JP4219923B2 - 耐震拡開アンカー - Google Patents

Description

本発明は、耐震拡開アンカーに係り、特に、耐震安全性を高めた耐震拡開アンカーに関する。

建造物の柱材等の構造部材は、基礎として打設されたコンクリートに、アンカーボルトに代表される定着具を介して定着されるのが一般的である。この定着具には、建造物に地震動の横揺れや強風などの水平力が加わった場合、構造部材からせん断力とともに引抜力が伝達される。また、地震動には、横揺れとともに縦揺れがある。この縦揺れにより、定着具には、直接に引抜力が作用するが、横揺れによる引抜力と合算され強大な衝撃力となる場合がある。さらに、台風などの強風時には、屋根面に対する吹き上げが発生し、定着具に引抜力が発生する。ここで、建造物とは、建築物、土木構造物、工作物、機械設備の架台等、人工的に空間を覆う構造体を総称する。また、定着具には、アンカーボルト、アンカーフレーム、あるいは、後述する拡開アンカー等が含まれる。

この定着具は、一般的にコンクリート打設前に、鉄筋と組み立てられて設置され、コンクリートの打設により、鉄筋とともに埋め込まれる。この定着具が引抜力を受けた場合、例えば、アンカーボルトは、その先端の折れ曲がり部を介したコンクリートの支圧力、及びアンカーボルトとコンクリートの間の付着力や摩擦力によって引抜力に抵抗する。また、このアンカーボルトのサイズや本数は、地震や強風時に発生するせん断力や引抜力に耐えられるように算出される。

一方、コンクリート打設後に柱材等の構造部材を基礎に定着させる場合がある。これは、設計変更により柱材等の構造部材の位置が変更された場合、施工ミスにより柱材等の構造部材の位置が間違っていた場合、あるいは間柱等の簡易な構造部材を取り付ける場合等である。この場合には、既設のコンクリートに円柱状の孔を設け、そこに、一般的に、拡開アンカーを定着具として打設する方法が採用される。ここで、拡開アンカーとは、拡開式アンカーボルト、スタッドアンカーなど、コンクリート打設後に後打ちされる定着具を総称する。また、拡開アンカーが定着されるコンクリートとは、普通コンクリート、それ以外の特殊コンクリート、及びコンクリートと同様に構造材として用いられる、石材等の建設材料も含まれる。

図６に、一般的な拡開アンカー２０の概要の一部断面図を示す。拡開アンカー２０は、打設によりコンクリート１０に埋め込まれる部分と、図示しない構造部材と連結するためにコンクリート１０から露出する部分とから成る。拡開アンカー２０は、軸体３、スリーブ体７、及び締付具２とから構成される。軸体３は、コンクリート１０への埋め込み方向の先端に設けられ、先端側に向かって円錐状に拡大する拡張部６と、コンクリート１０から露出し締付具２により係止される係止部４と、拡張部６と係止部４との間の円柱部５とから構成される。スリーブ体７は、締付具２の締め付けにより、拡張部６と協働して先端側に向かって拡開可能な拡開部９と、締付具２に当接する円筒部８とから構成される。また、スリーブ体７は、軸体３の周囲の一部を包み、締付具２と拡張部６との間で移動自在に保持される。

拡開アンカー２０の施工手順を説明する。まず、拡開アンカー２０が取り付けられるコンクリートの所定の位置に所定の穿孔を行う。次に、締付具２、スリーブ体７、及び軸体３を組み合わせた拡開アンカー２０をその孔に打設する。さらに、締付具２を締め込むことで、軸体３の拡張部６が先端側に移動し、スリーブ体７の拡張部６を押し上げる。この押し上げにより、スリーブ体７の拡開部９が先端側に向かって拡開され、コンクリート壁面に定着される。この拡開部９は、拡開が容易に行われるように、その先端が複数の舌状板材に分割されるのが一般的である。

この拡張部６と協働した拡開部９の拡開による定着が、地震動等により拡開アンカー２０に発生する引抜力に対する抵抗機構となる。すなわち、拡開アンカー２０に引抜力が発生すると、締付具２を介して軸体３に引抜力が発生するが、スリーブ体７は、締付具２の締め付けにより、一方を締付具２に、他方を拡開部９により固定され軸体３と一体となっている。したがって、地震動による引抜力は、スリーブ体７の拡開部９まで伝達され、拡開アンカー２０の外周を囲むコンクリート壁面からの反力により抵抗される。

一方、例えば特許文献１には、拡開アンカが開示され、特許文献２には、拡張自在緊結具が開示されている。

特許文献１に開示されている拡開アンカは、上述の従来技術とほぼ同様な抵抗機構をその主要部とする。図７に特許文献２に開示されている拡張自在緊結具３１を示す。拡張体３４の全円周又は全外周まわりに配置する薄板３５を拡張素子３２に設け、拡張自在緊結具３１の縦方向軸線に対して鋭角をなして拡張し衝合部材３３の方向を向き半径方向に弾性を有する遊端３７を夫々の薄板３５に設けている。ここで、拡張素子３２は、折り目３６にそって薄板３５の遊端３７を折り曲げる。

特開平５−１５７１０６号公報 特開昭５６−１４３８１２号公報

一般的な拡開アンカーは、上述のように、スリーブ体の拡開部が先端部に向かって拡開され、地震動による引抜力に抵抗する。すなわち、地震動による発生する引抜力の方向に対して「突っ張らない」方向に拡開する。このことは、後述するように、地震動による衝撃力、例えば、地震動の縦揺れと横揺れとが合算された強大な衝撃力に対してコンクリートとの間にすべりが発生する危険性がある。したがって、一般的な拡開アンカーは、耐震性能を有する耐震拡開アンカーとはいえない。

特許文献１に開示されている拡開式アンカは、一般的な拡開アンカーと同様に拡開スリーブが先端側に向かって拡開され、この拡開により地震動による引抜力に抵抗する。したがって、上述の一般的な拡開アンカーと同様に、耐震性能を有する耐震拡開アンカーとはいえない。

特許文献２に開示されている拡張自在緊結具は、薄板の遊端が衝合部材の方向を向いて拡張する拡張素子を有する。すなわち、地震動による発生する引抜力に対して「突っ張る」方向に抵抗機構が拡開する。この場合は、後述するように、地震動の衝撃力に対して、抵抗機構自体に、全体座屈、局部座屈、あるいは圧壊が生じる可能性がある。特許文献２に開示された拡張素子は、スリットが切られた薄板が折り曲げられた状態でコンクリートからの反力を受ける構成となっている。つまり、地震動の衝撃力に対する抵抗機構であるこの薄板に全体座屈等を起こさないようにする補剛材や補剛機構は開示されていない。したがって、この拡張自在緊結具は、耐震性能を有する耐震拡開アンカーとはいえない。

本願の目的は、かかる課題を解決し、地震動による衝撃力に対して、コンクリートとのすべりを発生させず、抵抗機構自体の構造信頼性が高い耐震拡開アンカーを提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る耐震拡開アンカーは、コンクリートへの埋め込み方向の先端に設けられ、先端側に向かって円錐状に拡大する拡張部と、コンクリートから露出し締付具により係止される係止部と、拡張部と係止部との間の円柱部と、を有する軸体、及び、スリーブ体の先端側に設けられた舌状板材からなる拡開部と、締付具に当接する円筒部と、を有し、軸体周囲の一部を包み込み締付具と拡張部との間で移動自在に保持されるスリーブ体、を備える拡開アンカーであって、スリーブ体の拡開部と軸体の拡張部とから構成される第１の抵抗機構と、スリーブ体の円筒部に設けられ、円筒側壁に切り込みが入れられて円筒部の内面から軸芯側に起立した湾曲部を有する係止手段と、軸体の円柱部に設けられ、係止手段の起立する湾曲部に対向し、係止手段の湾曲部を収納する湾曲部を有する拡開手段と、から構成される第２の抵抗機構と、を備え、締付具の締め付けによりスリーブと軸体とに相対移動が発生すると、第１の抵抗機構の拡開部が軸体の拡張部により先端側に向かって拡開し、かつ、第２の抵抗機構の係止手段が、拡開手段に補剛されながら後端側に向かって拡開することを特徴とする。

上記構成により、耐震拡開アンカーは、拡開部による抵抗機構と、それとは機構の異なる係止手段による抵抗機構とを有する。つまり、拡開部による抵抗機構は、地震動により発生する引抜力に対して「突っ張らない」方向に拡開するのに対して、係止手段による抵抗機構は、「突っ張る」方向に拡開する。この係止手段による抵抗機構は、締付具を締め付け、軸体の拡開手段を後端側へ移動させることで、スリーブ体の係止手段を後端側に向かって拡開させる機構である。これにより、耐震拡開アンカーをコンクリート壁面に定着させることが可能となる。その結果、地震動による引抜力に対しては、より信頼性の高い拡開部の抵抗機構を確保しつつ、地震動による衝撃力に対し、係止手段による抵抗機構によりコンクリートとのすべりを係止させることが可能となる。

また、耐震拡開アンカーは、係止手段が拡開手段と協働して拡開する抵抗機構である。すなわち、係止手段の起立した面のうち先端側に向かう傾斜面と、それに対向する拡開手段の後端側に向かう傾斜面が協働して拡開手段を拡開さる。このことで、後述するように、係止手段を後端側に向かって確実に拡開させることが可能となり、抵抗機構自体の構造信頼性を高めることが可能となる。

また、耐震拡開アンカーは、係止手段と拡開手段とが協働して拡開することで係止手段自体の全体座屈、局部座屈、あるいは圧壊が生じにくい構造となる。例えば、係止手段及び拡開手段が相互に対向する湾曲部を有し、係止手段の湾曲部は拡開手段の湾曲部に収納される。このことで、後述するように、コンクリートからの反力を受けた場合、拡開手段が係止手段の全体座屈等を補剛する役目を果たすからである。したがって、抵抗機構自体の構造信頼性を高めることが可能となる。

また、耐震拡開アンカーは、軸体とスリーブ体が組み立てられて施工されるが、スリーブ体の係止手段と軸体の拡開手段とが協働して動作する構成により、耐震拡開アンカーの組立後は、軸体とスリーブ体とが外れないように持ち運ぶことが可能となる。

さらに、耐震拡開アンカーの係止手段による抵抗機構は、「締付具の締め付け」という、拡開部による抵抗機構と同一の動作により達成される。すなわち、施工に際し従来と同じ動作により、拡開アンカーに新たな抵抗機構を付加し、耐震拡開アンカーとすることが可能となる。

以上のように、本発明に係る耐震拡開アンカーによれば、地震動による衝撃力に対して、コンクリートとのすべりを防止し、抵抗機構自体の構造信頼性を高めることが可能となる。

以下に、図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。

（耐震拡開アンカーの構成）
図１に耐震拡開アンカー１の一つの実施形態の構成を示す。図１（ａ）は、耐震拡開アンカー１の概略側面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）をＡ−Ａ方向から見た概略側面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）の概略の一部断面図である。耐震拡開アンカー１は、打設されたコンクリート１０に埋め込まれる埋め込み部１６と、図示しない構造部材と連結するための露出部１７とから成る。耐震拡開アンカー１の露出部１７側を耐震拡開アンカー１の後端側と、埋め込み部１６側を耐震拡開アンカー１の先端側と称する。耐震拡開アンカー１は、締付具２、軸体３、及びスリーブ体７から構成される。軸体３は、スリーブ体７に挿入され、締付具２により保持される。

締付具２は、本実施形態ではナット１３及びワッシャ１４である。ナットは６角ナットであり、ワッシャは円形ワッシャである。ナット１３には、軸体３の係止部４と係合するネジが切られている。ワッシャ１４には、スリーブ体７が当接される。締付具２は、軸体３の締め付け及びスリーブ体７の受けが可能であれば、ナット１３及びワッシャ１４を一体化したものであっても良い。

軸体３は、本実施形態ではネジ部１５である係止部４と、埋め込み側の先端部に設けられ、先端に向かって円錐状に拡大する拡張部６と、ネジ部１５と拡張部６との間の円柱部５と、拡開手段１２とから構成される。軸体３は、本実施の形態では、丸鋼からなるボルトであり、機械切削により拡張部６及び円柱部５が削り出され、転造によりネジ部１５のネジが切られる。軸体３の径は、スリーブ体７に挿入可能なように、スリーブ体７の径よりも僅かに小さい。拡開手段１２は、本実施形態では円柱部５のほぼ中間位置に２箇所設けられるが、その箇数及び取り付け位置はこれに限られない。また、拡張部６は、雄ネジが切られた軸体３に、先端に向かって円錐状に拡大する雌ネジが切られたナット状の円環であっても良い。

スリーブ体７は、円筒部８、拡開部９、及び係止手段１１とから構成される。上述したように、スリーブ体７の円筒部８の径は、ワッシャ１４に当接可能な径であり、軸体３が挿入可能なように、軸体３の外径よりも僅かに大きい径である。したがって、スリーブ体７は、締付具２のワッシャ１４と軸体３の拡張部６との間で移動自在に保持され、拡開部９の拡開が可能となる。本実施形態では、スリーブ体７は、軸方向に１箇所の図示しないスリットを有する。これは、スリーブ体７の製作が、平板に所定の加工をした後、円形に曲げて所望の形状とする方法を採用することによる。但し、スリーブ体７が平板からではなく、例えば鋼管を加工する場合には上記スリットは無い。また、本実施形態では、拡開部９は、拡開しやすいように切り込みが入れられ３枚の舌状板材に分割される。この舌状板材は、拡開が容易になる形状であれば、その枚数や形状はこれに限られない。

（係止手段の拡開メカニズム）
図２（ａ）に、協働して動作する係止手段１１及び拡開手段１２の第１の実施形態の概略の一部断面図を示す。本実施形態では、係止手段１１は、図２（ａ）に示すように拡開可能な形状、すなわち、円筒部８の内面から軸芯側に起立する面のうち、先端側に向かう傾斜面（図２（ａ）の記号“ａ”）を有している。一方、拡開手段１２は、円柱部５の一部の断面形状を軸方向に沿って変化させている。すなわち、係止手段１１の起立した面のうち、先端側に向かう傾斜面に対向し、後端側に向かう傾斜面（図２（ａ）の記号“ｂ”）を有している。また、本実施形態では、係止手段１１及び拡開手段１２は、ともに相互に対向する湾曲部を有し、係止手段１１の湾曲部は拡開手段１２の湾曲部に収納されている。

図３（ａ）に、協働して動作する係止手段１１及び拡開手段１２の第２の実施形態の概略の一部断面図を示す。本実施形態では、係止手段１１は、図３（ａ）に示すように拡開可能な形状、すなわち、円筒の内面から軸芯側に起立する面のうち、先端側に向かう傾斜面（図３（ａ）の記号“ａ”）を有している。一方、拡開手段１２は、円柱部５の一部の断面形状を軸方向に沿って変化させている。すなわち、係止手段１１の起立した面のうち、先端側に向かう傾斜面に対向し、後端側に向かう傾斜面（図３（ａ）の記号“ｂ”）を有している。

図４に、係止手段１１と拡開手段１２との協働による拡開メカニズムの概要を示す一部断面図を示す。図４（ａ）は、締付具２を締め付ける前の状態を示し、図４（ｂ）は、締付具２の締め付けが完了し、係止手段１１が拡開し、コンクリート１０に係止した状態を示す。締付具２の締め付けにより、軸体３が移動し、拡開手段１２も移動する。一方、スリーブ体７及び係止手段１１は移動しない。したがって、図４（ｂ）に示すように、軸体３は、図４（ｂ）の矢印に示す方向に“ｄ”だけスリーブ体７に対して相対移動する。

軸体３の相対移動により、係止手段１１は拡開手段１２になじみつつ押し上げられ、係止手段１１の先端部２１は図４（ｂ）の矢印に示す方向を保ちながらコンクリート１０に向かって拡開する。このように係止手段１１が拡開するには、係止手段１１の舌状板材１９が、円筒部８の内面、すなわち、図４（ａ）の一点鎖線（ｍ―ｎ）よりも軸芯側に起立していなければならない。ここで、「起立」とは、一般的に、立ち上がることをいう。ここでは、「起立する面」とは、舌状板材１９の内面がいったん立ち上がり、再度元に戻る面を有することを意味する。つまり、舌状板材１９は、いったん軸芯側に立ち上がり、再度スリーブ体７側に戻る面を有する。この係止手段１１のいったん立ち上がった部分が、拡開手段１２により「押し上げられ」、係止手段１１のスリーブ体７側に再度戻る部分が、コンクリート１０側に「広げられ」拡開の動作が行われる。

拡開された係止手段１１の先端部２１は、締付具２を締め付けにより、図４（ｂ）に示すように、スリーブ体７の外周を超えて、コンクリート１０の壁面に突き当たる。締付具２をさらに締め付けることで、先端部２１はコンクリート１０に食い込み、先端部２１はコンクリート１０からの、図４（ｂ）に示す反力Ｆを受ける。この場合、コンクリート１０の反力Ｆの方向の剛性に対して、舌状板材１９の反力Ｆの方向の剛性が著しく低いため、舌状板材１９は、拡開手段１２になじむように変形する。すなわち、舌状板材１９がコンクリート１０からの反力を受けるにつれて拡開手段１２になじみ、拡開手段１２との接触面が増加する。この動作は、耐震拡開アンカー１が地震動による衝撃力を受けた場合にも同様に生じる。これにより、舌状板材１９の先端部の座屈長さが低減される。すなわち、拡開手段１２が、拡開された係止手段１１の座屈を補剛する役目を果たし、抵抗機構の座屈耐力を高める働きをする。

図２（ｂ）及び（ｃ）に、第１の実施形態における、協働して動作する係止手段１１及び拡開手段１２の他の変形例の一部概略図を示す。図２（ｂ）の係止手段１１は、舌状板材１９の板厚の変化により軸芯側に起立する。この実施形態では、舌状板材１９の板厚が厚くなり座屈耐力が上がるため、抵抗機構自体の構造信頼性が高まる。図２（ｃ）の係止手段１１及び拡開手段１２は、傾斜面が曲面ではなく折れた二つの面からなる。この場合であっても、上述の拡開の動作が行われる。

図３（ｂ）〜（ｄ）に、協働して動作する係止手段１１及び拡開手段１２の他の変形例の一部概略図を示す。図３（ｂ）の係止手段１１は、舌状板材１９の板厚の変化により軸芯側に起立する。この実施形態では、舌状板材１９の板厚が厚くなり、座屈耐力が上がるため、抵抗機構自体の構造信頼性が高まる。図３（ｃ）の係止手段１１及び拡開手段１２は、傾斜面が曲面ではなく折れた二つの面からなる。この場合であっても、上述の拡開のメカニズムは成立する。図３（ｄ）は、円柱部５の断面形状を軸方向に沿って変化させた場合である。

（耐震拡開アンカーの施工手順）
図５に、耐震拡開アンカー１の施工手順の概略説明図を示す。まず、図５（ａ）に示すように、既設のコンクリート１０上の所定の位置にドリル２２等により穿孔を行う。この穿孔により、円柱状のコンクリート塊がコンクリート１０の表面から略鉛直方向に削り取られ円柱状の孔が得られる。この孔の径は、スリーブ体７及び軸体３の拡張部６の最大径よりも僅かに大きな値である。この穿孔の際に孔内に残ったコンクリート片は、除かれて清掃される。

次に、図５（ｂ）に示すように、締付具２、スリーブ体７及び軸体３が組み合わされた耐震拡開アンカー１をその孔内に図示しないハンマー等により打設する。所定の深さまで打設した後、図５（ｃ）に示すように、露出しているナット１３を図示しないトルクレンチ等により締め込む。

このナット１３の締め込みで、軸体３の先端の拡張部６が、後端側に向かって移動する。一方、スリーブ体７の後端側は、ワッシャ１４に当接しナット１３により押さえ込まれているため、スリーブ体７全体が移動できない。その結果、先端に向かって円錐状に拡大する拡張部６が、スリーブ体７の拡開部９を押し広げ、スリーブ体７の拡開部９が先端側に向かって拡開される。拡開された拡開部９の先端は、コンクリート１０に係止し、耐震拡開アンカー１が、コンクリート１０に定着される。

また、軸体３の先端の拡張部６が、後端側に向かって移動することで、軸体３に設けられた拡開手段１２も移動する。スリーブ体７に設けられた係止手段１１は、上述のように、移動できない。この係止手段１１に対する拡開手段１２の相対的な移動の結果、拡開手段１２により係止手段１１が押し広げられ、後端側に向かって拡開される。拡開された係止手段１１の先端は、コンクリート１０に係止し、耐震拡開アンカー１が、コンクリート１０に定着される。

本発明に係る耐震拡開アンカーの一つの実施形態の構成を示す側面図及び一部断面図である。 協働して動作する係止手段及び拡開手段の第１の実施形態及びその変形例を示す一部断面図である。 協働して動作する係止手段及び拡開手段の第２の実施形態及びその変形例を示す一部断面図である。 係止手段と拡開手段との協働による拡開メカニズムの概要を示す一部断面図である。 耐震拡開アンカーの施工手順を示す概略説明図である。 従来の拡開アンカーである示す一部断面図である。 従来の拡開アンカーである拡張自在緊結具を示す一部断面図である。

符号の説明

１ 耐震拡開アンカー、２ 締付具、３ 軸体、４ 係止部、５ 円柱部、６ 拡張部、７ スリーブ体、８ 円筒部、９ 拡開部、１０ コンクリート、１１ 係止手段、１２ 拡開手段、１３ ナット、１４ ワッシャ、１５ ネジ部、１６ 埋め込み部、１７ 露出部、１８ コンクリート壁、１９ 舌状板材、２０ 拡開アンカー、２１ 係止手段の先端部、２２ ドリル、３１ 拡張自在緊結具、３２ 拡張素子、３３ 衝合部材、３４ 拡張体、３５ 薄板、３６ 折り目、３７ 遊端。

Claims (1)

1. コンクリートへの埋め込み方向の先端に設けられ、先端側に向かって円錐状に拡大する拡張部と、コンクリートから露出し締付具により係止される係止部と、拡張部と係止部との間の円柱部と、を有する軸体、及び、スリーブ体の先端側に設けられた舌状板材からなる拡開部と、締付具に当接する円筒部と、を有し、軸体周囲の一部を包み込み締付具と拡張部との間で移動自在に保持されるスリーブ体、を備える耐震拡開アンカーであって、
   スリーブ体の拡開部と軸体の拡張部とから構成される第１の抵抗機構と、
   スリーブ体の円筒部に設けられ、円筒側壁に切り込みが入れられて円筒部の内面から軸芯側に起立した湾曲部を有する係止手段と、軸体の円柱部に設けられ、係止手段の起立する湾曲部に対向し、係止手段の湾曲部を収納する湾曲部を有する拡開手段と、から構成される第２の抵抗機構と、を備え、
   締付具の締め付けによりスリーブと軸体とに相対移動が発生すると、第１の抵抗機構の拡開部が軸体の拡張部により先端側に向かって拡開し、かつ、第２の抵抗機構の係止手段が、拡開手段に補剛されながら後端側に向かって拡開することを特徴とする耐震拡開アンカー。

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