(57)【要約】【課題】トラス構造に作用する荷重の流れを力学的に解析し、部材取替の対象となる部材に作用する荷重を取替工具乃至は締上工具に移し変えることにより、トラスを組み立て直すことなく安全かつ容易に部材取替を実現する。【解決手段】取替対象部材に引張力が作用する場合は、当該部材の両端の節点間を締上工具Ａにより締め上げることにより、当該部材に作用する引張力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて部材の取替を行い、また、取替対象部材２に圧縮力が作用する場合は、この取替対象部材２と対になった引張力の作用する部材１ａの両端の節点間を上記締上工具Ａにより締め上げて、当該引張部材１ａを取り外し、さらに取り外した節点間を同工具Ａにより締め上げ、上記圧縮力が作用する取替対象部材２の圧縮力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて、当該圧縮力が作用する取替対象部材２の取り替えを行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラス構造物の部材の取り替えにおいて、取替部材に引張力が作用する場合は、当該部材の両端の節点間を締上工具により締め上げることにより、当該部材に作用する引張力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて部材の取り替えを行い、また、取替部材に圧縮力が作用する場合は、この取替部材と対になった引張力の作用する部材の両端の節点間を上記締上工具により締め上げて、当該引張部材を取り外し、さらに取り外した節点間を同工具により締め上げ、上記圧縮力が作用する取替部材の圧縮力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて、当該圧縮力が作用する部材の取り替えを行うことを特徴とする、トラス構造物の部材取替工法。      
【請求項２】
上記締上工具により締上荷重を加えた直上及び直下の節点に、さらに締上工具により締上荷重を加えることによりトラス構造部材の荷重を平均化させて部材の取り替えを行うことを特徴とする、請求項１に記載のトラス構造物の部材取替工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、トラス構造物の部材の取替工法に関するものであり、ボルトで結合されたトラス構造物を有する電気事業（送電鉄塔）、通信事業（無線鉄塔）のほか、鉄道・水道事業（架線トラス、給水塔）、競技場施設（照明塔、広告塔）などの設備において、トラス構造物の部材が腐食・変形した場合の当該部材の取り替えを安全かつ容易に行うために利用できるものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、上記送電鉄塔のようなトラス構造物には、その重量や電線などの引張荷重が作用している。これらの荷重はトラスを構成する各部材にも伝わっているので各部材を接続しているボルトに荷重が作用しており、取替作業の際、当該ボルトを外せない場合が多い。この場合には、トラスの組み立てとは逆の手順により電線等を外し、トラスの頂部から部材を取り外していって、目的とする部材交換を達成する。しかし、この方法では部材１本の取り替えにもトラス構造物を組み立て直す、大掛かりな工事が必要となる。
【０００３】
そこで、上記のような大掛かりな工事を回避するため、これらのトラス構造物の損傷部材の取替工法において、取替部材が圧縮材（部材を押し縮めようとする力が作用する部材）か、引張材（部材を伸ばそうとする力が作用する部材）かを判断し、これらの部材に対応する取替工具を取り付け、当該取替部材が負担していた力を、取替工具に負担させて取り替える工法が開発されている。
【特許文献１】特開２００１−２６８７５８号公報
【特許文献２】登録実用新案公報第３０５８９３０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの取替工具に荷重を負担させる工法では、個々の取替部材のみの荷重を負担するものであり、他の部材の取り替えに関してはその都度、取替部材毎に取替工具を取り付ければなくてはならない。従って、極めて手間のかかる作業となっている。
【０００５】
この発明はこれらの点に鑑みて為されたもので、トラス構造に作用する荷重の流れを力学的に解析し、部材取替の対象となる部材に作用する荷重を取替工具（乃至は締上工具）に移し変えることにより、トラスを組み立て直すことなく安全かつ容易に部材取替を実現する、トラス構造物の部材取替工法を提供し、上記課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、請求項１の発明では、このようなトラス構造物の部材の取り替えにおいて、取替部材に引張力（部材を伸ばそうとする力）が作用する場合は、当該部材の両端の節点間を締上工具により締め上げることにより、当該部材に作用する引張力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて部材の取り替えを行い、また、取替部材に圧縮力（部材を押し縮めようとする力）が作用する場合は、この取替部材と対になった引張力の作用する部材の両端の節点間を上記締上工具により締め上げて、当該引張部材を取り外し、さらに取り外した節点間を同工具により締め上げ、上記圧縮力が作用する取替部材の圧縮力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて当該圧縮力が作用する部材の取り替えを行う、トラス構造物の部材取替工法とした。      
【０００７】
また、請求項２の発明は、上記請求項１の発明において、上記締上工具により締上荷重を加えた直上及び直下の節点に、さらに締上工具により締上荷重を加えることによりトラス構造部材の荷重を平均化させて部材の取り替を行う、トラス構造物の部材取替工法とした。
【０００８】
以下にこの発明の原理を示す。図８はトラス構造物に作用した荷重が伝わる様子を示したもので、各高さにあるＸ形の部材の一方に引張荷重（２−３，４−５，６−７）が伝わり、もう一方の部材に圧縮荷重（１−４，３−６，５−８）が伝わる。作用荷重は２通りの部材経路を通って地盤に伝達される。１つは、圧縮（１−４）→引張（４−５）→圧縮（５−８）であり、もう１つは、引張（２−３）→圧縮（３−６）→引張（６−７）である。このように荷重は、トラス構造物の部材を引張→圧縮→引張→圧縮のように交互に形態を変えながら伝わる。
【０００９】
図９は、引張荷重の作用した部材４−５を取り外すために、当該部材の両端節点４，５に締上荷重を加えて、引張部材４−５を取り外した状態での荷重伝達状況を示す。締上荷重によってトラスに作用する荷重は、部材１−４（圧縮）→締上工具４−５（引張）→部材５−８（圧縮）に主として伝わり、部材２−３（引張）→部材３−６（圧縮）→部材６−７（引張）の経路の荷重は低下する。
【００１０】
図１０は、図９の状態をさらに締め上げて圧縮部材３−６を取り外した状態での荷重伝達状況を示す。荷重は完全に部材１−４（圧縮）→締上工具４−５（引張）→部材５−８（圧縮）に移り、この部分のトラス（引張部材４−５、圧縮部材３−６）が無くなっても荷重は安全に地盤まで伝達できる。なお、この状態においては、部材２−３及び部材６−７は圧縮か引張か定まらない（図中、一点鎖線で示す）。
【００１１】
図１１は、締上荷重を追加することにより、トラス構成部材の荷重を軽減する方法を示している。すなわち、取替部材を外すため、図９〜１０の通り締上荷重を加えると、取替部材が外れないうちに、締上荷重を加えた上部あるいは下部の部材（図１０の部材１−４、部材５−８など）に作用する荷重が大きくなり、その部材の耐力を超える場合が生じる。これを防ぐには、締上荷重を加えた直上及び直下の節点に追加の締上荷重を加えることよりトラス構成部材の荷重を平均化できる。なお、上記図８、図９、図１０及び図１１は夫々原理説明のため、トラス構造物の上部を省略した。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、引張力が作用する部材の節点間に締上工具を取り付け、この工具により締め上げれば、当該引張力が作用する部材だけでなく、圧縮力が作用する部材をも、安全に取り替えることができる。また、部材の取り外し後も、トラス構造物の荷重は締上工具により安全に伝達され、トラス構造物補強の必要がない。従って、取替部材毎に取替工具乃至は締上工具を付け替える工法と比べ、トラス構造部材の取り替えを容易かつ迅速に行うことができる。また、請求項２の発明は、上記請求項１の発明の効果に加え、トラス構成部材の荷重を平均化することができ、部材の耐力を超える荷重がかからず、より安全に部材の取り替えができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
トラス構造物の部材の取替えにおいて、取替部材に引張力が作用する場合は、当該部材の両端の節点間に締上工具を取り付け、この工具により当該節点間を締め上げることにより、当該部材に作用する引張力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて部材の取り替えを行い、また、取替部材に圧縮力が作用する場合は、この取替部材と対になった引張力の作用する部材の両端の節点間を上記締上工具により締め上げて、当該引張部材を取り外し、さらに取り外した節点間を同工具により締め上げ、上記圧縮力が作用する取替部材の圧縮力を、当該部材のボルトが外れる程度に減じて、そこで当該圧縮力が作用する部材の取り替えを行う、トラス構造の部材取替え工法である。  
【実施例１】
【００１４】
以下この発明を図面に基いて詳細に説明する。
図１はトラス構造物の取替対象部材１に引張力が作用する場合の取替工法を示す概略作業工程図であり、説明のためトラス構造物の上部を省略したものである。この場合、当該取替対象部材１の両端の節点間に締上工具Ａを取り付け、この工具Ａにより当該節点間を締め上げることにより、当該取替対象部材１に作用する引張力を、ゼロ又は当該部材のボルトが外れる程度に減じ、この状態で取替対象部材１を取り外し、新しい部材を取り付ける。
【００１５】
図２はトラス構造物の取替対象部材２に圧縮力が作用する場合の取替工法を示す概略作業工程図であり、説明のためトラス構造物の上部を省略したものである。この場合は、この取替対象部材２と対になった引張力の作用する部材１ａの両端の節点間に上記締上工具Ａを取り付け、この工具Ａにより当該節点間を締め上げて、当該引張力の作用する部材１ａを取り外し、さらに取り外した節点間を同工具Ａにより締め上げると、上記圧縮力が作用する取替対象部材２の圧縮力を、ゼロ又は当該部材のボルトが外れる程度に減じ、そこで当該圧縮力が作用する取替対象部材２を取り外し、新しい部材を取り付ける。
【００１６】
図３は締上工具Ａの説明図であり、トラス構造体３の取替対象部材１、２は、これらの各両端を主柱材６、７に設けたプレート８に固定しており、上記取替対象部材１、２の内、引張部材である取替対象部材１の両端節点に締上工具Ａを固定するための４個の固定金具９を、上記各プレート８の上下の主柱材６、７にそれぞれ固定している。これらの各固定金具９は、トラス構造体３の主柱材６、７に合わせて、容易に取り付けられ、主柱材６、７を局部的に変形させない構造となっている。また、上記各プレート８の上下に位置する固定金具９相互は、連結プレート１０によって連結されており、かつ各プレート８を受け材として利用しているため、上記上下の各固定金具９は、締上げ荷重が作用しても、上方又は下方に移動することは無い。
【００１７】
また、上記引張部材である取替え対象部材１の両端節点に設けた２組の固定金具９、９はそれぞれ鋼製のロッド又はチェーン１１で連結されている。これらの鋼製のロッド又はチェーン１１が、鋼製のロッドの場合はトラスの大きさに合わせて何本か連結して用いることができる。これらの各鋼製のロッド又はチェーン１１には、締上荷重を発生させるための締上装置（ターンバックルあるいはチェーンブロック）１２と締上荷重を計測する荷重計測装置１３が連結されている。これらの鋼製のロッド又はチェーン１１、締上装置１２及び荷重測定装置１３は、図３に示すように、取替対象部材１を挟んで上下に２連で用いる場合もあるし、取替対象部材１を中心に上下左右に４連で用いる場合もある。
【００１８】
上記の締上工具Ａの使い方は、主柱材６、７に４個の固定金具９を取付け、これらの上下に位置する固定金具９にそれぞれ連結プレート１０を固定し、これらが整合するように上下の各固定金具９を取り付ける。続いて、各固定金具９に鋼製のロッド又はチェーン１１、締上装置１２及び荷重測定装置１３をセットして、後述するトラスの荷重解析結果と対比しながら締上装置１２により締上荷重を加える。締上荷重は、取替対象部材１の引張荷重が無くなるまで、又は取替対象部材１のボルトが取り外せる程度に引張荷重を減じ、荷重測定装置１３を見ながら上下均等になるよう加えて、上記取替対象部材１を取り外す。さらに締上荷重を増やして、取替対象部材２を取り外す。
【００１９】
図４、５は固定金具９を取り付ける主柱材６、７が鋼管材の場合の固定金具９の構造を示す平面図及び正面図である。この場合主柱材６又は７の外周に鋼製バンド１４を巻きつけ、この両端を、主柱材６又は７の一側に当接したバンド受材１５の両端部に通してナット１６，１６で締めて、主柱材６又は７に固定する。バンド受材１５には下方に位置する固定金具９と連結する連結プレート１０と、締上荷重を加える鋼製のロッド又はチェーン１１の一端を連結する構造となっている。
【００２０】
図６及び７は固定金具９を取り付ける主柱材６、７が山形材の場合の固定金具９の構造を示す平面図及び正面図である。この場合主柱材６又は７の山形形状に相応したアングル材１７、１８を主柱材６又は７を挟むように重ね、これらのアングル材１７、１８の両端部にボルト１９を通し、ナット２０で締め付けて主柱材６又は７に固定する構造になっている。また、内側のアングル材１７には、締上荷重を加える鋼製のロッド又はチェーン１１の一端を連結しており、外側のアングル材１８には連結プレート１０の一端を固定する構造となっている。
【００２１】
次にこの発明の工法を用いる場合、上記締上工具Ａを鉄塔に装着して締め上げると、この締め上げによって鉄塔の他の部材に応力が生じるが、これらの他の部材が耐えうる荷重の値を予め計算して出し、これらの部材乃至はトラス構造物の安全に影響のないよう十分に配慮しなければならない。そこでこの発明の工法についての強度解析を行う。
【００２２】
解析手法としては、（イ）取替え部材パネルを含む前後３パネル、計７パネルの部分トラスを基本に強度解析を行う。（ロ）強度解析の基本は、（イ）の部分トラスに対する簡易立体解析手法とし、その入力荷重並びにトラス成立条件は図１２の通りとする。（ハ）強度解析はある荷重条件に対し、次のケースにおける所要締上荷重及び限界締上荷重と、その場藍の最小安全率部材の位置とその安全率、並びに締上工具安全率を明らかにする。
・引張部材取り外し（誤って圧縮部材側締め上げ）
・引張部材取り外し（引張部材側締め上げ：引張部材取り外し前と後との限界締上荷重の最小値）
・圧縮部材取外し（引張部材側締め上げ：圧縮部材取り外し前と後との限界締上荷重の最小値）
【００２３】
なお、上記所要締上荷重とは、解析上、取替部材の応力がゼロとなる理論締上荷重であり、限界締上荷重とは、部材安全率が許容応力に対し１．００以上を確保できる最大の締上荷重を示す。また、最小安全率部材とは、当該鉄塔の部材のうちで、一番安全率の小さい部材を意味し、この場合、締上工具Ａの挿入状態を同工具と同じ断面積の部材で模擬した場合で想定している。また、締上工具安全率は、使用する締上工具Ａの全体の定格荷重を上記限界締上荷重で除したものである。
【００２４】
上記解析結果に基づいた部材取り替えの基本手順を鉄塔において無風時の例を以下に示す。
（１）部材の取り外しを行うパネルの引張部材側に締上工具Ａを取り付ける。
（２）所要締上荷重値の半ばぐらいの値まで締め上げた状態で引張部材のナットを外し、  引張部材に圧縮力が作用していないことを確認する。
なお、締め上げの初期段階でナットを外すと、ボルト継ぎ手部をこじる恐れがあるので引張部材応力が解析値の半分以上を超えるまで実施しない。
（３）引張部材所要締上荷重値又はその近くの値まで締め上げ、その状態で部材が取り外せないかを確認する。
（４）上記（３）で部材が外せない場合は、限界締上荷重値まで締め上げ、その過程で部材が取り外せないかを確認する。
（５）上記（４）までで引張部材が取り外せない場合、鉄塔によっては圧縮部材を締上げている可能性もあるので、圧縮部材側と想定した部材側に締上工具Ａを取り付け、上記（２）〜（４）の手順を繰り返す。
（６）上記（５）までで部材が取り外せない場合は、部材の取り替えを断念する。
【００２５】
＜上記（４）までで引張部材を取り外すことが出来れば、以下の手順に従う。＞
（７）引張部材取り外し時の締上荷重状態で圧縮部材のナットを外し、圧縮部材に引張力が作用していないことを確認する。
（８）圧縮部材所要締上荷重値又はその近くの値まで締め上げ、その状態で部材が取り外せないか確認する。
（９）上記（８）で部材を外せない場合は、限界締上荷重値まで締め上げ、その過程で部材が取り外せないかを確認する。
(10)   上記（９）までで部材が取り外せない場合は、圧縮部材の取替えを断念する。 
【００２６】
以上において、歪みゲージ貼付による部材応力の確認は、荷重の増減量しか計測できず、前日にゲージ貼付などの作業を伴うため、この方法に替えて限界締上荷重を全部材の安全率が一定値以上となる範囲に制限することにより、塔体の安全性を確保する。また、上記（６）及び(10)で部材取替を断念した場合は、２重締上工法或いは両面締上工法による部材着脱の可能性を改めて検討する。
なお、圧縮部材の取り外し時には、部材の変形防止のため、引張部材を取り外さずに小径の補助ボルトで仮止めすることも考慮する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の部材取替工法において引張部材の取替方法を示す概略作業工程図である。
【図２】この発明の部材取替工法において圧縮部材の取替方法を示す概略作業工程図である。
【図３】この発明の方法に使用する締上工具のトラス構造物に取り付けた状態を示す正面図である。
【図４】この発明の方法を用いるトラス構造物の主柱材が鋼管材の場合の、締上工具の固定金具の取り付け状態を示す平面図である。
【図５】この発明の方法を用いるトラス構造物の主柱材が鋼管材の場合の、締上工具の固定金具の取り付け状態を示す正面図である。
【図６】この発明の方法を用いるトラス構造物の主柱材が山形材の場合の、締上工具の固定金具の取り付け状態を示す平面図である。
【図７】この発明の方法を用いるトラス構造物の主柱材が山形材の場合の、締上工具の固定金具の取り付け状態を示す正面図である。
【図８】この発明の原理を示すもので、トラス構造物の荷重伝達方法を示す説明図である。
【図９】この発明の原理を示すもので、引張部材の両端節点間締め上げによる引張部材の取り外し状態を示す説明図である。
【図１０】この発明の原理を示すもので、引張部材の両端節点間締め上げによる圧縮部材の取り外し状態を示す説明図である。
【図１１】この発明の原理を示すもので、２重締上荷重によるトラス構成部材の荷重軽減法を示す説明図である。
【図１２】この発明の工法の強度解析における、部分トラスへの入力荷重とトラス成立条件を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２８】
Ａ    締上工具
１    取替対象部材
２    取替対象部材
３    トラス構造物
６    主柱材
７    主柱材
８    プレート
９    固定金具                    
１０    連結プレート
１１    鋼製ロッド又はチェーン                    
１２    締上装置
１３    荷重計測装置      
１４    鋼製バンド
１５    バンド受材
１６    ナット
１７    アングル材
１８    アングル材
１９    ボルト
２０    ナット
【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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【図１２】
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