(57)【要約】【課題】既存構造物の中でも特に足場が悪い高所等に設置された鋼材を、後付けの座屈補剛材で軽便に安全に補強、補剛できる鋼材の耐震補強構造を提供する。【解決手段】鋼材２へ、横方向から被せることが可能な開放形断面で成る座屈補剛材３が軸力を負担しない状態に被せられ、座屈補剛材３の開口両辺部が、軸方向へ一定のピッチで設けられた複数のボルト孔へボルト４を通して連結されて鋼材２へ座屈補剛材３が取り付けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存構造物の鋼材を後付けの座屈補剛材により補強した耐震補強構造であって、
前記鋼材へ、横方向から被せることが可能な開放形断面で成る座屈補剛材が軸力を負担しない状態に被せられ、該座屈補剛材の開口両辺部が、軸方向へ一定のピッチで設けられたボルト孔へボルトを通して連結されて前記鋼材へ座屈補剛材が取り付けられていることを特徴とする、鋼材の耐震補強構造。
【請求項２】
座屈補剛材の内側の各ボルト孔位置に、開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する鋼管が設置され、該鋼管にボルトが通されていることを特徴とする、請求項１に記載した鋼材の耐震補強構造。
【請求項３】
座屈補剛材の内側に、同座屈補剛材の開口部分の全部又は一部を塞ぎ、開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する平鋼が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した鋼材の耐震補強構造。
【請求項４】
座屈補剛材の内側に、同座屈補剛材の開口部分の全部又は一部を塞ぎ、開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する平鋼と、及び同平鋼の一側面に取り付けられ、前記座屈補剛材の開口両辺部を連結するボルトを通す鋼管とが設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した鋼材の耐震補強構造。
【請求項５】
鋼材の外周面と座屈補剛材との間に一定の隙間が設けられていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した鋼材の耐震補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、既存構造物を構成するブレース等の鋼材を、後付けの座屈補剛材により補強、補剛した耐震補強構造の技術分野に属し、更に詳しく云えば、既存構造物の中でも特に足場が悪い高所等に設置された鋼材を、後付けの座屈補剛材で軽便に安全に補強、補剛できる耐震補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、既存構造物の構成として、柱梁架構の面内に、同構造物の変形を防止する鋼材ブレース等を構成する鋼材が多く設置されている。古い構造物では地震や風等による水平荷重が作用した場合に、同補強部材が座屈する問題が知られている。また、前記鋼材が老朽化し又は劣化しても同様の問題が生ずる。その対策として、鋼材の外周へ座屈補剛材を取り付けて補強する措置が実施されている。
前記鋼材へ座屈補剛材を取り付ける手段としては、溶接或いはボルト接合等の接合手段を実施して取り付けることが一般的に行われている。
前記鋼材へ座屈補剛材を溶接して取り付ける場合は、ボルトやナット等の接合部材を用いる必要がなく、ボルト孔を設ける等の加工を行う必要もないので、非常に経済的である。しかし、例えば背の高い鉄塔等で成る既存構造物の高所や、足場が悪い場所に設置された鋼棒、形鋼等の鋼材へ座屈補剛材を取り付ける場合には、重量のある溶接機材の持ち込みは至難であるし、作業者の足場も少なく十分な作業スペースを確保できないので、溶接作業は甚だ困難であり、作業者の安全を確保した耐震補強の措置を実施できない問題がある。
【０００３】
一方、下記特許文献１及び２には、ボルト等の接合部材を用いて鋼材へ座屈補剛材を取り付けた耐震補強構造が開示されている。
下記特許文献１は、断面Ｈ形又は断面Ｉ形から成る鉄骨構造材の両側面に補強板を当てがい、同補強板に設けられた複数の連結孔へ連結棒を通し、該連結棒をナットで締め付けることにより、鉄骨構造材へ補強板を取り付ける構成である。前記補強板の内側面には、鉄骨構造材のフランジを嵌め込む拘束リブプレートが設けられ、また外側面には前記拘束リブプレートに対応する位置に補強プレートが設けられている。
【０００４】
また、下記特許文献２は、軸力負担材へ、同軸力負担材を包囲する中空断面の外覆材と、該外覆材の内周面に突設される補剛材とで構成された補強部材が装着された構成である。外覆材は、その軸に直交する断面上、複数本の外覆材構成材に分割されており、対向する外覆材構成材を互いにボルトで連結することにより、軸力負担材を拘束する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７０３２６号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に開示された鉄骨構造材の補強構造は、地震等の水平荷重による鋼材の座屈を防止することができるものの、Ｈ形鋼やＩ形鋼で成る既存ブレースを補強する技術なので、例えば鉄塔等の既存構造物に設置されている丸鋼や角形鋼で成る鋼材を補強することはできない。
また、Ｈ形鋼等で成る鉄骨構造材へ左右から補強板を当てがい、左右の補強板に設けられたボルト孔の位置が合うように調節しつつ、同鉄骨構造材のフランジを拘束リブプレートへ嵌め込み、複数のボルト孔へ連結棒を通し両端部をナットで締め付けて連結する構成なので、非常に手間が掛かり多くの作業者を必要とするため、既存構造物の中でも特に足場が悪く作業スペースの少ない高所等で取り付け作業は至難である。
【０００７】
上記特許文献２に開示された補強軸力負担材は、外覆材と同外覆材の内周面に突設する補剛材とで構成された複雑な形状を成す補強部材の加工に手間が掛かり工費が嵩む。
また、軸力負担材へ外覆材構成材を左右から嵌め合わせ、該左右の外覆材構成材に設けられた複数のボルト孔の位置が合うように調節し、その状態を維持しつつボルト孔へボルトを通してナットで締め付けて対向する外覆材構成材を連結する構成なので、上記特許文献１の補強構造と同様に、非常に手間が掛かり、多くの作業者を必要とする。よって、既存構造物の高所等で足場が悪く、作業スペースを確保できない場所での取り付け作業は至難である。
【０００８】
本発明の目的は、既存構造物に設置された鋼材を、後付けの座屈補剛材で拘束して補強、補剛することができ、溶接作業を行わず、部材点数が少ない簡易構造として、特に既存構造物の特に高所等で足場が悪く、作業スペースを確保し難い場所の鋼材でも、補強用資材類の持ち込みが容易で、少人数で軽便に安全に座屈補剛材を取り付けて補強、補剛できる構成とした鋼材の耐震補強構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した従来技術の課題を解決する手段として、請求項１に記載した発明に係る鋼材の耐震補強構造は、
既存構造物の鋼材を後付けの座屈補剛材により補強した耐震補強構造であって、
前記鋼材２へ、横方向から被せることが可能な開放形断面で成る座屈補剛材３が軸力を負担しない状態に被せられ、該座屈補剛材３の開口両辺部が、軸方向へ一定のピッチで設けられたボルト孔へボルト４を通して連結されて前記鋼材２へ座屈補剛材３が取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した鋼材の耐震補強構造において、
座屈補剛材３の内側の各ボルト孔位置に、開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する鋼管６が設置され、該鋼管６にボルト４が通されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した鋼材の耐震補強構造において、
座屈補剛材３の内側に、同座屈補剛材３の開口部分の全部又は一部を塞ぎ、開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する平鋼５が設置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した鋼材の耐震補強構造において、
座屈補剛材３の内側に、同座屈補剛材３の開口部分の全部又は一部を塞ぎ、開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する平鋼５と、及び同平鋼５の一側面に取り付けられ、前記座屈補剛材３の開口両辺部を連結するボルト４を通す鋼管６とが設置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した鋼材の耐震補強構造において、
鋼材２の外周面と座屈補剛材３との間に一定の隙間が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る鋼材の耐震補強構造は、補強対象の鋼材２へ、横方向から被せることが可能な開放形断面で成る座屈補剛材３を、軸力を負担しない状態に被せ、該座屈補剛材３の開口両辺部を、その軸方向へ一定のピッチで設けた複数のボルト孔へボルト４を通して連結することで、鋼材２へ座屈補剛材３を取り付けて補強、補剛の目的を達成できる。よって、地震等による水平荷重が鋼材２へ作用しても、同鋼材２の変形を座屈補剛材３がしっかりと拘束し、鋼材２が変形を起こさないように補強、補剛し、健全な状態を維持させることができる。
また、座屈補剛材３とボルト４のみで連結した簡易な構造であるから、作業が容易である上に、部品点数が少なくて済む。しかも、火器や薬品を使用しないので、例えば背の高い鉄塔や高層ビル等の高所や足場が悪く作業スペースが確保できない場所であっても資材を容易に持ち込むことができ、少人数の作業者で軽便に安全に作業できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による耐震補強構造の実施例を示した立面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視を一部破断して示した断面図である。
【図３】鋼材へ座屈補剛材を取り付けた状態を示した斜視図である。
【図４】鋼材ブレースとボルトの間に平鋼を設置した実施例を一部破断して示した断面図である。
【図５】異なる形状で構成した座屈補剛材で補強、補剛した耐震補強構造を示した断面図である。
【図６】（Ａ）は耐震補強していない鋼材の耐力試験の実験結果を示したグラフ、（Ｂ）は本発明に係る耐震補強構造の耐力試験の実験結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る鋼材の耐震補強構造１は、鋼材２へ、横方向から被せることが可能な開放形断面で成る座屈補剛材３が軸力を負担しない状態に被せられ、該座屈補剛材３の開口両辺部が軸方向へ一定のピッチで設けられた複数のボルト孔へボルト４を通しナット４０を締結することで前記鋼材２へ座屈補剛材３が取り付けられている。
【実施例１】
【００１７】
以下に、本発明に係る鋼材の耐震補強構造１を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、例えば既存構造物のブレース架構であって、特にいえば足場が悪く、作業スペースの少ない高所等の柱梁架構に設置された鋼材ブレース２を構成する小断面の鋼材２を、後付けの座屈補剛材３で補強、補剛した耐震補強構造１を示している。前記小断面の鋼材２とは、外径が３０〜６０ｍｍ程度を意味する。
【００１８】
本発明に係る鋼材の耐震補強構造１は、図２及び３に拡大して示したように、鋼材ブレース２へ、横方向から被せることが可能な開放形断面で成る座屈補剛材３が軸力を負担しない状態で被せられ、該座屈補剛材３の開口両辺部が軸方向へ一定のピッチで設けられた複数のボルト孔へボルト４を通して連結されて前記鋼材ブレース２へ座屈補剛材３が取り付けられている。
【００１９】
上記鋼材ブレース２は、図示例では丸鋼で構成されており、両端部がガセットプレート１２、１２を介して柱１０及び梁１１に強固に接合されている。
上記座屈補剛材３は、前記丸鋼の円弧形状に合わせて厚さ６ｍｍ程度の平鋼をＵ字形に曲げ加工して形成され、或いは溶接組み立てにより形成されており、単に鋼材ブレース２に被せただけであって、柱１０や梁１１には接合されていない。これが、前記軸力を負担しない状態の意味である。また、前記鋼材ブレース２の外周面と鋼材ブレース２との間に、約２ｍｍ程度の隙間が設けられており、圧縮により断面が膨張した鋼材ブレース２と、前記座屈補剛材３とが摩擦力を生じて軸力が同座屈補剛材３へ伝達されることを防止している。
【００２０】
上記座屈補剛材３の内側には、同座屈補剛材３の開口部分の全面を塞ぎ、ボルト４の締め付けによって開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する平鋼５が設置されている。前記平鋼５は、厚さが６ｍｍ程度であり、前記座屈補剛材３の開口内側に嵌る幅寸で形成されている。なお、詳細に図示することは省略したが、前記平鋼５は前記座屈補剛材３の開口部分の一部のみを塞ぐ断続的配置に設置した構成で実施することもできる。
前記座屈補剛材３の内側の各ボルト位置に、前記平鋼５の一側面に溶接接合され、前記座屈補剛材３の開口両辺部を連結するボルト４を通す鋼管６が設置されている。前記鋼管６は、前記平鋼５の位置決めとしての効果を奏すると共に、上記ボルト４へねじ込んだナット４０の締め付けによって開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する効果も奏する。
【００２１】
上記座屈補剛材３の開口両辺部にはボルト４を通すボルト孔が、軸方向に向かって一定のピッチで設けられている。前記座屈補剛材３の一端側のボルト孔からボルト４を通し、上記座屈補剛材３の内側に設置した鋼管６を通じて他端側へ突き出させ、ナット４０を締め付けて、前記座屈補剛材３の両端部が連結されている。前記ボルト４とナット４０で座屈補剛材３の開口両辺部を連結することで、閉鎖形状の補剛材で補剛したのと同様の効果を奏する。即ち、開放形断面形状の座屈補剛材３の開口が、軸力により変形した鋼材ブレース２の圧力で拡がる不都合を防ぎ、且つ鋼材ブレース２から抜け外れることを防止できる。
なお、前記ボルト４のピッチは、鋼材ブレース２の個材座屈を防止するため、細長比が２０以下となるように設けることが好ましい。
【００２２】
なお、詳細に図示することは省略したが、上記平鋼５と鋼管６を一組として座屈補剛材３の内側へ設置する必要はない。前記座屈補剛材３の内側の各ボルト孔位置に、鋼管６のみを設置した構成で実施することもできる。
また、上記座屈補剛材３の内側に、同座屈補剛材３の開口部分の全部又は一部を塞いで、開口両辺部が内方へ倒れるのを防止する配置で平鋼５のみを設置した構成で実施することもできる。この場合、前記平鋼５は座屈補剛材３へボルト接合等の接合手段で固定させる。なお、図４に示すように、前記平鋼５を鋼材ブレース２とボルト４の間に設置する場合には、座屈補剛材３へボルト接合等の接合手段で固定させる必要はないが、軸方向の変位を防止するためにズレ止め防止処理を施す必要がある。
【００２３】
ここで、本出願の発明者らが上記鋼材の耐震補強構造の耐力を確認するために行った実験結果を図６（Ａ）、（Ｂ）に基づいて説明する。 
図６（Ａ）は、柱梁架構に鋼材ブレースを設置して構成した試験体Ａに加力装置で加力を与えた実験結果である。図６（Ｂ）は、図１で示した耐震補強構造１で構成した試験体Ｂに加力装置で水平力を与えた実験結果である。
図６（Ａ）、（Ｂ）において、縦軸は鋼材ブレースへ与えた水平力を示し、横軸は架構の対角の変位から求めたせん断変形角を示している。
図６（Ａ）によれば、試験体Ａはせん断変形角±２．５／１０００の繰り返し載荷時に座屈現象が発生し、小さい軸力で面外変形が増大することが確認できた。
一方、図６（Ｂ）によれば、試験体Ｂは試験体Ａの座屈荷重を超えて大きな軸力に耐えて変形が生じている。よって、試験体Ｂは、鋼材ブレース中央の面外変形が急に増大する現象は発生せず、座屈が拘束されていたことが確認できた。
【００２４】
本発明に係る鋼材の耐震補強構造１は、上記構成であるから、地震等による水平荷重が鋼材ブレース２へ作用しても、同鋼材ブレース２の変形を座屈補剛材３がしっかりと拘束し、鋼材ブレース２が変形を起こさないように補強、補剛し、健全な状態を維持させることができる。
また、座屈補剛材３とボルト４のみで連結した簡易な構造であるから、作業が容易である上に、部品点数が少なくて済む。しかも、火器や薬品を使用しないので、例えば背の高い鉄塔や高層ビル等の高所等、足場が悪く作業スペースが確保できない場所であっても資材を容易に持ち込むことができ、少人数の作業者で軽便に安全に作業できる。
また、凹凸面が少なくすっきりとした外観を呈することができるから、鉄塔のように鋼材ブレース２が剥き出しで人目に付きやすく意匠性を必要とする既存構造物において好適に実施できる。
更に、鋼材ブレース２へ上記構成の座屈補剛材３を被せても見付面積はほとんど増加しないから、風圧による影響を受けることがない。
【００２５】
なお、本発明に係る鋼材の耐震補強構造１は、鉄塔等の高所に位置する鋼材２を補強、補剛する用途に限定するものではなく、例えば低所に位置する鋼材２を補強、補剛する場合であっても同様に実施することができる。
また、前記鋼材２は、図示した丸鋼に限定されず、例えば角鋼やＨ形鋼、アングル材等で構成した場合もある。また、鋼材２は、図１で示したたすき掛けとした構成の他に、例えば片筋交い、Ｖ字状又は逆Ｖ字状のブレース材で構成した場合でも同様に実施することができる。
更に、上記座屈補剛材３は、図１〜３に示したＵ字形状に限定されず、例えば図５に示したように溝形状とした構成で実施することもできるし、その他、座屈補剛材３の形状が角鋼やＨ形鋼、アングル材等である場合には、該形状に合わせて種々の形状に加工して実施することができる。
【００２６】
以上に本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の要旨、及び技術思想を逸脱しない範囲で、当業者が必要に応じて行う設計変更や応用、変形として種々な態様で実施できることを、ここに念のため申し添える。
【符号の説明】
【００２７】
１      座屈補強構造
１０    柱
１１    梁
２      鋼材
３      座屈補剛材
４      ボルト
４０    ナット
５      平鋼
６      鋼管
【図１】
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【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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