JP2006342517A - 鉄塔補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄塔部材の交換や補強を安全にかつ経済的に実施することができる鉄塔部材の補強技術を提供すること。
【解決手段】鉄塔１の補強対象部分２が、鉄塔を構成する部材３と部材４、５をボルト止めした接合部７を有する鉄塔の補強工法であって、接合部７における部材３と部材４、５を溶接接合する第１工程と、溶接された部材３と部材４、５を接合しているボルト８を取り外す第２工程と、接合部７における部材３に補強プレート１０を取り付ける第３工程と、補強プレート１０に、補強対象部材３、４、５の補強材をボルト止めにより接合する第４工程とを含む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、送電鉄塔や通信鉄塔などを構成する鉄塔部材の補強技術に関する。

地震や地盤沈下発生時などには、鉄塔立地箇所において地盤崩壊や変動が生じ、その結果、４脚の基礎が一体でない場合、鉄塔の基礎に不同変位が生じ、鉄塔部材に２次的な応力が発生して部材変形することがある。また、その他の自然外力によって部材が変形する場合もある。例えば、台風の襲来による強風や異常な着雪現象により設計荷重を上回るような外力が作用した場合、部材変形することがある。こういった状況下では、基礎変位の程度や部材の変形状況を確認し、所定の必要強度を確保できるかの照査を行った上で、部材交換や部材補強を行うこととなる。

部材交換を行う場合、変形した部材を外し、同一の新規製作部材と交換することが一般的である。その場合、変形部材には基礎の不同変位により２次的な応力が作用するが、それがどの程度かを定量的に把握することは困難なため、部材を外すことが不可能な場合がある。さらに、部材を外すことが基礎の変位や部材変形を増長する危険性もある。そこで、基礎の変位や部材変形を進展させないため、鉄塔の４脚を梁で繋ぎ、脚どうしが相対的に変形しない措置などを講じる必要があった。

なお、部材補強する場合は、部材どうしの接合点における構造が複雑化し、設計や施工が煩雑になる傾向があることに加え、補強部材を取り付けるためには接合点のボルトなどを一旦取り外す必要がある場合も多い。変形した部材を取り外すことは基礎の変位や部材変形を増長する危険性があり、サポート治具として油圧ジャッキなどの大型機械を用いなくてはならなかった。

基礎変位の程度によっては、鉄塔部材における２次応力の残留が否定できない。脚を梁で繋ぐ措置を講じた場合でも、部材交換や部材補強を行う際、必ず部材を取り外す状態（接合点のボルト外しも含む）が発生し、２次応力が他の部材へ再配分されるため、交換や補強する場合の施工時の安全性確保のためには、サポート治具の使用などによる工夫が必要であった。

即ち、不同変位などの影響を受けた部材も応力伝達に寄与しているため、安易に取り外すことはできず、事前に応力伝達の代替機能を付加して安全に交換又は補強することが必要である。既存の技術には、大型機械を用いることで安全性を確保する方法はあるものの、経済的な負担が大きいという問題がある。

よって、本発明の課題は、鉄塔部材の交換や補強を安全にかつ経済的に実施することができる鉄塔部材の補強技術を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明では以下の方法を採用した。
本発明は、鉄塔の補強対象部分が、鉄塔を構成する部材と部材をボルト止めした接合部を有する鉄塔の補強工法であって、前記接合部における部材と部材を溶接接合する第１工程と、溶接された部材と部材を接合しているボルトを取り外す第２工程と、前記接合部における部材に補強プレートを取り付ける第３工程と、前記補強プレートに、補強対象部材
の補強材をボルト止めにより接合する第４工程と、を含むものである。

本発明によれば、接合部における部材と部材とを溶接接合して応力伝達を確保した後に、接合部における部材に、その部材と部材との応力伝達部材である補強プレートを取り付け、その補強プレートと前記部材とをボルト接合する方法を採用しているので、接合部の構造と応力伝達の機構を崩すことのない補強工法となる。したがって、従来のように、鉄塔の４脚を繋ぐ梁を設けたり、大型の機械を補助的に用いたりする必要もなくなるので、鉄塔部材の交換や補強を安全にかつ経済的に実施することができる。これにより、山間部のように物資の輸送手段が限られる場合でも、大掛かりな機器を用いずに施工が可能となり、既存の方法よりも経済的に有利となる。

本発明では、前記補強対象部分において、前記部材と部材が既設の取付プレートを挟む形態でボルト接合されている場合、前記第１工程では、前記取付プレートを補強対象部材に溶接することで、それら部材と部材とを接合することが望ましい。このようにすれば、既設の取り付けプレートを応力伝達構造として有効利用することができる。

本発明では、前記第３工程又は第４工程の後に、前記補強対象部分の部材に添わせる補強材を設ける部材補強工程を行うことが望ましい。第３工程においては、既に応力伝達部材である補強プレートを接合部における部材に取り付けてあるので、この補強プレートを介して増設応力材となる補強材を施工手順において容易に取り付けることが可能になるからである。

前記補強対象の部材と部材が、鉄塔を構成する応力材である主柱材と主柱材以外の応力材であり、前記第３工程では、前記主柱材に前記補強プレートを取り付けることが望ましい。このように、主柱材に補強プレートを取り付けた場合、主柱材に対し、この補強プレートを介して補強用の応力材（補強材）を含む複数の応力材や補助材等を一体に接合することができる。

前記補強対象の部材がアングル材からなる主柱材の場合、前記第４工程の後に、前記補強材を補強対象の主柱材の内面又は外面側に重ね補強する形態で設けることが望ましい。第４工程において主柱材以外の応力材の補強工程を終えることができるで、その後に補強材（補強主柱材）を設ける工程を容易に行うことができるからである。さらに重ね補強することで、構造偏心に対する影響も小さくすることができるからである。

本発明では、前記補強対象部分において、補強対象の主柱材の内面又は外面側に他の部材が接合されている場合、前記補強材を補強対象の主柱材の内面又は外面に接合できるように前記他の部材の先端部分を切断する切断工程を行うことが望ましい。この切断工程を行うことで、部材どうしの相互干渉を無くし、補強材の施工を容易にかつ高精度に行うことができるからである。

本発明に係る鉄塔補強工法によれば、鉄塔部材の交換や補強を安全にかつ経済的に実施することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、４脚の送電鉄塔のうち１脚一面の骨組みを示す概略構成図である。図２は主柱材に対して応力材がボルト止めされた接合部を有する補強対象部分の補強工程図である。図３〜図６は補強対象部分の各対応部材の補強工程図である。図７は鉄塔部材補強要否の判定フローを示す図である。図８は補強対象部の補強前の構造を示し、図９は補強後（補強主柱材を外側に
設けた例）の構造を示す図である。なお、実施形態では、鉄塔構成材（主柱材、腹材、水平材、補助材）にアングル材を用いて構築した鉄塔に本発明を適用した例について説明する。

（鉄塔部材補強要否の判定）
この実施形態において、鉄塔の補強対象部分や補強方法等を判定する、鉄塔部材の補強要否の基本的な判定方法については、次のような基準に基づいて行う。
（１）応力材で変形している部材は補強する。
（２）座屈補剛材（補助材）で変形している部材および破断しているボルトは交換する。（３）応力材が変形していなくても基礎変位の大きい鉄塔は、部材接合部のボルトの抜け具合と基礎変位に伴う作用応力を推定し、その程度に応じ補強の有無を判断する。また、ボルトが抜けても作用応力が弾性限度を超えたと判断した場合、主柱材以外の応力材を補強する。
（４）上記以外は補強しない。

この判定方法を分かりやすく示したのが図７の鉄塔部材補強要否の判定フローである。まず、ステップＳ１において、鉄塔１の脚変位があるか否かを判定し、脚変位なしの場合、補強なしとする。

脚変位がある場合、Ｓ２において部材変形があるかどうかを判定する。部材変形ありの場合、現状の骨組み状態を維持するため、応力材の補強、座屈補剛材の交換等を行う。部材変形なしの場合Ｓ３に進み、ボルトの接合状態（ボルトの抜け具合）を確認する。これは、部材変形がない場合でも、変位による応力増加が懸念されるため、ボルトの抜け具合によって、増加応力の有無を確認できるからである。このＳ３において、ボルトが外せないと判定した場合、応力材を補強する。その理由は、脚変位による影響として増加応力が存在しているためと判定できるからである。

Ｓ３において、ボルトを容易に外せる場合、Ｓ４に進み、不同変位による鉄塔材料影響照査を実施する。例えば地震時の応力（無風時＋変位による応力増分）を考慮しても、材料が弾性範囲内にあるかどうかを照査する。材料塑性変形化懸念ありの場合、応力材を補強し、材料塑性変形化懸念なしの場合、補強なしとする。

（具体的補強方法）
鉄塔部材補強の具体的方法を以下に例示する。
（１）主柱材は重ね補強、腹材はダブルアングル、節間水平材はダブルＴ材の補強構造とする。
（２）補強する節間水平材は、一本ものでなく中央部で分離する。
（３）主柱材は、単材と重ね材との接合となるため、構造偏心に対する検討を行う。
（４）既設主柱材に補強材を重ね補強する際、既設部材の継ぎ手ボルトを外さないと取り付けできないので、既設主柱材の継ぎ手部及び主柱材と腹材・座屈補剛材との接合部は、ボルトが無くても所定耐力が保持できるように溶接補強を行う。
（５）接合ボルトは、現状の径と本数を原則とする。

（実施例）
次に、補強対象部分の各部の補強方法について、図１及び補強工程図を示す図２〜図６を参照して具体的に説明する。これらの図に示す例では、鉄塔１の補強対象部分２が、鉄塔を構成する応力材である主柱材３に対して、腹材（上部腹材４）、水平材（節間水平材５）、補助材（斜め補助材６）をボルト止めした接合部７を有する鉄塔の補強工法として好適な例を示している。なお、斜め補助材６は座屈補剛材であるので、ここでは、腹材（上部腹材４や最下節腹材４ａ）及び水平材（節間水平材５）を主柱材３以外の応力材とし
て定義する。５ａは水平補助材である。

図２（ａ）は、鉄塔１の補強対象部分２の現状の接合部７（図１のＡ部分）の拡大図であり、同図（ｂ）は接合部７における取付プレート取り替え施工途中の拡大図、同図（ｃ）は取付プレート取り替え完了後の拡大図である。また、図３は接合部７における取付プレートの取り替え手順について、各部材との対応関係を縦列に、工程順を横列にそれぞれ対応させて、部分水平断面により具体的に例示したものである。そして、図４、図５及び図６は上部腹材４、節間水平材５及び斜め補助材６について、工程順に拡大して示したものである。

現状での接合部７においては、アングル材からなる主柱材３に対してその主柱材３の内面側に、同じくアングル材からなる上部腹材４及び節間水平材５の端部が、主柱材３の外面側に斜め補助材６端部がボルト・ナット８によりそれぞれ接合（ボルト止め）されている。なお、上部腹材４及び節間水平材５と主柱材３との間には、応力伝達部材を兼ねる既設の取付プレート９が介挿されて接合されている。したがって、この現状から補強工程を行うことになる。

ここで、斜め補助材６は座屈補剛材であるので取り外し可能である。したがって、接合部７においては、まず、図４（ｂ）及び図５（ｂ）に示すように、主柱材３と上部腹材４及び節間水平材５とを溶接により接合する工程（第１工程）を行う。その際、取付プレート９が存在するため、この第１工程では取付プレート９を主柱材３と上部腹材４及び節間水平材５にそれぞれ溶接することで、それら主柱材３と上部腹材４及び節間水平材５とを溶接接合する。斜め補助材６については、図６（ｂ）に示すように溶接接合しない。

このとき、節間水平材５については、現場加工により先端部の切断を実施する。上部腹材４及び斜め補助材６に対しては、後述する応力伝達プレート（補強プレート）１０の主柱材３への溶接接合後に先端部を切断加工する（図４（ｄ）、図６（ｄ）参照）。また、上部腹材４、節間水平材５及び斜め補助材６等については、必要箇所にボルト止め用の穴あけ加工を実施する。穴あけ加工に際しては、応力伝達プレート１０を主柱材３に取り付ける追加のボルト８ｂ用の穴等も現場加工しておく。なお、この溶接作業を含む各種現場作業等においては、特に図示していないが、必要に応じて足場を組んでから実施することになる。

次に、図４（ｃ）、図５（ｃ）及び図６（ｃ）に示すように、溶接された主柱材３と上部腹材４及び節間水平材５とを接合しているボルト・ナット８、及び主柱材３と斜め補助材６とを接合しているボルト・ナット８を抜き取る工程（第２工程）を行う。ただし、この第２工程では、図４（ｃ）及び図５（ｃ）に示すように、取付プレート９の控えボルト８ａや、上部腹材４、節間水平材５等に必要なボルト８については抜き取らずに残しておく。即ち、次工程の応力伝達プレート１０を主柱材３の外面に溶接接合する際に干渉しないボルトや、残したいボルトを含め、抜き差しによって応力伝達プレート１０を主柱材３に仮固定するのに利用できるボルト等については抜き取らずに残しておく。

次に、接合部７における主柱材３に、斜め補助材６も含めて、その主柱材３と上部腹材４及び節間水平材５との応力伝達プレート１０を取り付ける工程（第３工程）を行う。この応力伝達プレート１０としては、取付プレート９よりも大きく、かつ取付プレート９とほぼ相似形に形成されたものが用いられている。したがって、この応力伝達プレート１０も各部材の取付プレートとしての機能も備えている。

この第３工程では、まず、第２工程で残しておいたボルト・ナット８、控えボルト８ａ、追加のボルト８ｂ等を利用して、応力伝達プレート１０を主柱材３の外面に取り付けて
固定（仮固定）する。その後、応力伝達プレート１０を主柱材３に溶接接合する。この溶接接合に際しては、図２に示すように、溶接下向き部分１１と、溶接横向き部分１２と、溶接上向き部分１３とが存在する。溶接上向き部分１３は溶接姿勢が悪いため、溶接下向き部分１１と、溶接横向き部分１２とで溶接強度を確保する強度設計とする。

このようにして応力伝達プレート１０を溶接接合したら、次に、図５（ｄ）に示すように、補強対象部材である既設の節間水平材５の部分においては、その節間水平材５にダブルＴの形態となるように新規の節間水平材５１を添わせ（図９のｂ視図参照）、その新規節間水平材５１と、応力伝達プレート１０と、既設の節間水平材５とをボルト・ナット８により一体にボルト接合する工程（第４工程）（応力材補強工程）を行う。この際、新規節間水平材５１の端部を応力伝達プレート１０の外面に添わせた状態でボルト接合する作業を行う。また、新規節間水平材５１と応力伝達プレート１０との間の隙間には、座金等のスペーサ１４を配置した状態でボルト接合を行う。

また、図４（ｅ）に示すように、上部腹材４の部分においては、その端部を切断した既設の上部腹材４と、応力伝達プレート１０とをボルト・ナット８により一体にボルト接合する作業を行う。また、既設の上部腹材４と応力伝達プレート１０との間の隙間には、座金等のスペーサ１４を配置した状態でボルト接合を行う。なお、必要に応じて、その上部腹材４にダブルＴ材の形態となるように新規の上部腹材を添わせて補強しても良い。

また、図６（ｄ）に示すように、斜め補助材６の部分においては、端部を切断した既設の斜め補助材６を応力伝達プレート１０の外面に添わせ、その応力伝達プレート１０と斜め補助材６とをボルト・ナット８により一体にボルト接合する。なお、必要に応じて、その斜め補助材を交換しても良い。

このようにして第４工程を終えたら、次に、図４（ｆ）、図５（ｅ）、図６（ｅ）に示すように主柱材３の内面に添わせる（重ねる）補強主柱材３１を設けるための主柱材補強工程を行う。この主柱材補強に当たり、例えば図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、接合部のボルトを外すため溶接による接合部補強を行う。この場合も、溶接下向き部分と、溶接横向き部分と、溶接上向き部分とが存在することになるので、溶接上向き部分は溶接強度を期待しない強度設計とする。また、主柱材は、図１（ａ）に示すように単材と重ね材との接合となるため、構造偏心に対する配慮も行う。

なお、図９に示す実施例（補強後）では、節間水平材５は新規の節間水平材５１を添えてダブルＴ材の補強構造とし、斜め補助材６は新規の斜め補助材６１に交換し、基礎天端近くの最下節腹材４ａには新規の腹材４１を添えてダブルＴ材の補強構造とした例を示している。

図１０に座屈補剛材（補助材）の主柱材取付部位・改造手順を示す。この座屈補剛材である水平補助材１６、斜め補助材１７は主柱材３に対して取り外し可能であるので、この実施例では、同図（ａ）に示す現状から、（ｂ）に示すように水平補助材１６、斜め補助材１７の端部を切断した後、（ｃ）に示すように新規の応力伝達プレート１８を主柱材３への溶接接合により取り付けると共に、水平補助材１６、斜め補助材１７にボルト接合する。そして、同図（ｄ）に示すように、主柱材３の内側に、スペーサ１４を介して新規の補強主柱材３１を取り付ける補強方法としたものである。

本発明の実施例に係る４脚の送電線鉄塔のうち１脚一面を示す概略構成図である。 本発明の実施例に係る主柱材に対して応力材がボルト止めされた接合部を有する補強対象部分の補強工程図である。 本発明の実施例に係る補強対象部分の各対応部材の補強工程説明図である。 図３の上部腹材及び主柱材部分の補強工程拡大説明図である。 図３の節間水平材及び主柱材部分の補強工程拡大説明図である。 図３の斜め補助材及び主柱材部分の補強工程拡大説明図である。 鉄塔部材補強要否の判定フローを示す図である。 補強対象部分の補強前の構造を示す図である。 補強対象部分の補強後（補強主柱材を外側に設けた例）の構造を示す図である。 座屈補剛材の主柱材取付部位・改造手順を示す工程図である。

符号の説明

１ 鉄塔
２ 補強対象部分
３ 主柱材（応力材）
３１ 補強主柱材
４ 上部腹材（腹材、応力材）
４ａ 最下節腹材（腹材、応力材）
５ 節間水平材
５ａ 水平補助材
５１ 新規の節間水平材（補強応力材）
６ 斜め補助材（補助材）
６１ 新規の斜め補助材
７ 接合部
８ ボルト・ナット
８ａ 控えボルト
８ｂ 追加のボルト
９ 取付プレート（既設）
１０ 応力伝達プレート（補強プレート）
１１ 溶接下向き部分
１２ 溶接横向き部分
１３ 溶接上向き部分
１６ 座屈補剛材（水平補助材）
１７ 座屈補剛材（斜め補助材）

Claims (6)

1. 鉄塔の補強対象部分が、鉄塔を構成する部材と部材をボルト止めした接合部を有する鉄塔の補強工法であって、
   前記接合部における部材と部材を溶接接合する第１工程と、
   溶接された部材と部材を接合しているボルトを取り外す第２工程と、
   前記接合部における部材に補強プレートを取り付ける第３工程と、
   前記補強プレートに、補強対象部材の補強材をボルト止めにより接合する第４工程と、を含む鉄塔補強工法。
2. 前記補強対象部分において、前記部材と部材が既設の取付プレートを挟む形態でボルト接合されている場合、前記第１工程では、前記取付プレートを補強対象部材に溶接することで、それら部材と部材とを接合する、請求項１に記載の鉄塔補強工法。
3. 前記第３工程又は第４工程の後に、前記補強対象部分の部材に添わせる補強材を設ける部材補強工程を行う、請求項１又は２に記載の鉄塔補強工法。
4. 前記補強対象の部材と部材が、鉄塔を構成する応力材である主柱材と主柱材以外の応力材であり、前記第３工程では、前記主柱材に前記補強プレートを取り付ける、請求項１〜３の何れかに記載の鉄塔補強工法。
5. 前記補強対象の部材がアングル材からなる主柱材の場合、第４工程の後に、前記補強材を補強対象の主柱材の内面又は外面側に重ね補強する形態で設ける、請求項１〜４の何れかに記載の鉄塔補強工法。
6. 前記補強対象部分において、補強対象の主柱材の内面又は外面側に他の部材が接合されている場合、前記補強材を補強対象の主柱材の内面又は外面に接合できるように前記他の部材の先端部分を切断する切断工程を行う、請求項１〜５の何れかに記載の鉄塔補強工法。

Images