JP2008069606A - 断面ｈ形鋼材の補強構造および補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接することなく、断面Ｈ形鋼材と補強部材とを確実に、強固に一体化可能な断面Ｈ形鋼材の補強構造および補強方法を提供すること。
【解決手段】断面Ｈ形鋼材１における各フランジ内側面５とウェブ側面６とに囲まれた各凹溝４にコンクリート系材料８が打設されて硬化され、かつ各フランジ巾方向の側端面１１を長手方向にわたって被覆するようにコンクリート系材料８が設けられ、各フランジ巾方向の側端面１１を被覆するコンクリート系材料８のコーナー部は断面円弧状のコーナー部１２とされ、コンクリート系材料８の外表面を長手方向にわたって被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シート９が接着剤により固着されている。断面Ｈ形鋼材１の凹溝４にコンクリート系材料８を打設し、コンクリート系材料８の外面および断面Ｈ形鋼材１の外面に連続繊維シート９を接着剤により固着する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｈ形鋼（圧延ロール成形Ｈ形鋼、プレート組立Ｈ形鋼）あるいは既存の鉄骨構造物における柱・梁・筋交い等に使用されるＨ形鋼等の断面Ｈ形鋼材の補強構造および補強方法に関する。

従来、（Ａ）．図９（ａ）に示すように部材または構造材として使用されているＨ形鋼等の断面Ｈ形鋼材１の補強構造として、断面Ｈ形鋼材１における対向するフランジ２巾方向端部に渡って補強鋼板２０を配置し、フランジ２と補強鋼板２０とを溶接Ｗにより固定し補強する形態、同図（ｂ）に示すように、フランジ２の外側に補強鋼板２０を重合配置すると共に溶接Ｗにより一体に固定し補強する形態、同図（ｃ）に示すように、断面Ｈ形鋼材１における片側フランジ２の外側であって、ウェブ３の延長面上に、カットＴ形鋼等の補強形鋼２１におけるウェブ３先端部分を溶接Ｗにより固定する補強形態も知られている。
このような断面Ｈ形鋼材１の補強構造では、断面Ｈ形鋼材１と、補強鋼板２０または補強形鋼２１を溶接で一体化することで、強度を確実に向上できる利点がある。

また従来、（Ｂ）．図１０に示すように、Ｈ形鋼等の断面Ｈ形鋼材１の補強構造として、Ｈ形鋼柱２２の周囲に、部材軸方向に延長するように、主筋２３および環状横鉄筋（フープ筋）２４を配置し、これらをコンクリート８ａにより埋め込むように打設して一体化した構造形態も知られている。このような構造では、断面Ｈ形鋼材１の周囲を、主筋２３および環状横鉄筋２４ならびにコンクリート８ａによる鉄筋コンクリートで囲うため、断面Ｈ形鋼材１とコンクリート８ａは一体化され、強度を確実に向上できる利点がある。

また従来、（Ｃ）Ｈ形鋼における対向するフランジに渡って鉄筋を溶接により固定し、フランジとウェブに囲まれた凹溝にコンクリートを打設し、鉄筋によってＨ形鋼とコンクリートを一体化する補強形態も知られている（例えば、特許文献１〜４参照）。このような補強形態では、断面外形寸法が大きくならないため、周囲にスペースが必要とならない利点がある。

また従来、（Ｄ）Ｈ形鋼にスタッドを溶着し、スタッドを利用して鉄筋を取り付け、フランジとウェブに囲まれた部分にコンクリートを打設するＨ形断面部材の補強形態も知られている（例えば、特許文献５参照）。このような補強形態では、スタッドおよび鉄筋によってＨ形鋼とコンクリートが一体化され、強度を確実に向上できる利点がある。
特開２００２−２６６５０３号公報 特開２００２−２６６３１７号公報 特開２００４−１８３２３２号公報 特開平０８−４９３５０号公報 特開２００２−２６６３１９号公報

前記（Ａ）の従来の場合は、Ｈ形鋼に補強鋼板または補強形鋼を、火気使用となる溶接により固定するため、例えば引火性の物品や可燃物を貯蔵もしくは使用する工場・倉庫等、火気の使用ができない既存建物等の使用条件によっては、工事が困難となり、工場における操業や倉庫の保管を一時停止した後、補強構造の施工をする等、補強施工に長期間を要するばかりでなく、火気使用となる溶接を必要とするため周囲に引火する恐れを必然的に生じ、補強工事の安全性が低下する等の問題がある。また、断面Ｈ形鋼材の断面外形が大きくなるため、周囲にスペースがない場合には、適用できないという問題もある。

前記（Ｂ）の従来の場合は、断面Ｈ形鋼材の断面外形が大幅に大きくなるため、周囲にスペースがない場合には、適用できないという問題もある。

前記（Ｃ）（Ｄ）の従来の場合は、Ｈ形鋼に鉄筋またはスタッドを、火気使用となる溶接により固定するため、前記（Ａ）と同様に、火気の使用ができない既存建物等の使用条件によっては、工事が困難となり、工場における操業を一時停止した後、補強構造の施工をする等、補強施工に長期間を要するばかりでなく、火気使用となる溶接を必要とするため、周囲に引火する恐れを必然的に生じ、補強工事の安全性が低下する等の問題がある。

本発明は、断面Ｈ形鋼材を補強する場合に、周囲にスペースを確保できない場合でも施工可能であり、また、火気の使用となる溶接することなく、断面Ｈ形鋼材とこれを補強する補強部材とを確実に、強固に一体化可能な断面Ｈ形鋼材の補強構造および補強方法を提供することを目的とする。

前記の目的を有利に解決するために、第１発明の断面Ｈ形鋼材の補強構造では、断面Ｈ形鋼材における各フランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝にコンクリート系材料が打設されて硬化され、かつ各フランジ巾方向の側端面を長手方向にわたって被覆するようにコンクリート系材料が設けられ、各フランジ巾方向の側端面を被覆するコンクリート系材料のコーナー部は断面円弧状のコーナー部とされ、コンクリート系材料の外表面を長手方向にわたって被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートが、コンクリート系材料の外表面と断面Ｈ形鋼材におけるフランジ外面に接着剤により固着されていることを特徴とする。
第２発明では、第１発明の断面Ｈ形鋼材の補強構造において、断面Ｈ形鋼材における各フランジ巾方向の側端面に、フランジ長手方向に延長する棒状部材が接着剤により固定され、前記棒状部材の外側コーナー部を断面円弧状のコーナー部とし、フランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝および前記棒状部材を埋め込むようにコンクリート系材料が打設されて硬化され、対向する各フランジ巾方向の側端面に固定した棒状部材の外表面およびこれらの間のコンクリート系材料の外表面を被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートを接着剤により固着されていることを特徴とする。
第３発明では、第１または第２発明の断面Ｈ形鋼材の補強構造において、断面円弧状のコーナー部の半径は、少なくとも２０ｍｍの半径とされていることを特徴とする。
第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの断面Ｈ形鋼材の補強構造において、連続繊維シートは、断面Ｈ形鋼材のフランジ外面全体を被覆するように接着剤により固定されていることを特徴とする。
第５発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの断面Ｈ形鋼材の補強構造において、連続繊維シートは、断面Ｈ形鋼材のフランジ外面の一部を被覆するように、断面Ｈ形鋼材のフランジ側部に接着剤により固定されていることを特徴とする。
第６発明では、第１発明〜第５発明のいずれかに記載の断面Ｈ形鋼材の補強構造において、連続繊維シートによる被覆層の外側に、連続繊維シートを締め付けるようにバンド金具が設けられていることを特徴とする。
第７発明では、第１発明〜第６発明のいずれかに記載の断面Ｈ形鋼材の補強構造において、コンクリート系材料が、補強繊維混入コンクリート系材料であることを特徴とする。
第８発明の断面Ｈ形鋼材の補強方法においては、断面Ｈ形鋼材におけるフランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝にコンクリート系材料を打設すると共に、各フランジ巾方向の側端面を長手方向にわたって被覆するように前記コンクリート系材料が打設されて硬化され、かつ各フランジ巾方向の側端面を被覆するコンクリート系材料のコーナー部を断面円弧状のコーナー部とした後、コンクリート系材料の外表面を長手方向にわたって被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートを、コンクリート系材料の外表面と断面Ｈ形鋼材におけるフランジ外面に接着剤により固着することを特徴とする。
第９発明では、第８発明の断面Ｈ形鋼材の補強方法において、断面Ｈ形鋼材における各フランジ巾方向の側端面に、その長手方向にわたって被覆するように外側コーナー部が断面円弧状とされた棒状部材を接着剤によりそれぞれ固定した後、断面Ｈ形鋼材におけるフランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝および前記棒状部材を埋め込むようにコンクリート系材料を打設して硬化させた後、棒状部材の外表面およびこれらの間のコンクリート系材料の外表面を被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートを接着剤により固着することを特徴とする。
第１０発明では、第８または第９発明の断面Ｈ形鋼材の補強方法において、断面Ｈ形鋼材は、既存の鉄骨構造物における柱または梁あるいは筋交いであることを特徴とする。

第１発明によると、断面Ｈ形鋼材における各フランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝にコンクリート系材料が打設されて硬化され、かつ各フランジ巾方向の側端面を長手方向にわたって被覆するようにコンクリート系材料が打設されて硬化されて設けられ、各フランジ巾方向の側端面を被覆するコンクリート系材料のコーナー部は断面円弧状のコーナー部とされ、かつ断面Ｈ形鋼材の部材長手方向に連続する連続繊維シートが、コンクリート系材料の外表面と断面Ｈ形鋼材の外面に接着剤により固着された形態の補強構造であるので、従来のように、溶接による補強形態と異なり、断面Ｈ形鋼材に設けるコンクリート系材料あるいは連続繊維シートなどの補強材料と、断面Ｈ形鋼材との一体化に火気を使用することなく一体化して補強することができ、しかも断面Ｈ形鋼材におけるフランジ間方向（縦方向）は、連続繊維シートの厚み分しか厚み寸法が大きくならないために、周囲にスペースを確保できない場合でも断面Ｈ形鋼材を補強することができる効果が得られる。
また、連続繊維シートが、コンクリート系材料の外表面と断面Ｈ形鋼材のフランジ外面に固着されているので、断面Ｈ形鋼材にその軸方向方向から圧縮（引張）応力が作用すると、接着剤による接着部を介して連続繊維シートに圧縮（引張）応力が伝達させることができる。また、前記のように補強された断面Ｈ形鋼材では、これに曲げ力が作用した場合には、硬化したコンクリート系材料には、その外側に連続繊維シートが設けられているため、硬化したコンクリート系材料は連続繊維シートで外側から締め付けられるため、断面Ｈ形鋼材と硬化したコンクリート系材料との間には摩擦力が生じ、この摩擦力により、圧縮（引張）応力は、断面Ｈ形鋼材からコンクリート系材料にも伝達される。したがって、硬化したコンクリート系材料および連続繊維シートにより断面Ｈ形鋼材を確実に補強することができる。
さらに、硬化したコンクリート系材料のコーナー部は、断面円弧状のコーナー部とされているので、連続繊維シートがコーナー部におけるこすれにより損傷するおそれを排除することができる等の効果が得られる。
したがって、コンクリート系材料と断面Ｈ形鋼材とが、連続繊維シートおよび接着剤により一体化された高強度の補強構造とすることができる等の効果が得られる。
第２発明によると、断面Ｈ形鋼材における各フランジ巾方向の側端面に、フランジ長手方向に延長する棒状部材が接着剤により固定され、前記棒状部材の外側コーナー部を断面円弧状のコーナー部とし、フランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝および前記棒状部材を埋め込むようにコンクリート系材料が打設されて硬化されて一体化された補強形態であるので、従来のように、溶接による補強形態と異なり、断面Ｈ形鋼材に設ける補強材料と断面Ｈ形鋼材の一体化に、火気の使用となる溶接をすることなく一体化して補強することができ、しかも周囲にスペースを確保できない場合でも、断面Ｈ形鋼材を補強することができる効果が得られる。
また、断面円弧状のコーナー部を形成するための部材として、断面Ｈ形鋼材あるいは硬化したコンクリート系材料とは別個の棒状部材を設けるので、棒状部材を適宜設定することにより、断面円弧状のコーナー部の半径寸法を設定することができ、断面円弧状のコーナー部の設定が容易になると共に、棒状部材を接着剤によりフランジ幅方向端面に固定した状態で、コンクリート系材料を打設すればよいので、断面Ｈ形鋼材の補強施工が容易である。
また、コンクリート系材料と断面Ｈ形鋼材と棒状部材とが、連続繊維シートと接着剤により一体化された高強度の補強構造とすることができる等の効果が得られる。
第３発明によると、一般に連続繊維シートは突端部とのこすれに弱いが、断面円弧状のコーナー部の半径を２０ｍｍ以上とし、コーナー部に２０ｍｍ以上の半径のＲ部（断面円弧状部）を設けているため、ゼロに近い断面円弧状のコーナー部に比べて、連続繊維シートがコーナー部でこすれることはなく、連続繊維シートに繰り返し応力が作用しても、こすれによる損傷を受ける恐れを排除することができる等の効果が得られる。
第４発明によると、断面Ｈ形鋼材におけるフランジ外面全体にも連続繊維シートを接着剤により固着するようにしたので、フランジ部分が連続繊維シートにより補強されると共に、コンクリート系材料の外表面全面とフランジの一部分のみに連続繊維シートを固定する場合に比べて、連続繊維シートが全体に渡って接着剤より固着されて補強されているため、より高強度の補強構造とすることができ、また、連続繊維シートを硬化したコンクリート系材料を備えた断面Ｈ形鋼材の外側に、層状に巻回するように設ければよいので、補強施工が容易である等の効果が得られる。
第５発明によると、連続繊維シートは、硬化したコンクリート系材料の外面と、断面Ｈ形鋼材のフランジ側部に接着材により固着されて被覆されているので、硬化したコンクリート系材料のみにより固着する場合に比べて、連続繊維シートの巾方向の端部を確実に接着剤により固定することができると共に、断面Ｈ形鋼材と硬化したコンクリート系材料の外表面境界部を確実に連続繊維シートにより保護・補強できるため、断面Ｈ形鋼材から硬化したコンクリート系材料に、あるいは硬化したコンクリート系材料から断面Ｈ形鋼材に、連続繊維シートによる確な締め付け力により、断面Ｈ形鋼材と硬化したコンクリート系材料との間の摩擦力を確実に発揮させることができる高強度の補強構造とすることができる。
第６発明によると、連続繊維シートによる被覆層の外側に、連続繊維シートを締め付けるようにバンド金具が設けられているので、連続繊維シートを確実に拘束し、連続繊維シートによる締め付け力を高めることができ、断面Ｈ形鋼材と硬化したコンクリート系材料との境界面の摩擦力を高めることができるため、これら間の伝達可能な応力を高めることができ、また、連続繊維シートを固定しているバンド金具付近の接着剤層が部分的に損傷または劣化しても、バンド金具の締め付け力により、損傷または劣化した接着剤層の作用を補完することもできる。
第７発明によると、コンクリート系材料が、補強繊維混入コンクリート系材料であるので、補強繊維が混入していない場合の補強構造に比べてさらに強度の高い補強構造とすることができる。
第８発明によると、断面Ｈ形鋼材における各フランジ内側面とこれに接続する各ウェブ側面とにより形成される凹部に打設すると共にフランジ巾方向の側端面を埋め込むようにコンクリート系材料を打設し、硬化したコンクリート系材料の外表面と断面Ｈ形鋼材におけるフランジ外面に接着剤により連続繊維シートを固着させる簡単な施工で、断面Ｈ形鋼材を容易に補強することができる。特に本発明の断面Ｈ形鋼材の補強方法では、火気の使用となる溶接を用いない形態であるので、火気使用による周囲に引火する恐れを排除することができ、安全確実に、また周囲にスペースがない場合でも容易に補強することができる。
第９発明によると、各フランジ巾方向の側端面に、断面円弧状の外側コーナー部を有する棒状部材を、接着剤により固定した後、棒状部材を埋め込むようにフランジ内側面およびウェブ側面により形成される凹溝を含む領域にコンクリート系材料を打設して硬化させ、棒状部材とこれらの間の硬化したコンクリート系材料の外表面に、接着剤により連続繊維シートを固定するだけで、容易に断面Ｈ形鋼材を補強することができばかりでなく、容易に断面Ｈ形鋼材と連続繊維シートと棒状部材とを一体化して高強度の補強構造とすることができる。また、断面円弧状の外側コーナー部を備えた棒状部材を使用するので、これにより、連続繊維シートを使用しても、連続繊維シートの損傷する恐れの少ない補強された断面Ｈ形部材とすることができる。
第１０発明によると、既存の鉄骨構造物における柱または梁あるいは筋交いに使用されている断面Ｈ形鋼材を、周囲に安全確実に容易に高強度に補強することができる。

次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。

図１（ａ）および図５は、本発明の第１実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造を示すものであって、圧延ロール成形Ｈ形鋼またはプレート組立Ｈ形鋼からなるＨ形鋼等の間隔をおいて対向する２つのフランジ２とウェブ３を備えた断面Ｈ形鋼材１、あるいは既存の鉄骨構造物における柱・梁・筋交い等に使用されるＨ形鋼等の断面Ｈ形鋼材１におけるフランジ内側面５とウェブ側面６とにより形成される凹溝４に、部材長手方向の補強を必要とする部分（図示の形態では部材長手方向全長）に渡ってコンクリート系材料８が打設されて硬化され、かつ、前記断面Ｈ形鋼材１におけるフランジ２の巾方向の側端面１１も、断面Ｈ形鋼材１の長手方向に渡ってコンクリート系材料８により被覆されている。

フランジ巾方向の側端面１１を被覆する硬化したコンクリート系材料８は、フランジ外面の延長面上となるように、フランジ外面から面外方向に突出しないように設けられている。

また、フランジ巾方向の側端面１１を被覆するコンクリート系材料８のコーナー部（コーナー外面）は、断面円弧状のコーナー部１２とされて、その外側の接着剤により固着される繊維強化複合材料製の連続繊維シート９が、コーナー部が角部とされた場合によるこすれをなくし、連続繊維シート９がこすれにより損傷するのを防止し、連続繊維シート９の耐久性を向上させるようにしている。
前記の連続繊維シート９としては、例えば、アラミド繊維あるいは超高強力ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）繊維等の有機系繊維または無機系繊維を使用した繊維強化複合材料からなる連続繊維シートを使用でき、好ましくは耐火性がある、ガラス繊維あるいは炭素繊維等の無機系の高強度繊維、例えば、ＰＡＮ系あるいはピッチ系炭素繊維を一方向に引き揃え、微量の樹脂を含浸させ複合一体化された可撓性あるいは屈曲性に富んだ炭素繊維と合成樹脂との炭素繊維複合シートからなる連続繊維シートを使用するとよい。なお、連続繊維シートは、変形自在な布状等のシート状であってもよい。

前記の断面円弧状のコーナー部１２の半径は、０に近い小さな半径寸法よりは、より大きな半径寸法であるほうが、連続繊維シート９がこすれによる耐久性の低下の恐れを改善する点で望ましく、例えば、２０ｍｍ以上の半径の円弧状のコーナー部１２とするように、適宜型枠により、コンクリート系材料８の外側コーナー部１２を成型するのが望ましい。前記の断面円弧状のコーナー部１２は、円弧状であればよく、かならずしも１／４円状である必要はない。

前記のようにコーナー部を断面円弧状のコーナー部１２とした後、打設充填したコンクリート系材料８の外表面全体を被覆すると共に、断面Ｈ形鋼材１におけるフランジ巾方向の少なくとも側部（図示の場合には、フランジ巾方向の全巾）を被覆するように、接着剤層７が設けられると共に、同様に前記連続繊維シート９が配置されて固着され、断面Ｈ形鋼材１および硬化したコンクリート系材料８が連続繊維シート９により被覆される。なお、適宜連続繊維シート９の幅方向の端部は重合されて接着剤により固着される。前記の連続繊維シート９は、必要に応じ、１重または２重以上に積層されて接着剤により一体化される。連続繊維シート９の繊維方向は、断面Ｈ形鋼材１の長手方向に延長する方向に主に繊維を引き揃えて配置された連続繊維シート９が用いられる。断面Ｈ形鋼材１の部材長手方向に直角な方向の横繊維（緯糸）は、連続繊維シート９の横方向の一体性を向上する上で、適宜配置されていてもよい。

前記の接着剤層７および後記の接着剤層７ｂを形成する接着剤としては、エポキシ樹脂系接着剤、その他の樹脂系等の接着剤を使用することができるが、エポキシ樹脂系接着材あるいはウレタン樹脂系接着材などの耐熱性の高い接着剤を使用すると耐火性が向上するので望ましい。

前記の接着剤層７を設ける場合、コンクリート系材料８の表面の凸凹を埋め込むように下地処理し、プライマーを塗布した後、プライマー上に設けるとよい。

前記のコンクリート系材料８としては、コンクリート、補強繊維混入コンクリート、モルタル、セメントペースト等のいずれか一つまたは複数を使用することができる。補強強度を向上させる点では、補強繊維混入コンクリートを用いるのが好ましい。コンクリート内に混入する補強繊維としては公知のポリプロピレン繊維等の樹脂系の短繊維（あるいは長繊維）あるいは金属系の短繊維を適宜混入させる。コンクリート系材料８はフランジ２の巾方向端縁まで充填または打設し、断面Ｈ形鋼材１の外形寸法が大きくならないようにし、現場において補強施工するにあたって、周囲にスペースがほとんどないような場合にも補強可能であり、工場において補強された断面Ｈ形鋼材を製作する場合にも、外形寸法が大きくならないコンパクトな補強構造としている。

前記の補強形態の特徴を下記に列記する。
（１）コンクリート系材料８、接着剤、連続繊維シート９のみで補強される構成とされるため、施工に溶接による火気は使用しない。
（２）コンクリート系材料８は、フランジ２の巾方向側端面を被覆するように設けるだけであるので、また、Ｈ形鋼等の断面Ｈ形鋼材１のフランジ２外面は、連続繊維シート９が設けられる厚み代しか大きくならないため、本願の補強構造を実施補強により部材の外形寸法はほとんど変わらない。そのため、周囲にスペースを確保できない場合にも施工可能にされている。
（３）断面Ｈ形鋼材１に圧縮（引張）応力が作用すると（図７参照）、接着面１８を介して連続繊維シート９に圧縮（引張）応力が伝達される。また、コンクリート等のコンクリート系材料８は、連続繊維シート９で外側から締め付けられているため、断面Ｈ形鋼材１とコンクリート系材料８との間には、摩擦力が作用し、圧縮（引張）応力はＨ形鋼からコンクリート系材料８にも伝達される。
（４）Ｈ形鋼等の断面Ｈ形鋼材１に曲げ応力が作用すると（図８参照）、圧縮側フランジ２、引張側フランジ２ともに接着面を介して連続繊維シート９の片側に圧縮応力、片側に引張応力が伝達される。また、コンクリート等のコンクリート系材料８は、連続繊維シート９で外側から締め付けられているため、断面Ｈ形鋼材１とコンクリート系材料８との間には、摩擦力が作用し、コンクリート系材料にも曲げ応力が伝達される。
（５）硬化したコンクリート系材料８のコーナー部は、断面円弧状のコーナー部１２とされているので、例えば、断面Ｈ形鋼材１が柱材として使用される場合には、断面Ｈ形鋼材１の軸方向には、地震、台風、あるいは工場・倉庫における天井走行クレーンの頻繁な走行により繰り返し応力（鉛直荷重および水平力による圧縮（引張）応力および曲げ応力）が作用し、弾性的に伸縮するが、連続繊維シート９はコーナー部１２が鋭角な角部でなく、丸い円弧状部であるので、こすれにより損傷する恐れはなく、確実に支承することができる

次に、後記の実施形態においても共通する本発明の特徴について説明すると、
断面Ｈ形鋼材１における少なくともフランジ巾方向の側端面１１を被覆し、断面Ｈ形鋼材１とコンクリート系材料８と、連続繊維シート９とを接着剤により一体化する補強形態であるので、火気の使用となる溶接することなく、断面Ｈ形鋼材に設けるコンクリート系材料８の補強材料と断面Ｈ形鋼材１の一体化に、溶接によらないコンクリート系材料８および接着剤層７等とによる湿式方式で一体化して補強することができ、しかも断面Ｈ形鋼材１の外形寸法よりも大きくならないので、断面Ｈ形鋼材１の外形周囲にスペースを確保できない場合でも断面Ｈ形鋼材を補強することができる効果が得られる。
補強された状態では、断面Ｈ形鋼材１は、コーナー部は、断面円弧状のコーナー部１２とされているので、連続繊維シート９がこすれにより、損傷するおそれを排除することができる。

次に、断面Ｈ形鋼材のフランジ巾方向の側端面に部材を配置する場合の形態について説明する。

図１（ｂ）および図５は、本発明の第２実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造を示すものであって、前記第１実施形態と相違する部分は、断面Ｈ形鋼材１におけるフランジ２の側端面１１に、フランジ２長手方向に延長するように、鋼製の棒状部材１９を、フランジ巾方向の側端面１１に設けた接着剤層７ｂを介して固定した点および棒状部材１９は、断面Ｈ形鋼材１のフランジ２の巾方向の側端面に設置された状態における出隅のコーナー部が、前記と同様に断面円弧状のコーナー部１２とされている点が、前記実施形態と相違しているが、その他の形態は前記実施形態と同様であるので、相違する部分について主に説明する。

この第２実施形態では、断面Ｈ形鋼材１における各フランジ２の巾方向の側端面１１に、断面Ｈ形鋼材１の長手方向にわたって棒状部材１９の一側面が接着剤７ｂにより固着されている。
前記の棒状部材１９の断面形状としては、図１（ｂ）に示すように、断面円弧状のコーナー部１２に接続する平坦な側面を有する棒状部材１９の平坦な側面を有する棒状部材１９としてもよい。
図１（ｂ）に示すように、各側面に平坦な側面を有する矩形状断面の棒状部材１９であると、棒状部材１９の取り扱いが容易であるので、容易にフランジ２の側端面１１に接着剤により固定することができる。

前記のように、棒状部材１９を設ける形態では、棒状部材１９を取付けた後、前記棒状部材１９を埋め込むようにコンクリート系材料８を打設するようにすればよい。
各フランジ２の巾方向の片側に、それぞれ棒状部材１９を固定した後、コンクリート系材料８を充填硬化させ、その後反転して、他方のフランジ２の側端面１１に棒状部材１９を接着剤により固定して、コンクリート系材料８により前記棒状部材１９を埋め込むように打設し、硬化させた後、フランジ２の外面および硬化したコンクリート系材料８の外面ならびに棒状部材１９の長手方向の外面に接着剤を塗布して、連続繊維シート９を固着するようにすればよい。

前記の棒状部材１９の材質としては、鋼材の他の金属製材料であってもよいが、鋼棒であるほうが安価でよい。
その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な要素には同様な符号を付して説明を省略する。

図２（ａ）は、本発明の第３実施形態を示すものであって、この形態では、棒状部材１９が、断面ほぼ１／４円形の扇状断面の棒状部材１９とされて、前記実施形態の場合の棒状部材１９よりもより断面積が小さくコンパクトで軽量安価な棒状部材１９とされ、その棒状部材１９の平坦な側面２５が接着剤により、断面Ｈ形鋼材１におけるフランジ２の側端面１１に接着剤により固定しているが、その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な要素には同様な符号を付して説明を省略する。

前記の連続繊維シート９は、断面Ｈ形鋼材１の部材長手方向に連続して設けると、部材長手方向全長に渡って、コンクリート系材料８と共同して、断面Ｈ形鋼材１を補強することができる。

連続繊維シート９としては、例えば、炭素繊維強化複合材料製の連続繊維シートあるいは、糸状の繊維強化複合材料を編み組まれた繊維強化複合材料製の連続繊維シートを使用するとよい。
本発明では、連続繊維シート９は、断面Ｈ形鋼材１の長手方向に連続していて、硬化したコンクリート系材料８または断面Ｈ形鋼材１のフランジ２の外面２６に接着剤により固着されて一体化されていることが重要である。

前記の連続繊維シート９を配置する場合に、図２（ｂ）に示すように、少なくとも断面Ｈ形鋼材１のフランジ２の外面２６の側部と、硬化したコンクリート系材料８の外面２６とを被覆するように設置してもよいが、より高強度とする場合には、図１（ａ）〜図２（ａ）に示すように，部材全体を被覆するように設置したり、２重あるいは３重に被覆するように連続繊維シート９を複数層形成するように積層設置するとよい。このように連続繊維シート９を複数層設置すると、一層配置の形態に比べて、より高強度の補強構造とすることができる。連続繊維シート９を配置する場合、断面Ｈ形鋼材の部材中心軸線に対して対称配置となるようにすると、釣り合いがとれて均等に補強することになるので好ましい。

断面Ｈ形鋼材１におけるフランジ２の側端面１１をコンクリート系材料８により被覆する図１（ａ）に示す形態の変形形態として、図３に示す第５実施形態のように、フランジ２とウェブ３を埋め込むコンクリート系材料８の外面２６を、巾方向中央部に向かって膨らむ断面円弧状に成型するようにしてもよい。このように断面円弧状の外面とすると、断面円弧状のコーナー部１２との接続が一層滑らかになるので、連続繊維シート９のこすれによる損傷する恐れを極力なくすことができ、耐久性を一層向上させることができる。

本発明を実施する場合、柱１３、梁１４（図６参照）あるいは筋交い等を補強する場合に適用してもよい。最も、梁あるいは筋交いを補強する場合、部材軸方向の全長または中間部のみを補強する形態でもよい。中間部のみを補強する形態では、コンクリート系材料８および連続繊維シート９を、断面Ｈ形鋼材１の長手方向の中間部のみ設けるようにすればよい。

図４は、本発明の第６実施形態および第７実施形態を示すものであって、図４（ａ）（ｂ）の形態では、連続繊維シート９の外側にバンド金具２７を設けて、連続繊維シート９の横方向の補強およびコンクリート系材料８と連続繊維シート９並びに断面Ｈ形鋼材１の一体化を高めるようにした形態の代表形態である。バンド金具２７の配置形態としては、図５に２点鎖線で示すように、端部と中間部とに、連続繊維シート９の外側から緊縛するように設けるとよい。前記のバンド金具２７としては、公知の緊縛金具付きの鋼製帯状バンドを用いてもよいが、前記の連続繊維シート９と同じ材質の帯状の連続繊維シート９を横方向に巻回して接着剤により固定するようにしてもよい。

前記ように補強された断面Ｈ形鋼材１では、座屈による圧縮耐力について、硬化したコンクリート系材料８による座屈補剛効果があると共に、連続繊維シート９（１２）とコンクリート系材料８の引張耐力および圧縮耐力の両方の耐力の付加が見込め、断面Ｈ形鋼材１のみの場合に比べて、例えば、少なくとも、１．５倍〜２倍程度の耐力を向上させることも可能である。

次に、前記各実施形態における断面Ｈ形鋼材の補強構造とする場合に、現場施工により断面Ｈ形鋼材の補強構造とする場合と、工場において補強鋼材を製作する場合があるのでこれらの形態について説明する。

前記のような断面Ｈ形鋼材の補強構造にする場合、例えば、図６（ａ）に示すように、プラント設備における鋼構造物１６における柱１３を対象とする場合には、同図（ｂ）に示すように、鋼製柱１３における補強対象とする部分のフランジ内側面５およびウェブ側面６並びにフランジ２とウェブ３に予め固定されている水平ダイアフラム１７等の表面の塵埃等を除去し、界面処理し、コンクリート系材料との付着を確実になるようにする。次いで、型枠２８を配置して、フランジ２とウェブ３とで形成される凹溝４内およびフランジ２の側端面１１を埋め込むように、コンクリート系材料８を打設（充填）し、養生硬化させる。その後、断面Ｈ形鋼材１と硬化したコンクリート系材料８の外表面に、部材長手方向に渡って、接着剤を塗布して、接着剤層７を形成すると共に連続繊維シート９を固着し、必要に応じ、バンド金具２７を設ける。

断面Ｈ形鋼材１におけるフランジ２の側端面１１に棒状部材１９を接着剤により設ける場合には、フランジ２の側端面１１および棒状鋼材１９の接合すべき面にプライマーを塗布した後、接着剤によりフランジ２に棒状部材１９を固定し、型枠を適宜配置してコンクリート系材料８を下から順に所定の位置まで打設し、養生硬化させ、一体化させる。その後、断面Ｈ形鋼材１と硬化したコンクリート系材料８の外表面に、部材長手方向に渡って、接着剤を塗布して、接着剤層７を形成すると共に連続繊維シート９を固着し、必要に応じ、バンド金具２７を設ける。

前記のようなプラント設備における鋼構造物１６における柱１３、梁、筋交いなどの部分は、その部分の周囲に配管設備等が近接配置されている場合が多く、補強対象となる部材の周囲にスペースがほとんどないような場合が多いが、本発明の補強構造を採用すると、周囲のスペースのほとんどないよう場合でも、断面Ｈ形鋼材１の補強を確実安全に補強施工でき、しいては、鋼構造物建家を確実に強固に補強することができる。

次に、断面Ｈ形鋼材１の補強構造とするにあたって、図示を省略するが、工場において補強された断面Ｈ形鋼材１を製作する場合には、断面Ｈ形鋼材１を横倒し状態とし、断面Ｈ形鋼材１のフランジ２とウェブ３とにより形成される一方の凹溝４を上にして、断面Ｈ形鋼材１のフランジ２部に前部型枠および後部型枠並びに上面型枠を配置すると共に、長手方向端部に側部型枠を配置し、コンクリート系材料８をフランジ２の巾方向側端面を十分埋め込むレベルまで打設し、養生硬化させた後、脱型する。その後、反転し、他方の凹溝４を上にして、同様に型枠を配置し、コンクリート系材料８を、フランジ２の巾方向側端面を十分埋め込むレベルまで打設し、養生硬化させた後、脱型する。
また、フランジ２の巾方向側端面１１に棒状鋼材１９を接着剤により固定する形態では、棒状鋼材１９を固定した後、側部型枠を配置した後、棒状鋼材１９の上端レベルまでコンクリート系材料８を打設充填して、養生硬化させ、脱型する。
前記のように、片側または両側のコンクリート系材料８の充填硬化させた後、断面Ｈ形鋼材１と硬化したコンクリート系材料８の外表面に、部材長手方向に渡って、接着剤を塗布して、接着剤層７を形成すると共に連続繊維シート９を固着する。そして必要に応じ、バンド金具２７を設ける。

前記のように、本発明の断面Ｈ形鋼材１の補強方法にあっては、フランジ内側面５とウェブ側面６とに囲まれた各凹溝４にコンクリート系材料８を打設し硬化させ、これらの外表面に設けた前記接着剤層７により連続繊維シート９を固着し、硬化したコンクリート系材料８と断面Ｈ形鋼材１とを、接着剤層７および連続繊維シート９によりさらに一体化する。
そのため、既存の鉄骨構造物における柱または梁あるいは筋交いが、断面Ｈ形鋼材である場合には、前記のような補強方法により容易に断面Ｈ形鋼材を補強することができ、既存の鉄骨構造物を補強強化することができる。

本発明を実施する場合、断面Ｈ形鋼材１の形態として、前記以外に、溝形鋼などの断面溝形鋼材を背中合わせにより溶接またはボルトにより一体化した断面Ｈ形状とした、断面Ｈ形鋼材であってもよい。

また、本発明を実施する場合、断面Ｈ形鋼材１を鋼板により組み立てる場合、フランジ内側面５およびウェブ側面６を粗面としてコンクリート系材料８との付着を高めるようにしてもよく、例えば突起付き鋼板を使用してもよい。

（ａ）は本発明の第１実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の第２実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造を示す断面図、（ｂ）は本発明の第４実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造を示す断面図である。 本発明の第５実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造を示す断面図である。 （ａ）は第１実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造にさらにバンド金具を設ける代表形態としての第６実施形態を示す断面図、（ｂ）は第２実施形態の断面Ｈ形鋼材の補強構造にさらにバンド金具を設ける代表形態としての第７実施形態を示す断面図である。 本発明の補強構造により補強された断面Ｈ形鋼材の側面図である。 本発明の補強構造を施工する場合の一形態を示すものであって、プラント設備等における断面Ｈ形鋼材を現場施工により補強する工程を示す斜視図である。 補強された断面Ｈ形鋼材に圧縮力が作用した場合の応力伝達を説明するための説明図である。 補強された断面Ｈ形鋼材に曲げ力が作用した場合の応力伝達を説明するための説明図である。 従来の補強形態を示すものであって、（ａ）（ｂ）（ｃ）は、断面Ｈ形鋼材を鋼板または形鋼などの鋼材により補強する形態を示す断面図である。 従来の補強形態を示すものであって、断面Ｈ形鋼材の周囲に鉄筋コンクリートにより補強する形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 断面Ｈ形鋼材
２ フランジ
３ ウェブ
４ 凹溝
５ フランジ内側面
６ ウェブ側面
７ 接着剤層
７ｂ 接着剤層
８ コンクリート系材料
９ 連続繊維シート
１０ 取付け部
１１ フランジ巾方向の側端面
１２ 断面円弧状のコーナー部
１３ 柱
１４ 梁
１６ 鋼構造物
１７ 水平ダイアフラム
１８ 接着面
１９ 棒状部材または棒状鋼材
２０ 補強鋼板
２１ 補強形鋼
２２ Ｈ形鋼柱
２３ 主筋
２４ 環状横鉄筋
２５ 側面
２６ フランジの外面（フランジにおけるウェブと反対側の外面）
２７ バンド金具
２８ 型枠
Ｍ 曲げ応力
Ｗ 溶接

Claims (10)

1. 断面Ｈ形鋼材における各フランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝にコンクリート系材料が打設されて硬化され、かつ各フランジ巾方向の側端面を長手方向にわたって被覆するようにコンクリート系材料が設けられ、各フランジ巾方向の側端面を被覆するコンクリート系材料のコーナー部は断面円弧状のコーナー部とされ、コンクリート系材料の外表面を長手方向にわたって被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートが、コンクリート系材料の外表面と断面Ｈ形鋼材におけるフランジ外面に接着剤により固着されていることを特徴とする断面Ｈ形鋼材の補強構造。
2. 断面Ｈ形鋼材における各フランジ巾方向の側端面に、フランジ長手方向に延長する棒状部材が接着剤により固定され、前記棒状部材の外側コーナー部を断面円弧状のコーナー部とし、フランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝および前記棒状部材を埋め込むようにコンクリート系材料が打設されて硬化され、対向する各フランジ巾方向の側端面に固定した棒状部材の外表面およびこれらの間のコンクリート系材料の外表面を被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートを接着剤により固着されていることを特徴とする断面Ｈ形鋼材の補強構造。
3. 断面円弧状のコーナー部の半径は、少なくとも２０ｍｍの半径とされていることを特徴とする請求項１または２に記載の断面Ｈ形鋼材の補強構造。
4. 連続繊維シートは、断面Ｈ形鋼材のフランジ外面全体も被覆するように接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の断面Ｈ形鋼材の補強構造。
5. 連続繊維シートは、断面Ｈ形鋼材のフランジ外面の一部も被覆するように、断面Ｈ形鋼材のフランジ側部に接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の断面Ｈ形鋼材の補強構造。
6. 連続繊維シートによる被覆層の外側に、連続繊維シートを締め付けるようにバンド金具が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の断面Ｈ形鋼材の補強構造。
7. コンクリート系材料が、補強繊維混入コンクリート系材料であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の断面Ｈ形鋼材の補強構造。
8. 断面Ｈ形鋼材におけるフランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝にコンクリート系材料を打設すると共に、各フランジ巾方向の側端面を長手方向にわたって被覆するように前記コンクリート系材料が打設されて硬化され、かつ各フランジ巾方向の側端面を被覆するコンクリート系材料のコーナー部を断面円弧状のコーナー部とした後、コンクリート系材料の外表面を長手方向にわたって被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートを、コンクリート系材料の外表面と断面Ｈ形鋼材におけるフランジ外面に接着剤により固着することを特徴とする断面Ｈ形鋼材の補強構造。
9. 断面Ｈ形鋼材における各フランジ巾方向の側端面に、その長手方向にわたって被覆するように外側コーナー部が断面円弧状とされた棒状部材を接着剤によりそれぞれ固定した後、断面Ｈ形鋼材におけるフランジ内側面とウェブ側面とに囲まれた各凹溝および前記棒状部材を埋め込むようにコンクリート系材料を打設して硬化させた後、棒状部材の外表面およびこれらの間のコンクリート系材料の外表面を被覆するように、断面Ｈ形鋼材の部材軸方向に連続する連続繊維シートを接着剤により固着することを特徴とする断面Ｈ形鋼材の補強構造。
10. 断面Ｈ形鋼材は、既存の鉄骨構造物における柱または梁あるいは筋交いであることを特徴とする請求項８または９に記載の断面Ｈ形鋼材の補強方法。

Images