JPH08500155A - 織物強化コンクリートコラム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 外面に複合強化層（２２）を巻き付けた強化コンクリートコラム（１０）。複合強化層（２２）は、樹脂母材内に配置された少なくとも一つの織物層を含む。織物層（２４）は、第１及び第２の平行な織端（３４、３６）を有し、これらの織端は、コラムの外周面に亘ってコラムの軸線とほぼ垂直方向に延びる。特定の組織パターンが開示してある。複合強化層は、非対称荷重が加わった場合のコンクリートコラムの破損に対する抵抗を増大させるための迅速で簡単で且つ効果的な手段を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 織物強化コンクリートコラム 発明の背景１．発明の分野 本発明は、非対称荷重に耐える性能を高めるためコンクリートコラムを強化す ることに関する。更に詳細には、本発明は、地震時の非対称荷重に耐えるコンク リートコラムの性能を高めるため、コンクリートコラムの外面を強化することに 関する。２．関連技術の説明 コンクリートコラムは、支持構造として広範に使用されている。コンクリート コラムの多くの用途には、橋梁支持体、高速道路の高架道の支持体、及び駐車場 構造の支持体が含まれる。現存のコンクリートコラムには多くの種類の形状があ る。円形、正方形、及び矩形の断面を持つコンクリートコラムが最も一般的であ る。しかしながら、正多角形形状の断面や不規則な形状の断面を含む多くの他の 断面形状が使用されている。更に、コンクリートコラムの大きさもまた所期の使 用に応じて大きく変化する。一般的には、０．６１ｍ乃至６．０１ｍ（２フィー ト乃至２０フィート）程度の直径を持つコンクリートコラムが橋梁や高架道の支 持体として使用されている。 一般的には、コンクリートコラムの強化は金属製のロッド又はバーを用いて行 われる。金属製強化体は、コンクリートコラムに非常に大きな強度を提供する。 コンクリートコラムの金属製強化体は、多くの状況の下で構造を適切に強化する が、地震時に非対称荷重が加わると、金属強化コンクリートコラムに多くの構造 的破壊が生じる。地震時に生じる金属強化コンクリート支持コラムの構造的破壊 は、大災害を引き起こす。従って、コンクリートコラムの、地震時にコラムに加 わる非対称荷重に耐える性能を高める必要があった。 コンクリートコラムの構造的一体性を高めるための一つの方法は、コンクリー トコラムの注型前に金属製強化体を追加することを含む。非対称荷重に対する抵 抗を高めるため、コンクリートコラムの製造に他の設計上の特徴を組み込むのが よい。しかしながら、地震が起こり易い地域に建てられている現存の数百数千の コンクリート製支持体は、適切な金属製強化体を備えていないし、激しい非対称 荷重に耐える構造的設計になっていない。従って、このような現存のコンクリー トコラムが地震時に破損しないように又は破損し難いように強化するための簡単 で効率的で比較的安価なシステムを提供する必要がある。 現存のコンクリート構造物の構造的強度を高めるための方法の一例が米国特許 第４，７８６，３４１号に記載されている。この特許では、コンクリートコラム の周囲に繊維を種々のパターンで巻き付けることによってコンクリートコラムの 外面を強化する。この方法の問題点は、コンクリートコラムに単一の繊維を巻き 付けるのに要する時間であり、これには時間がかかり、費用がかかる。 現存のコンクリート製支持コラムの外側を強化する別の方法が米国特許第５， ０４３，０３３号に記載されている。この特許では、コンクリートコラムの外側 に複合材料を巻き付けて、コンクリートコラムを取り囲むシェルを形成する。次 いで、複合材料からなる外シェルとコンクリートコラムとの間の空間を硬化性液 体を注入することによって加圧する。 現存のコンクリートコラムを強化するための上述の方法は、これらの特許の所 期の目的によく合致したが、地震時の構造的破壊に対する抵抗性を高めるために 種々のコンクリートコラムを適切に強化する、手早く、効率的で、簡単で、対費 用効果に優れた方法を提供する必要がある。発明の概要 本発明によれば、非対称荷重が加わった場合の構造的破壊に対するコラムの抵 抗性を高めるためにコンクリートコラムの外面を強化するための、簡単で、効率 的で、対費用効果に優れた方法が提供される。本発明は、コンクリートコラムの 外面に少なくとも一つの織物層及びこれと関連した樹脂母材でできた複合強化層 を巻き付けることによって、構造的破壊に対するコンクリートコラムの抵抗性を 高めることができるという認識に基づいている。 本発明の一つの特徴として、複合強化層は、表面と直接接触するようにコンク リートコラムの外面に巻き付けられる。複合強化層内の織物層は、コンクリート コラムの軸線とほぼ垂直方向にコンクリートコラムの周囲に亘って延びる第１及 び第２の平行な織端を有する。複合強化層は、構造的に重要な位置でコンクリー トに巻き付けられるか或いは、好ましくは、コンクリートコラムの外面全体に巻 き付けられるのがよい。本発明に従ってコンクリートコラムに複合強化層を巻き 付けるのは、現存のコンクリートコラムを強化して地震時に破壊し難くするため の手早く、効率的で、対費用効果に優れた方法である。 本発明の別の方法として、樹脂母材内の織物層には、織端とほぼ平行に延びる 複数の経糸及びコンクリートコラムの軸線とほぼ平行に延びる複数の緯糸が含ま れる。変形例では、織物層は、織端に対して約＋２０゜乃至＋７０゜の所定角度 で延びる複数の正斜角糸及び織端に対して約−２０゜乃至−７０゜の所定角度で 延びる複数の負斜角糸からなる。 本発明は、実際の強化コンクリートコラムの他にコラムを強化するための方法 に関する。この方法は、互いに平行に延びる第１及び第２の織端を持つ織物層を 提供する工程を含む。織物層を硬化性樹脂で含浸して樹脂含浸織物層を形成する 。樹脂の含浸の後、織物層をコンクリートコラムの外周面に直接付けて、織物の 織端が外面に亘ってコラムの軸線方向とほぼ垂直方向に延びる複合強化層を構成 する。付けた後、複合強化層中を硬化させて最終的な複合強化層を形成する。 本発明の上文中に論じた特徴及び多くの他の特徴、及び付随的な特徴は、以下 の詳細な説明を添付図面と関連して参照することによって更によく理解されるで あろう。図面の簡単な説明 第１図は、本発明による例示の好ましい強化コンクリートコラムを示す正面図 である。 第２図は、コンクリートコラムの外面への取り付け前の織物層の含浸を示す図 解図である。 第３図は、織物層が一部に巻き付けられたコンクリートコラムの正面図である 。 第４図は、本発明による好ましい例示の織物層の部分詳細図である。 第５図は、本発明による変形例の例示の好ましい織物層の部分詳細図である。 第６図は、糸が互いにステッチボンディングされていることを除けば第５図に 示す組織パターンと同じ組織パターンを示す図である。 第７図は、多数の織物層を巻き付けたコンクリートコラムの外面の部分詳細図 である。 第８図は、ステッチボンディングが施され、本発明による織物層として使用で きる一方向性織物を示す概略図である。 第９図は、第８図に示すステッチボンディングが施された一方向性織物を斜め 方向に配向された１方向性織物からなる第２層と組み合わせた織物の概略図であ る。 第１０図は、斜め方向に配向された二つの一方向性織物を互いにステッチボン ディングした変形例の織物層の構成を示す概略図である。 第１１図は、１１−１１平面での第１０図の断面図である。実施例 本発明は、種々のコンクリート製支持コラムを強化するのに使用できる。本発 明は、橋梁や高速道路の高架道を支持するのに使用される種類の比較的大型の金 属強化コンクリートコラムを強化するのに特に適している。このようなコンクリ ートは、代表的には、金属製基礎構造で強化されており、直径即ち断面幅が６． ０９６ｍ（２０フィート）又はそれ以上である。コラムの長さは、１ｍ乃至１５ ．２４ｍ（数フィート乃至５０フィート）又はそれ以上である。以下の詳細な説 明は、高速道路の高架道を支持するのに用いられる円形のコンクリートコラムの 強化についての本発明の使用に限られている。本発明は、このような円形コンク リートコラムに限定されるものではなく、任意の大きさ及び任意の断面形状のコ ンクリートコラムに適用できるということは、当業者には理解されよう。 本発明による、好ましい例示の強化コンクリートコラムを第１図に参照番号１ ０で概略に示す。強化コンクリートコラム１０は、適当なベース１２で支持され 、高速道路の高架道１４を支持する。このコンクリートコラムは、直径が１．５ ２４ｍ乃至４．５７２ｍ（５フィート乃至１５フィート）の円形断面を持つ、高 速道路の高架道を支持する代表的な構造である。このコンクリートコラムの高さ は、約４．８７７ｍ（１６フィート）である。コンクリートコラムは、頂部１６ 、底部１８、鎖線２０が示す長手方向軸線、及び外周面６０（第３図参照）を有 する。 強化コンクリートコラム１０は、複合強化層２２を有する。複合強化層２２は 、コンクリートコラムの外周面６０と直接接触している。複合強化層２２は、五 つの織物層２４、２６、２８、３０、及び３２でできている。これらの織物層２ ４−３２の各々は、第１及び第２の平行な織端を有する。織物層２４の第１及び 第２の織端には、参照番号３４及び３６が夫々附してある。織物層２６の第１及 び第２の織端には、参照番号３８及び４０が夫々附してある。織物層２８の第１ 及び第２の織端には、参照番号４２及び４４が夫々附してある。織物層３０の第 １及び第２の織端には、参照番号４６及び４８が夫々附してある。織物層３２の 第１及び第２の織端には、参照番号５０及び５２が夫々附してある。 織物層２４−３２は、コンクリートコラムの外面にほぼ全面を覆うように配置 するのが好ましい。しかしながら、特定の用途では、非対称荷重中に最も損傷し 易いコンクリートコラムの部分だけに巻き付けるのが望ましい場合がある。織物 層２４−３２は、単一の織物層からなってもよいし、コンクリートコラムに巻き 付けた二層又は三層の織物でできた積層体であってもよい。本発明によれば、第 １及び第２の平行な織端３４−５２は、コンクリートコラムの外周面に亘ってコ ンクリートコラムの軸線２０とほぼ垂直方向に延びる。これらの織物層は全て、 最終的な織物層が樹脂母材内に配置されるように、コンクリートコラムへの取り 付け前に樹脂含浸してある。織端間の織物の幅は、７．６２cm乃至２５４cm（３ インチ乃至１００インチ）である。 第２図を参照すると、織物５４は、ロール５６から巻き解かれ、コンクリート コラム付ける前に含浸するために樹脂５８に浸漬した状態で示してある。十分な 長さの織物５４に樹脂５８を含浸させた後、含浸した織物層をロール５６から切 断し、第３図に示すようにコンクリートコラムの外周面６０に付ける。含浸織物 の長さは、コンクリートコラムを一回又は数回巻き付けるように選択される。ひ とたび所定位置に置くと、樹脂を含浸した織物層を硬化させて複合強化層を形成 する。第２図及び第３図に示す含浸プロセス及び取り付けプロセスは、コンクリ ートコラムの全外周面が第１図に示すように覆われるまで繰り返される。 好ましい例示の織物を第４図に示す。この織物は、好ましくは、経糸６２及び 緯糸６４からなる平織物である。経糸及び緯糸は、同じ繊維でできていてもよい し異なる繊維でできていてもよい。好ましい繊維には、ガラス、ポリアラミド、 グラファイト、シリカ、石英、カーボン、セラミック、及びポリエチレンからな る繊維が含まれる。経糸６２は、好ましくは、ガラスからつくられる。緯糸６４ は、好ましくは、ガラス繊維６６及びポリアラミド繊維６８の組み合わせである 。ガラス−ポリアラミド繊維の直径は、好ましくは、約３μｍ乃至約３０μｍで ある。各ガラス糸は、約２００本乃至８０００本の繊維を含むのが好ましい。織 物は、好ましくは平織物であるが、２ハーネス乃至８ハーネスの繻子織であって もよい。１インチ毎の経糸の数は、好ましくは、約５本乃至２０本である。１イ ンチ毎の緯糸の数は、好ましくは、約０．５本乃至５．０本である。経糸は、織 端６３とほぼ平行に延び、緯糸は、織端６３に対してほぼ垂直に且つコンクリー トコラムの軸線とほぼ平行に延びる。長手方向及び軸線方向の両方向で強化を行 うこの特定の織物組織形体は、地震の際にコラムに加わる非対称荷重に対してコ ンクリートコラムを強化する上で効果的であると考えられている。 好ましい変形例の織物パターンを第５図に示す。この織物パターンでは、正斜 角糸７０が織物の織端７１に対して約２０゜乃至７０゜の所定角度で延びている 。好ましい角度は、織端７１に対して４５゜である。正斜角糸７０は、好ましく は、第４図に示す織物と関連して説明したのと同じ糸材料でつくられている。負 斜角糸７２は、織端７１に対して約−２０゜乃至−７０゜の所定角度で延びてい る。負斜角糸７２は、好ましくは、正斜角糸７０とほぼ垂直である。斜角糸７０ 及び７２は、好ましくは、同じ糸材料でできている。正斜角糸及び負斜角糸の両 方について、１インチ当たりの糸の数は、好ましくは、約５本乃至３０本であり 、１インチ当たり約１０本の糸が特に好ましい。 織物組織パターンを互いに対して不変に維持するのが好ましい。これは、好ま しくは、第６図に示すように糸を互いにステッチボンディングすることによって 行われる。糸を所定位置に保持するための別の方法は、接着剤又は搦み織りプロ セスを使用し、これらは両方とも当業者に周知である。第６図では、ステッチボ ンディングを行うために使用された例示の糸を参照番号７３で示す。これらの糸 を互いにステッチボンディングするプロセスは従来の方法であり詳細には説明し ない。ステッチボンディングを行うのに使用された小さな糸は、主糸と同じ材料 、 又は織物糸を互いにステッチボンディングするのに一般的に使用された任意の他 の適当な材料でつくられているのがよい。第４図に示す織物は、ステッチボンデ ィングされている。 更に、所望であれば、ステッチボンディングされた一方向性織物を本発明に従 って使用するのがよい。このようなステッチボンディングされた一方向性織物を 第８図に参照番号７９で示す。この織物は、一方向性繊維８０を含み、これらの 繊維は、線８２で示すように互いにステッチボンディングされている。ステッチ ボンディングされた一方向性織物７９は、単一で使用してもよいし、他の織物形 体と組み合わせて使用してもよい。例えば、織物層７９と同じステッチボンディ ングされた上側の一方向性織物層８４を、斜め方向に配向された下側の一方向性 織物層８６と組み合わせた二層織物システムを第９図に示す。下側の織物層は、 ステッチボンディングされていてもよいしステッチボンディングされていなくて もよい。第９図に示す織物層８６はステッチボンディングされていない。 別の変形例の織物層の実施例を第１０図及び第１１図に示す。この実施例では 、上層８８が一方向性織物であり、繊維９０は互いにステッチボンディングされ ていない。その代わりに、これらの繊維９０が下層９４の繊維９２に線９６で示 すようにステッチボンディングされている。 第７図には、コンクリートコラムを取り囲む複合強化層の一部が示してあり、 この層の全体に参照番号７４が附してある。複合強化層７４は、第６図に示す織 物層と同じ内織物層７６を含む。更に、第４図に示す織物層と同じ外織物層７８ が設けられている。二層織物複合強化体は、所望であれば、構造上の強度を追加 できる。 本発明に従って適正に機能するため、全ての織物層に樹脂を含浸しなければな らない。好ましくは、樹脂は、織物にコンクリートコラムの外面に付ける前に含 浸される。しかしながら、所望であれば、織物をコンクリートコラムの周りに巻 き付けた後に樹脂を含浸してもよい。本発明に従って使用するのに適した樹脂に は、ポリエステル、エポキシ、ポリイミド、ビスメールイミド、ビニルエステル 、ウレタン、及びポリウレアが含まれる。上掲の樹脂と同程度の強度及び靭性を 備えていれば、他の含浸樹脂を使用してもよい。エポキシを基剤とした樹脂シス テ ムが好ましい。 樹脂の硬化は、使用される特定の樹脂母材に応じて変化する周知の手順に従っ て行われる。こうした樹脂システムで代表的に使用される種々の従来の触媒、硬 化剤、及び添加剤を使用するのがよい。織物に含浸させた樹脂の量は、好ましく は、織物を飽和させるのに十分な量である。 含浸させた織物層を付ける前にコンクリートコラムの外面を完全にきれいにす るのが好ましい。コンクリートコラムは、樹脂母材がコンクリート材料に接着す るように十分にきれいにされなければならない。樹脂母材及び複合強化層をコン クリートに結合するのが好ましいが、これは本質的なものではない。樹脂母材を コンクリートコラムに結合するのが望ましいが、これは、含浸させた織物の構造 的強化性を高めるため、必要ではない。 本発明の例示の実施例を説明したが、本明細書中の開示は単なる例示であって 本明細書の範囲内で種々の他の変形及び変更を行うことができるということは当 業者には理解されよう。従って、本発明は、本明細書中に例示した特定の実施例 に限定されず、以下の請求の範囲によってのみ限定される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．橋梁及び他の構造物の支持で使用するのに適した強化コンクリートコラムに おいて、 頂部、底部、軸線、及び前記頂部と前記底部との間を軸線方向に延びる外周面 を有するコンクリートコラムと、 前記コラムを取り囲む複合強化層とを有し、該複合強化層は、前記外周面と直 接接触し、前記複合強化層は、樹脂母材内に配置された少なくとも一つの織物層 からなり、該織物層は、前記強化コンクリートコラムを構成するため、前記外周 面に亘って前記コンクリートコラムの軸線方向とほぼ垂直方向に延びる第１及び 第２の平行な織端を有する、強化コンクリートコラム。 ２．前記織物層は、前記織端とほぼ平行に延びる複数の経糸及び前記コンクリー トコラムの軸線とほぼ平行に延びる複数の緯糸からなる、請求項１に記載の強化 コンクリートコラム。 ３．前記織物層は、前記織端に対して約２０゜乃至７０゜の所定角度で延びる複 数の正斜角糸及び前記織端に対して約−２０゜乃至−７０゜の所定角度で延びる 複数の負斜角糸からなる、請求項１に記載の強化コンクリーコラム。 ４．前記織物は、１インチ当たり約１０本の経糸及び１インチ当たり約２本の緯 糸を含む、請求項２に記載の強化コンクリートコラム。 ５．前記織物は、１インチ当たり約１０本の正斜角糸及び１インチ当たり約１０ 本の負斜角糸を含む、請求項３に記載の強化コンクリートコラム。 ６．前記経糸は約２００本乃至８０００本の繊維からなり、前記緯糸は約２００ 本乃至８０００本の繊維からなる、請求項２に記載の強化コンクリートコラム。 ７．前記正斜角糸は約２００本乃至８０００本の繊維からなり、前記負斜角糸は 約２００本乃至８０００本の繊維からなる、請求項３に記載の強化コンクリート コラム。 ８．前記織物は、ガラス、ポリアラミド、グラファイト、シリカ、石英、カーボ ン、セラミック、及びポリエチレンからなる群から選択した繊維からなる、請求 項１に記載の強化コンクリートコラム。 ９．前記樹脂母材は、ポリエステル、エポキシ、ポリイミド、ビスメールイミド 、 ビニルエステル、ウレタン、及びポリウレアからなる群から選択した樹脂からな る、請求項１に記載の強化コンクリートコラム。 10．前記複合強化層は、複数の織物層からなる、請求項１に記載の強化コンクリ ートコラム。 11．前記複数の織物層は、請求項２及び３に従って配向された糸を含む、請求項 １０に記載の強化コンクリートコラム。 12．前記織物は、平織物である、請求項２に記載の強化コンクリートコラム。 13．前記織物は、織布又はステッチボンデッド織物である、請求項３に記載の強 化コンクリートコラム。 14．前記織端間の前記織物の幅は、約７．６２cm乃至２５４cm（３インチ乃至１ ００インチ）であり、前記コンクリートコラムの強化に前記織物の複数の幅が使 用される、請求項１に記載の強化コンクリートコラム。 15．頂部、底部、軸線、及び前記頂部と前記底部との間を軸線方向に延びる外周 面を有するコンクリートコラムを強化するための方法において、 互いに平行に延びる第１及び第２の織端を持つ織物層を提供する工程と、 前記織物層を硬化性樹脂で含浸して樹脂含浸織物層を形成する工程と、 前記樹脂含浸織物層を前記コラムの外周面に付け、前記織物の織端が前記外面 に亘って前記コラムの軸線方向とほぼ垂直方向に延びる複合強化層を構成す る工程と、 前記複合強化層中の前記樹脂を硬化させ、これによって前記コンクリートコラ ムを強化する工程とを有する、方法。 16．前記織物層は、前記織端とほぼ平行に延びる複数の経糸及び前記コンクリー トコラムの軸線とほぼ平行に延びる複数の緯糸からなる、請求項１５に記載のコ ンクリートコラム強化方法。 17．前記織物層は、前記織端に対して約２０゜乃至７０゜の所定角度で延びる複 数の正斜角糸及び前記織端に対して約−２０゜乃至−７０゜の所定角度で延びる 複数の負斜角糸からなる、請求項１６に記載のコンクリートコラム強化方法。 18．前記織物は、１インチ当たり約１０本の経糸及び１インチ当たり約２本の緯 糸を含む、請求項１６に記載のコンクリートコラム強化方法。 19．前記織物は、１インチ当たり約１０本の正斜角糸及び１インチ当たり約１０ 本の負斜角糸を含む、請求項１７に記載のコンクリートコラム強化方法。 20．前記経糸は約２００本乃至８０００本の繊維からなり、前記緯糸は約２００ 本乃至８０００本の繊維からなる、請求項１６に記載のコンクリートコラム強化 方法。 21．前記正斜角糸は約２００本乃至８０００本の繊維からなり、前記負斜角糸は 約２００本乃至８０００本の繊維からなる、請求項１７に記載のコンクリートコ ラム強化方法。 22．前記織物は、ガラス、ケブラー（ケブラーは登録商標である）、グラファイ ト、シリカ、石英、カーボン、セラミック、及びポリエチレンからなる群から選 択した繊維からなる、請求項１５に記載のコンクリートコラム強化方法。 23．前記樹脂母材は、ポリエステル、エポキシ、ポリイミド、ビスメールイミド 、ビニルエステル、ウレタン、及びポリウレアからなる群から選択した樹脂から なる、請求項１５に記載のコンクリートコラム強化方法。 24．前記コンクリートコラムには、複数の織物層が巻き付けられる、請求項１５ に記載のコンクリートコラム強化方法。