JP3769071B2 - 繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維強化プラスチック部材と、その繊維強化プラスチック部材に設けられるコンクリート部材とを備える繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮強度が高いコンクリート部材を用いたコンクリート構造物が登場して久しいが、近年では、更に軽量、高耐力な構造物を提供するために、構造物の一部、又は全部を合成構造体で構築するものが提案されている。
【０００３】
その合成構造体の一つとしては、例えば、鋼材とコンクリート部材とからなる鋼・コンクリート合成桁がある。この合成構造体は、曲げモーメントに対して、主に鋼材で引張り力を受け、コンクリート部材で圧縮力を受けることにより、軽量化、高耐力化を実現したものである。
【０００４】
ところが、例えば、建物において、耐震性の向上や更なる高層化を図る上では、更に軽量、高耐力な合成構造体が望まれており、このため、最近では、コンクリート部材の内部に、鉄筋同様に繊維強化プラスチック部材を配置した繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体が提案されている。繊維強化プラスチック部材は、鋼材に比して単位重量に対する引張り強度が高いので、更に軽量化を図ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのような従来の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体では、梁などの通常、定方向の曲げモーメントが生じる部材として用いると、そのコンクリート部材において曲げモーメントにより生じる引張り力側の部分が、ほとんど引張り力を受けず無駄となるか、或いは、コンクリート部材で引張り力を受け持ち、繊維強化プラスチック部材が十分な効力を発揮できなくなるため、無駄の多い設計を強いられることとなる。このため、十分な軽量化を果たせないという問題がある。
【０００６】
また、繊維強化プラスチック部材は、高い引張り強度を有しているが、圧縮力に対しては、鋼材よりも遥かに弱く、座屈し易いという不都合を有している。
【０００７】
そこで、図３、図４、図５に示すような新しい繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００を考案した。以下、この新しい繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００について説明する。図３に示すように、繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００は、梁等に用いて好適な合成桁である。
【０００８】
繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００の構成は、繊維強化プラスチック部材１０と、その繊維強化プラスチック部材１０に設けられるコンクリート部材２０と、繊維強化プラスチック部材１０に固設されると共に、コンクリート部材２０中に設けられて、それらを接合する接合部としての多数のボルト３０、３０、…である。
【０００９】
繊維強化プラスチック部材１０は、繊維強化プラスチックを成形して、略水平方向にまっすぐに延在され、その延在方向に直交する鉛直断面を図４に示すようにＨ形としている。即ち、繊維強化プラスチック部材１０は、上下に間隔をもって平行に対向配置される上フランジ部１１及び下フランジ部１２と、上フランジ部１１と下フランジ部１２との間に設けられる剪断板部１３とからなっている。また、上フランジ部１１には、剪断板部１３の両側方に一対のボルト穴１１ａ、１１ａが、予め成形されており、一対のボルト穴１１ａ、１１ａは、図５に示すように繊維強化プラスチック部材１０の延在方向に定間隔で多数対配置されている。
【００１０】
コンクリート部材２０は、図３の繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１の上面１１ｂに、その延在方向に沿って付設される板状をなしている。
【００１１】
各ボルト３０、３０、…は、図を簡略化しているが、ねじ棒部の端部に拡径された頭部を有するボルト本体と、ナット等からなる周知のものであり、各ボルト３０、３０、…は、繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１の各ボルト穴１１ａ、１１ａ、…にコンクリート部材２０に向けて貫通配置され、そのコンクリート部材２０中に埋設され固定されている。
【００１２】
繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００は以上のような構成を有するので、この繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００を、例えば、鉛直下方に荷重が作用する建物の梁として架設する際には、コンクリート部材２０を上、繊維強化プラスチック部材１０を下にする。すると、通常時、繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００には、下に凸となるような曲げモーメントが生じ、その曲げモーメントにより、コンクリート部材２０側に圧縮力が作用すると共に繊維強化プラスチック部材１０の下フランジ部１２側に引張り力が作用する。
【００１３】
従って、この繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００の設計を行なう際には、曲げモーメントに対して、主に繊維強化プラスチック部材１０で引張り力を受け、コンクリート部材２０で圧縮力を受ける効率的な設計が可能である。
【００１４】
また、繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１には、その延在方向に沿ってコンクリート部材２０が付設されているので、地震時など、通常加わらない大きな圧縮力が作用する際にも、繊維強化プラスチック部材１０の、特に上フランジ部１１の座屈が防止される。
【００１５】
更に、繊維強化プラスチック部材１０とコンクリート部材２０とは、繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１の各ボルト穴１１ａ、１１ａ、…に設けられ、コンクリート部材２０中に埋設され固定されているボルト３０、３０、…により、接合されている。その上、上フランジ部１１のボルト穴１１ａ、１１ａ、…は、剪断板部１３の両側方に一対設けられ、繊維強化プラスチック部材１０の延在方向に定間隔で多数対配置されている。
【００１６】
よって、ボルト３０、３０、…により、コンクリート部材２０を、繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１の上面１１ｂの各部で均質な接合力で強く接合することができる。これによって、繊維強化プラスチック部材１０の、特に上フランジ部１１の座屈防止効果が一層向上されている。
【００１７】
以上のことから、繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００では、軽量で高強度な繊維強化プラスチック部材を主なる材料として用いて、効率的な設計を行なうことができるので、更なる軽量化、高耐力化を図ることができる。
【００１８】
また、この繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００の合成製造に際しては、繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１の各ボルト穴１１ａ、１１ａ、…に、多数のボルト３０、３０、…を、その端部を上フランジ部１１の上面１１ｂに突出させて取り付け、この上フランジ部１１の上面１１ｂに、コンクリート部材２０を、各ボルト３０、３０、…が埋設されるように打設形成することでコンクリート部材２０と繊維強化プラスチック部材１０との接合ができる。これにより、合成製造作業がなされる。
【００１９】
しかし、そのような繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００では、その合成製造作業において、多数のボルト３０、３０、…を、繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１の各ボルト穴１１ａ、１１ａ、…に、そのボルト本体を上フランジ部１１の上面１１ｂに突出させて設け、そのナットで固定して取り付けるという煩雑な作業を要するという問題がある。
【００２０】
本発明は、上記事情に鑑み、更なる軽量化、高耐力化を図ることができる上、合成製造作業の容易化、迅速化を図ることができる繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体は、繊維強化プラスチックを成形した繊維強化プラスチック部材と、その繊維強化プラスチック部材に設けられるコンクリート部材とを備える繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体であって、コンクリート部材が、繊維強化プラスチック部材の一方の面に、その延在方向に沿って付設され、繊維強化プラスチック部材に固設されると共に、コンクリート部材中に設けられて、それらを接合する接合部を有し、接合部は、繊維強化プラスチックにより成り、繊維強化プラスチック部材と一体に成形され、コンクリート部材に埋設される繊維強化プラスチック接合部を有し、前記繊維強化プラスチック接合部は、複数並設され、前記複数の繊維強化プラスチック接合部に架設され、前記繊維強化プラスチック部材の延在方向に多数並べて配置された棒状部材を有することを特徴とする。
【００２２】
即ち、繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体を用いた構造物の設計を行なう際に、曲げモーメントに対して、主に繊維強化プラスチック部材で引張り力を受け、コンクリート部材で圧縮力を受ける効率的な設計が可能である。また、繊維強化プラスチック部材には、その延在方向に沿ってコンクリート部材が付設されているので、地震時など、通常加わらない大きな圧縮力が作用する際にも、繊維強化プラスチック部材の座屈が防止される。
【００２３】
また、繊維強化プラスチック部材に固設されると共に、コンクリート部材中に設けられて、それらを接合する接合部を有しているので、コンクリート部材と繊維強化プラスチック部材との接合が強力であり、その上、コンクリート部材を、繊維強化プラスチック部材に取り付けられた接合部が埋設されるように打設形成することで容易且つ迅速にコンクリート部材と繊維強化プラスチック部材との接合が可能である。
【００２４】
更に、その接合作業においては、例えば接合部が、多数のボルトである場合に比べると、繊維強化プラスチック部材への接合部の形成作業を容易且つ迅速に行なうことができる。
加えて、繊維強化プラスチック接合部が複数並設されている上、その複数の繊維強化プラスチック接合部に架設され、繊維強化プラスチック部材の延在方向に多数並べて配置された棒状部材を有することにより、接触面積が更に効果的に増大される。また、その多数の棒状部材により保持力が向上される。
【００２５】
本発明の第二の発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体は、第一の発明において、繊維強化プラスチック接合部が、繊維強化プラスチック部材の延在方向に延在形成され、繊維強化プラスチック接合部は、繊維強化プラスチック部材に接合される基部と、繊維強化プラスチック部材の一方の面に平行な方向の幅寸法が基部より大きな張出し部とを備えてなることを特徴とする。即ち、繊維強化プラスチック接合部が、繊維強化プラスチック部材の延在方向に延在形成されて、接触面積が効果的に増大され、その上、その張出し部により保持力が向上される。
【００２７】
本発明の第三の発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体は、第一又は二の発明において、棒状部材は、繊維強化プラスチックより成ることを特徴とする。即ち、金属材料が更に低減され、場合によっては無くなる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１、図２は、本発明の一実施形態の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体２００を示す図であり、繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体２００は、図３の前述した繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００において、繊維強化プラスチック部材１０に代えて、繊維強化プラスチック部材１０においてボルト穴１１ａ、１１ａ、…を除いた図１の繊維強化プラスチック部材５０とし、図３のボルト３０、３０、…に代えて、図２に示す接合部４０を設けたものである。接合部４０は、繊維強化プラスチックにより成り、繊維強化プラスチック部材５０と一体に成形され、コンクリート部材２０に埋設される繊維強化プラスチック接合部４１、４１と、繊維強化プラスチック接合部４１、４１に支持され、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に多数並べて配置された棒状部材４５、４５、…とからなる構成としたものである。
【００２９】
繊維強化プラスチック接合部４１、４１は、二本、並設され、それぞれ、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に延在形成されており、各繊維強化プラスチック接合部４１、４１は、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に直交する鉛直断面形状を概略Ｔ字形としている。即ち、各繊維強化プラスチック接合部４１、４１は、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に延在される板状を成し、繊維強化プラスチック部材５０の上フランジ部５１の上面５１ｂに起立状態に設けられる基部４２、４２と、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に延在される板状を成し、基部４２、４２の上端部に水平に設けられ、基部４２、４２の両側方に水平に張り出されていることで、その水平方向即ち上フランジ部５１の上面５１ｂに平行な方向の幅寸法が基部４２、４２より大きな張出し部４３、４３とを備えてなっている。二本の繊維強化プラスチック部材５０、５０の基部４２、４２は、基部４２、４２の両側方である幅方向に貫通形成された一対の孔４２ａ、４２ａを有しており、一対の孔４２ａ、４２ａは、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に間隔をもって多数対配置されている。
【００３０】
各棒状部材４５、４５、…は、幅方向に延在されてそれぞれ平行に設けられ、基部４２、４２に架設されており、各棒状部材４５、４５、…の両端部は、双方の繊維強化プラスチック接合部４１、４１の基部４２、４２の対の孔４２ａ、４２ａ、…を貫通して配置され支持されている。
【００３１】
従って、図１の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体２００では、図３の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００において示した作用効果と同様の作用効果を奏する上に、以下の作用効果を有する。
【００３２】
即ち、図１の繊維強化プラスチック接合部４１、４１が、その基部４２、４２の上端部に水平に設けられ、基部４２、４２の両側方に水平に張り出されている張出し部４３、４３を有しているので、コンクリート部材２０に埋設された状態では、曲げモーメント等に起因し、コンクリート部材２０と繊維強化プラスチック部材５０の上フランジ部５１とを剥離させようとする外力に対して、高い保持力を発揮することができる。
【００３３】
加えて、二本の繊維強化プラスチック接合部４１、４１の基部４２、４２に架設され、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に多数並べて配置された棒状部材４５、４５、…により、その保持力が向上されている。
【００３４】
また、繊維強化プラスチック接合部４１、４１が、二本、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に延在形成されていることと、張出し部４３、４３及び棒状部材４５、４５、…を有することにより、コンクリート部材２０に対する接触面積が効果的に増大されている。
【００３５】
よって、コンクリート部材２０と繊維強化プラスチック部材５０との接合を、従来に増して強力にすることができるので、更なる軽量化、高耐力化を図ることができる。
【００３６】
尚、棒状部材４５、４５、…の長さを、上フランジ５１の幅寸法よりも長くして、棒状部材４５、４５、…の両端部でコンクリート部材２０を補強する構成としてもよい。また、棒状部材４５、４５、…の断面形状は、特定の形状に限らないが、円形が好ましい。
【００３７】
更に、特に棒状部材４５、４５、…を繊維強化プラスチックにより成形すれば、繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体２００から、金属材料を無くすことができるので、耐食性を著しく向上させることができる。
【００３８】
また、二本の繊維強化プラスチック接合部４１、４１は、繊維強化プラスチック部材５０を成形する際に一体成形し、この二本の繊維強化プラスチック接合部４１、４１の基部４２、４２に孔４２ａ、４２ａ、…を空けておき、棒状部材４５、４５、…を貫通配置させることで、接合部４０を形成できる。よって、図３の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体１００のように多数のボルト３０、３０、…を、繊維強化プラスチック部材１０の上フランジ部１１の各ボルト穴１１ａ、１１ａ、…に、そのボルト本体を上フランジ部１１の上面１１ｂに突出させて設け、ナットで固定して取り付ける場合に比して、図１の繊維強化プラスチック部材５０への接合部４０の形成作業を容易且つ迅速に行なうことができる。
【００３９】
また、二本の繊維強化プラスチック接合部４１、４１と繊維強化プラスチック部材５０との一体成形は、その鉛直断面形状が、繊維強化プラスチック部材５０の延在方向に一様なので、連続成形が可能である。よって、連続成形により、形成作業を更に容易且つ迅速に行なうことができ、生産性の向上を図ることができる。
【００４０】
尚、繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体２００の合成製造を更に簡略にするために、棒状部材４５、４５、…を省略する構成としてもよい。
【００４１】
また、上記実施形態では、梁等に用いられる合成桁としたが、本発明は、上記実施形態において、コンクリート部材２０を現場打設のコンクリート床スラブに代え、繊維強化プラスチック部材５０を梁とした繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体を含むことは勿論である。
【００４２】
上記繊維強化プラスチックとしては、ガラス繊維強化プラスチックであってもよいが、更に軽量、高強度な炭素繊維強化プラスチックであってもよい。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の第一の発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体によれば、通常時の定方向の曲げモーメントに対して、繊維強化プラスチック部材で引張り力を受け、コンクリート部材で圧縮力を受ける効率的な設計ができる。
【００４４】
また、地震時など大きな圧縮力が加わる場合においては、コンクリート部材により繊維強化プラスチック部材の座屈が防止されるので、座屈防止のための繊維強化プラスチック部材の断面積の増大を低減あるいは無くす設計とすることができる。
【００４５】
更に、接合部により、コンクリート部材と繊維強化プラスチック部材との接合が強力になされる。以上のことから、更なる軽量化、高耐力化を図ることができる。
【００４６】
その上、繊維強化プラスチック部材への接合部の形成作業を容易且つ迅速に行なうことができるので、その後、コンクリート部材を、繊維強化プラスチック部材に打設形成して、その接合部を埋設することで、容易且つ迅速にコンクリート部材と繊維強化プラスチック部材との接合ができる。よって、合成製造作業を容易且つ迅速にすることができる。
加えて、本発明の第一の発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体によれば、上記効果に加えて、繊維強化プラスチック接合部が複数並設される上、その複数の繊維強化プラスチック接合部に架設され、繊維強化プラスチック部材の延在方向に多数並べて配置された棒状部材を有することにより、接触面積が更に効果的に増大される。また、その多数の棒状部材により保持力が向上される。よって、コンクリート部材と繊維強化プラスチック部材との接合を更に強力にすることができる。また、この棒状部材は、複数の繊維強化プラスチック接合部に架設され配置されるので、繊維強化プラスチック部材への接合部の形成作業を容易且つ迅速に行なうことができる。
【００４７】
本発明の第二の発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体によれば、上記効果に加えて、繊維強化プラスチック接合部が、繊維強化プラスチック部材の延在方向に延在形成されているので、接触面積が効果的に増大されており、その上、その張出し部により保持力が向上されている。よって、コンクリート部材と繊維強化プラスチック部材との接合を更に強力にすることができる。
【００５０】
本発明の第三の発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体によれば、上記効果に加えて、棒状部材を繊維強化プラスチックで形成することで、金属材料が更に低減され、場合によっては無くなるので、耐食性を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体の一実施形態を示す正面断面図である。
【図２】 図１の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体の繊維強化プラスチック部材及び接合部の斜視図である。
【図３】 繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体の一例を示す側面図である。
【図４】 図３の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体の正面断面図である。
【図５】 図３の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体の平面図である。
【符号の説明】
２０ コンクリート部材
４０ 接合部
４１ 繊維強化プラスチック接合部
４２ 基部
４３ 張出し部
４５ 棒状部材
５０ 繊維強化プラスチック部材
５１ｂ 上面（繊維強化プラスチック部材の一方の面）
２００ 繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体

Claims (3)

1. 繊維強化プラスチックを成形した繊維強化プラスチック部材と、その繊維強化プラスチック部材に設けられるコンクリート部材とを備える繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体であって、
   前記コンクリート部材が、前記繊維強化プラスチック部材の一方の面に、その延在方向に沿って付設され、
   前記繊維強化プラスチック部材に固設されると共に、前記コンクリート部材中に設けられて、それらを接合する接合部を有し、
   該接合部は、繊維強化プラスチックにより成り、前記繊維強化プラスチック部材と一体に成形され、前記コンクリート部材に埋設される繊維強化プラスチック接合部を有し、
   前記繊維強化プラスチック接合部は、複数並設され、
   前記複数の繊維強化プラスチック接合部に架設され、前記繊維強化プラスチック部材の延在方向に多数並べて配置された棒状部材を有することを特徴とする繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体。
2. 前記繊維強化プラスチック接合部が、前記繊維強化プラスチック部材の延在方向に延在形成され、
   前記繊維強化プラスチック接合部は、前記繊維強化プラスチック部材に接合される基部と、前記繊維強化プラスチック部材の一方の面に平行な方向の幅寸法が前記基部より大きな張出し部とを備えてなることを特徴とする請求項１記載の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体。
3. 前記棒状部材は、繊維強化プラスチックより成ることを特徴とする請求項１又は２記載の繊維強化プラスチック・コンクリート合成構造体。

Images