JP2008266000A

JP2008266000A - Ｉ型断面桁の補強工法およびｉ型断面桁

Info

Publication number: JP2008266000A
Application number: JP2007114932A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Kurihara; 康行栗原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-11-06

Abstract

【課題】ウェブに発生した疲労き裂の進展を阻止する、クレーン走行桁の補強工法および走行桁として好適なＩ型断面桁の補強工法およびＩ型断面桁を提供する。
【解決手段】上下フランジを連結する垂直補剛材を長手方向に等間隔に配置したＩ型断面桁に補強部材を取り付ける補強工法であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれるウェブの一部と下フランジに取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられ、前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とするＩ型断面桁の補強方法。前記補強部材を前記ウェブの一部に取り付ける場合に、前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｉ型断面桁の補強工法およびＩ型断面桁に関し、特にウェブに発生した疲労亀裂の進展を阻止する、クレーン走行桁の補強工法および走行桁として好適なものに関する。

図５は鋼製のＩ型断面桁１を天井クレーン等の走行桁に使用した場合に発生する疲労亀裂ａの発生状況を示す模式図で，疲労亀裂ａは上フランジ２とバックガーダー３００の取り付け部４００からも発生するが，引張応力が作用する下フランジ３側から主に発生する。

例えば、配管などを取り付けるための支持金具２００と下フランジ３の溶接部，下フランジ３の連結部などの溶接個所を起点として発生することが多く，引張応力場の亀裂であるため，進展速度が早く、ウェブ４に進展し重大事故を引き起こすようになるため、早急な補強対策が必要である。

特許文献１は、天井クレーンの走行桁の補強工法に関し、Ｉ型断面桁からなる走行桁の下方に、長手方向に沿ってＩ型断面桁からなる補強部材をボルト結合する際、走行桁と補強部材の接合面に発生する剪断力を求め、当該剪断力に応じてボルトの結合条件を変更することが記載されている。

特許文献２は、Ｉ型断面桁の下方にウエブのラインに沿ってＣＴ形鋼を溶接する補強工法に関し、溶接部の疲労特性を向上させるため超音波によるピーニングを行う際、ＣＴ形鋼の端部から一定の範囲を特定の温度まで加熱することが記載されている。
特開平１１−３５２７５号公報特開２００４−１６９３４０号公報

しかしながら，特許文献１記載の補強工法は，既存の走行桁の負荷応力を軽減させ、特許文献２記載の補強工法は、ボルト結合により溶接作業を不要とし、疲労亀裂発生の危険性を低下させるもので、既に発生した疲労亀裂の進展を防止させるものではない。

また、特許文献１，２記載の補強工法は、走行桁下フランジの下側に補強桁を取り付けるため，桁下空間が限られている場合は適用が困難である。

そこで、本発明は、鋼製のＩ型断面桁において発生した疲労亀裂の進展を阻止し、且つ、容易に施工することが可能な鋼製桁の補強工法を提案することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
１．垂直補剛材を長手方向に配置したＩ型断面桁に補強部材を取り付ける補強工法であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記Ｉ型断面桁のウェブの一部と下フランジに取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられていることを特徴とするＩ型断面桁の補強方法。
２．前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする１記載のＩ型断面桁の補強方法。
３．前記補強部材を前記ウェブの一部に取り付ける場合に、前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合することを特徴とする１または２記載のＩ型断面桁の補強方法。
４．垂直補剛材を長手方向に配置し、補強部材を取り付けたＩ型断面桁であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記Ｉ型断面桁のウェブの一部と下フランジに連続して取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられているＩ型断面桁。
５．前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする４記載のＩ型断面桁。
６．前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合した４または５記載のＩ型断面桁。

本発明によれば、Ｉ型断面桁の周囲に新たな空間、桁下空間を要せずに、Ｉ型断面桁を補強し、疲労特性を向上させることが可能で産業上極めて有用である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係る補強工法により補強後のＩ型断面桁を説明する図で、（ａ）は斜視外観図、（ｂ）は断面構造を説明する図を示す。図において、５は垂直補剛材、６は補強構造、７はボルト、８はナット、６１はリブ、６２、６３、６４は補強部材、図５と同じ符号は同じものを指すものとする。

本発明が対象とするＩ型断面桁１は上フランジ２と下フランジ３を連結する垂直補剛材５が長手方向に等間隔に配置されている。

補強構造６は、複数の、板状の補強部材で閉空間を形成するように構成される。隣接する垂直補剛材５の対向する面のそれぞれには表面を覆うように補強部材６４が取り付けら、当該垂直補剛材５で囲まれるウェブ４の一部には補強部材６２が、下フランジ３の上面には補強部材６３がウェブ４の一部と下フランジ３の表面を覆って、連続した面を形成するように取り付けられる。

そして、ウェブ４に取り付けられる補強部材６２には下フランジ３と平行にリブ６１が取り付けられる。リブ６１は隣接する垂直補剛材５の対向する面に表面を覆うように取り付けられた補強部材６４に、その両端が接するように取り付ける。リブ６１は垂直補剛材５の水平方向の変形を拘束し、Ｉ型断面桁１の剛性を向上させる。

尚、リブ６１の両端を補強部材６４に接合する施工が現地作業で負担となる場合は、厚板等剛性の高い板材を用いてリブ６１自体の剛性を高めて、補強部材６４との接合を省略しても良い。

補強構造６は、Ｉ型断面桁で、所望の剛性向上効果が得られるように、図１（ｂ）に示すようにウェブ４の両面に構築しても、片面にのみ構築しても良く、本発明では特に規定しない。

図２は、下フランジ３の連結部で発生した疲労亀裂ａがウェブ４に進展したＩ型断面桁１に本発明に係る補強方法を適用する場合を説明する図で、（ａ）はウェブに進展した疲労亀裂ａを有するＩ型断面桁の斜視外観図、（ｂ）は（ａ）で示したＩ型断面桁に本発明に係る補強方法による補強構造を構築する手順を示す図である。これらの図において１０はボルト穴、図１と同じ符号は、同じものを指すものとする。

まず、疲労亀裂ａの先端または，進行方向へ数十ミリ程度離れた位置にストップホールｂを加工する。加工は、周知の方法、例えば、鋼構造物補修・補強・改造の手引き，財団法人鉄道総合技術研究所に準じて行う（ａ）。

次に、補強部材６２をウェブの表面を覆うように立てかけ、下フランジの上面を覆うように置いた補強部材６３を補強部材６２に突き当てる。補強部材６４を隣接する垂直補剛材の対向する面を覆うように立てかけた後、ハンドドリル９で当てもみしてボルト穴１０を複数加工し、ボルト７を挿通させて、ナット（図示しない）で締結する。

補強部材６２にボルト穴１０を加工する場合、ボルト穴１０の一つがストップホールｂと同一位置となるように加工する。ストップホールｂとボルト穴の位置を一致させることによりストップホールｂの周辺部の発生応力が小さくなり，疲労亀裂進展抑制効果が得られ、長寿命化が図れる。

尚、補強部材６２，６３，６４のＩ型断面桁各部への取り付けは、溶接によっても良い。この場合であっても、ストップホールｂの位置にボルト穴を加工すると疲労亀裂進展抑制効果が得られる。

図４は、本発明に係る補強方法による補強構造６の他の実施例を示し、（ａ）は溶接構造の場合、（ｂ）はウェブの片面に配置した場合、（ｃ）はＩ型断面桁のウェブの両側にリブを設け、当該リブに補強構造６のリブを取り付けた場合、（ｄ）はＩ型断面桁の下フランジの下面に補強部材を取り付け、更に剛性を向上させた場合を示す。尚、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はボルト結合による。

Ｉ型断面構造に、補強構造を取り付け、その剛性向上効果を確認した。図３に実験条件を説明する。一般的なクレーン走行桁を想定して，支間長３０ｍの単純支持で，断面形状は，桁高３５６０，ウェブ厚１９ｍｍ，フランジ５００×３０ｍｍのＩ桁とし、当該桁の中央に，３００ｋＮの集中荷重を載荷した。（図３（ａ））。

Ｉ型断面桁の断面形状は、１．ｃａｓｅ１（基本構造），２．ｃａｓｅ２（従来例）、３．ｃａｓｅ３（本発明例）とし、従来例は，ウェブ厚２０ｍｍ，フランジ５００×３０ｍｍのＴ型とし，本発明例は，ウェブ高３０００ｍｍ上リブは上フランジ下面から１０００ｍｍの位置とし全ての部材の板厚を２０ｍｍとした。

表１に300kNの集中荷重を載荷した場合の，中央断面（ＡＡ断面）の応力状態（上下フランジ縁端応力）を試算した結果を示す。

基本構造の場合，上端・下端でそれぞれ−４２．９ＭＰａ，４２．９ＭＰａの軸方向応力が発生する。

従来例では，上端が３３％減，下端は５５％減となるが，補強部材の下フランジ下端が，２６．２ＭＰａとなり３９％の減に留まる。本発明例の場合，上端が５５％減，下端は６２％減となり，上端の応力上昇を抑え，下端の応力低減効果に優れる構造であることが確認された。表１に示した結果を図３（ｂ）、４．上下フランジ縁端応力分布として図示する。

本発明例で（ａ）は斜視外観図、（ｂ）は断面図。疲労亀裂が進展したＩ型断面桁に本発明を適用する説明図で（ａ）は斜視外観図、（ｂ）は本発明例を説明する図。実施例で（ａ）は実験条件、（ｂ）は実験に用いたＩ型断面桁の断面構造を説明する図。本発明例で、（ａ）は溶接構造、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はボルト結合の場合を示す断面図。Ｉ型断面桁における疲労亀裂の発生状況を説明する図。

符号の説明

１Ｉ型断面桁
２上フランジ
３下フランジ
４ウェブ
５垂直補剛材
６補強構造
７ボルト
８ナット
６１リブ
６２、６３、６４補強部材
２００支持金具
３００バックガーダー
４００取り付け部
ａ疲労亀裂
ｂストップホール

Claims

垂直補剛材を長手方向に配置したＩ型断面桁に補強部材を取り付ける補強工法であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記Ｉ型断面桁のウェブの一部と下フランジに取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられていることを特徴とするＩ型断面桁の補強方法。
前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする請求項１記載のＩ型断面桁の補強方法。
前記補強部材を前記ウェブの一部に取り付ける場合に、前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合することを特徴とする請求項１または２記載のＩ型断面桁の補強方法。
垂直補剛材を長手方向に配置し、補強部材を取り付けたＩ型断面桁であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記Ｉ型断面桁のウェブの一部と下フランジに連続して取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられているＩ型断面桁。
前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする請求項４記載のＩ型断面桁。
前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合した請求項４または５記載のＩ型断面桁。