報告
Field Welding for Seismic Reinforcement of RC Bridge Piers by Steel Jacketing佐利用取**族作程TAKAHASHI Rishiroh SATOH Hideyuki
Summary
The Kobe earthquake damaged viaduct piers and integral concrete bridge columns, and collapsed expressways. Specialists concluded that collapses of main bridge structures were due to shear fracture of viaduct piers and integral concrete bridge columns. Based on this lesson, such members are being reinforced on a national scale. One reinforcement method being used, called steel jacketing, involves surrounding a pier or column with steel plates and filling the gaps between plate and pier or column with epoxide resin adhesive to connect them. The backing strips between the steel plates must be less than 4 mm thick because of the limited clearance, and must be produced according to the results of field measurement of the clearance. This makes it difficult to secure the dimensional accuracy of welded joints, and weld quality could suffer as a result. This paper reports on the selection of conditions that enable welders working in vertical and horizontal positions to produce joints with good weld quality. It also describes studies on the limits of root gaps and on backing strip specifications.
1．まえがき
阪神大震災により橋脚や高架橋の柱が破壊し、高速道路などが崩壊した。これは、脚や柱がせん断破壊したことが構造物倒坡の原因と結論づけられており、これらを教訓に全国規模でRC製(鉄筋コンクリート製)橋脚の耐農補強工事が進行している（写真一1）。建設省や各道路公団・道路公社を中心とした橋脚の補強工法の1つとして、補強鋼板t＝6mm～12mmをRC製協脚に巻きたて、コンクリートと補強鋼板の隊間4mmにエポキシ樹脂を注入し接着するものが採用されている(図一1)。補強鋼板を巻きたてる際、橋脚周囲方向に2から8に分割された鋼板の継手を現場溶接として立向溶接を行い、橋脚高さにあわせ数分割された鋼板の継手を横向溶接するが(図一1参照)、エポキシ樹脂を注入する際間4㎜の関係から、各溶接継手の要当材はそれ以下の厚みに限定され、その鋼材(市中品)を調べると最厚で板厚t＝3.2mmの裏当金となる。補強鋼板の製作は、既設RC製橋脚を実測量し、その値により工場製作を行うことになっており、溶接部の設計ルートギャップを確保する。しかし、実測量誤差や製作訳差などにより設計ルートギャップを確保することが困難と想定され、過大ルートギャップとなることも考えられる。また、立向・横向溶接を行うまでの補強鋼板の固定方法は、アンカーボルトによる締付けとしており、コ区一耐震補強形状ンクリート表面の平滑度程度により鋼板と裏当金に隙間ができる可能性がある。これら諸問題により本報では、英当金t＝3.2mmに限定した場合の現場溶接を考慮した立向・横向溶接の溶接条件および施工方法を検討し、ルートギャップの適用範囲や裏当金の厚さあるいは、その際間について実験を行い、検討したので報告する。なお溶接方法は、作業効率から現場で一般的に使われると思われる炭酸ガス溶接とし、実験条件を固定するためウィービング機能を持つ簡易走行台車を用いて行った。
2 .供試材料および形状
(1)供試材料
本体板厚をt＝6～12mmとし、変当金板厚をt＝3.0mmとした。現場施工における裏当金板厚はt＝3.2mmであるが、材料入手が容易なことからFBt＝3.0mmとした。本体の材質はSS400を使用し、裏当金はFBのためSS400相当である(表一1)。供試体寸法はPL250×t×600mmとし裏当金はFB50×3.0×600mを使用した。済接材料は、フラックススりワイヤーのSF一1およびSF—1V［日鐵済接工業］、DW—100VおよびMX—100T [神戸製鋼所]を使用し、ソリッドワイヤーはYM—25[日鐵溶接工業］とした（表一2 ）。

(2) 開先形状
開先形状は立向溶接は両開先の2θ＝45°、横向溶接は片開先のθ＝35°とし、ルートギャップは過大ルートギャップを考慮し4.0mm～10.0mm、ルートフェイスは目標を0mmとする。これら形状を図一2に示す。立向・横向溶接の開先角度は、他日本鋼構造協会のガスシールド溶接の開先標準である。
3 .溶接電源
溶接電源は、サイリスタ溶接機のMEL_AUTO500G[三菱電器］と、インバータ溶接機のPANA_STAR A500 [松下電器]を使用し、溶接機はPICO_MAX一2[神戸製鋼所]により行った。一覧表を表一3に示す。サイリスタ溶接機による正極性・逆極性の違い、および低電流域でのアーク特性のよいインバータ溶接機による溶接性を確認する。

4．溶接施工条件
サイリスタ溶接機により立向溶接を行う場合はSF一1およびYM一25の溶接材料での施工実験とした。インバーク溶接機による溶接施工は、既述した各溶接材料により行う。サイリスタ溶接はフラックススりワイヤーとソリッドワイヤーを確認する目的でワイヤー銘柄を選定し、また正極性・逆極性の違いをSF一1で調査を行った。インバータ溶抜は各溶抜材料による溶抜性・作業性を確
避する。
横向溶接はインバータ溶接により行い、SF一1・SF一1V・YM一25・MX一100Tの溶接材料での施工実験とした。立向溶接でサイリスタ溶接機とインバータ溶接機の相達、およびサイリスタ溶接機の正極性・逆極性が確認出来たため、横向溶接の溶接電源はインバータ溶接機のみである。済接条件は各溶接施工により表一４に示す。トーチ角度およびウィービング条件は、立向溶接で1バス目はトーチ角度一10～一15度・装置角度＋15度とし、2バス目以降はトーチ角度0～15度・装置角度＋15度程度、また、横向溶接は1バス目はトーチ角度一10度・装置角度一15、2バス目以降はトーチ角度0～一10度・装置角度0～一10程度

とし、これら条件形式を図一3に示す。
また、溶接施工中を写真一2に示す。
5 .溶接施工結果
済接施工結果として、マクロ試験を行った結果とビード外観・溶接作業性について、表一5に示す。立向溶接の問題点として、溶落ちは低電流域の使用できるMX―100TおよびYM―25が良い結果となった。しかし溶接材料に関係なく1バス溶接により仕上げを行うと、溶着量増加のため電流をある程度高く設定し、速度を運くすることが必要となり、これにより薬当金の溶落ちが
発生する。パス数は、1パス内の溶溶量を少なくすることから、2パス溶接とすれば溶落ちは起きにくくなる結果となる。スラグを込みについては、SF一1・DW一100Vで多く見
られた。フラックス入りワイヤーのためスラグ発生量が多く、電流が低いとスラグが放出されるまえに溶着金属が疑固するためと考えられる。SF一1VおよびMX一100Tはスラグの発生量を極力抑えてあるワイヤーのためスラグを込みが少なくなっており、YM一25はソリッドワイヤーであり良好な結果となる。作業性および溶接時間は、SF一1・SF一1V・DW一100 Vが安定したアーク状態であり溶接速度が速く、MX一100T・YM一25は低電流域を使用するため、溶接速度が遅くなる。ピード外観は全てのワイヤーで滑らかな外観であり、問題となるオーバーラップやアンダーカット等はない。横向溶接は、溶接材料の種類やルートギャップ4.0mm～ 10.0mmの差等は、特に問題はない。横向溶接は基本的に溶接速度が速く、狭ヒードであるため立向溶接に比べ高めの電流を使用しても、英当金の溶落ちが起こりにくいことによる。パス数の横向溶接への影響もないが、パス数が多くなることは溶接ビード境部に欠陥を生じやすいことや作業性が悪くなることから、極力少なくすることが望ましい。サイリスタ溶接機の正極性・逆極性の違いは、溶接欠陥および作業性等、特に変化がない。また、インバータ済接機は低電流域でもアークが安定し作業性が良好な結果となり、東当金t＝3.2mmの溶接施工においても使用でさる。
6.問題点
本溶接施工の問題点として以下のようなことがある。英当金がt＝3.0mmの薄板であり、また現場施工の実測量調差や製作誤差等を想定し、過大ルートギャップの溶接施工実験としたためアークが東当金に集中し、温度拡散効果が少なく溶接熱上昇による溶落ちが発生した。これは現場施工の要当金t＝3.2mmにおいても大差はないと考えられる。写真一3のように溶接中、要当金が赤熱状態となり、溶接電流を上げる・溶接速度を遅くする・アークをつめるなどを行うと溶落ちが発生することがわかる。溶落ち状況を写真一4に、黄当金を写真一5に示す。また、溶落ちを考慮して電流を低く抑えることや、変当金に溶接熱が集中しないようアーク長を長くし、本体側に発生させると、溶込まずスラグ巻込みが生じる可能性がでる。これはルートフェイスが大きいほど、ルートギャップが小さいほど、またフラックススりワイヤーでスラグ発生量が多いものほど起こりやすい。これら諸問題により本現場溶接施工法を検討すると、インバーク溶接機による低電流域の採用や、低電流域で使える溶接材料の選定・スラグ発生量の少ないワイヤーの使用などが上げられる。
1.まとめ
以上の結果から、橋脚の耐震補強鋼板巻き現場溶接施工において、爽当金をt＝3.2mmに限定した場合の溶接材料は、溶接内部品質・作業性(効率)・溶接ビード外観の順で考えると、立向溶接はSF一1V＜日鐵溶接工業＞またはMX一100T＜神戸製鋼＞とする。横向溶接は立向溶接と同じ溶接材料とすることが溶材の管理上堂ましく、上記ワイヤーは横向溶接に用いても問題がないことが確かめられた。英当金t＝3.2mmにおける、これら溶接材料の推
奨溶接条件を表一6に示す。溶接施工方法としてはインバータ溶接機による炭酸ガス溶接を標準とし、開先角度は(社)日本鋼構造協会の開先標準である立向溶接2θ＝ 45度、横向溶接θ＝35度とする。また、ルートギャップは両溶接ともG＝6.0mm(+4.0mm、—2.0mm)とし、ルートフェイスはR＝Omm(+2.0mm、Omm)とする。パス数はルートギャップ等により若干変化するものである。
8 .あとがき
阪神大震災により橋脚や高架橋が破壊し、これらを教調に全国規模でRC製橋脚の耐震補強工事に着手しており、本報告ではそれら耐震補強の補強鋼板現場溶接における施工法について一連の実験結果を述べた。現場溶接部のルートギャップは、補強鋼板の製作設差や既設RC製橋脚の実測量誤差等により過大となることが想定され、実験では4.0mm〜10.0mmの過大ルートギャップにおける、英当金t＝3.2mmの溶按施工法の確立を行った。しかし過大ルートギャップを10.0mmまでとする理由はなく、現場済接部においては、所定のルートギャップを確保することは困難と想定される。ルートギャップが10.0mm以上の場合は英当金の溶落ちがより一層問題となるが、MX一100Tの低電流域を使用すれば、ある程度まで対応できるものと考えられるため、今後の検討課題と思われる。最後に、橋脚の耐震補強工事による補強工法や、それに伴う溶接部の品質確保等の問題は今後も重量な課題であり、本報告がそれら課題解決のために少しでも参考になれば幸いである。
〈参考文献〉
1 ) (社)日本鋼構造協会：洛拨開先標準、JSS I 03一1992、 2）清水功雄・鳥越弘行：鋼桁とRC橘脚の剛結構造に関する研究(第1報)、宮地技報、No.10 1994. 1996, 10, 31受付