JP6114567B2

JP6114567B2 - 構造部材の補強構造

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Publication number: JP6114567B2
Application number: JP2013022261A
Authority: JP
Inventors: 淳仲宗根; 輝明土肥
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2013-02-07
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2017-04-12
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: JP2014152498A

Description

本発明は、構造部材の補強構造に係り、特に、接着剤を用いて構造部材を補強するものに関する。

従来、図８と図９で示すような、補強プレート（補強部材）３０５を用いて柱材３０３を補強する柱材の補強構造３０１が知られている。

柱材３０３の下端には、ベースプレート３０７がたとえばスミ肉溶接によって一体的に設けられている。補強プレート３０５は、柱材３０３の高さ方向に延びて、接着材を介して柱材３０３の側面に貼り付いている。

そして、補強プレート３０５によってたとえば耐震性を向上するための補強が柱材３０３になされている。

なお、建屋等に使用されている柱材３０３に補強プレート３０５を溶接で接合することが好ましくない環境下で、接着剤を用いた補強プレート３０５の柱材３０３への設置がなされるのである。

また、従来の技術に関連する特許文献として、たとえば、特許文献１、非特許文献１〜非特許文献３を掲げることができる。

特開２００４−３５３２６９公報

構造工学論文集Ｖｏｌ．５７Ａ（２０１１年３月）土木学会７４７ページ〜７５５ページ「腐食した鋼板の鋼板接着による性能回復」土木学会第６７回年次学術講演会（平成２４年９月）２１７ページ〜２１８ページ「当て板補強した腐食鋼板の繰り返し荷重作用下における力学的挙動」鋼構造年次論文報告集第１７巻（２００９年１１月）６３７ページ〜６４２ページ「腐食鋼材の接着剤補修における性能回復効果の定量的把握」

上記従来の補強構造３０１では、ベースプレート３０７が柱材３０３に溶接で設けられているので、補強プレート３０５が柱材３０３の全長にわたり設けられていない。すなわち、図８や図９で示すように、柱材３０３とベースプレート３０７との溶接部３１１を避けるために、ベースプレート３０７と補強プレート３０５との間に、補強プレート非存在部３０９が設けられている。

柱材３０３は、両端固定梁の態様で使用されることが多いので、外力が加わったときに、補強プレート３０５が設けられている部位（柱材３０３の長手方向の中間部）よりも、補強プレート非存在部３０９に、大きな曲げモーメントが発生することが多い。

そこで、柱材３０３を補強する場合には、柱材３０３の全長にわたって補強をすることが望ましい。なお、この要請は、柱材を補強する場合だけでなく、梁材（梁）等の構造部材を補強する場合にも同様に発生する。

本発明は、上記要請に鑑みてなされたものであり、補強部材によって構造部材を補強する場合、従来よりも強固に補強することができる構造部材の補強構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、第１の構造部材と、前記第１の構造部材に設けられた第２の構造部材と、前記第１の構造部材と前記第２の構造部材とに接合された接続部材と、前記第１の構造部材を補強するために、接着剤によって、前記第１の構造部材と前記接続部材とに接合された補強部材とを有し、前記第１の構造部材は柱材であり、前記第２の構造部材はベースプレートであり、前記接続部材はウィングプレートであり、前記補強部材は、前記柱材に接着剤によって接合された第１の接着接合部材と、前記ウィングプレートに接着剤によって接合された第２の接着接合部材とを備えて構成されており、前記第１の接着接合部材と前記第２の接着接合部材とは、前記接着剤による接着をする前に予め接合されている補強構造である。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構造部材の補強構造において、平板状の前記第１の接着接合部材と平板状の前記第２の接着接合部材との間、前記第２の接着接合部材と平板状の前記ウィングプレートとの間の少なくともいずれかに、調整プレートが設けられており、前記調整プレートによって、前記補強部材を前記柱材と前記ウィングプレートとに接合するときに、前記第１の接着接合部材の厚さと前記ウィングプレートの厚さとの差が調整され、前記第１の接着接合部材が薄い膜状の接着剤を介して前記柱材に接合され、前記第２の接着接合部材が薄い膜状の接着剤を介して前記ウィングプレートに接合されるように構成されており、前記調整プレートと前記各接着接合部材とは、上記接着剤による接着をする前に予め接合されている構造部材の補強構造である。

本発明によれば、補強部材によって構造部材を補強する場合、従来よりも強固に補強することができる構造部材の補強構造を提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る柱材の補強構造を示す図である。図１におけるＩＩ矢視図である。（ａ）は図１におけるＩＩＩＡ−ＩＩＩＡ断面を示す図であり、（ｂ）は図１におけるＩＩＩＢ−ＩＩＩＢ断面を示す図であり、（ｃ）は図１におけるＩＩＩＣ−ＩＩＩＣ断面を示す図である。変形例に係る柱材の補強構造を示す図であって図１に対応した図である。別の変形例に係る柱材の補強構造を示す図であって図２に対応した図である。本発明の実施形態に係る柱材と梁の補強構造を示す図である。図６におけるＶＩＩ矢視図である。従来の補強構造を示す図である。図８におけるＩＸ矢視図である。

本発明の実施形態に係る構造部材の補強構造１は、図１〜図３に示すように、第１の構造部材（たとえば柱材）３と第２の構造部材（たとえばベースプレート）５と接続部材（たとえばウィングプレート）７とを備えて構成された構造物（構造部）９を、補強部材１１で補強したものである。

ここで、説明の便宜のために、水平な所定の一方向を縦方向とし、水平な所定の他の一方向であって縦方向に直交する方向を横方向とし、縦方向と横方向とに直交する方向を高さ方向（上下方向）とする。

ベースプレート５は、高さ方向に延びている柱材３の長手方向の一端（下端）で、柱材３に一体的に設けられている。すなわち、柱材３とベースプレート５とは、これらがお互いに接触しており、この接触をしている部位で溶接（すみ肉溶接）１３がなされている。

なお、溶接に代えてもしくは加えて、柱材３とベースプレート５とがリベットやボルト等の接合部材によって一体的に接合されていてもよい。また、柱材３ベース、ベースプレート５、ウィングプレート７、補強部材１１等は、たとえば構造用鋼で構成されている。

ウィングプレート７は、柱材３とベースプレート５との接合強度を高めるために、柱材３とベースプレート５とに溶接によって一体的に接合されている。なお、溶接に代えてもしくは加えて、ウィングプレート７が柱材３とベースプレート５とにリベットやボルト等の接合部材によって一体的に接合されていてもよい。

補強部材１１は、柱材３にベースプレート５が設けられさらにウィングプレート７が設けられている状態（たとえば、柱材３等によって建屋が完成し使用されている状態）で、柱材３を補強するために、接着剤（硬化した接着剤）２によって、柱材３とウィングプレート７とに一体的に接合（固定）されている。

柱材３は、たとえば、中空で筒状である四角柱状に形成されており、上下方向に長く延びている。ベースプレート５は、たとえば、矩形な平板状に形成されており、柱材３の下端に厚さ方向の一方の面（上面）の中央部が溶接で接合されている。

ウィングプレート７は、たとえば、等脚台形状で平板状に形成されている。そして、ウィングプレート７は、下底部がベースプレート５に溶接で接合されており、厚さ方向の一方の面における幅方向の中央部が高さ方向の全長にわたって柱材３の側面に溶接で接合されており、上底部が柱材３の側面に溶接で接合されている。

なお、ウィングプレート７をこの厚さ方向から見ると、より正確には、等脚台形の下底の両端に位置している２つの角部のそれそれが適宜面取りされた六角形状になっている。さらに説明すると、ウィングプレート７をこの厚さ方向から見ると、矩形からお互いが隣接する２つの角部のそれぞれで、Ｃ面取りをした形状になっている。

補強部材１１は、第１の接着接合部材（第１の接着接合部）１５と、第２の接着接合部材（第２の接着接合部）１７とを備えて構成されている。第１の接着接合部材１５は、接着剤２によって柱材３に一体的に接合されており、第２の接着接合部材１７は、接着剤２によってウィングプレートに一体的に接合（結合）されている。

第１の接着接合部材１５と第２の接着接合部材１７とは、接着剤２による接着をする前に別の場所で予めお互いが一体的に接合されている。なお、第１の接着接合部材１５と第２の接着接合部材１７との接合は、たとえば溶接によってなされているが、溶接に代えてもしくは加えて、リベットやボルト等の接合部材によってなされていてもよいし、接着剤によってなされていてもよい。

第１の接着接合部材１５は、細長い矩形な平板状に形成されており、厚さ方向から見たときの長手方向の寸法の値が、柱材３の高さの値からウィングプレート７の高さの値を減じた値よりも僅かに小さくなっている。また、第１の接着接合部材１５は、厚さ方向から見たときの幅が、柱材３の幅よりも僅かに狭くなっている。

第２の接着接合部材１７も、細長い矩形な平板状に形成されているが、厚さ方向から見たときの長さは、第１の接着接合部材１５のものよりも短くなっている。また、第２の接着接合部材１７は、厚さ方向から見たときの幅寸法が、第１の接着接合部材１５のものと等しくなっているが、第２の接着接合部材１７の幅が、第１の接着接合部材１５の幅より狭くなっていてもよいし広くなっていてもよい。

第１の接着接合部材１５の厚さは、第２の接着接合部材１７の厚さと等しくなっているが、一方のものの厚さが他方のものの厚さより厚くなっていてもよい。ウィングプレート７の厚さと第１の接着接合部材１５の厚さとは、お互いが等しくなっている。

また、補強部材１１では、第１の接着接合部材１５と第２の接着接合部材１７とが、上述したように溶接によってお互いが固定されて一体化しているが、第１の接着接合部材１５と第２の接着接合部材１７との位置関係は、次のようになっている。

第１の接着接合部材１５の厚さ方向と第２の接着接合部材１７の厚さ方向とはお互いが一致しており、第１の接着接合部材１５の幅方向と第２の接着接合部材１７の幅方向とはお互いが一致しており、各接着接合部材１５，１７の幅方向では、第１の接着接合部材１５の中心の位置と第２の接着接合部材１７の中心の位置とがお互いに一致している。また、すでに理解されるように、第１の接着接合部材１５の長手方向と第２の接着接合部材１７の長手方向とはお互いが一致している。

第１の接着接合部材１５の長手方向の一方の端（下端）からこの近傍にかけての部位と第２の接着接合部材１７の長手方向の一方の端（上端）からこの近傍にかけての部位とのところで、各接着接合部材１５，１７がお互いに重なり接触して接合されている（第１の接着接合部材１５の下端側の部位における厚さ方向の一方の面に、第２の接着接合部材１７の上端側の部位における厚さ方向の他方の面とが接してお互いが接合されている）。

補強部材１１での補強をすべく、補強部材１１を柱材３とウィングプレート７とに設置し終えた状態では、補強部材１１と柱材３とウィングプレート７と接着剤２との位置関係は次のようになっている。

各接着接合部材１５，１７の厚さ方向では、第１の接着接合部材１５の厚さ方向の他方の面の全面が、薄い膜状の硬化した接着剤２を介して、柱材３の側面（４つの側面のうちの１つの側面）に接着されている。また、第２の接着接合部材１７の厚さ方向の他方の面のうちの下側に位置する面の部位が、薄い膜状の硬化した接着剤２を介してウィングプレート７に接着されている。

柱材３の長手方向では、柱材３の長手方向と各接着接合部材１５，１７の長手方向とがお互いに一致している。第１の接着接合部材１５は、ウィングプレート７の上方でウィングプレート７から僅かに離れている。これにより、ウィングプレート７と柱材３との溶接部を避けるための間隙１９が形成されている。また、第２の接着接合部材１７は、第１の接着接合部材１５よりも下方に位置し、上述したように、ウィングプレート７に接着されている。

柱材３の幅方向では、柱材３の幅方向と各接着接合部材１５，１７の幅方向とがお互いに一致しており柱材３の中心の位置と、補強部材１１の中心の位置とはお互いに一致している。

また、ウィングプレート７は、たとえば、柱材３の中心に対して対称に一対で設けられており、これに応じて、補強部材１１も柱材３の中心に対して対称に一対で設けられている（図２参照）。

次に、構造物９への補強部材１１の設置について説明する。

まず、一対の補強部材１１を別の場所で生成する。続いて、この生成された各補強部材１１のうちの一方の補強部材１１を、柱材３の１つの側面とこの１つの側面の下方に存在しているウィングプレート７とに接着剤２によって固定する。また、上記固定と同時に、各補強部材１１のうちの他方の補強部材１１を、柱材３の他の１つの側面（上記１つの側面と平行な側面）とこの他の１つの側面の下方に存在しているウィングプレート７とに接着剤２によって固定する。

ところで、ウィングプレート７が等脚台形状に形成されていることに合わせて、図４で示すように、第２の接着接合部材１７の下端部の幅を次第に広げて等脚台形状に形成してあってもよい。

また、構造部材の補強構造１において、図５で示すように、調整プレート２１を設けてもよい。

調整プレート２１は、平板状に形成されており、平板状の第１の接着接合部材１５と平板状の第２の接着接合部材１７との間に設けられている。各第１の接着接合部材１５，１７の厚さ方向と、調整プレート２１の厚さ方向とはお互いに一致している。

調整プレート２１は、補強部材１１を柱材３とウィングプレート７とに接合するときに、第１の接着接合部材１５の厚さとウィングプレート７の厚さとの差を調整するために、設けられている。

また、前述したように、第１の接着接合部材１５が薄い膜状の接着剤２を介して柱材３に接合され、第２の接着接合部材１７が薄い膜状の接着剤２を介してウィングプレート７に接合されるように構成されている。

調整プレート２１と各接着接合部材１５，１７とは、接着剤２による接着をする前に別の場所で予めお互いが溶接により一体的に接合されている。なお、上記接合が、溶接に代えてもしくは加えてリベットやボルト等の接合部材によってなされていてもよいし、接着剤によってなされていてもよい。

調整プレート２１の幅は、第１の接着接合部材１５の幅と等しくなっており、調整プレート２１の長さは、第２の接着接合部材１７よりも短くなっている。そして、調整プレート２１を備えた補強部材１１では、横方向で、第１の接着接合部材１５の中心と調整プレート２１中心とがお互いに一致しており、長手方向では、調整プレート２１の上端と第２の接着接合部材１７の上端とがお互いに一致しており、第１の接着接合部材１５の下端と調整プレート２１の下端とがお互いに一致している。

次に、調整プレート２１を備えた補強部材１１の構造物９への設置について説明する。

まず、ウィングプレート７の厚さ寸法（図５の左右方向の寸法）を測定する。続いて、適宜の厚さの調整プレート２１を用意する。この用意した調整プレート２１の厚さ（図５の左右方向の寸法）と第１の接着接合部材１５の厚さ（図５の左右方向の寸法）との和（より正確には、調整プレート２１と第１の接着接合部材１５とを溶接接合したときの調整プレート２１の厚さと第１の接着接合部材１５の厚さとの和）が、ウィングプレート７の厚さと等しくなっている。

続いて、調整プレート２１を備えた一対の補強部材１１を別の場所で生成する。続いて、この生成した各補強部材１１のうちの一方の補強部材１１を、柱材３の１つの側面とこの１つの側面の下方に存在しているウィングプレート７とに接着剤２によって固定する。また、たとえば、上記固定と同時に、各補強部材１１のうちの他方の補強部材１１を、柱材３の他の１つの側面（上記１つの側面と平行な側面）とこの他の１つの側面の下方に存在しているウィングプレート７とに接着剤２によって固定する。

なお、図５の説明では、各接着接合部材１５，１７の間に調整プレート２１を設けているが、各接着接合部材１５，１７の間に調整プレート２１を設けることに代えてもしくは加えて、第２の接着接合部材１７とウィングプレート７との間に、調整プレートを設けた構成であってもよい。すなわち、各接着接合部材１５，１７の間および第２の接着接合部材１７とウィングプレート７との間、または、第２の接着接合部材１７とウィングプレート７との間のみに、調整プレートが設けられていてもよい。

構造部材の補強構造１によれば、補強部材１１が接着剤２によって柱材３とウィングプレート７とに一体的に接合されているので、図８等で示す従来の補強構造３０１のような補強プレート非存在部３０９が存在せず、柱材３の全長にわたって補強（特に下端部の補強）がなされている。

これにより、従来よりも強固な補強がなされ、柱材３が両端固定梁の態様で使用されて下端部に大きな曲げモーメントがかかっても、この曲げモーメントに対して十分な耐力を有する。

また、構造部材の補強構造１によれば、第１の接着接合部材１５と第２の接着接合部材１７とが、接着剤２による接着をする前に別の場所で溶接により予め接合されているので、補強部材１１を柱材３とウィングプレート７とに接着剤２を用いて設置するとき、溶接工程が不要になっており、柱材３が設置されている環境が溶接による煙の発生等で悪化することを防止することができる。

また、構造部材の補強構造１によれば、補強部材１１が第１の接着接合部材１５と第２の接着接合部材１７とによって構成されているので、平板を組み合わせて溶接するだけで補強部材１１を得ることができ、柱材３の補強に要する工数を低減させることができる。

また、構造部材の補強構造１において調整プレート２１を設けることで、ウィングプレート７と第１の接着接合部材１５との厚さが異なっていても、補強部材１１を柱材３とウィングプレート７とに設置することが容易になり、柱材３の補強がしやすくなる。

ところで、構造部材の補強構造１を、図６で示すように、柱材３と梁（梁材）２３との構造物に適用してもよい。

詳しく説明すると、図６に示す補強構造１ａでは、柱材３と梁２３とウィングプレート７とで構成された構造物２５を補強部材１１で補強している。

梁２３は、柱材３と同様に矩形な筒状に形成されており（長手方向に対して直交する平面による断面が「ロ」字状になっており）、水平方向に長く延びている。梁２３の長手方向の中間部が柱材３の上端に接合されている。

ウィングプレート７は、下底側の部位が梁２３に溶接で接合されており、上底側の部位が柱材３の側面に溶接で接合されている。

補強部材１１は、図１等で示す補強構造１と同様にして、柱材３とウィングプレート７とに接着剤２によって一体的に設けられている。

図６に示す補強構造１ａでは（補強部材１１での補強をすべく、補強部材１１を柱材３とウィングプレート７とに設置し終えた状態では）、補強部材１１と柱材３とウィングプレート７と接着剤２との位置関係は次のようになっている。

各接着接合部材１５，１７の厚さ方向では、第１の接着接合部材１５の厚さ方向の他方の面の全面が、薄い膜状の硬化した接着剤２を介して、柱材３の側面（４つの側面のうちの１つの側面）に接着されている。また、第２の接着接合部材１７の厚さ方向の他方の面のうちの上側に位置する面の部位が、薄い膜状の硬化した接着剤２を介してウィングプレート７に接着されている。

柱材３の長手方向では、柱材３の長手方向と各接着接合部材１５，１７の長手方向とがお互いに一致している。第１の接着接合部材１５は、ウィングプレート７の下方でウィングプレートから僅かに離れている。また、第２の接着接合部材１７は、第１の接着接合部材１５よりも上方に位置し、上述したように、ウィングプレート７に接着されている。

柱材３の幅方向では、柱材３の幅方向と各接着接合部材１５，１７の幅方向とがお互いに一致しており、柱材３の中心の位置と補強部材１１の中心の位置とはお互いに一致している。

また、ウィングプレート７は、たとえば、柱材３や梁２３の中心に対して対称に一対で設けられており、これに応じて、補強部材１１も一対で設けられている（図７参照）。

１構造部材の補強構造
２接着剤
３第１の構造部材（柱材）
５第２の構造部材（ベースプレート）
７接続部材（ウィングプレート）
１１補強部材
１５第１の接着接合部材
１７第２の接着接合部材
２１調整プレート

Claims

第１の構造部材と、
前記第１の構造部材に設けられた第２の構造部材と、
前記第１の構造部材と前記第２の構造部材とに接合された接続部材と、
前記第１の構造部材を補強するために、接着剤によって、前記第１の構造部材と前記接続部材とに接合された補強部材と、
を有し、前記第１の構造部材は柱材であり、前記第２の構造部材はベースプレートであり、前記接続部材はウィングプレートであり、
前記補強部材は、前記柱材に接着剤によって接合された第１の接着接合部材と、前記ウィングプレートに接着剤によって接合された第２の接着接合部材とを備えて構成されており、前記第１の接着接合部材と前記第２の接着接合部材とは、上記接着剤による接着をする前に予め接合されていることを特徴とする構造部材の補強構造。
請求項１に記載の構造部材の補強構造において、
平板状の前記第１の接着接合部材と平板状の前記第２の接着接合部材との間、前記第２の接着接合部材と平板状の前記ウィングプレートとの間の少なくともいずれかに、調整プレートが設けられており、
前記調整プレートによって、前記補強部材を前記柱材と前記ウィングプレートとに接合するときに、前記第１の接着接合部材の厚さと前記ウィングプレートの厚さとの差が調整され、前記第１の接着接合部材が薄い膜状の接着剤を介して前記柱材に接合され、前記第２の接着接合部材が薄い膜状の接着剤を介して前記ウィングプレートに接合されるように構成されており、
前記調整プレートと前記各接着接合部材とは、上記接着剤による接着をする前に予め接合されていることを特徴とする構造部材の補強構造。