特開 2023-67785 補強構造、補強部材及び補強方法

(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】P2023067785

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】補強構造、補強部材及び補強方法

(51)【国際特許分類】

   E01D 22/00 20060101AFI20230509BHJP

   E04G 23/02 20060101ALI20230509BHJP

   E01D 1/00 20060101ALI20230509BHJP

【ＦＩ】

E01D22/00 B

E04G23/02 F

E01D1/00 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022166546

(22)【出願日】2022-10-17

(31)【優先権主張番号】P 2021178229

(32)【優先日】2021-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(31)【優先権主張番号】P 2022121755

(32)【優先日】2022-07-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り

(71)【出願人】

【識別番号】000006644

【氏名又は名称】日鉄ケミカル＆マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120868

【弁理士】

【氏名又は名称】安彦 元

(74)【代理人】

【識別番号】100224926

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 雄久

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 俊太

(72)【発明者】

【氏名】秀熊 佑哉

【テーマコード（参考）】

2D059

2E176

【Ｆターム（参考）】

2D059AA05

2D059AA07

2D059GG02

2D059GG40

2E176AA07

2E176BB29

(57)【要約】

【課題】鋼部材の接合箇所において死荷重の増加を抑制でき、補強を容易に行うことが可能となる鋼部材の補強部材を提供する。
【解決手段】実施形態における補強構造１００は、フランジ５１と、フランジ５１に接合される垂直補剛材５４と、を有する断面Ｉ型鋼桁５と、断面Ｉ型鋼桁５を補強するための補強部材１と、を備える。補強部材１は、一方向繊維シートが複数積層されるＦＲＰ板材２を有する。ＦＲＰ板材２は、垂直補剛材５４を挟んで両側に形成されるとともにフランジ５１に貼り付けられる一対の貼り付け部２３と、垂直補剛材５４を迂回して一対の貼り付け部２３を繋ぐバイパス部２４と、が形成される。ＦＲＰ板材２における繊維配向は、一方の貼り付け部２３ａから他方の貼り付け部２３ｂに向かう主方向と、主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１鋼材と、前記第１鋼材に接合される第２鋼材と、を有する鋼部材を補強する補強構造であって、
前記鋼部材と、前記鋼部材を補強するための補強部材と、を備え、
前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるＦＲＰ板材を有し、
前記ＦＲＰ板材は、
前記第２鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第１鋼材に貼り付けられる一対の貼り付け部と、
前記第２鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、
前記ＦＲＰ板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有すること
を特徴とする補強構造。

【請求項2】

前記主方向とは異なる方向に配向する少なくとも２つの方向の前記繊維配向は、前記主方向から絶対値で１５°～７５°で傾いており、前記主方向を軸とした線対称となっていること
を特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項3】

前記補強部材は、前記貼り付け部と前記第１鋼材との間に連続繊維材を更に備え、
前記連続繊維材は、前記第２鋼材を挟んで両側に離間して一対設けられること
を特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項4】

前記補強部材は、前記貼り付け部と前記第１鋼材との間に接着層を更に備え、
前記接着層は、高伸度弾性樹脂層を含むこと
を特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項5】

前記ＦＲＰ板材の厚みは、前記主方向において、端部側に向けてテーパー状に形成されること
を特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項6】

前記補強部材は、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられる繊維シートを有し、
前記ＦＲＰ板材は、
側端から切り欠かれるとともに前記第２鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記ＦＲＰ板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、
前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられること
を特徴とする請求項１記載の補強構造。

【請求項7】

前記ＦＲＰ板材は、前記第１鋼材の接着面が形成される第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、を有し、
前記繊維シートは、前記第１主面に貼り付けられること
を特徴とする請求項６記載の補強構造。

【請求項8】

前記ＦＲＰ板材は、前記第１鋼材の接着面が形成される第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、を有し、
前記繊維シートは、前記第２主面に貼り付けられること
を特徴とする請求項６又は７記載の補強構造。

【請求項9】

第１鋼材と、前記第１鋼材に接合される第２鋼材と、を有する鋼部材を補強するための補強部材であって、
連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるＦＲＰ板材を有し、
前記ＦＲＰ板材は、
前記第２鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第１鋼材に貼り付けるための一対の貼り付け部と、
前記第２鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐためのバイパス部と、が形成され、
前記ＦＲＰ板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有すること
を特徴とする補強部材。

【請求項10】

前記ＦＲＰ板材に貼り付けられる繊維シートを有し、
前記ＦＲＰ板材は、
側端から切り欠かれるとともに前記第２鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記ＦＲＰ板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、
前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられること
を特徴とする請求項９記載の補強部材。

【請求項11】

第１鋼材と、前記第１鋼材に接合される第２鋼材と、を有する鋼部材を補強する補強方法であって、
前記鋼部材に補強部材を設置する設置工程を備え、
前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されたＦＲＰ板材を有し、
前記ＦＲＰ板材は、
前記第２鋼材を挟んで両側に形成される一対の貼り付け部と、
一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、
前記ＦＲＰ板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有し、
前記設置工程は、前記バイパス部により前記第２鋼材を迂回するように前記第１鋼材に一対の前記貼り付け部を貼り付けること
を特徴とする補強方法。

【請求項12】

前記補強部材は、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられる繊維シートを有し、
前記ＦＲＰ板材は、
側端から切り欠かれるとともに前記第２鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記ＦＲＰ板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、
前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられ、
前記設置工程では、前記ＦＲＰ板材の前記切欠き部に前記第２鋼材を挿入し、前記ＦＲＰ板材を前記第１鋼材に貼り付けること
を特徴とする請求項１１記載の補強方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、第１鋼材と第２鋼材との接合箇所を有する補強構造、補強部材及び補強方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、高速道路リニューアルプロジェクトの一環として、床版取替え等の大規模更新工事等が進められている。その際、床版を取替えることによって、既設鋼桁の耐荷力が不足する場合がある。既設鋼桁の耐荷力が不足する理由には、取替え後の床版による死荷重の増加、竣工時点の設計活荷重からＢ活荷重への引き上げ、合成桁から非合成桁となる構造上の変化等が挙げられる。そのため、既設鋼桁の補強に対する需要は今後増加することが考えられる。従来、鋼部材を補強する技術として、例えば非特許文献１、特許文献１～２の開示技術が提案されている。

【0003】

非特許文献１の鋼Ｉ桁を補強する方法は、２つの鋼Ｉ桁の下側フランジ同士を連結する下フランジ連結板を取り替える際に、ウェブ同士を連結するウェブ連結板の下側の一部分を撤去し、この撤去した部分に金属板からなるウェブバイパス部材をボルト接合する。

【0004】

特許文献１の鋼構造物の補修補強方法は、鋼部材の表面にポリウレア樹脂パテ材によりパテ層を形成する工程と、パテ層の上に、複数層の繊維シートを樹脂で接着して積層し、複数層の繊維強化樹脂層を形成する。

【0005】

特許文献２の補修方法は、鋼製母材の面外に継手鋼部材が回し溶接されてなる鋼製構造物における、前記継手鋼部材の止端部に発生したき裂を炭素繊維強化樹脂板を貼付して補修する方法であって、少なくとも前記炭素繊維強化樹脂板を前記継手鋼部材の両側面及び止端部の母材面に略コの字状に貼付すると同時に、該略コの字状の内側面が前記母材と継手鋼部材との溶接部の溶接ビードに密着して貼付されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【非特許文献1】松井駿，山口隆司，戸田健介，荒木健二，山内誉史，“鋼Ｉ桁下フランジ連結板取替えのためのウェブバイパス工法の適用範囲およびバイパス部材の形状に関する解析的検討”，公益社団法人土木学会，構造工学論文集Vol.67A，2021年、P.323-335

【0007】

【特許文献1】特開２０１５－１２４５５３号公報

【特許文献2】特開２００６－０５７３５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、非特許文献１の補強方法では、ウェブバイパス部材をボルト接合するためのボルト孔をウェブに形成したり、ウェブバイパス部材を溶接接合する必要があるため、施工が容易でない。

【0009】

Ｉ型断面鋼材は、例えば橋梁の床版等を下方から支持する桁部材として用いられる。しかしながら、Ｉ型断面鋼材の上フランジには、床版が載置されることから、上フランジの下面側から補強を行う等、施工が制限されることもある。このため、短い施工時間で補強可能な技術が求められている。

【0010】

また、非特許文献１の補強方法では、金属板からなるウェブバイパス部材を接合するため、補強後の死荷重の増加が大きくなることが懸念される。更には、例えば鋼Ｉ桁の上フランジの下面には、垂直補剛材が接合されることもある。上フランジと垂直補剛材との接合箇所を有する鋼部材を補強する場合、接合箇所の補強が難しいという事情がある。

【0011】

特許文献１の開示技術では、垂直補剛材が設けられたＩ型断面鋼材を補強しようとしても、垂直補剛材により繊維シートを材軸方向に連続して貼ることができない。また、特許文献２の開示技術は、あくまで疲労き裂に対して適用できるものの、曲げ補強に関するものではない。このため、特許文献１、２の開示技術では、上フランジと垂直補剛材との接合箇所を有する鋼部材を補強する場合、接合箇所の補強が難しいという事情がある。したがって、鋼材同士の接合箇所においても補強効果を発揮できる技術が求められている。

【0012】

そこで本発明は、上述した事情に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、鋼部材の接合箇所において死荷重の増加を抑制でき、かつ容易に補強を行うことが可能となる補強構造、補強部材及び補強方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

第１発明に係る補強構造は、第１鋼材と、前記第１鋼材に接合される第２鋼材と、を有する鋼部材を補強する補強構造であって、前記鋼部材と、前記鋼部材を補強するための補強部材と、を備え、前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるＦＲＰ板材を有し、前記ＦＲＰ板材は、前記第２鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第１鋼材に貼り付けられる一対の貼り付け部と、前記第２鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、前記ＦＲＰ板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有することを特徴とする。

【0014】

第２発明に係る補強構造は、第１発明において、前記主方向とは異なる方向に配向する少なくとも２方向の前記繊維配向は、前記主方向から絶対値で１５°～７５°で傾いており、前記主方向を軸とした線対称となっていることを特徴とする。

【0015】

第３発明に係る補強構造は、第１発明において、前記補強部材は、前記貼り付け部と前記第１鋼材との間に連続繊維材を更に備え、前記連続繊維材は、前記第２鋼材を挟んで両側に離間して一対設けられることを特徴とする。

【0016】

第４発明に係る補強構造は、第１発明において、前記補強部材は、前記貼り付け部と前記第１鋼材との間に接着層を更に備え、前記接着層は、高伸度弾性樹脂層を含むことを特徴とする。

【0017】

第５発明に係る補強構造は、第１発明において、前記ＦＲＰ板材の厚みは、前記主方向において、端部側に向けてテーパー状に形成されることを特徴とする。

【0018】

第６発明に係る補強構造は、第１発明において、前記補強部材は、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられる繊維シートを有し、前記ＦＲＰ板材は、側端から切り欠かれるとともに前記第２鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記ＦＲＰ板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられることを特徴とする。

【0019】

第７発明に係る補強構造は、第６発明において、前記ＦＲＰ板材は、前記第１鋼材の接着面が形成される第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、を有し、前記繊維シートは、前記第１主面に貼り付けられることを特徴とする。

【0020】

第８発明に係る補強構造は、第６発明又は第７発明において、前記ＦＲＰ板材は、前記第１鋼材の接着面が形成される第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、を有し、前記繊維シートは、前記第２主面に貼り付けられることを特徴とする。

【0021】

第９発明に係る補強部材は、第１鋼材と、前記第１鋼材に接合される第２鋼材と、を有する鋼部材を補強するための補強部材であって、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されるＦＲＰ板材を有し、前記ＦＲＰ板材は、前記第２鋼材を挟んで両側に形成されるとともに前記第１鋼材に貼り付けるための一対の貼り付け部と、前記第２鋼材を迂回して一対の前記貼り付け部を繋ぐためのバイパス部と、が形成され、前記ＦＲＰ板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有することを特徴とする。

【0022】

第１０発明に係る補強部材は、第９発明において、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられる繊維シートを有し、前記ＦＲＰ板材は、側端から切り欠かれるとともに前記第２鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記ＦＲＰ板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられることを特徴とする。

【0023】

第１１発明に係る補強方法は、第１鋼材と、前記第１鋼材に接合される第２鋼材と、を有する鋼部材を補強する鋼部材の補強方法であって、前記鋼部材に補強部材を設置する設置工程を備え、前記補強部材は、連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シートが複数積層されたＦＲＰ板材を有し、前記ＦＲＰ板材は、前記第２鋼材を挟んで両側に形成される一対の貼り付け部と、一対の前記貼り付け部を繋ぐバイパス部と、が形成され、前記ＦＲＰ板材における繊維配向は、一方の前記貼り付け部から他方の前記貼り付け部に向かう主方向と、前記主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有し、前記設置工程は、前記バイパス部により前記第２鋼材を迂回するように前記第１鋼材に一対の前記貼り付け部を貼り付けることを特徴とする。

【0024】

第１２発明に係る鋼部材の補強方法は、第１１発明において、前記補強部材は、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられる繊維シートを有し、前記ＦＲＰ板材は、側端から切り欠かれるとともに前記第２鋼材が挿入される切欠き部と、前記切欠き部により前記ＦＲＰ板材の寸法が縮小した縮小部と、を有し、前記繊維シートは、前記縮小部を跨ぐように、前記ＦＲＰ板材に貼り付けられ、前記設置工程では、前記ＦＲＰ板材の前記切欠き部に前記第２鋼材を挿入し、前記ＦＲＰ板材を前記第１鋼材に貼り付けることを特徴とする。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、鋼部材の接合箇所において死荷重の増加を抑制でき、補強を容易に行うことが可能となる。さらに、ボルトや当て板、補剛版などの障害物があるために十分な定着長が取れず、補強が困難な箇所であっても、本発明の補強部材及びこれを用いた補強構造によって障害物を回避しつつ適正な補強を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】図１は、第１実施形態における補強構造の一例が設けられる橋梁を一部破断して示す斜視図である。

【図2】図２（ａ）は、第１実施形態における補強構造の一例を示す断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ａ－２Ａ断面図である。

【図3】図３（ａ）は、第１実施形態における補強部材の一例を示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の３Ａ－３Ａ断面図である。

【図4】図４は、第１実施形態における補強方法の一例を示す図であり、図４（ａ）は、フランジに接着する前の補強部材を示す図であり、図４（ｂ）は、フランジに接着した後の補強部材を示す図である。

【図5】図５は、第２実施形態における補強構造の一例を示す断面図である。

【図6】図６（ａ）は、第３実施形態における補強構造の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は、第３実施形態における補強構造の第１変形例を示す断面図である。

【図7】図７は、第４実施形態における補強構造の一例が設けられる橋梁を一部破断して示す斜視図である。

【図8】図８（ａ）は、第４実施形態における補強構造の一例を示す正面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）の８Ａ－８Ａ断面図である。

【図9】図９は、第４実施形態におけるＦＲＰ板材の一例を示す平面図である。

【図10】図１０（ａ）は、第４実施形態における補強部材の一例を示す正面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の１０Ａ－１０Ａ断面図である。

【図11】図１１は、第４実施形態における補強構造の一例を拡大して示す側面図である。

【図12】図１２は、第４実施形態における補強方法の一例を示す図であり、図１２（ａ）は、フランジに接着する前の補強部材を示す図であり、図１２（ｂ）は、フランジに接着した後の補強部材を示す図である。

【図13】図１３（ａ）は、第５実施形態における補強構造の一例を示す正面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の１３Ａ－１３Ａ断面図である。

【図14】図１４は、第６実施形態における補強構造の一例を示す断面図である。

【図15】図１５（ａ）は、第７実施形態における補強構造の一例を示す断面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の１５Ａ－１５Ａ断面図である。

【図16】図１６（ａ）は、第７実施形態における補強構造の一例を拡大して示す側面図であり、図１６（ｂ）は、第７実施形態における補強構造の一例を拡大して示す正面図である。

【図17】図１７（ａ）は、第８実施形態における補強構造の一例を示す側面図であり、図１７（ｂ）は、第８実施形態における補強構造の一例を示す平面図である。

【図18】図１８（ａ）は、第９実施形態における補強構造の一例を示す側面図であり、図１８（ｂ）は、第９実施形態における補強構造の一例を示す平面図である。

【図19】図１９は、実施例１の供試体を示す側面図である。

【図20】図２０は、実施例１の供試体を示す断面図である。

【図21】図２１は、実施例１の供試体における補強部材を示す平面図である。

【図22】図２２（ａ）は、正曲げ試験における比較例１、本発明例１及び本発明例２のひずみ分布を示す図であり、図２２（ｂ）は、負曲げ試験における比較例１、本発明例１及び本発明例２のひずみ分布を示す図である。

【図23】図２３（ａ）は、実施例２におけるＣＡＳＥ１の供試体を示す図であり、図２３（ｂ）は、実施例２におけるＣＡＳＥ２の供試体を示す図であり、図２３（ｃ）は、実施例２におけるＣＡＳＥ３の供試体を示す図である。

【図24】図２４（ａ）は、ＣＡＳＥ１－１、ＣＡＳＥ２－１～ＣＡＳＥ２－３及びＣＡＳＥ３－１のひずみゲージの位置を示す図であり、図２４（ｂ）は、ＣＡＳＥ１－２、ＣＡＳＥ１－３、ＣＡＳＥ３－２及びＣＡＳＥ３－３のひずみゲージの位置を示す図である。

【図25】図２５は、実施例２における荷重とひずみの関係を示す図である。

【図26】図２６は、実施例２における供試体中央からの距離とひずみの関係を示す図である。

【図27】図２７は、実施例３の供試体を示す断面図である。

【図28】図２８は、実施例３の供試体における補強部材を示す平面図である。

【図29】図２９（ａ）は、実施例３の供試体における鋼材とＣＦＲＰ成型板との接着層を示す図であり、図２９（ｂ）は、実施例３の供試体における鋼材と炭素繊維シートとの接着層を示す図である。

【図30】図３０は、実施例３における荷重と支間中央鉛直変位との関係を示す図である。

【図31】図３１は、比較例２及び本発明例６のひずみ分布を示す図である。

【図32】図３２は、実施例４の供試体を示す断面図である。

【図33】図３３は、本発明例７における補強部材を示す平面図である。

【図34】図３４（ａ）は、ＦＥＭ解析モデルの全体図を示し、図３４（ｂ）は、ＦＥＭ解析モデルの断面図を示し、図３４（ｃ）は、ＦＥＭ解析モデルにおけるバイパス部材を示す。

【図35】図３５は、ＦＥＭ解析における鋼板下面中央における軸方向応力比分布図を示す。

【図36】図３６は、ひずみゲージの位置図を示す。

【図37】図３７は、実施例４における荷重－支間中央鉛直たわみ関係を示す。

【図38】図３８は、供試体の座屈、はく離等が発生する以前である２００ｋＮ時における、各供試体の上フランジ鋼材のひずみ分布を示す。

【発明を実施するための形態】

【0027】

以下、本発明の実施形態としての補強構造、補強部材及び補強方法の一例について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において、高さ方向を第３方向Ｚとし、第３方向Ｚと交差、例えば直交する１つの平面方向を第１方向Ｘとし、第３方向Ｚ及び第１方向Ｘのそれぞれと交差、例えば直交する別の平面方向を第２方向Ｙとする。また、各図における構成は、説明のため模式的に記載されており、例えば各構成の大きさや、構成毎における大きさの対比等については、図とは異なってもよい。

【0028】

（第１実施形態：補強構造１００）
図１は、第１実施形態における補強構造１００の一例が設けられる橋梁９を一部破断して示す斜視図である。図２（ａ）は、第１実施形態における補強構造１００の一例を示す正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の２Ａ－２Ａ断面図である。図３（ａ）は、第１実施形態における補強部材１の一例を示す正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の３Ａ－３Ａ断面図である。

【0029】

補強構造１００は、例えば橋梁９の床版９１を下方から支持する既設のＩ型断面鋼材５を補強する。補強構造１００は、Ｉ型断面鋼材５と、補強部材１と、を備える。Ｉ型断面鋼材５は、床版９１を支持する桁材として用いられるほか、例えば梁材として用いられる。

【0030】

＜Ｉ型断面鋼材５＞
Ｉ型断面鋼材５は、橋脚９２に載置され、材軸方向が第２方向Ｙに沿って配置される。Ｉ型断面鋼材５は、一対のフランジ５１、５２と、一対のフランジ５１、５２を繋ぐウェブ５３と、一対のフランジ５１、５２の間に設けられる垂直補剛材５４と、を有する。フランジ５１は、第３方向Ｚの上側のフランジであり、フランジ５２は、下側のフランジである。Ｉ型断面鋼材５は、フランジ５１の上面５１ａに床版９１が載置される。Ｉ型断面鋼材５は、例えばフランジ５１の下面５１ｂに補強部材１が設けられる。垂直補剛材５４は、例えば鋼板が用いられ、ウェブ５３の座屈を防止するための補剛材である。

【0031】

＜補強部材１＞
補強部材１は、Ｉ型断面鋼材５を補強する。補強部材１は、ＦＲＰ板材２と、繊維シート３と、接着層４と、を備える。

【0032】

＜ＦＲＰ板材２＞
ＦＲＰ板材２は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製で、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製の板材が用いられる。ＦＲＰのマトリックス樹脂は熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のいずれも使用することができるが、熱硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂やエポキシ樹脂が好ましい。ＦＲＰ板材２は、外形が矩形状の板材であり、長手方向が第２方向Ｙに延びて形成される。ＦＲＰ板材２は、フランジ５１の下面５１ｂに接着層４を介して接着される。ＦＲＰ板材２は、フランジ５１の下面５１ｂに接着される接着面が形成される第１主面２ａと、第１主面２ａとは反対側の第２主面２ｂと、を有する。本実施形態では、第１主面２ａは、ＦＲＰ板材２の上面であり、第２主面２ｂは、ＦＲＰ板材２の下面である。

【0033】

ＦＲＰ板材２は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が０．０５以上６．００以下であることが好ましく、０．１５以上０．３５以下であることがさらに好ましい。これにより、切欠き部分における軸直角方向への応力伝達ロスを低減することができる。

【0034】

ＦＲＰ板材２は、第１方向Ｘの一方の側端から切り欠かれて形成される切欠き部２１と、切欠き部２１によりＦＲＰ板材２の寸法が縮小した縮小部２２と、を有する。切欠き部２１には、垂直補剛材５４が挿入される。縮小部２２は、切欠き部２１と第１方向Ｘで隣接して形成される。なお、ＦＲＰ板材２は、切欠き部２１が複数形成されてもよい。
また、切欠き部分においても応力伝達するように、軸方向に対し－４５／０／４５°方向に一方向材（後述する一方向繊維シート２９）が積層されたものであることが好ましい。

【0035】

＜繊維シート３＞
繊維シート３は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維等の連続繊維シート（例えば、トウシート（登録商標））や予め樹脂を含侵、硬化させた複数のＦＲＰストランドをすだれ状に加工したシート（例えば、ストランドシート(登録商標)）が用いられる。繊維シート３は、炭素繊維等の繊維シートが例えば複数積層され、複数の層が互いに接着されてなるものであり、前記トウシートや前記ストランドシートに施工現場で樹脂を含侵、硬化させて形成されてもよいし、予めプレート状に成形したものを接着してもよい。

【0036】

繊維シート３は、縮小部２２を第２方向Ｙで跨ぐように、ＦＲＰ板材２の第１主面２ａに貼り付けられる。繊維シート３は、ＦＲＰ板材２において、接着層４が設けられない部分に貼り付けられる。繊維シート３は、縮小部２２の中心線に対して第２方向Ｙに向かって左右均等な長さとなるように貼り付けられるが、応力伝達区間確保のために接着長を少なくとも両端１００ｍｍ以上設けておくことが好ましい。

【0037】

＜接着層４＞
接着層４は、フランジ５１の下面５１ｂとＦＲＰ板材２の第１主面２ａとを互い接着し、フランジ５１の下面５１ｂとＦＲＰ板材２の第１主面２ａとの間に設けられる。接着層４は、高伸度弾性樹脂層を含むことが望ましく、例えばポリウレア樹脂層４１と、エポキシ樹脂層４２と、を含む。ポリウレア樹脂層４１は、フランジ５１に接触され、ＦＲＰ板材２から離間する。このとき、エポキシ樹脂層４２は、ＦＲＰ板材２に接触され、フランジ５１から離間する。これにより、フランジ５１の降伏後、早期にポリウレア樹脂層４１が剥離するのを抑制することができる。

【0038】

なお、ポリウレア樹脂層４１は、ＦＲＰ板材２に接触され、フランジ５１から離間してもよい。エポキシ樹脂層４２は、フランジ５１に接触され、ＦＲＰ板材２から離間する。このように、ポリウレア樹脂層４１は、ＦＲＰ板材２に接着し、エポキシ樹脂層４２は、フランジ５１に接触される。これにより、ＦＲＰ板材２側でポリウレア樹脂層４１を接着する作業と、フランジ５１側で他の樹脂層を施工する作業と、を同時に行うことができる。

【0039】

接着層４は、フランジ５１の下面５１ｂとＦＲＰ板材２の第１主面２ａとを互い接着できる周知の樹脂材料が用いられる。接着層４として、例えばエポキシ樹脂層４２の代わりとしてアクリル樹脂、ポリウレア樹脂層４１の代わりとしてウレアウレタン樹脂等の高伸度弾性樹脂を用いることもできる。高伸度弾性樹脂とは引張弾性率が５０～１００Ｎ／ｍｍ²かつ、引張最大荷重時伸びが３００％以上の樹脂である。なお、高伸度弾性樹脂の引張最大荷重伸びは好ましくは３００％～１２００％であり、より好ましくは３００％～７００％であり、更に好ましくは３００％～５００％である。

【0040】

接着層４は、ＦＲＰ板材２に予め形成されていることが好ましいが、施工現場にてＦＲＰ板材に形成してもよいし、フランジ下面５１ｂに形成してもよい。

【0041】

（第１実施形態：補強方法の一例）
次に、第１実施形態における補強方法の一例を説明する。図４は、第１実施形態における補強方法の一例を示す図であり、図４（ａ）は、フランジ５１に接着する前の補強部材１を示す図であり、図４（ｂ）は、フランジ５１に接着した後の補強部材１を示す図である。補強方法は、Ｉ型断面鋼材５に補強部材１を設ける設置工程を備える。

【0042】

先ず、図４（ａ）に示すように、設置工程では、ＦＲＰ板材２の側端から切り欠かれた切欠き部２１によりＦＲＰ板材２の寸法が縮小した縮小部２２を第２方向Ｙで跨ぐように繊維シート３を第１主面２ａに貼り付ける。そして、設置工程では、ＦＲＰ板材２の第１主面２ａに接着層４を設ける。そして、設置工程では、ＦＲＰ板材２の切欠き部２１に垂直補剛材５４を挿入する。

【0043】

次に、図４（ｂ）に示すように、設置工程では、第１主面２ａに設けた接着層４を、フランジ５１の下面５１ｂに接着する。

【0044】

以上により、第１実施形態における補強方法の一例が完了する。

【0045】

本実施形態によれば、補強部材１は、フランジ５１に接着されるＦＲＰ板材２と、ＦＲＰ板材２に貼り付けられる繊維シート３と、を有し、ＦＲＰ板材２は、側端から切り欠かれるとともに垂直補剛材５４が挿入される切欠き部２１と、切欠き部２１によりＦＲＰ板材２の寸法が縮小した縮小部２２と、を有し、繊維シート３は、縮小部２２を跨ぐように、ＦＲＰ板材２に貼り付けられる。すなわち、切欠き部２１が垂直補剛材５４をかわすように配置され、切欠き部２１によるＦＲＰ板材２の断面欠損を補うように繊維シート３が配置される。このため、荷重が作用したとき、ＦＲＰ板材２と欠損断面補強用の繊維シート３まで応力伝達が行われ補強部材１が応力を受け持つことによりフランジ５１の応力を低減させることができる。したがって、垂直補剛材５４が設けられるＩ型断面鋼材５に、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0046】

また、本実施形態によれば、繊維シート３が貼り付けられたＦＲＰ板材２の切欠き部２１に垂直補剛材５４を挿入し、ＦＲＰ板材２をフランジ５１に接着する。このため、垂直補剛材５４が設けられたＩ型断面鋼材５に対して、短時間で施工可能となる。

【0047】

本実施形態によれば、ＦＲＰ板材２は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が０．０５以上６．００以下である。これにより、切欠き部２１での応力伝達ロスを低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。特に、ＦＲＰ板材２は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が０．１５以上０．３５以下であることにより、切欠き部２１での応力伝達ロスを大きく低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。

【0048】

本実施形態によれば、補強部材１は、ＦＲＰ板材２をフランジ５１に接着するための接着層４を更に有し、接着層４は、ポリウレア樹脂層４１等の高伸度弾性樹脂層を含む。エポキシ樹脂層のみで接着させる場合と比較して、より柔軟に変形可能なポリウレア樹脂層４１等の高伸度弾性樹脂層を用いることで、ＦＲＰ板材２がＩ型断面鋼材５から剥離するのを抑制し、より大きな変形に対しても補強効果を保つことができ、高伸度弾性樹脂層のせん断遅れ効果を発揮できる。このため、ＦＲＰ板材２がＩ型断面鋼材５から剥離せずに曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0049】

本実施形態によれば、補強部材１は、ＦＲＰ板材２をフランジ５１に接着するための接着層４を更に有し、接着層４は、ポリウレア樹脂層４１等の高伸度弾性樹脂層を含み、ポリウレア樹脂層４１等の高伸度弾性樹脂層は、フランジ５１に接触し、ＦＲＰ板材２から離間する。これにより、フランジ５１の降伏後、早期に高伸度弾性樹脂層が剥離するのを抑制することができる。このため、曲げ補強効果をより一層発揮させることが可能となる。

【0050】

本実施形態によれば、補強部材１は、ＦＲＰ板材２をフランジ５１に接着するための接着層４を更に有し、接着層４は、ポリウレア樹脂層４１等の高伸度弾性樹脂層と、ポリウレア樹脂層４１とは異なるエポキシ樹脂層４２等の他の樹脂層と、を含み、ポリウレア樹脂層４１等の高伸度弾性樹脂層は、ＦＲＰ板材２に接着し、他の樹脂層は、フランジ５１に接触される。これにより、ＦＲＰ板材２側で高伸度弾性樹脂層を接着する作業と、フランジ５１側で他の樹脂層を施工する作業と、を同時に行うことができる。このため、より短時間で施工可能となる。

【0051】

本実施形態によれば、繊維シート３は、第１主面２ａに貼り付けられる。これにより、繊維シート３が、第２主面２ｂに貼り付けられる場合よりも、Ｉ型断面鋼材５の中立軸からより離間した位置に配置される。このため、補強構造１００全体としての断面２次モーメントを増加させることができ、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。

【0052】

本実施形態によれば、上側のフランジ５１の下面５１ｂにＦＲＰ板材２が接着される。このため、フランジ５１の上面５１ａに床版９１等の構造物が設けられる場合であっても、Ｉ型断面鋼材５に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0053】

本実施形態によれば、補強部材１は、フランジ５１に貼り付けられるＦＲＰ板材２を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。

【0054】

（第２実施形態：補強構造１００）
次に、第２実施形態における補強構造１００の一例について説明する。以下、上述した第１実施形態と同様の構成については、詳細な説明を省略する。図５は、第２実施形態における補強構造１００の一例を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態では、上側のフランジ５１にＦＲＰ板材２が接着される。繊維シート３は、第２主面２ｂに貼り付けられる。

【0055】

特に、本実施形態によれば、繊維シート３は、第２主面２ｂに貼り付けられる。これにより、フランジ５１の上面５１ａに床版９１等の構造物が設けられる場合であっても、繊維シート３の厚さの制限を受けることなく、Ｉ型断面鋼材５に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0056】

（第３実施形態：補強構造１００）
次に、第３実施形態における補強構造１００の一例について説明する。図６（ａ）は、第３実施形態における補強構造１００の一例を示す断面図であり、図６（ｂ）は、第３実施形態における補強構造１００の第１変形例を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態では、下側のフランジ５２にＦＲＰ板材２が接着される。ＦＲＰ板材２は、フランジ５２の上面５２ａに接着される接着面が形成される第１主面２ａと、第１主面２ａとは反対側の第２主面２ｂとを、有する。本実施形態では、第１主面２ａは、ＦＲＰ板材２の下面であり、第２主面２ｂは、ＦＲＰ板材２の上面である。

【0057】

図６（ａ）に示すように、繊維シート３は、ＦＲＰ板材２の第１主面２ａに貼り付けられる。

【0058】

図６（ｂ）に示すように、繊維シート３は、ＦＲＰ板材２の第２主面２ｂに貼り付けられる。

【0059】

特に、本実施形態によれば、下側のフランジ５２にＦＲＰ板材２が接着される。これにより、上向き作業とならずに、ＦＲＰ板材２を下側のフランジ５２に接着することができる。このため、施工時の作業者の負担を低減させることが可能となる。

【0060】

特に、本実施形態によれば、繊維シート３は、第１主面２ａに貼り付けられる。これにより、繊維シート３が、第２主面２ｂに貼り付けられる場合よりも、Ｉ型断面鋼材５の中立軸からより離間した位置に配置される。このため、補強構造１００全体としての断面２次モーメントを増加させることができ、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。

【0061】

特に、本実施形態によれば、繊維シート３は、第２主面２ｂに貼り付けられる。これにより、フランジ５２の下面５２ｂに橋脚９２等の構造物が設けられる場合であっても、繊維シート３の厚さの制限を受けることなく、Ｉ型断面鋼材５に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0062】

（第４実施形態：補強構造１００）
図７、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、補強構造１００は、例えば橋梁９の床版９１を下方から支持する既設のＩ型断面鋼材５を補強する。補強構造１００は、鋼部材としてのＩ型断面鋼材５と、補強部材１と、を備える。Ｉ型断面鋼材５は、床版９１を支持する桁材として用いられるほか、例えば梁材として用いられる。

【0063】

＜補強部材１＞
補強部材１は、Ｉ型断面鋼材５を補強する。補強部材１は、ＦＲＰ板材２と、接着層４と、を備える。

【0064】

＜ＦＲＰ板材２＞
ＦＲＰ板材２は、フランジ５１の下面５１ｂに接着層４を介して貼り付けられる。

【0065】

図９に示すように、ＦＲＰ板材２は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維等の連続強化繊維が一方向に引き揃えられて樹脂が含浸された一方向繊維シート２９が複数積層されて構成される。一方向繊維シート２９は、ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）製で、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）製である。なお、ＣＦＲＰ製とする場合、一方向繊維シート２９は、ＪＩＳ Ａ１１９１：２００４にて測定される引張強度が２３００Ｎ／ｍｍ²以上、かつ、弾性率が２８０ＧＰａ～４５０ＧＰａの炭素繊維シートであることが好ましい。

【0066】

ＦＲＰのマトリックス樹脂は熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のいずれも使用することができるが、熱硬化性樹脂であるビニルエステル樹脂やエポキシ樹脂が好ましい。ＦＲＰ板材２は、長手方向が第２方向Ｙに延びて形成され、ＦＲＰ板材２の長手方向の端部２８は応力集中の回避や施工性、応力伝達に関与しない不必要な箇所を設けないといった観点から端部２８に平面視において任意の角度のテーパーを付けることが望ましい。なお、端部２８におけるテーパー角については特に制限はないが、ＦＲＰ板材２を構成する一方向繊維シートのうち、主方向以外の少なくとも２方向の配向方向に沿った角度であることが好ましい。

【0067】

ＦＲＰ板材２は、主方向に配向する一方向繊維シート２９の繊維配向と、他の一方向繊維シート２９の繊維配向と、が異なる。これにより、ＦＲＰ板材２の一方の貼り付け部２３ａからバイパス部２４を介して他方の貼り付け部２３ｂに応力が伝達され、Ｉ型断面鋼材５の応力を低減できる。例えばＦＲＰ板材２は、一方の貼り付け部２３ａから他方の貼り付け部２３ｂに向かう第２方向Ｙを繊維配向（図９中のＰ１方向、「主方向」とも呼ぶ）とする一方向繊維シート２９と、第２方向Ｙに対して角度θ１（例えば＋４５°）傾いた方向（図９中のＰ２方向）を繊維配向とする一方向繊維シート２９と、第２方向Ｙに対して角度θ２（例えば－４５°）傾いた方向（図９中のＰ３方向）を繊維配向とする一方向繊維シート２９と、を有する。このように、ＦＲＰ板材２は、主方向と当該主方向とは異なる少なくとも２つの方向の少なくとも計３方向の繊維配向となっており、第２方向Ｙを繊維配向とする一方向繊維シート２９を有する場合、他の少なくとも２つの方向の一方向繊維シート２９の繊維配向が第２方向Ｙに対して絶対値で１５°～７５°程度傾いていることが好ましく、３０°～６０°程度傾いていることがより好ましく、４５°傾いていることが最も好ましい。
なお、４軸以上の繊維配向をとる場合は、主方向に直角（９０°）方向の繊維配向が含まれてもよい。

【0068】

図１０に示すように、ＦＲＰ板材２は、一対の貼り付け部２３（２３ａ及び２３ｂ）と、バイパス部２４と、切欠き部２１と、を有する。貼り付け部２３は、垂直補剛材５４を挟んで第２方向Ｙの両側に形成される。貼り付け部２３は、接着層４が設けられ、フランジ５１の下面５１ｂに貼り付けられる。バイパス部２４は、貼り付け部２３と第１方向Ｘで隣接して形成され、垂直補剛材５４を迂回して一対の貼り付け部２３を繋ぐ。切欠き部２１は、第１方向Ｘの一方の側端から切り欠かれて形成され、切欠き部２１によりＦＲＰ板材２の幅寸法が縮小した縮小部２２が形成される。縮小部２２は、バイパス部２４に形成される。切欠き部２１には、垂直補剛材５４が挿入される。切欠き部２１は、例えば台形状に切り欠かれるが、その形状は任意であるものの、ＦＲＰ板材２を構成する一方向繊維シート２９の繊維配向に沿った形状であることが好ましい。また、ＦＲＰ板材全体での一方向繊維シートの繊維配向は主方向を軸とした線対称であることが望ましい。

【0069】

ＦＲＰ板材２の各種寸法は、補強する構造物次第によってＦＲＰ板材２が設計されるために特に規定はないが、全長については作業性の観点などから２５００ｍｍ程度が上限となる。
また、ＦＲＰ板材２に設けられた一対の貼り付け部２３（２３ａ，２３ｂ）の端部から切欠き部２１までの伝達区間Ｌの長さは、一方の貼り付け部からバイパス部２４を通じて伝達される応力が局所的にかからないようする観点から、３００ｍｍ以上あることが望ましく、６００ｍｍ以上あることがより望ましい。

【0070】

図１１に示すように、ＦＲＰ板材２の厚みは、主方向において、端部２８側に向けてテーパー状に形成されることが好ましい。なお、テーパー形状は直方体などの板状の一方向繊維シートの端部を削る・切るなどをすることで形成してもよいし、サイズのみ異なる相似形状の一方向繊維シート２９を複数枚積層して形成してもよい。

【0071】

＜接着層４＞
接着層４は、フランジ５１の下面５１ｂとＦＲＰ板材２の貼り付け部２３とを互いに接着し、フランジ５１の下面５１ｂとＦＲＰ板材２の貼り付け部２３との間に設けられる。接着層４は、高伸度弾性樹脂層を含むことが望ましく、例えばエポキシ樹脂層を含む。

【0072】

接着層４は、フランジ５１の下面５１ｂとＦＲＰ板材２の貼り付け部２３とを互い接着できる周知の樹脂材料が用いられる。接着層４として、例えばエポキシ樹脂層の代わりとしてアクリル樹脂層、ポリウレア樹脂層、ウレアウレタン樹脂等の高伸度弾性樹脂を用いることもできる。高伸度弾性樹脂とは、引張弾性率が５０～１００Ｎ／ｍｍ²かつ、引張最大荷重時伸びが３００％以上の樹脂である。なお、高伸度弾性樹脂の引張最大荷重伸びは好ましくは３００％～１２００％であり、より好ましくは３００％～７００％であり、更に好ましくは３００％～５００％である。

【0073】

（第４実施形態：鋼部材の補強方法の一例）
次に、第４実施形態における鋼部材の補強方法の一例を説明する。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、鋼部材の補強方法は、Ｉ型断面鋼材５に補強部材１を設置する設置工程を備える。

【0074】

先ず、図１２（ａ）に示すように、設置工程では、貼り付け部２３に接着層４を設ける。そして、図１２（ｂ）に示すように、設置工程では、バイパス部２４により垂直補剛材５４を迂回するようにフランジ５１の下面５１ｂに一対の貼り付け部２３を接着層４を介して貼り付ける。

【0075】

以上により、第１実施形態における補強方法の一例が完了する。

【0076】

本実施形態によれば、補強部材１は、フランジ５１に貼り付けられるＦＲＰ板材２を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。

【0077】

本実施形態によれば、補強部材１は、一方向繊維シート２９が複数積層されるＦＲＰ板材２を有し、ＦＲＰ板材２は、垂直補剛材５４を挟んで両側に形成されるとともにフランジ５１に貼り付けられる一対の貼り付け部２３と、垂直補剛材５４を迂回して一対の貼り付け部２３を繋ぐためのバイパス部２４と、が形成され、ＦＲＰ板材２における繊維配向は、一方の貼り付け部２３ａから他方の貼り付け部２３ｂに向かう主方向と、主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有する。これにより、Ｉ型断面鋼材５のフランジ５１に荷重が作用したとき、一方の貼り付け部２３ａからバイパス部２４を介して他方の貼り付け部２３ｂへの応力の伝達を円滑に行うことができる。このように、補強部材１が応力を受け持つことによりフランジ５１の応力を低減させることができる。このため、Ｉ型断面鋼材５におけるフランジ５１と垂直補剛材５４との接合箇所において、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0078】

また、本実施形態によれば、ＦＲＰ板材２の貼り付け部２３をフランジ５１に貼り付ける。これにより、補強部材１による鋼部材の補強を容易に行うことが可能となる。

【0079】

さらに、本実施形態によれば、垂直補剛材５４のような第２鋼材を迂回して一対の貼り付け部２３を繋ぐためのバイパス部２４と、が形成される。これにより、ボルトや当て板、補剛版などの障害物があるために十分な定着長が取れず、補強が困難な箇所であっても、障害物を回避しつつ適正な補強を行うことができる。

【0080】

本実施形態によれば、主方向とは異なる方向に配向する少なくとも２つの方向の繊維配向は、主方向から絶対値で１５°～７５°で傾いており、主方向を軸とした線対称となっている。これにより、ＦＲＰ板材２の等方性を高め、応力を効率よく均一に伝達することができる。このため、圧縮と引張の両方に対する曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。

【0081】

本実施形態によれば、切欠き部２１は、一方向繊維シート２９の繊維配向に沿った形状である。これにより、切欠きに沿った方向に配向する繊維の連続性が保たれるため、一方の貼り付け部２３ａからバイパス部２４を経由して他方の貼り付け部２３ｂへの円滑な応力伝達が可能となる。

【0082】

本実施形態によれば、補強部材１は、貼り付け部２３とフランジ５１との間に接着層４を更に備え、接着層４は、高伸度弾性樹脂層を含む。これにより、フランジ５１の降伏後、早期に高伸度弾性樹脂層が剥離するのを抑制することができる。このため、曲げ補強効果をより一層発揮させることが可能となる。

【0083】

本実施形態によれば、ＦＲＰ板材２の厚みは、主方向において、端部２８側に向けてテーパー状に形成される。これにより、ＦＲＰ板材２による断面の急変を抑制でき、ＦＲＰ板材２の端部２８における応力集中を抑制できる。このため、一方の貼り付け部２３ａからバイパス部２４を介して他方の貼り付け部２３ｂへと応力伝達がより円滑に行われる。

【0084】

本実施形態によれば、ＦＲＰ板材２は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が０．０５以上６．００以下である。これにより、切欠き部２１での応力伝達ロスを低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。特に、ＦＲＰ板材２は、軸方向弾性係数の値に対するせん断弾性係数の値の比が０．１５以上０．３５以下であることにより、切欠き部２１での応力伝達ロスを大きく低減することができる。このため、曲げ補強効果を更に発揮させることが可能となる。

【0085】

本実施形態によれば、上側のフランジ５１の下面５１ｂにＦＲＰ板材２の貼り付け部２３が貼り付けられる。このため、フランジ５１の上面５１ａに床版９１等の構造物が設けられる場合であっても、Ｉ型断面鋼材５に対して、曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0086】

（第５実施形態：補強構造１００）
次に、第５実施形態における補強構造１００の一例について説明する。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、本実施形態では、補強部材１は、第１実施形態と同様に、ＦＲＰ板材２と、繊維シート３と、接着層４と、を備える。この場合、第１実施形態と同様に、繊維シート３は、縮小部２２を跨ぐように、ＦＲＰ板材２に貼り付けられる。

【0087】

（第６実施形態：補強構造１００）
次に、第６実施形態における補強構造１００の一例について説明する。図１４に示すように、本実施形態では、下側のフランジ５２の上面５２ａにＦＲＰ板材２の貼り付け部２３が接着層４を介して貼り付けられる。

【0088】

特に、本実施形態によれば、下側のフランジ５２にＦＲＰ板材２の貼り付け部２３が貼り付けられる。これにより、上向き作業とならずに、ＦＲＰ板材２を下側のフランジ５２に接着することができる。このため、施工時の作業者の負担を低減させることが可能となる。

【0089】

（第６実施形態：補強構造１００）
次に、第６実施形態における補強構造１００の一例について説明する。図１５（ａ）、１５（ｂ）、１６（ａ）、及び図１６（ｂ）に示すように、本実施形態では、補強部材１は、貼り付け部２３とフランジ５１との間に連続繊維材８と接着層４、６とを更に備え、連続繊維材８は、垂直補剛材５４を挟んで両側に離間して一対設けられる。連続繊維材８は、フランジ５１を補強するものであり、主としてフランジ５１と垂直補剛材５４との接合箇所とならない部分を補強する。

【0090】

＜連続繊維材８＞
連続繊維材８は、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維、アラミド繊維等の連続繊維シート（例えば、トウシート（登録商標））や予め樹脂を含侵、硬化させた複数のＦＲＰストランドをすだれ状に加工したシート（例えば、ストランドシート(登録商標)）が用いられる。連続繊維材８は、炭素繊維等の繊維シートが例えば複数積層され、複数の層が互いに接着されてなるものであり、前記トウシートや前記ストランドシートに施工現場で樹脂を含侵、硬化させて形成されてもよいし、予めプレート状に成形したものを接着してもよい。連続繊維材８は、繊維配向が所定の一方向に配向された一方向繊維シートが複数積層されて構成され、積層されるすべての一方向繊維シートの繊維配向が連続繊維材８の長手方向に配向されてもよい。

【0091】

連続繊維材８は、垂直補剛材５４を挟んで両側に離間してそれぞれ設けられる。連続繊維材８は、ＦＲＰ板材２の貼り付け部２３に接着層６を介して貼り付けられ、フランジ５１に接着層４を介して貼り付けられる。

【0092】

＜接着層４＞
接着層４は、フランジ５１の下面５１ｂと連続繊維材８とを互い接着し、フランジ５１の下面５１ｂと連続繊維材８との間に設けられる。接着層４は、高伸度弾性樹脂層を含むことが望ましく、例えば図１６に示すように、ポリウレア樹脂層４１と、エポキシ樹脂層４２と、を含む。ポリウレア樹脂層４１は、フランジ５１に接触され、エポキシ樹脂層４２は、連続繊維材８に接触される。これにより、フランジ５１の降伏後、早期にポリウレア樹脂層４１が剥離するのを抑制することができる。

【0093】

なお、図示は省略するが、ポリウレア樹脂層４１は、連続繊維材８に接着され、エポキシ樹脂層４２は、フランジ５１に接着されてもよい。これにより、連続繊維材８側でポリウレア樹脂層４１を接着する作業と、フランジ５１側で他の樹脂層を施工する作業と、を同時に行うことができる。

【0094】

接着層４は、フランジ５１の下面５１ｂと連続繊維材８とを互い接着できる周知の樹脂材料が用いられる。接着層４として、例えばエポキシ樹脂層４２の代わりとしてアクリル樹脂、ポリウレア樹脂層４１の代わりとしてウレアウレタン樹脂等の高伸度弾性樹脂を用いることもできる。高伸度弾性樹脂とは引張弾性率が５０～１００Ｎ／ｍｍ²かつ、引張最大荷重時伸びが３００％以上の樹脂である。なお、高伸度弾性樹脂の引張最大荷重伸びは好ましくは３００％～１２００％であり、より好ましくは３００％～７００％であり、更に好ましくは３００％～５００％である。

【0095】

接着層４は、連続繊維材８に予め形成されていることが好ましいが、施工現場にて連続繊維材８に形成してもよいし、フランジ５１の下面５１ｂに形成してもよい。

【0096】

＜接着層６＞
接着層６は、連続繊維材８とＦＲＰ板材２とを互い接着し、貼り付け部２３と連続繊維材８との間に設けられる。接着層６は、連続繊維材８とＦＲＰ板材２を強固に接着できるものであれば特に制限はなく、エポキシ系接着剤やアクリル系接着剤、ウレタン系接着剤などの任意の接着剤が使用できるが、好ましくはエポキシ系接着剤である。

【0097】

特に、本実施形態によれば、補強部材１は、貼り付け部２３とフランジ５１との間に連続繊維材８を更に備え、連続繊維材８は、垂直補剛材５４を挟んで両側の互いに離間して一対設けられる。これにより、フランジ５１と垂直補剛材５４との接合箇所とならない部分を連続繊維材８により補強しつつ、ＦＲＰ板材２により一方の貼り付け部２３からバイパス部２４を介して他方の貼り付け部２３へと応力伝達が行われる。このため、Ｉ型断面鋼材５におけるフランジ５１と垂直補剛材５４との接合箇所と接合箇所以外の箇所とにおいて、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0098】

（第７実施形態：補強構造１００）
次に、第７実施形態における補強構造１００の一例について説明する。図１７（ａ）及び図１７（ｂ）に示すように、補強構造１００は、第１鋼材としての１つの鋼板７１と、１つの鋼板７１に溶接により接合される第２鋼材としての面外ガセット７２と、を有する鋼部材７を補強するものである。面外ガセット７２は、鋼板７１に対して略垂直に配置される。

【0099】

本実施形態によれば、補強部材１は、鋼板７１に貼り付けられるＦＲＰ板材２を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。

【0100】

本実施形態によれば、補強部材１は、一方向繊維シート２９が複数積層されるＦＲＰ板材２を有し、ＦＲＰ板材２は、面外ガセット７２を挟んで両側に形成されるとともに鋼板７１に貼り付けられる一対の貼り付け部２３と、面外ガセット７２を迂回して一対の貼り付け部２３を繋ぐためのバイパス部２４と、が形成され、ＦＲＰ板材２における繊維配向は、一方の貼り付け部２３ａから他方の貼り付け部２３ｂに向かう主方向と、主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有する。これにより、鋼部材７の鋼板７１に荷重が作用したとき、一方の貼り付け部２３ａからバイパス部２４を介して他方の貼り付け部２３ｂへと応力伝達を円滑に行うことができる。このように、補強部材１が応力を受け持つことにより鋼板７１の応力を低減させることができる。このため、鋼部材７における鋼板７１と面外ガセット７２との接合箇所において、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0101】

また、本実施形態によれば、ＦＲＰ板材２の貼り付け部２３を鋼板７１に貼り付ける。これにより、補強部材１による鋼部材の補強を容易に行うことが可能となる。

【0102】

なお、図１０では貼り付け部２３は、鋼板７１の全幅の一部を覆う程度の大きさとなっているが、鋼板７１の全幅を覆うような大きさであってもよい。

【0103】

（第８実施形態：補強構造１００）
次に、第８実施形態における補強構造１００の一例について説明する。図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示すように、補強構造１００は、第１鋼材としての２つの鋼板７１と、鋼板７１にボルト７４により接合される第２鋼材としての添接板７３と、を有する鋼部材７を補強するものである。添接板７３は、２つの鋼板７１同士を連結する。

【0104】

本実施形態によれば、補強部材１は、鋼板７１に貼り付けられるＦＲＰ板材２を有する。これにより、鋼部材を当て板にて補強する際に、金属板からなるウェブバイパス部材をボルトや溶接により接合する場合よりも、大幅に軽量化できる。このため、補強後の死荷重の増加を抑制できる。

【0105】

本実施形態によれば、補強部材１は、一方向繊維シート２９が複数積層されるＦＲＰ板材２を有し、ＦＲＰ板材２は、添接板７３を挟んで両側に形成されるとともに鋼板７１に貼り付けられる一対の貼り付け部２３と、添接板７３を迂回して一対の貼り付け部２３を繋ぐためのバイパス部２４と、が形成され、ＦＲＰ板材２における繊維配向は、一方の貼り付け部２３ａから他方の貼り付け部２３ｂに向かう主方向と、主方向と異なる少なくとも２つの方向と、を有する。これにより、鋼部材７の鋼板７１に荷重が作用したとき、一方の貼り付け部２３ａからバイパス部２４を介して他方の貼り付け部２３ｂへと応力の伝達を円滑に行うことができる。このように、補強部材１が応力を受け持つことにより鋼板７１の応力を低減させることができる。このため、鋼部材７における鋼板７１と添接板７３との接合箇所において、正曲げと負曲げの両方に対する曲げ補強効果を発揮させることが可能となる。

【0106】

また、本実施形態によれば、ＦＲＰ板材２の貼り付け部２３を鋼板７１に貼り付ける。これにより、補強部材１の施工を容易に行うことが可能となる。

【0107】

なお、図１８ではＦＲＰ板材の貼り付け部２３は鋼板７１の全幅の一部を覆う程度の大きさとなっているが、鋼板７１の全幅を覆うような大きさであってもよい。加えて、ＦＲＰ板材２は鋼板７１の裏面（図１８の添接板７３と鋼板７１を挟んだ反対面）に貼り付けられていてもよい。

【0108】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【実施例0109】

実施例１では、作製した供試体に曲げ試験を行い、曲げ補強効果を検討した。

【0110】

＜供試体＞
図１９は、実施例１の供試体を示す側面図である。図２０は、実施例１の供試体を示す断面図である。実施例１では、曲げモード及び上下のフランジの補強の有無をパラメータとして、比較例１、本発明例１及び本発明例２の供試体を作製した。供試体は、全長６，３００ｍｍ、腹板高さ１，０００ｍｍのＩ型断面鋼材とした。また、供試体には、垂直補剛材と、水平補剛材と、を設置した。供試体は、中央のプレートガーダーの上下のフランジの幅を１５０ｍｍとし、板厚を６ｍｍとした。供試体は、両端のプレートガーダーの上下のフランジの幅を２００ｍｍとし、板厚を１２ｍｍとした。これにより、中央のプレートガーダーにおいて破壊を先行させた。本試験では両端のプレートガーダーはすべて同じものを使用し、中央のプレートガーダーのみ交換しながら試験を行った。

【0111】

表１に、供試体の概要を示す。本発明例１の供試体では、上フランジに接着層を介して補強部材を接着した。補強部材は、切欠き部が形成されたＣＦＲＰ成型板と、切欠き部によりＣＦＲＰ成型板の寸法が縮小した縮小部に跨がるように貼り付けた炭素繊維ストランドシートと、を有する。ＣＦＲＰ成型板は、炭素繊維シートと、エポキシ系樹脂とからハンドレイアップ成型法により作製した。また、本発明例２の供試体では、下フランジの下面に、更に炭素繊維シートを接着した。比較例１では、補強部材による補強を行っていない。

【0112】

【表1】

【0113】

表２に、繊維シートの概要を示す。表２の炭素繊維シートは、ＣＦＲＰ成型板の作製に用いられるほか、本発明例２の下フランジの下面に接着される。表２の炭素繊維ストランドシートは、本発明例１及び本発明例２で用いる補強部材の縮小部に貼り付けられる。

【0114】

【表2】

【0115】

表３に供試体に用いた樹脂の概要を示す。エポキシ系樹脂は、ＣＦＲＰ成型板の作製に用いられる。ポリウレアパテとエポキシパテとは、フランジとＣＦＲＰ成型板との接着に用いられる。炭素繊維ストランドシートとＣＦＲＰ成型板との接着は、「炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」（株式会社高速道路総合技術研究所、2013）に基づき、行った。

【0116】

【表3】

【0117】

表４にＣＦＲＰ成型板の概要を示す。表４の弾性率は、ＪＩＳ Ｋ ７１６５で規定される引張試験による実測値である。

【0118】

【表4】

【0119】

図２１は、実施例１の供試体における補強部材を示す平面図である。ＣＦＲＰ成型板の形状は作製の簡便さを考慮し平板型とし、供試体中央の垂直補剛材をかわすための切欠きを入れた。切欠きの大きさは供試体中央の垂直補剛材をかわせる大きさとし、切欠きの角部は円弧状とした。ＣＦＲＰ成型板の全幅は１００ｍｍとし、長さは供試体の板厚変化点（外側）から定着長２００ｍｍを確保できる長さである１，６００ｍｍとした。切欠き部分には切欠きの断面欠損分を補強するため、ＣＦＲＰ成型板の上面に３０ｍｍ幅の炭素繊維ストランドシートをエポキシ樹脂を用いて接着した。炭素繊維ストランドシート接着長は最外層が切欠き両端部から２００ｍｍとし、ずらし量を各層両端２５ｍｍずつとした。

【0120】

ＣＦＲＰ成型板の繊維配向は切欠き部分においても応力伝達するように軸方向に対し－４５／０／４５°方向に１／２／１層の比率とし、積層数は上下フランジを補強した際に供試体中央部の曲げ剛性が２５％増加するように決定し、積層数は[0°/±45°/0°] ₄の計１６層とした。積層順は板厚方向に対称となるように積層した。また、切欠き部の炭素繊維ストランドシートの層数は炭素繊維ストランドシートの断面剛性が欠損断面の断面剛性と等しくなるように決定し、７層とした。炭素繊維ストランドシートはエポキシパテを用いてＣＦＲＰ成型板に接着した。

【0121】

上フランジへのＣＦＲＰ成型板の接着には、従来の方法では鋼材側にポリウレアパテ層を設けるが、本試験ではＣＦＲＰ成型板側にポリウレアパテ層を設けた。このようにすることでＣＦＲＰ成型板側と鋼材側を同時に作業できるため施工の省力化につながる。接着手順は、鋼材とＣＦＲＰ成型板ともに接着範囲のケレンを行い、鋼材にはエポキシプライマー、ＣＦＲＰ成型板にはウレタンプライマーを塗布した後にポリウレアパテを塗布した。エポキシプライマーおよびポリウレアパテの乾燥後エポキシパテを用いて上フランジ下面に接着した。下フランジ補強の炭素繊維シート接着の手順は、「炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」（株式会社高速道路総合技術研究所、2013）に基づき、行った。

【0122】

＜試験概要＞
試験は支間長６，０００ｍｍ、等曲げ区間２，５００ｍｍ、せん断区間１，７５０ｍｍの４点曲げ試験とした。載荷は変位制御による単調載荷とし、荷重が増加しなくなるまで載荷した。

【0123】

また、曲げ試験に際し、上フランジのひずみをひずみゲージにより計測した。ひずみゲージは、供試体のフランジの上面に、供試体の材軸方向の中央、供試体の中央から±１００ｍｍ、±３００ｍｍ、±５００ｍｍの計７箇所に、材軸直交方向で３枚ずつ、合わせて２１枚設置した。ひずみは、座屈や剥離が発生する以前の２００ｋＮ時における各供試体の上フランジのひずみを計測した。

【0124】

＜試験結果：破壊状況＞
表５に各試験の最大荷重、最大荷重時変位および破壊状況を示す。

【0125】

【表5】

【0126】

正曲げ試験については、本発明例１は５５８ｋＮ時、本発明例２は５５５ｋＮ時にＣＦＲＰ成型板が圧縮破壊を起こした。このため、本発明例１においては比較例１と、同程度の最大荷重となったが、下フランジに炭素繊維シートを接着補強した本発明例２は下フランジの炭素繊維シートは終局時も剥離、破断等の損傷は確認されなかったこともあり、比較例１より最大荷重が向上した。

【0127】

負曲げ試験については、本発明例１は５７５ｋＮ時、本発明例２は６７５ｋＮ時にＣＦＲＰ成型板が鋼材－エポキシ樹脂間から切欠きの入った端部より剥離し、荷重を増加させると切欠きの無い側のＣＦＲＰ成型板もその後剥離した。また、本発明例２は、終局時に下フランジの炭素繊維シートも圧縮破壊していた。このため、本試験では、本発明例１、本発明例２の最大荷重はいずれも比較例１と同様の結果であった。本試験では施工の省力化のためポリウレアパテの位置をＣＦＲＰ成型板側に配置した。しかし、鋼材の降伏以前に鋼材－エポキシ樹脂間で脆性的に剥離し、ポリウレアパテの剥離抑制効果を発揮されなかった可能性がある。

【0128】

＜試験結果：上フランジのひずみ＞
図２２（ａ）は、正曲げ試験における比較例１、本発明例１及び本発明例２のひずみ分布を示す図であり、図２２（ｂ）は、負曲げ試験における比較例１、本発明例１及び本発明例２のひずみ分布を示す図である。図２２は、横軸を供試体中央からの距離とし、縦軸をひずみとした。図２２は、供試体に座屈、剥離等が発生する以前である２００ｋＮ時における各供試体の上フランジひずみ分布を示す。
なお、図２２に示すひずみ分布図の値は、材軸直角方向に並ぶ３枚のひずみゲージから読み取れるひずみの平均値である。また、図２２に示す「比較例１（計算値）」、「本発明例１（計算値）」、「本発明例２（計算値）」、は、各供試体における計算値であり、梁理論に従い算出した。炭素繊維シートによる鋼構造物の補修・補強工法 設計・施工マニュアル」（株式会社高速道路総合技術研究所、2013）では、ポリウレアパテを接着に用いた場合は、ポリウレアパテによる影響で完全合成断面とならないため、炭素繊維の断面積に応力低減係数を乗じて設計を行うと示されている。この応力低減係数は、炭素繊維シートの積層数、接着長さ、端部処理方法等によって決定される値であるが、本試験で用いたＣＦＲＰ成型板による補強における応力低減係数は未検討であるため、応力低減係数を考慮せずに完全合成断面としているほか、垂直補剛材および水平補剛材は考慮せず、炭素繊維補強材への応力伝達区間（炭素繊維補強材の両端２００ｍｍ）を考慮し、中央の１，２００ｍｍ区間のみを補強断面とし、その他の区間を無補強断面として算出した値であり、炭素繊維ストランドシートおよび切欠きがない断面での計算結果である。

【0129】

正曲げ試験では、各供試体、供試体中央で大きく圧縮ひずみ生じる分布であった。また、比較例１と比較すると、本発明例１、本発明例２ともに測定したすべての点で応力低減されていることが確認でき、各供試体上フランジの全ひずみゲージ２１個のひずみを平均し、比較例１と比較すると、本発明例１で１３％、本発明例２で２５％応力低減された。本発明例１および本発明例２のひずみ分布から、中央から±１００ｍｍの点でひずみが小さく、中央では±１００ｍｍの点のひずみより大きいひずみであった。これは中央から±１００ｍｍのあたりはＣＦＲＰ成型板に切欠きがなくかつ炭素繊維ストランドシートがある部分であり、ほかの点より補強材の断面積が大きく断面剛性が大きいので補強効果が大きく上フランジのひずみが小さいと考えられ、供試体中央では切欠きがあるためひずみが±１００ｍｍの点のひずみより大きく生じたと考えられる。計算値と比較すると供試体中央における上フランジのひずみのほうが大きいが、これは計算値が補強断面を完全合成断面と仮定した場合の計算値であるため、ポリウレア樹脂による応力低減係数を考慮した計算を行うことで計算値と一致すると考えられる。

【0130】

負曲げ試験においても正曲げ試験と同様に、供試体中央の上フランジ引張ひずみが大きく生じる分布であり、比較例１と比較すると測定したすべての点で応力低減されていることが確認され、各供試体上フランジの全ひずみゲージ２１個のひずみを平均し、比較例１と比較すると、本発明例１で１５％、本発明例２で１８％応力低減された。負曲げ試験では、本発明例１及び本発明例２のひずみ分布も正曲げ試験と同様に、中央から±１００ｍｍの点でひずみが小さく、中央では±１００ｍｍの点のひずみより大きいひずみであった。計算値と比較した場合も正曲げ試験結果と同様にポリウレア樹脂による応力低減係数を考慮した計算を行うことで計算値と一致すると考えられる。

【0131】

以上の曲げ試験の結果及び解析から、切欠きのあるＣＦＲＰ成型板で上フランジを補強した場合においても、切欠き部分で欠損断面補強用の炭素繊維ストランドシートまで応力伝達が行われＣＦＲＰ成型板が応力を受け持つことにより鋼材の応力低減が確認された。なお、供試体の最大荷重を向上させるには、ＣＦＲＰ成型板が圧縮破壊しないように、本試験に用いた炭素繊維シートより強度の高い炭素繊維シートで作製したＣＦＲＰ成型板で補強すればよい。

【実施例0132】

実施例１のＩ型鋼材の負曲げ試験において、ＣＦＲＰ成型板が鋼材降伏以前に剥離することが確認された。この時の剥離面は鋼材－エポキシ樹脂間であり、樹脂層の順番が付着に影響を及ぼす可能性が示唆された。そこで、実施例２では、接着樹脂層内のポリウレア樹脂の位置による影響を確認するための付着試験を行った。

【0133】

図２３（ａ）は、実施例２におけるＣＡＳＥ１（本発明例３：本発明例１および本発明例２でのＣＦＲＰ成形板の接着樹脂層）の供試体を示す図であり、図２３（ｂ）は、実施例２におけるＣＡＳＥ２（本発明例４）の供試体を示す図であり、図２３（ｃ）は、実施例２におけるＣＡＳＥ３（本発明例５）の供試体を示す図である。本試験ではポリウレア樹脂の有無およびポリウレア樹脂層の位置をパラメータとして各供試体３体ずつ供試体を作製した。本試験は鋼板幅５０ｍｍ、板厚１２ｍｍであり、曲げ供試体の中央のプレートガーダーと同様に鋼板はＳＳ４００とし、鋼板中央の両面に幅５０ｍｍ、長さ４００ｍｍのＣＦＲＰ成型板を接着し、両端引張試験を行った。

【0134】

図２４（ａ）は、ＣＡＳＥ１－１、ＣＡＳＥ２－１～ＣＡＳＥ２－３及びＣＡＳＥ３－１のひずみゲージの位置を示す図であり、図２４（ｂ）は、ＣＡＳＥ１－２、ＣＡＳＥ１－３、ＣＡＳＥ３－２及びＣＡＳＥ３－３のひずみゲージの位置を示す図である。ＣＡＳＥ１－１、ＣＡＳＥ２－１～ＣＡＳＥ２－３、ＣＡＳＥ３－１は、図２４（ａ）に示す位置にひずみゲージを、供試体の両面に貼り付けた。更に、ＣＡＳＥ１－１、ＣＡＳＥ２－１～ＣＡＳＥ２－３、ＣＡＳＥ３－１は、供試体の材軸方向の中央から一端に向けて、供試体の側面に２０ｍｍ間隔でひずみゲージを貼り付けた。また、ＣＡＳＥ１－２、ＣＡＳＥ１－３、ＣＡＳＥ３－２、ＣＡＳＥ３－３は、図２４（ｂ）に示す位置にひずみゲージを、供試体の両面に貼り付けた。接着層、ＣＦＲＰ成型板の材料特性および施工手順は曲げ試験と同様である。試験は万能試験機を用い、変位制御で載荷した。

【0135】

表６に試験結果を示す。なお、表６中の「比」は、本発明例５（ＣＡＳＥ３）の最大荷重の平均値に対する本発明例３及び本発明例４（ＣＡＳＥ１及びＣＡＳＥ２）の最大荷重の平均値の比を示す。

【0136】

すべての供試体で母材鋼板の降伏までは剥離せず母材降伏後に終局した。破壊個所は本発明例４（ＣＡＳＥ２）ではポリウレア樹脂層が破壊する凝集破壊であり、本発明例３（ＣＡＳＥ１）、本発明例５（ＣＡＳＥ３）では鋼材－エポキシ樹脂間剥離となった。最大荷重はポリウレア層を持たない本発明例５と比較し、本発明例３では８％、本発明例４では３６％上昇する結果であり、破壊状況および最大荷重からポリウレア樹脂を有し、前記ポリウレア層が鋼材側にあるほうがＣＦＲＰ成型板の付着性能がより高くなることが確認された。

【0137】

【表6】

【0138】

図２５は、実施例２における荷重とひずみの関係を示す図である。図２５中に示すひずみは両面のＣＦＲＰ成型板の平均値であり、図中の点線は完全合成断面とした計算値である。

【0139】

図２５より本発明例５は線形にひずみが増加し母材降伏時にＣＦＲＰのひずみは約１，０００×１０^-6であり、計算値と概ね等しい挙動であった。
一方、本発明例３、４は、母材鋼材降伏までは同様の挙動を示したが、本発明例３では母材降伏後の早期に鋼材－エポキシ樹脂間で剥離したのに対し、本発明例４は母材降伏後も剥離は起こさずに荷重およびひずみが増加し、約１，０００×１０^-6で終局した。また、本発明例３及び本発明例４の鋼材降伏時のひずみは約４００×１０^-6であり、本実施例５と比較すると約０．４倍まで低減するとなったが、これはポリウレア樹脂によるせん断遅れによる効果であると考えられる。

【0140】

図２６は、実施例２における供試体中央からの距離とひずみの関係を示す図である。図２６は、各供試体の母材降伏前である１５０ｋＮ時のＣＦＲＰ成型板ひずみ分布を示す。図２６中の点線は完全合成断面として算出した計算値である。
本発明例５は供試体中央から１３０ｍｍあたりまでのひずみは約９００×１０^-6であり、１３０ｍｍ以降はひずみが急激に低下する分布であった。本発明例３及び本発明例４では供試体中央のひずみが約４００×１０^-6であり、供試体中央から端部までなだらかにひずみが減少する分布であった。

【0141】

以上から、接着樹脂層の構成によらず母材の降伏までは、ＣＦＲＰ成型板の剥離が生じずＣＦＲＰ成型材が応力を負担しているため、本発明例３～５で補強効果はいずれも発揮されたが、本発明例３及び本発明例４はポリウレア樹脂によるせん断遅れ効果が発揮され、特に本発明例４のように接着層でポリウレア層を鋼材側に配置することによって母材降伏後もＣＦＲＰ成型板が早期に剥離せず、より高い補強効果を期待することができる。