JP2018178555A - 鋼構造物における垂直接合部の補修補強方法、及び、垂直接合部用補強材 - Google Patents

Abstract

【課題】高い応力低減効果を期待することができる垂直接合部の補修補強方法、及び、修復後の接合部の状況を容易に確認することができ、施工性、耐久性等に優れた垂直接合部用補強材を提供する。【解決手段】垂直補剛材５６に貫通孔５８，５９を形成し、補強材１を垂直補剛材５６の左右両側に配置し、補強材１のボルト孔５，６、及び、垂直補剛材５６の貫通孔５８，５９に高力ボルト６４を挿通して支圧接合する。尚、デッキプレート５２から垂直補剛材５６の貫通孔５８の下縁部５８ａまでの寸法Ｈ１が、水平当板３の上面からボルト孔５の上縁部５ａまでの寸法Ｊ１と、高力ボルト６４の直径Ｒとの和よりも規定寸法分だけ小さくなる位置に、垂直補剛材５６の貫通孔５８を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、橋梁等の鋼構造物における垂直接合部（一つの構造部材に対して他の部材を略垂直に接合させた部分）を補修し、或いは、補強する方法、及び、この方法に使用する補強材に関する。

鋼構造物においては、特定の構造部材の剛性を増加させるために、当該構造部材に対して各種の部材を接合することが行われている。例えば図６に示すように、鋼製のデッキプレート５２（鋼床版）と、その上に形成されたアスファルト舗装層５３とによって構成される鋼床版橋梁５１では、デッキプレート５２の下面側に、縦リブ（トラフリブ）５４、横リブ５５、垂直補剛材５６等が溶接され、補剛される構造となっていることが多い。

デッキプレート５２と、これらの補剛材（縦リブ５４、横リブ５５、垂直補剛材５６等）との接合部（溶接部）には、デッキプレート５２に荷重（輪荷重等）が作用した場合に、補剛材がデッキプレート５２の変形を拘束するため、溶接止端部等において応力集中が生じ、疲労亀裂等の損傷が生じることが知られている。そして、このような損傷が生じた場合の補修方法、或いは、損傷を防止するための補強方法として、各部材の特性や条件等に応じて、従来より様々な方法（補修補強方法）が実施されている。

例えば、図７（１）に示すデッキプレート５２と垂直補剛材５６との溶接部において疲労損傷が生じた場合、損傷の状況に応じて適宜修復を行った後、垂直補剛材５６に貫通孔５８を形成し、図７（２）に示すように、左右一対のＬ形鋼６１，６１（補強材）を、垂直補剛材５６の上部両側にそれぞれ配置し（より具体的には、垂直部６２，６２を垂直補剛材５６にそれぞれ当接させるとともに、水平部６３，６３をデッキプレート５２の下面にそれぞれ当接させた状態とし）、垂直補剛材５６の貫通孔５８、及び、Ｌ形鋼６１のボルト孔に高力ボルト６４を挿通し、ナットを締め付けてＬ形鋼６１，６１を固定し、損傷箇所（溶接止端部等）における応力集中を緩和して、疲労亀裂の進展或いは発生を防止しようとする方法が知られている。

特開２０１２−２０２１９４号公報

上述したように、垂直補剛材５６の上部両側にＬ形鋼６１，６１を配置することにより、溶接止端部等における応力集中を緩和させようとする場合、Ｌ形鋼６１の水平部６３とデッキプレート５２との密着性が重要になるところ、垂直補剛材５６とデッキプレート５２との接合部の両側にはビード５７，５７が存在しているため、図７（２）に示すようにＬ形鋼６１，６１を垂直補剛材５６の上部両側に単純に取り付けようとしても、ビード５７がＬ形鋼６１，６１の角部に対して干渉し、良好な密着性を得ることができない。

そこで、図７（３）に示すように、ビード５７を含む垂直補剛材５６の上端部５６ａ（図７（１）参照）をガス溶断等によって切除したうえで、Ｌ形鋼６１，６１を垂直補剛材５６の上部両側に取り付けたり、図７（４）に示すように、Ｌ形鋼６１の垂直部６２と垂直補剛材５６との間（或いは、Ｌ形鋼６１の水平部６３とデッキプレート５２との間）にフィラー（鋼板、アルミ板、ステンレス板等）を介在させることにより、Ｌ形鋼６１の角部とビード５７との干渉を回避するといった工夫が講じられている。

また、Ｌ形鋼６１の取り付けに際しては、油圧ジャッキを用いてＬ形鋼６１をリフトアップし、その押し上げ量を定量的に管理したり、或いは、外周面が円錐状のテーパーカラー（先端側の小径部の直径がＬ形鋼６１のボルト孔の直径よりも小さく、後端側の大径部の直径がＬ形鋼６１のボルト孔の直径よりも大きい）を、Ｌ形鋼６１のボルト孔内に先端側から差し込み、これらの内側に挿通したボルト６４を締め込んでテーパーカラーをボルト孔に押し付けることにより、垂直補剛材５６の反力を利用してＬ形鋼６１をリフトアップし、より確実にデッキプレート５２とＬ形鋼６１との密着性を確保しようとする方法（リフトアップ工法）なども試みられている。

しかしながら、上記のような従来方法による場合、効果（応力集中の低減効果）の確認が難しいという問題があるほか、Ｌ形鋼６１の取付後においては、修復箇所を視認することができないため、亀裂が再発した場合にこれを確認することができないという問題がある。また、施工性、耐久性、及び、亀裂が残置した場合の適用性についても、更なる検証と検討が望まれている。

本発明は、このような従来技術における問題を解決しようとするものであって、従来技術と比較して高い応力低減効果を期待することができる垂直接合部の補修補強方法、及び、修復後の接合部の状況を容易に確認することができ、施工性、耐久性等に優れた垂直接合部用補強材を提供することを目的とする。

本発明に係る垂直接合部の補修補強方法は、垂直部材に貫通孔を形成し、ボルト孔が形成された垂直当板と、水平当板と、これらを連結する連結部とによって構成され、垂直当板と水平当板とが、Ｌ字状に、かつ、最も近い端縁同士の間に、上下方向及び水平方向について間隔がそれぞれ形成される位置関係をもって連結されている左右一対の補強材を、垂直部材の左右両側に配置し、補強材のボルト孔、及び、垂直部材の貫通孔に高力ボルトを挿通して支圧接合することを特徴とし、更に、水平部材から垂直部材の貫通孔の下縁部までの寸法が、補強材の水平当板の上面から対応するボルト孔の上縁部までの寸法と、高力ボルトの直径との和よりも規定寸法分だけ小さくなる位置に、垂直部材の貫通孔を形成することを特徴としている。

尚、ここに言う「垂直接合部」は、水平部材に対して垂直部材が垂直に接合されているものだけではなく、９０°±２０°の範囲内の角度で接合されているものをも含む。また、この方法においては、補強材の取り付けに際し、補強材の水平当板の上面に、合成樹脂製の接触性向上剤を塗布することが好ましい。

更に、垂直部材における貫通孔の形成位置（即ち、垂直部材の貫通孔における上下方向についての有効開口寸法と、高力ボルトの直径とのギャップの寸法）を設定する際に、適用対象となる垂直接合部の構造を考慮に入れて事前に検証試験を実施し、実効性を確認した後で決定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の垂直接合部の補修補強方法。

また、本発明に係る垂直接合部用補強材は、ボルト孔が形成された垂直当板と、水平当板と、これらを連結する連結部とによって構成され、垂直当板と水平当板とが、Ｌ字状に、かつ、最も近い端縁同士の間に、上下方向及び水平方向について間隔がそれぞれ形成される位置関係をもって連結されていることを特徴としている。

本発明に係る垂直接合部の補修補強方法によれば、補強材と垂直部材とを、高力ボルトによって支圧接合することにより、補強材を上方へ押し上げて、水平当板を水平部材に対して強く押し付けることができ、良好な密着性を得ることができ、その結果、従来技術と比較して、垂直接合部において高い応力低減効果を期待することができる。更に、油圧ジャッキ等を用いることなく、容易に施工することができる。

また、本発明に係る垂直接合部用補強材は、垂直接合部への取付後において、接合部を外側から視認することができるほか、各種センサーの取り付けも可能で、補修補強後の状況を好適にモニタリングすることができる。

図１は、本発明の第一実施形態に係る補強材１の斜視図である。 図２は、図１に示す補強材１の側面図である。 図３は、本発明の第二実施形態に係る垂直接合部の補修補強方法の説明図であって、鋼床版橋梁５１のデッキプレート５２、垂直補剛材５６、及び、補強材１の断面図である。 図４は、本発明の第二実施形態に係る垂直接合部の補修補強方法の説明図であって、鋼床版橋梁５１のデッキプレート５２、垂直補剛材５６、及び、補強材１の断面図である。 図５は、本発明の第二実施形態に係る垂直接合部の補修補強方法の説明図であって、鋼床版橋梁５１のデッキプレート５２、垂直補剛材５６、及び、補強材１の断面図である。 図６は、一般的な鋼床版橋梁５１のデッキプレート５２の下面側の構造を示す部分断面斜視図である。 図７は、デッキプレート５２と垂直補剛材５６との接合部における従来の補修補強方法の説明図。

以下、添付図面に沿って、本発明に係る「垂直接合部の補修補強方法」及び、この方法に使用する「補強材」を実施するための形態について説明する。図１は、本発明に係る補強材１（本発明の第一実施形態）の斜視図、図２はその側面図である。図示されているように、この補強材１は、二枚の鋼製の当板（垂直当板２、水平当板３）、及び、これらを連結する二つの鋼製の連結部４（連結部４ａ，４ｂ）とによって構成されている。

垂直当板２と水平当板３は、９０°の角度をもってＬ字状をなすように、かつ、最も近い端縁（垂直当板２の上端縁２ａと、水平当板３の奥側端縁３ａ）同士の間に、上下方向及び水平方向について間隔Ｃ１，Ｃ２がそれぞれ形成される位置関係をもって連結されている。つまり、Ｌ形鋼における折曲部分（角部分）を省略したような形状となっている。尚、垂直当板２には、二つのボルト孔５，６が上下に並列するように形成されている。

連結部４ａ，４ｂは、補強材１の横幅方向へ間隔を置いた位置において、それぞれの両端部が垂直当板２及び水平当板３に対して溶接されている。尚、本実施形態においては、連結部４ａ，４ｂはいずれも鋼製の板材によって構成されているが、垂直当板２と水平当板３とを強固に連結できるものであれば、その形状は限定されない。

また、この補強材１は、その製造方法についても何ら限定されるものではなく、垂直当板２と水平当板３とを個別に成形し、その後、連結部４を介してこれらを接合して製造することもできるし、Ｌ形鋼の折曲部分（図１（２）に示す垂直当板２の上端縁２ａと水平当板３の奥側端縁３ａの間の部分）を機械切削により部分的に除去し、その後、連結部４を配置して製造することもできる。更に、Ｌ形鋼に連結部４を溶接した後で、折曲部分を除去するようにしても良い。

この補強材１は、図１、図２に示すものと対称的な形状のもう一つの補強材、及び、高力ボルト等とともに使用することにより、下記のような「鋼構造物における垂直接合部の補修補強方法」を実施することができる。

図３〜図５は、本発明に係る垂直接合部の補修補強方法（本発明の第二実施形態）の説明図である。ここでは、鋼床版橋梁５１のデッキプレート５２と垂直補剛材５６との垂直接合部に対して、本発明に係る方法を適用する場合の具体例について説明する。

まず、図３に示すように、垂直補剛材５６（垂直部材）において、貫通孔５８，５９を上下に並列するように形成する。尚、貫通孔５８，５９の形成位置は、それぞれの下縁部５８ａ，５９ａの位置を基準として、取り付けようとする補強材１等との関係において定める。

より詳細には、上側の貫通孔５８については、デッキプレート５２（水平部材）の下面から、貫通孔５８の下縁部５８ａまでの寸法Ｈ１が、取り付けようとする補強材１の水平当板３の上面から、上側のボルト孔５の上縁部５ａまでの寸法Ｊ１と、ボルト６４の直径Ｒとの和よりも１．５ｍｍ小さくなる位置に形成する（Ｈ１＝Ｊ１＋Ｒ−１．５ｍｍ）。また、下側の貫通孔５９については、デッキプレート５２の下面から、貫通孔５９の下縁部５９ａまでの寸法Ｈ２が、取り付けようとする補強材１の水平当板３の上面から、下側のボルト孔６の上縁部６ａまでの寸法Ｊ２と、ボルト６４の直径Ｒとの和よりも、１．５ｍｍ小さくなる位置に形成する（Ｈ２＝Ｊ２＋Ｒ−１．５ｍｍ）。

次に、図４に示すように、左右一対の補強材１，１を、垂直補剛材５６の上部両側にそれぞれ配置する。より詳細には、垂直当板２，２を垂直補剛材５６にそれぞれ当接させるとともに、水平当板３，３をデッキプレート５２の下面にそれぞれ当接させた状態とする。

図７に示すＬ形鋼６１を垂直補剛材５６の上部両側に配置する場合、ビード５７（図７（１）参照）がＬ形鋼６１の角部に対して干渉し、良好な密着性を得ることができないため、従来方法においては、ビード５７を含む垂直補剛材５６の上端部５６ａを切除したり（図７（１）（３）参照）、Ｌ形鋼６１の垂直部６２と垂直補剛材５６との間（或いは、Ｌ形鋼６１の水平部６３とデッキプレート５２との間）にフィラーを介在させて（図７（４）参照）、Ｌ形鋼６１の角部とビード５７との干渉を回避していたが、本発明に係る補修補強方法において使用される補強材１は、図１及び図２に示すように、垂直当板２の上端縁２ａと水平当板３の奥側端縁３ａの間に、上下方向及び水平方向へそれぞれ十分な大きさの間隔が形成されているため、ビードとの干渉は問題とならず、従って、垂直補剛材５６の上端部の切除や、フィラーの介在等の措置は基本的に不要である。

但し、デッキプレート５２の勾配（横断勾配又は縦断勾配）等により、垂直補剛材５６とデッキプレート５２との接合部が直角でない場合には、直角との角度差を埋めるために、テーパ状（楔状）のフィラーをデッキプレート５２と補強材１（水平当板３）との間に配置することができる。

垂直補剛材５６の上部両側に補強材１，１をそれぞれ配置すると、垂直補剛材５６の上側の貫通孔５８の直径と、補強材１の上側のボルト孔５の直径が同一である場合には、垂直補剛材５６の貫通孔５８は、図４に示すように、補強材１のボルト孔５よりも１．５ｍｍだけ上方へずれた状態となる。そして、補強材１のボルト孔５の上縁部５ａから垂直補剛材５６の貫通孔５８の下縁部５８ａまでの、上下方向についての有効開口寸法Ｋは、ボルト６４の直径Ｒよりも１．５ｍｍ小さい状態となる。また、垂直補剛材５６の下側の貫通孔５９、及び、補強材１の下側のボルト孔６についても同様である。

従って、ボルト６４を、手前側（図４において左側）の補強材１のボルト孔５，６内へ差し込み、そこから更に奥へ押し込もうとしても、上記１．５ｍｍのギャップにより、簡単にはボルト６４の先端部を垂直補剛材５６の貫通孔５８，５９内へ進入させることはできないが、ハンマー等を用いてボルトヘッドを叩いて、ボルト６４の先端部を垂直補剛材５６の貫通孔５８，５９内へ進入させ、更に、反対側（図４において右側）の補強材１のボルト孔５，６内を通過させ、図５に示すような状態にすると（支圧接合）、上記１．５ｍｍのギャップによって、補強材１が上方へ押し上げられ、水平当板３がデッキプレート５２の下面に対して強く押し付けられることになり、良好な密着性を得ることができ、その結果、従来技術と比較して、高い応力低減効果を期待することができる。

実際に、上述したような本発明に係る垂直接合部の補修補強方法における応力低減効果について、ＦＥＭ解析によって検証してみたところ、従来技術（図７に示すようなＬ形鋼６１を用いて補修補強方法を実施した場合）と比較して、高い応力低減効果を期待できることが確認された。

尚、デッキプレート５２の下面は、完全な平滑面ではなく、微細な凹凸や変形部分（不陸）が少なからず存在しているため、補強材１を取り付けて、デッキプレート５２の下面に水平当板３を当接させた場合、厳密な意味で面接触させることは難しく、両者間には必然的に空隙が生じることになる。このため、補強材１の取り付けに際しては、水平当板３の上面に、予め接触性向上剤（合成樹脂？）を塗布しておくことが望ましく、この場合、デッキプレート５２と水平当板３との間の空隙を埋めることができ、その結果、デッキプレート５２からの作用力を補強材１へ確実に伝達することができ、長期にわたって安定状態（ガタつかず、安定的に密着した状態）を維持することができる。

また、図７のＬ形鋼６１を用いた場合、取付後において修復箇所（溶接部）を視認することができないため、亀裂が再発した場合にこれを確認することができなかったが、本発明に係る補修補強方法において使用される補強材１は、図１、図２に示すように、垂直当板２の上端縁２ａと、水平当板３の奥側端縁３ａの間に、上下方向及び水平方向へそれぞれ十分な大きさの間隔が形成されているため、修復箇所を視認することができるほか、各種センサーの取り付けも可能で、補修補強後の状況を好適にモニタリングすることができる。

更に、本発明に係る補修補強方法は、補強材１の取り付けに際して油圧ジャッキ等を用いる必要がなく、容易に施工することができ、また、十分な耐久性を期待することができる。

尚、上記第二実施形態においては、補強材１を垂直補剛材５６の上部に配置した際に形成されるギャップの寸法（図４に示す有効開口寸法Ｋとボルト６４の直径Ｒとの差）を１．５ｍｍに設定しているが、必ずしもこの値には限定されず、適用対象となる垂直接合部や補強材の構造、その他の条件に応じ、実効性のある範囲内で適宜設定することができ、また、このギャップの寸法の設定に際しては、適用対象となる垂直接合部や補強材の構造、その他の条件を考慮に入れて事前に検証試験を実施し、実効性を確認した後で決定することが望ましい。

また、上記第二実施形態においては、鋼床版橋梁５１のデッキプレート５２と垂直補剛材５６との垂直接合部に対して、本発明に係る補修補強方法を適用する場合の具体例について説明したが、本方法の適用対象は、当該垂直接合部には限定されず、鋼構造物における他の垂直接合部（水平部材に対して垂直部材を略垂直に接合させた部分）に対しても広く適用が可能である。

１：補強材、
２：垂直当板、
２ａ：上端縁、
３：水平当板、
３ａ：奥側端縁、
４，４ａ，４ｂ：連結部、
５，６：ボルト孔、
５ａ：上縁部、
６ａ：上縁部、
５１：鋼床版橋梁、
５２：デッキプレート、
５３：アスファルト舗装層、
５４：縦リブ、
５５：横リブ、
５６：垂直補剛材、
５６ａ：上端部、
５７：ビード、
５８，５９：貫通孔、
５８ａ：下縁部、
５９ａ：下縁部、
６１：Ｌ形鋼、
６２：垂直部、
６３：水平部、
６４：ボルト

本発明に係る垂直接合部の補修補強方法は、垂直部材に貫通孔を形成し、ボルト孔が形成された垂直当板と、水平当板と、これらを連結する連結部とによって構成され、垂直当板と水平当板とが、Ｌ字状に、かつ、最も近い端縁同士の間に、上下方向及び水平方向について間隔がそれぞれ形成される位置関係をもって連結されている左右一対の補強材を、垂直部材の左右両側に配置し、補強材のボルト孔、及び、垂直部材の貫通孔に高力ボルトを挿通して支圧接合することを特徴とし、更に、水平部材から垂直部材の貫通孔の下縁部までの寸法が、補強材の水平当板の上面から対応するボルト孔の上縁部までの寸法と、高力ボルトの直径との和よりも規定寸法分だけ小さくなる位置に、垂直部材の貫通孔を形成することにより、垂直当板が垂直部材に当接するとともに水平当板が水平部材の下面に当接した状態となるように左右一対の補強材を垂直部材の上部両側にそれぞれ配置した際に、補強材のボルト孔の上縁部から垂直部材の貫通孔の下縁部までの上下方向についての有効開口寸法が、高力ボルトの直径よりも小さくなる状態とし、ここに高力ボルトを挿通することを特徴としている。

尚、デッキプレート５２の下面は、完全な平滑面ではなく、微細な凹凸や変形部分（不陸）が少なからず存在しているため、補強材１を取り付けて、デッキプレート５２の下面に水平当板３を当接させた場合、厳密な意味で面接触させることは難しく、両者間には必然的に空隙が生じることになる。このため、補強材１の取り付けに際しては、水平当板３の上面に、予め接触性向上剤（合成樹脂）を塗布しておくことが望ましく、この場合、デッキプレート５２と水平当板３との間の空隙を埋めることができ、その結果、デッキプレート５２からの作用力を補強材１へ確実に伝達することができ、長期にわたって安定状態（ガタつかず、安定的に密着した状態）を維持することができる。

本発明に係る垂直接合部の補修補強方法は、垂直部材に貫通孔を形成し、ボルト孔が形成された垂直当板と、水平当板と、これらを連結する連結部とによって構成され、垂直当板と水平当板とが、Ｌ字状に、かつ、最も近い端縁同士の間に、上下方向及び水平方向について間隔がそれぞれ形成される位置関係をもって連結されている左右一対の補強材を、垂直部材の左右両側に配置し、補強材のボルト孔、及び、垂直部材の貫通孔に高力ボルトを挿通して支圧接合することを特徴とし、更に、水平部材から垂直部材の貫通孔の下縁部までの寸法が、補強材の水平当板の上面から対応するボルト孔の上縁部までの寸法と、高力ボルトの直径との和よりも規定寸法分だけ小さくなる位置に、垂直部材の貫通孔を形成することにより、垂直当板が垂直部材に当接するとともに水平当板が水平部材の下面に当接した状態となるように左右一対の補強材を垂直部材の上部両側にそれぞれ配置した際に、補強材のボルト孔の上縁部から垂直部材の貫通孔の下縁部までの上下方向についての有効開口寸法が、高力ボルトの直径よりも小さくなる状態とし、ここに高力ボルトを挿通することにより、補強材を上方へ押し上げて、水平当板を水平部材の下面に押し付けることを特徴としている。

Claims (4)

1. 水平部材に対して垂直部材を略垂直に接合させた鋼構造物の垂直接合部を補修補強する方法であって、
   垂直部材に貫通孔を形成し、
   ボルト孔が形成された垂直当板と、水平当板と、これらを連結する連結部とによって構成され、垂直当板と水平当板とが、Ｌ字状に、かつ、最も近い端縁同士の間に、上下方向及び水平方向について間隔がそれぞれ形成される位置関係をもって連結されている左右一対の補強材を、垂直部材の左右両側に配置し、
   補強材のボルト孔、及び、垂直部材の貫通孔に高力ボルトを挿通して支圧接合することを特徴とし、
   更に、水平部材から垂直部材の貫通孔の下縁部までの寸法が、補強材の水平当板の上面から対応するボルト孔の上縁部までの寸法と、高力ボルトの直径との和よりも規定寸法分だけ小さくなる位置に、垂直部材の貫通孔を形成することを特徴とする垂直接合部の補修補強方法。
2. 補強材の取り付けに際し、補強材の水平当板の上面に、合成樹脂製の接触性向上剤を塗布することを特徴とする、請求項１に記載の垂直接合部の補修補強方法。
3. 垂直部材における貫通孔の形成位置を設定する際に、適用対象となる垂直接合部の構造を考慮に入れて事前に検証試験を実施し、実効性を確認した後で決定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の垂直接合部の補修補強方法。
4. ボルト孔が形成された垂直当板と、水平当板と、これらを連結する連結部とによって構成され、
   垂直当板と水平当板とが、Ｌ字状に、かつ、最も近い端縁同士の間に、上下方向及び水平方向について間隔がそれぞれ形成される位置関係をもって連結されていることを特徴とする垂直接合部用補強材。

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