(57)【要約】【課題】鋼管の座屈耐力および軸耐力を増大させることができるとともに、容易に施工することができる鋼管の補強構造、および鋼管の補強方法を提供する。【解決手段】既存構造物に設けられて、構造体をなす鋼管２を補強する鋼管の補強構造１において、鋼管２の内部における補強対象範囲１６外に配置され、鋼管２の内部を塞ぐ塞ぎ部材３と、鋼管２の内部における補強対象範囲１６に塞ぎ部材３に充填された補強用充填材４と、を有し、塞ぎ部材３は、袋体３１と、袋体３１に充填された塞ぎ部材用充填材３２と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存構造物に設けられて、構造体をなす鋼管を補強する鋼管の補強構造において、
前記鋼管の内部における補強対象範囲外に配置され、前記鋼管の内部を塞ぐ塞ぎ部材と、
前記鋼管の内部における補強対象範囲内に充填された補強用充填材と、を有し、
前記塞ぎ部材は、袋体と、該袋体に充填された塞ぎ部材用充填材と、を有することを特徴とする鋼管の補強構造。
【請求項２】
前記補強用充填材は、無収縮タイプのセメント系固化物であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の補強構造。
【請求項３】
既存構造物に設けられて、構造体をなす鋼管を補強する鋼管の補強方法において、
前記鋼管の補強対象範囲外に該鋼管の内外を連通させる第１孔部を形成する第１孔部形成工程と、
前記鋼管の補強対象範囲内に該鋼管の内外を連通させる第２孔部を形成する第２孔部形成工程と、
前記第１孔部から前記鋼管の内部に袋体を挿入し、該袋体の内部に塞ぎ部材用充填材を充填して、前記鋼管の内部を塞ぐ塞ぎ部材を形成する塞ぎ部材形成工程と、
該塞ぎ部材形成工程の後に、前記鋼管の内部における補強対象範囲内に、前記第２孔部から補強用充填材を充填する補強用充填材充填工程と、を有することを特徴とする鋼管の補強方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既存構造物に設けられて、構造体をなす鋼管の補強構造、および鋼管の補強方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、既存構造物に設けられた鋼管トラス梁の地震時や積雪時などの外力に対する耐力が十分であるかどうかの判断は、鋼管トラス梁の圧縮材となる鋼管の座屈強度や、軸圧縮強度の値に基づいて行われることが多い。鋼管トラス梁の耐震補強を行う場合、鋼管トラス梁の鋼管の座屈耐力や軸耐力（軸圧縮耐力）を増大させる補強を行うことが多い。
鋼管トラス梁の圧縮材となる鋼管の座屈補強方法としては、溶接による鋼管の断面補強方法が知られている。しかしながらこのような方法は、溶接による火災発生のリスクがあるとともに、高所における溶接作業が困難であるため、溶接を必要としない鋼管の座屈補強方法が提案されている。
【０００３】
例えば、鋼管を新たな鋼管を縦割りにして形成した補強部材で両側から挟み、補強部材をバンド材で鋼管に固定する方法や、鋼管を新たな鋼管を縦割りにした補強部材で両側から挟み、これらの補強部材どうしをボルトなどの固定具で固定して、補強部材を鋼管に固定する方法が提案されている。
【０００４】
また、特許文献１には、鋼管の内部に高靱性の繊維補強セメント複合材料を充填したコンクリート充填鋼管を鋼管トラス梁に採用する方法が開示されている。
さらに、特許文献２には、鋼管に孔部を形成し、この孔部からセメント系固化物を鋼管の内に充填して鋼管を補強する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７０３２３号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、補強部材を鋼管に固定する方法は、補強部材を鋼管と一体化させる必要があるため、補強部材の加工に高い寸法精度が求められ、補強部材の加工に手間がかかるという問題がある。補強部材の寸法精度が低いと、補強部材と鋼管とが一体化せず、補強部材による補強効果を十分に得られない虞がある。また、鋼管に補強部材が固定されることによって部材の断面形状が大きくなるとともに、外観が変わるという問題もある。
特許文献１に開示された方法は、高靱性の繊維補強セメント複合材料を鋼管の内部に充填する必要があるため、施工に手間がかかるという問題がある。また、新築構造物を前提とした方法であるため、既存構造物には直ちに適用することができないという問題がある。
また、特許文献２に開示された方法は、鋼管とセメント系固化物とを一体化させずに絶縁させるため、鋼管の軸耐力を増大させることができず軸耐力補強には適していない。
【０００７】
そこで、本発明は、鋼管の座屈耐力および軸耐力を増大させることができるとともに、容易に施工することができる鋼管の補強構造、および鋼管の補強方法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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る鋼管の補強構造は、既存構造物に設けられて、構造体をなす鋼管を補強する鋼管の補強構造において、前記鋼管の内部における補強対象範囲外に配置され、前記鋼管の内部を塞ぐ塞ぎ部材と、前記鋼管の内部における補強対象範囲内に充填された補強用充填材と、を有し、前記塞ぎ部材は、袋体と、該袋体に充填された塞ぎ部材用充填材と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る鋼管の補強方法は、既存構造物に設けられて、構造体をなす鋼管を補強する鋼管の補強方法において、前記鋼管の補強対象範囲外に該鋼管の内外を連通させる第１孔部を形成する第１孔部形成工程と、前記鋼管の補強対象範囲内に該鋼管の内外を連通させる第２孔部を形成する第２孔部形成工程と、前記第１孔部から前記鋼管の内部に袋体を挿入し、該袋体の内部に塞ぎ部材用充填材を充填して、前記鋼管の内部を塞ぐ塞ぎ部材を形成する塞ぎ部材形成工程と、該塞ぎ部材形成工程の後に、前記鋼管の内部における補強対象範囲内に、前記第２孔部から補強用充填材を充填する補強用充填材充填工程と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明では、鋼管の内部に補強用充填材が充填されることにより、鋼管の座屈耐力を増大させることができるとともに、補強用充填材が鋼管と一体化することにより、鋼管の軸耐力を増大させることができる。
また、鋼管の内部における補強対象範囲外に塞ぎ部材を設置してから、補強対象範囲内に補強用充填材を充填することにより、鋼管の内部における補強対象範囲内に容易に補強用充填材を充填することができる。
塞ぎ部材は、鋼管の内部に挿入された袋体の内部に塞ぎ部材用充填材を充填した構成であるため、塞ぎ部材を容易に設置することができる。
【００１１】
また、本発明に係る鋼管の補強構造では、前記補強用充填材は、無収縮タイプのセメント系固化物であることが好ましい。
このような構成とすることにより、鋼管の内部に充填された補強用充填材がほとんど収縮しないため、補強用充填材と鋼管との付着によって、鋼管の軸耐力を増大させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、鋼管の座屈耐力および軸耐力を増大させることができるとともに、容易に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による鋼管の補強構造を採用した鋼管トラス梁の一例を示す図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図２のＣ部分拡大図である。
【図５】（ａ）は第１孔部形成工程および第２孔部形成工程を説明する図で下弦材の鋼管を上方から見た図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】塞ぎ部材形成工程を説明する図である。
【図７】図６に続く塞ぎ部材形成工程を説明する図である。
【図８】補強用充填材充填工程を説明する図である。
【図９】図８に続く補強用充填材充填工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態による鋼管の補強構造および鋼管の補強方法について、図１乃至図９に基づいて説明する。
図１および図２に示すように、本実施形態による鋼管の補強構造１は、既存構造物１１の鋼管トラス梁１２を補強する際に用いられている。鋼管トラス梁１２は、水平方向に延びる上弦材１３および下弦材１４と、上弦材１３と下弦材１４との間に設けられた複数の斜材１５，１５…と、を有している。
上弦材１３、下弦材１４および複数の斜材１５，１５…は、それぞれ鋼管２で構成されている。複数の斜材１５，１５…は、それぞれ上弦材１３および下弦材１４に溶接などによって接合されている。
本実施形態では、下弦材（構造体）１４の所定の長さ範囲を補強対象範囲１６とし、この補強対象範囲１６に鋼管の補強構造１が適用されている。
【００１５】
図２に示すように、補強された下弦材１４は、水平方向に延びる鋼管２と、鋼管２の内部における補強対象範囲１６の長さ方向の両外側それぞれに設けられた一対の塞ぎ部材３，３と、一対の塞ぎ部材３，３の間に充填された補強用充填材４と、を有している。鋼管２は既設のもので、下弦材１４を補強するために鋼管２の内部に一対の塞ぎ部材３，３および補強用充填材４が新設されている。補強された下弦材１４は、図３（ａ）に示すように、補強対象範囲１６外では鋼管２の内部には補強用充填材４が充填されておらず、図３（ｂ）に示すように、補強対象範囲１６では鋼管２の内部には補強用充填材４が充填されている。
【００１６】
図４に示すように、一対の塞ぎ部材３，３は、長さ方向に間隔をあけて配置され、それぞれ鋼管２の内部を長さ方向の一方側と他方側とに仕切っている。一対の塞ぎ部材３，３は、それぞれ合成樹脂製の伸縮可能な袋体３１と、袋体３１の内部に充填されたセメント系固化物などの塞ぎ部材用充填材３２と、を有している。袋体３１は、塞ぎ部材用充填材３２が充填されることで膨張し、鋼管２の内部を長さ方向の一方側と他方側とが連通しないように閉塞可能に構成されている。
補強用充填材４には、例えば無収縮タイプのセメント系固化物などが用いられている。補強用充填材４は硬化して鋼管２と一体化している。
【００１７】
鋼管２には、鋼管２の内部に一対の塞ぎ部材３，３および補強用充填材４が設けられる前に、補強対象範囲１６外に一対の塞ぎ部材３，３それぞれの袋体３１および塞ぎ部材用充填材３２を挿入可能な２つの塞ぎ部材用孔部２１，２１（第１孔部）と、補強対象範囲１６に補強用充填材４を充填する充填孔となる補強用孔部（第２孔部）２２と、鋼管２の内部に充填された補強用充填材４の様子を確認するための確認用孔部２３と、が形成されている。
これらの孔部２１〜２３は、鋼管２の内部に一対の塞ぎ部材３，３および補強用充填材４が設けられた後にそれぞれシール材２４などで塞がれている。
【００１８】
次に、下弦材１４の補強方法（鋼管の補強方法）について説明する。
まず、図５に示すように、下弦材１４の鋼管２の補強対象範囲１６の長さ方向の両外側それぞれに、一対の塞ぎ部材３，３（図４参照）を形成するための一対の塞ぎ部材用孔部２１，２１を形成する（第１孔部形成工程）。
本実施形態では、鋼管２の上部側に一対の塞ぎ部材用孔部２１，２１を形成する。一対の塞ぎ部材用孔部２１，２１のそれぞれ内径は、３０ｍｍ程度としている。
【００１９】
鋼管２の補強対象範囲１６に、補強用充填材４（図４参照）を充填（圧入）するための補強用孔部２２と、充填された補強用充填材４を確認するための確認用孔部２３と、を形成する（第２孔部形成工程）。
本実施形態では、鋼管２の下部側に補強用孔部２２を形成し、鋼管２の上部側に確認用孔部２３を形成する。補強用孔部２２の内径および確認用孔部２３の内径は、３０ｍｍ程度としている。
【００２０】
続いて、図６および図７に示すように、鋼管２の内部に一対の塞ぎ部材３，３（図７参照）をそれぞれ形成する（塞ぎ部材形成工程）。
図６に示すように、塞ぎ部材用孔部２１を介して鋼管２内部に収縮した状態の袋体３１を挿入する。鋼管２の内部に挿入された袋体３１の充填口３１ａを塞ぎ部材用孔部２１の近傍に配置する。
鋼管２の内部に挿入された袋体３１の充填口３１ａから袋体３１の内部に塞ぎ部材用充填材３２を充填する。
図７に示すように、袋体３１は、塞ぎ部材用充填材３２が充填されることで伸長して膨張する。袋体３１が鋼管２を塞ぐ大きさとなるまで袋体３１の内部に塞ぎ部材用充填材３２を充填する。
袋体３１および塞ぎ部材用充填材３２が鋼管２を塞ぐ大きさとなったら、袋体３１への塞ぎ部材用充填材３２の充填を終了し、袋体３１の充填口３１ａを閉じる。
【００２１】
続いて、図８に示すように、鋼管２の内部の補強対象範囲１６に補強用充填材４を充填する（補強用充填材充填工程）。
補強用孔部２２から補強用充填材４を鋼管２の内部に充填する。このとき、鋼管２の内部に注入された補強用充填材４の様子を確認用孔部２３から確認する。
一対の塞ぎ部材３，３は、補強用充填材４の型枠となり、補強用充填材４が一対の塞ぎ部材３，３まで達しても、補強用充填材４が補強対象範囲１６外に流出することを防止している。
図９に示すように、補強用充填材４が補強対象範囲１６に充填されたら、塞ぎ部材用孔部２１，２１、補強用孔部２２および確認用孔部２３をシール材２４などで塞ぐ。
このようにして、下弦材１４が補強される。
【００２２】
次に、鋼管の補強設計について説明する。
鋼管２の座屈耐力が不足している場合は、座屈耐力の補強設計を行い、鋼管２の軸耐力が不足している場合は、軸耐力の補強設計を行う。なお、補強後の鋼管２の座屈耐力および、軸耐力は、コンクリート充填鋼管構造設計施工指針（日本建築学会、２００８年１０月発行）に準拠するものとする。
補強後の鋼管２の座屈耐力は、鋼管２の座屈耐力と補強対象範囲１６に充填された補強用充填材４（コンクリート部分）の座屈耐力とを累加した累加座屈耐力となる。補強後の鋼管２の座屈耐力、コンクリート部分の座屈耐力および鋼管２の座屈耐力を以下に示す。
【００２３】
【数１】
2017115371.tif 000003
【００２４】
補強後の鋼管２の座屈耐力が目標座屈耐力以上となるように、各値を設定する。
【００２５】
補強後の鋼管２の軸耐力は、鋼管２の軸耐力に鋼管２とコンクリート部分の付着により鋼管２からコンクリート部分に伝達される軸力を加算して算定する。鋼管２とコンクリート部分の付着により鋼管２からコンクリート部分に伝達される軸力を以下に示す。
【００２６】
【数２】
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【００２７】
次に、上述した本実施形態による鋼管の補強構造１および鋼管の補強方法の作用・効果について説明する。
上述した本実施形態による鋼管の補強構造１および鋼管の補強方法では、鋼管２の内部に補強用充填材４が充填されることにより、鋼管２の座屈耐力を増大させることができるとともに、補強用充填材４が鋼管２と一体化することにより、鋼管２の軸耐力を増大させることができる。
【００２８】
また、鋼管２の内部における補強対象範囲１６外に一対の塞ぎ部材３，３を設置し、補強対象範囲１６に補強用充填材４を一対の塞ぎ部材３，３それぞれに達するように充填することにより、鋼管２の内部における補強対象範囲１６に容易に補強用充填材４を充填することができる。
一対の塞ぎ部材３，３を設ける位置を調整することで、鋼管２の所望の長さ範囲を補強対象範囲１６とすることができ、鋼管２の内部全体に補強用充填材４を充填する場合と比べて、下弦材１４の自重を少なくすることができる。
一対の塞ぎ部材３，３は、鋼管２の内部に挿入された袋体３１の内部に塞ぎ部材用充填材３２を充填した構成であるため、一対の塞ぎ部材３，３を容易に設置することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、鋼管２の外側に新たに補強部材を固定する方法と比べて、下弦材１４の断面形状や外観を変えずに補強することができる。
また、補強用充填材４に無収縮タイプのセメント系固化物を採用することにより、鋼管２の内部に充填された補強用充填材４を鋼管２と確実に一体化させることができる。
【００３０】
以上、本発明による鋼管の補強構造および鋼管の補強方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、鋼管トラス梁１２の下弦材１４を補強しているが、上弦材や斜材の補強に本実施形態による鋼管の補強構造１および鋼管の補強方法を採用してもよい。また、鋼管トラス梁１２の形態は、上記以外でもよい。
また、上記の実施形態では、鋼管２の内部における補強対象範囲１６の長さ方向の両外側それぞれに塞ぎ部材３，３が設けられているが、補強対象範囲１６の長さ方向のいずれか一方側が閉塞されている場合は、他方側のみに塞ぎ部材３が設けられていてもよい。
また、上記の実施形態では、塞ぎ部材３の袋体３１は、伸縮可能に構成されているが、内部に充填された塞ぎ部材用充填材３２とともに鋼管２の内部を塞ぐことが可能であれば、伸縮しなくてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  鋼管の補強構造
２  鋼管
３  塞ぎ部材
４  補強用充填材
１１  既存構造物
１４  下弦材（構造体）
１６  補強対象範囲
２１  塞ぎ部材用孔部（第１孔部）
２２  補強用孔部（第２孔部）
２３  確認用孔部（第２孔部）
３１  袋体
３２  塞ぎ部材用充填材
【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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