(57)【要約】【課題】クレーンガーダーとしてのＨ形鋼に発生する応力を適切に低減させ、当該Ｈ形鋼への疲労亀裂の発生を抑制する。【解決手段】上面で移動体を支持するクレーンガーダーとしてのＨ形鋼の補強構造であって、前記Ｈ形鋼の下面には補強部材が設けられ、前記Ｈ形鋼の下フランジには、当該下フランジの短手方向端部から前記Ｈ形鋼のウェブに向けてスリットが形成されている。スリットはＨ形鋼の下フランジの長手方向に沿って、Ｈ形鋼のウェブを挟んで、複数形成されている。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面で移動体を支持するＨ形鋼の補強構造であって、
前記Ｈ形鋼の下面には補強部材が設けられ、
前記Ｈ形鋼の下フランジには、当該下フランジの短手方向端部から前記Ｈ形鋼のウェブに向けてスリットが形成されていることを特徴とする、Ｈ形鋼の補強構造。
【請求項２】
前記スリットは、前記下フランジの長手方向に沿って複数形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＨ形鋼の補強構造。
【請求項３】
前記スリットは、前記ウェブを挟んで前記下フランジの短手方向の両端部あるいは片側端部から形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のＨ形鋼の補強構造。
【請求項４】
前記補強部材は、Ｈ形鋼、ＣＴ形鋼、ＰＣケーブル又は炭素繊維シートより選択される少なくともいずれかの部材により構成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＨ形鋼の補強構造。
【請求項５】
前記Ｈ形鋼がクレーンガーダーであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＨ形鋼の補強構造。
【請求項６】
移動体を支持するＨ形鋼の補強方法であって、
前記Ｈ形鋼の下面に補強部材を設け、
前記Ｈ形鋼の下フランジに、当該下フランジの短手方向端部から前記Ｈ形鋼のウェブに向けてスリットを形成することを特徴とする、Ｈ形鋼の補強方法。
【請求項７】
前記スリットを、前記下フランジの長手方向に沿って複数形成することを特徴とする、請求項６に記載のＨ形鋼の補強方法。
【請求項８】
前記スリットを、前記ウェブを挟んで前記下フランジの短手方向の両端部から形成することを特徴とする、請求項６または７記載のＨ形鋼の補強方法。
【請求項９】
前記補強部材は、Ｈ形鋼、ＣＴ形鋼、ＰＣケーブル又は炭素繊維シートより選択される少なくともいずれかの部材により構成することを特徴とする、請求項６〜８のいずれか一項に記載のＨ形鋼の補強方法。
【請求項１０】
前記Ｈ形鋼がクレーンガーダーであることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一項に記載のＨ形鋼の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体を支持する鋼部材の補強構造及び補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場や倉庫などの建屋には、重量物を運搬するための天井クレーンが設置されている。天井クレーンは、クレーンガーダーと呼ばれる鋼製梁（例えばＨ形鋼）の上面に敷設された軌条上を走行する。クレーンガーダーは、天井クレーンの走行に伴って繰り返し応力を受けるため、長期間の使用により疲労亀裂が生じる場合がある。クレーンガーダーに亀裂が生じると天井クレーンの走行ができなくなり、工場などの操業が中断するため、当該亀裂の発生を抑制する必要がある。
【０００３】
上述のように、クレーンガーダーがＨ形鋼により構成される場合、前記亀裂は、主として天井クレーンの走行により引張応力を受ける下フランジであって、特にガセットプレートや付属する金物などを溶接した溶接部の近傍において発生する傾向が高い。かかる下フランジへの亀裂の発生を抑制するため、従来、Ｈ形鋼の下面に補強部材を設けることにより、Ｈ形鋼に発生する応力を低減することが行われている。補強部材としては、例えばＨ形鋼やＣＴ形鋼を用いることが公知となっている。
【０００４】
また、特許文献１には、補強部材としてＰＣケーブルを用いる構造が開示されている。特許文献１に開示の構造によれば、クレーンガーダーの下面に溶接されたアンカープレートの内部にＰＣ鋼撚線を配設し、当該ＰＣ鋼撚線に引張力を与えることによりプレストレスを導入する。
【０００５】
また、特許文献２には、補強部材として炭素繊維シートをＨ形鋼の下面に接着する構成が開示されている。特許文献２に開示の構造によれば、被補強部材の引張力が作用する部分に炭素繊維材を複数層に段差状に重ね合わせて貼付する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１−２６８９４６号公報
【特許文献２】特開２０１３−４７４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した公知技術や特許文献１、２に開示の技術によれば、Ｈ形鋼の下面に補強部材を設けることにより、当該Ｈ形鋼の下フランジに引張応力が生じること、すなわちＨ形鋼に曲げ変形が発生することを抑制し、疲労亀裂の発生を抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、これら従来の補強構造によれば、Ｈ形鋼の疲労亀裂の発生を抑制し、耐用年数を長くすることはできるものの、潜在的な疲労亀裂の発生懸念を無くすことはできない。すなわち、Ｈ形鋼の補強構造には改善の余地がある。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、従来技術に対してクレーンガーダーとしてのＨ形鋼に発生する応力を更に適切に低減させ、当該Ｈ形鋼への疲労亀裂の発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明は、上面で移動体を支持するＨ形鋼の補強構造であって、前記Ｈ形鋼の下面には補強部材が設けられ、前記Ｈ形鋼の下フランジには、当該下フランジの短手方向端部から前記Ｈ形鋼のウェブに向けてスリットが形成されていることを特徴としている。
【００１１】
本発明によれば、従来のＨ形鋼の補強構造、すなわち補強部材の施工に加え、引張応力が発生する下フランジにスリットを形成することにより、発生した引張応力の伝達を抑止することができる。これにより、下フランジに疲労亀裂が発生することを適切に抑制することができる。
【００１２】
また、本発明によれば下フランジに疲労亀裂が発生する懸念を適切に低減することができるため、クレーンガーダーの点検や補修といった維持管理コストを適切に削減することができる。
【００１３】
前記スリットは、前記下フランジの長手方向に沿って複数形成されていてもよい。
【００１４】
前記スリットは、前記ウェブを挟んで前記下フランジの短手方向の両端部あるいは片側端部から形成されていてもよい。
【００１５】
前記補強部材は、Ｈ形鋼、ＣＴ形鋼、ＰＣケーブル又は炭素繊維シートより選択される少なくともいずれかの部材により構成されていてもよい。
【００１６】
前記鋼部材がクレーンガーダーであってもよい。
【００１７】
別な観点による本発明は、移動体を支持するＨ形鋼の補強方法であって、前記Ｈ形鋼の下面に補強部材を設け、前記Ｈ形鋼の下フランジに、当該下フランジの短手方向端部から前記Ｈ形鋼のウェブに向けてスリットを形成することを特徴としている。
【００１８】
前記スリットを、前記下フランジの長手方向に沿って複数形成してもよい。
【００１９】
前記スリットを、前記ウェブを挟んで前記下フランジの短手方向の両端部から形成してもよい。
【００２０】
前記補強部材は、Ｈ形鋼、ＣＴ形鋼、ＰＣケーブル又は炭素繊維シートより選択される少なくともいずれかの部材により構成してもよい。
【００２１】
前記鋼部材がクレーンガーダーであってもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、クレーンガーダーとしてのＨ形鋼に発生する応力を適切に低減させ、当該Ｈ形鋼への疲労亀裂の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】天井クレーンが走行する一対のクレーンガーダーを備える建屋の構造を模式的に示す平面図である。
【図２】クレーンガーダーの構造を模式的に示す斜視図である。
【図３】下フランジへの亀裂の発生原理を説明する説明図である。
【図４】下フランジに発生する亀裂を模式的に示す斜視図である。
【図５】従来のクレーンガーダーの補強構造を示す斜視図である。
【図６】従来のクレーンガーダーに発生する応力の説明図である。
【図７】従来のクレーンガーダーの補強構造について説明する疲労設計曲線図である。
【図８】本発明の実施形態にかかるクレーンガーダーの構造を模式的に示す斜視図である。
【図９】本発明の実施形態にかかるクレーンガーダーの構造を模式的に示す平面図である。
【図１０】本発明の実施形態にかかるクレーンガーダーに発生する応力の説明図である。
【図１１】本発明の実施形態にかかるクレーンガーダーの補強構造について説明する疲労設計曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２５】
（クレーンガーダーの構造）
図１は、天井クレーンが走行する一対のガーダーを内部に備える建屋の構造を模式的に示す平面図である。また、図２はガーダーの構成を模式的に示す斜視図である。
【００２６】
図１に示すように建屋１は、架構面を備えた柱梁架構である、フレーム１０が建屋の長手方向に複数並べて配置された構成を有している。またフレーム１０は、一対の柱１１と梁（図示せず）とを備えたラーメン構造を有している。
【００２７】
建屋１には、天井クレーン１２が走行自在な軌条（図示せず）を上面に備えた、一対のクレーンガーダーとしてのガーダー１３が建屋の長手方向に延伸して設けられている。ガーダー１３は柱１１に設けられている。
【００２８】
図２に示すようにガーダー１３は、主ガーダーとしてのＨ形鋼２０、下面構３０、上面構３１及びバックガーダー３２を有している。Ｈ形鋼２０は、下フランジ２１、ウェブ２２、上フランジ２３を有している。また、Ｈ形鋼の下フランジ２１と下面構３０、及びＨ形鋼の上フランジ２３と上面構３１は、それぞれガセットプレート２４、２５を介して溶接して接続されている。
【００２９】
なおＨ形鋼２０は、例えば平板プレートを溶接によりＨ形の断面に組んだ鋼材で構成されていてもよい。
【００３０】
（クレーンガーダーに対する亀裂の発生）
以上のように構成されたガーダー１３は、図３に示すように天井クレーン１２の走行に伴って繰り返し載荷Ｌを受け、かかる載荷Ｌを受けた際に下方に凸形状に変形する。かかる変形によりガーダー１３を構成するＨ形鋼２０の下フランジ２１には引張応力Ｔ、上フランジ２３には圧縮応力Ｃが発生する。
【００３１】
ここで、下フランジ２１に繰り返しの引張応力Ｔが発生すると、長期間の天井クレーン１２の使用により疲労亀裂が生じることがある。特に、下フランジ２１と下面構３０とを接続するガセットプレート２４の溶接部は、疲労亀裂の発生しやすい部位である。すなわち、図４に示すように、下フランジ２１には、ガセットプレート２４との接点２６を起点として亀裂Ｘが生じやすく、下フランジ２１の短手方向（幅方向）を横断してウェブ２２に向かって亀裂Ｘが進展していく。
【００３２】
（クレーンガーダーの補強構造）
そこで、このような亀裂Ｘの発生を抑制するため、従来、図５に示すようにＨ形鋼２０の下面には補強部材４０が設けられる。補強部材４０としては、例えばＨ形鋼、ＣＴ形鋼、ＰＣケーブル、炭素繊維シート等が用いられ、図５においては一例として補強部材としてＣＴ形鋼を採用した場合を図示している。
【００３３】
図６は、補強部材４０を設ける前後におけるＨ形鋼２０に発生する応力σを示す応力図である。また図７は、Ｈ形鋼２０に発生する応力範囲・繰り返し数によって定まる疲労設計曲線図である。なお、図７に示す疲労設計曲線図においては、縦軸は応力範囲、横軸は繰り返し数を示している。また、図中の実線は累積疲労損傷度Ｄ＝１．０となる応力範囲を示しており、繰り返し数が累積疲労損傷度Ｄ＝１．０に到達するとＨ形鋼２０が疲労限界をむかえ、亀裂が発生する。すなわち、図中の累積疲労損傷度Ｄ＝１．０より左側（下側）の領域はＨ形鋼２０の耐用領域、右側（上側）の領域はＨ形鋼２０の損傷領域と言うことができる。
【００３４】
図６に示すように、Ｈ形鋼２０に補強部材４０を設けない場合、天井クレーン１２の走行により下フランジ２１には応力σ１が発生する。一方、Ｈ形鋼２０の下面に補強部材４０を設けることにより、ガーダー１３の最下面に発生する応力はσ２に低下する。これは、補強部材４０が設けられたことにより、主ガーダーの断面積が増加したことに起因する。またこれに加え、応力σ２の発生部位を下方に移動、すなわち発生する応力σ２を補強部材４０に負担させることができ、これにより下フランジ２１に発生する応力をσ３まで更に低下させることができる。
【００３５】
このように下フランジ２１に発生する応力がσ１からσ３に低下すると、図７に示すように、累積疲労損傷度Ｄ＝１．０に到達するまでの繰り返し数が増加する。すなわち、主ガーダーとしてのＨ形鋼２０の補強により、ガーダー１３の寿命がＮｒ１からＮｒ２まで延命される。
【００３６】
しかしながら、図７に示すように、補強部材４０を設けることによりガーダー１３の寿命は伸ばすことができるものの、天井クレーン１２の更なる繰り返し使用により、ガーダー１３はいずれ寿命Ｎｒ２を迎え、下フランジ２１には亀裂Ｘが発生する。すなわち、ガーダー１３における疲労亀裂の発生懸念を無くすことはできない。
【００３７】
（本発明にかかる実施形態）
そこで本実施形態においては、ガーダー１３に発生する応力を更に適切に低減し、疲労亀裂の発生を更に適切に抑制する。望ましくは、下フランジ２１と下面構３０とを接続するガセットプレート２４の溶接部に対して応力を発生させないようにする。
【００３８】
図８及び図９は、それぞれ本実施形態にかかるＨ形鋼２０の補強構造を模式的に示す斜視図及び平面図である。
【００３９】
図８に示すように、本実施形態にかかるＨ形鋼２０の補強構造は、前記補強部材４０に加え、下フランジ２１にスリット５０が形成されている。スリット５０は、下フランジ２１の短手方向端部からウェブ２２に向けて、すなわち、ガセットプレート２４の溶接部と同じ側の端部からウェブ２２の延伸方向に直行する方向に向けて、形成されている。
【００４０】
また、スリット５０は、例えば亀裂Ｘの発生が懸念される部位、すなわちガセットプレート２４の溶接部近傍に形成される。
【００４１】
このように、下フランジ２１にスリット５０が形成されることにより、下フランジ２１に発生した引張応力Ｔの伝達を抑制することができる。すなわち、従来、天井クレーン１２の走行により下フランジ２１に発生していた応力は、当該下フランジ２１の長手方向に沿って伝達されていた。しかしながら、ここで下フランジ２１にスリット５０が形成されることにより応力の伝達経路を絶ち、亀裂Ｘの発生を抑制することができる。
【００４２】
図１０は、スリット５０が形成された断面（図９におけるａ−ａ断面）におけるＨ形鋼２０に発生する応力σを示す応力図である。また図１１は、本実施形態にかかるＨ形鋼２０における疲労設計曲線図である。なお、図１１に示すσｃｅは打ち切り限界応力を示しており、ガーダー１３に作用する応力が打ち切り限界応力σｃｅを下回る場合、ガーダー１３が疲労限界に到達することが無い。
【００４３】
図１０に示すように、ａ−ａ断面においては、天井クレーン１２の走行によりガーダー１３の下面に応力σ２が発生する。一方、Ｈ形鋼２０の下フランジ２１にスリット５０を形成することにより、応力の伝達が絶たれ、下フランジ２１のスリット５０形成部においては応力が発生しない（σ４＝０）。または、例えば下フランジ２１の短手方向の端部からスリット５０を少なくとも一部に形成することにより、発生する応力を低下させることができる（σ４＜σ３）。すなわち、従来、応力σ３が発生していた下フランジ２１にスリット５０が形成されることにより、発生した応力の伝達を少なくとも軽減することができる。このように、発生する応力が低下すると、上述のように累積疲労損傷度Ｄ＝１．０に到達するまでの繰り返し数が増加し、ガーダー１３の寿命が延命される。
【００４４】
またこの時、上述のように下フランジ２１に応力が発生しない（σ４＝０）場合や、図１１に示すように、発生した応力σ４が打ち切り限界応力σｃｅを下回る場合、上述のようにガーダー１３は疲労限界に到達することが無い。すなわち、天井クレーン１２の走行を何度繰り返したとしても、下フランジ２１に亀裂Ｘが生じることはない。これは、下フランジ２１に発生する応力σ４が、当該ガーダー１３の許容耐用力に比べて十分に小さく、当該発生応力σ４を無視できることに起因する。
【００４５】
以上の実施形態によれば、Ｈ形鋼２０に補強部材４０を設けることに加え、下フランジ２１にスリット５０を形成することにより、下フランジ２１に発生した応力の伝達を抑制し、これにより亀裂Ｘの発生を抑制することができる。また、スリット５０により発生した応力を打ち切り限界応力以下まで低下させた場合、亀裂Ｘの発生を防止することができる。
【００４６】
また更に、このようにＨ形鋼２０への亀裂Ｘの発生を抑制、防止することにより、ガーダー１３の点検や補修といった維持管理にかかるコストを最小化することができる。
【００４７】
なお、以上の実施形態においては、スリット５０は亀裂Ｘの発生が懸念される部位、すなわち下面構３０の溶接部近傍に形成されたが、スリット５０の形成部位はこれに限られない。スリット５０は、少なくとも下フランジ２１において、当該下フランジ２１の短手方向における端部からウェブ２２に向けて形成されていれば、引張応力Ｔの伝達を阻害する効果を奏することができる。
【００４８】
また、例えば図９に示すように、下フランジ２１の長手方向に沿って更に複数の部位に設けられていてもよいし、ウェブ２２を挟んで下フランジ２１の短手方向における両側端部あるいは片側端部から形成されるように構成されていてもよい。またこの際、スリット５０を下フランジ２１の長手方向に、又は、ウェブ２２を挟んで、対称に配置することにより、発生する応力に偏りが出ることを抑制することができる。
【００４９】
なお、以上の説明においては、スリット５０は疲労亀裂の発生を抑制する為の補強構造として下フランジ２１に形成されたが、例えば疲労亀裂が発生した後に、当該疲労亀裂を取り除くようにして形成することにより、Ｈ形鋼２０の補修方法としても活用することができる。
【００５０】
なお、かかる際、少なくともスリット５０を疲労亀裂の発生部位の近傍に形成することにより、応力が伝達することを抑制し、疲労亀裂が進展することを抑制することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５２】
例えば、以上の実施形態おいては疲労亀裂が生じるＨ形鋼の例として、クレーン走行を支持するクレーンガーダーについて説明を行ったが、疲労亀裂が生じるＨ形鋼であれば、使用例はこれに限られない。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、Ｈ形鋼の補強に有用であり、特にクレーンガーダーの補強に有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１    建屋
１２  天井クレーン
１３  ガーダー
２０  Ｈ形鋼
２１  下フランジ
２２  ウェブ
２３  上フランジ
２４  ガセットプレート
４０  補強部材
５０  スリット
Ｃ    圧縮応力
Ｔ    引張応力
Ｘ    亀裂
σ    応力
【図１】
2020111416.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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