JP4192125B2 - 既設鋼構造物の耐震補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、土木・建築分野における既設鋼構造物等の既設構造物の耐震補強構造に関する。

一般に、既設鋼構造物おける柱、トラス梁材等の斜材等構造部材は、上部構造の荷重を支えている部分であるので、新たな柱、斜材等の構造部材に置き換えることが困難である。

そして、従来、鋼構造物の耐震補強構造としては、特開平８−３２６０１４号公報（特許文献１）にも示されているように、図１７（ａ）を参照して説明すると、柱等の構造部材１の内部にモルタルまたはコンクリート２を充填して構造部材１を耐震補強する耐震補強構造が知られている。

また、特開平１０−８８８１９号公報（特許文献２）にも示されているように、図１７（ｂ）を参照して説明すると、既存柱等の構造部材１の外側に、間隔をおいて型枠を兼ねた外管３を配置すると共に、構造部材１と外管３の間にモルタルまたはコンクリート３を充填して柱等の構造部材１を補強する耐震補強構造が知られている。

また、図１８に示すように、既設鉄筋コンクリート柱４における上下方向の両端部を除く中間部外側に外管３を配置すると共に鉄筋コンクリート柱１と外管３との間にモルタル２を充填・硬化して、既設鉄筋コンクリート柱１と外管３とをモルタル２を介して一体化し、せん断抵抗および剛性を高める構造も知られている。

前記（１）および（２）の従来のいずれの形式も既存柱等の構造部材１と一体化されるモルタル２または外管３を備えた構造であり、このような構造とすることにより、充填したモルタルまたはコンクリート２も圧縮力を負担する構造とされていると共に、既存柱等の構造部材１の座屈を防ぐため、既存柱等の構造部材１の座屈耐力を増加するのみならず圧縮耐力を増大させる耐震補強構造であり、このような構造を図１５に示すような既設鋼構造物５における鋼製柱７または図１６に示すような梁８における斜材９に適用した場合、局部的な柱等の構造部材１の剛性を高める耐震補強構造である。また、図１８に示す構造の場合は、本発明の座屈耐力のみまたはこれと曲げ耐力のみを高める耐震補強構造とは似て非なるもので、本発明の既設鋼構造物の耐震補強構造とは、目的および作用並びに構造が著しく相違する。
特開平８−３２６０１４号公報 特開平１０−８８８１９号公報

前記のような構造部材１の耐震補強では、確かに、コンクリートまたはモルタル２または外管３の一体化により、常時および地震時の軸力負担性能の向上、せん断抵抗力の向上、曲げ剛性の向上により構造部材１の剛性が高まり、このような補強が必要な既設鋼構造物１に対しては有効な手段であるが、地震時の軸力負担性能の向上およびせん断抵抗力の向上を必要としない構造部材１の性能のある既設鋼構造物５で、かつ構造部材の座屈耐力のみまたはこれと曲げ耐力のみを向上させる必要のある既設鋼構造物５では、座屈耐力のみまたはこれと地震時等における曲げ耐力を向上させる以外に、前記の地震時の軸力負担性能を高めると、これ以外の鋼構造部分および鋼構造物５を支える基礎構造等は既存の状態のままである場合、基礎構造を含めた全体の剛性バランスが崩れると共に、既設鋼構造物５自身の剛性バランスも崩れ、強風時や地震時における既設鋼構造物５の応答に対して、補強した構造部材１は座屈することを防ぐことができても、構造部材１における耐震補強した部分から離れた位置で相対的に剛性が弱くなる状態になり、構造部材１における耐震補強した部分から離れた位置で損傷を受ける恐れがあり、また基礎に負荷される荷重は、地震時等に最初から大きくなるという問題がある。

本発明は、前記従来の耐震補強構造の問題点を解決せんとしたものであり、地震時の軸力負担性能の向上およびせん断抵抗力の向上を必要としない構造部材１の性能のある既設鋼構造物５で、かつ構造部材の曲げ耐力を向上させずに座屈耐力のみを向上させる必要のある既設鋼構造物５または座屈耐力と地震時等の曲げ耐力を向上させる必要のある既設鋼構造物５に最適で、既設鋼構造物５全体としての剛性バランスをほとんど崩すことなく、構造部材１における耐震補強した部分から離れた位置で相対的に弱くなることがなく、地震時において構造部材１における耐震補強した部分から離れた位置で損傷を受ける恐れがない既設鋼構造物の耐震補強構造を提供することを目的とする。

前記の従来の問題点を有利に解決するために、第１発明の既設鋼構造物の耐震補強構造においては、既設鋼構造物の耐震補強構造において、既設鋼構造物を構成する既設構造部材の外側にこれを囲むように軸方向に延長する複数の分割型座屈拘束片相互が配置されると共にこれらを結合して筒状に構成した座屈拘束部材がクリアランスを介して配置されると共に、前記構造部材と前記座屈拘束部材間は非付着状態とされ、前記座屈拘束部材の両端部側における既設構造部材に、一部を座屈拘束部材内に位置させた短尺の補剛部材が固定されて、座屈拘束部材の両端部外側における既設構造部材の局部座屈が防止されていると共に、座屈拘束部材に支承可能にされて既設構造部材の曲げ耐力が向上されていることを特徴とする。

また、第２発明では、第１発明の既設鋼構造物の耐震補強構造において、前記クリアランスは、既設構造部材の外表面に設けられた付着防止被膜により形成されていることを特徴とする。

さらに、第３発明では、第１発明の既設鋼構造物の耐震補強構造において、前記クリアランスは、空隙により形成されていることを特徴とする。

第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの既設鋼構造物の耐震補強構造において、前記補剛部材外側と座屈拘束部材内側の間のクリアランスが、既設構造部材中間部におけるクリアランスよりも小さく設定されていることを特徴とする。

第５発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの既設鋼構造物の耐震補強構造において、前記補剛部材外側と座屈拘束部材内側とが非付着状態で接触し、これらの間に間隙が設けられていないことを特徴とする。

第６発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの既設鋼構造物の耐震補強構造において、前記補剛部材における座屈拘束部材の内側に位置する部分を食い込み部（Ｌ２）とし、軸方向圧縮力により前記補剛部材の内端部位における構造部材部分を回転中心とする回転変形に際し、ヒンジを形成する回転角以下に規制可能に、前記食い込み部（Ｌ２）の長さと、その食い込み部（Ｌ２）と座屈拘束部材内側との間のクリアランスを設定したことを特徴とする。

第１発明によると、既設鋼構造物における構造部材の外側に分割型座屈拘束片を配置すると共に、分割型座屈拘束片相互を結合して構成した座屈拘束部材をクリアランスを介して配置すると共に構造部材と非付着状態とされているので、簡単な手段によって、既設鋼構造物における既設の構造部材を取付けられた状態でこれを取り外すことなく、その外側に配置される座屈拘束部材により座屈拘束して既設構造部材の座屈を防止することによる既設鋼構造物の耐震補強をすることができ、また、容易に耐震補強することができ、構造も簡単である等の効果が得られる。

第２発明によると、付着防止被膜を既設鋼構造物における構造部材の表面に形成することにより、既設の構造部材と座屈拘束部材との間にクリアランスを容易に形成することができる。

第３発明によると、構造部材と座屈拘束部材との間に空隙によるクリアランスを設けているので、簡単な構成により既設の構造部材にも容易にクリアランスを形成することができる。

第１発明によると、座屈拘束部材の両端部側における既設構造部材に、一部を座屈拘束部材内に位置させた補剛部材が固定されて、座屈拘束部材の両端部外側における既設構造部材の局部座屈が防止されていると共に、座屈拘束部材に支承可能にされて既設構造部材の曲げ耐力が向上されているので、短尺の局部座屈防止用補剛部材を使用するのみで、既設構造物の剛性を全体的にほとんど高めることなく、しかも、座屈拘束部材は、地震時に軸力、せん断力、曲げ力も負担しないので、構造部材の座屈耐力のみを向上させた既設構造物の耐震補強構造とすることができ、既設構造物の剛性バランスをほとんど崩すことがないと共に、既設構造物自身の全体としての剛性バランスもほとんど崩れることがない。

したがって、強風時や地震時における既設構造物の応答に対して、補強した既設構造部材が座屈することを防ぐことができ、また、既設構造部材における耐震補強した部分から離れた位置で相対的に剛性が急激に弱くなることもなく、既設構造部材における耐震補強した部分から離れた位置で損傷を受ける恐れもなく、また地震時等に基礎に負荷される荷重が最初から大きくなるということもないので、既存の基礎を使用することができる。

このように第１発明の既設構造物の耐震補強構造では、地震時の軸力負担性能の向上およびせん断抵抗力の向上を必要としない既設構造部材の性能のある既設構造物で、かつ構造部材の座屈耐力を主に向上させる必要のある既設鋼構造物に最適な既設鋼構造物の耐震補強構造とすることができる。

第４発明によると、前記補剛部材外側面と座屈拘束部材内側の間のクリアランスが、既設構造部材中間部におけるクリアランスよりも小さく設定されているので、座屈拘束部材の端部側における構造部材の半径方向座屈拘束部材に向かう動きを小さくすることができ、これにより構造部材が軸方向から圧縮力を受けて回転変形するヒンジ部を形成しずらくすることができる。

第５発明によると、前記補剛部材外側と座屈拘束部材内側とが非付着状態で接触し、これらの間に間隙が設けられていないで接触しているので、座屈拘束部材の端部側における構造部材の半径方向外側の座屈拘束部材に向かう動きをなくすことができ、これにより構造部材が回転変形するヒンジ部を前記第５発明の場合よりもさらに形成しずらくすることができる。

第６発明によると、前記補剛部材における座屈拘束部材の内側に位置する部分を食い込み部（Ｌ２）とし、軸方向圧縮力により前記補剛部材の内端部位における構造部材部分を回転中心とする回転変形に際し、ヒンジを形成する回転角以下に規制可能に、前記食い込み部（Ｌ２）の長さと、その食い込み部（Ｌ２）と座屈拘束部材内側との間のクリアランスを設定したので、単に補剛部材における食い込み部の長さと、食い込み部（Ｌ２）と座屈拘束部材内側との間のクリアランスを設定するだけで、補剛部材の内端部位における構造部材部分を回転中心とする回転変形に際し、ヒンジを形成する回転角以下に規制可能になる等の効果がある。

次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、参考発明の既設鋼構造物の耐震補強構造の一実施形態を示すものであって、ラーメン構造の既設鋼構造物５における横断面が閉断面とされている鋼管柱１ａ等の構造部材１を耐震補強することにより、図１５に示すような既設鋼構造物５を耐震補強した場合が示されている。

さらに具体的に説明すると、図１〜図３に示すように、鋼製柱１ａからなる構造部材１における上階側および下階側の柱と梁の接合部６を除く部分、またはこれに近接した位置にわたる建物各階の前記構造部材１の外面に渡ってクリアランスＧを確保するための付着防止被膜１１が形成されている。
本発明においては、前記付着防止被膜１１は、前記のクリアランスＧを確保するための一形態にすぎず、後記の実施形態でも示すように、空間でもよい。

前記の付着防止被膜１１としては、ゴム等その他公知の材料を使用することができる。この付着防止被膜１１はこれによって、その外側に設けられるコンクリートまたはモルタル２および座屈拘束部材１０と、構造部材１が付着して一体化するのを防止するために使用され、構造部材１の座屈耐力のみを向上させ、軸力抵抗および剛性等を高めないようにするために使用される。前記のクリアランスＧは、構造部材１のポアソン比を考慮して設計により設定され、クリアランスＧにより構造部材１の座屈モード時にも、座屈拘束部材１０と構造部材１とが付着して一体化するのを防止する。

前記のように付着防止被膜１１を形成した後、各階の鋼製柱１ａ部分の構造部材１の長手方向にわたって、前記構造部材１の外側にこれを囲むように軸方向に延長する複数の半筒状の分割型座屈拘束片１２が対向するように配置されると共に、これら分割型座屈拘束片１２の解放側端部相互を溶接Ｗにより結合して構成した筒状の座屈拘束部材１０が配置されると共に、適宜、筒状の座屈拘束部材１０軸方向端部に取り外し可能な端部型枠（図示を省略した。）を配置した後、前記付着防止被膜１１と前記筒状座屈拘束部材１０との間に必要に応じモルタルまたはコンクリート２が充填・硬化され、また、前記端部型枠が取り外されて、既設鋼構造物５の耐震補強がされている。なお、前記付着防止被膜１１に前記筒状座屈拘束部材１０を密着させる場合は、モルタルまたはコンクリート２を省略することもできる。

なお、前記のモルタルまたはコンクリート２は筒状の座屈拘束部材１０と付着一体化され、モルタルまたはコンクリート２を含む筒状座屈拘束部材１０は、付着防止被膜１１によって、一体化されず分離された状態になり、鋼製柱１ａからなる構造部材１の常時の軸力と、せん断力と、曲げ力とも負担しない部材であり、地震時にも軸力と、せん断力と、曲げ力とも負担しない部材であり、専ら、構造部材１の座屈耐力のみを向上させる部材である。本発明では、既設の構造部材１の外側に座屈拘束部材１０設けるために、既設の構造部材１は、細長比の影響を受けないようになるので、座屈耐力を向上させることができる。

なお、図示を省略するが、座屈拘束部材１０を所定の位置に支持する場合、座屈拘束部材１０の上端部にピン挿通孔を有するブラケットを設けると共に、上側に位置する接合部６にブラケットまたはピン挿通孔を設けて、ピンにより連結して、所定の位置に支持させてもよく、また、座屈拘束部材１０の下端部にピン挿通孔を有するブラケットを設けると共に、下側に位置する接合部６等にブラケットまたはピン挿通孔を設けて、ピンにより連結して、所定の位置に支持させてもよく、座屈拘束部材１０の上下両端部を前記のように構成してもよい。ただし、後記の実施形態では、既設構造部材１の曲げ耐力を向上させるために、地震時に局部座屈防止用補剛部材１６の支承作用をする部材となる。

前記の構造部材１としては、鋼管等の横断面が環状閉断面の部材でもよく、その断面形状は、本発明では、特に規制されず、後記の実施形態でも示すように、Ｈ形鋼柱あるいは角形鋼管柱などの閉断面の構造部材１でもよい。閉断面の構造部材１であると、その外側にモルタルまたはコンクリート２を充填するときの内型枠となる点、また、モルタルまたはコンクリート２の充填量が少なくて済む点で好ましい。

図４は、本発明において分割型座屈拘束片１２相互を結合して筒状座屈拘束部材１０を構成する場合の他の形態を示したものであって、分割型座屈拘束片１２の周方向の一端側における表裏両面に鋼板製継手１３の基端部を溶接等により固定すると共に、鋼板製継手１３の先端部に軸方向に間隔をおいてボルト挿通孔を半径方向に貫通するように設け、かつ分割型座屈拘束片１２の周方向他端側に、軸方向に間隔をおいてボルト挿通孔を前記鋼板製継手１３におけるボルト挿通孔と対応する位置に設けた一対の継手付き分割型座屈拘束片１２を使用して、一方の継手付き分割型座屈拘束片１２における鋼板製継手１３間に他方の継手付き分割型座屈拘束片１２の他端側を嵌設した状態で、各鋼板製継手１３のボルト孔と他方の継手付き分割型座屈拘束片１２の他端側のボルト孔に渡って挿通配置すると共に緊締したワンサイドボルトなどのボルト１４により結合した形態を示したものである。

前記各実施形態のように、溶接あるいは、半径方向（法線方向）のボルト１４により分割型座屈拘束片１２相互を結合すると、分割型座屈拘束片１２に半径方向外側に外向きフランジを設けて、分割型座屈拘束片１２のフランジ相互を結合する場合よりも、分割型座屈拘束片１２相互が外開きしない筒状座屈拘束部材１０となり好ましい。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。

本発明において、構造部材１としては、前記実施形態の柱以外に、トラス構造等の梁８（図１６参照）における斜材１５にも適用してもよく、斜材１５に適用すると、図６に示すようになる。梁８の耐震補強をするために、斜材１５の中間部を、前記鋼製柱１ａと同様に、筒状の座屈拘束部材１０等により座屈拘束することにより、トラス梁８からなる既設鋼構造物を耐震補強した形態である。なお、トラス梁８の斜材１５以外にも、鋼製板状あるいは棒状ブレース等にも、適用することができる。

（第２実施形態）
図５および図７（鋼製柱の場合）と図６（梁斜材の場合）は、鋼製柱１ａあるいは斜材１５等の構造部材１に装着される座屈拘束部材１０端部近傍における前記構造部材１に、短尺の局部座屈防止用補剛部材１６を設けて局部的に補剛した実施形態を示す図である。

さらに具体的に説明すると、鋼管柱１ａまたは斜材１５とされている構造部材１の長手方向に間隔をおいて対向するように短尺の局部座屈防止用補剛部材１６が固定されている。前記の局部座屈防止用補剛部材１６は、図示の形態では、複数の断面半円状の短尺の鋼製半筒状体１７を鋼管柱１ａまたは斜材１５等の構造部材１の接合部６（柱１と梁８の接合部、又はガセットプレート２１等を介した斜材１５と上弦材７あるいは下弦材９との接合部）に近接した位置に配置されると共に構造部材１を囲むように配置して、溶接等により鋼製半筒状体１７相互を結合すると共に、鋼製柱１ａまたは斜材１５に溶接等により固定されている。

前記の短尺の局部座屈防止用補剛部材１６の対向端部は、座屈拘束部材１０の端部内に位置するように配置され、座屈拘束部材１０の軸方向外側において、構造部材１の局部座屈を防ぐための部材であり、比較的強度の大きい接合部６に接続するように配置されている。前記の局部座屈防止用補剛部材１６の形態としては、図示を省略するが、鋼管柱１ａまたは斜材１５の端部の接合部６に近接した位置に、構造部材１の軸方向の長さが短い鋼板製リブを鋼製柱１ａまたは斜材１５等の構造部材１の周方向に間隔をおいて配設して溶接等により固定してもよく、このようにすると、安価な鋼板を使用して、しかも簡単な構造で、座屈拘束部材１０の軸方向外側における鋼製部１の部分が相対的に急激な剛性の弱い部分とならないで局部的に補剛できるので、局部座屈を防止することができる。また、筒状座屈拘束部材１０の端部を接合部６から離すことができるので、筒状座屈拘束部材１０の端部の形状を単純化させることができる。

前記のように局部座屈防止用補剛部材１６を各鋼製柱１および斜材１５に固定した後、長手方向に対向する前記局部座屈防止用補剛部材１６にわたる前記構造部材１の外面および局部座屈防止用補剛部材１６の長手方向の対向する端部に渡って付着防止被膜１１が形成されている。

前記の付着防止被膜１１としては、前記実施形態と同様な材料を使用でき、前記のように付着防止被膜１１を形成した後、長手方向に対向する前記各局部座屈防止用補剛部材１６の対向端部にわたって前記構造部材１および局部座屈防止用補剛部材１６の外側にこれらを囲むように軸方向に延長する複数の半筒状分割型座屈拘束片１２端部相互を溶接Ｗにより結合して筒状座屈拘束部材１０を構成するように配置すると共に、適宜、筒状座屈拘束部材１０軸方向端部に取り外し可能な端部型枠（図示を省略した。）を配置した後、前記付着防止被膜１１と前記筒状座屈拘束部材１０との間にモルタルまたはコンクリート２が充填・硬化されて、また前記端部型枠が取り外されて、構造部材１を耐震補強することにより既設鋼構造物５が耐震補強されている。

なお、前記のモルタルまたはコンクリート２は筒状座屈拘束部材１０と付着一体化され、モルタルまたはコンクリート５を含む筒状座屈拘束部材１０は、付着防止被膜１１によって、一体化されず分離された状態になり、主柱２および斜材１５等の構造部材１の地震時の軸力、せん断力、曲げ力も負担しない部材であり、専ら、構造部材１の座屈耐力を向上させる部材である。

前記のように複数の半筒状体１７を使用して局部座屈防止用補剛部材１６を設けると、構造部材１の全周わたり均一に局部的に補剛（補強）することができ、座屈拘束した部分から離れた外側において、筒状座屈拘束部材１０を設けることによって相対的に急激に座屈耐力が弱い部分に変化することなく、比較的剛性の大きい接合部６に接続させることができる。

前記各実施形態のように、溶接あるいは、半径方向（法線方向）のボルトにより分割型座屈拘束片１２相互を結合すると、分割型座屈拘束片１２に半径方向外側に外向きフランジを設けて、分割型座屈拘束片１２のフランジ相互を結合する場合よりも、分割型座屈拘束片１２相互が外開きしない筒状座屈拘束部材１０となり好ましい。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。

（第３実施形態）
図８は、構造部材１と座屈拘束部材本体１０との間に間隙空間（空隙）からなるクリアランスＧを形成するために、予め座屈拘束部材１０を構成する分割型座屈拘束片１２の内面に、部材長手方向に間隔をおくと共に周方向に円弧状の複数の一定肉厚の鋼製等の帯状バンド金具１８を溶接あるいは接着等適宜の手段により固定しておき、構造部材１外面に帯状バンド金具１８を介在させた状態で分割型座屈拘束片１２を結合して座屈拘束部材１０を構成し、構造部材１と座屈拘束部材１０との間に、間隙空間Ｇを形成した既設鋼構造物の耐震補強構造の実施形態を示したものである。前記帯状バンド金具１８内面と構造部材１外面とは、軸方向にすべる状態で一体化していない状態にしている。

この実施形態のように、本発明では、クリアランスＧは、空間状態でもよく、付着防止被膜１１によって材料が充填された状態のいずれでもよく、構造部材１に対して座屈拘束部材１０が座屈拘束のみし、軸力の負担等一体結合化されていなければよい。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。

（第４実施形態）
図９は、構造部材１に対する摩擦係数の低い合成樹脂層を設けた形態を示すものであって、例えば、内面に一定肉厚のテフロン（登録商標）（四フッ化エチレン）等の合成樹脂板等による合成樹脂層１９を一体に設けた座屈拘束部材１０を使用して、構造部材１に対して合成樹脂層１９を滑らせるように構成した既設鋼構造物の耐震補強構造を示す一部縦断正面図である。前記の合成樹脂層１９の内径寸法が構成部材１の外径寸法よりも僅かに大きく設定されている。このように、合成樹脂層１９を設ける形態では、前記合成樹脂層１９が構造部材１の軸方向にすべるようになるので、構造部材１と合成樹脂層１９を含む座屈拘束部材１０との一体化を防止することができる。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。

（第５実施形態）
図１０および図１１は、Ｈ形鋼柱１ｂからなる構造部材１の場合の既設鋼構造物の耐震補強構造を示す正面図である。この形態で示すように、構造部材１の断面形状は、閉鎖環状の鋼管ばかりでなく、Ｈ形鋼１ｂ等の構造部材１であってもよい。また、座屈拘束部材１０は、座屈拘束部材１０を構成する分離型座屈拘束片１２が断面凹溝状の鋼材を結合した断面矩形状であってもよく、構造部材の横断面形状に応じて、適宜設定される。

（第６実施形態）
また、図１２は、既設鋼構造物５内に、帯状ブレース１ｃ等板状の構造部材１がある場合、その構造部材１を座屈拘束して耐震補強することにより、既設鋼構造物５を耐震補強することもできることを示すための本発明の第４実施形態を示すものである。構造部材１が帯状鋼板である点で前記のＨ形鋼１ａの場合とは相違しているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。

（第７実施形態）
図１３および図１４に示す実施形態は、図５〜図７に示す第２実施形態と同様に、構造部材１に間隔をおいて軸方向に対向するように、局部座屈防止用補剛部材１６を設けて構造部材１を局部的に補強すると共に、局部座屈防止用補剛部材１６の軸方向の一部を座屈拘束部材１０の内側に配置する場合の変形形態を示すものである。

構造部材１が長尺な柱材または長尺な斜材あるいは前記実施形態のように、特に帯板状鋼板で構成されているような場合、座屈拘束部材１０外側の構造部材１は局部座屈防止用補剛部材１６または接合部６の比較的剛性の高い部分に接続され、かつ座屈拘束部材１０の端部側にも比較的膜厚の厚い付着防止被膜１１が存在する状態では、構造部材１がその両端部から軸方向の圧縮力を受けると、座屈拘束部材１０の軸方向内側で、かつ局部座屈防止用補剛部材１６内端部に位置する部分Ｐ（軸方向２箇所ある）の構造部材１が比較的剛性が弱い部分になり、この部分Ｐを中心（ヒンジとなって）として、構造部材１は回転変形しやすくなるため、この部分Ｐでヒンジを形成しないように規制する形態である。

具体的には、局部座屈防止用補剛部材１６における座屈拘束部材１０の内側に位置する部分を食い込み部（Ｌ２）とし、構造部材１に作用する軸方向圧縮力により前記局部座屈防止用補剛部材１６の軸方向の内端部位付近における構造部材部分Ｐを回転中心とする回転変形に際し、ヒンジを形成する回転角以下に規制可能に、前記食い込み部（Ｌ２）の長さと、その食い込み部（Ｌ２）と座屈拘束部材１０内側との間のクリアランスを設定するとよい。

さらに具体的には、局部座屈防止用補剛部材１６の外周面部分の付着防止被膜１１の膜厚を、既設構造部材１の中間部におけるクリアランスよりも小さく、例えば、１ｍｍ以下のクリアランスＧにするか、局部座屈防止用補剛部材１６の部分に付着防止被膜１１を設けないでクリアランスＧが極力小さくなるようにしてもよく、例えば、座屈拘束部材１０内面に局部座屈防止用補剛部材１６の外面が、非付着状態で接触している状態でもよい。これらのような状態でなおかつ、モルタルまたはコンクリート２さらには合成樹脂層１９を含む状態の座屈拘束部材１０あるいは座屈拘束部材１０単独で覆われた食い込み部Ｌ２の長さを１５０ｍｍ以上で、局部座屈防止用補剛部材１６または図示省略の局部座屈防止用補剛リブの高さ以上に設けると、例えば、構造部材１が帯状鋼板である場合等においては、前記Ｐの部分において、ヒンジを形成しない回転角を１／７５ｒａｄ以下に規制可能になる。

また、前記のように構成すると、構造部材１の両端部から軸方向の圧縮力を受けて、構造部材１が微小変形し、局部座屈防止用補剛部材１６が、座屈拘束部材１０の軸方向端部内面、すなわち、モルタルまたはコンクリート２さらには合成樹脂層１９を含む状態の座屈拘束部材１０の端部内面あるいは座屈拘束部材１０単独の端部内面に接触して支承された状態になると、曲げ変形に対しては一体化した状態になり、構造部材１は局部座屈防止用補剛部材１６を介して座屈拘束部材１０により支承されるので、局部座屈防止用補剛部材１６および座屈拘束部材１０が共同して機能し、構造部材１の曲げ耐力を向上させることができる。このように局部座屈防止用補剛部材１６を座屈拘束部材１０に支承可能にされて既設構造部材の曲げ耐力を向上させることができる。

前記のような観点からすると、局部座屈防止用補剛部材１６があるなしにかかわらず、前記した各実施形態において、座屈拘束部材１０端部側の半径方向における構造部材１または前記補剛部材１６外側と座屈拘束部材１０内側の間のクリアランスＧが、既設構造部材１中間部におけるクリアランスよりも小さく設定されていると、鋼製の構造部材１における座屈拘束部材１０端部付近の変形を拘束され、ヒンジを形成しずらくなる点および過度な軸方向圧縮力が作用した場合の変形では座屈拘束部材１０内側により支承され曲げ耐力が向上するので望ましい。また、座屈拘束部材１０の軸方向端部側を内側に向かって厚肉の部材にしておくとよい。

したがって、曲げ耐力を向上させる観点の理想状態では、半径方向における前記補剛部材１６外側と、モルタルまたはコンクリート２等と複合した状態または単独の座屈拘束部材１０内側との間に間隙が設けられていないで、軸方向にスライド移動可能に接触していることがより望ましい。そして、既設構造部材１の軸方向の圧縮・引張変形を拘束しないことが必要である。

構造部材１の軸方向に局部的に、局部座屈防止用補剛部材１６を設ける場合の局部座屈防止用補剛部材１６の変形形態として、図示を省略するが、板状の補強リブを構造部材１の外側周方向に間隔をおいて配置し、構造部材１の外面に溶接により固定してもよく、このようにすると安価な鋼板を使用して、しかも簡単な構造で、筒状座屈拘束部材１０の軸方向外側における鋼製構造部材１の部分が相対的に剛性の弱い部分とならないので、局部座屈を防止することができる。なお、前記実施形態の局部座屈防止用補剛部材１６のように、構造部材１の全周にわたり設けるようにすると、構造部材１の横方向の特定の方向特性ないので望ましい。

本発明を実施する場合、合成樹脂層１９を有する座屈拘束部材１０を使用する場合で、ワンサイドボルトなどのボルト１４を使用する形態では、予め、合成樹脂層１９側における座屈拘束部材１０側の外面にワンサイドボルト端部収容用の凹部を設けるようにしてもよい。

本発明を実施する場合、図示を省略するが、既設鋼構造物におけるＨ形鋼等からなる構造部材１を耐震補強する場合、モルタルまたはコンクリート２を省略してもよく、この場合には、座屈拘束部材１０を構成する部品を、Ｈ形鋼の溝部に配置される一対の断面溝状の鋼材と、Ｈ形鋼のフランジ部外側に配置される各板状鋼材と、各板状鋼材の端部側に配置されるスペーサ用の各鋼材とにより構成し、断面溝状の鋼材とスペーサ用の鋼材と板状鋼材とを、これらの長手方向に間隔をおいて設けられた透孔に渡って挿通されるボルトおよびこれに装着されるナットにより、構造部材１の外側に異形筒状の座屈拘束部材１０を構成してもよい。

前記実施形態のように、短尺の局部座屈防止用補剛部材１６が、前記鋼製構造部材１の外面に複数の半筒状体を同心状に配置されて結合された筒状部材により構成されていると、構造部材の側周面にわたり均一に局部的に補強することができ、座屈拘束した部分から離れた外側において、筒状座屈拘束部材を取付けたとたんに相対的に座屈耐力が弱い部分に変化することなく、比較的剛性の大きい接合部に接続させることができる。

参考発明の第１実施形態に係る耐震補強構造を示す正面図である。 図１の一部を拡大して示す、一部縦断正面図である。 図２における座屈拘束部材付近の横断平面図である。 本発明の他の形態に係る座屈拘束部材を使用した耐震補強構造の一部縦断正面図である。 座屈拘束部材の端部側において、構造部材に局部座屈防止用補剛部材を設けた本発明の第２実施形態に係る既設鋼構造物の耐震補強構造を示す正面図である。 トラス構造の梁における斜材を座屈拘束することにより耐震補強した場合を示す正面図である。 局部座屈が予想される構造部材の端部に局部座屈防止用補剛部材を設けると共に座屈拘束部材を設けて座屈拘束することにより耐震補強した場合を示す一部縦断正面図である。 構造部材と座屈拘束部材との間に間隙形成用のバンド金具を介在させて、構造部材と座屈拘束部材との間に、間隙空間を形成した本発明の第３実施形態の既設鋼構造物の耐震補強構造を示す一部縦断正面図である。 内面に合成樹脂層を設けた座屈拘束部材を使用して、構造部材と合成樹脂層間を滑らせるように構成した本発明の第４実施形態の既設鋼構造物の耐震補強構造を示す一部縦断正面図である。 Ｈ形鋼からなる構造部材とした本発明の第５実施形態の既設鋼構造物の耐震補強構造を示す正面図である。 図１０における座屈拘束部材中間部の横断平面図である。 板状部材からなる構造部材とした本発明の第６実施形態の既設鋼構造物の耐震補強構造の横断平面図である。 柱からなる構造部材に設けた局部座屈防止用補剛部材と座屈拘束部材の内側のクリアランスを小さくすると共に、局部座屈防止用補剛部材の座屈拘束部材内の食い込み部の長さ寸法を長く設定した本発明の第７実施形態を示す一部縦断正面図である。 梁における斜材からなる構造部材に設けた局部座屈防止用補剛部材と座屈拘束部材の内側のクリアランスを小さくすると共に、局部座屈防止用補剛部材の座屈拘束部材内の食い込み部の長さ寸法を長く設定した本発明の第７実施形態を示す一部縦断正面図である。 既存の鋼構造物における柱梁の骨組み構造を示す正面図である。 斜材を有する既存の梁の一部を示す正面図である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の鋼管柱の耐震補強構造の一例を示す断面図である。 従来の鉄筋コンクリート柱の補強構造の一形態を示す正面図である。

符号の説明

１ 構造部材
２ モルタルまたはコンクリート
３ 外管
４ 既設鉄筋コンクリート柱
５ 既設鋼構造物
６ 接合部
７ 上弦材
８ 梁
９ 下弦材
１０ 座屈拘束部材
１１ 付着防止被膜
１２ 分割型座屈拘束片
１３ 鋼板製継手
１４ ボルト
１５ 斜材
１６ 局部座屈防止用補剛部材
１７ 鋼製半筒状体
１８ 帯状バンド金具
１９ 合成樹脂層
２０ 帯板状鋼板
２１ ガセットプレート

Claims (6)

1. 既設鋼構造物の耐震補強構造において、既設鋼構造物を構成する既設構造部材の外側にこれを囲むように軸方向に延長する複数の分割型座屈拘束片が配置されると共にこれらを結合して筒状に構成した座屈拘束部材がクリアランスを介して配置されると共に、前記構造部材と前記座屈拘束部材間は非付着状態とされ、前記座屈拘束部材の両端部側における既設構造部材に、一部を座屈拘束部材内に位置させた短尺の補剛部材が固定されて、座屈拘束部材の両端部外側における既設構造部材の局部座屈が防止されていると共に、座屈拘束部材に支承可能にされて既設構造部材の曲げ耐力が向上されていることを特徴とする既設鋼構造物の耐震補強構造。
2. 前記クリアランスは、既設構造部材の外表面に設けられた付着防止被膜により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の既設鋼構造物の耐震補強構造。
3. 前記クリアランスは、空隙により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の既設鋼構造物の耐震補強構造。
4. 前記補剛部材外側と座屈拘束部材内側の間のクリアランスが、既設構造部材中間部におけるクリアランスよりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の既設鋼構造物の耐震補強構造。
5. 前記補剛部材外側と座屈拘束部材内側とが非付着状態で接触し、これらの間に間隙が設けられていないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の既設鋼構造物の耐震補強構造。
6. 前記補剛部材における座屈拘束部材の内側に位置する部分を食い込み部（Ｌ２）とし、軸方向圧縮力により前記補剛部材の内端部位における構造部材部分を回転中心とする回転変形に際し、ヒンジを形成する回転角以下に規制可能に、前記食い込み部（Ｌ２）の長さと、その食い込み部（Ｌ２）と座屈拘束部材内側との間のクリアランスを設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の既設鋼構造物の耐震補強構造。

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