JP6552837B2 - Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure - Google Patents
Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure Download PDFInfo
- Publication number
- JP6552837B2 JP6552837B2 JP2015037016A JP2015037016A JP6552837B2 JP 6552837 B2 JP6552837 B2 JP 6552837B2 JP 2015037016 A JP2015037016 A JP 2015037016A JP 2015037016 A JP2015037016 A JP 2015037016A JP 6552837 B2 JP6552837 B2 JP 6552837B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reinforcing
- steel
- fiber
- resin
- steel structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、連続した強化繊維を含む強化繊維含有材料を使用して、橋梁、建築、機械等の鋼構造物を補修補強(以後、単に「補強」という。)する鋼構造物の補強方法、及び、鋼構造物補強用の積層材に関するものである。 The present invention uses a reinforcing fiber-containing material containing continuous reinforcing fibers to repair and reinforce (hereinafter simply referred to as “reinforcement”) a steel structure such as a bridge, a building or a machine. And, it relates to a laminated material for reinforcing a steel structure.
従来、補強対象構造物の鋼材表面に鋼板を溶接若しくは高力ボルトにより添接し既設鋼材の応力度を低減する工法が実施されている。ただ、この工法は、溶接や孔開けが必要で補強鋼板の重量があるため工事が大掛かりとなり、また、溶接による残留応力や孔開けによる断面欠損など構造上弱点となる可能性がある。 Conventionally, a method of reducing the degree of stress of existing steel materials by welding steel plates to the surface of steel materials to be reinforced or welding them with high-strength bolts has been implemented. However, this method requires welding and drilling, and the weight of the reinforcing steel plate is large, so that the construction becomes large, and there is a possibility of structural weaknesses such as residual stress due to welding and cross-sectional defects due to drilling.
そこで、近年、溶接や孔開けが不要で工事が簡便であるという理由から、補強対象構造物の鋼材表面に強化繊維含有材料を接着剤で張り付け既設鋼材の応力度を低減する工法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in recent years, a method of bonding the reinforcing fiber-containing material to the steel surface of the structure to be reinforced with an adhesive and reducing the stress level of the existing steel has been proposed because welding and drilling are unnecessary and construction is simple. (See, for example, Patent Document 1).
上述のように、強化繊維含有材料を鋼構造物に接着剤で張り付ける補強方法は、利点として、材料が軽量であるので施工時のハンドリングが容易であること、接着するだけで補強できるので、鋼材にボルト孔を設けるなど特殊な加工が必要ないことが挙げられる。 As described above, the reinforcing method of bonding the reinforcing fiber-containing material to the steel structure with an adhesive is advantageous because the material is lightweight, so that handling at the time of application is easy, and it can be reinforced only by bonding. It is mentioned that special processing such as providing bolt holes in steel is not necessary.
しかしながら、強化繊維含有材料として、例えば、炭素繊維に樹脂を含浸して硬化した炭素繊維強化樹脂板(以下、「CFRP板」という。)を使用した場合は、このCFRP板は、線膨張係数がほぼ0μ/℃であるため、温度変化を受けるとCFRP板が接着された鋼材には内部応力(即ち、熱応力)が生じる。鋼材に生じる応力を低減させるための補強工法としてCFRP板が接着されるので、温度変化を受けて鋼材に熱応力が生じることは好ましくない。 However, when a carbon fiber reinforced resin plate (hereinafter referred to as "CFRP plate") obtained by impregnating a carbon fiber with a resin and curing is used as the reinforcing fiber containing material, for example, this CFRP plate has a linear expansion coefficient Since it is approximately 0 μ / ° C., an internal stress (that is, a thermal stress) is generated in the steel to which the CFRP plate is bonded when it receives a temperature change. Since a CFRP plate is adhered as a reinforcement method for reducing the stress generated in the steel material, it is not preferable that a thermal stress is generated in the steel material due to a temperature change.
特許文献2は、本願添付の図13(a)、(b)に示すように、鋼部材200より線膨張係数が大きい、例えば、線膨張係数が鋼の約2倍のアルミニウム合金板(以下、「AL板」という。)10をCFRP板1と共に鋼部材200に積層して接着することにより、温度変化によって鋼部材200に生じる熱応力、及び、鋼部材200と補強材(CFRP板+AL板)100との接着界面に生じる熱応力を低減させる鋼構造物の補強方法を記載している。
As shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b) attached to this application,
つまり、図13(a)、(b)に示すように、例えば、CFRP板1とAL板10から成る積層板(即ち、補強板)100を鋼部材200の片面に接着した場合、鋼部材の剛性が小さく、積層板100が接着された鋼部材、即ち、合成部材の図心からCFRP板1及びAL板10の図心までの距離dν1、dν2が短い場合、鋼部材200に対するCFRP板1とAL板10の相対伸びの差と図心間の距離の差によって合成部材に曲げモーメントMνが生じる。
That is, as shown in FIGS. 13A and 13B, for example, when a laminated plate (that is, a reinforcing plate) 100 composed of the
そこで、曲げモーメントMνをゼロ(Mν=0)とするためにCFRP板1とAL板10から成る積層板100の線膨張係数と鋼部材200の線膨張係数とを一致させるように、CFRP板1とAL板10を設計することによって、鋼部材200に生じる熱応力を低減することができる。
Therefore, in order to make the bending moment Mv be zero (Mv = 0), the
上述のように、上記特許文献2に記載の鋼構造物の補強方法では、鋼部材表面にCFRP板とAL板を重ねて積層する構造であったが、本発明者らは、多くの研究実験の結果、鋼部材表面に、CFRP板とAL板を互いに隣接して交互に並べることでも温度変化によって鋼板に生じる熱応力を低減させ得ることを見出した。
As described above, the steel structure reinforcing method described in
本発明は、斯かる本発明者らの新規な知見に基づくものである。 The present invention is based on such novel findings of the present inventors.
本発明の目的は、鋼構造物を構成する鋼部材の表面に補強材を接着剤で接着する鋼構造物の補強方法において、温度変化により鋼材に発生する熱応力を低減し、十分な補強効果を得ることができる鋼構造物の補強方法、及び、鋼構造物補強用積層材を提供することである。 An object of the present invention is to provide a steel structure reinforcing method in which a reinforcing material is bonded to the surface of a steel member constituting the steel structure with an adhesive, and the thermal stress generated in the steel material due to a temperature change is reduced to achieve a sufficient reinforcing effect. It is an object of the present invention to provide a method of reinforcing a steel structure and a laminate for reinforcing a steel structure, by which the steel structure can be obtained.
上記目的は本発明に係る鋼構造物の補強方法及び鋼構造物補強用積層材にて達成される。要約すれば、第1の本発明によれば、鋼構造物を構成する鋼材の表面に補強材を接着剤にて接着する鋼構造物の補強方法において、
前記補強材は、鋼構造物を構成する鋼材より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料と、鋼材より線膨張係数が大きな合金材料とにて構成され、
前記鋼材表面に、前記強化繊維含有材料と前記合金材料とを前記鋼材の表面に沿って横方向に交互に並べて接着剤にて接着し、前記鋼材の温度変化により前記鋼材に発生する熱応力を低減することを特徴とする鋼構造物の補強方法が提供される。
The above object is achieved by the method for reinforcing a steel structure according to the present invention and a laminate for reinforcing a steel structure. In summary, according to the first aspect of the present invention, in the method for reinforcing a steel structure, the reinforcing material is bonded to the surface of the steel material constituting the steel structure with an adhesive.
The reinforcing material is composed of a reinforcing fiber-containing material having a smaller linear expansion coefficient than the steel material constituting the steel structure, and an alloy material having a larger linear expansion coefficient than the steel material,
On the surface of the steel material, the reinforcing fiber-containing material and the alloy material are alternately arranged in the lateral direction along the surface of the steel material and bonded with an adhesive, and the thermal stress generated in the steel material due to the temperature change of the steel material. There is provided a method for reinforcing a steel structure characterized in that it is reduced.
第2の本発明によれば、鋼構造物を構成する鋼材の表面に補強材を接着剤にて接着する鋼構造物の補強方法において、
前記補強材は、鋼構造物を構成する鋼材より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料と、鋼材より線膨張係数が大きな合金材料とを前記鋼材の表面に沿って横方向に交互に並べてシート状に保持して一体に形成され、
前記シート状の補強材を前記鋼材の表面に接着剤にて接着し、前記鋼材の温度変化により前記鋼材に発生する熱応力を低減することを特徴とする鋼構造物の補強方法が提供される。
According to the second aspect of the present invention, in the method for reinforcing a steel structure in which the reinforcing material is bonded to the surface of the steel material constituting the steel structure with an adhesive,
The reinforcing material is a sheet-like material in which a reinforcing fiber-containing material having a smaller linear expansion coefficient than that of the steel material constituting the steel structure and an alloy material having a larger linear expansion coefficient than that of the steel material are alternately arranged laterally along the surface of the steel material. To be integrally formed,
There is provided a method for reinforcing a steel structure, characterized in that the sheet-like reinforcing material is bonded to the surface of the steel material with an adhesive, and thermal stress generated in the steel material due to a temperature change of the steel material is reduced. .
第3の本発明によれば、鋼構造物を構成する鋼材の表面に接着剤にて接着して鋼構造物を補強するための鋼構造物補強用積層材であって、
鋼構造物を構成する鋼材より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料と、鋼材より線膨張係数が大きな合金材料とを前記鋼材の表面に沿って横方向に交互に並べてシート状に保持して一体に形成されていることを特徴とする鋼構造物補強用積層材が提供される。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a steel structure reinforcing laminate for reinforcing a steel structure by bonding with an adhesive to the surface of the steel material constituting the steel structure,
Reinforced fiber-containing material having a smaller linear expansion coefficient than that of the steel constituting the steel structure and an alloy material having a larger linear expansion coefficient than that of the steel are alternately arranged in the lateral direction along the surface of the steel, and are held in a sheet form to be integrated. There is provided a laminate for reinforcing a steel structure, which is characterized in that
上記本発明の一実施態様によると、前記補強材は又は前記鋼構造物補強用積層材は、前記鋼材表面に複数層接着される。 According to one embodiment of the present invention, the reinforcing material or the steel structure reinforcing laminate is bonded to the surface of the steel material in a plurality of layers.
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維含有材料及び前記合金材料は、前記鋼材の長手方向に延在した板状又は棒状とされる。 According to another embodiment of the present invention, the reinforcing fiber-containing material and the alloy material are in the form of a plate or rod extending in the longitudinal direction of the steel material.
本発明の他の実施態様によると、前記鋼材の線膨張係数(αs)は、10(μ/℃)≦αs≦18(μ/℃)であり、前記鋼材に接着された前記強化繊維含有材料の線膨張係数(αf)は、−15(μ/℃)≦αf<αsであり、前記合金材料の線膨張係数(αa)は、αs<αa≦30(μ/℃)である。 According to another embodiment of the present invention, the linear expansion coefficient (αs) of the steel material is 10 (μ / ° C.) ≦ αs ≦ 18 (μ / ° C.), and the reinforcing fiber-containing material bonded to the steel material The linear expansion coefficient (αf) of the alloy material is −15 (μ / ° C.) ≦ αf <αs, and the linear expansion coefficient (αa) of the alloy material is αs <αa ≦ 30 (μ / ° C.).
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維含有材料は、連続した強化繊維を一方向に引き揃えて作製されるか、又は、強化繊維にマトリクス樹脂が含浸され、硬化された連続した繊維強化プラスチック線材を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃えて作製されるか、又は、一方向に引き揃えた連続した強化繊維シートに樹脂が含浸され、前記樹脂が硬化された繊維強化樹脂である。 According to another embodiment of the present invention, the reinforcing fiber-containing material is produced by aligning continuous reinforcing fibers in one direction, or continuous fibers in which the reinforcing fibers are impregnated with a matrix resin and cured. A fiber-reinforced resin in which a plurality of reinforced plastic wires are produced in a longitudinal direction and aligned in a sag-like manner, or a continuous reinforcing fiber sheet aligned in one direction is impregnated with a resin and the resin is cured. is there.
本発明の他の実施態様によると、前記合金材料は、アルミニウム合金、ステンレス合金、又は、マグネシウム合金である。 According to another embodiment of the present invention, the alloy material is an aluminum alloy, a stainless steel alloy or a magnesium alloy.
本発明の他の実施態様によると、前記強化繊維含有材料の強化繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維、又は、アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用され、
前記強化繊維含有材料に含浸されるマトリクス樹脂及び前記接着剤は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ビニロンなどの熱可塑性樹脂である。
According to another embodiment of the present invention, the reinforcing fiber of the reinforcing fiber-containing material may be carbon fiber, glass fiber, inorganic fiber such as basalt fiber, or aramid, PBO (polyparaphenylene benzbisoxazole), polyamide, poly Organic fibers such as arylates and polyesters are used singly or in mixtures of two or more species,
The matrix resin impregnated in the reinforcing fiber-containing material and the adhesive are heat-curable epoxy resin, vinyl ester resin, MMA resin, acrylic resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, etc. It is a curable resin, or a thermoplastic resin such as nylon or vinylon.
本発明の鋼構造物の補強方法、及び、鋼構造物補強用積層材によれば、温度変化により鋼材に発生する熱応力を低減し、十分な補強効果を得ることができる。 According to the steel structure reinforcing method and the steel structure reinforcing laminated material of the present invention, the thermal stress generated in the steel material due to temperature change can be reduced, and a sufficient reinforcing effect can be obtained.
以下、本発明に係る鋼構造物の補強方法及び鋼構造物補強用積層材を図面に則して更に詳しく説明する。 Hereinafter, the method for reinforcing a steel structure and the laminate for reinforcing a steel structure according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
先ず、図13(a)、(b)を参照して上述した、特許文献2に記載されるような鋼構造物を構成する鋼部材200の表面に補強材100を構成するCFRP板のような強化繊維含有材料1と、例えばAL板のような合金板とされる合金材料10を重ねて積層し、接着剤で接着する鋼構造物の補強方法において、温度変化により鋼部材200に発生する熱応力が低減されることについて簡単に説明する。
First, as described above with reference to FIGS. 13 (a) and 13 (b), such as a CFRP plate constituting the reinforcing
図14(a)、(b)に示すように、鋼部材200の片側に補強材100として複数(N)の補強用当て板100aが接着剤110で接着された場合に生じる熱応力は、次式(式(1)〜(6))で与えられる。
As shown in FIGS. 14A and 14B, the thermal stress generated when a plurality (N) of reinforcing
また、鋼部材200の補強に際して、当て板100aとして、図13に示すように、CFRP板1とAL板10を使用し、これら当て板100aが接着されて一体となった複合板(即ち、補強材100)を使用した場合について説明すると、該補強材100線膨張係数ανは、各CFRP板1と各AL板10の熱伸縮による内力のつり合いから次式(7)で与えられる。
Further, when reinforcing the
式(7)のανを鋼部材200の線膨張係数αsに置換し、CFRP板1に対するAL板10の伸び剛性比EaAa/(EfAf)に対して解いて次式(8)を得る。
The equation (7) is substituted for the linear expansion coefficient αs of the
この式(8)に、鋼部材200、CFRP板1及びAL板10の線膨張係数を代入して、CFRP板とAL板の補強材10の線膨張係数を、鋼部材200のそれと等しくするCFRP板の伸び剛性に対するAL板の伸び剛性が設計できる。
By substituting the linear expansion coefficients of the
ここで、例えば、鋼部材(鋼板)200に対して当て板としてCFRP板1とAL板10とを使用し、合成断面からのCFRP板1とAL板10の図心の距離の差によって生じる上記式(3)のMνの値を0にするために、図15に示すように、2枚のAL板10、10の間にCFRP板1を積層して接着剤110で接着した積層板(補強材)100を使用した場合について説明する。
Here, for example, the
この場合、鋼板200、CFRP板1、接着剤110、AL板10として、下記表1に記載される仕様の材料を使用した場合、上記式(7)、(8)で計算されるAL板10とCFRP板1から成る補強材100の線膨張係数は、10.8μ/℃となった。
In this case, when the material of the specification described in the following Table 1 is used as the
上記構成の試験体(以下、「試験体ACA」という。)に対して暴露試験を行い、その時の1日の気温の変動と、熱応力の変化を図16(a)、(b)に示す。図16(b)から、CFRP板1とAL板10を接着した試験体ACAでは、AL板10(及びCFRP板1)に熱応力が生じているが、鋼板200の熱応力がほぼ0となっていることが分かる。それらの値も午前8時からの相対温度差と上記式(1)、(2)の計算値とほぼ一致していることが分かる。
An exposure test is performed on the test body of the above configuration (hereinafter referred to as “test body ACA”), and the change in air temperature and the change in thermal stress on that day are shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b). . From FIG. 16 (b), in the test body ACA in which the
上述のように、CFRP板1とAL板10を鋼板200に重ねて積層して熱応力を低減させる工法では、積層板(補強材)100を鋼部材の片面に接着する場合、鋼板のような薄い部材では、積層の順序による影響を受けて、鋼部材の熱応力を受ける場合があるが、合成断面からCFRP板1とAL板10の図心の距離の差によって生じるMνが0となるようにCFRP板1とAL板10を積層することにより、鋼板200の熱応力を大幅に低減することできる。
As described above, in the construction method in which the
そこで、本発明者らは、上記諸知見に鑑みて、更に実験研究を行った結果、図1(a)〜(c)に示すように、CFRP板のような強化繊維含有材料1と、合金材料であるAL板のような合金板10を、鋼部材200の表面に沿って横方向に交互に並べて接着することによっても、上記説明した鋼構造物の補強方法と同様の成果を達成し得ることを見出した。
In view of the above findings, the present inventors have conducted further experimental studies. As a result, as shown in FIGS. 1A to 1C, the reinforcing fiber-containing
つまり、図1(a)、(b)を参照すると、本発明に係る鋼構造物の補強方法によれば、所定の厚さ(T)、例えば、1〜50mm厚の鋼、ステンレス鋼などの鋼材にて構成される鋼構造物200に対して、鋼材の被補強面201に鋼構造物補強材100が接着剤110により接着されて一体化される。
That is, referring to FIGS. 1 (a) and 1 (b), according to the method for reinforcing a steel structure according to the present invention, a predetermined thickness (T), for example, steel having a thickness of 1 to 50 mm, stainless steel, etc. The steel
本発明によれば、鋼構造物補強材100は、鋼構造物を構成する鋼材200より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料1と、鋼材200より線膨張係数が大きな合金材料10とにて構成される。また、本発明によれば、補強材100を構成する強化繊維含有材料1と合金材料10は、鋼材200の被補強面201に、交互に並んで接着剤110にて接着される。即ち、図1(a)、(b)に示す例では、補強材100は、鋼板とされる鋼材200の下面201に、左側から右側へと、合金材料10、強化繊維含有材料1、合金材料10、強化繊維含有材料1、合金材料10、強化繊維含有材料1、合金材料10といったように各部材の端縁が互いに隣接して並設される。必要に応じて、上記鋼材表面に接着された補強材100の上に、更に積層して、上記と同様に、強化繊維含有材料1と合金材料10とを交互に並設して構成される補強材100を更に接着することができる。
According to the present invention, the steel
別法として、補強材100は、図1(a)に示すように、強化繊維含有材料1と合金材料10とを互いに隣接して並設し、各隣接した強化繊維含有材料1と合金材料10との端縁部を接着剤にて接合してシート状とするか、或いは、図7(a)、(b)に示すように、メッシュ状の或いはテープ状の固定材3などにて並設された各強化繊維含有材料1と合金材料10とを一体に保持し、シート状とした積層材とすることもできる。
Alternatively, as shown in FIG. 1A, the reinforcing
更に説明すれば、図7(a)にて、線材固定材としてのメッシュ状の支持体シートを構成する縦糸4及び横糸5の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シートをシート状に配列した合金材料10と強化繊維含有材料1の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート3の縦糸4及び横糸5の部分を合金材料10と強化繊維含有材料1に溶着する。
More specifically, in FIG. 7A, the surface of the
メッシュ状支持体シート3は、2軸構成のほかに、ガラス繊維を3軸に配向して形成したり、或いは、ガラス繊維を一方向に配列された炭素繊維に対して直交する横糸5のみを配置した、所謂、1軸に配向して形成して前記シート状に引き揃えた炭素繊維に接着することもできる。
In addition to the biaxial configuration, the mesh-shaped
又、上記線材固定材3の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。
Moreover, as a yarn of the above-mentioned
更に、各強化繊維含有材料1と合金材料10とを一体に保持し、シート状に固定する他の方法としては、図7(b)に示すように、線材固定材3として、例えば、粘着テープ又は接着テープなどとされる可撓性帯材を使用することができる。可撓性帯材3は、シート形態を成す合金材料10と強化繊維含有材料1の長手方向に対して垂直方向に合金材料10と強化繊維含有材料1の片側面、又は、両面を貼り付けて固定する。
Furthermore, as another method for holding each reinforcing fiber-containing
つまり、可撓性帯材3として、幅(w1)2〜30mm程度の、塩化ビニルテープ、紙テープ、布テープ、不織布テープなどの粘着テープ又は接着テープが使用される。これらテープ3を、通常、10〜100mm間隔(P)で合金材料10と強化繊維含有材料1の長手方向に対して垂直方向に貼り付ける。
That is, as the
更に、可撓性帯材3としては、ナイロン、EVA樹脂などの熱可塑性樹脂を帯状に、線材2の長手方向に対して垂直方向に片側面、又は、両面に熱融着させることによっても達成される。
Furthermore, as the
上記シート状とされる積層材(補強材)100を所定の鋼材200の被補強面に接着剤110にて接着することができる。このシート状とされる積層材100は、必要に応じて、鋼材表面に複数層積層して接着することができる。
The sheet-like laminated material (reinforcement material) 100 can be bonded to the surface to be reinforced of a
上記説明では、補強材100の両端部は合金材料10であるとして説明したが、これに限定されるものではなく、補強材100の両端部を強化繊維含有材料1とすることもできる。
In the above description, it has been described that both ends of the reinforcing
次に、本発明にて使用する各材料について更に説明する。 Next, each material used in the present invention will be further described.
(鋼構造物補強材)
鋼構造物補強材100は、図1(a)に示すように、鋼材200より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料1と、鋼材200より線膨張係数が大きな合金材料10とを交互に並べて構成される。通常、鋼材200は、その線膨張係数(αs)が、10(μ/℃)≦αs≦18(μ/℃)とされる。従って、強化繊維含有材料1は、含有した強化繊維自体の線膨張係数(αft)は−15(μ/℃)≦αft<αsとされ、また、マトリクス樹脂自体の線膨張係数(αfm)は、通常、30(μ/℃)≦αfm≦150(μ/℃)とされるが、マトリクス樹脂含浸硬化された状態での強化繊維含有材料自体の線膨張係数(αf)は、−15(μ/℃)≦αf<αsとされる。また、合金材料10は、線膨張係数(αa)は、αs<αa≦30(μ/℃)とされる。
(Steel structure reinforcement)
As shown in FIG. 1A, the steel
補強材100を構成する強化繊維含有材料1及び合金材料10は、任意の形状とし得る。上記図1(a)〜(c)には、断面が矩形(長方形)状の平らな、所謂、細長の板状(短冊状)部材として説明したが、図1(d)に示すように、断面が矩形(略正方形)、円形或いは楕円形とされる細長の棒状部材とするか、或いは、その他の形状とし得る。
The reinforcing fiber-containing
強化繊維含有材料1に関して言えば、特に、炭素繊維等を使用した強化繊維含有材料1に関して言えば、線膨張係数は小さく、鋼材200の軸直角方向の影響など考慮する必要はないが、一方、合金材料10の鋼材200の軸直角方向の線膨張係数は、軸方向と同じであるので、鋼部材200と合金材料10間の相対伸びの差によって軸直角方向にも熱応力が生じる。従って、特に、合金材料10について言えば、鋼材軸直角方向の熱応力の影響を小さくするために、図1(a)〜(c)に示すように、鋼部材200の長手方向に延在した横断面が矩形(長方形)状の平らな短冊状(板状)とするか、又は、図1(d)に示すように、矩形(略正方形)状、円形状、或いは楕円形状の棒状とするのが好ましい。例えば、図1(c)にて、断面形状が幅(W10)1〜50mm程度、厚さ(T10)0.1〜2mmとして、軸方向に長くした、鋼材200の被補強面201と同等の長さするのが好ましい。従って、合金材料10と合金材料10との間に挟持される強化繊維含有材料1も、断面形状が幅(W1)1〜50mm程度、厚さ(T1)0.1〜2mmとして、繊維軸線方向の長さを合金材料10と同じとするのが好ましい。
Regarding the reinforcing fiber-containing
なお、上述したように、強化繊維含有材料1及び合金材料10の形状、寸法は、上記説明の構造に限定されるものではなく、補強される鋼材200の形状、寸法に応じて種々に変更することができる。
As described above, the shapes and dimensions of the reinforcing fiber-containing
(1)強化繊維含有材料
本発明においては種々の形態の強化繊維含有材料1を使用することができる。強化繊維含有材料1の実施例を以下に具体例1〜3として説明するが、本発明で使用する強化繊維含有材料1の形態は、これら具体例に示すものに限定されるものではない。また、以下に説明する強化繊維含有材料1の形状は、板状(短冊状)にて補強材を構成するものとされるが、これに限定されないことは上述の通りである。
(1) Reinforcing Fiber-Containing Material In the present invention, various forms of the reinforcing fiber-containing
具体例1
図2に、本発明にて使用することのできる強化繊維含有材料1の一実施例を示す。強化繊維含有材料1は、連続した強化繊維fを一方向に引き揃えてシート状に構成される樹脂未含浸の繊維シート1Aとされる。樹脂未含浸の繊維シート1Aは、補強工程において樹脂含浸されるが、繊維シート1Aの厚さは、0.1〜0.3mmとされる。繊維シート1Aは、所望に応じて複数枚積層して使用される。
Example 1
FIG. 2 shows an embodiment of a reinforcing fiber-containing
更に説明すると、繊維シート1Aは、一方向に引き揃えた連続した強化繊維fから成る強化繊維シートをメッシュ状の支持体シートなどとされる線材固定材3にて保持した構成とすることができる。例えば、強化繊維fとして炭素繊維を使用した場合には、例えば平均径7μmの単繊維(炭素繊維モノフィラメント)fを6000〜24000本収束した樹脂未含浸の単繊維束を複数本、一方向に平行に引き揃えて使用される。炭素繊維シート1Aの繊維目付は、通常、30〜1000g/m2とされる。
More specifically, the
線材固定材3としてのメッシュ状の支持体シートを構成する縦糸4及び横糸5の表面に低融点タイプの熱可塑性樹脂を予め含浸させておき、メッシュ状支持体シート3をシート状に配列した炭素繊維の片面或いは両面に積層して加熱加圧し、メッシュ状支持体シート3の縦糸4及び横糸5の部分を炭素繊維シートに溶着する。
Carbon in which the low melting point type thermoplastic resin is impregnated in advance on the surface of the
メッシュ状支持体シート3は、2軸構成のほかに、ガラス繊維を3軸に配向して形成したり、或いは、ガラス繊維を一方向に配列された炭素繊維に対して直交する横糸5のみを配置した、所謂、1軸に配向して形成して前記シート状に引き揃えた炭素繊維に接着することもできる。
In addition to the biaxial configuration, the mesh-shaped
又、上記線材固定材3の糸条としては、例えばガラス繊維を芯部に有し、低融点の熱融着性ポリエステルをその周囲に配したような二重構造の複合繊維も又好ましく用いられる。
Moreover, as a yarn of the above-mentioned
具体例2
また、強化繊維含有材料1は、図3に示すように、複数の強化繊維fを一方向に引き揃えた強化繊維シート、例えば、図2に示すような繊維シート1Aを1枚或いは複数枚積層して、樹脂Reを含浸し、前記樹脂が硬化されたプレート状の繊維強化樹脂板(以下、「FRP板」という。)1Bとすることもできる。通常、繊維強化樹脂板1Bは、厚さが、0.1〜2mmとされるが、これに限定されるものではない。
Example 2
Further, as shown in FIG. 3, the reinforcing fiber-containing
上記具体例1、2で説明した繊維シート1A、繊維強化樹脂板1Bにおいて、強化繊維fは、炭素繊維に限定されるものではなく、その他、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維、更には、アラミド繊維、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。
In the
また、具体例2における繊維強化樹脂板1Bの場合の樹脂Reとしては、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、樹脂含浸量は、30〜70重量%、好ましくは、40〜60重量%とされる。
Moreover, as resin Re in the case of the fiber reinforced
具体例3
更には、図4及び図5に示すように、強化繊維含有材料1としては、マトリクス樹脂Rが含浸され硬化された細径の連続した繊維強化プラスチック線材(所謂、ストランド)2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃え、各線材2を互いに線材固定材3にて固定した繊維シート(所謂、ストランドシート)1Cを使用することもできる。
Example 3
Furthermore, as shown in FIGS. 4 and 5, the reinforcing fiber-containing
繊維強化プラスチック線材2は、直径(d)が0.5〜3mmの略円形断面形状(図5(a))であるか、又は、幅(w)が1〜10mm、厚み(t)が0.1〜2mmとされる略矩形断面形状(図5(b))とし得る。勿論、必要に応じて、その他の種々の断面形状とすることができる。
The fiber reinforced
上述のように、一方向に引き揃えスダレ状とされた繊維シート1Cにおいて、各線材2は、互いに空隙(g)=0.05〜3.0mmだけ近接離間して、線材固定材3にて固定される。また、このようにして形成された繊維シート1Cの長さ(Lf)及び幅(Wf)は、補強される構造物の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、取扱い上の問題から、一般に、全幅(Wf)は、100〜1000mmとされる。又、長さ(Lf)は、1〜5m程度の短冊状のもの、或いは、100m以上のものを製造し得るが、使用時において、幅、長さを適宜切断して使用される。
As described above, in the
また、繊維シート1Cの長さ(Lf)を1〜5m程度として、幅Wfをこれより長く1〜10m程度として製造することも可能である。繊維シート1Cの厚さtfは、0.1〜2mmとされるが、これに限定されるものではない。 It is also possible to manufacture the fiber sheet 1C with a length (Lf) of about 1 to 5 m and a width Wf longer than this, about 1 to 10 m. Although thickness tf of fiber sheet 1C is 0.1-2 mm, it is not limited to this.
繊維シート1Cの場合においても、強化繊維fとしては、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維などの無機繊維、更には、アラミド、PBO(ポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール)、ポリアミド、ポリアリレート、ポリエステルなどの有機繊維が単独で、又は、複数種混入してハイブリッドにて使用することができる。また、繊維強化プラスチック線材2に含浸されるマトリクス樹脂Rは、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができ、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。又、樹脂含浸量は、30〜70重量%、好ましくは、40〜60重量%とされる。
Also in the case of the fiber sheet 1C, as the reinforcing fiber f, inorganic fibers such as carbon fiber, glass fiber, basart fiber, and further, aramid, PBO (polyparaphenylene benzbisoxazole), polyamide, polyarylate, polyester, etc. Organic fibers can be used alone or in combination of two or more species in a hybrid. The matrix resin R impregnated in the fiber reinforced
又、各線材2を線材固定材3にて固定する方法としては、図4に示すように、例えば、線材固定材3として横糸を使用し、一方向にスダレ状に配列された複数本の線材2から成るシート形態とされる線材、即ち、連続した線材シートを、線材に対して直交して一定の間隔(P)にて打ち込み、編み付ける方法を採用し得る。横糸3の打ち込み間隔(P)は、特に制限されないが、作製された繊維シート1の取り扱い性を考慮して、通常10〜100mm間隔の範囲で選定される。
Further, as a method of fixing each
このとき、横糸3は、例えば直径2〜50μmのガラス繊維或いは有機繊維を複数本束ねた糸条とされる。又、有機繊維としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用される。
At this time, the
各線材2をスダレ状に固定する他の方法としては、図6(a)に示すように、線材固定材3としてメッシュ状支持体シートを使用することができる。
As another method of fixing each
つまり、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた複数本の線材2、即ち、線材シートの片側面、又は、両面を、例えば直径2〜50μmのガラス繊維或いは有機繊維にて作製した、上記具体例1で説明したと同様の構成とされるメッシュ状の支持体シート3により支持した構成とすることもできる。
That is, the above-mentioned specific example in which a plurality of
更に、各線材2をスダレ状に固定する他の方法としては、図6(b)に示すように、線材固定材3として、例えば、粘着テープ又は接着テープなどとされる可撓性帯材を使用することができる。可撓性帯材3は、シート形態を成すスダレ状に引き揃えた各繊維強化プラスチック線材2の長手方向に対して垂直方向に、複数本の繊維強化プラスチック線材2の片側面、又は、両面を貼り付けて固定する。
Furthermore, as another method of fixing each
つまり、可撓性帯材3として、幅(w1)2〜30mm程度の、塩化ビニルテープ、紙テープ、布テープ、不織布テープなどの粘着テープ又は接着テープが使用される。これらテープ3を、通常、10〜100mm間隔(P)で各繊維強化プラスチック線材2の長手方向に対して垂直方向に貼り付ける。
That is, as the
更に、可撓性帯材3としては、ナイロン、EVA樹脂などの熱可塑性樹脂を帯状に、線材2の長手方向に対して垂直方向に片側面、又は、両面に熱融着させることによっても達成される。
Furthermore, as the
(2)合金材料
図1に示す補強材100を構成する合金材料10は、アルミニウム合金、ステンレス合金、マグネシウム合金、などとされる。上述したように、合金材料10の形状は、補強される鋼構造物200の寸法、形状に応じて適宜決定されるが、矩形(長方形)横断面の短冊(板)状、又は、矩形(略正方形)、円形、楕円形横断面を有した棒状とされるのが好ましい。
(2) Alloy material The
(3)接着剤
補強材100を鋼材表面に接着する接着剤110、及び、必要に応じて、互いに隣接する強化繊維含有材料1と合金材料10とを接着する接着剤110は、上記強化繊維含有材料1に含浸されるマトリクス樹脂と同じとすることができ、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を使用することができる。例えば、熱硬化性樹脂としては、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などが好適に使用され、又、熱可塑性樹脂としては、ナイロン、ビニロンなどが好適に使用可能である。上述のように、接着剤110の層厚(T110)は、100〜1000μmの範囲とされる。
(3) Adhesive An adhesive 110 for adhering the reinforcing
(補強方法)
本発明によれば、上記構成とされる強化繊維含有材料1及び合金材料10を交互に順次、鋼構造物200の表面に並べて接着するか、或いは、強化繊維含有材料1及び合金材料10を予めシート状に形成して一体化した補強用積層材を補強材100として鋼構造物200の表面に接着して、鋼構造物200の補強を行うことができる。
(Reinforcing method)
According to the present invention, the reinforcing fiber-containing
図1(a)、(b)を参照すると理解されるように、本発明の鋼構造物の補強方法によれば、例えば、強化繊維含有材料1として、上記強化繊維含有材料具体例1〜3で説明した強化繊維fを一方向に引き揃えて作製された繊維シート1、及び、合金材料としての合金板10を使用することができ、鋼構造物200の表面上にこれら補強材を交互に並べて接着剤110にて接着して一体化する。
As understood with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b), according to the method for reinforcing a steel structure of the present invention, for example, the reinforcing fiber-containing
強化繊維含有材料としての繊維シート1(1A〜1C)は、強化繊維fの軸方向を鋼材200の軸方向に一致して配置されるが、一般に、鋼構造物200の補強に際して、曲げモーメント及び軸力を主として受ける部材(構造物)に対しては、曲げモーメントにより生じる引張応力或いは圧縮応力の主応力方向に強化繊維の配向方向を概ね一致させて接着することで、繊維シート1が効果的に応力を負担し、効率的に構造物の耐荷力を向上させることが可能である。
The fiber sheets 1 (1A to 1C) as the reinforcing fiber-containing material are disposed such that the axial direction of the reinforcing fibers f coincides with the axial direction of the
また、直交する2方向に曲げモーメントが作用する場合、例えば強化繊維fが一方向に配列された繊維シート1を使用する場合、強化繊維fの配向方向が曲げモーメントにより生じる主応力に概ね一致するように2層以上の繊維シート1Aを直交させて積層接着することで効率的に耐荷力の向上が図れる。
When bending moments act in two directions orthogonal to each other, for example, when using the
次に、図8を参照して、本発明に係る鋼構造物の補強方法についてより具体的に説明する。 Next, with reference to FIG. 8, the reinforcing method of the steel structure according to the present invention will be more specifically described.
(第1工程)
図8(a)、(b)に示すように、鋼構造物200の被補強面(即ち、被接着面)201の脆弱部201aを、ディスクサンダー、サンドブラスト、スチールショットブラスト、ウォータージェットなどの研削手段50により除去し、鋼構造物200の被接着面201を適度な粗度を持つ面202となるように下地処理をする。
(Step 1)
As shown in FIGS. 8A and 8B, the weakened
(第2工程)
下地処理した面202にエポキシ樹脂プライマー203を塗布する(図8(c))。プライマー203としては、エポキシ樹脂系に限ることなくMMA系樹脂など被補強鋼構造物200の材質に合わせて適宜選定される。
(Step 2)
An
なお、プライマー203の塗布工程は、省略することも可能である。
In addition, the application process of the
(第3工程)
次いで、図8(d)、(e)に示すように、補強対象鋼構造物200の表面(被補強面)202に接着剤(樹脂)110を塗布し、この面に、本実施例では、左側より右側方向へと、合金板10、CFRP板1、合金板10、CFRP板1、・・・・といったように、合金板10とCFRP板1を交互に鋼材表面上に接着する。接着剤110の量は、接着剤層の厚さが100〜1000μmとなるように塗布される。本例では、強化繊維含有材料としてCFRP板1を使用しているが、樹脂未含浸のストランドシート1Cを使用した場合には、接着剤110は、その一部が隣接する合金材料10とストランドシート1Cの接合領域に含浸されると共に、ストランドシート1Cの空隙(g)にも含浸される。
(Third step)
Next, as shown in FIGS. 8D and 8E, an adhesive (resin) 110 is applied to the surface (reinforced surface) 202 of the
使用される接着剤110としては、上述のストランドシート1Cの線材(ストランド)2に含浸されたマトリクス樹脂Rと同様のものが使用され、特に、常温硬化型エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、アクリル樹脂、MMA樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ビニルエステル樹脂、光硬化型樹脂等が挙げられ、具体的には、常温硬化型エポキシ樹脂及びMMA樹脂が好適とされる。本実施例では、エポキシ樹脂を使用した。 As the adhesive 110 used, the same one as the matrix resin R impregnated in the wire material (strand) 2 of the strand sheet 1C described above is used, and in particular, a room temperature curable epoxy resin, an epoxy acrylate resin, an acrylic resin, MMA resin, vinyl ester resin, unsaturated vinyl ester resin, photocurable resin, etc. may be mentioned, and specifically, room temperature curable epoxy resin and MMA resin are preferable. In this example, an epoxy resin was used.
勿論、強化繊維含有材料1として、上記CFRP板1、ストランドシート1Cの代わりに具体例1に示した繊維シート1Aを使用することができ、この場合には、繊維シート1Aが樹脂未含浸の繊維シート1Aであるために、鋼材表面に塗布した接着剤(樹脂)は、その一部がマトリクス樹脂として繊維シート1Aに含浸される。勿論、現場で樹脂含浸した繊維シート1Aを鋼構造物表面202上に押え付け接着してもよい。この場合の繊維シート1Aへの樹脂含浸量は、上述のように、30〜70重量%、好ましくは、40〜60重量%とされる。
Of course, as the reinforcing fiber-containing
上記補強作業により、図8(f)に示すように、鋼材表面202に強化繊維含有材料1と合金材料10を交互に配置して構成される補強材100が一体的に接着され、鋼構造物200が補強される。
As shown in FIG. 8 (f), the reinforcing
更に、必要に応じて、上記補強材100上に更に、上述した強化繊維含有材料1及び合金材料10を交互に積層することにより、強化繊維含有材料1と合金材料10をそれぞれ備えた補強材100の複数層による鋼材補強が可能である。
Further, if necessary, the reinforcing fiber-containing
上記補強方法の説明では、強化繊維含有材料1と合金材料10とを各々交互に、鋼材表面上へ接着剤を介して接着して補強材100による鋼材補強を行なうものとしたが、予め、強化繊維含有材料1と合金材料10を交互に並べてシート状に一体に接着した積層物から成る補強材(補強用積層材)100を、接着剤110を塗布した鋼材表面202上に押し付けて接着することもできる。これら積層構成の補強材(積層材)100の上に、更に、積層材100を所望層数(N)重ねて積層することができる。積層数(N)は、必要とされる鋼板補強程度によって適宜決定される。
In the above description of the reinforcing method, the reinforcing fiber-containing
本発明に係る構造物の補強方法の作用効果を実証するために以下の試験を行った。以下に、試験例について説明する。 The following tests were conducted to demonstrate the function and effect of the method of reinforcing a structure according to the present invention. Test examples will be described below.
なお、本発明の補強方法において、強化繊維含有材料1の強化繊維としては、典型的には炭素繊維が使用されるので、本試験例において強化繊維含有材料(繊維シート)1の強化繊維としては炭素繊維を使用した。また、補強材100における合金材料10としては、典型的には、矩形断面形状のアルミニウム合金板(AL板)が使用されるので、本試験例ではAL板を使用して試験を行なった。繊維シート1及びAL板10は短冊状とした。
In the reinforcing method of the present invention, carbon fiber is typically used as the reinforcing fiber of the reinforcing fiber-containing
(試験例)
(1)試験条件
試験体
本試験例では、本発明に従った構成の試験体としては、図9(a)に示す、強化繊維含有材料1としてのストランドシート1Cに樹脂を含浸して硬化したCFRP板と、合金材料10としてのAL板とを並べて鋼材200の一表面(被補強面)に接着した構成(以下、「試験体CSA」という。)とした。
(Test example)
(1) Test conditions
Specimen In the present test example, as a test specimen having a configuration according to the present invention, a CFRP plate obtained by impregnating a resin in a strand sheet 1C as a reinforcing fiber-containing
比較例として、図9(b)に示す、AL板10とCFRP板1とAL板10を積層して鋼材200の一表面(被補強面)に接着した構成の試験体(以下、「試験体ACA」という。)と、更に、図9(c)に示す、CFRP板1のみを鋼材200の一表面(被補強面)に接着した構成の試験体(以下、「試験体CC」という。)と、図9(d)に示す、AL板10のみを鋼材200の一表面(被補強面)に接着した構成の試験体(以下、「試験体AA」という。)とを作製した。
As a comparative example, a test body (hereinafter referred to as “test body”) in which the
・試験体CSA
図9(a)に示す試験体CSAにおいては、補強体(母材)となる鋼材200としては、幅25mm、厚さ4.5mm、長さ160mmの鋼板を使用した。CFRP板1は、含浸樹脂としてエポキシ樹脂を使用した炭素繊維プラスチック線材2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃えたストランドシート1Cに、更にエポキシ樹脂を空隙(g)に含浸して作製した。炭素繊維は、繊維のヤング係数702N/mm2、破断強度2.96kN/mm2の高弾性タイプとした。ストランドシート1Cは、設計厚さ0.429mm(CFRP板における厚さ1mm)、幅4.2mm、長さ100mmとされ、ストランドシート1Cに樹脂(エポキシ樹脂)を含浸したCFRP板1の線膨張係数は、1.2μ/℃であった。
AL板10は、厚さ2mm、幅3.2mm、長さ100mmの横断面が矩形とされる短冊状とした。
-Specimen CSA
In the test body CSA shown in FIG. 9A, a
The
・試験体ACA
図9(b)に示す試験体ACAにおいては、試験体ACAは、図15に示す暴露試験を行った試験体ACAと同様の構成とされるが、補強体(母材)となる鋼材200としては、幅25mm、厚さ4.5mm、長さ160mmの鋼板を使用した。CFRP板1は、含浸樹脂としてエポキシ樹脂を使用した炭素繊維プラスチック線材2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃えたストランドシート1Cに、更にエポキシ樹脂を空隙(g)に含浸して作製した。炭素繊維は、繊維のヤング係数702N/mm2、破断強度2.96kN/mm2の高弾性タイプとした。ストランドシート1Cは、設計厚さ0.429mm(CFRP板における厚さ1mm)、幅25mm、長さ100mmとされ、このストランドシート1Cに樹脂(エポキシ樹脂)を含浸したCFRP板1の線膨張係数は、1.2μ/℃であった。1枚のCFRP板1を2枚のAL板10で挟持する態様で積層して使用した。
AL板10は、厚さ1mm、幅25mm、長さ100mmの横断面が矩形の長方形平板とした。
-Specimen ACA
In the test body ACA shown in FIG. 9 (b), the test body ACA has the same configuration as that of the test body ACA subjected to the exposure test shown in FIG. 15, but as a
The
・試験体CC
図9(c)に示す試験体ACAにおいては、補強体(母材)となる鋼材200としては、幅25mm、厚さ4.5mm、長さ160mmの鋼板を使用した。CFRP板1としては、含浸樹脂としてエポキシ樹脂を使用した炭素繊維プラスチック線材2を複数本、長手方向にスダレ状に引き揃えたストランドシート1Cに、更にエポキシ樹脂を空隙(g)に含浸して作製した。炭素繊維は、繊維のヤング係数702N/mm2、破断強度2.96kN/mm2の高弾性タイプとした。ストランドシート1Cは、設計厚さ0.429mm(CFRP板における厚さ1mm)、幅25mm、長さ100mmとされ、このストランドシート1Cに樹脂(接着剤としてのエポキシ樹脂)を含浸したCFRP板1の線膨張係数は、1.2μ/℃であった。2枚のCFRP板1を積層して使用した。
-Specimen CC
In the test body ACA shown in FIG. 9C, a
・試験体AA
図9(d)に示す試験体AAにおいては、補強体(母材)となる鋼材200としては、幅25mm、厚さ4.5mm、長さ160mmの鋼板を使用した。AL板は、厚さ2mm、幅25mm、長さ100mmの横断面が矩形の長方形平板を2枚積層して使用した。
-Specimen AA
In the test body AA shown in FIG. 9 (d), a
なお、上記試験体CSA、ACA、CC、AAに使用したCFRP板1、AL板10は、上記表1に示す材料と同じであり、また、厚さ4.5mmの鋼板の材料定数は、上記表1に示す通りである。
The
上記鋼板200、CFRP板1及びAL板10の各接着面を、#100のサンドペーパーで研磨し、油脂を拭き取ってからそれぞれ接着剤110にて接着した。接着剤110は、上記表1に示す材料(エポキシ樹脂)であり、接着剤層の厚さは、約0.13mm(130μm)であった。
The adhesive surfaces of the
試験方法
本試験例では、上記試験体CSA、ACA、CC,AAを用い、温度上昇試験及び温度下降試験によって、熱応力の低減効果を明らかにした。
Test Method In this test example, the test specimens CSA, ACA, CC, AA were used, and the thermal stress reduction effect was clarified by the temperature rise test and the temperature drop test.
温度上昇試験には、電気式高温炉を用い、温度下降試験には、冷凍庫を用いた。20℃にコントロールされた試験室で、温度上昇時は電気高温炉内を50℃に設定し、温度下降時は冷凍庫を−10℃に設定した。即ち、20℃±30℃となるように温度変化試験を実施した。 An electric high temperature furnace was used for the temperature rise test, and a freezer was used for the temperature drop test. In a test room controlled to 20 ° C., the temperature inside the electric high temperature furnace was set to 50 ° C. when the temperature rose, and the freezer was set to −10 ° C. when the temperature dropped. That is, a temperature change test was performed so as to be 20 ° C. ± 30 ° C.
試験体ACAにおけるひずみ計測位置を図10(a)に示す。ひずみゲージSGは、鋼板200及び補強材100の外側表面において、且つ、試験体の軸方向にて、試験体の幅の中央部、及び、中央部から35mm、45mmの位置に設置された。試験体CC、AAにおいても同様とした。
The strain measurement position in the test body ACA is shown in FIG. The strain gauges SG were placed on the outer surface of the
試験体CSAでは、ひずみゲージSGは、上記試験体と同様に、試験体の軸方向にて、試験体の幅の中央部に設置したが、更に、図10(b)に示すように、CFRP板1が接着されている試験体の幅の中央のひずみゲージSGの両側のAL板10の幅中央にもひずみゲージSGを接着した。
In the test body CSA, the strain gauge SG was installed at the central portion of the width of the test body in the axial direction of the test body as in the case of the above test body, but as shown in FIG. The strain gauge SG was also bonded to the width center of the
温度変化試験では、各試験体に加え、鋼板、CFRP板、AL板、CFRP板単体のひずみも計測した。各部材に生じる熱応力は、各部材で計測したひずみから、その部材単体で計測されたひずみを差し引き、各部材のヤング係数を乗じて算出した。ストランドシート1Cを使用して作製した上記試験体のCFRP板1に対しては、繊維シート1Aに樹脂を含浸させて形成したCFRPのヤング率を複合則を用いてヤング係数を算出した。
In the temperature change test, in addition to each test body, the strain of the steel plate, the CFRP plate, the AL plate, and the CFRP plate alone was also measured. The thermal stress generated in each member was calculated by subtracting the strain measured for each member from the strain measured for each member and multiplying by the Young's modulus of each member. With respect to the
つまり、計測された鋼板に生じるひずみεsmと無拘束の鋼板に生じるひずみεsn及び鋼ヤング率Esを用いて、次式から鋼板に生じる熱応力σsを算出した。 In other words, by using the strain epsilon sn and steel Young's modulus E s occurring strain epsilon sm and steel unrestrained occurring measured steel sheet was calculated thermal stress sigma s caused steel from the following equation.
同様にして、各試験体のCFRP板或いはAL板に生じるひずみ及び無拘束のCFRP板或いはAL板に生じるひずみを用いて、最外のCFRP板或いはAL板の熱応力σf、σaを算出した。 Similarly, the thermal stress σ f , σ a of the outermost CFRP plate or AL plate is calculated using the strain generated on the CFRP plate or AL plate of each specimen and the strain generated on the unconstrained CFRP plate or AL plate. did.
温度上昇時及び下降時の各試験体に生じる熱応力を図11(a)〜(d)、及び、図12(a)〜(d)にそれぞれ示す。図の横軸は、CFRP板とAL板の接着長さの中央からの距離xを示している。 The thermal stress which arises in each test body at the time of temperature rise and fall is shown to Fig.11 (a)-(d) and FIG. The horizontal axis of the figure indicates the distance x from the center of the bonding length of the CFRP plate and the AL plate.
図11(a)〜(d)、図12(a)〜(d)から分かるように、温度上昇時と降下時に生じる熱応力は、符号が異なるのみで絶対値はほぼ等しい。 As can be seen from FIGS. 11A to 11D and FIGS. 12A to 12D, the thermal stress generated when the temperature rises and when the temperature drops are only different in sign and have almost the same absolute value.
試験結果
温度変化試験では、炉内或いは冷凍庫内の温度を熱電対で計測し、温度が50℃或いは−10℃になった後、ひずみの値が一定になるまでその温度を維持した。熱応力の算出には、一定に収束したひずみの値を用いた。また、上記式(1)、(2)の熱応力の計算には、熱電対で計測された温度を用いた。なお、本発明に従って構成される試験体CSAの場合には、上記式(1)〜(7)にて、符号iは、補強材100の一端側から他端側へと並設された補強材(当て板)の1枚目からN枚目までの整数である。
Test Result In the temperature change test, the temperature in the furnace or the freezer was measured with a thermocouple, and after the temperature reached 50 ° C. or −10 ° C., the temperature was maintained until the strain value became constant. For calculation of thermal stress, a value of strain converged to a certain degree was used. Moreover, the temperature measured with the thermocouple was used for calculation of the thermal stress of said Formula (1), (2). In the case of the test body CSA configured according to the present invention, in the above formulas (1) to (7), the symbol i is a reinforcing material arranged in parallel from one end side to the other end side of the reinforcing
(1)温度上昇試験
温度上昇試験では、計測した温度範囲は、△T=30.3℃であった。各試験体で計測された熱応力を図11(a)〜(d)に示す。この図には、計測した温度範囲を式(1)、(2)に代入して算出した熱応力をも示している。
(1) Temperature Rise Test In the temperature rise test, the measured temperature range was ΔT = 30.3 ° C. The thermal stress measured by each test body is shown to Fig.11 (a)-(d). This figure also shows the thermal stress calculated by substituting the measured temperature range into the equations (1) and (2).
試験体CC、AAでは、鋼板の熱応力の値が正負異なっているが、絶対値で20N/mm2程度発生していた。 In the test bodies CC and AA, the values of the thermal stress of the steel sheets differed between positive and negative, but about 20 N / mm 2 in absolute value was generated.
試験体ACAでは、鋼板に生じる熱応力がほぼゼロになっていることが分かる。また、試験体ACAでは、試験体の中央の鋼板、CFRP板或いはAL板に生じる熱応力は、式(1)、(2)の値と一致していた。 It can be seen that in the test body ACA, the thermal stress generated in the steel plate is almost zero. Moreover, in the test body ACA, the thermal stress which arises in the steel plate in the center of a test body, CFRP board, or AL board was in agreement with the value of Formula (1), (2).
試験体CSAでは、試験体製作後の寸法を用いて式(1)で計算すると、CFRP板1とAL板10の伸び剛性が一致していなかったため、若干熱応力は生じる状態であった。実測値も、計算値と符合は異なるものの鋼板に若干の熱応力が生じていた。但し、CFRP板1とAL板10が接着されている位置において、鋼板に生じる熱応力に違いはなかった。試験体中央のCFRP板1とAL板10の熱応力は、式(2)の計算値と近い値であった。
In the test body CSA, since the elongation rigidity of
以上より、本発明に従って構成した試験体CSAは、試験体CC、AAに比較すると、鋼板に生じる熱応力は著しく低減されており、試験体ACAと比較しても、鋼板に生じる熱応力が試験体ACAと同等程度にまで低減できることが分かった。 As described above, the test body CSA constructed according to the present invention has a significantly reduced thermal stress generated in the steel sheet as compared with the test bodies CC and AA. It was found that it could be reduced to the same level as body ACA.
(2)温度下降試験
温度下降試験では、計測した温度は△T=−29.8℃であった。各試験体で計測された熱応力は図12(a)〜(d)に示す。図12(a)〜(d)から明らかなように、温度下降試験の結果は、図11の温度上昇試験の結果の正負が異なるが、その絶対値はほぼ等しいことが分かる。一般に接着剤のヤング係数は、ガラス転移温度以下であっても温度によって若干変化するが、本試験で使用した接着剤では、−10〜50℃の範囲位では、熱応力に殆ど影響しないと言える。
(2) Temperature drop test In the temperature drop test, the measured temperature was ΔT = −29.8 ° C. The thermal stress measured by each test body is shown to Fig.12 (a)-(d). As is clear from FIGS. 12A to 12D, it can be seen that the results of the temperature decrease test differ in the positive and negative results of the temperature increase test of FIG. In general, the Young's modulus of the adhesive slightly changes depending on the temperature even if it is below the glass transition temperature, but it can be said that the adhesive used in this test hardly affects the thermal stress in the range of −10 to 50 ° C. .
本試験においても、本発明に従って構成した試験体CSAは、試験体CC、AAに比較すると、鋼板に生じる熱応力は著しく低減されており、試験体ACAと比較しても、鋼板に生じる熱応力が試験体ACAと同等程度にまで低減できると言える。上記試験結果により、鋼板の熱応力を低減させる方法として、CFRP板1とAL板10を交互に並べて接着する本発明に従った工法では、20℃±30℃の温度変化試験を行った結果、鋼板に生じる熱応力を低減できることが明らかとなった。
Also in this test, the test specimen CSA constructed according to the present invention has a significantly reduced thermal stress in the steel sheet compared to the test specimens CC and AA, and even in the test specimen ACA, the thermal stress generated in the steel sheet. Can be reduced to the same level as the test sample ACA. According to the above test results, as a method of reducing the thermal stress of the steel plate, in the method according to the present invention in which the
以上の試験例にても明らかとなったように、本発明の鋼構造物の補強方法、及び、鋼構造物補強用積層材によれば、温度変化により鋼材に発生する熱応力を低減し、十分な補強効果を得ることができる。 As has become apparent from the above test examples, according to the steel structure reinforcing method of the present invention and the laminated material for steel structure reinforcement, the thermal stress generated in the steel material due to temperature change is reduced, A sufficient reinforcing effect can be obtained.
1 強化繊維含有材料(繊維シート、繊維強化樹脂板)
10 合金材料(合金板、合金棒)
100 鋼構造物補強材(補強積層材)
110 接着剤
200 鋼構造物(鋼材、鋼板)
1 Reinforcing fiber-containing material (fiber sheet, fiber-reinforced resin plate)
10 Alloy materials (alloy plates, alloy bars)
100 Steel structure reinforcement (reinforced laminate)
110 Adhesive 200 Steel structure (steel material, steel plate)
Claims (18)
前記補強材は、鋼構造物を構成する鋼材より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料と、鋼材より線膨張係数が大きな合金材料とにて構成され、
前記鋼材表面に、前記強化繊維含有材料と前記合金材料とを前記鋼材の表面に沿って横方向に交互に並べて接着剤にて接着し、前記鋼材の温度変化により前記鋼材に発生する熱応力を低減することを特徴とする鋼構造物の補強方法。 In a method of reinforcing a steel structure, the reinforcing material is adhered to the surface of a steel material constituting the steel structure with an adhesive.
The reinforcing material is composed of a reinforcing fiber-containing material having a smaller linear expansion coefficient than the steel material constituting the steel structure, and an alloy material having a larger linear expansion coefficient than the steel material,
On the surface of the steel material, the reinforcing fiber-containing material and the alloy material are alternately arranged in the lateral direction along the surface of the steel material and bonded with an adhesive, and the thermal stress generated in the steel material due to the temperature change of the steel material. A method of reinforcing a steel structure, characterized by reducing.
前記補強材は、鋼構造物を構成する鋼材より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料と、鋼材より線膨張係数が大きな合金材料とを前記鋼材の表面に沿って横方向に交互に並べてシート状に保持して一体に形成され、
前記シート状の補強材を前記鋼材の表面に接着剤にて接着し、前記鋼材の温度変化により前記鋼材に発生する熱応力を低減することを特徴とする鋼構造物の補強方法。 In a method of reinforcing a steel structure, the reinforcing material is adhered to the surface of a steel material constituting the steel structure with an adhesive.
The reinforcing material is a sheet-like material in which a reinforcing fiber-containing material having a smaller linear expansion coefficient than that of the steel material constituting the steel structure and an alloy material having a larger linear expansion coefficient than that of the steel material are alternately arranged laterally along the surface of the steel material. To be integrally formed,
A method for reinforcing a steel structure, comprising: bonding the sheet-like reinforcing material to the surface of the steel material with an adhesive to reduce thermal stress generated in the steel material due to a temperature change of the steel material.
前記強化繊維含有材料に含浸されるマトリクス樹脂及び前記接着剤は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ビニロンなどの熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1〜9のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強方法。 The reinforcing fibers of the reinforcing fiber-containing material are inorganic fibers such as carbon fibers, glass fibers and basalt fibers, or organic fibers such as aramid, PBO (polyparaphenylene benzbisoxazole), polyamide, polyarylate, and polyester. Or mixed with multiple types and used in hybrid,
The matrix resin impregnated in the reinforcing fiber-containing material and the adhesive are heat-curable epoxy resin, vinyl ester resin, MMA resin, acrylic resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, etc. The method for reinforcing a steel structure according to any one of claims 1 to 9, wherein the method is a curable resin or a thermoplastic resin such as nylon or vinylon.
鋼構造物を構成する鋼材より線膨張係数が小さい強化繊維含有材料と、鋼材より線膨張係数が大きな合金材料とを前記鋼材の表面に沿って横方向に交互に並べてシート状に保持して一体に形成されていることを特徴とする鋼構造物補強用積層材。 A steel structure reinforcing laminate for reinforcing a steel structure by bonding with an adhesive to the surface of the steel material constituting the steel structure,
Reinforced fiber-containing material having a smaller linear expansion coefficient than that of the steel constituting the steel structure and an alloy material having a larger linear expansion coefficient than that of the steel are alternately arranged in the lateral direction along the surface of the steel, and are held in a sheet form to be integrated. The laminated material for steel structure reinforcement characterized by being formed into.
前記強化繊維含有材料に含浸されるマトリクス樹脂及び前記接着剤は、常温硬化型或は熱硬化型のエポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、MMA樹脂、アクリル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、又はフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、又は、ナイロン、ビニロンなどの熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項11〜17のいずれかの項に記載の鋼構造物補強用積層材。 The reinforcing fibers of the reinforcing fiber-containing material are inorganic fibers such as carbon fibers, glass fibers and basalt fibers, or organic fibers such as aramid, PBO (polyparaphenylene benzbisoxazole), polyamide, polyarylate, and polyester. Or mixed with multiple types and used in hybrid,
The matrix resin impregnated in the reinforcing fiber-containing material and the adhesive are heat-curable epoxy resin, vinyl ester resin, MMA resin, acrylic resin, unsaturated polyester resin, phenol resin, etc. The laminated material for reinforcing steel structures according to any one of claims 11 to 17, which is a curable resin or a thermoplastic resin such as nylon or vinylon.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015037016A JP6552837B2 (en) | 2015-02-26 | 2015-02-26 | Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015037016A JP6552837B2 (en) | 2015-02-26 | 2015-02-26 | Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016160573A JP2016160573A (en) | 2016-09-05 |
JP6552837B2 true JP6552837B2 (en) | 2019-07-31 |
Family
ID=56846325
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015037016A Active JP6552837B2 (en) | 2015-02-26 | 2015-02-26 | Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6552837B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11123324B2 (en) | 2016-08-18 | 2021-09-21 | Noster Inc. | Immunomodulator |
JP6108511B1 (en) * | 2016-09-06 | 2017-04-05 | 創造技術株式会社 | Reinforcing sheet and reinforcing method using the reinforcing sheet |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5779003B2 (en) * | 2011-06-09 | 2015-09-16 | 新日鉄住金マテリアルズ株式会社 | Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure |
-
2015
- 2015-02-26 JP JP2015037016A patent/JP6552837B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016160573A (en) | 2016-09-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2420407C2 (en) | Thin-layer laminates | |
EP0056289B1 (en) | Laminate of aluminium sheet material and aramid fibres | |
Kwiecień et al. | Repair of composite-to-masonry bond using flexible matrix | |
JP5820435B2 (en) | Method for reinforcing steel structure and elastic layer forming material for reinforcing steel structure | |
US5227216A (en) | Fiber/metal laminate | |
US9290212B2 (en) | Carbon fiber prepreg-wrapped beam structures | |
EP0645239B1 (en) | Reinforcing fiber sheet and structure reinforced thereby | |
JP2008063758A (en) | Structure reinforcing method | |
JP7265425B2 (en) | Composite panel and method of forming composite panel | |
EP3018293A1 (en) | Composite article with fibre-reinforced sandwich core | |
JP2004197325A (en) | Fiber reinforced sheet | |
JP6552837B2 (en) | Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure | |
CN111206722A (en) | Fiber composite material | |
JP4857032B2 (en) | Steel structure reinforcing method and reinforcing structure | |
JP5478651B2 (en) | Reinforcing method and reinforcing structure for concrete structure, and elastic layer forming material for reinforcing concrete structure | |
US9682519B2 (en) | Integral composite bushing system and method | |
JP5779003B2 (en) | Method for reinforcing steel structure and laminated material for reinforcing steel structure | |
JP6327634B2 (en) | Repair and reinforcement method for steel structures | |
EP1950034A1 (en) | Multilayered honeycomb panel from compopsite material with continuous three-dimensinal reinforcement | |
JP6012951B2 (en) | End coating method for reinforcing fiber sheets of structures | |
US11396138B2 (en) | Traction element made of fiber reinforced plastic | |
JP2009078422A (en) | Vibration-damping fiber-reinforced composite material | |
JP4813803B2 (en) | Fiber reinforced sheet | |
US10655328B2 (en) | Structural reinforcement, reinforced structural member and related method | |
JP2015124552A (en) | Method for repairing and reinforcing steel bridge and reinforcement structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180202 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20181029 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181122 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181204 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190611 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190703 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6552837 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |