JP3799367B2 - 補強用構造体およびこれを用いた構造物の補強方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設の建築構造物や土木構造物等を補強するための補強用構造体および構造物の補強方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
既設の鉄筋コンクリート構造物等の構造物は十分な耐震性を備えているが、近年、これら既設のコンクリート構造物、例えば鉄道や道路の橋梁について、大規模な地震に対しても有効な耐震性を発揮すべく種々の補強が進められている。
【0003】
ここで、一般的な円柱状の橋脚を対象とする補強の方法としては、あらかじめ橋梁の形状に合わせて曲げ加工された短冊状の鋼板を、橋梁の外面との間に間隙を設けた状態で橋梁を囲むように複数配置し、隣り合う鋼板の辺部どうしを溶接して鋼板を筒状としたうえで間隙にエポキシ樹脂やモルタル等を充填する方法がある。この補強方法によれば、橋脚に作用する圧縮等の負荷による径方向への膨張力に対して特に有効である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような補強方法には次のような問題が残されている。すなわち、工場等においてあらかじめ曲げ加工された鋼板を現場まで搬送する間や、現場において鋼板を吊り下げ支持したときに鋼板に歪みが生じ、これによって鋼板どうしの合わせ目にずれが生じることがあり、このずれを正さなければ溶接が行えなかった。
【0005】
加えて、施工規模に応じて多数の熟練した溶接工を確保する必要があり、さらに溶接作業そのものについても、野外の気温や湿度が変化しやすい環境下において作業を実施するために溶接部分を均質に保つのが非常に困難であった。
【0006】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、従来の工法に比べて格段に合理化、省力化することができ、工期の大幅な短縮と工費の削減を実現することができる補強用構造体およびこれを用いた構造物の補強方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載された補強用構造体は、被補強構造物の外面に沿う形状とされた鋼板と、該鋼板の外面側に配置されるとともに鋼板の外面に固定され、鋼板の形状を一定に保つ補剛枠とを備え、前記補剛枠は、前記鋼板の外面から離間して配置されるとともに、長さ変更可能な連結部材を介して鋼板に対して着脱自在かつ鋼板との間の離間距離を調節可能に連結されて固定されていることを特徴とする
【0009】
請求項2に記載された補強用構造体は、請求項1に記載された補強用構造体に対する被補強構造物を柱状体とし、前記鋼板が柱状体の周囲を囲んで縦割りに分割された形状とされ、前記補剛枠は分割された鋼板のそれぞれに取り付けられていることを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載された補強用構造体は、請求項2に記載された補強用構造体における被補強構造物としての柱状体を囲んで配置された鋼板に、その隣り合う辺部をお互いに重ね合せた状態で接合する継手部がそれぞれ設けられ、これら継手部の重ね合わせ面にはお互いに係合し鋼板の隣接方向への移動を拘束する凹凸部がそれぞれ形成されるとともに、重ね合わされた継手部は螺子止めによって固定されていることを特徴とする。
【0011】
請求項4に記載された構造物の補強方法は、請求項1〜3のいずれかに記載された補強用構造体を用いた構造物の補強方法であって、被補強構造物の外側に、鋼板の外側に連結部材を介して補剛枠を着脱自在かつ鋼板との間の離間距離を調節可能に連結して固定した補強用構造体を配置して、該補強用構造体における鋼板を被補強構造物の外面に対向させ、それら被補強構造物と鋼板との間に硬化性充填材を注入し、該硬化性充填材が硬化した後、鋼板から連結部材を取り外して、鋼板を残して補剛枠を連結部材とともに撤去することを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明に係る補強用構造体およびこれを用いた構造物の実施の形態を図1ないし図6に示して説明する。なお、本実施の形態における被補強構造物は、鉄道等の橋梁に備わる円柱状の橋脚とし、特に、下部ほど太く、上部に向かうほど細く形成されたテーパ形状を有するものとする。
【0013】
図1に示す補強用構造体10は、橋脚1の外面に沿う形状とされた鋼板20と、この鋼板20の外面21側に配置されるとともに鋼板20の外面21に固定され、鋼板20の形状を一定に保つ補剛枠30とを備えている。
【0014】
鋼板20は、橋脚1の周囲を囲んで縦割りに均等に3分割された短冊状であり、その幅方向に沿って円弧状に曲げ加工されている。ここで、鋼板20の曲げ加工は、鋼板20と橋脚1との間に一定の間隙を持たせつつ、橋脚1のテーパ形状に合わせて橋脚1の下部に配される側ほどの曲率が大きく、上部に配される側ほど曲率が小さく施されている。
【0015】
また、鋼板20には、橋脚1を囲んで配置されたときに隣り合う辺部に、お互いに重ね合せた状態で接合する継手部22、23がそれぞれ設けられている。
【0016】
継手部22、23は、鋼板20の長さにほぼ等しく幅の狭い板状部材であり、図2に示すように、鋼板20とは別に加工されて溶接により固定されている。
【0017】
継手部22、23の重ね合わせ面22a、23aは、鋼板20と同様の曲面状に加工されており、その曲率は鋼板20の下部の最小曲率と同一とされて長さ方向のどの部分についても同様の曲面が与えられている。
さらに、この重ね合わせ面22a、23aには、お互いに係合し鋼板20どうしの隣接方向への移動を拘束する凹凸部22b、23bがそれぞれ形成されており、これら凹凸部22b、23bには、お互に当接し隣接方向に対して垂直な係止面Hが、鋼板20の長さ方向に沿って複数形成されている。
【0018】
さらに、一方の継手部22には貫通孔22cが形成され、他方の継手部23には継手部22と接合されたときに貫通孔22cと連通する貫通孔23cが形成されており、継手部23の内面には、貫通孔23cと同一の軸線を有してナット24が配され、溶接により固定されている。このナット24には、継手部22側からボルト25が螺入されるようになっており、このボルト25をナット24に締着させることによって鋼板20どうしを接合することができる。
【0019】
補剛枠30は、図1に示すように、鋼板20の幅方向に沿って配された横棧31と、横棧31に交して鋼板20の長さ方向に配された縦棧32とを備え、その交わりの部分で強固に接合されている。このうち横棧31は、鋼板20の上部側および下部側に配される主横棧31a、31aと、これら主横棧31aの間に複数配される副横棧31bとからなる。主横棧31aと縦棧32とはH鋼によって構成され、主横棧31aの間に配される副横棧31bはT字状に組み合わされた2本のL字鋼によって構成されている。
【0020】
主横棧31aは、3枚の鋼板20が組み合わされたときに他の補剛枠30の主横棧31aとともに水平面に沿って正六角形をなすように両端が鋼板20側に120゜の角度を有して屈曲状態に形成されている。また、副横棧31bは、同じく3枚の鋼板20が組み合わされたときに他の副横棧31bとともに水平面に沿って円をなすように円弧状に形成されている。
ここで、主横棧31aどうしは同じ大きさであり、副横棧31bもすべて同じ大きさであり、これによって補助枠30は軸線方向に内径の等しい円筒形の骨組をなすような形状とされている。
【0021】
補剛枠30は、図3に示すように、鋼板20の外面21から離間して配置され、長さ変更可能な連結プレート(連結部材)40を介して鋼板20に対して着脱自在かつその鋼板20との間の離間距離を調節可能に連結されて固定されている。連結プレート40は、副横棧31bに、鋼板20の幅方向に間隔を空けて一端が固定され、さらに他端が相対する鋼板20に固定されている。
【0022】
連結プレート40は複数のボルト41によって固定された2分割式となっており、その一片42は副横棧31bに溶接により固定されている。また、連結プレート40の他片43の先端はL字形に屈曲されて貫通孔44が形成されており、かたや相対する鋼板20にも貫通孔26が形成され、その内面には貫通孔26と同一の軸線を有してナット27が配されて溶接により固定されており、連結プレート40は貫通孔44、26を通してナット27にボルト45が締着されることにより鋼板20に着脱可能に連結されるようになっており、かつ他片43を交換することで連結プレート40の長さを変更できるようになっている。
【0023】
上記のように構成された補強用構造体10によれば、堅固な補剛枠30を、橋脚1の形状に合わせて曲げ加工された鋼板20に連結プレート40を介して固定しておくことによって、工場からの搬出時、搬送途中、現地で積み下ろし時、および現地での組み立て作業時においてもその形状を一定に保つことができ、これによって鋼板20の歪みを防止して鋼板20どうしの合わせ目を正確に一致させることができる。
【0024】
また、鋼板20どうしを接合する際、鋼板20の隣り合う辺部に設けられた継手部22、23を重ね合わせて凹凸部22b、23bを係合させるとともに、継手部22、23どうしをボルト25およびナット24によって固定することによって、溶接を行わなくても鋼板20どうしを強固に接合することができ、これによって鋼板20の幅方向、すなわちお互いに固定された鋼板20を引き離す方向に作用する負荷に対して高い強度を有する。
【0025】
また、補剛枠30は、鋼板20から離間して配置されて連結プレート40によって鋼板20に固定されており、さらに連結プレート40は他片43を交換することによって長さの変更が可能であるので、連結プレート40の長さを変更することによって大きさ、形状の異なる鋼板20に取り付けることが可能である。
【0026】
次に、上記のように構成された補強用構造体10を用いた構造物の補強方法を説明する。
[1.鋼板製作]
工場において、橋梁1の形状に合わせて鋼板に曲げ加工を行い、必要に応じて切断、溶接を行って補剛枠30に取り付けられる大きさの鋼板20を製作する。さらに、連結プレート40を固定するための貫通孔26の形成およびナット27の固定を行った後、鋼板20にブラスト処理および亜鉛ジンク処理を施して下地の耐錆処理を終らせておく。
【0027】
[2.鋼板と補剛枠との一体化]
あらかじめ製作された補剛枠30に鋼板20を組み付け、連結プレート40と鋼板20とをボルト45によって固定し、鋼板20と補剛枠30とを一体化する。
【0028】
[3.補強用構造体の搬走]
工場において一体化された補強用構造体10を、トラックを使って橋梁1が設置された現地に搬走する。
【0029】
[4.補強用構造体の現地組み立て]
現地に搬入された補強用構造体10を、クレーンを使用して吊り下げ支持し、橋脚1の外側に鋼板20を沿わせ、図4に示すように橋脚1との間に一定の間隙Kを持たせた状態で立設する。同様の要領で橋脚1の周囲に補強用構造体10を次々に立設し、3個の補強用構造体10によって橋脚1を取り囲んだ状態とする。
続いて、立設された各補強用構造体10の継手部22、23を重ね合わせ、凹凸部22b、23bを噛み合わせて係合状態としたうえで、ボルト25をナット24に締着して鋼板20どうしを接合する。その際足場は組まず、高所作業車を用いて締着作業を行う。
【0030】
[5.モルタル(硬化性充填材)の注入および養生]
図5に示すように、鋼板20と橋脚1との間隙KにモルタルMを注入して充填するとともに、十分に固化するまで養生させる。このとき、鋼板20のはらみ、すなわち注入されるモルタルMによる鋼板20の膨らみを防止するために、必要に応じて鋼板20と補剛枠30との間に束等の支保工をたてておく。
【0031】
[6.補剛枠撤去]
モルタルMが硬化して養生が終了したら、連結プレート40と鋼板20とを固定しているボルト45を外し、橋脚1側に鋼板20を残して補剛枠30を連結プレート40とともに橋脚1から撤去する。撤去に際しては、補強用構造体10の現地組み立ての際に使用したクレーンを再び使用するものとし、撤去された補剛枠30は工場に送り返して新たな鋼板20に取り付け、繰り返して使用する。
【0032】
[7.塗装および防水処理]
鋼板20の外面21に仕上げの塗装を行った後、塗装の乾燥を待って外部に露出した継手部22、23の合わせ目に沿ってコーキング材を付設するとともに、鋼板20の上端に水切りプレートを配して橋脚1の補強を完了する。ここで、水切りプレートは、鋼板20の上端と橋脚1との間に露出したモルタルMを覆って橋脚1の周囲に笠状に配置されて鋼板20の内側に水が侵入するのを防ぐもので、鋼板20の外側に折り曲げられた部分を鋼板20にリベット止めするとともに橋脚1と接する部分に周方向に沿ってコーキング材を付設することによって橋脚1に固定する。
【0033】
以上のように、補強用構造体10を用いて橋脚1の補強を行うことによって、橋脚1への鋼板20の設置や鋼板20どうしの接合に係わる作業を従来の工法に比べて格段に合理化、省力化することができ、工期の大幅な短縮と工費の削減を実現することができる。
【0034】
例えば、補剛枠30によって鋼板20の形状を一定に保つことができるので、鋼板20どうしの目合わせを行なう作業が廃される。また、螺子止めによって鋼板20どうしの接合がなされるので、従来のような溶接による接合作業が廃されるとともに、大掛かりな足場を設置する必要がなくなる。
さらに、従来は多くの溶接作業を現地で行なっていたため、溶接後に下地の耐錆処理から仕上げ塗装までを現地で行なっていたが、現地での溶接作業が廃されるので、下地の耐錆処理はあらかじめ工場にて行ない、現地での塗装作業を大幅に省略することができる。
【0036】
また、本実施の形態における補剛枠30は、主横棧31aを補剛枠30の上部と下部に1本ずつ配して構成したが、補剛枠30自体の剛性をさらに高めるために主横棧31aを増やして補剛枠30を構成しても構わない。
【0037】
上記実施の形態においては、被補強構造物として円柱状の橋脚1を取り上げ、この橋脚1を補強するための補強構造体10およびこれを用いた橋脚1の補強の方法について説明したが、本発明は形状の異なる別の建築構造物に対しても実施可能である。
【0038】
例えば、橋脚1のような柱状体ではなく、図6(a)に示すような壁体101を補強する場合には、まず、壁体101の全面を覆う鋼板120を製作し、この鋼板120に補剛枠130を取り付けて補強用構造体110を組み立てる。
そして、補強用構造体110を壁体101の両面に相対してそれぞれ配置し、壁体101を貫通する固定部材150で壁体101の厚さ方向への広がりを制限した状態で固定し、壁体101と鋼板120との間にモルタルMを注入して充填し、養生が終了したら補剛枠130を取り外す。このようにして壁体101を補強して高い強度を与えることができる。
さらに、図6(b)に示すように、壁体101とその上方に張り出した梁102とを同時に補強することも可能である。このとき、連結プレート140の長さは、鋼板120の段付き形状に合わせて2段階に設定される。
【0039】
【発明の効果】
本発明に係る補強用構造体によれば、補剛枠を、橋脚の形状に合わせて曲げ加工された鋼板に固定しておくことによって、工場からの搬出時、搬送途中、現地で積み下ろし時、および現地での組み立て作業時においてもその形状を一定に保つことができ、これによって鋼板の歪みを防止して鋼板どうしの合わせ目を正確に一致させて溶接や螺子止め等による接合作業を行ない易くすることができる。
また、鋼板どうしを接合させる際、鋼板の隣り合う辺部に設けられた継手部を重ね合わせて凹凸部を係合させるとともに、継手部どうしを螺子止めによって固定する構成とすれば、溶接を行わなくても鋼板どうしを強固に接合することができ、これによって鋼板の幅方向、すなわちお互いに固定された鋼板どうしを引き離す方向に作用する負荷に対して高い強度を得ることができる。
さらに、本発明に係る補強用構造体は、補剛枠は、鋼板から離間して配置されて長さ変更可能な連結部材によって着脱自在に鋼板に固定されているので、補剛枠を鋼板に対して容易に着脱できるばかりでなく、連結部材の長さを変更することによって補剛枠と鋼板との間の離間距離を容易に調節可能であるので、大きさ、形状の異なる鋼板を対象として繰り返し転用することが可能である。
【0040】
さらに、本発明に係る補強用構造体を用いた構造物の補強方法によれば、補剛枠によって鋼板の形状を一定に保つことができるので、鋼板どうしの目合わせを行なう作業を省略することができることはもとより、補剛枠は容易に着脱できるし、連結部材の長さを変更することによって補剛枠を大きさ、形状の異なる様々な鋼板に対して繰り返し転用することが可能であるので、橋脚等の被補強構造物への鋼板の設置や鋼板どうしの接合に係わる作業を従来の工法に比べて格段に合理化、省力化することができ、工期の大幅な短縮と工費の削減を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る補強用構造体の実施の形態を示す斜視図である。
【図2】鋼板に設けられる継手部の接合状態を示す概略断面図である。
【図3】図1におけるIII−III線矢視断面図である。
【図4】橋脚の周囲に補強用構造体が立設された状態を示す概略側方図である。
【図5】橋脚と鋼板との間にモルタルが注入された状態を示す概略断面図である。
【図6】本発明に係る補強用構造体を形状の異なる別の構造物に適用した他の実施の形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 橋脚(被補強構造体)
10 補強用構造体
20 鋼板
22、23 継手部
22a、23a 重ね合わせ面
22b、23b 凹凸部
30 補剛枠
31 横棧
32 縦棧
40 連結プレート(連結部材)
101 壁体(被補強構造体)
110 補強用構造体
120 鋼板
130 補剛枠
140 連結プレート(連結部材)
K 間隙
H 係止面
M モルタル(硬化性充填材)
Claims (4)
- 被補強構造物の外面に沿う形状とされた鋼板と、該鋼板の外面側に配置されるとともに鋼板の外面に固定され、鋼板の形状を一定に保つ補剛枠とを備え、
前記補剛枠は、前記鋼板の外面から離間して配置されるとともに、長さ変更可能な連結部材を介して鋼板に対して着脱自在かつ鋼板との間の離間距離を調節可能に連結されて固定されていることを特徴とする補強用構造体。 - 請求項1に記載された補強用構造体において、被補強構造物を柱状体として、前記鋼板は柱状体の周囲を囲んで縦割りに分割された形状とされ、前記補剛枠は分割された鋼板のそれぞれに取り付けられていることを特徴とする補強用構造体。
- 請求項2に記載された補強用構造体において、前記柱状体を囲んで配置された鋼板には、その隣り合う辺部をお互いに重ね合せた状態で接合する継手部がそれぞれ設けられ、これら継手部の重ね合わせ面にはお互いに係合し鋼板の隣接方向への移動を拘束する凹凸部がそれぞれ形成されるとともに、重ね合わされた継手部は螺子止めによって固定されていることを特徴とする補強用構造体。
- 請求項1〜3のいずれかに記載された補強用構造体を用いた構造物の補強方法であって、
被補強構造物の外側に、鋼板の外側に連結部材を介して補剛枠を着脱自在かつ鋼板との間の離間距離を調節可能に連結して固定した補強用構造体を配置して、該補強用構造体における鋼板を被補強構造物の外面に対向させ、それら被補強構造物と鋼板との間に硬化性充填材を注入し、該硬化性充填材が硬化した後、鋼板から連結部材を取り外して、鋼板を残して補剛枠を連結部材とともに撤去することを特徴とする補強用構造体を用いた構造物の補強方法。
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