JP2015124553A - Method for repairing and reinforcing steel structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般には、連続した強化繊維を含むシート状の強化繊維含有材料(以下、「繊維シート」という。)を使用した例えば橋、桟橋、煙突等、更には、船、車両、航空機等の鋼構造物の補修補強方法に関するものである。詳しくは、本発明は、鋼構造物にて軸方向力及び曲げによる垂直応力を受ける鋼部材の補修補強方法に関するものであり、特に、腐食減肉した鋼部材を補修又は補強する鋼構造物の補修補強方法に関するものである。 The present invention generally includes, for example, bridges, piers, chimneys, and the like using a sheet-like reinforcing fiber-containing material (hereinafter referred to as “fiber sheet”) including continuous reinforcing fibers, and also ships, vehicles, airplanes, etc. The present invention relates to a repair and reinforcement method for steel structures. More particularly, the present invention relates to a method for repairing and reinforcing a steel member subjected to an axial force and a vertical stress due to bending in a steel structure, and more particularly, to a steel structure that repairs or reinforces a corrosion-reduced steel member. It relates to repair and reinforcement methods.
例えば鋼橋などの鋼構造物は、雨水や海からの飛来塩分、路面に散布される凍結防止剤の飛散などの影響により、供用と共に腐食が進み鋼部材が減肉してくる。 For example, steel structures such as steel bridges are corroded with service due to the effects of rainwater, incoming salt from the sea, and the scattering of antifreeze sprayed on the road surface.
鋼橋の大部分はI桁や箱桁の鈑桁構造であり、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。 Most steel bridges have a girder structure of I-girder and box girder, and not only flange corrosion but also abdominal plate corrosion damage occurs due to water leakage at the end of the girder, ventilation and poor drainage.
従来、このような場合の対策としては、鋼材を用いた部材取替えや当て板が一般的であったが、補修範囲が局部的であっても一定の架設機材や専門技術者が必要となり、補修費が著しく割高となっている。 Conventionally, as a countermeasure in such a case, replacement of members using steel materials and patch plates have been common, but even if the repair scope is local, certain construction equipment and specialist engineers are required, and repairs are required. Expenses are extremely expensive.
特許文献1は、本願添付の図21に示すように、鋼構造物(鋼材)100の表面にポリウレア樹脂パテ剤を塗布して硬化させた弾性層104を形成し、該弾性層104が形成された鋼構造物100の表面に強化繊維fを含む繊維シート1を接着剤105により接着して繊維シート層(繊維強化樹脂層)106を形成する鋼構造物の補強構造体200及び補修補強方法を開示している。
In
また、特許文献2は、本願添付の図22(a)、(b)に示すように、鋼橋100の鋼部材であって、腹板11と、フランジ12、13と、補剛材14とを有した鋼桁10において、腹板11に繊維強化樹脂層20を設置するに際して、鋼桁腹板11と繊維強化樹脂層20との間にポリウレア系樹脂とされるパテ層30を設け、それにより、鋼桁腹板10の終局耐荷力を回復増強するものである。即ち、斯かる特許文献2に記載の発明は、特に、鋼部材10に繊維強化樹脂層20を剥離しないように貼り付け、せん断力を受ける鋼部材、即ち、鋼桁10の腹板11の座屈耐荷力を向上させんとするものである。
一方、例えば鋼橋などの鋼構造物は、鋼部材として、鋼桁橋の主桁、横桁、縦桁のフランジ等の曲げによる垂直応力を受ける部材、鋼桁橋の対傾構、横構、トラス橋の弦材、アーチリブ等の軸方向力を受ける部材を有している。 On the other hand, for example, steel structures such as steel bridges are steel members such as main girders, cross girders, and vertical girder flanges that receive vertical stress due to bending, steel girder bridges, A member for receiving an axial force such as a string member of an truss bridge or an arch rib is provided.
本発明者らは、これら軸方向力及び曲げによる垂直応力を受ける鋼部材に対して上記特許文献1、2に記載の技術を適用することにより、鋼部材の補修補強を有効に達成することができるが、次のような問題があることが分かった。
The inventors can effectively achieve the repair and reinforcement of the steel member by applying the techniques described in
つまり、本発明者らの研究実験の結果によると、繊維強化樹脂(FRP)を接着した鋼部材は、FRPの積層数に応じた応力改善効果が得られ、また、高伸度弾性パテ材であるポリウレア樹脂パテ材を介してFRPを接着することにより高応力時や座屈変形時においてもFRPの剥離が確実に防止できるが、一方、FRPから鋼部材への荷重伝達効率が低減することが分かった。そのため、鋼部材の応力度改善を図る場合に、FRP接着後の断面を鋼とFRPとの完全合成断面として評価すると、補修補強量がやや不足することとなる。 In other words, according to the results of the present inventors' experiment, the steel member bonded with fiber reinforced resin (FRP) has a stress improvement effect according to the number of FRP layers, and is a high elongation elastic putty material. Adhesion of FRP through a certain polyurea resin putty material can surely prevent FRP peeling even at high stress or buckling deformation, but on the other hand, the load transmission efficiency from FRP to steel member can be reduced. I understood. Therefore, when the stress degree of a steel member is improved, if the cross section after FRP bonding is evaluated as a completely synthetic cross section of steel and FRP, the repair reinforcement amount is slightly insufficient.
そこで、本発明者らは、このことを考慮して荷重伝達効率の低下の影響は、応力低減係数Cnを繊維シートの鋼換算断面積に乗じることにより評価し得ることを見出した。応力低減係数Cnについては、後で詳しく説明する。 In view of this, the present inventors have found that the influence of the decrease in load transmission efficiency can be evaluated by multiplying the steel reduced cross-sectional area of the fiber sheet by the stress reduction coefficient Cn. The stress reduction coefficient Cn will be described in detail later.
本発明は、斯かる本発明者らの新規な知見に基づきなされたものである。 The present invention has been made based on such novel findings of the present inventors.
本発明の目的は、高伸度弾性パテ材を介して繊維シートを接着することにより、高応力時や座屈変形時においても繊維シートの剥離を確実に防止することができ、且つ、繊維シートから鋼部材への荷重伝達効率が低減することのない鋼構造物の補修補強方法を提供することである。 An object of the present invention is to adhere a fiber sheet via a high elongation elastic putty material, thereby reliably preventing the fiber sheet from peeling even at high stress or buckling deformation, and the fiber sheet. Another object of the present invention is to provide a method for repairing and reinforcing a steel structure without reducing the load transmission efficiency from the steel member to the steel member.
上記目的は本発明に係る鋼構造物の補修補強方法にて達成される。要約すれば、本発明は、鋼構造物における軸方向力及び/又は曲げによる垂直応力を受ける鋼部材に、強化繊維を含む繊維シートを樹脂で接着して前記鋼部材を補修補強する鋼構造物の補修補強方法であって、
(a)前記鋼部材における施工対象部分に対して下地処理する工程と、
(b)前記下地処理された前記鋼部材の表面にポリウレア樹脂パテ材によりパテ層を形成する工程と、
(c)前記パテ層の上に、複数(n)層の前記繊維シートを樹脂で接着して積層し、複数層の繊維強化樹脂層を形成する工程と、
を有する鋼構造物の補修補強方法において、
前記繊維シートの積層数(n)は、下記式(1)を満足するように決定されることを特徴とする鋼構造物の補修補強方法である。
The above object is achieved by the method for repairing and reinforcing a steel structure according to the present invention. In summary, the present invention relates to a steel structure in which a steel sheet subjected to an axial force and / or vertical stress due to bending in a steel structure is repaired and reinforced by bonding a fiber sheet containing reinforcing fibers with a resin. Repair and reinforcement method,
(A) a step of subjecting the construction target portion in the steel member to a ground treatment;
(B) a step of forming a putty layer with a polyurea resin putty material on the surface of the steel member subjected to the base treatment;
(C) On the putty layer, a plurality of (n) layers of the fiber sheets are bonded and laminated with a resin to form a plurality of fiber reinforced resin layers;
In a method for repairing and reinforcing a steel structure having
The fiber sheet lamination number (n) is determined so as to satisfy the following formula (1), and is a method for repairing and reinforcing a steel structure.
本発明の一実施態様によれば、前記複数層の繊維シートは、前記鋼部材表面側の1層目から最外層のn層目へと繊維方向長さが短くなるようにし、前記繊維シートの繊維方向の端部を所定量づつ階段状にずらして接着する。 According to one embodiment of the present invention, the fiber sheet of the plurality of layers is configured such that the length in the fiber direction decreases from the first layer on the surface side of the steel member to the n-th layer of the outermost layer. The ends in the fiber direction are shifted in steps by a predetermined amount and bonded.
本発明の他の実施態様によると、前記最外層のn層目の繊維シートの繊維方向長さは、前記鋼部材の施工対象部分における欠損範囲より定着長だけ長くされる。 According to another embodiment of the present invention, the length in the fiber direction of the outermost n-th fiber sheet is made longer by the fixing length than the defect range in the construction target portion of the steel member.
本発明の他の実施態様によると、前記繊維シートの前記定着長及びずらし量は、前記繊維シートの引張剛性が大きくなると大きくする。 According to another embodiment of the present invention, the fixing length and the shift amount of the fiber sheet are increased as the tensile rigidity of the fiber sheet is increased.
本発明の他の実施態様によると、前記応力低減係数の値は、前記繊維シートの積層数が大きくなると小さくし、前記繊維シートの積層数が所定数に達すると一定値に設定する。 According to another embodiment of the present invention, the value of the stress reduction coefficient is decreased when the number of the laminated fiber sheets is increased, and is set to a constant value when the number of the laminated fiber sheets reaches a predetermined number.
本発明の他の実施態様によると、前記応力低減係数の値が一定値となる前記繊維シートの積層数は、前記繊維シートの定着長及びずらし量が大となると小さくする。 According to another embodiment of the present invention, the number of laminated fiber sheets at which the value of the stress reduction coefficient becomes a constant value is decreased as the fixing length and shift amount of the fiber sheet are increased.
本発明の他の実施態様によると、前記鋼部材の施工対象部分に接着される複数層の繊維シートは、前記繊維シートの繊維方向において、前記施工対象部分の第1の領域に接着して第1の繊維強化樹脂層を形成する第1の複数層の繊維シートと、前記施工対象部分の第2の領域に接着して第2の繊維強化樹脂層を形成する第2の複数層の繊維シートと、にて形成され、前記第1及び第2の繊維強化樹脂層の重なり合った領域では前記第1の繊維強化樹脂層と前記第2の繊維強化樹脂層とを重ねて接着する。 According to another embodiment of the present invention, the multiple-layer fiber sheet bonded to the construction target portion of the steel member is bonded to the first region of the construction target portion in the fiber direction of the fiber sheet. 1st multiple-layer fiber sheet which forms 1 fiber reinforced resin layer, and 2nd multiple-layer fiber sheet which adheres to the 2nd field of the above-mentioned construction object part, and forms the 2nd fiber reinforced resin layer In the region where the first and second fiber reinforced resin layers overlap each other, the first fiber reinforced resin layer and the second fiber reinforced resin layer are stacked and bonded together.
本発明の他の実施態様によると、前記鋼部材の施工対象部分に形成された段差部においては、前記段差部を除く施工対象部分に複数層の繊維シートを接着して第1の繊維強化樹脂層を形成し、前記段差部を含む施工対象部分に複数層の繊維シートを接着して第2の繊維強化樹脂層を形成し、前記第1及び第2の繊維強化樹脂層の重なり合った領域で前記第2の繊維強化樹脂層を前記第1の繊維強化樹脂層の上に重ねて接着する。 According to another embodiment of the present invention, in the step portion formed in the construction target portion of the steel member, the first fiber reinforced resin is formed by bonding a plurality of layers of fiber sheets to the construction target portion excluding the step portion. In the region where the first and second fiber reinforced resin layers overlap each other, a second fiber reinforced resin layer is formed by bonding a plurality of fiber sheets to the construction target portion including the stepped portion. The second fiber reinforced resin layer is stacked on and adhered to the first fiber reinforced resin layer.
本発明の他の実施態様によると、前記繊維シートは、
(1)少なくとも、シート軸方向へと一方向に引き揃えた強化繊維を含む強化繊維を互いに線材固定材にて固定した繊維シートであるか、
(2)強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され、硬化された連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、線材を互いに線材固定材にて固定した繊維シートであるか、又は、
(3)強化繊維を一方向に引き揃えた強化繊維シートに樹脂を含浸して、前記樹脂が硬化された樹脂含浸硬化繊維シートか、又は、一方向に引き揃えた強化繊維束に樹脂を含浸して、前記樹脂が硬化された樹脂含浸硬化繊維シートを、少なくとも1層含む繊維シートである。
According to another embodiment of the present invention, the fiber sheet comprises:
(1) At least a fiber sheet in which reinforcing fibers including reinforcing fibers aligned in one direction along the sheet axial direction are fixed to each other with a wire fixing material,
(2) Is a fiber sheet in which a plurality of continuous fiber reinforced plastic wires that are impregnated with a matrix resin in a reinforced fiber and cured, are aligned in a slender shape in the longitudinal direction, and the wires are fixed to each other with a wire fixing material, Or
(3) A resin-impregnated cured fiber sheet obtained by impregnating a reinforcing fiber sheet in which reinforced fibers are aligned in one direction and the resin is cured, or a reinforcing fiber bundle aligned in one direction is impregnated with resin. A fiber sheet comprising at least one layer of a resin-impregnated cured fiber sheet obtained by curing the resin.
本発明の他の実施態様によると、前記繊維シートの強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維;ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維;アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維;が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用する。 According to another embodiment of the present invention, the reinforcing fiber of the fiber sheet includes inorganic fibers such as carbon fiber, glass fiber, and basalt fiber; metal fibers such as boron fiber, titanium fiber, and steel fiber; aramid, PBO (polyparaffin). (Phenylene benzbisoxazole), polyamide, polyarylate, polyester, and other organic fibers are used singly or in combination with a plurality of organic fibers.
本発明の他の実施態様によると、前記接着剤は、常温硬化型若しくは熱硬化型のエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、MMA樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、又は、光硬化型樹脂である。 According to another embodiment of the present invention, the adhesive is a room temperature curable or thermosetting epoxy resin, epoxy acrylate resin, acrylic resin, MMA resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, or It is a photocurable resin.
本発明によれば、高伸度弾性パテ材であるポリウレア樹脂パテ材を介して繊維シートを接着することにより、高応力時や座屈変形時においても繊維シートの剥離を確実に防止することができ、しかも、繊維シートから鋼部材への荷重伝達効率が低減することがない。 According to the present invention, the fiber sheet is bonded through the polyurea resin putty material, which is a high elongation elastic putty material, so that it is possible to reliably prevent the fiber sheet from peeling even during high stress or buckling deformation. Moreover, the load transmission efficiency from the fiber sheet to the steel member is not reduced.
以下、本発明に係る鋼構造物の補修補強方法を図面に則して更に詳しく説明する。 Hereinafter, the steel structure repair and reinforcement method according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
実施例1
本発明によれば、鋼構造物にて軸方向力及び曲げによる垂直応力を受ける鋼部材の補修補強を行うことができる。例えば、軸方向力及び曲げによる垂直応力を受ける鋼部材としては、図1(a)、(b)に示すような、鋼橋に使用される鋼桁(鋼I桁)やトラス部材(箱桁)などとされる。図1(a)に示すように、鋼桁10は、上フランジ12と下フランジ13を備えた腹板11、及び上フランジ12と下フランジ13の間に設置された垂直補剛材14で形成される。また、トラス部材10は、図1(b)に示すように、4枚の鋼板15(15a〜15d)を接合することにより形成される。
Example 1
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the repair reinforcement of the steel member which receives the normal direction stress by an axial direction force and bending with a steel structure can be performed. For example, steel members subjected to axial force and vertical stress due to bending include steel girders (steel I girders) and truss members (box girders) used in steel bridges as shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). ) Etc. As shown in FIG. 1 (a), a
例えば、鋼桁10は、図2(a)、(b)に示すように、下フランジ13の上面或いは下面に対して補修補強をなすことができ、トラス部材10は、図2(c)に示すように、上下左右の鋼板15(15a〜15d)に対して補修補強をなすことができる。
For example, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
なお、本発明による補修補強の対象物(被補強物)を上記のような鋼構造物及び鋼部材に限定するものではなく、本発明は、軸方向力及び曲げによる垂直応力を受ける鋼部材に対し有効に適用し得る。 In addition, the object (reinforcement object) of repair reinforcement | strengthening by this invention is not limited to the above steel structures and steel members, but this invention is the steel member which receives the vertical stress by an axial force and a bending. However, it can be applied effectively.
図3に、本発明に従って鋼桁10の下フランジ13に生じた欠損部40を補修補強した補修補強構造体50の一例を示す。この例に示すように、腐食により減肉した鋼桁10の下フランジ13は、下地処理した後高伸度弾性パテ材30Aを塗布し、その後、このパテ層(弾性層)30に対して、連続した強化繊維を含むシート状の強化繊維含有材料、即ち、繊維シート1(例えば、後述の図4に示す繊維シート1A)を1層以上樹脂で接着して形成された複数層の繊維強化樹脂(FRP)層20(20−1、20−2、・・・・20−n)にて補修補強され、必要に応じて、最外層に保護層60が設置された構成とされる。
FIG. 3 shows an example of a repair /
本発明の鋼構造物の補修補強方法の特徴は、
鋼構造物における軸方向力及び/又は曲げによる垂直応力を受ける鋼部材10に、強化繊維fを含む繊維シート1を樹脂で接着して鋼部材10を補修補強する鋼構造物の補修補強方法であって、
(a)鋼部材10における施工対象部分に対して下地処理する工程と、
(b)下地処理された鋼部材10の表面に高伸度弾性パテ材であるポリウレア樹脂パテ材30Aによりパテ層(弾性層)30を形成する工程と、
(c)パテ層30の上に、複数(n)層の繊維シート1を樹脂で接着して積層し、複数層の繊維強化樹脂層20(20−1、20−2、・・・・・20−n)を形成する工程と、
を有する鋼構造物の補修補強方法において、
繊維シート1の積層数(n)は、下記式(2)を満足するように決定される。
The features of the repair and reinforcement method for steel structures of the present invention are as follows:
A repair and reinforcement method for a steel structure in which a
(A) a step of subjecting the construction target portion in the
(B) forming a putty layer (elastic layer) 30 with a polyurea
(C) On the
In a method for repairing and reinforcing a steel structure having
The number of layers (n) of the
つまり、本発明によれば、鋼部材10にポリウレア樹脂パテ材30A(パテ層30)を介して繊維シート1を接着する鋼構造物の補修補強方法において、積層される繊維シート1の必要断面積を決定することができる。このとき、積層される繊維シート1の必要断面積を決定するに際して、応力低減係数Cnを導入することにより、ポリウレア樹脂パテ材30A(パテ層30)を挿入したことによる補強効果の損失を補うように考慮される。
That is, according to the present invention, in the repair and reinforcement method for a steel structure in which the
また、本発明では、複数層の繊維シート1は、鋼部材表面側の1層目から最外層のn層目へと繊維方向長さLsが短くなるようにし、繊維シート1の繊維方向の端部を所定量Lmづつ階段状にずらして接着する。また、最外層のn層目の繊維シート1の繊維方向長さは、鋼部材の施工対象部分における欠損部40の欠損範囲(Lsl)より定着長Lfだけ長くされる。詳しくは、実施例に即して後述する。
Further, in the present invention, the
次に、本発明にて使用する各材料について説明する。 Next, each material used in the present invention will be described.
(繊維シート)
本発明においては種々の形態の繊維シート1を使用することができる。繊維シート1の実施例を具体的に具体例1〜3として説明するが、本発明で使用する繊維シート1の形態は、これら具体例に示すものに限定されるものではない。
(Fiber sheet)
In the present invention, various forms of
具体例1
図4に、本発明にて使用することのできる繊維シート1の一実施例を示す。本実施例にて、繊維シート1は、連続した強化繊維fを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の繊維シート1Aとされる。
Example 1
FIG. 4 shows an embodiment of the
即ち、繊維シート1Aは、一方向に引き揃えた連続した強化繊維fから成る強化繊維シートをメッシュ状の支持体シートなどとされる線材固定材3にて保持した構成とすることができる。例えば、強化繊維fとして炭素繊維を使用した場合には、例えば平均径7μmの単繊維(炭素繊維モノフィラメント)fを6000〜24000本収束した樹脂未含浸の単繊維束を複数本、一方向に平行に引き揃えて使用される。炭素繊維シート1Aの繊維目付は、通常、30〜1000g/m2とされる。
That is, 1 A of fiber sheets can be set as the structure which hold | maintained the reinforcing fiber sheet which consists of the continuous reinforcing fiber f arranged in one direction with the
線材固定材3としてのメッシュ状の支持体シートを構成する縦糸4及び横糸5の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート3をシート状に配列した炭素繊維の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート3の縦糸4及び横糸5の部分を炭素繊維シートに溶着する。
Carbon obtained by impregnating the surfaces of the
メッシュ状支持体シート3は、2軸構成のほかに、ガラス繊維を3軸に配向して形成したり、或いは、ガラス繊維を一方向に配列された炭素繊維に対して直交する横糸5のみを配置した、所謂、1軸に配向して形成して前記シート状に引き揃えた炭素繊維に接着することもできる。
In addition to the biaxial configuration, the mesh-shaped
又、上記線材固定材3の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。
As the yarn of the
上記説明では、繊維シート1における強化繊維fはシート軸方向へと一方向に引き揃えられるものとして説明したが、強化繊維が二方向に配向された繊維シートであっても良く、また、二方向織物などであっても良い。ただ、繊維シート1は、少なくともシート軸方向に引き揃えられた強化繊維を含むものとされる。
In the above description, the reinforcing fibers f in the
具体例2
また、繊維シート1は、図5に示すように、複数の強化繊維fを一方向に引き揃えた強化繊維シート、例えば、図4に示すような繊維シート1Aに樹脂Reを含浸し、前記樹脂が硬化された繊維シート(所謂、FRP板)1Bとすることもできる。
Example 2
Further, as shown in FIG. 5, the
上記具体例1、2で説明した繊維シート1A、1Bにおいて、強化繊維fとしては、炭素繊維に限定されるものではなく、炭素繊維の他にガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維;ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維;更には、アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維;が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。
In the
また、具体例2における繊維シート1Bの場合の樹脂Reとしては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型若しくは熱硬化型のエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、樹脂含浸量は、30〜70重量%、好ましくは、40〜60重量%とされる。
Further, as the resin Re in the case of the
上記説明では、繊維シート(FRP板)1Bは強化繊維fを一方向に引き揃えて作製した強化繊維シート、例えば図4に示す繊維シート1Aに樹脂を含浸し硬化したものとして説明したが、例えばプルトルージョン法などにより一方向に引き揃えた強化繊維束に樹脂を含浸させシート状とし次いで硬化した繊維シート(FRP板)とすることもできる。
In the above description, the fiber sheet (FRP plate) 1B has been described as a reinforcing fiber sheet produced by aligning the reinforcing fibers f in one direction, for example, the
また、樹脂含浸硬化繊維シート(FRP板)としては、上述したような強化繊維(又は強化繊維束)が一方向に引き揃えられた少なくとも1層のFRP板の表面にクロスやマット層を配置した積層板とすることができる。 In addition, as the resin-impregnated cured fiber sheet (FRP plate), a cloth or a mat layer is disposed on the surface of at least one FRP plate in which the reinforcing fibers (or reinforcing fiber bundles) as described above are aligned in one direction. It can be a laminate.
具体例3
更には、図6及び図7に示すように、繊維シート1としては、マトリクス樹脂Rが含浸され硬化された細径の連続した繊維強化プラスチック線材2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各線材2を互いに線材固定材3にて固定した繊維シート(ストランド型繊維シート)1Cを使用することもできる。
Example 3
Further, as shown in FIG. 6 and FIG. 7, the
繊維強化プラスチック線材2は、直径(d)が0.5〜3mmの略円形断面形状(図7(a))であるか、又は、幅(w)が1〜10mm、厚み(t)が0.1〜2mmとされる略矩形断面形状(図7(b))とし得る。勿論、必要に応じて、その他の種々の断面形状とすることができる。
The fiber reinforced
上述のように、一方向に引き揃えスダレ状とされた繊維シート1Cにおいて、各線材2は、互いに空隙(g)=0.05〜3.0mmだけ近接離間して、線材固定材3にて固定される。このようにして形成された繊維シート1(1A、1B、1C)の長さ(L)及び幅(W)は、補強される構造物の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、取扱い上の問題から、一般に、全幅(W)は、100〜1000mmとされる。又、長さ(L)は、1〜5m程度の短冊状のもの、或いは、100m以上のものを製造し得るが、使用時においては、適宜切断して使用される。また、繊維シート1(1A、1B、1C)の長さ(L)を1〜5m程度として、幅Wをこれより長く1〜10m程度として製造することも可能である。
As described above, in the
繊維シート1Cの場合においても、強化繊維fとしては、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維;ボロン繊維、チタン繊維、スチール繊維などの金属繊維;更には、アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維;が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。また、繊維強化プラスチック線材2に含浸されるマトリクス樹脂Rは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型若しくは熱硬化型のエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、樹脂含浸量は、30〜70重量%、好ましくは、40〜60重量%とされる。
Also in the case of the fiber sheet 1C, the reinforcing fibers f include inorganic fibers such as carbon fibers, glass fibers, and basalt fibers; metal fibers such as boron fibers, titanium fibers, and steel fibers; and further, aramid, PBO (polyparaphenylene). Benzbisoxazole), polyamide, polyarylate, polyester, and other organic fibers can be used alone or in a mixture of a plurality of organic fibers. The matrix resin R impregnated in the fiber reinforced
又、各線材2を線材固定材3にて固定する方法としては、図6に示すように、例えば、線材固定材3として横糸を使用し、一方向にスダレ状に配列された複数本の線材2から成るシート形態とされる線材、即ち、連続した線材シートを、線材に対して直交して一定の間隔(P)にて打ち込み、編み付ける方法を採用し得る。横糸3の打ち込み間隔(P)は、特に制限されないが、作製された繊維シート1の取り扱い性を考慮して、通常10〜100mm間隔の範囲で選定される。
Moreover, as a method of fixing each
このとき、横糸3は、例えば直径2〜50μmのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用される。
At this time, the
各線材2をスダレ状に固定する他の方法としては、図8(a)に示すように、線材固定材3としてメッシュ状支持体シートを使用することができる。
As another method of fixing each
つまり、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた複数本の線材2、即ち、線材シートの片側面、又は、両面を、例えば直径2〜50μmのガラス繊維或いは有機繊維にて作製した、上記具体例1で説明したと同様の構成とされるメッシュ状の支持体シート3により支持した構成とすることもできる。
That is, the above-mentioned specific example in which a plurality of
更に、各線材2をスダレ状に固定する他の方法としては、図8(b)に示すように、線材固定材3として、例えば、粘着テープ又は接着テープなどとされる可撓性帯材を使用することができる。可撓性帯材3は、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた各繊維強化プラスチック線材2の長手方向に対して垂直方向に、複数本の繊維強化プラスチック線材2の片側面、又は、両面を貼り付けて固定する。
Furthermore, as another method of fixing each
つまり、可撓性帯材3として、幅(w1)2〜30mm程度の、塩化ビニルテープ、紙テープ、布テープ、不織布テープなどの粘着テープ又は接着テープが使用される。これらテープ3を、通常、10〜100mm間隔(P)で各繊維強化プラスチック線材2の長手方向に対して垂直方向に貼り付ける。
That is, as the
更に、可撓性帯材3としては、ナイロン、EVA樹脂などの熱可塑性樹脂を帯状に、線材2の長手方向に対して垂直方向に片側面、又は、両面に熱融着させることによっても達成される。
Furthermore, as the
(補強方法)
次に、図3、図9、図14を参照して、鋼構造物の補修補強方法について説明する。本発明によれば、前述のようにして製造された繊維シート1を用いて、鋼構造物の補修補強を行うことができる。
(Reinforcing method)
Next, a method for repairing and reinforcing a steel structure will be described with reference to FIGS. According to the present invention, the steel sheet can be repaired and reinforced using the
つまり、本発明の鋼構造物の補修補強方法によれば、例えば、繊維シート1として、上記具体例1で説明した強化繊維fを一方向に引き揃えて作製された繊維シート1Aを使用することができ、この繊維シート1Aが鋼構造物の鋼部材10の表面に高伸度弾性パテ材にて形成されたパテ層(即ち、弾性層)30を介して接着剤にて接着して一体化される。この時、繊維シート1Aの鋼部材への接着と同時に、この接着剤による繊維シート1Aに対する接着剤(マトリクス樹脂)含浸をも行うことができる。
That is, according to the repair and reinforcement method for a steel structure of the present invention, for example, as the
これにより、弾性層30と、樹脂含浸された繊維シート1Aが接着された繊維シート層(繊維強化樹脂層)20を有する補強構造体50(図3(a)、(b)参照)が形成される。
Thereby, the reinforcing structure 50 (refer FIG. 3 (a), (b)) which has the
鋼構造物の補強に際して、曲げモーメント及び軸力を主として受ける鋼部材(構造物)に対しては、曲げモーメントにより生じる引張応力或いは圧縮応力の主応力方向に強化繊維の配向方向を概ね一致させて接着することで、繊維シート1が効果的に応力を負担し、効率的に構造物の耐荷力を向上させることが可能である。
When reinforcing steel structures, for steel members (structures) that mainly receive bending moments and axial forces, the orientation direction of the reinforcing fibers is generally aligned with the principal stress direction of the tensile or compressive stress generated by the bending moment. By bonding, it is possible for the
また、直交する2方向に曲げモーメントが作用する場合、繊維シート1の強化繊維fの配向方向が曲げモーメントにより生じる主応力に概ね一致するように2層以上の繊維シート1を直交させて積層接着することで効率的に耐荷力の向上が図れる。
When bending moments act in two orthogonal directions, two or
なお、以下に説明する本発明の鋼構造物の補修補強方法においては上述のように、図4に示す構成の繊維シートであって、繊維シートの強化繊維としては炭素繊維を使用することが極めて好適であり、従って、本実施例では、繊維シート1としては一方向炭素繊維シートを使用した場合について説明する。つまり、以下の実施例の説明では、繊維シート1は炭素繊維シートとして説明し、また、樹脂含浸された繊維シート、即ち、繊維強化樹脂(FRP)は、炭素繊維強化樹脂(CFRP)として説明する。しかし、本発明の補修補強方法は、使用する強化繊維を炭素繊維に限定するものではなく、上述した他の強化繊維を使用し得るものである。
In the method for repairing and reinforcing a steel structure according to the present invention described below, as described above, the fiber sheet has the configuration shown in FIG. 4, and it is extremely preferable to use carbon fiber as the reinforcing fiber of the fiber sheet. Therefore, in this embodiment, a case where a unidirectional carbon fiber sheet is used as the
本実施例にて好適に使用される炭素繊維シートの特性は、下記表1に示す通りである。 The characteristics of the carbon fiber sheet suitably used in this example are as shown in Table 1 below.
本発明の補修補強方法は、断面欠損部の鋼材応力度の改善と共に、座屈を防止した耐荷力の増加を図ることを目的としている。本発明者らの研究実験によれば、これらの補修補強効果を得るためには炭素繊維シートの弾性係数が高い方が積層数を少なくすることが可能で、工費縮減や工期短縮の面で有利となることが分かっている。そこで、本実施例では、高弾性型炭素繊維シートを使用することを標準とした。弾性係数の規格値は、現在流通している高弾性型炭素繊維シートのうち最大である6.4×105N/mm2以上とした。 An object of the repair and reinforcement method of the present invention is to increase the load resistance while preventing buckling as well as improving the steel material stress degree of the cross-sectional defect portion. According to the inventors' research experiments, in order to obtain these repair and reinforcement effects, the higher the elastic modulus of the carbon fiber sheet, the fewer the number of layers can be reduced, which is advantageous in terms of reducing the construction cost and shortening the construction period. I know that Therefore, in this example, it was standard to use a highly elastic carbon fiber sheet. The standard value of the elastic coefficient was set to 6.4 × 10 5 N / mm 2 or more, which is the maximum among the highly elastic carbon fiber sheets currently in circulation.
本実施例では、1900N/mm2以上の炭素繊維シートを用いることを標準としたが、これは、終局時に座屈が懸念される部材では、鋼材の変形が十分追随して座屈に対する耐荷力を向上させる必要があること、また、引張強度が低く破断歪の小さい炭素繊維シートを用いると施工時の折り曲げや局部的応力集中の影響などにより炭素繊維が破損する恐れがあるためである。 In this example, it was standard to use a carbon fiber sheet of 1900 N / mm 2 or more. However, this is a member that is likely to buckle at the end, and the load resistance against buckling due to sufficient deformation of the steel material. This is because the use of a carbon fiber sheet having a low tensile strength and a low breaking strain may cause the carbon fiber to break due to bending during construction or the influence of local stress concentration.
本実施例では、繊維目付量300g/m2の一方向炭素繊維シートを所要の方向に接着することを標準としている。 In this example, it is standard that a unidirectional carbon fiber sheet having a fiber basis weight of 300 g / m 2 is bonded in a required direction.
1.下地処理(S1)
既設鋼部材10の表面は、ブラストとやディスクサンダーなどの適切な下地処理方法により、塗料や錆などを除去し、その後、有機溶剤を用いて表面を清掃し、油分や汚れのない状態にする。
1. Ground treatment (S1)
The surface of the existing
2.プライマー塗布(S2)
下地処理後の鋼材表面の錆防止と炭素繊維シート1との接着性を向上させるために、プライマーを塗布する。一般にプライマーとしては、常温硬化型のエポキシ樹脂を使用することができる。
2. Primer application (S2)
In order to prevent rust on the surface of the steel material after the base treatment and to improve the adhesion between the
3.不陸修正(S3)
鋼材表面の平坦性が炭素繊維シート1の接着性を左右するので、段差や孔食部などプライマー塗布後の凹凸のある範囲は、樹脂パテ(不陸修正材)40Aを用いて平坦に仕上げる。
3. Uneven correction (S3)
Since the flatness of the surface of the steel material affects the adhesion of the
コーナー部(入隅部)を樹脂パテを用いて成形する場合は、円弧状に平滑に仕上げる。なお、炭素繊維シート1の定着部には、不陸修正材40Aは塗布しない。
When the corner part (inner corner part) is molded using a resin putty, it is finished smoothly in an arc shape. In addition, the
本工程S3の施工は、上記工程S2にて塗布したプライマーが指触乾燥したことを確認した後に行う。 The construction of this step S3 is performed after confirming that the primer applied in the above step S2 has been dry to the touch.
4.高伸度弾性パテ材用プライマー塗布(S4)
高伸度弾性パテ材30Aとして使用するポリウレア樹脂パテ材との接着性を向上させるために、鋼材表面及び不陸修正材表面にポリウレア樹脂パテ材用プライマーを塗布する。施工は、上記工程S3にて塗布した不陸修正材40Aが初期硬化したことを確認した後に行う。
4). Primer application for high elongation elastic putty material (S4)
In order to improve the adhesiveness with the polyurea resin putty material used as the high elongation
ポリウレア樹脂パテ材用プライマーとしては、エポキシ変性ウレタン樹脂プライマーを好適に使用し得るが、プライマーとしては、エポキシ変性ウレタン樹脂系に限ることなくMMA系樹脂など、鋼材或いは不陸修正材と、ポリウレア樹脂パテ材との接着性を十分確保できるものが適宜選定される。 As a primer for a polyurea resin putty material, an epoxy-modified urethane resin primer can be suitably used. However, the primer is not limited to an epoxy-modified urethane resin, but a MMA-based resin such as a steel material or a non-land surface correction material, and a polyurea resin. A material that can sufficiently secure adhesiveness with the putty material is appropriately selected.
5.高伸度弾性パテ材塗布(S5)
上記工程S4にてポリウレア樹脂パテ材用プライマーを塗布した後、炭素繊維シート1の貼付け範囲にポリウレア樹脂パテ材30Aを塗布する。施工はポリウレア樹脂パテ材用プライマーが指触乾燥したことを確認した後に行う。また、所要の補修、補強効果を発揮するために、設計厚さ通りに極力均一に塗布する。
5. High elongation elastic putty material application (S5)
After applying the primer for the polyurea resin putty material in the step S4, the polyurea
一般に、ポリウレア樹脂パテ材30Aの塗布厚さ(T)は、鋼部材10の被接着面の表面の凹凸、炭素繊維シート1の厚さに応じて適宜設定されるが、一般にT=0.2〜10mmとされ、本実施例では、0.8mm程度とした。
In general, the coating thickness (T) of the polyurea
本発明にて使用する高伸度弾性パテ材30Aとしてのポリウレア樹脂パテ材は、主材に芳香族アミンを用い、硬化材にイソシアネートプレポリマーを使用する2液性(2液混合型)のポリウレア樹脂とされる。
The polyurea resin putty material as a high elongation
本発明にて好適に使用されるポリウレア樹脂パテ材の特性は、下記表2に示す通りである。 The characteristics of the polyurea resin putty material preferably used in the present invention are as shown in Table 2 below.
高伸度弾性パテ材30A(即ち、弾性層30)は、高応力下や座屈による面外変形時にも、積層された炭素繊維強化樹脂(CFRP)20が鋼板10から剥離することなく所要の補修補強を発揮するために、鋼板10とCFRP20を接合するものである。
The high elongation
高伸度弾性パテ材30の引張弾性係数が大きいと、鋼板10が局部座屈を生じて面外変形しようとするときにCFRP20が変形に十分追従することができない。一方、引張弾性係数が小さいと、CFRP20を鋼板10の変形に追従させることができるがCFRP20の接着効果が十分に得られない。また、高伸度弾性パテ材30Aの引張最大荷重伸びが小さいと、局部座屈により鋼板10が大きく変形した際に高伸度弾性パテ材30が破断してCFRP20が剥離するようになり、一方、引張最大荷重時伸びが大きいと、その引張弾性係数との共存が困難である。
When the tensile modulus of elasticity of the high-elongation
そこで、本発明においては、高伸度弾性パテ材30Aとして、上記表2に示される特性を有したポリウレア樹脂パテ材が好適に使用される。
Therefore, in the present invention, a polyurea resin putty material having the characteristics shown in Table 2 is preferably used as the high elongation
また、高伸度弾性パテ材30Aは、ガラス転移点温度以下では、ゴム状の柔軟性を失い脆化して所要の剥離防止性能を発揮することができない。そのため冬季の低温環境下でも所要の柔軟性を維持できるようにガラス転移点温度の上限を設定した。鋼材接着強度に関しては、他の樹脂材料(接着剤)の規定と同様である。
Further, the high elongation
6.炭素繊維シート接着(S6)
ポリウレア樹脂パテ材30Aが初期硬化したことが確認されると、このポリウレア樹脂パテ材30Aにて形成された弾性層30の上に炭素繊維シート1が接着される。炭素繊維シート接着施工手順の一例を示せば次の通りである。
6). Carbon fiber sheet bonding (S6)
When it is confirmed that the polyurea
尚、本発明において、鋼部材10である鋼桁フランジの垂直応力やトラス弦材の軸力は、一般に主応力方向が部材軸方向と一致するため、繊維方向が部材軸方向とすることを基本とする。
(1)施工面にローラー刷毛にて、含浸接着樹脂を均一に塗布する。
(2)含浸接着樹脂の塗布面に炭素繊維シート1を押し付け、繊維の方向に気泡を除去しながら貼り付ける。
(3)気泡ローラーやゴムヘラを使用し、空気たまりを除去すると共に、含浸接着樹脂を十分に炭素繊維シート1に含浸させる。
(4)貼り付けられた炭素繊維シート1の上に、再度含浸接着樹脂をローラー刷毛にて均一に塗布し、有害な浮き及び膨れがないよう、含浸接着樹脂の含浸を十分に行う。
In the present invention, the vertical stress of the steel girder flange, which is the
(1) The impregnated adhesive resin is uniformly applied to the construction surface with a roller brush.
(2) The
(3) A bubble roller or a rubber spatula is used to remove air pockets, and the
(4) On the bonded
なお、含浸接着樹脂、即ち、接着剤は、ポリウレア樹脂パテ材30A(弾性層30)の上に塗布するものとして説明したが、勿論、炭素繊維シート1に塗布することもでき、また、ポリウレア樹脂パテ材30A(弾性層30)の表面及び炭素繊維シート1の接着面の両面上に塗布しても良い。
(5)炭素繊維シート1を2層以上積層する場合には、上記(1)〜(4)の作業を繰り返す。
(6)炭素繊維シート1の長手方向の端部ずらし量Lmは、下記の要領で行う。
The impregnation adhesive resin, that is, the adhesive has been described as being applied onto the polyurea
(5) When two or more
(6) The end shift amount Lm in the longitudinal direction of the
つまり、上記(5)に記載するように、必要補強量が多い場合には構造物表面に複数層の炭素繊維シート1を接着することが可能であるが、ただ、複数層の炭素繊維シート1を積層して接着すると、端部に応力集中が生じ、剥離破壊抵抗が低下することがある。
That is, as described in the above (5), when the necessary amount of reinforcement is large, it is possible to bond a plurality of layers of
そこで、剥離破壊を防止するために、図3及び図14に示すように、各層の炭素繊維シート1の繊維方向のシート長さLsを変化させるのが好ましい。例えば、複数層積層する炭素繊維シート1の繊維方向の長さLsは、鋼部材10の表面(1層目の炭素繊維シート)から離間する外層(最外層の炭素繊維シート)に行くに従って順に短くして、炭素繊維シート1の端部1aを階段状に積層する。端部1aのずらし量(Lm)は、5mm〜100mm程度とするのが適当である。
Therefore, in order to prevent peeling failure, it is preferable to change the sheet length Ls in the fiber direction of the
つまり、複数層積層する炭素繊維シート1の長さ(Ls)を外層から順に5〜100mm程度短くして端部1aを階段状に積層することにより、シート端部1aでの応力集中を低減し、剥離抵抗を向上させることが可能である。
That is, by reducing the length (Ls) of the
炭素繊維シート1の長さLs、定着量(Lf)、ずらし量(Lm)については、後で詳しく説明する。
The length Ls, the fixing amount (Lf), and the shift amount (Lm) of the
次に、炭素繊維シートに含浸され、且つ、炭素繊維シートを含浸接着する樹脂(接着剤)
について説明する。
Next, a resin (adhesive) that is impregnated into the carbon fiber sheet and impregnated with the carbon fiber sheet.
Will be described.
炭素繊維シート1は、繊維の間に樹脂が良好に含浸した状態で、繊維と樹脂の複合材料(CFRP)として強度、弾性率を発現するものである。含浸接着樹脂は、鋼材10との接着強度、炭素繊維シート1の引張強度及び継手強度を確保できるものでなければならない。
The
本実施例にて使用する含浸接着樹脂としては、2液性(2液混合型)の常温硬化型のエポキシ樹脂とされる。本実施例にて使用するエポキシ樹脂の物性は、下記表3に示す通りである。 The impregnating adhesive resin used in this example is a two-component (two-component mixed type) room temperature curing type epoxy resin. The physical properties of the epoxy resin used in this example are as shown in Table 3 below.
なお、本発明にて使用し得る接着剤としては、上記常温硬化型エポキシ樹脂の他に、熱硬化性のエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、MMA樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、又は、光硬化型樹脂等が好適とされる。 The adhesive that can be used in the present invention includes thermosetting epoxy resins, epoxy acrylate resins, acrylic resins, MMA resins, vinyl ester resins, unsaturated polyester resins, in addition to the above room temperature curing type epoxy resins. Phenol resin or photo-curing resin is suitable.
7.保護層の接着(S7)
必要に応じて、繊維シート1の保護層60として2方向アラミド繊維シートの貼付けを行うことができる(図3参照)。
7). Adhesion of protective layer (S7)
If necessary, a two-way aramid fiber sheet can be applied as the
繊維シート1として、例えば、本実施例のように炭素繊維シートを使用した場合には、炭素繊維シートは、屋外暴露試験や促進暴露試験により耐久性に優れていることが確認されている。しかしながら、含浸接着樹脂は紫外線やオゾンの作用により劣化し、白化や黄変など変色し美観を損なうことがある。また、炭素繊維シートは黒色であり、日光の直射を受けると表面温度が上昇するため、樹脂の耐熱温度を超えないように、保護工を施工するのが好ましい。
For example, when a carbon fiber sheet is used as the
炭素繊維シート1の保護層60に使用するアラミド繊維シートは、角部での折れ曲がりがあるため2方向材を使用する。アラミド繊維は耐衝撃性に優れており、柔軟性があることから部材角部への巻き付けが可能である。特に、トラス弦材やアーチリブなどの箱型閉断面の鋼部材に巻きたてるのが有効である。更に、将来の塗替えケレン地における炭素繊維シート保護層の機能を果たすこともできる。
Since the aramid fiber sheet used for the
8.養生(S8)
含浸接着樹脂が初期硬化するまでは、雨水や砂、ホコリなどの付着を防止すると共に、気象の急変などによる悪影響を受けないように、必要に応じてビニールシートなどで養生する。
8). Curing (S8)
Until the impregnated adhesive resin is initially cured, it is cured with a vinyl sheet or the like as needed to prevent adhesion of rainwater, sand, dust, etc., and to avoid adverse effects due to sudden changes in weather.
9.仕上げ塗装(S9)
上記工程S7の保護工に使用するアラミド繊維シートは、有機系繊維のために紫外線劣化が生じることから、表面保護塗装を行うのが好ましい。
9. Finish painting (S9)
The aramid fiber sheet used for the protective work in the step S7 is preferably subjected to surface protection coating because ultraviolet deterioration occurs due to organic fibers.
本発明の補修補強方法に従って、上記工程S1〜S9を実施することにより、図3及び図4に示すように、鋼部材10に対する補強構造体50が得られる。
By performing the steps S1 to S9 according to the repair and reinforcement method of the present invention, a reinforcing
つまり、炭素繊維シート1を使用した上記本実施例によれば、鋼構造物における軸方向力及び/又は曲げによる垂直応力を受ける鋼部材10に、炭素繊維シート1を樹脂で接着して鋼部材10を補修補強する鋼構造物の補修補強方法であって、特に、
(a)鋼部材10における施工対象部分に対して下地処理する工程と、
(b)下地処理された鋼部材10の表面にポリウレア樹脂パテ材30Aによりパテ層30を形成する工程と、
(c)パテ層30の上に、複数(n)層の炭素繊維シート1を樹脂で接着して積層し、複数層の炭素繊維強化樹脂層(CFRP)20(20−1、20−2、・・・・20−n)を形成する工程と、
を有する鋼構造物の補修補強方法が実施される。
That is, according to the present embodiment using the
(A) a step of subjecting the construction target portion in the
(B) a step of forming a
(C) On the
A method for repairing and reinforcing a steel structure having the above is implemented.
鋼部材の補修補強必要断面積Aslは、腐食による鋼部材の欠損断面積以上で、且つ、次の条件で算定した鋼部材応力度の合計が許容応力度以内となるように決定する。
(1)CFRP接着前に既に作用している死荷重は、既設鋼断面で負担する。
(2)活荷重及びCFRP接着後に作用する死荷重は、鋼とCFRPの合成断面で負担する。
The necessary cross-sectional area Asl for repair and reinforcement of the steel member is determined so as to be equal to or larger than the cross-sectional area of the steel member due to corrosion and the sum of the steel member stress levels calculated under the following conditions is within the allowable stress level.
(1) The dead load already acting before CFRP adhesion is borne by the existing steel cross section.
(2) Live load and dead load acting after CFRP adhesion are borne by the combined cross section of steel and CFRP.
ただし、腐食による断面欠損量が局部的で軽微な場合や、対象が二次部材の場合には鋼部材の欠損断面積を補修補強必要断面積Aslとし、応力度照査は省略してもよい。 However, when the amount of cross-sectional defects due to corrosion is local and slight, or when the target is a secondary member, the cross-sectional area of the steel member may be set as the necessary cross-sectional area for repair and reinforcement Asl, and the stress level check may be omitted.
なお、腐食に伴う断面の急変を避け性能回復を図るため、欠損断面に相当するCFRPを貼付けるとともに、CFRP接着前後の荷重状態を考慮して鋼部材の応力度照査することを基本としているが、炭素繊維シートの強度は鋼材と比較して非常に大きく、応力上問題にならないことから、照査を省略してもよい。なお、対傾構、横構などの二次部材や、一次部材においても腐食による断面欠損が局部的で軽微な場合は、補修設計の簡便さを考慮し、応力度照査を省略してもよい。断面欠損量が軽微な場合とは欠損断面積に相当するCFRP積層数が5層程度以下のときと考えることができる。 In addition, in order to avoid the sudden change of the cross section due to corrosion and to restore the performance, it is based on the fact that CFRP corresponding to the defective cross section is pasted and the stress level of the steel member is checked in consideration of the load state before and after the CFRP adhesion. The strength of the carbon fiber sheet is much higher than that of the steel material, and since there is no problem in terms of stress, the verification may be omitted. In addition, when the cross-sectional defect | deletion by corrosion is also local and minor also in secondary members, such as an anti-tilt structure and a horizontal structure, stress degree verification may be abbreviate | omitted in consideration of the simplicity of repair design. The case where the amount of cross-sectional defect is small can be considered as the case where the number of laminated CFRP corresponding to the defect cross-sectional area is about 5 or less.
上記実施例の鋼構造物の補修補強方法では、鋼部材の補修補強必要断面積Aslを算定し、必要となるCFRP積層数nを決定する。なお、樹脂の弾性係数は、炭素繊維の弾性係数の1/100以下程度であり、樹脂の体積比が70〜80%であることから、CFRP全体の引張剛性に及ぼす樹脂の影響は5%程度である。そのため、CFRPの計算には炭素繊維シートのみの断面積とすることができる。 In the repair and reinforcement method for a steel structure according to the above embodiment, the necessary cross-sectional area Asl for repair and reinforcement of the steel member is calculated, and the required number n of CFRP layers is determined. In addition, since the elastic modulus of the resin is about 1/100 or less of the elastic modulus of the carbon fiber and the volume ratio of the resin is 70 to 80%, the influence of the resin on the tensile stiffness of the entire CFRP is about 5%. It is. Therefore, it is possible to calculate the cross-sectional area of only the carbon fiber sheet in the calculation of CFRP.
CFRPを接着した鋼材は、CFRPの積層数に応じた応力改善効果を得られることは確認されている。また、上述したように、本発明によれば、弾性係数が65N/mm2程度(鋼材の約1/3000程度)の高伸度弾性パテ材(ポリウレア樹脂パテ材)30A(弾性層30)を接着層に挿入しており、これにより高応力時や座屈変形時においても炭素繊維シート1の剥離が確実に防止できる。一方、炭素繊維シート1から鋼部材10への荷重伝達効率が低減する。このため、鋼部材の応力度改善を図る場合、炭素繊維シート接着後の断面を鋼部材10と炭素繊維シート1との完全合成断面として評価すると、補修補強量がやや不足することとなる。
It has been confirmed that the steel material to which CFRP is bonded can obtain a stress improving effect according to the number of laminated layers of CFRP. Further, as described above, according to the present invention, the high elongation elastic putty material (polyurea resin putty material) 30A (elastic layer 30) having an elastic modulus of about 65 N / mm 2 (about 1/3000 of steel material) is provided. The
そこで、本発明では、荷重伝達係数の低下の影響は、応力低減係数Cnを炭素繊維シートの鋼換算断面積Acf,sに乗じることにより評価する。鋼部材の補修補強必要断面積Aslを算定し、必要となるCFRP積層数nを決定する。 Therefore, in the present invention, the influence of the decrease in the load transfer coefficient is evaluated by multiplying the stress reduction coefficient Cn by the steel equivalent cross-sectional area Acf, s of the carbon fiber sheet. The necessary cross-sectional area Asl for repair and reinforcement of the steel member is calculated, and the necessary number n of CFRP layers is determined.
つまり、炭素繊維シートの積層数nは、下記式(3)を満足するように決定する。 That is, the number n of stacked carbon fiber sheets is determined so as to satisfy the following formula (3).
上述したように、炭素繊維シートの積層数nが多くなると、炭素繊維シート1への荷重伝達効果が低減されるため、積層数nに応じた応力低減係数Cnを乗じることとした。応力低減係数Cnは、実験の結果及び数値解析結果に基づき設定している。この点については、後で更に詳しく説明する。
As described above, since the load transmission effect to the
また、炭素繊維シートの設計厚さtcfは次式(4)で求められる。 Further, the design thickness tcf of the carbon fiber sheet is obtained by the following equation (4).
本実施例で使用する高弾性型炭素繊維を用いた炭素繊維シート(Ecf=640kN/mm2、繊維目付量w=300g/m2、ρ=2.1×106g/m3)の場合、炭素繊維1層あたりの設計厚さはtcf=0.143mm、鋼換算厚さtcf,s=0.457mmとなる。従って、炭素繊維シート幅Bcfが決まれば炭素繊維シートの鋼換算断面積Acf,sが求められる。 In the case of the carbon fiber sheet (Ecf = 640 kN / mm 2 , fiber basis weight w = 300 g / m 2 , ρ = 2.1 × 10 6 g / m 3 ) using the high elastic carbon fiber used in this example. The design thickness per one carbon fiber layer is tcf = 0.143 mm, and the steel equivalent thickness tcf, s = 0.457 mm. Therefore, if the carbon fiber sheet width Bcf is determined, the steel equivalent cross-sectional area Acf, s of the carbon fiber sheet is obtained.
このようにして、鋼部材の補修補強必要断面積Aslを算定し、必要となるCFRP積層数を決定する。 In this way, the necessary cross-sectional area Asl for repair and reinforcement of the steel member is calculated, and the necessary number of CFRP layers is determined.
ここで、炭素繊維シートの設計厚さtcfは、上述のように、炭素繊維のみの断面積を用いる。つまり、樹脂の弾性係数は、本実施例のように、強化繊維が炭素繊維である場合には、炭素繊維の弾性係数Ecfの1/100以下程度であり、樹脂の体積比が70〜80%であることから、CFRP全体の引張剛性に及ぼす樹脂の影響は5%程度である。そのため、CFRPの計算には炭素繊維シート1の断面積とする。樹脂の断面積は設計には見込んでいない。
Here, as the design thickness tcf of the carbon fiber sheet, the cross-sectional area of only the carbon fiber is used as described above. That is, the elastic modulus of the resin is about 1/100 or less of the elastic modulus Ecf of the carbon fiber when the reinforcing fiber is a carbon fiber as in this embodiment, and the volume ratio of the resin is 70 to 80%. Therefore, the influence of the resin on the tensile stiffness of the entire CFRP is about 5%. Therefore, the cross-sectional area of the
CFRPを接着した鋼材は、CFRPの積層数に応じた応力改善効果を得られることが確認されているが、本発明の方法では、弾性係数が65N/mm2程度(鋼材の約1/3000)の高伸度弾性パテ材(ポリウレア樹脂パテ材)を接着層に塗布することとしており、これにより高応力時や座屈変形時においてもCFRPの剥離が確実に防止できる一方で、CFRPから鋼部材への荷重伝達効率が低減する(図10参照)。このため、鋼部材の応力度改善を図る場合、CFRP接着後の断面を鋼とCFRPとの完全合成断面として評価すると、補修補強量がやや不足することとなる。 It has been confirmed that the steel material bonded with CFRP can obtain a stress improvement effect corresponding to the number of laminated layers of CFRP. However, in the method of the present invention, the elastic modulus is about 65 N / mm 2 (about 1/3000 of the steel material). The high elongation elastic putty material (polyurea resin putty material) is applied to the adhesive layer. This makes it possible to reliably prevent CFRP from being peeled off even during high stress or buckling deformation. The load transmission efficiency is reduced (see FIG. 10). For this reason, when improving the stress degree of a steel member, if the cross section after CFRP adhesion is evaluated as a completely synthetic cross section of steel and CFRP, the amount of repair reinforcement will be slightly insufficient.
そこで、本発明では、このことを考慮して荷重伝達効率の低下の影響は、応力低減係数Cnを炭素繊維シート1の鋼換算断面積Acf,sに乗じることにより評価することとした。
In view of this, in the present invention, the influence of the decrease in load transmission efficiency is evaluated by multiplying the stress reduction coefficient Cn by the steel equivalent cross-sectional area Acf, s of the
なお、荷重伝達効率は、定着長LfやCFRP積層数nに応じて変化するため、応力低減係数CnはCFRP接着鋼板の一軸引張り試験及び数値解析結果に基づき設定することができる。 Since the load transmission efficiency changes according to the fixing length Lf and the CFRP lamination number n, the stress reduction coefficient Cn can be set based on the uniaxial tensile test and numerical analysis result of the CFRP bonded steel sheet.
次に、本発明の特徴をなす「応力低減係数Cn」の特性について説明する。
(応力低減係数について)
応力低減係数Cnの設定に当たり、図11に示すCFRP接着鋼板に対し、CFRP積層数n、定着長Lf及び各層のずらし量Lmをパラメータとした一軸引張り試験及び数値解析を行った。数値解析手法は、「宮下剛、長井正嗣:一軸引張を受ける多層のCFRPが積層された鋼板の応力解析、土木学会論文集A、Vol.66(2010)、No.2、pp.378−392」に示す手法を用いた。
Next, the characteristic of the “stress reduction coefficient Cn” that characterizes the present invention will be described.
(About stress reduction factor)
In setting the stress reduction coefficient Cn, a uniaxial tensile test and numerical analysis were performed on the CFRP bonded steel sheet shown in FIG. 11 using the CFRP lamination number n, the fixing length Lf, and the shift amount Lm of each layer as parameters. Numerical analysis methods are as follows: “Takeshi Miyashita and Masami Nagai: Stress analysis of steel sheets laminated with multi-layer CFRP subjected to uniaxial tension, JSCE A, Vol. 66 (2010), No. 2, pp. 378-392. ”Was used.
着目点の応力−ひずみ関係について、代表的な例を図12(a)、(b)、(c)に示す。この結果より、定着長Lfや各層のずらし量Lmが不足すると、大幅に荷重伝達効率が低下することが分かる。また、鋼板応力が150〜200N/mm2付近から数値計算結果と比較して剛性が低下し始めることが分かる。これはパテ層30(パテ材30A)が軟化した影響と考えられるが、実橋に生じる死荷重による応力度は最大でも150N/mm2程度(SM570材の許容応力度255N/mm2に対して活荷重比率6割を想定)であることを考慮し、本例では、数値計算値の剛性で荷重伝達効果を評価した。
Representative examples of the stress-strain relationship at the point of interest are shown in FIGS. 12 (a), 12 (b), and 12 (c). From this result, it is understood that when the fixing length Lf and the shift amount Lm of each layer are insufficient, the load transmission efficiency is significantly reduced. Moreover, it turns out that rigidity starts to fall compared with a numerical calculation result from the steel plate stress vicinity of 150-200 N / mm < 2 >. This is considered to be due to the softening of the putty layer 30 (
次に、積層数nをパラメータとして応力低減係数Cnを整理した結果を図13(a)、(b)、(c)に示す。この結果より、鋼板10からCFRPへの荷重伝達効率について、以下の事項が確認できる。
(1)定着長Lfの影響は極めて大きく、定着長(Lf)100mmから200mmとすることで荷重伝達効率が大きく向上する。
(2)ずらし量Lmの影響も比較的大きく、特に積層数nが大きい場合には、ずらし量(Lm)25mm確保することでCFRPへの荷重伝達効率が良好となる。
(3)積層数nの影響は、積層数が小さい段階では比較的敏感に反応するが、5〜15層程度のいずれかで極小値を与え、その後積層数nが増加しても応力低減係数Cnの値は殆ど変化しない。
Next, the results of organizing the stress reduction coefficient Cn using the number n of layers as a parameter are shown in FIGS. 13 (a), (b), and (c). From this result, the following matters can be confirmed about the load transmission efficiency from the
(1) The influence of the fixing length Lf is extremely large, and the load transmission efficiency is greatly improved by setting the fixing length (Lf) from 100 mm to 200 mm.
(2) The influence of the shift amount Lm is also relatively large. In particular, when the number n of layers is large, the load transmission efficiency to the CFRP becomes good by securing the shift amount (Lm) of 25 mm.
(3) The influence of the number n of layers reacts relatively sensitively at the stage where the number of layers is small, but even if a minimum value is given in any of about 5 to 15 layers and then the number n of layers increases, the stress reduction coefficient The value of Cn hardly changes.
つまり、上記より、
1.繊維シート1の定着長Lf及びずらし量Lmは、繊維シート1の引張剛性が大きくなると大きくする。
2.応力低減係数Cnの値は、繊維シート1の積層数nが大きくなると小さくし、繊維シート1の積層数nが所定数(5〜15のいずれか)に達すると一定値(0.25〜0.8)とする。
3.応力低減係数Cnの値が一定値となる繊維シート1の積層数nは、繊維シート1の定着長Lf及びずらし量Lmが大となると小さくする。
こととする。
In other words, from the above,
1. The fixing length Lf and the shift amount Lm of the
2. The value of the stress reduction coefficient Cn is reduced when the number n of the
3. The number n of
I will do it.
以上より、CFRP接着による荷重伝達効率と実務設計での簡便さを考慮し、本実施例では、図14に示すように、定着長(Lf)200mm、ずらし量(Lm)25mmを標準的な構造細目として設定すると共に、応力低減係数Cnは表4に示す値とした。 In view of the above, considering the load transmission efficiency by CFRP adhesion and simplicity in practical design, in this embodiment, as shown in FIG. 14, the fixing length (Lf) is 200 mm and the shift amount (Lm) is 25 mm as a standard structure. The stress reduction coefficient Cn was set to a value shown in Table 4 while setting as fine.
なお、鋼部材(母材)10の板厚、含浸接着樹脂材の使用量及び不陸修正材40Aの厚さの違いは、荷重伝達効率にほとんど影響しないことを数値解析により確認した。但し、高伸度弾性パテ材(ポリウレア樹脂パテ材)30A(弾性層30)の厚さについては10%の施工誤差を考慮して応力低減係数Cnの値を設定した。
In addition, it confirmed by numerical analysis that the difference in the plate | board thickness of the steel member (base material) 10, the usage-amount of an impregnation adhesive resin material, and the thickness of the
表4に示す応力低減係数Cnは、図9を参照して説明した本発明の施工手順に従った補修補強方法で得られる接着断面の構成で図14に示す構造細目、即ち、定着長Lfが200mm、ずらし量Lmが25mmを満足することを前提としており、更に高弾性型の炭素繊維シート(弾性係数の設計値:6.4×105N/mm2、繊維目付量:300g/m2)を使用した場合に適用が限定される。このため、弾性係数や繊維目付量の異なる炭素繊維シートを使用する場合には、応力低減係数Cnの値について、他の値が設定される。
The stress reduction coefficient Cn shown in Table 4 is the structure of the adhesion cross section obtained by the repair and reinforcement method according to the construction procedure of the present invention described with reference to FIG. 9, and the structural details shown in FIG. Assuming that 200 mm and the shift amount Lm satisfy 25 mm, a highly elastic carbon fiber sheet (design value of elastic coefficient: 6.4 × 10 5 N /
例えば、他の実施例として、炭素繊維シート1として、図6〜図8を参照して説明した、所謂、ストランド型炭素繊維シート1Cを使用した場合の構造細目及び応力低減係数Cnについて、数値解析を用いた検討により算定した結果を図15及び表5に示す
For example, as another embodiment, numerical analysis is performed on the structural details and the stress reduction coefficient Cn when the so-called strand-type carbon fiber sheet 1C described as the
次に、炭素繊維シート1の長さLs及び定着長Lfについて説明する。
Next, the length Ls and the fixing length Lf of the
炭素繊維シート1の繊維方向の長さLcfは、下記式(5)を満足するように決定する。
The length Lcf of the
つまり、複数層の炭素繊維シート1は、鋼部材表面側の1層目から最外層のn層目へと繊維方向長さが短くなるようにし、炭素繊維シート1の繊維方向の端部を所定量づつ階段状にずらして接着する。また、最外層のn層目の炭素繊維シートの繊維方向長さLsは、鋼部材の施工対象部分における欠損範囲Lslより定着長Lfだけ長くされる。
In other words, the
更に具体的に説明すれば、本実施例では、上述のCFRPへの荷重伝達効率Cnの検討結果より理解されるように、複数層の炭素繊維シート1を積層接着する際には、定着長Lfは200mm以上確保する。定着部には極力凹凸のある面を避け、やむを得ない場合は不陸修正材40Aにて平滑に仕上げた上でCFRP接着長を延長し、平滑な鋼桁面で200mm以上の定着長Lfを確保する。定着部の不陸修正については、後述する。
More specifically, in this embodiment, as understood from the result of the examination of the load transmission efficiency Cn to the CFRP described above, when the
接着端は、部材軸方向に繊維シートを1層ごとに25mmズラして接着する(図14参照)。 The bonded end is bonded by shifting the fiber sheet by 25 mm for each layer in the member axial direction (see FIG. 14).
接着端部は、応力が集中するため、CFRPが剥離する起点となる。そのため、応力集中を緩和することを目的に、主応力方向に炭素繊維シートをずらして接着する。ずらし量Lmは、炭素繊維シートの長さを層ごとに変えることで確保する。また、断面欠損による凹凸や欠損範囲の端部は、応力集中を避けるため極力滑らかに削り取った上で不陸修正する。 Since the stress is concentrated on the bonded end portion, it becomes a starting point from which the CFRP peels. Therefore, the carbon fiber sheet is shifted and bonded in the main stress direction for the purpose of relaxing the stress concentration. The shift amount Lm is ensured by changing the length of the carbon fiber sheet for each layer. In addition, the unevenness due to the cross-sectional defect and the end of the defect range are smoothed as much as possible to avoid stress concentration, and then corrected for unevenness.
図16を参照して炭素繊維シート1を繊維軸方向に継手部70にて接続する場合について説明する。
With reference to FIG. 16, the case where the
図16を参照すると、本実施例では、鋼部材の施工対象部分に接着される複数層の繊維シートは、繊維シートの繊維方向において、施工対象部分の第1の領域に接着して第1の繊維強化樹脂層20Aを形成する第1の複数層の繊維シートと、施工対象部分の第2の領域に接着して第2の繊維強化樹脂層20Bを形成する第2の複数層の繊維シートと、にて形成され、第1及び第2の繊維強化樹脂層20A、20Bの重なり合った領域では第1の繊維強化樹脂層20Aと第2の繊維強化樹脂層20Bとを重ねて接着され、継手部70が形成される。
Referring to FIG. 16, in this example, the multiple-layer fiber sheet bonded to the construction target portion of the steel member is bonded to the first region of the construction target portion in the fiber direction of the fiber sheet, and the first A first multi-layer fiber sheet that forms the fiber reinforced
本実施例にて、継手部70における繊維方向の重ね継手長Ltは、100mmを最小値とする。なお、複数層の炭素繊維シート1を接続する場合は接着端を1層ごとに25mmズラして接着する。
In the present embodiment, the lap joint length Lt in the fiber direction in the
高弾性型炭素繊維シートの継手試験では、重ね継手長Ltが100mmあれば継手部70で破壊せず鋼部材(母材)10が破壊することが確認されている。従って、継手長さLtの最小値を100mmとした。なお、繊維直角方向には、応力伝達しないので重ね継手を設ける必要はない。
In the joint test of the high-elasticity carbon fiber sheet, it has been confirmed that if the lap joint length Lt is 100 mm, the steel member (base material) 10 is destroyed without breaking at the
また、図17に示すように、鋼桁の下フランジ12に添接板17が接合して設けられており、そのために、添接板17の近傍などで炭素繊維シート1を主応力方向に連続して貼付けることが困難な場合がある。
Further, as shown in FIG. 17, a
この場合には、図示するように、鋼部材の施工対象部分に形成された段差部においては、段差部を除く施工対象部分に複数層の繊維シートを接着して第1の繊維強化樹脂層20Aを形成し、段差部を含む施工対象部分に複数層の繊維シートを接着して第2の繊維強化樹脂層20Bを形成し、第1及び第2の繊維強化樹脂層20A、20Bの重なり合った領域で第2の繊維強化樹脂層20Bを第1の繊維強化樹脂層20Aの上に重ねて接着して継ぎ手部を形成する。
In this case, as shown in the drawing, in the step portion formed in the construction target portion of the steel member, the first fiber reinforced
更に説明すると、フランジ部13と添接板17には各々別の繊維シート1A、1Bを接着することができる。この場合、段差部での炭素繊維シート1A、1Bの剥離を防止するために段差高さtp+bの10倍以上の勾配で不陸修正材40Aによりなだらかに成型し、平坦部で炭素繊維シート1A、1Bをラップさせて接続する。ラップ長さLpは、鋼部材12との応力伝達長を考慮して100mm以上とし、複数層の炭素繊維シートを接続する場合は、剥離を防止するため接着端を1層ごとにずらし量(Lm)25mmだけズラして接着する。
More specifically,
また、ボルト部Btなどの不陸がある部位にCFRPを定着する場合には、図18(a)、(b)に示すように、不陸修正材40Aを用いて凹凸を平滑に修正した上でCFRP接着長を延長し、平滑な鋼材面で必要定着長を確保すればよい。凹凸の範囲が限定的な場合には、繊維の一部を緩やかに曲げることにより凹凸部を避けてFRPを接着する方法についても検討するのが良い。この場合、擦り付け長さLbは1:10程度が好ましい。
Further, when CFRP is fixed to a portion with unevenness such as the bolt part Bt, as shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b), the unevenness is corrected smoothly using the
また、図19に示すように、更に、炭素繊維シートを積層して、鋼部材10を補修補強する際の注意点を上げれば次の通りである。
Moreover, as shown in FIG. 19, it is as follows if the precautions at the time of repairing and reinforcing the
炭素繊維シートの繊維直角方向の幅は、部材の幅方向縁端からLb=5mm以上控えた寸法とし、部材の角部(出隅、入隅)には、炭素繊維シートを接着しない。積層数を少なくするためには、繊維シートの幅をできるだけ大きくとることが好ましい。 The width of the carbon fiber sheet in the direction perpendicular to the fiber is such that Lb = 5 mm or more from the edge in the width direction of the member, and the carbon fiber sheet is not bonded to the corners (protruding corners and entering corners) of the member. In order to reduce the number of layers, it is preferable to make the width of the fiber sheet as large as possible.
また、コーナー部(入隅部や出隅部)では、気泡や膨れ等の施工不良が生じやすいため、炭素繊維シートの接着は行わない。また、下地処理やプライマー塗布、含浸接着時の作業性を考慮して部材縁端からやや控えて接着するのが良い。 In addition, the carbon fiber sheet is not bonded at the corners (entering corners and exiting corners) because defective construction such as bubbles and swelling is likely to occur. Further, it is preferable to adhere slightly from the edge of the member in consideration of workability during the base treatment, primer application, and impregnation adhesion.
必要枚数が多くなり、損傷が生じている鋼板面への施工が困難な場合は、図20に示すように、同一断面内で接着位置を分散させてもよい。つまり、鋼板15cに貼付すべきCFRP20が9層であったとすると、鋼板15cにCFRP20を3層とし、他の鋼板15a、15b、15cにそれぞれ3層づつ分散して貼付することができる。
When the required number of sheets increases and it is difficult to construct the damaged steel plate surface, the bonding positions may be dispersed within the same cross section as shown in FIG. In other words, if there are nine layers of
このように、局部的な孔食により部材の一部が貫通するような極端な腐食形態に対しても、このような分散貼付を行うことにより、応力改善効果を得られることが、各種実験により確認されている。このため、本発明においても、部材としての平均応力が改善できるように貼付位置を調整することができる。図20には、鋼部材10としてのトラス橋の弦材を例に、炭素繊維シート20の積層数の調整方法の例を示す。
As described above, various experiments have shown that a stress improvement effect can be obtained by performing such affixing even for an extreme corrosion form in which a part of the member penetrates due to local pitting corrosion. It has been confirmed. For this reason, also in this invention, a sticking position can be adjusted so that the average stress as a member can be improved. In FIG. 20, the example of the adjustment method of the lamination | stacking number of the
本実施例では、本発明の鋼構造物の補修補強方法においては、繊維シート1の強化繊維としては炭素繊維を使用する場合について説明したが、本発明の補修補強方法に使用する強化繊維を炭素繊維に限定するものではなく、上述した他の強化繊維を使用し得るものである。この場合にも、上記説明にて理解されるように、強化繊維の種類、定着長、ずらし量、FRP積層数に応じて、応力低減係数Cnは、FRP接着鋼板の一軸引張り試験及び数値解析結果に基づき設定することができる。
In the present embodiment, in the repair and reinforcement method for a steel structure of the present invention, the case where carbon fiber is used as the reinforcing fiber of the
1 繊維シート
10 鋼部材
11 腹板
12、13 フランジ
14 補剛材
20 繊維強化樹脂層
30 パテ層
30A ポリウレア樹脂パテ材(高伸度弾性パテ材)
40A 不陸修正材
40 欠損部
50 補強構造体
70 重ね継手
DESCRIPTION OF
40A
Claims (13)
(a)前記鋼部材における施工対象部分に対して下地処理する工程と、
(b)前記下地処理された前記鋼部材の表面にポリウレア樹脂パテ材によりパテ層を形成する工程と、
(c)前記パテ層の上に、複数(n)層の前記繊維シートを樹脂で接着して積層し、複数層の繊維強化樹脂層を形成する工程と、
を有する鋼構造物の補修補強方法において、
前記繊維シートの積層数(n)は、下記式(1)、
(A) a step of subjecting the construction target portion in the steel member to a ground treatment;
(B) a step of forming a putty layer with a polyurea resin putty material on the surface of the steel member subjected to the base treatment;
(C) On the putty layer, a plurality of (n) layers of the fiber sheets are bonded and laminated with a resin to form a plurality of fiber reinforced resin layers;
In a method for repairing and reinforcing a steel structure having
The number of laminated fiber sheets (n) is expressed by the following formula (1),
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