小保方拓哉

CFRPを用いた鋼製短柱の補強に関する研究

宮下剛

阪神淡路大震災後，道路橋示方書の改定により，道路橋の耐震設計において従来の修正震度法による設計から，動的応答解析による断面設計を行うことが標準とされた．これにより，鋼橋の桁端部や支承部周辺およびトラス橋やアーチ橋等の主構造部材が耐力不足と判定されることがあり，耐震補強が必要とされている．高速道路で多く用いられる上路トラス橋における，桁端部の下弦材や支間部の斜材といった常時引張力を受ける部材は最小板厚断面で設計されていることが多く，動的応答解析において耐力不足と判定され耐震補強が実施される．この耐震補強として，従来工法より有利な点の多いCFRP接着工法の有用性を検討するため，本研究では耐震補強の前段階としてCFRP接着補強の基礎的な補強効果や破壊挙動などを明らかにすることを目的にH形断面短柱の圧縮単調載荷実験を行った．
試験体は上路トラス橋の引張部材で一般的に使用される最小板厚断面をスケールダウンしたものを基本とし，鋼部材のそれぞれの終局状態に着目しながら試験体の寸法を設定する．補強は積層する炭素繊維シートの繊維方向や積層枚数，施工面などをパラメータとし設定し，最大荷重，座屈荷重，荷重-鉛直変位や面外変位，ひずみ等から補強効果を考察する．また，積層枚数の増大に伴い施工が煩雑となるため，繊維目付量の多い炭素繊維シートを用いて施工の省力化を図る試験体ケースの実験も行った．
実験の結果，炭素繊維シートは繊維方向にのみ応力低減効果を発揮し，繊維方向を載荷軸方向に一致させ積層した試験体においては，最大荷重，座屈荷重が増大した．繊維方向を載荷軸直角方向に積層した試験体からは，補強によって面外変位が抑制されるほか，応力低減効果はないものの最大荷重にも寄与していることが確認された．また，施工面の違いによって初期剛性や最大荷重後の耐力低下に違いが見られ，より合理的な施工が可能となった．加えて，積層枚数と補強効果には相関関係が見られ，本工法の補強マニュアルの策定にむけて，CFRP接着工法の補強効果を定式化できる可能性などが確認された．繊維目付量の多い炭素繊維シートを用いた試験体の補強は大幅に施工を省力化できただけでなく，繊維目付量の少ない試験体と比較した時に最大荷重・座屈荷重に対してより効果的な補強効果が確認された．