(57)【要約】      （修正有）【課題】疲労亀裂の進展を確実に阻止可能な疲労亀裂補修工法を提供すること。【解決手段】板材に発生した疲労亀裂の先端に形成したストップホールに挿通した高力ボルトにより板材に締め付け固定する疲労亀裂補修工法において、板材よりも硬度が高く、締め付けによって板材に歯を食い込ませて通常の板よりも高い摩擦力を確保するとともに、板材に作用する主な引張荷重の方向について、歯の板材への食い込みの分力によって圧縮応力が作用するように歯の向きが方向付けられた複数列の歯を形成することにより疲労亀裂の進展を確実に阻止することを特徴とする疲労亀裂補修工法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板材に発生した疲労亀裂の先端に形成したストップホールに挿通した高力ボルトにより板材に締め付け固定する疲労亀裂補修工法において、板材よりも硬度が高く、締め付けによって板材に歯を食い込ませて通常の板よりも高い摩擦力を確保するとともに、板材に作用する主な引張荷重の方向について、歯の板材への食い込みの分力によって圧縮応力が作用するように歯の向きが方向付けられた複数列の歯を形成することにより疲労亀裂の進展を確実に阻止することを特徴とする疲労亀裂補修工法。
【請求項２】
請求項１に記載の疲労亀裂補修工法に用いるスプライスプレートにおいて、板材よりも硬度が高く、締め付けによって板材に歯を食い込ませて通常の板よりも高い摩擦力を確保する鋼板からなり高力ボルト挿通孔を有し、板材と接する面に板材に作用する主な引張荷重の方向に歯の板材への食い込みの分力によって圧縮応力が作用するように歯の向きが方向付けられた複数列の歯を形成したことを特徴とする疲労亀裂補修工法に用いるスプライスプレート。
【請求項３】
スプライスプレートの形状を中心に高力ボルト挿通孔を有する円形又は楕円系状とし、板材に形成したストップホールの中心方向に歯の板材への食い込みの分力によって圧縮力が作用するように歯の向きが方向付けられた同心円状の複数列の歯を形成したことを特徴とする請求項２に記載の疲労亀裂補修工法に用いるスプライスプレート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼構造物を構成する板材に発生した疲労亀裂の補修工法とその補修工法に用いるスプライスプレートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼構造物を構成する板材に発生した疲労亀裂を応急的に処理するために、疲労亀裂の先端にストップホールを形成するという疲労亀裂の応急補修工法が一般に実施されている。さらに、そのとき疲労亀裂の発生した板材にスプライスプレートをストップホールに挿通した高力ボルトで締め付け固定することにより、板材に作用する応力を減らす疲労亀裂補修工法が実施されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１６８８１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のストップホールを形成する疲労亀裂補修工法は、疲労亀裂の先端を確実に特定して、その先端を孔明け時に確実に除去する必要があるが、疲労亀裂の先端は非常にシャープであり、引っ張り荷重が作用していなくて閉口したときには、顕微鏡でも見えにくくなるほどであるために、この疲労亀裂先端の特定というのは非常に困難であるため、しばしば実際の補修工事では先端を特定し損ねて、亀裂が進展してしまうことがよくあり、確実な疲労亀裂補修工法とは言えない。
また、ストップホールをあけた後に、スプライスプレートで疲労亀裂の発生した板材を高力ボルトにより締め付け固定する疲労亀裂補修工法を用いたとしてもは、疲労亀裂が残っている場合は、高力ボルトで締め付けて作用荷重を低下させていても、疲労亀裂の進展を遅くすることはできても、疲労亀裂の進展を止めることのできる疲労亀裂補修工法ではない。こちらの場合で、ストップホールの先端を特定し損ねると、スプライスプレートに隠された部分で進展し続けるため、その進展状況が外観で観察することができず、かなり長く進展してスプライスプレートの外に出てきて発見されたときには、亀裂長は非常に脆性破断が懸念されるレベルに達していることがあり、かえって危険な状況を招く場合もある。
【０００５】
本発明は、上記のような従来の疲労亀裂補修工法の持つ問題点を解決することを目的とする。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
本願第１発明は、板材に発生した疲労亀裂の先端に形成したストップホールに挿通した高力ボルトにより板材に締め付け固定する疲労亀裂補修工法において、板材よりも硬度が高く、締め付けによって板材に歯を食い込ませて通常の板よりも高い摩擦力を確保するとともに、板材に作用する主な引張荷重の方向について、歯の板材への食い込みの分力によって圧縮応力が作用するように歯の向きが方向付けられた複数列の歯を形成することにより疲労亀裂の進展を確実に阻止することを特徴とする。
【０００７】
本願第２発明は、本願第１発明の疲労亀裂補修工法に用いるスプライスプレートにおいて、板材よりも硬度が高く、締め付けによって板材に歯を食い込ませて通常の板よりも高い摩擦力を確保する鋼板からなり高力ボルト挿通孔を有し、板材と接する面に板材に作用する主な引張荷重の方向に歯の板材への食い込みの分力によって圧縮応力が作用するように歯の向きが方向付けられた複数列の歯を形成したことを特徴とする。
【０００８】
本願第３発明は、本願第２発明の疲労亀裂補修工法に用いるスプライスプレートにおいて、スプライスプレートの形状を中心に高力固定ボルト挿通孔を有する円形又は楕円形状とし、板材に形成したストップホールの中心方向に歯の板材への食い込みの分力によって圧縮力が作用するように歯の向きが方向付けられた同心円状の複数列の歯を形成したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本願発明の構成により、ストップホールの形成位置と疲労亀裂の先端の正確な位置とに多少の誤差があったとしても、高摩擦鋼板からなるスプライスプレートの板材と接する面に形成された複数列の歯が、高力固定ボルトによる板材への締め付け力により歯の板材の食い込み時に発生する分力が、板材に発生した疲労亀裂に対して圧縮力として作用するため、疲労亀裂の進展を確実に止めることができる疲労亀裂補修工法を提供できる。
また、スプライスプレートの形状を円形又は楕円形状とし、ストップホールの中心方向に圧縮力が作用するように歯の向きが方向付けられた同心円状の複数列の歯を形成することにより、荷重方向等が不明確の場合でもストップホールを中心とした圧縮力が作用するため、確実に疲労亀裂の進展を止めることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図により説明する。
図１は、鋼構造物としてＩ形鋼を例として示したものである。
Ｉ形鋼１は、ウエブ２の上下端部に上下フランジ３、４を有し、補剛材５を、その上端を上フランジ３の下面に、その側面をウエブ２に溶接６により固定し、補剛材５の下端を下フランジ４から一定の間隔をおくようする。このように構成したＩ形鋼１に荷重が加えられると、補剛材５の下端部に応力集中が発生し、補剛材５の下端部を中心として疲労亀裂７が発生する。
【００１１】
このような疲労亀裂７は、各種の形状ないし形態で発生し、その疲労亀裂７のの先端部を正確に特定することは困難である。このような疲労亀裂７を補修するために、疲労亀裂７の成長の先端部分にストップホール８を形成する。このストップホール８は、疲労亀裂７の先端部を円弧状に整形ることにより、疲労亀裂の先端部の応力集中を低減するためのものである。
【００１２】
図２（ａ）（ｂ）に示される本発明の疲労亀裂補修工法に使用するスプライスプレート９は、止めようとしている亀裂の発生している鋼板よりも硬度が高く、歯をこの板材に食い込ませることによって通常のスプライスプレートよりも大きな摩擦力を確保する高摩擦鋼板で形成され、その中心部に高力ボルト挿通孔１０が形成されている。図２に示されるスプライスプレート９は、矩形形状のもので、疲労亀裂７が発生した鋼板に接する面には、直線状の複数列の歯１１が形成される。歯１１は、垂直部１２と傾斜部１３からなり、スプライスプレート９が矩形形状の場合、中心の高力ボルト挿通孔１０を中心として、左右の複数列のそれぞれの歯１１の傾斜部１３が中心の高力ボルト挿通孔１０に向くように、歯の向きが左右対称に形成される。
【００１３】
図２（ａ）に示されるように、疲労亀裂７が発生した鋼板２の両面に、疲労亀裂７の先端に形成されたストップホール８とスプライスプレート９の高力ボルト挿通孔１０の位置が合致し、複数列の歯１１の向きが鋼板２に発生した疲労亀裂７に圧縮力を作用する向きになるように配置する。高力ボルト１４を、一方のスプライスプレート９の高力ボルト挿通孔１０、ストップホール８、他方のスプライスプレート９の高力ボルト挿通孔１０に挿通し、高力ボルト１４の雄ねじ部１５にワッシャ１６を介してナット１７を螺着し締め付ける。
【００１４】
図４（ａ）（ｂ）に示されるように、高力ボルト１４による締め付け力は、スプライスプレート９の複数列の歯１１の傾斜部１３により、鋼板２への食い込みに伴って鋼板２の疲労亀裂を両側から圧縮する方向の作用力に変換され、疲労亀裂７の進展を確実に止めることができる。
図４の実施例では、疲労亀裂の発生した鋼板２の両面にスプライスプレート９を配置しているが、鋼板２の一方の面にのみスプライスプレート９を配置して、高力ボルト１４で締め付けてもよい。
【００１５】
図３に示されるスプライスプレート９は、円形状とされ、その中心に高力ボルト挿通孔１０が形成され、疲労亀裂７の発生した鋼板２と接する側には、同心円状に複数列の歯１１が形成される。同心円状の複数列の歯１１の向きは、鋼板２の疲労亀裂の先端に形成されたストップホール８の中心に圧縮力が作用するような向きとされている。その使用方法は、図２に示される矩形状のスプライスプレート９の場合と同様であるが、鋼板２に発生した疲労亀裂７に作用する主な引張荷重が不明確な場合には、このような円形又は楕円形状で、同心円状の複数列の歯が形成されたスプライスプレート９を使用する。それにより、適用できる作用荷重レベルは矩形のスプライスプレートよりは劣るものの、亀裂はどの方向についても圧縮状態となり、適用範囲内ではより確実に進展を止めることが出来る。
【００１６】
以上の、本発明の工法およびスプライスプレートの効果を以下の疲労試験によって確認した。
図５に示すような、幅１００ｍｍ、長さ６００ｍｍの平鋼板により試験体を作成し、従来の方法を含む各種の疲労亀裂補修工法を施した上で、疲労試験で比較を行った。中には疲労亀裂残しの状態を再現した試験体を含む。試験体の板厚は全て９ｍｍであり、材質はＳＭ４９０Ｙである。高力ボルトはＭ２０のＦ１０Ｔとした。普通のスプライスプレート１８はＳＭ４９０Ｙであり、本発明の歯を持つスプライスプレート９は引張強度９００ＭＰａ級の鋼材を用いた。ストップホール８の径は２２ｍｍであり、板の中央に穿孔した。亀裂先端を残す場合は、３０ｍｍ長さの人工亀裂１９を板中央に入れた。その結果の一覧を表１に示す。疲労試験は２．０×１０６までで打ち切りとしている。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
図５（ａ）は、表１のＮｏ．１を示すもので、人工亀裂１９をそのままにしており、疲労亀裂補修をしていない試験体であり、疲労寿命は著しく短い。表１のＮｏ．２とＮｏ．３はストップホール８を施工をした場合に相当する試験体であり、疲労寿命は向上しているが２００万回は保っていないし、試験応力が高くなるとなお疲労寿命が低下することがわかる。図５（ｂ）は、表１のＮｏ．４を示すもので、ストップホール８の施工が失敗した場合であり、何もしない場合Ｎｏ．１よりは少し寿命は長いものの、ほとんど向上していない。Ｎｏ．５とＮｏ．６は、ストップホール８の施工後、高力ボルト１４と普通板１８による疲労補修を施したものである。ストップホール８のみの場合Ｎｏ．２とＮｏ．３よりも疲労寿命が向上しているものの、やはり最終的には破断に至っている。図５（ｃ）（ｄ）は、表１のＮｏ．７を示すもので、ストップホール８の施工が失敗した場合、高力ボルト１４と普通板１８による補修法を実施した例であるが、ストップホール８の失敗例Ｎｏ．４よりは少し長く持ったものの、やはりほとんど向上が無い。ここまでのＮｏ．１〜７は結果は不良であると言える。
【００１９】
図５（ｅ）（ｆ）は、表１のＮｏ．８とＮｏ．９を示すもので、本発明による矩形で向かい合わせに歯を形成したスプライスプレート９を用いた場合であるが、人工亀裂１９の先端を残しているにもかかわらず、他の場合よりも高い試験応力に対して亀裂が出ていず、結果は良好であり、本発明の有効性を示している。また、Ｎｏ．１０とＮｏ．１１は本発明による同心円状に歯を持つスプライスプレート９を用いた場合であるが、こちらの方も、他の場合よりも高い試験応力に対して大幅に寿命が向上しているため結果は良好であり、本発明の有効性を示している。ただし、Ｎｏ．１１に関しては亀裂が出ており、矩形断面の方がより高い作用応力まで効果を発揮していることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】
本願発明の構成により、ストップホールの形成位置と疲労亀裂の先端の正確な位置とに多少の誤差があったとしても、高摩擦鋼板からなるスプライスプレートの板材と接する面に形成された複数列の歯が、高力固定ボルトによる板材への締め付け力により、板材に発生した疲労亀裂に対して圧縮力として作用するため、疲労亀裂の進展を確実に止めることができる疲労亀裂補修工法を提供できる。また、スプライスプレートの形状を円形又は楕円形状とし、ストップホールの中心方向に圧縮力が作用するように歯の向きが方向付けられた同心円状の複数列の歯を形成することにより、荷重方向等が不明確の場合、ストップホールを中心とした圧縮力が作用するため、確実に疲労亀裂の進展を止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）本発明の疲労亀裂補修工法を説明するための鋼構造としてＩ形鋼を例とした概略図。
【図２】（ａ）（ｂ）本発明のスプライスプレートで設置状態を示す断面図と裏面図。
【図３】本発明の円形状のスプライスプレートの裏面図。
【図４】（ａ）（ｂ）本発明のスプライスプレートの歯の作用を示す断面図。
【図５】（ａ）〜（ｆ）本発明の効果を確認するための試験を示す図。
【符号の説明】
１：Ｉ形鋼
２：ウェブ
３：上フランジ
４：下フランジ
５：補剛材
６：溶接部
７：疲労亀裂
８：ストップホール
９：スプライスプレート
１０：高力ボルト挿通孔
１１：歯
１２：垂直部
１３：傾斜部
１４：高力ボルト
１５：雄ねじ部
１６：ワッシャ
１７：ナット
１８：普通板
１９：人工亀裂
【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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