JP2024002622A - 補強構造および既設設備の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】施工性を高める。【解決手段】補強構造１０は、平面部１６を有する補強対象材１１と、平面部１６にスペーサ１３を介して設けられた補強材１２と、平面部１６、スペーサ１３、および補強材１２を挟み込んで固定する固定具２０と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、補強構造および既設設備の補強方法に関する。

従来から、既設設備の補強方法に関する発明として、下記特許文献１から３に記載の各発明が知られている。
特許文献１に記載の発明は、柱梁架構の耐震補強構造に関する。この発明では、柱のフランジ面や梁のフランジ面に、ガセットプレートの固定面部が面を合わせて設置されている。フランジ面と固定面部とが挟締金具で挟締されている。
特許文献２に記載の発明は、構造物の補強方法に関する。この発明では、繊維強化シートを構造物の表面に結合材にて接着して一体化する。
特許文献３に記載の発明は、走行桁の補強工法に関する。この発明では、走行桁のフランジと補強部材のフランジを高力ボルトにて締め付けて接合する。
また、既設設備の補強方法ではないものの、亀裂が生じた鋼部材の補修構造として、下記特許文献４に記載の発明が知られている。この発明では、鋼部材のうち、亀裂が生じた部位の長手方向両側に補強材が締結され、これらの補強材が連結部材を介して連結されている。

特開２０１３－３２６８９号公報 特開２０１１－２０８３５２号公報 特開平１１－３５２７５号公報 特開２０１８－１６４５６号公報

しかしながら、前記従来の補強方法に関する各発明では、補強対象に補強材を面接触させる必要があるため、以下２点の課題が考えられる。その結果、作業に手間がかかることから、施工性を高めることに改善の余地がある。
（１）補強対象の表面に突起物（例えばリベットなど）がある場合、その突起物を除去する必要がある。なお、このような突起物を有する補強対象としては、例えば、リベットガーダーなどが挙げられる。
（２）上記（１）のような突起物がない場合であっても、補強対象の表面の広範囲にわたってケレン処理を実施する必要がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、施工性を高めることを目的とする。

＜１＞本発明の一態様に係る補強構造は、平面部を有する補強対象材と、前記平面部にスペーサを介して設けられた補強材と、前記平面部、前記スペーサ、および前記補強材を挟み込んで固定する固定具と、を備える。

補強材が、平面部にスペーサを介して設けられている。そのため、補強材を平面部に面接触させる必要が無い。よって、例えば、平面部に突起物が形成されている場合であっても、その突起物を回避してスペーサを配置した上で、スペーサ上に補強材を配置することができる。よって、突起物を除去する必要性が大幅に低減される。また、平面部に対するケレン処理も、スペーサを配置する部分に対して実施すれば足り、作業量を顕著に低減することができる。以上から、施工性を高めることができる。
その上で、固定具が、平面部、スペーサ、および補強材を挟み込んで固定する。そのため、固定具およびスペーサの作用によって、補強材を平面部に確実に固定し、補強材によって平面部を確実に補強することができる。しかも、例えば溶接による固定の場合などに比べて、施工時の火気の使用を抑制しつつも、現場施工することもできる。

＜２＞上記＜１＞に係る補強構造では、前記補強材は、ＣＦＲＰ製の板材である、構成を採用してもよい。
＜３＞上記＜１＞に係る補強構造では、前記補強材は、ＣＦＲＰ製の板材の全面に鋼板を接着させてなる、構成を採用してもよい。

補強材がＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastic、炭素繊維強化プラスチック）製の板材を含む。したがって、補強材の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。これにより、補強材を扱う作業員の負担を低減し、施工性を更に向上させることができる。なお、ＣＦＲＰ製の板材としては、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７０９７：２０１７に規定される一方向炭素繊維強化プラスチック帯板材などが挙げられる。

＜４＞本発明の一態様に係る既設設備の補強方法は、既設設備の補強対象部位に、スペーサを介して補強材を配置し、前記補強対象部位、前記スペーサ、および前記補強材を挟み込んで固定する。

補強材を、補強対象部位にスペーサを介して配置する。そのため、補強材を補強対象部位に面接触させる必要が無い。例えば、補強対象部位に突起物が形成されている場合であっても、その突起物を回避してスペーサを配置した上で、スペーサ上に補強材を配置することができる。よって、突起物を除去する必要性が大幅に低減される。また、補強対象部位に対するケレン処理も、スペーサを配置する部分に対して実施すれば足り、作業量を顕著に低減することができる。以上から、施工性を高めることができる。
その上で、補強対象部位、スペーサ、および補強材を挟み込んで固定する。そのため、スペーサの作用によって、補強材を補強対象部位に確実に固定し、補強材によって平面部を確実に補強することができる。しかも、例えば溶接による固定の場合などに比べて、施工時の火気の使用を抑制しつつも、現場施工することもできる。

本発明によれば、施工性を高めることができる。

本発明の一実施形態に係る補強構造の正面図である。 図１に示す補強構造が適用されるクレーンランウェイガーダーの第１例を示す斜視図である。 図１に示す補強構造が適用されるクレーンランウェイガーダーの第２例を示す斜視図である。 図１に示す補強構造の要部の拡大断面図である。 図１に示す補強構造の変形例であって、図４に示す拡大断面図に相当する図である。 本発明の実施例と比較例との特徴を比較する表である。

以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係る補強構造１０を説明する。
補強構造１０は、既設設備（補強対象材）を補強する。なお本実施形態では、既設設備としてクレーンランウェイガーダー１１を例示して説明する。しかしながら、本発明の適用対象は、クレーンランウェイガーダー１１に限られない。例えば、ガーダー橋などを含むその他の構造物（例えば、平面部を有する既設設備）に対しても、本発明を適用することができる。

図１に示すように、補強構造１０は、クレーンランウェイガーダー１１と、補強材１２と、スペーサ１３と、固定具２０と、を備えている。
クレーンランウェイガーダー１１は、図示しないクレーンのトロリーを支持する。クレーンランウェイガーダー１１は、図２に示すようないわゆるプレート形式のクレーンランウェイガーダー１１Ａであってもよく、図３に示すようないわゆるリベット形式のクレーンランウェイガーダー１１Ｂであってもよい。なお、図３に示すようなリベット形式のクレーンランウェイガーダー１１Ｂでは、後述する主桁１４の表面に、リベット（突起物Ｐ）が突出する。

図１に示すように、クレーンランウェイガーダー１１は、主桁１４を備えている。主桁１４は、いわゆるＨ形鋼（Ｉビーム）である。主桁１４は、水平方向に延びる。以下では、主桁１４の材軸方向を桁軸方向Ｙという。主桁１４の幅方向、すなわち、桁軸方向Ｙに直交する方向であって水平方向に平行な方向を桁幅方向Ｘという。桁軸方向Ｙおよび桁幅方向Ｘは、いずれも上下方向Ｚに直交する。

主桁１４は、一対のフランジ１５、１６と、ウエブ１７と、を備えている。
一対のフランジ１５、１６は、上フランジ１５と、下フランジ１６（平面部、補強対象部位）と、を備えている。上フランジ１５には、例えば、図２および図３に示すようなレール１８が設けられる。図１に示すように、下フランジ１６には、前記補強材１２が取り付けられている。

補強材１２は、下フランジ１６にスペーサ１３を介して設けられている。補強材１２は、板材である。補強材１２の下フランジ１６と平行に配置されている。補強材１２は、下フランジ１６の桁軸方向Ｙの全長、またはその一部に設けられている。補強材１２の桁軸方向Ｙの長さは、下フランジ１６（主桁１４）の桁軸方向Ｙの長さと同等である。補強材１２は、下フランジ１６の桁幅方向Ｘの全幅にわたって設けられている。補強材１２の桁幅方向Ｘの幅は、下フランジ１６（主桁１４）の桁軸方向Ｙの幅と同等である。補強材１２の板厚は、下フランジ１６の厚さ（板厚）と同程度もしくはそれ以下が望ましい。

補強材１２は、例えば、ＣＦＲＰ（carbon fiber reinforced plastic、炭素繊維強化プラスチック）製の板材を含むことが好ましい。この場合、補強材１２の強度を確保しつつ、軽量化を図ることができる。これにより、補強材１２を扱う作業員の負担を低減し、施工性を更に向上させることができる。なお、ＣＦＲＰ製の板材としては、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７０９７：２０１７に規定される一方向炭素繊維強化プラスチック帯板材などが挙げられる。

補強材１２は、ＣＦＲＰ製の板材のみによって構成されていてもよい。補強材１２は、ＣＦＲＰ製の板材と他の板材との複合材料であってもよい。補強材１２は、例えば、ＣＦＲＰ製の板材の全面に鋼板を接着させてなる構成であってもよい。言い換えると、補強材１２は、ＣＦＲＰ製の第１板材と、鋼製の第２板材（鋼板）と、を備えていてもよい。第２板材は、第１板材の全面に接着されていることが好ましい。

補強材１２の弾性剛性と降伏強度は、補強効果を高め補強材１２を先行して降伏させる観点から、下フランジ１６に対して高いことが好ましい。補強材１２の弾性剛性と降伏強度は、例えば、一軸引張試験により測定することができる。

なお、補強材１２が第１板材および第２板材を備える場合、板材の応力負担範囲を板材の幅方向に広げる観点から、第２板材（すなわち、鋼板）が下フランジ１６側を向いていることが好ましい。
また、補強材１２が第１板材および第２板材を備える場合、十分な補強効果を得る観点から、第１板材が第２板材よりも厚いほうが好ましい。

スペーサ１３は、下フランジ１６の下面および補強材１２の上面それぞれに面接触している。スペーサ１３は、補強材１２よりも桁幅方向Ｘに小さい。スペーサ１３は、下フランジ１６および補強材１２それぞれにおける桁幅方向Ｘの両端に挟まれている。スペーサ１３は、下フランジ１６および補強材１２それぞれにおける桁幅方向Ｘの中央には配置されていない。スペーサ１３は、桁幅方向Ｘに間隔をあけて２つ配置されている。

スペーサ１３は、固定具２０の面積と同程度以上であることが好ましい。また、スペーサ１３と固定具２０（取付け金物）の取付け間隔（固定具２０の桁軸方向Ｙの設置間隔）は、３００～９００ｍｍ程度であることが好ましい。

スペーサ１３は、例えば、平鋼（平板鋼板）などである。スペーサ１３として、板厚方向（上下方向Ｚ）の弾性剛性が低い材料を採用した場合、スペーサ１３による補強効果を悪化させる可能性がある。そのため、スペーサ１３は、下フランジ１６より高い剛性、例えば、下フランジ１６に採用されている鋼材以上の剛性を有することが望ましい。

なお、下フランジ１６の下面（表面）に突起物Ｐがある場合、スペーサ１３は、突起物Ｐを回避した位置に配置されることが好ましい。この場合、スペーサ１３の厚さは、突起物Ｐの厚さ（下フランジ１６の下面からの突出量）よりも大きいことが必要である。

固定具２０は、下フランジ１６、スペーサ１３、および補強材１２を挟み込んで固定する。本実施形態では、固定具２０としては、図４に示すような挟締金具を採用している。この種の固定具２０の具体例としては、矢作建設工業株式会社製のピタグリップ（登録商標）が挙げられる。固定具２０は、下フランジ１６を桁幅方向Ｘに挟んで２つ設けられている。各固定具２０は、下フランジ１６の桁幅方向Ｘの端部を挟締している。なお、桁幅方向Ｘに２つで１組をなす固定具２０は、桁軸方向Ｙに複数設けられていることが必要である。

固定具２０は、金具本体２２と、挟締ボルト２６と、を備えている。
金具本体２２は、桁軸方向Ｙから見てコ字型をしている。金具本体２２は、桁幅方向Ｘの内側（金具本体２２に対して下フランジ１６が位置する側）に向けて開口する。固定具２０では、金具本体２２の開口部２２ｃ（コ字型の開口部２２ｃ）内に配置された部材が上下方向Ｚから挟締される。

金具本体２２の上下両端部２２ａ，２２ｂ（コ字型の両端部２２ａ，２２ｂ）のうち一方の端部２２ｂ（図示の例では、上側の端部２２ｂ）には、端部２２ｂを上下方向Ｚに貫通する雌ネジ孔２４ｂが備えられている。雌ネジ孔２４ｂは、桁軸方向Ｙに間隔をあけて複数（例えば２つ）備えられていることが好ましい。

各雌ネジ孔２４ｂには、挟締ボルト２６が螺入されている。挟締ボルト２６は、雌ネジ孔２４ｂの数に対応して複数用いられている。したがって、コ字型の開口部２２ｃ内に配置された部材は、桁軸方向Ｙに離れた複数箇所（例えば２箇所）で挟締される。なお、金具本体２２の他方の端部２２ａ（図示の例では、下側の端部２２ａ）は、挟締ボルト２６に対する受部となっている。すなわち、挟締ボルト２６を回すことによって、コ字型の開口部２２ｃ内に配置された部材を、挟締ボルト２６と端部２２ａとの間で挟締する。

なお挟締ボルト２６には、緩みや取り外しを防止する措置が講じられていることが好ましい。このような緩みや取り外しを防止する措置の一例としては、ダブルナット構造２８が挙げられる。

次に、既設設備の補強方法について説明する。
まず、下フランジ１６に、スペーサ１３を介して補強材１２を配置する。
その後、下フランジ１６、スペーサ１３、および補強材１２を挟み込んで固定する、本実施形態では、前記固定具２０を用い、下フランジ１６とともに補強材１２を固定具２０で挟締する。

なお固定具２０は、上記構成（挟締金具）に限定されない。例えば図５に示す変形例に係る補強構造１０Ａのように、高力ボルト２４を採用してもよい。高力ボルト２４としては、例えば、ＪＩＳ Ｂ １１８６：２０１３に規定される摩擦接合用高力六角ボルト・六角ナット・平座金のセットなどが挙げられる。さらに例えば、固定具２０として、挟締金具や高力ボルト以外の構成を採用してもよい。

ここで、上記実施形態の補強構造１０に基づく実施例と、他の補強構造１０に基づく比較例と、の特徴を比較して図６に示す。図６は、実施例および比較例それぞれの概要を表した模式図を含む表である。図６では、前記模式図が、「補強概要」の列に記載されている。図６には、実施例としての補強構造が１つ、比較例としての補強構造が４つ記載されている。

図６には、実施例の補強構造として、「スペーサあり補強」という補強構造（以下、スペーサありの補強構造という）が記載されている。スペーサありの補強構造は、上記実施形態の補強構造である。なお補強材は、ＣＦＲＰ製の板材である。

図６には、比較例の補強構造として、以下に示す４つの補強構造が記載されている。
（１）ボルト接合構造（以下、ボルトによる補強構造という）
（２）溶接補強（以下、溶接による補強構造という）
（３）ＣＦＲＰ貼付け補強（以下、貼り付けによる補強構造という）
（４）スペーサなし補強（以下、スペーサなしの補強構造という）

上記（１）に係るボルトによる補強構造では、補強材としてＨ形鋼を用いている。そして、クレーンランウェイガーダーの下フランジと補強材の上フランジとを、ボルトにより接合している。
上記（２）に係る溶接による補強構造では、補強材としてＴ形鋼を用いている。そして、クレーンランウェイガーダーの下フランジと補強材のウエブとを、溶接により接合している。

上記（３）に係る貼り付けによる補強構造では、補強材としてＣＦＲＰの板材を用いている。そして、補強材を、クレーンランウェイガーダーの下フランジに貼り付けている。
上記（４）に係るスペーサなしの補強構造では、実施例に係るスペーサありの補強構造と類似しているが、スペーサを用いていない。すなわち、スペーサなしの補強構造においても、固定具を用いて固定しているものの、固定具が、下フランジおよび補強材を、スペーサを介さずに挟み込んで固定している。

上記実施例および比較例の各補強構造について、（ａ）リベット撤去、（ｂ）火気使用、（ｃ）現場加工、（ｄ）補強材重量、の４つの観点から比較した。

上記（ａ）リベット撤去は、リベット撤去の要否に基づく観点である。補強材がリベットと干渉する場合に、リベット撤去が必要となる。リベット撤去を実施すると工期もコストも増加する。よって、リベット撤去は、できるだけ実施しないほうが好ましい。

上記（ｂ）火気使用は、施工時の火気使用の要否に基づく観点である。施工時の火気使用は、ケレン処理実施のために必要となる。また、溶接による補強構造の場合には、溶接そのものの実施のためにも必要となる。火気使用時には、養生が必要となり工期もコストも増加する。よって、火気も、できるだけ使用しないほうが好ましい。

上記（ｃ）現場加工は、現場加工の要否に基づく観点である。現場で下フランジへの切削加工などが必要となる場合、工期が長くなるため好ましくない。すなわち、現場加工が不要な場合、工期が短くて済むため好ましい。
上記（ｄ）補強材重量は、補強材の重量に基づく観点である。補強材が重量物となるほど、工期やコストが増加する。さらにこの場合、重機も必要となり工事箇所に制約発生する。そのため、補強材は、できるだけ軽量であるほうが好ましい。

実施例および比較例の各補強構造を、上記（ａ）～（ｄ）の４つの各観点から見た場合それぞれにおいて、好ましい場合を「〇」、好ましくない場合を「×」と評価し、図６に示す表に記入した。

実施例の補強構造では、「リベット撤去」および「火気使用」の両方が「〇」となる。すなわち、スペーサを採用することにより、リベット撤去を不要とし、かつ、ケレン処理が必要な下フランジの面積を最小化することができる。そのため、施工性を高めることができる。
また実施例の補強構造では、「現場加工」も「〇」となる。すなわち、挟締金具を採用する場合、ボルトを差し込む穴などを下フランジに前加工する必要が生じない。そのため、施工性を更に高めることができる。
さらに実施例の補強構造では、「補強材重量」も「〇」となる。すなわち、補強材としてＣＦＲＰ製の板材を採用する場合、補強材が軽量となり、場合によっては重機を不要として人力による施工を実現することができる。そのため、施工性を更に高めることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る補強構造１０および補強方法によれば、補強材１２が、下フランジ１６にスペーサ１３を介して設けられている。そのため、補強材１２を下フランジ１６に面接触させる必要が無い。よって、例えば、下フランジ１６に突起物Ｐが形成されている場合であっても、その突起物Ｐを回避してスペーサ１３を配置した上で、スペーサ１３上に補強材１２を配置することができる。よって、突起物Ｐを除去する必要性が大幅に低減される。また、下フランジ１６に対するケレン処理も、スペーサ１３を配置する部分に対して実施すれば足り、作業量を顕著に低減することができる。以上から、施工性を高めることができる。
その上で、固定具２０が、下フランジ１６、スペーサ１３、および補強材１２を挟み込んで固定する。そのため、固定具２０およびスペーサ１３の作用によって、補強材１２を下フランジ１６に確実に固定し、補強材１２によって下フランジ１６を確実に補強することができる。しかも、例えば溶接による固定の場合などに比べて、施工時の火気の使用を抑制しつつも、現場施工することもできる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０、１０Ａ 補強構造
１１ クレーンランウェイガーダー（補強対象材、既設設備）
１２ 補強材
１３ スペーサ
１６ 下フランジ（平面部、補強対象部位）
２０ 固定具

Claims (4)

1. 平面部を有する補強対象材と、
   前記平面部にスペーサを介して設けられた補強材と、
   前記平面部、前記スペーサ、および前記補強材を挟み込んで固定する固定具と、を備える、補強構造。
2. 前記補強材は、ＣＦＲＰ製の板材である、請求項１に記載の補強構造。
3. 前記補強材は、ＣＦＲＰ製の板材の全面に鋼板を接着させてなる、請求項１に記載の補強構造。
4. 既設設備の補強対象部位に、スペーサを介して補強材を配置し、
   前記補強対象部位、前記スペーサ、および前記補強材を挟み込んで固定する、既設設備の補強方法。

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