定着具付きＦＲＰプレート
【課題】定着具を小型化、軽量化することができ、施工に際してコンクリート表面の削る深さを最小限として、作業性の向上を図ることができ、且つ定着具の引抜耐力が高い定着具付きＦＲＰプレートを提供する。
【解決手段】幅が３５〜１００ｍｍ、厚さが１〜４ｍｍとされる矩形横断面形状を有し、軸線方向に延在した長尺のプレート状繊維強化プラスチックであるＦＲＰプレート部材２と、ＦＲＰプレート部材２の両端に一体に取り付けた定着具３と、を有し、定着具３は、横断面が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、短辺部より長くされた長辺部とから成る矩形の外形状を有し、中心部には、ＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされるトラック形状の横断面を有した穴部４を備えている。
【解決手段】幅が３５〜１００ｍｍ、厚さが１〜４ｍｍとされる矩形横断面形状を有し、軸線方向に延在した長尺のプレート状繊維強化プラスチックであるＦＲＰプレート部材２と、ＦＲＰプレート部材２の両端に一体に取り付けた定着具３と、を有し、定着具３は、横断面が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、短辺部より長くされた長辺部とから成る矩形の外形状を有し、中心部には、ＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされるトラック形状の横断面を有した穴部４を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート状の繊維強化プラスチック部材、即ち、ＦＲＰプレート部材の両端に鋼製定着具を膨張定着材で固定した定着具付きＦＲＰプレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物の補強方法として、近年、既存或いは新設のコンクリート構造物の表面に連続繊維シートを貼り付けたり、巻き付けたりする接着工法が開発されている。
【０００３】
しかしながら、上記接着工法は、単純な接着のみであり、ＦＲＰ剥離による構造物の早期破壊により、終局耐力の補強効果の向上に限界がある一方、コンクリート構造物の剛性向上や内部ひび割れの抑制効果に限界がある。その上、繊維強化プラスチック部材の高い性能が有効に活用されていない。
【０００４】
このような問題を改善するべく、プレート状の繊維強化プラスチック部材、即ち、ＦＲＰプレート部材を用いた緊張接着工法が提案されている。
【０００５】
斯かる緊張接着工法を用いた補強方法は、
（１）ひび割れの閉合効果が期待できる。
（２）中間支点上に正曲げモーメントを発生させる効果が期待できる。
（３）原型形状をほとんど損なわずに補強できる。
（４）既設鉄筋の発生応力度を低減させることができる。
といった利点を有している。
【０００６】
しかしながら、上記緊張接着工法に採用される従来のＦＲＰプレート部材は、図２１に示すように、プレート状のＦＲＰプレート部材１００の両端を、金属或いはプラスチックの板状定着具１０２に接着剤で固定したものであり、ＦＲＰプレート部材１００に導入される緊張力は、接着剤の強度に支配され、大きな引抜耐力を得ることができなかった。
【０００７】
例えば特許文献１に記載されるように、補強材を円筒型定着具の内部に膨張性セメントを充填して固定する方法も提案されているが、定着具の厚さが厚くなるという欠点があった。
【０００８】
そこで、本発明者らは、特許文献２に記載するように、定着具付きＦＲＰプレートを提案した。この定着具付きＦＲＰプレートにて、ＦＲＰプレート部材の両端に一体に取り付けられる定着具は、ＦＲＰプレート部材の端部を受容する穴部を備え、ＦＲＰプレート部材の各端部は、その表面が凹凸形状とされ、定着具の穴部内へと挿入し、その後、定着具の穴部の空隙に充填材を充填することによって、ＦＲＰプレート部材の両端に定着具を一体に取付ける構成とされる。
【０００９】
斯かる構成の定着具付きＦＲＰプレートは、軽量で、耐食性に優れ、高い引張強度を有し、且つ定着具の引抜耐力が高く、接合が容易な、橋梁、建築構造物の鉄筋コンクリート又はプレストレストコンクリート製の梁やスラブなどの引張応力作用面に固定することで曲げ耐力の向上を図ることができる、といった特長を有している。
【特許文献１】特開平５−１８１０９号公報
【特許文献２】特開２００２−９７７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、斯かる構成の定着具付きＦＲＰプレートを用いて橋梁などのコンクリート構造物の補強を行う場合には、図５〜図７に示すように、定着具３は、その半分の厚さ分がコンクリート構造物２００に埋め込まれることとなり、そのためにコンクリート構造物表面を削り、凹所２０１を形成することが必須である。コンクリート構造物表面の削り作業は極めて時間を要し、又、作業が困難な場合もある。
【００１１】
通常、鉄筋２１０の上方に打設されるコンクリートの被りは３０ｍｍ程度であり、従って、コンクリート構造物表面の削り深さ（Ｈ0）は、３０ｍｍ以内で、できるだけ浅い方がよく、又、軽量化のためにも定着具自体の小型化が好ましい。即ち、定着具の厚さ方向の寸法は、少なくとも６０ｍｍ以下とされることが望まれる。
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するべく多くの研究実験を行った結果、図５〜図７に示す構成の定着具付きＦＲＰプレート１にて、ＦＲＰプレート部材２を定着具３に固定するための充填材、即ち、膨張定着材１２の配合を特異に調製して膨張圧を制御することと、定着具３の断面形状を最適化することにより達成し得ることを見出した。
【００１３】
更に、本発明者らは、ＦＲＰプレート部材２について研究実験を行ったところ次のことが分かった。
【００１４】
つまり、幅の狭いＦＲＰプレート部材２では幅方向にかかる引張力はほぼ均等にかかるが、特に、強化繊維が一方向のみに配列された一方向配列強化繊維からなるＦＲＰプレート部材２では、幅が広くなると、図１９に示すように、幅方向にかかる引張力の分布（応力分布）に傾斜ができ、幅方向に端部から部分的に破断（以下、「片破断」という。）する可能性があることが分かった。片破断する場合には、引張耐力は低下する。
【００１５】
本発明者らは、この片破断を防止するためにも種々の研究実験を行った。
【００１６】
その結果、一方向に配置して形成された一方向配列強化繊維層の外層に多方向に繊維を配置した強化繊維の層を設けることにより、引張直角方向に力を分散させることができ、片破断を防止し得ることを見出した。また、斯かる構成により耐アルカリ性の向上をも図ることが可能となることが分かった。
【００１７】
本発明は、斯かる本発明者らによる新規な知見に基づくものである。
【００１８】
本発明の目的は、定着具を小型化、軽量化することができ、施工に際してコンクリート表面の削る深さを最小限として、作業性の向上を図ることができ、且つ定着具の引抜耐力が高い定着具付きＦＲＰプレートを提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、片破断を防止し、引張耐力の低下を回避することのできる定着具付きＦＲＰプレートを提供することである。
【００２０】
更に、本発明の他の目的は、耐アルカリ性の向上を図ることのできる定着具付きＦＲＰプレートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的は本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートにて達成される。要約すれば、本発明は、幅が３５〜１００ｍｍ、厚さが１〜４ｍｍとされる矩形横断面形状を有し、軸線方向に延在した長尺のプレート状繊維強化プラスチックであるＦＲＰプレート部材と、前記ＦＲＰプレート部材の両端に一体に取り付けた定着具と、を有する定着具付きＦＲＰプレートであって、
前記定着具は、横断面が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、前記短辺部より長い５０〜２００ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有し、中心部には、前記ＦＲＰプレート部材の端部を受容するために、幅が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされるトラック形状の横断面を有した穴部を備え、
前記ＦＲＰプレート部材の各端部は、前記定着具の穴部内へと所定の定着長さだけ挿入し、その後、前記定着具の穴部の空隙に、膨張圧が１０〜２０Ｎ／ｍｍ2である膨張定着材を充填することによって、前記ＦＲＰプレート部材の両端に前記定着具を一体に取付けたことを特徴とする定着具付きＦＲＰプレートである。
【００２２】
本発明の一実施態様によると、前記膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％である。本発明の他の実施態様によると、前記膨張材は、石灰系膨張材、エトリンガイト系膨張材、又は、エトリンガイト・石灰複合系膨張材である。
【００２３】
本発明の他の実施態様によると、前記定着長さは、１５０〜４００ｍｍであり、また、前記定着具は、鋼製とされる。
【００２４】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面に接着剤を塗布し、その上に粒状物を散布して接着することによって凹凸形状とされる。又、好ましくは、前記粒状物は、粒径が０．１ｍｍ〜５ｍｍの珪砂或いは砕石である。
【００２５】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材部材の端部表面に強化繊維を巻き付け、接着剤にて表面に接着することによって凹凸形状とされる。
【００２６】
本発明の他の実施態様によると、前記定着具の前記穴部の周面は、溝加工が施される。
【００２７】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材は、強化繊維に樹脂を含浸して硬化したものであり、前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用され、前記樹脂は、熱硬化性樹脂である。前記熱硬化性樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂である。
【００２８】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維とされるか、又は、クロスである。
【００２９】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維にて形成される基材層としての一方向配列強化繊維層と、この一方向配列強化繊維層の両側面に配置された外側強化繊維層としての多方向配列強化繊維層を有する。
【００３０】
本発明の他の実施態様によると、前記多方向配列強化繊維層は、マット又はクロスである。
【００３１】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記多方向配列強化繊維層の外側に最外層として不織布層を有する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の定着具付きＦＲＰプレートによれば、定着具を小型化、軽量化することができ、施工に際してコンクリート表面の削る深さを最小限として、作業性の向上を図ることができ、且つ高い定着具引抜耐力を得ることができる。又、本発明の定着具付きＦＲＰプレートによれば、片破断を防止し、引張耐力の低下を回避することができる。更には、本発明の定着具付きＦＲＰプレートによれば、耐アルカリ性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートを図面に則して更に詳しく説明する。
【００３４】
実施例１
図１及び図２に、本発明に係る定着具付きＦＲＰプレート１の一実施例を示す。本実施例によると、定着具付きＦＲＰプレート１は、ＦＲＰプレート部材２と、このＦＲＰプレート部材２の両端に一体に取付けた定着具３と、を有する。
【００３５】
（ＦＲＰプレート部材）
ＦＲＰプレート部材２は、強化繊維２ａに樹脂２ｂを含浸させ硬化させたものであり、軸線方向に延在した長尺のプレート状、即ち、横断面にて幅方向長さ（Ｗｐ）に対して厚さ方向の長さ（Ｔｐ）が小さくされた（Ｗｐ≫Ｔｐ）、シート状或いは板状とされる。又、強化繊維２ａは、ＦＲＰプレート部材２の長手方向、即ち、緊張力導入方向に沿って一方向に配列された一方向配列強化繊維とすることができ、場合によっては、クロス（織物）を使用することもできる。また、異なる構成の繊維層を積層して構成しても良い。
【００３６】
本実施例によると、プレート状のＦＲＰプレート部材２は、詳しくは後述するが、幅（Ｗｐ）が３５〜１００ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が１〜４ｍｍ、通常、２ｍｍ程度とされる矩形断面とされる。又、軸線方向の長さ（Ｌｐ）は、任意とし得るが、通常、２ｍ以上、３０ｍ以内、場合によっては、３０ｍ以上とされる。
【００３７】
ＦＲＰプレート部材２の強化繊維２ａは、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用することができる。強化繊維２ａに含浸されるマトリクス樹脂２ｂは、熱硬化性樹脂とされ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂とされる。
【００３８】
ＦＲＰプレート部材２における樹脂含浸量、即ち、次式で定義される繊維割合Ｖｆは、１０〜９９．９％、好ましくは、４０〜７０％、通常６０％程度とされる。
繊維割合Ｖｆ（％）＝（繊維の全体積）／（樹脂の全体積＋繊維の全体積）
【００３９】
上述のようにして作製されたＦＲＰプレート部材２の端部は、その表面が凹凸形状とされる。このような凹凸形状表面は、例えば図１に示すように、ＦＲＰプレート部材２の端部表面に接着剤１０を塗布し、その上に粒状物１１を散布することによって形成し得る。これにより、ＦＲＰプレート部材端部の摩擦係数を高めることができる。
【００４０】
接着剤１０としては、例えば、エポキシ系接着剤などの任意のものを使用し得るが、ＦＲＰプレート部材２である繊維強化プラスチックに使用したマトリクス樹脂２ｂと相溶性の良いものを使用するのが好ましい。
【００４１】
粒状物１１としては、粒径が０．１ｍｍ〜５ｍｍとされる珪砂或いは砕石が好ましい。
【００４２】
ＦＲＰプレート部材２の端部表面の凹凸形状は、例えば、図２に示すように、ＦＲＰプレート部材２の端部表面に、紐状の繊維強化プラスチック１１を巻き付け、例えば紐状繊維強化プラスチック１１或はＦＲＰプレート部材２の端部表面に塗布した接着剤１０にてＦＲＰプレート部材１の端部表面に接着することによっても形成し得る。
【００４３】
ＦＲＰプレート部材２の端部に珪砂のような粒状物或は紐状繊維強化プラスチック１１が固着されたあと、ＦＲＰプレート部材２の端部を所定長さ（定着長Ｆ）だけ定着具３の穴部４内へと挿入し、穴部４の空隙に充填材、即ち、膨張定着材１２が充填される。膨張定着材１２については後で詳しく説明する。
【００４４】
上記構成により、ＦＲＰプレート部材２の両端部はそれぞれ、充填材１２の膨張により穴部内に生じた内圧（膨張圧）によって圧縮状態の充填材１２と完全に一体化され、これによって、定着具付きＦＲＰプレート１が作製される。
【００４５】
本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１によると、定着具３とＦＲＰプレート部材２との間には、ＦＲＰプレート部材２への緊張力導入のために付加される引張力に十分対抗できる固定力を得ることができ、高い定着強度、即ち、引張耐力が得られる。
【００４６】
このような構成の本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１は、軽量で耐食性に優れ、高い引張強度を有し、且つ定着具の引抜耐力が高く接合が容易なため、高耐力の補強材、或いは、緊張材として利用可能である。従って、例えば、橋梁や建築構造物の鉄筋コンクリート又はプレストレストコンクリート性の梁やスラブなどの部材の引張応力作用面にこの補強材を固定することで曲げ耐力の向上が図れる。
【００４７】
（定着具）
次に、定着具３について詳しく説明する。
【００４８】
先ず、定着具の外形状について言えば、もし、定着具３の横断面が円形状とされる場合には、定着具内部にＦＲＰプレート部材２を受容するために必然的に定着具３の外形寸法は、ＦＲＰプレート部材２の幅方向長さより大とならざるを得ない。従って、１００ｍｍ幅のＦＲＰプレート部材３を定着することができ、しかも、定着具３の厚さ方向の長さを６０ｍｍ以下とするといった、本発明の前提条件を満たすことができない。
【００４９】
従って、本実施例によると、図３に示すように、定着具３は、厚さ（Ｈ）が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、短辺部より長くされた幅（Ｗ）を有する長辺部とから成る矩形の外形状を有するものとした。短辺部の厚さ（Ｈ）は、後述するように、厚さ方向の強度を維持するために、３０ｍｍ以上とされる。
【００５０】
また、通常、図３、図４にて理解されるように、長径方向の肉厚ｔ１部分において、最大応力が発生する。従って、この肉厚ｔ１部分には、ｔ１＝１０〜４０ｍｍの厚さが必要とされ、従って、長辺部の長さ（Ｗ）は、５０ｍｍ以上、１８５ｍｍ以内とされる。１８５ｍｍを越えるのは、定着具３の小型化、軽量化の点で好ましくない。
【００５１】
次に、定着具３の中心部には、ＦＲＰプレート部材２の端部を挿入し保持するための穴部４が形成される。本実施例によると、図３に示すように、中心部には、プレート状とされるＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅（ｗ）が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされる高さ（ｈ）を有した、所謂、トラック形状の横断面を有した穴部が形成される。穴部４の形状寸法については、穴部４に充填される充填材１２との関係において後で説明する。
【００５２】
また、穴部４の内周面には、充填材１２と穴部内面との固着力を増大させ、充填材１２と定着具３とのずれを防ぐために穴部周方向に溝４ａを形成することも可能である。溝４ａは、軸線方向に平行に複数形成するのが好ましい。図９に示す実施例では、穴部４の幅方向直線部のみに形成された。
【００５３】
ＦＲＰプレート部材２の各端部は、定着具３の穴部内へと所定の定着長（Ｆ）（図１参照）だけ挿入し、その後、定着具３の穴部４の空隙に充填材である膨張定着材１２を充填することによって、ＦＲＰプレート部材２の両端に定着具３が一体に定着される。本実施例で、定着長（Ｆ）は、１５０〜４００ｍｍとした。その理由は後述する。
【００５４】
又、本実施例では、定着具１の穴部４の閉鎖端側である外側端部には外方へと突出して、取付部としてのボルト軸５が一体に形成されている。ボルト軸５は、複数設けても良い。
【００５５】
図５〜図７に、本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１をコンクリート構造物２００の表面に取り付けた状態を示す。
【００５６】
本実施例によると、定着具１をコンクリート構造物２００に取り付けるために、別部材として形成された取付具６が用意される。
【００５７】
取付具６は、本実施例によると、図５〜図７に示すように、コンクリート構造物表面を削ることにより形成された凹所２０１を横断して配置された板状部材とされ、この支持板は、その中央部６ａが肉厚とされ、凹所２０１内へと僅かに突出し、両端部６ｂがコンクリート構造物表面に取り付けられる。
【００５８】
取付具６は、両端部６ｂに形成したボルト穴６ｃを利用して、コンクリート構造物２００に植設されたアンカーボルト２０２に嵌合され、ナット２０３により固定される。
【００５９】
一方、定着具３のボルト軸５は、取付具６の中央部６ａに形成されたボルト穴６ｄを貫通して挿通され、ボルト軸５にナット５ａが螺合されることにより、取付具６に定着具３が取り付けられる。
【００６０】
又、補強施工時には、このボルト軸５が緊張装置（図示せず）に取り付けられ、ＦＲＰプレート部材２に緊張力を導入するのに利用される。その後、緊張が緩まないようにナット５ａが締め付けられる。
【００６１】
定着具３及び取付具６は、スチール（鋼材）にて作製される。本実施例では、鋼材ＳＭ４９０Ｙを使用した。
【００６２】
（膨張定着材）
本実施例では、充填材１２である膨張定着材（膨張ペースト）としては、水、セメント、シリカフューム及び膨張材を含むものを使用した。膨張材としては、石灰系膨張材又はエトリンガイト・石灰複合系膨張材を使用することができる。各成分は、次に説明する配合とすることによって、膨張圧１０〜２０Ｎ／ｍｍ2を得ることができた。
【００６３】
つまり、膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％とされる。
【００６４】
次に、膨張定着材１２について更に詳しく説明する。
【００６５】
定着具付きＦＲＰプレート１の緊張接着により既存コンクリート構造物２００を補強する場合、定着具３の定着性能を把握し、定着具３の小型化、軽量化を図ることが必要である。
【００６６】
本発明者らは、膨張定着材１２、即ち、膨張ペーストを用いた付着型定着具３の定着特性を把握するために、膨張ペーストの最適配合を選定するための膨張圧試験を行った（シリーズＩ）。
【００６７】
その結果から得られた膨張ペースト１２の配合と、矩形断面を有する定着具３を用いた定着具付きＦＲＰプレート１の引張試験を実施し、ＦＲＰプレート部材２の定着長（Ｆ）が定着性能に及ぼす影響について検討を行った（シリーズＩＩ）。
【００６８】
Ａ．実験概要
（１）シリーズＩ
表１に実験要因を示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
膨張ペースト１２には、セメントに普通ポルトランドセメント（密度：３．１６ｇ／ｃｍ3）、シリカフュームにノルウェー産粉体（密度：２．２０ｇ／ｃｍ3、比表面積：２０ｍ2／ｇ）、膨張材にはエトリンガイト・石灰複合系膨張材（密度：２．９０ｇ／ｃｍ3）を使用した。
【００７１】
図８に、拘束体３０の概要図を示す。
【００７２】
拘束体３０の本体３０ａは、鋼管（圧力配管用炭素鋼鋼管 ＳＴＰＧ３８：外径４２．７ｍｍ、肉厚３．６ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を使用し、両端に蓋部材３０ｂを螺合し、密閉可能とした。本体３０ａ内に膨張ペースト１２を充填して３軸拘束下における膨張特性を検討した。
【００７３】
膨張ペースト１２の配合は、水結合材比［Ｗ／（Ｃ＋ＦＳ）］を４０％、シリカフューム置換率［ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）を２０％とし、単位膨張材量を２００、２５０、３００、３５０、４００、６００ｋｇ／ｍ3の６配合とした。
【００７４】
鋼管中央部２箇所にひずみゲージ３１（２軸２ｍｍ、１Ｇ３Ｗ、１２０Ω）を貼り付け、鋼管表面の軸方向及び周方向膨張ひずみの経時変化を恒湿恒温室（温度２０±１℃、湿度９０±５％）内で測定した。目標膨張圧は１０〜２０Ｎ／ｍｍ2とした。
【００７５】
（２）シリーズＩＩ
表２に実験要因を示す。
【００７６】
【表２】
【００７７】
使用したＦＲＰプレート部材２は、強化繊維として一方向に配列した炭素繊維を使用した、所謂、ＣＦＲＰプレート部材であり、引抜成形型枠寸法を５０ｍｍ×２ｍｍとしてプルトルージョン法により作製した。つまり、ＣＦＲＰプレート部材２は、幅（Ｗｐ）が５０ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が２ｍｍであった。又、全長（Ｌｐ）は１１５０ｍｍとした。
【００７８】
マトリクス樹脂としてはエポキシ樹脂を使用した。繊維体積含有率は７０％で、理論引張強度は３３９５Ｎ／ｍｍ2、理論弾性係数は１６５ｋＮ／ｍｍ2の高強度タイプである。
【００７９】
ＣＦＲＰプレート部材２の両端部表面には、膨張ペースト１２の付着を良好にする目的で珪砂を散布した。
【００８０】
図９に、本実験で使用した矩形断面定着具３の断面を示す。
【００８１】
つまり、定着具３は、厚さ（Ｈ）が４０ｍｍとされる短辺部と、幅（Ｗ）が８４ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有するものとした。
【００８２】
定着具３の中心部には、プレート状とされるＣＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅（ｗ）が５２ｍｍであり、両端は半径（Ｒ）が７．５ｍｍの半円弧状とされる（即ち、高さ（ｈ）が１５ｍｍ）、所謂、トラック形状の横断面を有した穴部４が形成された。
【００８３】
また、図示するように、トラック形状の穴部４には、膨張ペースト１２と定着具３のずれを抑制するために、特に幅方向直線部（幅ｗｇ＝３７ｍｍ）において、断面が５×０．５ｍｍとされる形状の溝４ａが、軸線方向に１０ｍｍのピッチにて形成された。
【００８４】
図１０に、引張試験の概略を示す。
【００８５】
引張試験において、供試体であるＣＦＲＰプレート部材２の下端は、上記構成の定着具３を取り付けた。
【００８６】
このとき、引張試験において供試体に偏心力が作用しないように、定着具３には穴部４を延長してつかみ部３Ａを設け、このつかみ部３Ａには、充填材１２のみが存在し、ＣＦＲＰプレート部材２の端部は存在しないようにした。そして、このつかみ部３Ａを万能試験機５０の下方チャック５１で直接把持した。つかみ部３Ａの長さは１５０ｍｍとした。
【００８７】
なお、本引張試験において、定着長（Ｆ）は、１５０、３００、４００ｍｍとして試験を行った。
【００８８】
一方、ＣＦＲＰプレート部材２の上端は、外径７６．２ｍｍ、肉厚１２ｍｍ、長さ３５０ｍｍの鋼管の一端を閉鎖して構成した定着具４０に取り付け、この定着具４０を万能試験機５０の上方チャック５２で直接把持した。定着具４０の内面にも溝４０ａを形成した。ＣＦＲＰプレート部材２の上方端部は、定着具３による下方端部の定着と同様にして定着具４０に定着した。
【００８９】
測定項目は、最大荷重、プレートひずみ、矩形断面定着具３のひずみ、及び、口元変位であり、目視により破壊状況を確認した。口元変位は、矩形断面定着具３の入口部分に抜出変位計測器６０を取り付け、計測を行った。
【００９０】
なお、定着用膨張材の膨張状況を把握するために、引張試験直前まで、矩形断面定着具３の表面の膨張ひずみをひずみゲージ４１（２軸２ｍｍ、１Ｇ３Ｗ、１２０Ω）により計測した。
【００９１】
また、ＣＦＲＰプレート部材２のひずみ状況を計測するために、上方定着具４０より距離Ｌｇ＝２５０ｍｍの位置に、２個の１軸歪みゲージ４２、４２をプレート部材２の幅方向中央部に互いにＷｇ＝１８ｍｍだけ離間して配置した。
【００９２】
（実験結果および考察）
（１）シリーズＩ
３軸拘束状態における軸方向及び周方向のケミカルプレストレスは、式（１）、（２）より求めた。
【００９３】
【数１】
【００９４】
ここで、
Ｅs：拘束体の弾性係数、
ν：拘束体のポアソン比、
Ａsl：拘束体の軸方向断面積、
Ａcl：ペーストの断面積（＝πｒ2／４）、
Ａst：拘束体の周方向断面積（軸方向単位長さ当たりの拘束体周方向断面積の２倍）、
Ａct：ｒ×１（ｒ：ペースト断面の直径）、
εsl：拘束体の軸方向ひずみ、
εst：拘束体の周方向ひずみ
である。
【００９５】
ケミカルプレストレスは、材齢３日から５日で最大値を示した後、材齢３０日前後で一定値に落ち着いた。
【００９６】
図１１に、材齢３０日におけるケミカルプレストレスと単位膨張材量の関係を示す。水結合材比４０％、単位膨張材量４００ｋｇ／ｍ3の配合における周方向ケミカルプレストレスは、１２．６Ｎ／ｍｍ2であり、単位膨張材量６００ｋｇ／ｍ3の配合における周方向ケミカルプレストレスは、１８．５Ｎ／ｍｍ2であって、目標膨張圧（１０〜２０Ｎ／ｍｍ2）が得られることを確認した。
【００９７】
（２）シリーズＩＩ
表３にプレートの引張試験結果、図１２に引張応力とプレート中央ひずみの関係、図１３に引張応力と口元変位の関係を示す。
【００９８】
【表３】
【００９９】
定着長（Ｆ）に関わらず、最大荷重及び弾性係数はほぼ同程度の値を示し、全ての供試体でＣＦＲＰプレート部材２が破断した。また、ＣＦＲＰプレート部材２の定着長（Ｆ）に関わらず口元変位は同程度であり、最大荷重時で３ｍｍであった。
【０１００】
従って、膨張ペースト１２を用いた矩形断面定着具３は、定着長（Ｆ）の範囲（１５０〜４００ｍｍ）において十分な定着性能を有していると考えられる。
【０１０１】
定着長（Ｆ）の相違による最大引張荷重の差はほとんど観察されなかったことから、定着長（Ｆ）が最も短い１５０ｍｍの定着具３でも十分な定着性能を有することが分かった。
【０１０２】
（定着具の断面寸法）
ＦＲＰプレート部材２の端部が挿入配置される定着具３の穴部内面に内圧として作用する膨張定着材１２の膨張圧が高いと、定着具３に発生する応力が高くなるために、定着具３を形成している鋼材の肉厚が大きくなり、定着具３の寸法が大きくなる。
【０１０３】
上述のように、本実施例によれば、上述の配合とされた膨張定着材１２を使用することにより、従来の略１／２とされる１０〜２０Ｎ／ｍｍ2の膨張圧を得ることができた。
【０１０４】
ここで、膨張圧１５Ｎ／ｍｍ2を内圧と作用させて鋼材（ＳＭ４９０Ｙ）の発生応力度を許容応力度１９０Ｎ／ｍｍ2以下とする形状をＦＥＭ解析により求めた。
【０１０５】
断面の決定に際しては、既設コンクリートの被りが３０ｍｍ程度であることと、ＦＲＰプレート緊張工法における変高の角度が現行と大きく変化しないよう、６０ｍｍ以内に収まることを条件として矩形状の検討を行った。
【０１０６】
計算結果を表４に示す。
【０１０７】
表４中、試料番号１、２が本実施例に従って構成された、図３に示す形状のＦＲＰプレート用定着具である。試料番号３〜８は、比較例として作製したＦＲＰプレート用定着具であり、試料番号３、４は、図１４に示すように、穴部内面に入隅部（Ｒ部分）が形成されたＦＲＰプレート用定着具を示す。また、試料番号５〜８は、図１６に示すように、楕円形状とされるＦＲＰプレート用定着具である。
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
以下に断面寸法及び形状と応力分布の傾向についてその結果を纏めると次の通りであった。つまり、
（１）現行の５０ｍｍＦＲＰプレート用の定着具（試料番号３）にて、最大主応力の最大値の位置は、細径方向の肉厚（ｔ２）が極端に薄い定着具を除くと、穴部断面の入隅部（Ｒ部分）であった。そのときの応力分布状態を図１５に示す。
（２）現行の５０ｍｍＦＲＰプレート用の定着具の穴部断面を７５ｍｍＦＲＰプレート用にした場合（試料番号４）には、即ち、穴部断面形状を入隅部（Ｒ部分）は５ｍｍとし、幅を５２ｍｍから７７ｍｍに拡大した場合には、定着具の肉厚（ｔ１、ｔ２）が現行の２倍程度必要となった。
（３）最大主応力の低減は、穴部断面の入隅部における応力集中によるものであったことから、入隅部の断面力の分断範囲を広くすることで最大主応力の最大値を低減できた。本実施例に従った定着具（試料番号１、２）における応力分布状態を図４に示す。
（４）長径方向の肉厚ｔ１を厚くすることでも最大主応力の最大値は低減できることが分かった。ただし、現行の細径方向の肉厚ｔ２＝１６ｍｍ（ｈ＝５４ｍｍ）程度では長径方向の肉厚ｔ１は３０ｍｍ（Ｗ＝１４０ｍｍ）程度必要であり、その効果は小さかった。
（５）なお、外形状を楕円形状とした場合（試料番号５〜８）には、長径部円弧部分に応力が集中する。楕円形状が真円により近づけば応力集中は低減されるが、肉厚一定の楕円形状では、定着具の高さＨが６０ｍｍ以内となる範囲では許容値を満たす結果は得られなかった。
【０１１０】
結論として、定着具３の厚さ（Ｈ）を最少とするためには、外側は長方形状とし、内側の穴部形状は、長辺を直線、短辺を半円とした、所謂トラック形状で、半円の半径には最適寸法があることが分かった。
【０１１１】
つまり、半円の半径（Ｒ）を小さくし過ぎると、円弧部で応力集中が生じるため肉厚を厚くする必要があり、半径（Ｒ）を穴部４の幅（ｗ）＝４０〜８０ｍｍに対して５〜１５ｍｍとすることにより、定着具３の厚さ（Ｈ）を最少とすることができた。
【０１１２】
実施例２
実施例１では、充填材１２である膨張定着材（膨張ペースト）としては、水、セメント、シリカフューム及び膨張材を含むものを使用し、膨張材としては、石灰系膨張材又はエトリンガイト・石灰複合系膨張材を使用するものとした。
【０１１３】
しかしながら、膨張材としては、上記石灰系膨張材又はエトリンガイト・石灰複合系膨張材に限定されるものではない。本実施例では、エトリンガイト系の膨張材を使用し、実施例１と同様の効果を達成することができた。
【０１１４】
つまり、本実施例では、充填材１２である膨張定着材（膨張ペースト）としては、水、セメント、シリカフューム及びエトリンガイト系膨張材を含むものを使用し、各成分を次に説明する配合とすることによって、膨張圧１０〜２０Ｎ／ｍｍ2を得ることができた。
【０１１５】
更に説明すると、本実施例では、膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、エトリンガイト系膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％とされる。
【０１１６】
また、本実施例にて、膨張ペースト１２としては、セメントに普通ポルトランドセメント（密度：３．１６ｇ／ｃｍ3）、シリカフュームにノルウェー産粉体（密度：２．２０ｇ／ｃｍ3、比表面積：２０ｍ2／ｇ）、膨張材にエトリンガイト系膨張材（密度：２．９３ｇ／ｃｍ3）を使用した。膨張ペースト１２の配合は、水結合材比［Ｗ／（Ｃ＋ＦＳ）］を４０％、シリカフューム置換率［ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）を２０％とし、本実施例では、単位膨張材量を４００、５００ｋｇ／ｍ3の２配合とした。
【０１１７】
実施例１と同じ拘束体３０を使用して、実施例１と同じ実験装置、実験方法及び計算式により、３軸拘束状態における軸方向及び周方向のケミカルプレストレスを求めた。その結果を図１７及び図１８に示す。
【０１１８】
図１７及び図１８から理解されるように、ケミカルプレストレスは、単位膨張量５００ｋｇ／ｍ3の配合において、１０日以降目標膨張圧１０〜２０Ｎ／ｍｍ2を得ることができた。
【０１１９】
次に、上記結果から得られた膨張ペースト１２の配合と、実施例１と同様のＦＲＰプレート部材２及び定着具３を使用して、実施例１と同様にして引張試験を行った。
【０１２０】
引張試験の結果、本実施例においても、実施例１と同様の結果を得ることができた。
【０１２１】
つまり、定着長（Ｆ）に関わらず、最大荷重及び弾性係数はほぼ同程度の値を示し、全ての供試体でＣＦＲＰプレート部材２が破断した。また、ＣＦＲＰプレート部材２の定着長（Ｆ）に関わらず口元変位は同程度であり、最大荷重時で３ｍｍであった。
【０１２２】
従って、本実施例の膨張ペースト１２を用いた矩形断面定着具３は、定着長（Ｆ）の範囲（１５０〜４００ｍｍ）において十分な定着性能を有していると考えられる。
【０１２３】
定着長（Ｆ）の相違による最大引張荷重の差はほとんど観察されなかったことから、定着長（Ｆ）が最も短い１５０ｍｍの定着具３でも十分な定着性能を有することが分かった。
【０１２４】
実施例３
実施例１では、ＦＲＰプレート部材２は、強化繊維２ａに樹脂２ｂを含浸させ硬化させたものであり、軸線方向に延在した長尺のプレート状、即ち、横断面にて幅方向長さ（Ｗｐ）に対して厚さ方向の長さ（Ｔｐ）が小さくされた（Ｗｐ≫Ｔｐ）、シート状或いは板状とされ、特に、強化繊維２ａは、ＦＲＰプレート部材２の長手方向、即ち、緊張力導入方向に沿って一方向に配列された一方向配列強化繊維層であるか、または、クロス（織物）を使用するものとした。
【０１２５】
上述したように、本発明者らの更なる研究実験の結果によると、幅の狭いＦＲＰプレート部材２では幅方向にかかる引張力はほぼ均等にかかるが、特に、実施例１で説明した強化繊維２ａが一方向のみに繊維を配置した一方向配列強化繊維層からなるＦＲＰプレート部材２では、幅が広くなると、図１９に示すように、幅方向にかかる引張力の分布（応力分布）に傾斜ができ、幅方向に端部から部分的に破断（即ち、片破断）する可能性があることが分かった。片破断する場合には、引張耐力は低下する。
【０１２６】
本発明者らは、この片破断を防止するために種々の研究実験を行った。
【０１２７】
その結果、一方向に配置した強化繊維層の外層に多方向に繊維を配置した強化繊維の層を設けることにより、引張直角方向に力を分散させることができ、片破断を防止し得ことを見出した。
【０１２８】
図２０に、本実施例に従って構成されるＦＲＰプレート部材２の強化繊維２ａの横断面形状を示す。
【０１２９】
本実施例による強化繊維２ａは、実施例１で説明したように、ＦＲＰプレート部材２の長手方向、即ち、緊張力導入方向に沿って一方向に配列された一方向配列強化繊維にて形成される基材層としての一方向配列強化繊維層２ａ１と、この一方向配列強化繊維層の両側面に配置された外側強化繊維層２ａ２と、の複数層にて構成される。
【０１３０】
特に、本実施例によれば、各外側強化繊維層２ａ２は、一方向配列強化繊維層２ａ１に直接積層された多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａを有する。即ち、一方向配列強化繊維層２ａ１を多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａにて挟持する構成とされる。更に、本実施例によれば、この多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａの外層であり、且つ、強化繊維２ａの最外層を形成する不織布層２ａ２−Ｂと、にて構成される。
【０１３１】
本実施例によると、プレート状のＦＲＰプレート部材２は、実施例１と同様に、幅（Ｗｐ）が３５〜１００ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が１〜４ｍｍ、通常、３ｍｍ程度とされる矩形断面とされる。又、軸線方向の長さ（Ｌｐ）は、任意とし得るが、通常、２ｍ以上、３０ｍ以内、場合によっては、３０ｍ以上とされる。
【０１３２】
ＦＲＰプレート部材２における強化繊維２ａの基材層をなす一方向配列強化繊維層２ａ１のための強化繊維としては、実施例１の場合と同様に、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【０１３３】
強化繊維２ａの外側強化繊維層２ａ２をなす多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａは、マット状或いはフェルト状のシート、又は、クロス（織物）にて形成され、そのための強化繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維が好適に使用される。クロス（織物）は、強化繊維を使用して織成された、繊維の主軸が２軸、３軸、４軸とされるシート状の織物とすることができる。例えば、強化繊維を二方向に配向させた平織物、綾織物、朱子織物や、強化繊維２を三方向、四方向に配向させた３軸、４軸織物などを使用することができる。また、クロスは、１枚の織物シートで構成することもでき、又は、同じ構成の、或いは、異なる構成の複数枚の織物シートを積層して構成しても良い。
【０１３４】
また、強化繊維２ａの最外層としての外側強化繊維層２ａ２をなす最外層層２ａ２−Ｂは、不織布にて形成され、そのための強化繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を好適に使用することができる。本実施例にて、不織布とは、マット状又はフェルト状のシートを意味するものとする。
【０１３５】
強化繊維２ａ、即ち、一方向配列強化繊維層２ａ１、多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａ、最外層２ａ２−Ｂに含浸されるマトリクス樹脂２ｂは、熱硬化性樹脂とされ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂とされる。
【０１３６】
ＦＲＰプレート部材２の各繊維層における樹脂含浸量、即ち、次式で定義される繊維割合Ｖｆは、１０〜９９．９％、好ましくは、４０〜７０％、通常６０％程度とされる。
繊維割合Ｖｆ（％）＝（繊維の全体積）／（樹脂の全体積＋繊維の全体積）
【０１３７】
上述のようにして作製されたＦＲＰプレート部材２の端部は、実施例１の場合と同様にして、所定長さ（定着長Ｆ）だけ定着具３の穴部４内へと挿入し、穴部４の空隙に充填材、即ち、膨張定着材１２が充填される。膨張定着材１２は、実施例１、２にて説明したものが好適に使用される。
【０１３８】
上記構成により、ＦＲＰプレート部材２の両端部はそれぞれ、充填材１２の膨張により穴部内に生じた内圧（膨張圧）によって圧縮状態の充填材１２と完全に一体化され、これによって、定着具付きＦＲＰプレート１が作製される。
【０１３９】
本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１によると、定着具３とＦＲＰプレート部材２との間には、ＦＲＰプレート部材２への緊張力導入のために付加される引張力に十分対抗できる固定力を得ることができ、高い定着強度、即ち、引張耐力が得られる。
【０１４０】
このような構成の本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１は、軽量で耐食性に優れ、高い引張強度を有し、且つ定着具の引抜耐力が高く接合が容易なため、高耐力の補強材、或いは、緊張材として利用可能である。従って、例えば、橋梁や建築構造物の鉄筋コンクリート又はプレストレストコンクリート性の梁やスラブなどの部材の引張応力作用面にこの補強材を固定することで曲げ耐力の向上が図れる。
【０１４１】
更に、本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１は、一方向配列強化繊維層２ａ１の外側に多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａを積層し、一方向配列強化繊維層２ａ１を多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａにて挟持する態様（即ち、サンドイッチ構造）の構成とされるので片破断を防止することができる。又、例えばガラス繊維などの耐アルカリ性の弱い強化繊維などを用いた場合は、最外層に、例えば有機繊維などにより作製した耐アルカリ性の強い不織布層２ａ２−Ｂを配置することで、不織布層２ａ２−Ｂが内層繊維層の保護層となり耐アルカリ性の向上を図ることができる。また、内層繊維の傷防止機能をも有している。
【０１４２】
上記構成の本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１について引張試験を行った。試験装置及び試験方法は、実施例１にて説明したと同様であった。
【０１４３】
なお、本実験にて比較例としては、実施例１で説明した構成の、即ち、強化繊維２ａが一方向に配列した強化繊維層のみからなるＦＲＰプレート部材２を採用した。
【０１４４】
表５に、比較例として使用した定着具付きＦＲＰプレートの実験要因を示す。
【０１４５】
【表５】
【０１４６】
表６に、本実験にて使用した本実施例の定着具付きＦＲＰプレートの実験要因を示す。
【０１４７】
【表６】
【０１４８】
又、本実施例及び比較例にて、膨張ペースト１２は、実施例２で説明したエトリンガイト系膨張材を使用した。また、水結合材比４０％、エトリンガイト系膨張材の単位体積重量は、本実施例は４５０ｋｇ／ｍ3であり、比較例は５００ｋｇ／ｍ3であった。
【０１４９】
本実験にて使用した本実施例のＦＲＰプレート部材２は、強化繊維２ａの基材層をなす一方向配列強化繊維層２ａ１のための強化繊維としては、炭素繊維を使用し、多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａのための強化繊維としては、マット状のガラス繊維シートを使用した。又、本実験例では、強化繊維２ａの最外層として多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａの外層をなす最外層層２ａ２−Ｂを設け、この強化繊維としては、マット状のガラス繊維シートを使用した。
【０１５０】
強化繊維２ａの厚み（Ｔｐ）は３ｍｍであった。つまり、一方向配列強化繊維層２ａ１の厚み（Ｔｐ１）が２．２ｍｍ、多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａの厚み（Ｔｐ２）が０．３ｍｍ、最外層２ａ２−Ｂの厚み（Ｔｐ３）が０．１ｍｍとされた。
【０１５１】
これら多層からなるＦＲＰプレート部材２は、引抜成形型枠寸法を７５ｍｍ×３ｍｍとしてプルトルージョン法により作製した。つまり、ＦＲＰプレート部材２は、幅（Ｗｐ）が７５０ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が３ｍｍであった。又、全長（Ｌｐ）は１１５０ｍｍとした。
【０１５２】
マトリクス樹脂としてはビニルエステル樹脂を使用した。繊維体積含有率は６６．５％で、ＦＲＰプレート部材の引張耐力は５４８ｋＮである。
【０１５３】
ＦＲＰプレート部材２の両端部表面には、膨張ペースト１２の付着を良好にする目的で珪砂を散布した。
【０１５４】
実施例１で説明した、図９に示す形状の矩形断面定着具３を使用した。
【０１５５】
つまり、定着具３は、厚さ（Ｈ）が５１ｍｍとされる短辺部と、幅（Ｗ）が１４０ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有するものとした。
【０１５６】
定着具３の中心部には、プレート状とされるＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅（ｗ）が７７ｍｍであり、両端は半径（Ｒ）が１２．５ｍｍの半円弧状とされる（即ち、高さ（ｈ）が２５ｍｍ）、所謂、トラック形状の横断面を有した穴部４が形成された。
【０１５７】
また、図示するように、トラック形状の穴部４には、膨張ペースト１２と定着具３のずれを抑制するために、特に幅方向直線部（幅ｗｇ＝５２ｍｍ）において、断面が５×０．５ｍｍとされる形状の溝４ａが、軸線方向に１０ｍｍのピッチにて形成された。
【０１５８】
なお、本実験における引張試験において、定着長（Ｆ）は、２００、３５０ｍｍとして試験を行った。また、比較例の引張試験において、定着長（Ｆ）は、２００、２５０、３００、３５０ｍｍとして試験を行った。表７に比較例の、表８に本実施例の試験結果を示す。
【０１５９】
【表７】
【０１６０】
【表８】
【０１６１】
（引張試験結果）
膨張ペースト１２としてのエトリンガイト系膨張材に関しては、定着長３５０ｍｍは、十分な定着性能を有していると考えられる。
【０１６２】
また、ＦＲＰプレート部材２に関しては、比較例としてあげた強化繊維が一方向配列強化繊維のみからなる炭素繊維プレート部材では、定着長２００、２５０、３００ｍｍの範囲で片破断を起こした。
【０１６３】
本実施例によるＦＲＰプレート部材２では、片破断は見られず、一方向配列強化繊維層２ａ１の外側に多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａを積層し、一方向配列強化繊維層２ａ１を多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａにて挟持するサンドイッチ構造の効果があることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートの断面側面図である。
【図２】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートにおけるＦＲＰプレートの端部表面凹凸形状の他の実施例を示す斜視図である。
【図３】図１の線Ａ−Ａにとった定着具の正面図である。
【図４】ＦＥＭ解析による、本発明に従った定着具の応力分布を示す図である。
【図５】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートをコンクリート構造物表面に緊張施工した状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートをコンクリート構造物表面に緊張施工した状態を示す平面図である。
【図７】図６の線Ｂ−Ｂにとった定着具付きＦＲＰプレートをコンクリート構造物表面に緊張施工した状態を示す断面図である。
【図８】膨張定着材の実験に使用した拘束体の概要を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートの効果を実証するための実験に使用した定着具の横断面図である。
【図１０】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートの効果を実証するための引張り試験装置と、使用した定着具付きＦＲＰプレートの構成を示す横断面図である。
【図１１】ケミカルストレスと単位膨張材量の関係を示すグラフである。
【図１２】引張応力と、ＦＲＰプレート中央ひずみの関係を示すグラフである。
【図１３】引張応力と、口元変位の関係を示すグラフである。
【図１４】比較例としての定着具の正面図である。
【図１５】ＦＥＭ解析による、比較例としての図１４に示す定着具の応力分布を示す図である。
【図１６】比較例としての定着具の正面図である。
【図１７】本発明の他の実施例におけるケミカルストレスと経過時間の関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の他の実施例におけるケミカルストレスと経過時間の関係を示すグラフである。
【図１９】本発明の定着具付きＦＲＰプレートにおける片破断を説明するための説明図である。
【図２０】本発明の定着具付きＦＲＰプレートの他の実施例を示す、ＦＲＰプレートの横断面図である。
【図２１】ＦＲＰプレートを使用した橋梁上部の緊張接着工法を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１ 定着具付きＦＲＰプレート
２ 繊維強化プラスチック部材（ＦＲＰプレート部材）
３ 定着具
４ 穴部
５ ネジ軸
６ 取付具
１２ 膨張定着材（膨張ペースト）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレート状の繊維強化プラスチック部材、即ち、ＦＲＰプレート部材の両端に鋼製定着具を膨張定着材で固定した定着具付きＦＲＰプレートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造物の補強方法として、近年、既存或いは新設のコンクリート構造物の表面に連続繊維シートを貼り付けたり、巻き付けたりする接着工法が開発されている。
【０００３】
しかしながら、上記接着工法は、単純な接着のみであり、ＦＲＰ剥離による構造物の早期破壊により、終局耐力の補強効果の向上に限界がある一方、コンクリート構造物の剛性向上や内部ひび割れの抑制効果に限界がある。その上、繊維強化プラスチック部材の高い性能が有効に活用されていない。
【０００４】
このような問題を改善するべく、プレート状の繊維強化プラスチック部材、即ち、ＦＲＰプレート部材を用いた緊張接着工法が提案されている。
【０００５】
斯かる緊張接着工法を用いた補強方法は、
（１）ひび割れの閉合効果が期待できる。
（２）中間支点上に正曲げモーメントを発生させる効果が期待できる。
（３）原型形状をほとんど損なわずに補強できる。
（４）既設鉄筋の発生応力度を低減させることができる。
といった利点を有している。
【０００６】
しかしながら、上記緊張接着工法に採用される従来のＦＲＰプレート部材は、図２１に示すように、プレート状のＦＲＰプレート部材１００の両端を、金属或いはプラスチックの板状定着具１０２に接着剤で固定したものであり、ＦＲＰプレート部材１００に導入される緊張力は、接着剤の強度に支配され、大きな引抜耐力を得ることができなかった。
【０００７】
例えば特許文献１に記載されるように、補強材を円筒型定着具の内部に膨張性セメントを充填して固定する方法も提案されているが、定着具の厚さが厚くなるという欠点があった。
【０００８】
そこで、本発明者らは、特許文献２に記載するように、定着具付きＦＲＰプレートを提案した。この定着具付きＦＲＰプレートにて、ＦＲＰプレート部材の両端に一体に取り付けられる定着具は、ＦＲＰプレート部材の端部を受容する穴部を備え、ＦＲＰプレート部材の各端部は、その表面が凹凸形状とされ、定着具の穴部内へと挿入し、その後、定着具の穴部の空隙に充填材を充填することによって、ＦＲＰプレート部材の両端に定着具を一体に取付ける構成とされる。
【０００９】
斯かる構成の定着具付きＦＲＰプレートは、軽量で、耐食性に優れ、高い引張強度を有し、且つ定着具の引抜耐力が高く、接合が容易な、橋梁、建築構造物の鉄筋コンクリート又はプレストレストコンクリート製の梁やスラブなどの引張応力作用面に固定することで曲げ耐力の向上を図ることができる、といった特長を有している。
【特許文献１】特開平５−１８１０９号公報
【特許文献２】特開２００２−９７７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、斯かる構成の定着具付きＦＲＰプレートを用いて橋梁などのコンクリート構造物の補強を行う場合には、図５〜図７に示すように、定着具３は、その半分の厚さ分がコンクリート構造物２００に埋め込まれることとなり、そのためにコンクリート構造物表面を削り、凹所２０１を形成することが必須である。コンクリート構造物表面の削り作業は極めて時間を要し、又、作業が困難な場合もある。
【００１１】
通常、鉄筋２１０の上方に打設されるコンクリートの被りは３０ｍｍ程度であり、従って、コンクリート構造物表面の削り深さ（Ｈ0）は、３０ｍｍ以内で、できるだけ浅い方がよく、又、軽量化のためにも定着具自体の小型化が好ましい。即ち、定着具の厚さ方向の寸法は、少なくとも６０ｍｍ以下とされることが望まれる。
【００１２】
本発明者らは、上記課題を解決するべく多くの研究実験を行った結果、図５〜図７に示す構成の定着具付きＦＲＰプレート１にて、ＦＲＰプレート部材２を定着具３に固定するための充填材、即ち、膨張定着材１２の配合を特異に調製して膨張圧を制御することと、定着具３の断面形状を最適化することにより達成し得ることを見出した。
【００１３】
更に、本発明者らは、ＦＲＰプレート部材２について研究実験を行ったところ次のことが分かった。
【００１４】
つまり、幅の狭いＦＲＰプレート部材２では幅方向にかかる引張力はほぼ均等にかかるが、特に、強化繊維が一方向のみに配列された一方向配列強化繊維からなるＦＲＰプレート部材２では、幅が広くなると、図１９に示すように、幅方向にかかる引張力の分布（応力分布）に傾斜ができ、幅方向に端部から部分的に破断（以下、「片破断」という。）する可能性があることが分かった。片破断する場合には、引張耐力は低下する。
【００１５】
本発明者らは、この片破断を防止するためにも種々の研究実験を行った。
【００１６】
その結果、一方向に配置して形成された一方向配列強化繊維層の外層に多方向に繊維を配置した強化繊維の層を設けることにより、引張直角方向に力を分散させることができ、片破断を防止し得ることを見出した。また、斯かる構成により耐アルカリ性の向上をも図ることが可能となることが分かった。
【００１７】
本発明は、斯かる本発明者らによる新規な知見に基づくものである。
【００１８】
本発明の目的は、定着具を小型化、軽量化することができ、施工に際してコンクリート表面の削る深さを最小限として、作業性の向上を図ることができ、且つ定着具の引抜耐力が高い定着具付きＦＲＰプレートを提供することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、片破断を防止し、引張耐力の低下を回避することのできる定着具付きＦＲＰプレートを提供することである。
【００２０】
更に、本発明の他の目的は、耐アルカリ性の向上を図ることのできる定着具付きＦＲＰプレートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的は本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートにて達成される。要約すれば、本発明は、幅が３５〜１００ｍｍ、厚さが１〜４ｍｍとされる矩形横断面形状を有し、軸線方向に延在した長尺のプレート状繊維強化プラスチックであるＦＲＰプレート部材と、前記ＦＲＰプレート部材の両端に一体に取り付けた定着具と、を有する定着具付きＦＲＰプレートであって、
前記定着具は、横断面が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、前記短辺部より長い５０〜２００ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有し、中心部には、前記ＦＲＰプレート部材の端部を受容するために、幅が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされるトラック形状の横断面を有した穴部を備え、
前記ＦＲＰプレート部材の各端部は、前記定着具の穴部内へと所定の定着長さだけ挿入し、その後、前記定着具の穴部の空隙に、膨張圧が１０〜２０Ｎ／ｍｍ2である膨張定着材を充填することによって、前記ＦＲＰプレート部材の両端に前記定着具を一体に取付けたことを特徴とする定着具付きＦＲＰプレートである。
【００２２】
本発明の一実施態様によると、前記膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％である。本発明の他の実施態様によると、前記膨張材は、石灰系膨張材、エトリンガイト系膨張材、又は、エトリンガイト・石灰複合系膨張材である。
【００２３】
本発明の他の実施態様によると、前記定着長さは、１５０〜４００ｍｍであり、また、前記定着具は、鋼製とされる。
【００２４】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面に接着剤を塗布し、その上に粒状物を散布して接着することによって凹凸形状とされる。又、好ましくは、前記粒状物は、粒径が０．１ｍｍ〜５ｍｍの珪砂或いは砕石である。
【００２５】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材部材の端部表面に強化繊維を巻き付け、接着剤にて表面に接着することによって凹凸形状とされる。
【００２６】
本発明の他の実施態様によると、前記定着具の前記穴部の周面は、溝加工が施される。
【００２７】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材は、強化繊維に樹脂を含浸して硬化したものであり、前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用され、前記樹脂は、熱硬化性樹脂である。前記熱硬化性樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂である。
【００２８】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維とされるか、又は、クロスである。
【００２９】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維にて形成される基材層としての一方向配列強化繊維層と、この一方向配列強化繊維層の両側面に配置された外側強化繊維層としての多方向配列強化繊維層を有する。
【００３０】
本発明の他の実施態様によると、前記多方向配列強化繊維層は、マット又はクロスである。
【００３１】
本発明の他の実施態様によると、前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記多方向配列強化繊維層の外側に最外層として不織布層を有する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の定着具付きＦＲＰプレートによれば、定着具を小型化、軽量化することができ、施工に際してコンクリート表面の削る深さを最小限として、作業性の向上を図ることができ、且つ高い定着具引抜耐力を得ることができる。又、本発明の定着具付きＦＲＰプレートによれば、片破断を防止し、引張耐力の低下を回避することができる。更には、本発明の定着具付きＦＲＰプレートによれば、耐アルカリ性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートを図面に則して更に詳しく説明する。
【００３４】
実施例１
図１及び図２に、本発明に係る定着具付きＦＲＰプレート１の一実施例を示す。本実施例によると、定着具付きＦＲＰプレート１は、ＦＲＰプレート部材２と、このＦＲＰプレート部材２の両端に一体に取付けた定着具３と、を有する。
【００３５】
（ＦＲＰプレート部材）
ＦＲＰプレート部材２は、強化繊維２ａに樹脂２ｂを含浸させ硬化させたものであり、軸線方向に延在した長尺のプレート状、即ち、横断面にて幅方向長さ（Ｗｐ）に対して厚さ方向の長さ（Ｔｐ）が小さくされた（Ｗｐ≫Ｔｐ）、シート状或いは板状とされる。又、強化繊維２ａは、ＦＲＰプレート部材２の長手方向、即ち、緊張力導入方向に沿って一方向に配列された一方向配列強化繊維とすることができ、場合によっては、クロス（織物）を使用することもできる。また、異なる構成の繊維層を積層して構成しても良い。
【００３６】
本実施例によると、プレート状のＦＲＰプレート部材２は、詳しくは後述するが、幅（Ｗｐ）が３５〜１００ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が１〜４ｍｍ、通常、２ｍｍ程度とされる矩形断面とされる。又、軸線方向の長さ（Ｌｐ）は、任意とし得るが、通常、２ｍ以上、３０ｍ以内、場合によっては、３０ｍ以上とされる。
【００３７】
ＦＲＰプレート部材２の強化繊維２ａは、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用することができる。強化繊維２ａに含浸されるマトリクス樹脂２ｂは、熱硬化性樹脂とされ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂とされる。
【００３８】
ＦＲＰプレート部材２における樹脂含浸量、即ち、次式で定義される繊維割合Ｖｆは、１０〜９９．９％、好ましくは、４０〜７０％、通常６０％程度とされる。
繊維割合Ｖｆ（％）＝（繊維の全体積）／（樹脂の全体積＋繊維の全体積）
【００３９】
上述のようにして作製されたＦＲＰプレート部材２の端部は、その表面が凹凸形状とされる。このような凹凸形状表面は、例えば図１に示すように、ＦＲＰプレート部材２の端部表面に接着剤１０を塗布し、その上に粒状物１１を散布することによって形成し得る。これにより、ＦＲＰプレート部材端部の摩擦係数を高めることができる。
【００４０】
接着剤１０としては、例えば、エポキシ系接着剤などの任意のものを使用し得るが、ＦＲＰプレート部材２である繊維強化プラスチックに使用したマトリクス樹脂２ｂと相溶性の良いものを使用するのが好ましい。
【００４１】
粒状物１１としては、粒径が０．１ｍｍ〜５ｍｍとされる珪砂或いは砕石が好ましい。
【００４２】
ＦＲＰプレート部材２の端部表面の凹凸形状は、例えば、図２に示すように、ＦＲＰプレート部材２の端部表面に、紐状の繊維強化プラスチック１１を巻き付け、例えば紐状繊維強化プラスチック１１或はＦＲＰプレート部材２の端部表面に塗布した接着剤１０にてＦＲＰプレート部材１の端部表面に接着することによっても形成し得る。
【００４３】
ＦＲＰプレート部材２の端部に珪砂のような粒状物或は紐状繊維強化プラスチック１１が固着されたあと、ＦＲＰプレート部材２の端部を所定長さ（定着長Ｆ）だけ定着具３の穴部４内へと挿入し、穴部４の空隙に充填材、即ち、膨張定着材１２が充填される。膨張定着材１２については後で詳しく説明する。
【００４４】
上記構成により、ＦＲＰプレート部材２の両端部はそれぞれ、充填材１２の膨張により穴部内に生じた内圧（膨張圧）によって圧縮状態の充填材１２と完全に一体化され、これによって、定着具付きＦＲＰプレート１が作製される。
【００４５】
本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１によると、定着具３とＦＲＰプレート部材２との間には、ＦＲＰプレート部材２への緊張力導入のために付加される引張力に十分対抗できる固定力を得ることができ、高い定着強度、即ち、引張耐力が得られる。
【００４６】
このような構成の本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１は、軽量で耐食性に優れ、高い引張強度を有し、且つ定着具の引抜耐力が高く接合が容易なため、高耐力の補強材、或いは、緊張材として利用可能である。従って、例えば、橋梁や建築構造物の鉄筋コンクリート又はプレストレストコンクリート性の梁やスラブなどの部材の引張応力作用面にこの補強材を固定することで曲げ耐力の向上が図れる。
【００４７】
（定着具）
次に、定着具３について詳しく説明する。
【００４８】
先ず、定着具の外形状について言えば、もし、定着具３の横断面が円形状とされる場合には、定着具内部にＦＲＰプレート部材２を受容するために必然的に定着具３の外形寸法は、ＦＲＰプレート部材２の幅方向長さより大とならざるを得ない。従って、１００ｍｍ幅のＦＲＰプレート部材３を定着することができ、しかも、定着具３の厚さ方向の長さを６０ｍｍ以下とするといった、本発明の前提条件を満たすことができない。
【００４９】
従って、本実施例によると、図３に示すように、定着具３は、厚さ（Ｈ）が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、短辺部より長くされた幅（Ｗ）を有する長辺部とから成る矩形の外形状を有するものとした。短辺部の厚さ（Ｈ）は、後述するように、厚さ方向の強度を維持するために、３０ｍｍ以上とされる。
【００５０】
また、通常、図３、図４にて理解されるように、長径方向の肉厚ｔ１部分において、最大応力が発生する。従って、この肉厚ｔ１部分には、ｔ１＝１０〜４０ｍｍの厚さが必要とされ、従って、長辺部の長さ（Ｗ）は、５０ｍｍ以上、１８５ｍｍ以内とされる。１８５ｍｍを越えるのは、定着具３の小型化、軽量化の点で好ましくない。
【００５１】
次に、定着具３の中心部には、ＦＲＰプレート部材２の端部を挿入し保持するための穴部４が形成される。本実施例によると、図３に示すように、中心部には、プレート状とされるＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅（ｗ）が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされる高さ（ｈ）を有した、所謂、トラック形状の横断面を有した穴部が形成される。穴部４の形状寸法については、穴部４に充填される充填材１２との関係において後で説明する。
【００５２】
また、穴部４の内周面には、充填材１２と穴部内面との固着力を増大させ、充填材１２と定着具３とのずれを防ぐために穴部周方向に溝４ａを形成することも可能である。溝４ａは、軸線方向に平行に複数形成するのが好ましい。図９に示す実施例では、穴部４の幅方向直線部のみに形成された。
【００５３】
ＦＲＰプレート部材２の各端部は、定着具３の穴部内へと所定の定着長（Ｆ）（図１参照）だけ挿入し、その後、定着具３の穴部４の空隙に充填材である膨張定着材１２を充填することによって、ＦＲＰプレート部材２の両端に定着具３が一体に定着される。本実施例で、定着長（Ｆ）は、１５０〜４００ｍｍとした。その理由は後述する。
【００５４】
又、本実施例では、定着具１の穴部４の閉鎖端側である外側端部には外方へと突出して、取付部としてのボルト軸５が一体に形成されている。ボルト軸５は、複数設けても良い。
【００５５】
図５〜図７に、本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１をコンクリート構造物２００の表面に取り付けた状態を示す。
【００５６】
本実施例によると、定着具１をコンクリート構造物２００に取り付けるために、別部材として形成された取付具６が用意される。
【００５７】
取付具６は、本実施例によると、図５〜図７に示すように、コンクリート構造物表面を削ることにより形成された凹所２０１を横断して配置された板状部材とされ、この支持板は、その中央部６ａが肉厚とされ、凹所２０１内へと僅かに突出し、両端部６ｂがコンクリート構造物表面に取り付けられる。
【００５８】
取付具６は、両端部６ｂに形成したボルト穴６ｃを利用して、コンクリート構造物２００に植設されたアンカーボルト２０２に嵌合され、ナット２０３により固定される。
【００５９】
一方、定着具３のボルト軸５は、取付具６の中央部６ａに形成されたボルト穴６ｄを貫通して挿通され、ボルト軸５にナット５ａが螺合されることにより、取付具６に定着具３が取り付けられる。
【００６０】
又、補強施工時には、このボルト軸５が緊張装置（図示せず）に取り付けられ、ＦＲＰプレート部材２に緊張力を導入するのに利用される。その後、緊張が緩まないようにナット５ａが締め付けられる。
【００６１】
定着具３及び取付具６は、スチール（鋼材）にて作製される。本実施例では、鋼材ＳＭ４９０Ｙを使用した。
【００６２】
（膨張定着材）
本実施例では、充填材１２である膨張定着材（膨張ペースト）としては、水、セメント、シリカフューム及び膨張材を含むものを使用した。膨張材としては、石灰系膨張材又はエトリンガイト・石灰複合系膨張材を使用することができる。各成分は、次に説明する配合とすることによって、膨張圧１０〜２０Ｎ／ｍｍ2を得ることができた。
【００６３】
つまり、膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％とされる。
【００６４】
次に、膨張定着材１２について更に詳しく説明する。
【００６５】
定着具付きＦＲＰプレート１の緊張接着により既存コンクリート構造物２００を補強する場合、定着具３の定着性能を把握し、定着具３の小型化、軽量化を図ることが必要である。
【００６６】
本発明者らは、膨張定着材１２、即ち、膨張ペーストを用いた付着型定着具３の定着特性を把握するために、膨張ペーストの最適配合を選定するための膨張圧試験を行った（シリーズＩ）。
【００６７】
その結果から得られた膨張ペースト１２の配合と、矩形断面を有する定着具３を用いた定着具付きＦＲＰプレート１の引張試験を実施し、ＦＲＰプレート部材２の定着長（Ｆ）が定着性能に及ぼす影響について検討を行った（シリーズＩＩ）。
【００６８】
Ａ．実験概要
（１）シリーズＩ
表１に実験要因を示す。
【００６９】
【表１】
【００７０】
膨張ペースト１２には、セメントに普通ポルトランドセメント（密度：３．１６ｇ／ｃｍ3）、シリカフュームにノルウェー産粉体（密度：２．２０ｇ／ｃｍ3、比表面積：２０ｍ2／ｇ）、膨張材にはエトリンガイト・石灰複合系膨張材（密度：２．９０ｇ／ｃｍ3）を使用した。
【００７１】
図８に、拘束体３０の概要図を示す。
【００７２】
拘束体３０の本体３０ａは、鋼管（圧力配管用炭素鋼鋼管 ＳＴＰＧ３８：外径４２．７ｍｍ、肉厚３．６ｍｍ、長さ５００ｍｍ）を使用し、両端に蓋部材３０ｂを螺合し、密閉可能とした。本体３０ａ内に膨張ペースト１２を充填して３軸拘束下における膨張特性を検討した。
【００７３】
膨張ペースト１２の配合は、水結合材比［Ｗ／（Ｃ＋ＦＳ）］を４０％、シリカフューム置換率［ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）を２０％とし、単位膨張材量を２００、２５０、３００、３５０、４００、６００ｋｇ／ｍ3の６配合とした。
【００７４】
鋼管中央部２箇所にひずみゲージ３１（２軸２ｍｍ、１Ｇ３Ｗ、１２０Ω）を貼り付け、鋼管表面の軸方向及び周方向膨張ひずみの経時変化を恒湿恒温室（温度２０±１℃、湿度９０±５％）内で測定した。目標膨張圧は１０〜２０Ｎ／ｍｍ2とした。
【００７５】
（２）シリーズＩＩ
表２に実験要因を示す。
【００７６】
【表２】
【００７７】
使用したＦＲＰプレート部材２は、強化繊維として一方向に配列した炭素繊維を使用した、所謂、ＣＦＲＰプレート部材であり、引抜成形型枠寸法を５０ｍｍ×２ｍｍとしてプルトルージョン法により作製した。つまり、ＣＦＲＰプレート部材２は、幅（Ｗｐ）が５０ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が２ｍｍであった。又、全長（Ｌｐ）は１１５０ｍｍとした。
【００７８】
マトリクス樹脂としてはエポキシ樹脂を使用した。繊維体積含有率は７０％で、理論引張強度は３３９５Ｎ／ｍｍ2、理論弾性係数は１６５ｋＮ／ｍｍ2の高強度タイプである。
【００７９】
ＣＦＲＰプレート部材２の両端部表面には、膨張ペースト１２の付着を良好にする目的で珪砂を散布した。
【００８０】
図９に、本実験で使用した矩形断面定着具３の断面を示す。
【００８１】
つまり、定着具３は、厚さ（Ｈ）が４０ｍｍとされる短辺部と、幅（Ｗ）が８４ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有するものとした。
【００８２】
定着具３の中心部には、プレート状とされるＣＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅（ｗ）が５２ｍｍであり、両端は半径（Ｒ）が７．５ｍｍの半円弧状とされる（即ち、高さ（ｈ）が１５ｍｍ）、所謂、トラック形状の横断面を有した穴部４が形成された。
【００８３】
また、図示するように、トラック形状の穴部４には、膨張ペースト１２と定着具３のずれを抑制するために、特に幅方向直線部（幅ｗｇ＝３７ｍｍ）において、断面が５×０．５ｍｍとされる形状の溝４ａが、軸線方向に１０ｍｍのピッチにて形成された。
【００８４】
図１０に、引張試験の概略を示す。
【００８５】
引張試験において、供試体であるＣＦＲＰプレート部材２の下端は、上記構成の定着具３を取り付けた。
【００８６】
このとき、引張試験において供試体に偏心力が作用しないように、定着具３には穴部４を延長してつかみ部３Ａを設け、このつかみ部３Ａには、充填材１２のみが存在し、ＣＦＲＰプレート部材２の端部は存在しないようにした。そして、このつかみ部３Ａを万能試験機５０の下方チャック５１で直接把持した。つかみ部３Ａの長さは１５０ｍｍとした。
【００８７】
なお、本引張試験において、定着長（Ｆ）は、１５０、３００、４００ｍｍとして試験を行った。
【００８８】
一方、ＣＦＲＰプレート部材２の上端は、外径７６．２ｍｍ、肉厚１２ｍｍ、長さ３５０ｍｍの鋼管の一端を閉鎖して構成した定着具４０に取り付け、この定着具４０を万能試験機５０の上方チャック５２で直接把持した。定着具４０の内面にも溝４０ａを形成した。ＣＦＲＰプレート部材２の上方端部は、定着具３による下方端部の定着と同様にして定着具４０に定着した。
【００８９】
測定項目は、最大荷重、プレートひずみ、矩形断面定着具３のひずみ、及び、口元変位であり、目視により破壊状況を確認した。口元変位は、矩形断面定着具３の入口部分に抜出変位計測器６０を取り付け、計測を行った。
【００９０】
なお、定着用膨張材の膨張状況を把握するために、引張試験直前まで、矩形断面定着具３の表面の膨張ひずみをひずみゲージ４１（２軸２ｍｍ、１Ｇ３Ｗ、１２０Ω）により計測した。
【００９１】
また、ＣＦＲＰプレート部材２のひずみ状況を計測するために、上方定着具４０より距離Ｌｇ＝２５０ｍｍの位置に、２個の１軸歪みゲージ４２、４２をプレート部材２の幅方向中央部に互いにＷｇ＝１８ｍｍだけ離間して配置した。
【００９２】
（実験結果および考察）
（１）シリーズＩ
３軸拘束状態における軸方向及び周方向のケミカルプレストレスは、式（１）、（２）より求めた。
【００９３】
【数１】
【００９４】
ここで、
Ｅs：拘束体の弾性係数、
ν：拘束体のポアソン比、
Ａsl：拘束体の軸方向断面積、
Ａcl：ペーストの断面積（＝πｒ2／４）、
Ａst：拘束体の周方向断面積（軸方向単位長さ当たりの拘束体周方向断面積の２倍）、
Ａct：ｒ×１（ｒ：ペースト断面の直径）、
εsl：拘束体の軸方向ひずみ、
εst：拘束体の周方向ひずみ
である。
【００９５】
ケミカルプレストレスは、材齢３日から５日で最大値を示した後、材齢３０日前後で一定値に落ち着いた。
【００９６】
図１１に、材齢３０日におけるケミカルプレストレスと単位膨張材量の関係を示す。水結合材比４０％、単位膨張材量４００ｋｇ／ｍ3の配合における周方向ケミカルプレストレスは、１２．６Ｎ／ｍｍ2であり、単位膨張材量６００ｋｇ／ｍ3の配合における周方向ケミカルプレストレスは、１８．５Ｎ／ｍｍ2であって、目標膨張圧（１０〜２０Ｎ／ｍｍ2）が得られることを確認した。
【００９７】
（２）シリーズＩＩ
表３にプレートの引張試験結果、図１２に引張応力とプレート中央ひずみの関係、図１３に引張応力と口元変位の関係を示す。
【００９８】
【表３】
【００９９】
定着長（Ｆ）に関わらず、最大荷重及び弾性係数はほぼ同程度の値を示し、全ての供試体でＣＦＲＰプレート部材２が破断した。また、ＣＦＲＰプレート部材２の定着長（Ｆ）に関わらず口元変位は同程度であり、最大荷重時で３ｍｍであった。
【０１００】
従って、膨張ペースト１２を用いた矩形断面定着具３は、定着長（Ｆ）の範囲（１５０〜４００ｍｍ）において十分な定着性能を有していると考えられる。
【０１０１】
定着長（Ｆ）の相違による最大引張荷重の差はほとんど観察されなかったことから、定着長（Ｆ）が最も短い１５０ｍｍの定着具３でも十分な定着性能を有することが分かった。
【０１０２】
（定着具の断面寸法）
ＦＲＰプレート部材２の端部が挿入配置される定着具３の穴部内面に内圧として作用する膨張定着材１２の膨張圧が高いと、定着具３に発生する応力が高くなるために、定着具３を形成している鋼材の肉厚が大きくなり、定着具３の寸法が大きくなる。
【０１０３】
上述のように、本実施例によれば、上述の配合とされた膨張定着材１２を使用することにより、従来の略１／２とされる１０〜２０Ｎ／ｍｍ2の膨張圧を得ることができた。
【０１０４】
ここで、膨張圧１５Ｎ／ｍｍ2を内圧と作用させて鋼材（ＳＭ４９０Ｙ）の発生応力度を許容応力度１９０Ｎ／ｍｍ2以下とする形状をＦＥＭ解析により求めた。
【０１０５】
断面の決定に際しては、既設コンクリートの被りが３０ｍｍ程度であることと、ＦＲＰプレート緊張工法における変高の角度が現行と大きく変化しないよう、６０ｍｍ以内に収まることを条件として矩形状の検討を行った。
【０１０６】
計算結果を表４に示す。
【０１０７】
表４中、試料番号１、２が本実施例に従って構成された、図３に示す形状のＦＲＰプレート用定着具である。試料番号３〜８は、比較例として作製したＦＲＰプレート用定着具であり、試料番号３、４は、図１４に示すように、穴部内面に入隅部（Ｒ部分）が形成されたＦＲＰプレート用定着具を示す。また、試料番号５〜８は、図１６に示すように、楕円形状とされるＦＲＰプレート用定着具である。
【０１０８】
【表４】
【０１０９】
以下に断面寸法及び形状と応力分布の傾向についてその結果を纏めると次の通りであった。つまり、
（１）現行の５０ｍｍＦＲＰプレート用の定着具（試料番号３）にて、最大主応力の最大値の位置は、細径方向の肉厚（ｔ２）が極端に薄い定着具を除くと、穴部断面の入隅部（Ｒ部分）であった。そのときの応力分布状態を図１５に示す。
（２）現行の５０ｍｍＦＲＰプレート用の定着具の穴部断面を７５ｍｍＦＲＰプレート用にした場合（試料番号４）には、即ち、穴部断面形状を入隅部（Ｒ部分）は５ｍｍとし、幅を５２ｍｍから７７ｍｍに拡大した場合には、定着具の肉厚（ｔ１、ｔ２）が現行の２倍程度必要となった。
（３）最大主応力の低減は、穴部断面の入隅部における応力集中によるものであったことから、入隅部の断面力の分断範囲を広くすることで最大主応力の最大値を低減できた。本実施例に従った定着具（試料番号１、２）における応力分布状態を図４に示す。
（４）長径方向の肉厚ｔ１を厚くすることでも最大主応力の最大値は低減できることが分かった。ただし、現行の細径方向の肉厚ｔ２＝１６ｍｍ（ｈ＝５４ｍｍ）程度では長径方向の肉厚ｔ１は３０ｍｍ（Ｗ＝１４０ｍｍ）程度必要であり、その効果は小さかった。
（５）なお、外形状を楕円形状とした場合（試料番号５〜８）には、長径部円弧部分に応力が集中する。楕円形状が真円により近づけば応力集中は低減されるが、肉厚一定の楕円形状では、定着具の高さＨが６０ｍｍ以内となる範囲では許容値を満たす結果は得られなかった。
【０１１０】
結論として、定着具３の厚さ（Ｈ）を最少とするためには、外側は長方形状とし、内側の穴部形状は、長辺を直線、短辺を半円とした、所謂トラック形状で、半円の半径には最適寸法があることが分かった。
【０１１１】
つまり、半円の半径（Ｒ）を小さくし過ぎると、円弧部で応力集中が生じるため肉厚を厚くする必要があり、半径（Ｒ）を穴部４の幅（ｗ）＝４０〜８０ｍｍに対して５〜１５ｍｍとすることにより、定着具３の厚さ（Ｈ）を最少とすることができた。
【０１１２】
実施例２
実施例１では、充填材１２である膨張定着材（膨張ペースト）としては、水、セメント、シリカフューム及び膨張材を含むものを使用し、膨張材としては、石灰系膨張材又はエトリンガイト・石灰複合系膨張材を使用するものとした。
【０１１３】
しかしながら、膨張材としては、上記石灰系膨張材又はエトリンガイト・石灰複合系膨張材に限定されるものではない。本実施例では、エトリンガイト系の膨張材を使用し、実施例１と同様の効果を達成することができた。
【０１１４】
つまり、本実施例では、充填材１２である膨張定着材（膨張ペースト）としては、水、セメント、シリカフューム及びエトリンガイト系膨張材を含むものを使用し、各成分を次に説明する配合とすることによって、膨張圧１０〜２０Ｎ／ｍｍ2を得ることができた。
【０１１５】
更に説明すると、本実施例では、膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、エトリンガイト系膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％とされる。
【０１１６】
また、本実施例にて、膨張ペースト１２としては、セメントに普通ポルトランドセメント（密度：３．１６ｇ／ｃｍ3）、シリカフュームにノルウェー産粉体（密度：２．２０ｇ／ｃｍ3、比表面積：２０ｍ2／ｇ）、膨張材にエトリンガイト系膨張材（密度：２．９３ｇ／ｃｍ3）を使用した。膨張ペースト１２の配合は、水結合材比［Ｗ／（Ｃ＋ＦＳ）］を４０％、シリカフューム置換率［ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）を２０％とし、本実施例では、単位膨張材量を４００、５００ｋｇ／ｍ3の２配合とした。
【０１１７】
実施例１と同じ拘束体３０を使用して、実施例１と同じ実験装置、実験方法及び計算式により、３軸拘束状態における軸方向及び周方向のケミカルプレストレスを求めた。その結果を図１７及び図１８に示す。
【０１１８】
図１７及び図１８から理解されるように、ケミカルプレストレスは、単位膨張量５００ｋｇ／ｍ3の配合において、１０日以降目標膨張圧１０〜２０Ｎ／ｍｍ2を得ることができた。
【０１１９】
次に、上記結果から得られた膨張ペースト１２の配合と、実施例１と同様のＦＲＰプレート部材２及び定着具３を使用して、実施例１と同様にして引張試験を行った。
【０１２０】
引張試験の結果、本実施例においても、実施例１と同様の結果を得ることができた。
【０１２１】
つまり、定着長（Ｆ）に関わらず、最大荷重及び弾性係数はほぼ同程度の値を示し、全ての供試体でＣＦＲＰプレート部材２が破断した。また、ＣＦＲＰプレート部材２の定着長（Ｆ）に関わらず口元変位は同程度であり、最大荷重時で３ｍｍであった。
【０１２２】
従って、本実施例の膨張ペースト１２を用いた矩形断面定着具３は、定着長（Ｆ）の範囲（１５０〜４００ｍｍ）において十分な定着性能を有していると考えられる。
【０１２３】
定着長（Ｆ）の相違による最大引張荷重の差はほとんど観察されなかったことから、定着長（Ｆ）が最も短い１５０ｍｍの定着具３でも十分な定着性能を有することが分かった。
【０１２４】
実施例３
実施例１では、ＦＲＰプレート部材２は、強化繊維２ａに樹脂２ｂを含浸させ硬化させたものであり、軸線方向に延在した長尺のプレート状、即ち、横断面にて幅方向長さ（Ｗｐ）に対して厚さ方向の長さ（Ｔｐ）が小さくされた（Ｗｐ≫Ｔｐ）、シート状或いは板状とされ、特に、強化繊維２ａは、ＦＲＰプレート部材２の長手方向、即ち、緊張力導入方向に沿って一方向に配列された一方向配列強化繊維層であるか、または、クロス（織物）を使用するものとした。
【０１２５】
上述したように、本発明者らの更なる研究実験の結果によると、幅の狭いＦＲＰプレート部材２では幅方向にかかる引張力はほぼ均等にかかるが、特に、実施例１で説明した強化繊維２ａが一方向のみに繊維を配置した一方向配列強化繊維層からなるＦＲＰプレート部材２では、幅が広くなると、図１９に示すように、幅方向にかかる引張力の分布（応力分布）に傾斜ができ、幅方向に端部から部分的に破断（即ち、片破断）する可能性があることが分かった。片破断する場合には、引張耐力は低下する。
【０１２６】
本発明者らは、この片破断を防止するために種々の研究実験を行った。
【０１２７】
その結果、一方向に配置した強化繊維層の外層に多方向に繊維を配置した強化繊維の層を設けることにより、引張直角方向に力を分散させることができ、片破断を防止し得ことを見出した。
【０１２８】
図２０に、本実施例に従って構成されるＦＲＰプレート部材２の強化繊維２ａの横断面形状を示す。
【０１２９】
本実施例による強化繊維２ａは、実施例１で説明したように、ＦＲＰプレート部材２の長手方向、即ち、緊張力導入方向に沿って一方向に配列された一方向配列強化繊維にて形成される基材層としての一方向配列強化繊維層２ａ１と、この一方向配列強化繊維層の両側面に配置された外側強化繊維層２ａ２と、の複数層にて構成される。
【０１３０】
特に、本実施例によれば、各外側強化繊維層２ａ２は、一方向配列強化繊維層２ａ１に直接積層された多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａを有する。即ち、一方向配列強化繊維層２ａ１を多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａにて挟持する構成とされる。更に、本実施例によれば、この多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａの外層であり、且つ、強化繊維２ａの最外層を形成する不織布層２ａ２−Ｂと、にて構成される。
【０１３１】
本実施例によると、プレート状のＦＲＰプレート部材２は、実施例１と同様に、幅（Ｗｐ）が３５〜１００ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が１〜４ｍｍ、通常、３ｍｍ程度とされる矩形断面とされる。又、軸線方向の長さ（Ｌｐ）は、任意とし得るが、通常、２ｍ以上、３０ｍ以内、場合によっては、３０ｍ以上とされる。
【０１３２】
ＦＲＰプレート部材２における強化繊維２ａの基材層をなす一方向配列強化繊維層２ａ１のための強化繊維としては、実施例１の場合と同様に、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用することができる。
【０１３３】
強化繊維２ａの外側強化繊維層２ａ２をなす多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａは、マット状或いはフェルト状のシート、又は、クロス（織物）にて形成され、そのための強化繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維が好適に使用される。クロス（織物）は、強化繊維を使用して織成された、繊維の主軸が２軸、３軸、４軸とされるシート状の織物とすることができる。例えば、強化繊維を二方向に配向させた平織物、綾織物、朱子織物や、強化繊維２を三方向、四方向に配向させた３軸、４軸織物などを使用することができる。また、クロスは、１枚の織物シートで構成することもでき、又は、同じ構成の、或いは、異なる構成の複数枚の織物シートを積層して構成しても良い。
【０１３４】
また、強化繊維２ａの最外層としての外側強化繊維層２ａ２をなす最外層層２ａ２−Ｂは、不織布にて形成され、そのための強化繊維としては、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を好適に使用することができる。本実施例にて、不織布とは、マット状又はフェルト状のシートを意味するものとする。
【０１３５】
強化繊維２ａ、即ち、一方向配列強化繊維層２ａ１、多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａ、最外層２ａ２−Ｂに含浸されるマトリクス樹脂２ｂは、熱硬化性樹脂とされ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂とされる。
【０１３６】
ＦＲＰプレート部材２の各繊維層における樹脂含浸量、即ち、次式で定義される繊維割合Ｖｆは、１０〜９９．９％、好ましくは、４０〜７０％、通常６０％程度とされる。
繊維割合Ｖｆ（％）＝（繊維の全体積）／（樹脂の全体積＋繊維の全体積）
【０１３７】
上述のようにして作製されたＦＲＰプレート部材２の端部は、実施例１の場合と同様にして、所定長さ（定着長Ｆ）だけ定着具３の穴部４内へと挿入し、穴部４の空隙に充填材、即ち、膨張定着材１２が充填される。膨張定着材１２は、実施例１、２にて説明したものが好適に使用される。
【０１３８】
上記構成により、ＦＲＰプレート部材２の両端部はそれぞれ、充填材１２の膨張により穴部内に生じた内圧（膨張圧）によって圧縮状態の充填材１２と完全に一体化され、これによって、定着具付きＦＲＰプレート１が作製される。
【０１３９】
本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１によると、定着具３とＦＲＰプレート部材２との間には、ＦＲＰプレート部材２への緊張力導入のために付加される引張力に十分対抗できる固定力を得ることができ、高い定着強度、即ち、引張耐力が得られる。
【０１４０】
このような構成の本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１は、軽量で耐食性に優れ、高い引張強度を有し、且つ定着具の引抜耐力が高く接合が容易なため、高耐力の補強材、或いは、緊張材として利用可能である。従って、例えば、橋梁や建築構造物の鉄筋コンクリート又はプレストレストコンクリート性の梁やスラブなどの部材の引張応力作用面にこの補強材を固定することで曲げ耐力の向上が図れる。
【０１４１】
更に、本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１は、一方向配列強化繊維層２ａ１の外側に多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａを積層し、一方向配列強化繊維層２ａ１を多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａにて挟持する態様（即ち、サンドイッチ構造）の構成とされるので片破断を防止することができる。又、例えばガラス繊維などの耐アルカリ性の弱い強化繊維などを用いた場合は、最外層に、例えば有機繊維などにより作製した耐アルカリ性の強い不織布層２ａ２−Ｂを配置することで、不織布層２ａ２−Ｂが内層繊維層の保護層となり耐アルカリ性の向上を図ることができる。また、内層繊維の傷防止機能をも有している。
【０１４２】
上記構成の本実施例の定着具付きＦＲＰプレート１について引張試験を行った。試験装置及び試験方法は、実施例１にて説明したと同様であった。
【０１４３】
なお、本実験にて比較例としては、実施例１で説明した構成の、即ち、強化繊維２ａが一方向に配列した強化繊維層のみからなるＦＲＰプレート部材２を採用した。
【０１４４】
表５に、比較例として使用した定着具付きＦＲＰプレートの実験要因を示す。
【０１４５】
【表５】
【０１４６】
表６に、本実験にて使用した本実施例の定着具付きＦＲＰプレートの実験要因を示す。
【０１４７】
【表６】
【０１４８】
又、本実施例及び比較例にて、膨張ペースト１２は、実施例２で説明したエトリンガイト系膨張材を使用した。また、水結合材比４０％、エトリンガイト系膨張材の単位体積重量は、本実施例は４５０ｋｇ／ｍ3であり、比較例は５００ｋｇ／ｍ3であった。
【０１４９】
本実験にて使用した本実施例のＦＲＰプレート部材２は、強化繊維２ａの基材層をなす一方向配列強化繊維層２ａ１のための強化繊維としては、炭素繊維を使用し、多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａのための強化繊維としては、マット状のガラス繊維シートを使用した。又、本実験例では、強化繊維２ａの最外層として多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａの外層をなす最外層層２ａ２−Ｂを設け、この強化繊維としては、マット状のガラス繊維シートを使用した。
【０１５０】
強化繊維２ａの厚み（Ｔｐ）は３ｍｍであった。つまり、一方向配列強化繊維層２ａ１の厚み（Ｔｐ１）が２．２ｍｍ、多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａの厚み（Ｔｐ２）が０．３ｍｍ、最外層２ａ２−Ｂの厚み（Ｔｐ３）が０．１ｍｍとされた。
【０１５１】
これら多層からなるＦＲＰプレート部材２は、引抜成形型枠寸法を７５ｍｍ×３ｍｍとしてプルトルージョン法により作製した。つまり、ＦＲＰプレート部材２は、幅（Ｗｐ）が７５０ｍｍ、厚さ（Ｔｐ）が３ｍｍであった。又、全長（Ｌｐ）は１１５０ｍｍとした。
【０１５２】
マトリクス樹脂としてはビニルエステル樹脂を使用した。繊維体積含有率は６６．５％で、ＦＲＰプレート部材の引張耐力は５４８ｋＮである。
【０１５３】
ＦＲＰプレート部材２の両端部表面には、膨張ペースト１２の付着を良好にする目的で珪砂を散布した。
【０１５４】
実施例１で説明した、図９に示す形状の矩形断面定着具３を使用した。
【０１５５】
つまり、定着具３は、厚さ（Ｈ）が５１ｍｍとされる短辺部と、幅（Ｗ）が１４０ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有するものとした。
【０１５６】
定着具３の中心部には、プレート状とされるＦＲＰプレート部材２の端部を受容するために、幅（ｗ）が７７ｍｍであり、両端は半径（Ｒ）が１２．５ｍｍの半円弧状とされる（即ち、高さ（ｈ）が２５ｍｍ）、所謂、トラック形状の横断面を有した穴部４が形成された。
【０１５７】
また、図示するように、トラック形状の穴部４には、膨張ペースト１２と定着具３のずれを抑制するために、特に幅方向直線部（幅ｗｇ＝５２ｍｍ）において、断面が５×０．５ｍｍとされる形状の溝４ａが、軸線方向に１０ｍｍのピッチにて形成された。
【０１５８】
なお、本実験における引張試験において、定着長（Ｆ）は、２００、３５０ｍｍとして試験を行った。また、比較例の引張試験において、定着長（Ｆ）は、２００、２５０、３００、３５０ｍｍとして試験を行った。表７に比較例の、表８に本実施例の試験結果を示す。
【０１５９】
【表７】
【０１６０】
【表８】
【０１６１】
（引張試験結果）
膨張ペースト１２としてのエトリンガイト系膨張材に関しては、定着長３５０ｍｍは、十分な定着性能を有していると考えられる。
【０１６２】
また、ＦＲＰプレート部材２に関しては、比較例としてあげた強化繊維が一方向配列強化繊維のみからなる炭素繊維プレート部材では、定着長２００、２５０、３００ｍｍの範囲で片破断を起こした。
【０１６３】
本実施例によるＦＲＰプレート部材２では、片破断は見られず、一方向配列強化繊維層２ａ１の外側に多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａを積層し、一方向配列強化繊維層２ａ１を多方向配列強化繊維層２ａ２−Ａにて挟持するサンドイッチ構造の効果があることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【０１６４】
【図１】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートの断面側面図である。
【図２】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートにおけるＦＲＰプレートの端部表面凹凸形状の他の実施例を示す斜視図である。
【図３】図１の線Ａ−Ａにとった定着具の正面図である。
【図４】ＦＥＭ解析による、本発明に従った定着具の応力分布を示す図である。
【図５】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートをコンクリート構造物表面に緊張施工した状態を示す断面図である。
【図６】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートをコンクリート構造物表面に緊張施工した状態を示す平面図である。
【図７】図６の線Ｂ−Ｂにとった定着具付きＦＲＰプレートをコンクリート構造物表面に緊張施工した状態を示す断面図である。
【図８】膨張定着材の実験に使用した拘束体の概要を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートの効果を実証するための実験に使用した定着具の横断面図である。
【図１０】本発明に係る定着具付きＦＲＰプレートの効果を実証するための引張り試験装置と、使用した定着具付きＦＲＰプレートの構成を示す横断面図である。
【図１１】ケミカルストレスと単位膨張材量の関係を示すグラフである。
【図１２】引張応力と、ＦＲＰプレート中央ひずみの関係を示すグラフである。
【図１３】引張応力と、口元変位の関係を示すグラフである。
【図１４】比較例としての定着具の正面図である。
【図１５】ＦＥＭ解析による、比較例としての図１４に示す定着具の応力分布を示す図である。
【図１６】比較例としての定着具の正面図である。
【図１７】本発明の他の実施例におけるケミカルストレスと経過時間の関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の他の実施例におけるケミカルストレスと経過時間の関係を示すグラフである。
【図１９】本発明の定着具付きＦＲＰプレートにおける片破断を説明するための説明図である。
【図２０】本発明の定着具付きＦＲＰプレートの他の実施例を示す、ＦＲＰプレートの横断面図である。
【図２１】ＦＲＰプレートを使用した橋梁上部の緊張接着工法を説明する図である。
【符号の説明】
【０１６５】
１ 定着具付きＦＲＰプレート
２ 繊維強化プラスチック部材（ＦＲＰプレート部材）
３ 定着具
４ 穴部
５ ネジ軸
６ 取付具
１２ 膨張定着材（膨張ペースト）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
幅が３５〜１００ｍｍ、厚さが１〜４ｍｍとされる矩形横断面形状を有し、軸線方向に延在した長尺のプレート状繊維強化プラスチックであるＦＲＰプレート部材と、前記ＦＲＰプレート部材の両端に一体に取り付けた定着具と、を有する定着具付きＦＲＰプレートであって、
前記定着具は、横断面が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、前記短辺部より長い５０〜２００ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有し、中心部には、前記ＦＲＰプレート部材の端部を受容するために、幅が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされるトラック形状の横断面を有した穴部を備え、
前記ＦＲＰプレート部材の各端部は、前記定着具の穴部内へと所定の定着長さだけ挿入し、その後、前記定着具の穴部の空隙に、膨張圧が１０〜２０Ｎ／ｍｍ2である膨張定着材を充填することによって、前記ＦＲＰプレート部材の両端に前記定着具を一体に取付けたことを特徴とする定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項２】
前記膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％であることを特徴とする請求項１の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項３】
前記膨張材は、石灰系膨張材、エトリンガイト系膨張材、又は、エトリンガイト・石灰複合系膨張材であることを特徴とする請求項２の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項４】
前記定着長さは、１５０〜４００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項５】
前記定着具は、鋼製とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項６】
前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面に接着剤を塗布し、その上に粒状物を散布して接着することによって凹凸形状とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項７】
前記粒状物は、粒径が０．１ｍｍ〜５ｍｍの珪砂或いは砕石であることを特徴とする請求項６の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項８】
前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材部材の端部表面に強化繊維を巻き付け、接着剤にて表面に接着することによって凹凸形状とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項９】
前記定着具の前記穴部の周面は、溝加工が施されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１０】
前記ＦＲＰプレート部材は、強化繊維に樹脂を含浸して硬化したものであり、前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用され、前記樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１１】
前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維とされるか、又は、クロスであることを特徴とする請求項１０の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１２】
前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維にて形成される基材層としての一方向配列強化繊維層と、この一方向配列強化繊維層の両側面に配置された外側強化繊維層としての多方向配列強化繊維層を有することを特徴とする請求項１０の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１３】
前記多方向配列強化繊維層は、マット又はクロスであることを特徴とする請求項１２の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１４】
前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記多方向配列強化繊維層の外側に最外層として不織布層を有することを特徴とする請求項１２又は１３の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１５】
前記熱硬化性樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１】
幅が３５〜１００ｍｍ、厚さが１〜４ｍｍとされる矩形横断面形状を有し、軸線方向に延在した長尺のプレート状繊維強化プラスチックであるＦＲＰプレート部材と、前記ＦＲＰプレート部材の両端に一体に取り付けた定着具と、を有する定着具付きＦＲＰプレートであって、
前記定着具は、横断面が３０〜６０ｍｍとされる短辺部と、前記短辺部より長い５０〜２００ｍｍとされる長辺部とから成る矩形の外形状を有し、中心部には、前記ＦＲＰプレート部材の端部を受容するために、幅が４０〜１０５ｍｍであり、両端が半径５〜１５ｍｍの半円弧状とされるトラック形状の横断面を有した穴部を備え、
前記ＦＲＰプレート部材の各端部は、前記定着具の穴部内へと所定の定着長さだけ挿入し、その後、前記定着具の穴部の空隙に、膨張圧が１０〜２０Ｎ／ｍｍ2である膨張定着材を充填することによって、前記ＦＲＰプレート部材の両端に前記定着具を一体に取付けたことを特徴とする定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項２】
前記膨張定着材は、単位量（ｍ3）当たり、水をＷｋｇ、セメントをＣｋｇ、シリカフュームをＳＦｋｇ、膨張材を３００〜６００ｋｇ含むとすると、水結合材比Ｗ／（Ｃ＋ＳＦ）が３０〜５０％、シリカフューム置換率ＳＦ／（Ｃ＋ＳＦ）が１０〜３０％であることを特徴とする請求項１の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項３】
前記膨張材は、石灰系膨張材、エトリンガイト系膨張材、又は、エトリンガイト・石灰複合系膨張材であることを特徴とする請求項２の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項４】
前記定着長さは、１５０〜４００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項５】
前記定着具は、鋼製とされることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項６】
前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材の端部表面に接着剤を塗布し、その上に粒状物を散布して接着することによって凹凸形状とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項７】
前記粒状物は、粒径が０．１ｍｍ〜５ｍｍの珪砂或いは砕石であることを特徴とする請求項６の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項８】
前記ＦＲＰプレート部材の端部表面は、前記ＦＲＰプレート部材部材の端部表面に強化繊維を巻き付け、接着剤にて表面に接着することによって凹凸形状とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項９】
前記定着具の前記穴部の周面は、溝加工が施されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１０】
前記ＦＲＰプレート部材は、強化繊維に樹脂を含浸して硬化したものであり、前記強化繊維は、ＰＡＮ系或いはピッチ系炭素繊維、ガラス繊維、又は、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯなどの有機繊維を一種、又は、複数種混入して使用され、前記樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１１】
前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維とされるか、又は、クロスであることを特徴とする請求項１０の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１２】
前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記ＦＲＰプレート部材の長手方向に沿って一方向に配列した一方向配列強化繊維にて形成される基材層としての一方向配列強化繊維層と、この一方向配列強化繊維層の両側面に配置された外側強化繊維層としての多方向配列強化繊維層を有することを特徴とする請求項１０の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１３】
前記多方向配列強化繊維層は、マット又はクロスであることを特徴とする請求項１２の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１４】
前記ＦＲＰプレート部材の強化繊維は、前記多方向配列強化繊維層の外側に最外層として不織布層を有することを特徴とする請求項１２又は１３の定着具付きＦＲＰプレート。
【請求項１５】
前記熱硬化性樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれかの項に記載の定着具付きＦＲＰプレート。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００６−９７４６２（Ｐ２００６−９７４６２Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２５８４０６（Ｐ２００５−２５８４０６）
【出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【出願人】（５９１０３０１７８）ドーピー建設工業株式会社 (16)
【出願人】（５００４４２８８１）株式会社国際建設技術研究所 (5)
【出願人】（５９９１０４３６９）日鉄コンポジット株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月６日（２００５．９．６）
【出願人】（５９１０３０１７８）ドーピー建設工業株式会社 (16)
【出願人】（５００４４２８８１）株式会社国際建設技術研究所 (5)
【出願人】（５９９１０４３６９）日鉄コンポジット株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
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