説明

I型断面桁の補強工法およびI型断面桁

【課題】ウェブに発生した疲労き裂の進展を阻止する、クレーン走行桁の補強工法および走行桁として好適なI型断面桁の補強工法およびI型断面桁を提供する。
【解決手段】上下フランジを連結する垂直補剛材を長手方向に等間隔に配置したI型断面桁に補強部材を取り付ける補強工法であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれるウェブの一部と下フランジに取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられ、前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とするI型断面桁の補強方法。前記補強部材を前記ウェブの一部に取り付ける場合に、前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、I型断面桁の補強工法およびI型断面桁に関し、特にウェブに発生した疲労亀裂の進展を阻止する、クレーン走行桁の補強工法および走行桁として好適なものに関する。
【背景技術】
【0002】
図5は鋼製のI型断面桁1を天井クレーン等の走行桁に使用した場合に発生する疲労亀裂aの発生状況を示す模式図で,疲労亀裂aは上フランジ2とバックガーダー300の取り付け部400からも発生するが,引張応力が作用する下フランジ3側から主に発生する。
【0003】
例えば、配管などを取り付けるための支持金具200と下フランジ3の溶接部,下フランジ3の連結部などの溶接個所を起点として発生することが多く,引張応力場の亀裂であるため,進展速度が早く、ウェブ4に進展し重大事故を引き起こすようになるため、早急な補強対策が必要である。
【0004】
特許文献1は、天井クレーンの走行桁の補強工法に関し、I型断面桁からなる走行桁の下方に、長手方向に沿ってI型断面桁からなる補強部材をボルト結合する際、走行桁と補強部材の接合面に発生する剪断力を求め、当該剪断力に応じてボルトの結合条件を変更することが記載されている。
【0005】
特許文献2は、I型断面桁の下方にウエブのラインに沿ってCT形鋼を溶接する補強工法に関し、溶接部の疲労特性を向上させるため超音波によるピーニングを行う際、CT形鋼の端部から一定の範囲を特定の温度まで加熱することが記載されている。
【特許文献1】特開平11−35275号公報
【特許文献2】特開2004−169340号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら,特許文献1記載の補強工法は,既存の走行桁の負荷応力を軽減させ、特許文献2記載の補強工法は、ボルト結合により溶接作業を不要とし、疲労亀裂発生の危険性を低下させるもので、既に発生した疲労亀裂の進展を防止させるものではない。
【0007】
また、特許文献1,2記載の補強工法は、走行桁下フランジの下側に補強桁を取り付けるため,桁下空間が限られている場合は適用が困難である。
【0008】
そこで、本発明は、鋼製のI型断面桁において発生した疲労亀裂の進展を阻止し、且つ、容易に施工することが可能な鋼製桁の補強工法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の課題は以下の手段により達成可能である。
1.垂直補剛材を長手方向に配置したI型断面桁に補強部材を取り付ける補強工法であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記I型断面桁のウェブの一部と下フランジに取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられていることを特徴とするI型断面桁の補強方法。
2.前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする1記載のI型断面桁の補強方法。
3.前記補強部材を前記ウェブの一部に取り付ける場合に、前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合することを特徴とする1または2記載のI型断面桁の補強方法。
4.垂直補剛材を長手方向に配置し、補強部材を取り付けたI型断面桁であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記I型断面桁のウェブの一部と下フランジに連続して取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられているI型断面桁。
5.前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする4記載のI型断面桁。
6.前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合した4または5記載のI型断面桁。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、I型断面桁の周囲に新たな空間、桁下空間を要せずに、I型断面桁を補強し、疲労特性を向上させることが可能で産業上極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明に係る補強工法により補強後のI型断面桁を説明する図で、(a)は斜視外観図、(b)は断面構造を説明する図を示す。図において、5は垂直補剛材、6は補強構造、7はボルト、8はナット、61はリブ、62、63、64は補強部材、図5と同じ符号は同じものを指すものとする。
【0012】
本発明が対象とするI型断面桁1は上フランジ2と下フランジ3を連結する垂直補剛材5が長手方向に等間隔に配置されている。
【0013】
補強構造6は、複数の、板状の補強部材で閉空間を形成するように構成される。隣接する垂直補剛材5の対向する面のそれぞれには表面を覆うように補強部材64が取り付けら、当該垂直補剛材5で囲まれるウェブ4の一部には補強部材62が、下フランジ3の上面には補強部材63がウェブ4の一部と下フランジ3の表面を覆って、連続した面を形成するように取り付けられる。
【0014】
そして、ウェブ4に取り付けられる補強部材62には下フランジ3と平行にリブ61が取り付けられる。リブ61は隣接する垂直補剛材5の対向する面に表面を覆うように取り付けられた補強部材64に、その両端が接するように取り付ける。リブ61は垂直補剛材5の水平方向の変形を拘束し、I型断面桁1の剛性を向上させる。
【0015】
尚、リブ61の両端を補強部材64に接合する施工が現地作業で負担となる場合は、厚板等剛性の高い板材を用いてリブ61自体の剛性を高めて、補強部材64との接合を省略しても良い。
【0016】
補強構造6は、I型断面桁で、所望の剛性向上効果が得られるように、図1(b)に示すようにウェブ4の両面に構築しても、片面にのみ構築しても良く、本発明では特に規定しない。
【0017】
図2は、下フランジ3の連結部で発生した疲労亀裂aがウェブ4に進展したI型断面桁1に本発明に係る補強方法を適用する場合を説明する図で、(a)はウェブに進展した疲労亀裂aを有するI型断面桁の斜視外観図、(b)は(a)で示したI型断面桁に本発明に係る補強方法による補強構造を構築する手順を示す図である。これらの図において10はボルト穴、図1と同じ符号は、同じものを指すものとする。
【0018】
まず、疲労亀裂aの先端または,進行方向へ数十ミリ程度離れた位置にストップホールbを加工する。加工は、周知の方法、例えば、鋼構造物補修・補強・改造の手引き,財団法人 鉄道総合技術研究所に準じて行う(a)。
【0019】
次に、補強部材62をウェブの表面を覆うように立てかけ、下フランジの上面を覆うように置いた補強部材63を補強部材62に突き当てる。補強部材64を隣接する垂直補剛材の対向する面を覆うように立てかけた後、ハンドドリル9で当てもみしてボルト穴10を複数加工し、ボルト7を挿通させて、ナット(図示しない)で締結する。
【0020】
補強部材62にボルト穴10を加工する場合、ボルト穴10の一つがストップホールbと同一位置となるように加工する。ストップホールbとボルト穴の位置を一致させることによりストップホールbの周辺部の発生応力が小さくなり,疲労亀裂進展抑制効果が得られ、長寿命化が図れる。
【0021】
尚、補強部材62,63,64のI型断面桁各部への取り付けは、溶接によっても良い。この場合であっても、ストップホールbの位置にボルト穴を加工すると疲労亀裂進展抑制効果が得られる。
【0022】
図4は、本発明に係る補強方法による補強構造6の他の実施例を示し、(a)は溶接構造の場合、(b)はウェブの片面に配置した場合、(c)はI型断面桁のウェブの両側にリブを設け、当該リブに補強構造6のリブを取り付けた場合、(d)はI型断面桁の下フランジの下面に補強部材を取り付け、更に剛性を向上させた場合を示す。尚、(b)、(c)、(d)はボルト結合による。
【実施例】
【0023】
I型断面構造に、補強構造を取り付け、その剛性向上効果を確認した。図3に実験条件を説明する。一般的なクレーン走行桁を想定して,支間長30mの単純支持で,断面形状は,桁高3560,ウェブ厚19mm,フランジ500×30mmのI桁とし、当該桁の中央に,300kNの集中荷重を載荷した。(図3(a))。
【0024】
I型断面桁の断面形状は、1.case1(基本構造),2.case2(従来例)、3.case3(本発明例)とし、従来例は,ウェブ厚20mm,フランジ500×30mmのT型とし,本発明例は,ウェブ高3000mm上リブは上フランジ下面から1000mmの位置とし全ての部材の板厚を20mmとした。
【0025】
表1に300kNの集中荷重を載荷した場合の,中央断面(AA断面)の応力状態(上下フランジ縁端応力)を試算した結果を示す。
【0026】
基本構造の場合,上端・下端でそれぞれ−42.9MPa,42.9MPaの軸方向応力が発生する。
【0027】
従来例では,上端が33%減,下端は55%減となるが,補強部材の下フランジ下端が,26.2MPaとなり39%の減に留まる。本発明例の場合,上端が55%減,下端は62%減となり,上端の応力上昇を抑え,下端の応力低減効果に優れる構造であることが確認された。表1に示した結果を図3(b)、4.上下フランジ縁端応力分布として図示する。
【0028】
【表1】

【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明例で(a)は斜視外観図、(b)は断面図。
【図2】疲労亀裂が進展したI型断面桁に本発明を適用する説明図で(a)は斜視外観図、(b)は本発明例を説明する図。
【図3】実施例で(a)は実験条件、(b)は実験に用いたI型断面桁の断面構造を説明する図。
【図4】本発明例で、(a)は溶接構造、(b)、(c)、(d)はボルト結合の場合を示す断面図。
【図5】I型断面桁における疲労亀裂の発生状況を説明する図。
【符号の説明】
【0030】
1 I型断面桁
2 上フランジ
3 下フランジ
4 ウェブ
5 垂直補剛材
6 補強構造
7 ボルト
8 ナット
61 リブ
62、63、64 補強部材
200 支持金具
300 バックガーダー
400 取り付け部
a 疲労亀裂
b ストップホール

【特許請求の範囲】
【請求項1】
垂直補剛材を長手方向に配置したI型断面桁に補強部材を取り付ける補強工法であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記I型断面桁のウェブの一部と下フランジに取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられていることを特徴とするI型断面桁の補強方法。
【請求項2】
前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする請求項1記載のI型断面桁の補強方法。
【請求項3】
前記補強部材を前記ウェブの一部に取り付ける場合に、前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合することを特徴とする請求項1または2記載のI型断面桁の補強方法。
【請求項4】
垂直補剛材を長手方向に配置し、補強部材を取り付けたI型断面桁であって、前記補強部材は前記垂直補剛材の対向する面と前記垂直補剛材で囲まれる前記I型断面桁のウェブの一部と下フランジに連続して取り付けられ、前記ウェブに取り付けられる補強部材には下フランジと平行にリブが取り付けられているI型断面桁。
【請求項5】
前記リブは前記垂直補剛材の対向する面に取り付けられた補強部材にその両端が接していることを特徴とする請求項4記載のI型断面桁。
【請求項6】
前記ウェブに疲労亀裂が進展している場合は、前記疲労亀裂の先端にストップホールを設け、当該ストップホールをボルト穴として前記補強部材と前記ウェブをボルト結合した請求項4または5記載のI型断面桁。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2008−266000(P2008−266000A)
【公開日】平成20年11月6日(2008.11.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−114932(P2007−114932)
【出願日】平成19年4月25日(2007.4.25)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】