JP4194915B2 - 橋脚横梁の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、道路や鉄道等の橋脚横梁の補強方法に係り、特に、上面に支承や落橋防止装置等の既設体を配置した橋脚横梁を補強するのに好適な橋脚横梁の補強方法に関する。

ラーメン橋脚横梁に代表される橋脚横梁には、橋脚横梁の上面に支承や落橋防止装置等の既設体を配置してある。このため、橋脚等の柱状部のように、鋼板や強化シートである強化繊維シートで橋脚横梁を完全に包み込んで補強することができない。

このため、施工者は、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン、チタン、スチール等の無機繊維、アラミド、ポリエステル、ポリアミド（商標名「ナイロン」）系合成繊維等の有機繊維を一種もしくは複数種混入して形成した強化繊維シート（強化シート）を、橋脚横梁の両側面と下面にＵ字状に配置し、該強化繊維シートに、常温硬化型エポキシ樹脂、熱硬化型エポキシ樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネイト樹脂等の樹脂を含浸させて、該強化繊維シートを橋脚横梁に接着すると共に硬化させて、橋脚横梁を補強していた。

通常、設計者は、コンクリート構造物の補強設計を行う場合、対象となるコンクリート構造物に強化繊維シートを完全に巻き付けた状態の補強効率を求めて、前記のように強化繊維シートをＵ字状に巻き付けた場合でも完全に巻き付けた場合と同等の補強効率が得られるものとして補強設計を行っていた。

しかし、強化繊維シートを橋脚横梁にＵ字状に巻きつける補強方法は、施工が簡便であるが、強化繊維シートを橋脚横梁に完全に巻き付けていないため、その補強効率は、橋脚横梁に強化繊維シートを完全に巻き付けた場合の補強効率の半分程度と低くかった。

すなわち、強化繊維シートをＵ字状にして橋脚横梁に巻き付けて補強した場合、強化繊維シートに樹脂を含浸させ硬化させているとしても、Ｕ字状の開口部を押し広げる力が強化繊維シートに作用した場合、硬化した強化繊維シートの開口部が開き橋脚横梁にクラックが発生しやすい。このため、設計時に想定したせん断耐力が期待できず、地震時に橋脚横梁のせん断破壊が発生する危険性があり、既設体が邪魔になって強化繊維シートを完全に巻き付けることができない橋脚横梁を、簡便に、かつ確実に補強することができる補強方法及び補強部材の開発が望まれていた。

本発明は、支承や落橋防止装置等の既設体が配置され、既設体が邪魔になって強化シートを完全に巻き付けることができない橋脚横梁を、簡便、かつ確実に補強することができる橋脚横梁の補強方法を提供することを目的としている。

請求項１に係る本発明は、既設体（３，５）を設けた橋脚横梁（２）の外周面の内、前記既設体（３，５）を含む一部分の面（２ｄ）を開放して前記外周面に強化シート（７）を設け、該強化シート（７）に樹脂を含浸させて前記強化シート（７）を前記橋脚横梁（２）に前記樹脂によって接着し、
前記強化シート（７）の上から前記橋脚横梁（２）の全周に亘って補強帯（１０，１５）を設け、該補強帯（１０，１５）に樹脂を含浸させて前記補強帯（１０，１５）を前記強化シート（７）と前記開放した部分とに前記樹脂によって接着してなる橋脚横梁（２）の補強方法である。

請求項２に係る本発明は、既設体を設けた橋脚横梁（２）の外周に、前記既設体（３，５）を露出させかつ前記外周を閉じた状態で強化シート（３７）を設け、該強化シート（３７）に樹脂を含浸させて前記強化シート（３７）を前記橋脚横梁（２）に前記樹脂によって接着し、
前記強化シート（３７）の上から前記橋脚横梁（２）の全周に亘って補強帯（１０，１５）を設け、該補強帯（１０，１５）に樹脂を含浸させて前記補強帯（１０，１５）を前記強化シート（３７）に前記樹脂によって接着してなる橋脚横梁（２）の補強方法である。

なお、括弧内の符号は、便宜的に、図面と対照しやくするために付したものであって、本発明の構成を何ら限定するものではない。

請求項１に係る発明によると、強化シートの上から橋脚横梁の全周に亘って補強帯を設けているので、補強帯で強化シートの広がりを抑制することができ、橋脚横梁のせん断耐力を大幅に向上させることができる。また、強化シートと補強帯は、含浸された樹脂によって硬化されて一体化するので、簡単な施工で、橋脚横梁を確実に補強することができる。

また、橋脚横梁の外周面の内、前記既設体を含む一部分の面を開放して前記外周面に強化シートを設けるので、強化シートの形状を橋脚横梁に取り付けやすい形状にすることができて、補強施工を容易に行えるという効果も奏する。

請求項２に係る発明によると、請求項１に係る発明と同様な効果を奏する他に、橋脚横梁の外周に、既設体を露出させかつ外周を閉じた状態で強化シートを設けるので、橋脚横梁の外周面の殆どを強化シートで覆うことができて、橋脚横梁の略全体を確実に補強することができるという効果も奏する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の側面図、図２は、図１の橋脚横梁の部分斜視図、図３は、図１のＡ−Ａ矢視断面図、図４は、図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。

図１に示すように、所定の間隔で立設したラーメン橋脚１の中間部には、橋脚横梁２を渡して設けてある。橋脚横梁２の上面２ａには、支承３や落橋防止装置５等の既設体を配置してある。支承３は橋梁上部工６を支承し、落橋防止装置５は、橋梁上部工６の落下を防止している。なお、橋脚横梁２の上面２ａと橋梁上部工６の下面６ａとの間Ｇは、作業員が、少なくとも腕を差し入れて、橋脚横梁２に後述する強化繊維シート７等を巻き付ける作業を行える程度以上の隙間が空いている。

図３に示すように、橋脚横梁２の外周に、橋脚横梁２の両側面２ｂ及び下面２ｃを覆うように、強化繊維を布状に織り上げた柔軟な強化シートである強化繊維シート７が巻き付けられ、樹脂が含浸されて橋脚横梁２に接着、硬化されている。なお、強化繊維シート７は、支承３や落橋防止装置５を避けて橋脚横梁２の上面に寸法Ｌ１０だけ被さるように巻き付けられている。このため、強化繊維シート７には、開口部８ができる。また、橋脚横梁２の幅をＬ１とすると、橋脚横梁２の上面２ａには、強化繊維シート７が巻きつけられていない幅Ｌ２（Ｌ１−２・Ｌ１０）の開放領域２ｄが発生する。

図１に示すように、橋脚横梁２の上面２ａと強化繊維シート７の外周には、可撓性を有する強化繊維シートで形成した補強帯１０を、橋脚横梁２の図１で軸心方向である左右方向に、間隔ＬＭ（ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３）を置いて複数個（図１の場合、４個）設置してある。

図４に示すように、補強帯１０は、柔軟性（可撓性）を有して端部１０ａが橋脚横梁２の下面２ｃで重なるように、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２の全周に亘って巻き付けられ、全体に樹脂が含浸されると、強化繊維シート７の外周面に接着、硬化されるようになっている。補強帯１０を強化繊維シート７の上に巻き付けるとき、開口部８によって開放されている橋脚横梁２の上面２ａの開放領域２ｄに接着剤１３を流し込んでおくか、開放領域２ｄに接着剤１３を塗っておくか、或いは補強帯１０を強化繊維シート７の外周に巻きつけたとき、開放領域２ｄに対向する補強帯１０の部分に接着剤を含浸させるかして、補強帯１０が、接着剤１３により橋脚横梁２の上面２ａに接着固定されるようにしている。なお、この接着剤１３は、必ずしも使用する必要がない。補強帯１０に含浸された樹脂によって、補強帯１０を開放領域２ｄに接着固定してもよい。

図１に示すように、補強帯１０の幅Ｗは、橋脚横梁２の上面２ａに配置される支承３や落橋防止装置５などの既設体の配置間隔Ｐよりも狭く形成してある。また、補強帯１０の長さＬ５（図示せず）は、図４に示すように、橋脚横梁２に強化繊維シート７を巻き付けた状態で、強化繊維シート７の幅をＬ４、高さをＨ、補強帯１０の両端の重ね量をＬ１１とすると、Ｌ５＝２（Ｌ４＋Ｈ＋Ｌ１１）に形成されている。即ち、橋脚横梁の軸直角断面における外周長（≒２（Ｌ４＋Ｈ））よりも長い帯状に形成されている。なお、補強帯１０の両端を重ね合わせる長さＬ１１は、１０ｃｍ程度あればよい。

このように、補強帯１０の長さは、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２の全周に亘って巻きつけられる長さであればよいが、橋脚横梁２の補強強度を高めるために、複数回巻きつけられる長さであってもよい。すなわち、補強帯１０は、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２の全周に亘って巻きつけられる長さ以上の長さを有していればよい。

このように、支承３や落橋防止装置５が配置されている橋脚横梁２に強化繊維シート７を略Ｕ字状に巻き付け、この強化繊維シート７に樹脂を含浸させて、橋脚横梁２に接着、硬化させる。次に、未だ樹脂が含浸されていない柔軟な可撓性を有する補強帯１０を、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２の全周に亘って巻き付ける。開口部８によって開放された橋脚横梁２の開放領域２ｄに補強帯１０の中央部分１０ｂを接着剤１３によって接着する。未硬化部分１２を、図４に示すように、橋脚横梁２の周囲を被覆するようにして巻きつけ、開口部８に位置している補強帯１０の中央部分１０ｂに樹脂を含浸させる。その後、該未硬化部分１２に樹脂を含浸させて強化繊維シート７に接着固定する。さらに、橋脚横梁２の下面２ｃに位置する補強帯１０の両端部分１０ａ、１０ａを重ね合わせて樹脂を含浸させ閉鎖環状に一体にして硬化させる。このことにより、補強帯１０の巻き付け強度を向上させることができる。なお、補強帯１０は、接着剤１３を使用しないで、含浸させる樹脂によって橋脚横梁２の上面２ａに接着してもよい。

地震等により橋脚横梁２に外力が作用した場合、閉鎖環状に設置して、固定した補強帯１０により、支承３や落橋防止装置５等の既設体を避けるため形成した強化繊維シート７の開口部８の広がりを防止することができて、強化繊維シート７だけでＵ字状に補強した場合に比べ、橋脚横梁２のせん断耐力を大幅に増大させることができる。なお、第１実施形態において、橋脚横梁２に巻き付ける補強帯１０の数をｎ、幅をＷとすると、橋脚横梁２に巻きつけた補強帯１０の橋脚横梁２の軸方向の総延長Ｍは、Ｍ＝ｎ×Ｗ（図１の場合、Ｍ＝４Ｗ）になる。この補強帯１０を巻きつける総延長Ｍは、橋脚横梁２のせん断区間の長さＬ７（図１参照、ラーメン橋脚１、１間の長さ）の１／６程度あれば橋脚横梁２のせん断耐力を大幅に向上させることができる。

以上の構成において、補強帯１０は、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２に巻きつけ可能に１枚で形成されているので、強化繊維シートを橋脚横梁に確実に密着させて、強化繊維シートの広がりを確実に抑制することができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態の補強方法によって補強されて橋脚横梁の断面図であり，図１のＢ−Ｂ断面図に相当する図である。同図において、図１乃至図４と同じものは同一符号を付して、その部分の説明は省略する。

補強帯１５は、上部補強体である主帯１８と下部補強帯である副帯１９とで構成されて、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２の全周に亘って設けられている。主帯１８と副帯１９も柔軟な可撓性を有する強化繊維シート製である。橋脚横梁２の上面２ａの開放領域２ｄに対向する主帯１８の中央部分１８ａを、接着剤１３によって、開放領域２ｄに接着し固定して、該中央部分１８ａに樹脂を含浸させる。その後、中央部分１８ａの両側の未硬化部分２０を、橋脚横梁２の側面２ｂに巻き付けられた強化繊維シート７の側面に巻き付けて、樹脂を含浸させ、強化繊維シート７に接着させる。

主体１８の接着が終了すると、橋脚横梁２の下面２ｃに巻き付けられた強化繊維シート７に、副帯１９の中央部分１９ａを当て、樹脂を含浸させて接着した後、その両側の未硬化部分２１を橋脚横梁２の側面２ｂに沿って立上げ、両端部分１９ｂ、１９ｂを、主帯１８の両端部分１８ｂ、１８ｂと重ね合わせて樹脂を含浸させ、主帯１８と副帯１９を一体に接合して、閉鎖環状に硬化させる。なお、橋脚横梁２の補強強度をさらに高めるのに、主帯１８と副帯１９とを幾重にも重ねて層状に設けてもよい。

なお、この主帯１８と副帯１９の長さＬ８（図示せず）は、図５に示すように、橋脚横梁２に巻き付けられた強化繊維シート７の幅をＬ４、高さをＨ、重ね合わせ部の長さをＬ１２とすると、Ｌ８＝Ｌ４＋Ｈ＋Ｌ１２になる。

このような構成した第２実施形態の橋脚横梁の補強方法は、第１実施形態の橋脚横梁の補強方法と同様の効果を得ることができる。また、補強帯１５を長さの短い主帯１８と副帯１９とに分けてあるので、補強工事の施工時に、補強帯１５の取り扱いを容易にすることができて、作業性を向上させることができる。

（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の斜視図である。図７は、図１のＢ−Ｂ断面図に相当する図である。図６、図７において、図１乃至図４と同一部分には同一符号を付して、その部分の説明は省略する。

強化繊維シート３７は、落橋防止装置５を露出させ橋脚横梁２を包んで閉じるようにして橋脚横梁２の外周に接着固定されている。この強化繊維シート３７の上から橋脚横梁２の全周に亘って巻きつけた補強帯１０の接着固定方法は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

この実施形態においても、補強帯１０の長さは、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２の全周に亘って巻きつけられる長さであればよいが、橋脚横梁２の補強強度を高めるために、複数回巻きつけられる長さであってもよい。すなわち、補強帯１０は、強化繊維シート７の上から橋脚横梁２の全周に亘って巻きつけられる長さ以上の長さを有していればよい。

このように、橋脚横梁の外周面の殆どを強化繊維シート３７で覆うと、橋脚横梁２の略全体を確実に補強することができる。

（第４実施形態）
図８は、本発明の第４実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の断面図であり、図１のＢ−Ｂ断面図に相当する図である。同図において、図５と図７と同一部分には同一符号付して、その部分の説明は省略する。

図８に示す橋脚横梁は、図７の強化繊維シート３７と、この強化繊維シート３７の上から橋脚横梁２の全周に亘って設けた図５に示す補強帯１５とで補強されている。したがって、図８の強化繊維シート３７と補強帯１５との接着固定方法は、図７の強化繊維シート３７と、図５に示す補強帯１５との接着固定方法と同一であるのでその説明は、省略する。なお、この実施形態においても、橋脚横梁２の補強強度をさらに高めるのに、主帯１８と副帯１９とを幾重にも重ねて層状に設けてもよい。

このように、橋脚横梁の外周面の殆どを強化繊維シート３７で覆うと、橋脚横梁２の略全体を確実に補強することができる。また、補強帯１５を長さの短い主帯１８と副帯１９とに分けてあるので、補強工事の施工時に、補強帯１５の取り扱いを容易にすることができて、作業性を向上させることができる。

本発明の第１実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の側面図である。 図１の橋脚横梁の部分斜視図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 図１のＢ−Ｂ矢視断面図である。 本発明の第２実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の断面図である。 本発明の第３実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の部分斜視図である。 本発明の第３実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の断面図である。 本発明の第４実施形態の補強方法によって補強された橋脚横梁の断面図である。

符号の説明

１ ラーメン橋脚
２ 橋脚横梁
２ａ 上面
２ｂ 側面
２ｃ 下面
２ｄ 開放領域
３ 支承（既設体）
５ 落橋防止装置（既設体）
６ 橋梁上部工
７ 強化繊維シート（強化シート）
８ 開口部
１０ 補強帯
１０ａ 両端部分
１０ｂ 中央部分
１２ 未硬化部分
１３ 接着剤
１５ 補強帯
１８ 主帯（上部補強帯）
１８ｂ 主帯の端部
１９ 副帯（下部補強帯）
１９ｂ 副帯の端部
２０ 主帯の未硬化部分
２１ 副帯の未硬化部分
３７ 強化繊維シート（強化シート）

Claims (2)

1. 既設体を設けた橋脚横梁の外周面の内、前記既設体を含む一部分の面を開放して前記外周面に強化シートを設け、該強化シートに樹脂を含浸させて前記強化シートを前記橋脚横梁に前記樹脂によって接着し、
   前記強化シートの上から前記橋脚横梁の全周に亘って補強帯を設け、該補強帯に樹脂を含浸させて前記補強帯を前記強化シートと前記開放した部分とに前記樹脂によって接着してなる、
   ことを特徴とする橋脚横梁の補強方法。
2. 既設体を設けた橋脚横梁の外周に、前記既設体を露出させかつ前記外周を閉じた状態で強化シートを設け、該強化シートに樹脂を含浸させて前記強化シートを前記橋脚横梁に前記樹脂によって接着し、
   前記強化シートの上から前記橋脚横梁の全周に亘って補強帯を設け、該補強帯に樹脂を含浸させて前記補強帯を前記強化シートに前記樹脂によって接着してなる、
   ことを特徴とする橋脚横梁の補強方法。

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