広島工業大学紀要研究編
第 ₅₂ 巻（₂₀₁₈）149 – 156

論

文

積層した炭素繊維プレートによるH 形鋼梁の補剛工法に関する実験的研究
山西央朗*・高松隆夫**・藤本信介***・三島範之*（平成₂₉年₁₁月 ₁ 日受付）

EXPERIMENTAL STUDY ON STIFFENING FOR H-SHAPED STEEL BEAM USINGLAMINATED CARBON-FIBER-REINFORCED-PLASTIC-PLATESTeruaki YAMANISHI, Takao TAKAMATSU, Shinsuke FUJIMOTO and Noriyuki MISHIMA(Received Nov. 1, 2017)

Abstract
This paper reports the results of bending tests conducted on a Narrow H-shaped steel beam before
and after rehabilitation using CFRP plates. These results show enhanced flexural rigidity and themoment carr ying capacity of the beam due to bonding CFRP plate. An analytical model is also proposed that can predict the flexural rigidity of rehabilitated steel beam.
Key Words: CFRP, 4 loding test, multi-layer-of CFRP plate

力度が大きくなることに基因している。

₁ ．はじめに

そこで本論文では，補剛・補強対象区間全長貼付けを実

著者等は，小梁を想定した H 形鋼に炭素繊維プレートを施し，定着部を存在応力の比較的小さい部位に設けること貼付け， ₃ 点および ₄ 点曲げ載荷実験を行い，曲げ剛性・で，接着剤に作用するせん断応力度の低減を図っている。

耐力の向上を図る研究を行っている

₁～₈︶

方法として ₄ 点曲げ実験を行い弾性剛性の向上と多層貼付。

既往の研究より， ₄ 点曲げの等曲げ区間（最大応力発生けでの剥離破壊，層内破壊が生じないことを確認する。

1～5）領域）への部分貼付けにより，CFRP を通常貼付け（全₂ ．補強・補剛対象区間全長貼付けの定義

層同一長），継手貼付け₆︶（下層の CFRP が不連続（複数枚で構成）でこれを覆うように上層の CFRP を接着した工法）
₈︶

両端部から ₂₀₀ mm の区間においては，接着剤に大きな及び段状貼付け （下層より上層を短く端部を階段状としせん断応力度が発生し，接着剤は当該存在応力に抵抗するた工法）を施した試験体の全てにおいて CFRP の積層数に必要がある。この区間を“定着部”と呼び，定着部の領域比例した補剛効果が得られることを確認している。

においては CFRP による補強・補剛効果は小さいので，両しかしながら，等曲げ区間における部分貼付けでは，多端定着部内側の区間で補強・補剛効果が得られると考える。

層にすることにより引張側に貼付けた CFRP 端部から界面本研究では，補強・補剛の対象部位において CFRP による₈︶破壊，層内破壊及び剥離破壊生じる 。これは，梁部材曲補強・補剛効果が得られる貼付け工法を，“補強・補剛区間げ存在応力（以後，存在応力と記す）が大きい部位に定着全長貼付け”と定義する。また，CFRP による補強・補剛部を設けることで，CFRP と梁フランジの垂直ひずみ差異効果を得るために，存在応力が被補強材内における最大応が広がる，すなわち，定着部の接着剤に作用するせん断応力の半分の値となる位置で定着部が終了するように貼付け* 広島工業大学工学部建築工学科** 広島工業大学*** 東レ建設株式会社
─ 149 ─

山西央朗・高松隆夫・藤本信介・三島範之

PPMmax
2

最 大 応 力 Mm ax

P

最 大 応 力 Mmax

WMmax
2

最 大 応 力 Mmax

曲げ応力分布

曲げ応力分布

曲げ応力分布部 分貼 付 け

部分貼付け

部分貼付け

補強・補剛対象区間全長貼付け補強・補剛対象区間全長貼付け

補強・補剛対象区間全長貼付け

全長貼付け

全長貼付け

全長貼付け

Mmax
2C F RP 補 強・ 補 剛 部

図₁

応力分布と貼付け工法の定義

定着部

応力分布と貼付け工法の定義
図図
1 1 応力分布と貼付け工法の定義

荷重P 作 用位置

1 5 50 断面

ひずみゲージ

中心線鉄板(t=22 m m )スチフナ

荷重P 作用位置

スチ フナ

C FRP 貼付け範囲

1 5 7 -@2 510

1,00 0100 100

ひずみゲージH- 2 50 x125 x6x 9

1 ,7501,750(a)CFRP2/3500fw(a)CFRP2/3500fw
荷重P 作 用位置

1 5 50 断面
1 450 断面ひずみゲージ

中心線鉄板(t= 22 m m )

スチフナ

スチ フナ

C FRP 貼付け範囲

1510ひずみゲージ

H- 2 50 x125 x6x 9

11 -@2 5

1,00 0100 100

1 ,750荷重P 作用位置(b)CFRP5/3500fw(b)CFRP5/3500fw(c)CFRP10'/3900fw
図 2₂ 試験体形状
試験体形状
図
─ 150 ─1,750

積層した炭素繊維プレートによる H 形鋼梁の補剛工法に関する実験的研究

表₁ 1 素材特性
素材特性
表
材質

E
σYσU
σ Y/σ Uε（N/mm₂）（N/mm₂）（N/mm₂）（N/mm₂）（％）

梁フランジ SS₄₀₀

₂₀₅,₀₀₀

₃₂₁₄₄₇₇₂₂₆

梁ウェブ

SS₄₀₀

₂₀₅,₀₀₀

₃₄₈₄₆₂

₇₅

₂₈

鋼材

SS₄₀₀

₂₀₅,₀₀₀

₂₈₁₄₄₉

₆₃₃₂

E:
ヤング係数
Y: 降伏応力度
CFRP
ML₂₉₅,₇₀₀—

図 3 変位計測位置
変位計測位置

図₃伸びU: 引張強さ
₂,₁₆₉— y: ₀.₇E：ヤング係数 σ Y：降伏応力度 σ U：引張強さ ε y：伸び

表 2 接着剤の特性
表₂
材

質

接着剤の特性Eσcσtσs（N/mm₂）（N/mm₂）（N/mm₂）（N/mm₂）

E₂₅₈R
エポキシ樹脂 c:₃,₀₀₀
E: ヤング係数
圧縮強度 ₈₁.₅₃₇.₃

クロスヘッド₂₄.₇

載荷梁(H-300×300×5×10): 引張せん断強度
t: 引張強度 σcs：圧縮強度
E：ヤング係数σ t：引張強度
σ s：引張せん断強度

ピン
試験体

図 4 載荷装置する。図 ₁ に，小梁における代表的な曲げ応力分布，補ピン反力梁貼付けする . 図 1 に , 小梁における代表的な曲げ応力分布 ,強・補剛区間全長貼付けと部分貼付けの概念図を示す。

それぞれ計測する . 尚 , 計測値の整理方法として荷重 P は補強・補剛区間全長貼付けと部分貼付けの概念図を示す。
尚，被補強材全長に渡って貼付ける場合を，“全長貼付尚 , 被補強材全長に渡って貼付ける場合を ,” 全長貼付け”と定義する。

.
油圧計測値の 1/2 としている
図 ₄ 載荷装置
図4 載荷装置け ” と定義する .

₃ ．実験概要

3. 実験概要

₃.₁ 試験体の概要
3.1 試験体の概要
表 ₁ に試験体及び炭素繊維プレート（CFRP）の素材特性
表 1 に試験体及び炭素繊維プレート (CFRP) の素材特性を，表を , 表₂ 2に接着剤の素材特性を，図に接着剤の素材特性を , 図₂ 2に試験体形状をそれに試験体形状をそれぞれ示す。
ぞれ示す .
H 形鋼はH-₂₅₀×₁₂₅×₆×₉
試験体にの断面を採用し，HH 形鋼はH-250x125x6x9 の断面を採用し
,H 形
試験体に

鋼片側フランジには鋼構造のコンクリートスラブを想定
形鋼片側フランジには鋼構造のコンクリートスラブを想定
CFRP21層した板厚の鋼 板を層 ,5層試 験体に は₁ 層mm の鋼板をCFRPした板厚₂₂ 22mm
₂ 層，₅ 層試験体にはを ,CFRP10層試験体には₂2層を接着剤により貼り付けて層を接着剤により貼り付けてを，CFRP₁₀層試験体にはいる . 尚 , 鋼板については ,H 形鋼全長に渡って貼付けしている。尚，鋼板については，H 形鋼全長に渡って貼付けし
おり , 存在応力が生じる区間全長において H 形鋼と一体化ており，存在応力が生じる区間全長において H 形鋼と一体( 平面保持の仮定が成立 ) すると考える .
化（平面保持の仮定が成立）すると考える。
CFRP に 中 弾 性 (ML) 型 , 幅 50mm, 板 厚 2mm 使 用 し ,2CFRP に中弾性（ML）型，幅₅₀ mm，板厚 ₂ mm を使. 接着剤には二液性タイプの常温硬化型エ列貼付けとする

3.4 載荷装置及び載荷方法する。変位は図 ₃ に示した変位計位置により計測する。ひ
鋼材 : Eci, Aci, Ici
載荷方法は引張側フランジに CFRP を補剛・補強全長貼ずみは図 ₂ で示した計測位置にひずみゲージを貼付けて，付けし，両端ピン支持とした H 形鋼小梁の 4 点曲げ実験それぞれ計測する。尚，計測値の整理方法として荷重 P はである．載荷は単調載荷とし，CFRP の剥離もしくは H 形油圧計測値の₁/₂としている。
複合材の中立軸900mm
鋼梁の降伏荷重まで行う．尚，両端ピン支点からesiの位置を載荷点とし，中央部を 2,200mm の等曲げ区間とy₃.₃載荷装置及び載荷方法( 図 4).
している
e

各部材の図心ci
ウェブ
載荷方法は引張側フランジに CFRP を補剛・補強全長貼4. 解析方法

フランジ付けし，両端ピン支持とした H 形鋼小梁の ₄ 点曲げ実験で4.1 中央変位 ひずみゲージ
CFRP : HEci形鋼, Aci, Iciある。載荷は単調載荷とし，CFRPの剥離もしくは変位は梁中央部に設置した変位計により変位
6 を両梁の降伏荷重まで行う。尚，両端ピン支点から₉₀₀5,mmの端からピン支持に設置した変位計により変位 1,2,1',2' を ,
図5
解析モデル
位置を載荷点とし，中央部を ₂,₂₀₀ mm の等曲げ区間とし荷重点に設置した変位計により変位 34,3',4' を , それぞている（図 ₄ ）。
れ計測する ( 図 3). 以上の計測値より , 中央変位  を次式
表3 実験結果
₄により算出する．解析方法 .

5  6 1   2  1'  2'
24

用し，₂ 列貼付けとする。接着剤には二液性タイプの常温.CFRP 貼付け部にはグラインダーポキシ樹脂を使用する硬化型エポキシ樹脂を使用する。CFRP貼付け部にはグラとベルトサンダーで黒皮を除去した後にサンドペーパー

₄.₁ 
中央変位#240,#1500 で表面を平滑にした後に CFRP を貼付ける . 尚 ,インダーとベルトサンダーで黒皮を除去した後にサンド2：硬化剤 1 の割合で調合する. 養生
接着剤の分量は主剤#₂₄₀，#₁₅₀₀で表面を平滑にした後にCFRP を貼ペーパー

4.2 ひずみからピン支持に設置した変位計により変位
δ ₁, δ ₂, δ ₁＇, δ ₂＇ を，期間は 14 日程度である .
付ける。尚，接着剤の分量は主剤
₂ ：硬化剤 ₁ の割合で調試験体は 2 層 ,5 層 ,10 層の 3 体とし ,2 層と 5 層は通常合する。養生期間は₁₄日程度である。
貼付けとし ,10 層は段状貼付けとしている . 試験体名は CF
試験体は ₂ 層， ₅ 層，₁₀層の ₃ 体とし， ₂ 層と ₅ 層は通常RP2/3500fw,CFRP5/3500fw,CFRP10'/3900fw とする .
貼付けとし，₁₀層は段状貼付けとしている。試験体名は
CFRP₂/₃₅₀₀ fw，CFRP₅/₃₅₀₀ fw，CFRP₁₀＇/₃₉₀₀ fw とする。
3.3 計測方法

計測方法として , 荷重は載荷装置の油圧計測により計測
₃.₂. 変位は図 3 に示した変位計位置により計測する . ひする計測方法
2 で示した計測位置にひずみゲージを貼付けて ,ずみは図
計測方法として，荷重は載荷装置の油圧計測により計測（1）

変位は梁中央部に設置した変位計により変位 δ ₅, δ ₆を両端

ひずみゲージ貼付け位置のひずみδ ₃, δは₄, ,δ ₃＇
貼付け位置断面, δ ₄＇ を，それ荷重点に設置した変位計により変位CFRP2次の曲げモーメントと貼付けを考慮した有効断面ぞれ計測する（図 ₃ ）。以上の計測値より，中央変位 δ を次モーメント用いて次式で算出する .
式により算出する。

Mδ 5+ δ6 δ 1 + δ2y+ δ 1 ’ + δ 2 ’−Es  I 
24
M: 曲げモーメント
δ=（2） （₁）

Es: 鋼材のヤング係数
₄.₂ ひずみI’: 補強材料を考慮した有効断面 2 次モーメント
ひずみゲージ貼付け位置のひずみ ε は，貼付け位置断面y: 複合材中立軸からひずみゲージ貼付け位置までの距離 .の曲げモーメントと CFRP 貼付けを考慮した有効断面 ₂ 次─ 151 ─フランジフランジピン

反力梁

CFRP : ECFRP, Aci, :IE, Aci, Icicici ci

ひずみゲージ
ひずみゲージ

図4載荷装置山西央朗・高松隆夫・藤本信介・三島範之

図5解析モデル
図5 解析モデル

表₃鋼材 : Eci, Aci, Ici

表3実験結果
表3 実験結果

試験体名称

最大荷重P（kN）

中央変位
δ（mm）

弾性剛性K（kN/mm）

N 試験体₁₃₅.₁₀

₁₆.₈₁

₈.₁₀

CFRP₂/₁₁₀₀ fw

₁₂₆.₃₀

₁₃.₈₄

₉.₁₈

CFRP₂/₃₅₀₀ fw

₁₇₄.₀₁

₁₆.₉₆

₁₀.₂₅

CFRP₅/₃₅₀₀ fw

₁₉₁.₀₂

₁₄.₆₈

₁₂.₉₉

N＇ 試験体

₇₆.₆₂

₇.₂₄

₁₀.₆₁

CFRP₁₀＇/₃₉₀₀ fw

₂₀₂.₅₂

₈.₃₀

₂₄.₂₉

複合材の中立軸esiy各部材の図心ひずみゲージ

図₅解析モデル

図5解析モデルウェブ
フランジeci

実験結果

CFRP : Eci, Aci, Ici

表3 実験結果

図6

図₆

表 ₃ ，図 ₆ には比較として無補強 N 試験体と既往の研究よ

モーメント用いて次式で算出する。
Mε=⋅yEs ⋅ I ’

P-δ 関係P-図6
関係P-関係（₂）

り CFRP₂/₁₁₀₀ fw の実験結果を併せて示している。
表 ₃ ，図 ₆ より，CFRP の層数の増加に対して比例的に

M ：曲げモーメント

弾性剛性は増大している。厳密には，層数が増大する毎にEs ：鋼材のヤング係数

弾性剛性の増大効率は低下する傾向にあるものの，支配的I ＇ ：補強材料を考慮した有効断面 ₂ 次モーメントではなく，層数の増大による剛性増大にほぼ期待できるこ

y ：複合材中立軸からひずみゲージ貼付け位置までの距離。とがわかる。

図6P-関係

更に，既往の研究では，部分貼付けでは ₄ 層接着が限界

尚，補強材料を考慮した有効断面 ₂ 次モーメント I ＇ は図₅ 解析モデルの定義を用いて次式にて算出する。H 形鋼のであり，梁のみの降伏荷重（P ≒₂₀₀ kN）近傍で定着部かフィレット面積は考慮していない。

ら接着剤の凝集破壊または接着剤・CFRP 間の剥離破壊が

nI ’ = ∑( I si + Asi ⋅ esi2 ) +i =1Ec n⋅ ∑( I ci + Aci ⋅ eci2 )Es i = 0（₃）

生じていたが，図 ₆ の ₅ 層および，₁₀層対象区間全長貼付けにおいては前述の破壊が発生しなかった。これは，定着

Isi ：i 番目鋼材の断面 ₂ 次モーメント部を相対的に存在応力の小さな区間に設けることで，界面Asi：i 番目鋼材の断面積および接着層内のせん断応力度の低減を実現したことに基

esi ：複合材の中立軸から i 番目鋼材の図心間距離因する。従って，対象区間全長貼付けを実施することによ

Ec ：CFRP のヤング係数

り，剛性の増大，最大荷重の増大を同時に現実することがIci ：i 番目補強材料の断面 ₂ 次モーメント可能となる。
以上より，CFRP の使用量は増加するものの，対象区間

Aci：i 番目補強材料の断面積

全長貼付けを実施することで合理的な接着効果が得られる

eci ：複合材の中立軸から i 番目補強材料の図心間距離と言える。

₅. 実験結果および考察
₅.₁

₅.₂

P-δ 関係

表 ₃ に実験結果を，図 ₆ に P-δ 関係をそれぞれ示す。尚，
─ 152 ─平面保持の仮定

図 ₇ に各断面のひずみ分布を示す。尚，図 ₇ には H 形鋼

積層した炭素繊維プレートによる H 形鋼梁の補剛工法に関する実験的研究(a.1) 0 断面(a.2) 1550 断面

CFRP2/3500fw 解析モデル(b.1) 0 断面(b.2) 1450 断面(b) CFRP5/3500fw(b.3) 1550 断面(c.1) 0 断面(c.2) 1450 断面

CFRP10'/3900fw 0~1550 断面解析モデル(c.3) 1550 断面(c.4) 1775 断面

CFRP10'/3900fw 1775 断面解析モデル

(a)

(c)

CFRP2/3500fw

CFRP10'/3900fw
図 ₇ 図各断面の平面保持
7 各断面の平面保持─ 153 ─

山西央朗・高松隆夫・藤本信介・三島範之(a)CFRP2/3500fw(a)CFRP2/3500fw(a)CFRP2/3500fw(a)CFRP2/3500fw(b)CFRP5/3500fw(b)CFRP5/3500fw(b)CFRP5/3500fw(b)CFRP5/3500fw(c)CFRP10'/3900fw(c)CFRP10'/3900fw(c)CFRP10'/3900fw(c)CFRP10'/3900fw

CFRP
軸方向ひずみ分布
図図8図₈CFRP
軸方向ひずみ分布
8 CFRP
軸方向ひずみ分布

CFRP
図CFRP
軸方向ひずみ比分布
図 9図
軸方向ひずみ比分布
9₉ CFRP
軸方向ひずみ比分布, かつ接着剤に部分による曲げ剛性の支配率が極端に高く, かつ接着剤に部分による曲げ剛性の支配率が極端に高くより母材軸方向になだらかに断面諸量が変化していくこ
より母材軸方向になだらかに断面諸量が変化していくこ
強軸方向のひずみ分布を示し，高さ h は中立軸位置を₀と. .とに基因した潜在的な結果であるかもしれないとに基因した潜在的な結果であるかもしれない
定義している。また，（₂）式により算出した各断面の解析, いずれも縁応力度は解析値と一致しており, 曲, 曲
但し, いずれも縁応力度は解析値と一致しており
但し値（Ana.）を併せて示し，任意荷重時のひずみ分布を示し,1550
げ変形に対する補剛効果の観点から断面の位置で,1550
げ変形に対する補剛効果の観点から断面の位置で. .
られていることが分かる
られていることが分かる
5.35.3
ひずみ分布
ひずみ分布
₃₀₀ mm の位置に相当する₁₄₅₀断8図に梁材長方向CFRP図置に相当する₁₅₅₀断面とひずみ分布を示す．尚，図中の点
8 に梁材長方向CFRPひずみ分布を示す．尚，図中の点面では，ウェブ部分において直線性が失われ，平面保持の(2) (2), 併せて任意荷重時線は式より算出した解析値であり, 併せて任意荷重時線は式より算出した解析値であり仮定が成立していない。ウェブの応力状態を確認するため. .の値で示しているの値で示している

CFRPによる補剛効果が発揮されていると判断できる．まている。
CFRPによる補剛効果が発揮されていると判断できる．また，CFRP
端，部より 175mmの 位置
当する 1775断面
た，CFRP端 部より 175mmの 位置に相当す
る 1775断面
図 ₇ （a）（b）および（c）の，₀に相断面より，ひずみは直(2) (2)
図 8図より式で算出した解析値と実験値は概ね対応しに，後述の₅.₃にて平面応力状態を確認しているが弾性範囲
8 より式で算出した解析値と実験値は概ね対応し. 厳密には, 各実験結果はゲージ位置ていることがわかる. 厳密には, 各実験結果はゲージ位置ていることがわかるに留まっている。ひずみゲージの不具合等も考えて，計測
1550,1550近傍に達するまでは乖離があり近傍を境に解析
1550,1550近傍に達するまでは乖離があり近傍を境に解析方法を工夫したが，ウェブ部分のひずみ分布の乱れは解消. これは, ,値と重複するように一致した結果を示している. これは値と重複するように一致した結果を示している
されなかった。当該試験体においては，フランジ部分によ5.4 5.4,CFRP
後述
で詳細を記すが端部位置では補剛・補強効,CFRP
後述
で詳細を記すが端部位置では補剛・補強効
る曲げ剛性の支配率が極端に高く，かつ接着剤により母材CFRP果が得られることなく母材と間で平面保持が成立しCFRP果が得られることなく母材と間で平面保持が成立し軸方向になだらかに断面諸量が変化していくことに基因し, 定着部の区間内で接着剤のせん断応力伝播効果ておらず, 定着部の区間内で接着剤のせん断応力伝播効果ておらずた潜在的な結果であるかもしれない。
( 平面保持の仮定) が成立したためでによって連続的断面( 平面保持の仮定) が成立したためでによって連続的断面
但し，いずれも縁応力度は解析値と一致しており，曲げ. また, ゲージ位置
1100mm
あるでひずみが大きくなって. また, ゲージ位置
1100mm
あるでひずみが大きくなって. これは，上部のでも平面保持の仮定が成立していない. これは，上部のでも平面保持の仮定が成立していない
線的な分布を示していることから平面保持の仮定が成立しCFRPCFRPが下部のを引張っているためである．
CFRP
CFRPが下部のを引張っているためである．ているといえる。また，（a），（b）では CFRP 端部より ₂₀₀, 図, 7(a),(b),(c)2 層と5 層及び10 層の試験体
次により2 層と5 層及び10 層の試験体
次に
図 7(a),(b),(c)よりmm の位置となり，定着部終了位置である₁₅₅₀断面も平面, 層数が増加することでひずみが減少していを比較すると, 層数が増加することでひずみが減少していを比較すると保持の仮定が成立している。従って，当該位置より内側に. これは,CFRPることがわかるの層数が増加することで有. これは,CFRPることがわかるの層数が増加することで有あたっては，補剛・補強効果が得られるため，2 次モーメントが増加したことにより, （₂）式によ
効断面
同一応力下2 次モーメントが増加したことにより, 同一応力下効断面
fw は，り評価できることがわかる。しかし，CFRP₁₀＇/₃₉₀₀. この点からも, ,であってもひずみが減少したためである. この点からもであってもひずみが減少したためである
CFRP 最上部より ₂₀₀ mm の位
モーメント勾配位置にある層数を増加させても層数に対して比例的に補剛効果が得
層数を増加させても層数に対して比例的に補剛効果が得

CFRP
変形に対する補剛効果の観点から，₁₅₅₀断面の位置で. .
いるのはこの部分に載荷点があるためである
いるのはこの部分に載荷点があるためである

─ 154 ─(c)CFRP10'/3900fw(c)CFRP10'/3900fw

図8 CFRP軸方向ひずみ分布

図9 CFRP軸方向ひずみ比分布

積層した炭素繊維プレートによる H 形鋼梁の補剛工法に関する実験的研究によって連続的断面（平面保持の仮定）が成立したためで

表4
表 ₄ 実験結果
実験結果ある。また，ゲージ位置 ₁₁₀₀ mm でひずみが大きくなって

試験体名称

最大荷重P（kN）

中央変位
弾性剛性
弾性剛性比
δ（mm） K（kN/mm）

N 試験体₁₃₅.₁₀₁₆.₈₁

₈.₁₀₁.₀₀

CFRP₂/₃₅₀₀ fw₁₇₄.₀₁₁₆.₉₆₁₀.₂₅₁.₂₇CFRP₅/₃₅₀₀ fw

₁₉₁.₀₂₁₄.₆₈₁₂.₉₉₁.₆₀

N＇ 試験体₇₆.₆₂

₇.₂₄₁₀.₆₁

₁.₀₀

CFRP₁₀＇/₃₉₀₀ fw

値で除した値と定義し，任意荷重時のひずみ比を示してい₂₀₂.₅₂₈.₃₀₂₄.₂₉₂.₂₉る。

いるのはこの部分に載荷点があるためである。
₅.₄ひずみ比図 ₉ に端部のひずみ比を示す。ひずみ比は実験値を解析

図 ₉ より，CFRP 端部には定着部が存在し，当該区間で接着剤のせん断応力伝播により定着部より内側の CFRP と母材とは連続的断面と見なせるような応力度，ひずみ分布を得ることができる（平面保持の仮定の成立）。また，₁₀層を設置した場合， ₅ 層毎に定着部に設けた段状貼付け工法
においては，各定着部は ₂₀₀ mm 程度の間で定着を完了していることが読み取れる。具体的には， ₁ 層～ ₅ 層は端部が ₁₉₅₀ mm に位置し，₁₇₅₀ mm に達する位置で＝₁.₄近傍に値が収束していく。次に， ₆ 層～₁₀層は端部が ₁₇₅₀ mmに位置し，₁₅₅₀ mm に達する位置で＝₁.₀近傍に値が収束していき，特に， ₆ 層～₁₀層が設計思想通りに，最大応力の半分の位置で定着が完了していることが分かる。さらに，
図 ₉ では層数の違いによる影響を比較することができ，層
図₁₀

図10

層別剛性比数の増大に伴い定着部は拡大する傾向にあることが読み取

層別剛性比

れる。しかしその長さは，設計時に定着部として想定したによる補剛効果が発揮されていると判断できる。また，

₂₀₀ mm 以内に収まっており，従来の研究知見を踏襲する

CFRP 端部より ₁₇₅ mm の位置に相当する₁₇₇₅断面でも平ことが可能な結果を示していることが分かる。

面保持の仮定が成立していない。これは，上部の CFRP が₅.₅下部の CFRP を引張っているためである。

層別剛性比

次に，図 ₇ （a），（b），（c）より ₂ 層と ₅ 層及び₁₀層の試

図₁₀に層別剛性比を表 ₄ に実験結果をそれぞれ示す。表験体を比較すると，層数が増加することでひずみが減少し₄ 中の弾性剛性比は CFRP を貼付けしていない試験体の弾ていることがわかる。これは，CFRP の層数が増加するこ性剛性で除した値とし，実験結果の比較としている。とで有効断面 ₂ 次モーメントが増加したことにより，同一

表 ₄ および図₁₀より，積層数と補剛効果を表した剛性比応力下であってもひずみが減少したためである。この点かとはほぼ直線的に分布している。積層数を増大しても，補らも，層数を増加させても層数に対して比例的に補剛効果

剛効率の著しい低下が見られないことが分かり，接着工法が得られていることが分かる。の思想，・補剛区間全長貼付けとするため，定着部が最大曲げ応力

₅.₃

ひずみ分布の半分の位置より外側（より応力の小さい部位）へ位置するように接着する。

図 ₈ に梁材長方向 CFRP ひずみ分布を示す。尚，図中の点線は（₂）式より算出した解析値であり，併せて任意荷重・単一の定着部が伝播できる積層数の上限を ₅ 層とし，これを超過する場合は定着部を追加するという考えで接着時の値で示している。
図 ₈ より（₂）式で算出した解析値と実験値は概ね対応しを行う。尚，当該工法を実施する場合，補剛・補強開始ていることがわかる。厳密には，各実験結果はゲージ位置

位置は CFRP 全層にて平面保持の仮定を確保できる位置₁₅₅₀近傍に達するまでは乖離があり，₁₅₅₀近傍を境に解析とする。

値と重複するように一致した結果を示している。これは，を，満足することで補剛設計が簡便に実施できることが分

後述₅.₄で詳細を記すが，CFRP 端部位置では補剛・補強効かる。

果が得られることなく母材と CFRP 間で平面保持が成立し

但し，厳密には層数の増大に伴い補剛効率（CFRP 量にておらず，定着部の区間内で接着剤のせん断応力伝播効果対する剛性上昇率）は低下することが明瞭に現われている─ 155 ─

山西央朗・高松隆夫・藤本信介・三島範之

ため，当該工法においては，₁₀層程度を限界と定め設計す断面欠損部を有する H 形鋼梁の炭素繊維プレート補修ることが望ましい。更に積層数を増大させる場合においてに関する研究，日本建築学会中国支部研究報告集，は，改めて，当該積層数を設置した載荷実験を行うことがCD-ROM 論文番号-₂₃₉，₂₀₁₃.₃

重要であろう。

₂ ）服部明生，高松隆夫，玉井宏章，藤本信介：CFRP により部分補強された H 形鋼梁の載荷実験，鋼構造年次₆ ．まとめ

論文報告集，Vol. ₂₁，CD-ROM 論文番号-₁₀₆，₂₀₁₃.₁₁

本論文では，炭素繊維プレートを多層貼付けによる剥離，₃ ）服部明生，高松隆夫，玉井宏章，藤本信介：H 形鋼小破壊を回避することを目的に CFRP， ₂ 層， ₅ 層および₁₀梁の CFRP 部分貼付け補修工法に関する実験的研究，層を補剛・補強全長貼付けを用いて載荷実験を実施した。

日本建築学会中国支部研究報告集，第₃₇巻，CD-ROM

その結果以下の知見を得られた。

論文番号-₂₄₂，₂₀₁₄.₃.₁₁ ）補剛・補強全長貼付けを採用することにより，H 形鋼₄ ）藤本信介，服部明生，高松隆夫，玉井宏章：H 形鋼梁

部材の降伏荷重まで CFRP の剥離・破壊が生じることに貼付けた CFRP のひずみについて：その ₁なく，積層数に対して比例的に補剛効果が発揮する補要，日本建築学会大会学術講演梗概集，CD-ROM 論文

強工法が確立した。

番号-₂₂₄₇₁，₂₀₁₃.₈₂ ）層数の増大に伴い定着部（CFRP 端部から平面保持の実験概₅ ）服部明生，高松隆夫，玉井宏章，藤本信介：H 形鋼梁

仮定が成立するまだの区間）は広がる傾向にあるものに貼付けた CFRP のひずみについて：その ₂の， ₅ 層程度であれば，既往の研究で述べている ₂₀₀

日本建築学会大会学術講演梗概集，CD-ROM 論文番

mm を確保すればよいことを確認した。更に， ₅ 層以号-₂₂₄₇₂，₂₀₁₃.₈

考察，上の層数を必要とする場合は， ₅ 層毎に端部を段状と₆ ）藤本信介，高松隆夫，玉井宏章，岩瀬貴信：継手を有し，かつ各段の定着部を ₂₀₀ mm 確保すればよいことする炭素繊維プレートによる H 形鋼梁の補強工法に関を₁₀層貼付け試験体で確認した。

する実験的研究，日本建築学会大会学術講演梗概集，

謝CD-ROM 論文番号-₂₂₅₀₂，₂₀₁₆.₈

辞₇ ）藤本信介，高松隆夫，玉井宏章，服部明生：H 形鋼梁

本実験の実施に当たり，広島工業大学大学院生，学部生の炭素繊維プレート端部無接着貼付けに関する研究，諸氏の協力を受けました。また，接着剤はコニシ株式会社

日本建築学会大会学術講演梗概集，CD-ROM 論文番に提供して頂きました。ここに記して，感謝の意を表しま号-₂₂₄₃₅，₂₀₁₅.₉₈ ）岩瀬貴信，高松隆夫，玉井宏章，山西央朗，藤本信す。

文介：炭素繊維プレートによる H 形鋼梁の補強工法に関献する破壊防止条件，日本建築学会中国支部研究報告集₁ ）服部明生，高松隆夫，玉井宏章，小澤吉幸：フランジ

─ 156 ─日本建築学会中国支部編₄₀，₂₇₅-₂₇₈，₂₀₁₇-₀₃-₀₄