特開 2016-160573 鋼構造物の補強方法及び鋼構造物補強用積層材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-160573(P2016-160573A)

(43)【公開日】2016年9月5日

(54)【発明の名称】鋼構造物の補強方法及び鋼構造物補強用積層材

(51)【国際特許分類】

   E04G 23/02 20060101AFI20160808BHJP

   B32B 15/08 20060101ALI20160808BHJP

   E01D 22/00 20060101ALI20160808BHJP

   E01D 1/00 20060101ALI20160808BHJP

【ＦＩ】

   E04G23/02 D

   B32B15/08 105Z

   E01D22/00 B

   E01D1/00 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】18

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2015-37016(P2015-37016)

(22)【出願日】2015年2月26日

(71)【出願人】

【識別番号】306032316

【氏名又は名称】新日鉄住金マテリアルズ株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000004743

【氏名又は名称】日本軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075638

【弁理士】

【氏名又は名称】倉橋 暎

(74)【代理人】

【識別番号】100169155

【弁理士】

【氏名又は名称】倉橋 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】小林 朗

(72)【発明者】

【氏名】秀熊 佑哉

(72)【発明者】

【氏名】長尾 隆史

【テーマコード（参考）】

2D059

2E176

4F100

【Ｆターム（参考）】

2D059GG01

2D059GG40

2D059GG55

2E176AA07

2E176BB29

4F100AA37

4F100AA37B

4F100AB03

4F100AB03A

4F100AB04C

4F100AB10

4F100AB10C

4F100AB31C

4F100AG00B

4F100AK21B

4F100AK21D

4F100AK25B

4F100AK25D

4F100AK33B

4F100AK33D

4F100AK41B

4F100AK44B

4F100AK44D

4F100AK46B

4F100AK46D

4F100AK53

4F100AK53B

4F100AK53D

4F100BA05

4F100BA08

4F100BA10A

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4F100DG01B

4F100DH00

4F100DH02

4F100GB07

4F100GB90

4F100JA02

4F100JA02A

4F100JA02B

4F100JA02C

4F100JJ03

4F100JJ04

4F100JK08

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】鋼構造物２００を構成する鋼材の表面に補強材１００を接着剤１１０にて接着する鋼構造物の補強方法において、補強材１００は、鋼構造物２００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１と、鋼材より線膨張係数が大きな合金材料１０とにて構成され、鋼材表面に、強化繊維含有材料１と合金材料１０とを交互に並べて接着剤１１０にて接着し、鋼材の温度変化により鋼材に発生する熱応力を低減する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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交互に並べてシート状に保持して一体に形成され、
前記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。

【請求項3】

前記補強材は、前記鋼材の表面に複数層接着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼構造物の補強方法。

【請求項4】

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ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強方法。

【請求項5】

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／℃）であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強方法。

【請求項6】

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ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強方法。

【請求項7】

前記強化繊維含有材料は、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ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強方法。

【請求項8】

前記強化繊維含有材料は、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ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強方法。

【請求項9】

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ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の鋼構造物の補強方法。

【請求項10】

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。

【請求項11】

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。

【請求項12】

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ことを特徴とする請求項１１に記載の鋼構造物補強用積層材。

【請求項13】

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／℃）であることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の鋼構造物補強用積層材。

【請求項14】

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ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかの項に記載の鋼構造物補強用積層材。

【請求項15】

前記強化繊維含有材料は、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ことを特徴とする請求項１１〜１３のいずれかの項に記載の鋼構造物補強用積層材。

【請求項16】

前記強化繊維含有材料は、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ことを特徴とする請求項請求項１１〜１３のいずれかの項に記載の鋼構造物補強用積層材。

【請求項17】

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ことを特徴とする請求項１１〜１６のいずれかの項に記載の鋼構造物補強用積層材。

【請求項18】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【0004】

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。

【0005】

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。

【0006】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００３−１９３４２５号公報

【特許文献2】特開２０１２−２５５３０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【課題を解決するための手段】

【0013】

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。

【0014】

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交互に並べてシート状に保持して一体に形成され、
前記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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【発明の効果】

【0022】

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。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１（ａ）は、本発明の鋼構造物の補強方法の一実施例を説明するための斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）にて鋼部材の軸直角方向に取った断面図であり、図１（ｃ）は、合金材料及び強化繊維含有材料の斜視図であり、図１（ｄ）は、合金材料及び強化繊維含有材料の他の実施例の斜視図である。

【図2】本発明の鋼構造物の補強方法に使用する強化繊維含有材料を作製するための繊維シートの一実施例を示す図である。

【図3】本発明の鋼構造物の補強方法に使用する強化繊維含有材料を作製するための繊維強化樹脂板の一実施例を示す図である。

【図4】本発明の鋼構造物の補強方法に使用する強化繊維含有材料を作製するための繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。

【図5】図４に示す繊維シートを構成する繊維強化プラスチック線材の断面図である。

【図6】本発明の鋼構造物の補強方法に使用する強化繊維含有材料を作製するための繊維シートの他の実施例を示す斜視図である。

【図7】図７（ａ）、（ｂ）は、本発明の鋼構造物の補強方法に使用する補強積層材の実施例を示す斜視図である。

【図8】本発明の鋼構造物の補強方法の一実施例を説明する工程図である。

【図9】本発明の鋼構造物の補強方法を実証するための種々の試験体の構成を説明する図である。

【図10】図１０（ａ）は、各試験体の温度変化試験におけるひずみゲージの取付け位置を説明する図であり、図１０（ｂ）は、本発明に従った構成の試験体の温度変化試験におけるひずみゲージの取付け位置を説明する図である。

【図11】図１１（ａ）〜（ｄ）は、各試験体の温度変化試験を示し、その時に生じた熱応力を説明する図である。

【図12】図１２（ａ）〜（ｄ）は、各試験体の温度変化試験を示し、その時に生じた熱応力を説明する図である。

【図13】図１３（ａ）、（ｂ）は、従来方法にて補強された鋼部材に生じる熱応力を説明するための図である。

【図14】図１４（ａ）、（ｂ）は、従来方法にて補強された鋼部材に生じる熱応力を説明するための図である。

【図15】従来方法にて補強された試験体の斜視図である。

【図16】図１６（ａ）は、図１５に示す従来方法にて補強された試験体の暴露試験における午前８時からの気温の変動を示す図であり、図１６（ｂ）は、暴露試験を行った試験体における、１日の温度変化によって生じる熱応力を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

【数1】

【0028】

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。

【0029】

【数2】

【0030】

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。

【0031】

【数3】

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

【表1】

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

次に、本発明にて使用する各材料について更に説明する。

【0051】

（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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

（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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

（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。

【0077】

（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。

【0078】

（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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

（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。

【0084】

（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。

【0085】

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。

【0086】

（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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

（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。

【0095】

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。

【0096】

・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。

【0097】

・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。

【0098】

・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。

【0099】

・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。

【0100】

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。

【0101】

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。

【0102】

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。

【0103】

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。

【0104】

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。

【0105】

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。

【0106】

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。

【0107】

つまり、計測された鋼板に生じるひずみε_smと無拘束の鋼板に生じるひずみε_sn及び鋼ヤング率Ｅ_sを用いて、次式から鋼板に生じる熱応力σ_sを算出した。

【0108】

【数4】

【0109】

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σ_f、σ_aを算出した。

【0110】

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。

【0111】

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。

【0112】

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。

【0113】

（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。

【0114】

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。

【0115】

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。

【0116】

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。

【0117】

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。

【0118】

（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。

【0119】

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。

【0120】

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。

【符号の説明】

【0121】

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）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】