(57)【要約】【課題】鋼構造体の形状に柔軟に対応できる鋼構造体の予防保全方法を提供する。【解決手段】紫外線を透過する強化繊維に紫外線硬化型樹脂を含浸させたプリプレグを鋼構造体の構造的不連続部に貼付し、紫外線照射もしくは太陽光により硬化させることによって、繰り返し応力によるき裂の発生を予防保全する。前記鋼構造体としては、橋梁の付属物を除く構造部分であることができる。また、プリプレグタイプに替えて、ハンドレイアップ法によるＦＲＰとすることもできる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を透過する強化繊維に紫外線硬化型樹脂を含浸させたプリプレグを鋼構造体の構造的不連続部に貼付し、紫外線照射もしくは太陽光により硬化させることによって、繰り返し応力によるき裂の発生を予防保全することを特徴とする鋼構造体の予防保全方法。
【請求項２】
前記鋼構造体が橋梁の付属物を除く構造部分である請求項１に記載の鋼構造体の予防保全方法。
【請求項３】
紫外線を透過する強化繊維を紫外線硬化剤等を添加した紫外線硬化性樹脂とともにハンドレイアップ法により施工後、紫外線照射もしくは太陽光により硬化させることによって、繰り返し応力による亀裂の発生を予防保全することを特徴とする鋼構造体の予防保全方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、振動を含む荷重等の繰り返し応力が作用する鋼構造体における疲労破壊を予防保全する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼鉄製の構造物には、溶接による接合部、目的の形状に基づく切り欠き部や不連続部等、構造的な不連続部の存在は避けることができない。鋼鉄製の構造物に外力が作用すると、その様な構造的な不連続部で応力集中が生じ、破壊の基点となり易い。振動を含む荷重等の繰り返し荷重が作用するところでは、金属疲労によりき裂が発生し、破壊にまで至ることがある。ディテールを改善したり、じん性を高めたり、板厚を大きくすること等によって、それらの破壊や疲労破壊の多くは相当程度回避することができるが、費用的にも重量の面からも、自ずから限度がある。
【０００３】
近年の交通量の増大に伴い、道路橋に作用する繰り返し荷重は、その頻度と荷重の大きさの面で、益々増加している。
本発明者は、先に、炭素繊維強化樹脂板（カーボン板）を用いて、既設鋼製橋脚の繰り返し載荷試験（非特許文献１参照）や、き裂を有する材の補強（非特許文献２参照）を試みてきた。そこでは、硬化させた炭素繊維強化樹脂板（カーボン板）をパテ状エポキシ樹脂接着剤を用いて所要個所に貼付している。炭素繊維強化樹脂板（カーボン板）は、極めて軽量で強度が強いので、複数枚の貼付により、き裂を有するものを含めて、鋼橋脚の強度改善に顕著な効果が得られた。
【０００４】
【非特許文献１】
土木学会第５６回年次学術講演会（平成１３年１０月）Ｉ−Ａ２８１；ｐ．５６２−５６３
【非特許文献２】
鋼構造年次論文報告集；第８巻（２０００年１１月）；ｐ．６８３−６８８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、既に硬化させた樹脂板を用いると、鋼構造体の形状に沿って柔軟に対応する点で難点がある。
本発明は、上記の問題点に鑑み、鋼構造体の形状に柔軟に対応できる鋼構造体の予防保全方法を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、紫外線を透過する強化繊維に紫外線硬化型樹脂を含浸させたプリプレグを鋼構造体の構造的不連続部に貼付し、紫外線照射もしくは太陽光により硬化させることによって、繰り返し応力によるき裂の発生を予防保全することを特徴とする。前記鋼構造体としては、橋梁の付属物を除く構造部分であることができる。また、プリプレグタイプに替えて、ハンドレイアップ法によるＦＲＰとすることもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、紫外線硬化型プリプレグあるいはハンドレイアップ法による紫外線硬化型ＦＲＰ材料を鋼構造体表面に貼付して硬化させることにより、ＦＲＰ体に応力の一部を分担させることによって、鋼構造体の鋼部分の構造的不連続部における応力集中を緩和させ、金属疲労に基づくき裂の発生に対して延命効果を発揮させることを基本とする。
鋼構造体の構造的不連続部の例としては、例えば、溶接部がある。Ｙ型開先またはレ型開先で厚板を付き合わせ溶接する場合、溶接金属と母材との接点にできる形状的な不連続（表、裏）、また、熱影響部などのミクロ組織的な不連続等があり、稀には溶接部にスラグを巻き込む場合もある。
【０００８】
本発明を実施例に基づいて説明する。
【実施例】
鋼種ＳＳ４００の板厚６ｍｍの鋼板にビード溶接した５００×１００（ｍｍ）の試験体を用意し、その試験体の溶接ビードを覆うように中央部板幅一杯に、硬化後の板厚１．０ｍｍのガラス繊維に紫外線硬化剤（商品名：パラタール：ＤＳＭ社製）等を添加したビニルエステル樹脂を含浸させたプリプレグを３層貼付し紫外線照射して硬化させたもの（ＧＦＲＰ）と、そのままの無処理の試験体に、試験体の長手方向に引張・圧縮の繰り返し応力を作用させて、疲労試験を実施した場合、図１に示すような結果が得られた。
【０００９】
図１によれば、無補強試験体では、○印で示されるように、１９０ＭＰａで約５×１０５回の繰り返し回数と１５０ＭＰａで約１．４×１０６回の繰り返し回数の点を結ぶ直線状にほぼ並び、△印で示すＧＦＲＰ材補強試験体では、１９０ＭＰａで１．７×１０６回の繰り返し回数、１８５ＭＰａで約２．０×１０６回の繰り返し回数、１６５ＭＰａで５．０×１０６回の繰り返し回数でも破断しないのでその段階で１７８ＭＰａに増加して合計約９．１×１０６回の繰り返し回数で破断したことを示す。
図１に示される両直線から、例えば１７８ＭＰａの大きな繰り返し外力が作用した場合、当該補強材の有無によって約５．３×１０６回の繰り返し回数から７．０×１０６回の繰り返し回数まで寿命が約１３倍伸びるといえる。
溶接部に限らず、鋼構造体の構造的不連続部、例えば橋梁点検用のマンホールの入口の周囲部や、切欠き部、構造体の角部、架け違い部等にも、同様の寿命の延長が期待できる。
【００１０】
本発明におけるプリプレグ用の強化繊維材料としては、紫外線照射に際して内部まで十分に紫外線が透過するように、透明なものであることが必要であり、ガラス繊維の外、アクリル繊維、透明ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ナイロン繊維等が挙げられる。
なお、これらの繊維は平織、綾織等の適宜の方法で織ったクロス、ロービングクロス等の紡織形態、また、チョップドストランドマット、１方向性ＵＤクロス、３軸および多軸に加工した形態で使用される。
プリプレグ用の強化繊維に含浸させる樹脂材料としては、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
紫外線硬化性樹脂に添加される紫外線硬化剤としては、通常、波長域３６５〜４１０の紫外線を吸収する紫外線硬化剤が用いられる。光源としては、紫外線蛍光灯、高圧水銀灯、メタルハライドランプ等が挙げられるが、太陽光を用いて硬化しても良い。硬化時間は、紫外線の照度、プリプレグの厚さ、塗工の厚さにもよるが、５〜３０分である。
【００１１】
補強体は、事前に硬化させておくものでも差し支えないが、補強体が構造体の微少な凹凸にも対応・適用され得るように、含浸させた樹脂が未硬化のもの、あるいは半硬化状態のものを用いることが好ましい。貼付後に完全硬化させることによって、別途の接着剤を用いることなく、樹脂の硬化と同時に鋼構造体への接着・接合が図られる。
以上、主としてプリプレグタイプのＦＲＰについて説明してきたが、本発明で適用するＦＲＰ体は、ハンドレイアップ法で形成するものであっても差し支えない。
本発明の補強体は、鋼製橋梁の桁部のような平面構造をなす部分に有利に適用され得るが、それに限られることなく、橋脚（矩形断面、円形断面ほか）部、水道管、ガス管、パイプライン等にも適用され得る。
紫外線を透過する強化繊維に１方向性ＵＤクロスを用いた紫外線硬化型プリプレグを使用する場合は、想定される繰り返し応力による亀裂方向に直角に貼りつけ、接着することで延命効果を発揮する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、未硬化ないし半硬化のプリプレグの形で所要部に貼付されるので、鋼構造体表面の形状に柔軟に対応することができ、鋼構造体の亀裂発生等を効果的に予防保全することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス繊維強化樹脂補強材の有無による繰り返し引張圧縮応力と疲労破断との関係を示すグラフである。
【図１】
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