(57)【要約】【課題】鉄橋等の鋼構造物を簡便に補強できるうえ、鋼構造物の機械的強度や靭性とともに、弾性率を高めてクラック発生なども防止できるようにする。【解決手段】鋼構造物(１)の表面に、熱硬化性樹脂により繊維製シート(２)と複数の金属製補強体(３)と第２の繊維製シート(４)とを順に貼り付ける。金属製補強体(３)は、その長さ方向が鋼構造物(１)の長さ方向と平行になるように配置しておく。そして上記の熱硬化性樹脂を硬化させることにより、繊維製シート(２・４)と金属製補強体(３)とを鋼構造物(１)の表面に確りと固定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼構造物(１)の表面に繊維製シート(２)と金属製補強体(３)とを熱硬化性樹脂を用いて貼り付けたのち、この熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする鋼構造物の補強方法。
【請求項２】
鋼構造物(１)の表面側から順に、繊維製シート(２)と金属製補強体(３)とを貼り付けることを特徴とする、請求項１に記載の鋼構造物の補強方法。
【請求項３】
鋼構造物(１)の表面側から順に、繊維製シート(２)と金属製補強体(３)と第２の繊維製シート(４)とを貼り付けることを特徴とする、請求項１に記載の鋼構造物の補強方法。
【請求項４】
上記の金属製補強体(３)が、ステンレス鋼材又は防錆処理を施した鋼材であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の鋼構造物の補強方法。
【請求項５】
上記の鋼構造物(１)が既設の構造物であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の鋼構造物の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼構造物の補強方法に関し、さらに詳しくは、例えば鉄橋のトラスト構造などの、鋼構造物の効率的な補強方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
鋼材は、優れた強度や靭性、高い弾性率などを備えることから、鉄橋のトラスト構造やその他の構造物に用いられている。この鋼構造物は、屋外に露出させて配置された場合、日光や風雨などに曝されると腐食により板厚が減少する、いわゆる減肉を生じ、構造特性が著しく低下することがある。
従来はこの減肉を生じた場合、補強用の鋼板をボルトや溶接、接着剤などで固定することで補強する方法がある(例えば、特許文献１参照。以下、従来技術１という。)。
【０００３】
しかしながら、この従来技術１では、ボルトによる固定では補強用の鋼板と鋼構造物とを一体化することが容易でなく、溶接による場合は高度な溶接技術が必要とされるうえ、特に鉄橋のトラスト構造など高所での作業が極めて困難な問題がある。さらに、鋼構造物の補強対象となる部分の形状に厳密に合わせて補強用鋼板を制作する必要があるので、コストがかかり、作業性も問題がある。
また、接着剤による補強用鋼板の固定では、鋼構造物と補強用鋼板との接着力を十分に高くすることが容易でないために、剥離を生じる問題がある。
【０００４】
また、他の従来の鋼構造物の補強方法として、補強用鋼板に代えて、高強度繊維を接着剤で鋼構造物の表面に貼り付ける方法がある(例えば、特許文献２参照。以下、従来技術２という。)。
【０００５】
しかしながら、高強度繊維材は鋼材などに比べて十分に高い引張強度を備えるものの、弾性率については鋼材よりも小さい場合がある。このため、この従来技術２では、弾性率に基づいて設計された鋼構造物を補強する場合に、例えばアラミド繊維やガラス繊維では多量の繊維材を必要とし、安価に実施できない問題があった。また、弾性率の高い炭素繊維においては、炭素繊維が通電性であるために、鋼構造物の表面に貼り付けた場合、炭素繊維と鋼構造物の電位差から、鋼構造物の腐食が促進される問題があり、炭素繊維の使用は制限を受けやすい。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−５４４９９号公報
【特許文献２】特開２００２−３５７００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記の問題点を解消し、鋼構造物を簡便に補強できるうえ、鋼構造物の機械的強度や弾性率を高めるとともに靭性を向上させ、終局破壊強度を向上できる、鋼構造物の補強方法を提供することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するために、鋼構造物の補強方法において、鋼構造物(１)の表面に繊維製シート(２)と金属製補強体(３)とを熱硬化性樹脂を用いて貼り付けたのち、この熱硬化性樹脂を硬化させることを特徴とする。
【０００９】
上記の繊維製シートは鋼構造物の表面に沿わせることにより、補強材の一部として作用するとともに、この繊維製シートを介して金属製補強体が鋼構造物に確りと固定される。この金属製補強体は弾性率が高いので、曲げ応力等に対して効果的に作用する。
【００１０】
鋼構造物の表面に直接金属製補強体を配置した場合は、この鋼構造物と金属製補強体の間の接着が弱く、外力が働くと容易にはがれる惧れがある。従って、鋼構造物の表面側から順に、繊維製シートと金属製補強体とを貼り付け、あるいはその上にさらに第２の繊維製シートを貼り付けることで、この繊維製シートを介して金属製補強体を鋼構造物に一層しっかりと固定することができる。
【００１１】
上記の金属製補強体の材質は特定の材質に限定されないが、力学特性的には弾性率が高いほど好ましく、具体的にはステンレス鋼材や防錆処理を施した鋼材などが好ましい。
上記の金属製補強体の形態は特に限定されないが、板状や線状が好ましい。板状の場合には、取扱いの容易さやコスト等の観点から、幅は５〜２００mm、好ましくは１０〜１００mmのものが用いられ、厚さは０.２〜２.５mmのものが用いられるが、特にこれらの寸法に限定されるものではない。また、線状の場合には、その直径は０.２〜３.５mmのものが用いられるが、特にこれらの寸法に限定されるものではない。
上記の金属製補強体は、鋼構造物の表面形状が円筒面などの曲面である場合、この鋼構造物の表面形状にあった形状に加工しても良い。
【００１２】
上記の繊維製シートの材質としては、例えばポリビニル繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、パラ系アラミド繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、炭素繊維及びガラス繊維などを挙げることができる。ただし、炭素繊維の場合には、通常、鋼構造物や補強用鋼板と絶縁する必要がある。
上記の繊維製シートの形態としては織物、編物又は不織布であってもよい。織物としては平織、綾織などが挙げられる。繊維製シートの目付は例えば５０〜２０００g/m2が好ましい。
【００１３】
上記の熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、メタクリレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂又はビニルエステル樹脂、ウレアウレタン樹脂等の公知の熱硬化性樹脂が挙げられる。このなかで、常温硬化型エポキシ樹脂が好ましい。この場合の標準使用量は繊維製シートの種類にもよるが、下塗りの場合、０.２〜２kg/m2であり、上塗りの場合は０.２〜１kg/m2である(全体では０.５〜３.０kg/m2の範囲となる)。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上記のように構成され作用することから、次の効果を奏する。
即ち、熱硬化性樹脂を用いて、鋼構造物の表面に繊維製シートと金属製補強体を貼り付けたのち、この熱硬化性樹脂を、例えば常温下などで、硬化させるだけであるので、溶接装置など大型の設備を必要とせず、簡単に施行できるうえ、上記の繊維シートを介して金属製補強体を鋼構造物に確りと固定することができ、容易に剥離することがなく、鋼構造物を確実に補強することができる。
【００１５】
そして、上記の繊維製シートは補強材の一部として作用し、特に高強度繊維を用いた場合は引張強度が高く、金属製補強体とともに鋼構造物の強度性能を効率よく高めることができ、終局破壊強度を向上できる。また、補強用鋼板を用いる前記の従来技術１と比べて形状的制約が少なく、施工が容易である。しかも、上記の金属製補強体は優れた靭性を備えるうえ、弾性率が高く、曲げ応力等に対して効果的に作用するので、鋼構造物に曲げ応力等が加わった際の、クラック発生などを効果的に防止でき、繊維製シートのみで補強する前記の従来技術２に比べて、大幅に安価に実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１は本発明の実施形態を示し、補強された鋼構造物の要部を拡大した一部破断斜視図である。
【００１７】
図１に示すように、Ｈ型鋼などの鋼構造物(１)の表面には、最初に繊維製シート(２)が貼り付けられ、この繊維製シート(２)の外側に複数の長尺金属製補強板(３)が、その長さ方向を鋼構造物(１)の長さ方向と平行に配置され、さらにその外側に第２の繊維製シート(４)が貼り付けられ、これらの各補強材(２・３・４)が、熱硬化性樹脂により固定されている。
【００１８】
次に、上記の鋼構造物(１)の表面に各補強材を固定する手順について説明する。
最初に、上記の鋼構造物(１)は、好ましくは予め表面処理が施される。
即ち、鋼構造物(１)の表面がグラインダー等で研磨され、錆や微細な凹凸部、汚れなどが除去される。グラインダーとしては例えばバフ加工用のグラインダーでよい。この研磨処理は鋼構造物(１)表面の錆や汚れなど、表面上の弱い層を除去するものであり、サンドブラストなど他の研磨方法によって行ってもよい。なお、鋼構造物(１)の表面に脆弱層がない等の場合はこの研磨処理を省いてもよい。
【００１９】
次に、上記の鋼構造物(１)の表面が乾燥されていることを確認したのち、例えば粘度の低い常温硬化型エポキシ樹脂のプライマーがローラー、刷毛等で塗布される。このとき、上記の鋼構造物(１)の表面に段差がある場合は、エポキシ系パテ等の不陸調整材を用いて平坦に仕上げるのが好ましい。上記のプライマー樹脂使用量は表面の状態にもよるが通常０.１〜０.３kg/m2である。なお、プライマー処理における樹脂の種類には前記の熱硬化性樹脂と同種類とするのが好ましい。また、上記のプライマーには、鋼構造物の防触を目的とした防錆材料など、任意の成分を必要に応じて添加しても良い。
【００２０】
次に、上記の熱硬化性樹脂が上記の鋼構造物(１)の表面に下塗りされたのち、上記の繊維製シート(２)が鋼構造物(１)の表面に貼り付けられ、次いで上記の金属製補強板(３)が、その長さ方向を上記の鋼構造物(１)の補強を必要とする方向と平行にして上記の繊維製シート(２)の外側に配置される。そして上記の下塗り熱硬化性樹脂が繊維製シート(２)へ十分含浸したことが確認された後、さらにその上に同じく熱硬化性樹脂の上塗りが行われる。この場合の標準使用量は繊維の種類にもよるが、下塗りの場合０.２〜２kg/m2であり、上塗りの場合は０.２〜１kg/m2である(全体では０.５〜３.０kg/m2の範囲となる)。
【００２１】
次に、第２の繊維製シート(４)が上記の金属製補強板(３)の上に、上記の鋼構造物や金属製補強板(３)の補強を必要とする方向と交差する方向に、好ましくは直角方向に貼り付けられ、上記と同種の熱硬化性樹脂が上塗りされる。なお、この第２の繊維製シート(４)や上記の繊維製シート(２)は、上記の鋼構造物(１)が鋼管である場合など、鋼構造物(１)の周囲に捲き付けることができる場合は、それぞれの繊維シート(２・４)を鋼構造物(１)の表面に捲きつけても良い。
【００２２】
上記の手順により、鋼構造物(１)の表面には、繊維製シート(２)と金属製補強板(３)と第２の繊維製シート(４)とが順に貼り付けられる。このため、上記の鋼構造物(１)と金属製補強板(３)はいずれもこの間に介在する繊維製シート(２)に密着しており、従って、金属製補強板(３)は鋼構造物(１)に高い接着強度で固定することができる。
【００２３】
上記の繊維製シート(２・４)を鋼構造物(１)の表面に接着する際には、脱泡ローラーやゴムへらを使用して空気溜まりが残らないようにしごきながら、鋼構造物(１)の表面に貼付けることが望ましい。
また、繊維製シート(２・４)や金属製補強板(３)を接着したのち、上記の繊維製シート(２・４)に含浸した熱硬化性樹脂は、ビニールシート等で蔽って養生させることが好ましい。
なお、上記の繊維製シート(２・４)と金属製補強板(３)で補強された鋼構造物(１)は、さらに樹脂系塗装材料等を表面に塗布することもできる。
【００２４】
上記の実施形態では鋼構造物(１)としてＨ型鋼を用いたが、本発明により適用される鋼構造物はこの形状の鋼材に限定されるものではなく、他の形状や構造のものであってもよいことは、いうまでもない。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明の補強方法により鋼構造物を補強した場合の具体的な補強効果を、実施例に基づいて説明する。
【００２６】
補強される鋼構造物(１)としては、厚さ５mm、幅１０cm、長さ４０cmの鋼板を用いた。そしてこの鋼構造物(１)の表面を予め研磨したのち、常温硬化型エポキシ樹脂プライマー（住友ゴム工業株式会社製、商品名：GB30）を０.２kg/m2塗布した。そして、含浸接着剤として同じく常温硬化型エポキシ樹脂（住友ゴム工業株式会社製、商品名：GB35）をその外周表面にローラーで均一に塗布し、最初に繊維製シート(２)を貼り付け、その外側に厚さ２mmの金属製補強板(３)を、その長さ方向が鋼構造物(１)の長さ方向と平行になるように貼り付けたのち、上記の熱硬化性樹脂を上塗りした。そしてさらにその外側に、第２の繊維製シート(４)を１層巻き付け、熱硬化性樹脂を上塗りした。なお、上記の熱硬化性樹脂の量はいずれも０.５kg/m2であった。
そしてその後、上記の熱硬化性樹脂を硬化させて試験体を得た。
【００２７】
上記の繊維製シート(２)としては、アラミド繊維(東レデュポン株式会社製、商品名ケブラー４９)製シート(目付け量２８０ｇ/m2、耐力４０ｔｆ/ｍ)を用いた。
また、上記の第２の繊維製シート(４)としては、実施例１では上記のアラミド繊維製シートを、実施例２ではガラス繊維(Ｅガラス繊維)製シート(目付け量３００ｇ/m2)を、実施例３ではビニロン繊維製シート(目付け量３００ｇ/m2)を、それぞれ用いた。
【００２８】
上記の試験体は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４８に準拠する試験方法で曲げ強度を測定した。即ち、スパン間距離を２００mmとし、２つの支えは円形でその半径が５mm、中間押金具は半径が５mmの半円断面の、３点曲げ方式とした。試験体は補強面を下とし、クロスヘッド速度は２mm/分とした。これらの測定結果を、上記の補強を施していない鋼板を比較例として対比しながら、表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
上記の測定結果から明らかなように、本発明ではいずれの繊維材料を用いた場合であっても、鋼構造物(１)に金属製補強板(３)が、曲げ試験中に剥離することなく確りと固定されており、金属製補強板(３)による補強効果を良好に発揮させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は鉄骨構造物など、各種の鋼構造物に適用されるが、特に鉄橋など、屋外で露出される鋼構造物に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態を示す、補強された鋼構造物の要部を拡大した一部破断斜視図である。
【符号の説明】
【００３３】
１…鋼構造物
２…繊維製シート
３…金属製補強材(金属製補強板、ステンレス鋼板)
４…第２の繊維製シート
【図１】
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