梁端補強方法および梁端補強構造
【課題】耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる梁端補強方法および梁端補強構造を提供する。
【解決手段】鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジ6に断面欠損部10を設ける一方で、梁下フランジ下面6aと柱頭部2の側面2aとに跨ってシート状の第一補強材14を設け、次いで、第一補強材14の柱頭部2の側面2aに設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材16を柱頭部2の外周に巻き付けるようにした。
【解決手段】鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジ6に断面欠損部10を設ける一方で、梁下フランジ下面6aと柱頭部2の側面2aとに跨ってシート状の第一補強材14を設け、次いで、第一補強材14の柱頭部2の側面2aに設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材16を柱頭部2の外周に巻き付けるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼構造物の梁端補強方法および梁端補強構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、わが国の鋼構造建物は、大地震時の梁端の塑性化を許容あるいは期待して設計される例が多い。しかしながら、過大な地震入力においては梁端の破断が生じる可能性もある。
【0003】
このような梁端の破断を防止するための補強対策として、カバープレートなどの補助ピースを梁端に溶接する等の補強工法が数多く提案されている(例えば、非特許文献1参照)。ただし、使用中の既存建物の中で溶接施工する場合には、火花養生や使用中の情報通信機器に対する電磁波対策などが必要になる。溶接を使わない方杖補強工法も従来提案されているが、これは柱がH形鋼である場合に限られたり、梁端の耐力が大きくなりすぎるといった問題がある。
【0004】
一方、溶接を使わない上記以外の補強技術として、例えば特許文献1に示される柱・梁接合部の補強構造が知られている。この補強構造は、強化用繊維シート状物を柱、梁およびダイヤフラムの三者に跨がって貼り付けたものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】「既存鉄骨造建築物の耐震改修施工マニュアル 改訂版」、日本建築防災協会発行、建設省住宅局建築指導課・社団法人日本鋼構造協会・財団法人日本建築防災協会共同編集、2007年10月
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2007−254953号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、梁端を補強しない場合には、図13に示すように、応力が最大となる梁端で破断する可能性が高い。これに対し、図14に示すように、梁下などにカバープレートや強化用繊維シート状物等の補強材を設ければこの部分の耐力が上がるので、梁端の破断の可能性を低くすることが可能となる。しかしこの場合、補強による耐力上昇によって柱梁耐力比が当初の設計値とは異なってしまい、崩壊形が梁降伏から柱降伏へと移行して結果的に層崩壊につながるおそれがある。これを回避するため、補強による耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
【0008】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる梁端補強方法および梁端補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項1に係る梁端補強方法は、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の請求項2に係る梁端補強方法は、上述した請求項1において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする。
【0011】
また、本発明の請求項3に係る梁端補強方法は、上述した請求項2において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする。
【0012】
また、本発明の請求項4に係る梁端補強方法は、上述した請求項2または3において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合することを特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項5に係る梁端補強方法は、上述した請求項1〜4のいずれか一つにおいて、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付ける際に、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けてある第一補強材にプレテンションを導入することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の請求項6に係る梁端補強構造は、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有することを特徴とする。
【0015】
また、本発明の請求項7に係る梁端補強構造は、上述した請求項6において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする。
【0016】
また、本発明の請求項8に係る梁端補強構造は、上述した請求項7において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする。
【0017】
また、本発明の請求項9に係る梁端補強構造は、上述した請求項7または8において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る梁端補強方法によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けるので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、梁端の変形性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
【0019】
また、本発明に係る梁端補強構造によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有するので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、梁端の変形性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】図1は、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施例1を示す側面図である。
【図2】図2は、本発明の実施例1に係る梁端補強構造の見上げ図である。
【図3】図3は、本発明の実施例1による梁の曲げ応力分布を示す図である。
【図4】図4は、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施例2を示す側面図である。
【図5】図5は、本発明の実施例2に係る梁端補強構造の見上げ図である。
【図6】図6は、補強しない場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図7】図7は、第一補強材を設けた場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図8】図8は、断面欠損部を塞ぐように第一補強材を設けた場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図9】図9は、本発明の実施例2の第一補強材の接合例を示す側面図である。
【図10】図10は、本発明の実施例2の第一補強材の他の接合例を示す側面図である。
【図11】図11は、本発明による補強パターン例を示す見上げ図である。
【図12】図12は、本発明による他の補強パターン例を示す見上げ図である。
【図13】図13は、補強しない場合の梁の曲げ応力分布を示す図である。
【図14】図14は、補強した場合の梁の曲げ応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の断面欠損部は、第一補強材の補強範囲外または範囲内に設けることが可能である。このため、断面欠損部が補強範囲外にある場合を実施例1、断面欠損部が補強範囲内にある場合を実施例2として以下説明するものとする。なお、これら実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【0022】
[実施例1]
まず、本発明の実施例1(断面欠損部が補強範囲外にある場合)について説明する。
図1(a)に示すように、角形鋼管(鋼材)からなる柱頭部2の梁接合側面に突設したガセットプレート20に、H形鋼からなる梁8のウェブ22端部がボルト24で接合してある。梁8は梁上フランジ4と梁下フランジ6を具備している。
【0023】
本実施例1に係る梁端補強方法の手順としては、まず、梁端近傍の梁下フランジ6に貫通孔10(断面欠損部)を設け、梁下フランジ下面6aと、柱頭部2の側面2aとに跨って繊維補強シート14(シート状の第一補強材)を接着剤等で貼り付ける。ここで、梁下フランジ下面6aの繊維補強シート14は、貫通孔10よりも柱に近い側に貼り付けるようにする。この結果、貫通孔10は繊維補強シート14補強範囲の外側に位置することになる。
【0024】
続いて、図1(b)に示すように、繊維補強シート14の柱頭部2の側面2aに貼り付けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部2の外周に繊維補強シート16(シート状の第二補強材)を巻き付けて接着剤等で固定する。この繊維補強シート16は柱頭部2の補強も兼ねている。このようにして、本実施例1の梁端補強構造100を得ることができる。梁端補強構造100の見上げ図を図2に示す。
【0025】
ところで、既往の研究(下記の参考文献1参照)によれば、梁フランジに孔を設けることで梁端の塑性変形能力が向上することが指摘されている。
【0026】
[参考文献1] 孔空きフランジ方式を用いた現場溶接型柱梁溶接接合部の変形能力に関する実験的研究、建築学会構造系論文集第585号、2004年11月、中込忠男他
【0027】
このため、本実施例1では、図3に示すように、貫通孔10を繊維補強シート14の補強範囲よりも応力の小さい側、つまりシート補強範囲の外側に設けると、梁はこの周辺で降伏し易くなって塑性変形能力が高められる。こうすることで、シート補強による耐力上昇を制御することができる。
【0028】
このように、本実施例1によれば、繊維補強シート14、16の荷重伝達により、溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、梁母材に設けた貫通孔10によって、シート補強による耐力上昇を制御し、梁端の塑性変形性能の向上を図ることができる。これにより、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【0029】
また、繊維補強シート16を柱に巻き付けることによって、柱頭部2の局部座屈に対する補強とすることができる。さらに、繊維補強シート14、16は、軽量であることから施工し易い上、狭隘な場所でも取り扱いが容易であり、特殊な作業機械は必要ではないという利点がある。
【0030】
[実施例2]
次に、本発明の実施例2(断面欠損部が補強範囲内にある場合)について説明する。以下では、上記の実施例1で説明した部材には同じ符号を付すものとして一部説明を省略する。
【0031】
本実施例2に係る梁端補強方法の手順としては、まず、図4(a)に示すように、梁端近傍の梁下フランジ6に貫通孔12(断面欠損部)を設け、梁下フランジ下面6aと、柱頭部2の側面2aとに跨って繊維補強シート14(シート状の第一補強材)を貼り付ける。ここで、梁下フランジ下面6aの繊維補強シート14は、貫通孔12を塞ぐように貼り付けるようにする。この結果、貫通孔12は繊維補強シート14補強範囲内に位置することになる。
【0032】
続いて、図4(b)に示すように、繊維補強シート14の柱頭部2の側面2aに貼り付けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部2の外周に繊維補強シート16(シート状の第二補強材)を巻き付けて接着剤等で固定する。この繊維補強シート16は柱頭部2の補強も兼ねている。このようにして、本実施例2の梁端補強構造200を得ることができる。梁端補強構造200の見上げ図を図5に示す。
【0033】
この梁端補強構造200の力学的作用について図6〜図8を参照しながら説明する。
図6(a)はシート補強しない場合の梁の側面図であり、図6(b)はこの梁の耐力分布図である。図中、縦軸は梁の曲げ耐力を、横軸は梁の長手方向の位置を示している。この図6に示すように、補強しない場合には梁の耐力は一定値M0である。この梁下に繊維補強シート14を貼り付けて補強すると、図7の梁側面図(a)および耐力分布図(b)が得られる。
【0034】
この図7に示すように、繊維補強シート14を貼り付けた部分の耐力値はM1だけ上昇する。この耐力上昇によって、梁端の崩壊形が当初の設計から変化する可能性がある。
【0035】
そこで、図7のシート補強範囲内の梁母材に貫通孔12を設けると、図8の梁側面図(a)および耐力分布図(b)が得られる。この図8に示すように、梁の耐力はシート補強分だけ上昇するが、梁母材の耐力は貫通孔12の部分で低下する。
【0036】
このように、貫通孔12を設けることで梁母材の耐力を意図的に下げることができる。この耐力低下分は、本実施例2ではシート補強による耐力上昇分で補われる。また、上記の実施例1で説明したとおり、梁フランジに孔を設けることで梁端の塑性変形能力が向上するので(上記の参考文献1参照)、結果として、梁端の耐力は元のままで梁の変形能力が高められる。これにより、シート補強による梁端の耐力上昇を制御し、梁の変形能力の向上を図ることができる。こうすることで、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【0037】
このように、本実施例2によれば、繊維補強シート14、16の荷重伝達により、溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、梁母材に設けた貫通孔12によって、シート補強による耐力上昇を制御し、梁端の塑性変形性能の向上を図ることができる。こうすることで、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【0038】
また、繊維補強シート16を柱に巻き付けることによって、柱頭部2の局部座屈に対する補強とすることができる。さらに、繊維補強シート14、16は、軽量であることから施工し易い上、狭隘な場所でも取り扱いが容易であり、特殊な作業機械は必要ではないという利点がある。
【0039】
なお、本実施例2における繊維補強シート14の接着方法については、図9に示すように、貫通孔12よりも柱から遠い側を接着部分Aとする一方、貫通孔12よりも柱に近い側および貫通孔12周辺を非接着部分Bとして、シート14を梁下フランジ下面6aに対して部分的に接着することが好ましい。こうすることで、貫通孔12周辺で複雑な応力状態が生じるのを避けることができる。
【0040】
また、図10に示すように、繊維補強シート14に孔を開けて、この孔と貫通孔12とにボルト18を差し込むことで繊維補強シート14を梁下フランジ6に接合してもよい。この場合、繊維補強シート14は接着剤を用いずにボルト18のみで接合することができる。
【0041】
上記の実施例1、2において、繊維補強シート16(第二補強材)を柱頭部2の外周に巻き付ける際に繊維補強シート14(第一補強材)にプレテンションを導入することも可能である。例えば、梁下フランジ6に貼り付けてある繊維補強シート14を柱頭部2側に引き付けるように繊維補強シート16を巻き付けてゆけば、繊維補強シート14にプレテンション力が付与される。これにより、梁下フランジ6にプレコンプレッションが生じるので、梁下フランジ6の破断の可能性をさらに低めることができる。
【0042】
上記の実施例1、2において、繊維補強シート14は、必ずしも柱頭部2に接合してある全ての梁端に設けなくてもよい。例えば、図11に示すように、直交する水平2方向の梁端のうち同一方向の梁端に対してのみ繊維補強シート14を設ける補強パターンとしてもよい。また、図12に示すように、一つの梁端に対してのみ設ける補強パターンとしてもよい。
【0043】
また、上記の実施例1、2において、梁をH形鋼で構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、梁下フランジ下面6aと柱頭部2の側面2aとに跨って繊維補強シート14等の第一補強材を貼り付け可能な鋼材であれば他の横断面形状の鋼材であってもよい。
【0044】
また、上記の実施例1、2において、柱を角形鋼管で構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、繊維補強シート14等の第一補強材の片側が貼り付け可能であり、その上面を覆いつつ、外周に繊維補強シート16等の第二補強材を巻き付けて貼り付け可能な鋼材であれば他の縦断面形状の鋼材であってもよい。また、梁端が接合する柱頭部2は通しダイアフラム形式や外ダイヤフラム形式で構成してあってもよい。
【0045】
以上説明したように、本発明に係る梁端補強方法によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けるので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図ることができる。
【0046】
また、本発明に係る梁端補強構造によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有するので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0047】
以上のように、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造は、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図るのに有用であり、特に、大規模地震時の被害を大幅に軽減するのに適している。
【符号の説明】
【0048】
2 柱頭部
2a 柱頭部の側面
4 梁上フランジ
6 梁下フランジ
6a 梁下フランジ下面
8 梁
10,12 貫通孔(断面欠損部)
14 繊維補強シート(第一補強材)
16 繊維補強シート(第二補強材)
18 ボルト
100 梁端補強構造(実施例1)
200 梁端補強構造(実施例2)
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼構造物の梁端補強方法および梁端補強構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、わが国の鋼構造建物は、大地震時の梁端の塑性化を許容あるいは期待して設計される例が多い。しかしながら、過大な地震入力においては梁端の破断が生じる可能性もある。
【0003】
このような梁端の破断を防止するための補強対策として、カバープレートなどの補助ピースを梁端に溶接する等の補強工法が数多く提案されている(例えば、非特許文献1参照)。ただし、使用中の既存建物の中で溶接施工する場合には、火花養生や使用中の情報通信機器に対する電磁波対策などが必要になる。溶接を使わない方杖補強工法も従来提案されているが、これは柱がH形鋼である場合に限られたり、梁端の耐力が大きくなりすぎるといった問題がある。
【0004】
一方、溶接を使わない上記以外の補強技術として、例えば特許文献1に示される柱・梁接合部の補強構造が知られている。この補強構造は、強化用繊維シート状物を柱、梁およびダイヤフラムの三者に跨がって貼り付けたものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0005】
【非特許文献1】「既存鉄骨造建築物の耐震改修施工マニュアル 改訂版」、日本建築防災協会発行、建設省住宅局建築指導課・社団法人日本鋼構造協会・財団法人日本建築防災協会共同編集、2007年10月
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2007−254953号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、梁端を補強しない場合には、図13に示すように、応力が最大となる梁端で破断する可能性が高い。これに対し、図14に示すように、梁下などにカバープレートや強化用繊維シート状物等の補強材を設ければこの部分の耐力が上がるので、梁端の破断の可能性を低くすることが可能となる。しかしこの場合、補強による耐力上昇によって柱梁耐力比が当初の設計値とは異なってしまい、崩壊形が梁降伏から柱降伏へと移行して結果的に層崩壊につながるおそれがある。これを回避するため、補強による耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる技術の開発が望まれていた。
【0008】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、耐力上昇を制御しながら梁端の変形性能の向上を図ることができる梁端補強方法および梁端補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の請求項1に係る梁端補強方法は、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の請求項2に係る梁端補強方法は、上述した請求項1において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする。
【0011】
また、本発明の請求項3に係る梁端補強方法は、上述した請求項2において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする。
【0012】
また、本発明の請求項4に係る梁端補強方法は、上述した請求項2または3において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合することを特徴とする。
【0013】
また、本発明の請求項5に係る梁端補強方法は、上述した請求項1〜4のいずれか一つにおいて、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付ける際に、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けてある第一補強材にプレテンションを導入することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の請求項6に係る梁端補強構造は、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有することを特徴とする。
【0015】
また、本発明の請求項7に係る梁端補強構造は、上述した請求項6において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする。
【0016】
また、本発明の請求項8に係る梁端補強構造は、上述した請求項7において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする。
【0017】
また、本発明の請求項9に係る梁端補強構造は、上述した請求項7または8において、シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合したことを特徴とする。
【発明の効果】
【0018】
本発明に係る梁端補強方法によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けるので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、梁端の変形性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
【0019】
また、本発明に係る梁端補強構造によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有するので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、梁端の変形性能の向上を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】図1は、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施例1を示す側面図である。
【図2】図2は、本発明の実施例1に係る梁端補強構造の見上げ図である。
【図3】図3は、本発明の実施例1による梁の曲げ応力分布を示す図である。
【図4】図4は、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施例2を示す側面図である。
【図5】図5は、本発明の実施例2に係る梁端補強構造の見上げ図である。
【図6】図6は、補強しない場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図7】図7は、第一補強材を設けた場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図8】図8は、断面欠損部を塞ぐように第一補強材を設けた場合の梁の耐力分布を説明する図である。
【図9】図9は、本発明の実施例2の第一補強材の接合例を示す側面図である。
【図10】図10は、本発明の実施例2の第一補強材の他の接合例を示す側面図である。
【図11】図11は、本発明による補強パターン例を示す見上げ図である。
【図12】図12は、本発明による他の補強パターン例を示す見上げ図である。
【図13】図13は、補強しない場合の梁の曲げ応力分布を示す図である。
【図14】図14は、補強した場合の梁の曲げ応力分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下に、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明の断面欠損部は、第一補強材の補強範囲外または範囲内に設けることが可能である。このため、断面欠損部が補強範囲外にある場合を実施例1、断面欠損部が補強範囲内にある場合を実施例2として以下説明するものとする。なお、これら実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【0022】
[実施例1]
まず、本発明の実施例1(断面欠損部が補強範囲外にある場合)について説明する。
図1(a)に示すように、角形鋼管(鋼材)からなる柱頭部2の梁接合側面に突設したガセットプレート20に、H形鋼からなる梁8のウェブ22端部がボルト24で接合してある。梁8は梁上フランジ4と梁下フランジ6を具備している。
【0023】
本実施例1に係る梁端補強方法の手順としては、まず、梁端近傍の梁下フランジ6に貫通孔10(断面欠損部)を設け、梁下フランジ下面6aと、柱頭部2の側面2aとに跨って繊維補強シート14(シート状の第一補強材)を接着剤等で貼り付ける。ここで、梁下フランジ下面6aの繊維補強シート14は、貫通孔10よりも柱に近い側に貼り付けるようにする。この結果、貫通孔10は繊維補強シート14補強範囲の外側に位置することになる。
【0024】
続いて、図1(b)に示すように、繊維補強シート14の柱頭部2の側面2aに貼り付けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部2の外周に繊維補強シート16(シート状の第二補強材)を巻き付けて接着剤等で固定する。この繊維補強シート16は柱頭部2の補強も兼ねている。このようにして、本実施例1の梁端補強構造100を得ることができる。梁端補強構造100の見上げ図を図2に示す。
【0025】
ところで、既往の研究(下記の参考文献1参照)によれば、梁フランジに孔を設けることで梁端の塑性変形能力が向上することが指摘されている。
【0026】
[参考文献1] 孔空きフランジ方式を用いた現場溶接型柱梁溶接接合部の変形能力に関する実験的研究、建築学会構造系論文集第585号、2004年11月、中込忠男他
【0027】
このため、本実施例1では、図3に示すように、貫通孔10を繊維補強シート14の補強範囲よりも応力の小さい側、つまりシート補強範囲の外側に設けると、梁はこの周辺で降伏し易くなって塑性変形能力が高められる。こうすることで、シート補強による耐力上昇を制御することができる。
【0028】
このように、本実施例1によれば、繊維補強シート14、16の荷重伝達により、溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、梁母材に設けた貫通孔10によって、シート補強による耐力上昇を制御し、梁端の塑性変形性能の向上を図ることができる。これにより、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【0029】
また、繊維補強シート16を柱に巻き付けることによって、柱頭部2の局部座屈に対する補強とすることができる。さらに、繊維補強シート14、16は、軽量であることから施工し易い上、狭隘な場所でも取り扱いが容易であり、特殊な作業機械は必要ではないという利点がある。
【0030】
[実施例2]
次に、本発明の実施例2(断面欠損部が補強範囲内にある場合)について説明する。以下では、上記の実施例1で説明した部材には同じ符号を付すものとして一部説明を省略する。
【0031】
本実施例2に係る梁端補強方法の手順としては、まず、図4(a)に示すように、梁端近傍の梁下フランジ6に貫通孔12(断面欠損部)を設け、梁下フランジ下面6aと、柱頭部2の側面2aとに跨って繊維補強シート14(シート状の第一補強材)を貼り付ける。ここで、梁下フランジ下面6aの繊維補強シート14は、貫通孔12を塞ぐように貼り付けるようにする。この結果、貫通孔12は繊維補強シート14補強範囲内に位置することになる。
【0032】
続いて、図4(b)に示すように、繊維補強シート14の柱頭部2の側面2aに貼り付けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部2の外周に繊維補強シート16(シート状の第二補強材)を巻き付けて接着剤等で固定する。この繊維補強シート16は柱頭部2の補強も兼ねている。このようにして、本実施例2の梁端補強構造200を得ることができる。梁端補強構造200の見上げ図を図5に示す。
【0033】
この梁端補強構造200の力学的作用について図6〜図8を参照しながら説明する。
図6(a)はシート補強しない場合の梁の側面図であり、図6(b)はこの梁の耐力分布図である。図中、縦軸は梁の曲げ耐力を、横軸は梁の長手方向の位置を示している。この図6に示すように、補強しない場合には梁の耐力は一定値M0である。この梁下に繊維補強シート14を貼り付けて補強すると、図7の梁側面図(a)および耐力分布図(b)が得られる。
【0034】
この図7に示すように、繊維補強シート14を貼り付けた部分の耐力値はM1だけ上昇する。この耐力上昇によって、梁端の崩壊形が当初の設計から変化する可能性がある。
【0035】
そこで、図7のシート補強範囲内の梁母材に貫通孔12を設けると、図8の梁側面図(a)および耐力分布図(b)が得られる。この図8に示すように、梁の耐力はシート補強分だけ上昇するが、梁母材の耐力は貫通孔12の部分で低下する。
【0036】
このように、貫通孔12を設けることで梁母材の耐力を意図的に下げることができる。この耐力低下分は、本実施例2ではシート補強による耐力上昇分で補われる。また、上記の実施例1で説明したとおり、梁フランジに孔を設けることで梁端の塑性変形能力が向上するので(上記の参考文献1参照)、結果として、梁端の耐力は元のままで梁の変形能力が高められる。これにより、シート補強による梁端の耐力上昇を制御し、梁の変形能力の向上を図ることができる。こうすることで、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【0037】
このように、本実施例2によれば、繊維補強シート14、16の荷重伝達により、溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、梁母材に設けた貫通孔12によって、シート補強による耐力上昇を制御し、梁端の塑性変形性能の向上を図ることができる。こうすることで、上述したような崩壊形が変化する可能性を除去することができる。
【0038】
また、繊維補強シート16を柱に巻き付けることによって、柱頭部2の局部座屈に対する補強とすることができる。さらに、繊維補強シート14、16は、軽量であることから施工し易い上、狭隘な場所でも取り扱いが容易であり、特殊な作業機械は必要ではないという利点がある。
【0039】
なお、本実施例2における繊維補強シート14の接着方法については、図9に示すように、貫通孔12よりも柱から遠い側を接着部分Aとする一方、貫通孔12よりも柱に近い側および貫通孔12周辺を非接着部分Bとして、シート14を梁下フランジ下面6aに対して部分的に接着することが好ましい。こうすることで、貫通孔12周辺で複雑な応力状態が生じるのを避けることができる。
【0040】
また、図10に示すように、繊維補強シート14に孔を開けて、この孔と貫通孔12とにボルト18を差し込むことで繊維補強シート14を梁下フランジ6に接合してもよい。この場合、繊維補強シート14は接着剤を用いずにボルト18のみで接合することができる。
【0041】
上記の実施例1、2において、繊維補強シート16(第二補強材)を柱頭部2の外周に巻き付ける際に繊維補強シート14(第一補強材)にプレテンションを導入することも可能である。例えば、梁下フランジ6に貼り付けてある繊維補強シート14を柱頭部2側に引き付けるように繊維補強シート16を巻き付けてゆけば、繊維補強シート14にプレテンション力が付与される。これにより、梁下フランジ6にプレコンプレッションが生じるので、梁下フランジ6の破断の可能性をさらに低めることができる。
【0042】
上記の実施例1、2において、繊維補強シート14は、必ずしも柱頭部2に接合してある全ての梁端に設けなくてもよい。例えば、図11に示すように、直交する水平2方向の梁端のうち同一方向の梁端に対してのみ繊維補強シート14を設ける補強パターンとしてもよい。また、図12に示すように、一つの梁端に対してのみ設ける補強パターンとしてもよい。
【0043】
また、上記の実施例1、2において、梁をH形鋼で構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、梁下フランジ下面6aと柱頭部2の側面2aとに跨って繊維補強シート14等の第一補強材を貼り付け可能な鋼材であれば他の横断面形状の鋼材であってもよい。
【0044】
また、上記の実施例1、2において、柱を角形鋼管で構成した場合について説明したが、これに限るものではなく、繊維補強シート14等の第一補強材の片側が貼り付け可能であり、その上面を覆いつつ、外周に繊維補強シート16等の第二補強材を巻き付けて貼り付け可能な鋼材であれば他の縦断面形状の鋼材であってもよい。また、梁端が接合する柱頭部2は通しダイアフラム形式や外ダイヤフラム形式で構成してあってもよい。
【0045】
以上説明したように、本発明に係る梁端補強方法によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けるので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図ることができる。
【0046】
また、本発明に係る梁端補強構造によれば、鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有するので、シート状の第一補強材および第二補強材により溶接を全く使わないで梁端の耐力を上昇させ、梁端の破断の可能性を低めることができる。一方、断面欠損部によって、第一補強材の補強による耐力上昇を制御し、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【0047】
以上のように、本発明に係る梁端補強方法および梁端補強構造は、耐力上昇に対する梁端の変形性能の向上を図るのに有用であり、特に、大規模地震時の被害を大幅に軽減するのに適している。
【符号の説明】
【0048】
2 柱頭部
2a 柱頭部の側面
4 梁上フランジ
6 梁下フランジ
6a 梁下フランジ下面
8 梁
10,12 貫通孔(断面欠損部)
14 繊維補強シート(第一補強材)
16 繊維補強シート(第二補強材)
18 ボルト
100 梁端補強構造(実施例1)
200 梁端補強構造(実施例2)
【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けることを特徴とする梁端補強方法。
【請求項2】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする請求項1に記載の梁端補強方法。
【請求項3】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする請求項2に記載の梁端補強方法。
【請求項4】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合することを特徴とする請求項2または3に記載の梁端補強方法。
【請求項5】
シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付ける際に、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けてある第一補強材にプレテンションを導入することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の梁端補強方法。
【請求項6】
鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有することを特徴とする梁端補強構造。
【請求項7】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする請求項6に記載の梁端補強構造。
【請求項8】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする請求項7に記載の梁端補強構造。
【請求項9】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合したことを特徴とする請求項7または8に記載の梁端補強構造。
【請求項1】
鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する方法であって、梁下フランジに断面欠損部を設ける一方で、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨ってシート状の第一補強材を設け、次いで、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付けることを特徴とする梁端補強方法。
【請求項2】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする請求項1に記載の梁端補強方法。
【請求項3】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする請求項2に記載の梁端補強方法。
【請求項4】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合することを特徴とする請求項2または3に記載の梁端補強方法。
【請求項5】
シート状の第二補強材を柱頭部の外周に巻き付ける際に、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けてある第一補強材にプレテンションを導入することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の梁端補強方法。
【請求項6】
鋼材からなる柱に接合される梁端を補強する構造であって、梁下フランジ下面と柱頭部の側面とに跨って設けたシート状の第一補強材と、第一補強材の柱頭部の側面に設けた部分の上面を覆いつつ、柱頭部の外周に巻き付けたシート状の第二補強材と、梁下フランジに設けた断面欠損部とを有することを特徴とする梁端補強構造。
【請求項7】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部を塞ぐように梁下フランジ下面に設けたことを特徴とする請求項6に記載の梁端補強構造。
【請求項8】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部よりも柱から遠い側で梁下フランジ下面に接着する一方、前記断面欠損部よりも柱に近い側および前記断面欠損部周辺で梁下フランジ下面に接着しないようにしたことを特徴とする請求項7に記載の梁端補強構造。
【請求項9】
シート状の第一補強材を、前記断面欠損部に通したボルトで梁下フランジ下面に接合したことを特徴とする請求項7または8に記載の梁端補強構造。
【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】
【公開番号】特開2012−188868(P2012−188868A)
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−53480(P2011−53480)
【出願日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年10月4日(2012.10.4)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年3月10日(2011.3.10)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]