(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トラス構造物の鋼構造部材である山形鋼等の開断面鋼材の補強方法であり、
開断面鋼材に添え材としての補強鋼材を開断面鋼材の一対の開放端を閉合して閉断面を形成するように添設し、開断面鋼材の外面と補強鋼材の外面に高強度繊維シートを接着しながら周方向に巻き付けることにより開断面鋼材と補強鋼材とを固定することを特徴とする鋼構造部材の補強方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼構造部材の補強方法において、高強度繊維シートを開断面鋼材の外面と補強鋼材の外面に二重以上に巻き付けると共に、巻き付けた高強度繊維シート同士の間にも接着剤を塗布することを特徴とする鋼構造部材の補強方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の鋼構造部材の補強方法において、山形鋼の開断面鋼材と山形鋼の補強鋼材により断面四角形の閉断面が形成されることを特徴とする鋼構造部材の補強方法。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の鋼構造部材の補強方法において、山形鋼の開断面鋼材と鋼板の補強鋼材により断面三角形の閉断面が形成されることを特徴とする鋼構造部材の補強方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の鋼構造部材の補強方法において、補強鋼材の内側には材軸に直交する補剛板材が材軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられていることを特徴とする鋼構造部材の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信用鉄塔や送電用鉄塔などの既存のトラス構造物の鋼構造部材を耐震補強する補強方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄塔などのトラス構造物の山形鋼の耐震補強は、図２（ａ）に示すように、山形鋼からなる既存部材５０に孔開け加工を施し、山形鋼や鋼板からなる添え材（補強鋼材）５１を重ね合わせ、ボルトにより固定する方法が考えられる。しかし、これは追加したボルト孔により有効断面積が減少し、既存部材の引張強度の低下を招く可能性がある。さらに、図２（ｂ）に示すように、既存部材５０にはステップボルト５２等の付属物があり、添え材５１を重ね合わせることはできない。
【０００３】
また、既存部材に接着剤により添え材を直接接着して、座屈耐力を向上させることも行われているが、既存部材に塗装または亜鉛めっき等が施されていた場合は、耐荷途中で剥離が生じ、所定の耐力を発揮できない可能性があり、剥離を生じさせないためには、塗装または亜鉛めっき等を除去する必要があった。
【０００４】
また、本発明に関連する先行技術として特許文献１、２がある。特許文献１の発明は、形鋼や鋼管で構成される既存トラス構造物の座屈強度補強方法に関するものであり、既存トラス構造物に載架させる新規重量物の荷重を加味した構造計算を改めて行い、この結果から圧縮応力が安全座屈強度を超えてしまうことになる弱点トラス部材を割り出し、それぞれについて防錆塗料を完全に取り去り、弱点トラス部材と材質が同一の所要長さの山形鋼の添え材を山形鋼の弱点トラス部材の谷側の面に添設し、あるいは半割り鋼管の添え材を鋼管の弱点トラス部材に挟着し、エポキシ系樹脂で接着し、適宜のクランプ手段でクランプし、弱点トラス部材と添え材の変断面圧縮材によりトラス載荷能力を向上させるものである。
【０００５】
特許文献２の発明は、鉄筋コンクリートや鉄骨鉄筋コンクリート造の既設の柱梁架構に鉄骨等のブレースを設置して補強する既設の柱梁架構の耐震補強方法に関するものであり、柱面の一部に対して少なくともブレースを取り付ける部分が柱面から突出するように断面凸状に形成された鋼板を当接し、柱面及び鋼板外面に沿って高強度繊維シートを接着しながら巻き付けることで鋼板を柱に固定し、柱面と鋼板内面との間の空間にコンクリートを充填し、鋼板外面にブレースの端部を取り付けるものである。
【０００６】
【特許文献１】特開平６−３３０６４３号公報
【特許文献２】特開平１０−１８４０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述したように、トラス構造物の山形鋼の耐震補強において、添え材をボルトで重ね合わせる方法では、追加したボルト孔により有効断面積が減少して、既存部材の引張強度の低下を招く可能性があり、また既存部材にステップボルト等の付属物がある場合には補強ができない等の課題がある。また、接着剤による方法では、剥離を生じさせないために塗装または亜鉛めっき等を除去する必要がある等の課題がある。
【０００８】
本発明は、前述のような課題の解決を図ったものであり、トラス構造物の既設部材を添え材で補強するに際し、ボルトを用いることなく、また既設部材にステップボルト等の付属物がある場合にも、既設部材に添え材を取り付けることができ、さらに塗装や亜鉛めっき等の有無に関わらず、既設部材に添え材を確実に固定することができ、しかも既存部材の耐力を確実に向上させることができる鋼構造部材の補強方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１に係る発明は、トラス構造物（通信用鉄塔や送電用鉄塔など）の鋼構造部材である山形鋼等の開断面鋼材（山形鋼、溝形鋼、Ｈ形鋼など）の補強方法であり、開断面鋼材に添え材としての補強鋼材（山形鋼や鋼板など）を開断面鋼材の一対の開放端を閉合して閉断面を形成するように添設し、開断面鋼材の外面と補強鋼材の外面に高強度繊維シート（柔軟性のあるポリエステル繊維や炭素繊維などのシート）を接着しながら周方向に巻き付けることにより開断面鋼材と補強鋼材とを固定することを特徴とする鋼構造部材の補強方法である。
【００１０】
本発明は、既存の山形鋼などの開断面鋼材に山形鋼や鋼板などの補強鋼材を重ね合わせて補強するのではなく、山形鋼や鋼板などの開断面鋼材に山形鋼や鋼板などの補強鋼材を蓋をするように添設して閉断面を形成するものである。柱材において、圧縮力が作用した場合、添え材としての補強鋼材には直接圧縮力が伝達されるのではなく、座屈を拘束することにより、耐力を向上させるものである。
【００１１】
高強度繊維シートは、補強鋼材の全長にわたって設けてもよいが、補強鋼材の例えば両端部と中間部に設けるだけでも、既存部材を補剛する効果が得られる。繊維シートの接着には、例えばエポキシ樹脂接着剤を使用し、接着剤は繊維シートと開断面鋼材及び補強鋼材の間に塗布することで、既存部材の表面仕上げの状態に関わらず、既存部材と補強鋼材とを接着力により保持できる。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の鋼構造部材の補強方法において、高強度繊維シートを開断面鋼材の外面と補強鋼材の外面に二重以上に巻き付けると共に、巻き付けた高強度繊維シート同士の間にも接着剤を塗布することを特徴とする鋼構造部材の補強方法である。接着剤を二重以上に巻き付けた高強度繊維シート同士の間にも塗布すれば、既存部材の表面仕上げの状態に関わらず、補強鋼材を既存部材に確実に固定できる。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の鋼構造部材の補強方法において、山形鋼の開断面鋼材と山形鋼の補強鋼材により断面四角形の閉断面が形成されることを特徴とする鋼構造部材の補強方法である。即ち、山形鋼と山形鋼により断面ロの字形の閉断面を形成する場合である。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の鋼構造部材の補強方法において、山形鋼の開断面鋼材と鋼板の補強鋼材により断面三角形の閉断面が形成されることを特徴とする鋼構造部材の補強方法である。即ち、山形鋼と鋼板により断面三角形の閉断面を形成する場合である。
【００１５】
本発明の請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の鋼構造部材の補強方法において、補強鋼材の内側には材軸に直交する補剛板材（スチフナ）が材軸方向に所定の間隔をおいて取り付けられていることを特徴とする鋼構造部材の補強方法である。即ち、補剛板材を例えば繊維シートが巻き付く箇所に配置し、端面を開断面鋼材の内面に当接させて繊維シートで緊縛することにより、補強鋼材のずれを防止するものである。
【発明の効果】
【００１６】
(1) 既存の山形鋼などの開断面鋼材に山形鋼や鋼板などの補強鋼材を蓋をするように添設して閉断面を形成し、高強度繊維シートを巻いて補強するため、ボルトを用いることなく、孔開け加工をすることなく、添え材を取り付けて補強を行うことができる。ボルト孔による有効断面積の減少がなく、既存の鋼構造部材の強度低下を防止することができる。
【００１７】
(2) 補強鋼材を蓋をするように添設するため、既存の山形鋼などの開断面鋼材にステップボルト等の付属物がある場合にも補強が可能である。
【００１８】
(3) 既存の開断面鋼材と補強鋼材とを高強度繊維シートで固定するため、既存の開断面鋼材の塗装や亜鉛めっき等の有無に関わらず、剥離に対する強度を確保することができる。塗装や亜鉛めっき等を除去する必要がなく、コストの低減を図ることができる。
【００１９】
(4) 開断面鋼材の外面と補強鋼材の外面に二重以上に巻き付けた高強度繊維シート同士の間にも接着剤を塗布することで、既存の鋼構造部材に補強鋼材を確実に固定でき、既存の鋼構造部材の座屈耐力を向上させることができる。
【００２０】
(5) 既存の開断面鋼材に補強鋼材を添設して座屈に対して補剛する形式であるため、添え材への応力分担は小さくても、既存の鋼構造部材の耐力上昇が期待できる。
【００２１】
(6) 添え材としての補強鋼材に補剛板材を設けることで、補強鋼材のずれ防止を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、通信用鉄塔や送電用鉄塔の主柱材や斜材等の鋼構造部材の補強に適用した例である。図１は、本発明の補強方法を鉄塔主柱材に適用した例を示したものである。図２は、従来と本発明の補強方法の違いを示したものである。
【００２３】
図１において、鉄塔主柱材の既存部材１は開断面鋼材としての山形鋼であり、この山形鋼既存部材１には斜材が取り付くガセットプレート２が材軸方向に所定の間隔をおいて取付けられており、上下のガセットプレート２、２間が補強区間とされている。
【００２４】
この補強区間において山形鋼既存部材１に添え材としての補強鋼材３を山形鋼既存部材１の一対のフランジ１ａ、１ａの開放端を閉合して閉断面を形成するように添設し、山形鋼既存部材１の外面と補強鋼材３の外面に高強度繊維シート４を接着剤で接着しながら周方向に巻き付けることにより山形鋼既存部材１と補強鋼材３とを固定する。柱材において圧縮力が作用した場合、補強鋼材３に直接圧縮力が作用するのではなく、補強鋼材３が補剛材として作用し、座屈を拘束することにより耐力を向上させる。
【００２５】
補強鋼材３には、山形鋼を用い、その一対のフランジの開放端を山形鋼既存部材１の一対のフランジの開放端に突き合わせ、断面正方形の閉断面が形成されるようにする（図１（ｄ）、（ｅ）参照）。あるいは、鋼板を用い、両側部の内面を山形鋼既存部材１の一対のフランジの開放端に突き合わせ、断面直角二等辺三角形の閉断面が形成されるようにする（図１（ｆ）、（ｇ）参照）。
【００２６】
高強度繊維シート４は、補強区間の全長にわたって設ける必要はなく、補強鋼材３の両端部とその中間部に設けることで、山形鋼既存部材１を補剛する効果が得られる。高強度繊維シート４には、柔軟性のあるポリエステル繊維または炭素繊維などのシートを用い、エポキシ樹脂接着剤等を用いて接着する。この接着剤は繊維シート４と鋼材１、３との間のみならず、二重以上に巻き付けた繊維シート４、４同士の間に塗布することで、山形鋼既存部材１の表面仕上げの状態に関わらず、接着力を保持することができる。
【００２７】
補強鋼材３の内面には材軸方向に直交する補剛板材（スチフナ）５を材軸方向の両端部と中間部に取り付け、この補剛板材５の端面を山形鋼既存部材１の内面に当接させ、繊維シート４で緊縛することで、補強鋼材３のずれを防止する。この補剛板材５は、補強鋼材３が山形鋼の場合、平面形状が正方形であり、補強鋼材３が鋼板の場合、平面形状が直角三角形である。いずれの場合も、補剛板材５の角部には山形鋼既存部材１のコーナー部を避けるための面取りが施されている。
【００２８】
本発明によれば、山形鋼既存部材１に山形鋼や鋼板などの補強鋼材３を蓋をするように添設して閉断面を形成し、高強度繊維シート４を巻いて固定するため、従来のようにボルトを用いることなく、孔開け加工をすることなく、添え材による補強を行うことができる。また、山形鋼既存部材１に補強鋼材３を蓋をするように添設するため、図２に示すように、山形鋼既存部材１にステップボルト５２等の付属物がある場合にも補強が可能である。また、山形鋼既存部材１と補強鋼材３とを高強度繊維シート４で固定するため、山形鋼既存部材１の塗装や亜鉛めっき等の有無に関わらず、剥離に対する強度を確保することができる。さらに、山形鋼既存部材１の外面と補強鋼材３の外面に二重以上に巻き付けた高強度繊維シート４同士の間にも接着剤を塗布することで、山形鋼既存部材１に補強鋼材３を確実に固定でき、山形鋼既存部材１の座屈耐力を向上させることができる。しかも、山形鋼既存部材１に補強鋼材３を添設して座屈に対して補剛する形式であるため、補強鋼材３への応力分担は小さくても、山形鋼既存部材１の耐力上昇が期待できる。
【００２９】
なお、以上は、鉄塔に適用した場合について説明したが、これに限らず、その他のトラス構造物の鋼構造部材の補強にも本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の補強方法の一実施形態を示したものであり、（ａ）は補強された鋼構造部材の側面図、（ｂ）は補強鋼材の側面図、（ｃ）は補強鋼材の斜視図、（ｄ）は（ａ）の水平断面図、（ｅ）は（ｂ）の水平断面図、（ｆ）、（ｇ）は補強鋼材の形状が異なる場合の水平断面図である。
【図２】鋼構造部材の水平断面図であり、（ａ）は従来の補強方法、（ｂ）はステップボルト、（ｃ）、（ｄ）は本発明の場合である。
【符号の説明】
【００３１】
１…山形鋼既存部材
１ａ…フランジ
２…ガセットプレート
３…補強鋼材（添え材）
４…高強度繊維シート
５…補剛板材（スチフナ）
【図１】
0004399642.tif 000002
【図２】
0004399642.tif 000003