JP2015074902A - 鋼管の補強方法及び補強装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管の軸方向の任意の１又は２以上の個所を鋼管内部から補強するにあたり、所要の個所を作業効率よく補強し、再利用性があって工期の短縮、工事費の節減に寄与する。【解決手段】側面１０１に局部荷重を受ける鋼管１００の、当該局部荷重作用点に相当する鋼管内面１０２を支持して当該局部荷重に対する構造強度を補強する補強装置１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）を鋼管の内部に着脱自在に設置する。補強装置としては、鋼管内面と略等価曲率の支持面１１ａをそれぞれ有し、鋼管軸Ａを中心にして前記支持面が外向きに配置される複数の支持部１１と、前記複数の支持部が鋼管軸を中心に集散するよう半径方向に前記複数の支持部を相対的に移動させる移動機構とを備え、支持面が鋼管軸を中心とした最大径部位とされ、前記移動機構による最大径部位の径の拡大に伴い支持面を鋼管内面に当接させて鋼管内部に設置可能にされたものを提案する。【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管の補強方法及び補強装置に関する。

一般に、土留壁では壁面に支保工を設置するが、鋼管矢板や鋼管杭では鋼管が支保工と線接触するため、鋼管側面には局部荷重が作用する。
また、建築物の柱・梁接合部において柱が鋼管である場合も同様である。
鋼管矢板土留壁や建築物の鋼管柱・梁接合部などにおいて鋼管柱の側面に局部荷重が作用すると、鋼管側面は凹みなど損傷を受ける虞がある。
そこで、これら鋼管側面に作用する局部荷重に対しその作用点位置の鋼管の内部に補強部材を挿入して鋼管を補強することが行われる。そのために、例えば、特許文献１にあっては、短尺のコンクリート柱を膨張セメントで鋼管杭内に固着する。また特許文献２にあっては、縦リブを有する治具を梁接合位置の鋼管柱内部に溶接固定する。
また、特許文献３には、鋼管と鋼管との継手部に設置されるリング状の本体を成した継手部裏当リングが記載されている。この継手部裏当リングは、外周に設けられた突起部で溶接間隔を保持するためのものであって、リング本体に設けられたテーパー状スリットに楔を打ち込んでリング本体を拡径させて鋼管に密着安定させることができる。

特開昭５５−０９８５２４号公報 特開平０６−２８８００１号公報 特開２００３−２８６７１８号公報

しかし、以上の従来技術にあっては次のような課題がある。
特許文献１に記載の方法では、膨張セメントを充填する作業や、その膨張セメントの硬化・強度発現を待たなければならず、補強完了までに時間を要して効率的でない。
特許文献２に記載の方法では、治具を鋼管内部に溶接するため、補強個所が鋼管の開口端より遠い中ほどになるほど、治具の位置決めや溶接作業が困難となり、相当の労力を要する。
特許文献３に記載の継手部裏当リングは、鋼管と鋼管の継手部にしか設置できず、かつ、外圧に対する補強を目的としておらず補強効果があまり期待でいない。
また以上の何れの従来技術においても、補強部材は１個所ずつの設置となり作業効率が悪いほか、補強が不要となった場合には容易に補強部材を撤去・回収ができず不経済である。

本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、鋼管の軸方向の任意の１又は２以上の個所を鋼管内部から補強するにあたり、所要の個所を作業効率よく補強でき、再利用性があって工期の短縮、工事費の節減に寄与できる鋼管の補強方法及び補強装置を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、側面に局部荷重を受ける鋼管の、当該局部荷重作用点に相当する鋼管内面を支持して当該局部荷重を支持する補強装置を鋼管の内部に着脱自在に設置する鋼管の補強方法である。

請求項２記載の発明は、鋼管の軸方向に位置の異なる２以上の補強対象個所の内部に前記補強装置をそれぞれ設置するにあたり、前記補強対象個所の数に相等する数の前記補強装置を、前記補強対象個所の間隔に相等する間隔で連結して、鋼管内に挿入することを特徴とする請求項１に記載の鋼管の補強方法である。

請求項３記載の発明は、側面に局部荷重を受ける鋼管の、当該局部荷重作用点に相当する鋼管内面に当接して当該局部荷重を支持する補強装置であって、
鋼管内面と略等価曲率の支持面をそれぞれ有し、鋼管軸を中心にして前記支持面が外向きに配置される複数の支持部と、
前記複数の支持部が鋼管軸を中心に集散するよう半径方向に前記複数の支持部を相対的に移動させる移動機構と、
を備え、
前記支持面が鋼管軸を中心とした最大径部位とされ、前記移動機構による前記最大径部位の径の拡大に伴い前記支持面を鋼管内面に当接させて鋼管内部に設置可能にされた鋼管の補強装置である。

請求項４記載の発明は、前記支持部が対向する２つで、前記各支持面の中心角が９０度以上である請求項３に記載の鋼管の補強装置である。

請求項５記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の鋼管の補強装置を用いた鋼管の補強方法であって、
前記支持面を、側面に局部荷重を受ける鋼管の、当該局部荷重作用点に相当する鋼管内面に当接させて、前記補強装置を鋼管内部に設置することを特徴とする鋼管の補強方法である。

本発明によれば、補強装置を鋼管の内部に着脱自在に設置するので、短時間で補強を完了でき、位置決めのやり直しも容易であり、所要の個所を作業効率よく補強できる。補強が不要となった場合には、補強装置を容易に撤去、回収することができ、また、補強装置が撤去できるので、補強装置のみならず鋼管の再利用をも図ることができる。以上により、工期の短縮、工事費の節減に寄与することができる。

本発明の一実施形態による鋼管の補強構造の縦断面図である。 本発明の一構成例である補強装置を含む補強個所の垂直方向視模式図(a)及び水平方向視模式図(b)である。 本発明の他の一構成例である補強装置を含む補強個所の垂直方向視模式図(a)及び水平方向視模式図(b)である。 本発明の他の一構成例である補強装置を含む補強個所の垂直方向視模式図(a)及び水平方向視模式図(b)である。

以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。

図１に示すように、立坑など鋼管を用いた連続壁の鋼管１００の側面１０１，１０１，・・・に支保工２００，２００，・・・が架設される構造において、補強装置１，１，・・・を鋼管１００の内部に着脱自在に設置して補強する場合について説明する。
鋼管１００背面に作用する土水圧は支保工２００によって支持されるが、支保工２００と線接触する鋼管１００の側面１０１には支保工２００からの反力が局部荷重として作用する。この場合、鋼管１００は局部荷重によって凹み等の損傷を受ける虞があるため、その局部荷重作用点に相当する鋼管内面１０２を補強装置１によって内側から突っ張るようにして支持することで当該局部荷重に対する補強を行う。

図１に示すように、鋼管１００の軸方向に位置の異なる２以上の補強対象個所の内部に補強装置１，１，・・・をそれぞれ設置するに場合には、ワイヤーや棒材などの連結材２により補強装置１，１，・・・を連結して鋼管１００内に挿入する。
それには、まず、補強対象個所の数に相等する数の補強装置１を用意する。補強対象個所がＮ個所であるとすると、補強装置１をＮ個用意する。なお、図１では３個所分を図示する。
最下位置の補強対象個所を１番目として、上へ向って２番目、３番目、・・・Ｎ番目とする。１番目を補強する補強装置１と２番目を補強する補強装置１とを、１番目と２番目の補強対象個所の間隔に相等する間隔で連結材２により連結する。１番目、２番目の補強対象個所にそれぞれ補強装置１を精度良く配置するためである。この間隔は、予め決まっているので連結材２の長さを適宜合うように調整しておけばよい。
同様にして、２番目を補強する補強装置１と３番目を補強する補強装置１とを、２番目と３番目の補強対象個所の間隔に相等する間隔で連結材２により連結する。

さらにＮ番目を補強する補強装置１に連結材２を連結して、この連結材２は鋼管１００の上端部や鋼管１００外の適所に固定し、そこに固定したときにＮ番目を補強する補強装置１がちょうどＮ番目の補強対象個所に配置される長さに調整しておく。

補強装置１を鋼管１００内に挿入する作業は支保工架設前の適宜のタイミングで行えばよい。例えば、１番目を補強する補強装置１と２番目を補強する補強装置１とを連結材２で連結したら、１番目を補強する補強装置１を鋼管１００内に挿入して下ろしていき、２番目を補強する補強装置１と３番目を補強する補強装置１とを連結材２で連結したら、２番目を補強する補強装置１を鋼管１００内に挿入して下ろしていく、というように連結しながら順次に挿入してもよい。
また、使用するすべて補強装置１を使用するすべての連結材２で連結してから、１番目を補強する補強装置１から順次に鋼管１００内に挿入してもよい。
また、使用するすべて補強装置１を使用するすべての連結材２で連結し、Ｎ番目を補強する補強装置１に連結した連結材２を鋼管１００の上端部や鋼管１００外の適所に固定した後、１番目を補強する補強装置１から順次に鋼管１００内に挿入してもよい。連結材２で正しく連結された補強装置１を現場に持ち込めば、現場作業を格段に効率化できる。

以上のように、すべて補強装置１を鋼管１００内に挿入し、Ｎ番目を補強する補強装置１に連結した連結材２を鋼管１００の上端部や鋼管１００外の適所に固定すると、Ｎ番目を補強する補強装置１がちょうどＮ番目の補強対象個所に配置されるとともに、その下に続く１番目から（Ｎ−１）番目の補強装置１もそれぞれ精度良く補強対象個所に配置される。

すべての補強装置１を補強対象個所に配置したら、各補強装置１をその着脱のための機能を用いて外圧を支持できる状態に設置する。補強装置１の着脱のための機能としては、図２から図４にそれぞれ例示するように、挿入作業時は鋼管１００の内径未満に縮径し、設置時は鋼管１００の内径以上に拡径する機能が好適に用いられる。
すなわち、拡径する機能を利用する場合、すべての補強装置１が補強対象個所に配置されたら、各補強装置１を拡径させて鋼管内面１０２に当接させて設置する。
以上で補強が完了する。
その後、補強が不要となれば、各補強装置１を縮径させて鋼管１００内から順次引き抜き撤去できる。すべての補強装置１が連結材２で連結されているから、すべての補強装置１を引き抜き撤去する作業が迅速かつ容易に行える。

次に、補強装置１の具体的構成例につき、図２、図３及び図４を参照して説明する。
まず、図２に示した一構成例である補強装置１Ａにつき説明する。
図２に示すように補強装置１Ａは、中心に配置されるコッタ１０と、コッタ１０を介して対向する２つの支持部１１，１１とを備える。
コッタ１０は、軸方向の位置によって外径が増減する雄テーパー面を有した円錐台状の形状を有する。支持部１１，１１はそれぞれコッタ１０の雄テーパー面にして相補的な雌テーパー面を有しており、コッタ１０の雄テーパー面と支持部１１，１１の雌テーパー面とが接している。２つの支持部１１，１１は、ガイド部１２，１２により連結されている。２つの支持部１１，１１は、ガイド部１２，１２により径方向に沿って相対的に近づいたり離れたりできるようにガイドされている。また、２つの支持部１１，１１は、ガイド部１２，１２に設けられたバネ（不図示）によって互いに近づく方向に付勢されている。
支持部１１，１１は、上下の支持板１３，１３によって挟まれ、軸方向に移動規制され半径方向に移動自由にされている。支持板１３に固定されたフレーム１４を介して複動シリンダー１５が設けられ、複動シリンダー１５の出力軸が継手１６を介してコッタ１０に連結されている。

したがって、複動シリンダー１５を動作させることによって、コッタ１０が支持部１１，１１に対して軸方向に移動し、これに伴いコッタ１０の雄テーパー面と支持部１１，１１の雌テーパー面とが摺動して、２つの支持部１１，１１が鋼管軸Ａを中心に集散するよう半径方向に移動する。
以上のように複数の支持部１１，１１を相対的に移動させる移動機構が構成されている。コッタ１０、支持部１１は、金属類のほかコンクリートや、塩ビ等のプラスチックなどで、耐荷部材であればよい。

支持部１１，１１は、鋼管内面と略等価曲率の支持面１１ａをそれぞれ有している。
図２に示すように、鋼管軸Ａを中心にして支持面１１ａ，１１ａが外向きに配置される。また、支持面１１ａ，１１ａが鋼管軸Ａを中心とした最大径部位とされ、上述した移動機構による最大径部位の径の拡大に伴い支持面１１ａ，１１ａを鋼管内面に当接させて鋼管１００内部に設置可能である。支持面１１ａ，１１ａが最大径部位であるので、鋼管内部の任意の個所に設置可能である。
図２(b)の場合、複動シリンダー１５を縮ませてコッタ１０を引き上げることにより、支持面１１ａ，１１ａが拡径移動し、これにより支持面１１ａ，１１ａを鋼管内面に当接させて補強装置１Ａを鋼管１００内部に設置でき、反対に、複動シリンダー１５を伸ばしてコッタ１０を押し下げることにより、支持面１１ａ，１１ａがバネの力により縮径移動し、これにより補強装置１Ａを取り外し鋼管１００内部から撤去することができる。

図２に示すように、局部荷重作用点に相当する鋼管内面１０２に支持面１１ａ（好ましくは支持面１１ａの周方向中心）が当接する設置状態を確実に実現できることが好ましい。
そのためには、支持面１１ａの中心角θ（図２(a)参照）は大きいほうが良い。中心角θを大きくするためには、支持部１１は少ない方が良いため、本例のように最少の２つとすることが好ましい。そして、中心角θとして９０度以上を確保するように支持部１１を形成する。こうしたことで支保工が架設される側に対面する鋼管側面には、支持部材を介して反力が作用するが、支持部材に触れない部分の力の成分は法線方向に対して接線方向が卓越するため鋼管の変形を抑止できる。
またこの場合、±４５度以上の設置誤差が許容されるが、設置誤差が大きくならないようにするために、連結材２を接続する連結部１７（図２(b)参照）を上下各２個所に設け、図１に示したように２本の並列な連結材２，２で補強装置１，１間を連結することが好ましい。これにより、鋼管１００内へ挿入時における補強装置１の回転を抑え、支持面１１ａが局部荷重作用点に相当する鋼管内面１０２から外れることを防ぐことができる。複動シリンダー１５に替えてネジジャッキなど往復動可能なものとしてもよい。

次に、図３に示した一構成例である補強装置１Ｂにつき説明する。なお、図２に示した補強装置１Ａと対応する要素は同符号を付し説明を省略する。
本例の補強装置１Ｂは、モーターとネジ機構によって支持部１１，１１の半径方向への移動機構を実現するものである。
例えば図３に示すとおり、モーター２０と、かさ歯車２１，２２，２２と、支持部１１，１１とをフレーム２４に支持し、かさ歯車２２，２２の軸２３に形成された雄ネジ２３ａを、支持部１１に形成された雌ネジ１１ｂに螺合連結し、モーター２０の回転動力を、かさ歯車２１，２２，２２を介して雄ネジ２３ａまで伝達することで、支持部１１，１１の半径方向への移動機構を実現できる。支持部１１，１１はフレーム２４に対し半径方向にのみ可動にして支持される。

次に、図４に示した一構成例である補強装置１Ｃにつき説明する。なお、図２に示した補強装置１Ａと対応する要素は同符号を付し説明を省略する。
本例の補強装置１Ｃは、複動シリンダーとリンク機構によって支持部１１，１１の半径方向への移動機構を実現するものである。
例えば図４に示すとおり、複動シリンダー３０の両端に連結されたヒンジベース３１，３１をそれぞれ経由するように２つの支持部１１，１１を４つのリンク３２，３２，３２，３２を介して連結し、複動シリンダー３０を伸縮させることで、支持部１１，１１の半径方向への移動機構を実現できる。
なお、リンク３２，３２，３２，３２とブラケット３３，３３を排して、複動シリンダー３０の軸方向を一方の支持部１１から他方の支持部１１に至る方向に配置し、２つの支持部１１，１１を直接的に複動シリンダー３０で連結した構成を実施してもよい。いわば、一方のヒンジベース３１が一方の支持部１１に固定され、他方のヒンジベース３１が他方の支持部１１に固定されたような構成である。

以上説明した補強装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、動力装置（１５，２０，３０）と、その動力を支持部１１，１１に伝達する機構とを個々に備えるものである。
各動力装置（１５，２０，３０）と接続されたコントローラーを鋼管１００の外部に設置しておき、必要数の補強装置１を鋼管１００内に配置した後、コントローラーを操作して支持部１１の拡径動作を実行させることで、補強装置１を鋼管１００の内部に設置する。その際、コントローラーを操作して全補強装置１の支持部１１の拡径動作を一斉に実行させることで、必要数の補強装置１を鋼管１００の内部に短時間で設置することができる。
設置後、コントローラーを操作して支持部１１の縮径動作を実行させれば、鋼管１００内から補強装置１を引き抜き撤去することができる。その際、コントローラーを操作して全補強装置１の支持部１１の縮径動作を一斉に実行させれば、鋼管１００内から補強装置１を引き抜き撤去するための準備を短時間に行える。
動力装置（１５，２０，３０）のエネルギー形態は、電気、油圧、空圧などを挙げることができるが、特に限定されるものではない。
なお、補強装置１は、支持面１１ａの曲率を変えることで、各径の鋼管の補強に適用することができる。

１（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ） 補強装置
１１ 支持部
１１ａ 支持面
２ 連結材
１００ 鋼管
２００ 支保工

Claims (5)

1. 側面に局部荷重を受ける鋼管の、当該局部荷重作用点に相当する鋼管内面を支持して当該局部荷重に対する構造強度を補強する補強装置を鋼管の内部に着脱自在に設置する鋼管の補強方法。
2. 鋼管の軸方向に位置の異なる２以上の補強対象個所の内部に前記補強装置をそれぞれ設置するにあたり、前記補強対象個所の数に相等する数の前記補強装置を、前記補強対象個所の間隔に相等する間隔で連結して、鋼管内に挿入することを特徴とする請求項１に記載の鋼管の補強方法。
3. 側面に局部荷重を受ける鋼管の、当該局部荷重作用点に相当する鋼管内面を支持して当該局部荷重に対する構造強度を補強する補強装置であって、
   鋼管内面と略等価曲率の支持面をそれぞれ有し、鋼管軸を中心にして前記支持面が外向きに配置される複数の支持部と、
   前記複数の支持部が鋼管軸を中心に集散するよう半径方向に前記複数の支持部を相対的に移動させる移動機構と、
   を備え、
   前記支持面が鋼管軸を中心とした最大径部位とされ、前記移動機構による前記最大径部位の径の拡大に伴い前記支持面を鋼管内面に当接させて鋼管内部に設置可能にされた鋼管の補強装置。
4. 前記支持部が対向する２つで、前記各支持面の中心角が９０度以上である請求項３に記載の鋼管の補強装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の鋼管の補強装置を用いた鋼管の補強方法であって、
   前記支持面を、側面に局部荷重を受ける鋼管の、当該局部荷重作用点に相当する鋼管内面に当接させて、前記補強装置を鋼管内部に設置することを特徴とする鋼管の補強方法。

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