JP2000513059A - 構造部材を補強するための平帯薄板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、荷重を吸収または伝達する構造部材を補強するための平帯薄板に関する。平帯薄板は、互いに平行に指向している撓み可能な、または撓みやすい多数の支持繊維（２６）と、これら支持繊維を互いにずれないように結合させているバインダーマトリックス（２８）との複合構造を有し、接着剤（１６）により、補強されるべき構造部材（１２）の表面の幅広面に固定可能である。バインダーマトリックスにより硬弾性になる平帯薄板を、構造部材（１２）のコーナーエッジを覆うように湾曲できるようにするため、本発明によれば、バインダーマトリックス（２８）を少なくとも１つの中間領域（３０）において除去して、支持繊維（２６）を露出させ、露出した支持繊維に液状またはペースト状の硬化可能なプラスチックを作用させて、曲げた状態を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】 構造部材を補強するための平帯薄板およびその製造方法 本発明は、荷重を吸収または伝達する構造部材を補強するための平帯薄板（Fl achband-Lamelle）であって、互いに平行に指向している撓み可能な、または撓 みやすい多数の支持繊維と、これら支持繊維を互いにずれないように結合させて いるバインダーマトリックスとの複合構造を有し、接着剤により、補強されるべ き構造部材の表面の幅広面に固定可能である前記平帯薄板およびこの種の平帯薄 板の製造方法に関するものである。 この種の補強薄板は、たとえばＷＯ９６／２１７８５から知られている。この 補強薄板は、長尺および（または）平らな構造部材に使用される。硬弾性の熱硬 化性プラスチック、たとえばエポキシ樹脂から成っているバインダーマトリック スが使用されているため、小さな曲げ半径の曲げが不可能であり、したがって構 造部材のエッジを覆うように案内される湾曲状の補強部は従来不可能であった。 湾曲状の補強は、たとえば鉄筋コンクリートの梁およびＴ形梁において圧縮ゾー ンと引張りゾーンの関係を確実なものにし、剪断亀裂、横亀裂を回避するために 必要である。 本発明はこの点に鑑みてなされたもので、その課題は、構造部材のエッジを覆 うような補強を可能にする平帯薄板およびその製造方法を開発することである。 この課題を解決するため、請求項１，４，１１，１２，１３に記載した構成要 件の組み合わせが提案される。本発明の有利な構成および他の構成は従属項から 明らかである。 第１発明によれば、予め製造されるアングル薄板が提案される。このアングル 薄板は、支持繊維の長手方向に対して交差する方向に延びる横エッジの領域で互 いに一体に結合され、３０°ないし１５０°の所定の角度を成している二つの薄 板脚部を有している。補強される構造部材のエッジはほとんどが直角に形成され ているので、両薄板脚部は互いに９０°の角度を成している。破断する危険なし に横エッジを介して引張り力を伝達することができるように、薄板脚部の間の横 エッジは、５ないし５０ｍｍ、有利には１５ないし３０ｍｍの曲率半径を有する ように湾曲して形成されているのが合目的である。 この種のアングル薄板を製造するには種々の可能性がある。特に有利なのは、 連続したバインダーマトリックスを備えた、当初は長尺の平帯薄板の、少なくと も中間領域を、ガラス転移点以上の温度で、たとえば３００ないし６００℃の温 度で曲げプレスにかけて、横エッジを 介して互いに結合されて互いに角度を成す２つの薄板脚部を形成させ、次にプレ ス力を一時的に維持して使用温度へ冷却するのが有利である。 アングル薄板を製造するための本発明による他の製造方法によれば、炭素繊維 から成る繊維ストランドを、正方形または長方形の、場合によっては丸みを帯び たコーナーエッジを有する輪郭を備えた支持体に螺旋状に巻きつけ、巻きつけた 状態で支持体に固定し、巻きつけた繊維ストランドに液状の合成樹脂を浸透させ てバインダーマトリックスを形成させ、合成樹脂を硬化させて、有利には四角管 として形成される複合材管を形成させ、複合材管を有利には複数回横方向および 縦方向に切断して、コーナーをまたいで長手延在方向に延びる支持繊維を備えた アングル薄板を形成させる。 アングル薄板を製造するための本発明による第３の製造方法によれば、支持繊 維から成るストランドまたは組織を、横断面にてアングル状のキャビティを備え た鋳型内へコーナーを覆うように挿入し、キャビティ内へ液状のバインダー樹脂 を噴射または鋳込んで支持繊維に浸透させ、バインダー樹脂を有利には圧力およ び熱の作用で硬化させ、次に、このようにして形成した完成したアングル薄板を 鋳型から取り出す。 本発明によるアングル薄板は、鉄筋コンクリートの桁、支柱、または梁の剪断 補強、引張り補強または座屈防止に使用することができ、この場合互いに逆の方 向へ屈曲している２つの脚部を、互いに適当な角度を成している構造部材の２つ の面に、構造部材のエッジをまたぐように接着させる。補強薄板を延長するため 、２つの薄板脚部の少なくとも一方の脚部に、構造部材の該当する面と結合され る第２の平帯薄板を、接着剤層を用いてオーバーラップするように接着させる。 したがって、複数個の平帯薄板の脚部自由端を互いにオーバーラップさせて構造 部材の面に接着させることにより、構造部材を取り囲む閉じた薄板リングを形成 させることができる。 予め製造された長尺の平帯薄板も構造部材のエッジを覆うように案内できるよ うにするため、本発明の他の構成によれば、バインダーマトリックスを、少なく とも１つの中間領域において除去して支持繊維を露出させることが提案される。 露出した支持繊維は、有利には丸みを帯びた固体エッジまたは構造部材エッジを 介して撓むことができ、この状態で、露出した支持繊維の領域で硬化可能な液状 またはペースト状のプラスチックを作用させることができる。硬化可能なプラス チックは、エッジを介して曲げた状態で、露出した支持繊維を安定させる。 支持繊維は、高い弾性モジュールを特徴としている炭素繊維として形成するの が合目的であるが、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリプロピレン繊維およびこれ らに類似したものを含み、またはこの種の繊維として形成されていてもよい。 バインダーマトリックスと、露出した支持繊維に追加的に被着されるプラスチ ックとは、熱硬化性樹脂、たとえばエポキシ樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂 またはポリエステル樹脂から成っている。 撓み可能な中間領域を備えた平帯薄板を製造するため、連続したバインダーマ トリックスを備えた薄板の少なくとも中間領域をバインダの分解温度へ加熱し、 バインダーマトリックスを除去して支持繊維を露出させる。バインダーとしてエ ポキシ樹脂を使用する場合は、平帯薄板の中間領域を３００℃と７５０℃の間の 温度へ加熱する。次に、平帯薄板を中間領域において固体エッジのまわりに曲げ 、その前にまたはその後に、硬化可能なプラスチック、有利にはエポキシ樹脂を 浸透させる。 本発明による平帯薄板は、鉄筋コンクリートの桁、支柱、または梁の剪断補強 、引張り補強または座屈防止に使用することができ、平帯薄板の、バインダーマ トリックスを備えていない中間部分を、該当する構造部材のエッジのまわりに曲 げ、曲げた状態で硬化可能なプラスチ ックを作用させることができる。もしエッジの曲率半径が小さすぎる場合には、 平帯薄板を取り付ける前に、構造部材のエッジに、エッジ半径を拡大させる丸み 付け部材を備えさせることができる。 次に、本発明を図面に図示した実施形態に関し詳細に説明する。 図１ａと図１ｂは それぞれバインダーのない撓み可能な中間領域を備えた補強薄板の平面 図および側面図である。 図２は湾曲した補強薄板を備えた鉄筋コンクリート板梁の断面図である。 図３は図２の一部分を示す図である。 図４は鋭いエッジのコーナーを備え、丸み付け部材を取り付けた構造部材の一部 分の図３に対応する断面図である。 図５はアングル薄板として形成された平帯薄板の斜視図である。 図６ａないし図６ｃは それぞれ図５のアングル薄板を製造する方法を説明するための図である 。 図７ａないし図７ｃは それぞれ図５のアングル薄板を構造部材の補強に適用する態様を示す図 ２に対応した断面図である。 図１ａと図１ｂに図示した平帯薄板１０は、鉄筋コンクリート構造物、石造構 造物のような構造部材１２を追加的に補強するために用いる。平帯薄板１０はそ の幅広面１４が、有利にはエポキシ樹脂から成る接着剤１６を用いて構造部材１ ２の表面に固定され、さらにその自由端１８が接着剤またはモルタルを用いて構 造部材１２の凹部２０に固定される。 図２と図３に図示した構造部材１２は、たとえば鉄筋コンクリートから成るＴ 形梁として形成され、平帯薄板１０は構造部材１２のウェブ２２を覆うように湾 曲状に延び、その際ウェブ２２のコーナーエッジ２４を覆うように湾曲している 。 平帯薄板は、互いに平行に指向している多数の撓み可能または撓みやすい炭素 製の支持繊維２６と、これらの支持繊維をずれないように互いに結合させている エポキシ樹脂製のバインダーマトリックス２８との複合構造物から成っている。 バインダーマトリックス２８は、平帯薄板を比較的曲がらないようにし、したが って基本的にはコーナーエッジ２４を介して湾曲できないようにする。しかしそ れにもかかわらず、平帯薄板１０をコーナーエ ッジ２４を介して曲げることができるように、中間領域３０においてバインダー マトリックス２８は約６５０℃の温度の作用で除去され、その結果撓み可能また は撓みやすい支持繊維２６が露出する。このようにして平帯薄板１０を中間領域 ３０において、丸みを帯びたコーナーエッジ２４を介して９０°曲げることがで き、曲げた状態で硬化可能なプラスチックを浸透させることにより安定化させる ことができる。中間領域３０の支持繊維２６は取り付け前に硬化可能なプラスチ ックを浸透させ、次にプラスチックがまだ軟化状態にあるときにコーナーエッジ ２４を介して曲げるようにしてもよい。 図４に図示した実施形態では、平帯薄板１０はコーナーエッジ２４が鋭い構造 部材１２に固定されている。中間領域３０における平帯薄板１０の曲率半径は一 定の最小量を下回ってはならないので、コーナーエッジ２４にはたとえばプラス チックから成る丸み付け部材３２が載置されている。丸み付け部材３２はコーナ ーエッジを覆い、外側へ拡大した曲率半径を有している。 図５に図示した平帯薄板は、前もって製造されたアングル薄板１１０として形 成されている。このアングル薄板１１０も、荷重を吸収或いは伝達する構造部材 １１２を補強するために用いる。アングル薄板１１０は、長手方向に延びる支持 繊維１２６に対して横方向に延在して いる丸みを帯びた横エッジ１３０の領域に、互いに一体に結合されて９０°の角 度を成している二つの薄板脚部１３４を有している。横エッジ１３０の領域にお ける曲率半径はたとえば５ないし５０ｍｍである。アングル薄板１１０を製造す るためには種々の方法がある。 第１の製造方法は、連続したバインダーマトリックスを備えた長尺の平帯薄板 の、横エッジ１３０を形成している中間領域を、バインダーマトリックスのガラ ス転移点以上の温度で（エポキシ樹脂の場合３００ないし６００℃）曲げプレス にかけて、横エッジ１３０を介して互いに結合されて互いに角度を成す薄板脚部 １３４を形成させ、次にプレス力を一時的に維持して使用温度へ冷却する。 他の製造方法を図６ａないし図６ｃを用いて説明する。互いに平行に指向する 多数の炭素繊維１２６から成るストランドを、横断面が正方形の支持体１３６に 巻きつけ、巻きつけた状態で支持体１３６に固定する（図６ａ）。次に、巻きつ けた繊維ストランドに液状の合成樹脂を浸透させてバインダーマトリックスを形 成させる。合成樹脂が硬化した後、四角管として形成された複合材管１４０が生 じる。複合材管１４０は支持体１３６から取り外すことができる（図６ｂ）。次 に四角管を切断線１４２に沿って切断して、アングル薄板１１０を生じさせる（ 図 ６ｃ）。このアングル薄板１１０の場合、支持繊維１２６は図５のように横エッ ジ１３０を越えて長手方向に延びている。 図７ａないし図７ｃからわかるように、コーナー薄板１１０は荷重を吸収また は伝達する構造部材１１２を補強するために使用でき、この場合互いに逆方向に 屈曲された脚部１３４は、図示していない接着剤層を用いて、構造部材１１２の 互いに適当な角度を成している二つの表面にコーナーエッジ１２４を介して接着 させることができる。補強区間を延長するため、脚部端部を互いに接着させるこ とができ（図７ａと図７ｃ）、或いは長尺の平帯薄板１１１の端部と接着させる ことができる。このようにして、図７ｃからわかるように、構造部材１１２を取 り囲む閉じた補強リングを生じさせることもできる。 以上の説明を総括すると次のようになる。本発明は、荷重を吸収または伝達す る構造部材を補強するための平帯薄板に関する。平帯薄板は、互いに平行に指向 している撓み可能な、または撓みやすい多数の支持繊維２６と、これら支持繊維 を互いにずれないように結合させているバインダーマトリックス２８との複合構 造を有し、接着剤１６により、補強されるべき構造部材１２の表面の幅広面に固 定可能である。バインダーマトリックスにより硬弾性になる平帯薄板を、構造部 材１２のコーナーエッ ジを覆うように湾曲できるようにするため、本発明によれば、バインダーマトリ ックス２８を少なくとも１つの中間領域３０において除去して、支持繊維２６を 露出させ、露出した支持繊維に液状またはペースト状の硬化可能なプラスチック を作用させて、曲げた状態を維持する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＣＡ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＵＳ (72)発明者 シュタイナー ヴェルナー スイス ツェーハー・8405 ヴィンタート ゥアー ブルネンシュトラーセ ５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．荷重を吸収または伝達する構造部材を補強するための平帯薄板であって、互 いに平行に指向している撓み可能な、または撓みやすい多数の支持繊維（２６， １２６）と、これら支持繊維を互いにずれないように結合させているバインダー マトリックス（２８）との複合構造を有し、接着剤（１６，１１６）により、補 強されるべき構造部材（１２，１１２）の表面の幅広面に固定可能である前記平 帯薄板において、予め製造されるアングル薄板（１１０）が設けられ、アングル 薄板（１１０）は、支持繊維（１２６）の長手方向に対して交差する方向に延び る横エッジ（１３０）の領域で互いに一体に結合され、３０°ないし１５０°の 所定の角度を成している二つの薄板脚部（１３４）を有していることを特徴とす る平帯薄板。 ２．薄板脚部が互いに９０°の角度を成していることを特徴とする、請求項１に 記載の平帯薄板。 ３．薄板脚部（１３４）の間の横エッジ（１３０）が、５ないし５０ｍｍ、有利 には１５ないし３０ｍｍの曲率半径を有していることを特徴とする、請求項１ま たは２に記載の平帯薄板。 ４．荷重を吸収または伝達する構造部材を補強するため の平帯薄板であって、互いに平行に指向している撓み可能な、または撓みやすい 多数の支持繊維（２６）と、これら支持繊維を互いにずれないように結合させて いるバインダーマトリックス（２８）との複合構造を有し、接着剤（１６）によ り、補強されるべき構造部材（１２）の表面の幅広面に固定可能である前記平帯 薄板において、バインダーマトリックス（２８）が少なくとも１つの中間領域（ ３０）において除去されて、支持繊維（２６）が露出していることを特徴とする 平帯薄板。 ５．露出した支持繊維（２６）が、有利には丸みを帯びた固体エッジまたは構造 部材エッジ（２４）を介して撓み可能であり、この状態で、硬化可能な液状また はペースト状のプラスチックを作用可能であることを特徴とする、請求項４に記 載の平帯薄板。 ６．支持繊維が炭素繊維を含み、または炭素繊維として形成されていることを特 徴とする、請求項１から５までのいずれか一つに記載の平帯薄板。 ７．支持繊維がアラミド繊維、ガラス繊維またはポリプロピレン繊維を含み、ま たはこの種の繊維として形成されていることを特徴とする、請求項１から６まで のいずれか一つに記載の平帯薄板。 ８．バインダーマトリックスと接着剤と硬化可能なプラ スチックが反応性樹脂から成っていることを特徴とする、請求項１から７までの いずれか一つに記載の平帯薄板。 ９．バインダーマトリックスと接着剤と硬化可能なプラスチックがエポキシ樹脂 、ポリウレタン、アクリル樹脂またはポリエステル樹脂から成っていることを特 徴とする、請求項１から８までのいずれか一つに記載の平帯薄板。 １０．バインダーマトリックス（２８）が高温の作用で中間領域（３０）から蒸 発されていることを特徴とする、請求項４から９までのいずれか一つに記載の平 帯薄板。 １１．請求項１ないし３、６ないし９のいずれか一つに記載のアングル薄板の製 造方法において、連続したバインダーマトリックスを備えた長尺の平帯薄板の、 少なくとも中間領域を、３００ないし６５０℃の温度で曲げプレスにかけて、横 エッジ（１３０）を介して互いに結合されて互いに角度を成す２つの薄板脚部（ １３４）を形成させ、次にプレス力を一時的に維持して使用温度へ冷却すること を特徴とする製造方法。 １２．請求項１ないし３、６ないし９のいずれか一つに記載のアングル薄板の製 造方法において、炭素繊維（１２６）から成る繊維ストランドを、正方形または 長方形の、場合によっては丸みを帯びたコーナーエッジを有する輪郭を備えた支 持体（１３６）に巻きつけ、巻きつけた状態で支持体（１３６）に固定すること 、巻きつけた繊維ストランドに液状の合成樹脂を浸透させてバインダーマトリッ クスを形成させること、合成樹脂を硬化させて、有利には四角管として形成され る複合材管（１４０）を形成させること、複合材管（１４０）を有利には複数回 横方向および縦方向に切断して、コーナーを介して長手延在方向に延びる支持繊 維（１２６）を備えたアングル薄板（１１０）を形成させることを特徴とする製 造方法。 １３．支持体（１３６）を生じさせる前に複合材管（１４０）を取り外すことを 特徴とする、請求項１２に記載の製造方法。 １４．請求項１ないし３、６ないし９のいずれか一つに記載のアングル薄板の製 造方法において、支持繊維から成るストランドまたは組織を、横断面にてアング ル状のキャビティを備えた鋳型内へコーナーを覆うように挿入すること、キャビ ティ内へ液状のバインダー樹脂を噴射または鋳込んで支持繊維に浸透させること 、バインダー樹脂を有利には圧力および熱の作用で硬化させること、次に、この ようにして形成した完成 したアングル薄板を鋳型から取り出すことを特徴とする製造方法。 １５．有利にはエポキシ樹脂から成っているバインダー樹脂を１００℃ないし２ ００℃で硬化させることを特徴とする、請求項１３に記載の製造方法。 １６．請求項４ないし１０のいずれか一つに記載の平帯薄板の製造方法において 、当初連続したバインダーマトリックス（２８）を有している平帯薄板（１０） を、少なくとも１つの中間領域（３０）においてバインダの分解温度へ加熱し、 バインダーマトリックス（２８）を除去して支持繊維（２６）を露出させること を特徴とする製造方法。 １７．中間領域でバインダーマトリックスとしてエポキシ樹脂を使用し、平帯薄 板を３００℃と７５０℃の間の温度へ加熱することを特徴とする、請求項１６に 記載の製造方法。 １８．平帯薄板を中間領域において固体エッジ（２４）のまわりに曲げ、その前 にまたはその後に、液状またはペースト状の硬化可能なプラスチックを浸透させ ることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の製造方法。 １９．中間領域における平帯薄板の支持繊維に反応性樹 脂を、有利はエポキシ樹脂、ポリウレタン、アクリル樹脂またはポリエステル樹 脂を浸透させることを特徴とする、請求項１８に記載の製造方法。 ２０．請求項４から１０までのいずれか一つに記載の平帯薄板を、鉄筋コンクリ ートの桁、支柱、または梁の剪断補強、引張り補強または座屈防止に使用し、平 帯薄板の、バインダーマトリックスを備えていない中間部分を、該当する構造部 材のエッジのまわりに曲げ、曲げた状態で硬化可能なプラスチックを作用させる ことを特徴とする使用方法。 ２１．平帯薄板を取り付ける前に、構造部材のエッジに、エッジ半径を拡大させ る丸み付け部材を備えさせることを特徴とする、請求項２０に記載の使用方法。 ２２．請求項１ないし３、６ないし９のいずれか一つに記載のアングル薄板を鉄 筋コンクリートの桁、支柱、または梁の剪断補強、引張り補強または座屈防止に 使用し、互いに逆の方向へ屈曲している２つの脚部（１３４）を、互いに適当な 角度を成している構造部材の２つの面に、構造部材のエッジ（１２４）をまたぐ ように接着させることを特徴とする使用方法。 ２３．２つの薄板脚部（１３４）の少なくとも一方の脚部に、構造部材の該当す る面と結合される第２の平帯薄板（１１０，１１１）を、接着材層（１１６）を 用 いてオーバーラップするように接着させることを特徴とする、請求項２２に記載 の使用方法。 ２４．複数個のアングル薄板（１１０）および（または）平帯薄板（１１１）の 自由端を互いにオーバーラップするように接着させ且つ構造部材の面と接着させ て、構造部材（１１２）を取り囲む閉じた補強リングを形成させることを特徴と する、請求項２２または２３に記載の使用方法。