JP2003193425A - 橋梁の補強方法 - Google Patents
橋梁の補強方法Info
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- JP2003193425A JP2003193425A JP2001394869A JP2001394869A JP2003193425A JP 2003193425 A JP2003193425 A JP 2003193425A JP 2001394869 A JP2001394869 A JP 2001394869A JP 2001394869 A JP2001394869 A JP 2001394869A JP 2003193425 A JP2003193425 A JP 2003193425A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】橋梁補修におけるボルト接合や溶接・アンカー
筋打込みなどの煩雑で施工性のとかく悪い作業やそれに
伴う工期の長期化を解決する。 【解決手段】所定強度と所定形状の炭素繊維強化樹脂板
１枚あたりの厚さおよび幅の倍数としての必要補強枚数
を、１枚あたりの厚さの複数倍が使用される場合はあら
かじめ接着剤によりその複数枚を重ね合わせてから、橋
梁の鋼製部材下面に接着剤により接合して橋梁を補強す
る。炭素繊維強化樹脂板はその引張強度1,700 〜2,400N
/mm2、弾性係数1.55〜3.00×105N/mm2、伸び0.6 〜1.9%
のものが好適であり、たとえばその厚さ1.2mm、幅50mm
のものを使用すれば設計上好都合である。 【効果】施工は接着剤による貼付のため施工期間が大幅
に短縮される。炭素繊維強化樹脂板は弾性係数が鋼材に
比し同程度乃至若干大きいので効果的な補強ができ、比
重が鋼材よりかなり軽量であるため補強後の死荷重増加
を懸念する必要がない。
筋打込みなどの煩雑で施工性のとかく悪い作業やそれに
伴う工期の長期化を解決する。 【解決手段】所定強度と所定形状の炭素繊維強化樹脂板
１枚あたりの厚さおよび幅の倍数としての必要補強枚数
を、１枚あたりの厚さの複数倍が使用される場合はあら
かじめ接着剤によりその複数枚を重ね合わせてから、橋
梁の鋼製部材下面に接着剤により接合して橋梁を補強す
る。炭素繊維強化樹脂板はその引張強度1,700 〜2,400N
/mm2、弾性係数1.55〜3.00×105N/mm2、伸び0.6 〜1.9%
のものが好適であり、たとえばその厚さ1.2mm、幅50mm
のものを使用すれば設計上好都合である。 【効果】施工は接着剤による貼付のため施工期間が大幅
に短縮される。炭素繊維強化樹脂板は弾性係数が鋼材に
比し同程度乃至若干大きいので効果的な補強ができ、比
重が鋼材よりかなり軽量であるため補強後の死荷重増加
を懸念する必要がない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は鋼製部材を有する橋
梁の補強方法に関する。
梁の補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、鋼橋の応力超過部分に対する補強
工法として、既設部材に補強鋼板を溶接やボルト締めに
より接合して部材断面を増加させ、発生応力を低下させ
るという鋼板カバープレート工法がとられてきた。しか
しながら、かかる工法は以下のごとき問題点を有してい
る。
工法として、既設部材に補強鋼板を溶接やボルト締めに
より接合して部材断面を増加させ、発生応力を低下させ
るという鋼板カバープレート工法がとられてきた。しか
しながら、かかる工法は以下のごとき問題点を有してい
る。
【０００３】すなわち、橋梁の補強工事は車両通行下に
おいて実施されることが多く、車両による振動下の溶接
や穿孔には施工性の悪さを招きやすい。その結果、施工
不良をやり直し、施工期間が長くなるおそれがある。ま
た、ボルト接合の場合は既設部材の断面欠損を生じるこ
とが避けられない。そして、いずれの施工でも補強鋼板
による荷重増加が構造物への負担となる。
おいて実施されることが多く、車両による振動下の溶接
や穿孔には施工性の悪さを招きやすい。その結果、施工
不良をやり直し、施工期間が長くなるおそれがある。ま
た、ボルト接合の場合は既設部材の断面欠損を生じるこ
とが避けられない。そして、いずれの施工でも補強鋼板
による荷重増加が構造物への負担となる。
【０００４】一方、わが国には橋長15m 以上の橋梁が約
12万あり、そのうち鋼橋に関しては昭和40年代に建設が
集中しており、あと10数年で耐用年数に達するものが急
増することは避けられない。しかも、交通量の増加と大
型車の混入率増加を考えれば、大半の橋梁は自動車荷重
に対し充分な耐力を有していないものと予想される。こ
れらに対し、橋梁を補強しつつ耐用年数を延ばしていく
というやり方が現今では主流になりつつある。
12万あり、そのうち鋼橋に関しては昭和40年代に建設が
集中しており、あと10数年で耐用年数に達するものが急
増することは避けられない。しかも、交通量の増加と大
型車の混入率増加を考えれば、大半の橋梁は自動車荷重
に対し充分な耐力を有していないものと予想される。こ
れらに対し、橋梁を補強しつつ耐用年数を延ばしていく
というやり方が現今では主流になりつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は従来の橋梁補
修におけるボルト接合や溶接・アンカー筋打込みなどの
煩雑にして施工性の悪い作業やそれに伴う工期の長期化
を解決することができる橋梁の新規な補強方法を提供し
ようとするものである。
修におけるボルト接合や溶接・アンカー筋打込みなどの
煩雑にして施工性の悪い作業やそれに伴う工期の長期化
を解決することができる橋梁の新規な補強方法を提供し
ようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ここにおいて本発明者は
所定強度と所定形状の炭素繊維強化樹脂板をあらかじめ
接着剤により複数重ね合わせたものを橋梁の鋼製部材下
面に接着剤により接合するという鋼製部材を有する橋梁
の補強方法を見出すにいたった。
所定強度と所定形状の炭素繊維強化樹脂板をあらかじめ
接着剤により複数重ね合わせたものを橋梁の鋼製部材下
面に接着剤により接合するという鋼製部材を有する橋梁
の補強方法を見出すにいたった。
【０００７】とくに、炭素繊維強化樹脂板としてその引
張強度が1,700 〜2,400N/mm2、弾性係数が1.55〜3.00×
105N/mm2、伸びが0.6 〜1.9%であるものを使用した場合
に好適であることを見出した。
張強度が1,700 〜2,400N/mm2、弾性係数が1.55〜3.00×
105N/mm2、伸びが0.6 〜1.9%であるものを使用した場合
に好適であることを見出した。
【０００８】
【発明の実施の形態】炭素繊維強化樹脂に用いられる炭
素繊維はアクリル繊維などを原料に1000〜1500℃の不活
性状態のなかで炭化させて製造するポリアクリロニトリ
ル系の炭素繊維が中心であるが、最近では石炭ピッチを
原料とする炭素繊維の発達が著しい。炭素繊維はグラフ
ァイトからできており高強度、高剛性、高弾性率などの
機械的性質に優れた繊維である。それを利用してエポキ
シ樹脂などのプラスチックとの複合材料が熱圧縮加工し
て得られ、炭素繊維強化樹脂と称されている。本発明で
は炭素繊維強化樹脂板として石炭ピッチとエポキシ樹脂
との組合わせによる日石三菱株式会社製グラノックＴＵ
プレート（登録商標）のＴＹＰＥ−Ｓで厚さ1.2mm 、幅
50mmのものを使用しているがこれに限定されるものでは
ない。ただし、炭素繊維強化樹脂板の標準的な仕様は引
張強度1,700 〜2,400N/mm2、弾性係数1.55〜3.00×105N
/mm2、伸び0.6 〜1.9%とする。ここで剛性すなわち弾性
係数が大きいほど補強効果が大になるので、使用上、弾
性係数は大きいものほど望ましいが、その分価格が上が
るので標準的な仕様の範囲内で弾性係数を適宜選択して
使用したほうがよい。
素繊維はアクリル繊維などを原料に1000〜1500℃の不活
性状態のなかで炭化させて製造するポリアクリロニトリ
ル系の炭素繊維が中心であるが、最近では石炭ピッチを
原料とする炭素繊維の発達が著しい。炭素繊維はグラフ
ァイトからできており高強度、高剛性、高弾性率などの
機械的性質に優れた繊維である。それを利用してエポキ
シ樹脂などのプラスチックとの複合材料が熱圧縮加工し
て得られ、炭素繊維強化樹脂と称されている。本発明で
は炭素繊維強化樹脂板として石炭ピッチとエポキシ樹脂
との組合わせによる日石三菱株式会社製グラノックＴＵ
プレート（登録商標）のＴＹＰＥ−Ｓで厚さ1.2mm 、幅
50mmのものを使用しているがこれに限定されるものでは
ない。ただし、炭素繊維強化樹脂板の標準的な仕様は引
張強度1,700 〜2,400N/mm2、弾性係数1.55〜3.00×105N
/mm2、伸び0.6 〜1.9%とする。ここで剛性すなわち弾性
係数が大きいほど補強効果が大になるので、使用上、弾
性係数は大きいものほど望ましいが、その分価格が上が
るので標準的な仕様の範囲内で弾性係数を適宜選択して
使用したほうがよい。
【０００９】また、接着剤は従来コンクリート部材と炭
素繊維強化樹脂板との接合に使用されていたものが同等
の効果で使用できることが判明しているのでそれを使用
する。たとえばコニシ株式会社製の商品名ボンドＥ2370
Ｍが好適である。このものは常温硬化型のエポキシ樹脂
系パテ状シール材であり、主剤はエポキシ樹脂で、硬化
剤がポリアミドアミン複素環状ジアミン変性物となって
おり、重量比２：１で混合攪拌して使用する。施工後は
20℃で24時間以上の養生を必要とする。低温時は硬化が
著しく遅れるので、原則として５℃以上の環境で使用す
ることになっている。
素繊維強化樹脂板との接合に使用されていたものが同等
の効果で使用できることが判明しているのでそれを使用
する。たとえばコニシ株式会社製の商品名ボンドＥ2370
Ｍが好適である。このものは常温硬化型のエポキシ樹脂
系パテ状シール材であり、主剤はエポキシ樹脂で、硬化
剤がポリアミドアミン複素環状ジアミン変性物となって
おり、重量比２：１で混合攪拌して使用する。施工後は
20℃で24時間以上の養生を必要とする。低温時は硬化が
著しく遅れるので、原則として５℃以上の環境で使用す
ることになっている。
【００１０】本発明の実施にあたり、炭素繊維強化樹脂
板による鋼製構造物への補強効果を以下により確認し
た。すなわち、無補強（Ｈ型鋼桁）、8mm 鋼板補強（ボ
ルト接合）、1.2mm ×６層の炭素繊維強化樹脂板による
補強の３種類の供試体を用意して各載荷状態で発生する
曲げ応力度を測定し、各供試体支間中央位置における上
下方向の発生応力度を比較して図１に示す。炭素繊維強
化樹脂板は接着剤層を含め約8mm の厚さとなるが、有効
厚さは鋼板に比し差分が10％存在する。図１によれば、
無補強の供試体に発生した応力度と鋼板補強の供試体に
発生した応力度の差分、すなわち鋼板の補強効果に対す
る炭素繊維強化樹脂板の補強効果は平均約７％ほど小さ
いことがわかる。しかし、これは前記両者の厚さの差分
10％による影響とみられ、炭素繊維強化樹脂板の厚さを
８mmとした場合は、鋼板補強の効果に対しほぼ同程度、
もしくはやや大きい補強効果が見込まれる。なお、無補
強の供試体と比較して炭素繊維強化樹脂板補強の供試体
では下縁（引張縁：補強材貼付側）で確実に引張応力度
が減少しており、その減少量はほぼ鋼板補強のものと同
様であることが判った。
板による鋼製構造物への補強効果を以下により確認し
た。すなわち、無補強（Ｈ型鋼桁）、8mm 鋼板補強（ボ
ルト接合）、1.2mm ×６層の炭素繊維強化樹脂板による
補強の３種類の供試体を用意して各載荷状態で発生する
曲げ応力度を測定し、各供試体支間中央位置における上
下方向の発生応力度を比較して図１に示す。炭素繊維強
化樹脂板は接着剤層を含め約8mm の厚さとなるが、有効
厚さは鋼板に比し差分が10％存在する。図１によれば、
無補強の供試体に発生した応力度と鋼板補強の供試体に
発生した応力度の差分、すなわち鋼板の補強効果に対す
る炭素繊維強化樹脂板の補強効果は平均約７％ほど小さ
いことがわかる。しかし、これは前記両者の厚さの差分
10％による影響とみられ、炭素繊維強化樹脂板の厚さを
８mmとした場合は、鋼板補強の効果に対しほぼ同程度、
もしくはやや大きい補強効果が見込まれる。なお、無補
強の供試体と比較して炭素繊維強化樹脂板補強の供試体
では下縁（引張縁：補強材貼付側）で確実に引張応力度
が減少しており、その減少量はほぼ鋼板補強のものと同
様であることが判った。
【００１１】ついで、炭素繊維強化樹脂板による補強の
際の設計手法を以下により確立した。まず、炭素繊維強
化樹脂板による補強効果が鋼板によるものとほぼ同値で
あることから、炭素繊維強化樹脂板による補強設計の基
本的な考えを従来の橋梁設計理論と相違ないものと仮定
した。そうとすれば、部材に発生する応力度は下記の仮
定式により算出されることになるが、理論値と実測値を
比較してその妥当性を検証することにした。 仮定式：σ＝Ｍ／Ｉ×Ｙ σ：発生曲げ応力 Ｍ：発生曲げモーメント Ｉ：断面２次モーメント Ｙ：重心位置からの距離 なお、検証にあたり炭素繊維強化樹脂板の補強効果を明
確にするため補強数量を12層で実施した。図２は供試体
支間中央位置における上下方向の応力度の理論値と実測
値を比較したものであり、その結果、鋼桁部材域におい
て理論値と実測値がほぼ一致し、仮定式の妥当性が検証
された。
際の設計手法を以下により確立した。まず、炭素繊維強
化樹脂板による補強効果が鋼板によるものとほぼ同値で
あることから、炭素繊維強化樹脂板による補強設計の基
本的な考えを従来の橋梁設計理論と相違ないものと仮定
した。そうとすれば、部材に発生する応力度は下記の仮
定式により算出されることになるが、理論値と実測値を
比較してその妥当性を検証することにした。 仮定式：σ＝Ｍ／Ｉ×Ｙ σ：発生曲げ応力 Ｍ：発生曲げモーメント Ｉ：断面２次モーメント Ｙ：重心位置からの距離 なお、検証にあたり炭素繊維強化樹脂板の補強効果を明
確にするため補強数量を12層で実施した。図２は供試体
支間中央位置における上下方向の応力度の理論値と実測
値を比較したものであり、その結果、鋼桁部材域におい
て理論値と実測値がほぼ一致し、仮定式の妥当性が検証
された。
【００１２】従来、鋼製構造物に対する炭素繊維強化樹
脂板の接着剤による接合効果の検証がなされていないの
で、鋼製構造物に対する炭素繊維強化樹脂板の接着剤に
よる接合効果が充分得られることを以下により確認し
た。すなわち、炭素繊維強化樹脂板で補強した供試体へ
載荷重を徐々に増加させ、炭素繊維強化樹脂板が剥離す
るか、鋼材が座屈・変形するまでの荷重を測定した。図
３は載荷重強度と発生応力の推移を示したものである。
荷重値 Ｐ＝127kN（σ＝306N/mm2）付近で鋼材が局部的
に降伏し始め、荷重値 Ｐ＝147kNで炭素繊維強化樹脂板
が剥離した。なお、このとき炭素繊維強化樹脂板には損
傷や状態の変化がなく、剥離は固化した接着剤が破壊強
度に達したためと考えられる。以上により接着剤は鋼材
が大きく変形する荷重付近まで耐え得ることが証明さ
れ、通常の供用荷重の状態で接着剤による接合効果が充
分得られることが検証された。
脂板の接着剤による接合効果の検証がなされていないの
で、鋼製構造物に対する炭素繊維強化樹脂板の接着剤に
よる接合効果が充分得られることを以下により確認し
た。すなわち、炭素繊維強化樹脂板で補強した供試体へ
載荷重を徐々に増加させ、炭素繊維強化樹脂板が剥離す
るか、鋼材が座屈・変形するまでの荷重を測定した。図
３は載荷重強度と発生応力の推移を示したものである。
荷重値 Ｐ＝127kN（σ＝306N/mm2）付近で鋼材が局部的
に降伏し始め、荷重値 Ｐ＝147kNで炭素繊維強化樹脂板
が剥離した。なお、このとき炭素繊維強化樹脂板には損
傷や状態の変化がなく、剥離は固化した接着剤が破壊強
度に達したためと考えられる。以上により接着剤は鋼材
が大きく変形する荷重付近まで耐え得ることが証明さ
れ、通常の供用荷重の状態で接着剤による接合効果が充
分得られることが検証された。
【００１３】以上により炭素繊維強化樹脂板による補強
効果と接着強度の確認がなされ、設計手法も確立された
が、とくに重要である耐久性について検証した。供用期
間、数１０年にわたり車両による荷重が繰返し載荷され
性状変化が認められるか否かを確認しなければ実用に供
することができない。そこで、車両による荷重が繰返し
載荷されることを「室内繰返し載荷試験機」を使用し、
試験片として炭素繊維強化樹脂板で補強した供試体に対
し、3000万回の載荷を加え耐久試験をおこなった結果、
供試体、炭素繊維強化樹脂板および接着剤とも全く変化
を生じなかったことが確認された。なお、このことは以
下の段落番号００１９で補強方法を検討した宮城県内に
実在する主要な橋の場合、５０年間の載荷回数が約1000
万回と推測されることにてらし、供用期間中に充分な補
強効果を保証するものと考えられる。
効果と接着強度の確認がなされ、設計手法も確立された
が、とくに重要である耐久性について検証した。供用期
間、数１０年にわたり車両による荷重が繰返し載荷され
性状変化が認められるか否かを確認しなければ実用に供
することができない。そこで、車両による荷重が繰返し
載荷されることを「室内繰返し載荷試験機」を使用し、
試験片として炭素繊維強化樹脂板で補強した供試体に対
し、3000万回の載荷を加え耐久試験をおこなった結果、
供試体、炭素繊維強化樹脂板および接着剤とも全く変化
を生じなかったことが確認された。なお、このことは以
下の段落番号００１９で補強方法を検討した宮城県内に
実在する主要な橋の場合、５０年間の載荷回数が約1000
万回と推測されることにてらし、供用期間中に充分な補
強効果を保証するものと考えられる。
【００１４】さらに実用化にあたり重要な因子である、
外気環境に長期間暴露されることにより性状の変化が認
められるか否かの耐久性についても検証した。そのため
宮城県内の２橋、すなわち岩出山町の轟橋と涌谷町の長
泥橋において暴露試験をおこなった。なお、いずれの橋
梁も積雪寒冷地に位置し、大量の積雪があると同時に冬
季には氷点下10℃近くまで気温が低下するなど寒暖差が
激しい。変動荷重についても轟橋では大型車交通量が多
く当初の設計を超過する応力が主桁に発生していると予
測されることから、試験対象としては適していると考え
られる。
外気環境に長期間暴露されることにより性状の変化が認
められるか否かの耐久性についても検証した。そのため
宮城県内の２橋、すなわち岩出山町の轟橋と涌谷町の長
泥橋において暴露試験をおこなった。なお、いずれの橋
梁も積雪寒冷地に位置し、大量の積雪があると同時に冬
季には氷点下10℃近くまで気温が低下するなど寒暖差が
激しい。変動荷重についても轟橋では大型車交通量が多
く当初の設計を超過する応力が主桁に発生していると予
測されることから、試験対象としては適していると考え
られる。
【００１５】轟橋については環境による影響と同時に、
変動荷重による影響を把握するため、主桁よりも変動荷
重による撓み等の発生が大きいと考えられる、中央主桁
から４方向へ配されたＸ字状をなすラテラル（対傾構）
部材４箇所に対し、炭素繊維強化樹脂板（厚さ1.2mm 、
長さ1000mm、幅50mm）をそれぞれ１枚ずつ配置し貼付し
た。
変動荷重による影響を把握するため、主桁よりも変動荷
重による撓み等の発生が大きいと考えられる、中央主桁
から４方向へ配されたＸ字状をなすラテラル（対傾構）
部材４箇所に対し、炭素繊維強化樹脂板（厚さ1.2mm 、
長さ1000mm、幅50mm）をそれぞれ１枚ずつ配置し貼付し
た。
【００１６】長泥橋については３主桁であることから、
支間中央部に３列並行して以下の試験材料を貼付し、環
境による影響と同時に炭素繊維強化樹脂板（厚さ1.2mm
、長さ1000mm、幅50mm）を複数枚（右側より２、６、1
0層）重ね合わせた影響を観察した。
支間中央部に３列並行して以下の試験材料を貼付し、環
境による影響と同時に炭素繊維強化樹脂板（厚さ1.2mm
、長さ1000mm、幅50mm）を複数枚（右側より２、６、1
0層）重ね合わせた影響を観察した。
【００１７】なお、炭素繊維強化樹脂板の接合施工は以
下の手順にしたがっておこなった。（イ）鋼材表面の素
地調整のため塗装を剥離し鋼材面を露出させる。（ロ）
接着剤の主剤と硬化剤を混和する。（ハ）鋼材面と補強
材（炭素繊維強化樹脂板）に接着剤を塗布する。（ニ）
補強材を鋼材面に貼付し、あて板を介してクランプで仮
固定する。（ホ）接着剤を所定時間（轟橋：３時間／長
泥橋：24時間）養生する。（ヘ）仮固定を開放する。
（ト）露出の鋼材表面と補強材面に塗装して仕上げる。
下の手順にしたがっておこなった。（イ）鋼材表面の素
地調整のため塗装を剥離し鋼材面を露出させる。（ロ）
接着剤の主剤と硬化剤を混和する。（ハ）鋼材面と補強
材（炭素繊維強化樹脂板）に接着剤を塗布する。（ニ）
補強材を鋼材面に貼付し、あて板を介してクランプで仮
固定する。（ホ）接着剤を所定時間（轟橋：３時間／長
泥橋：24時間）養生する。（ヘ）仮固定を開放する。
（ト）露出の鋼材表面と補強材面に塗装して仕上げる。
【００１８】暴露試験の結果、最も気温低下の激しい冬
期（最低気温−15℃）を越え、温度差50℃以上の８カ月
弱（平成12年10月12日〜平成13年６月６日）を経過した
時点で目視および打撃試験により補強箇所を検証した。
目視によるチェック項目は、全体的にみて橋梁、補強
材とも施工時と変化はないか、補強材の剥離や欠損等
がないか、接着部にひび割れ等が発生していないか、
補強材の重ね合わせ部に異常がないかとし、ハンマー
による打撃検査では補強材の浮き上がりや接着剤の脆弱
化などがないかをチェックした。検証の結果、いずれの
橋においても補強材および接着剤ともに性状の変化が認
められず、充分な補強効果を維持していることが確認さ
れた。なお、50年間の補強効果を保証するためには50年
の実績が必要となるため、以上の確認が供用期間中にお
ける補強効果を完全に保証するものではないが、かなり
前向きな結果であると考えられる。
期（最低気温−15℃）を越え、温度差50℃以上の８カ月
弱（平成12年10月12日〜平成13年６月６日）を経過した
時点で目視および打撃試験により補強箇所を検証した。
目視によるチェック項目は、全体的にみて橋梁、補強
材とも施工時と変化はないか、補強材の剥離や欠損等
がないか、接着部にひび割れ等が発生していないか、
補強材の重ね合わせ部に異常がないかとし、ハンマー
による打撃検査では補強材の浮き上がりや接着剤の脆弱
化などがないかをチェックした。検証の結果、いずれの
橋においても補強材および接着剤ともに性状の変化が認
められず、充分な補強効果を維持していることが確認さ
れた。なお、50年間の補強効果を保証するためには50年
の実績が必要となるため、以上の確認が供用期間中にお
ける補強効果を完全に保証するものではないが、かなり
前向きな結果であると考えられる。
【００１９】以上の検証をふまえ、橋梁として宮城県内
に実在する主要な橋に対する補強方法を検討してみた。
補強を想定する橋は昭和３８年竣工の５径間ゲルバート
ラス桁橋（橋長235m）であり、設計自動車荷重がＴＬ−
14（２等橋）である。路線は主要地方道であり交通量は
約8000台／日（大型車混入率約10％）である。補強に先
立ちＢ活荷重で照査した結果、鋼製部材については殆ど
の箇所において発生応力度が許容値を超過していた。許
容応力度を超過している部材に対して、従来工法として
鋼板カバープレート工法による応力超過の解消が考えら
れるが、以下の理由によりそれができないことが判明し
た。すなわち、補強箇所が47箇所（横桁数）と比較的大
量である上、河川橋であるため施工期間が非出水期に限
定され工期短縮が必須であること、また、補強数量が大
きいことから補強材料による死荷重の増加量が無視でき
ず、構造物に与える影響が懸念されること、さらに、近
隣に迂回可能な橋梁がないので片側交通を共用する必要
があり、振動下での施工ともなれば従来工法で確実な補
強効果が得られるか否か懸念があることのもろもろによ
る。したがって、この橋については炭素繊維強化樹脂板
を用いて補修をすることが望ましいと考えられる。
に実在する主要な橋に対する補強方法を検討してみた。
補強を想定する橋は昭和３８年竣工の５径間ゲルバート
ラス桁橋（橋長235m）であり、設計自動車荷重がＴＬ−
14（２等橋）である。路線は主要地方道であり交通量は
約8000台／日（大型車混入率約10％）である。補強に先
立ちＢ活荷重で照査した結果、鋼製部材については殆ど
の箇所において発生応力度が許容値を超過していた。許
容応力度を超過している部材に対して、従来工法として
鋼板カバープレート工法による応力超過の解消が考えら
れるが、以下の理由によりそれができないことが判明し
た。すなわち、補強箇所が47箇所（横桁数）と比較的大
量である上、河川橋であるため施工期間が非出水期に限
定され工期短縮が必須であること、また、補強数量が大
きいことから補強材料による死荷重の増加量が無視でき
ず、構造物に与える影響が懸念されること、さらに、近
隣に迂回可能な橋梁がないので片側交通を共用する必要
があり、振動下での施工ともなれば従来工法で確実な補
強効果が得られるか否か懸念があることのもろもろによ
る。したがって、この橋については炭素繊維強化樹脂板
を用いて補修をすることが望ましいと考えられる。
【００２０】炭素繊維強化樹脂板を用いて橋梁の補強を
する際の設計手順をまとめれば以下の通りとなる。すな
わち、（イ）実発生応力度を測定、もしくは構造計算に
より設計対象断面における発生応力度を計算する。
（ロ）許容応力度を超過している断面に対して、従来の
鋼板補強と同様に式：σ＝Ｍ／Ｉ×Ｙに基づき、超過応
力度を解消するに必要な補強量（必要断面積）を算出す
る。（ハ）炭素繊維強化樹脂板１枚あたりの厚さ1.2mm
および幅50mmの倍数として設計断面に対する必要補強枚
数を確定する。このように炭素繊維強化樹脂板はその厚
さ1.2mm 、幅50mmのものを適宜長さで使用することが設
計上好都合である。なお、炭素繊維強化樹脂板を接合施
工する際の手順は前記、段落番号００１７において述べ
た通りであり、接着剤を塗布後、仮固定してからそれを
開放するまでの養生時間を３〜24時間程度とする。
する際の設計手順をまとめれば以下の通りとなる。すな
わち、（イ）実発生応力度を測定、もしくは構造計算に
より設計対象断面における発生応力度を計算する。
（ロ）許容応力度を超過している断面に対して、従来の
鋼板補強と同様に式：σ＝Ｍ／Ｉ×Ｙに基づき、超過応
力度を解消するに必要な補強量（必要断面積）を算出す
る。（ハ）炭素繊維強化樹脂板１枚あたりの厚さ1.2mm
および幅50mmの倍数として設計断面に対する必要補強枚
数を確定する。このように炭素繊維強化樹脂板はその厚
さ1.2mm 、幅50mmのものを適宜長さで使用することが設
計上好都合である。なお、炭素繊維強化樹脂板を接合施
工する際の手順は前記、段落番号００１７において述べ
た通りであり、接着剤を塗布後、仮固定してからそれを
開放するまでの養生時間を３〜24時間程度とする。
【００２１】
【発明の効果】本発明による橋梁の補強方法で使用する
炭素繊維強化樹脂板は弾性係数が鋼材に比し同程度ない
し若干大きめなのでより効果的な補強が可能である。ま
た、比重が鋼材の約１／５程度と軽量で持ち運びが楽で
あり、補強後の死荷重増加を懸念する必要がなく、確実
な補強効果が得られる。施工方法は接着剤による貼付で
あるため簡易であり、数時間で効果が発現する。従来の
ボルト接合や溶接・アンカー筋打込みなどの煩雑な工種
を大幅に簡略でき、施工期間が大幅に短縮されるという
利点がある。
炭素繊維強化樹脂板は弾性係数が鋼材に比し同程度ない
し若干大きめなのでより効果的な補強が可能である。ま
た、比重が鋼材の約１／５程度と軽量で持ち運びが楽で
あり、補強後の死荷重増加を懸念する必要がなく、確実
な補強効果が得られる。施工方法は接着剤による貼付で
あるため簡易であり、数時間で効果が発現する。従来の
ボルト接合や溶接・アンカー筋打込みなどの煩雑な工種
を大幅に簡略でき、施工期間が大幅に短縮されるという
利点がある。
【図１】 供試体支間中央位置における各供試体の発生
応力度を比較したグラフである。カーボン板は炭素繊維
強化樹脂板の略（図３も同じ）。
応力度を比較したグラフである。カーボン板は炭素繊維
強化樹脂板の略（図３も同じ）。
【図２】 供試体支間中央位置における応力度の理論値
と実測値を比較したものである。
と実測値を比較したものである。
【図３】 載荷重強度と発生応力の推移を示したもので
ある。
ある。
【図４】 橋梁の補強の概要を示す説明図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１月２１日（２００２．１．２
１）
１）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】
【課題を解決するための手段】ここにおいて本発明者は
所定強度と所定形状の炭素繊維強化樹脂板１枚あたりの
厚さおよび幅の倍数としての必要補強枚数を、炭素繊維
強化樹脂板１枚あたりの厚さの複数倍が使用される場合
はあらかじめ接着剤によりその複数枚を重ね合わせてか
ら、橋梁の鋼製部材下面に接着剤により接合するという
鋼製部材を有する橋梁の補強方法を見出すにいたった。
所定強度と所定形状の炭素繊維強化樹脂板１枚あたりの
厚さおよび幅の倍数としての必要補強枚数を、炭素繊維
強化樹脂板１枚あたりの厚さの複数倍が使用される場合
はあらかじめ接着剤によりその複数枚を重ね合わせてか
ら、橋梁の鋼製部材下面に接着剤により接合するという
鋼製部材を有する橋梁の補強方法を見出すにいたった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】
【発明の実施の形態】炭素繊維強化樹脂に用いられる炭
素繊維はアクリル繊維などを原料に1000〜1500℃の不活
性状態のなかで炭化させて製造するポリアクリロニトリ
ル系の炭素繊維が中心であるが、最近では石炭ピッチを
原料とする炭素繊維の発達が著しい。炭素繊維はグラフ
ァイトからできており高強度、高剛性、高弾性率などの
機械的性質に優れた繊維である。それを利用してエポキ
シ樹脂などのプラスチックとの複合材料が熱圧縮加工し
て得られ、炭素繊維強化樹脂と称されている。本発明で
は各種の検証において炭素繊維強化樹脂板として石炭ピ
ッチとエポキシ樹脂との組合わせによる日石三菱株式会
社製グラノックＴＵプレート（登録商標）のＴＹＰＥ−
Ｓで厚さ1.2mm 、幅50mmのものを使用しているが、発明
の実施においてこれに限定されるものではなく、炭素繊
維強化樹脂板の標準的な仕様を引張強度1,700 〜2,400N
/mm2、弾性係数1.55〜3.00×105N/mm2、伸び0.6 〜1.9%
とする。ここで剛性すなわち弾性係数が大きいほど補強
効果が大になるので、使用上、弾性係数は大きいものほ
ど望ましいが、その分価格が上がるので標準的な仕様の
範囲内で弾性係数を適宜選択して使用したほうがよい。
素繊維はアクリル繊維などを原料に1000〜1500℃の不活
性状態のなかで炭化させて製造するポリアクリロニトリ
ル系の炭素繊維が中心であるが、最近では石炭ピッチを
原料とする炭素繊維の発達が著しい。炭素繊維はグラフ
ァイトからできており高強度、高剛性、高弾性率などの
機械的性質に優れた繊維である。それを利用してエポキ
シ樹脂などのプラスチックとの複合材料が熱圧縮加工し
て得られ、炭素繊維強化樹脂と称されている。本発明で
は各種の検証において炭素繊維強化樹脂板として石炭ピ
ッチとエポキシ樹脂との組合わせによる日石三菱株式会
社製グラノックＴＵプレート（登録商標）のＴＹＰＥ−
Ｓで厚さ1.2mm 、幅50mmのものを使用しているが、発明
の実施においてこれに限定されるものではなく、炭素繊
維強化樹脂板の標準的な仕様を引張強度1,700 〜2,400N
/mm2、弾性係数1.55〜3.00×105N/mm2、伸び0.6 〜1.9%
とする。ここで剛性すなわち弾性係数が大きいほど補強
効果が大になるので、使用上、弾性係数は大きいものほ
ど望ましいが、その分価格が上がるので標準的な仕様の
範囲内で弾性係数を適宜選択して使用したほうがよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】炭素繊維強化樹脂板を用いて橋梁の補強を
する際の設計手順をまとめれば以下の通りとなる。すな
わち、（イ）実発生応力度を測定、もしくは構造計算に
より設計対象断面における発生応力度を計算する。
（ロ）許容応力度を超過している断面に対して、従来の
鋼板補強と同様に式：σ＝Ｍ／Ｉ×Ｙに基づき、超過応
力度を解消するに必要な補強量（必要断面積）を算出す
る。（ハ）炭素繊維強化樹脂板１枚あたりの厚さたとえ
ば1.2mm および幅たとえば50mmの倍数として設計断面に
対する必要補強枚数を確定する。このように炭素繊維強
化樹脂板はそのような厚さと幅のものを単位にして使用
すれば細かい設計ができて好都合である。なお、炭素繊
維強化樹脂板を接合施工する際の手順は前記、段落番号
００１７において述べた通りであり、接着剤を塗布後、
仮固定してからそれを開放するまでの養生時間を３〜24
時間程度とする。
する際の設計手順をまとめれば以下の通りとなる。すな
わち、（イ）実発生応力度を測定、もしくは構造計算に
より設計対象断面における発生応力度を計算する。
（ロ）許容応力度を超過している断面に対して、従来の
鋼板補強と同様に式：σ＝Ｍ／Ｉ×Ｙに基づき、超過応
力度を解消するに必要な補強量（必要断面積）を算出す
る。（ハ）炭素繊維強化樹脂板１枚あたりの厚さたとえ
ば1.2mm および幅たとえば50mmの倍数として設計断面に
対する必要補強枚数を確定する。このように炭素繊維強
化樹脂板はそのような厚さと幅のものを単位にして使用
すれば細かい設計ができて好都合である。なお、炭素繊
維強化樹脂板を接合施工する際の手順は前記、段落番号
００１７において述べた通りであり、接着剤を塗布後、
仮固定してからそれを開放するまでの養生時間を３〜24
時間程度とする。
Claims (2)
- 【請求項１】 所定強度と所定形状の炭素繊維強化樹脂
板をあらかじめ接着剤により複数重ね合わせたものを橋
梁の鋼製部材下面に接着剤により接合することを特徴と
する鋼製部材を有する橋梁の補強方法。 - 【請求項２】 炭素繊維強化樹脂板の引張強度が1,700
〜2,400N/mm2、弾性係数が1.55〜3.00×105N/mm2、伸び
が0.6 〜1.9%である請求項１記載の橋梁の補強方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001394869A JP2003193425A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 橋梁の補強方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001394869A JP2003193425A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 橋梁の補強方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003193425A true JP2003193425A (ja) | 2003-07-09 |
Family
ID=27601470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001394869A Pending JP2003193425A (ja) | 2001-12-26 | 2001-12-26 | 橋梁の補強方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003193425A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006194025A (ja) * | 2005-01-17 | 2006-07-27 | Ps Mitsubishi Construction Co Ltd | 既設橋桁の補強方法 |
| JP2007332674A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 鋼構造物の補強方法および補強構造 |
| CN104060533A (zh) * | 2014-06-03 | 2014-09-24 | 武汉二航路桥特种工程有限责任公司 | 一种用于混凝土梁桥的新型复合桥面修复层 |
| JP2014201961A (ja) * | 2013-04-04 | 2014-10-27 | 五十嵐工業株式会社 | マンホールの拡張工法 |
| CN108487090A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-04 | 卡本复合材料（天津）有限公司 | 一种利用预应力碳板加固曲面桥梁的方法 |
-
2001
- 2001-12-26 JP JP2001394869A patent/JP2003193425A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006194025A (ja) * | 2005-01-17 | 2006-07-27 | Ps Mitsubishi Construction Co Ltd | 既設橋桁の補強方法 |
| JP4512896B2 (ja) * | 2005-01-17 | 2010-07-28 | 株式会社ピーエス三菱 | 既設橋桁の補強方法 |
| JP2007332674A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 鋼構造物の補強方法および補強構造 |
| JP2014201961A (ja) * | 2013-04-04 | 2014-10-27 | 五十嵐工業株式会社 | マンホールの拡張工法 |
| CN104060533A (zh) * | 2014-06-03 | 2014-09-24 | 武汉二航路桥特种工程有限责任公司 | 一种用于混凝土梁桥的新型复合桥面修复层 |
| CN108487090A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-04 | 卡本复合材料（天津）有限公司 | 一种利用预应力碳板加固曲面桥梁的方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20031205 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20031216 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040129 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040511 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |