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H21年度 特定道守（鋼構造）コース 補修・補強概論(2) －疲労損傷・変形部材－ 講義内容 疲労損傷部材の補修・補強 変形部材の補修・補強 疲労損傷部材 の補修・補強 補修・補強の留意点 基本 損傷をできるだけ早期に発見し，損傷が軽微なうちに，よ り簡易な方法により実施すること． 留意点 き裂の発生形態が類似していても，一般に危険度が異な る． → 慎重な対応が必要 損傷部位が狭隘部であることが多く，き裂長さの評価，適 切な施工が困難． → 内外面からの非破壊試験，削り込みの実施等 → できる限り現場施工の容易な対策工法の選定 補修・補強方法 応急的な対策 ストップホールによるき裂の進展防止対策 表面切削によるき裂の進展防止対策 補修方法 き裂の溶接補修 添接板によるき裂の補修 補強方法 溶接継手部の疲労強度の改善 部材接合部の構造ディテールの改良 橋梁全体構造の改良 応急的な対策① ストップホールによるき裂の進展防止 概要 き裂先端部に孔をあけ，応力集中を低減 検討時間確保のための応急対策 他の恒久対策と併用 高力ボルトを挿入し締付けることで効果が向上 留意点 き裂先端部が確実にストップホール内に入るよう施工 き裂再発防止のため孔面を仕上げ 高力ボルトによる締付けを考慮すると孔径は24mm （一般に大きい方が望ましい） よい施工例 悪い施工例 ストップホールの施工方法 ストップホール（SH） SH+ボルト締め 応急的な対策② 表面切削によるき裂の進展防止 概要 表面からき裂を切削除去 基本的に一時的な対策 溶接部の止端仕上げと併用して恒久対策 留意点 切削深さは2mm程度まで．丁寧な仕上げが重要 切削面におけるき裂残留の有無を確認 （磁粉探傷等） 損傷部の補修方法① き裂の溶接補修 概要 軽微なき裂をグラインダー等で 除去後，再溶接 再溶接により，残留応力，ひず みが増加 鋼材によってはラメラテアや高 温割れ等の溶接欠陥が発生 留意点 き裂の溶接補修要領 所定の品質が確保できるような溶接方法，施工管理方法 基本的に，損傷が軽微な段階の場合，もしくは他の恒久的対策との 組み合わせを前提とする場合のみに適用 グラインダー，ガウジング等によるき裂の完全除去が必要 損傷部の補修方法② 添接板によるき裂の補修 概要 き裂発生部に添接板を接合．き裂部分 を閉じ合わせ，かつ断面欠損を補う き裂が大きく進展している場合に適用 添接板の接合にはすみ肉溶接より 高力ボルト摩擦接合を多用 留意点 母材と同等以上の強度を確保できる鋼板を添接板として使用 添接板への応力伝達を円滑にするため，ある程度の広範囲に添接 板を設置 き裂先端にストップホールをあければ，き裂を溶接で埋め戻す必要な し 損傷部の補強方法① 溶接継手部の疲労強度の改善 概要 溶接部のビード形状改良により局部的な応力集中を低減 し，疲労強度を改善 グラインダーによる切削加工やTIG処理 留意点 グラインダーによる方法はTIG処理に比べ品質のばらつ きが大きい TIG処理では母材の板厚方向への溶け込み（き裂の溶か し込み）を期待可（溶け込み深さ1～2mm程度） 疲労強度の向上法 応力集中の低減（溶接部形状の平坦化） 溶接部の切削，研削（余盛削除，止端のグラインダー仕上げ） 溶接止端部の再溶融（TIG，プラズマ） 化粧溶接法 ウォータージェット 残留応力のコントロール 予荷重，加熱急冷 局部加熱 ピーニング（ショット，ワイヤ，ハンマー） 低変態温度溶接材料 止端部のグラインダー仕上げ burrグラインダー diskグラインダー アンダーカットを取り除いた後， 0.5mm程度切削する S J Maddox: Fatigue Strength of Welded Structures (Second Edition)より引用 プラズマによる止端部の再溶融 A A S J Maddox: Fatigue Strength of Welded Structures (Second Edition)より引用 断面A-A ハンマーピーニング 処理後の断面 処理状況 S J Maddox: Fatigue Strength of Welded Structures (Second Edition)より引用 疲労強度向上効果の例 S J Maddox: Fatigue Strength of Welded Structures (Second Edition)より引用 損傷部の補強方法② 部材接合部の構造ディテールの改良 概要 局部的な応力・変形性状を改善するた めに実施 応力伝達がスムーズとなるよう構造デ ィテールを改良 補強材（添接板，リブ等）の追加による 剛性向上（応力，変形の低減） 留意点 補強材の接合方法は一般に高力ボルト摩擦接合 接合部の剛性向上が負担荷重の増大をもたらす可能性あり 構造ディテールの改良例 対象構造物 桁端切欠き構造を持つ鋼橋等． 補修目的 当板によって切欠き構造部の腹板のせん断抵抗を増強し，亀 裂が入った場合でも大きく進展するのを抑える． 工法概要 応急対策としてストップホールを設け，本格的な補修として亀 裂の再溶接と当板で補修する．当板は高力ボルトで設置． 注意点 亀裂がすみ肉溶接部に留まっている場合には，桁の全体応 力は健全な状態と大差ない． 亀裂が腹板に達すると急速に進展する可能性があるため， 早急な補修が必要． 適用例 損傷部の補強方法③ 橋梁全体構造の改良 概要 構造全体を改良して，部材に発生す る応力自体や部材間の相対的な変位 を低減 アーチ橋に斜材を追加した例等あり 施工前 留意点 新規部材と既設部材の接合構造に配 慮が必要 新規部材の追加による既設部材の応 力，変形等の変化に注意 施工後 補修・補強効果の確認 概要 追跡点検 対策の有効性の検証にはかなりの時間が必要 補修・補強事例は比較的新しく，補修・補強効果に関するデータの蓄 積は不十分 補修・補強後，しばらくは頻度の高い計画的な点検を実施 → 損傷再発や周辺部における新たな損傷発生の有無を確認 効果の確認 必要に応じて，補強前後に応力・変位・振動等を測定 → 損傷原因となった応力・変形・振動等の低減を確認 補修・補強工法の選択フロー 疲労亀裂 塗膜割れ，亀裂の発見 亀裂の目視調査 （長さ，方向，発生部位等） 緊急的な措置が必要？ NO 亀裂箇所の設計図書の確認 1 YES 緊急的な措置の実施 （交通規制や部材の仮受け） 補修・補強工法の選択フロー 疲労亀裂（つづき） 1 亀裂詳細調査 例えば， ・磁粉探傷検査 ・交通量，荷重調査 ・応力，変位測定 ・構造解析 補修・補強が必要？ 損傷原因の推定 ・製作時の欠陥 ・溶接継手部の局部的応力集中 ・不適切な構造ディテール or 二次応力の発生 ・予期せぬ振動の発生 NO YES 2 3 補修・補強工法の選択フロー 疲労亀裂（つづき） 2 ストップホール 3 亀裂先端に円孔を設けて応力 集中を緩和する． 溶接補修 亀裂を除去し，再溶接する． 補修・補強工法の選定・実施 ・ストップホール ・亀裂溶接補修 ・溶接継手の疲労強度改善 ・連結部の構造ディテールの改善 ・全体構造の改良 記録 疲労強度改善 再溶接の止端部を滑らかに仕 上げる，ルート部を完全溶け込 みとする等． ディテールの改善 応力の伝達がスムーズになるよ う改良，ディテールの剛性を増 加させ，発生応力を低減する等． 全体構造の改良 橋梁の全体剛性を高める，荷重 分配性能を向上させる，部材の 荷重負担を軽減する等． 面外ガセット継手の疲労亀裂に対する補修例 ストップホール（SH） SH+ボルト締め ソールプレート部の疲労亀裂に対する補修例 支点上補剛材 損傷 状況 亀裂 ソール PL 支点上補剛材 添接板 ストップホール（SH） 補修 状況 鋼製ラーメン橋脚隅角部の例 疲労亀裂 変形部材 の補修・補強 補修・補強の基本 補修・補強方法 部材の変形を元に戻す 加熱矯正，溶接補修，部材交換 変形の進行や座屈の発生を防止 留意点 基本的に，当初設計強度を低下させない程度まで補修 同じ変形を生じても，部位によって影響度は異なる → 応力度の余裕等を考慮して，補修の要否，工法選定 加熱矯正 ジャッキを用いた作業手順 変形の大きい箇所から小さいほうに 向かって矯正し，それを繰り返す 留意点 非調質鋼の適切な加熱温度は900℃ 程度（一般に調質鋼ではそれより低い） 加熱終了後載荷可能な温度は約250℃（放熱時間：30～40分） できるだけ火口の大きいバーナーを利用し，周辺も含め十分に加熱 水をかけず，自然放冷が望ましい（300℃以下であれば水冷の悪影 響はない）