JP4362221B2 - 金属管柱及び金属管柱の補強方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、照明柱、標識柱、表示柱、電柱、鉄道用架線柱、信号柱、門型柱、更には建築構造用の角柱などに有効に適用し得る金属管柱及びその補強方法に関するものであり、特に、金属管柱が繊維強化プラスチックにより補強される点に特徴を有する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、照明柱、標識柱、表示柱、電柱、鉄道用架線柱、信号柱、門型柱、更には、建築構造用の角柱などの管柱は、通常鋼管にて作製され、図２２に示すように、管柱１の下方端を構成する柱脚１ａの下端には基礎にボルト接合される鋼板製のボルト接合用ベースプレート３が溶接される。更に、柱脚１ａとベースプレート３の溶接接合部近傍の補強をなすために、柱脚下端部の円周方向に所定の間隔にて鋼板製の縦リブ４が配置され、柱脚１ａ及びベースプレート３に溶接されている。
【０００３】
このような柱脚下端接合構造２を有した管柱１は、その柱脚下端接合部の補強が簡易でしかも低コストである点から最も普及している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記柱脚下端接合構造２によると、管柱１に荷重を作用させた場合に、管柱１と縦リブ鋼板端部５との廻し溶接部に応力が集中し、局部応力を発生し、構造性能が低下するという問題がある。更に、縦リブ鋼板の上端の廻し溶接部が、溶接熱残留応力と溶接止端部の熱影響部材質劣化とが重複して構造欠陥となり易く、耐荷力や疲労性能が低下するという問題があった。
【０００５】
更に、この柱脚下端接合構造体に溶融亜鉛メッキなどの防食処理をすると、溶融亜鉛浴槽からの入熱により縦リブ上端部５の熱残留応力が更に大きくなり、ここから亀裂が進展して柱脚疲労折損の原因ともなっていた。
【０００６】
更に又、地震や風、さらには柱脚を支持する構造物からの振動に共振応答して柱脚下端部に大きな荷重が作用することが多く、柱脚下端部の耐荷力や疲労性能向上策だけでは十分な機械的強度及び耐久性を保持することができない場合があった。
【０００７】
上述した問題は、例えば照明柱などのように管柱に開口を設け、この開口部に安定器格納部の取付部を溶接により取り付けた場合にも、更には、標識柱のように標識が取り付けられた場合にも同様に発生した。
【０００８】
上記問題を解決する手段として、応力集中部、或いはその近傍に鋼板を更に貼り付け、補強することが考えられる。しかしながら、補強用の鋼板を溶接にて取り付けた場合には、新たな溶接による溶接熱残留応力の問題が発生する。ボルトナットなどにて接合した場合には、管柱にボルト取付用の貫通したボルト穴を形成することが余儀なくされ、このボルト穴における応力集中の問題が発生する。
【０００９】
又、既に、橋梁上などに施工されている照明ポールのような管柱を、取り外すことなく補強する場合には、施工が容易に且つ迅速に実施することがきわめて重要であり、このための管柱の補強方法が希求されている。
【００１０】
本発明者らは、上記問題を解決するべく多くの研究実験を行なった結果、柱脚下端接合構造における縦リブの端部、安定器格納部取付部の上下端部などの応力集中部及び／又はその近傍に繊維強化プラスチックを貼付することにより、縦リブの端部、安定器格納部取付部の上下端部などの局部応力及び縦リブの端部の廻し溶接部などの溶接熱残留応力を緩和し、それにより柱脚下端接合構造の耐荷力や疲労性能を大幅に向上させ得ることを見出した。
【００１１】
本発明は、斯かる本発明者らの新規な知見に基づきなされたものである。
【００１２】
本発明の目的は、応力集中部における局部応力、溶接部における溶接熱残留応力を大幅に緩和することができ、それにより耐荷力や疲労性能を大幅に向上することのできる繊維強化プラスチックにより補強された金属管柱を提供することである。
【００１３】
本発明の他の目的は、既に、橋梁上などに据え付けられている金属管柱に対して、応力集中部における局部応力、溶接部における溶接熱残留応力を大幅に緩和することができ、それにより耐荷力や疲労性能を大幅に向上することができ、しかも、容易で且つ迅速に施工し得る繊維強化プラスチックによる金属管柱の補強方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的は本発明に係る繊維強化プラスチックにより補強された金属管柱及び金属管柱の補強方法にて達成される。
【００１５】
第１の本発明によれば、金属管柱の外面及び／又は内面にて、応力集中部及び／又はその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、局部応力を緩和した金属管柱において、
前記繊維強化プラスチックの上端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱が提供される。
第２の本発明によれば、金属管柱の外面及び／又は内面にて、応力集中部及び／又はその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、局部応力を緩和した金属管柱において、
前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱が提供される。
第１及び第２の本発明にて、一実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、応力集中部を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付する。他の実施態様によると、前記金属管柱は、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる。
【００１６】
第３の本発明によると、管柱の柱脚下端に、ベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱において、
前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付したことを特徴とする金属管柱が提供される。本発明にて、一実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、前記縦リブの上端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付する。他の実施態様によると、前記金属管柱の内面には、管柱の外面に貼付された繊維強化プラスチックに対応した位置を含む全内周にわたって繊維強化プラスチックを貼付する。他の実施態様によると、繊維強化プラスチックを所定形状に成形し、硬化した後、前記管柱の外面及び／又は内面に装着し、接合する。更に他の実施態様によると、前記金属管柱、前記ベースプレート及び前記縦リブは、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる。
【００１７】
第４の本発明によると、管柱の柱脚下端に、ベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱において、
前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付し、
前記繊維強化プラスチックの上端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱が提供される。
第５の本発明によると、管柱の柱脚下端に、ベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱において、
前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付し、
前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱が提供される。
第４及び第５の本発明にて一実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、前記縦リブの上端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付する。他の実施態様によると、前記金属管柱の内面には、管柱の外面に貼付された繊維強化プラスチックに対応した位置を含む全内周にわたって繊維強化プラスチックを貼付する。他の実施態様によると、繊維強化プラスチックを所定形状に成形し、硬化した後、前記管柱の外面及び／又は内面に装着し、接合する。他の実施態様によると、前記金属管柱、前記ベースプレート及び前記縦リブは、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる。
第６の本発明によると、管柱に開口を形成し、開口の周りに箱状格納部の取付部を溶接して設けた管柱において、
前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記箱状格納部取付部の両側部にてしかも取付部の上端及び／又は下端、並びにその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、
前記繊維強化プラスチックの上端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱が提供される。
第７の本発明によると、管柱に開口を形成し、開口の周りに箱状格納部の取付部を溶接して設けた管柱において、
前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記箱状格納部取付部の両側部にてしかも取付部の上端及び／又は下端、並びにその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、
前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱が提供される。
第６及び第７の本発明にて、一実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、前記箱状格納部の取付部の上端及び／又は下端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で、且つ、前記取付部から円周方向に沿って少なくとも２ｃｍ以上の貼付け幅で貼付する。他の実施態様によると、前記金属管柱及び前記箱状格納部取付部は、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる。
【００１８】
上記各本発明にて、一実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、強化繊維シートを管柱表面に貼付し、この強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させて形成される。他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させたプリプレグを管柱表面に貼付して形成される。
【００１９】
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維は一方向に配列されている。更に他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、前記強化繊維が、管柱の軸線方向に整列して或いは管柱の軸線方向に対して所定の角度傾斜して貼付される。
【００２０】
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維は、炭素繊維；ガラス繊維；ボロン、チタン、スチールなどの金属繊維；又は、アラミド、ナイロン、ポリエステルなどの有機繊維；などを一種、或いは、複数種混入して使用され、前記マトリクス樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂を使用する。
【００２１】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックと前記管柱表面との間に最内層として絶縁体層を設けることができる。一実施態様によると、前記絶縁体層は、エポキシ樹脂系プライマーを塗布し硬化した硬化膜とされるか、或いは、ガラス繊維又は有機繊維などの非導電性のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとされる。
【００２４】
本発明の更に他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチック外面を覆って、最外層としてカバー層を設けることができる。前記カバー層は、ガラス繊維、炭素繊維、或いは有機繊維のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとすることができる。又、前記マトリクス樹脂は、着色顔料を含有することができる。更に他の実施態様によれば、前記カバー層の外層にアクリルウレタン系樹脂が塗布される。
【００２５】
第８の本発明によると、金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
前記管柱は、管柱の柱脚下端にベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱であり、前記管柱の外面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱の補強方法が提供される。本発明にて一実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、前記縦リブの上端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付する。
【００２６】
第９の本発明によると、金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
前記管柱は、管柱に開口が形成され、開口の周りに箱状格納部の取付部を溶接して設けられた管柱であり、前記管柱の外面にて、且つ、前記箱状格納部取付部の両側部にてしかも取付部の上端及び／又は下端、並びにその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、
前記繊維強化プラスチックは、前記箱状格納部の取付部の上端及び／又は下端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で、且つ、前記取付部から円周方向に沿って少なくとも２ｃｍ以上の貼付け幅で貼付し、
前記管柱の開口を介して、管柱の内部に鉄筋コンクリートを打設することを特徴とする金属管柱の補強方法が提供される。
【００２７】
第１０の本発明によると、金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
前記繊維強化プラスチックの上端及び／又は下端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱の補強方法が提供される。
第１１の本発明によると、金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱の補強方法が提供される。
【００２９】
第８〜１１の本発明にて、一実施態様によると、前記金属管柱は、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる。他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、応力集中部を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付する。他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックを貼付する前に、前記金属管柱の前記繊維強化プラスチックを貼付する個所のメッキは除去する。
【００３０】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させて所定形状に成形し、硬化した後、前記管柱の外面に装着し、接合する。
【００３１】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、強化繊維シートを管柱の外面に貼付し、この強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させて形成される。
【００３２】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックは、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させたプリプレグを管柱の外面に貼付して形成される。他の実施態様によると、前記強化繊維は一方向に配列されているか、或いは、前記繊維強化プラスチックは、前記強化繊維が、管柱の軸線方向に整列して或いは管柱の軸線方向に対して所定の角度傾斜して貼付される。
【００３３】
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維は、炭素繊維；ガラス繊維；ボロン、チタン、スチールなどの金属繊維；又は、アラミド、ナイロン、ポリエステルなどの有機繊維；などを一種、或いは、複数種混入して使用され、前記マトリクス樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂を使用する。
【００３４】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチックと前記管柱の外面との間に最内層として絶縁体層を設けることができ、前記絶縁体層は、エポキシ樹脂系プライマーを塗布し硬化した硬化膜とされるか、或いは、ガラス繊維又は有機繊維などの非導電性のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとすることができる。又、前記有機繊維はＰＢＯ繊維とし得る。
【００３７】
本発明の他の実施態様によると、前記繊維強化プラスチック外面を覆って、最外層としてカバー層を設けることができる。前記カバー層は、ガラス繊維、炭素繊維、或いは有機繊維のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとすることができる。又、前記マトリクス樹脂は、着色顔料を含有することができる。更に他の実施態様によれば、前記カバー層の外層にアクリルウレタン系樹脂が塗布される。
【００３８】
本発明の他の実施態様によれば、少なくとも前記繊維強化プラスチックを貼付した前記管柱の外面をエアバッグとシール材により覆い、エアバッグの吸引端子から真空ポンプにより吸気を排出し、エアバッグの内部材に大気圧負荷されるようにし、前記管柱の外面に貼付された前記繊維強化プラスチックなどを前記管柱表面に押圧するようにする。他の実施態様によれば、前記エアバッグの外部にパネルヒータを配置し、樹脂の硬化反応を促進させる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る繊維強化プラスチックにより補強された金属管柱及び金属管柱の補強方法を図面に則して更に詳しく説明する。
【００４０】
実施例１
図１に、本発明の金属管柱１の一実施例を示す。本実施例によると、本発明の金属管柱１は、照明灯を取り付けるための照明柱とか、標識を取り付けるための標識柱などのような鋼製の管柱とされる。
【００４１】
本実施例にて、管柱１は、図２２を参照して説明したような柱脚下端接合構造２を有する。つまり、柱脚１ａの下端には基礎ボルト接合用ベースプレート３が溶接され、更に、柱脚１ａとベースプレート３の溶接接合部近傍の補強をなすために、柱脚下端部の円周方向に所定の間隔にて鋼板製の縦リブ４が配置され、柱脚１ａ及びベースプレート３に溶接されている。本実施例では、縦リブ鋼板４は、これに限定されるものではないが、円周方向に均等に４箇所に配置されている。
【００４２】
このような柱脚下端接合構造２を有した管柱１は、上述のように、管柱１に荷重を作用させた場合に、管柱１と縦リブ鋼板４の端部との廻し溶接部５に応力が集中し、局部応力が発生する。又、縦リブ鋼板４の上端の廻し溶接部５は、溶接熱残留応力と溶接止端部の熱影響部材質劣化とが重複して構造欠陥となり易く、耐荷力や疲労性能が低下している。
【００４３】
従って、本発明によると、図１及び図２に示すように、管柱１の外表面にて各縦リブ鋼板４、４の間に補強材である繊維強化プラスチック２０が貼り付けられる。このとき、繊維強化プラスチック２０は、縦リブ鋼板４のリブ先端の応力集中部５を含み管柱１の軸線方向に沿って上下方向に全貼付長さＨ１（Ｈ１ａ＋Ｈ１ｂ）が管柱１、即ち、柱脚１ａの外径Ｄの２０％〜３００％となる範囲内にて貼り付けられる。通常、Ｈ１ａ≧Ｈ１ｂとされる。貼付長さＨ１が柱脚１ａの外径Ｄの２０％より少ないと、繊維強化プラスチック２０を貼り付けたことによる応力集中の緩和効果が少なくなり、柱脚１ａの外径Ｄの３００％を超えると、経済性、施工性の点で問題が発生する。
【００４４】
例えば、管柱１の外径Ｄが小径の５ｃｍとされる場合には、Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは、３ｃｍ〜１５ｃｍ（外径Ｄの６０％〜３００％）、管柱１の外径Ｄが大径の５０ｃｍとされる場合には、Ｈ１ａ、Ｈ１ｂは１０ｃｍ〜１００ｃｍ（外径Ｄの２０％〜２００％）、とされる。
【００４５】
本発明によれば、図２及び図３に示すように、管柱１の内面にも繊維強化プラスチック２０を貼り付けることができる。管柱１の内面には、縦リブ鋼板４などの障害物が存在しないので、内表面の全周にわたって設けることができる。このとき、繊維強化プラスチック２０は、縦リブ鋼板４のリブ先端の応力集中部５を含み管柱の軸線方向に沿って上下方向に全貼付長さＨ２（Ｈ２ａ＋Ｈ２ｂ）が管柱１、即ち、柱脚１ａの外径Ｄの２０％〜３００％となる範囲内にて貼り付けられる。通常、Ｈ２ａ≧Ｈ２ｂとされる。貼付長さＨ２が柱脚１ａの外径Ｄの２０％より少ないと、繊維強化プラスチック２０を貼り付けたことによる応力集中の緩和効果が少なくなり、又、上述のように、経済性、施工性の点で柱脚１ａの外径Ｄの３００％程度までとされる。
【００４６】
具体的には、上記外面貼付補強の場合と同様に、例えば、管柱１の外径Ｄが小径の５ｃｍとされる場合には、Ｈ２ａ、Ｈ２ｂは、３ｃｍ〜１５ｃｍ（外径Ｄの６０％〜３００％）、管柱１の外径Ｄが大径の５０ｃｍとされる場合には、Ｈ２ａ、Ｈ２ｂは１０ｃｍ〜１００ｃｍ（外径Ｄの２０％〜２００％）、とされる。
【００４７】
本発明で使用する繊維強化プラスチック２０は、強化繊維２２にマトリクス樹脂２３が含浸されたものであり、強化繊維２２はクロス或いは一方向に配列されたものを使用することができる。
【００４８】
通常、繊維強化プラスチック２０は、強化繊維２２が一方向に配列され、強化繊維２２の配列方向が管柱１の軸線方向に沿って整列するように貼付される。
【００４９】
このように、管柱１の曲げ方向への補強に対しては、強化繊維２２が一方向に配列された繊維強化プラスチック２０を管柱１の軸線方向に接着するのが、繊維方向を軸方向に配列することができるため有効である。ただ、繊維強化プラスチック２０の繊維方向が、図４に示すように、結果的に管柱１の軸線方向から角度θだけずれたとしても、ｃｏｓθの割合で有効性は残る。
【００５０】
又、例えば、図９に示すように、上部に横方向に標識パネルを取り付けるための鋼製管柱１Ａを備えた標識柱１のように、一方向への捩じりを受ける場合には、管柱の捩じり方向への補強のために、意図的に繊維強化プラスチック２０の繊維方向を、図４に示すように、管柱１の軸線方向から角度θだけずらして貼り付けることができる。この場合には、角度θが４５゜のとき捩じれ方向に対する補強は最も有効となる。
【００５１】
管柱１が両方向に捩じりを受けるような場合には、管柱の両方向の捩じれに対する補強を行なうために、図５に示すように、繊維配列方向角度θ１の繊維強化プラスチック２０と、繊維配列方向角度θ２の繊維強化プラスチック２０とをそれぞれ所定数だけ積層して管柱１の表面に貼付することができる。角度θ１、θ２は同じであっても良く、異なっていても良い。
【００５２】
強化繊維２２としては、ＰＡＮ系繊維、ピッチ系繊維などの炭素繊維を好適に使用することができる。強化繊維２２は、炭素繊維のみに限定されるものではなく、その他に、ガラス繊維；ボロン、チタン、スチールなどの金属繊維；アラミド、ナイロン、ポリエステルなどの有機繊維；などを使用することができる。これら強化繊維は、単独で、或いは複数種混入してハイブリッドタイプにて使用することも可能である。
【００５３】
又、マトリクス樹脂２３としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又、所望に応じてポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂をも使用することができる。
【００５４】
本発明によれば、繊維強化プラスチック２０の強化繊維２２としては、炭素繊維が好適に使用される。しかしながら、炭素繊維のように導電性の強化繊維を使用することにより補強材としての繊維強化プラスチック２０が導電性とされる場合には、補強材と管柱との間に電流が流れ電食が起こることが考えられる。従って、繊維強化プラスチック２０の強化繊維として導電性のものを使用した場合には、補強材と管柱との間に電流が流れるのを防止するために、管柱１の外面及び内面において、絶縁性付与を目的として、少なくとも補強材としての繊維強化プラスチック２０と管柱表面との間に、即ち、最内層に、絶縁体層として例えばガラス繊維或は有機繊維などの非導電性のシート材料に樹脂を含浸して形成される繊維強化プラスチック３０（図１４）を貼付し、配置するのが好ましい。含浸樹脂としては、繊維強化プラスチック２０に使用した樹脂を同様に使用することができる。
【００５５】
本実施例によれば、詳しくは後述する補強効果の説明にて理解されるように、繊維強化プラスチックにより補強された金属管柱は、応力集中部における局部応力、溶接部における溶接熱残留応力が大幅に緩和され、それにより耐荷力や疲労性能が大幅に向上する。又、繊維強化プラスチックによる金属管柱の補強は、容易で且つ迅速に施工し得るという特長を有している。
【００５６】
実施例２
図６、図７に、本発明の金属管柱１の他の実施例を示す。本実施例の管柱１は、実施例１で説明したと同様の鋼製の管柱１、即ち、照明柱とされるが、その柱脚下端構造２に隣接した上方に安定器格納部１０のための開口１１が形成されている。安定器格納部１０は、開口１１の周辺管柱外表面に取付部１２を溶接することにより取り付けられる。
【００５７】
従って、このような管柱１においては、管柱１に荷重が作用した場合に安定器格納部１０の取付部１２の上下端溶接部１３にも応力が集中する。
【００５８】
従って、本実施例では、図７に示すように、少なくとも安定器格納部取付部１２の下端に近接して繊維強化プラスチック２０が貼り付けられる。繊維強化プラスチック２０は、安定器格納部１０の両側の取付部１２に隣接して設けられる。このとき、繊維強化プラスチック２０は、安定器格納部取付部１２の下端の応力集中部１３を中心として管柱１の軸線方向に沿って上下方向に全貼付長さＨ３（Ｈ３ａ＋Ｈ３ｂ）が管柱１、即ち、柱脚１ａの外径Ｄの２０％〜３００％となる範囲内にて貼り付けられる。通常、Ｈ３ａ≧Ｈ３ｂとされる。貼付長さＨ３が柱脚１ａの外径Ｄの２０％より少ないと、繊維強化プラスチック２０を貼り付けたことによる応力集中の緩和効果が少なくなり、又、柱脚１ａの外径Ｄの３００％を超えると、経済性、施工性の点で問題が発生する。
【００５９】
具体的には、実施例１と同様に、例えば、管柱１の外径Ｄが小径の５ｃｍとされる場合には、Ｈ３ａ、Ｈ３ｂは、３ｃｍ〜１５ｃｍ（外径Ｄの６０％〜３００％）、管柱１の外径Ｄが大径の５０ｃｍとされる場合には、Ｈ３ａ、Ｈ３ｂは１０ｃｍ〜１００ｃｍ（外径Ｄの２０％〜２００％）、とされる。
【００６０】
又、管柱１の円周方向に対する繊維強化プラスチック２０の貼付け量は、安定器格納部取付部１２から管柱１の円周方向に沿った貼付け幅（Ｗ）が、少なくとも２ｃｍ以上となるようにされる。貼付け幅（Ｗ）が２ｃｍよりより少ないと、繊維強化プラスチック２０を貼り付けたことによる応力集中の緩和効果を得るには繊維強化プラスチック２０の厚みが厚くならざるを得ず、美観を損ねることとなる。又、厚さが厚くなると、繊維強化プラスチック補強材端部に応力が集中することなり、剥離を生じ易くなり好ましくない。
【００６１】
勿論、図８に示すように、管柱１の開口１１を除く態様にて、即ち、安定器格納部１０を除いて管柱１の外面全周に繊維強化プラスチック２０を貼付しても良い。しかしながら、この場合には、補強効果は増大するものの、経済性と施工性の点で不利となる。
【００６２】
従って、最適の周方向の補強幅（Ｗ）は、２ｃｍ以上で、その最大幅は、要求される補強効果の点と、経済性、施工性の点とを勘案して決定されることとなる。
【００６３】
更に、図７に一点鎖線にて示すように、安定器格納部取付部１２の上端に近接して繊維強化プラスチック２０を貼り付けることもできる。このとき、繊維強化プラスチック２０は、安定器格納部取付部１２の上端の応力集中部１３を中心として管柱の軸線方向に沿って上下方向に全貼付長さＨ４（Ｈ４ａ＋Ｈ４ｂ）が管柱１、即ち、柱脚１ａの外径Ｄの２０％〜３００％となる範囲内にて貼り付けられる。通常、Ｈ４ａ≧Ｈ４ｂとされる。貼付長さＨ４が柱脚１ａの外径Ｄの２０％より少ないと、繊維強化プラスチック２０を貼り付けたことによる応力集中の緩和効果が少なくなり、柱脚１ａの外径Ｄの３００％を超えると、経済性、施工性の点で問題がある。
【００６４】
具体的には、上述の下端補強と同様に、例えば、管柱１の外径Ｄが小径の５ｃｍとされる場合には、Ｈ４ａ、Ｈ４ｂは、３ｃｍ〜１５ｃｍ（外径の６０％〜３００％）、管柱１の外径Ｄが大径の５０ｃｍとされる場合には、Ｈ４ａ、Ｈ４ｂは１０ｃｍ〜１００ｃｍ（外径の２０％〜２００％）、とされる。
【００６５】
又、管柱１の円周方向に対する繊維強化プラスチック２０の最適の周方向の補強幅（Ｗ）は、上述したと同様に、２ｃｍ以上で、その最大幅は、要求される補強効果の点と、経済性、施工性の点とを勘案して決定されることとなる。
【００６６】
繊維強化プラスチック２０は、実施例１で説明したと同様のものを使用することができる。
【００６７】
実施例１で説明したと同様に、絶縁性付与を目的として、少なくとも補強材としての繊維強化プラスチック２０と管柱表面との間に、即ち、最内層に、絶縁体層として例えばガラス繊維或は有機繊維などの非導電性のシート材料に樹脂を含浸して形成される繊維強化プラスチック３０を貼付し、配置するのが好ましい。含浸樹脂としては、繊維強化プラスチック２０に使用した樹脂を同様に使用することができる。
【００６８】
本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を達成し得る。
【００６９】
実施例３
上記実施例１、２は、例えば照明柱の柱脚下端接続構造２及び安定器格納部取付部１２の補強について説明したが、本実施例では、標識を取り付けるための管柱の補強について説明する。
【００７０】
標識取付用管柱の上部には、図９に示すように横方向に標識パネルを取り付けるための鋼製管柱、即ち、標識柱１Ａが取り付けられている。
【００７１】
このような鋼製の管柱１Ａも又、実施例１に説明したと同様に柱脚下端接合構造２を有しており、実施例１の照明柱１と同様に、リブ上端部（図５にて左側端部）に応力が集中する。
【００７２】
そこで、実施例１と同様に、応力が集中する柱脚下端接合構造２におけるリブ上端部近傍に補強材としての繊維強化プラスチック２０を接着することにより、局部応力を緩和し、標識柱１Ａの耐荷力や疲労性能を大幅に向上することができる。勿論、実施例１と同様に、繊維強化プラスチック２０とされる補強材を当該鋼製標識柱の内側に設けることもできる。
【００７３】
繊維強化プラスチック２０の構成及び貼付態様は、実施例１と同様であるので、実施例１の説明を援用し、再度の説明は省略する。又、本実施例においても、実施例１と同様の作用効果を達成し得る。
【００７４】
実施例４
本発明に従って構成される繊維強化プラスチック２０にて補強された金属管柱１の製造方法について説明する。本実施例では、実施例１で説明した照明灯用の鋼製の管柱、即ち、照明柱を製造するものとする。
【００７５】
本実施例で使用した被補強管柱は、溶融亜鉛メッキが施された照明用の鋼製管柱材質ＳＳ４００相当のもので、実施例１にて説明したと同様に、安定器格納部１０のための開口１１は形成されていないものであった。更に具体的には、図１を参照して、管柱１は、柱脚１ａの外径Ｄが１７５ｍｍ（直径に軸方向１／１００テーパ）、厚み４ｍｍとされ、ベースプレート３は３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×２５ｍｍ（厚）、縦リブ鋼板４は１８０ｍｍ（高さ）×８０ｍｍ（底）×１２ｍｍ（厚）とされ、リブ溶接脚長は８ｍｍであった。
【００７６】
先ず、図１にて示す鋼製管柱１の補強個所、即ち、両リブ４、４間及びその上方部とされる繊維強化プラスチック積層個所をサンドペーパにより研磨し、その後、当該個所をアセトンにより洗浄した。
【００７７】
本発明によれば、上記管柱１の補強個所に補強材としての繊維強化プラスチック２０が貼付されるが、本実施例では、管柱補強材としての繊維強化プラスチック２０には、強化繊維２２として炭素繊維を使用したので、最内層には、補強材２０と管柱１との間に電流が流れ電食が発生するのを防止するために、絶縁体層としての繊維強化プラスチック３０を設けた。この絶縁体層としての繊維強化プラスチック３０は、図１０（Ａ）に示すように、網目状とされる支持体シート３１の上に強化繊維としてのガラス繊維３２を一方向に配列して構成されるガラス繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：ガラス繊維トウシート「ＦＴＳ−ＧＥ−３０」）３０’に樹脂を含浸させることにより形成した。
【００７８】
つまり、本実施例によると、上記管柱補強個所に、マトリクス樹脂としてのエポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）をローラを用いて塗布し、その上にガラス繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製ガラス繊維シート、商品名「ＦＴＳ−ＧＥ−３０」）３０’を１枚貼付した。含浸ローラにて上記ガラス繊維シート３０’を管柱外表面側へと押圧することにより、ガラス繊維３２へとマトリクス樹脂が含浸され、ガラス繊維強化プラスチック３０が形成される。
【００７９】
次に、上記ガラス繊維強化プラスチック３０の上に補強材としての繊維強化プラスチック２０が貼付される。本実施例では、補強材としての繊維強化プラスチック２０は、上記ガラス繊維強化プラスチック３０と同様に、図１１（Ａ）に示すように、網目状とされる支持体シート２１の上に強化繊維としての一方向に配列した炭素繊維２２を設けた炭素繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：炭素繊維トウシート「ＦＴＳ−Ｃ８−３０」）３０’に樹脂を含浸させることにより形成した。
【００８０】
つまり、本実施例では、上記ガラス繊維強化プラスチック３０の上に、上記と同じエポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）をローラを用いて塗布し、その上に炭素繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：炭素繊維トウシート「ＦＴＳ−Ｃ８−３０」）２０’を貼り付け、含浸ローラにて炭素繊維へとマトリクス樹脂を含浸させた。
【００８１】
以下同様の作業により、炭素繊維シート２０’を合計７層含浸接着させ、硬化させ、補強材としての繊維強化プラスチック２０を形成した。この繊維強化プラスチック２０における繊維含有量（Ｖｆ）は全体で５０％（体積）に調整した。
【００８２】
補強材としての繊維強化プラスチック２０は、図１に示すように、両リブ４、４間にては、溶接止端部より９ｍｍ離れた位置まで貼付し、管柱の軸線方向には、リブ上端１３を中心として全貼付長さＨ１＝２６２ｍｍ（Ｈ１ａ＝１４２ｍｍ、Ｈ１ｂ＝１２０ｍｍ）となるように貼付した。
【００８３】
繊維強化プラスチック２０からなる補強材が硬化後、補強部外層として、アクリルウレタン系樹脂（日鉄コンポジット株式会社製アクリルウレタン系樹脂、商品名「ＦＣ−Ｕ」）を塗布し、表面の保護と、美観向上、耐久性、耐候性の確保を図った。
【００８４】
管柱１の内面にも、上記した外面補強材と同じ材料を使用し、同じ手順にて、最内層にガラス繊維シート３０を１枚積層し、図３に示すように、その上に炭素繊維シート２０’を７枚積層し、各シート２０’にはマトリクス樹脂を含浸させて繊維強化プラスチック２０を形成した。
【００８５】
本実施例にて使用した上記炭素繊維シート２０’及びガラス繊維シート３０’の性能は次に示すとおりであった。
・炭素繊維シート２０’
繊維目付：３００ｇ／ｍ²
設計厚さ：０．１４３ｍｍ
繊維種類：高強度カーボン
引張強度：２００００ｋｇｆ／ｃｍ²（２．０×１０³Ｎ／ｃｍ²）
引張弾性率：６．５×１０⁶ｋｇｆ／ｃｍ²（６．６×１０⁵Ｎ／ｃｍ²）
・ガラス繊維シート３０’
繊維種類：Ｅガラス
繊維目付：３００ｇ／ｍ²
設計厚さ：０．１１８ｍｍ
引張強度：１５０００ｋｇｆ／ｃｍ²（１．５×１０³Ｎ／ｃｍ²）
引張弾性率：７．４×１０⁵ｋｇｆ／ｃｍ²（７．５×１０⁴Ｎ／ｃｍ²）
実施例５
上記実施例４では、補強材としての繊維強化プラスチック２０及び絶縁体層としての繊維強化プラスチック３０は、強化繊維シート２０’、３０’を使用して形成されたが、例えば、図１１（Ｂ）及び図１０（Ｂ）に示すように、強化繊維２２、３２にマトリクス樹脂２３、３３が含浸されたプリプレグ２０”、３０”を利用することもできる。即ち、最内層として管柱表面に積層されたガラス繊維プリプレグ３０”の上に補強材としての繊維強化プラスチック２０を接着剤にて所望の積層数だけ積層され、その後硬化される。
【００８６】
つまり、更に具体的に説明すると、本実施例においても、実施例４と同じ図１に示す鋼製管柱を使用した。実施例４と同様に、先ず、上記鋼製管柱１の補強個所をサンドペーパにより研磨し、その後、当該個所をアセトンにより洗浄した。
【００８７】
本実施例によれば、上記管柱１の補強個所には最内層として絶縁体層とされるプリプレグ３０”を貼り付けた。最内層プリプレグ３０”は、ガラス繊維平織スクリムクロス（ガラス繊維量２５ｇ／ｍ²）と１３０℃硬化タイプのエポキシ樹脂を用いて作製したガラススクリムプリプレグとした。
【００８８】
つまり、上記管柱補強個所に、接着剤、例えば、エポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）をローラを用いて塗布し、その上にガラススクリムプリプレグ３０”を１枚貼付した。
【００８９】
次ぎに、上記ガラススクリムプリプレグ３０”の上に、接着剤、例えば、エポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）を用いて補強用の炭素繊維プリプレグ２０”を７層積層した。
【００９０】
炭素繊維プリプレグ２０”は、日本グラファイトファイバー株式会社製のピッチ系炭素繊維（商品名：ＮＴ−６０）（引張弾性率６．０Ｎ／ｍｍ²）２２と１３０℃硬化タイプのエポキシ樹脂２３を用いて作製した。この炭素繊維プリプレグ２０”における炭素繊維目付量は３００ｇ／ｍ²、繊維含有量Ｖｆは約５０％（体積）であった。
【００９１】
又、実施例４と同様に、管柱１の内部にも補強を施した。即ち、最内層の第１層にはガラススクリムプリプレグ３０”を積層し、次いで、７層の炭素繊維プリプレグ２０”を積層した。
【００９２】
プリプレグ２０”、３０”の硬化成形には、エアバッグとシール材を用いてプリプレグ補強部分を完全にラップし、オートクレーブを用いて加熱するエアバッグ成形法を採用した。
【００９３】
又、別法として、管柱１の内面補強をなす場合には、図１２に示す方法を採用し得る。
【００９４】
つまり、この実施例では、シリコーンゴム製のバルーン５０を用意し、その上に、炭素繊維プリプレグ２０”を７層積層し、又、その上に、上記ガラススクリムクロスプリプレグ３０”を積層する。
【００９５】
その後、この炭素繊維プリプレグ２０”及びガラススクリムクロスプリプレグ３０”から成る積層物をシリコーンゴム製バルーン５０と共に、管柱１の底部から管柱１の内部に挿入し、エアポンプによりシリコーンゴム製バルーン５０を膨張させ、シート各層を展開する。この方法により、炭素繊維プリプレグ２０”及びガラススクリムクロスプリプレグ３０”から成る積層物が管柱１の内面に完全に圧着されることを確認した。
【００９６】
その後、管柱外部にリボン状のパネルヒータを配置し、エアバッグを加圧状態に維持しながら管柱外部から内部のプリプレグ温度を１３０℃に加熱する。２時間後にプリプレグが完全に硬化した後、シリコーンゴム製バルーン５０を管柱内から除去する。これにより、管柱内面に絶縁体用繊維強化プラスチック３０から成る電食防止層が施された炭素繊維強化プラスチック２０による補強層が形成される。
【００９７】
実施例６
上記実施例４、５においては、管柱内面の補強を実施するに際し、繊維強化シート３０’、２０’或いはプリプレグ３０”、２０”をハンドレイアップにて管柱内面に貼り付けるものとしたが、本実施例では、図１３に示すように、ガラススクリムクロスプリプレグ３０”と炭素繊維プリプレグ２０”を用いて、実施例４、５における内部補強用繊維強化プラスチック２０及び絶縁体用繊維強化プラスチック３０の貼り合せ繊維強化プラスチック硬化物と同様の寸法、形状をした成形品を予めオートクレーブエアバッグ成形法により成形した。
【００９８】
このようにして別成形法にて作製された成形品（繊維強化プラスチック）を管柱内面に挿入し、サンドペーパで下地処理された管柱内面に接着剤、例えば、エポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）を用いて接合した。
【００９９】
補強用成形品の作製法としては、上述のように、オートクレーブエアバッグ成形法以外に、例えば、金型プレス成形法、フィラメントワインディング成形法など、所定以上の繊維量と形状が実現可能な成形法であれば任意のものを採用し得る。
【０１００】
勿論、補強用成形品は、実施例４にて示した樹脂未含浸のガラス繊維シート３０’及び炭素繊維シート２０’と、常温硬化型のエポキシ樹脂とを用いたハンドレイアップ成形法を採用して作製することも可能である。
【０１０１】
実施例７
実施例４、５、６にて説明したように、本発明によれば、管柱の被補強部（外面、内面）に、例えば、最内層絶縁体層として１層のガラス繊維強化プラスチック３０と、更に補強材としての７層の炭素繊維強化プラスチック２０とが積層される。通常、このような積層構造では、図１４（Ａ）に示すように、積層厚さ（ｔ）が約２ｍｍ程度となる。
【０１０２】
本実施例によれば、積層構造の端部２０ａの構造が、図１４（Ｂ）に示すように、管柱表面にある最内層の管柱表面（被補強体１ａ側）から、被補強体１ａからより遠い最外層へと傾斜したテーパー構造とされる。
【０１０３】
この最外層を形成する補強材２０、即ち、炭素繊維シート２０’或いはプリプレグシート２０”の長さは、補強に必要とされる補強材の最小長さとされる。即ち、最外層を形成する補強材の長さが、実施例１で説明したように、全貼付長さＨ１とされる。
【０１０４】
このようなテーパー構造は、実施例６のように補強材２０が別成形で作製される場合は、積層などの成形工程で、プリプレグなどの構成シートのサイズを変化させることにより形成することができる。又、成形後に機械加工によりテーパー構造とすることも可能である。
【０１０５】
このように補強材２０がテーパー構造をとることによる利点は、補強材２０の端部２０ａに応力が集中することを緩和することである。即ち、管柱１の供用時に振動などで外部応力が付加される場合に、補強部に応力が集中し、補強材が管柱から剥離することを防ぐ効果がある。
【０１０６】
実施例８
実施例６においては、管柱内面の補強を実施するにあたり、別成形法にて作製した成形品（繊維強化プラスチック）を管柱内面に挿入し、管柱内面に接着剤を用いて接合するものとしたが、管柱外面の補強を行なうに際しても、同様に、別成形法にて作製した成形品（繊維強化プラスチック）を管柱外面に接着剤を用いて接合することもできる。
【０１０７】
このように、予め別工程にて成形した成形品を管柱外面に貼り付ける工法を採用することにより、場合によっては、管柱補強作業の効率化を図り得ることもある。
【０１０８】
一実施例について説明すると、先ず、図１５に示すように、ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維を一方向に配列して構成される未だ樹脂が含浸されていないドライの強化繊維シートを、絶縁体層３０として、サンドペーパで下地処理された被補強体１ａの外表面に常温硬化型エポキシ樹脂を用いて含浸接着する。
【０１０９】
次いで、高弾性炭素繊維と常温硬化型エポキシ樹脂とを用いて作製された補強用成形品、即ち、繊維強化プラスチック２０を接着剤、例えば、本実施例ではエポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）を用いて上記絶縁体層３０に接合した。
【０１１０】
補強用成形品２０の上下端部２０ａは、実施例７にて説明したように、テーパー形状に加工し、端部への応力集中を軽減するのが好ましい。
【０１１１】
本実施例で使用した絶縁体層３０を構成するＰＢＯ繊維は、非導電性材料であるので、絶縁体層３０は、電食を防ぐ効果がある。これは上述したとおりである。又、ＰＢＯ繊維は、高弾性材料（引張弾性率：２７ｔｏｎ／ｍｍ²（２．７×１０³Ｎ／ｍｍ²））であるため、他の有機繊維やガラス繊維（引張弾性率：７．４ｔｏｎ／ｍｍ²（７．５×１０²Ｎ／ｍｍ²））に比べて、繊維強化プラスッチック２０に使用する高弾性炭素繊維（例えば、引張弾性率：６０〜８０ｔｏｎ／ｍｍ²（６．１〜８．２×１０³Ｎ／ｍｍ²））の補強効果を低減する割合が少ないという利点がある。
【０１１２】
本実施例によれば、繊維強化プラスチック２０の上に、即ち、最外層として、繊維強化プラスチック２０より大型のガラス繊維シート材料にエポキシ樹脂などのようなマトリクス樹脂を含浸して形成されるカバーシート４０を配置した。この最外層カバーシート４０は、内部の繊維強化プラスチック２０が管柱、即ち、被補強体１ａから剥離するのを防止したり、繊維強化プラスチック２０の端部への応力集中を防止することができる。
【０１１３】
又、ガラス繊維シート材料４０のマトリクス樹脂中に着色顔料を含有させた場合には、紫外線が直接内部の繊維強化プラスチック補強材２０へと到達するのを防止し、補強材２０の耐久性を向上させることができる。勿論、更にカバーシート４０の外部をペイント、例えば、上述と同様にアクリルウレタン系樹脂（日鉄コンポジット株式会社製アクリルウレタン系樹脂、商品名「ＦＣ−Ｕ」）を塗布することにより、表面の保護と、美観向上、耐久性、耐候性の確保を図ることができる。
【０１１４】
カバーシート４０としては、ガラス繊維シート材料のほかに、炭素繊維或いは有機繊維のシート材料をも使用し得る。
【０１１５】
実施例９
本発明にて好ましくは、図１６に示すように、例えば、縦リブ鋼板４のリブ先端の上方の管柱１の外周表面に、最外層として、強化繊維２２が円周方向に整列し、しかも管柱１を取り巻く態様で帯状に剥離防止層としての繊維強化プラスチック２０Ａを貼り付けることができる。
【０１１６】
つまり、帯状繊維強化プラスチック２０Ａは、補強材としての軸線方向に貼付した繊維強化プラスチック２０と管柱１の外表面とに跨って貼り付けられる。繊維強化プラスチック２０の上端より上方へと貼付長さＨ５ａにて帯状繊維強化プラスチック２０Ａを貼り付けることにより、実施例７にて説明したテーパー構造と同様の効果、即ち、管柱の供用時に振動などで外部応力が付加される場合に、繊維強化プラスチック２０の上端部に応力が集中し、補強材２０が管柱１から剥離するのを防止する効果を有する。又、繊維強化プラスチック２０の上端より下方へと貼付長さＨ５ｂにて帯状繊維強化プラスチック２０Ａを貼り付け、周方向に巻き締めることにより、管柱に対して補強材２０を押し付ける力（拘束力）を発生させ、補強材２０が剥離する力を消すことにより補強材２０が剥離することを防止することができる。又、帯状繊維強化プラスチック２０Ａを繊維強化プラスチック２０の上端部に巻き付けることは、美観上も好ましいと思われる。
【０１１７】
剥離防止層としての帯状の繊維強化プラスチック２０Ａは、補強材としての繊維強化プラスチック２０の上端より上方及び下方へとそれぞれ貼付長さＨ５ａ、Ｈ５ｂにて貼り付けられる。上方への貼付長さＨ５ａは、管柱１、即ち、柱脚１ａの外径Ｄの５％から３０％となる範囲にて貼り付けられる。５％より少ないと、上端部での段差をなくし応力集中を緩和する効果が薄れる可能性があると共に、施工時の精度要求が厳しくなってしまう。一方、３０％以上の場合には、経済性、施工性の点で問題が生じる。
【０１１８】
下方への貼付長さＨ５ｂは、管柱１、即ち、柱脚１ａの外径Ｄの５％以上が有効である。５％より少ないと、剥離防止の効果と施工の要求精度の点で問題が生じる可能性がある。なお、貼付長さＨ５ｂは、強度の点では長いほどよく、長くしたことによる問題点は経済性以外には特になく、縦リブ鋼板４の上端まで延在して貼付することもできる。
【０１１９】
剥離防止層としての繊維強化プラスチック２０Ａは、補強材としての繊維強化プラスチック２０と同じとし得るが、他にも、ガラスクロスなどを使用した強化繊維シートと樹脂材料により周方向にも繊維の補強効果が期待できる材料なら任意のものを使用し得る。
【０１２０】
又、剥離防止層２０Ａは、繊維強化プラスチック２０の上端部に巻き付けるだけでなく、図１６に一点鎖線にて示すように、繊維強化プラスチック２０の下方端にも、上述したと同様にして貼付することができる。
【０１２１】
実施例１０
本実施例１０及び実施例１１〜２２では、既に橋梁上などに据え付けられている管柱に対する補強方法について説明する。橋梁上などに据え付けられている管柱に対する補強をなすに際しても、基本的には、上記実施例１〜９にて説明したと同様の補強方法及び管柱の製造方法と同様の補強方法が管柱に対して施工されるが、管柱の内面に対する繊維強化プラスチック２０の貼付は、実際上その施工が不可能であるので行われない。
【０１２２】
本実施例１０にて本発明の補強方法を適用した管柱１は、照明ポールとして組上げられ、橋梁上に施工された供用２年目のものであった。
【０１２３】
この照明ポールの柱脚下端接合構造２の具体的寸法は、柱脚１ａの外径が１７５ｍｍ（直径に軸方向１／１００テーパ）、厚み４ｍｍ、ベースプレート３は３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×２５ｍｍ、縦リブ鋼板４は１８０ｍｍ（高さ）×８０ｍｍ底×１２ｍｍ厚とされ、リブ溶接脚長は８ｍｍであり、管柱１（即ち、柱脚１ａ）の縦弾性係数Ｅ＝２１０００ｋｇｆ／ｍｍ²（２．１×１０³Ｎ／ｍｍ²）、ポアソン比ν＝０．３であった。
【０１２４】
斯かる照明ポールは、溶融亜鉛メッキ仕上げされているために、先ず、上記補強される部位、即ち、両リブ４、４間及びその上方部とされる繊維強化プラスチック積層個所を電動サンダにより入念に処理し、メッキ層を完全に除去する。次いで、メッキ層が除去された個所をアセトンにより洗浄する。
【０１２５】
本発明によれば、上記管柱１の補強個所に補強材としての繊維強化プラスチック２０が貼付されるが、本実施例では、管柱補強材としての繊維強化プラスチック２０には、強化繊維２２として炭素繊維を使用したので、最内層には、補強材２０と管柱１との間に電流が流れ電食が発生するのを防止するために、絶縁体層としての繊維強化プラスチック３０を設けた。この絶縁体層としての繊維強化プラスチック３０は、図１０（Ａ）に示すように、網目状とされる支持体シート３１の上に強化繊維としてのガラス繊維３２を一方向に配列して構成されるガラス繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：ガラス繊維トウシート「ＦＴＳ−ＧＥ−３０」）３０’に樹脂を含浸させることにより形成した。
【０１２６】
つまり、本実施例によると、上記管柱補強個所に、マトリクス樹脂としてのエポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）をローラを用いて塗布し、その上に上記ガラス繊維シート３０’を１枚貼付した。含浸ローラにて上記ガラス繊維シート３０’を管柱外表面側へと押圧することにより、ガラス繊維３２へとマトリクス樹脂が含浸され、ガラス繊維強化プラスチック３０が形成される。
【０１２７】
次に、上記ガラス繊維強化プラスチック３０の上に補強材としての繊維強化プラスチック２０が貼付される。本実施例では、補強材としての繊維強化プラスチック２０は、上記ガラス繊維強化プラスチック３０と同様に、図１１（Ａ）に示すように、網目状とされる支持体シート２１の上に強化繊維としての一方向に配列した炭素繊維２２を設けた炭素繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：炭素繊維トウシート「ＦＴＳ−Ｃ８−３０」）２０’に樹脂を含浸させることにより形成した。
【０１２８】
つまり、本実施例では、上記ガラス繊維強化プラスチック３０の上に、上記と同じエポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）をローラを用いて塗布し、その上に炭素繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：炭素繊維トウシート「ＦＴＳ−Ｃ８−３０」）２０’を貼り付け、含浸ローラにて炭素繊維へとマトリクス樹脂を含浸させた。
【０１２９】
以下同様の作業により、炭素繊維シート２０’を合計１４層含浸接着させ、硬化させ、補強材としての約４ｍｍ厚の繊維強化プラスチック２０を形成した。このとき、本実施例では、１４層の炭素繊維シート２０’は、実施例７で説明したように、繊維強化プラスチック２０の端部２０ａがテーパー形状となるように積層した。又、この繊維強化プラスチック２０における繊維含有量（Ｖｆ）は全体で５０％（体積）に調整した。
【０１３０】
補強材としての繊維強化プラスチック２０は、図１に示すように、両リブ４、４間にては、溶接止端部より９ｍｍ離れた位置まで貼付し、管柱の軸線方向には、リブ上端１３を中心として全貼付長さＨ１＝２６２ｍｍ（Ｈ１ａ＝１４２ｍｍ、Ｈ１ｂ＝１２０ｍｍ）となるように貼付した。
【０１３１】
繊維強化プラスチック２０からなる補強材が硬化後、補強部外層として、アクリルウレタン系樹脂（日鉄コンポジット株式会社製アクリルウレタン系樹脂、商品名「ＦＣ−Ｕ」）を塗布し、表面の保護と、美観向上、耐久性、耐候性の確保を図った。
【０１３２】
本実施例にて使用した上記炭素繊維シート２０’及びガラス繊維シート３０’の性能は次に示すとおりであった。
・炭素繊維シート２０’
繊維目付：３００ｇ／ｍ²
設計厚さ：０．１４３ｍｍ
繊維種類：高強度カーボン
引張強度：２００００ｋｇｆ／ｃｍ²（２．０×１０³Ｎ／ｃｍ²）
引張弾性率：６．５×１０⁶ｋｇｆ／ｃｍ²（６．６×１０⁵Ｎ／ｃｍ²）
・ガラス繊維シート３０’
繊維種類：Ｅガラス
繊維目付：３００ｇ／ｍ²
設計厚さ：０．１１８ｍｍ
引張強度：１５０００ｋｇｆ／ｃｍ²（１．５×１０³Ｎ／ｃｍ²）
引張弾性率：７．４×１０⁵ｋｇｆ／ｃｍ²（７．５×１０⁴Ｎ／ｃｍ²）
本実施例によれば、繊維強化プラスチックによる金属管柱の補強は、容易で且つ迅速に施工することができた。又、繊維強化プラスチックにより補強された金属管柱は、応力集中部における局部応力、溶接部における溶接熱残留応力が大幅に緩和され、それにより耐荷力や疲労性能が大幅に向上することが分かった。
【０１３３】
実施例１１
本実施例においても、上記実施例１０と同様に、本発明の補強方法を適用した管柱１は、照明ポールとして組上げられ、橋梁上に施工された供用２年目のものであり、この照明ポールの柱脚下端接合構造２の具体的寸法は、実施例１０に記載する通りであった。
【０１３４】
実施例１０と同様に、照明ポール表面に補強材としての約４ｍｍ厚の炭素繊維強化プラスチック２０を形成するために、実施例６に示すように、別成形法にて作製された成形品（繊維強化プラスチック）を照明ポール表面に貼付した。
【０１３５】
つまり、本実施例では、材料として日本グラファイトファイバー株式会社製のピッチ系炭素繊維（商品名：ＮＴ−６０）を使用したプリプレグを用いた。このプリプレグを所定のサイズにカットし、１４枚積層し、エアバッグ法により補強用の成形品、即ち、繊維強化プラスチック２０を作製した。
【０１３６】
尚、本実施例においても、１４層の炭素繊維プリプレグシートは、実施例７で説明したように、繊維強化プラスチック２０の端部２０ａがテーパー形状となるように積層した。又、この繊維強化プラスチック２０における繊維含有量（Ｖｆ）は全体で５０％（体積）に調整した。
【０１３７】
実施例１０と同様に、供用中の照明ポールの被補強部をサンダー処理し、アセトン洗浄した。
【０１３８】
次いで、実施例１０と同様に、管柱補強個所に、マトリクス樹脂としてのエポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）をローラを用いて塗布し、その上に実施例１０で用いたと同じガラス繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製ガラス繊維シート、商品名「ＦＴＳ−ＧＥ−３０」）３０’を１枚貼付した。含浸ローラにて上記ガラス繊維シート３０’を管柱外表面側へと押圧することにより、ガラス繊維３２へとマトリクス樹脂が含浸され、ガラス繊維強化プラスチック３０が形成される。
【０１３９】
次に、上記ガラス繊維強化プラスチック３０の上に再度上記エポキシ樹脂（日鉄コンポジット株式会社製エポキシ樹脂、商品名「ＦＲ−Ｅ３Ｐ」）をローラを用いて塗布し、その上に上記別成形により得た成形品である４ｍｍ厚の炭素繊維繊維強化プラスチック２０を貼付した。即ち、炭素繊維強化プラスチックは、各リブ４、４間にそれぞれ１枚づつ、計４枚接着した。貼付した寸法形状は、実施例１０と同様とした。
【０１４０】
最外層には、実施例１０と同様に、アクリルウレタン系樹脂（日鉄コンポジット株式会社製アクリルウレタン系樹脂、商品名「ＦＣ−Ｕ」）を塗布し、表面の保護と、美観向上、耐久性、耐候性の確保を図った。
【０１４１】
本実施例によれば、繊維強化プラスチックによる金属管柱の補強は、容易で且つ迅速に施工することができた。又、繊維強化プラスチックにより補強された金属管柱は、応力集中部における局部応力、溶接部における溶接熱残留応力が大幅に緩和され、それにより耐荷力や疲労性能が大幅に向上することが分かった。
【０１４２】
実施例１２
本実施例は、先の実施例１１と同様であるが、ただ繊維強化プラスチック２０を管柱外表面に貼付した後、実施例９及び図１６に示すように、繊維強化プラスチック２０の上端及び下端に剥離防止層２０Ａを設けた。
【０１４３】
本実施例で、剥離防止層２０Ａは、ガラス繊維トウシート（ＦＴＳ−ＧＥ−３０１）３０’を常温硬化型エポキシ樹脂（ＦＲ−Ｅ３Ｐ）を用いて管柱の周方向に含浸接着することにより形成した。この剥離防止層２０Ａにおける繊維含有量（Ｖｆ）は全体で５０％（体積）に調整した。
【０１４４】
本実施例で、剥離防止層２０Ａの寸法形状は、図１６にて、Ｈ５ａ＝２ｃｍ、Ｈ５ｂ＝４ｃｍとした。繊維強化プラスチック２０の上端は鉢巻き状に管柱を取り巻いた貼付したが、下端は、リブ４、４間において上記寸法Ｈ５ａ＝２ｃｍ、Ｈ５ｂ＝４ｃｍにて貼付した。
【０１４５】
剥離防止層２０Ａを設けたことにより、補強用成形品２０が上端部或いは下方端部から剥離するといったトラブルが有効に防止できた。
【０１４６】
実施例１３
上記実施例１０、１１、１２において、繊維強化プラスチック２０を覆って最外層として、実施例８にて説明したカバーシート４０を設け、更にその上にアクリルウレタン系樹脂（日鉄コンポジット株式会社製アクリルウレタン系樹脂、商品名「ＦＣ−Ｕ」）を塗布し、表面の保護と、美観向上、耐久性、耐候性の確保を図った。
【０１４７】
本実施例にてカバーシート４０は、繊維強化プラスチック２０の層より大きい寸法をしたガラス繊維シート材料に常温硬化型樹脂を含浸接着することにより形成した。
【０１４８】
実施例１４
上記実施例１０〜１３において、最内層としてガラス繊維シートの代わりにＰＢＯ繊維シートを用いた。実施例１０〜１３の場合より、最内層として絶縁体層３０を設けることによる補強効果の低減を緩和することができた。
【０１４９】
実施例１５
実施例１０〜１３と同様の手順にて図９に示す標識パネルを現場補強した。本実施例においても、先の実施例と同様の作用効果を得ることができた。
【０１５０】
実施例１６
実施例１０〜１３と同様の手順にて、図６に示す安定器格納部の開口部を、図７に示す補強態様にて現場補強した。本実施例においても、先の実施例と同様の作用効果を得ることができた。
【０１５１】
実施例１７
本実施例は、先の実施例１１と同様であるが、被補強部の表面処理後に、ガラス繊維シート３０’を施さず、エポキシ樹脂系プライマー（日鉄コンポジット株式会社製、商品名「ＦＰ−ＮＳ」）をローラを用いて塗布した。その後、約１日放置し、強固な硬化膜を形成した。このプライマー硬化膜は、ガラス繊維シート層を施工せずに、電食防止層として十分機能した。
【０１５２】
実施例１８
本実施例は、先の実施例１３と同様であるが、プライマー硬化膜の層は、その後に施工される炭素繊維強化プラスチック２０の層よりも各辺とも１ｃｍずつ広くなるように形成した。
【０１５３】
更に、本実施例では、炭素繊維強化プラスチック２０の施工後、その表面に、実施例８にて説明したカバーシート４０として、１００ｇ／ｍ²目付けのガラスクロスから成るガラス繊維シートにエポキシ樹脂を含浸させてガラス繊維強化プラスチックの層を形成した。ガラス繊維強化プラスチックの層は、炭素繊維強化プラスチック２０の層よりも各辺とも１ｃｍずつ広くなるように形成した。その結果、炭素繊維強化プラスチック２０がガラス繊維にサンドイッチ状に包まれた構造となり、より完全な電食防止効果が得られた。
【０１５４】
実施例１９
図１７には、図６及び図７に示すように、柱脚下端構造２に隣接して上方に安定器格納部１０のための開口を有する管柱１１の補強方法の他の実施例を示す。
【０１５５】
本実施例によれば、実施例１６にて説明したと同様にして管柱１の外表面を補強する。本実施例では、管柱１の内部に、安定器格納部１０の開口を利用して鉄筋コンクリート６０を打設することができる。
【０１５６】
本実施例によれば、実施例１６と同様の作用効果を得ることができると共に、管柱１の内部を鉄筋コンクリート６０にて補強したことにより、管柱１の撓み及び変形を更に防止することができる。
【０１５７】
実施例２０
金属管柱１には、図１８及び図１９に示すように、管柱１が途中で、例えば基礎ボルト接合用ベースプレート３から上方に１．８ｍ程度の位置にて接続されて一体とされたものがある。
【０１５８】
その接続構造の一実施例を図１９に示す。本実施例の接続構造７０によれば、管柱１の下方に位置した下方管柱１Ａにはその上端部に下接続部材７１が一体に固定され、管柱１の上方に位置した上方管柱１Ｂにはその下端部に上接続部材７２が一体に固定される。
【０１５９】
下接続部材７１は、下方管柱１Ａの内周部に嵌合した円筒体７３とされ、円筒体外表面の一部に管柱１Ａの外径と同じ外径とされる環状取付け部７４が形成される。下接続部材７１は、この取付け部７４の下方環状肩部７５が下方管柱１Ａの上端面に溶接により一体に接続される。
【０１６０】
上接続部材７２は、上方管柱１Ｂと同じに下方へと延材した円筒体７６とされ、円筒体７６の上端面７７が上方管柱１Ｂの下端面に溶接され一体に接続される。尚、円筒体７６の上端には、上方管柱１Ｂの内周部に嵌合した円筒体７８が一体に接続されている。
【０１６１】
上記構成の接続構造７０にて、下接続部材７１の円筒体７３は、上接続部材７２の円筒体７６の内周部に嵌合して接続される。更に、図示するように、下接続部材７１の円筒体７３と上接続部材７２の円筒体７６とは、ネジ７９にて一体に固定される。
【０１６２】
斯かる構造の管柱１では、管柱１に加わる風、更には、交通振動によりネジ７９の緩みが生じ、ネジ７９が疲労し、接続構造７０の強度が低下する虞がある。
【０１６３】
そこで、本実施例では、管柱１の外表面にて、上記接続構造７０及びこの接続構造７０に隣接した上下管柱１Ａ、１Ｂの領域にわたって繊維強化プラスチック２０が貼り付けられる。繊維強化プラスチック２０の形成方法は、上記各実施例にて説明したと同じ方法にて施工される。
【０１６４】
勿論、上記各実施例と同様にして、繊維強化プラスチック２０の内面及び外面にそれぞれ絶縁体層３０及びカバーシート４０を設けることができる。
【０１６５】
本実施例においても、先の各実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【０１６６】
実施例２１
上記各実施例では、エアバッグ成形法を使用して補強部を成形し、良好な結果を得ることができた。
【０１６７】
つまり、繊維強化プラスチック２０を貼付した後、更には、その上にカバーシート４０を形成した後、繊維強化プラスチック２０及びその上に形成されたカバーシート４０、更にはエアバッグの内部材をエアバッグ及びシール材により覆う。
【０１６８】
次いで、エアバッグの吸引端子から真空ポンプにより吸気を排気し、エアバッグの内部材に大気圧が負荷されるようにする。減圧を確認後、エアバッグの吸引端子を閉じ、真空ポンプを脱着する。吸引端子が閉じられているため、真空ポンプ脱着後も内部の減圧状態、即ち、外部から加圧される状態は維持された状態で、樹脂材料の硬化が可能である。
【０１６９】
この結果、補強材としての繊維強化プラスチック２０、剥離防止層２０Ａ、或いはカバーシート４０などの内部材料が管柱表面に向かって外部から加圧された状態で成形されるため、内部の空隙、過度の樹脂溜り層の発生がなく、より強固に接着された補強部を形成することができた。
【０１７０】
実施例２２
実施例２１において、エアバッグにより補強材としての繊維強化プラスチック２０、剥離防止層２０Ａ、或いはカバーシート４０などの内部材料を覆った後、その外部にパネルヒータを配置し、約５０℃程度に加温することで、樹脂の硬化反応を促進させた。この加温システムは特に冬期の夜間に外気温度が低下し、樹脂の硬化に時間がかかる際に有効であった。又、パネルヒータの代わりに、市販の携帯カイロを使用することも可能である。
【０１７１】
補強効果
次ぎに、上記実施例にて説明した本発明に従って補強された管柱１の補強効果について説明する。
・補強効果１
本発明に従った管柱１における溶接部の応力分布をＦＥＭ解析により調べた。この試験での対象モデルは、図１及び実施例１、４、実施例１０〜１５などに関連して説明した管柱１に相当するものであった。
【０１７２】
つまり、ＦＥＭ解析対象被補強管柱１、即ち、柱脚１ａは、外径が１７５ｍｍ（直径に軸方向１／１００テーパ）、厚み４ｍｍとし、ベースプレート３は３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×２５ｍｍ、縦リブ鋼板４は１８０ｍｍ（高さ）×８０ｍｍ底×１２ｍｍ厚とされ、リブ溶接脚長は８ｍｍとし、使用する補強材としての繊維強化プラスチック２０は、一方向に配列した炭素繊維シートを７層積層し、エポキシ樹脂を含浸し、繊維強化プラスチック２０における繊維含有量（Ｖｆ）は５０％（体積）である場合を想定した。
【０１７３】
つまり、材料定数としては、
（１）管柱１（柱脚１ａ）
縦弾性係数Ｅ＝２１０００ｋｇｆ／ｍｍ²（２．１×１０³Ｎ／ｍｍ²）
ポアソン比ν＝０．３
（２）繊維強化プラスチック２０
縦弾性係数Ｅ１＝３００００ｋｇｆ／ｍｍ²（３．０×１０³Ｎ／ｍｍ²）
Ｅ２＝３００００ｋｇｆ／ｍｍ²（３．０×１０³Ｎ／ｍｍ²）
ポアソン比ν１２＝０．３１、ν２１＝０．０００６４１
せん断弾性係数Ｇ１２＝４９０ｋｇｆ／ｍｍ²（５０Ｎ／ｍｍ²）
とした。
【０１７４】
解析ケースは、表１に示すとおりであった。ＦＥＭ解析結果を図２０に示す。
【０１７５】
図２０から本発明に従って補強された管柱（補強１案〜４案）では、溶接部の応力集中が緩和されていることが分かる。
【０１７６】
【表１】

【０１７７】
・補強効果２
本発明に従った管柱における溶接部の応力分布をＦＥＭ解析により調べた。この試験での対象モデルは、図６、７及び実施例２、実施例１６などに関連して説明した安定器格納部のための開口を有した管柱に相当するものであった。
【０１７８】
ＦＥＭ解析対象被補強管柱は、補強効果２で説明したものと同様であり、ただ、管柱には開口が形成された。
【０１７９】
つまり、管柱１は、外径が１７５ｍｍ（直径に軸方向１／１００テーパ）、厚み４ｍｍとし、ベースプレート３は３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×２５ｍｍ、縦リブ鋼板４は１８０ｍｍ（高さ）×８０ｍｍ底×１２ｍｍ厚とされ、リブ溶接脚長は８ｍｍとした。
【０１８０】
又、安定器格納部管柱開口部のコーナーＲ１（図７）は４０ｍｍ、安定器格納部蓋開口部のコーナーＲ２（図７）は４０ｍｍ、安定器格納部蓋板厚は４．５ｍｍとした。
【０１８１】
使用する補強材としての繊維強化プラスチック２０は、一方向に配列した炭素繊維シートを７層積層し、エポキシ樹脂を含浸し、繊維強化プラスチック２０における繊維含有量（Ｖｆ）は５０％（体積）である場合を想定した。
【０１８２】
つまり、材料定数としては、
（１）管柱１（柱脚１ａ）
縦弾性係数Ｅ＝２１０００ｋｇｆ／ｍｍ²（２．１×１０³Ｎ／ｍｍ²）
ポアソン比ν＝０．３
（２）繊維強化プラスチック２０
縦弾性係数Ｅ１＝３００００ｋｇｆ／ｍｍ²（３．０×１０³Ｎ／ｍｍ²）
Ｅ２＝３００００ｋｇｆ／ｍｍ²（３．０×１０³Ｎ／ｍｍ²）
ポアソン比ν１２＝０．３１、ν２１＝０．０００６４１
せん断弾性係数Ｇ１２＝４９０ｋｇｆ／ｍｍ²（５０Ｎ／ｍｍ²）
とした。
【０１８３】
解析ケースは、表２に示すとおりであった。ＦＥＭ解析結果、本発明に従って補強された管柱（補強１案〜３案）では、いずれのケースにおいても、安定器格納部取付部下端及び安定器格納部管柱開口部のコーナーの応力集中が１５〜２０％程度にまで緩和されていることが分かった。
【０１８４】
【表２】

【０１８５】
・補強効果３
実施例１〜２０などにて説明した本発明に従った繊維強化プラスチックによる管柱の補強効果を確認するために補強曲げ試験を行なった。
【０１８６】
試験板Ｓは、母材Ｓ１としての幅７５ｍｍ×長さ３００ｍｍ×厚み４ｍｍのアルミニウム及び鋼板の表面に繊維強化プラスチック２０を接着し、補強したものである。
【０１８７】
更に説明すると、実施例１０で説明した炭素繊維シート（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：炭素繊維トウシート「ＦＴＳ−Ｃ８−３０」）２０’とＭＭＡ系含浸接着樹脂（日鉄コンポジット株式会社製、商品名：「ＦＲＭ１Ｐ」）を用いた。成形法も実施例１０と同様で母材Ｓ１の上に炭素繊維シート２０’を合計７層積層含浸接着させ、硬化させた試験板Ｓを作製した。
【０１８８】
この試験板Ｓを図２１に示すようにスパン間隔２６０ｍｍで、３点曲げを実施した。測定によって得られた実測弾性率、実測曲げ剛性と、参考値として計算から得られる設計弾性率、設計曲げ剛性を表３に示す。
【０１８９】
【表３】

【０１９０】
すなわち、実測曲げ剛性は、オリジナルの被補強体（母材）Ｓ１に比較して５．９倍にも向上しており高い補強効果が確認できた。
【０１９１】
上記各実施例では、本発明の金属管柱は、照明柱、標識柱などの鋼製の管柱であるとして説明したが、表示柱、電柱、鉄道架線柱、信号柱、門型柱、更には建築構造用の角柱など、その他種々の管柱とすることもでき、更には、鋼製の管柱に限定されるものではなく、本発明の原理は、アルミニウム製の管柱、ステンレススチール製の管柱などにも同様に適用することができ、同様の作用効果を達成し得る。又、管柱の断面は、円形に限定されるものではなく、４角形、８角形その他の角柱、更には、楕円など種々の形状とし得ることは勿論のことである。
【０１９２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る金属管柱は、金属管柱の外面及び／又は内面にて、応力集中部及び／又はその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、局部応力を緩和した構成とされるので、応力集中部における局部応力、溶接部における溶接熱残留応力を大幅に緩和することができ、それにより耐荷力や疲労性能を大幅に向上することができる。
【０１９３】
又、本発明に係る金属管柱の補強方法は、金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する構成とされるので、橋梁上などに据え付けられている金属管柱に対して、応力集中部における局部応力、溶接部における溶接熱残留応力を大幅に緩和することができ、それにより耐荷力や疲労性能を大幅に向上することができ、しかも、容易で且つ迅速に施工し得る、という特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属管柱の一実施例を示す斜視図である。
【図２】補強された金属管柱の横断面図である。
【図３】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す斜視図である。
【図４】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す斜視図である。
【図５】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す正面図である。
【図７】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す斜視図である。
【図９】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す斜視図である。
【図１０】絶縁体としての繊維強化プラスチックを作製するための繊維強化シート（図１０（Ａ））及びプリプレグ（図１０（Ｂ））の構成を示す図である。
【図１１】補強材としての繊維強化プラスチックを作製するための繊維強化シート（図１１（Ａ））及びプリプレグ（図１１（Ｂ））の構成を示す図である。
【図１２】管柱の内面補強のための繊維強化プラスチックの作製方法の一実施例を示す説明図である。
【図１３】管柱の内面補強のための繊維強化プラスチックの作製方法の他の実施例を示す説明図である。
【図１４】繊維強化プラスチック端面部のテーパー構造を説明するための図である。
【図１５】管柱の外面補強のための繊維強化プラスチック補強材貼付態様を説明するための図である。
【図１６】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す斜視図である。
【図１７】本発明に係る金属管柱の補強方法の他の実施例を示す断面図である。
【図１８】本発明に係る金属管柱の他の実施例を示す正面図である。
【図１９】図１８に示す金属管柱の接続構造を説明する断面図である。
【図２０】本発明に係る金属管柱の補強効果を説明するためのグラフ（図２０（Ａ））と、測定個所を示す図（図２０（Ｂ））である。
【図２１】本発明に係る金属管柱の曲げ強度を試験するための試験方法を説明するための図である。
【図２２】従来の金属管柱の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１、１Ａ 金属管柱
１ａ 柱脚
２ 柱脚下端接合構造
３ ベースプレート
４ 縦リブ鋼板
１０ 安定器格納部
１１ 管柱開口
１２ 取付部
２０、２０Ａ 繊維強化プラスチック（補強材）
２０’ 強化繊維シート
２０” プリプレグ
３０ 繊維強化プラスチック（絶縁体）
３０’ 強化繊維シート
３０” プリプレグ
４０ カバーシート
５０ シリコーンゴム製バルーン
６０ 鉄筋コンクリート
７０ 接続構造

Claims (55)

1. 金属管柱の外面及び／又は内面にて、応力集中部及び／又はその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、局部応力を緩和した金属管柱において、
   前記繊維強化プラスチックの上端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱。
2. 金属管柱の外面及び／又は内面にて、応力集中部及び／又はその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、局部応力を緩和した金属管柱において、
   前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱。
3. 前記繊維強化プラスチックは、応力集中部を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付することを特徴とする請求項１又は２の金属管柱。
4. 前記金属管柱は、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる請求項１、２又は３の金属管柱。
5. 管柱の柱脚下端に、ベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱において、
   前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付したことを特徴とする金属管柱。
6. 前記繊維強化プラスチックは、前記縦リブの上端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付することを特徴とする請求項５の金属管柱。
7. 前記金属管柱の内面には、管柱の外面に貼付された繊維強化プラスチックに対応した位置を含む全内周にわたって繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする請求項５又は６の金属管柱。
8. 繊維強化プラスチックを所定形状に成形し、硬化した後、前記管柱の外面及び／又は内面に装着し、接合することを特徴とする請求項７の金属管柱。
9. 前記金属管柱、前記ベースプレート及び前記縦リブは、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる請求項５〜８のいずれかの項に記載の金属管柱。
10. 管柱の柱脚下端に、ベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱において、
    前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付し、
    前記繊維強化プラスチックの上端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱。
11. 管柱の柱脚下端に、ベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱において、
    前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付し、
    前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱。
12. 前記繊維強化プラスチックは、前記縦リブの上端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付することを特徴とする請求項１０又は１１の金属管柱。
13. 前記金属管柱の内面には、管柱の外面に貼付された繊維強化プラスチックに対応した位置を含む全内周にわたって繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする請求項１０、１１又は１２の金属管柱。
14. 繊維強化プラスチックを所定形状に成形し、硬化した後、前記管柱の外面及び／又は内面に装着し、接合することを特徴とする請求項１３の金属管柱。
15. 前記金属管柱、前記ベースプレート及び前記縦リブは、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる請求項１０〜１４のいずれかの項に記載の金属管柱。
16. 管柱に開口を形成し、開口の周りに箱状格納部の取付部を溶接して設けた管柱において、
    前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記箱状格納部取付部の両側部にてしかも取付部の上端及び／又は下端、並びにその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、
    前記繊維強化プラスチックの上端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱。
17. 管柱に開口を形成し、開口の周りに箱状格納部の取付部を溶接して設けた管柱において、
    前記管柱の外面及び／又は内面にて、且つ、前記箱状格納部取付部の両側部にてしかも取付部の上端及び／又は下端、並びにその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、
    前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱。
18. 前記繊維強化プラスチックは、前記箱状格納部の取付部の上端及び／又は下端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で、且つ、前記取付部から円周方向に沿って少なくとも２ｃｍ以上の貼付け幅で貼付することを特徴とする請求項１６又は１７の金属管柱。
19. 前記金属管柱及び前記箱状格納部取付部は、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる請求項１６〜１８のいずれかの項に記載の金属管柱。
20. 前記繊維強化プラスチックは、強化繊維シートを管柱表面に貼付し、この強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させて形成されることを特徴とする請求項１〜１９のいずれかの項に記載の金属管柱。
21. 前記繊維強化プラスチックは、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させたプリプレグを管柱表面に貼付して形成されることを特徴とする請求項１〜２０のいずれかの項に記載の金属管柱。
22. 前記強化繊維は一方向に配列されていることを特徴とする請求項２０又は２１の金属管柱。
23. 前記繊維強化プラスチックは、前記強化繊維が、管柱の軸線方向に整列して或いは管柱の軸線方向に対して所定の角度傾斜して貼付されることを特徴とする請求項２２の金属管柱。
24. 前記強化繊維は、炭素繊維；ガラス繊維；ボロン、チタン、スチールなどの金属繊維；又は、アラミド、ナイロン、ポリエステルなどの有機繊維；などを一種、或いは、複数種混入して使用され、前記マトリクス樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することを特徴とする請求項２０〜２３のいずれかの項に記載の金属管柱。
25. 前記繊維強化プラスチックと前記管柱表面との間に最内層として絶縁体層を設けたことを特徴とする請求項１〜２４のいずれかの項に記載の金属管柱。
26. 前記絶縁体層は、エポキシ樹脂系プライマーを塗布し硬化した硬化膜とされることを特徴とする請求項２５の金属管柱。
27. 前記絶縁体層は、ガラス繊維又は有機繊維などの非導電性のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとされることを特徴とする請求項２５の金属管柱。
28. 前記繊維強化プラスチック外面を覆って、最外層としてカバー層を設けたことを特徴とする請求項１〜２７のいずれかの項に記載の金属管柱。
29. 前記カバー層は、ガラス繊維、炭素繊維、或いは有機繊維のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとされることを特徴とする請求項２８の金属管柱。
30. 前記マトリクス樹脂は、着色顔料を含有することを特徴とする請求項２９の金属管柱。
31. 前記カバー層の外層にアクリルウレタン系樹脂を塗布することを特徴とする請求項２８、２９又は３０の金属管柱。
32. 金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
    前記管柱は、管柱の柱脚下端にベースプレートが溶接され、柱脚下端部の円周方向に所定間隔にて縦リブが溶接にて接合された柱脚下端接合構造を備えた管柱であり、前記管柱の外面にて、且つ、前記各縦リブの間に繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱の補強方法。
33. 前記繊維強化プラスチックは、前記縦リブの上端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付することを特徴とする請求項３２の金属管柱の補強方法。
34. 金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
    前記管柱は、管柱に開口が形成され、開口の周りに箱状格納部の取付部を溶接して設けられた管柱であり、前記管柱の外面にて、且つ、前記箱状格納部取付部の両側部にてしかも取付部の上端及び／又は下端、並びにその近傍に繊維強化プラスチックを貼付し、
    前記繊維強化プラスチックは、前記箱状格納部の取付部の上端及び／又は下端を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で、且つ、前記取付部から円周方向に沿って少なくとも２ｃｍ以上の貼付け幅で貼付し、
    前記管柱の開口を介して、管柱の内部に鉄筋コンクリートを打設することを特徴とする金属管柱の補強方法。
35. 金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
    前記繊維強化プラスチックの上端及び／又は下端を覆って、強化繊維が円周方向に配列するようにして繊維強化プラスチックを貼付することを特徴とする金属管柱の補強方法。
36. 金属管柱の外面にて、応力集中部及び／又はその近傍に、又は、金属管柱接続部を取り巻いて、繊維強化プラスチックを貼付する金属管柱の補強方法において、
    前記繊維強化プラスチックの端面は、テーパー構造とされることを特徴とする金属管柱の補強方法。
37. 前記金属管柱は、鋼製、アルミニウム製或いはステンレススチール製とされる請求項３２〜３６のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
38. 前記繊維強化プラスチックは、応力集中部を含めその上下に全貼付長さが管柱の外径の２０％〜３００％となる範囲で貼付することを特徴とする請求項３５、３６又は３７の金属管柱の補強方法。
39. 前記繊維強化プラスチックを貼付する前に、前記金属管柱の前記繊維強化プラスチックを貼付する個所のメッキは除去することを特徴とする請求項３２〜３８のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
40. 前記繊維強化プラスチックは、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させて所定形状に成形し、硬化した後、前記管柱の外面に装着し、接合することを特徴とする請求項３２〜３９のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
41. 前記繊維強化プラスチックは、強化繊維シートを管柱の外面に貼付し、この強化繊維シートにマトリクス樹脂を含浸させて形成されることを特徴とする請求項３２〜３９のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
42. 前記繊維強化プラスチックは、強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させたプリプレグを管柱の外面に貼付して形成されることを特徴とする請求項３２〜３９のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
43. 前記強化繊維は一方向に配列されていることを特徴とする請求項４０、４１又は４２の金属管柱の補強方法。
44. 前記繊維強化プラスチックは、前記強化繊維が、管柱の軸線方向に整列して或いは管柱の軸線方向に対して所定の角度傾斜して貼付されることを特徴とする請求項４３の金属管柱の補強方法。
45. 前記強化繊維は、炭素繊維；ガラス繊維；ボロン、チタン、スチールなどの金属繊維；又は、アラミド、ナイロン、ポリエステルなどの有機繊維；などを一種、或いは、複数種混入して使用され、前記マトリクス樹脂は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニールエステル樹脂、ＭＭＡ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などの熱可塑性樹脂を使用することを特徴とする請求項４０〜４４のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
46. 前記繊維強化プラスチックと前記管柱の外面との間に最内層として絶縁体層を設けたことを特徴とする請求項４２〜４５のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
47. 前記絶縁体層は、エポキシ樹脂系プライマーを塗布し硬化した硬化膜とされることを特徴とする請求項４６の金属管柱の補強方法。
48. 前記絶縁体層は、ガラス繊維又は有機繊維などの非導電性のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとされることを特徴とする請求項４６の金属管柱の補強方法。
49. 前記有機繊維はＰＢＯ繊維であることを特徴とする請求項４８の金属管柱の補強方法。
50. 前記繊維強化プラスチック外面を覆って、最外層としてカバー層を設けたことを特徴とする請求項３２〜４９のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
51. 前記カバー層は、ガラス繊維、炭素繊維、或いは有機繊維のシート材料にマトリクス樹脂を含浸させた繊維強化プラスチックとされることを特徴とする請求項５０の金属管柱の補強方法。
52. 前記マトリクス樹脂は、着色顔料を含有することを特徴とする請求項５１の金属管柱の補強方法。
53. 前記カバー層の外層にアクリルウレタン系樹脂を塗布することを特徴とする請求項５０、５１又は５２の金属管柱の補強方法。
54. 少なくとも前記繊維強化プラスチックを貼付した前記管柱の外面をエアバッグとシール材により覆い、エアバッグの吸引端子から真空ポンプにより吸気を排出し、エアバッグの内部材に大気圧負荷されるようにし、前記管柱の外面に貼付された前記繊維強化プラスチックなどを前記管柱表面に押圧するようにしたことを特徴とする請求項３２〜５３のいずれかの項に記載の金属管柱の補強方法。
55. 前記エアバッグの外部にパネルヒータを配置し、樹脂の硬化反応を促進させることを特徴とする請求項５４の金属管柱の補強方法。

Images