(57)【要約】【課題】鋼材同士の連結部材近傍に鋼材の被補修箇所が存在する場合に、ＦＲＰ補修材による十分な補修補強効果を確保し、ＦＲＰ定着具の必要な定着長を確保することが可能な鋼材の補修構造を提供する。【解決手段】被補修箇所を有する第１の鋼材とそれとは別の第２の鋼材とが連結部材を介して連結された構造において、第１の鋼材に存在する被補修箇所上にＦＲＰ補修材が貼り付けられ、該ＦＲＰ補修材の表面にＦＲＰ定着具の一端部が設置され、かつ、該ＦＲＰ定着具の他端部が、連結部材を超えて第２の鋼材上に、または、連結部材、第２の鋼材の外周面、連結部材を超えて第１の鋼材の被補修箇所の不存在部位上に設置されている鋼材の補修構造。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被補修箇所を有する第１の鋼材とそれとは別の第２の鋼材とがこれら鋼材とは別の連結部材を介して連結された鋼材の補修構造において、前記第１の鋼材に存在する被補修箇所上にＦＲＰ補修材が貼り付けられ、該ＦＲＰ補修材の表面にＦＲＰ定着具の一端部が設置され、かつ、該ＦＲＰ定着具の他端部が、前記連結部材を超えて前記第２の鋼材上に、または、前記連結部材、前記第２の鋼材の外周面、前記連結部材を超えて前記第１の鋼材の被補修箇所の不存在部位上に設置されていることを特徴とする鋼材の補修構造。
【請求項２】
前記ＦＲＰ定着具の前記一端部と前記他端部の間の部分の少なくとも一部がずれ止め金具により位置が規制されている、請求項１に記載の鋼材の補修構造。
【請求項３】
前記ＦＲＰ定着具が、ヤーン、トウ、ストランド、織物、編物、組紐のうちの少なくとも一つの形態の強化繊維を含み、該ＦＲＰ定着具の両端部における強化繊維が扇状に広げられている、請求項１または２に記載の鋼材の補修構造。
【請求項４】
前記第１の鋼材と第２の鋼材が、それらの端部同士の突き合わせた状態で前記連結部材を介して連結されており、前記ＦＲＰ定着具の他端部が、前記連結部材を超えて前記第２の鋼材上に設置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材の補修構造。
【請求項５】
前記第１の鋼材と第２の鋼材が、互いに交差する方向に配置され、かつ、前記第１の鋼材の端部と前記第２の鋼材の外周面との間で前記連結部材を介して連結されており、前記ＦＲＰ定着具の他端部が、前記連結部材、前記第２の鋼材の外周面、前記連結部材を超えて前記第１の鋼材の被補修箇所の不存在部位上に設置されている、請求項１〜３のいずれかに記載の鋼材の補修構造。
【請求項６】
前記ＦＲＰ定着具と前記ＦＲＰ補修材もしくは鋼材との間に土台が介在されている、請求項１〜５のいずれかに記載の鋼材の補修構造。
【請求項７】
前記土台がパテ材で形成されている、請求項６に記載の鋼材の補修構造。
【請求項８】
前記ＦＲＰ定着具の一端部上に、前記ＦＲＰ補修材の強化繊維延設方向と交差する方向に延びる強化繊維を含むＦＲＰシートが設置されている、請求項１〜７のいずれかに記載の鋼材の補修構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの鋼材がそれら鋼材とは別の連結部材を介して連結された鋼材の補修構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの鋼材を連結する際に、それら鋼材とは別の連結部材を介して連結する接合部構造（特に、添接板からなる継ぎ手を用いた接合部構造やガセットプレートを用いた接合部構造）が採用されることがあり、このような接合部構造においては、設計要求に応じた強度の添接板やガセットプレート、ボルトを配している。近年、既存鋼材の腐食が顕著化しつつあり、上記のような接合部付近においても腐食が進行しているものも確認されている。
【０００３】
接合部付近の鋼材が腐食している場合、その鋼材の腐食部を補修するには、補修材の定着長の確保や施工が難しいため、通常、鋼材自身を取り替える方法を採用している。しかし、鋼材を取り替える場合、取替えのために別途大掛かりな仮設などが必要となり、工期及び工費が増大するという問題がある。
【０００４】
また、特許文献１には、鉄骨構造の柱梁接合部に強化繊維シート状物を用いる柱・梁接合部の補強構造が開示されている。しかし、この技術は、接合部自体の補強には用いることができるが、接合部付近で腐食した鋼材に対する補強効果を期待できるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５４９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明の課題は、２つの鋼材がそれら鋼材とは別の連結部材を介して連結されている接合部付近の腐食等により劣化した鋼材部分の補修や鋼材自体の補強について、ＦＲＰ(繊維強化プラスチック)補修材による十分な補修補強効果を確保し、ＦＲＰ定着具を使うことで補修方向の力を健全な鋼材部分に伝達させるために必要な定着長を確保することができるようにした、鋼材の補修構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る鋼材の補修構造は、被補修箇所を有する第１の鋼材とそれとは別の第２の鋼材とがこれら鋼材とは別の連結部材を介して連結された鋼材の補修構造において、前記第１の鋼材に存在する被補修箇所上にＦＲＰ補修材が貼り付けられ、該ＦＲＰ補修材の表面にＦＲＰ定着具の一端部が設置され、かつ、該ＦＲＰ定着具の他端部が、前記連結部材を超えて前記第２の鋼材上に、または、前記連結部材、前記第２の鋼材の外周面、前記連結部材を超えて前記第１の鋼材の被補修箇所の不存在部位上に設置されていることを特徴とするものからなる。
【０００８】
このような本発明に係る鋼材の補修構造においては、第１の鋼材に存在する被補修箇所が、たとえ連結部材を介して連結された鋼材同士の接合部付近に存在していたとしても、その被補修箇所上にＦＲＰ補修材が貼り付けられており、該ＦＲＰ補修材の表面にＦＲＰ定着具の一端部が設置され、かつ、該ＦＲＰ定着具の他端部は、連結部材を超えて第２の鋼材上に、または、連結部材、第２の鋼材の外周面、連結部材を順に超えて第１の鋼材の被補修箇所の不存在部位上に設置されているので、連結部材を用いた接合部に段差等が生じている場合にあっても、ＦＲＰ定着具の両端部を確実に適切な部位上に設置することができるとともに、十分な定着長を容易に確保することが可能になる。すなわち、連結部材が存在しているにもかかわらず、ＦＲＰ定着具が確実に望ましい位置に固定設置されるとともにＦＲＰ定着具両端部における必要な定着長の確保が可能になり、このＦＲＰ定着具による望ましい定着を通して、鋼材の被補修箇所の補修のためのＦＲＰ補修材の望ましい設置位置の保持が可能になる。その結果、鋼材自身を取り替えることなく、容易に短期間で鋼材の補修補強を行うことが可能になる。
【０００９】
上記本発明に係る鋼材の補修構造においては、上記ＦＲＰ定着具の上記一端部と上記他端部の間の部分の少なくとも一部がずれ止め金具により位置が規制されていることが好ましい。これによって、ＦＲＰ定着具の望ましい位置への設置およびその設置位置の維持をより確実に行うことができる。
【００１０】
また、上記ＦＲＰ定着具としては、例えば、ヤーン、トウ、ストランド、織物、編物、組紐のうちの少なくとも一つの形態の強化繊維を含み、該ＦＲＰ定着具の両端部における強化繊維が扇状に広げられている形態を採用することができる。ＦＲＰ定着具の両端部において強化繊維が扇状に広げられていることにより、定着部の面積を大きく確保でき、より安定した定着が可能になる。
【００１１】
このような本発明に係る鋼材の補修構造の代表的な形態として、（Ａ）上記第１の鋼材と第２の鋼材が、それらの端部同士の突き合わせた状態で上記連結部材を介して連結されており、上記ＦＲＰ定着具の他端部が、上記連結部材を超えて上記第２の鋼材上に設置されている形態や、（Ｂ）上記第１の鋼材と第２の鋼材が、互いに交差する方向に配置され、かつ、上記第１の鋼材の端部と上記第２の鋼材の外周面との間で上記連結部材を介して連結されており、上記ＦＲＰ定着具の他端部が、上記連結部材、上記第２の鋼材の外周面、上記連結部材を超えて上記第１の鋼材の被補修箇所の不存在部位上に設置されている形態、等を挙げることができる。これら２つの形態については、後述の実施の形態にて具体的に説明する。
【００１２】
また、本発明に係る鋼材の補修構造においては、上記ＦＲＰ定着具と上記ＦＲＰ補修材もしくは鋼材との間に土台が介在されている構造とすることもできる。鋼材同士の接合部やその近傍においては、連結部材の存在による段差によってＦＲＰ定着具とＦＲＰ補修材の間に隙間が生じたり、第１、第２の鋼材の交差配置に起因してＦＲＰ定着具と鋼材の表面との間に隙間が生じたりすることがあるが、このような隙間はそのまま残しておくことも可能ではあるが、そのまま残しておくと、ＦＲＰ定着具の設置が困難になったり、その部位に雨水などが堆水して更なる腐食を生んだり、またその部位に対応するＦＲＰ定着具部位の姿勢が不安定になってＦＲＰ定着具が剥がれやすくなる可能性があるので、その隙間を埋めてＦＲＰ定着具を支持すべく、土台を介在させるのである。土台は、例えば、パテ材で形成することができ、パテ材としては、例えば、エポキシ、アクリル、ウレタン、ポリウレア樹脂等のパテ状の樹脂材料を使用することができる。このようなパテ状の樹脂材料をＦＲＰ補修材や鋼材の表面に擦り付けることにより土台を形成でき、土台の形状としては、ＦＲＰ定着具からＦＲＰ補修材や鋼材にスムーズに力を伝達させるために、鋼材表面に対して斜めのスロープ状に形成されることが好ましく、かつ、そのスロープの角度は４５度以下としておくことが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る鋼材の補修構造においては、設置したＦＲＰ定着具の固定形態をより安定して維持するために、上記ＦＲＰ定着具の一端部上に、上記ＦＲＰ補修材の強化繊維延設方向と交差する方向に延びる強化繊維を含むＦＲＰシートが設置されている構造とすることができる。このようにすれば、ＦＲＰ補修材とその上に設置されているＦＲＰ定着具が、ＦＲＰシートによってより強固に固定されることになるので、補修構造部の所望の構造が安定して維持されることになる。
【発明の効果】
【００１４】
このように、本発明に係る鋼材の補修構造によれば、劣化鋼材を交換することなく補修が行えるため、鉄塔のような高所にある鋼材の補修も容易に行うことが可能になる。また、鋼材と接合部に添接板等を用いたときに生じる段差部分がある場合でも、定着長を十分確保でき、劣化や腐食した鋼材の補修を望ましい形態で確実に行うことができる。また、後述の実施の形態にも例示するように、本発明は添接板を用いた接合部分がある場合だけでなく、ガセット接合した鋼管の接合部付近に対しても適用することができる。さらに、補修時に添接板やボルトを外すことなく補修できるため、工期を短縮することができ、しかも安価な工費で本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施態様に係る、添接板により連結されている鋼材の補修構造の平面図である。
【図２】図１の構造の概略縦断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係る、鋼管と鋼管がガセット接合されている鋼材の補修構造の斜視図である。
【図４】図３の変形例に係る、鋼管と鋼管がガセット接合されている鋼材の補修構造の平面図である。
【図５】図４の構造の概略縦断面図である。
【図６】本発明のさらに別の実施態様に係る、鋼管と鋼管がガセット接合されている鋼材の補修構造の平面図である。
【図７】図６の構造の概略縦断面図である。
【図８】本発明におけるずれ止め金具の一例を示す斜視図である。
【図９】本発明におけるずれ止め金具を接着した際のＦＲＰ定着具との位置関係の一例を示す斜視図である。
【図１０】図８の変形例に係るずれ止め金具の斜視図である。
【図１１】図９の変形例に係るずれ止め金具を接着した際のＦＲＰ定着具との位置関係を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１、２は、本発明の一実施態様に係る、添接板により連結されている鋼材の補修構造を示しており、第１の鋼材１とそれとは別の第２の鋼材１ａとが連結部材としての添接板２を介して連結されている。鋼材１、１ａの端部同士が突き合わされた状態で添接板２を介して連結されており、添接板２は複数の既存のボルト３で鋼材１、１ａに締結されている。この接合部付近に被補修箇所としての(補修すべき部位としての)腐食部６が発生している例を示している。
【００１７】
図１、２では添接板２が２枚のダブルバットジョイントの形態について示しているが、添接板が１枚であるシングルラップジョイントについても本形態を使用することができる。
【００１８】
まず、上記接合部付近の腐食部分６を含む第１の鋼材１の表面にＦＲＰ補修材５を貼り付ける。ＦＲＰ補修材５の強化繊維は、発生する応力の方向と一致させるため鋼材の長手方向に繊維方向が一致する形態が望ましい。ＦＲＰ補修材５は腐食の程度に応じて複数枚積層させることができる。
【００１９】
また、ＦＲＰ補修材５は、片面だけに貼り付けると偏心応力が発生する恐れがあるので、鋼材１に大きな引張力が発生する場合は両面にバランス良くＦＲＰ補修材５を施工することが望ましい。
【００２０】
続いて、添接板２上でＦＲＰ定着具４を設置する箇所にずれ止め金具８を接着剤にて設置する。この時、ずれ止め金具８はＦＲＰ定着具４の位置を規制して固定し、既設ボルト３との干渉を避けることと、ＦＲＰ定着具設置時の位置を示すことを目的としている。
【００２１】
次に鋼材１、１aと添接板２との段差部分が生じている場合は隙間を埋める形で、パテ材を設置し段差部分にスロープを有する土台７を成形する。この土台７は、ＦＲＰ定着具４が折れ曲がり応力集中することを避けるために設けるものであり、スロープの傾斜は４５度以下、とくに１５度以下とすることが望ましい。また、土台の素材としては、例えば樹脂などが使用でき、施工の行いやすい樹脂として、例えば、エポキシ、アクリル、ウレタン、ポリウレア樹脂などが使用できる。
【００２２】
その後、ＦＲＰ定着具４の一端部を、第１の鋼材１に貼り付けられたＦＲＰ補修材５上に、該一端部を三角状または扇状に広げた状態で設置する。このとき、端部を三角状または扇状に広げて設置することで強固に接着させることが可能である。ＦＲＰ定着具４の長手方向中央部はパテ材による土台７、添接板２の上に設置し、ＦＲＰ定着具４の他端部を鋼材１a上に設置する。この時、鋼材１a上に設置するＦＲＰ定着具端部についても、ＦＲＰ補修材５上と同様に、三角状または扇状に広げることが望ましい。
【００２３】
上記実施態様に係る鋼材の補修構造においては、被補修箇所６がたとえ添接板２近傍に存在していたとしても、容易にその被補修箇所６上にＦＲＰ補修材５を貼り付けることができ、そのＦＲＰ補修材５の表面にＦＲＰ定着具４の一端部を容易に設置できるとともに他端部を添接板２を超えて第２の鋼材１a上に容易に設置することができ、添接板２により段差等が生じている場合にあっても、ＦＲＰ定着具４の両端部を確実に適切な部位上に設置することができるとともに、十分な定着長を容易に確保することが可能になる。このＦＲＰ定着具４の望ましい形態での定着により、ＦＲＰ補修材５を望ましい設置位置にて確実に保持することが可能になり、鋼材自身を取り替えることなく、容易に短期間でかつ安価に鋼材の補修補強を行うことが可能になる。
【００２４】
図３は、本発明の別の実施態様に係る鋼材の補修構造を示しており、第１の鋼材としての第１の鋼管２１と第２の鋼材としての第２の鋼管２１ａが、互いに交差する方向に配置され、かつ、第１の鋼材２１の端部と第２の鋼材２１ａの外周面との間で連結部材としてのガセットプレート２２を用いて両者が連結された鋼材の補修構造の例を示している。図４、５は本実施形態について、第１の鋼材２１の端部と第２の鋼材２１ａが直交方向に交差する場合に単純化した変形例として、その平面図、縦断面図を示している。すなわち、図３は、鋼材２１の端部が鋼材２１aに１０°〜９０°の角度を有する形態で接合されている例を示しており、図４、５はとくに９０°の角度を有する形態で接合されている例を示している。また、鋼材２１の端部付近に、つまり、ガセットプレート２２による接合部付近に、補修すべき箇所として腐食部６が発生している例を示している。図３〜５では鋼材２１、２１aを鋼管で用いて示しているが、本形態は平鋼やＬ型鋼、角型鋼においても同様に実施することができる。
【００２５】
まず、図１、２に示したのと同様、鋼材２１にある腐食部６にＦＲＰ補修材５を貼り付ける。次に、鋼材２１、２１aに、ＦＲＰ定着具４を設置する箇所にずれ止め金具８を接着剤にて設置する。このとき、ずれ止め金具８はＦＲＰ定着具４を設置する予定箇所に設置し、ＦＲＰ定着具４がずれるのを防止するとともに、ＦＲＰ定着具４を設置する際の設置位置の目印となる役割を果たす。
【００２６】
次に、ＦＲＰ定着具４の一端部を第１の鋼材２１上に貼り付けられたＦＲＰ補修材５に設置した状態で、ＦＲＰ定着具４の一端部を三角状または扇状に広げて設置する。
【００２７】
その後、ＦＲＰ定着具４を上記で設置したずれ止め金具８の間にて鋼材２１を巻き込むように配置する。さらに、ＦＲＰ定着具４の他端部を鋼材２１の腐食部６の裏側に位置する部位に設置する。この時、鋼材２１の腐食部６の裏側に位置する部位に設置するＦＲＰ定着具４の他端部についても、ＦＲＰ補修材５上に設置したＦＲＰ定着具４の端部同様に、三角状または扇状に広げることが望ましい。
【００２８】
ＦＲＰ定着具４が鋼材等への付着することなく空中に位置されている部分については、雨などの外的要因から劣化が進むことが考えられるため、該空中部分の保護を目的とし、その周りをチューブ状のＦＲＰ定着具保護材１１で覆い養生することもできる。ＦＲＰ定着具保護材１１の材質としては、ＦＲＰ定着具４へ簡単に巻きつけることが可能な柔軟性を持った合成樹脂製品が適している。
【００２９】
また、ＦＲＰ定着具４の接合力が十分でない場合には、形態固定度を高めるために、例えば図６，７に示すように、ＦＲＰ補修材５の繊維と直交する方向へＦＲＰシート１２を貼り付けて固定強度を上げることも可能である。
【００３０】
このような実施形態においても、第１の鋼材２１に存在する被補修箇所６がたとえ連結部材としてのガセットプレート２２近傍に存在していたとしても、容易にその被補修箇所６上にＦＲＰ補修材５を貼り付けることができ、そのＦＲＰ補修材５の表面にＦＲＰ定着具４の一端部を容易に設置できるとともに他端部をガセットプレート２２、第２の鋼材２１ａ、ガセットプレート２２を超えて第１の鋼材２１の被補修箇所の不存在箇所上に容易に設置することができ、ガセットプレート２２の存在により空間等が生じている場合にあっても、ＦＲＰ定着具４の両端部を確実に適切な部位上に設置することができるとともに、十分な定着長を容易に確保することが可能になる。このＦＲＰ定着具４の望ましい形態での定着により、ＦＲＰ補修材５を望ましい設置位置にて確実に保持することが可能になり、鋼材自身を取り替えることなく、容易に短期間でかつ安価に鋼材の補修補強を行うことが可能になる。
【００３１】
上記図１〜７に示した実施形態において、ＦＲＰ定着具４は、ヤーン、トウ、ストランド、織物、編物、組紐のうちの少なくとも一つの形態の強化繊維を使用する。また、ＦＲＰ補修材５、ＦＲＰ定着具４およびＦＲＰシート１２のＦＲＰを構成する強化繊維としては、種々の強化繊維が使用可能であり、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンズオキソゾール（ＰＢＯ）繊維及び高強度ポリエステル繊維からなる群から少なくとも一種の連続繊維を用いることができる。中でも引張弾性係数が２４５ＧＰa〜６４０ＧＰaの範囲となる炭素繊維を使用することが好ましく、とくに炭素繊維は連続繊維の中でも強度および弾性率に優れているため望ましい。また、その形態は、連続繊維そのものやシート状に加工した織物などを現場で樹脂含浸させてＦＲＰを形成してもよいし、プリプレグあるいは予め樹脂を含浸硬化させてＦＲＰ接着剤で貼り付けるようにしてもよい。ＦＲＰの接着剤としては、例えば合成樹脂系の接着剤を用いることができ、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ビニエステル系樹脂、フェノール系樹脂および不飽和ポリエステル系樹脂からなる群から選ばれる少なくとも一種の樹脂を用いることができる。耐久性および強度、揮発特性を考慮すれば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂を用いることが好ましい。
【００３２】
また、図８、９に、上記実施形態で用いたずれ止め金具８のより具体的な形態を示す。ずれ止め金具８は、例えば、半径１０ｍｍから１００ｍｍ、高さ５ｍｍから３０ｍｍの円柱体からなることが望ましい。多角形の柱状態でもＦＲＰ定着具４の位置を保持可能であるが、外周形状に角があるとＦＲＰ定着具４に折れ曲がりが生じやすく、折れ曲がり部分に応力集中が多くなる可能性があるため、円柱状にすることが望ましい。ずれ止め金具８の材質としては、ＦＲＰ定着具４を固定する時に破損しない強度が必要であることから、十分な強度を有する鋼や合成樹脂が適している。
【００３３】
また、ずれ止め金具８の鋼材や添接版への接着剤８ａによる接着については、施工性や、鋼材への接着性能を確保するために、ＦＲＰ補修材５と同じ接着剤が望ましいが、ＦＲＰ定着具４を固定する時にずれなければ、その他の接着剤や両面テープ等の使用も可能である。
【００３４】
図１０，１１は、ずれ止め金具８の他の実施形態を示しており、本実施形態では、図８、９で示したずれ止め金具８の円柱状の下部の半径を５ｍｍ〜５０ｍｍ程度縮め、ＦＲＰ定着具４が固定できるくぼみ８ｂが形成されている。こうすることで、ＦＲＰ定着具４の固定性能を高めることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る鋼材の補修構造は、鋼材同士を連結部材を介して連結したあらゆる鋼材の補修に適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１、２１  第１の鋼材
１ａ、２１ａ   第２の鋼材
２  連結部材としての添接板
３  ボルト
４  ＦＲＰ定着具
５  ＦＲＰ補修材
６  腐食部
７  土台
８  ずれ止め金具
８ａ  接着剤
８ｂ  くぼみ
１１  ＦＲＰ定着具保護材
１２  ＦＲＰシート
２２  連結部材としてガセットプレート
【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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【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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