(57)【要約】  【課題】  現場に置いて、安価で実用性のある長柱鋼管の座屈補強方法を提供すること。  【解決手段】  長柱鋼管の補強方法は、繊維材料を織り上げまたは編み上げた帯状体補強材を準備すること、その補強材を鋼管構造物の長柱鋼管に巻き付けることからなる。帯状体は、繊維材料を綾織り、平織り、メリヤス編みなどによって織り上げまたは編み上げることによって帯状体に形成される。１本の補強材が、長柱鋼管の長手方向に１回の往路にそって一重螺旋巻き形態で、複数回の往復路にそって多重螺旋巻き形態で、１回の往路にそって一重折曲げ螺旋巻き形態で、複数回の往復路にそって多重折曲げ螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい。２本の補強材が、長柱鋼管の長手方向に１回往路にそって一重交差螺旋巻き形態でまたは複数回の往復路にそって多重交差螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維材料を織り上げまたは編み上げた帯状体からなる補強材を鋼管構造物の長柱鋼管に巻き付けることからなる、長柱鋼管の補強方法。
【請求項２】
前記繊維材料がポリプロピレン樹脂繊維であるとき、長柱鋼管に巻き付けた補強材に紫外線保護塗料を塗布する、請求項１に記載の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管構造物、特に送電用鉄塔、橋梁、屋内競技場、倉庫等に用いられる長柱鋼管の座屈補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼管構造物（例えば、送電用鉄塔、橋梁、屋内競技場、倉庫等）に対する設計時点での要求を超える性能（例えば、大地震、大津波、超大型台風等に対応できる性能）が必要とされる場合が増えてきている。その場合、現場において安価で簡便な補強方法による実現が求められている。例えば、鋼管にメッキを施すだけで、全体座屈の強度が向上すると指摘した論文（非特許文献１）がある。一方、既往の研究において、長柱構造物への紫外線硬化型樹脂（以下、ＧＦＲＰと言う。）補強は、疲労試験において亀裂発展を抑える効果があることが知られている（非特許文献２）。この補強により座屈耐荷力が増すことが確かめられれば、長柱鋼管の補強対策として効果が期待できる。
【０００３】
そこで、本発明者等は、ＧＦＲＰに着目し、大型送電鉄塔の構成部材である長柱鋼管の座屈に対する補強効果の検討を行ってきた（非特許文献３）。
【０００４】
しかし、上記の研究によっても、長柱鋼管の座屈に対する補強効果を現場において実施するにはまだ十分であるとは言えない。
【非特許文献１】構造工学論文集Ｖｏｌ．５０Ａ、２００４．３「送電用鉄塔に用いる鋼管の軸圧縮・曲げ座屈耐力に及ぼす溶融亜鉛めっきの影響について」
【非特許文献２】土木学会論文集Ｎｏ．７３５／ＶＩ−５９、ｐｐ１８５−１９５、２００３．６「紫外線硬化型樹脂を用いた長柱構造応力低減と実大モデル疲労試験」
【非特許文献３】土木学会第５８回年次学術講演会２００４．９「紫外線硬化型樹脂を用いた長柱鋼管補強方法の検討」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明は、これまでの研究で効果のあった長柱鋼管座屈実験をさらに発展させて、現場において安価で実用性のある長柱鋼管の座屈補強方法を提供することを課題にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に基づく長柱鋼管の補強方法は、繊維材料を織り上げまたは編み上げた帯状体補強材を準備し、その補強材を鋼管構造物の長柱鋼管に巻き付けることからなる。
【０００７】
帯状体は、繊維材料を、例えば、綾織り、平織り、メリヤス編み形態などに織り上げまたは編み上げることによって形成される。１本の補強材が、長柱鋼管の長手方向に１回の往路にそって一重螺旋巻き形態で、複数回の往復路にそって多重螺旋巻き形態で、１回の往路にそって一重折曲げ螺旋巻き形態で、複数回の往復路にそって多重折曲げ螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい。２本の補強材が、長柱鋼管の長手方向に１回往路にそって一重交差螺旋巻き形態でまたは複数回の往復路にそって多重交差螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい。
【０００８】
繊維材料がポリプロピレン樹脂繊維であるとき、長柱鋼管に巻き付けた補強材に紫外線保護塗料を塗布することもできる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼管構造物の長柱鋼管を手近に入手可能材料を用いて現場にて簡単に補強することができる。また、紫外線保護塗料を用いることによりポリプロピレン樹脂繊維の対候性を高めることができるため、相対的に廉価に入手可能なポリプロピレン樹脂繊維を用いて耐久性のある補強を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１−４を参照して、本発明に基づく長柱鋼管の補強方法の実施例について説明する。本発明の補強方法は、図１に示すように、繊維材料を織り上げまたは編み上げた帯状体補強材１を準備すること、補強材１を鋼管構造物（図示せず）の長柱鋼管２に巻き付けることからなる。
【００１１】
繊維材料は、例えば、植物繊維、動物繊維、金属繊維、合成樹脂繊維等のいずれでもよい。例えば、ポリプロピレン樹脂繊維等のいずれでもよい。
【００１２】
帯状体は、繊維材料を綾織り、平織り、メリヤス編みなどによって織り上げまたは編み上げることによって形成される。
【００１３】
補強材１を長柱鋼管２に巻き付ける仕方は制限されないが、例えば、図１に示すような巻付け態様が好ましい。１本の補強材１が、長柱鋼管２の長手方向に１回の往路にそって一重螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい（（Ａ）図）。１本の補強材１が、長柱鋼管２の長手方向に複数回の往復路にそって多重螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい（（Ｂ）図）。１本の補強材１が、長柱鋼管２の長手方向に１回の往路にそって一重折曲げ螺旋巻き（いわゆるゲートル巻き）形態で巻き付けられてもよい（（Ｃ）図）。１本の補強材１が、長柱鋼管２の長手方向に複数回の往復路にそって多重折曲げ螺旋巻き（いわゆるゲートル巻き）形態で巻き付けられてもよい（（Ｄ）図）。２本の補強材１、１が長柱鋼管２の長手方向に１回往路にそって一重交差螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい（（Ｅ）図）。２本の補強材１、１が、長柱鋼管２の長手方向に複数回の往復路にそって多重交差螺旋巻き形態で巻き付けられてもよい（（Ｆ）図）。
【実施例１】
【００１４】
細長比７０．４、長さ８８５ｍｍ、直径２７．２ｍｍの小さな鋼管で実験を行い補強効果の有無の再現性を確認した。補強材は、ポリプロピレン製の紐（荷造り用紐。以下、ＰＰと言う。）を使用した。この紐は、低価格で、簡単に入手可能であり、軽量で扱い易い特徴を有する。さらに、ＧＦＲＰの硬化収縮によるフープ効果の有無に関しても検討した。
【００１５】
（１）実験供試体
実験には、表１に示す鋼管を選択した。これは試験機の性能を考え、全体座屈現象が現れる直径２７．２ｍｍ、肉厚２．３ｍｍ、細長比７０．４の鋼管と、直径１３９．８ｍｍ、肉厚６．０ｍｍ、細長比７０．４の鋼管である。第１段階として、直径２７．２ｍｍの鋼管を用いて無補強３本、有補強３本の供試体と、直径１３９．８ｍｍの鋼管を用いて無補強１本、有補強１本の供試体とを製作した。有補強の詳細は、直径２７．２ｍｍの鋼管については、ＰＰ補強２本（ＰＰ補強−１、ＰＰ補強−２）とＧＦＲＰ補強１本、直径１３９．８ｍｍの鋼管についてはＰＰ補強１本である。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
ＰＰの巻き方は、鋼管の片方から巻き始め、端に着いたら折り返し、元の位置に戻ってきたら、ＰＰ専用の留め具で止める巻き形態（図１の（Ｂ）図参照）を採用した。
【００１８】
ひずみゲージ３は、図２に示すように、鋼管４の長さ方向中央に軸方向と周方向を１セットとし、９０°ピッチで４箇所に計８個貼り付けた。さらに、鋼管４の上下に圧縮力の芯を出すために使うひずみゲージ３を上４箇所、下４箇所の計８箇所貼り付けた。
【００１９】
（２）座屈実験
座屈実験は、始めに１ｋＮの荷重を与え、８個の上下の芯出し用ひずみゲージ３を点検し、圧縮力が中心になるように調整した。圧縮力が中心になったとき、荷重をかけ始める。荷重のかけ方は、１秒間に１．７ｋＮの載荷である。試験機は島津製作所製作の３軸圧縮試験機（最大圧縮能力２０００ｋＮ）を使用した。
【００２０】
（３）実験結果
実験の最大荷重および強度上昇率の具体的数値を表２に示す。直径２７．２ｍｍの鋼管の場合、ＰＰ補強−２とＧＦＲＰ補強において最も座屈耐荷力の大きい無補強−２と比較して１０％を超える補強効果が現れている。ＰＰ補強−１に関しても、ＰＰ補強−２、ＧＦＲＰ補強ほどではないが、座屈耐荷力３％程度の上昇が確認できた。直径１３９．８ｍｍの鋼管の場合もまた、無補強と比較して１０％を超える補強効果が現れている。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
次に、図３および５に直径２７．２ｍｍの鋼管２の場合および直径１３９．８ｍｍの鋼管の場合における軸方向の荷重（応力）とひずみとの関係曲線をそれぞれ示し、図４および６に鋼管周方向の荷重（応力）とひずみとの関係曲線をそれぞれ示す。ここでｘ軸はひずみ（μ）を、ｙ軸は荷重ｋＮ（応力Ｎ／ｍｍ２）を表す。なお、ここでは最も座屈耐荷力の大きい無補強−２の供試体と有補強の供試体との比較を行ったものである。これらの図３、４；図５、６は、軸方向、周方向共に剛性の向上を確認するものであり、それぞれ４枚のひずみゲージの値を平均したものである。
【００２３】
表２から、ＰＰ、ＧＦＲＰで補強することによって強度の上昇があることを確認できているので、軸方向で鋼管の剛性の向上を期待した。しかし、図３および５より顕著な剛性の向上は認められない。また、図４および６においても同様に、明らかな剛性の向上が見られない。このことより、補強材料が撓む鋼管に抵抗力を加えることにより座屈耐荷力が上昇しているのではないかと考えられる。
【００２４】
本実験では、供試体数が全体で６本と絶対数が少なかった。ＰＰ補強−１で３％、ＰＰ補強−２で１１％、ＧＦＲＰ補強で１０％の耐荷力上昇の補強効果を得たが、これらがバラ付きの範囲であるか否かは、今後の実験を重ねることによって確認する必要がある。ところで、フープ効果に関しては明確に確認することができなかったが、鋼管に何らかの補強材料を巻くことで座屈耐荷力が上昇することは掴めた。
【００２５】
一方、補強材に使用できる材料としては種々の材質のものが考えられる。しかし、相対的に廉価に入手可能なポリプロピレン樹脂繊維を用いる場合、紫外線による劣化が顧慮されるため、鋼管にまきつけられたポリプロピレン樹脂繊維に紫外線保護塗料を塗布することにより対候性を高める必要がある。
【００２６】
また、今回の実験では供試体が小さいことから撓みの計測を見送った。本来であるならば、荷重と撓みとの関係を見ることも必要であるので、大型供試体での実験を今後行う予定である。具体的には、大型送電鉄塔の構成部材の長柱鋼管を用い、座屈実験を行う予定である。
【００２７】
最後に、実験を重ねることで、ＰＰ補強とＧＦＲＰ補強との効果の比較、座屈耐荷力上昇メカニズム等の解明を検討する予定である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、鋼管構造物の長柱補強ばかりではなく、一般のコンクリート構造物の長柱補強にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の長柱鋼管の座屈補強方法における帯状補強材料の各種巻付け工程を示す説明図である。
【図２】本発明の方法に基づいて作られた供試体の強度実験に使用されたひずみゲージの貼付位置を示す説明図である。
【図３】本発明の方法に基づいて作られた供試体の強度実験結果を示す軸方向荷重−ひずみ線図である。
【図４】本発明の方法に基づいて作られた供試体の強度実験結果を示す周方向荷重−ひずみ線図である。
【図５】本発明の方法に基づいて作られた別の供試体の強度実験結果を示す軸方向荷重−ひずみ線図である。
【図６】本発明の方法に基づいて作られた別の供試体の強度実験結果を示す周方向荷重−ひずみ線図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    補強材                          ２    長柱鋼管
３    ひずみゲージ                    ４    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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