JP4309802B2

JP4309802B2 - 中空鋼管鉄塔を補強するための添接ｌ形材による補強構造

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Publication number: JP4309802B2
Application number: JP2004146475A
Authority: JP
Inventors: 孝治布谷; 稔松永; 潤滋前田
Original assignee: Kyushu Electric Power Co Inc
Current assignee: Kyushu Electric Power Co Inc
Priority date: 2004-03-02
Filing date: 2004-05-17
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2024-05-17
Also published as: JP2005282339A

Description

本発明は、中空鋼管鉄塔を補強するための添接Ｌ形材による補強構造に関し、さらに詳しく言えば、中空鋼管鉄塔の主柱材の圧縮または引張強度を向上させる補強構造に関するものである。

近年、大型台風の襲来頻度が上がっている。また、局所地形によって強風が増速されることが、気流シミュレーション等の数値解析、風洞実験等による研究で明らかにされてきた。

このような状況において、既設の送電鉄塔のうち、特に大容量送電に供される中空鋼管鉄塔の耐風補強の必要性が高まってきている。とりわけ、現地での交換が困難とされ、従来ほとんど補強が実施されていない中空鋼管鉄塔の主柱材の補強が重要視されるようになってきた。
特開２００３−３２１９４８号公報特開２００３−０７４２１３号公報

既設中空鋼管鉄塔の主柱材について、穴明け、切断、溶接等の現地加工を行うことなく、添接Ｌ形材等の取付けによって主柱材の耐風性能、特に圧縮または引張強度および固定ボルトの圧縮または引張強度を向上させる補強構造を得ることを、本発明の解決課題としている。

本発明が適用される中空鋼管鉄塔は、正方形基礎面の各隅部から高さ方向に延びかつ所定の間隔で鍛造フランジをボルト止めによって連結された主柱材と、隣接主柱材間で水平方向に延びる水平腹材と、隣接主柱材間で斜め方向に延びる長尺斜め腹材と、隣接主柱材間で逆の斜め方向に延び、長尺斜め腹材の中央部に交差された短尺斜め腹材とからなる。ただし、水平腹材は、必要に応じて選択的に設けられる。本発明の中空鋼管鉄塔を補強するためのＬ形材による補強構造は、主柱材の上下端鍛造フランジの直径方向に間隔をあけて各鍛造フランジに中空鋼管鉄塔補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされるべき１対の添接Ｌ形材支持金具と、添接Ｌ形材支持金具の各々に予め溶接固定されたラップジョイントと、上下の添接Ｌ形材支持金具間で前記主柱材の両脇に補強工事現場にて設けられるべき２対の添接Ｌ形材とからなる。各対の添接Ｌ形材が上下各対のラップジョイントに補強工事現場にて当接され、ボルト止めされる。

ここで、「上」または「下」とは、中空鋼管鉄塔の正方形基礎面に関して、鉄塔の高さ方向における位置関係をいう。

添接Ｌ形材支持金具は、中央に縦溝を予め設けた山形板と、山形板の縦溝下端付近で山形板の幅方向に予め溶接固定された棚板とからなる。

ラップジョイントは、縦軸板と、縦軸板の頂縁に予め溶接固定された頂部板と、縦軸板の底縁に予め溶接固定された底部板と、底部板の端縁幅方向に予め溶接固定された添板とからなる。縦軸板と頂部板との接合部両側に形成されたコーナ部に添接Ｌ形材が補強工事現場にて高力ボルト摩擦接合される。

添接Ｌ形材補強集合体が、添接Ｌ形材の長手方向に間隔をあけて補強工事現場にて設けられる。添接Ｌ形材補強集合体は、主柱材の外周を補強工事現場にて挟み込むべき１対の着脱自在の分割バンドと、バンドの中央部から直径方向外方に延びる第１フランジとからなり、各対の添接Ｌ形材の間隙内に補強工事現場にて第１フランジが挿入され、第１フランジと各添接Ｌ形材とが補強工事現場にて慣用のボルトとナットとによって結合される。

主柱材の圧縮強度を補強する場合には、添接Ｌ形材支持金具が補強すべき主柱材の上端鍛造フランジの下面に補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、また、添接Ｌ形材支持金具が補強すべき主柱材の下端鍛造フランジの上面に補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、これにより当該主柱材の圧縮強度を補強する。他方、主柱材の引張強度を補強する場合には、添接Ｌ形材支持金具が補強すべき主柱材の上端鍛造フランジに隣接する主柱材の下端鍛造フランジの上面に補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、また、添接Ｌ形材支持金具が補強すべき主柱材の下端鍛造フランジに隣接する主柱材の上端鍛造フランジの下面に補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、これにより当該主柱材の引張強度を補強する。

本発明の補強構造によれば、主柱材の上下鍛造フランジ間が添接Ｌ形材によって支持されるので、主柱材および鍛造フランジの圧縮または引張強度が増加する。各添接Ｌ形材は鍛造フランジ・ボルト部付近に重心を保持できるので、鍛造フランジ・ボルト接合部にほとんど曲げモーメントが発生しない。添接Ｌ形材自体は、添接Ｌ形材補強集合体によって支持され、座屈強度が高められている。高力ボルト摩擦接合によりボルト滑りによる添接Ｌ形材の分担応力低減を防止できる。また、新設する部品に関しては予め工場において切断、穴明け、溶接等の加工が施されるので、既設中空鋼管鉄塔の構成部材にはなんら現地加工を施すことなく、ボルトとナットによる簡単な組付け作業だけで補強工事が完了する。

図面を参照して、本発明にもとづく中空鋼管鉄塔を補強するための添接Ｌ形材による補強構造の実施例について説明する。

まず、図１、２において、本発明が適用される中空鋼管鉄塔１０は、正方形基礎面２０の各隅部から高さ方向に延びる主柱材１と、隣接主柱材１間で水平方向に延びる水平腹材２と、隣接主柱材１間で斜め方向に延びる長尺斜め腹材３と、隣接主柱材１間で逆の斜め方向に延び、長尺斜め腹材３の中央部に交差する短尺斜め腹材４、４とからなる。ただし、水平腹材２は、必要に応じて選択的に設けられる。図１、２は、本発明の補強構造を適用した既設の中空鋼管鉄塔１０を示すが、以下に述べる構成を除いて、従来の中空鋼管鉄塔と基本的構成においてなんら相違はない。

本発明の補強構造は、図３−１３に最もよく示すように、上述の中空鋼管鉄塔１０において、主柱材１の上下端鍛造フランジ１１、１２の直径方向に間隔をあけて各鍛造フランジ１１、１２に中空鋼管鉄塔補強工事現場にてスペーサ５１、５２をかいして鍛造フランジ・ボルト５３、５４で止められるべき１対の添接Ｌ形材支持金具６と、添接Ｌ形材支持金具６の各々に予め溶接固定されたラップジョイント７と、上下の添接Ｌ形材支持金具６、６間で主柱材１の両脇に補強工事現場にて設けられるべき２対の添接Ｌ形材８、８とからなる。各対の添接Ｌ形材８、８が補強工事現場にて上下各対のラップジョイント７、７に当接され、高力ボルト７１（図１２）により摩擦接合される。

添接Ｌ形材支持金具６は、図５、１０、１１に最もよく示すように、中央に縦溝６１１を予め設けた山形板６１と、山形板６１の縦溝６１１下端付近で山形板６１の幅方向に予め溶接固定された棚板６２とからなる。図５、１０に最もよく示すように、棚板６２は両端にボルト穴６２１が予め設けられ、中央に接合面６２２が設けられ、端面６２３（図５）は主柱材１に接触しないように湾曲している。棚板６２の中央接合面６２２は、山形板６１の縦溝６１１の下面と同一レベルにある。その理由は、後述する。

ラップジョイント７は、図３、４、９、１０に最もよく示すように、縦軸板７２と、縦軸板７２の頂縁に予め溶接固定された頂部板７３と、縦軸板７２の底縁に予め溶接固定された底部板７４と、底部板７４の端縁幅方向に予め溶接固定された添板７５とからなる。縦軸板７２は、図４に示すように、図面で左側下端に切欠部７２１が予め設けられ、また、左側上端にボルト穴７２２が複数箇所（本実施例では３箇所）予め設けられている。頂部板７３は、図４に示すように、ボルト穴７３１が図面で左右両側に縦に複数箇所（本実施例では３箇所）予め設けられている。縦軸板７２と頂部板７３との接合部両側に形成されるコーナ部７６に添接Ｌ形材８が補強工事現場にて高力ボルト７１（図１２）により摩擦接合される。底部板７４および添板７５は、縦軸板７２の捩れおよび座屈を防止する。

縦軸板７２を上から見て、頂部板７３、縦軸板７２、底板７４の端面がそれぞれほぼＩ文字形状の各辺を構成する。

図３、９、１０、１２に最もよく示すように、添接Ｌ形材支持金具６とラップジョイント７とは予め溶接固定されている。さらに詳しく言えば、ラップジョイント７の縦軸板７２の左側下端が、図１０において、切欠部７２１から添接Ｌ形材支持金具６の山形板６１の縦溝６１１に入り、縦溝６１１の底に達して止まる。このとき、縦軸板７２の切欠部７２１の上縁部分が棚板６２の中央接合面６２２に係合する。これらの部品の接触部分がすべて溶接により予め連結固定される。

このようにして連結された添接Ｌ形材支持金具６とラＵ７とが主柱材１の上下端鍛造フランジ１１、１２に補強工事現場にてスペーサ５１、５２をかいして鍛造フランジ・ボルト５３、５４によって固定される。さらに詳しく言えば、図３、９に示すように、添接Ｌ形材支持金具６の棚板６２が複数のスペーサ５１または５２（図７）をかいして上端鍛造フランジ１１または下端鍛造フランジ１２の上に補強工事現場にて乗せられ、鍛造フランジ・ボルト５３または５４によって補強工事現場にて固定される（図８）。次いで、各対の添接Ｌ形材８、８が上下各対のラップジョイント７、７に補強工事現場にて当接され、高力ボルト７１（図１２）により摩擦接合される。

各添接Ｌ形材８は、図１２に最もよく示すように、鍛造フランジ・ボルト５３、５４付近に重心を保持できるので、鍛造フランジ・ボルト接合部にはほとんど曲げモーメントが発生しない。そのために、添接Ｌ形材支持金具６の固定用鍛造フランジ・ボルト５３、５４は３本から２本に減らすことができる。すなわち、図９に最もよく示すように、３本の鍛造フランジ・ボルト間が接近していても、真ん中のボルトを飛ばして両側を長いボルトで棚板６２を固定すればよい。棚板６２の中央接合面６２２にラップジョイント７の切欠部７２１の一部が接合され、応力の流れをなるべく鍛造フランジ・ボルトの軸線に接近させることができる。

図３に示すように、添接Ｌ形材補強集合体９が、添接Ｌ形材８の長手方向に間隔をあけて補強工事現場にて設けられる（図示する実施例においては、５箇所）。添接Ｌ形材補強集合体９は、図１３に示すように、主柱材１の外周を補強工事現場にて挟み込むべき１対の着脱自在の分割バンド９１と、バンド９１の中央部から直径方向外方に延びる第１フランジ９２とからなり、各対の添接Ｌ形材８の間隙８１（図１２）内に第１フランジ９２が補強工事現場にて挿入され、第１フランジ９２と各添接Ｌ形材８とが慣用のボルトとナットとによって補強工事現場にて結合される。１対の分割バンド９１、９１はそれらの第２フランジ９３が補強工事現場にて当接され慣用のボルトとナットによって結合される（図１２、１３）。

主柱材１の圧縮強度を補強する場合には、図３に示すように、添接Ｌ形材支持金具６が補強すべき主柱材１の上端鍛造フランジ１１の下面にスペーサ５１をかいして補強工事現場にてボルト止めされ、また、添接Ｌ形材支持金具６が補強すべき主柱材の下端鍛造フランジ１２の上面に補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、これにより当該主柱材１の圧縮強度を補強する。他方、主柱材１の引張強度を補強する場合には、図１４に示すように、添接Ｌ形材支持金具６が補強すべき主柱材１の上端鍛造フランジ１１に隣接する主柱材１ａの下端鍛造フランジ１２ａの上面にスペーサ５１ａをかいして補強工事現場にてボルト５３ａにより止められ（図１８）、また、添接Ｌ形材支持金具６ｂが補強すべき主柱材１の下端鍛造フランジ１２に隣接する主柱材１ｂの上端鍛造フランジ１１ｂの下面に補強工事現場にてスペーサ５２ｂをかいしてボルト５４ｂにより止められ、これにより当該主柱材１の引張強度を補強する。

後者の引張強度を補強する場合には、図１５−１７に示すようなラップジョイント７ａ、７ｂ、添接Ｌ形材支持金具６ａ、６ｂ、スペーサ５１ａ、５２ｂを使用する。これらの部品は、前述の各部品（図４、５、７）と本質的には変わりがない。だだし、ラップジョイント７ａ、７ｂの縦軸板７２ａ、７２ｂの左側中間に予め切欠部７２１ａ、７２１ｂが設けられていることなどが相違する。

主柱材１の圧縮強度を主に補強する場合の図３に示す構造は、圧縮力が作用する場合には、図１９に示すような応力の流れにより添接Ｌ形材に応力が流れる仕組みであり、強度レベルの高い鍛造フランジ面における圧縮分布応力により添接Ｌ形材作用応力が伝達され、金具取付用の鍛造フランジ・ボルトには応力が流れないように工夫された構造である。一方、引張力が作用する場合には、図２０に示すような応力の流れにより、金具取付用の鍛造フランジ・ボルトを経由して添接Ｌ形材に応力を流すことができるので、引張補強とすることもできる。その際、金具取付用の鍛造フランジ・ボルトに高強度ボルトを使うか、あるいは、金具構造で接合ボルトを２本から４本へ増やすことによりさらに引張力に対する補強効果を増大させることができる。

主柱材１の引張強度を主に補強する場合の図１４に示す構造は、引張力が作用する場合には、図２１に示すような応力の流れにより添接Ｌ形材に応力が流れる仕組みであり、強度レベルの高い鍛造フランジ面における圧縮分布応力により添接Ｌ形材作用応力が伝達され、金具取付用の鍛造フランジ・ボルトには応力が流れないように工夫された構造である。一方、圧縮力が作用する場合には、図２２に示すような応力の流れにより、金具取付用の鍛造フランジ・ボルトを経由して添接Ｌ形材に応力を流すことができるので、圧縮補強とすることもできる。その際、金具取付用の鍛造フランジ・ボルトに高強度ボルトを使うか、あるいは、金具構造で接合ボルトを２本から４本へ増やすことによってさらに圧縮力に対する補強効果を増大させることができる。

補強工事にさいしては、中空鋼管鉄塔１０の全高、または必要箇所において、まず、必要ならば、補強工事現場にて慣用の仮支持材（図示せず）で仮補強をした後、隣接主柱材１の上下端鍛造フランジ１１、１２を止めているボルトとナットとを補強工事現場にて上下鍛造フランジ１１、１２から外し、上下端鍛造フランジ１１、１２にそれぞれラップジョイント７が結合された添接Ｌ形材支持金具６を、スペーサ５１、５２をかいして鍛造フランジ・ボルト５３、５４によって補強工事現場にて取り付ける。次いで、補強すべき主柱材１の両脇に添接Ｌ形材８、８を配置し、高力ボルト７１（図１２）によって摩擦接合する。添接Ｌ形材８、８の必要箇所に添接Ｌ形材補強集合体９を取り付け、添接Ｌ形材８、８に連結固定する。最後に、仮支持材を取り外す。

本発明の補強構造が適用された中空鋼管鉄塔の一部側面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線から見た中空鋼管鉄塔の一部の平面図である。図１に示す中空鋼管鉄塔の部分拡大側面図であって、本発明の補強構造の一実施例を示す。図３に示す補強構造に用いるラップジョイントの各構成部品の平面図である。図３に示す補強構造に用いる添接Ｌ形材支持金具の各構成部品の平面図である。図３に示す補強構造に用いる添接Ｌ形材の斜視図である。図３に示す補強構造に用いる各スペーサの平面図である。図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線から見た本発明の補強構造の横断面図である。添接Ｌ形材支持金具およびラップジョイントの一部の斜視図である。図９の分解斜視図である。図１０に示す添接Ｌ形材支持金具の側面図である。図３に示す主柱材の下端鍛造フランジ付近における本発明の補強構造の斜視図である。添接Ｌ形材補強集合体の平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）正面図（Ｃ）である。図１に示す中空鋼管鉄塔の部分拡大側面図であって、本発明の補強構造の別の実施例を示す。図１４に示す補強構造に用いるラップジョイントの各構成部品の平面図である。図１４に示す補強構造に用いる添接Ｌ形材支持金具の各構成部品の平面図である。図１４に示す補強構造に用いるスペーサの平面図である。図１４のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線から見た本発明の補強構造の横断面図である。図３に示す補強構造における圧縮力作用時の応力の流れを示す図である。図３に示す補強構造における引張力作用時の応力の流れを示す図である。図１４に示す補強構造における引張力作用時の応力の流れを示す図である。図１４に示す補強構造における圧縮力作用時の応力の流れを示す図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ主柱材２水平腹材
３長尺斜め腹材４短尺斜め腹材
６添接Ｌ形材支持金具７ラップジョイント
８添接Ｌ形材９添接Ｌ形材補強集合体
１０中空鋼管鉄塔
１１、１１ｂ上端鍛造フランジ
１２、１２ａ下端鍛造フランジ
２０正方形基礎面
５１、５１ａ、５２、５２ｂスペーサ
５３、５３ａ、５４、５４ｂ鍛造フランジ・ボルト
６１山形板６２棚板
７１高力ボルト７２縦軸板
７３頂部板７４底部板
７５添板７６コーナ部
８１間隙９１分割バンド
９２第１フランジ９３第２フランジ
６１１縦溝６２２接合面
７２１切欠部

Claims

中空鋼管鉄塔が、正方形基礎面の各隅部から高さ方向に延びかつ所定の間隔で鍛造フランジをボルト止めによって連結された主柱材と、該隣接主柱材間で水平方向に延びかつ選択的に設けられた水平腹材と、前記隣接主柱材間で斜め方向に延びる長尺斜め腹材と、前記隣接主柱材間で逆の斜め方向に延び、前記長尺斜め腹材の中央部に交差した短尺斜め腹材とからなり、前記中空鋼管鉄塔を補強するための添接Ｌ形材による補強構造において、
前記主柱材の上下端鍛造フランジの直径方向に間隔をあけて各鍛造フランジに中空鋼管鉄塔補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされるべき１対の添接Ｌ形材支持金具と、
該添接Ｌ形材支持金具の各々に予め溶接固定されたラップジョイントと、
前記上下の添接Ｌ形材支持金具間で前記主柱材の両脇に前記補強工事現場にて設けられるべき２対の添接Ｌ形材とからなり、
前記各対の添接Ｌ形材が上下各対のラップジョイントに前記補強工事現場にて当接され、ボルト止めされる、中空鋼管鉄塔を補強するための添接Ｌ形材による補強構造。
前記添接Ｌ形材支持金具は、中央に予め縦溝を設けた山形板と、該山形板の縦溝下端付近で該山形板の幅方向に予め溶接固定された棚板とからなる、請求項１に記載の補強構造。
前記ラップジョイントは、縦軸板と、該縦軸板の頂縁に予め溶接固定された頂部板と、前記縦軸板の底縁に予め溶接固定された底部板と、該底部板の端縁幅方向に予め溶接固定された添板とからなり、前記縦軸板と前記頂部板との接合部両側に形成されたコーナ部に前記添接Ｌ形材が前記補強工事現場にて高力ボルト摩擦接合される、請求項１に記載の補強構造。
添接Ｌ形材補強集合体が、前記添接Ｌ形材の長手方向に間隔をあけて前記補強工事現場にて設けられる、請求項１に記載の補強構造。
前記添接Ｌ形材補強集合体は、前記主柱材の外周を前記補強工事現場にて挟み込むべき１対の着脱自在の分割バンドと、該バンドの中央部から直径方向外方に延びる第１フランジとからなり、前記各対の添接Ｌ形材の間隙内に前記補強工事現場にて前記第１フランジが挿入され、該第１フランジと前記各添接Ｌ形材とが前記補強工事現場にてボルトとナットとによって結合される、請求項４に記載の補強構造。
前記添接Ｌ形材支持金具が補強すべき主柱材の上端鍛造フランジの下面に前記補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、また、前記添接Ｌ形材支持金具が前記補強すべき主柱材の下端鍛造フランジの上面に前記補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、これにより当該主柱材の圧縮強度を補強する、請求項１に記載の補強構造。
前記添接Ｌ形材支持金具が補強すべき主柱材の上端鍛造フランジに隣接する主柱材の下端鍛造フランジの上面に前記補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、また、前記添接Ｌ形材支持金具が前記補強すべき主柱材の下端鍛造フランジに隣接する主柱材の上端鍛造フランジの下面に前記補強工事現場にてスペーサをかいしてボルト止めされ、これにより当該主柱材の引張強度を補強する、請求項１に記載の補強構造。