JP2023066503A - 検査路の手すりパイプの補修方法及び補修構造 - Google Patents

Abstract

【課題】検査路の手すりパイプの健全性（耐衝撃性）を回復する補修作業を低コストかつ簡易な方法で実現する。【解決手段】検査路に設けられるガラス繊維強化樹脂製の手すりパイプの補修方法であって、前記手すりパイプの補修個所を少なくとも覆う位置に、強化繊維を含む第１の繊維シートを、繊維の配向方向が前記手すりパイプの軸方向に沿った方向となるように貼り付ける第１ステップと、前記第１の繊維シートの上から強化繊維を含む第２の繊維シートを、繊維の配向方向が前記手すりパイプの周方向に沿った方向となるように貼り付ける第２ステップと、を有することを特徴とする補修方法。【選択図】図１

Description

本発明は、検査路の手すりパイプの補修に関する技術である。

橋梁、トンネル等には、検査路が並設されており、５年に１度の近接目視による定期点検が実施されている。検査路として、鋼製の検査路、ＧＦＲＰ（ＧＦＲＰ：Glass Fiber Reinforced Plastics）製の検査路が知られている。鋼製の検査路の場合、山間部における重機の搬入が困難であったり、塩害や融雪剤の散布による腐食劣化が問題となっている。

一方、ＧＦＲＰ製検査路は軽量で耐腐食性、電気絶縁性、断熱性、衝撃吸収性に優れることから、重機の搬入が困難な狭小山間部や塩害地域において幅広く用いられている。

ここで、作業者の転落防護対策として、検査路の手すりパイプに安全帯を掛けるとともに、この安全帯と作業者を紐状のランヤードで結ぶことにより、定期点検は実施される。作業者が誤って検査路から転落した場合、ランヤード及び安全帯を介して手すりパイプに衝撃荷重が働くため、検査路の手すりパイプには耐衝撃性が求められる。したがって、検査路の手すりパイプに損傷が確認された場合、速やかに補修作業行い、手すりパイプの健全性（耐衝撃性）を回復させる必要がある。

従来、検査路の手すりパイプに損傷が確認された場合、繊維の連続性を確保するために長スパンの部材取り換えが実施されており、コストや手間がかかることから、改善が求められていた。

特許文献１にはアラミド繊維などの繊維シートを軸方向及び周方向に配して金属管柱を補強する技術、特許文献２にはアラミド繊維などからなるストランドシートを鋼製煙突の軸方向に配して補強する技術、特許文献３には補強繊維シートをコンクリート、鋼等からなる柱状体の周方向に配して補強する技術が開示されている。これら特許文献１乃至３は、補強方法に関する技術を開示しており、耐衝撃性を考慮した補修方法については開示がない。さらに、特許文献２及び３は、軸方向及び周方向のうち一方向を補強する技術を開示しており、軸方向及び周方向の双方を補強する技術については開示がない。

特許文献４は、強化繊維からなる繊維束に熱可塑性樹脂を含浸した繊維強化樹脂テープを用いて欠損部位を覆い、その上から強化繊維シートを接着剤を用いて全体を覆うように接着する中空構造物の補修方法を開示する。この特許文献４は、接着強度及び外観を考慮した補修方法を開示しており、耐衝撃性を考慮した補修方法については開示がない。

特開２００１－３０３７１５号公報 特開２０１８－９３３４号公報 特開２０１３ー１８５３６６号公報 特開２０１５ー１５１８３６号公報

本発明は、検査路の手すりパイプの健全性（耐衝撃性）を回復する補修作業を低コストかつ簡易な方法で実現することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る補修方法は、（１）検査路に設けられるガラス繊維強化樹脂製の手すりパイプの補修方法であって、前記手すりパイプの補修個所を少なくとも覆う位置に、強化繊維を含む第１の繊維シートを、繊維の配向方向が前記手すりパイプの軸方向に沿った方向となるように貼り付ける第１ステップと、前記第１の繊維シートの上から強化繊維を含む第２の繊維シートを、繊維の配向方向が前記手すりパイプの周方向に沿った方向となるように貼り付ける第２ステップと、を有することを特徴とする。

（２）前記第１の繊維シートは、強化繊維からなる連続繊維を束ねた繊維束が樹脂で硬化された棒状のストランドを一方向に配列させてスダレ状に引き揃えたストランドシート、又は、強化繊維を一方向に配列させた強化繊維シートであり、前記第２の繊維シートは、前記強化繊維シートであることを特徴とする上記（１）に記載の補修方法。

（３）前記ストランドシートにおける前記ストランドは、互いに横糸で連結されていることを特徴とする上記（２）に記載の補修方法。

（４）前記第１及び第２の繊維シートに含まれる強化繊維は、アラミドであることを特徴とする上記（１）乃至（３）のうちいずれか一つに記載の補修方法。

（５）前記第２の繊維シートの上から、更に、仕上げ塗装を行う第３ステップを有することを特徴とする上記（１）乃至（４）のうちいずれか一つに記載の補修方法。

上記課題を解決するために、本発明に係る補修構造は、（６）検査路に設けられるガラス繊維強化樹脂製の手すりパイプの補修構造であって、前記手すりパイプの補修個所を少なくとも覆うように配された、強化繊維を含む第１の繊維シートと、前記第１の繊維シートに積層された強化繊維を含む第２の繊維シートと、を有し、前記第１の繊維シートにおける強化繊維は、前記手すりパイプの軸方向に沿った方向に配向されており、前記第２の繊維シートにおける強化繊維は、前記手すりパイプの周方向に沿った方向に配向されていることを特徴とする。

本発明によれば、検査路の手すりパイプの健全性（耐衝撃性）を回復する補修作業を低コストかつ簡易な方法で実現することができる。

検査路の手すりパイプの一部における正面図である。 手すりパイプの断面図である。 ３点曲げ試験の説明図である。 ３点曲げ試験の試験結果であり、荷重と鉛直変位との関係を示すグラフである。

図１は、検査路の手すりパイプの一部における正面図（径方向から視た外観図）であり、補修シートで覆われた箇所を透視して図示する。図２は、図１のＡ－Ａ´に沿って手すりパイプを切断したＡ－Ａ´断面図である。これらの図を参照して、手すりパイプ１は、橋梁、トンネル等に設置された検査路に沿って設けられたＧＦＲＰ製のパイプである。手すりパイプ１の一部に欠損等の補修個所１ａが確認された場合、第１の繊維シート１１及び第２の繊維シート１２を用いて、補修作業が実施される。なお、図１では、第１の繊維シート１１及び第２の繊維シート１２を纏めて補修シート２としている。

第１の繊維シート１１は、強化繊維を含んでおり、補修個所１ａを少なくとも覆う位置に貼り付けられている。第１の繊維シート１１に含まれる強化繊維は、手すりパイプ１の軸方向に沿った方向に配向されている。本明細書では、強化繊維が軸方向に沿った方向となるように第１の繊維シート１１を貼り付けることを、第１の繊維シート１１を軸方向に貼り付けると言い換えることがある。

第１の繊維シート１１の定着長さ（手すりパイプ１の軸方向における長さ）は、所望の耐衝撃性を満足し得る適宜の長さに設定されていればよく、例えば補修個所１ａから２００ｍｍ前後の定着長さが確保されていればよい。

第２の繊維シート１２は、強化繊維を含んでおり、第１の繊維シート１１の上から貼り付けられている。第２の繊維シート１２に含まれる強化繊維は、手すりパイプ１の周方向に沿った方向に配向されている。本明細書では、強化繊維が周方向に沿った方向となるように第２の繊維シート１２を貼り付けることを、第２の繊維シート１２を周方向に貼り付けると言い換えることがある。

第１の繊維シート１１には、好ましくはストランドシート又は強化繊維シートが用いられ、より好ましくはストランドシートが用いられる。ストランドシートを用いることによって、より効果的に手すりパイプ１の健全性（耐衝撃性）を回復することができる。

（ストランドシートについて）
ストランドシートとは、予め所定の強化繊維からなる連続繊維を束ねた繊維束を樹脂で含浸硬化させた棒状のストランドを一方向に配列させ、長手方向にスダレ状に引き揃えてシート状に加工したものである。強化繊維には、炭素繊維、金属繊維、セラミックス繊維、有機繊維、ガラス繊維を用いることができる。金属繊維には、例えばチタン繊維、スチール繊維等を用いることができる。セラミックス繊維については、バサルト繊維等を用いることができる。有機繊維には、例えばアラミド、ナイロン、ビニロン等を用いることができる。これらの繊維は、単独であってもよいし、複数種を混入したハイブリッド繊維であってもよい。これらの繊維の中で、アラミドは、特に耐衝撃性に優れていることから、本発明の補修方法に好適に用いることができる。

含浸硬化される樹脂には、常温硬化型或いは熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ビニロン等の熱可塑性樹脂を用いることができる。樹脂含浸量は、ストランドシート１００質量％に対して、例えば３０～７０質量％に設定することができる。

ストランドは、互いに横糸を用いて連結することができる。横糸は、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ることによって構成することができる。横糸に用いられる有機繊維として、ナイロン、ビニロン等を好適に用いることができる。横糸の打ち込み間隔（シートの長手方向における打ち込み間隔）は、ストランドシートの取り扱い性を考慮して、例えば６～１０ｃｍの範囲で適宜選定することができる。

ストランドシートを第１の繊維シート１１として用いることにより、作業現場で強化繊維間に樹脂を含浸させる必要がなくなるため、含浸不良による曲げ剛性及び曲げ強度の低下などを抑制できる。

強化繊維の目付量は、好ましくは６００ｇ／ｍ^２以上であり、より好ましくは８００ｇ／ｍ^２以上である。繊維の目付量は、１ｍ^２のストランドシートに使用される強化繊維繊維束数から算定される。強化繊維の目付量を増大することにより、手すりパイプ１の剛性を効果的に回復させることができる。

ストランドシートは、例えば、常温硬化型のエポキシ樹脂などを用いて手すりパイプ１の外周面に貼り付けることができる。すなわち、常温硬化型のエポキシ樹脂などからなるパテ状の樹脂を手すりパイプ１の外周面に塗布し、この塗布した樹脂にストランドシートを埋め込むことにより、ストランドシートを第１の繊維シート１１として貼り付けることができる。

ストランドシートの貼り付け状態において、棒状の各ストランドは、手すりパイプ１の軸方向に沿って延びている。つまり、複数のストランドが、手すりパイプ１の軸方向に沿って配列された補修構造を呈している。

（強化繊維シートについて）
強化繊維シートは、強化繊維を一方向に配列させた強化繊維層を有する。強化繊維には、炭素繊維、金属繊維、セラミックス繊維、有機繊維、ガラス繊維を用いることができる。各強化繊維の詳細は、ストランドシートと同様であるから、詳細な説明を省略する。強化繊維シートは、軽量で高剛性・高強度であるため補強による死荷重増加が少なく、当て板工法に比べ手すりパイプ１の母材に与えるダメージが少ないことや、施工後に腐食しにくい等のメリットがあり、雨風に曝される検査路に適している。なお、強化繊維として、アラミドを好適に用いることができる。

強化繊維層を構成する強化繊維のバラケを防止するために、強化繊維層を樹脂透過性シートで挟んで保持させてもよい。樹脂透過性シートは、例えば直径２～５０μｍのガラス繊維或いは有機繊維で構成された２軸又は３軸等のメッシュ状体或いはクロスとすることができる。メッシュを構成する縦糸及び横糸の間隔は、好ましくは１～１０ｍｍであり、より好ましくは２～５０ｍｍである。メッシュ状に形成された２軸の樹脂透過性シートを用いて強化繊維層を保持する方法としては、例えば、樹脂透過性シートの縦糸及び横糸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、当該樹脂透過性シートを強化繊維層の両面に積層して加熱圧縮し、樹脂透過性シートの縦糸及び横糸の部分を強化繊維層に融着する方法を用いることができる。

強化繊維シートは、例えば、手すりパイプ１の表面に常温硬化型のエポキシ樹脂を塗布して、貼り付けることができる。強化繊維シートを塗布面に貼り付けた後、含浸用ローラによりシート内部への樹脂の含性を促すことにより、樹脂の一部がシートの表面ににじみ出る。その上に、更に含浸接着樹脂を補充し、再度樹脂の含浸を促すとともに内部に気泡が残存しないように、脱泡処理を施す。以上の処理によって、強化繊維シートを手すりパイプ１の表面に含浸接着させることができる。

強化繊維シートの目付量は、好ましくは６００ｇ／ｍ^２以上であり、より好ましくは８００ｇ／ｍ^２以上である。繊維の目付量は、１ｍ^２の強化繊維シートに使用される強化繊維繊維束数から算定される。強化繊維の目付量を増大することにより、手すりパイプ１の剛性を効果的に回復させることができる。

強化繊維シートの貼り付け状態において、各強化繊維は、手すりパイプ１の軸方向に沿って延びている。つまり、手すりパイプ１に貼り付けられた第１の繊維シート１１は、複数の強化繊維が手すりパイプ１の軸方向に沿って配列された補修構造を呈している。

上述した通り、第１の繊維シート１１を手すりパイプ１の軸方向に配設する、言い換えると、強化繊維の配向方向が手すりパイプ１の軸方向に沿った方向となるように第１の繊維シート１１を配設することにより、手すりパイプ１の剛性を回復することができる。

第２の繊維シート１２は、第１の繊維シート１１の上から手すりパイプ１の周方向に沿って巻き付けられる。第２の繊維シート１２の手すりパイプ１の軸方向における端部は、第１の繊維シート１１と面一か、或いは第１の繊維シート１１から若干はみ出していてもよい。つまり、手すりパイプ１の軸方向における第２の繊維シート１２の長さは、第１の繊維シート１１と同じか、或いはそれ以上である。

第２の繊維シート１２は、繊維方向を手すりパイプ１の周方向に沿って曲げる必要があるため、既述の強化繊維シートが用いられる。強化繊維シートの詳細については、説明を繰り返さない。また、強化繊維シートを含浸接着させる方法は、既述の通りであるから、説明を繰り返さない。なお、第１の繊維シート１１及び第２の繊維シート１２が共に強化繊維シートである場合、繊維の性状や物性、目付量などは互いに同一であってもよいし、異なっていてもよい。

第２の繊維シート１２の強化繊維の目付量は、好ましくは２００ｇ／ｍ^２以上５００ｇ／ｍ^２以下であり、より好ましくは２００ｇ／ｍ^２以上３００ｇ／ｍ^２以下である。強化繊維の目付量が過度に大きくなる（過剰補修と言い換えることができる）と、衝撃荷重が働いたときの撓み量が小さくなり、落下エネルギーを手すりパイプ１で吸収できなくなるため、補修個所以外が破損するおそれがあるほか、コスト的にも好ましくない。強化繊維の目付量が過度に小さくなると、第１の繊維シート１１の割れを抑制する効果を十分に発現させることができない。なお、繊維の目付量は、ＪＩＳＲ ７６０２に準ずる。

第２の繊維シート１２の貼り付け状態において、各強化繊維は、手すりパイプ１の周方向に沿って延びている。つまり、手すりパイプ１に巻き付けられた第２の繊維シート１２は、複数の強化繊維が手すりパイプ１の周方向に沿って配列された補修構造を呈している。

第２の繊維シート１２を第１の繊維シート１１の上から巻き付けることにより、第１の繊維シート１１に対する拘束効果が発現するため、手すりパイプ１に曲げ荷重が働いたときに、第１の繊維シート１１に割れが発生することを抑制できる。すなわち、第１の繊維シート１１がストランドシートである場合、ストランドシートの貼り付けに利用された樹脂の割れが抑制され、第１の繊維シート１１が強化繊維シートである場合、強化繊維シートの含浸接着に利用された樹脂の割れが抑制される。
また、第１の繊維シート１１及び第２の繊維シート１２が協働することにより、手すりパイプ１の健全性（耐衝撃性）を、より効果的に回復させることができる。

なお、変形例として、第２の繊維シート１２の上から、更に、仕上げ塗装を行ってもよい。これにより、第２の繊維シート１２の表面の凹凸が目立ちにくくなり、平滑になるほか、日光や湿気、排気ガスなどの影響を低減出来て好ましい。このとき、第２の繊維シート１２の更にその上から離型フィルムを巻き付けておき、接着樹脂の硬化後に離型フィルムを剥がすことが望ましい。これにより、繊維シート１２の巻き付け箇所の表面平滑性が向上する。

本実施形態によれば、検査路の手すりパイプ１に損傷が確認された場合、第１の繊維シート１１を手すりパイプ１の軸方向に沿って貼り付けるとともに、第１の繊維シート１１の上から第２の繊維シート１２を手すりパイプ１の周方向に沿って巻き付けて含浸接着させるだけで主要な補修作業が完了する。従来の補修作業のように、長スパンの部材を取り換える必要がなくなるため、補修作業の簡素化と低コスト化を図ることができる。
なお、繊維シートとして、強化繊維が一方向に配向した層を有する連続繊維シートの他に強化繊維を織った織布を使用することもできるが、織布であるがゆえに所望の方向に配向する強化繊維量が小さくなるために巻き付け量が多くなり、接着材の含浸も困難となるため適さない。

次に、実施例を示して本発明について具体的に説明する。ＧＦＲＰ製パイプを準備し、検査路の手すりパイプの損傷を模擬するために、ディスクサンダーによりＧＦＲＰ製パイプを周方向に切断した。切断部Ｘ（図３参照）に対して、第１の繊維シートを手すりパイプの軸方向に沿って貼り付けた後、第１の繊維シートの上から第２の繊維シートを手すりパイプの周方向に沿って巻き付け、含浸接着させることにより補修を模擬した。補修後に、３点曲げ試験及び衝撃載荷試験を実施することにより、補修効果を評価した。

第１の繊維シート及び第２の繊維シートの定着長は、切断部Ｘから左右両側にそれぞれ２００ｍｍとした。なお、図３では３点曲げ試験における支持点を三角で示している。３点曲げ試験のスパンは、１２０００ｍｍとした。５ｍｍ／ｍｉｎの変位制御で荷重Ｐを制御し、荷重Ｐの最大値を曲げ荷重として記録した。

衝撃載荷試験は、ＮＥＸＣＯ試験方法 第４編 構造関係試験方法（令和２年７月）に掲載されている試験法４４０―２０１７ ＦＲＰ製及びアルミニウム合金製検査路に関する試験方法の試験項目「手摺りの衝撃載荷試験」に基づいて実施した。支持台にＧＦＲＰ製検査路を固定し、上段の手すりパイプを周方向に切断し、３点曲げ試験と同様の方法で第１の繊維シート及び第２の繊維シートによる補修を行った。互いにランヤードで連結された安全帯とダミーウェイトを準備し、安全帯を上段の手すりパイプに掛けるとともに、ダミーウェイトを上段の手すりパイプの高さから自由落下させた。評価については、手すりパイプの破断が確認されず、検査路の損傷もなかった場合には、補修効果が極めて高いとしてＡＡで評価し、手すりパイプの破断は確認されなかったものの検査路の損傷が確認（ただし、ダミーウェイトの落下無し）された場合には、補修効果が高いとしてＡで評価した。手すりパイプが破断して、ダミーウェイトが落下した場合には、補修効果が低いとしてＢで評価した。ダミーウェイトの重さは８５ｋｇ、ランヤードの長さは１７００ｍｍとした。

実施例１では、第１の繊維シート（軸方向の補修シート）としてアラミド繊維からなるストランドシート（日鉄ケミカル＆マテリアル製の品番：ＦＳＳ－ＡＫ－１２０、繊維目付８３０ｇ／ｍ^２）を使用し、第２の繊維シート（周方向の補修シート）としてアラミド繊維からなる強化繊維シート（日鉄ケミカル＆マテリアル製の品番：ＦＴＳ－ＡＫ－４０、繊維目付２８０ｇ／ｍ^２）を使用した。巻き数は第１及び第２の繊維シートともに１層とした。実施例２では、第１の繊維シートとして実施例１のストランドシートを使用し、第２の繊維シートとして実施例１の品番：ＦＴＳ－ＡＫ－４０よりも繊維の目付量が多いアラミド繊維からなる強化繊維シート（日鉄ケミカル＆マテリアル製の品番：ＦＴＳ－ＡＫ－６０、繊維目付４１５ｇ／ｍ^２）を使用した。比較例１では、第１の繊維シートとして実施例１のストランドシートを使用し、周方向には第２の繊維シートを巻き付けなかった。なお、参考例１は、切断部Ｘがない健全なＧＦＲＰ製パイプとした。

各供試体（参考例１、実施例１～２、比較例１）の３点曲げ試験の結果を図４に示した。図４は、荷重Ｐと荷重点の鉛直変位との関係を記録したグラフであり、縦軸が荷重Ｐ（Ｎ）、横軸が変位量（ｍｍ）である。

実施例１,２と比較例１とを比較して、第１の繊維シート及び第２の繊維シートを用いてＧＦＲＰ製のパイプを補修することにより、耐衝撃性が高められることがわかった（表１参照）。実施例２は、実施例１に対して第２の繊維シートの目付量を増大させた結果、衝撃載荷試験で手摺りパイプは破損しなかったものの、吸収しきれなかった衝撃で検査路（手摺り構造体取り付け基部）に損傷を生じる過剰補修となり、耐衝撃性が低下した（表１参照）。

３点曲げ試験では、全ての供試体が終局状態において圧縮破壊した。図４を参照して、補修をした実施例１,２及び比較例１について、健全状態である参考例１の曲げ剛性及び耐荷重を上回る補修効果が得られた。また、軸方向及び周方向の補強を行った実施例１及び２は、軸方向のみの補強を行った（周方向の補強なし）比較例１よりも最大荷重に達した後の荷重低下が緩和されることがわかった。これは、第２の繊維シートを周方向に貼り付けて第１の繊維シートを拘束することにより、接着樹脂の割れが抑制されたためだと考えられる。

１ 手すりパイプ １ａ 補修個所 ２ 補修シート
１１ 第１の繊維シート １２ 第２の繊維シート

Claims (6)

1. 検査路に設けられるガラス繊維強化樹脂製の手すりパイプの補修方法であって、
   前記手すりパイプの補修個所を少なくとも覆う位置に、強化繊維を含む第１の繊維シートを、繊維の配向方向が前記手すりパイプの軸方向に沿った方向となるように貼り付ける第１ステップと、
   前記第１の繊維シートの上から強化繊維を含む第２の繊維シートを、繊維の配向方向が前記手すりパイプの周方向に沿った方向となるように貼り付ける第２ステップと、
   を有することを特徴とする補修方法。
2. 前記第１の繊維シートは、強化繊維からなる連続繊維を束ねた繊維束が樹脂で硬化された棒状のストランドを一方向に配列させてスダレ状に引き揃えたストランドシート、又は、強化繊維を一方向に配列させた強化繊維シートであり、
   前記第２の繊維シートは、前記強化繊維シートであることを特徴とする請求項１に記載の補修方法。
3. 前記ストランドシートにおける前記ストランドは、互いに横糸で連結されていることを特徴とする請求項２に記載の補修方法。
4. 前記第１及び第２の繊維シートに含まれる強化繊維は、アラミドであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の補修方法。
5. 前記第２の繊維シートの上から、更に、仕上げ塗装を行う第３ステップを有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の補修方法。
6. 検査路に設けられるガラス繊維強化樹脂製の手すりパイプの補修構造であって、
   前記手すりパイプの補修個所を少なくとも覆うように配された、強化繊維を含む第１の繊維シートと、
   前記第１の繊維シートに積層された強化繊維を含む第２の繊維シートと、を有し、
   前記第１の繊維シートにおける強化繊維は、前記手すりパイプの軸方向に沿った方向に配向されており、
   前記第２の繊維シートにおける強化繊維は、前記手すりパイプの周方向に沿った方向に配向されていることを特徴とする補修構造。
   
   

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