JP2002097743A - 構造用複合材料 - Google Patents
構造用複合材料Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 局部座屈を防止して構造材本来の強度まで使
用でき、しかも重量増大を招くことのない構造用複合材
料を提供すること。 【解決手段】 中空鋼材１１の中空部１２に局部座屈を
防止する必要最小限の縦弾性係数の合成樹脂１６を充填
するようにしており、充填した合成樹脂により局部座屈
が防止でき、中空鋼材本来の強度まで使用できるように
なるとともに、リブで座屈を防止するのに比べ、軽量化
を図ることができるようになる。
用でき、しかも重量増大を招くことのない構造用複合材
料を提供すること。 【解決手段】 中空鋼材１１の中空部１２に局部座屈を
防止する必要最小限の縦弾性係数の合成樹脂１６を充填
するようにしており、充填した合成樹脂により局部座屈
が防止でき、中空鋼材本来の強度まで使用できるように
なるとともに、リブで座屈を防止するのに比べ、軽量化
を図ることができるようになる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、構造用複合材料
に関し、圧縮荷重による局部座屈を防止でき、しかも軽
量化を図ることができるようにしたもので、橋脚用など
として好適なものである。
に関し、圧縮荷重による局部座屈を防止でき、しかも軽
量化を図ることができるようにしたもので、橋脚用など
として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から各種構造物用の構造材料として
鋼材が用いられる場合も多く、例えば橋脚としても施工
に要する期間が短く、地震の多い場所の高架橋などに
は、鉄筋コンクリート製の橋脚に代え、鋼材を用いた鋼
製橋脚が採用されている。
鋼材が用いられる場合も多く、例えば橋脚としても施工
に要する期間が短く、地震の多い場所の高架橋などに
は、鉄筋コンクリート製の橋脚に代え、鋼材を用いた鋼
製橋脚が採用されている。
【０００３】このような鋼構造物である鋼製橋脚では、
鋼材に局部座屈が生じ、さらに塑性化することも想定し
て設計することが行われ、局部座屈を防止するため、例
えば中空鋼材の内側に補剛板として平板状の板リブを溶
接して取り付けることが行われている。
鋼材に局部座屈が生じ、さらに塑性化することも想定し
て設計することが行われ、局部座屈を防止するため、例
えば中空鋼材の内側に補剛板として平板状の板リブを溶
接して取り付けることが行われている。
【０００４】また、平板状の板リブより補剛度の高いリ
ブとして鋼材に溶接して取り付けることで閉じられた空
間を形成する閉断面リブを用いることも行われている
が、用途が限定され、弾性域での使用しか想定しない鋼
床版等に限られて使用されているに過ぎない。
ブとして鋼材に溶接して取り付けることで閉じられた空
間を形成する閉断面リブを用いることも行われている
が、用途が限定され、弾性域での使用しか想定しない鋼
床版等に限られて使用されているに過ぎない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、平板状の板
リブにより得られる剛度は小さく、リブの座屈耐力も低
く、大地震に耐え得る橋脚とするためには、板リブを大
きくする必要があり、板幅、板厚が大きくなって重量も
増大し、経済的な設計を行うことができないという問題
がある。
リブにより得られる剛度は小さく、リブの座屈耐力も低
く、大地震に耐え得る橋脚とするためには、板リブを大
きくする必要があり、板幅、板厚が大きくなって重量も
増大し、経済的な設計を行うことができないという問題
がある。
【０００６】また、閉断面リブを用いることで補剛板全
体の座屈耐力が飛躍的に向上するものの、塑性状態も想
定しなければならない橋脚等の用途の構造材では、リブ
自体の局部座屈対策のためリブの板厚が増大するととも
に、重量も増大し、板リブと同様に経済性が損なわれる
という問題がある。
体の座屈耐力が飛躍的に向上するものの、塑性状態も想
定しなければならない橋脚等の用途の構造材では、リブ
自体の局部座屈対策のためリブの板厚が増大するととも
に、重量も増大し、板リブと同様に経済性が損なわれる
という問題がある。
【０００７】さらに、リブに代え、中空鋼材の内部にコ
ンクリートを充填することも行われているが、重量が増
大するとともに、使用場所も限られるという問題もあ
る。
ンクリートを充填することも行われているが、重量が増
大するとともに、使用場所も限られるという問題もあ
る。
【０００８】この発明は、上記従来技術の有する課題に
鑑みてなされたもので、局部座屈を防止して構造材本来
の強度まで使用でき、しかも重量増大を招くことのない
構造用複合材料を提供しようとするものである。
鑑みてなされたもので、局部座屈を防止して構造材本来
の強度まで使用でき、しかも重量増大を招くことのない
構造用複合材料を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本願発明者らが局部座屈について解析・検討を重ねたと
ころ、ある中空構造材では、本来の鋼材の強度（降伏応
力）に対して局部座屈が生じるため７１％程度の強度ま
でしか使用できないが、この中空構造材の中空部に充填
材を充填して局部座屈を防止しようとすると、どの程度
の縦弾性係数の充填材が必要かを求めたところ、鋼材の
縦弾性係数の１万分の１程度の縦弾性係数の充填材を充
填すれば良いことが分かり、この発明を完成したもので
ある。
本願発明者らが局部座屈について解析・検討を重ねたと
ころ、ある中空構造材では、本来の鋼材の強度（降伏応
力）に対して局部座屈が生じるため７１％程度の強度ま
でしか使用できないが、この中空構造材の中空部に充填
材を充填して局部座屈を防止しようとすると、どの程度
の縦弾性係数の充填材が必要かを求めたところ、鋼材の
縦弾性係数の１万分の１程度の縦弾性係数の充填材を充
填すれば良いことが分かり、この発明を完成したもので
ある。
【００１０】すなわち、構造材の使用条件に応じて局部
座屈を防止し得る必要最小限の縦弾性係数の充填材を充
填するようにすれば良く、特に硬質発泡合成樹脂を用
い、その発泡倍率を変えることで充填材の縦弾性係数を
容易に変えることができることに基づくものである。
座屈を防止し得る必要最小限の縦弾性係数の充填材を充
填するようにすれば良く、特に硬質発泡合成樹脂を用
い、その発泡倍率を変えることで充填材の縦弾性係数を
容易に変えることができることに基づくものである。
【００１１】ここで、必要最小限の縦弾性係数とは、局
部座屈を防止して鋼材の本来の強度での使用を可能とす
るのに必要な充填材の最小の縦弾性係数をいい、鋼材へ
の充填に際しては少なくともこの縦弾性係数であれば、
これ以上であっても良いことはいうまでもない。
部座屈を防止して鋼材の本来の強度での使用を可能とす
るのに必要な充填材の最小の縦弾性係数をいい、鋼材へ
の充填に際しては少なくともこの縦弾性係数であれば、
これ以上であっても良いことはいうまでもない。
【００１２】このような検討結果に基づく具体的なこの
発明の請求項１記載の構造用複合材料は、中空鋼材の中
空部に局部座屈を防止する必要最小限の縦弾性係数の合
成樹脂を充填してなることを特徴とするものである。
発明の請求項１記載の構造用複合材料は、中空鋼材の中
空部に局部座屈を防止する必要最小限の縦弾性係数の合
成樹脂を充填してなることを特徴とするものである。
【００１３】この構造用複合材料によれば、中空鋼材の
中空部に局部座屈を防止する必要最小限の縦弾性係数の
合成樹脂を充填するようにしており、充填した合成樹脂
により局部座屈が防止でき、中空鋼材本来の強度まで使
用できるようになるとともに、リブで座屈を防止するの
に比べ、軽量化を図ることができるようになる。
中空部に局部座屈を防止する必要最小限の縦弾性係数の
合成樹脂を充填するようにしており、充填した合成樹脂
により局部座屈が防止でき、中空鋼材本来の強度まで使
用できるようになるとともに、リブで座屈を防止するの
に比べ、軽量化を図ることができるようになる。
【００１４】また、この発明の請求項２記載の構造用複
合材料は、請求項１記載の構成に加え、前記中空部を、
前記中空鋼材の中空部内側に取り付けた閉断面の補強材
により形成される中空部としたことを特徴とするもので
ある。
合材料は、請求項１記載の構成に加え、前記中空部を、
前記中空鋼材の中空部内側に取り付けた閉断面の補強材
により形成される中空部としたことを特徴とするもので
ある。
【００１５】この構造用複合材料によれば、前記中空鋼
材の中空部内側に取り付けた閉断面の補強材により形成
される中空部に合成樹脂を充填するようにしており、閉
断面の補強材の局部座屈を防止して中空鋼材の本来の強
度まで使用できるようになり、平リブで座屈を防止する
のに比べ、構造も簡素化でき、軽量化を図ることができ
るようになる。
材の中空部内側に取り付けた閉断面の補強材により形成
される中空部に合成樹脂を充填するようにしており、閉
断面の補強材の局部座屈を防止して中空鋼材の本来の強
度まで使用できるようになり、平リブで座屈を防止する
のに比べ、構造も簡素化でき、軽量化を図ることができ
るようになる。
【００１６】さらに、この発明の請求項３記載の構造用
複合材料は、請求項１記載の構成に加え、前記中空部
を、圧縮荷重が加わる鋼材に取り付けた閉断面の補強材
により形成される中空部としたことを特徴とするもので
ある。
複合材料は、請求項１記載の構成に加え、前記中空部
を、圧縮荷重が加わる鋼材に取り付けた閉断面の補強材
により形成される中空部としたことを特徴とするもので
ある。
【００１７】この構造用複合材料によれば、圧縮荷重が
加わる鋼材に取り付けた閉断面の補強材により形成され
る中空部に合成樹脂を充填するようにしており、閉断面
の補強材の局部座屈を防止して鋼材の本来の強度まで使
用できるようになり、長大橋の鋼床版などでも軽量化を
図ることができるようになる。
加わる鋼材に取り付けた閉断面の補強材により形成され
る中空部に合成樹脂を充填するようにしており、閉断面
の補強材の局部座屈を防止して鋼材の本来の強度まで使
用できるようになり、長大橋の鋼床版などでも軽量化を
図ることができるようになる。
【００１８】また、この発明の請求項４記載の構造用複
合材料は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加
え、前記樹脂が、発泡密度を変えて前記必要最小限の縦
弾性係数とされた硬質発泡合成樹脂であることを特徴と
するものである。
合材料は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加
え、前記樹脂が、発泡密度を変えて前記必要最小限の縦
弾性係数とされた硬質発泡合成樹脂であることを特徴と
するものである。
【００１９】この構造用複合材料によれば、発泡密度を
変えて前記必要最小限の縦弾性係数とされた硬質発泡合
成樹脂を中空部に充填するようにしており、使用条件に
より必要な縦弾性係数が変わる場合にも発泡密度の調整
で簡単に対応でき、局部座屈を防止して中空鋼材や鋼材
の本来の強度まで使用できるとともに、軽量化を図るこ
とができるようになる。
変えて前記必要最小限の縦弾性係数とされた硬質発泡合
成樹脂を中空部に充填するようにしており、使用条件に
より必要な縦弾性係数が変わる場合にも発泡密度の調整
で簡単に対応でき、局部座屈を防止して中空鋼材や鋼材
の本来の強度まで使用できるとともに、軽量化を図るこ
とができるようになる。
【００２０】さらに、この発明の請求項５記載の構造用
複合材料は、請求項１，２，４のいずれかに記載の構成
に加え、前記中空鋼材を橋脚用中空鋼材としたことを特
徴とするものである。
複合材料は、請求項１，２，４のいずれかに記載の構成
に加え、前記中空鋼材を橋脚用中空鋼材としたことを特
徴とするものである。
【００２１】この構造用複合材料によれば、前記中空鋼
材を橋脚用中空鋼材とするようにしており、橋脚の軽量
化と構造の簡素化を図ることができるようになる。
材を橋脚用中空鋼材とするようにしており、橋脚の軽量
化と構造の簡素化を図ることができるようになる。
【００２２】また、この発明の請求項６記載の構造用複
合材料は、請求項１，２，４のいずれかに記載の構成に
加え、前記中空鋼材をトラス橋弦材用中空鋼材としたこ
とを特徴とするものである。
合材料は、請求項１，２，４のいずれかに記載の構成に
加え、前記中空鋼材をトラス橋弦材用中空鋼材としたこ
とを特徴とするものである。
【００２３】この構造用複合材料によれば、前記中空鋼
材をトラス橋弦材用中空鋼材とするようにしており、ト
ラス橋弦材の軽量化と構造の簡素化を図ることができる
ようになる。
材をトラス橋弦材用中空鋼材とするようにしており、ト
ラス橋弦材の軽量化と構造の簡素化を図ることができる
ようになる。
【００２４】さらに、この発明の請求項７記載の構造用
複合材料は、請求項１，２，４のいずれかに記載の構成
に加え、前記中空鋼材を橋梁仮設支持材用中空鋼材とし
たことを特徴とするものである。
複合材料は、請求項１，２，４のいずれかに記載の構成
に加え、前記中空鋼材を橋梁仮設支持材用中空鋼材とし
たことを特徴とするものである。
【００２５】この構造用複合材料によれば、前記中空鋼
材を橋梁仮設支持材用中空鋼材とするようにしており、
橋梁仮設支持材の軽量化と構造の簡素化を図ることがで
きるようになる。
材を橋梁仮設支持材用中空鋼材とするようにしており、
橋梁仮設支持材の軽量化と構造の簡素化を図ることがで
きるようになる。
【００２６】また、この発明の請求項８記載の構造用複
合材料は、請求項３または４記載の構成に加え、前記鋼
材を橋梁床版用鋼材としたことを特徴とするものであ
る。
合材料は、請求項３または４記載の構成に加え、前記鋼
材を橋梁床版用鋼材としたことを特徴とするものであ
る。
【００２７】この構造用複合材料によれば、前記鋼材を
橋梁床版用鋼材とするようにしており、橋梁床版の軽量
化と構造の簡素化を図ることができるようになる。
橋梁床版用鋼材とするようにしており、橋梁床版の軽量
化と構造の簡素化を図ることができるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面に基づき詳細に説明する。まず、具体的な構造
用複合材料について説明する前に、中空鋼材について行
った座屈解析について説明する。
いて図面に基づき詳細に説明する。まず、具体的な構造
用複合材料について説明する前に、中空鋼材について行
った座屈解析について説明する。
【００２９】ここでは、図１に示すように、中空鋼材を
モデル化してコンピュータでの数値計算による線系座屈
解析を行った。この座屈解析には、中空鋼材としてＪＩ
ＳＧ３４６６ ＳＴＫＹ４００の鋼管：３００×３００
×４．５×４０００ｍｍを用いた。
モデル化してコンピュータでの数値計算による線系座屈
解析を行った。この座屈解析には、中空鋼材としてＪＩ
ＳＧ３４６６ ＳＴＫＹ４００の鋼管：３００×３００
×４．５×４０００ｍｍを用いた。
【００３０】そして、座屈解析の結果、この中空鋼材で
は、本来の鋼材の強度（降伏応力）に対して局部座屈耐
力が０．７１１であった。
は、本来の鋼材の強度（降伏応力）に対して局部座屈耐
力が０．７１１であった。
【００３１】そこで、この中空鋼材の中空部に充填材を
充填して局部座屈を防止しようとすると、どの程度の縦
弾性係数の充填材が必要かを算出した。
充填して局部座屈を防止しようとすると、どの程度の縦
弾性係数の充填材が必要かを算出した。
【００３２】なお、ここでは、充填材として硬質発泡ウ
レタン樹脂を用い、この充填材のヤング率（縦弾性係
数）を変えて場合の局部座屈耐力について算出した。
レタン樹脂を用い、この充填材のヤング率（縦弾性係
数）を変えて場合の局部座屈耐力について算出した。
【００３３】その結果を示したものが図２であり、図中
の横軸のヤング係数比（Ｅc ／Ｅs）は充填材のヤング
率（縦弾性係数）Ｅc と鋼材のヤング率（縦弾性係数）
Ｅsとの比であり、図中の縦軸の局部座屈耐力（Ｎcr／
Ｎy ）は局部座屈強度Ｎcrと鋼材本来の強度Ｎy との比
である。
の横軸のヤング係数比（Ｅc ／Ｅs）は充填材のヤング
率（縦弾性係数）Ｅc と鋼材のヤング率（縦弾性係数）
Ｅsとの比であり、図中の縦軸の局部座屈耐力（Ｎcr／
Ｎy ）は局部座屈強度Ｎcrと鋼材本来の強度Ｎy との比
である。
【００３４】この座屈解析結果を示す図２から明らかな
ように、中空鋼材に充填する充填材のヤング率（縦弾性
係数）を大きくすることで、局部座屈耐力を高めること
ができ、局部座屈が生じない場合である局部座屈耐力
（Ｎcr／Ｎy ）を１．００にすることも可能であり、そ
の場合には必要なヤング係数比が１Ｅ-4すなわち鋼材の
縦弾性係数の１万分の１の縦弾性係数にすれば良いこと
が分かる。
ように、中空鋼材に充填する充填材のヤング率（縦弾性
係数）を大きくすることで、局部座屈耐力を高めること
ができ、局部座屈が生じない場合である局部座屈耐力
（Ｎcr／Ｎy ）を１．００にすることも可能であり、そ
の場合には必要なヤング係数比が１Ｅ-4すなわち鋼材の
縦弾性係数の１万分の１の縦弾性係数にすれば良いこと
が分かる。
【００３５】すなわち、鋼材の縦弾性係数が２．１×１
０-6kgf/cm2 であることから、充填材として必要な縦弾
性係数は２．１×１０-6kgf/cm2 ÷１０4 ＝２１０kgf/
cm2となる。
０-6kgf/cm2 であることから、充填材として必要な縦弾
性係数は２．１×１０-6kgf/cm2 ÷１０4 ＝２１０kgf/
cm2となる。
【００３６】一方、硬質発泡ウレタン樹脂のフォーム密
度（g/cm2 ）と曲げ弾性率（kg /cm 2 ）の関係を求めた
ものが図３に示すグラフであり、このグラフから充填材
として必要な硬質発泡ウレタン樹脂のフォーム密度は
０．０２３６g/cm2 であればよいことになる。
度（g/cm2 ）と曲げ弾性率（kg /cm 2 ）の関係を求めた
ものが図３に示すグラフであり、このグラフから充填材
として必要な硬質発泡ウレタン樹脂のフォーム密度は
０．０２３６g/cm2 であればよいことになる。
【００３７】したがって、ポリシソシアネートとポリオ
ールとのウレタン化反応による硬質発泡ポリウレタンフ
ォームの発泡密度を調整することで必要な縦弾性係数の
充填材を得ることができる。
ールとのウレタン化反応による硬質発泡ポリウレタンフ
ォームの発泡密度を調整することで必要な縦弾性係数の
充填材を得ることができる。
【００３８】一方、具体的な構造材として使用する場合
には、使用する構造物などによって必要な局部座屈耐力
が変わることになることから、圧縮荷重が加わる中空鋼
材の寸法条件と荷重条件を知り、上記座屈解析と同様に
して、局部座屈耐力（Ｎcr／Ｎy ）を１．００にするた
めの中空鋼材の中空部に充填する充填材のヤング係数比
を算出し、さらに硬質発泡ウレタン樹脂の曲げ弾性率を
求め、必要な硬質発泡ウレタン樹脂のフォーム密度を得
て中空鋼材の中空部に充填発泡させるようにすれば良い
ことになる。
には、使用する構造物などによって必要な局部座屈耐力
が変わることになることから、圧縮荷重が加わる中空鋼
材の寸法条件と荷重条件を知り、上記座屈解析と同様に
して、局部座屈耐力（Ｎcr／Ｎy ）を１．００にするた
めの中空鋼材の中空部に充填する充填材のヤング係数比
を算出し、さらに硬質発泡ウレタン樹脂の曲げ弾性率を
求め、必要な硬質発泡ウレタン樹脂のフォーム密度を得
て中空鋼材の中空部に充填発泡させるようにすれば良い
ことになる。
【００３９】このような充填材の縦弾性係数を中空鋼材
の使用条件に応じて変える必要があるが、特に硬質発泡
合成樹脂を用い、その発泡倍率を変えることで充填材の
縦弾性係数を簡単に変えて対応することができる。
の使用条件に応じて変える必要があるが、特に硬質発泡
合成樹脂を用い、その発泡倍率を変えることで充填材の
縦弾性係数を簡単に変えて対応することができる。
【００４０】以上のように、中空鋼材の中空部に局部座
屈を防止する必要最小限の縦弾性係数の合成樹脂を充填
して構造用複合材料にすれば、充填した合成樹脂により
局部座屈が防止でき、中空鋼材本来の強度まで使用する
ことができ、従来の板リブで座屈を防止するのに比べ、
軽量化を図ることができる。
屈を防止する必要最小限の縦弾性係数の合成樹脂を充填
して構造用複合材料にすれば、充填した合成樹脂により
局部座屈が防止でき、中空鋼材本来の強度まで使用する
ことができ、従来の板リブで座屈を防止するのに比べ、
軽量化を図ることができる。
【００４１】また、このような構造用複合材料によれ
ば、中空鋼材の中空部にコンクリートを充填して局部座
屈を防止する場合に比べ、必要以上の充填密度になら
ず、軽量化を図ることができる。
ば、中空鋼材の中空部にコンクリートを充填して局部座
屈を防止する場合に比べ、必要以上の充填密度になら
ず、軽量化を図ることができる。
【００４２】さらに、この構造用複合材料によれば、中
空部に充填する充填材として硬質発泡合成樹脂を用いる
ようにしたので、使用条件により必要な縦弾性係数が変
わる場合にも発泡密度の調整で簡単に対応でき、特に硬
質発泡ウレタン樹脂を用いることで、中空鋼材の内面と
樹脂とが接着することから一層有効に局部座屈を防止す
ることができる。
空部に充填する充填材として硬質発泡合成樹脂を用いる
ようにしたので、使用条件により必要な縦弾性係数が変
わる場合にも発泡密度の調整で簡単に対応でき、特に硬
質発泡ウレタン樹脂を用いることで、中空鋼材の内面と
樹脂とが接着することから一層有効に局部座屈を防止す
ることができる。
【００４３】次に、このような構造用複合材料による具
体例について説明する。図４はこの発明の構造用複合材
料の一実施の形態にかかり、（ａ）は鋼製橋脚の左半分
の横断面図、（ｂ）は橋脚部分の横断面図、（ｃ）は比
較のため示す従来構造の橋脚部分の横断面図である。
体例について説明する。図４はこの発明の構造用複合材
料の一実施の形態にかかり、（ａ）は鋼製橋脚の左半分
の横断面図、（ｂ）は橋脚部分の横断面図、（ｃ）は比
較のため示す従来構造の橋脚部分の横断面図である。
【００４４】この構造用複合材料を構成する橋脚用中空
鋼材１０では、矩形断面の中空鋼材１１の中空部１２の
内側に補強材１３として横断面形状が台形状のリブ１４
が溶接によって中空鋼材１１に取り付けてあり、それぞ
れのリブ１４と中空鋼材１１とで閉断面の空間１５が形
成される。
鋼材１０では、矩形断面の中空鋼材１１の中空部１２の
内側に補強材１３として横断面形状が台形状のリブ１４
が溶接によって中空鋼材１１に取り付けてあり、それぞ
れのリブ１４と中空鋼材１１とで閉断面の空間１５が形
成される。
【００４５】そして、それぞれのリブ１４と中空鋼材１
１とで形成される閉断面空間１５にそれぞれ局部座屈を
防止する必要最小限の縦弾性係数の充填材１６が充填さ
れ、例えば充填材として硬質発泡ウレタン樹脂が充填さ
れる。
１とで形成される閉断面空間１５にそれぞれ局部座屈を
防止する必要最小限の縦弾性係数の充填材１６が充填さ
れ、例えば充填材として硬質発泡ウレタン樹脂が充填さ
れる。
【００４６】このような構造用複合材料を構成する橋脚
用中空鋼材１０では、従来の中空鋼材１１の中空部１２
の内側に板リブ１７を溶接して取り付ける場合に比べ、
リブ１４の局部座屈を、それぞれのリブ１４と中空鋼材
１１とで形成される閉断面空間１５に充填する充填材１
６によって防止することができ、このリブ１４により橋
脚用中空鋼材１０の局部座屈も防止でき、本来の中空鋼
材１１の強度で使用することができるとともに、大幅な
軽量化を図ることができ、試算によれば、橋脚１ｍ当り
で、重量を１９％削減でき、リブの本数を１６本から１
２本に、リブの溶接長さを６４％とリブの塗装面積を２
２％削減できる。
用中空鋼材１０では、従来の中空鋼材１１の中空部１２
の内側に板リブ１７を溶接して取り付ける場合に比べ、
リブ１４の局部座屈を、それぞれのリブ１４と中空鋼材
１１とで形成される閉断面空間１５に充填する充填材１
６によって防止することができ、このリブ１４により橋
脚用中空鋼材１０の局部座屈も防止でき、本来の中空鋼
材１１の強度で使用することができるとともに、大幅な
軽量化を図ることができ、試算によれば、橋脚１ｍ当り
で、重量を１９％削減でき、リブの本数を１６本から１
２本に、リブの溶接長さを６４％とリブの塗装面積を２
２％削減できる。
【００４７】次に、この発明の他の一実施の形態につい
て図５により説明する。図５はこの発明の構造用複合材
料の他の一実施の形態にかかり、（ａ）は橋梁床版の部
分横断面図である。
て図５により説明する。図５はこの発明の構造用複合材
料の他の一実施の形態にかかり、（ａ）は橋梁床版の部
分横断面図である。
【００４８】この構造用複合材料を構成する橋梁床版用
鋼材２０（図４参照）では、板状の鋼材２１の下面２２
に補強材２３として横断面形状が台形状のリブ２４が溶
接によって鋼材２１に取り付けてあり、それぞれのリブ
２４と鋼材２１とで閉断面の空間２５が形成される。
鋼材２０（図４参照）では、板状の鋼材２１の下面２２
に補強材２３として横断面形状が台形状のリブ２４が溶
接によって鋼材２１に取り付けてあり、それぞれのリブ
２４と鋼材２１とで閉断面の空間２５が形成される。
【００４９】そして、それぞれのリブ２４と鋼材２１と
で形成される閉断面空間２５にそれぞれ局部座屈を防止
する必要最小限の縦弾性係数の充填材２６が充填され、
例えば充填材として硬質発泡ウレタン樹脂が充填され
る。
で形成される閉断面空間２５にそれぞれ局部座屈を防止
する必要最小限の縦弾性係数の充填材２６が充填され、
例えば充填材として硬質発泡ウレタン樹脂が充填され
る。
【００５０】このような構造用複合材料を構成する橋梁
床版用鋼材２０では、リブ２４の局部座屈を、それぞれ
のリブ２４と鋼材２１とで形成される閉断面空間２５に
充填する充填材２６によって防止することができ、この
リブ２４により橋梁床版用鋼材２０の局部座屈も防止で
き、本来の鋼材１１の強度で使用することができるとと
もに、大幅な軽量化を図ることができ、特に斜長橋や吊
橋などの長大橋のような橋梁床版に圧縮荷重が加わる場
合に有効である。これにより、リブ２４の大断面化、薄
肉化、軽量化が可能となる。
床版用鋼材２０では、リブ２４の局部座屈を、それぞれ
のリブ２４と鋼材２１とで形成される閉断面空間２５に
充填する充填材２６によって防止することができ、この
リブ２４により橋梁床版用鋼材２０の局部座屈も防止で
き、本来の鋼材１１の強度で使用することができるとと
もに、大幅な軽量化を図ることができ、特に斜長橋や吊
橋などの長大橋のような橋梁床版に圧縮荷重が加わる場
合に有効である。これにより、リブ２４の大断面化、薄
肉化、軽量化が可能となる。
【００５１】次に、この発明の一実施の形態について図
６により説明する。図６はこの発明の構造用複合材料の
さらに他の一実施の形態にかかり、（ａ）はトラス橋の
部分側面図、（ｂ）は橋梁仮設支持材の正面図、（ｃ）
はトラス橋弦材用中空鋼材および橋梁仮設支持材用中空
鋼材の横断面図、（ｄ）は参考に示す従来例の横断面図
である。
６により説明する。図６はこの発明の構造用複合材料の
さらに他の一実施の形態にかかり、（ａ）はトラス橋の
部分側面図、（ｂ）は橋梁仮設支持材の正面図、（ｃ）
はトラス橋弦材用中空鋼材および橋梁仮設支持材用中空
鋼材の横断面図、（ｄ）は参考に示す従来例の横断面図
である。
【００５２】この構造用複合材料を構成するトラス橋弦
材用中空鋼材３０も橋梁仮設支持材用中空鋼材４０も同
一構造であり、同図（ｃ）に示すように、中空鋼材３１
の中空部３２に局部座屈を防止する必要最小限の縦弾性
係数の充填材３３が充填され、例えば充填材として硬質
発泡ウレタン樹脂が充填される。
材用中空鋼材３０も橋梁仮設支持材用中空鋼材４０も同
一構造であり、同図（ｃ）に示すように、中空鋼材３１
の中空部３２に局部座屈を防止する必要最小限の縦弾性
係数の充填材３３が充填され、例えば充填材として硬質
発泡ウレタン樹脂が充填される。
【００５３】このような構造用複合材料を構成するトラ
ス橋弦材用中空鋼材３０および橋梁仮設支持材用中空鋼
材４０のいずれでも、中空鋼材３１の局部座屈を、中空
部３２に充填する充填材３３によって防止することがで
き、本来の中空鋼材３１の強度で使用することができる
とともに、大幅な軽量化を図ることができる。
ス橋弦材用中空鋼材３０および橋梁仮設支持材用中空鋼
材４０のいずれでも、中空鋼材３１の局部座屈を、中空
部３２に充填する充填材３３によって防止することがで
き、本来の中空鋼材３１の強度で使用することができる
とともに、大幅な軽量化を図ることができる。
【００５４】これにより、従来のリブ３４を省略するこ
とができるとともに、アングル材３５とこれを連結する
連結材３６との溶接構造にすること無く、構造を簡素化
することができる。
とができるとともに、アングル材３５とこれを連結する
連結材３６との溶接構造にすること無く、構造を簡素化
することができる。
【００５５】なお、上記実施の形態では、中空鋼材とし
て断面矩形のものを例に説明したが、これに限らず、円
形や楕円形等他の断面形状であっても良く、閉断面空間
を形成する補強材の断面形状も台形状のものに限らず、
半円形や半楕円形等どのような断面形状であっても良
く、充填材を充填することができるものであれば良い。
て断面矩形のものを例に説明したが、これに限らず、円
形や楕円形等他の断面形状であっても良く、閉断面空間
を形成する補強材の断面形状も台形状のものに限らず、
半円形や半楕円形等どのような断面形状であっても良
く、充填材を充填することができるものであれば良い。
【００５６】また、充填材としては、硬質発泡合成樹脂
として硬質発泡ウレタン樹脂を例に説明したが、密度の
変更が容易なものであれば、これに限るものでない。
として硬質発泡ウレタン樹脂を例に説明したが、密度の
変更が容易なものであれば、これに限るものでない。
【００５７】さらに、この構造用複合材料の用途も上記
実施の形態で説明したものに限らず、圧縮荷重が加わ
り、局部座屈が問題となる構造用材料として広く用いる
ことができる。
実施の形態で説明したものに限らず、圧縮荷重が加わ
り、局部座屈が問題となる構造用材料として広く用いる
ことができる。
【００５８】
【発明の効果】以上、実施の形態とともに具体的に説明
したようにこの発明の請求項１記載の構造用複合材料に
よれば、中空鋼材の中空部に局部座屈を防止する必要最
小限の縦弾性係数の合成樹脂を充填するようにしたの
で、充填した合成樹脂により局部座屈が防止でき、中空
鋼材本来の強度まで使用することができるとともに、リ
ブで座屈を防止するのに比べ、軽量化を図ることができ
る。
したようにこの発明の請求項１記載の構造用複合材料に
よれば、中空鋼材の中空部に局部座屈を防止する必要最
小限の縦弾性係数の合成樹脂を充填するようにしたの
で、充填した合成樹脂により局部座屈が防止でき、中空
鋼材本来の強度まで使用することができるとともに、リ
ブで座屈を防止するのに比べ、軽量化を図ることができ
る。
【００５９】また、この発明の請求項２記載の構造用複
合材料によれば、前記中空鋼材の中空部内側に取り付け
た閉断面の補強材により形成される中空部に合成樹脂を
充填するようにしたので、閉断面の補強材の局部座屈を
防止して中空鋼材の本来の強度まで使用することがで
き、平リブで座屈を防止するのに比べ、構造も簡素化で
き、軽量化を図ることができる。
合材料によれば、前記中空鋼材の中空部内側に取り付け
た閉断面の補強材により形成される中空部に合成樹脂を
充填するようにしたので、閉断面の補強材の局部座屈を
防止して中空鋼材の本来の強度まで使用することがで
き、平リブで座屈を防止するのに比べ、構造も簡素化で
き、軽量化を図ることができる。
【００６０】さらに、この発明の請求項３記載の構造用
複合材料によれば、圧縮荷重が加わる鋼材に取り付けた
閉断面の補強材により形成される中空部に合成樹脂を充
填するようにしたので、閉断面の補強材の局部座屈を防
止して鋼材の本来の強度まで使用することができ、長大
橋の鋼床版などでも軽量化を図ることができる。
複合材料によれば、圧縮荷重が加わる鋼材に取り付けた
閉断面の補強材により形成される中空部に合成樹脂を充
填するようにしたので、閉断面の補強材の局部座屈を防
止して鋼材の本来の強度まで使用することができ、長大
橋の鋼床版などでも軽量化を図ることができる。
【００６１】また、この発明の請求項４記載の構造用複
合材料によれば、発泡密度を変えて前記必要最小限の縦
弾性係数とされた硬質発泡合成樹脂を中空部に充填する
ようにしたので、使用条件により必要な縦弾性係数が変
わる場合にも発泡密度の調整で簡単に対応でき、局部座
屈を防止して中空鋼材や鋼材の本来の強度まで使用する
ことができるとともに、軽量化を図ることができる。
合材料によれば、発泡密度を変えて前記必要最小限の縦
弾性係数とされた硬質発泡合成樹脂を中空部に充填する
ようにしたので、使用条件により必要な縦弾性係数が変
わる場合にも発泡密度の調整で簡単に対応でき、局部座
屈を防止して中空鋼材や鋼材の本来の強度まで使用する
ことができるとともに、軽量化を図ることができる。
【００６２】さらに、この発明の請求項５記載の構造用
複合材料によれば、前記中空鋼材を橋脚用中空鋼材とす
るようにしたので、橋脚の軽量化と構造の簡素化を図る
ことができる。
複合材料によれば、前記中空鋼材を橋脚用中空鋼材とす
るようにしたので、橋脚の軽量化と構造の簡素化を図る
ことができる。
【００６３】また、この発明の請求項６記載の構造用複
合材料によれば、前記中空鋼材をトラス橋弦材用中空鋼
材とするようにしたので、トラス橋弦材の軽量化と構造
の簡素化を図ることができる。
合材料によれば、前記中空鋼材をトラス橋弦材用中空鋼
材とするようにしたので、トラス橋弦材の軽量化と構造
の簡素化を図ることができる。
【００６４】さらに、この発明の請求項７記載の構造用
複合材料によれば、前記中空鋼材を橋梁仮設支持材用中
空鋼材とするようにしたので、橋梁仮設支持材の軽量化
と構造の簡素化を図ることができる。
複合材料によれば、前記中空鋼材を橋梁仮設支持材用中
空鋼材とするようにしたので、橋梁仮設支持材の軽量化
と構造の簡素化を図ることができる。
【００６５】また、この発明の請求項８記載の構造用複
合材料によれば、前記鋼材を橋梁床版用鋼材とするよう
にしたので、橋梁床版の軽量化と構造の簡素化を図るこ
とができる。
合材料によれば、前記鋼材を橋梁床版用鋼材とするよう
にしたので、橋梁床版の軽量化と構造の簡素化を図るこ
とができる。
【図１】この発明の構造用複合材料の一実施の形態にか
かる座屈解析による中空鋼材をモデル化した説明図で、
（ａ）は通常状態を、（ｂ）は局部座屈状態をそれぞれ
示す。
かる座屈解析による中空鋼材をモデル化した説明図で、
（ａ）は通常状態を、（ｂ）は局部座屈状態をそれぞれ
示す。
【図２】この発明の構造用複合材料の一実施の形態にか
かる座屈解析による座屈解析結果の局部座屈防止効果を
示すグラフである。
かる座屈解析による座屈解析結果の局部座屈防止効果を
示すグラフである。
【図３】この発明の構造用複合材料の一実施の形態にか
かる硬質発泡ウレタン樹脂のフォーム密度（g/cm2 ）と
曲げ弾性率（kg /cm2 ）の関係を示すグラフである。
かる硬質発泡ウレタン樹脂のフォーム密度（g/cm2 ）と
曲げ弾性率（kg /cm2 ）の関係を示すグラフである。
【図４】この発明の構造用複合材料の一実施の形態にか
かり、（ａ）は鋼製橋脚の左半分の横断面図、（ｂ）は
橋脚部分の横断面図、（ｃ）は比較のため示す従来構造
の橋脚部分の横断面図である。
かり、（ａ）は鋼製橋脚の左半分の横断面図、（ｂ）は
橋脚部分の横断面図、（ｃ）は比較のため示す従来構造
の橋脚部分の横断面図である。
【図５】この発明の構造用複合材料の他の一実施の形態
にかかり、（ａ）は橋梁床版の部分横断面図である。
にかかり、（ａ）は橋梁床版の部分横断面図である。
【図６】この発明の構造用複合材料のさらに他の一実施
の形態にかかり、（ａ）はトラス橋の部分側面図、
（ｂ）は橋梁仮設支持材の正面図、（ｃ）はトラス橋弦
材用中空鋼材および橋梁仮設支持材用中空鋼材の横断面
図、（ｄ）は参考に示す従来例の横断面図である。
の形態にかかり、（ａ）はトラス橋の部分側面図、
（ｂ）は橋梁仮設支持材の正面図、（ｃ）はトラス橋弦
材用中空鋼材および橋梁仮設支持材用中空鋼材の横断面
図、（ｄ）は参考に示す従来例の横断面図である。
１０ 橋脚用中空鋼材（構造用複合材料） １１ 中空鋼材 １２ 中空部 １３ 補強材 １４ リブ（閉断面リブ） １５ 閉断面空間 １６ 充填材 ２０ 橋梁床版用鋼材（構造用複合材料） ２１ 鋼材 ２２ 下面 ２３ 補強材 ２４ リブ（閉断面リブ） ２５ 閉断面空間 ２６ 充填材 ３０ トラス橋弦材用中空鋼材（構造用複合材料） ３１ 中空鋼材 ３２ 中空部 ３３ 充填材 ４０ 橋梁仮設支持用中空鋼材（構造用複合材料）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０４Ｃ 2/08 Ｅ０１Ｄ 21/02 (72)発明者 笠坊 英彰 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石 川島播磨重工業株式会社横浜第三工場内 (72)発明者 島村 和夫 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 山本 尚樹 東京都江東区豊洲三丁目１番15号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 Ｆターム(参考） 2D059 AA03 AA16 BB33 DD08 GG02 2E162 CB02 DA09 2E163 FA02 FB01 FF21
Claims (8)
- 【請求項１】中空鋼材の中空部に局部座屈を防止する必
要最小限の縦弾性係数の合成樹脂を充填してなることを
特徴とする構造用複合材料。 - 【請求項２】前記中空部を、前記中空鋼材の中空部内側
に取り付けた閉断面の補強材により形成される中空部と
したことを特徴とする請求項１記載の構造用複合材料。 - 【請求項３】前記中空部を、圧縮荷重が加わる鋼材に取
り付けた閉断面の補強材により形成される中空部とした
ことを特徴とする請求項１記載の構造用複合材料。 - 【請求項４】前記樹脂が、発泡密度を変えて前記必要最
小限の縦弾性係数とされた硬質発泡合成樹脂であること
を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の構造用複
合材料。 - 【請求項５】前記中空鋼材を橋脚用中空鋼材としたこと
を特徴とする請求項１，２，４のいずれかに記載の構造
用複合材料。 - 【請求項６】前記中空鋼材をトラス橋弦材用中空鋼材と
したことを特徴とする請求項１，２，４のいずれかに記
載の構造用複合材料。 - 【請求項７】前記中空鋼材を橋梁仮設支持材用中空鋼材
としたことを特徴とする請求項１，２，４のいずれかに
記載の構造用複合材料。 - 【請求項８】前記鋼材を橋梁床版用鋼材としたことを特
徴とする請求項３または４記載の構造用複合材料。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000291628A JP4563565B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | 構造用複合材料 |
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|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002097743A true JP2002097743A (ja) | 2002-04-05 |
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|---|---|---|---|
| JP2000291628A Expired - Lifetime JP4563565B2 (ja) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | 構造用複合材料 |
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| JP (1) | JP4563565B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005240537A (ja) * | 2004-01-30 | 2005-09-08 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 鋼床版及びこれの補強方法 |
| JP2010048000A (ja) * | 2008-08-22 | 2010-03-04 | Inoac Tokuzai Kk | 下路鋼トラス橋の箱形断面斜材の補強構造と補強方法 |
Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPS54159815U (ja) * | 1978-04-28 | 1979-11-08 | ||
| JPS60172847U (ja) * | 1984-04-23 | 1985-11-15 | 三菱重工業株式会社 | 筒構造物 |
| JPH05272103A (ja) * | 1992-03-24 | 1993-10-19 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 鋼製床版 |
| JPH09165720A (ja) * | 1995-12-19 | 1997-06-24 | Ishikawajima Constr Materials Co Ltd | 筒状柱の補強方法 |
-
2000
- 2000-09-26 JP JP2000291628A patent/JP4563565B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPS54159815U (ja) * | 1978-04-28 | 1979-11-08 | ||
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