ（ｘ，ｙ）はｘ、ｙのいずれか小さい方の値をとる。
【００４５】
（各構成式と強度との関係式）
上記の式（１）および式（２）により、以下の式（３）〜式（５）が得られる。
Ｔ＝Ｒａ＋Ｒｂ・ｃｏｓα−Ｓｂ・ｓｉｎα≦Ａｓｔ・σｙ
≡（π・ｄｓｔ２／４）・σｙ ・・・（３）
【００４６】
ｑｓ＝｛Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）／（ｅ＋ｄｐ）｝・Ｒａ
＋［｛ｄｅ・ｃｏｓα−（ｅ＋ｄｐ／２）・ｓｉｎα｝／（ｅ＋ｄｐ）］・Ｒｂ
−［｛ｄｅ・ｓｉｎα＋（ｅ＋ｄｐ／２）・ｃｏｓα｝／（ｅ＋ｄｐ）］・Ｓｂ
≦０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ）
≡０．５（π・ｄｓｔ２／４）・√（σＢ・Ｅｃ） ・・・（４）
ここで、上記の式（４）の不等号の右辺０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ）は、凹部の影響を無視したせん断耐力（後述のＱｓｔ）である。
【００４７】
Ｓｂ≦μ・Ｒｂ＋Ｓ０， Ｒｂ≦αｐ・σＢ・Ｓ ・・・（５）
ただし、μ：摩擦係数（＝０．４）
αｐ：支圧強度係数（＝２．０）
Ｓ：凹部（シアコッタ）支圧有効面積
Ｓ０：付着力
Ａｓｔ：アンカー筋の断面積
σｙ：アンカー筋引張降伏強度
σＢ：既存コンクリートの圧縮強度
Ｅｃ：既存コンクリートの弾性係数
また、 Ｓ＝（π／４）・ｄｐ・（ｄ０＋ｄｐ・ｔａｎα）／ｃｏｓα ，
ｄｅ＝（８／３π）・（ｄ０／２＋ｄｐ・ｔａｎα）
【００４８】
（せん断伝達耐力評価式）
せん断伝達耐力Ｑｕを評価する式は、次式（６）のようになる。
Ｑｕ＝Ｍｉｎ（ｑｕ１，ｑｕ２） ・・・（６）
ここで、ｑｕ１については、アンカー筋の埋め込み長さｈｓｔの値で場合分けして算定する。
（ｉ）ｈｓｔ≦ｄｐの場合
ｑｕ１＝Ａｃ・τｃ
【００４９】
（ｉｉ）ｄｐ＜ｈｓｔ≦ｄｐ＋４・ｄｐの場合
ｑｕ１＝Ａｃ・τｃ＋｛０．５（π・ｄｓｔ２／４）・√（σＢ・Ｅｃ）｝
・｛（ｈｓｔ−ｄｐ）／（４・ｄｓｔ）｝
【００５０】
（ｉｉｉ）ｈｓｔ＞ｄｐ＋４・ｄｐの場合
ｑｕ１＝Ａｃ・τｃ＋０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ）
ただし、Ａｃ＝（π／４）・（ｄ０＋２・ｄｐ・ｔａｎα）２
Ａｃ：想定破壊面における断面積
τｃ：新設コンクリートのせん断強度
【００５１】
また、ｑｕ２＝ｑｓ＋Ｒｂ・ｓｉｎα＋Ｓｂ・ｃｏｓα
【００５２】
（支圧等によるせん断耐力評価方法）
次に、上記の式（３）〜（５）の条件より、次式（７）で表す目的関数Ｇの各要素が０以下となるように反力ベクトルＲを最小二乗法により求める。
Ｇ（Ｒ）＝Ｂ・Ｒ−ｆ ・・・（７）
ここで、
Ｂ＝（Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３）
Ｒ＝（Ｒａ Ｒｂ Ｓｂ）Ｔ
ｆ＝（Ａｓｔ・σｙ ０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ） Ｓ０ αｐ・σＢ・Ｓ）Ｔ
【００５３】
上記の行列要素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３については、以下に示すとおりである。
Ｂ１＝（１ ｑｓ１ ０ ０）Ｔ
Ｂ２＝（ｃｏｓα ｑｓ２ −μ １）Ｔ
Ｂ３＝（−ｓｉｎα ｑｓ３ ０ ０）Ｔ
ただし、
ｑｓ１＝Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）／（ｅ＋ｄｐ）
ｑｓ２＝｛ｄｅ・ｃｏｓα−（ｅ＋ｄｐ／２）・ｓｉｎα｝／（ｅ＋ｄｐ）
ｑｓ３＝−［｛ｄｅ・ｓｉｎα＋（ｅ＋ｄｐ／２）・ｃｏｓα｝／（ｅ＋ｄｐ）］
【００５４】
上記の式（７）より、次式（８）で示される残差の二乗総和Δを最小とする最適ベクトルＲｏｐｔを求め、各条件を満足する解を最終解Ｒａｎｓとする。
Δ＝Ｇ（Ｒ）Ｔ・Ｇ（Ｒ）＝［Ｂ・Ｒ−ｆ］Ｔ・［Ｂ・Ｒ−ｆ］ ・・・（８）
∴ Ｒｏｐｔ＝［ＢＴＢ］−１ＢＴ・ｆ ・・・（９）
上記の式（９）によって得られる最終解Ｒａｎｓに基づいて、式（３）および式（４）より、Ｔ、ｑｓを求めることができる。これにより、アンカー筋の埋め込み長さｈｓｔおよびテーパー角度αに応じてせん断耐力ｑｕ１、ｑｕ２、Ｑｕを算定することができる。
【００５５】
図７〜図１０に、上記の演算で求めたせん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図を例示する。これらの図はいずれも、ｅ＝１０ｍｍ、ｄ０＝１００ｍｍ、ｄｐ＝１０ｍｍ、ｄｓｔ＝φ１９ｍｍ、σｙ＝２３５Ｎ／ｍｍ２として計算を行ったものであり、既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比は各図で変えている。また、各図においては、αが３０°、４５°、６０°の場合を示しており、実線付のプロットはｑｕ１を、破線付のプロットはｑｕ２を示している。Ｑｕはｑｕ１とｑｕ２のいずれか小さいほうの値をとる。また併せて凹部の影響を無視したせん断耐力として０．５Ａｓｔ・√ｍｉｎ（σＢ・Ｅｃ）を破線で示してある。
【００５６】
ここで、図７のケース１は、既存コンクリート圧縮強度１３．５Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度２４Ｎ／ｍｍ２の場合である。
図８のケース２は、既存コンクリート圧縮強度１３．５Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ２の場合である。
図９のケース３は、既存コンクリート圧縮強度１３．５Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度３６Ｎ／ｍｍ２の場合である。
図１０のケース４は、既存コンクリート圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ２の場合である。
【００５７】
また、本発明のコンクリート打継面の構造１００のせん断耐力は、上記の実施の形態によるほか、以下の関係式（１０）によっても求めることができる。この関係式（１０）に、凹部の寸法、アンカー筋の径、コンクリートの強度等を入力すれば、コンクリート打継面の構造１００のせん断耐力Ｑｕを簡便かつ迅速に得ることができる。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］ ・・・（１０）
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
【００５８】
ここで、σＢ’＝σＢ０／σＢ１
（ただし、σＢ０：既存コンクリート強度、σＢ１：新設コンクリート強度）
ｄ０’＝ｄ０／ｄｓｔ
ｄｐ’＝ｄｐ／ｄｓｔ
Ｑｓｔの値としては、Ｑｓｔ＝０．５（π・ｄｓｔ２／４）・√（σＢ・Ｅｃを用いることができる。
【００５９】
また、σｙ＝２９５Ｎ／ｍｍ２、ｅ＝１０ｍｍの条件で計算する場合には、係数β１〜β４、γ１〜γ５は、β１＝０．９、β２＝１．７４、β３＝−１．５４、β４＝０．８９、γ１＝１．３３、γ２＝−０．３１、γ３＝０．０８、γ４＝０．６０、γ５＝−０．００９の値を用いることができる。
【００６０】
この場合、せん断強度を高めるためには、（１）σＢ１を大きくすること、（２）ｄｐを大きくすること、（３）ｄ０を大きくすること、（４）αを小さくすることがこの順序で効果的である。
【００６１】
なお、上記の関係式（１０）は、図１１に示すプロットの近似式（図中の破線の式Ｙ＝０．９・Ｘ）として得たものである（相関係数Ｒ２＝０．８９２）。各プロットは上記の式（１）〜式（９）の算出過程に基づき以下の条件のもと求めている。このことから、β１〜β４、γ１〜γ５については、上記の数値のほか、計算条件によって異なる近似式が得られた場合にはその係数値を用いることができる。
【００６２】
（プロットの計算条件）
σＢ０：１３．５、１８、２１Ｎ／ｍｍ２
σＢ１：２４、３０、３６Ｎ／ｍｍ２
ｄ０：φ７５、φ１００、φ１２５ｍｍ
ｄｐ：５、１０、２０ｍｍ
ｄｓｔ：φ１９、φ２２ｍｍ
α：７５、４５、３０°
【００６３】
［設計方法］
次に、本発明に係るコンクリート打継面の構造の設計方法の実施の形態について説明する。
【００６４】
本発明のコンクリート打継面の構造の設計方法は、打継面の構造のせん断耐力を上記のせん断耐力評価方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計するものである。
【００６５】
この設計方法は、コンピュータによる設計装置として実現することも可能である。すなわち、この設計装置を、せん断耐力評価手段と設計手段とにより構成する。これら各手段はコンピュータを利用して演算処理を行う。せん断耐力評価手段は、打継面の構造のせん断耐力を上記のせん断耐力評価方法により求める処理を行う。設計手段は、このせん断耐力評価手段で求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計する処理を行う。
【００６６】
この設計装置によれば、打継面の構造諸元（凹部の寸法、アンカー筋の径等）を入力して、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さなどの他の構造諸元を求めることができる。
【００６７】
例えば、せん断耐力評価手段が図７のような関係図を作成し、設計手段がこの図から０．５Ａｓｔ・√ｍｉｎ（σＢ・Ｅｃ）を超える最小のアンカー筋の埋め込み長さｈｓｔを読み取るようにしてもよい。この図７においては、α＝３０°の場合、ｈｓｔ＝４５ｍｍ程度以上に設計すればよいことが判る。
【００６８】
また、本発明のコンクリート打継面の構造１００の設計方法においては、上記の実施の形態によるほか、以下の関係式（１１）によっても、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計することができる。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
・・・（１１）
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
【００６９】
ここで、ｈｓｔ’＝ｈｓｔ／ｄｓｔ
σＢ’＝σＢ０／σＢ１
（ただし、σＢ０：既存コンクリート強度、σＢ１：新設コンクリート強度）
ｄ０’＝ｄ０／ｄｓｔ
ｄｐ’＝ｄｐ／ｄｓｔ
【００７０】
また、σｙ＝２９５Ｎ／ｍｍ２、ｅ＝１０ｍｍの条件で計算する場合には、係数δ１〜δ６については、δ１＝１．１、δ２＝１．４２、δ３＝２．７７、δ４＝−０．２４、δ５＝０．４６、δ６＝０．００９の値を用いることができる。
【００７１】
この場合、アンカー筋の埋め込み長さを短くするには、（１）σＢ１を大きくすること、（２）ｄｐを小さくすること、（３）ｄ０を大きくすること、（４）αを小さくすることがこの順序で効果的である。
【００７２】
なお、上記の関係式（１１）は、図１１に示すプロットの近似式（図中の実線の式Ｙ＝１．１・Ｘ）として得たものである（相関係数Ｒ２＝０．９３６）。各プロットは上記の式（１）〜式（９）の算出過程に基づき上述の条件のもと求めている。このことから、δ１〜δ６については、上記の数値のほか、計算条件によって異なる近似式が得られた場合にはその係数値を用いることができる。
【００７３】
上記の関係式（１１）を利用することで、打継面の構造諸元を簡便かつ迅速に設計することができる。また、この関係式に様々な値を代入することで複数の設計案を比較検討することもできる。このため、打継面の構造諸元の最適化設計を容易に行うことができる。
【００７４】
以上説明したように、本発明に係るコンクリート打継面の構造によれば、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなるので、凹部への新設コンクリートの打設を確実に行える上に、打継面のせん断力を効率的に伝達でき、高いせん断剛性を確保することができる。
【００７５】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法によれば、先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成するので、少ない工程で簡単に穿孔作業を行える。
【００７６】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めるので、この打継面の構造のせん断耐力を評価することができる。
【００７７】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、以下の関係式によりせん断耐力を求める。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
この関係式を利用することで、打継面の構造のせん断耐力を簡便かつ迅速に得ることができる。
【００７８】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計するので、この打継面の構造のアンカー筋の長さを設計することができる。
【００７９】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計する。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
この関係式を利用することで、打継面の構造諸元を簡便かつ迅速に設計することができる。また、この関係式に様々な値を代入することで複数の設計案を比較検討することもできる。このため、打継面の構造諸元の最適化設計を容易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明に係るコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法は、耐震改修工事等において、既存コンクリートと後打ちの新設コンクリートの一体性を確保するのに有用であり、特に、高いせん断剛性を確保するのに適している。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 既存コンクリート
１２ 新設コンクリート
１４ 凹部
１４ａ 底面
１４ｂ テーパー面
１６ アンカー筋
１６ａ 下端（一端）
１６ｂ 上端（他端）
１８ ナット
２０ ドリル
２０ａ 穿孔用の切削刃
２０ｂ 円錐台形状の切削刃
２２ 孔
α テーパー角度
１０ａ 打継面（既存コンクリート表面）
１００ コンクリート打継面の構造
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートの間のコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、耐震改修工事等において、既存コンクリートとこれに打ち継がれる後打ちの新設コンクリートの一体性を確保するために、新設コンクリートの打設前に打継面処理をすることが知られている（例えば、特許文献１参照）。一般的な打継面処理としては、図１２に示すように、あと施工アンカー筋等１を既存コンクリート２に埋設施工することが挙げられる。打継面のせん断剛性やせん断耐力は、アンカー筋のダボ効果や摩擦力等によって発揮される。
【０００３】
また、この他の打継面の構造として、図１３に示すように、打設直後のコンクリート２の表面に図示しない空気袋等によって凹部３を形成して、この凹部３の底部から突出部材４を突出させる構造が知られている（例えば、特許文献２、３参照）。また、図１４に示すように、既存コンクリート２の表面に設けた凹部５に、環状凸部６を有する定着部材７やアンカーボルト８を配置した構造が知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２６３９５６号公報
【特許文献２】特開平７−１８０３５２号公報
【特許文献３】特開平７−１８０３５３号公報
【特許文献４】特開２０１０−５９７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の図１２等の従来の打継面において、一旦せん断すべりが発生すると、あと施工アンカー筋等のダボ効果によってこのすべりはある程度抑制されるものの、見かけのせん断剛性が確保しにくいという構造上の問題があった。この見かけのせん断剛性はすべり量で規定されるが、打継面の固着力（付着力）については制御が難しいことから設計的には考慮しないのが通常であり、この見かけのせん断剛性の定量的評価が難しいという側面もあった。
【０００６】
また、コンクリート間の一体性を確保するために、既存コンクリートの打継面をチッピング等により目荒らしするのが一般的であるが、このチッピング等の衝撃により既存コンクリートにひび割れが発生して強度低下を起こしたり、施工中に固体振動音や騒音が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高いせん断剛性を確保することができるコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法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】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係るコンクリート打継面の構造は、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２に係るコンクリート打継面の構造の施工方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を施工する方法であって、先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項３に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項４に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、以下の関係式によりせん断耐力を求めることを特徴とする。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
【００１２】
また、本発明の請求項５に係るコンクリート打継面の構造の設計方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項６に係るコンクリート打継面の構造の設計方法は、上述した請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計することを特徴とする。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るコンクリート打継面の構造によれば、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなるので、凹部への新設コンクリートの打設を確実に行える上に、打継面のせん断力を効率的に伝達でき、高いせん断剛性を確保することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法によれば、先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成するので、少ない工程で簡単に穿孔作業を行えるという効果を奏する。
【００１６】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めるので、この打継面の構造のせん断耐力を評価することができるという効果を奏する。
【００１７】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、以下の関係式によりせん断耐力を求める。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
この関係式を利用することで、打継面の構造のせん断耐力を簡便かつ迅速に得ることができるという効果を奏する。
【００１８】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計するので、この打継面の構造のアンカー筋の長さを設計することができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計する。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
この関係式を利用することで、打継面の構造諸元を簡便かつ迅速に設計することができるという効果を奏する。また、この関係式に様々な値を代入することで複数の設計案を比較検討することもできる。このため、打継面の構造諸元の最適化設計を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係るコンクリート打継面の構造の実施例を示す側断面図である。
【図２】図２は、本発明に係るコンクリート打継面の構造の実施例を示す平断面図である。
【図３】図３は、打継面における作用力の状態を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法の実施例を示す図である。
【図５】図５は、打継面における作用反力および寸法を示す図である。
【図６】図６は、凹部（シアコッタ）内の支圧応力作用領域を示す図である。
【図７】図７は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース１）である。
【図８】図８は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース２）である。
【図９】図９は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース３）である。
【図１０】図１０は、せん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図（ケース４）である。
【図１１】図１１は、アンカー筋の埋め込み長さおよびせん断耐力の評価式の精度を検証した図である。
【図１２】図１２は、従来のコンクリート打継面の構造を例示する断面図である。
【図１３】図１３は、従来のコンクリート打継面の構造を例示する断面図である。
【図１４】図１４は、従来のコンクリート打継面の構造を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係るコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
［コンクリート打継面の構造］
まず、本発明に係るコンクリート打継面の構造の実施の形態について図１〜図３を参照しながら説明する。
【００２３】
図１および図２に示すように、本発明に係るコンクリート打継面の構造１００は、既存コンクリート１０とこれに打ち継がれる新設コンクリート１２との間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面１０ａ（以下、打継面ということがある。）に設けた逆錐形状の凹部１４と、この凹部１４を介して下端１６ａを既存コンクリート１０に埋め込み、上端１６ｂを新設コンクリート１２に埋め込んだあと施工アンカー筋１６とからなる。
【００２４】
凹部１４は、底面１４ａとテーパー面１４ｂとを有しており、底面１４ａに穿孔した孔にアンカー筋１６が埋め込まれる。テーパー面１４ｂのテーパー角度αは、３０〜６０°程度の傾斜角とすることができる。このように、シアキーとなる凹部１４を逆錐形状に形成することで、後打ちの新設コンクリートの材料が充填され易くなり、その打設を確実に行うことができ、また、打継面のせん断伝達を効率的に行うことができる。
【００２５】
アンカー筋１６の上端１６ｂ側には、ナット１８のような定着金物を装着することができる。この定着金物の装着位置は、打継面１０ａよりも高い位置（新設コンクリート１２側）にする。こうすることで、図３に示すように、打継面１０ａに作用するせん断力による支圧力Ｐの鉛直成分Ｐｖをアンカー筋１６に負担させ易くする。
【００２６】
この打継面の構造１００においては、凹部１４とアンカー筋１６とによってせん断すべりがほとんど発生しないことから、打継面１０ａにおけるせん断剛性（初期剛性）は、母材（コンクリート）のせん断剛性とほぼ同程度となる。
【００２７】
このように、本発明のコンクリート打継面の構造１００によれば、凹部１４への新設コンクリートの打設を確実に行える上に、打継面１０ａのせん断力を効率的に伝達でき、高いせん断剛性を確保することができる。
【００２８】
なお、この打継面１０ａにおけるせん断耐力は、後打ちの新設コンクリート１２が凹部１４に入り込んで形成されるコーン状のシアキーの支配面積、深さ、アンカー筋１６の引抜耐力等によって、従来の設計方法で評価することが可能である。
【００２９】
［施工方法］
次に、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法の実施の形態について図４を参照しながら説明する。
【００３０】
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明のコンクリート打継面の構造の施工方法は、先端に穿孔用の切削刃２０ａを有するとともに外周に円錐台形状の切削刃２０ｂを有するドリル２０で既存コンクリート表面１０ａを穿孔する。これにより、図４（ｃ）に示すように、既存コンクリート１０に、アンカー筋を埋め込むための孔２２と逆錐形状の凹部１４とを同時に形成する。なお、既存コンクリート表面１０ａ（打継面）においては、目荒らし等の面処理を行う必要はない。
【００３１】
続いて、この孔２２にアンカー筋を挿入配置し、このアンカー筋と既存コンクリート１０との間の隙間に接着剤を充填する。なお、アンカー筋の上端側にはナット等の定着金物を装着しておく。最後に、既設コンクリート表面１０ａ上に新設コンクリート１２を打設する。以上の施工手順により、図１に示すような打継面の構造１００が得られる。
【００３２】
このため、本発明の施工方法によれば、円錐台形状の切削刃２０ｂを有するドリル２０を用いて逆錐形状の凹部１４を形成することができるので、凹部１４を単独で形成するといった余計な工程が生じない。したがって、少ない工程で簡単に穿孔作業を行える。
【００３３】
なお、このように凹部１４と孔２２を同時穿孔する代わりに、孔２２の穿孔を先行実施して、凹部１４の穿孔については、この孔２２の穿孔完了後に別途実施するようにしても構わない。
【００３４】
上記のコンクリート打継面の構造および施工方法の実施の形態においては、打継面１０ａが水平面である場合について説明したが、水平面のほか、既存コンクリート１０と新設コンクリート１２との境界面であれば鉛直面であってもよいし、水平に対して傾斜した面であっても構わない。
【００３５】
［せん断耐力評価方法］
次に、本発明に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法の実施の形態について説明する。
【００３６】
本発明のコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法は、第一ステップと第二ステップとからなる。
第一ステップは、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力Ｑｕ（後述のｑｕ１）を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さｈｓｔに応じて求めるものである。
【００３７】
第二ステップは、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力Ｑｕ（後述のｑｕ２）を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求めるものである。
【００３８】
そして、第一ステップおよび第二ステップで求めたせん断耐力ｑｕ１、ｑｕ２のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求める。これにより、この打継面の構造のせん断耐力を評価することができる。
【００３９】
以下に、このせん断耐力評価方法の手順について、図５および図６を参照しながらより具体的に説明する。
図５は、打継面における作用反力および寸法を示した図であり、図６は、凹部（シアコッタ）内の支圧応力作用領域を示した図である。
【００４０】
図５中の寸法等を表す記号については、それぞれ以下を示している。
ｄ０：凹部の底面の直径
ｄｐ：凹部の深さ
ｄｅ：Ｒｂの作用位置（アンカー筋中心からの水平距離）
【００４１】
ｈｓｔ：アンカーの突出長（新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さ）
ｄｓｔ：アンカー筋の径
Ｑｕ：せん断伝達力（Ｍｉｎ（ｑｕ１，ｑｕ２））
ｑｕ１：想定破壊面で破壊する場合のせん断耐力
ｑｕ２：支圧破壊する場合の耐力
Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）：Ｒａの作用位置（アンカー筋中心からの水平距離）
ｅ：Ｑｕの作用位置（想定破壊面からの鉛直距離）
【００４２】
本実施例では、このせん断耐力評価にあたり、以下のような仮定を行っている。
すなわち、摩擦はテーパー面のみに考慮し、新設コンクリートの破壊等による耐力ｑｕ１は想定破壊面の耐力を累加するものとする。支圧等による耐力ｑｕ２は力の釣り合いの式に基づき最小二乗法で求める。また、剛性については、高耐力となるものにおいて高剛性が確保できるものと仮定する。
【００４３】
（鉛直方向の力の釣り合い）
図５および図６において、鉛直方向の力の釣り合い式は次式（１）のようになる。
−Ｔ＋Ｒａ＋Ｒｂ・ｃｏｓα−Ｓｂ・ｓｉｎα＝０ ・・・（１）
ここに、Ｔ：凹部の底面に作用する支圧力
Ｒａ：凹部の底面の反力
Ｒｂ：テーパ面の支圧反力
Ｓｂ：テーパ面の摩擦力
α：テーパー角度
【００４４】
（モーメントの釣り合い）
また、モーメントの釣り合い式は次式（２）のようになる。
−ｑｓ・（ｅ＋ｄｐ）＋Ｒａ・Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）
＋Ｒｂ・｛ｄｅ・ｃｏｓα−（ｅ＋ｄｐ／２）・ｓｉｎα｝
−Ｓｂ・｛ｄｅ・ｓｉｎα＋（ｅ＋ｄｐ／２）・ｃｏｓα｝＝０ ・・・（２）
ここに、ｑｓはせん断力である。
また、Ｍｉｎは、引数のいずれか小さい方の値をとる演算子である。例えば、Ｍｉｎ（ｘ，ｙ）はｘ、ｙのいずれか小さい方の値をとる。
【００４５】
（各構成式と強度との関係式）
上記の式（１）および式（２）により、以下の式（３）〜式（５）が得られる。
Ｔ＝Ｒａ＋Ｒｂ・ｃｏｓα−Ｓｂ・ｓｉｎα≦Ａｓｔ・σｙ
≡（π・ｄｓｔ２／４）・σｙ ・・・（３）
【００４６】
ｑｓ＝｛Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）／（ｅ＋ｄｐ）｝・Ｒａ
＋［｛ｄｅ・ｃｏｓα−（ｅ＋ｄｐ／２）・ｓｉｎα｝／（ｅ＋ｄｐ）］・Ｒｂ
−［｛ｄｅ・ｓｉｎα＋（ｅ＋ｄｐ／２）・ｃｏｓα｝／（ｅ＋ｄｐ）］・Ｓｂ
≦０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ）
≡０．５（π・ｄｓｔ２／４）・√（σＢ・Ｅｃ） ・・・（４）
ここで、上記の式（４）の不等号の右辺０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ）は、凹部の影響を無視したせん断耐力（後述のＱｓｔ）である。
【００４７】
Ｓｂ≦μ・Ｒｂ＋Ｓ０， Ｒｂ≦αｐ・σＢ・Ｓ ・・・（５）
ただし、μ：摩擦係数（＝０．４）
αｐ：支圧強度係数（＝２．０）
Ｓ：凹部（シアコッタ）支圧有効面積
Ｓ０：付着力
Ａｓｔ：アンカー筋の断面積
σｙ：アンカー筋引張降伏強度
σＢ：既存コンクリートの圧縮強度
Ｅｃ：既存コンクリートの弾性係数
また、 Ｓ＝（π／４）・ｄｐ・（ｄ０＋ｄｐ・ｔａｎα）／ｃｏｓα ，
ｄｅ＝（８／３π）・（ｄ０／２＋ｄｐ・ｔａｎα）
【００４８】
（せん断伝達耐力評価式）
せん断伝達耐力Ｑｕを評価する式は、次式（６）のようになる。
Ｑｕ＝Ｍｉｎ（ｑｕ１，ｑｕ２） ・・・（６）
ここで、ｑｕ１については、アンカー筋の埋め込み長さｈｓｔの値で場合分けして算定する。
（ｉ）ｈｓｔ≦ｄｐの場合
ｑｕ１＝Ａｃ・τｃ
【００４９】
（ｉｉ）ｄｐ＜ｈｓｔ≦ｄｐ＋４・ｄｐの場合
ｑｕ１＝Ａｃ・τｃ＋｛０．５（π・ｄｓｔ２／４）・√（σＢ・Ｅｃ）｝
・｛（ｈｓｔ−ｄｐ）／（４・ｄｓｔ）｝
【００５０】
（ｉｉｉ）ｈｓｔ＞ｄｐ＋４・ｄｐの場合
ｑｕ１＝Ａｃ・τｃ＋０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ）
ただし、Ａｃ＝（π／４）・（ｄ０＋２・ｄｐ・ｔａｎα）２
Ａｃ：想定破壊面における断面積
τｃ：新設コンクリートのせん断強度
【００５１】
また、ｑｕ２＝ｑｓ＋Ｒｂ・ｓｉｎα＋Ｓｂ・ｃｏｓα
【００５２】
（支圧等によるせん断耐力評価方法）
次に、上記の式（３）〜（５）の条件より、次式（７）で表す目的関数Ｇの各要素が０以下となるように反力ベクトルＲを最小二乗法により求める。
Ｇ（Ｒ）＝Ｂ・Ｒ−ｆ ・・・（７）
ここで、
Ｂ＝（Ｂ１ Ｂ２ Ｂ３）
Ｒ＝（Ｒａ Ｒｂ Ｓｂ）Ｔ
ｆ＝（Ａｓｔ・σｙ ０．５Ａｓｔ・√（σＢ・Ｅｃ） Ｓ０ αｐ・σＢ・Ｓ）Ｔ
【００５３】
上記の行列要素Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３については、以下に示すとおりである。
Ｂ１＝（１ ｑｓ１ ０ ０）Ｔ
Ｂ２＝（ｃｏｓα ｑｓ２ −μ １）Ｔ
Ｂ３＝（−ｓｉｎα ｑｓ３ ０ ０）Ｔ
ただし、
ｑｓ１＝Ｍｉｎ（ｄ０／２，ｈｓｔ／２）／（ｅ＋ｄｐ）
ｑｓ２＝｛ｄｅ・ｃｏｓα−（ｅ＋ｄｐ／２）・ｓｉｎα｝／（ｅ＋ｄｐ）
ｑｓ３＝−［｛ｄｅ・ｓｉｎα＋（ｅ＋ｄｐ／２）・ｃｏｓα｝／（ｅ＋ｄｐ）］
【００５４】
上記の式（７）より、次式（８）で示される残差の二乗総和Δを最小とする最適ベクトルＲｏｐｔを求め、各条件を満足する解を最終解Ｒａｎｓとする。
Δ＝Ｇ（Ｒ）Ｔ・Ｇ（Ｒ）＝［Ｂ・Ｒ−ｆ］Ｔ・［Ｂ・Ｒ−ｆ］ ・・・（８）
∴ Ｒｏｐｔ＝［ＢＴＢ］−１ＢＴ・ｆ ・・・（９）
上記の式（９）によって得られる最終解Ｒａｎｓに基づいて、式（３）および式（４）より、Ｔ、ｑｓを求めることができる。これにより、アンカー筋の埋め込み長さｈｓｔおよびテーパー角度αに応じてせん断耐力ｑｕ１、ｑｕ２、Ｑｕを算定することができる。
【００５５】
図７〜図１０に、上記の演算で求めたせん断耐力とアンカー筋の埋め込み長さの関係図を例示する。これらの図はいずれも、ｅ＝１０ｍｍ、ｄ０＝１００ｍｍ、ｄｐ＝１０ｍｍ、ｄｓｔ＝φ１９ｍｍ、σｙ＝２３５Ｎ／ｍｍ２として計算を行ったものであり、既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比は各図で変えている。また、各図においては、αが３０°、４５°、６０°の場合を示しており、実線付のプロットはｑｕ１を、破線付のプロットはｑｕ２を示している。Ｑｕはｑｕ１とｑｕ２のいずれか小さいほうの値をとる。また併せて凹部の影響を無視したせん断耐力として０．５Ａｓｔ・√ｍｉｎ（σＢ・Ｅｃ）を破線で示してある。
【００５６】
ここで、図７のケース１は、既存コンクリート圧縮強度１３．５Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度２４Ｎ／ｍｍ２の場合である。
図８のケース２は、既存コンクリート圧縮強度１３．５Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ２の場合である。
図９のケース３は、既存コンクリート圧縮強度１３．５Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度３６Ｎ／ｍｍ２の場合である。
図１０のケース４は、既存コンクリート圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ２、新設コンクリート圧縮強度３０Ｎ／ｍｍ２の場合である。
【００５７】
また、本発明のコンクリート打継面の構造１００のせん断耐力は、上記の実施の形態によるほか、以下の関係式（１０）によっても求めることができる。この関係式（１０）に、凹部の寸法、アンカー筋の径、コンクリートの強度等を入力すれば、コンクリート打継面の構造１００のせん断耐力Ｑｕを簡便かつ迅速に得ることができる。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］ ・・・（１０）
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
【００５８】
ここで、σＢ’＝σＢ０／σＢ１
（ただし、σＢ０：既存コンクリート強度、σＢ１：新設コンクリート強度）
ｄ０’＝ｄ０／ｄｓｔ
ｄｐ’＝ｄｐ／ｄｓｔ
Ｑｓｔの値としては、Ｑｓｔ＝０．５（π・ｄｓｔ２／４）・√（σＢ・Ｅｃを用いることができる。
【００５９】
また、σｙ＝２９５Ｎ／ｍｍ２、ｅ＝１０ｍｍの条件で計算する場合には、係数β１〜β４、γ１〜γ５は、β１＝０．９、β２＝１．７４、β３＝−１．５４、β４＝０．８９、γ１＝１．３３、γ２＝−０．３１、γ３＝０．０８、γ４＝０．６０、γ５＝−０．００９の値を用いることができる。
【００６０】
この場合、せん断強度を高めるためには、（１）σＢ１を大きくすること、（２）ｄｐを大きくすること、（３）ｄ０を大きくすること、（４）αを小さくすることがこの順序で効果的である。
【００６１】
なお、上記の関係式（１０）は、図１１に示すプロットの近似式（図中の破線の式Ｙ＝０．９・Ｘ）として得たものである（相関係数Ｒ２＝０．８９２）。各プロットは上記の式（１）〜式（９）の算出過程に基づき以下の条件のもと求めている。このことから、β１〜β４、γ１〜γ５については、上記の数値のほか、計算条件によって異なる近似式が得られた場合にはその係数値を用いることができる。
【００６２】
（プロットの計算条件）
σＢ０：１３．５、１８、２１Ｎ／ｍｍ２
σＢ１：２４、３０、３６Ｎ／ｍｍ２
ｄ０：φ７５、φ１００、φ１２５ｍｍ
ｄｐ：５、１０、２０ｍｍ
ｄｓｔ：φ１９、φ２２ｍｍ
α：７５、４５、３０°
【００６３】
［設計方法］
次に、本発明に係るコンクリート打継面の構造の設計方法の実施の形態について説明する。
【００６４】
本発明のコンクリート打継面の構造の設計方法は、打継面の構造のせん断耐力を上記のせん断耐力評価方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計するものである。
【００６５】
この設計方法は、コンピュータによる設計装置として実現することも可能である。すなわち、この設計装置を、せん断耐力評価手段と設計手段とにより構成する。これら各手段はコンピュータを利用して演算処理を行う。せん断耐力評価手段は、打継面の構造のせん断耐力を上記のせん断耐力評価方法により求める処理を行う。設計手段は、このせん断耐力評価手段で求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計する処理を行う。
【００６６】
この設計装置によれば、打継面の構造諸元（凹部の寸法、アンカー筋の径等）を入力して、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さなどの他の構造諸元を求めることができる。
【００６７】
例えば、せん断耐力評価手段が図７のような関係図を作成し、設計手段がこの図から０．５Ａｓｔ・√ｍｉｎ（σＢ・Ｅｃ）を超える最小のアンカー筋の埋め込み長さｈｓｔを読み取るようにしてもよい。この図７においては、α＝３０°の場合、ｈｓｔ＝４５ｍｍ程度以上に設計すればよいことが判る。
【００６８】
また、本発明のコンクリート打継面の構造１００の設計方法においては、上記の実施の形態によるほか、以下の関係式（１１）によっても、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計することができる。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
・・・（１１）
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
【００６９】
ここで、ｈｓｔ’＝ｈｓｔ／ｄｓｔ
σＢ’＝σＢ０／σＢ１
（ただし、σＢ０：既存コンクリート強度、σＢ１：新設コンクリート強度）
ｄ０’＝ｄ０／ｄｓｔ
ｄｐ’＝ｄｐ／ｄｓｔ
【００７０】
また、σｙ＝２９５Ｎ／ｍｍ２、ｅ＝１０ｍｍの条件で計算する場合には、係数δ１〜δ６については、δ１＝１．１、δ２＝１．４２、δ３＝２．７７、δ４＝−０．２４、δ５＝０．４６、δ６＝０．００９の値を用いることができる。
【００７１】
この場合、アンカー筋の埋め込み長さを短くするには、（１）σＢ１を大きくすること、（２）ｄｐを小さくすること、（３）ｄ０を大きくすること、（４）αを小さくすることがこの順序で効果的である。
【００７２】
なお、上記の関係式（１１）は、図１１に示すプロットの近似式（図中の実線の式Ｙ＝１．１・Ｘ）として得たものである（相関係数Ｒ２＝０．９３６）。各プロットは上記の式（１）〜式（９）の算出過程に基づき上述の条件のもと求めている。このことから、δ１〜δ６については、上記の数値のほか、計算条件によって異なる近似式が得られた場合にはその係数値を用いることができる。
【００７３】
上記の関係式（１１）を利用することで、打継面の構造諸元を簡便かつ迅速に設計することができる。また、この関係式に様々な値を代入することで複数の設計案を比較検討することもできる。このため、打継面の構造諸元の最適化設計を容易に行うことができる。
【００７４】
以上説明したように、本発明に係るコンクリート打継面の構造によれば、既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなるので、凹部への新設コンクリートの打設を確実に行える上に、打継面のせん断力を効率的に伝達でき、高いせん断剛性を確保することができる。
【００７５】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の施工方法によれば、先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成するので、少ない工程で簡単に穿孔作業を行える。
【００７６】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めるので、この打継面の構造のせん断耐力を評価することができる。
【００７７】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法によれば、以下の関係式によりせん断耐力を求める。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
この関係式を利用することで、打継面の構造のせん断耐力を簡便かつ迅速に得ることができる。
【００７８】
また、本発明に係るコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計するので、この打継面の構造のアンカー筋の長さを設計することができる。
【００７９】
また、本発明に係る他のコンクリート打継面の構造の設計方法によれば、以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計する。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
この関係式を利用することで、打継面の構造諸元を簡便かつ迅速に設計することができる。また、この関係式に様々な値を代入することで複数の設計案を比較検討することもできる。このため、打継面の構造諸元の最適化設計を容易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
以上のように、本発明に係るコンクリート打継面の構造、この構造の施工方法、せん断耐力評価方法および設計方法は、耐震改修工事等において、既存コンクリートと後打ちの新設コンクリートの一体性を確保するのに有用であり、特に、高いせん断剛性を確保するのに適している。
【符号の説明】
【００８１】
１０ 既存コンクリート
１２ 新設コンクリート
１４ 凹部
１４ａ 底面
１４ｂ テーパー面
１６ アンカー筋
１６ａ 下端（一端）
１６ｂ 上端（他端）
１８ ナット
２０ ドリル
２０ａ 穿孔用の切削刃
２０ｂ 円錐台形状の切削刃
２２ 孔
α テーパー角度
１０ａ 打継面（既存コンクリート表面）
１００ コンクリート打継面の構造
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなることを特徴とするコンクリート打継面の構造。
【請求項２】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を施工する方法であって、
先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成することを特徴とするコンクリート打継面の構造の施工方法。
【請求項３】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、
打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、
打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、
第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めることを特徴とするコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法。
【請求項４】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、以下の関係式によりせん断耐力を求めることを特徴とするコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
【請求項５】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、
打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計することを特徴とするコンクリート打継面の構造の設計方法。
【請求項６】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、
以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計することを特徴とするコンクリート打継面の構造の設計方法。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
【請求項１】
既存コンクリートとこれに打ち継がれる新設コンクリートとの間の打継面の構造であって、既存コンクリート表面に設けた逆錐形状の凹部と、この凹部を介して一端を既存コンクリートに埋め込み、他端を新設コンクリートに埋め込んだアンカー筋とからなることを特徴とするコンクリート打継面の構造。
【請求項２】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を施工する方法であって、
先端に穿孔用の切削刃を有するとともに外周に円錐台形状の切削刃を有するドリルで既存コンクリート表面を穿孔することにより、アンカー筋を埋め込むための孔と逆錐形状の凹部とを同時に形成することを特徴とするコンクリート打継面の構造の施工方法。
【請求項３】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、
打継面の構造が新設コンクリート側に想定した想定破壊面でせん断破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さに応じて求める第一ステップと、
打継面の構造が支圧破壊すると仮定した場合のせん断耐力を、打継面における力の釣り合い式に基づいて最小二乗法で求める第二ステップとを有し、
第一ステップおよび第二ステップにより求められたせん断耐力のうちいずれか小さい方のせん断耐力を求めることを特徴とするコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法。
【請求項４】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造のせん断耐力を評価する方法であって、以下の関係式によりせん断耐力を求めることを特徴とするコンクリート打継面の構造のせん断耐力評価方法。
Ｑｕ／Ｑｓｔ＝β１・［β２＋β３・Ｑ＋β４・Ｑ２］
ただし、Ｑ＝γ１＋γ２・σＢ’＋γ３・ｄ０’＋γ４・ｄｐ’＋γ５・α
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
β１〜β４：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
γ１〜γ５：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
Ｑｓｔ：凹部の影響を無視したせん断耐力
Ｑｕ：せん断耐力
【請求項５】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、
打継面の構造のせん断耐力を請求項３または４に記載の方法により求め、この求めたせん断耐力に基づいて新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さを設計することを特徴とするコンクリート打継面の構造の設計方法。
【請求項６】
請求項１に記載のコンクリート打継面の構造を設計する方法であって、
以下の関係式により新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さおよび径、凹部の寸法、新設コンクリートの強度を設計することを特徴とするコンクリート打継面の構造の設計方法。
ｈｓｔ’＝δ１・［δ２＋δ３・σＢ’＋δ４・ｄ０’＋δ５・ｄｐ’＋δ６・α］
ただし、ｈｓｔ’：新設コンクリートへのアンカー筋の埋め込み長さと径の比
σＢ’：既存コンクリートと新設コンクリートの圧縮強度比
ｄ０’：凹部の底面の径とアンカー筋の径の比
ｄｐ’：凹部の深さとアンカー筋の径の比
α：凹部のテーパー角
δ１〜δ６：打継面における力の釣り合い式に基づいて決定される係数
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２０２１３４（Ｐ２０１２−２０２１３４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６８２５４（Ｐ２０１１−６８２５４）
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２５日（２０１１．３．２５）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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