JP2023067785A - Reinforcing structure, reinforcing member, and reinforcing method - Google Patents
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Abstract
Description
新規性喪失の例外適用申請有り There is an application for exception to loss of novelty
この発明は、第1鋼材と第2鋼材との接合箇所を有する補強構造、補強部材及び補強方法に関する。 The present invention relates to a reinforcing structure, a reinforcing member, and a reinforcing method having joints between a first steel material and a second steel material.
現在、高速道路リニューアルプロジェクトの一環として、床版取替え等の大規模更新工事等が進められている。その際、床版を取替えることによって、既設鋼桁の耐荷力が不足する場合がある。既設鋼桁の耐荷力が不足する理由には、取替え後の床版による死荷重の増加、竣工時点の設計活荷重からB活荷重への引き上げ、合成桁から非合成桁となる構造上の変化等が挙げられる。そのため、既設鋼桁の補強に対する需要は今後増加することが考えられる。従来、鋼部材を補強する技術として、例えば非特許文献1、特許文献1~2の開示技術が提案されている。
Currently, as part of the expressway renewal project, large-scale renewal work such as floor slab replacement is underway. At that time, the existing steel girders may not have sufficient load-bearing capacity due to the replacement of the floor slabs. The reasons for the insufficient load-bearing capacity of existing steel girders include an increase in dead load due to floor slabs after replacement, an increase in live load from the design live load at the time of completion to B live load, and structural changes from composite girders to non-composite girders. etc. Therefore, the demand for reinforcement of existing steel girders is expected to increase in the future. Conventionally, techniques disclosed in, for example,
非特許文献1の鋼I桁を補強する方法は、2つの鋼I桁の下側フランジ同士を連結する下フランジ連結板を取り替える際に、ウェブ同士を連結するウェブ連結板の下側の一部分を撤去し、この撤去した部分に金属板からなるウェブバイパス部材をボルト接合する。
In the method of reinforcing steel I girders in Non-Patent
特許文献1の鋼構造物の補修補強方法は、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、パテ層の上に、複数層の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。
The method for repairing and reinforcing a steel structure in
特許文献2の補修方法は、鋼製母材の面外に継手鋼部材が回し溶接されてなる鋼製構造物における、前記継手鋼部材の止端部に発生したき裂を炭素繊維強化樹脂板を貼付して補修する方法であって、少なくとも前記炭素繊維強化樹脂板を前記継手鋼部材の両側面及び止端部の母材面に略コの字状に貼付すると同時に、該略コの字状の内側面が前記母材と継手鋼部材との溶接部の溶接ビードに密着して貼付されている。
In the repair method of
ところで、非特許文献1の補強方法では、ウェブバイパス部材をボルト接合するためのボルト孔をウェブに形成したり、ウェブバイパス部材を溶接接合する必要があるため、施工が容易でない。
By the way, in the reinforcing method of Non-Patent
I型断面鋼材は、例えば橋梁の床版等を下方から支持する桁部材として用いられる。しかしながら、I型断面鋼材の上フランジには、床版が載置されることから、上フランジの下面側から補強を行う等、施工が制限されることもある。このため、短い施工時間で補強可能な技術が求められている。 The I-section steel material is used, for example, as a girder member that supports the floor slab of a bridge from below. However, since the floor slab is placed on the upper flange of the I-section steel material, construction may be limited, such as reinforcing the upper flange from the lower surface side. Therefore, there is a demand for a technique that enables reinforcement in a short construction time.
また、非特許文献1の補強方法では、金属板からなるウェブバイパス部材を接合するため、補強後の死荷重の増加が大きくなることが懸念される。更には、例えば鋼I桁の上フランジの下面には、垂直補剛材が接合されることもある。上フランジと垂直補剛材との接合箇所を有する鋼部材を補強する場合、接合箇所の補強が難しいという事情がある。
Further, in the reinforcing method of Non-Patent
特許文献1の開示技術では、垂直補剛材が設けられたI型断面鋼材を補強しようとしても、垂直補剛材により繊維シートを材軸方向に連続して貼ることができない。また、特許文献2の開示技術は、あくまで疲労き裂に対して適用できるものの、曲げ補強に関するものではない。このため、特許文献1、2の開示技術では、上フランジと垂直補剛材との接合箇所を有する鋼部材を補強する場合、接合箇所の補強が難しいという事情がある。したがって、鋼材同士の接合箇所においても補強効果を発揮できる技術が求められている。
In the technique disclosed in
そこで本発明は、上述した事情に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、鋼部材の接合箇所において死荷重の増加を抑制でき、かつ容易に補強を行うことが可能となる補強構造、補強部材及び補強方法を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been devised in view of the circumstances described above, and its object is to suppress an increase in dead load at joints of steel members and to facilitate reinforcement. It is an object of the present invention to provide a reinforcing structure, a reinforcing member, and a reinforcing method.
第1発明に係る補強構造は、第1鋼材と、前記第1鋼材に接合される第2鋼材と、を有する鋼部材を補強する補強構造であって、前記鋼部材と、前記鋼部材を補強するための補強部材と、を備え、前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるFRP板材を有し、前記FRP板材は、前記第2鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第1鋼材に貼り付けられる一対の貼り付け部と、前記第2鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、前記FRP板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有することを特徴とする。 A reinforcing structure according to a first aspect of the invention is a reinforcing structure for reinforcing a steel member having a first steel material and a second steel material joined to the first steel material, wherein the steel member and the steel member are reinforced. and a reinforcing member for , a pair of attachment portions formed on both sides of the second steel member and attached to the first steel member, and a bypass portion connecting the pair of attachment portions by bypassing the second steel member. The fiber orientation formed in the FRP plate is characterized by having a main direction from one attachment portion to the other attachment portion and at least two directions different from the main direction.
第2発明に係る補強構造は、第1発明において、前記主方向とは異なる方向に配向する少なくとも2方向の前記繊維配向は、前記主方向から絶対値で15°~75°で傾いており、前記主方向を軸とした線対称となっていることを特徴とする。 A reinforcing structure according to a second invention is the reinforcing structure according to the first invention, wherein the fiber orientation in at least two directions oriented in directions different from the main direction is inclined at an absolute value of 15 ° to 75 ° from the main direction, It is characterized by being symmetrical with respect to the main direction.
第3発明に係る補強構造は、第1発明において、前記補強部材は、前記貼り付け部と前記第1鋼材との間に連続繊維材を更に備え、前記連続繊維材は、前記第2鋼材を挟んで両側に離間して一対設けられることを特徴とする。 A reinforcing structure according to a third aspect of the invention is, in the first aspect, wherein the reinforcing member further includes a continuous fiber material between the attachment portion and the first steel material, and the continuous fiber material includes the second steel material. It is characterized by providing a pair on both sides with a space therebetween.
第4発明に係る補強構造は、第1発明において、前記補強部材は、前記貼り付け部と前記第1鋼材との間に接着層を更に備え、前記接着層は、高伸度弾性樹脂層を含むことを特徴とする。 A reinforcing structure according to a fourth invention is the reinforcing member in the first invention, wherein the reinforcing member further includes an adhesive layer between the attachment portion and the first steel material, and the adhesive layer comprises a high elongation elastic resin layer. characterized by comprising
第5発明に係る補強構造は、第1発明において、前記FRP板材の厚みは、前記主方向において、端部側に向けてテーパー状に形成されることを特徴とする。 A reinforcing structure according to a fifth invention is characterized in that in the first invention, the thickness of the FRP plate material is tapered toward the end portion side in the main direction.
第6発明に係る補強構造は、第1発明において、前記補強部材は、前記FRP板材に貼り付けられる繊維シートを有し、前記FRP板材は、側端から切り欠かれるとともに前記第2鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記FRP板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記FRP板材に貼り付けられることを特徴とする。 A reinforcement structure according to a sixth invention is the reinforcement structure according to the first invention, wherein the reinforcing member has a fiber sheet attached to the FRP plate material, and the FRP plate material is notched from a side end and the second steel material is inserted. and a reduced portion in which the size of the FRP plate is reduced by the cutout, and the fiber sheet is attached to the FRP plate so as to straddle the reduced portion. Characterized by
第7発明に係る補強構造は、第6発明において、前記FRP板材は、前記第1鋼材の接着面が形成される第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面と、を有し、前記繊維シートは、前記第1主面に貼り付けられることを特徴とする。 A reinforcing structure according to a seventh invention is the reinforcement structure according to the sixth invention, wherein the FRP plate material has a first main surface on which the bonding surface of the first steel material is formed, and a second main surface opposite to the first main surface. , and the fiber sheet is attached to the first main surface.
第8発明に係る補強構造は、第6発明又は第7発明において、前記FRP板材は、前記第1鋼材の接着面が形成される第1主面と、前記第1主面と反対側の第2主面と、を有し、前記繊維シートは、前記第2主面に貼り付けられることを特徴とする。 A reinforcing structure according to an eighth invention is the reinforcement structure according to the sixth invention or the seventh invention, wherein the FRP plate material has a first main surface on which the bonding surface of the first steel material is formed, and a first main surface on the opposite side of the first main surface. and two main surfaces, and the fiber sheet is attached to the second main surface.
第9発明に係る補強部材は、第1鋼材と、前記第1鋼材に接合される第2鋼材と、を有する鋼部材を補強するための補強部材であって、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるFRP板材を有し、前記FRP板材は、前記第2鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第1鋼材に貼り付けるための一対の貼り付け部と、前記第2鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐためのバイパス部と、が形成され、前記FRP板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有することを特徴とする。 A reinforcing member according to a ninth aspect of the invention is a reinforcing member for reinforcing a steel member having a first steel material and a second steel material joined to the first steel material, wherein continuous reinforcing fibers are pulled in one direction. It has an FRP plate material in which a plurality of unidirectional fiber sheets that are aligned and impregnated with resin are laminated, and the FRP plate material is formed on both sides of the second steel material and is attached to the first steel material. A pair of attached portions and a bypass portion for bypassing the second steel material and connecting the pair of attached portions are formed, and the fiber orientation in the FRP plate material is from one of the attached portions to the other. It has a main direction toward the attachment portion and at least two directions different from the main direction.
第10発明に係る補強部材は、第9発明において、前記FRP板材に貼り付けられる繊維シートを有し、前記FRP板材は、側端から切り欠かれるとともに前記第2鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記FRP板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記FRP板材に貼り付けられることを特徴とする。 A reinforcing member according to a tenth aspect of the present invention is a reinforcing member according to the ninth aspect of the present invention, which has a fiber sheet attached to the FRP plate material, and the FRP plate material is cut out from a side end and a notch portion into which the second steel material is inserted. and a reduced portion in which the size of the FRP plate material is reduced by the notch portion, and the fiber sheet is attached to the FRP plate material so as to straddle the reduced portion.
第11発明に係る補強方法は、第1鋼材と、前記第1鋼材に接合される第2鋼材と、を有する鋼部材を補強する鋼部材の補強方法であって、前記鋼部材に補強部材を設置する設置工程を備え、前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されたFRP板材を有し、前記FRP板材は、前記第2鋼材を挟んで両側に形成される一対の貼り付け部と、一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、前記FRP板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有し、前記設置工程は、前記バイパス部により前記第2鋼材を迂回するように前記第1鋼材に一対の前記貼り付け部を貼り付けることを特徴とする。 A reinforcing method according to an eleventh aspect of the present invention is a method for reinforcing a steel member having a first steel member and a second steel member joined to the first steel member, wherein the steel member is provided with the reinforcing member. The reinforcing member has an FRP plate material in which a plurality of unidirectional fiber sheets in which continuous reinforcing fibers are aligned in one direction and are impregnated with resin are laminated, and the FRP plate material is the second 2. A pair of attached portions formed on both sides of the steel material and a bypass portion connecting the pair of attached portions are formed, and the fiber orientation in the FRP plate material is from one of the attached portions to the other. a main direction toward the affixing portion and at least two directions different from the main direction; It is characterized by sticking the said sticking part.
第12発明に係る鋼部材の補強方法は、第11発明において、前記補強部材は、前記FRP板材に貼り付けられる繊維シートを有し、前記FRP板材は、側端から切り欠かれるとともに前記第2鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記FRP板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記FRP板材に貼り付けられ、前記設置工程では、前記FRP板材の前記切欠き部に前記第2鋼材を挿入し、前記FRP板材を前記第1鋼材に貼り付けることを特徴とする。 A method for reinforcing a steel member according to a twelfth invention is, in the eleventh invention, wherein the reinforcing member has a fiber sheet attached to the FRP plate, and the FRP plate is notched from a side end and the second It has a notch into which a steel material is inserted, and a reduced portion in which the size of the FRP plate is reduced by the notch, and the fiber sheet is attached to the FRP plate so as to straddle the reduced portion. In the installation step, the second steel member is inserted into the notch portion of the FRP plate member, and the FRP plate member is attached to the first steel member.
本発明によれば、鋼部材の接合箇所において死荷重の増加を抑制でき、補強を容易に行うことが可能となる。さらに、ボルトや当て板、補剛版などの障害物があるために十分な定着長が取れず、補強が困難な箇所であっても、本発明の補強部材及びこれを用いた補強構造によって障害物を回避しつつ適正な補強を行うことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to suppress the increase in the dead load in the joint part of a steel member, and to reinforce easily. Furthermore, even if there are obstacles such as bolts, backing plates, stiffening plates, etc., and it is difficult to reinforce a place where a sufficient fixing length cannot be obtained, the reinforcing member of the present invention and a reinforcing structure using the same can prevent obstacles. You can do proper reinforcement while avoiding things.
以下、本発明の実施形態としての補強構造、補強部材及び補強方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、高さ方向を第3方向Zとし、第3方向Zと交差、例えば直交する1つの平面方向を第1方向Xとし、第3方向Z及び第1方向Xのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第2方向Yとする。また、各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。 An example of a reinforcing structure, a reinforcing member, and a reinforcing method according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each figure, the height direction is defined as a third direction Z and intersects with the third direction Z. , for example, a second direction Y is another orthogonal plane direction. Also, the configuration in each drawing is schematically described for explanation, and for example, the size of each configuration and the comparison of the size of each configuration may differ from those in the drawings.
(第1実施形態:補強構造100)
図1は、第1実施形態における補強構造100の一例が設けられる橋梁9を一部破断して示す斜視図である。図2(a)は、第1実施形態における補強構造100の一例を示す正面図であり、図2(b)は、図2(a)の2A-2A断面図である。図3(a)は、第1実施形態における補強部材1の一例を示す正面図であり、図3(b)は、図3(a)の3A-3A断面図である。
(First embodiment: reinforcement structure 100)
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a
補強構造100は、例えば橋梁9の床版91を下方から支持する既設のI型断面鋼材5を補強する。補強構造100は、I型断面鋼材5と、補強部材1と、を備える。I型断面鋼材5は、床版91を支持する桁材として用いられるほか、例えば梁材として用いられる。
The
<I型断面鋼材5>
I型断面鋼材5は、橋脚92に載置され、材軸方向が第2方向Yに沿って配置される。I型断面鋼材5は、一対のフランジ51、52と、一対のフランジ51、52を繋ぐウェブ53と、一対のフランジ51、52の間に設けられる垂直補剛材54と、を有する。フランジ51は、第3方向Zの上側のフランジであり、フランジ52は、下側のフランジである。I型断面鋼材5は、フランジ51の上面51aに床版91が載置される。I型断面鋼材5は、例えばフランジ51の下面51bに補強部材1が設けられる。垂直補剛材54は、例えば鋼板が用いられ、ウェブ53の座屈を防止するための補剛材である。
<I-type
The I-
<補強部材1>
補強部材1は、I型断面鋼材5を補強する。補強部材1は、FRP板材2と、繊維シート3と、接着層4と、を備える。
<Reinforcing
The reinforcing
<FRP板材2>
FRP板材2は、FRP(Fiber Reinforced Plastics)製で、例えばCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)製の板材が用いられる。FRPのマトリックス樹脂は熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のいずれも使用することができるが、熱硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂やエポキシ樹脂が好ましい。FRP板材2は、外形が矩形状の板材であり、長手方向が第2方向Yに延びて形成される。FRP板材2は、フランジ51の下面51bに接着層4を介して接着される。FRP板材2は、フランジ51の下面51bに接着される接着面が形成される第1主面2aと、第1主面2aとは反対側の第2主面2bと、を有する。本実施形態では、第1主面2aは、FRP板材2の上面であり、第2主面2bは、FRP板材2の下面である。
<
The
FRP板材2は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が0.05以上6.00以下であることが好ましく、0.15以上0.35以下であることがさらに好ましい。これにより、切欠き部分における軸直角方向への応力伝達ロスを低減することができる。
The
FRP板材2は、第1方向Xの一方の側端から切り欠かれて形成される切欠き部21と、切欠き部21によりFRP板材2の寸法が縮小した縮小部22と、を有する。切欠き部21には、垂直補剛材54が挿入される。縮小部22は、切欠き部21と第1方向Xで隣接して形成される。なお、FRP板材2は、切欠き部21が複数形成されてもよい。
また、切欠き部分においても応力伝達するように、軸方向に対し-45/0/45°方向に一方向材(後述する一方向繊維シート29)が積層されたものであることが好ましい。
The
Moreover, it is preferable that unidirectional members (
<繊維シート3>
繊維シート3は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維等の連続繊維シート(例えば、トウシート(登録商標))や予め樹脂を含侵、硬化させた複数のFRPストランドをすだれ状に加工したシート(例えば、ストランドシート(登録商標))が用いられる。繊維シート3は、炭素繊維等の繊維シートが例えば複数積層され、複数の層が互いに接着されてなるものであり、前記トウシートや前記ストランドシートに施工現場で樹脂を含侵、硬化させて形成されてもよいし、予めプレート状に成形したものを接着してもよい。
<
The
繊維シート3は、縮小部22を第2方向Yで跨ぐように、FRP板材2の第1主面2aに貼り付けられる。繊維シート3は、FRP板材2において、接着層4が設けられない部分に貼り付けられる。繊維シート3は、縮小部22の中心線に対して第2方向Yに向かって左右均等な長さとなるように貼り付けられるが、応力伝達区間確保のために接着長を少なくとも両端100mm以上設けておくことが好ましい。
The
<接着層4>
接着層4は、フランジ51の下面51bとFRP板材2の第1主面2aとを互い接着し、フランジ51の下面51bとFRP板材2の第1主面2aとの間に設けられる。接着層4は、高伸度弾性樹脂層を含むことが望ましく、例えばポリウレア樹脂層41と、エポキシ樹脂層42と、を含む。ポリウレア樹脂層41は、フランジ51に接触され、FRP板材2から離間する。このとき、エポキシ樹脂層42は、FRP板材2に接触され、フランジ51から離間する。これにより、フランジ51の降伏後、早期にポリウレア樹脂層41が剥離するのを抑制することができる。
<
The
なお、ポリウレア樹脂層41は、FRP板材2に接触され、フランジ51から離間してもよい。エポキシ樹脂層42は、フランジ51に接触され、FRP板材2から離間する。このように、ポリウレア樹脂層41は、FRP板材2に接着し、エポキシ樹脂層42は、フランジ51に接触される。これにより、FRP板材2側でポリウレア樹脂層41を接着する作業と、フランジ51側で他の樹脂層を施工する作業と、を同時に行うことができる。
The
接着層4は、フランジ51の下面51bとFRP板材2の第1主面2aとを互い接着できる周知の樹脂材料が用いられる。接着層4として、例えばエポキシ樹脂層42の代わりとしてアクリル樹脂、ポリウレア樹脂層41の代わりとしてウレアウレタン樹脂等の高伸度弾性樹脂を用いることもできる。高伸度弾性樹脂とは引張弾性率が50~100N/mm2かつ、引張最大荷重時伸びが300%以上の樹脂である。なお、高伸度弾性樹脂の引張最大荷重伸びは好ましくは300%~1200%であり、より好ましくは300%~700%であり、更に好ましくは300%~500%である。
The
接着層4は、FRP板材2に予め形成されていることが好ましいが、施工現場にてFRP板材に形成してもよいし、フランジ下面51bに形成してもよい。
The
(第1実施形態:補強方法の一例)
次に、第1実施形態における補強方法の一例を説明する。図4は、第1実施形態における補強方法の一例を示す図であり、図4(a)は、フランジ51に接着する前の補強部材1を示す図であり、図4(b)は、フランジ51に接着した後の補強部材1を示す図である。補強方法は、I型断面鋼材5に補強部材1を設ける設置工程を備える。
(First embodiment: an example of a reinforcing method)
Next, an example of the reinforcement method in 1st Embodiment is demonstrated. 4A and 4B are diagrams showing an example of a reinforcing method in the first embodiment, FIG. 4A is a diagram showing the reinforcing
先ず、図4(a)に示すように、設置工程では、FRP板材2の側端から切り欠かれた切欠き部21によりFRP板材2の寸法が縮小した縮小部22を第2方向Yで跨ぐように繊維シート3を第1主面2aに貼り付ける。そして、設置工程では、FRP板材2の第1主面2aに接着層4を設ける。そして、設置工程では、FRP板材2の切欠き部21に垂直補剛材54を挿入する。
First, as shown in FIG. 4( a ), in the installation step, the
次に、図4(b)に示すように、設置工程では、第1主面2aに設けた接着層4を、フランジ51の下面51bに接着する。
Next, as shown in FIG. 4B, in the installation step, the
以上により、第1実施形態における補強方法の一例が完了する。 An example of the reinforcement method in 1st Embodiment is completed by the above.
本実施形態によれば、補強部材1は、フランジ51に接着されるFRP板材2と、FRP板材2に貼り付けられる繊維シート3と、を有し、FRP板材2は、側端から切り欠かれるとともに垂直補剛材54が挿入される切欠き部21と、切欠き部21によりFRP板材2の寸法が縮小した縮小部22と、を有し、繊維シート3は、縮小部22を跨ぐように、FRP板材2に貼り付けられる。すなわち、切欠き部21が垂直補剛材54をかわすように配置され、切欠き部21によるFRP板材2の断面欠損を補うように繊維シート3が配置される。このため、荷重が作用したとき、FRP板材2と欠損断面補強用の繊維シート3まで応力伝達が行われ補強部材1が応力を受け持つことによりフランジ51の応力を低減させることができる。したがって、垂直補剛材54が設けられるI型断面鋼材5に、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
また、本実施形態によれば、繊維シート3が貼り付けられたFRP板材2の切欠き部21に垂直補剛材54を挿入し、FRP板材2をフランジ51に接着する。このため、垂直補剛材54が設けられたI型断面鋼材5に対して、短時間で施工可能となる。
Further, according to this embodiment, the
本実施形態によれば、FRP板材2は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が0.05以上6.00以下である。これにより、切欠き部21での応力伝達ロスを低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。特に、FRP板材2は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が0.15以上0.35以下であることにより、切欠き部21での応力伝達ロスを大きく低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the
本実施形態によれば、補強部材1は、FRP板材2をフランジ51に接着するための接着層4を更に有し、接着層4は、ポリウレア樹脂層41等の高伸度弾性樹脂層を含む。エポキシ樹脂層のみで接着させる場合と比較して、より柔軟に変形可能なポリウレア樹脂層41等の高伸度弾性樹脂層を用いることで、FRP板材2がI型断面鋼材5から剥離するのを抑制し、より大きな変形に対しても補強効果を保つことができ、高伸度弾性樹脂層のせん断遅れ効果を発揮できる。このため、FRP板材2がI型断面鋼材5から剥離せずに曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
本実施形態によれば、補強部材1は、FRP板材2をフランジ51に接着するための接着層4を更に有し、接着層4は、ポリウレア樹脂層41等の高伸度弾性樹脂層を含み、ポリウレア樹脂層41等の高伸度弾性樹脂層は、フランジ51に接触し、FRP板材2から離間する。これにより、フランジ51の降伏後、早期に高伸度弾性樹脂層が剥離するのを抑制することができる。このため、曲げ補強効果をより一層発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
本実施形態によれば、補強部材1は、FRP板材2をフランジ51に接着するための接着層4を更に有し、接着層4は、ポリウレア樹脂層41等の高伸度弾性樹脂層と、ポリウレア樹脂層41とは異なるエポキシ樹脂層42等の他の樹脂層と、を含み、ポリウレア樹脂層41等の高伸度弾性樹脂層は、FRP板材2に接着し、他の樹脂層は、フランジ51に接触される。これにより、FRP板材2側で高伸度弾性樹脂層を接着する作業と、フランジ51側で他の樹脂層を施工する作業と、を同時に行うことができる。このため、より短時間で施工可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
本実施形態によれば、繊維シート3は、第1主面2aに貼り付けられる。これにより、繊維シート3が、第2主面2bに貼り付けられる場合よりも、I型断面鋼材5の中立軸からより離間した位置に配置される。このため、補強構造100全体としての断面2次モーメントを増加させることができ、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the
本実施形態によれば、上側のフランジ51の下面51bにFRP板材2が接着される。このため、フランジ51の上面51aに床版91等の構造物が設けられる場合であっても、I型断面鋼材5に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the
本実施形態によれば、補強部材1は、フランジ51に貼り付けられるFRP板材2を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。
According to this embodiment, the reinforcing
(第2実施形態:補強構造100)
次に、第2実施形態における補強構造100の一例について説明する。以下、上述した第1実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。図5は、第2実施形態における補強構造100の一例を示す断面図である。図5に示すように、本実施形態では、上側のフランジ51にFRP板材2が接着される。繊維シート3は、第2主面2bに貼り付けられる。
(Second embodiment: reinforcement structure 100)
Next, an example of the
特に、本実施形態によれば、繊維シート3は、第2主面2bに貼り付けられる。これにより、フランジ51の上面51aに床版91等の構造物が設けられる場合であっても、繊維シート3の厚さの制限を受けることなく、I型断面鋼材5に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
In particular, according to this embodiment, the
(第3実施形態:補強構造100)
次に、第3実施形態における補強構造100の一例について説明する。図6(a)は、第3実施形態における補強構造100の一例を示す断面図であり、図6(b)は、第3実施形態における補強構造100の第1変形例を示す断面図である。図6に示すように、本実施形態では、下側のフランジ52にFRP板材2が接着される。FRP板材2は、フランジ52の上面52aに接着される接着面が形成される第1主面2aと、第1主面2aとは反対側の第2主面2bとを、有する。本実施形態では、第1主面2aは、FRP板材2の下面であり、第2主面2bは、FRP板材2の上面である。
(Third Embodiment: Reinforcing Structure 100)
Next, an example of the
図6(a)に示すように、繊維シート3は、FRP板材2の第1主面2aに貼り付けられる。
As shown in FIG. 6(a), the
図6(b)に示すように、繊維シート3は、FRP板材2の第2主面2bに貼り付けられる。
As shown in FIG. 6(b), the
特に、本実施形態によれば、下側のフランジ52にFRP板材2が接着される。これにより、上向き作業とならずに、FRP板材2を下側のフランジ52に接着することができる。このため、施工時の作業者の負担を低減させることが可能となる。
In particular, according to this embodiment, the
特に、本実施形態によれば、繊維シート3は、第1主面2aに貼り付けられる。これにより、繊維シート3が、第2主面2bに貼り付けられる場合よりも、I型断面鋼材5の中立軸からより離間した位置に配置される。このため、補強構造100全体としての断面2次モーメントを増加させることができ、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。
In particular, according to this embodiment, the
特に、本実施形態によれば、繊維シート3は、第2主面2bに貼り付けられる。これにより、フランジ52の下面52bに橋脚92等の構造物が設けられる場合であっても、繊維シート3の厚さの制限を受けることなく、I型断面鋼材5に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
In particular, according to this embodiment, the
(第4実施形態:補強構造100)
図7、図8(a)及び図8(b)に示すように、補強構造100は、例えば橋梁9の床版91を下方から支持する既設のI型断面鋼材5を補強する。補強構造100は、鋼部材としてのI型断面鋼材5と、補強部材1と、を備える。I型断面鋼材5は、床版91を支持する桁材として用いられるほか、例えば梁材として用いられる。
(Fourth embodiment: reinforcing structure 100)
As shown in FIGS. 7, 8(a) and 8(b), the reinforcing
<補強部材1>
補強部材1は、I型断面鋼材5を補強する。補強部材1は、FRP板材2と、接着層4と、を備える。
<Reinforcing
The reinforcing
<FRP板材2>
FRP板材2は、フランジ51の下面51bに接着層4を介して貼り付けられる。
<
The
図9に示すように、FRP板材2は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維等の連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シート29が複数積層されて構成される。一方向繊維シート29は、FRP(Fiber Reinforced Plastics)製で、例えばCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)製である。なお、CFRP製とする場合、一方向繊維シート29は、JIS A1191:2004にて測定される引張強度が2300N/mm2以上、かつ、弾性率が280GPa~450GPaの炭素繊維シートであることが好ましい。
As shown in FIG. 9, the
FRPのマトリックス樹脂は熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のいずれも使用することができるが、熱硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂やエポキシ樹脂が好ましい。FRP板材2は、長手方向が第2方向Yに延びて形成され、FRP板材2の長手方向の端部28は応力集中の回避や施工性、応力伝達に関与しない不必要な箇所を設けないといった観点から端部28に平面視において任意の角度のテーパーを付けることが望ましい。なお、端部28におけるテーパー角については特に制限はないが、FRP板材2を構成する一方向繊維シートのうち、主方向以外の少なくとも2方向の配向方向に沿った角度であることが好ましい。
Either thermosetting resin or thermoplastic resin can be used as the matrix resin of FRP, but vinyl ester resin and epoxy resin, which are thermosetting resins, are preferable. The
FRP板材2は、主方向に配向する一方向繊維シート29の繊維配向と、他の一方向繊維シート29の繊維配向と、が異なる。これにより、FRP板材2の一方の貼り付け部23aからバイパス部24を介して他方の貼り付け部23bに応力が伝達され、I型断面鋼材5の応力を低減できる。例えばFRP板材2は、一方の貼り付け部23aから他方の貼り付け部23bに向かう第2方向Yを繊維配向(図9中のP1方向、「主方向」とも呼ぶ)とする一方向繊維シート29と、第2方向Yに対して角度θ1(例えば+45°)傾いた方向(図9中のP2方向)を繊維配向とする一方向繊維シート29と、第2方向Yに対して角度θ2(例えば-45°)傾いた方向(図9中のP3方向)を繊維配向とする一方向繊維シート29と、を有する。このように、FRP板材2は、主方向と当該主方向とは異なる少なくとも2つの方向の少なくとも計3方向の繊維配向となっており、第2方向Yを繊維配向とする一方向繊維シート29を有する場合、他の少なくとも2つの方向の一方向繊維シート29の繊維配向が第2方向Yに対して絶対値で15°~75°程度傾いていることが好ましく、30°~60°程度傾いていることがより好ましく、45°傾いていることが最も好ましい。
なお、4軸以上の繊維配向をとる場合は、主方向に直角(90°)方向の繊維配向が含まれてもよい。
In the
In addition, when taking fiber orientation of 4 axes or more, the fiber orientation of the orthogonal|vertical (90 degree) direction may be included in a main direction.
図10に示すように、FRP板材2は、一対の貼り付け部23(23a及び23b)と、バイパス部24と、切欠き部21と、を有する。貼り付け部23は、垂直補剛材54を挟んで第2方向Yの両側に形成される。貼り付け部23は、接着層4が設けられ、フランジ51の下面51bに貼り付けられる。バイパス部24は、貼り付け部23と第1方向Xで隣接して形成され、垂直補剛材54を迂回して一対の貼り付け部23を繋ぐ。切欠き部21は、第1方向Xの一方の側端から切り欠かれて形成され、切欠き部21によりFRP板材2の幅寸法が縮小した縮小部22が形成される。縮小部22は、バイパス部24に形成される。切欠き部21には、垂直補剛材54が挿入される。切欠き部21は、例えば台形状に切り欠かれるが、その形状は任意であるものの、FRP板材2を構成する一方向繊維シート29の繊維配向に沿った形状であることが好ましい。また、FRP板材全体での一方向繊維シートの繊維配向は主方向を軸とした線対称であることが望ましい。
As shown in FIG. 10, the
FRP板材2の各種寸法は、補強する構造物次第によってFRP板材2が設計されるために特に規定はないが、全長については作業性の観点などから2500mm程度が上限となる。
また、FRP板材2に設けられた一対の貼り付け部23(23a,23b)の端部から切欠き部21までの伝達区間Lの長さは、一方の貼り付け部からバイパス部24を通じて伝達される応力が局所的にかからないようする観点から、300mm以上あることが望ましく、600mm以上あることがより望ましい。
Various dimensions of the
In addition, the length of the transmission section L from the ends of the pair of affixed portions 23 (23a, 23b) provided on the
図11に示すように、FRP板材2の厚みは、主方向において、端部28側に向けてテーパー状に形成されることが好ましい。なお、テーパー形状は直方体などの板状の一方向繊維シートの端部を削る・切るなどをすることで形成してもよいし、サイズのみ異なる相似形状の一方向繊維シート29を複数枚積層して形成してもよい。
As shown in FIG. 11, the thickness of the
<接着層4>
接着層4は、フランジ51の下面51bとFRP板材2の貼り付け部23とを互いに接着し、フランジ51の下面51bとFRP板材2の貼り付け部23との間に設けられる。接着層4は、高伸度弾性樹脂層を含むことが望ましく、例えばエポキシ樹脂層を含む。
<
The
接着層4は、フランジ51の下面51bとFRP板材2の貼り付け部23とを互い接着できる周知の樹脂材料が用いられる。接着層4として、例えばエポキシ樹脂層の代わりとしてアクリル樹脂層、ポリウレア樹脂層、ウレアウレタン樹脂等の高伸度弾性樹脂を用いることもできる。高伸度弾性樹脂とは、引張弾性率が50~100N/mm2かつ、引張最大荷重時伸びが300%以上の樹脂である。なお、高伸度弾性樹脂の引張最大荷重伸びは好ましくは300%~1200%であり、より好ましくは300%~700%であり、更に好ましくは300%~500%である。
The
(第4実施形態:鋼部材の補強方法の一例)
次に、第4実施形態における鋼部材の補強方法の一例を説明する。図12(a)及び図12(b)に示すように、鋼部材の補強方法は、I型断面鋼材5に補強部材1を設置する設置工程を備える。
(Fourth Embodiment: An example of a method for reinforcing a steel member)
Next, an example of a reinforcing method for steel members in the fourth embodiment will be described. As shown in FIGS. 12( a ) and 12 ( b ), the steel member reinforcement method includes an installation step of installing the
先ず、図12(a)に示すように、設置工程では、貼り付け部23に接着層4を設ける。そして、図12(b)に示すように、設置工程では、バイパス部24により垂直補剛材54を迂回するようにフランジ51の下面51bに一対の貼り付け部23を接着層4を介して貼り付ける。
First, as shown in FIG. 12( a ), in the installation step, the
以上により、第1実施形態における補強方法の一例が完了する。 An example of the reinforcement method in 1st Embodiment is completed by the above.
本実施形態によれば、補強部材1は、フランジ51に貼り付けられるFRP板材2を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。
According to this embodiment, the reinforcing
本実施形態によれば、補強部材1は、一方向繊維シート29が複数積層されるFRP板材2を有し、FRP板材2は、垂直補剛材54を挟んで両側に形成されるとともにフランジ51に貼り付けられる一対の貼り付け部23と、垂直補剛材54を迂回して一対の貼り付け部23を繋ぐためのバイパス部24と、が形成され、FRP板材2における繊維配向は、一方の貼り付け部23aから他方の貼り付け部23bに向かう主方向と、主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有する。これにより、I型断面鋼材5のフランジ51に荷重が作用したとき、一方の貼り付け部23aからバイパス部24を介して他方の貼り付け部23bへの応力の伝達を円滑に行うことができる。このように、補強部材1が応力を受け持つことによりフランジ51の応力を低減させることができる。このため、I型断面鋼材5におけるフランジ51と垂直補剛材54との接合箇所において、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
また、本実施形態によれば、FRP板材2の貼り付け部23をフランジ51に貼り付ける。これにより、補強部材1による鋼部材の補強を容易に行うことが可能となる。
Further, according to this embodiment, the
さらに、本実施形態によれば、垂直補剛材54のような第2鋼材を迂回して一対の貼り付け部23を繋ぐためのバイパス部24と、が形成される。これにより、ボルトや当て板、補剛版などの障害物があるために十分な定着長が取れず、補強が困難な箇所であっても、障害物を回避しつつ適正な補強を行うことができる。
Furthermore, according to the present embodiment, a
本実施形態によれば、主方向とは異なる方向に配向する少なくとも2つの方向の繊維配向は、主方向から絶対値で15°~75°で傾いており、主方向を軸とした線対称となっている。これにより、FRP板材2の等方性を高め、応力を効率よく均一に伝達することができる。このため、圧縮と引張の両方に対する曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。
According to the present embodiment, the fiber orientations in at least two directions that are oriented in directions different from the main direction are inclined at an absolute value of 15° to 75° from the main direction, and are line symmetrical about the main direction. It's becoming As a result, the isotropy of the
本実施形態によれば、切欠き部21は、一方向繊維シート29の繊維配向に沿った形状である。これにより、切欠きに沿った方向に配向する繊維の連続性が保たれるため、一方の貼り付け部23aからバイパス部24を経由して他方の貼り付け部23bへの円滑な応力伝達が可能となる。
According to this embodiment, the
本実施形態によれば、補強部材1は、貼り付け部23とフランジ51との間に接着層4を更に備え、接着層4は、高伸度弾性樹脂層を含む。これにより、フランジ51の降伏後、早期に高伸度弾性樹脂層が剥離するのを抑制することができる。このため、曲げ補強効果をより一層発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
本実施形態によれば、FRP板材2の厚みは、主方向において、端部28側に向けてテーパー状に形成される。これにより、FRP板材2による断面の急変を抑制でき、FRP板材2の端部28における応力集中を抑制できる。このため、一方の貼り付け部23aからバイパス部24を介して他方の貼り付け部23bへと応力伝達がより円滑に行われる。
According to this embodiment, the thickness of the
本実施形態によれば、FRP板材2は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が0.05以上6.00以下である。これにより、切欠き部21での応力伝達ロスを低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。特に、FRP板材2は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が0.15以上0.35以下であることにより、切欠き部21での応力伝達ロスを大きく低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the
本実施形態によれば、上側のフランジ51の下面51bにFRP板材2の貼り付け部23が貼り付けられる。このため、フランジ51の上面51aに床版91等の構造物が設けられる場合であっても、I型断面鋼材5に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the
(第5実施形態:補強構造100)
次に、第5実施形態における補強構造100の一例について説明する。図13(a)及び図13(b)に示すように、本実施形態では、補強部材1は、第1実施形態と同様に、FRP板材2と、繊維シート3と、接着層4と、を備える。この場合、第1実施形態と同様に、繊維シート3は、縮小部22を跨ぐように、FRP板材2に貼り付けられる。
(Fifth embodiment: reinforcing structure 100)
Next, an example of the
(第6実施形態:補強構造100)
次に、第6実施形態における補強構造100の一例について説明する。図14に示すように、本実施形態では、下側のフランジ52の上面52aにFRP板材2の貼り付け部23が接着層4を介して貼り付けられる。
(Sixth embodiment: reinforcement structure 100)
Next, an example of the
特に、本実施形態によれば、下側のフランジ52にFRP板材2の貼り付け部23が貼り付けられる。これにより、上向き作業とならずに、FRP板材2を下側のフランジ52に接着することができる。このため、施工時の作業者の負担を低減させることが可能となる。
In particular, according to this embodiment, the
(第6実施形態:補強構造100)
次に、第6実施形態における補強構造100の一例について説明する。図15(a)、15(b)、16(a)、及び図16(b)に示すように、本実施形態では、補強部材1は、貼り付け部23とフランジ51との間に連続繊維材8と接着層4、6とを更に備え、連続繊維材8は、垂直補剛材54を挟んで両側に離間して一対設けられる。連続繊維材8は、フランジ51を補強するものであり、主としてフランジ51と垂直補剛材54との接合箇所とならない部分を補強する。
(Sixth embodiment: reinforcement structure 100)
Next, an example of the
<連続繊維材8>
連続繊維材8は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維等の連続繊維シート(例えば、トウシート(登録商標))や予め樹脂を含侵、硬化させた複数のFRPストランドをすだれ状に加工したシート(例えば、ストランドシート(登録商標))が用いられる。連続繊維材8は、炭素繊維等の繊維シートが例えば複数積層され、複数の層が互いに接着されてなるものであり、前記トウシートや前記ストランドシートに施工現場で樹脂を含侵、硬化させて形成されてもよいし、予めプレート状に成形したものを接着してもよい。連続繊維材8は、繊維配向が所定の一方向に配向された一方向繊維シートが複数積層されて構成され、積層されるすべての一方向繊維シートの繊維配向が連続繊維材8の長手方向に配向されてもよい。
<
The
連続繊維材8は、垂直補剛材54を挟んで両側に離間してそれぞれ設けられる。連続繊維材8は、FRP板材2の貼り付け部23に接着層6を介して貼り付けられ、フランジ51に接着層4を介して貼り付けられる。
The
<接着層4>
接着層4は、フランジ51の下面51bと連続繊維材8とを互い接着し、フランジ51の下面51bと連続繊維材8との間に設けられる。接着層4は、高伸度弾性樹脂層を含むことが望ましく、例えば図16に示すように、ポリウレア樹脂層41と、エポキシ樹脂層42と、を含む。ポリウレア樹脂層41は、フランジ51に接触され、エポキシ樹脂層42は、連続繊維材8に接触される。これにより、フランジ51の降伏後、早期にポリウレア樹脂層41が剥離するのを抑制することができる。
<
The
なお、図示は省略するが、ポリウレア樹脂層41は、連続繊維材8に接着され、エポキシ樹脂層42は、フランジ51に接着されてもよい。これにより、連続繊維材8側でポリウレア樹脂層41を接着する作業と、フランジ51側で他の樹脂層を施工する作業と、を同時に行うことができる。
Although illustration is omitted, the
接着層4は、フランジ51の下面51bと連続繊維材8とを互い接着できる周知の樹脂材料が用いられる。接着層4として、例えばエポキシ樹脂層42の代わりとしてアクリル樹脂、ポリウレア樹脂層41の代わりとしてウレアウレタン樹脂等の高伸度弾性樹脂を用いることもできる。高伸度弾性樹脂とは引張弾性率が50~100N/mm2かつ、引張最大荷重時伸びが300%以上の樹脂である。なお、高伸度弾性樹脂の引張最大荷重伸びは好ましくは300%~1200%であり、より好ましくは300%~700%であり、更に好ましくは300%~500%である。
The
接着層4は、連続繊維材8に予め形成されていることが好ましいが、施工現場にて連続繊維材8に形成してもよいし、フランジ51の下面51bに形成してもよい。
The
<接着層6>
接着層6は、連続繊維材8とFRP板材2とを互い接着し、貼り付け部23と連続繊維材8との間に設けられる。接着層6は、連続繊維材8とFRP板材2を強固に接着できるものであれば特に制限はなく、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤、ウレタン系接着剤などの任意の接着剤が使用できるが、好ましくはエポキシ系接着剤である。
<
The
特に、本実施形態によれば、補強部材1は、貼り付け部23とフランジ51との間に連続繊維材8を更に備え、連続繊維材8は、垂直補剛材54を挟んで両側の互いに離間して一対設けられる。これにより、フランジ51と垂直補剛材54との接合箇所とならない部分を連続繊維材8により補強しつつ、FRP板材2により一方の貼り付け部23からバイパス部24を介して他方の貼り付け部23へと応力伝達が行われる。このため、I型断面鋼材5におけるフランジ51と垂直補剛材54との接合箇所と接合箇所以外の箇所とにおいて、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
In particular, according to this embodiment, the reinforcing
(第7実施形態:補強構造100)
次に、第7実施形態における補強構造100の一例について説明する。図17(a)及び図17(b)に示すように、補強構造100は、第1鋼材としての1つの鋼板71と、1つの鋼板71に溶接により接合される第2鋼材としての面外ガセット72と、を有する鋼部材7を補強するものである。面外ガセット72は、鋼板71に対して略垂直に配置される。
(Seventh embodiment: reinforcing structure 100)
Next, an example of the
本実施形態によれば、補強部材1は、鋼板71に貼り付けられるFRP板材2を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。
According to this embodiment, the reinforcing
本実施形態によれば、補強部材1は、一方向繊維シート29が複数積層されるFRP板材2を有し、FRP板材2は、面外ガセット72を挟んで両側に形成されるとともに鋼板71に貼り付けられる一対の貼り付け部23と、面外ガセット72を迂回して一対の貼り付け部23を繋ぐためのバイパス部24と、が形成され、FRP板材2における繊維配向は、一方の貼り付け部23aから他方の貼り付け部23bに向かう主方向と、主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有する。これにより、鋼部材7の鋼板71に荷重が作用したとき、一方の貼り付け部23aからバイパス部24を介して他方の貼り付け部23bへと応力伝達を円滑に行うことができる。このように、補強部材1が応力を受け持つことにより鋼板71の応力を低減させることができる。このため、鋼部材7における鋼板71と面外ガセット72との接合箇所において、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
また、本実施形態によれば、FRP板材2の貼り付け部23を鋼板71に貼り付ける。これにより、補強部材1による鋼部材の補強を容易に行うことが可能となる。
Further, according to this embodiment, the
なお、図10では貼り付け部23は、鋼板71の全幅の一部を覆う程度の大きさとなっているが、鋼板71の全幅を覆うような大きさであってもよい。
10, the
(第8実施形態:補強構造100)
次に、第8実施形態における補強構造100の一例について説明する。図18(a)及び図18(b)に示すように、補強構造100は、第1鋼材としての2つの鋼板71と、鋼板71にボルト74により接合される第2鋼材としての添接板73と、を有する鋼部材7を補強するものである。添接板73は、2つの鋼板71同士を連結する。
(Eighth embodiment: reinforcement structure 100)
Next, an example of the
本実施形態によれば、補強部材1は、鋼板71に貼り付けられるFRP板材2を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。
According to this embodiment, the reinforcing
本実施形態によれば、補強部材1は、一方向繊維シート29が複数積層されるFRP板材2を有し、FRP板材2は、添接板73を挟んで両側に形成されるとともに鋼板71に貼り付けられる一対の貼り付け部23と、添接板73を迂回して一対の貼り付け部23を繋ぐためのバイパス部24と、が形成され、FRP板材2における繊維配向は、一方の貼り付け部23aから他方の貼り付け部23bに向かう主方向と、主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有する。これにより、鋼部材7の鋼板71に荷重が作用したとき、一方の貼り付け部23aからバイパス部24を介して他方の貼り付け部23bへと応力の伝達を円滑に行うことができる。このように、補強部材1が応力を受け持つことにより鋼板71の応力を低減させることができる。このため、鋼部材7における鋼板71と添接板73との接合箇所において、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。
According to this embodiment, the reinforcing
また、本実施形態によれば、FRP板材2の貼り付け部23を鋼板71に貼り付ける。これにより、補強部材1の施工を容易に行うことが可能となる。
Further, according to this embodiment, the
なお、図18ではFRP板材の貼り付け部23は鋼板71の全幅の一部を覆う程度の大きさとなっているが、鋼板71の全幅を覆うような大きさであってもよい。加えて、FRP板材2は鋼板71の裏面(図18の添接板73と鋼板71を挟んだ反対面)に貼り付けられていてもよい。
18, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.
実施例1では、作製した供試体に曲げ試験を行い、曲げ補強効果を検討した。 In Example 1, a bending test was performed on the prepared specimen to examine the bending reinforcing effect.
<供試体>
図19は、実施例1の供試体を示す側面図である。図20は、実施例1の供試体を示す断面図である。実施例1では、曲げモード及び上下のフランジの補強の有無をパラメータとして、比較例1、本発明例1及び本発明例2の供試体を作製した。供試体は、全長6,300mm、腹板高さ1,000mmのI型断面鋼材とした。また、供試体には、垂直補剛材と、水平補剛材と、を設置した。供試体は、中央のプレートガーダーの上下のフランジの幅を150mmとし、板厚を6mmとした。供試体は、両端のプレートガーダーの上下のフランジの幅を200mmとし、板厚を12mmとした。これにより、中央のプレートガーダーにおいて破壊を先行させた。本試験では両端のプレートガーダーはすべて同じものを使用し、中央のプレートガーダーのみ交換しながら試験を行った。
<Specimen>
FIG. 19 is a side view showing the specimen of Example 1. FIG. FIG. 20 is a cross-sectional view showing a test piece of Example 1. FIG. In Example 1, specimens of Comparative Example 1, Inventive Example 1, and Inventive Example 2 were produced using the bending mode and the presence or absence of reinforcement of the upper and lower flanges as parameters. The specimen was an I-section steel material with a total length of 6,300 mm and a web height of 1,000 mm. Also, a vertical stiffener and a horizontal stiffener were installed in the specimen. The specimen had a width of 150 mm at the upper and lower flanges of the central plate girder and a thickness of 6 mm. The specimen had a width of 200 mm at the upper and lower flanges of the plate girders at both ends, and a thickness of 12 mm. This preceded the failure in the central plate girder. In this test, the same plate girders at both ends were used, and the test was performed while only the center plate girders were replaced.
表1に、供試体の概要を示す。本発明例1の供試体では、上フランジに接着層を介して補強部材を接着した。補強部材は、切欠き部が形成されたCFRP成型板と、切欠き部によりCFRP成型板の寸法が縮小した縮小部に跨がるように貼り付けた炭素繊維ストランドシートと、を有する。CFRP成型板は、炭素繊維シートと、エポキシ系樹脂とからハンドレイアップ成型法により作製した。また、本発明例2の供試体では、下フランジの下面に、更に炭素繊維シートを接着した。比較例1では、補強部材による補強を行っていない。 Table 1 shows the outline of the specimen. In the test piece of Inventive Example 1, a reinforcing member was adhered to the upper flange via an adhesive layer. The reinforcing member includes a CFRP molded plate having a notch, and a carbon fiber strand sheet attached so as to straddle the reduced size portion of the CFRP molded plate due to the notch. A CFRP molded plate was produced from a carbon fiber sheet and an epoxy resin by a hand lay-up molding method. In addition, in the specimen of Inventive Example 2, a carbon fiber sheet was further adhered to the lower surface of the lower flange. In Comparative Example 1, no reinforcing member was used for reinforcement.
表2に、繊維シートの概要を示す。表2の炭素繊維シートは、CFRP成型板の作製に用いられるほか、本発明例2の下フランジの下面に接着される。表2の炭素繊維ストランドシートは、本発明例1及び本発明例2で用いる補強部材の縮小部に貼り付けられる。 Table 2 shows an overview of the fiber sheets. The carbon fiber sheets in Table 2 are used to produce a CFRP molded plate, and are also adhered to the lower surface of the lower flange of Inventive Example 2. The carbon fiber strand sheets in Table 2 are attached to the contracted portion of the reinforcing member used in Inventive Examples 1 and 2.
表3に供試体に用いた樹脂の概要を示す。エポキシ系樹脂は、CFRP成型板の作製に用いられる。ポリウレアパテとエポキシパテとは、フランジとCFRP成型板との接着に用いられる。炭素繊維ストランドシートとCFRP成型板との接着は、「炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」(株式会社高速道路総合技術研究所、2013)に基づき、行った。 Table 3 shows an overview of the resins used for the specimens. Epoxy-based resins are used to produce CFRP molded plates. Polyurea putty and epoxy putty are used for adhesion between the flange and the CFRP molded plate. The bonding between the carbon fiber strand sheet and the CFRP molded plate was performed based on the "Repair/Reinforcement Method for Steel Structures Using Carbon Fiber Sheets Design and Construction Manual" (Highway Technical Research Institute, 2013).
表4にCFRP成型板の概要を示す。表4の弾性率は、JIS K 7165で規定される引張試験による実測値である。 Table 4 shows an outline of the CFRP molded plate. The elastic moduli in Table 4 are actual values measured by a tensile test specified in JIS K7165.
図21は、実施例1の供試体における補強部材を示す平面図である。CFRP成型板の形状は作製の簡便さを考慮し平板型とし、供試体中央の垂直補剛材をかわすための切欠きを入れた。切欠きの大きさは供試体中央の垂直補剛材をかわせる大きさとし、切欠きの角部は円弧状とした。CFRP成型板の全幅は100mmとし、長さは供試体の板厚変化点(外側)から定着長200mmを確保できる長さである1,600mmとした。切欠き部分には切欠きの断面欠損分を補強するため、CFRP成型板の上面に30mm幅の炭素繊維ストランドシートをエポキシ樹脂を用いて接着した。炭素繊維ストランドシート接着長は最外層が切欠き両端部から200mmとし、ずらし量を各層両端25mmずつとした。 21 is a plan view showing a reinforcing member in the test piece of Example 1. FIG. The shape of the CFRP molded plate was a flat plate in consideration of the simplicity of fabrication, and a notch was made to avoid the vertical stiffener at the center of the specimen. The size of the notch was set so that the vertical stiffener at the center of the specimen could pass through, and the corners of the notch were arc-shaped. The CFRP molded plate had a total width of 100 mm and a length of 1,600 mm, which is a length that ensures a fixing length of 200 mm from the plate thickness change point (outside) of the specimen. A carbon fiber strand sheet with a width of 30 mm was adhered to the upper surface of the CFRP molded plate using an epoxy resin in order to reinforce the cross-sectional defect of the notch. The adhesion length of the carbon fiber strand sheet was set to 200 mm from both ends of the notch of the outermost layer, and the shift amount was set to 25 mm at both ends of each layer.
CFRP成型板の繊維配向は切欠き部分においても応力伝達するように軸方向に対し-45/0/45°方向に1/2/1層の比率とし、積層数は上下フランジを補強した際に供試体中央部の曲げ剛性が25%増加するように決定し、積層数は[0°/±45°/0°] 4の計16層とした。積層順は板厚方向に対称となるように積層した。また、切欠き部の炭素繊維ストランドシートの層数は炭素繊維ストランドシートの断面剛性が欠損断面の断面剛性と等しくなるように決定し、7層とした。炭素繊維ストランドシートはエポキシパテを用いてCFRP成型板に接着した。 The fiber orientation of the CFRP molded plate is set to a ratio of 1/2/1 layers in the -45/0/45° direction with respect to the axial direction so that stress can be transmitted even in the notch part. The flexural rigidity of the central portion of the specimen was determined to increase by 25%, and the number of laminations was [0°/±45°/0°] 4 (16 layers in total). The stacking order was symmetrical in the plate thickness direction. The number of layers of the carbon fiber strand sheet in the notch portion was determined so that the cross-sectional rigidity of the carbon fiber strand sheet was equal to the cross-sectional rigidity of the defect cross section, and was seven layers. The carbon fiber strand sheet was adhered to the CFRP molded plate using epoxy putty.
上フランジへのCFRP成型板の接着には、従来の方法では鋼材側にポリウレアパテ層を設けるが、本試験ではCFRP成型板側にポリウレアパテ層を設けた。このようにすることでCFRP成型板側と鋼材側を同時に作業できるため施工の省力化につながる。接着手順は、鋼材とCFRP成型板ともに接着範囲のケレンを行い、鋼材にはエポキシプライマー、CFRP成型板にはウレタンプライマーを塗布した後にポリウレアパテを塗布した。エポキシプライマーおよびポリウレアパテの乾燥後エポキシパテを用いて上フランジ下面に接着した。下フランジ補強の炭素繊維シート接着の手順は、「炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」(株式会社高速道路総合技術研究所、2013)に基づき、行った。 For adhesion of the CFRP molded plate to the upper flange, a polyurea putty layer was provided on the steel material side in the conventional method, but in this test, a polyurea putty layer was provided on the CFRP molded plate side. By doing so, the CFRP molding plate side and the steel material side can be worked at the same time, which leads to labor saving in construction. As for the bonding procedure, both the steel material and the CFRP molded plate were cleaned in the bonding range, the steel material was coated with epoxy primer, and the CFRP molded plate was coated with urethane primer and then polyurea putty. After drying the epoxy primer and polyurea putty, the epoxy putty was used to adhere to the lower surface of the upper flange. The procedure for bonding the carbon fiber sheet to reinforce the lower flange was performed based on the "Repair and Reinforcement Construction Method for Steel Structures Using Carbon Fiber Sheets Design and Construction Manual" (Highway Research Institute, 2013).
<試験概要>
試験は支間長6,000mm、等曲げ区間2,500mm、せん断区間1,750mmの4点曲げ試験とした。載荷は変位制御による単調載荷とし、荷重が増加しなくなるまで載荷した。
<Test overview>
The test was a four-point bending test with a span length of 6,000 mm, a constant bending section of 2,500 mm, and a shear section of 1,750 mm. The loading was monotonic loading by displacement control, and the loading was continued until the load stopped increasing.
また、曲げ試験に際し、上フランジのひずみをひずみゲージにより計測した。ひずみゲージは、供試体のフランジの上面に、供試体の材軸方向の中央、供試体の中央から±100mm、±300mm、±500mmの計7箇所に、材軸直交方向で3枚ずつ、合わせて21枚設置した。ひずみは、座屈や剥離が発生する以前の200kN時における各供試体の上フランジのひずみを計測した。 Moreover, the strain of the upper flange was measured with a strain gauge in the bending test. Three strain gauges were placed on the upper surface of the flange of the specimen at the center of the specimen in the material axis direction, and at ±100 mm, ±300 mm, and ±500 mm from the center of the specimen at a total of 7 points in the direction perpendicular to the material axis. 21 sheets were installed. The strain measured was the strain of the upper flange of each test piece at 200 kN before buckling or peeling occurred.
<試験結果:破壊状況>
表5に各試験の最大荷重、最大荷重時変位および破壊状況を示す。
<Test result: Destruction status>
Table 5 shows the maximum load, displacement at maximum load, and fracture conditions for each test.
正曲げ試験については、本発明例1は558kN時、本発明例2は555kN時にCFRP成型板が圧縮破壊を起こした。このため、本発明例1においては比較例1と、同程度の最大荷重となったが、下フランジに炭素繊維シートを接着補強した本発明例2は下フランジの炭素繊維シートは終局時も剥離、破断等の損傷は確認されなかったこともあり、比較例1より最大荷重が向上した。 In the positive bending test, the CFRP molded plate underwent compression failure at 558 kN for Invention Example 1 and at 555 kN for Invention Example 2. For this reason, in present invention example 1, the maximum load was about the same as in comparative example 1, but in present invention example 2, in which the carbon fiber sheet was adhered and reinforced to the lower flange, the carbon fiber sheet on the lower flange peeled off even at the end. , the maximum load was higher than that of Comparative Example 1, partly because damage such as breakage was not confirmed.
負曲げ試験については、本発明例1は575kN時、本発明例2は675kN時にCFRP成型板が鋼材-エポキシ樹脂間から切欠きの入った端部より剥離し、荷重を増加させると切欠きの無い側のCFRP成型板もその後剥離した。また、本発明例2は、終局時に下フランジの炭素繊維シートも圧縮破壊していた。このため、本試験では、本発明例1、本発明例2の最大荷重はいずれも比較例1と同様の結果であった。本試験では施工の省力化のためポリウレアパテの位置をCFRP成型板側に配置した。しかし、鋼材の降伏以前に鋼材-エポキシ樹脂間で脆性的に剥離し、ポリウレアパテの剥離抑制効果を発揮されなかった可能性がある。 In the negative bending test, the CFRP molded plate peeled from the notched end between the steel material and the epoxy resin at 575 kN for Example 1 of the present invention, and at 675 kN for Example 2 of the present invention. The CFRP molded plate on the side without was also peeled off afterwards. In addition, in Inventive Example 2, the carbon fiber sheet of the lower flange was also compression-broken at the end. Therefore, in this test, the maximum load of Inventive Example 1 and Inventive Example 2 was the same as that of Comparative Example 1. In this test, the position of the polyurea putty was placed on the side of the CFRP molded plate for labor saving in construction. However, there is a possibility that brittle exfoliation occurred between the steel material and the epoxy resin before the steel material yielded, and the polyurea putty did not exert its exfoliation suppressing effect.
<試験結果:上フランジのひずみ>
図22(a)は、正曲げ試験における比較例1、本発明例1及び本発明例2のひずみ分布を示す図であり、図22(b)は、負曲げ試験における比較例1、本発明例1及び本発明例2のひずみ分布を示す図である。図22は、横軸を供試体中央からの距離とし、縦軸をひずみとした。図22は、供試体に座屈、剥離等が発生する以前である200kN時における各供試体の上フランジひずみ分布を示す。
なお、図22に示すひずみ分布図の値は、材軸直角方向に並ぶ3枚のひずみゲージから読み取れるひずみの平均値である。また、図22に示す「比較例1(計算値)」、「本発明例1(計算値)」、「本発明例2(計算値)」、は、各供試体における計算値であり、梁理論に従い算出した。炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」(株式会社高速道路総合技術研究所、2013)では、ポリウレアパテを接着に用いた場合は、ポリウレアパテによる影響で完全合成断面とならないため、炭素繊維の断面積に応力低減係数を乗じて設計を行うと示されている。この応力低減係数は、炭素繊維シートの積層数、接着長さ、端部処理方法等によって決定される値であるが、本試験で用いたCFRP成型板による補強における応力低減係数は未検討であるため、応力低減係数を考慮せずに完全合成断面としているほか、垂直補剛材および水平補剛材は考慮せず、炭素繊維補強材への応力伝達区間(炭素繊維補強材の両端200mm)を考慮し、中央の1,200mm区間のみを補強断面とし、その他の区間を無補強断面として算出した値であり、炭素繊維ストランドシートおよび切欠きがない断面での計算結果である。
<Test result: distortion of upper flange>
FIG. 22(a) is a diagram showing the strain distribution of Comparative Example 1, Inventive Example 1, and Inventive Example 2 in the positive bending test, and FIG. 22(b) is Comparative Example 1 in the negative bending test, the present invention FIG. 3 is a diagram showing strain distributions of Example 1 and Inventive Example 2; In FIG. 22, the horizontal axis is the distance from the center of the specimen, and the vertical axis is the strain. FIG. 22 shows the upper flange strain distribution of each test piece at 200 kN before buckling, peeling, etc. occurs in the test piece.
The values of the strain distribution diagram shown in FIG. 22 are average strain values read from three strain gauges arranged in the direction perpendicular to the material axis. In addition, "Comparative Example 1 (calculated value)", "Inventive Example 1 (calculated value)", and "Inventive Example 2 (calculated value)" shown in FIG. Calculated according to theory. Repair and Reinforcement Method of Steel Structures Using Carbon Fiber Sheets Design and Construction Manual” (Highway Technology Research Institute Co., Ltd., 2013), when polyurea putty is used for bonding, the effect of polyurea putty is to create a completely synthetic cross section. Therefore, it is indicated that the cross-sectional area of the carbon fiber is multiplied by the stress reduction factor for design. This stress reduction factor is a value determined by the number of laminated carbon fiber sheets, bonding length, edge treatment method, etc., but the stress reduction factor for reinforcement by the CFRP molded plate used in this test has not been examined. Therefore, in addition to using a completely composite cross section without considering the stress reduction factor, the stress transfer section to the carbon fiber reinforcement (200 mm at both ends of the carbon fiber reinforcement) is set without considering vertical stiffeners and horizontal stiffeners. Considering this, only the central 1,200 mm section is a reinforced cross section and the other sections are non-reinforced cross sections, and is a calculation result for a cross section without a carbon fiber strand sheet and a notch.
正曲げ試験では、各供試体、供試体中央で大きく圧縮ひずみ生じる分布であった。また、比較例1と比較すると、本発明例1、本発明例2ともに測定したすべての点で応力低減されていることが確認でき、各供試体上フランジの全ひずみゲージ21個のひずみを平均し、比較例1と比較すると、本発明例1で13%、本発明例2で25%応力低減された。本発明例1および本発明例2のひずみ分布から、中央から±100mmの点でひずみが小さく、中央では±100mmの点のひずみより大きいひずみであった。これは中央から±100mmのあたりはCFRP成型板に切欠きがなくかつ炭素繊維ストランドシートがある部分であり、ほかの点より補強材の断面積が大きく断面剛性が大きいので補強効果が大きく上フランジのひずみが小さいと考えられ、供試体中央では切欠きがあるためひずみが±100mmの点のひずみより大きく生じたと考えられる。計算値と比較すると供試体中央における上フランジのひずみのほうが大きいが、これは計算値が補強断面を完全合成断面と仮定した場合の計算値であるため、ポリウレア樹脂による応力低減係数を考慮した計算を行うことで計算値と一致すると考えられる。 In the positive bending test, the distribution was such that a large compressive strain occurred in each specimen and the center of the specimen. In addition, compared with Comparative Example 1, it can be confirmed that the stress is reduced at all points measured in both Inventive Examples 1 and 2, and the average strain of all 21 strain gauges on the upper flange of each specimen However, when compared with Comparative Example 1, the stress was reduced by 13% in Inventive Example 1 and by 25% in Inventive Example 2. From the strain distributions of Inventive Example 1 and Inventive Example 2, the strain was small at the points ±100 mm from the center, and the strain at the center was greater than the strain at the points ±100 mm. This is the part where there is no notch in the CFRP molded plate and where there is a carbon fiber strand sheet around ±100 mm from the center. It is thought that the strain at the center of the specimen was small, and that the strain was greater than the strain at the ±100 mm point because there was a notch in the center of the specimen. Compared to the calculated value, the strain of the upper flange at the center of the specimen is larger, but this is a calculated value when the reinforced cross section is assumed to be a completely synthetic cross section, so the calculation takes into account the stress reduction factor due to the polyurea resin. is considered to match the calculated value by performing
負曲げ試験においても正曲げ試験と同様に、供試体中央の上フランジ引張ひずみが大きく生じる分布であり、比較例1と比較すると測定したすべての点で応力低減されていることが確認され、各供試体上フランジの全ひずみゲージ21個のひずみを平均し、比較例1と比較すると、本発明例1で15%、本発明例2で18%応力低減された。負曲げ試験では、本発明例1及び本発明例2のひずみ分布も正曲げ試験と同様に、中央から±100mmの点でひずみが小さく、中央では±100mmの点のひずみより大きいひずみであった。計算値と比較した場合も正曲げ試験結果と同様にポリウレア樹脂による応力低減係数を考慮した計算を行うことで計算値と一致すると考えられる。 Similar to the positive bending test, the negative bending test also has a distribution in which the upper flange tensile strain in the center of the specimen is large. When the strains of all 21 strain gauges on the upper flange of the specimen were averaged and compared with Comparative Example 1, the stress was reduced by 15% in Inventive Example 1 and by 18% in Inventive Example 2. In the negative bending test, the strain distributions of Inventive Example 1 and Inventive Example 2 were similar to the positive bending test, with small strain at points ±100 mm from the center and greater strain at points ±100 mm at the center. . When compared with the calculated value, it is considered that the calculated value matches the calculated value by performing the calculation considering the stress reduction coefficient due to the polyurea resin as in the positive bending test result.
以上の曲げ試験の結果及び解析から、切欠きのあるCFRP成型板で上フランジを補強した場合においても、切欠き部分で欠損断面補強用の炭素繊維ストランドシートまで応力伝達が行われCFRP成型板が応力を受け持つことにより鋼材の応力低減が確認された。なお、供試体の最大荷重を向上させるには、CFRP成型板が圧縮破壊しないように、本試験に用いた炭素繊維シートより強度の高い炭素繊維シートで作製したCFRP成型板で補強すればよい。 From the above bending test results and analysis, even when the upper flange is reinforced with a CFRP molded plate with a notch, stress is transmitted to the carbon fiber strand sheet for reinforcing the defect cross section at the notched portion, and the CFRP molded plate is strengthened. It was confirmed that the stress of the steel material was reduced by taking charge of the stress. In order to increase the maximum load of the test piece, the CFRP molded plate should be reinforced with a CFRP molded plate made of a carbon fiber sheet having a higher strength than the carbon fiber sheet used in this test so that the CFRP molded plate does not break due to compression.
実施例1のI型鋼材の負曲げ試験において、CFRP成型板が鋼材降伏以前に剥離することが確認された。この時の剥離面は鋼材-エポキシ樹脂間であり、樹脂層の順番が付着に影響を及ぼす可能性が示唆された。そこで、実施例2では、接着樹脂層内のポリウレア樹脂の位置による影響を確認するための付着試験を行った。 In the negative bending test of the I-shaped steel material of Example 1, it was confirmed that the CFRP molded plate separated before the steel material yielded. The peeling surface at this time was between the steel material and the epoxy resin, suggesting the possibility that the order of the resin layers affected adhesion. Therefore, in Example 2, an adhesion test was conducted to confirm the influence of the position of the polyurea resin in the adhesive resin layer.
図23(a)は、実施例2におけるCASE1(本発明例3:本発明例1および本発明例2でのCFRP成形板の接着樹脂層)の供試体を示す図であり、図23(b)は、実施例2におけるCASE2(本発明例4)の供試体を示す図であり、図23(c)は、実施例2におけるCASE3(本発明例5)の供試体を示す図である。本試験ではポリウレア樹脂の有無およびポリウレア樹脂層の位置をパラメータとして各供試体3体ずつ供試体を作製した。本試験は鋼板幅50mm、板厚12mmであり、曲げ供試体の中央のプレートガーダーと同様に鋼板はSS400とし、鋼板中央の両面に幅50mm、長さ400mmのCFRP成型板を接着し、両端引張試験を行った。 FIG. 23(a) is a diagram showing a specimen of CASE 1 (Invention Example 3: the adhesive resin layer of the CFRP molded plate in Inventive Example 1 and Inventive Example 2) in Example 2, and FIG. ) is a diagram showing a specimen of CASE 2 (Invention Example 4) in Example 2, and FIG. 23C is a diagram showing a specimen of CASE 3 (Invention Example 5) in Example 2. FIG. In this test, three specimens were prepared using the presence or absence of the polyurea resin and the position of the polyurea resin layer as parameters. In this test, the steel plate width is 50 mm and the plate thickness is 12 mm. did the test.
図24(a)は、CASE1-1、CASE2-1~CASE2-3及びCASE3-1のひずみゲージの位置を示す図であり、図24(b)は、CASE1-2、CASE1-3、CASE3-2及びCASE3-3のひずみゲージの位置を示す図である。CASE1-1、CASE2-1~CASE2-3、CASE3-1は、図24(a)に示す位置にひずみゲージを、供試体の両面に貼り付けた。更に、CASE1-1、CASE2-1~CASE2-3、CASE3-1は、供試体の材軸方向の中央から一端に向けて、供試体の側面に20mm間隔でひずみゲージを貼り付けた。また、CASE1-2、CASE1-3、CASE3-2、CASE3-3は、図24(b)に示す位置にひずみゲージを、供試体の両面に貼り付けた。接着層、CFRP成型板の材料特性および施工手順は曲げ試験と同様である。試験は万能試験機を用い、変位制御で載荷した。 FIG. 24(a) is a diagram showing the positions of strain gauges in CASE1-1, CASE2-1 to CASE2-3 and CASE3-1, and FIG. 2 and CASE 3-3 strain gauge positions. In CASE1-1, CASE2-1 to CASE2-3, and CASE3-1, strain gauges were attached to both sides of the specimen at the positions shown in FIG. 24(a). Furthermore, in CASE 1-1, CASE 2-1 to CASE 2-3, and CASE 3-1, strain gauges were attached to the side surface of the specimen at intervals of 20 mm from the center toward one end in the material axial direction of the specimen. In CASE1-2, CASE1-3, CASE3-2, and CASE3-3, strain gauges were attached to both surfaces of the specimen at positions shown in FIG. 24(b). The adhesive layer, the material properties of the CFRP molded plate and the construction procedure are the same as the bending test. A universal testing machine was used for the test, and loading was carried out under displacement control.
表6に試験結果を示す。なお、表6中の「比」は、本発明例5(CASE3)の最大荷重の平均値に対する本発明例3及び本発明例4(CASE1及びCASE2)の最大荷重の平均値の比を示す。
Table 6 shows the test results. The "ratio" in Table 6 indicates the ratio of the average maximum load of Invention Examples 3 and 4 (
すべての供試体で母材鋼板の降伏までは剥離せず母材降伏後に終局した。破壊個所は本発明例4(CASE2)ではポリウレア樹脂層が破壊する凝集破壊であり、本発明例3(CASE1)、本発明例5(CASE3)では鋼材-エポキシ樹脂間剥離となった。最大荷重はポリウレア層を持たない本発明例5と比較し、本発明例3では8%、本発明例4では36%上昇する結果であり、破壊状況および最大荷重からポリウレア樹脂を有し、前記ポリウレア層が鋼材側にあるほうがCFRP成型板の付着性能がより高くなることが確認された。 In all specimens, delamination did not occur until the base material steel plate yielded and ended after the base material yielded. The breaking point was cohesive failure where the polyurea resin layer was broken in Inventive Example 4 (CASE 2), and in Inventive Example 3 (CASE 1) and Inventive Example 5 (CASE 3) there was delamination between the steel material and the epoxy resin. The maximum load increased by 8% in Inventive Example 3 and by 36% in Inventive Example 4 compared to Inventive Example 5, which did not have a polyurea layer. It was confirmed that when the polyurea layer is on the steel material side, the adhesion performance of the CFRP molded plate becomes higher.
図25は、実施例2における荷重とひずみの関係を示す図である。図25中に示すひずみは両面のCFRP成型板の平均値であり、図中の点線は完全合成断面とした計算値である。 25 is a diagram showing the relationship between load and strain in Example 2. FIG. The strain shown in FIG. 25 is the average value of the CFRP molded plates on both sides, and the dotted line in the figure is the calculated value with a completely synthetic cross section.
図25より本発明例5は線形にひずみが増加し母材降伏時にCFRPのひずみは約1,000×10-6であり、計算値と概ね等しい挙動であった。
一方、本発明例3、4は、母材鋼材降伏までは同様の挙動を示したが、本発明例3では母材降伏後の早期に鋼材-エポキシ樹脂間で剥離したのに対し、本発明例4は母材降伏後も剥離は起こさずに荷重およびひずみが増加し、約1,000×10-6で終局した。また、本発明例3及び本発明例4の鋼材降伏時のひずみは約400×10-6であり、本実施例5と比較すると約0.4倍まで低減するとなったが、これはポリウレア樹脂によるせん断遅れによる効果であると考えられる。
As shown in FIG. 25, the strain increased linearly in Example 5 of the present invention, and the CFRP strain was about 1,000×10 −6 at the time of yielding of the base material, which was approximately the same behavior as the calculated value.
On the other hand, Inventive Examples 3 and 4 exhibited similar behavior until the base material steel yielded, but in Inventive Example 3, peeling occurred between the steel material and the epoxy resin early after the base material yielded, whereas the present invention exhibited the same behavior. In Example 4, the load and strain increased without causing delamination even after the base material yielded, ending at about 1,000×10 -6 . In addition, the strain at the time of yielding the steel materials of Inventive Examples 3 and 4 was about 400×10 −6 , which was reduced to about 0.4 times as compared with this Example 5. This is considered to be the effect of the shear delay caused by
図26は、実施例2における供試体中央からの距離とひずみの関係を示す図である。図26は、各供試体の母材降伏前である150kN時のCFRP成型板ひずみ分布を示す。図26中の点線は完全合成断面として算出した計算値である。
本発明例5は供試体中央から130mmあたりまでのひずみは約900×10-6であり、130mm以降はひずみが急激に低下する分布であった。本発明例3及び本発明例4では供試体中央のひずみが約400×10-6であり、供試体中央から端部までなだらかにひずみが減少する分布であった。
26 is a diagram showing the relationship between the distance from the center of the specimen and the strain in Example 2. FIG. FIG. 26 shows the strain distribution of the CFRP molded plate at 150 kN before yielding the base material of each specimen. The dotted line in FIG. 26 is a calculated value calculated as a completely synthetic cross section.
In Example 5 of the present invention, the strain was about 900×10 −6 from the center of the test piece to about 130 mm, and the distribution showed a sharp drop in strain after 130 mm. In Inventive Examples 3 and 4, the strain at the center of the specimen was about 400×10 −6 , and the distribution of strain gradually decreased from the center to the end of the specimen.
以上から、接着樹脂層の構成によらず母材の降伏までは、CFRP成型板の剥離が生じずCFRP成型材が応力を負担しているため、本発明例3~5で補強効果はいずれも発揮されたが、本発明例3及び本発明例4はポリウレア樹脂によるせん断遅れ効果が発揮され、特に本発明例4のように接着層でポリウレア層を鋼材側に配置することによって母材降伏後もCFRP成型板が早期に剥離せず、より高い補強効果を期待することができる。 From the above, regardless of the configuration of the adhesive resin layer, until the base material yields, the CFRP molded plate does not peel off and the CFRP molded material bears the stress. However, in Inventive Examples 3 and 4, the shear delay effect due to the polyurea resin was exhibited. Also, the CFRP molded plate does not peel off at an early stage, and a higher reinforcing effect can be expected.
実施例3では、実施例1と同様に、作製した供試体に曲げ試験を行い、曲げ補強効果を検討した。 In Example 3, similarly to Example 1, a bending test was performed on the prepared specimen to examine the bending reinforcing effect.
実施例1では、正曲げ試験において、CFRP成型板が圧縮破壊した。そこで、実施例3では、CFRP成型板の引張強度を実施例1で用いたCFRP成型板の引張強度よりも高いものを用いた。また、実施例3では、接着層のポリウレア層を鋼材側に配置した。以下、実施例3の説明にあたり、実施例1と異なる点を主に説明し、実施例1と同じ点については適宜説明を省略する。 In Example 1, the CFRP molded plate was subjected to compression failure in the positive bending test. Therefore, in Example 3, a CFRP molded plate having a tensile strength higher than that of the CFRP molded plate used in Example 1 was used. Moreover, in Example 3, the polyurea layer of the adhesive layer was arranged on the steel material side. In the following description of the third embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and descriptions of the same points as the first embodiment will be omitted as appropriate.
<供試体>
図27は、実施例3の供試体を示す断面図である。実施例3では、曲げモード及び上下のフランジの補強の有無をパラメータとして、比較例2、本発明例6の供試体を作製し、実施例1と同様に正曲げと負曲げの4点曲げ試験を行った。
<Specimen>
27 is a cross-sectional view showing a test piece of Example 3. FIG. In Example 3, the bending mode and the presence or absence of reinforcement of the upper and lower flanges were used as parameters to prepare specimens of Comparative Example 2 and Inventive Example 6, and the four-point bending test of positive bending and negative bending was performed in the same manner as in Example 1. did
表7に、供試体の概要を示す。本発明例6の供試体では、上フランジに接着層を介して補強部材を接着した。補強部材は、切欠き部が形成されたCFRP成型板と、切欠き部によりCFRP成型板の寸法が縮小した縮小部に跨がるように貼り付けた炭素繊維ストランドシートと、を有する。また、下フランジの下面に、炭素繊維シートを接着した。比較例2では、補強部材による補強を行っていない。 Table 7 shows the outline of the specimen. In the specimen of Inventive Example 6, a reinforcing member was adhered to the upper flange via an adhesive layer. The reinforcing member includes a CFRP molded plate having a notch, and a carbon fiber strand sheet attached so as to straddle the reduced size portion of the CFRP molded plate due to the notch. Also, a carbon fiber sheet was adhered to the lower surface of the lower flange. In Comparative Example 2, no reinforcing member was used for reinforcement.
表8に、繊維シートの概要を示す。表8の炭素繊維シートは、CFRP成型板の作製に用いられるほか、本発明例6の下フランジの下面に接着される。表8の炭素繊維ストランドシートは、本発明例6で用いる補強部材の縮小部に貼り付けられる。 Table 8 shows an overview of the fiber sheets. The carbon fiber sheets in Table 8 are used to produce a CFRP molded plate, and are also adhered to the lower surface of the lower flange of Inventive Example 6. The carbon fiber strand sheet in Table 8 is attached to the contracted portion of the reinforcing member used in Inventive Example 6.
供試体に用いた樹脂は、表3と同じである。 The resin used for the specimen is the same as in Table 3.
表9にCFRP成型板の概要を示す。表9の弾性率は、JIS K 7165で規定される引張試験による実測値である。 Table 9 shows an outline of the CFRP molded plate. The elastic moduli in Table 9 are actual values measured by a tensile test specified in JIS K7165.
図28は、実施例3の供試体における補強部材を示す平面図である。CFRP成型板の形状は作製の簡便さを考慮し平板型とし、供試体中央の垂直補剛材をかわすための切欠きを入れた。切欠きの大きさは供試体中央の垂直補剛材をかわせる大きさとし、切欠きの角部は円弧状とした。CFRP成型板の全幅は100mmとし、長さは供試体の板厚変化点(外側)から定着長200mmを確保できる長さである1,600mmとした。切欠き部分には切欠きの断面欠損分を補強するため、CFRP成型板の上面に30mm幅の炭素繊維ストランドシートをエポキシ樹脂を用いて接着した。炭素繊維ストランドシート接着長は最外層が切欠き両端部から200mmとし、ずらし量を各層両端25mmずつとした。 28 is a plan view showing a reinforcing member in the test piece of Example 3. FIG. The shape of the CFRP molded plate was a flat plate in consideration of the simplicity of fabrication, and a notch was made to avoid the vertical stiffener at the center of the specimen. The size of the notch was set so that the vertical stiffener at the center of the specimen could pass through, and the corners of the notch were arc-shaped. The CFRP molded plate had a total width of 100 mm and a length of 1,600 mm, which is a length that ensures a fixing length of 200 mm from the plate thickness change point (outside) of the specimen. A carbon fiber strand sheet with a width of 30 mm was adhered to the upper surface of the CFRP molded plate using an epoxy resin in order to reinforce the cross-sectional defect of the notch. The adhesion length of the carbon fiber strand sheet was set to 200 mm from both ends of the notch of the outermost layer, and the shift amount was set to 25 mm at both ends of each layer.
CFRP成型板の繊維配向は切欠き部分においても応力伝達するように軸方向に対し-45/0/45°方向に1/2/1層の比率とし、積層数は上下フランジを補強した際に供試体中央部の曲げ剛性が25%増加するように決定し、積層数は[0°/±45°/0°] 6の計24層とした。積層順は板厚方向に対称となるように積層した。また、切欠き部の炭素繊維ストランドシートの層数は炭素繊維ストランドシートの断面剛性が欠損断面の断面剛性と等しくなるように決定し、10層とした。炭素繊維ストランドシートはエポキシパテを用いてCFRP成型板に接着した。 The fiber orientation of the CFRP molded plate is set to a ratio of 1/2/1 layers in the -45/0/45° direction with respect to the axial direction so that stress can be transmitted even in the notch part. The flexural rigidity of the central portion of the specimen was determined to increase by 25%, and the number of laminations was [0°/±45°/0°] 6 (24 layers in total). The stacking order was symmetrical in the plate thickness direction. Also, the number of layers of the carbon fiber strand sheet in the notch portion was determined so that the cross-sectional rigidity of the carbon fiber strand sheet was equal to the cross-sectional rigidity of the defect cross section, and was set to 10 layers. The carbon fiber strand sheet was adhered to the CFRP molded plate using epoxy putty.
図29(a)に示すように、フランジにCFRP成型板を接着する際には、鋼材(フランジ)側にポリウレアパテ層を設けた。ポリウレアパテの硬化後、エポキシパテを用いてCFRP成型板を上フランジ下面に接着した。図29(b)に示すように、フランジに炭素繊維シート接着の手順は、「炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」(株式会社高速道路総合技術研究所、2013)に基づき、行った。 As shown in FIG. 29(a), when the CFRP molded plate was adhered to the flange, a polyurea putty layer was provided on the steel material (flange) side. After curing the polyurea putty, the CFRP molded plate was adhered to the lower surface of the upper flange using epoxy putty. As shown in Fig. 29(b), the procedure for bonding the carbon fiber sheet to the flange is described in "Repair/Reinforcement Method for Steel Structures Using Carbon Fiber Sheet Design/Construction Manual" (Highway Research Institute, 2013). based on
<試験概要>
試験は支間長6,000mm、等曲げ区間2,500mm、せん断区間1,750mmの4点曲げ試験とした。載荷は変位制御による単調載荷とし、荷重が増加しなくなるまで載荷した。
<Test overview>
The test was a four-point bending test with a span length of 6,000 mm, a constant bending section of 2,500 mm, and a shear section of 1,750 mm. The loading was monotonic loading by displacement control, and the loading was continued until the load stopped increasing.
また、曲げ試験に際し、上フランジのひずみをひずみゲージにより計測した。ひずみゲージは、供試体のフランジの上面に、供試体の材軸方向の中央、供試体の中央から±100mm、±300mm、±500mmの計7箇所に、材軸直交方向で3枚ずつ、合わせて21枚設置した。ひずみは、座屈や剥離が発生する以前の200kN時における各供試体の上フランジのひずみを計測した。 Moreover, the strain of the upper flange was measured with a strain gauge in the bending test. Three strain gauges were placed on the upper surface of the flange of the specimen at the center of the specimen in the material axis direction, and at ±100 mm, ±300 mm, and ±500 mm from the center of the specimen at a total of 7 points in the direction perpendicular to the material axis. 21 sheets were installed. The strain measured was the strain of the upper flange of each test piece at 200 kN before buckling or peeling occurred.
<試験結果:破壊状況>
表10に各試験の最大荷重、CFRP成型板が剥離したときの荷重(以下、剥離荷重ともいう)および破壊状況を示す。
<Test result: Destruction status>
Table 10 shows the maximum load of each test, the load when the CFRP molded plate was peeled (hereinafter also referred to as peeling load), and the state of destruction.
最大荷重については、比較例2では889kNであったのに対し、本発明例6では正曲げで944kN、負曲げでは1045kNとなり、実施例3においても、補強部材で補強した本発明例6の最大荷重は、無補強の比較例2の最大荷重を上回った。 The maximum load was 889 kN in Comparative Example 2, while it was 944 kN in positive bending and 1045 kN in negative bending in Example 6 of the present invention. The load exceeded the maximum load of Comparative Example 2 without reinforcement.
また、破壊状況については、本発明例6は正曲げ試験で944kN時、負曲げ試験では830kN時に、CFRP成型板の剥離が生じた。表5を参照し、実施例1の本発明例2の正曲げ試験では555kN時に圧縮破壊を起こし、実施例1の本発明例2の負曲げ試験では675kN時にCFRP成型板の剥離が生じた。 As for the state of destruction, in Example 6 of the present invention, peeling of the CFRP molded plate occurred at 944 kN in the positive bending test and at 830 kN in the negative bending test. Referring to Table 5, in the positive bending test of Inventive Example 2 of Example 1, compression failure occurred at 555 kN, and in the negative bending test of Inventive Example 2 of Example 1, peeling of the CFRP molded plate occurred at 675 kN.
以上から、本発明例6と本発明例2を比較すると、本発明例6の正曲げ試験の剥離荷重(944kN)は、本発明例2の正曲げ試験の破壊荷重(555kN)より70%向上し、本発明例6の負曲げ試験の剥離荷重(830kN)は、本発明例2の負曲げ試験の剥離荷重(675kN)より23%向上した。 From the above, when comparing Inventive Example 6 and Inventive Example 2, the peel load (944 kN) in the positive bending test of Inventive Example 6 is 70% higher than the breaking load (555 kN) in the positive bending test of Inventive Example 2. However, the peel load (830 kN) in the negative bending test of Inventive Example 6 was improved by 23% from the peel load (675 kN) in the negative bending test of Inventive Example 2.
本発明例6で用いた炭素繊維シートの引張強度は、3925(N/mm2)であり、実施例1で用いた炭素繊維シートの引張強度(2848(N/mm2))より高い。その結果、CFRP成型板及びフランジ補強の炭素繊維シートともに最大荷重時においても炭素繊維の圧縮破壊が生じなかった。 The tensile strength of the carbon fiber sheet used in Inventive Example 6 is 3925 (N/mm 2 ), which is higher than the tensile strength of the carbon fiber sheet used in Example 1 (2848 (N/mm 2 )). As a result, neither the CFRP molded plate nor the flange-reinforced carbon fiber sheet suffered from compression fracture of the carbon fibers even under the maximum load.
剥離荷重については、CFRP成型板と鋼材との接着の際に、鋼材側にポリウレアパテを配置したため、本発明例6における剥離荷重は、本発明例2の破壊荷重や剥離荷重よりも大きくなったと考えられる。 Regarding the peeling load, the peeling load in Inventive Example 6 was larger than the breaking load and the peeling load in Inventive Example 2 because the polyurea putty was placed on the steel material side when the CFRP molded plate and the steel material were bonded. Conceivable.
本発明例6のCFRP成型板の剥離モードは、CFRP成型板端部からの剥離となり、破壊面はCFRP成型板-エポキシ樹脂間での剥離であった。 The mode of peeling of the CFRP molded plate of Inventive Example 6 was peeling from the edge of the CFRP molded plate, and the fracture surface was peeling between the CFRP molded plate and the epoxy resin.
図30は、荷重と支間中央鉛直変位との関係を示す図である。本発明例6は、正曲げ試験では最大荷重時まで剥離等の変状は生じず、無補強より高い剛性を保ったまま最大荷重に達し、剥離により終局となった。また、負曲げ試験では830kN時に垂直補剛材側のCFRP成型板が剥離により剛性が低下、さらに1,000kN時に反対側のCFRP成型板が剥離し剛性が低下する挙動を示した。 FIG. 30 is a diagram showing the relationship between load and span center vertical displacement. In Example 6 of the present invention, deformation such as peeling did not occur until the maximum load was applied in the forward bending test, and the maximum load was reached while maintaining a higher rigidity than that of no reinforcement, and the test ended with peeling. In the negative bending test, the CFRP molded plate on the vertical stiffener side peeled off at 830 kN and the rigidity decreased, and at 1,000 kN, the CFRP molded plate on the opposite side peeled off and the rigidity decreased.
図31は、各供試体の上フランジ鋼材のひずみ分布を示す。なお、図31に示す、例えば「本発明例6_cal」等の添え字「_cal」は、完全合成断面として算出した計算値である。本発明例6は、比較例2と比較して、正曲げ試験においては約19%上フランジ鋼材の応力が低減された。また、負曲げ試験においては約30%上フランジ鋼材の応力が低減されたことが確認された。 FIG. 31 shows the strain distribution of the upper flange steel material of each specimen. Note that the suffix "_cal" in, for example, "Invention Example 6_cal" shown in FIG. 31 is a calculated value calculated as a completely synthesized cross section. Compared to Comparative Example 2, Inventive Example 6 reduced the stress of the upper flange steel material by about 19% in the positive bending test. Also, in the negative bending test, it was confirmed that the stress of the upper flange steel material was reduced by about 30%.
以上の曲げ試験の結果及び解析から、炭素繊維シートの引張強度、すなわちこれを積層したCFRP成型板の引張強度をより高いものを用いることで、終局時においても炭素繊維シートの圧縮破壊が生じなかった。炭素繊維シートの引張強度については、本発明例6においては、3,925(N/mm2)であり、本発明例2では2,848(N/mm2)であったことから、炭素繊維シートの引張強度として2,900(N/mm2)以上のものを用いることが好ましい。 From the results and analysis of the above bending test, it was found that by using a carbon fiber sheet with a higher tensile strength, that is, a CFRP molded plate laminated with this, the carbon fiber sheet did not suffer compression failure even at the end. rice field. The tensile strength of the carbon fiber sheet was 3,925 (N/mm 2 ) in Inventive Example 6 and 2,848 (N/mm 2 ) in Inventive Example 2. It is preferable to use a sheet having a tensile strength of 2,900 (N/mm 2 ) or more.
実施例4では、作製した供試体に曲げ試験を行い、曲げ補強効果を検討した。 In Example 4, a bending test was performed on the prepared specimen to examine the bending reinforcing effect.
<供試体>
図32は、実施例4の供試体を示す断面図である。図33は、本発明例7における補強部材を示す平面図である。実施例4では、曲げモード及び上下のフランジの補強の有無をパラメータとして、比較例3及び本発明例7の供試体を作製した。供試体は、全長6,300mm、腹板高さ1,000mmのI型断面鋼材とした。また、供試体には、垂直補剛材と、水平補剛材と、を設置した。供試体は、中央のプレートガーダーの上下のフランジの幅を150mmとし、板厚を6mmとした。供試体は、両端のプレートガーダーの上下のフランジの幅を200mmとし、板厚を12mmとした。これにより、中央のプレートガーダーにおいて破壊を先行させた。本試験では両端のプレートガーダーはすべて同じものを使用し、中央のプレートガーダーのみ交換しながら試験を行った。
<Specimen>
FIG. 32 is a cross-sectional view showing a specimen of Example 4. FIG. 33 is a plan view showing a reinforcing member in Inventive Example 7. FIG. In Example 4, specimens of Comparative Example 3 and Inventive Example 7 were produced using the bending mode and the presence or absence of reinforcement of the upper and lower flanges as parameters. The specimen was an I-section steel material with a total length of 6,300 mm and a web height of 1,000 mm. Also, a vertical stiffener and a horizontal stiffener were installed in the specimen. The specimen had a width of 150 mm at the upper and lower flanges of the central plate girder and a thickness of 6 mm. The specimen had a width of 200 mm at the upper and lower flanges of the plate girders at both ends, and a thickness of 12 mm. This preceded the failure in the central plate girder. In this test, the same plate girders at both ends were used, and the test was performed while only the center plate girders were replaced.
表11に、供試体の概要を示す。本発明例7の供試体では、フランジに補強部材を貼り付けた。本発明例7では、正曲げ試験と負曲げ試験と、を行う。正曲げ試験を行う供試体は上フランジに補強部材を貼り付け、下フランジに炭素繊維シートを貼り付けた。負曲げ試験を行う供試体は下フランジに補強部材を貼り付け、上フランジに炭素繊維シートを貼り付けた。補強部材は、フランジに一方向CFRP成型板を貼り付け、この一方向CFRP成型板に垂直補剛材を迂回するようにCFRP成型板(以下、バイパス部材という)を貼り付けた。一方向CFRP成型板とバイパス部材とは、炭素繊維シートと、エポキシ系樹脂とからハンドレイアップ成型法により作製した。比較例3では、補強部材による補強を行っていない。 Table 11 shows the outline of the specimen. In the specimen of Inventive Example 7, a reinforcing member was attached to the flange. In Example 7 of the present invention, a positive bending test and a negative bending test are performed. A specimen subjected to the positive bending test had a reinforcing member attached to the upper flange and a carbon fiber sheet attached to the lower flange. A specimen subjected to a negative bending test had a reinforcing member attached to the lower flange and a carbon fiber sheet attached to the upper flange. For the reinforcing member, a unidirectional CFRP molded plate was attached to the flange, and a CFRP molded plate (hereinafter referred to as bypass member) was attached to the unidirectional CFRP molded plate so as to bypass the vertical stiffener. A unidirectional CFRP molded plate and a bypass member were produced from a carbon fiber sheet and an epoxy resin by a hand layup molding method. In Comparative Example 3, no reinforcing member was used for reinforcement.
表12に、炭素繊維シートの概要を示す。表2の炭素繊維シートは、中弾性型炭素繊維シートを用いた。炭素繊維シートは、一方向CFRP成型板、バイパス部材の作製に用いられるほか、補強部材が設けられるフランジとは反対側のフランジに接着される。 Table 12 shows an overview of the carbon fiber sheets. As the carbon fiber sheets in Table 2, medium elastic carbon fiber sheets were used. Carbon fiber sheets are used to make unidirectional CFRP molded plates, bypass members, and are glued to flanges opposite to flanges on which reinforcing members are provided.
表13に供試体に用いた樹脂の概要を示す。本試験で用いた炭素繊維シート、一方向CFRP成型板及びバイパス部材の接着に用いる樹脂は、「炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」(株式会社高速道路総合技術研究所発行、2020年)に記載されている材料である。一方向CFRP成型板のマトリックス樹脂と、バイパス部材のマトリックス樹脂と、にはエポキシ系樹脂を用いた。フランジと一方向CFRP成型板との接着は高伸度弾性パテ(ポリウレア樹脂)およびエポキシ樹脂を使用した。一方向CFRP成型板とバイパス部材との接着は、エポキシ樹脂を使用した。試験に用いた鋼桁供試体の試験パネル部分の鋼材はSS400であり、降伏強度は293N/mm2(試験値)であった。 Table 13 shows an overview of the resins used for the specimens. The carbon fiber sheet used in this test, the unidirectional CFRP molded plate, and the resin used for bonding the bypass member are "Repair/reinforcement method for steel structures using carbon fiber sheets Design and construction manual" (Expressway Technical Research Co., Ltd. Institute, 2020). Epoxy-based resin was used for the matrix resin of the unidirectional CFRP molded plate and the matrix resin of the bypass member. A high elongation elastic putty (polyurea resin) and an epoxy resin were used to bond the flange and the unidirectional CFRP molded plate. Epoxy resin was used to bond the unidirectional CFRP molded plate and the bypass member. The steel material of the test panel portion of the steel girder specimen used for the test was SS400, and the yield strength was 293 N/mm 2 (test value).
表14に一方向CFRP成型板とバイパス部材との概要を示す。一方向CFRP成型板の繊維配向は、軸方向に対し0°とし、炭素繊維シートを20層積層した。バイパス部材の繊維配向は幅方向へ応力伝達するように軸方向に対し-45/0/45°方向に1/2/1層の比率とし、炭素繊維シートを10層積層した。表14中のCFRP成型板の厚さ(板厚)は測定値である。板厚と表12、表13に示す値から複合則・積層理論に基づき、繊維体積含有率Vfおよび軸方向弾性率を算出した。一方向CFRP成型板の積層数は上下フランジを補強した際に鋼桁供試体中央部の曲げ剛性が25%増加するように決定した。また、バイパス部材の積層数は中央の最も断面積が小さい部分での引張剛性が一方向CFRP成型板の引張剛性と同様となるように決定した。また、バイバス部材の形状はFEM解析を用いて検討した。以下に検討内容を示す。 Table 14 shows an overview of the unidirectional CFRP molded plate and the bypass member. The fiber orientation of the unidirectional CFRP molded plate was 0° with respect to the axial direction, and 20 layers of carbon fiber sheets were laminated. The fiber orientation of the bypass member was set to a ratio of 1/2/1 layers in -45/0/45° directions with respect to the axial direction so as to transmit stress in the width direction, and 10 layers of carbon fiber sheets were laminated. The thickness (plate thickness) of the CFRP molded plate in Table 14 is a measured value. Based on the plate thickness and the values shown in Tables 12 and 13, the fiber volume content V f and the axial elastic modulus were calculated based on the law of combination and lamination theory. The number of laminated unidirectional CFRP molded plates was determined so that the bending rigidity of the central part of the steel girder specimen increased by 25% when the upper and lower flanges were reinforced. Also, the number of laminations of the bypass member was determined so that the tensile stiffness at the central portion with the smallest cross-sectional area was the same as the tensile stiffness of the unidirectional CFRP molded plate. Also, the shape of the bypass member was examined using FEM analysis. The details of the study are shown below.
<FEM解析によるバイパス部材の形状の検討>
図34(a)は、FEM解析モデルの全体図を示し、図34(b)は、FEM解析モデルの断面図を示し、図34(c)は、FEM解析モデルにおけるバイパス部材の形状を示す。解析モデルはフランジ部分のみをモデル化し、ソリッド要素でモデル化した。各材料はすべて線形材料とし、接着樹脂の弾性係数は表3の値を用いた。表15に解析に用いたCFRP成型板の材料特性値を示す。各値は繊維体積含有率Vf=0.5として、炭素繊維シート(弾性係数Ef=390,000N/mm2、ポアソン比νf=0.3)およびマトリックス樹脂(弾性係数Em=2860N/mm2、ポアソン比νm=0.4)の物性値から算出した。拘束条件は端部をローラー支持とし、一軸引張荷重を与えた。解析パラメータは図34(c)に示すように、バイパス部材の幅方向伝達区間の長さ(CASE4:150mm、CASE5:300mm、CASE6:600mm)とした。また、バイパス区間の長さは、30mmとした。
<Examination of shape of bypass member by FEM analysis>
34(a) shows an overall view of the FEM analysis model, FIG. 34(b) shows a sectional view of the FEM analysis model, and FIG. 34(c) shows the shape of the bypass member in the FEM analysis model. The analysis model was modeled only for the flange part and modeled with solid elements. All the materials were linear materials, and the values shown in Table 3 were used for the elastic modulus of the adhesive resin. Table 15 shows material property values of the CFRP molded plate used for the analysis. Each value is a carbon fiber sheet (elastic modulus Ef = 390,000 N/mm 2 , Poisson's ratio νf = 0.3) and a matrix resin (elastic modulus Em = 2860 N/mm 2 with a fiber volume content V f = 0.5). , Poisson's ratio νm=0.4). Constraint conditions were that the ends were supported by rollers and a uniaxial tensile load was applied. As shown in FIG. 34(c), the analysis parameter was the length of the width direction transmission section of the bypass member (CASE4: 150 mm, CASE5: 300 mm, CASE6: 600 mm). Moreover, the length of the bypass section was set to 30 mm.
<FEM解析結果>
図35は、FEM解析モデルにおける鋼板下面中央における軸方向応力比分布図を示す。理論値はCFRP成型板と鋼板の引張剛性比から算出した。CASE4~6では、バイパス部材の端部および中央(端部から800mm)で鋼材の応力が大きくなる傾向であった。CASE4~6を比較すると伝達区間が長いほど中央の鋼材応力が小さくなる傾向を示した。伝達区間600mmの場合は中央の鋼材応力は概ね理論値通りであるが、伝達区間においては鋼材の応力が理論値を下回っており、過補強となる区間が多く、経済性に欠ける。また、実橋鋼桁の垂直補剛材間隔は1m程度であることが多く、伝達区間600mmの場合は隣り合うバイパス部材同士が干渉し、適用できない。伝達区間300mmの場合は中央の鋼材応力は理論値より約7%大きいが、本モデルにおいて、端部から中央までの全区間おいて、概ね理論値に近い。そのため、経済性および現場での適用性を考慮し、本試験においては伝達区間300mmのバイパス部材を採用した。
<FEM analysis result>
FIG. 35 shows an axial stress ratio distribution map at the center of the lower surface of the steel plate in the FEM analysis model. The theoretical value was calculated from the tensile rigidity ratio of the CFRP molded plate and the steel plate. In
<試験概要>
試験は支間長6,000mm、等曲げ区間2,500mm、せん断区間1,750mmの4点曲げ試験とした。載荷は変位制御による単調載荷とし、荷重が増加しなくなるまで載荷した。
<Test overview>
The test was a four-point bending test with a span length of 6,000 mm, a constant bending section of 2,500 mm, and a shear section of 1,750 mm. The loading was monotonic loading by displacement control, and the loading was continued until the load stopped increasing.
また、曲げ試験に際し、上フランジのひずみをひずみゲージにより計測した。図36は、ひずみゲージの位置図を示す。ひずみゲージは、供試体のフランジの上面に、供試体の材軸方向の中央、供試体の中央から±100mm、±300mm、±500mmの計7箇所に、材軸直交方向で3枚ずつ、合わせて21枚設置した。ひずみは、座屈や剥離が発生する以前の200kN時における各供試体の上フランジのひずみを計測した。 Moreover, the strain of the upper flange was measured with a strain gauge in the bending test. FIG. 36 shows a positional diagram of strain gauges. Three strain gauges were placed on the upper surface of the flange of the specimen at the center of the specimen in the material axis direction, and at ±100 mm, ±300 mm, and ±500 mm from the center of the specimen at a total of 7 points in the direction perpendicular to the material axis. 21 sheets were installed. The strain measured was the strain of the upper flange of each test piece at 200 kN before buckling or peeling occurred.
<曲げ試験結果:試験結果および破壊状況>
表16に試験結果一覧を示す。破壊状況は本発明例7の正曲げ試験の供試体と本発明例7の負曲げ試験の供試体ともに、一方向CFRP成型板-バイパス部材間のはく離が先行する結果であり、正曲げ試験の供試体では661kN、正曲げ試験の供試体では850kNでバイパス部材がはく離した。
<Bending test results: test results and breaking conditions>
Table 16 shows a list of test results. The state of destruction is the result of precedence of delamination between the unidirectional CFRP molded plate and the bypass member in both the positive bending test specimen of Inventive Example 7 and the negative bending test specimen of Inventive Example 7. The bypass member was peeled off at 661 kN in the specimen and at 850 kN in the positive bending test specimen.
<曲げ試験結果:荷重-支間中央鉛直たわみ関係>
図37は、実施例4における荷重-支間中央鉛直たわみ関係を示す。計算値は鋼材の弾性係数を200,000N/mm2とし、垂直補剛材および水平補剛材は無視して、梁理論に従い算出した。図37より本発明例7の正曲げ試験の供試体は、比較例3の降伏荷重(計算値)である798kN以前の661kNでバイパス部材のはく離により、剛性が低下する挙動を示した。本試験で用いたバイパス部材は端部のテーパー処理等を施していないため、バイパス部材の接着端部の急な断面変化により剛性が変化する。そのため、接着端部に応力集中が生じ、母材鋼桁の降伏以前にはく離が生じたと考えられる。
<Bending test results: load-span center vertical deflection relationship>
37 shows the load-span center vertical deflection relationship in Example 4. FIG. The calculated value was calculated according to beam theory, with the modulus of elasticity of steel being 200,000 N/mm 2 and ignoring vertical stiffeners and horizontal stiffeners. As shown in FIG. 37, the positive bending test specimen of Inventive Example 7 showed a behavior in which the stiffness decreased due to the detachment of the bypass member at 661 kN before the yield load (calculated value) of Comparative Example 3 of 798 kN. Since the bypass member used in this test was not subjected to taper processing or the like at the end portion, the rigidity changes due to a sudden change in cross section of the bonded end portion of the bypass member. Therefore, it is considered that stress concentration occurred at the bonded ends, and delamination occurred before the base material steel girders yielded.
本発明例7の負曲げ試験の供試体は889kN時にバイパス部材のはく離により剛性が低下した。本発明例7の正曲げ試験の供試体と比較すると、はく離荷重が約29%大きくなった。 The specimen in the negative bending test of Inventive Example 7 showed a decrease in rigidity due to the detachment of the bypass member at 889 kN. When compared with the positive bending test specimen of Inventive Example 7, the peel load was increased by about 29%.
<曲げ試験結果:上フランジの応力低減効果>
図38は、供試体の座屈、はく離等が発生する以前である200kN時における、各供試体の上フランジ鋼材のひずみ分布を示す。図38に示すように、本発明例7の正曲げ試験の供試体、本発明例7の負曲げ試験の供試体ともに比較例3と比較して、測定したすべての断面で応力が低減したことが確認された。各供試体上フランジの全ひずみゲージ21か所のひずみを平均し、比較例3と比較すると、正曲げ試験の供試体は約24%、負曲げ試験の供試体は約26%上フランジ鋼材の応力が低減されたことが確認され、概ね計算通りの補強効果が得られた。以上から、バイパス部材を用いた補強部材で上フランジを補強した場合、バイパス部材まで応力が伝達することで、鋼桁供試体の応力低減が確認された。
<Bend test result: stress reduction effect of upper flange>
FIG. 38 shows the strain distribution of the upper flange steel material of each test piece at 200 kN before buckling, delamination, etc. of the test piece occurs. As shown in FIG. 38, compared to Comparative Example 3, both the specimen for the positive bending test of Inventive Example 7 and the specimen for the negative bending test of Inventive Example 7 reduced the stress in all measured cross sections. was confirmed. By averaging the strain of all 21 strain gauges on the upper flange of each specimen and comparing with Comparative Example 3, the positive bending test specimen was about 24%, and the negative bending test specimen was about 26% of the upper flange steel material. It was confirmed that the stress was reduced, and the reinforcing effect was obtained as calculated. From the above, it was confirmed that when the upper flange was reinforced with a reinforcement member using a bypass member, the stress on the steel girder specimen was reduced by transmitting the stress to the bypass member.
100 :補強構造
1 :補強部材
2 :FRP板材
21 :切欠き部
22 :縮小部
23 :貼り付け部
24 :バイパス部
29 :一方向繊維シート
3 :繊維シート
4 :接着層
5 :I型断面鋼材
51 :フランジ
51a :上面
51b :下面
52 :フランジ
52a :上面
53 :ウェブ
54 :垂直補剛材
6 :接着層
7 :鋼部材
71 :鋼板
72 :面外ガセット
73 :添接板
74 :ボルト
8 :連続繊維材
9 :橋梁
91 :床版
92 :橋脚
X :第1方向
Y :第2方向
Z :第3方向
100 : Reinforcing structure 1 : Reinforcement member 2 : FRP plate material 21 : Notch 22 : Reduced part 23 : Attachment part 24 : Bypass part 29 : Unidirectional fiber sheet 3 : Fiber sheet 4 : Adhesive layer 5 : I-shaped cross section steel material 51 :
Claims (12)
前記鋼部材と、前記鋼部材を補強するための補強部材と、を備え、
前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるFRP板材を有し、
前記FRP板材は、
前記第2鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第1鋼材に貼り付けられる一対の貼り付け部と、
前記第2鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、
前記FRP板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有すること
を特徴とする補強構造。 A reinforcing structure for reinforcing a steel member having a first steel material and a second steel material joined to the first steel material,
comprising the steel member and a reinforcing member for reinforcing the steel member;
The reinforcing member has an FRP plate material in which a plurality of unidirectional fiber sheets in which continuous reinforcing fibers are aligned in one direction and are impregnated with resin are laminated,
The FRP plate material is
a pair of attachment portions formed on both sides of the second steel material and attached to the first steel material;
a bypass portion that bypasses the second steel material and connects the pair of attachment portions,
The reinforcing structure, wherein the fiber orientation in the FRP plate material has a main direction from one of the attached portions to the other of the attached portions and at least two directions different from the main directions.
を特徴とする請求項1記載の補強構造。 The fiber orientations in at least two directions that are oriented in directions different from the main direction are inclined at an absolute value of 15° to 75° from the main direction, and are symmetrical about the main direction. The reinforcing structure according to claim 1, characterized by:
前記連続繊維材は、前記第2鋼材を挟んで両側に離間して一対設けられること
を特徴とする請求項1記載の補強構造。 The reinforcing member further includes a continuous fiber material between the attachment portion and the first steel material,
The reinforcing structure according to claim 1, wherein a pair of said continuous fiber materials are provided on both sides of said second steel material with a space therebetween.
前記接着層は、高伸度弾性樹脂層を含むこと
を特徴とする請求項1記載の補強構造。 The reinforcing member further includes an adhesive layer between the attachment portion and the first steel material,
The reinforcing structure according to claim 1, wherein the adhesive layer includes a high elongation elastic resin layer.
を特徴とする請求項1記載の補強構造。 The reinforcing structure according to claim 1, wherein the thickness of the FRP plate material is tapered toward the end portion side in the main direction.
前記FRP板材は、
側端から切り欠かれるとともに前記第2鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記FRP板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、
前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記FRP板材に貼り付けられること
を特徴とする請求項1記載の補強構造。 The reinforcing member has a fiber sheet attached to the FRP plate,
The FRP plate material is
having a notch portion cut from a side end into which the second steel material is inserted, and a reduced portion in which the size of the FRP plate is reduced by the notch portion,
The reinforcing structure according to claim 1, wherein the fiber sheet is attached to the FRP plate so as to straddle the reduced portion.
前記繊維シートは、前記第1主面に貼り付けられること
を特徴とする請求項6記載の補強構造。 The FRP plate has a first main surface on which the bonding surface of the first steel material is formed, and a second main surface opposite to the first main surface,
The reinforcing structure according to claim 6, wherein said fiber sheet is attached to said first main surface.
前記繊維シートは、前記第2主面に貼り付けられること
を特徴とする請求項6又は7記載の補強構造。 The FRP plate has a first main surface on which the bonding surface of the first steel material is formed, and a second main surface opposite to the first main surface,
The reinforcing structure according to claim 6 or 7, wherein the fiber sheet is attached to the second main surface.
連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるFRP板材を有し、
前記FRP板材は、
前記第2鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第1鋼材に貼り付けるための一対の貼り付け部と、
前記第2鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐためのバイパス部と、が形成され、
前記FRP板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有すること
を特徴とする補強部材。 A reinforcing member for reinforcing a steel member having a first steel material and a second steel material joined to the first steel material,
Having an FRP plate material in which a plurality of unidirectional fiber sheets in which continuous reinforcing fibers are aligned in one direction and are impregnated with resin are laminated,
The FRP plate material is
a pair of attachment portions formed on both sides of the second steel material and attached to the first steel material;
a bypass portion for bypassing the second steel material and connecting the pair of attachment portions;
The reinforcing member, wherein the fiber orientation in the FRP plate material has a main direction from one of the attached portions to the other of the attached portions and at least two directions different from the main directions.
前記FRP板材は、
側端から切り欠かれるとともに前記第2鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記FRP板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、
前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記FRP板材に貼り付けられること
を特徴とする請求項9記載の補強部材。 Having a fiber sheet attached to the FRP plate,
The FRP plate material is
having a notch portion cut from a side end into which the second steel material is inserted, and a reduced portion in which the size of the FRP plate is reduced by the notch portion,
10. The reinforcing member according to claim 9, wherein the fiber sheet is attached to the FRP plate so as to straddle the reduced portion.
前記鋼部材に補強部材を設置する設置工程を備え、
前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されたFRP板材を有し、
前記FRP板材は、
前記第2鋼材を挟んで両側に形成される一対の貼り付け部と、
一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、
前記FRP板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも2つの方向と、を有し、
前記設置工程は、前記バイパス部により前記第2鋼材を迂回するように前記第1鋼材に一対の前記貼り付け部を貼り付けること
を特徴とする補強方法。 A reinforcing method for reinforcing a steel member having a first steel material and a second steel material joined to the first steel material, comprising:
An installation step of installing a reinforcing member on the steel member,
The reinforcing member has an FRP plate material in which a plurality of unidirectional fiber sheets in which continuous reinforcing fibers are aligned in one direction and are impregnated with resin are laminated,
The FRP plate material is
a pair of attachment portions formed on both sides of the second steel material;
a bypass portion connecting the pair of attachment portions is formed,
The fiber orientation in the FRP plate has a main direction from one attachment portion to the other attachment portion and at least two directions different from the main direction,
The reinforcing method, wherein the installing step includes attaching the pair of attaching portions to the first steel member so as to bypass the second steel member by the bypass portion.
前記FRP板材は、
側端から切り欠かれるとともに前記第2鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記FRP板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、
前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記FRP板材に貼り付けられ、
前記設置工程では、前記FRP板材の前記切欠き部に前記第2鋼材を挿入し、前記FRP板材を前記第1鋼材に貼り付けること
を特徴とする請求項11記載の補強方法。 The reinforcing member has a fiber sheet attached to the FRP plate,
The FRP plate material is
having a notch portion cut from a side end into which the second steel material is inserted, and a reduced portion in which the size of the FRP plate is reduced by the notch portion,
The fiber sheet is attached to the FRP plate so as to straddle the reduced portion,
12. The reinforcing method according to claim 11, wherein, in the installation step, the second steel member is inserted into the notch portion of the FRP plate member, and the FRP plate member is attached to the first steel member.
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