ロックボルト構造体及びその引張耐力試験方法
【課題】繊維強化樹脂製のロックボルト構造体の引張耐力を破損することなく容易に試験することができるロックボルト構造体の引張耐力試験方法を提供する。
【解決手段】本ロックボルト構造体１は、外周面に螺旋状の山部２２を具備するロックボルト２と、ロックボルトに螺合するナット３と、ロックボルトに挿通されるプレートと、４を備え、ナットは、ロックボルトがねじ込まれる螺合孔３１と、螺合孔と同一軸であり且つ螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面３２１を具備し、プレートに挿入される挿入部３２とを備え、プレートは、ロックボルトを挿通し、且つナットの挿入部が挿入され且つテーパ面と接するテーパ形状の挿通孔４２を備えることを特徴とする。本ロックボルト構造体は施工後も施工面から著しく突出することがなく、作業時に引っ掛かる等の問題が生じない。
【解決手段】本ロックボルト構造体１は、外周面に螺旋状の山部２２を具備するロックボルト２と、ロックボルトに螺合するナット３と、ロックボルトに挿通されるプレートと、４を備え、ナットは、ロックボルトがねじ込まれる螺合孔３１と、螺合孔と同一軸であり且つ螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面３２１を具備し、プレートに挿入される挿入部３２とを備え、プレートは、ロックボルトを挿通し、且つナットの挿入部が挿入され且つテーパ面と接するテーパ形状の挿通孔４２を備えることを特徴とする。本ロックボルト構造体は施工後も施工面から著しく突出することがなく、作業時に引っ掛かる等の問題が生じない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁面や法面等の施工面の補強に用いられるロックボルト構造体及びその引張耐力試験方法に関する。更に詳しくは、本発明は、繊維強化樹脂製であり、鋼製ロックボルトと同様の取扱いによる施工が可能であって、且つ施工後も十分な引張耐力を備え、施工面から著しく突出することがなく作業性に優れるロックボルト構造体に関する。また、繊維強化樹脂製のロックボルト構造体の引張耐力を破損することなく容易に試験することができるロックボルト構造体の引張耐力試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネル、ダム及び護岸等の壁面や法面等の施工面の開削工事及び補修工事をするために、支保部材であるロックボルトを用いて補強する新オーストリアトンネルメソッド（ＮＡＴＭともいう）等の施工方法が知られている。このような施工方法は図７に例示するように、外周面がねじ切りされた棒状のロックボルト９２を施工面８に埋め込み、次いで、岩盤等から露出するロックボルト９２の頭部に貫通孔を設けられているプレート９４を通し、その後、該頭部にナット９３を締め付けてプレート９４を固定する。
このようなロックボルト９２、ナット９３及びプレート９４からなるロックボルト構造体９１は、通常全て鋼材からなり、プレート９４に１８０ｋＮ程度の引張力が加わっても、各部材９２、９３、９４が破損することがない。
【０００３】
しかし、鋼材からなるロックボルト構造体は、経年劣化並びに、火山及び温泉地帯等の酸性土壌等に起因する腐食が生じて、引張強度が減少したり破損したりすることで支保機能が欠如することがある。
また、ロックボルト構造体が設けられているまま施工面を掘削する場合は、掘削刃がロックボルト構造体と接触して大きく摩耗する。更に、ロックボルト構造体は鋼製であるため重量物であり、運搬時や施工時の作業性が悪い。また、鋼材を製造する際のＣＯ２排出量が多いため地球温暖化を促進させる一因となる。
【０００４】
上記問題を解決するために、鋼材の代わりにガラス繊維強化樹脂（ＧＲＰ、ＧＦＲＰともいう）を用いたロックボルトが提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。このようなＧＲＰロックボルトは、棒状体の周面に螺旋状の凸部を設けた螺合可能な形状であり、鋼製ロックボルトと同様に用いることができる。また、鋼製ロックボルトと比較して腐食しにくく、上記掘削刃に接触しても掘削刃を摩耗させることなく切断可能であり、且つ製造時のＣＯ２排出量が少ないため地球温暖化の促進抑制を図ることができるという特長を備える。更に、絶縁体であるためロックボルトを介して誘導電流及び迷走電流が流れたり、ノイズ等が伝達されたりすることがなく、これらに起因する障害を起こすことがない。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２１７６２８号公報
【特許文献２】特開平１１−２８０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＧＲＰロックボルトは、断面方向の圧縮、曲げ及びせん断等の強度が鋼製ロックボルトよりも脆弱であり、ナットの軸長を大幅に長くしないと十分な強度が得られなかった。このため、ナット軸長が鋼製ロックボルトより大幅に長いために、施工後の施工面から著しく突出し、作業時に頻繁に引っ掛かる等の作業性に支障が生じる等利用が難しい問題があった。また、吹付けコンクリート面に施工する場合は、二次覆工時に施工する防水シートで覆うことがあるが、ナット等が防水シートに接触して破損するため好ましくない。
【０００７】
更に、鋼製ロックボルトの引張耐力の測定は、鋼製ロックボルトの両端をそれぞれ把持した状態で固定するチャックを用いて把持し、各チャックが離れるように引っ張ることで測定している。しかし、ＧＲＰロックボルトは、把持に対して脆弱であるため適切な引張強度の測定ができなかった。このため、ＧＲＰロックボルトの端とチャックとを接着固定する等、煩雑であり且つ再利用ができない作業を行っていた。
【０００８】
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、繊維強化樹脂製であり、鋼製ロックボルトと同様の取扱いによる施工が可能であって、且つ施工後も十分な引張耐力を備え、施工面から大きく突出することがなく作業性に優れるロックボルト構造体を提供することを目的とする。また、繊維強化樹脂製のロックボルト構造体の引張耐力を破損することなく容易に試験することができるロックボルト構造体の引張耐力試験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】
【０００９】
本発明は以下通りである。
１．外周面に螺旋状の山部を具備するロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、を備えるロックボルト構造体であって、上記ロックボルトは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ナットは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトがねじ込まれる螺合孔と、該螺合孔と同一軸であり且つ該螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面を具備し、上記プレートに挿入される挿入部とを備え、上記プレートは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトを挿通し、且つ上記ナットの上記挿入部が挿入され且つ上記テーパ面と接するテーパ形状の挿通孔を備えることを特徴とするロックボルト構造体。
２．上記プレートは、板状のプレート本体と、該プレート本体の中央部に形成され、上記ナット側に盛り上がり、且つ中心に上記挿通孔を具備する把持部とを備える上記１．記載のロックボルト構造体。
３．上記ナットの挿入部は、上記先端側から上記ロックボルトの軸方向に沿って切り込まれているスリットを備える上記２．記載のロックボルト構造体。
４．上記ロックボルトは、上記熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状の長繊維状繊維物の表面に、糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げ、該締め上げた糸状繊維物部が螺旋状の凹状溝部を形成させ且つ隣合う該凹状溝部の間隔の間が凸状の上記山部を形成させ、その後該熱硬化性樹脂を硬化させて作製される上記３．記載のロックボルト構造体。
５．上記長繊維状繊維物がガラス繊維である上記４．記載のロックボルト構造体。
６．上記プレート及び上記ナットはガラス繊維強化樹脂製である上記３．乃至上記５．のいずれかに記載のロックボルト構造体。
７．引張耐力が１８０ｋＮ以上である上記３．乃至６のいずれかに記載のロックボルト構造体。
８．上記ロックボルトは、中実体又は中空体である上記３．乃至７のいずれかに記載のロックボルト構造体。
９．繊維強化樹脂製のロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、からなるロックボルト構造体のロックボルト構造体引張耐力試験方法であって、上記ロックボルトを挿通する挿通孔を備え且つ上記プレートより大きな装着板、並びに該装着板に設けられる引張部材を具備するプレート支持治具と、上記ロックボルト構造体のロックボルトと螺合する螺合孔を備えるロックボルト支持治具とを備え、試験対象のロックボルト構造体のロックボルトを上記プレート支持治具に挿通し、且つ上記ロックボルト支持治具と螺合させ、次いで、上記プレート支持治具及び上記ロックボルト支持治具を把持して引張り、該引張りにより上記ロックボルト構造体が破損したときの引張力を引張耐力とすることを特徴とするロックボルト構造体引張耐力試験方法。
１０．上記ロックボルト構造体は上記１．乃至８のいずれかに記載のロックボルト構造体である上記８．記載のロックボルト構造体引張耐力試験方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のロックボルト構造体によれば、構造体に組み立てたロックボルト、ナット及びプレートが繊維強化樹脂であるため、鋼製ロックボルトと比較して腐食しにくく、上記掘削刃に接触しても掘削刃を摩耗させることなく切断可能であり、且つ製造時のＣＯ２排出量が少ないため地球温暖化の促進抑制を図ることができる。更に、絶縁体であるためロックボルトを介して誘導電流及び迷走電流が流れたり、ノイズ等が伝達されたりすることがなく、これらに起因する障害を起こすことがない。
また、鋼製ロックボルトと同様に、プレート及びナットを用いた施工方法を用いることができる。更に、ナットの挿入部がプレートの挿通孔に挿入可能であるためナットがロックボルトを把持する長さを長くしても、ナット全体の長さが鋼製のロックボルト構造体と比べて多少長い程度の長さにすることができるため、施工後も施工面から著しく突出することがなく、作業時に引っ掛かる等の作業性の問題が生じない。
【００１１】
また、プレートがプレート本体と把持部とを備える場合は、プレートの全体の厚みを増すことがなく、必要な強度を備えることができるため、運搬、保管及び施工時に取り扱いやすくすることができる。
更に、ナットの挿入部にスリットを備える場合は、挿入部の先端側がしなりやすくなるため、ナットの挿入部をプレートに挿入したときに先端側がロックボルト側に押しつけられて、ナットとロックボルトとが接触する面積をより増すことができるため、より短い軸長で把持してもナット及びロックボルトの一部分に力が集中して破損することなく強固にロックボルトを把持することができる。
また、ロックボルトが棒状長繊維状繊維に糸状繊維物を巻き付けて山部を形成して作製される場合は、支保部材に必要な引張耐力を得ることができる。
更に、棒状長繊維状繊維がガラス繊維である場合は、より強固な引張耐力を得ることができる。
また、プレート及びナットがガラス繊維強化樹脂製である場合は、強固な引張耐力を得ることができる。
更に、引張耐力が１８０ｋＮ以上である場合は、通常の鋼製ロックボルト構造体と同様の強度を備え、鋼製ロックボルト構造体と同様の用途に適用することが容易となる。
また、ロックボルトが、中実体又は中空体である場合は、本ロックボルト構造体を中実体である通常の鋼製ロックボルトと同様の施工を行うことができるし、薬液を注入する施工方法に中空体のロックボルトを用いたロックボルト構造体を用いることができる。
【００１２】
本ロックボルト構造体引張耐力試験方法によれば、把持強度が鋼製よりも脆弱である繊維強化樹脂製のロックボルトであっても、施工後の状態により近い状態で試験することができ、必要な引張耐力を試験することができる。また、従来のロックボルトのみの引張耐力試験方法とは異なり、ロックボルト構造体として試験を行うため、より施工後の実体に近い条件で必要な引張耐力を試験することができる。
【００１３】
更に、試験対象のロックボルト構造体が本発明のロックボルト構造体である場合は、試験によって破損することなく引張耐力を試験することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜６を参照しながら本発明のロックボルト構造体及びその引張耐力試験方法を詳しく説明する。
１．ロックボルト構造体
本発明のロックボルト構造体は、ロックボルトと、ロックボルトに螺合するナットと、ロックボルトに挿通されるプレートと、を組み上げてなることを特徴とする。また、ロックボルト、ナット及びプレートは、熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製である。
上記「熱硬化性樹脂」は、繊維強化樹脂に用いられるものであれば任意に選択することができ、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド樹脂及びフェノール樹脂等を挙げることができる。また、上記「繊維強化樹脂」に用いる繊維も任意に選択することができ、例えば、ガラス繊維、炭素繊維及びケプラー繊維等を挙げることができる。
【００１５】
上記「ロックボルト」の形状は、図２に例示するように、雄ネジとして用いることができる螺旋状の山部２２が周面に設けられており、ナットと螺合可能な棒状体であれば特に問わない。特に鋼製ロックボルトと同じピッチの山部とした場合は、ナットを回すとき等において鋼製ロックボルトと同じ施工性が得られるため好ましくすることができる。また、ロックボルトの先端形状は用途に応じて任意に選択でき、例えば鋭端形（例えば図２に例示する先端２１を参照。）及び平坦等を挙げることができる。また、薬剤等を注入したり地下水を流出させたりするための孔等を設けることができる。更に、ロックボルトは、中実体及び中空体のいずれであってもよい。特に中空体の場合は、中空の部分に薬液を満たして先端に設けた孔から地中に放出させることができる。また、棒状及び鍔状等の任意形状の突起、並びに任意形状の孔を具備していてもよい。
ロックボルトの直径は、任意に選択することができる。この例として鋼製ロックボルトの直径と同じ２２ｍｍ及び２５ｍｍを挙げることができる。
【００１６】
ロックボルトの製造方法は特に問わず、通常知られている構造を選択することができる。この一例として、熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状の長繊維状繊維物の表面に、糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げ、締め上げた糸状繊維物部が螺旋状の凹状溝部を形成させ且つ隣合う凹状溝部の間隔の間が凸状の山部を形成させ、その後熱硬化性樹脂を硬化させて作製することを挙げることができる。
上記「棒状の長繊維状繊維物」は、熱硬化性樹脂により棒状に硬化した長繊維の繊維物である。この長繊維は、上記の繊維強化樹脂として挙げた繊維を任意に選択することができる。このうち、ガラス繊維が特に好ましい。
上記「糸状繊維物」は、長繊維状繊維物に巻き付けて締め上げることによって凹状の溝部と凸状の山部とを形成するために用いられる繊維であり、例えば、ビニロン、テトロン、ケプラー、ナイロン、ガラスヤーン及びガラスロービング等を例示することができる。
【００１７】
上記「ナット」の形状は、ロックボルトと螺合する螺合孔と、螺合孔と同一の軸線状であり且つ螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面を具備し、プレートの挿通孔に挿入可能な略円筒形状の挿入部を備えていればよく、レンチ等の工具で回すための面、棒状及び鍔状等の任意形状の突起、並びに任意形状の孔等を具備していてもよい。また、挿入部の長さは、ロックボルト構造体に構成したときにプレートに全て挿入される長さであってもよいし、一部がプレートから露出する長さであってもよい。
このようなテーパ面の挿入部は、プレートの挿通孔に挿入されて嵌め込まれているときに、挿入孔のテーパにより軸心側に押しつけられ、ロックボルトの把持をより強固にする。
挿入部のテーパの角度、即ち図３（ａ）に例示する螺合孔３１の軸線方向に対する傾斜度θは、任意に選択することができ、例えば１０〜２０°（特に好ましくは１１〜１９°、更に好ましくは１２〜１８°）とすることができる。このような範囲の傾斜度θとすることによって、ロックボルト構造体が破損することがなく強固に把持することができる。
【００１８】
更に、ナットの挿入部は、図３に例示するように、先端側からロックボルトの軸方向に沿って切り込まれたスリット３２２を備えることができる。スリット数は、１つのみでもよいし、２以上でもよい。またスリットの数が２以上の場合は、周面に沿って等間隔に設けることができる。
ナットの螺合孔の長さは、施工時及び施工後ロックボルト及びナットが破損しない程度の力で把持可能な長さとすることができる。このような長さとして、３０〜１００ｍｍ（特に好ましくは４０〜９０ｍｍ、より好ましくは４０〜８５ｍｍ）を挙げることができる。１００ｍｍを越えると、施工後の施工面からの突出長さが特に長くなり、作業時に頻繁に引っ掛かる等の作業性に支障が生じ、利用が難しくなるため好ましくない。また、吹付けコンクリート面に施工する場合は、二次覆工時に施工する防水シートで覆うことがあるが、ナットが防水シートに接触して破損するため好ましくない。
【００１９】
上記「プレート」は、ロックボルトを挿通し、且つナットの挿入部のテーパ面と接するテーパ形状の挿通孔を備える。このようなテーパ形状の挿通孔は、挿入されたナットの挿入部をロックボルトの軸心方向に押圧することができる。
また、プレートは、板状のプレート本体と、プレート本体の中央部に形成され、ナット側に盛り上がり、且つ中心に挿通孔を具備する把持部とを備えることができる。プレート本体の形状は特に問わず、円板状でもよいし、角板状でもよい。特に円板状の場合は、角がないため角部に接触してけが等をすることがなく取扱いが容易である。また、把持部の形状も特に問わず、円筒状及び角柱状等とすることができる。更に、把持部を明確に備えず、プレート全体が厚みのある円板状とすることもできる。また、リブを周設して強度を確保することができる。
プレートの挿通孔の長さは、施工時及び施工後ロックボルト及びナットが破損しない程度の力で把持可能な長さとすることができる。このような長さとして、３０〜８０ｍｍ（特に好ましくは４０〜６０ｍｍ、より好ましくは４０〜５０ｍｍ）を挙げることができる。８０ｍｍを越えると、施工後の施工面からの突出長さが特に長くなり、作業時に頻繁に引っ掛かる等の作業性に支障が生じ、利用が難しくなるからである。
【００２０】
プレート及びナットは任意の製造方法により作成することができ、例えば、いずれも短繊維、長繊維及び織布の少なくとも一種から選択して既存の成形方法を用いて成形した成形物に熱硬化性樹脂を含浸後硬化させて作製することを挙げることができる。このように作製される場合は、支保部材に必要な引張耐力を得ることができる。
また、この短繊維、長繊維及び織布は、上記の繊維強化樹脂として挙げた繊維を任意に選択することができる。このうち、ガラス繊維が特に好ましい。このように繊維がガラス繊維である場合は、より強固な引張耐力を得ることができる。
【００２１】
本ロックボルト構造体の引張耐力は、１８０ｋＮ以上が好ましい。通常の鋼製ロックボルトの引張耐力が１２０ｋＮ以上又は１７６ｋＮであり、通常の施工で必要な強度であるからである。
本ロックボルト構造体を用いて施工面を補強する施工方法は、鋼製ロックボルトを用いた通常の施工方法と同様にして行うことができる。例えば、新オーストリアトンネルメソッド等の施工方法によって行うことができる。
【００２２】
２．ロックボルト構造体の引張耐力試験方法
本発明のロックボルト構造体の引張耐力試験方法は、上記ロックボルト構造体のロックボルト構造体引張耐力試験方法であって、ロックボルトを挿通する装着孔を備え且つプレートより大きな装着板、並びに該装着板に設けられる引張部材を具備するプレート支持治具と、上記ロックボルト構造体のロックボルトと螺合する螺合孔を備えるロックボルト支持治具とを備え、試験対象のロックボルト構造体のロックボルトをプレート支持治具に挿通し、且つロックボルト支持治具と螺合させ、次いで、プレート支持治具及びロックボルト支持治具を把持して引張り、引張りによりロックボルト構造体が破損したときの引張力を引張耐力とすることを特徴とする。
本引張耐力試験方法は、本発明のロックボルト構造体に対して特に好適に適用することができるが、これに限られず、他の繊維強化樹脂製ロックボルト及びその構造体の引張耐力試験に用いることができる。
【００２３】
上記「プレート支持治具」は、ロックボルト構造体を組み立てた状態で、プレート及びナットを介してロックボルトを引張試験機によって引張るための治具である。このプレート支持治具を構成する装着板及び引張部材の形状及び材質は特に問わない。この例として、中央にロックボルトの径より大きな装着孔が設けられて且つプレートより大きな金属板からなる装着板と、装着板の外周に沿って設けられ、且つ装着板の装着孔と同軸上に位置して引張試験機の引張シャフトと接続する接続部を具備する引張部材とからなるプレート支持治具を挙げることができる。
【００２４】
上記「ロックボルト支持治具」は、通常施工面に埋め込まれた状態となるロックボルトの先端側を支持して引張試験機によって引っ張るための治具である。このロックボルト支持治具の形状及び材質は特に問わない。この例として、ロックボルトの山部と同じピッチであり螺合可能な雌ネジを具備する螺合孔が設けられた治具本体と、ロックボルトと同軸上に位置して引張試験機の引張シャフトと接続する接続部とを備えるロックボルト支持治具を挙げることができる。
プレート支持治具及びロックボルト支持治具は、引張耐力が少なくとも１８０ｋＮで破損しないことが好ましい。また、ロックボルト支持治具は、前記引張耐力において、ロックボルトの周面を破損しないようにロックボルトとの接触面積を確保することが必要である。この例として雌ネジ部分の長さを１８０ｍｍ以上とすることを挙げることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、図面に基づき本実施例のロックボルト構造体及びその引張耐力試験方法を具体的に説明する。
１．ロックボルト構造体の構成
本実施例１のロックボルト構造体１は図１に示すようにロックボルト２と、ロックボルト２に螺合するナット３と、ロックボルト２に挿通されるプレート４と、からなる。
ロックボルト２は、図２に示すように直径が鋼製ロックボルトの一種と同じ２５ｍｍであって中実の長尺棒状体であり、山岳トンネルの壁面や法面等の施工面に埋め込まれる鋭端形の先端２１と、雄ネジとして機能する周面に設けられた螺旋状の山部２２とを備える。
このようなロックボルト２は、熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状であって、長繊維でガラス繊維の長繊維状繊維物の表面に、ビニロン等の糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げて、螺旋状の溝部と山部２２を形成させ、その後熱硬化性樹脂を硬化させて作製した。このように作製したロックボルト２は、約１ｋＮ／ｍｍ２程度の引張耐力が得られた。
尚、本ロックボルト２は上記製造方法に限られず、他の製造方法によって作製することができる。
【００２６】
ナット３は、長繊維を用いて既存の成形方法を用いて成形したガラス繊維強化樹脂製であり、図３に示すように長さが約８０ｍｍの略円筒形状であり、内周にロックボルト２のピッチと同じピッチで雌ネジが形成されている貫通孔である螺合孔３１と、螺合孔３１の軸方向に対する傾斜角θが約１５°である円錐面状のテーパ面３２１を備える長さが約４５ｍｍの挿入部３２と、挿入部３２の端面から螺合孔３１の軸方向に沿って切り込まれた２本のスリット３２２と、レンチ等の工具で締め付けできるよう正６角形状に周面が面取されている頭部３３と、を備える。
【００２７】
プレート４は、短繊維、長繊維及びガラス織布を既存の成形方法を用いて成形したガラス繊維強化樹脂製であり、図４に示すように通常の鋼製プレートと略同じ大きさとなる直径約１７０ｍｍの円板状のプレート本体４１と、プレート本体４１の中央部に位置し、プレート本体４１の施工面との接触面４１１の反対側の面が盛り上がるように設けられ且つ中心に挿通孔４２を具備する円筒状の把持部４３と、把持部４３の周面とプレート本体４１との間であって放射状に設けられる複数のリブ４４とを備える。また、挿通孔４２は、ナット３のテーパ面３２１全面と接触するように軸心からの傾斜角θがナット３のテーパ面３２１の傾斜角θと同じである円錐面状のテーパ面４３１が設けられている。
【００２８】
このようなロックボルト構造体１は次の手順で施工される。始めに、図５に示すように３〜４ｍのロックボルト２を任意の手段により壁面である施工面８下に埋設する。次いで、プレート４の挿通孔４２にロックボルト２を挿通して接触面４１１が施工面８に接触するようにプレート４を配設する。その後、ナット３の挿入部がプレート４の挿通孔４２に挿入されるようにナット３をロックボルト２にねじ込み、適切なトルクになるまで工具で頭部３３を回してナット３を固定する。
このとき、ナット３の挿入部３２が挿通孔４２内に挿入され、くさびのようにテーパ面３２１が挿通孔４２のテーパ面４３１によりロックボルト２に押しつけられることにより、ロックボルト２を強固に把持する。また、スリット３２２によって挿入部３２がより柔軟にしなうことができ、テーパ面３２１と挿通孔４２との接触面積、並びに螺合孔３１とロックボルト２の山部２２との接触面積を大きくすることができるため、容易に破損することなく強固に壁面等を保持することができる。
また、本ロックボルト構造体１を用いて施工したとき、図５（ｂ）に示すナット３及びプレート４の施工面８からの突出長Ｈは、約８５ｍｍであり、鋼製のプレート及びナットを用いたときの突出長である約４５ｍｍよりも突出しているが、著しく突出していないためその後の作業時に支障が出ることがない。
更に、本ロックボルト構造体１は通常の鋼製ロックボルト構造体の１／４程度の質量であるため、軽量で取扱いが容易であり、且つ製造時のＣＯ２排出量が少ないため地球温暖化の促進抑制を図ることができる。
【００２９】
２．ロックボルト構造体引張耐力試験方法
本実施例のロックボルト構造体１の引張耐力を次に示す試験方法で試験した。
本試験方法は、図６に示すように、ロックボルト構造体１のプレート４を支持するプレート支持治具５と、ロックボルト構造体１のロックボルト２を支持するロックボルト支持治具６とを用い、プレート支持治具５及びロックボルト支持治具６を引張試験機の引張シャフト７１、７２で引っ張ることによって測定される。
【００３０】
プレート支持治具５は金属製であり、図６に示すように中心に装着孔５１１を備える装着板５１と、引張シャフト７１と接続する接続部５２３を中心に設ける引張板５２２、並びに装着板５１及び引張板５２２を連結する４つの連結棒５２１からなる引張部材５２とからなる。
ロックボルト支持治具６は金属製であり、円筒形で軸心にロックボルト２と螺合可能な雌ネジを切った螺合孔６２を具備する治具本体６１と、治具本体６１と引張シャフト７２とを接続する接続部６３とを備える。
【００３１】
このような治具５、６をロックボルト２に挿着し、次いで、引張試験機の引張シャフト７１、７２にそれぞれプレート支持治具５の接続部５２３及びロックボルト支持治具６の接続部６３を設け、その後、引張シャフト７１、７２が互いに離れるように引張試験機を動作させることにより引張耐力試験を行った。
その結果、引張荷重が１８０ｋＮのときでも、ロックボルト構造体１が破損することがなかった。また、引張耐力試験後、ロックボルト２をロックボルト支持治具６から取り外し、山部２２を目視で確認したが、削れている等の破損は見られなかった。
【００３２】
尚、本発明においては、前記実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。例えば、図３に示す本実施例のナット３は、頭部３３も挿入部３２と同じ傾斜のテーパを備えているがこれに限られず、テーパを備えなくてもよい。
また、プレート４は、把持部４３が突出する円板状であるがこれに限られず、角板であってもよいし、全体に厚みのある板状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のロックボルト構造体を説明するためにプレートを切断した側面図である。
【図２】本発明のロックボルト構造体を構成するロックボルトを説明するための側面図である。
【図３】本発明のロックボルト構造体を構成するナットを説明するための（ａ）側面図及び（ｂ）正面図である。
【図４】本発明のロックボルト構造体を構成するプレートを説明するための（ａ）正面図、（ｂ）背面図及び（ｃ）縦断面図である。
【図５】本発明のロックボルト構造体を用いた例を説明するための模式図であって、（ａ）トンネル内にロックボルト構造体を設けた状態の断面図、及び（ｂ）（ａ）における１つのロックボルト構造体を拡大した部分断面図である。
【図６】本発明のロックボルト構造体を本発明のロックボルト構造体引張耐力試験方法により試験することを説明するための模式断面側面図である。
【図７】従来のロックボルト構造体を壁面に設けた例を説明するための模式断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１；ロックボルト構造体、２；ロックボルト、２１；先端、２２；山部、３；ナット、３１；螺合孔、３２；挿入部、３２１；テーパ面、３２２；スリット、３３；頭部、４；プレート、４１；プレート本体、４１１；接触面、４２；挿通孔、４３；把持部、４４；リブ、５；プレート支持治具、５１；装着板、５１１；装着孔、５２；部材、５２１；連結棒、５２２；引張板、５２３；接続部、６；ロックボルト支持治具、６１；治具本体、６２；螺合孔、６３；接続部、７１、７２；引張シャフト、８；施工面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、壁面や法面等の施工面の補強に用いられるロックボルト構造体及びその引張耐力試験方法に関する。更に詳しくは、本発明は、繊維強化樹脂製であり、鋼製ロックボルトと同様の取扱いによる施工が可能であって、且つ施工後も十分な引張耐力を備え、施工面から著しく突出することがなく作業性に優れるロックボルト構造体に関する。また、繊維強化樹脂製のロックボルト構造体の引張耐力を破損することなく容易に試験することができるロックボルト構造体の引張耐力試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネル、ダム及び護岸等の壁面や法面等の施工面の開削工事及び補修工事をするために、支保部材であるロックボルトを用いて補強する新オーストリアトンネルメソッド（ＮＡＴＭともいう）等の施工方法が知られている。このような施工方法は図７に例示するように、外周面がねじ切りされた棒状のロックボルト９２を施工面８に埋め込み、次いで、岩盤等から露出するロックボルト９２の頭部に貫通孔を設けられているプレート９４を通し、その後、該頭部にナット９３を締め付けてプレート９４を固定する。
このようなロックボルト９２、ナット９３及びプレート９４からなるロックボルト構造体９１は、通常全て鋼材からなり、プレート９４に１８０ｋＮ程度の引張力が加わっても、各部材９２、９３、９４が破損することがない。
【０００３】
しかし、鋼材からなるロックボルト構造体は、経年劣化並びに、火山及び温泉地帯等の酸性土壌等に起因する腐食が生じて、引張強度が減少したり破損したりすることで支保機能が欠如することがある。
また、ロックボルト構造体が設けられているまま施工面を掘削する場合は、掘削刃がロックボルト構造体と接触して大きく摩耗する。更に、ロックボルト構造体は鋼製であるため重量物であり、運搬時や施工時の作業性が悪い。また、鋼材を製造する際のＣＯ２排出量が多いため地球温暖化を促進させる一因となる。
【０００４】
上記問題を解決するために、鋼材の代わりにガラス繊維強化樹脂（ＧＲＰ、ＧＦＲＰともいう）を用いたロックボルトが提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。このようなＧＲＰロックボルトは、棒状体の周面に螺旋状の凸部を設けた螺合可能な形状であり、鋼製ロックボルトと同様に用いることができる。また、鋼製ロックボルトと比較して腐食しにくく、上記掘削刃に接触しても掘削刃を摩耗させることなく切断可能であり、且つ製造時のＣＯ２排出量が少ないため地球温暖化の促進抑制を図ることができるという特長を備える。更に、絶縁体であるためロックボルトを介して誘導電流及び迷走電流が流れたり、ノイズ等が伝達されたりすることがなく、これらに起因する障害を起こすことがない。
【０００５】
【特許文献１】特開平０７−２１７６２８号公報
【特許文献２】特開平１１−２８０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＧＲＰロックボルトは、断面方向の圧縮、曲げ及びせん断等の強度が鋼製ロックボルトよりも脆弱であり、ナットの軸長を大幅に長くしないと十分な強度が得られなかった。このため、ナット軸長が鋼製ロックボルトより大幅に長いために、施工後の施工面から著しく突出し、作業時に頻繁に引っ掛かる等の作業性に支障が生じる等利用が難しい問題があった。また、吹付けコンクリート面に施工する場合は、二次覆工時に施工する防水シートで覆うことがあるが、ナット等が防水シートに接触して破損するため好ましくない。
【０００７】
更に、鋼製ロックボルトの引張耐力の測定は、鋼製ロックボルトの両端をそれぞれ把持した状態で固定するチャックを用いて把持し、各チャックが離れるように引っ張ることで測定している。しかし、ＧＲＰロックボルトは、把持に対して脆弱であるため適切な引張強度の測定ができなかった。このため、ＧＲＰロックボルトの端とチャックとを接着固定する等、煩雑であり且つ再利用ができない作業を行っていた。
【０００８】
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、繊維強化樹脂製であり、鋼製ロックボルトと同様の取扱いによる施工が可能であって、且つ施工後も十分な引張耐力を備え、施工面から大きく突出することがなく作業性に優れるロックボルト構造体を提供することを目的とする。また、繊維強化樹脂製のロックボルト構造体の引張耐力を破損することなく容易に試験することができるロックボルト構造体の引張耐力試験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】
【０００９】
本発明は以下通りである。
１．外周面に螺旋状の山部を具備するロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、を備えるロックボルト構造体であって、上記ロックボルトは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ナットは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトがねじ込まれる螺合孔と、該螺合孔と同一軸であり且つ該螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面を具備し、上記プレートに挿入される挿入部とを備え、上記プレートは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトを挿通し、且つ上記ナットの上記挿入部が挿入され且つ上記テーパ面と接するテーパ形状の挿通孔を備えることを特徴とするロックボルト構造体。
２．上記プレートは、板状のプレート本体と、該プレート本体の中央部に形成され、上記ナット側に盛り上がり、且つ中心に上記挿通孔を具備する把持部とを備える上記１．記載のロックボルト構造体。
３．上記ナットの挿入部は、上記先端側から上記ロックボルトの軸方向に沿って切り込まれているスリットを備える上記２．記載のロックボルト構造体。
４．上記ロックボルトは、上記熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状の長繊維状繊維物の表面に、糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げ、該締め上げた糸状繊維物部が螺旋状の凹状溝部を形成させ且つ隣合う該凹状溝部の間隔の間が凸状の上記山部を形成させ、その後該熱硬化性樹脂を硬化させて作製される上記３．記載のロックボルト構造体。
５．上記長繊維状繊維物がガラス繊維である上記４．記載のロックボルト構造体。
６．上記プレート及び上記ナットはガラス繊維強化樹脂製である上記３．乃至上記５．のいずれかに記載のロックボルト構造体。
７．引張耐力が１８０ｋＮ以上である上記３．乃至６のいずれかに記載のロックボルト構造体。
８．上記ロックボルトは、中実体又は中空体である上記３．乃至７のいずれかに記載のロックボルト構造体。
９．繊維強化樹脂製のロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、からなるロックボルト構造体のロックボルト構造体引張耐力試験方法であって、上記ロックボルトを挿通する挿通孔を備え且つ上記プレートより大きな装着板、並びに該装着板に設けられる引張部材を具備するプレート支持治具と、上記ロックボルト構造体のロックボルトと螺合する螺合孔を備えるロックボルト支持治具とを備え、試験対象のロックボルト構造体のロックボルトを上記プレート支持治具に挿通し、且つ上記ロックボルト支持治具と螺合させ、次いで、上記プレート支持治具及び上記ロックボルト支持治具を把持して引張り、該引張りにより上記ロックボルト構造体が破損したときの引張力を引張耐力とすることを特徴とするロックボルト構造体引張耐力試験方法。
１０．上記ロックボルト構造体は上記１．乃至８のいずれかに記載のロックボルト構造体である上記８．記載のロックボルト構造体引張耐力試験方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のロックボルト構造体によれば、構造体に組み立てたロックボルト、ナット及びプレートが繊維強化樹脂であるため、鋼製ロックボルトと比較して腐食しにくく、上記掘削刃に接触しても掘削刃を摩耗させることなく切断可能であり、且つ製造時のＣＯ２排出量が少ないため地球温暖化の促進抑制を図ることができる。更に、絶縁体であるためロックボルトを介して誘導電流及び迷走電流が流れたり、ノイズ等が伝達されたりすることがなく、これらに起因する障害を起こすことがない。
また、鋼製ロックボルトと同様に、プレート及びナットを用いた施工方法を用いることができる。更に、ナットの挿入部がプレートの挿通孔に挿入可能であるためナットがロックボルトを把持する長さを長くしても、ナット全体の長さが鋼製のロックボルト構造体と比べて多少長い程度の長さにすることができるため、施工後も施工面から著しく突出することがなく、作業時に引っ掛かる等の作業性の問題が生じない。
【００１１】
また、プレートがプレート本体と把持部とを備える場合は、プレートの全体の厚みを増すことがなく、必要な強度を備えることができるため、運搬、保管及び施工時に取り扱いやすくすることができる。
更に、ナットの挿入部にスリットを備える場合は、挿入部の先端側がしなりやすくなるため、ナットの挿入部をプレートに挿入したときに先端側がロックボルト側に押しつけられて、ナットとロックボルトとが接触する面積をより増すことができるため、より短い軸長で把持してもナット及びロックボルトの一部分に力が集中して破損することなく強固にロックボルトを把持することができる。
また、ロックボルトが棒状長繊維状繊維に糸状繊維物を巻き付けて山部を形成して作製される場合は、支保部材に必要な引張耐力を得ることができる。
更に、棒状長繊維状繊維がガラス繊維である場合は、より強固な引張耐力を得ることができる。
また、プレート及びナットがガラス繊維強化樹脂製である場合は、強固な引張耐力を得ることができる。
更に、引張耐力が１８０ｋＮ以上である場合は、通常の鋼製ロックボルト構造体と同様の強度を備え、鋼製ロックボルト構造体と同様の用途に適用することが容易となる。
また、ロックボルトが、中実体又は中空体である場合は、本ロックボルト構造体を中実体である通常の鋼製ロックボルトと同様の施工を行うことができるし、薬液を注入する施工方法に中空体のロックボルトを用いたロックボルト構造体を用いることができる。
【００１２】
本ロックボルト構造体引張耐力試験方法によれば、把持強度が鋼製よりも脆弱である繊維強化樹脂製のロックボルトであっても、施工後の状態により近い状態で試験することができ、必要な引張耐力を試験することができる。また、従来のロックボルトのみの引張耐力試験方法とは異なり、ロックボルト構造体として試験を行うため、より施工後の実体に近い条件で必要な引張耐力を試験することができる。
【００１３】
更に、試験対象のロックボルト構造体が本発明のロックボルト構造体である場合は、試験によって破損することなく引張耐力を試験することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜６を参照しながら本発明のロックボルト構造体及びその引張耐力試験方法を詳しく説明する。
１．ロックボルト構造体
本発明のロックボルト構造体は、ロックボルトと、ロックボルトに螺合するナットと、ロックボルトに挿通されるプレートと、を組み上げてなることを特徴とする。また、ロックボルト、ナット及びプレートは、熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製である。
上記「熱硬化性樹脂」は、繊維強化樹脂に用いられるものであれば任意に選択することができ、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ビニルエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアミド樹脂及びフェノール樹脂等を挙げることができる。また、上記「繊維強化樹脂」に用いる繊維も任意に選択することができ、例えば、ガラス繊維、炭素繊維及びケプラー繊維等を挙げることができる。
【００１５】
上記「ロックボルト」の形状は、図２に例示するように、雄ネジとして用いることができる螺旋状の山部２２が周面に設けられており、ナットと螺合可能な棒状体であれば特に問わない。特に鋼製ロックボルトと同じピッチの山部とした場合は、ナットを回すとき等において鋼製ロックボルトと同じ施工性が得られるため好ましくすることができる。また、ロックボルトの先端形状は用途に応じて任意に選択でき、例えば鋭端形（例えば図２に例示する先端２１を参照。）及び平坦等を挙げることができる。また、薬剤等を注入したり地下水を流出させたりするための孔等を設けることができる。更に、ロックボルトは、中実体及び中空体のいずれであってもよい。特に中空体の場合は、中空の部分に薬液を満たして先端に設けた孔から地中に放出させることができる。また、棒状及び鍔状等の任意形状の突起、並びに任意形状の孔を具備していてもよい。
ロックボルトの直径は、任意に選択することができる。この例として鋼製ロックボルトの直径と同じ２２ｍｍ及び２５ｍｍを挙げることができる。
【００１６】
ロックボルトの製造方法は特に問わず、通常知られている構造を選択することができる。この一例として、熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状の長繊維状繊維物の表面に、糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げ、締め上げた糸状繊維物部が螺旋状の凹状溝部を形成させ且つ隣合う凹状溝部の間隔の間が凸状の山部を形成させ、その後熱硬化性樹脂を硬化させて作製することを挙げることができる。
上記「棒状の長繊維状繊維物」は、熱硬化性樹脂により棒状に硬化した長繊維の繊維物である。この長繊維は、上記の繊維強化樹脂として挙げた繊維を任意に選択することができる。このうち、ガラス繊維が特に好ましい。
上記「糸状繊維物」は、長繊維状繊維物に巻き付けて締め上げることによって凹状の溝部と凸状の山部とを形成するために用いられる繊維であり、例えば、ビニロン、テトロン、ケプラー、ナイロン、ガラスヤーン及びガラスロービング等を例示することができる。
【００１７】
上記「ナット」の形状は、ロックボルトと螺合する螺合孔と、螺合孔と同一の軸線状であり且つ螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面を具備し、プレートの挿通孔に挿入可能な略円筒形状の挿入部を備えていればよく、レンチ等の工具で回すための面、棒状及び鍔状等の任意形状の突起、並びに任意形状の孔等を具備していてもよい。また、挿入部の長さは、ロックボルト構造体に構成したときにプレートに全て挿入される長さであってもよいし、一部がプレートから露出する長さであってもよい。
このようなテーパ面の挿入部は、プレートの挿通孔に挿入されて嵌め込まれているときに、挿入孔のテーパにより軸心側に押しつけられ、ロックボルトの把持をより強固にする。
挿入部のテーパの角度、即ち図３（ａ）に例示する螺合孔３１の軸線方向に対する傾斜度θは、任意に選択することができ、例えば１０〜２０°（特に好ましくは１１〜１９°、更に好ましくは１２〜１８°）とすることができる。このような範囲の傾斜度θとすることによって、ロックボルト構造体が破損することがなく強固に把持することができる。
【００１８】
更に、ナットの挿入部は、図３に例示するように、先端側からロックボルトの軸方向に沿って切り込まれたスリット３２２を備えることができる。スリット数は、１つのみでもよいし、２以上でもよい。またスリットの数が２以上の場合は、周面に沿って等間隔に設けることができる。
ナットの螺合孔の長さは、施工時及び施工後ロックボルト及びナットが破損しない程度の力で把持可能な長さとすることができる。このような長さとして、３０〜１００ｍｍ（特に好ましくは４０〜９０ｍｍ、より好ましくは４０〜８５ｍｍ）を挙げることができる。１００ｍｍを越えると、施工後の施工面からの突出長さが特に長くなり、作業時に頻繁に引っ掛かる等の作業性に支障が生じ、利用が難しくなるため好ましくない。また、吹付けコンクリート面に施工する場合は、二次覆工時に施工する防水シートで覆うことがあるが、ナットが防水シートに接触して破損するため好ましくない。
【００１９】
上記「プレート」は、ロックボルトを挿通し、且つナットの挿入部のテーパ面と接するテーパ形状の挿通孔を備える。このようなテーパ形状の挿通孔は、挿入されたナットの挿入部をロックボルトの軸心方向に押圧することができる。
また、プレートは、板状のプレート本体と、プレート本体の中央部に形成され、ナット側に盛り上がり、且つ中心に挿通孔を具備する把持部とを備えることができる。プレート本体の形状は特に問わず、円板状でもよいし、角板状でもよい。特に円板状の場合は、角がないため角部に接触してけが等をすることがなく取扱いが容易である。また、把持部の形状も特に問わず、円筒状及び角柱状等とすることができる。更に、把持部を明確に備えず、プレート全体が厚みのある円板状とすることもできる。また、リブを周設して強度を確保することができる。
プレートの挿通孔の長さは、施工時及び施工後ロックボルト及びナットが破損しない程度の力で把持可能な長さとすることができる。このような長さとして、３０〜８０ｍｍ（特に好ましくは４０〜６０ｍｍ、より好ましくは４０〜５０ｍｍ）を挙げることができる。８０ｍｍを越えると、施工後の施工面からの突出長さが特に長くなり、作業時に頻繁に引っ掛かる等の作業性に支障が生じ、利用が難しくなるからである。
【００２０】
プレート及びナットは任意の製造方法により作成することができ、例えば、いずれも短繊維、長繊維及び織布の少なくとも一種から選択して既存の成形方法を用いて成形した成形物に熱硬化性樹脂を含浸後硬化させて作製することを挙げることができる。このように作製される場合は、支保部材に必要な引張耐力を得ることができる。
また、この短繊維、長繊維及び織布は、上記の繊維強化樹脂として挙げた繊維を任意に選択することができる。このうち、ガラス繊維が特に好ましい。このように繊維がガラス繊維である場合は、より強固な引張耐力を得ることができる。
【００２１】
本ロックボルト構造体の引張耐力は、１８０ｋＮ以上が好ましい。通常の鋼製ロックボルトの引張耐力が１２０ｋＮ以上又は１７６ｋＮであり、通常の施工で必要な強度であるからである。
本ロックボルト構造体を用いて施工面を補強する施工方法は、鋼製ロックボルトを用いた通常の施工方法と同様にして行うことができる。例えば、新オーストリアトンネルメソッド等の施工方法によって行うことができる。
【００２２】
２．ロックボルト構造体の引張耐力試験方法
本発明のロックボルト構造体の引張耐力試験方法は、上記ロックボルト構造体のロックボルト構造体引張耐力試験方法であって、ロックボルトを挿通する装着孔を備え且つプレートより大きな装着板、並びに該装着板に設けられる引張部材を具備するプレート支持治具と、上記ロックボルト構造体のロックボルトと螺合する螺合孔を備えるロックボルト支持治具とを備え、試験対象のロックボルト構造体のロックボルトをプレート支持治具に挿通し、且つロックボルト支持治具と螺合させ、次いで、プレート支持治具及びロックボルト支持治具を把持して引張り、引張りによりロックボルト構造体が破損したときの引張力を引張耐力とすることを特徴とする。
本引張耐力試験方法は、本発明のロックボルト構造体に対して特に好適に適用することができるが、これに限られず、他の繊維強化樹脂製ロックボルト及びその構造体の引張耐力試験に用いることができる。
【００２３】
上記「プレート支持治具」は、ロックボルト構造体を組み立てた状態で、プレート及びナットを介してロックボルトを引張試験機によって引張るための治具である。このプレート支持治具を構成する装着板及び引張部材の形状及び材質は特に問わない。この例として、中央にロックボルトの径より大きな装着孔が設けられて且つプレートより大きな金属板からなる装着板と、装着板の外周に沿って設けられ、且つ装着板の装着孔と同軸上に位置して引張試験機の引張シャフトと接続する接続部を具備する引張部材とからなるプレート支持治具を挙げることができる。
【００２４】
上記「ロックボルト支持治具」は、通常施工面に埋め込まれた状態となるロックボルトの先端側を支持して引張試験機によって引っ張るための治具である。このロックボルト支持治具の形状及び材質は特に問わない。この例として、ロックボルトの山部と同じピッチであり螺合可能な雌ネジを具備する螺合孔が設けられた治具本体と、ロックボルトと同軸上に位置して引張試験機の引張シャフトと接続する接続部とを備えるロックボルト支持治具を挙げることができる。
プレート支持治具及びロックボルト支持治具は、引張耐力が少なくとも１８０ｋＮで破損しないことが好ましい。また、ロックボルト支持治具は、前記引張耐力において、ロックボルトの周面を破損しないようにロックボルトとの接触面積を確保することが必要である。この例として雌ネジ部分の長さを１８０ｍｍ以上とすることを挙げることができる。
【実施例】
【００２５】
以下、図面に基づき本実施例のロックボルト構造体及びその引張耐力試験方法を具体的に説明する。
１．ロックボルト構造体の構成
本実施例１のロックボルト構造体１は図１に示すようにロックボルト２と、ロックボルト２に螺合するナット３と、ロックボルト２に挿通されるプレート４と、からなる。
ロックボルト２は、図２に示すように直径が鋼製ロックボルトの一種と同じ２５ｍｍであって中実の長尺棒状体であり、山岳トンネルの壁面や法面等の施工面に埋め込まれる鋭端形の先端２１と、雄ネジとして機能する周面に設けられた螺旋状の山部２２とを備える。
このようなロックボルト２は、熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状であって、長繊維でガラス繊維の長繊維状繊維物の表面に、ビニロン等の糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げて、螺旋状の溝部と山部２２を形成させ、その後熱硬化性樹脂を硬化させて作製した。このように作製したロックボルト２は、約１ｋＮ／ｍｍ２程度の引張耐力が得られた。
尚、本ロックボルト２は上記製造方法に限られず、他の製造方法によって作製することができる。
【００２６】
ナット３は、長繊維を用いて既存の成形方法を用いて成形したガラス繊維強化樹脂製であり、図３に示すように長さが約８０ｍｍの略円筒形状であり、内周にロックボルト２のピッチと同じピッチで雌ネジが形成されている貫通孔である螺合孔３１と、螺合孔３１の軸方向に対する傾斜角θが約１５°である円錐面状のテーパ面３２１を備える長さが約４５ｍｍの挿入部３２と、挿入部３２の端面から螺合孔３１の軸方向に沿って切り込まれた２本のスリット３２２と、レンチ等の工具で締め付けできるよう正６角形状に周面が面取されている頭部３３と、を備える。
【００２７】
プレート４は、短繊維、長繊維及びガラス織布を既存の成形方法を用いて成形したガラス繊維強化樹脂製であり、図４に示すように通常の鋼製プレートと略同じ大きさとなる直径約１７０ｍｍの円板状のプレート本体４１と、プレート本体４１の中央部に位置し、プレート本体４１の施工面との接触面４１１の反対側の面が盛り上がるように設けられ且つ中心に挿通孔４２を具備する円筒状の把持部４３と、把持部４３の周面とプレート本体４１との間であって放射状に設けられる複数のリブ４４とを備える。また、挿通孔４２は、ナット３のテーパ面３２１全面と接触するように軸心からの傾斜角θがナット３のテーパ面３２１の傾斜角θと同じである円錐面状のテーパ面４３１が設けられている。
【００２８】
このようなロックボルト構造体１は次の手順で施工される。始めに、図５に示すように３〜４ｍのロックボルト２を任意の手段により壁面である施工面８下に埋設する。次いで、プレート４の挿通孔４２にロックボルト２を挿通して接触面４１１が施工面８に接触するようにプレート４を配設する。その後、ナット３の挿入部がプレート４の挿通孔４２に挿入されるようにナット３をロックボルト２にねじ込み、適切なトルクになるまで工具で頭部３３を回してナット３を固定する。
このとき、ナット３の挿入部３２が挿通孔４２内に挿入され、くさびのようにテーパ面３２１が挿通孔４２のテーパ面４３１によりロックボルト２に押しつけられることにより、ロックボルト２を強固に把持する。また、スリット３２２によって挿入部３２がより柔軟にしなうことができ、テーパ面３２１と挿通孔４２との接触面積、並びに螺合孔３１とロックボルト２の山部２２との接触面積を大きくすることができるため、容易に破損することなく強固に壁面等を保持することができる。
また、本ロックボルト構造体１を用いて施工したとき、図５（ｂ）に示すナット３及びプレート４の施工面８からの突出長Ｈは、約８５ｍｍであり、鋼製のプレート及びナットを用いたときの突出長である約４５ｍｍよりも突出しているが、著しく突出していないためその後の作業時に支障が出ることがない。
更に、本ロックボルト構造体１は通常の鋼製ロックボルト構造体の１／４程度の質量であるため、軽量で取扱いが容易であり、且つ製造時のＣＯ２排出量が少ないため地球温暖化の促進抑制を図ることができる。
【００２９】
２．ロックボルト構造体引張耐力試験方法
本実施例のロックボルト構造体１の引張耐力を次に示す試験方法で試験した。
本試験方法は、図６に示すように、ロックボルト構造体１のプレート４を支持するプレート支持治具５と、ロックボルト構造体１のロックボルト２を支持するロックボルト支持治具６とを用い、プレート支持治具５及びロックボルト支持治具６を引張試験機の引張シャフト７１、７２で引っ張ることによって測定される。
【００３０】
プレート支持治具５は金属製であり、図６に示すように中心に装着孔５１１を備える装着板５１と、引張シャフト７１と接続する接続部５２３を中心に設ける引張板５２２、並びに装着板５１及び引張板５２２を連結する４つの連結棒５２１からなる引張部材５２とからなる。
ロックボルト支持治具６は金属製であり、円筒形で軸心にロックボルト２と螺合可能な雌ネジを切った螺合孔６２を具備する治具本体６１と、治具本体６１と引張シャフト７２とを接続する接続部６３とを備える。
【００３１】
このような治具５、６をロックボルト２に挿着し、次いで、引張試験機の引張シャフト７１、７２にそれぞれプレート支持治具５の接続部５２３及びロックボルト支持治具６の接続部６３を設け、その後、引張シャフト７１、７２が互いに離れるように引張試験機を動作させることにより引張耐力試験を行った。
その結果、引張荷重が１８０ｋＮのときでも、ロックボルト構造体１が破損することがなかった。また、引張耐力試験後、ロックボルト２をロックボルト支持治具６から取り外し、山部２２を目視で確認したが、削れている等の破損は見られなかった。
【００３２】
尚、本発明においては、前記実施例に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した態様とすることができる。例えば、図３に示す本実施例のナット３は、頭部３３も挿入部３２と同じ傾斜のテーパを備えているがこれに限られず、テーパを備えなくてもよい。
また、プレート４は、把持部４３が突出する円板状であるがこれに限られず、角板であってもよいし、全体に厚みのある板状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明のロックボルト構造体を説明するためにプレートを切断した側面図である。
【図２】本発明のロックボルト構造体を構成するロックボルトを説明するための側面図である。
【図３】本発明のロックボルト構造体を構成するナットを説明するための（ａ）側面図及び（ｂ）正面図である。
【図４】本発明のロックボルト構造体を構成するプレートを説明するための（ａ）正面図、（ｂ）背面図及び（ｃ）縦断面図である。
【図５】本発明のロックボルト構造体を用いた例を説明するための模式図であって、（ａ）トンネル内にロックボルト構造体を設けた状態の断面図、及び（ｂ）（ａ）における１つのロックボルト構造体を拡大した部分断面図である。
【図６】本発明のロックボルト構造体を本発明のロックボルト構造体引張耐力試験方法により試験することを説明するための模式断面側面図である。
【図７】従来のロックボルト構造体を壁面に設けた例を説明するための模式断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１；ロックボルト構造体、２；ロックボルト、２１；先端、２２；山部、３；ナット、３１；螺合孔、３２；挿入部、３２１；テーパ面、３２２；スリット、３３；頭部、４；プレート、４１；プレート本体、４１１；接触面、４２；挿通孔、４３；把持部、４４；リブ、５；プレート支持治具、５１；装着板、５１１；装着孔、５２；部材、５２１；連結棒、５２２；引張板、５２３；接続部、６；ロックボルト支持治具、６１；治具本体、６２；螺合孔、６３；接続部、７１、７２；引張シャフト、８；施工面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に螺旋状の山部を具備するロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、を備えるロックボルト構造体であって、
上記ロックボルトは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、
上記ナットは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトがねじ込まれる螺合孔と、該螺合孔と同一軸であり且つ該螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面を具備し、上記プレートに挿入される挿入部とを備え、
上記プレートは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトを挿通し、且つ上記ナットの上記挿入部が挿入され且つ上記テーパ面と接するテーパ形状の挿通孔を備えることを特徴とするロックボルト構造体。
【請求項２】
上記プレートは、板状のプレート本体と、該プレート本体の中央部に形成され、上記ナット側に盛り上がり、且つ中心に上記挿通孔を具備する把持部とを備える請求項１記載のロックボルト構造体。
【請求項３】
上記ナットの挿入部は、上記先端側から上記ロックボルトの軸方向に沿って切り込まれているスリットを備える請求項２記載のロックボルト構造体。
【請求項４】
上記ロックボルトは、上記熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状の長繊維状繊維物の表面に、糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げ、該締め上げた糸状繊維物部が螺旋状の凹状溝部を形成させ且つ隣合う該凹状溝部の間隔の間が凸状の上記山部を形成させ、その後該熱硬化性樹脂を硬化させて作製される請求項３記載のロックボルト構造体。
【請求項５】
上記長繊維状繊維物がガラス繊維である請求項４記載のロックボルト構造体。
【請求項６】
上記プレート及び上記ナットはガラス繊維強化樹脂製である請求項３乃至５のいずれか１項に記載のロックボルト構造体。
【請求項７】
引張耐力が１８０ｋＮ以上である請求項３乃至６のいずれか１項に記載のロックボルト構造体。
【請求項８】
上記ロックボルトは、中実体又は中空体である請求項３乃至７のいずれか１項に記載のロックボルト構造体。
【請求項９】
繊維強化樹脂製のロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、からなるロックボルト構造体のロックボルト構造体引張耐力試験方法であって、
上記ロックボルトを挿通する挿通孔を備え且つ上記プレートより大きな装着板、並びに該装着板に設けられる引張部材を具備するプレート支持治具と、上記ロックボルト構造体のロックボルトと螺合する螺合孔を備えるロックボルト支持治具とを備え、
試験対象のロックボルト構造体のロックボルトを上記プレート支持治具に挿通し、且つ上記ロックボルト支持治具と螺合させ、
次いで、上記プレート支持治具及び上記ロックボルト支持治具を把持して引張り、該引張りにより上記ロックボルト構造体が破損したときの引張力を引張耐力とすることを特徴とするロックボルト構造体引張耐力試験方法。
【請求項１０】
上記ロックボルト構造体は請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロックボルト構造体である請求項８に記載のロックボルト構造体引張耐力試験方法。
【請求項１】
外周面に螺旋状の山部を具備するロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、を備えるロックボルト構造体であって、
上記ロックボルトは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、
上記ナットは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトがねじ込まれる螺合孔と、該螺合孔と同一軸であり且つ該螺合孔の一端面側が細くなるテーパ面を具備し、上記プレートに挿入される挿入部とを備え、
上記プレートは熱硬化性樹脂を含浸後硬化させた繊維強化樹脂製であり、上記ロックボルトを挿通し、且つ上記ナットの上記挿入部が挿入され且つ上記テーパ面と接するテーパ形状の挿通孔を備えることを特徴とするロックボルト構造体。
【請求項２】
上記プレートは、板状のプレート本体と、該プレート本体の中央部に形成され、上記ナット側に盛り上がり、且つ中心に上記挿通孔を具備する把持部とを備える請求項１記載のロックボルト構造体。
【請求項３】
上記ナットの挿入部は、上記先端側から上記ロックボルトの軸方向に沿って切り込まれているスリットを備える請求項２記載のロックボルト構造体。
【請求項４】
上記ロックボルトは、上記熱硬化性樹脂を含浸し且つ長さ方向に連続する棒状の長繊維状繊維物の表面に、糸状繊維物を外周軸方向で間隔をおいて螺旋状に一体的に巻き付けて締め上げ、該締め上げた糸状繊維物部が螺旋状の凹状溝部を形成させ且つ隣合う該凹状溝部の間隔の間が凸状の上記山部を形成させ、その後該熱硬化性樹脂を硬化させて作製される請求項３記載のロックボルト構造体。
【請求項５】
上記長繊維状繊維物がガラス繊維である請求項４記載のロックボルト構造体。
【請求項６】
上記プレート及び上記ナットはガラス繊維強化樹脂製である請求項３乃至５のいずれか１項に記載のロックボルト構造体。
【請求項７】
引張耐力が１８０ｋＮ以上である請求項３乃至６のいずれか１項に記載のロックボルト構造体。
【請求項８】
上記ロックボルトは、中実体又は中空体である請求項３乃至７のいずれか１項に記載のロックボルト構造体。
【請求項９】
繊維強化樹脂製のロックボルトと、該ロックボルトに螺合するナットと、該ロックボルトに挿通されるプレートと、からなるロックボルト構造体のロックボルト構造体引張耐力試験方法であって、
上記ロックボルトを挿通する挿通孔を備え且つ上記プレートより大きな装着板、並びに該装着板に設けられる引張部材を具備するプレート支持治具と、上記ロックボルト構造体のロックボルトと螺合する螺合孔を備えるロックボルト支持治具とを備え、
試験対象のロックボルト構造体のロックボルトを上記プレート支持治具に挿通し、且つ上記ロックボルト支持治具と螺合させ、
次いで、上記プレート支持治具及び上記ロックボルト支持治具を把持して引張り、該引張りにより上記ロックボルト構造体が破損したときの引張力を引張耐力とすることを特徴とするロックボルト構造体引張耐力試験方法。
【請求項１０】
上記ロックボルト構造体は請求項１乃至８のいずれか１項に記載のロックボルト構造体である請求項８に記載のロックボルト構造体引張耐力試験方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−２９３１９６（Ｐ２００９−２９３１９６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４５０４５（Ｐ２００８−１４５０４５）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（５９１１４０８１３）株式会社カテックス (11)
【出願人】（５０８１６４９７６）ファイレップ リバー テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1)
【氏名又は名称原語表記】ＦｉＲｅＰ Ｒｅｂａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ
【住所又は居所原語表記】Ｋｒｅｆｅｒｄｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ８５ Ｄ−４０５４９ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ Ｇｅｒｍａｎｙ
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（５９１１４０８１３）株式会社カテックス (11)
【出願人】（５０８１６４９７６）ファイレップ リバー テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (1)
【氏名又は名称原語表記】ＦｉＲｅＰ Ｒｅｂａｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ ｍｉｔ ｂｅｓｃｈｒａｎｋｔｅｒ Ｈａｆｔｕｎｇ
【住所又は居所原語表記】Ｋｒｅｆｅｒｄｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ８５ Ｄ−４０５４９ Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ Ｇｅｒｍａｎｙ
[ Back to top ]