JP2018053483A - 段付支柱の補強または補修方法および補強または補修された段付支柱 - Google Patents

Abstract

【課題】特殊構造の段付支柱に有効な強度補強を行うことで、段付支柱を補強または補修する技術を提供する。【解決手段】本発明の補強または補修された段付支柱１００は、段付支柱９００と充填材層２００と繊維強化樹脂層３００とを含む。段付支柱９００は、互いに異なる外周径を有する上支柱９１０および下支柱９２０が軸心方向に連結された段付部を有し、下支柱９２０の外周径が上支柱９１０の外周径の１．４倍以上５．０倍以下である。充填材層２００は、少なくとも段付部の隅部９５１に充填された、上支柱９１０の外周面と下支柱９２０の外周面とを滑らかに繋ぐ。繊維強化樹脂層３００は、上支柱９１０の外周面、充填材層２００の表面、および下支柱９２０の外周面に沿って設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、段付支柱の補強または補修方法、および補強または補修された段付支柱に関する。より具体的には、本発明は、互いに異なる外周径を有する支柱同士が連結された段付支柱の補強または補修に関する。

道路附属物と称される標識および照明施設などの支柱には、一般構造用炭素鋼管などの金属またはコンクリートが使用されている。このような支柱は、老朽化に伴い、腐食による断面欠損が進行することが知られている。そうした老朽化の進んだ支柱は早急な建替えが望まれるが、一般に建替費用は高額であり、建替までの一時的な延命化として補強または補修の対策が検討される。

補強または補修は、特に腐食原因との接触が多く支柱腐食の発生頻度が多い路面境界部に対してなされることが、突然の倒壊を防止する観点から重要視されている。
このような部分に対してなされる具体的な補強または補修工法としては、支柱の回りに鋼板を巻き立てて接着する工法が従前から知られている。さらに、特開２００６−３３６３９３号公報（特許文献１）の図４に記載のように、強化繊維シートを樹脂で貼り付ける工法も知られている。

一方、道路附属物などに用いられる金属製支柱には、実開平７−２６５３７号公報（特許文献２）に示されるような、上下で異なる口径を有するポールが接続された特殊構造（段付部を有する構造）を有する物が知られている。

特開２００６−３３６３９３号公報 実開平７−２６５３７号公報

上述の特殊構造を有する支柱は、段付部の隅部で亀裂が発生しうる。そこで、本発明の目的は、特殊構造の段付支柱に有効な強度補強を行うことで、段付支柱を補強または補修する技術を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は以下の発明を含む。

（１）
本発明の段付支柱の補強または補修方法は、充填材層形成工程と繊維強化樹脂層形成工程とを含む。
充填材層形成工程では、互いに異なる外周径を有する第１支柱および第２支柱が軸心方向に連結された段付部を有し、第２支柱の外周径が第１支柱の外周径の１．４倍以上５．０倍以下である段付支柱に対し、少なくとも段付部の隅部に、第１支柱の外周面と第２支柱の外周面とを滑らかに繋ぐ充填材の層を形成する。
繊維強化樹脂層形成工程では、第１支柱の外周面および第２支柱の表面に沿いかつ充填材層に接触させられる繊維強化樹脂層を形成する。

このように少なくとも隅部との間に充填材の層を介在させて繊維強化樹脂層を形成することによって、段付支柱を有効に強度補強することができる。また、段付部において繊維強化樹脂層と隅部との間に充填材の層が充填されることは、繊維強化樹脂層と隅部との間への空気の混入を回避し、結露のように劣化原因となる現象の発生を防止することも可能にする。さらに、少なくとも隅部が充填材の層と繊維強化樹脂層とによって被覆されるため、本来的に劣化因子（たとえば、水、飛来物など）が堆積しやすく腐食のリスクも大きい隅部を有効に保護することができる。

なお、補強とは、段付支柱の劣化度合いに関わらず、段付支柱の健全状態（非劣化状態）よりも向上された機械的特性を付与するための処理をいい、補修とは、段付支柱の劣化による機械的特性の低下を健全状態（非劣化状態）同等に回復させるための処理をいう。

（２）
上記（１）の段付支柱の補強または補修方法は、充填材層形成工程において、少なくとも段付部の隅部に充填材を塗布して充填材の層を形成し、繊維強化樹脂層形成工程において、第１支柱の外周面、形成された充填材の層の表面、および第２支柱の外周面に沿って繊維強化樹脂シートを貼付して、繊維強化樹脂層を形成してよい。

この場合、あらかじめ隅部に充填材を塗布する点で施工が容易である。また、塗布された充填材の上から繊維強化樹脂シートを貼付するため、充填材と繊維強化樹脂シートとの間に気泡が形成されにくい。

（３）
上記（１）の段付支柱の補強または補修方法は、充填材層形成工程が繊維強化樹脂層形成工程の後に行われてよい。この場合、繊維強化樹脂層形成工程において、第１支柱の外周面および第２支柱の表面に沿いかつ充填材の層が設けられる空間を形成するように、繊維強化樹脂硬化体を段付支柱に固定し、充填材層形成工程において、当該空間に充填材を充填する。

この場合、補強効果を発揮する形状にあらかじめ成型されている繊維強化樹脂硬化体を用いる点で施工が容易である。

（４）
上記（１）から（３）のいずれかの段付支柱の補強または補修方法は、段付支柱の軸心を含む断面において、充填材の層に沿って形成された繊維強化樹脂層の隅部での最小曲率半径が１０ｍｍ以上であってよい。

これによって、隅部に対応する繊維強化樹脂層の屈曲部分の曲率が小さくなり、隅部への応力集中を有効に回避することができる。

（５）
上記（２）の段付支柱の補強または補修方法は、繊維強化樹脂シートが半硬化のプリプレグシートであってよい。

この場合、繊維強化樹脂シートが柔軟であるため、特に隅部周辺の屈曲部分など、曲面形成が容易である。

（６）
上記（１）から（５）のいずれかの段付支柱の補強または補修方法は、繊維強化樹脂層の第１支柱側の端部が、第１支柱側の末端に向かって厚肉減少するように構成されていてよい。

これによって、繊維強化樹脂層の第１支柱側の端部で、段付支柱の長手方向に向かって剛性の急激な変化を防止するため、局部座屈の発生を良好に抑制することができる。

（７）
上記（１）から（６）のいずれかの段付支柱の補強または補修方法は、段付支柱の軸心を含む断面において、繊維強化樹脂層の外表面のうち、第１支柱の軸心に沿う部分および第２支柱の軸心に沿う部分の長さが、それぞれ、繊維強化樹脂層の固有の定着長さよりも大きくてよい。

これによって、繊維強化樹脂層による補強効果をより良好に発揮することができる。

（８）
本発明の補強または補修された段付支柱は、段付支柱と充填材層と繊維強化樹脂層とを含む。
段付支柱は、互いに異なる外周径を有する第１支柱および第２支柱が軸心方向に連結された段付部を有し、第２支柱の外周径が第１支柱の外周径の１．４倍以上５．０倍以下である。
充填材層は、少なくとも段付部の隅部に充填された、第１支柱の外周面と第２支柱の外周面とを滑らかに繋ぐ。
繊維強化樹脂層は、第１支柱の外周面、充填材層の表面、および第２支柱の外周面に沿って、設けられている。

このように繊維強化樹脂層を設けることによって、段付支柱を有効に強度補強することができる。また、段付部において繊維強化樹脂層と隅部との間に充填材層が充填されていることで、繊維強化樹脂層と隅部との間への空気の混入を回避し、結露のように劣化原因となる現象の発生を防止することもできる。さらに、少なくとも隅部が充填材の層と繊維強化樹脂層とによって被覆されているため、本来的に劣化因子（たとえば、水、飛来物など）が堆積しやすく腐食のリスクも大きい隅部を有効に保護することができる。

（９）
上記（８）の補強または補修された段付支柱は、段付支柱の軸心を含む断面において、充填材層に沿って設けられた繊維強化樹脂層の隅部での最小曲率半径が１０ｍｍ以上であってよい。

これによって、隅部に対応する繊維強化樹脂層の屈曲部分の曲率が小さくなり、隅部への応力集中を有効に回避することができる。

（１０）
上記（８）または（９）の補強または補修された段付支柱は、繊維強化樹脂層の第１支柱側の端部が、第１支柱側の末端に向かって厚肉減少するテーパ状であってよい。

これによって、繊維強化樹脂の第１支柱側の端部で、段付支柱の長手方向に向かって剛性の急激な変化を防止するため、局部座屈の発生を良好に抑制することができる。

（１１）
上記（８）から（１０）のいずれかの補強または補修された段付支柱は、段付支柱の軸心を含む断面において、繊維強化樹脂層の外表面のうち、第１支柱の軸心に沿う部分および第２支柱の軸心に沿う部分の長さが、それぞれ、繊維強化樹脂層の固有の定着長さよりも大きくてよい。

これによって、繊維強化樹脂層による補強効果をより良好に発揮することができる。

第１実施形態の補強または補修された段付支柱の模式的断面図を示す。 第１実施形態における補強または補修対象となる段付支柱の模式的外観斜視図を示す。 第２実施形態の補強または補修された段付支柱の模式的断面図を示す。 第３実施形態の補強または補修された段付支柱の模式的断面図を示す。 第４実施形態の補強または補修された段付支柱の模式的断面図（一部）を示す。 第４実施形態の変形例の補強または補修された段付支柱の模式的断面図（一部）を示す。 第５実施形態の段付支柱の補強または補修方法の模式的説明図を示す。 第６実施形態の段付支柱の補強または補修方法の模式的説明図を示す。 実施例１から実施例３ならびに比較例１および比較例２における段付支柱の模式的断面図とその一部拡大図とを示す。 実施例１および実施例２における補強または補修された段付支柱の模式的断面図を示す。 実施例３における補強または補修された段付支柱の模式的断面図の一部拡大図を示す。

［１．第１実施形態−補強または補修された段付支柱］
図１に、第１実施形態の補強または補修された段付支柱（以下、段付支柱補強体）を、段付支柱の軸心を含む面での模式的断面図として示す。図２に、本実施形態の補強または補修対象となる段付支柱の模式的外観斜視図を示す。

図１に示す段付支柱補強体１００は、段付支柱９００と充填材層２００と繊維強化樹脂層３００とを含む。

［１−１．段付支柱］
段付支柱９００は道路附属物であってよく、より具体的には、標識および照明施設の支柱が挙げられる。段付支柱９００の材質は被腐食性であれば特に限定されず、たとえば金属またはコンクリートであってよい。
図１および図２に示すように、段付支柱９００は、上支柱９１０および下支柱９２０を含んで構成されている。上支柱９１０と下支柱９２０とは互いに外周径が異なり、下支柱９２０の外周径Ｒ２（後述の上端９２１周辺における外周径は除く）は上支柱９１０の外周径Ｒ１の１．４倍以上５．０倍以下である。下支柱９２０は、上端９２１周辺において、外周径が上端９２１に向かって漸次小さくなるように構成されており、角部９５２が滑らかな曲面を形成している。本実施形態では、当該曲面は後述の繊維強化樹脂層３００の角部での最小曲率半径ｒ_ｅが所定範囲となるように構成される。下支柱９２０の上端９２１で外周径が上支柱９１０の外周径と略一致する。

このように互いに外周径が異なる上支柱９１０と下支柱９２０とが軸心方向に連結されることにより、連結部は段付部を構成する。段付部は、外周面側からみて隅部９５１を構成する。本実施形態において、隅部角度θは、段付支柱９００の軸心を含む切断面において、上支柱９１０の外表面と下支柱９２０の外表面の上端９２１における接面とがなす角である。隅部角度θ_ｉは特に限定されず、たとえば９０度以上であってよい。

［１−２．充填材層］
本実施形態において、充填材層２００は、段付部の隅部９５１に設けられている。充填材層２００は、図１に示すように、上支柱９１０の外表面と下支柱９２０の外表面とを滑らかに繋ぐことで、隅部９５１での段差を和らげる。本発明で滑らかに繋ぐとは、隅部９５１に充填された充填材層２００の外周径が、上から下の方向へ常に増加するように滑らかな面（曲面または平面）でつなぐという意味である。

充填材層２００は、たとえば、樹脂組成物およびセメント組成物からなる群から選ばれる充填材の硬化体で構成される。樹脂組成物としては、段付支柱９００と繊維強化樹脂層３００との両方に対し接着能を有するものであれば特に限定されない。好ましくはエポキシ系樹脂を主成分とする樹脂組成物が挙げられる。セメント組成物としては、セメント、モルタルおよびコンクリートが挙げられる。

［１−３．繊維強化樹脂層］
繊維強化樹脂層３００は、上支柱９１０の外周面、充填材層２００の表面、および下支柱９２０の外周面に沿って設けられている。繊維強化樹脂層３００の表面も、滑らかな曲面を形成している。充填材層２００に沿って形成された繊維強化樹脂層３００の隅部での最小曲率半径ｒ_ｉは、１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上である。これによって、隅部９５１に対応する繊維強化樹脂層３００の屈曲部分の曲率が小さくなり、当該屈曲部分への応力集中を有効に回避することができる。これによって、繊維強化樹脂層３００の圧縮強度または引張強度を有効に発揮することができる。隅部での最小曲率半径ｒ_ｉの範囲の最大値は限定されず、無限大（つまり曲率がゼロ）であってもよい。

繊維強化樹脂層３００の角部での最小曲率半径ｒ_ｅは、１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上である。これによって、強化繊維の折れ曲がりによる強度低下をより効果的に防止することができる。

繊維強化樹脂層は、強化繊維とそれに含浸された樹脂の硬化体とを含む。強化繊維としては特に限定されないが、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などが挙げられる。強化繊維は、上下方向に配向した長繊維であることが好ましい。これによって、隅部９５１における充填材層２００の滑らかな曲面形状の形成を容易にし、補強強化を発現しやすい。樹脂としては特に限定されないが、たとえばエポキシ系樹脂であってよい。

繊維強化樹脂層３００の外表面のうち、上支柱９１０の軸心に沿う部分の長さＬ１および下支柱９２０の軸心に沿う部分の長さＬ２は、それぞれ、繊維強化樹脂層３００の固有の定着長さよりも大きいことが好ましい。より好ましくは、長さＬ１および長さＬ２は、それぞれ、当該定着長さの２００％以上であってよい。これによって、繊維強化樹脂層３００による補強効果をより良好に発揮することができる。

［２．第２実施形態−補強または補修された段付支柱］
図３に、第２実施形態の段付支柱補強体を、段付支柱の軸心を含む面での模式的断面図として示す。
図３に示す段付支柱補強体１００ａは、充填材層２００ａが隅部９５１だけでなく繊維強化樹脂層３００ａに被覆される段付支柱９００の外表面全体に設けられていることを除いて、第１実施形態と同様である。

本実施形態では、繊維強化樹脂層３００ａの上末端３１１ａでは、段付支柱９００との間に介在している充填材層２００ａの厚みはできるだけ小さいことが好ましい。これによって、繊維強化樹脂層３００の上末端３１１ａ面に、水および埃などの異物の滞留を防止することができる。

なお、本実施形態は、隅部９５１の部分もそれ以外の部分も、繊維強化樹脂層３００ａと段付支柱９００との間に充填材層２００ａが介在しているが、この態様に限定されない。変形例として、隅部９５１以外の部分で充填材とは異なる接着剤の硬化層が介在していてもよい。

［３．第３実施形態−補強または補修された段付支柱］
図４に、第３実施形態の段付支柱補強体を、段付支柱の軸心を含む面での模式的断面図として示す。
図４に示す段付支柱補強体１００ｂは、補強対象である段付支柱の下支柱の構造が異なることを除いて、第１実施形態と同様である。

段付支柱補強体１００ｂにおける段付支柱９００ｂは、上支柱９１０と下支柱９２０ｂとを含む。下支柱９２０ｂは、上端９２１ｂが管状壁をなし、当該管状壁の中心孔に上支柱９１０が連結されている。隅部９５１ｂの隅部角度θ_ｉｂおよび角部９５２ｂの角部角度θ_ｅｂはいずれも９０度である。

本実施形態では角部９５２ｂが上述のような角部角度θ_ｅｂを成しているため、充填材層２００ｂは、繊維強化樹脂層３００ｂの角部での最小曲率半径が上述の最小曲率半径ｒ_ｅを成すように形成される。

［４．第４実施形態−補強または補修された段付支柱］
図５に第４実施形態の段付支柱補強体の模式的一部拡大図を示し、図６にその変形例を示す。図５および図６は、図１における四角囲み部分に相当する部分（繊維強化樹脂層の上端部分近辺）を拡大して示している。

図５に示す段付支柱補強体１００ｃは、繊維強化樹脂層３００ｃの上端部分３１０ｃが上末端３１１ｃに向かって厚肉減少するテーパ状に構成されていることを除いて、第１実施形態と同様である。このように繊維強化樹脂層３００ｃの上端部分３１０ｃがテーパ状であることにより、繊維強化樹脂層３００ｃの上端部分３１０ｃで、段付支柱９００の長手方向に向かって剛性の急激な変化が防止される。したがって、局部座屈の発生を良好に抑制することができる。

図６に示す段付支柱補強体１００ｄは、繊維強化樹脂層３００ｄの上端部分３１０ｄが上末端３１１ｄに向かって厚肉減少するように構成されていることを除いて、第１実施形態と同様である。繊維強化樹脂層３００ｄは複数の繊維強化樹脂層の積層体であり、それぞれの繊維強化樹脂層は、外側ほど上末端３１１ｄ側が短くなるように積層されている。これによって、繊維強化樹脂層３００ｄの上端部分３１０ｄで、段付支柱９００の長手方向に向かって剛性の急激な変化が防止される。したがって、局部座屈の発生を良好に抑制することができる。

［５．第５実施形態−段付支柱の補強または補修方法］
図７に、第５実施形態の段付支柱の補強または補修方法を説明する模式図を示す。図７は、段付支柱９００を補強または補修して第１実施形態の段付支柱補強体１００を施工する方法を挙げている。段付支柱９００の外表面は、予め錆および汚れなどを研磨除去する表面処理を行ってよい。

本実施形態の方法では、充填材層形成工程と繊維強化樹脂層形成工程とを行う。
充填材層形成工程では、充填材２００’を隅部９５１に塗布する。充填材２００’は、樹脂組成物およびセメント組成物からなる群から選ばれる。

本実施形態では、充填材２００’を隅部９５１に盛り付けるように塗布し、後述の繊維強化樹脂シート３００’を貼付する前に、塗布された充填材２００’の表面を上支柱９１０の表面および下支柱９２０の表面と滑らかに繋がるように均し、充填材２００’の層を形成してよい。この場合、充填材層形成工程の後に繊維強化樹脂層形成工程が行われる。
あるいは、充填材２００’を隅部９５１に盛り付けるように塗布しておおよそ均し、後述の繊維強化樹脂シート３００’を貼付する時に繊維強化樹脂シート３００’の上から充填材２００’の表面を上支柱９１０の表面および下支柱９２０の表面と滑らかに繋がるように均し、充填材２００’の層を形成してもよい。この場合、充填材層形成工程と繊維強化樹脂層形成工程とは別工程ではなく同一工程内で行われる。

繊維強化樹脂層形成工程では、繊維強化樹脂シート３００’を貼付する。繊維強化樹脂シート３００’は、未硬化樹脂が含浸された半硬化状態のプリプレグシートである。繊維強化樹脂シート３００’が柔軟であるため、貼付が容易であり、曲面形成が容易である。したがって、段付支柱の外表面形状に対する自由度が高い。また、繊維強化樹脂シート３００’が柔軟であるため、気泡の混入防止も容易となる。さらに、繊維強化樹脂シート３００’自体が粘着性を有するため、充填材２００’が塗布されていない部分の段付支柱９００に直接貼付することができる。

充填材層形成工程および繊維強化樹脂層形成工程が完了した後は、養生することにより充填材２００’の層および繊維強化樹脂シート３００’を硬化し、それぞれ、充填材層２００および繊維強化樹脂層３００（図１参照）を形成する。

本実施形態の方法は、第１実施形態の段付支柱補強体１００を施工する方法であるが、第３実施形態および第４実施形態の段付支柱補強体１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを施工する場合も同様に適用される。
一方、第２実施形態の段付支柱補強体１００ａを施工する場合は、充填材２００’を、隅部９５１だけでなく繊維強化樹脂シート３００’を貼付すべき部分にも塗布する。この場合、塗布する充填材は、繊維強化樹脂シート３００’の貼付予定領域をややはみ出すように塗布してよい。これによって、繊維強化樹脂シート３００’と段付支柱９００との間に隙間ができにくい。
またこの場合、繊維強化樹脂シート３００’は表面粘着性がないシートであってよい。

［６．第６実施形態−段付支柱の補強または補修方法］
図８に、第６実施形態の段付支柱の補強または補修方法を説明する模式図を示す。図８は、段付支柱９００を補強または補修して第２実施形態の段付支柱補強体１００ａを施工する方法を挙げている。

本実施形態では、繊維強化樹脂層形成工程と充填材層形成工程とがこの順番で行われる。繊維強化樹脂層形成工程では、段付支柱９００に繊維強化樹脂硬化体３００ａ’’を固定する。繊維強化樹脂硬化体３００ａ’’は、上支柱９１０の外周面および下支柱９２０の表面に沿いかつ充填材の層が設けられる空間Ｓを形成可能となる形状に予め成型されている。繊維強化樹脂硬化体３００ａ’’は、段付支柱９００の表面に塗布された充填材または接着剤を塗布し、必要に応じさらにバンド３９０ａ’’などの固定部材を用いて固定することができる。塗布する充填材または接着剤は、繊維強化樹脂硬化体３００ａ’’の被覆予定領域をややはみ出すように塗布してよい。これによって、繊維強化樹脂硬化体３００ａ’’と段付支柱９００との間に隙間ができにくい。
充填材層形成工程では、形成されていた空間Ｓに充填材を充填し、充填材の層を形成する。

充填材層形成工程および繊維強化樹脂層形成工程が完了した後は、養生することにより充填材の層を硬化し、それぞれ、充填材層２００ａ（図３参照）を形成する。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
（段付支柱の想定）
段付支柱９００ｅ（図９参照）として、ＪＩＬ１００２、解説図１、接合方法１を参考にした鋼製構造物を想定した。段付支柱９００ｅは、具体的には外径の異なる２本の直管（上支柱用直管Ａ：外径８９．１ｍｍ、長さ３２２８ｍｍ；下支柱用直管Ｂ：外径１６５．２ｍｍ、長さ１７１２ｍｍ）が、同軸且つ両軸の重なりが１７７ｍｍとなるように配置され、下支柱用直管Ｂから上支柱用直管Ａを接続する縮径管Ｃ（外表面が、半径３８．０５ｍｍ、中心角９０°の円弧の回転面として構成される。当該回転面の軸は、円弧の末端と中心とを結ぶ直線に平行かつ当該直線から４４．５５ｍｍ隔てた直線であり、上支柱用直管Ａおよび下支柱用直管Ｂの軸に一致する。）にて接続される。縮径管Ｃの外表面から下支柱用直管Ｂの表面へは滑らかに連続する一方、縮径管Ｃの外表面と上支柱用直管Ａの表面とは直交した状態で接続される。縮径管Ｃの外表面と上支柱用直管Ａの表面との接続には溶接ビードを想定し、ビード部Ｄは、段付支柱９００ｅの軸を含む断面が、両面の交差線Ｉを中心に半径５ｍｍとなる扇状となる形状とした。
以上のようにして、段付支柱９００ｅは、上支柱用直管Ａの露出した部分が上支柱９１０ｅ、下支柱用直管Ｂと縮径管Ｃとの溶接体が下支柱９２０ｅとして構成された。なお、段付支柱９００ｅの内部の、上支柱用直管Ａと下支柱用直管Ｂとが重なる部分の構造は、上記規格を参考とした。

段付支柱９００ｅは、後述の荷重試験で、その頭頂部に対して水平方向に負荷Ｆが荷重される。下支柱９２０ｅの下端部は固定端として取り扱った。段付支柱９００ｅの材質はＳＳ４００を想定し、物性は、弾性率２００ＧＰａ、ポアソン比０．２９、密度７８２０ｋｇ／ｍ^３、強度４００ＭＰａとした。

（段付支柱補強体の想定）
段付支柱９００ｅに、充填材層２００ａ（図３におけるものと同様）および繊維強化樹脂層３００ｅを設けた段付支柱補強体１００ｅを想定した。繊維強化樹脂層３００ｅは、接着材層ＡＤを介した２層構成とした。段付支柱補強体１００ｅの、軸心を含む面による断面図を図１０に示す。
繊維強化樹脂層３００ｅの長手方向の寸法は、下支柱９２０ｅ側においては下支柱用直管Ｂの上端に相当する位置から繊維強化樹脂層３００ｅの下末端までの長さ（図１０のＬ２に相当する長さ）が２００ｍｍ、上支柱９１０ｅ側においては隅部９５１ｅ付近から繊維強化樹脂層３００ｅの上末端３１１ｅまでの、繊維強化樹脂層３００ｅの表面が上支柱用直管Ａの軸心に沿う部分の長さ（図１０のＬ１に相当する長さ）が１９２．１４ｍｍとした。繊維強化樹脂層３００ａの周方向の寸法は、２層のうち内側層に関しては充填材層２００ａの外表面の周長となるように決定し、外側層に関しては接着材層ＡＤに積層された内側層の外表面の周長となるように決定した。

段付支柱補強体１００ｅは、隅部９５１ｅにおける繊維強化樹脂層３００ｅの最小曲率半径ｒｉが１５ｍｍ、当該半径ｒ_ｉを有し繊維強化樹脂層３００ｅの外表面に接する円弧の中心角θｓは７２．３６°であった。

繊維強化樹脂層３００ｅは、強化繊維が段付支柱９００ｅの長手方向のみに配向した炭素繊維、マトリックス樹脂がエポキシ樹脂であるＣＦＲＰシートの硬化物を想定し、繊維強化樹脂層３００ｅの各層の物性は、弾性率６０ＧＰａ、ポアソン比０．３、密度１．３６ｋｇ／ｍ^３、強度８８０ＭＰａとした。

また、充填材層２００ａは、隅部９５１ｅ以外では０．３ｍｍの厚みで設けられることを想定した。接着材層ＡＤは、０．３ｍｍの厚みで設けられることを想定した。充填材層２００ａおよび接着材層ＡＤの材質はいずれも同じであり、弾性率２ＧＰａ、ポアソン比０．３、密度１．１ｋｇ／ｍ^３、強度６５ＭＰａとした。繊維強化樹脂層３００ａと段付支柱補強体１００ｅの表面とは充填材層２００ａおよび接着材層ＡＤを介して固着していると想定した（接着に関する物性を考慮した剥離挙動の解析は捨象した）。

（荷重試験）
上述のように想定した段付支柱補強体１００ｅの登頂部へ水平方向に一定の負荷Ｆ（荷重６０６Ｎ）かけた時に、段付支柱補強体１００ｅ、繊維強化樹脂層３００ｅ、充填材層２００ａ、接着材層ＡＤの最大発生応力を解析により求めた。解析は、Abaqus/Standard 6.14を用い、ＦＥＭ（有限要素法）解析により行った。

［実施例２］
隅部９５１ｅにおける繊維強化樹脂層３００ｅの最小曲率半径ｒ_ｉを約４０．５ｍｍ、当該半径ｒ_ｉを有し繊維強化樹脂層３００ｅの外表面に接する円弧の中心角θｓを４５°としたことを除いて、実施例１と同様に段付支柱補強体１００ｅを想定し解析を行った。なお、Ｌ１（図１０参照）に相当する長さは１５２．３１ｍｍであった。

［実施例３］
段付支柱９００ｅに、繊維強化樹脂層３００ｆを設けた段付支柱補強体１００ｆを想定した。段付支柱補強体１００ｆの上端部分３１０ｆ付近の断面図を図１１に示す。繊維強化樹脂層３００ｆの内側層は、上支柱用直管Ａの外表面と縮径管Ｃの外表面との交差線Ｉから上方へ約２２６ｍｍに上末端３１１ｆが位置する長さとし、外側層は、上末端３１１ｆから４０ｍｍ下方の位置に上端が位置する長さとした。段付支柱補強体１００ｆについて、実施例１と同様に解析を行った。なお、Ｌ１（図１１参照）に相当する長さは、２１２．１４ｍｍであった。

［比較例１］
繊維強化樹脂層が設けられていない段付支柱９００ｅについて、実施例１と同様に解析を行った。

［比較例２］
充填材層２００ａのかわりに接着材層を設けたことを除いて、実施例１と同様に解析を行った。この接着材層は、隅部９５１ｅにおいて、上支柱用直管Ａ、縮径管Ｃおよびビード部Ｄの外表面に沿って０．３ｍｍの厚みで設けられた。本比較例では、繊維強化樹脂層がビード部Ｄの外表面に沿って貼り付いているため、隅部９５１ｅにおいて充填材層に相当する構成が存在せず、隅部９５１ｅでの最小曲率半径ｒ_ｉは０ｍｍとなる。なお、Ｌ１（図１０参照）に相当する長さは１９９．０６ｍｍであった。

［解析結果］
上記の実施例１〜実施例３、および比較例１、２のＦＥＭ解析結果を表１に示す。なお、最大発生応力の発生位置を示すａ〜ｅはそれぞれ以下の通りである。
ａ：上支柱用直管Ａの外表面とビード部Ｄの外表面との交差線付近
ｂ：繊維強化樹脂層の上末端付近
ｃ：上支柱用直管Ａの外表面と縮径管Ｃの外表面との交差線Ｉから上方へ１００ｍｍ付近
ｄ：上支柱用直管Ａの外表面と縮径管Ｃの外表面との交差線Ｉから上方へ５５ｍｍ付近
ｅ：繊維強化樹脂層の内側層の上末端付近

繊維強化樹脂層が設けられていない段付支柱９００ｅ（比較例１）では、ａの位置で最大応力２３５ＭＰａが発生するのに対し、繊維強化樹脂層と隅部での充填材層とが設けられた実施例１および実施例３ではいずれもａの位置で１５６ＭＰａ、実施例２ではｃの位置で１１７ＭＰａであり、いずれの実施例においても大幅に発生応力が緩和できている事が分かった。また、実施例１，３と実施例２とでは、最小曲率半径がより大きい実施例２において、発生応力がより大幅に緩和できていることが分かった。
一方、繊維強化樹脂層が設けられていても隅部での充填材層が無い比較例２では、ａの位置で最大発生応力が２０７ＭＰａもあり、依然として高い値を示した。

また、実施例１，３における繊維強化樹脂層の内側層の充填材層の最大発生応力は、共に繊維強化樹脂層の上末端付近であり、その応力の大きさは実施例３の方が小さかった、したがって、内側層と外側層の上末端をずらして設けることにより、充填材層に発生する応力が緩和され、一般に想定される破壊である繊維強化樹脂層の上末端部からの剥離を抑制できることが示唆された。

本発明の好ましい実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれらのみに限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱することのない様々な実施形態が他になされる。

［実施形態および変形例における各部と請求項の各構成要素との対応関係］
本明細書における段付支柱補強体１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅは請求項における「補強または補修された段付支柱」に相当し、充填材２００’は「充填材」に相当し、充填材層２００，２００ａ，２００ｂは「充填材層」に相当し、繊維強化樹脂シート３００’は「繊維強化樹脂シート」に相当し、繊維強化樹脂硬化体３００ａ’’は「繊維強化樹脂硬化体」に相当し、繊維強化樹脂層３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ，３００ｅ，３００ｆは「繊維強化樹脂層」に相当し、上端部分３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｆは「第１支柱側の端部」に相当し、上末端３１１ａ，３１１ｃ，３１１ｄ，３１１ｅ，３１１ｆは「第１支柱側末端」に相当し、段付支柱９００，９００ｂ，９００ｅは「段付支柱」に相当し、上支柱９１０，９１０ｅは「第１支柱」に相当し、下支柱９２０，９２０ｂ，９２０ｅは「第２支柱」に相当し、隅部９５１，９５１ｂは「段付部の隅部」に相当し、外周径Ｒ１は「第１支柱の外周径」に相当し、外周径Ｒ２は「第２支柱の外周径」に相当し、長さＬ１は「第１支柱の軸心に沿う部分の長さ」に相当し、長さＬ２は「第２支柱の軸心に沿う部分の長さ」に相当し、最小曲率半径ｒ_ｉは「繊維強化樹脂層の隅部での最小曲率半径」に相当し、空間Ｓは「充填材の層が設けられる空間」に相当する。

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ 段付支柱補強体（補強または補修された段付支柱）
２００’ 充填材
２００，２００ａ，２００ｂ 充填材層
３００’ 繊維強化樹脂シート
３００ａ’’ 繊維強化樹脂硬化体
３００，３００ａ，３００ｂ，３００ｃ，３００ｄ，３００ｅ，３００ｆ 繊維強化樹脂層
３１０ｂ，３１０ｃ，３１０ｆ 上端部分（第１支柱側の端部）
３１１ａ，３１１ｃ，３１１ｄ，３１１ｅ，３１１ｆ 上末端（第１支柱側末端）
９００，９００ｂ，９００ｅ 段付支柱
９１０，９１０ｅ 上支柱（第１支柱）
９２０，９２０ｂ，９２０ｅ 下支柱（第２支柱）
９５１，９５１ｂ 段付部の隅部
Ｒ１ 外周径（第１支柱の外周径）
Ｒ２ 外周径（第２支柱の外周径）
Ｌ１ 長さ（第１支柱の軸心に沿う部分の長さ）
Ｌ２ 長さ（第２支柱の軸心に沿う部分の長さ）
ｒ_ｉ 最小曲率半径（繊維強化樹脂層の隅部での最小曲率半径）
Ｓ 空間（充填材の層が設けられる空間）

Claims (11)

1. 互いに異なる外周径を有する第１支柱および第２支柱が軸心方向に連結された段付部を有し、前記第２支柱の外周径が前記第１支柱の外周径の１．４倍以上５．０倍以下である段付支柱に対し、少なくとも前記段付部の隅部に、前記第１支柱の外周面と前記第２支柱の外周面とを滑らかに繋ぐ充填材の層を形成する充填材層形成工程と、
   前記第１支柱の外周面および前記第２支柱の表面に沿いかつ前記充填材層に接触させられる繊維強化樹脂層を形成する繊維強化樹脂層形成工程と、
   を含む、段付支柱の補強または補修方法。
2. 前記充填材層形成工程において、少なくとも前記段付部の隅部に充填材を塗布して前記充填材の層を形成し、
   前記繊維強化樹脂層形成工程において、前記第１支柱の外周面、形成された前記充填材の層の表面、および前記第２支柱の外周面に沿って繊維強化樹脂シートを貼付して、前記繊維強化樹脂層を形成する、請求項１に記載の段付支柱の補強または補修方法。
3. 前記充填材層形成工程が前記繊維強化樹脂層形成工程の後に行われ、
   前記繊維強化樹脂層形成工程において、前記第１支柱の外周面および前記第２支柱の表面に沿いかつ前記充填材の層が設けられる空間を形成するように、繊維強化樹脂硬化体を前記段付支柱に固定し、
   前記充填材層形成工程において、前記空間に充填材を充填する、請求項１に記載の段付支柱の補強または補修方法。
4. 前記段付支柱の軸心を含む断面において、前記繊維強化樹脂層の隅部での最小曲率半径が１０ｍｍ以上である、請求項１から３のいずれか１項に記載の段付支柱の補強または補修方法。
5. 前記繊維強化樹脂シートが半硬化のプリプレグシートである、請求項２に記載の段付支柱の補強または補修方法。
6. 前記繊維強化樹脂層の前記第１支柱側の端部が、前記第１支柱側の末端に向かって厚肉減少するように構成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の段付支柱の補強または補修方法。
7. 前記段付支柱の軸心を含む断面において、前記繊維強化樹脂層の外表面のうち、前記第１支柱の軸心に沿う部分および前記第２支柱の軸心に沿う部分の長さが、それぞれ、前記繊維強化樹脂層の固有の定着長さよりも大きい、請求項１から６のいずれか１項に記載の段付支柱の補強または補修方法。
8. 互いに異なる外周径を有する第１支柱および第２支柱が軸心方向に連結された段付部を有し、前記第２支柱の外周径が前記第１支柱の外周径の１．４倍以上５．０倍以下である段付支柱と、
   少なくとも前記段付部の隅部に充填された、前記第１支柱の外周面と前記第２支柱の外周面とを滑らかに繋ぐ充填材層と、
   前記第１支柱の外周面、前記充填材層の表面、および前記第２支柱の外周面に沿って、設けられた繊維強化樹脂層と、
   を含む、補強または補修された段付支柱。
9. 前記段付支柱の軸心を含む断面において、前記充填材層に沿って設けられた繊維強化樹脂層の隅部での最小曲率半径が１０ｍｍ以上である、請求項８に記載の補強または補修された段付支柱。
10. 前記繊維強化樹脂層の前記第１支柱側の端部が、前記第１支柱側の末端に向かって厚肉減少するテーパ状である、請求項８または９に記載の補強または補修された段付支柱。
11. 前記段付支柱の軸心を含む断面において、前記繊維強化樹脂層の外表面のうち、前記第１支柱の軸心に沿う部分および前記第２支柱の軸心に沿う部分の長さが、それぞれ、前記繊維強化樹脂層の固有の定着長さよりも大きい、請求項８から１０のいずれか１項に記載の補強または補修された段付支柱。