(57)【要約】【課題】耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる梁端補強方法および梁端補強構造を提供する。【解決手段】鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジ６に断面欠損部１０を設ける一方で、梁下フランジ下面６ａと柱頭部２の側面２ａとに跨ってシート状の第一補強材１４を設け、次いで、第一補強材１４の柱頭部２の側面２ａに設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材１６を柱頭部２の外周に巻き付けるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けることを特徴とする梁端補強方法。
【請求項２】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする請求項１に記載の梁端補強方法。
【請求項３】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする請求項２に記載の梁端補強方法。
【請求項４】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合することを特徴とする請求項２または３に記載の梁端補強方法。
【請求項５】
シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付ける際に、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けてある第一補強材にプレテンションを導入することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の梁端補強方法。
【請求項６】
鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有することを特徴とする梁端補強構造。
【請求項７】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする請求項６に記載の梁端補強構造。
【請求項８】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする請求項７に記載の梁端補強構造。
【請求項９】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合したことを特徴とする請求項７または８に記載の梁端補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼構造物の梁端補強方法および梁端補強構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、わが国の鋼構造建物は、大地震時の梁端の塑性化を許容あるいは期待して設計される例が多い。しかしながら、過大な地震入力においては梁端の破断が生じる可能性もある。
【０００３】
このような梁端の破断を防止するための補強対策として、カバープレートなどの補助ピースを梁端に溶接する等の補強工法が数多く提案されている（例えば、非特許文献１参照）。ただし、使用中の既存建物の中で溶接施工する場合には、火花養生や使用中の情報通信機器に対する電磁波対策などが必要になる。溶接を使わない方杖補強工法も従来提案されているが、これは柱がＨ形鋼である場合に限られたり、梁端の耐力が大きくなりすぎるといった問題がある。
【０００４】
一方、溶接を使わない上記以外の補強技術として、例えば特許文献１に示される柱・梁接合部の補強構造が知られている。この補強構造は、強化用繊維シート状物を柱、梁およびダイヤフラムの三者に跨がって貼り付けたものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「既存鉄骨造建築物の耐震改修施工マニュアル  改訂版」、日本建築防災協会発行、建設省住宅局建築指導課・社団法人日本鋼構造協会・財団法人日本建築防災協会共同編集、２００７年１０月
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５４９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、梁端を補強しない場合には、図１３に示すように、応力が最大となる梁端で破断する可能性が高い。これに対し、図１４に示すように、梁下などにカバープレートや強化用繊維シート状物等の補強材を設ければこの部分の耐力が上がるので、梁端の破断の可能性を低くすることが可能となる。しかしこの場合、補強による耐力上昇によって柱梁耐力比が当初の設計値とは異なってしまい、崩壊形が梁降伏から柱降伏へと移行して結果的に層崩壊につながるおそれがある。これを回避するため、補強による耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる梁端補強方法および梁端補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項１に係る梁端補強方法は、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る梁端補強方法は、上述した請求項１において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る梁端補強方法は、上述した請求項２において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る梁端補強方法は、上述した請求項２または３において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５に係る梁端補強方法は、上述した請求項１〜４のいずれか一つにおいて、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付ける際に、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けてある第一補強材にプレテンションを導入することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項６に係る梁端補強構造は、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項７に係る梁端補強構造は、上述した請求項６において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項８に係る梁端補強構造は、上述した請求項７において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の請求項９に係る梁端補強構造は、上述した請求項７または８において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る梁端補強方法によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けるので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、梁端の変形性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係る梁端補強構造によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有するので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、梁端の変形性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施例１を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の実施例１に係る梁端補強構造の見上げ図である。
【図３】図３は、本発明の実施例１による梁の曲げ応力分布を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施例２を示す側面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る梁端補強構造の見上げ図である。
【図６】図６は、補強しない場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図７】図７は、第一補強材を設けた場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図８】図８は、断面欠損部を塞ぐように第一補強材を設けた場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図９】図９は、本発明の実施例２の第一補強材の接合例を示す側面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施例２の第一補強材の他の接合例を示す側面図である。
【図１１】図１１は、本発明による補強パターン例を示す見上げ図である。
【図１２】図１２は、本発明による他の補強パターン例を示す見上げ図である。
【図１３】図１３は、補強しない場合の梁の曲げ応力分布を示す図である。
【図１４】図１４は、補強した場合の梁の曲げ応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の断面欠損部は、第一補強材の補強範囲外または範囲内に設けることが可能である。このため、断面欠損部が補強範囲外にある場合を実施例１、断面欠損部が補強範囲内にある場合を実施例２として以下説明するものとする。なお、これら実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【００２２】
［実施例１］
まず、本発明の実施例１（断面欠損部が補強範囲外にある場合）について説明する。
図１（ａ）に示すように、角形鋼管（鋼材）からなる柱頭部２の梁接合側面に突設したガセットプレート２０に、Ｈ形鋼からなる梁８のウェブ２２端部がボルト２４で接合してある。梁８は梁上フランジ４と梁下フランジ６を具備している。
【００２３】
本実施例１に係る梁端補強方法の手順としては、まず、梁端近傍の梁下フランジ６に貫通孔１０（断面欠損部）を設け、梁下フランジ下面６ａと、柱頭部２の側面２ａとに跨って繊維補強シート１４（シート状の第一補強材）を接着剤等で貼り付ける。ここで、梁下フランジ下面６ａの繊維補強シート１４は、貫通孔１０よりも柱に近い側に貼り付けるようにする。この結果、貫通孔１０は繊維補強シート１４補強範囲の外側に位置することになる。
【００２４】
続いて、図１（ｂ）に示すように、繊維補強シート１４の柱頭部２の側面２ａに貼り付けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部２の外周に繊維補強シート１６（シート状の第二補強材）を巻き付けて接着剤等で固定する。この繊維補強シート１６は柱頭部２の補強も兼ねている。このようにして、本実施例１の梁端補強構造１００を得ることができる。梁端補強構造１００の見上げ図を図２に示す。
【００２５】
ところで、既往の研究（下記の参考文献１参照）によれば、梁フランジに孔を設けることで梁端の塑性変形能力が向上することが指摘されている。
【００２６】
［参考文献１］  孔空きフランジ方式を用いた現場溶接型柱梁溶接接合部の変形能力に関する実験的研究、建築学会構造系論文集第５８５号、２００４年１１月、中込忠男他
【００２７】
このため、本実施例１では、図３に示すように、貫通孔１０を繊維補強シート１４の補強範囲よりも応力の小さい側、つまりシート補強範囲の外側に設けると、梁はこの周辺で降伏し易くなって塑性変形能力が高められる。こうすることで、シート補強による耐力上昇を制御することができる。
【００２８】
このように、本実施例１によれば、繊維補強シート１４、１６の荷重伝達により、溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、梁母材に設けた貫通孔１０によって、シート補強による耐力上昇を制御し、梁端の塑性変形性能の向上を図ることができる。これにより、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【００２９】
また、繊維補強シート１６を柱に巻き付けることによって、柱頭部２の局部座屈に対する補強とすることができる。さらに、繊維補強シート１４、１６は、軽量であることから施工し易い上、狭隘な場所でも取り扱いが容易であり、特殊な作業機械は必要ではないという利点がある。
【００３０】
［実施例２］
次に、本発明の実施例２（断面欠損部が補強範囲内にある場合）について説明する。以下では、上記の実施例１で説明した部材には同じ符号を付すものとして一部説明を省略する。
【００３１】
本実施例２に係る梁端補強方法の手順としては、まず、図４（ａ）に示すように、梁端近傍の梁下フランジ６に貫通孔１２（断面欠損部）を設け、梁下フランジ下面６ａと、柱頭部２の側面２ａとに跨って繊維補強シート１４（シート状の第一補強材）を貼り付ける。ここで、梁下フランジ下面６ａの繊維補強シート１４は、貫通孔１２を塞ぐように貼り付けるようにする。この結果、貫通孔１２は繊維補強シート１４補強範囲内に位置することになる。
【００３２】
続いて、図４（ｂ）に示すように、繊維補強シート１４の柱頭部２の側面２ａに貼り付けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部２の外周に繊維補強シート１６（シート状の第二補強材）を巻き付けて接着剤等で固定する。この繊維補強シート１６は柱頭部２の補強も兼ねている。このようにして、本実施例２の梁端補強構造２００を得ることができる。梁端補強構造２００の見上げ図を図５に示す。
【００３３】
この梁端補強構造２００の力学的作用について図６〜図８を参照しながら説明する。
図６（ａ）はシート補強しない場合の梁の側面図であり、図６（ｂ）はこの梁の耐力分布図である。図中、縦軸は梁の曲げ耐力を、横軸は梁の長手方向の位置を示している。この図６に示すように、補強しない場合には梁の耐力は一定値Ｍ０である。この梁下に繊維補強シート１４を貼り付けて補強すると、図７の梁側面図（ａ）および耐力分布図（ｂ）が得られる。
【００３４】
この図７に示すように、繊維補強シート１４を貼り付けた部分の耐力値はＭ１だけ上昇する。この耐力上昇によって、梁端の崩壊形が当初の設計から変化する可能性がある。
【００３５】
そこで、図７のシート補強範囲内の梁母材に貫通孔１２を設けると、図８の梁側面図（ａ）および耐力分布図（ｂ）が得られる。この図８に示すように、梁の耐力はシート補強分だけ上昇するが、梁母材の耐力は貫通孔１２の部分で低下する。
【００３６】
このように、貫通孔１２を設けることで梁母材の耐力を意図的に下げることができる。この耐力低下分は、本実施例２ではシート補強による耐力上昇分で補われる。また、上記の実施例１で説明したとおり、梁フランジに孔を設けることで梁端の塑性変形能力が向上するので（上記の参考文献１参照）、結果として、梁端の耐力は元のままで梁の変形能力が高められる。これにより、シート補強による梁端の耐力上昇を制御し、梁の変形能力の向上を図ることができる。こうすることで、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【００３７】
このように、本実施例２によれば、繊維補強シート１４、１６の荷重伝達により、溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、梁母材に設けた貫通孔１２によって、シート補強による耐力上昇を制御し、梁端の塑性変形性能の向上を図ることができる。こうすることで、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【００３８】
また、繊維補強シート１６を柱に巻き付けることによって、柱頭部２の局部座屈に対する補強とすることができる。さらに、繊維補強シート１４、１６は、軽量であることから施工し易い上、狭隘な場所でも取り扱いが容易であり、特殊な作業機械は必要ではないという利点がある。
【００３９】
なお、本実施例２における繊維補強シート１４の接着方法については、図９に示すように、貫通孔１２よりも柱から遠い側を接着部分Ａとする一方、貫通孔１２よりも柱に近い側および貫通孔１２周辺を非接着部分Ｂとして、シート１４を梁下フランジ下面６ａに対して部分的に接着することが好ましい。こうすることで、貫通孔１２周辺で複雑な応力状態が生じるのを避けることができる。
【００４０】
また、図１０に示すように、繊維補強シート１４に孔を開けて、この孔と貫通孔１２とにボルト１８を差し込むことで繊維補強シート１４を梁下フランジ６に接合してもよい。この場合、繊維補強シート１４は接着剤を用いずにボルト１８のみで接合することができる。
【００４１】
上記の実施例１、２において、繊維補強シート１６（第二補強材）を柱頭部２の外周に巻き付ける際に繊維補強シート１４（第一補強材）にプレテンションを導入することも可能である。例えば、梁下フランジ６に貼り付けてある繊維補強シート１４を柱頭部２側に引き付けるように繊維補強シート１６を巻き付けてゆけば、繊維補強シート１４にプレテンション力が付与される。これにより、梁下フランジ６にプレコンプレッションが生じるので、梁下フランジ６の破断の可能性をさらに低めることができる。
【００４２】
上記の実施例１、２において、繊維補強シート１４は、必ずしも柱頭部２に接合してある全ての梁端に設けなくてもよい。例えば、図１１に示すように、直交する水平２方向の梁端のうち同一方向の梁端に対してのみ繊維補強シート１４を設ける補強パターンとしてもよい。また、図１２に示すように、一つの梁端に対してのみ設ける補強パターンとしてもよい。
【００４３】
また、上記の実施例１、２において、梁をＨ形鋼で構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、梁下フランジ下面６ａと柱頭部２の側面２ａとに跨って繊維補強シート１４等の第一補強材を貼り付け可能な鋼材であれば他の横断面形状の鋼材であってもよい。
【００４４】
また、上記の実施例１、２において、柱を角形鋼管で構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、繊維補強シート１４等の第一補強材の片側が貼り付け可能であり、その上面を覆いつつ、外周に繊維補強シート１６等の第二補強材を巻き付けて貼り付け可能な鋼材であれば他の縦断面形状の鋼材であってもよい。また、梁端が接合する柱頭部２は通しダイアフラム形式や外ダイヤフラム形式で構成してあってもよい。
【００４５】
以上説明したように、本発明に係る梁端補強方法によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けるので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図ることができる。
【００４６】
また、本発明に係る梁端補強構造によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有するので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造は、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図るのに有用であり、特に、大規模地震時の被害を大幅に軽減するのに適している。
【符号の説明】
【００４８】
２  柱頭部
２ａ  柱頭部の側面
４  梁上フランジ
６  梁下フランジ
６ａ  梁下フランジ下面
８  梁
１０，１２  貫通孔（断面欠損部）
１４  繊維補強シート（第一補強材）
１６  繊維補強シート（第二補強材）
１８  ボルト
１００  梁端補強構造（実施例１）
２００  梁端補強構造（実施例２）
【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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【図１３】
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【図１４】
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