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）

ストップホール（SH）

SH+ボルト締め

よい施工例

悪い施工例

ストップホールの施工方法

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 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

き裂の溶接補修要領

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

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

burrグラインダー

diskグラインダー

プラズマによる止端部の再溶融

A

A

断面A-A

S J Maddox: Fatigue Strength of Welded Structures

(Second Edition)より引用

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

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

施工前

施工後

補修・補強効果の確認

概要 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

追跡点検 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？

亀裂箇所の設計図書の確認

緊急的な措置の実施（交通規制や部材の仮受け）

YES

NO

1

補修・補強工法の選択フロー

疲労亀裂（つづき）

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

YES

NO

1

2 3

補修・補強工法の選択フロー

疲労亀裂（つづき）

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

2 3

ストップホール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．

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

ストップホール（SH）

損傷状況

補修状況

支点上補剛材

亀裂

ソールPL

添接板

支点上補剛材

疲労亀裂

鋼製ラーメン橋脚隅角部の例

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）