JP5370247B2 - H形鋼のボルト継手接合部の補強構造および補強方法 - Google Patents
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このようなH形鋼のボルト継手接合部の従来の補強方法として、以下の形態のものが知られている。
この形態では、ボルト3によって接合されるH形鋼1,2に鋼板16を溶接し、H形鋼1,2に加わる荷重の一部を溶接部17を介して鋼板16に伝達することにより、ボルト継手で不足する耐力を鋼板16で補う方法である。
さらに、火気養生をして溶接を用いた補強工事を行う場合、建築物内部の使用者や操業に使用制限などの影響を与えないためには、夜間や年数回実施される定期整備期間のみで工事を行なう必要があり、そのため作業が数回に分断され、更なる工程の長期化といった問題が生じる。
このような問題を解決するために、火気を用いないボルト継手接合部の補強技術が求められるが、溶接を用いないボルト差し替えの方法でも、既存ボルトを撤去する際にガス切断が必要となり、溶接と同様の問題が発生する。
また、H形鋼のボルト継手接合部の補強構造に流動性のある経時硬化性材料を多量に用いるとなると、高所の梁あるいはブレースの補強施工では、高所における流動性の経時硬化性材料の充填作業が煩雑になるという問題があるため、経時硬化性材料を用いる量が少ないと施工性も向上する。
そこで、本発明は、プレキャストブロックを用いることで、火気を用いないボルト継手の補強ができるようにすることを課題とし、そのような課題を解決したH形鋼のボルト継手接合部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ものである。
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
第1発明のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造では、H形鋼のボルト継手接合部の補強構造において、前記ボルト継手接合部に隣接して各ウェブに貫通孔を設け、前記ボルト継手接合部に隣接して又は前記ボルト接合部を跨ぐようにして、各H形鋼のウェブの両側であると共にH形鋼の上フランジの下面と下フランジの上面との間に、貫通孔を有するプレキャストブロックを配置し、貫通孔を有する鋼板をH形鋼のウェブの両側の前記プレキャストブロックの外側にそれぞれ配置し、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を鋼板とプレキャストブロックとウェブの前記貫通孔に挿通し、前記各鋼棒の端部の雄ねじ部にそれぞれナットをねじ込み締め付けられていることを特徴とする。
第2発明では、第1発明のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造において、前記プレキャストブロックがコンクリート製プレキャストブロック、モルタル製プレキャストブロックまたは合成樹脂製プレキャストブロックであることを特徴とする。
第3発明では、第1発明又は第2発明のボルト継手接合部の補強構造において、各プレキャストブロックと鋼板又はH形鋼との間にグラウトが介在されて付着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発明のボルト継手接合部の補強構造において、鋼板は、端部に接合用フランジを有する一対の半分割形鋼板のフランジ相互がボルト接合されて、引張力及び圧縮力を伝達可能に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発明のボルト継手接合部の補強構造において、鋼板は、端部に噛み合い継手を有する半分割形鋼板の継手相互が、噛み合わされて連結されて、引張力及び圧縮力を伝達可能にされていることを特徴とする。
第6発明のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法では、H形鋼のボルト継手接合部の補強方法において、ボルト継手接合部に隣接して各ウェブに貫通孔を設けた後、前記ボルト継手接合部に隣接して又は前記ボルト継手接合部を跨ぐようにして、各H形鋼のウェブの両側であると共にH形鋼の上フランジの下面と下フランジの上面との間に、貫通孔を有するプレキャストブロックをそれぞれ配置し、貫通孔を有する鋼板をH形鋼のウェブの両側の前記各プレキャストブロックの外側にそれぞれ配置し、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を鋼板とプレキャストブロックとウェブの前記貫通孔に挿通し、前記各鋼棒の端部の雄ねじ部にそれぞれナットをねじ込み締め付けると共に鋼棒に緊張力を与えて、前記H形鋼のウェブの両側のプレキャストブロックを横方向から押圧して、各プレキャストブロックをH形鋼の上下のフランジ間方向に弾性変形させて、各プレキャストブロックの上面が上フランジの下面に向かって、プレキャストブロックの下面が下フランジの上面に向かってそれぞれ押圧することを特徴とする。
第7発明のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法では、前記プレキャストブロックがコンクリート製プレキャストブロック、モルタル製プレキャストブロックまたは合成樹脂製プレキャストブロックであることを特徴とする。
第8発明では、第6発明又は第7発明のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法において、各プレキャストブロックとH形鋼との間にグラウトを設けることを特徴とする。
第9発明では、第6発明〜第8発明のいずれかのH形鋼のボルト継手接合部の補強方法において、鋼板は、端部に接合用フランジを有する一対の半分割形鋼板のフランジ相互がボルト接合されて、引張力及び圧縮力を伝達可能にされていることを特徴とする。
第10発明では、第6発明〜第8発明のいずれかのH形鋼のボルト継手接合部の補強方法において、鋼板は、端部に噛み合い継手を有する半分割形鋼板の継手相互が、噛み合わされて連結されて、引張力及び圧縮力を伝達可能にされていることを特徴とする。
また、本発明のボルト継手接合部の補強構造は、火気を用いないH形鋼のボルト継手接合部の補強構造として、プレキャストブロックを直接又はグラウトを介在させて用いことにより、構造が簡単で、確実に強度を向上させて補強することができる効果が得られる。
次いで、図3に示すように、プレキャストブロック8,9が、各H形鋼1,2におけるウェブ21,2側面に亘って、ウェブ相互のボルト継手接合部を跨ぐように配置されていると共にフランジ相互のボルト継手接合部を跨ぐようにして、下側のフランジ23に載置するように配置される。なお、図15の(a)にプレキャストブロック8,9の平面形態を示した。
前記のように、ウェブ相互のボルト継手接合部とフランジ相互の部分のボルト継手接合部とを跨ぐようにするために、各プレキャストブロック8,9の中央部には、梁せい方向の上下両端部に切り欠き凹部49をそれぞれ備えていると共に、各プレキャストブロック8,9の中央部には、板厚方向の内側に凹部50を備えた中央接続部51を備え、前記中央接続部51を介して梁軸方向両端部の端部ブロック52相互は一体化されている。前記の切り欠き凹部49と凹部50とにより、各プレキャストブロック8,9の中央部は、ウェブ相互のボルト継手接合部とウェブ相互のボルト継手接合部とに干渉しないようにされている。
図示の実施形態では、前記のプレキャストブロック8,9の両端部側の高さ寸法としては、H形鋼の上フランジの下面と下フランジの上面との間の高さ寸法よりも僅かに低い高さ寸法とされている。
なお、前記のプレキャストブロック8,9の両端部の高さ寸法としては、H形鋼の上フランジの下面と下フランジの上面との間の寸法とほぼ同じか、わずかに小さい寸法にされ、設計により設定される。
かつ、前記ナット7aにより締め付けることにより鋼棒7に緊張力を与えて、前記H形鋼1,2のウェブ21,22の両側のプレキャストブロック8,9の両端部の端部ブロック52を横方向から鋼板5,6により押圧することで、各プレキャストブロック8,9の両端部の端部ブロック52をH形鋼1,2の上下のフランジ23(27)間方向に伸びるように弾性変形させて、各プレキャストブロック8,9の両端部の端部ブロック52の上面を上フランジ23(27)の下面に、プレキャストブロック8,9の下面を下フランジ23(27)の上面にそれぞれ押圧する。
このような形態でH形鋼のボルト継手部を補強することにより、H形鋼のボルト継手接合部を補強する場合に、現場において溶接などの火気を用いることのない施工が可能となる。
部材軸方向荷重は、一方のH形鋼1からプレキャストブロック8,9を介して鋼板5,6に伝達され、鋼板5,6及びプレキャストブロック8,9を介して、他方のH形鋼2へと伝達される。
H形鋼1からプレキャストブロック8,9へは、鋼棒7に導入した緊張力によりプレキャストブロック8,9が両側から挟み込まれることで、H形鋼1の上下のフランジ面とウェブ面との接触圧が高まり、接触圧に応じて発生する界面での摩擦および付着により伝達される。
プレキャストブロック8,9に伝わった荷重は、せん断抵抗によりプレキャストブロックの内部を伝達される。
プレキャストブロック8,9からH形鋼1,2のフランジ及びウェブと鋼板5,6へは、H形鋼1,2又は鋼板5,6とプレキャストブロック8,9の摩擦および付着によって伝達される。
これらの作用により、既存のボルト継手を介さない荷重伝達経路が新たに形成され、補強が可能となる。
次に本発明の第2実施形態について、図6を参照して説明する。図6(a)は正面図、(b)は、同図(a)のc−c線断面図を示している。
この第2実施形態と前記第1実施形態とは、プレキャストブロックの形態とそのプレキャストブロックと鋼板又はH形鋼のフランジ及びウェブとの押圧力及び付着を高めるために、グラウトを設けるようにした点が相違し、その他の点は前記実施形態と同様であるので、相違する点を主に説明する。なお、図15の(b)にプレキャストブロック8,9の平面形態を示した。
この第2実施形態では、各H形鋼のウェブ21,22に貫通孔1a,2aを設けた図2に示す状態の後、各H形鋼1,2の片側に亘って、プレキャストブロック8,9をそれぞれ配置すると共に、その各プレキャストブロック8,9の外側に鋼板5,6を配置して鋼棒7及びナット7aを装着して、各鋼板5,6を所定の位置に配置した後、各H形鋼1,2の軸方向の鋼板5,6の端部側あるいはフランジ巾方向の側面に適宜型枠(図示を省略した)を配置して、プレキャストブロック8,9と鋼板5,6との間及びH形鋼1,2との間の空間を埋め込むように、セメントあるいはモルタルあるいは合成樹脂製等の経時硬化性材料からなるグラウト32,33を充填し、グラウト32,33が硬化した後、ナット7aを締め込んだ形態である。
ナット7aを締め込むことにより、前記実施形態と同様に、鋼棒7に緊張力を与えることで、鋼板5,6を介してプレキャストブロック8,9の両端部の端部ブロック52を両側から挟み込み、プレキャストブロック8,9の両端部の端部ブロック52を横方向から鋼板5,6により押圧することで、各プレキャストブロック8,9の両端部の端部ブロック52をH形鋼1,2の上下のフランジ23(27)間方向に伸びるように僅かに弾性変形させて、各プレキャストブロック8,9の両端部の端部ブロック52の上面をグラウト32,33を介して上フランジ23(27)の下面に向かって、プレキャストブロック8,9の下面を下フランジ23(27)の上面に向かってグラウト32,33を介してそれぞれ押圧する。
この第2実施形態では、グラウト32,33を充填する形態であるので、各H形鋼1,2と各プレキャストブロック8,9と各鋼板5,6とのグラウト32,33を介した付着が確実になり、ナット7aを締め込んだ時の各プレキャストブロック8,9とグラウト32,33を介した押圧力を、H形鋼1,2の上下のフランジ23(27)に伝達することができる。
また、前記第1実施形態のように各鋼板5,6と各プレキャストブロック8,9とが直接接触する場合よりも、グラウト32,33を介在させることで、付着が確実になり、各鋼板5,6とグラウト32,33との一体化、グラウト32,33と各プレキャストブロック8,9との一体化、さらにはグラウト32,33と各H形鋼1,2との一体化を高めることができる。そのため、各鋼板5,6とグラウト32,33と各プレキャストブロック8,9と各H形鋼1,2との一体化を高めることができる。そのため、一方のH形鋼1から、各鋼板5,6とグラウト32,33と各プレキャストブロック8,9を介して、他方のH形鋼2に荷重を伝達することができ、そのため、継手部の負担軽減及び補強を図ることができる等の効果がえられる。
次に本発明の第3実施形態について、図7を参照して説明する。図7(a)は正面図、(b)は、同図(a)のd−d線断面図を示している。
この第3実施形態と前記第2実施形態とは、プレキャストブロックの形態が相違し、その他の点は前記第2実施形態と同様であるので、相違する点を主に説明する。
この第3実施形態では、各H形鋼1,2のウェブ21,22の片側にそれぞれ独立したプレキャストブロック8,9が配置されている形態とされている。前記第2実施形態では、中央接続部51が設けられて各H形鋼1,2にわたる長尺のプレキャストブロック8,9が用いられているが、この第3実施形態では、中央接続部51を省略して、端部ブロックにみからなるプレキャストブロック8,9が配置されている形態である。
この第3実施形態では、1枚のプレキャストブロック8,9の重量が前記第2実施形態の半分以下の重量ですむので、プレキャストブロック8,9の搬送等の作業性が向上する。施工手順及び作用は、前記第2実施形態の場合と同様である。
次に本発明の第4実施形態について、図8,9を参照して説明する。図8、9の図(a)は正面図、図(b)は図(a)のe−e又はf−f線断面図を示している。
この第4実施形態では、中央接続部51を備えていない形態のプレキャストブロック8,9を用いている点で、前記第1実施形態と相違している。
前記のプレキャストブロック8,9の高さ寸法としては、H形鋼の上フランジの下面と下フランジの上面との間の高さ寸法よりも僅かに低い高さ寸法とされている。例えば、前記のプレキャストブロック8,9の高さ寸法としては、前記第1実施形態の端部ブロック52の場合と同様である。
かつ、前記H形鋼1,2のウェブ21,22の両側のプレキャストブロック8,9を横方向から鋼板5,6により押圧することで、各プレキャストブロック8,9をH形鋼1,2の上下のフランジ23(27)間方向(上下方向)に伸びるように弾性変形させて、各プレキャストブロック8,9の上面を上フランジ23(27)の下面に、プレキャストブロック8,9の下面を下フランジ23(27)の上面に押圧する。
部材軸方向荷重は、一方のH形鋼1からプレキャストブロック8,9を介して鋼板5,6に伝達され、鋼板5,6から再びプレキャストブロック8,9を介して、他方のH形鋼2へと伝達される。
H形鋼1からプレキャストブロック8,9へは、鋼棒7に導入した緊張力によりプレキャストブロック8,9が両側から挟み込まれることで、H形鋼1の上下のフランジ面とウェブ面との接触圧が高まり、接触圧に応じて発生する界面での摩擦および付着により伝達される。
プレキャストブロック8,9に伝わった荷重は、せん断抵抗によりプレキャストブロックの内部を伝達される。
プレキャストブロック8,9からH形鋼1,2のフランジ及びウェブと鋼板5,6へは、H形鋼1,2又は鋼板5,6とプレキャストブロック8,9の摩擦および付着によって伝達される。
これらの作用により、既存のボルト継手を介さない荷重伝達経路が新たに形成され、補強が可能となる。
この第5実施形態と前記第4実施形態とは、プレキャストブロックの形態とそのプレキャストブロックと鋼板又はH形鋼のウェブとの付着を高めるために、グラウトを設けるようにした点が相違し、その他の点は前記実施形態と同様であるので、相違する点を主に説明する。
また、前記のグラウト32,33の硬化後に、鋼棒7及びナット7aによる鋼板及びプレキャストブロック8,9の締め付けが行われる。
この形態でも、プレキャストブロック8,9は、各H形鋼の片側に亘って1つ配置する形態でもよい。
半分割形鋼板47,48としては、図示の形態では、H形鋼長手方向の一端部であって、半分割形鋼板本体に直角に外側に張り出す接合用フランジ34,35を備え、接合用フランジ34,35には、間隔をおいて複数のボルト挿通孔36,37を備えていると共に、各半分割形鋼板本体には、貫通孔5a,6aが設けられている(図13参照)。
前記の各半分割形鋼板47,48の接合用フランジ34,35を突き合わせるように一対の半分割形鋼板47,48を直列に配置して複数のボルト・ナット46によりボルト接合した形態である。
前記の各半分割形鋼板47,48を地組み時にボルト接合する形態又は吊り上げて、ボルト接合する形態としてもよい。
図13には、一対の半分割形鋼板47,48を接合した鋼板5,6を取り出した図が示されている。
前記のような形態の鋼板5,6としても、矢印で示すように、ボルト・ナットを介して引張力の伝達が可能であると共に、対向する接合用フランジ34,35により圧縮力の伝達が可能にされている。
なお、前記各実施形態において、図13あるいは図14に示すような半分割形鋼板を用いるようにしてもよい。
なお、鋼板5,6またはこれを構成する半分割形鋼板47,48の外側面に補剛リブを設けてもよい。鋼板5,6またはこれを構成する半分割形鋼板47,48の板厚は設計により設定される。
さらに、H形鋼母材鉄骨の断面性能を向上させる補強方法としても本発明は利用可能である。
1a,2a・・・・・・貫通孔
3・・・・・・・・・・・・ボルト
4・・・・・・・・・・・・添板
5,6・・・・・・・・・鋼板
5a,6a・・・・・・・貫通孔
7・・・・・・・・・鋼棒
7a・・・・・・・・・ナット
8,9・・・・・・・・・プレキャストブロック
8a、9a貫通孔
8b,9b・・・・・・・・凹部
11・・・・・・・・・・・筋違
12・・・・・・・・・・・筋違母材鉄骨
13・・・・・・・・・・・筋違ボルト継手接合部
14・・・・・・・・・・・鉛直力
15・・・・・・・・・・・水平力
16・・・・・・・・・・鋼板(または形鋼)
17・・・・・・・・・・溶接部
18・・・・・・・・・・既存ボルト
19・・・・・・・・・・ガス切断
20・・・・・・・・・・新設ボルト
21,22・・・・ウェブ
23,27・・・・・・・・・・フランジ
25・・・・・・・・・・雄ねじ部
32,33・・・・・・・・・・グラウト
34,35・・・・・・・・・・接合用フランジ
36,37・・・・・・・・・・ボルト挿通孔
38,39・・・・・・・・・・噛み合い継手
40・・・・・・・・・・係止突起
41・・・・・・・・・・係止溝
42・・・・・・・・・・支承壁部
43・・・・・・・・・・係止突起
44・・・・・・・・・・係止溝
45・・・・・・・・・・支承壁部
46 ボルト・ナット
47 半分割形鋼板
48 半分割形鋼板
49 切り欠き凹部
50 凹部
51 中央接続部
52 端部ブロック
Claims (10)
- H形鋼のボルト継手接合部の補強構造において、前記ボルト継手接合部に隣接して各ウェブに貫通孔を設け、前記ボルト継手接合部に隣接して又は前記ボルト接合部を跨ぐようにして、各H形鋼のウェブの両側であると共にそれぞれH形鋼の上フランジの下面と下フランジの上面との間に、貫通孔を有するプレキャストブロックを配置し、貫通孔を有する鋼板をH形鋼のウェブの両側の前記プレキャストブロックの外側にそれぞれ配置し、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を鋼板とプレキャストブロックとウェブの前記貫通孔に挿通し、前記各鋼棒の端部の雄ねじ部にそれぞれナットをねじ込み締め付けられていることを特徴とするH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 前記プレキャストブロックがコンクリート製プレキャストブロック、モルタル製プレキャストブロックまたは合成樹脂製プレキャストブロックであることを特徴とする請求項1記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 各プレキャストブロックと鋼板又はH形鋼との間にグラウトが介在されて付着されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 鋼板は、端部に接合用フランジを有する一対の半分割形鋼板のフランジ相互がボルト接合されて、引張力及び圧縮力を伝達可能に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H形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- 鋼板は、端部に噛み合い継手を有する半分割形鋼板の継手相互が、噛み合わされて連結されて、引張力及び圧縮力を伝達可能に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H形鋼のボルト継手接合部の補強構造。
- H形鋼のボルト継手接合部の補強方法において、ボルト継手接合部に隣接して各ウェブに貫通孔を設けた後、前記ボルト継手接合部に隣接して又は前記ボルト継手接合部を跨ぐようにして、各H形鋼のウェブの両側であると共にそれぞれH形鋼の上フランジの下面と下フランジの上面との間に、貫通孔を有するプレキャストブロックをそれぞれ配置し、貫通孔を有する鋼板をH形鋼のウェブの両側の前記各プレキャストブロックの外側にそれぞれ配置し、端部に雄ねじ部を設けた鋼棒を鋼板とプレキャストブロックとウェブの前記貫通孔に挿通し、前記各鋼棒の端部の雄ねじ部にそれぞれナットをねじ込み締め付けると共に鋼棒に緊張力を与えて、前記H形鋼のウェブの両側のプレキャストブロックを横方向から押圧して、各プレキャストブロックをH形鋼の上下のフランジ間方向に弾性変形させて、各プレキャストブロックの上面が上フランジの下面に向かって、プレキャストブロックの下面が下フランジの上面に向かってそれぞれ押圧することを特徴とするH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 前記プレキャストブロックがコンクリート製プレキャストブロック、モルタル製プレキャストブロックまたは合成樹脂製プレキャストブロックであることを特徴とする請求項6記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 各プレキャストブロックとH形鋼との間にグラウトを設けることを特徴とする請求項6又は7に記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 鋼板は、端部に接合用フランジを有する一対の半分割形鋼板のフランジ相互がボルト接合されて、引張力及び圧縮力を伝達可能にされていることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
- 鋼板は、端部に噛み合い継手を有する半分割形鋼板の継手相互が、噛み合わされて連結されて、引張力及び圧縮力を伝達可能にされていることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のH形鋼のボルト継手接合部の補強方法。
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