JP2012052293A - 鋼板の繊維強化樹脂補修補強構造および補修補強方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 鋼橋の鋼桁腹板9に繊維強化樹脂層13を設置して鋼桁腹板の終局耐荷力を回復増強する補修補強構造であって、鋼桁腹板9と繊維強化樹脂層13の間にポリウレア系樹脂でできたパテ層12を設ける。
【選択図】 図2
Description
図14は、鋼橋の鋼桁における腹板の腐食状況を説明する概念図である。鋼橋の大部分は鈑桁や箱桁構造であり、桁端部における漏水や、通気や水はけの悪さなどの影響により、フランジの腐食のみならず、腹板の腐食損傷が数多く発生する。特に、桁端部に近い鋼桁の腹板の下フランジ近傍における腐食による減肉が観察される。
従来より、鋼桁腹板の腐食部を補修する場合はボルト接合による当て板補修が一般的である。当て板に用いる鋼材は補修面積に応じて重量化し、施工時は、多くの機材が必要になる。また、当て板補修では、個々の補修部分に合わせた補修設計を行い、鋼材料を手配し補修材を加工してから現地に搬入して施工するので、工期を要する。さらに、高張力ボルト締め付け作業などの専門技術を有する作業者が必要になる。
このように、近年の腐食損傷事例の増加に伴い維持管理の重要性が広く認識されるようになり、鋼桁腹板など局部座屈を生じる供用中の鋼板に対する効果的な補修補強構造および工法が求められるようになってきた。
このような補修補強構造は、局部座屈を生じる鋼桁腹板に適用することにより、局部座屈が生じても鋼桁腹板から剥離しにくく大きな補修補強効果を持つものとなる。
また、パテ層の引張り最大荷重時伸びが300%より小さいときは、局部座屈により鋼桁腹板が大きく変形するとパテ層が破断し繊維強化樹脂層が剥離するようになり、一方、引張り最大荷重時伸びが500%より大きなパテはその弾性率との共存が困難である。
連続繊維シートは、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属系繊維、アラミド繊維、PBO繊維、ポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステルなどの有機繊維から選ばれた、単独または2種類以上の繊維で形成されるものであって、交織、積織、引き揃えなどにより形成されたものであってもよい。
さらに、繊維強化樹脂層の強化繊維が、鋼桁腹板に生じる斜め張力場に平行な方向とこれと交差する方向の2つの方向に配列されるようにすると、強化繊維の引張り強度を有効に活用することができ、鋼桁腹板により大きな応力が生じた場合にも耐えることができるようになるので、好ましい。
なお、繊維強化樹脂層は、極めて高い弾性率を有する炭素繊維強化樹脂を含んで形成されることが好ましい。
また、従来工法において用いられる補強鋼板の代わりに、繊維強化樹脂層を現地において形成するため、製造工程に特段の重機を用いる必要も熟練工を使う必要もなく、簡易かつ低廉に施工することができる。
本実施例の鋼板の繊維強化樹脂補修補強構造は、腹板が腐食減肉した鋼桁構造物について、鋼桁腹板に繊維強化樹脂を貼り付けて座屈耐荷力を向上させることにより、延命化するものである。特に、供用中の鋼構造物に対して効果的な補修および補強を施すのに適している。
腐食で腹板が減肉した鋼桁構造物は、せん断耐荷力が低下した状態にあるため、繊維強化樹脂層を設置して補強することが求められる。
本実施例の繊維強化樹脂補修補強構造10は、腐食により減肉された腹板9に適用される。図1は、鋼桁の最端部の腹板9とその隣の腹板9に繊維強化樹脂補修補強構造10を施工したところを図示している。
すなわち、施工対象の腹板9に対して、ディスクサンダーなどを使って表面の塗装がなくなるまで下地をケレンする(S11)。なお、ケレンに代えてブラスト処理を行っても良い。
ケレン後は、アセトンを染み込ませたウェスで脱脂清掃を行い、汚れや切削粉を完全に取り除く(S12)。なお、腹板表面が腐食により減肉しているときは、減肉部分を鋼材等またはパテで断面補強することが好ましい。
パテは、ポリウレア樹脂であることが好ましい。パテ層は使用量約1.0kg/m2で処理され、厚さが約0.8mmになる。
繊維強化樹脂補修補強構造10の表面には、樹脂層があるので腐食しにくいが、鋼桁一般部と同色の塗料を塗っておくことが望ましい。
また、腹板9と下フランジ7の交わる部分への雨水や飛来塩分の侵入を防止できるので、再度腐食が進行することを防ぐことができる。
高耐熱型エポキシ樹脂は、ビスフェノール型エポキシ樹脂を主剤成分とし、脂肪族アミン成分を主成分とする硬化剤や、作業環境温度での作業性能を確保するため色々な添加剤を含有した、2液型常温硬化のエポキシ樹脂である。
高弾性型炭素繊維ストランドシートCSは、高弾性型炭素繊維のストランドに高耐熱型エポキシ樹脂を含浸・硬化させてシート状に加工したもので、専用接着剤で構造物表面またはパテ層に貼り付けて補強に使用する。本試験では、3.0kg/m2の接着剤で処理した。
また、高弾性型炭素繊維CEと高弾性型炭素繊維ストランドシートCSでは、補強効果が大きいこと、パテ層がなく直接鋼材に接着されている場合は変位が小さい部分でも剥離が生じて補強効果が急減することがあること、パテ層が介装されている場合は繊維の破断で徐々に補強効果が減少する現象が見られるが比較的変位が大きいところまで補強効果が残り急減しないこと、などが分かる。
また、補修補強構造の表面は樹脂で被覆された状態になっているので、適宜の上塗り塗装が可能である。
なお、当て板を用いた補修補強では、鋼材の角が残ったり、鋼材間に隙間が生じたりするので再度腐食が進行するケースが多いが、本実施例の補修補強構造では腐食が進行する原因を有しないため、鋼桁の寿命が長期化する。
第2実施例の繊維強化樹脂補修補強構造20を形成するときは、まず、施工対象の腹板9に対して、表面の塗装がなくなるまで下地をケレンする(S21)。ケレンに代えてブラスト処理でも良い。さらに、脱脂清掃をして汚れや切削粉を取り除く(S22)。また、腹板表面に不陸があるときは、パテなどの不陸修正材17を入れて平滑化する(S23)。
さらに、パテ層12の上に適宜の連続繊維シートを接着して内層側の繊維強化樹脂層15を形成する(S26)。内層側の繊維強化樹脂層15は、パテ層12の上にマトリックス樹脂を塗布し、その上に連続繊維シートを載置し、さらにマトリックス樹脂を塗布して含浸させることにより、連続繊維シートを接着して形成される。マトリックス樹脂は高耐熱型エポキシ樹脂を0.4kg/m2で使用した。
繊維強化樹脂を1層貼った補強構造について試験した結果を示す図5のグラフと、複層型繊維強化樹脂補修補強構造について試験した結果を示す図10のグラフを比較すると、複層型の補修補強構造の方が1層貼りのものより大きな補修補強効果が得られることが分かる。
また、高弾性型炭素繊維CEのシートを外層側の繊維強化樹脂層に用いた補修補強構造についてパテ層の有無の影響を観察すると、パテ層を備える補修補強構造の方が僅かに補修補強効果が大きいといえる。
これらの組み合わせは、図7において、外層側の炭素繊維強化樹脂層16より弾性率が小さいものを内層側の繊維強化樹脂層15に配置するため、補修補強構造が設置された鋼板の曲げ剛性を向上させ、局部座屈耐荷力を向上させるということができる。
また、本実施例の補修補強構造20を施工するときには、第1実施例と同様に、補修補強対象の鋼板がある場所に、搬送の容易な連続繊維シートや樹脂類を持ち込んで、特に熟練を必要としない設置作業を行えばよいので、工期や工費の節減ができる。
既に図15により説明したとおり、上フランジ6と下フランジ7と垂直補剛材8に囲まれた腹板9には対角線方向に張力場が発生して、トラスに似た骨組み構造が形成され、せん断座屈が生じるせん断耐荷力以上のせん断力を受容することができる。この張力場に対して腹板9の耐荷力の補強を行うことにより、腐食で減肉した腹板についても、終局強度を期待できるようになる。
一方向高弾性型炭素繊維シート21,22は、繊維の向きをシートの長手方向に配置させた繊維基材で、高弾性型炭素繊維をたとえば300g/m2目付の密度で一定幅に並べ、たとえば繊維基材をボビンに巻いた状態で供給されている。
また、腹板9が圧縮応力により局部座屈を起こす場合も、腹板9は面外に変形するが、腹板9に繊維強化樹脂補修補強構造30を設置した場合は、高弾性の繊維強化樹脂層がパテ層を介して剥離することなく支持するため、腹板9に終局強度を期待できるという効果を有する。
高弾性型炭素繊維バイアスシート23は、高弾性型炭素繊維の織物をその織り目に対して斜めに裁断したシートを用いてもよいが、より好ましくは、高弾性型炭素繊維を連続繊維シート長手方向に対してたとえば±45°や±30°など所定の傾きを持つように引き揃えて配向し、ポリエステル糸等にてステッチすることによりシート状に編成した連続繊維シートである。
また、高弾性型炭素繊維を連続繊維シート長手方向に対して、たとえば±45°や±30°など所定の斜め方向に角度を付けて、3層以上引き揃えて配向し、ポリエステル糸等でステッチすることによりシート状に編成した、いわゆる多軸繊維シートを使用してもよい。
2 橋台
3 支承
4 コンクリート床版
5 伸縮装置
6 上フランジ
7 下フランジ
8 垂直補剛材
9 腹板
10,20,30,40 補修補強構造
11 プライマー
12 パテ層
13 繊維強化樹脂層
14 R仕上げ
15 内層側の繊維強化樹脂層
16 外層側の炭素繊維強化樹脂層
17 不陸修正材
21,22 一方向高弾性型炭素繊維シート
23 ±45°高弾性型炭素繊維バイアスシート
Claims (9)
- 鋼橋の鋼桁腹板に繊維強化樹脂層を設置して該鋼桁腹板の終局耐荷力を回復または増強する補修補強構造であって、該鋼桁腹板と繊維強化樹脂層の間にポリウレア樹脂からなるパテ層を設けた、鋼桁腹板の繊維強化樹脂補修補強構造。
- 前記繊維強化樹脂層が、連続繊維シートを用いて形成されたものである、請求項1記載の鋼板の繊維強化樹脂補補修強構造。
- 前記繊維強化樹脂層が、少なくとも1層は炭素繊維強化樹脂で形成された層である、請求項1または2記載の鋼板の繊維強化樹脂補補修強構造。
- 前記繊維強化樹脂層が、炭素繊維強化樹脂の層の内側にガラス繊維強化樹脂の層を形成することにより構成された、請求項3記載の鋼板の繊維強化樹脂補修補強構造。
- 前記繊維強化樹脂層の繊維が、前記鋼桁腹板の斜め張力場に平行な方向とこれと交差する方向の2つの方向に配列された、請求項1から4のいずれか1項に記載の鋼板の繊維強化樹脂補修補強構造。
- 鋼橋の鋼桁腹板の施工対象部分における素地調整をする工程と、
前記素地調整された鋼桁腹板の表面にポリウレア樹脂によりパテ層を形成する工程と、
前記パテ層の上に、繊維強化樹脂層を形成する工程と
を備える、鋼板の繊維強化樹脂補修補強方法。 - 前記繊維強化樹脂層が、連続繊維シートを用いて形成される、請求項6記載の鋼板の繊維強化樹脂補補修強方法。
- 前記繊維強化樹脂層は、少なくとも1層が炭素繊維強化樹脂で形成される、請求項6または7記載の鋼板の繊維強化樹脂補修補強方法。
- 前記繊維強化樹脂層が、高弾性型炭素繊維ストランドシートにより強化される、請求項6から8のいずれか1項に記載の鋼板の繊維強化樹脂補修補強方法。
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