JP6470642B2 - 金属製支柱を補強または補修する方法、および補強または補修された金属製支柱構造 - Google Patents

Description

本発明は、金属製支柱を補強または補修する方法および補強または補修された金属製支柱構造に関する。より具体的には、倒壊を未然防止するための鋼製支柱を補強する方法、道路附属物の金属製支柱における破損部または腐蝕部を補修する方法、ならびにその補修補強された支柱構造に関する。

道路附属物と称される標識および照明施設などの金属製支柱は、一般構造用炭素鋼管が使用されている。このような金属製支柱は、老朽化に伴い、腐食による断面欠損、および溶接継手部からの疲労亀裂発生などの不具合が進行することが知られている。特に路面境界部での支柱腐食は、発生割合も多く、突然の倒壊を起こす可能性があるため深刻である。

腐食が著しく進行している金属製支柱は早急な建替えが望まれるが、一般に建替費用は高額であり、建替までの一時的な延命化として補修対策が検討される。
具体的な補修工法としては、鋼板を巻き立てて接着する工法が古くから知られており、さらに、多層（通常５層から８層程度）で重ねられた、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などの繊維シートを、樹脂を用いて貼り付ける工法も実用化されている。

特開平１０−８６２７７号公報（特許文献１）には、金属であってよい板材の腐食部分に、金属板を積層し、さらにその上に、金属板より小さいサイズの炭素繊維シートを積層する補修方法が開示されている。
また、特開２００３−２１３６３５号公報（特許文献２）には、金属支柱の破損または腐食部分に紫外線硬化型の繊維強化樹脂シートを巻付けて硬化させ、その上面側を支柱断面に対応した筒状の金属補強材で覆う補修方法が開示されている。

特開平１０−８６２７７号公報 特開２００３−２１３６３５号公報

繊維シートを多層積層する工法は、支柱の強度回復を行うには繊維シートを多層重ねる必要がある。したがって、各層に対して樹脂の塗布および含浸と硬化とを行う必要があり、作業の手間と時間が非常に多くかかる。

鋼板を巻き立てる工法、特許文献１の方法および特許文献２の方法ではいずれも、補強に用いられる金属板の表面が露出する。この場合、今度は金属板が腐食するため、再度の強度低下は免れない。仮にこの金属板に防錆塗装を施したとしても、塗装自体が剥がれおよび割れなどに耐える強度には限度があるため、その防錆効果の持続性に問題がある。

そこで本発明の目的は、補強効果または補修効果が高く、その補強効果または補修効果の持続性も高く、かつ簡易な補強または補修方法、および、補強効果または補修効果が高く、その補強効果または補修効果の持続性も高い補強または補修構造を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は以下の発明を含む。
（１）
本発明の金属製支柱を補強または補修する方法は、第１被覆工程と、貼設工程と、第２被覆工程と、硬化工程とを含む。
第１被覆工程は、金属製支柱の補強または補修すべき部分を第１の繊維強化樹脂プリプレグシートで被覆する。貼設工程では、第１の繊維強化樹脂プリプレグシートの外側表面に金属製補強部材を貼設する。第２被覆工程では、金属製補強部材の少なくとも外側表面の全てを覆う大きさおよび形状の第２の繊維強化樹脂プリプレグシートで被覆する。硬化工程では、第１の繊維強化樹脂プリプレグシートおよび第２の繊維強化樹脂プリプレグシートのマトリックス樹脂を硬化させる。

このように、金属補強材の外側表面全体を第２の繊維強化樹脂プリプレグシートで被覆するため、金属補強材自体が防錆され、腐食による強度低下を有効に防止することができる。また、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートを用いるため、防錆層として機能するとともに剥がれおよび割れに耐える強度にも優れるため、防錆効果の維持性も高い。さらに、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートが金属補強材の外側表面全体を覆う大きさおよび形状である。金属補強材外側表面全体を覆う大きさおよび形状とは、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートが、金属製支柱まわりを最大で１周巻回することで、金属補強材の外側表面全体を覆うことができる大きさおよび形状をいう。第２の繊維強化樹脂プリプレグシートがこのような大きさおよび形状であるため、金属補強材の外側表面上に存在する第２の繊維強化樹脂プリプレグシートの端面が最小限で済む。したがって、容易に信頼性の高い防錆効果が得られるとともに、金属製支柱の強度向上効果も高い。

なお、補強とは、対象となる金属製支柱の劣化度合いに関わらず、当該金属製支柱の健全状態（非劣化状態）よりも向上された機械的特性を付与するための処理をいい、補修とは、対象となる金属製支柱の劣化による機械的特性の低下を健全状態（非劣化状態）同等に回復させるための処理をいう。

また、繊維強化樹脂プリプレグシートは、繊維シートに予め樹脂が含浸されているものであり、且つ、含浸されている樹脂は完全に硬化されていない、硬化の程度としては、完全硬化でなければ特に限定されないが、被着体への追従が可能な程度の柔軟性を有する程度であればよい。

さらに、外側とは、金属製支柱の表面に積層される積層体にとって、金属製支柱の補強または保守すべき部分の側を内側とすることに対する概念である。したがって、たとえば金属補強材にとっては、金属製支柱の補強または保守すべき部分の側（つまり直接的には第１の繊維強化樹脂プリプレグシートに接触している側）が内側であり、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートに接触させられている側が外側である。

（２）
（１）の金属製支柱を補強または補修する方法において、金属製補強部材による貼設面積は、金属製支柱の周方向の一部を覆う大きさであってよい。

これによって、金属製支柱の周方向における部分的な補修が可能となる。

（３）
（１）の金属製支柱を補強または補修する方法において、金属製補強部材による貼設面積が、金属製支柱の周方向の全部を覆う大きさであってよい。

これによって、金属製支柱の周方向全体の補強または補修が可能となる。

（４）
（１）から（３）の金属製支柱を補強または補修する方法において、金属製補強部材は、金属製支柱の表面形状に沿った割管状であってよい。

これによって、金属製支柱の表面に沿って均一に貼設しやすく、向上された強度を良好に得ることができる。また、半割管状の金属製補強部材を用いることにより、広範囲（特に金属製支柱の周方向全体）の表面に沿って効率的に覆うことができる。

（５）
（１）から（４）の金属製支柱を補強または補修する方法において、金属製補強部材の端面が、第１の繊維強化樹脂プリプレグシートおよび第２の繊維強化樹脂プリプレグシートの少なくともいずれかによって被覆されていてよい。

これによって、金属製補強部材の面全体が第１の繊維強化樹脂プリプレグシートおよび第２の繊維強化樹脂プリプレグシートの少なくともいずれかに密着するため、金属補強材自体の防錆能が高く、腐食による強度低下をより有効に防止することができる。

（６）
（１）から（５）の金属製支柱を補強または補修する方法において、金属製補強部材は、端部に向かって肉薄となるように形成されていてよい。

これによって、金属製補強部材の中央部の表面と第１の繊維強化樹脂プリプレグシート表面または金属製支柱表面との高低差が金属製補強部材の端部の構造によって滑らかになる。したがって、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートの密着性が良好となる。

（７）
（１）から（５）の金属製支柱を補強または補修する方法において、金属製補強部材の端面にシーリング剤樹脂が塗着されていてよい。

これによって、金属製補強部材の中央部の表面と第１の繊維強化樹脂プリプレグシート表面または金属製支柱表面との高低差が金属製補強部材の端部のシーリング剤樹脂によって滑らかになる。したがって、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートの密着性が良好となる。

（８）
（１）から（７）の金属製支柱を補強または補修する方法において、金属製補強部材の外側表面および内側表面の表面粗さは、１μｍ以上１００μｍ以下であってよい。

これによって、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートおよび第１の繊維強化樹脂プリプレグシートの密着性が良好となる。なお、表面粗さは、ＪＩＳ１９９４に準拠した十点平均高さＲｚをいう。

（９）
本発明の補強または補修された金属製支柱構造は、第１の繊維強化樹脂シートと、金属製補強部材と、第２の繊維強化樹脂シートと、を含む。
第１の繊維強化樹脂シートは、金属製支柱の補強または補修すべき部分を被覆している。金属製補強部材は、第１の繊維強化樹脂シートの表面に貼設されている。第２の繊維強化樹脂シートは、金属製補強部材の表面よりも大きい表面積を有し、金属製補強部材の表面を被覆している。第１の繊維強化樹脂シートおよび第２の繊維強化樹脂シートにおける樹脂は一体的に硬化されている。

このように、金属補強材の表面全体を、硬化された樹脂が含浸された第２の繊維強化樹脂シートで被覆しているため、金属補強材自体が防錆され、腐食による強度低下を有効に防止することができる。また、硬化された樹脂が含浸された第２の繊維強化樹脂シートは、防錆層として機能するとともに剥がれおよび割れに耐える強度にも優れるため、防錆効果の維持性も高い。さらに、硬化された樹脂が含浸された第２の繊維強化樹脂シートが金属補強材より大きな面積を有するため、金属補強材表面上第２の繊維強化樹脂シートの継ぎ目がなく、信頼性の高い防錆効果が得られるとともに、金属製支柱の強度向上効果も高い。

なお、一体的に硬化されているとは、第１の繊維強化樹脂シートにおける樹脂（マトリックス樹脂）の界面と第２の繊維強化樹脂シートにおける樹脂（マトリックス樹脂）の界面とが互いに融合する程度に密着した状態で硬化されている状態をいい、第１の繊維強化樹脂シートと第２の繊維強化樹脂シートとの間に別の樹脂が介在していないことをいう。

本発明によれば、補強効果または補修効果が高く、その補強効果または補修効果の持続性も高く、かつ簡易な補強または補修方法、および、補強効果または補修効果が高く、その補強効果または補修効果の持続性も高い補強または補修構造が提供される。

本発明の補強または補修された金属製支柱構造の一例の一部切り欠き図である。 図１の金属製支柱構造を軸方向に垂直な面で切断した場合の横断面図である。 補強または補修された金属製支柱構造の第１変形例の横断面図である。 補強または補修された金属製支柱構造の第２変形例の一部縦断面図である。 補強または補修された金属製支柱構造の第３変形例の横断面図である。 補強または補修された金属製支柱構造の第４変形例の一部縦断面図である。 金属製支柱を補強または補修する方法の一工程を示す縦断面図である。 金属製支柱を補強または補修する方法の一工程を示す縦断面図である。 金属製支柱を補強または補修する方法の一工程を示す縦断面図である。 金属製支柱を補強または補修する方法の一工程を示す縦断面図である。 金属製支柱を補強または補修する方法の一工程を示す縦断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の要素には同一の符号を付しており、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は基本的に繰り返さない。

［１．補強または補修された金属製支柱構造］
図１に、本発明の補強または補修された金属製支柱構造の一例の一部切り欠き図を示す。図１では、一部切り欠きによって軸心を含む面で切断した場合の断面図（縦断面図）が示される。図２は、図１の金属製支柱構造を軸心方向に垂直な面で切断した場合の断面図（横断面図）である。図１および図２に示す補強または補修された金属製支柱構造１００は、金属製支柱２００と、第１の繊維強化樹脂シート３１１と、第２の繊維強化樹脂シート３１２と、金属製補強部材３２０とを含む。図１においては、金属製支柱構造のグラウンドレベルＧＬより下の地下埋設部を含む地際部付近を表示しており、上部は省略している。

［１−１．金属製支柱］
金属製支柱２００は、照明柱、標識柱、および信号柱など、建築構造物の金属製支柱であってよい。金属製支柱２００の材質としては特に限定されず、炭素鋼および鋳鋼などが挙げられる。本実施形態の金属製支柱２００は中空管状であるが、本発明は、金属製支柱２００が中実であることを除外するものではない。本実施形態の金属製支柱２００の外周断面形状は円であるが、四角形その他の多角形を含む任意の形状であってよい。
金属製支柱２００は、たとえば、外周の最大幅が５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であってよく、中空の場合は肉厚が２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であってよい。

金属製支柱２００は、地際部において、金属製支柱２００の外周方向全体に亘る劣化部２１０を有する。劣化部２１０は、腐食によるものであってよい。具体的には、劣化部２１０は、地際部が水分に曝されるとともに、土壌成分、動物の排泄物、融雪剤などの腐食促進物により腐食が進んだものであってよい。本実施形態における劣化部２１０は全面腐食の態様である。劣化部２１０は、１ｍｍ以上の不陸があれば、樹脂により均されていてもよい。この場合の樹脂としては、後述の第１の繊維強化樹脂シートにおけるマトリックス樹脂として挙げるものであってよく、好ましくは、第１の繊維強化樹脂シートにおけるマトリックス樹脂と同じ樹脂であることにより、当該マトリックス樹脂と一体的に硬化されている。

なお、本発明では、劣化部２１０の有無を問わない。本実施形態では、当該劣化部２１０を補修して補強する例を示しているが、この態様に限定されるものではない。たとえば、金属製支柱２００が比較的新しく地際部において劣化がほとんどない場合であっても、金属製支柱２００の将来的な腐食などの劣化による強度低下を防止する目的を兼ねて補強されてもよい。

［１−２．第１の繊維強化樹脂シート］
第１の繊維強化樹脂シート３１１は、金属製支柱２００の補強または補修すべき箇所、本実施形態では劣化部２１０全体を被覆している。第１の繊維強化樹脂シート３１１は、繊維にマトリックス樹脂が含浸されかつ当該マトリックス樹脂が硬化されていればよい。

繊維の形態としては特に限定されず、たとえば、トウ、クロス、チョップドファイバー、連続繊維などの繊維の方向を一方向に引き揃えた形態；連続繊維を経緯にして織物とした形態；トウの方向を一方向に引き揃え横糸補助糸で保持した形態；繊維の方向を一方向に引き揃えた複数の繊維シートを、それぞれ繊維の方向が異なるように重ね補助糸でステッチして留めたマルチアキシャルワープニットの形態；および、繊維の不織布の形態などが挙げられる。繊維方向が一方向である第１の繊維強化樹脂シート３１１を用いる場合、このような第１の繊維強化樹脂シート３１１は、繊維方向が金属製支柱２００の軸方向に沿う方向となるように設けることが、曲げ耐力の向上の観点から好ましく、繊維方向が金属製支柱２００の周方向に沿う方向となるように設けることが、後述の金属製補強部材３２０の剥離を抑制する観点から好ましい。

繊維は、ＰＡＮ (ポリアクリロニトリル) 系炭素繊維およびピッチ系炭素繊維などの炭素繊維；スチール繊維などの金属繊維；ガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維などの無機繊維；ならびに、アラミド、ポリエステル、ポリエチレン、ナイロン、ビニロン、ポリアセタール、ポリパラフェニレンベンズオキサゾール、高強度ポリプロピレンなどの有機繊維；ケナフ、麻などの天然繊維が挙げられる。これらの繊維は、単独または複数種を組み合わされて使用されてよい。比強度の観点からは、炭素繊維であることが好ましい。また、一般的に発生可能性は少ないとされるが、金属製支柱２００と金属製補強部材３２０との自然電位差による電食発生の可能性を考慮すると、そのような電食発生さえ確実に防止する観点からは、第１の繊維強化樹脂シート３１１はガラス繊維、セラミックス繊維、ボロン繊維などの非導電性繊維が好ましい。

マトリックス樹脂としては特に限定されないが、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、シアン酸エステル樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、フェノキシ樹脂、アルキド樹脂、ウレタン樹脂、マレイミド樹脂とシアン酸エステル樹脂の予備重合樹脂、ビスマレイミド樹脂、アセチレン末端を有するポリイミド樹脂及びポリイソイミド樹脂、ナジック酸末端を有するポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、単独または複数種が組み合わされて使用されてよい。

第１の繊維強化樹脂シート３１１は、１層のみ積層されていてもよいし、２層以上（たとえば２層以上４層以下、または２層以上３層以下で）積層されていてもよいが、通常は１層であってよい。あるいは、第１の繊維強化樹脂シート３１１の積層厚は、たとえば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように積層されていてよい。

［１−３．金属製補強部材］
金属製補強部材３２０は、たとえば、炭素鋼、鋳鋼、鉄鋼、ステンレスなどの板材である。金属製補強部材３２０は、第１の繊維強化樹脂シート３１１上に貼設されている。具体的には、金属製支柱２００の補強または補修すべき箇所、本実施形態では劣化部２１０全体を、第１の繊維強化樹脂シート３１１を介して被覆するように貼設されている。金属製補強部材３２０の厚みとしては、当業者が適宜決定することができ、劣化による肉厚減少で生じた剛性減少を補填し、健全状態同等の剛性を回復(補修)させ得る厚みであってもよいし、それ以上の剛性を付与(補強)させ得る厚みであってもよい。

本実施形態では、劣化部２１０が金属製支柱２００の外周方向全体に亘るため、金属製補強部材３２０も金属製支柱２００の外周全体を囲い込むように設けられる。図２に示すように、本実施形態においては、金属製補強部材３２０は金属製支柱２００の外周面に沿う半割管を一対用いる。それぞれの金属製補強部材３２０は、端面３２４で接着剤樹脂によって互いに接着されている。

金属製補強部材３２０は、図１に示すように、金属製支柱２００の軸方向の両端部分は、それぞれの末端に向かって肉薄となる傾斜面３２９が形成されている。傾斜面３２９は、金属製補強部材３２０の末端における肉厚が０ｍｍ超１ｍｍ以下となるように形成されてよい。あるいは、傾斜面３２９の勾配は、０％超１０％以下となるように形成されてよい。このような傾斜面３２９が形成されていることにより、作用外力により発生する引張応力負荷を、後述の第２の繊維強化樹脂シート３１２の長繊維全体で適切に負担することができる。また傾斜面３２９で段差が解消されているため、第２の繊維強化樹脂シート３１２の金属製補強部材３２０に対する密着性に優れ、金属製補強部材３２０の防錆能に優れる。

金属製補強部材３２０の厚み（傾斜面３２９が形成されていない部分）は、たとえば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下であってよい。

金属製補強部材３２０の表面（少なくとも内側表面および外側表面３２７であってよく、内側表面、外側表面３２７および端面３２４の全ての面であってもよい）は、粗化されていてよい。この場合の表面粗さは、１μｍ以上１００μｍ以下であってよい。これによって、第１の繊維強化樹脂シート３１１（および後述の第２の繊維強化樹脂シート３１２）との密着性、あるいはさらに端面３２４同士の密着性に優れる。

［１−４．第２の繊維強化樹脂シート］
第２の繊維強化樹脂シート３１２は、金属製補強部材３２０の外側表面３２７の全体を覆っている。第２の繊維強化樹脂シート３１２は、金属製補強部材３２０の外側表面３２７の全体を一度に覆うことが可能な形状および大きさを有するシートである。本実施形態では、第２の繊維強化樹脂シート３１２の１周分の巻回によって、一対の金属製補強部材３２０の外側表面３２７の全体がまとめて被覆されている。

本実施形態では、第２の繊維強化樹脂シート３１２が、金属製補強部材３２０よりも大きい形状および大きさのシートであることにより、金属製補強部材３２０の外側表面３２７と傾斜面３２９とを覆うとともに、第１の繊維強化樹脂シート３１１の外側表面にも密着している。第１の繊維強化樹脂シート３１１のマトリックス樹脂と、第２の繊維強化樹脂シート３１２のマトリックス樹脂とは一体的に硬化されており、その界面は互いに誘導する程度に十分に密着している。

第２の繊維強化樹脂シート３１２の繊維の形態、繊維の材質およびマトリックス樹脂の材質としては、前述の第１の繊維強化樹脂シート３１１の繊維の形態、繊維の材質およびマトリックス樹脂の材質といて挙げたものが同様に挙げられる。第２の繊維強化樹脂シート３１２は、繊維の形態、繊維の材質およびマトリックス樹脂の材質の点で、第１の繊維強化樹脂シート３１１と同じであることが好ましい。特にマトリックス樹脂が同じであることは、第１の繊維強化樹脂シート３１１のマトリックス樹脂と第２の繊維強化樹脂シート３１２のマトリックス樹脂との良好な一体的硬化態様が得られる点で好ましい。

第２の繊維強化樹脂シート３１２は、１層のみ積層されていてもよいし、２層以上（たとえば２層以上４層以下、または２層以上３層以下で）積層されていてもよいが、通常は１層であってよい。あるいは、第２の繊維強化樹脂シート３１２の積層厚が、たとえば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下となるように積層されていてよい。

なお、後述のケレン処理により金属下地が露出した部位の防錆目的、プリプレグシートの耐候性を向上させる目的、および色目を未補修部と合わせる目的などにより、処置部全体にさらに塗装が施されていてよい。

［２．補強または補修された金属製支柱構造の変形例］
図３は、補強または補修された金属製支柱構造の第１変形例を示す横断面図である。図４は、補強または補修された金属製支柱構造の第２変形例の一部縦断面図である。図５は、補強または補修された金属製支柱構造の第３変形例の横断面図である。図６は、補強または補修された金属製支柱構造の第４変形例の一部縦断面図である。
以下の変形例においては、主に上述の実施形態と異なる点について説明し、その他の部分は同じとして基本的に説明を省略する。

［２−１．第１変形例］
図３に示す補強または補修された金属製支柱構造１００ａは、金属製支柱２００ａと、第１の繊維強化樹脂シート３１１と、第２の繊維強化樹脂シート３１２と、金属製補強部材３２０ａとを含む。補強または補修された金属製支柱構造１００ａにおいては、金属製支柱２００ａにおける劣化態様および金属製補強部材３２０ａの大きさ・形状が、それぞれ、上述の補強または補修された金属製支柱構造１００における金属製支柱２００における劣化態様および金属製補強部材３２０の大きさ・形状と異なる。

金属製支柱２００ａには、劣化部２１０ａが存在する。本変形例における劣化部２１０ａは孔食の態様である。劣化部２１０ａの孔食のように部分的に程度の激しい腐食が存在する場合、劣化部２１０ａに樹脂Ｆａが充填されていてよい。

樹脂Ｆａとしては特に限定されないが、第１の繊維強化樹脂シート３１１および第２の繊維強化樹脂シート３１２に用いられるマトリックス樹脂として挙げたものと同様の樹脂が挙げられる。たとえば第１の繊維強化樹脂シート３１１のマトリックス樹脂と同じ樹脂であることは、第１の繊維強化樹脂シート３１１のマトリックス樹脂との良好な一体的硬化態様が得られる点で好ましい。

金属製補強部材３２０ａは、劣化部２１０ａ全体を、第１の繊維強化樹脂シート３１１を介して被覆するように貼設されている。本変形例では、劣化部２１０ａが金属製支柱２００ａの外周方向において部分的に存在するため、金属製補強部材３２０ａも、劣化部２１０ａ全体を第１の繊維強化樹脂シート３１１を介して被覆できる限りにおいて、金属製支柱２００ａの外周方向の全体でなく部分的に占める大きさおよび形状のパッチ部材として用いられる。

金属製補強部材３２０ａはパッチ部材であるため、その全周囲部に亘り傾斜面３２５が形成されていることが好ましい。傾斜面３２５は、上述の補強または補修された金属製支柱構造１００における金属製補強部材３２０に形成されている傾斜面３２９と同様に、周囲に向かって肉薄となるように、金属製補強部材３２０の周囲における肉厚が０ｍｍ超１ｍｍ以下となるように形成されてよい。あるいは、傾斜面３２５の勾配は、０％超１０％以下となるように形成されてよい。このような傾斜面３２５が形成されていることにより、第２の繊維強化樹脂シート３１２が傾斜面３２５を覆うため金属製補強部材３２０に対する密着性に優れ、金属製補強部材３２０ａの防錆能に優れる。

［２−２．第２変形例］
図４に示す補強または補修された金属製支柱構造１００ｂは、金属製支柱２００と、第１の繊維強化樹脂シート３１１と、第２の繊維強化樹脂シート３１２と、金属製補強部材３２０ｂとを含む。補強または補修された金属製支柱構造１００ｂにおいては、金属製補強部材３２０ｂの形状が、上述の補強または補修された金属製支柱構造１００における金属製補強部材３２０の形状と異なる。

金属製補強部材３２０ｂは、端面３２８に傾斜面（図１における金属製補強部材３２０の傾斜面３２９参照）が形成されていない。その代わり、金属製補強部材３２０ｂの端面３２８にシーリング樹脂Ｆｂが塗着されていてよい。シーリング樹脂Ｆｂは、第１の繊維強化樹脂シート３１１と金属製補強部材３２０ｂとの高低差を滑らかにする。シーリング樹脂Ｆｂは、端面３２８から離れるにつれシーリング樹脂Ｆｂの厚みが小さくなるように、最も離れた地点における厚みが０ｍｍ超１ｍｍ以下となるように形成されてよい。あるいは、シーリング樹脂Ｆｂの勾配は、０％超１０％以下となるように形成されてよい。

シーリング樹脂Ｆｂとしては特に限定されないが、第１の繊維強化樹脂シート３１１および第２の繊維強化樹脂シート３１２に用いられるマトリックス樹脂として挙げたものと同様の樹脂が挙げられる。たとえば第１の繊維強化樹脂シート３１１のマトリックス樹脂と同じ樹脂であることは、第１の繊維強化樹脂シート３１１のマトリックス樹脂および第２の繊維強化樹脂シート３１２との良好な一体的硬化態様が得られる点で好ましい。

第２の繊維強化樹脂シート３１２は、金属製補強部材３２０ｂの外側表面３２７およびシーリング樹脂Ｆｂの表面を被覆する。

［２−３．第３変形例］
図５に示す補強または補修された金属製支柱構造１００ｃは、金属製支柱２００と、第１の繊維強化樹脂シート３１１と、第２の繊維強化樹脂シート３１２と、金属製補強部材３２０ｃとを含む。補強または補修された金属製支柱構造１００ｃにおいては、金属製補強部材３２０ｃの形状および第１の繊維強化樹脂シート３１１の被覆態様が、それぞれ、上述の補強または補修された金属製支柱構造１００における金属製補強部材３２０の形状および第１の繊維強化樹脂シート３１１の被覆態様と異なる。

金属製補強部材３２０ｃは、第１の繊維強化樹脂シート３１１の外側表面に貼設された状態において、互いの端面３２４ｃの間に隙間がある形状を有する点が、補強または補修された金属製支柱構造１００における金属製補強部材３２０と異なる。

第１の繊維強化樹脂シート３１１は、金属製支柱２００の劣化部２１０を被覆するとともに、一対の金属製補強部材３２０ｃの端面３２４ｃ間の隙間を埋めるように折り返されている。これによって、金属製補強部材３２０ｃの端面３２４ｃは第１の繊維強化樹脂シート３１１に被覆され、外側表面３２７ｃは第２の繊維強化樹脂シート３１２に被覆される。

［２−４．第４変形例］
図６に示す補強または補修された金属製支柱構造１００ｄは、金属製支柱２００と、第１の繊維強化樹脂シート３１１と、第２の繊維強化樹脂シート３１２と、金属製補強部材３２０ｂとを含む。補強または補修された金属製支柱構造１００ｄにおいては、金属製補強部材３２０ｂの形状ならびに第１の繊維強化樹脂シート３１１および第２の繊維強化樹脂シート３１２の被覆態様が、それぞれ、上述の補強または補修された金属製支柱構造１００における金属製補強部材３２０の形状ならびに第１の繊維強化樹脂シート３１１および第２の繊維強化樹脂シート３１２の被覆態様と異なる。

金属製補強部材３２０ｂは、端面３２８に傾斜面（図１における金属製補強部材３２０の傾斜面３２９参照）が形成されていない。第１の繊維強化樹脂シート３１１は、端面３２８を被覆するように折り返されている。これによって、金属製補強部材３２０ｂの端面３２８は第１の繊維強化樹脂シート３１１に被覆され、外側表面３２７は第２の繊維強化樹脂シート３１２に被覆される。

［３．金属製支柱を補強または補修する方法］
図７から図１１は、金属製支柱を補強または補修する方法の一例について、各工程を示す。図７から図１１に説明する方法は、図１および図２に示す構造を得る方法の一例である。

［３−１．前処置］
図７に示すように、補強または補修すべき金属製支柱２００の、グラウンドレベルＧＬから下の部分を掘削によって露出させ、補強または補修すべき部位である劣化部２１０を露出させる。劣化部２１０を含む所定の面（後述の第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’で被覆する面）は、金属製支柱２００の金属下地が露出するまでケレン処理してよい。ケレン処理としては、ワイヤーブラシやディスクグラインダー、サンドブラストおよびブリストルブラストによる方法が挙げられる。ケレン処理によって、錆びが落とされ表面を均すことができ、また、表面が粗化されることにより、後述の第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’の接着力を上げることができる。

また、ケレン後においても１ｍｍ以上の不陸があれば、樹脂を塗布して不陸を均しておいてもよい。この場合の樹脂としては、後述の第１の繊維強化樹脂シートにおけるマトリックス樹脂として挙げるものを用いることができ、好ましくは、第１の繊維強化樹脂シートにおけるマトリックス樹脂と好ましい一体的硬化態様を得るために、当該マトリックス樹脂と同じ樹脂を用いることができる。

［３−２．第１被覆工程］
次に、図８に示すように、金属製支柱２００の劣化部２１０を第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’で被覆する（第１被覆工程）。第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’は、上述の第１の繊維強化樹脂シート３１１の完全硬化前のものである。つまり、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’は、上述の第１の繊維強化樹脂シート３１１で述べた繊維に、マトリックス樹脂が完全硬化されていない状態（未硬化または半硬化）で含浸されている。含浸されたマトリックス樹脂には、硬化剤および硬化促進剤が含まれていてよく、さらに、着色剤および各種添加剤などが含まれていてもよい。マトリックス樹脂が完全硬化されていないことにより、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’は柔軟であり、該シート表面は粘着性を有する。

たとえば、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’として、繊維方向が一方向に引き揃えられたものを用いる場合、繊維方向が金属製支柱２００の軸方向に沿うように合わせ、金属製支柱２００に巻き付けることができる。

［３−３．貼設工程］
第１被覆工程の後、図９に示すように、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’の外側表面に金属製補強部材３２０を貼設する（貼設工程）。本実施形態では、金属製補強部材３２０として、金属製支柱２００の外周面に沿う内周面形状を有する半割管を一対用いる態様を例示する。この半割管は、軸心方向の両端部分がそれぞれの末端に向かって肉薄となる傾斜面３２９が形成されている。

一対の半割管の対向する端面（図２における端面３２４参照）に速硬化型の接着剤を塗布し、金属製支柱２００を取り囲むように、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’の外側表面を被覆するとともに、端面同士を接着性樹脂により接着する。当該端面がケレン処理されていれば、端面同士の接着性はさらに優れる。

金属製補強部材３２０は、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’の外側表面の粘着性によって仮固定された状態で貼設される。さらに、金属製補強部材３２０の内側表面がケレン処理されていれば、貼設時の接着性はさらに優れる。

［３−４．第２被覆工程］
貼設工程の後、図１０に示すように、金属製補強部材３２０を第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’で被覆する（第２被覆工程）。第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’は、上述の第２の繊維強化樹脂シート３１２の完全硬化前のものである。つまり、第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’は、上述の第２の繊維強化樹脂シート３１２で述べた繊維に、マトリックス樹脂が完全硬化されていない状態（未硬化または半硬化）で含浸されている。含浸されたマトリックス樹脂には、硬化剤および硬化促進剤が含まれていてよく、さらに、着色剤および各種添加剤などが含まれていてもよい。マトリックス樹脂が完全硬化されていないことにより、第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’は柔軟であり、該シート表面は粘着性を有する。

たとえば、第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’として繊維方向が一方向に引き揃えられたものを用いる場合、繊維方向が金属製支柱２００の軸方向に沿うように合わせ、金属製補強部材３２０の端面（図２における端面３２４参照）の継ぎ目を被覆して巻き付けることができる。

本実施形態においては、第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’の形状および大きさは、金属製補強部材３２０の外側表面３２７（図９参照）とともに、軸方向の両端部に形成された傾斜面３２９（図９参照）を被覆し、かつ、金属製補強部材３２０の周囲で、最内層である第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’にも接着することができるように構成されている。このため、内側表面が第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’に接着している金属製補強部材３２０は、外側表面３２７および傾斜面３２９は第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’によって被覆され、かつ、周囲では第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’と第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’との接着によってシールされ、腐食環境からより良好に遮蔽されることができる。したがって、より良好な防錆能を得ることができる。

［３−５．硬化工程］
第２被覆工程の後、図１１に示すように、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’および第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’を硬化させる。金属製支柱２００に、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’および第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’が被覆された箇所へシリコンラバーヒーター７１０を装着し、さらに、それら全体を覆うように構成された保温治具７２０を装着する。ヒーターを起動させて第１の繊維強化樹脂プリプレグシート３１１’および第２の繊維強化樹脂プリプレグシート３１２’（、および不陸を均すために樹脂が塗布された場合は当該塗布された樹脂）を熱硬化させる。これにより、第１の繊維強化樹脂シート３１１および第２の繊維強化樹脂シート３１２（図１および図２参照）が金属製補強部材３２０とともに金属製支柱２００に固定される。

硬化工程が終了した後は、ケレン処理により金属下地が露出した部位の防錆目的、プリプレグシートの耐候性を向上させる目的、および色目を未補修部と合わせる目的などにより、処置部全体に、仕上げの塗装を施してよい。その後、グラウンドレベルＧＬより下の地中埋設部分を埋め戻して現状復帰させる。

以下、実施例を挙げ、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の発明に限定されるものではない。

本実施例では、以下に示すように図７から図１１の工程に基づいて、図１および図２に示す構造の補強された金属製支柱構造を得た。

（ａ）金属製支柱として、路面境界部が土砂にて埋め戻されている照明支柱（外径φ１６５．２ｍｍ、厚み５．０ｍｍの一般構造用炭素鋼管）を対象にした。グラウンドレベルより約３０ｃｍ掘り下げ、路面境界部を露出させた。ケレンにはＭＢＸ社製ブリストルブラスターを使用し、金属製支柱の下地の金属色が目視確認できるまで処理した。錆の発生で腐食進行が激しく、ケレン後の不陸が顕著な部分に対しては、熱硬化性エポキシ樹脂パテ剤を塗布し平滑な面を形成した。

（ｂ）第１の繊維強化樹脂プリプレグシートとして、炭素繊維プリプレグシート（三菱レイヨン社製 ＵＤプリプレグタフキュア １００ｇ／ｍ^２）を、幅５２０×高さ４００ｍｍ（高さ方向と繊維方向が一致）に裁断した。この第１の繊維強化樹脂プリプレグシートを金属製支柱へ１周巻回させて貼り付けた。貼り付け方向は、第１の繊維強化樹脂プリプレグシートの高さ方向（つまり繊維方向）が金属製支柱の高さ方向に沿う方向とし、貼り付け範囲は、グラウンドレベル±２００ｍｍの範囲とした。

（ｃ）金属製補強部材として、予めサンドブラスト処理された半割鋼管（外径φ１７６ｍｍ、高さ２００ｍｍ、厚み５．０ｍｍ、軸方向の端部をテーパー加工、半割で一対となったもの）を用い、分割面（端面）に速硬化型エポキシ系接着剤を塗布し、第１の繊維強化樹脂プリプレグシート上へ、金属製支柱を囲むように仮固定した。この際、金属製補強部材の半割管の高さ１００ｍｍの点がグラウンドレベルと一致する位置で貼設した。

（ｄ）第２の繊維強化樹脂プリプレグシートとして、炭素繊維プリプレグシート（三菱レイヨン社製 ＵＤプリプレグタフキュア １００ｇ／ｍ^２）を、幅５５３×高さ４００ｍｍ（高さ方向と繊維方向が一致）に裁断した。この第２の繊維強化樹脂プリプレグシートを、１周巻回させて貼り付けた。貼り付け方向は、第２の繊維強化樹脂プリプレグシートの高さ方向（つまり繊維方向）が金属製支柱の高さ方向に沿う方向とした。
その後、グラウンドレベルに相当する部位に、帯状のテフロン（登録商標）シート(５５３ｘ１０×１ｍｍ)を巻付け、更にその上からステンレス製結束バンドにて締め上げた。

（ｅ）シリコンラバーヒーター７１０と保温治具７２０からなる専用の加熱装置一式を用い、１０分で１５０℃まで昇温させ、トータル３０分間維持した。その後、加熱装置を外した。この加熱によって、第１の繊維強化樹脂プリプレグシートおよび第２の繊維強化樹脂プリプレグシートは熱硬化されて固着し、機械強度、接着力、耐腐食性が発揮される。

（ｆ）その後、ケレン処理により金属下地が露出した部位、およびプリプレグシートに、仕上げの塗装を施し、その後、グラウンドレベルＧＬより下の地中埋設部分を埋め戻して現状復帰させた。

当該金属製支柱の健全状態での断面係数Ｚは、９７．８ｃｍ^３であった。これに対し、補強後の金属製支柱構造体の断面係数Ｚは１１２ｃｍ^３であった。したがって、健全状態の金属製支柱の断面係数に比べて約１５％増しの強度を得ることができた。さらに、金属補強材はその全面を繊維強化樹脂シートで包囲されているため、腐食環境から遮蔽され、かつ、補強材自身が半割により継ぎ目が存在していることによる性能の劣化は阻止されている。従って、非常に耐久性に優れた構造体が得られた。

本発明の好ましい実施形態は上記の通りであるが、本発明はそれらのみに限定されるものではなく、本発明の趣旨から逸脱することのない様々な実施形態が他になされる。

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｄ 補強または補修された金属製支柱構造
２００，２００ａ 金属製支柱
２１０，２１０ａ 劣化部（金属製支柱の補強または補修すべき部分）
３１１ 第１の繊維強化樹脂シート
３１１’ 第１の繊維強化樹脂プリプレグシート
３１２ 第２の繊維強化樹脂シート
３１２’ 第２の繊維強化樹脂プリプレグシート
３２０，３２０ｂ，３２０ｃ 金属製補強部材（金属製支柱の周方向の全部を覆う大きさを有するもの）
３２０ａ 金属製補強部材（金属製支柱の周方向の一部を覆う大きさを有するもの）
３２４ｃ，３２８ 端面
３２９ 傾斜面（端部に向かって肉薄となるように形成されている部分）
３２７，３２７ｃ （金属製補強部材の）外側表面
Ｆｂ シーリング樹脂

Claims (9)

1. 金属製支柱の補強または補修すべき部分を第１の繊維強化樹脂プリプレグシートで被覆する第１被覆工程と、
   前記第１の繊維強化樹脂プリプレグシートの外側表面に金属製補強部材を貼設する貼設工程と、
   前記金属製補強部材の外側表面を、前記金属製補強部材の少なくとも前記外側表面の全てを覆う大きさおよび形状の第２の繊維強化樹脂プリプレグシートで被覆する第２被覆工程と、
   前記第１の繊維強化樹脂プリプレグシートおよび前記第２の繊維強化樹脂プリプレグシートのマトリックス樹脂を硬化させる硬化工程と、
   を含む、金属製支柱を補強または補修する方法。
2. 前記金属製補強部材による貼設面積が、前記金属製支柱の周方向の一部を覆う大きさである、請求項１に記載の金属製支柱を補強または補修する方法。
3. 前記金属製補強部材による貼設面積が、前記金属製支柱の周方向の全部を覆う大きさである、請求項１に記載の金属製支柱を補強または補修する方法。
4. 前記金属製補強部材が、前記金属製支柱の表面形状に沿った割管状である、請求項１から３のいずれか１項に記載の金属製支柱を補強または補修する方法。
5. 前記金属製補強部材の端面が、前記第１の繊維強化樹脂プリプレグシートおよび前記第２の繊維強化樹脂プリプレグシートの少なくともいずれかによって被覆されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の金属製支柱を補強または補修する方法。
6. 前記金属製補強部材が、端部に向かって肉薄となるように形成されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の金属製支柱を補強または補修する方法。
7. 前記金属製補強部材の端面にシーリング剤樹脂が塗着されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の金属製支柱を補強または補修する方法。
8. 前記金属製補強部材の外側表面および内側表面の表面粗さが１μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１から７のいずれか１項に記載の金属製支柱を補強または補修する方法。
9. 金属製支柱の補強または補修すべき部分を被覆する第１の繊維強化樹脂シートと、
   前記第１の繊維強化樹脂シートの表面に貼設された金属製補強部材と、
   前記金属製補強部材の表面を被覆する、前記金属製補強部材の前記表面よりも大きい表面積を有する第２の繊維強化樹脂シートと、を含み、
   前記第１の繊維強化樹脂シートおよび前記第２の繊維強化樹脂シートにおける樹脂が一体的に硬化されている、
   補強または補修された金属製支柱構造。