亀裂の補修方法
【課題】既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂にレーザ光を照射して亀裂を補修する。
【解決手段】既設鋼構造物１の鋼材３に発生した亀裂５の一端部５ａに形成された第一貫通孔２０から亀裂５の他端部５ｂまで、所定のスポット径のレーザ光１１を亀裂５に沿って照射し、亀裂５を溶融させて消去することで、既設鋼構造物の鋼材３に発生した亀裂５を容易且つ確実に補修することが出来る。
【解決手段】既設鋼構造物１の鋼材３に発生した亀裂５の一端部５ａに形成された第一貫通孔２０から亀裂５の他端部５ｂまで、所定のスポット径のレーザ光１１を亀裂５に沿って照射し、亀裂５を溶融させて消去することで、既設鋼構造物の鋼材３に発生した亀裂５を容易且つ確実に補修することが出来る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を補修する亀裂の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、橋梁、建築物及び建造物等の既設鋼構造物の鋼材に、経年劣化や疲労等によって亀裂が発生した場合には、次のような亀裂の補修方法によって、亀裂を補修していた。例えば、図１及び図２に示すように、橋梁１の主桁２などに用いられるＩ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５を補修する場合には、先ず、図１７（Ａ）に示すように、亀裂５の応力の集中を緩和して亀裂５の進行を防ぐ為に、亀裂５の端部５ａ，５ｂの少なくとも一方又はその近傍に、貫通孔から成るストップホール２１を形成する。次いで、図１７（Ｂ）に示すように、腹板４には、補強の為に、腹板４の表裏面の両側から亀裂を覆うように一対の当て板１００，１００が配設されて、これら一対の当て板１００，１００が複数個のボルト及びナット等の締結部材１０１によって取り付けられる。以上のようにして、従来は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を補修している（特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、このような亀裂の補修方法では、当て板１００や締結部材１０１を追加する分、以前よりも重くなってしまう。また、このような亀裂の補修方法では、補修作業現場において、腹板４に、予め当て板１００に形成されたボルトを挿通するための複数個の挿通孔に対応するように、挿通孔を形成する必要があり、煩雑且つ作業性が悪い。更に、このような亀裂の補修方法では、当て板１００を取り付けるので、美観を損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６１３２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を、容易且つ確実に補修することが出来る亀裂の補修方法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】
【０００６】
本発明に係る亀裂の補修方法は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂の一端部にこの亀裂の一端部の幅よりも大きい直径の円形の第一貫通孔を貫穿し、この第一貫通孔から亀裂の他端部まで、所定のスポット径のレーザ光を亀裂に沿って照射し、亀裂を溶融させて消去する。勿論、第一貫通孔は、予め穿設されたものであってもよい。
【０００７】
更に、鋼材には、亀裂の他端部に第二貫通孔が形成されるようにしても良い。
【０００８】
更に、レーザ光のスポット径は、亀裂の幅よりも大きく設定することが好ましい。更に、レーザ光のスポット径は、第一貫通孔及び第二貫通孔よりも小さくても良い。或いは、レーザ光のスポット径は、第一貫通孔及び第二貫通孔よりも大きくても良い。具体的に、レーザ光のスポット径は、３〜７ｍｍに設定することが好ましい。
【０００９】
更に、レーザ光の焦点は、鋼材の外部に位置するようにしても良い。或いは、レーザ光の焦点は、鋼材の内部に位置するようにしても良い。
【００１０】
更に、レーザ光は、鋼材の厚さ方向の片側から照射するようにしても良い。また、レーザ光は、鋼材の厚さ方向の両側から照射するようにしても良い。更に、レーザ光を鋼材の厚さ方向の両側から照射する場合、レーザ光は、一回の照射で鋼材の厚さの１／２以上を溶融するようにすることが好ましい。
【００１１】
更に、亀裂を補修した後に、減肉部、第一貫通孔、第二貫通孔などに、肉盛り溶接を行うようにしても良い。また、この場合、肉盛り溶接は、レーザホットワイヤ溶接であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂の一端部に形成された第一貫通孔から亀裂の他端部まで、所定のスポット径のレーザ光を亀裂に沿って照射し、亀裂を溶融させて消去することで、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を補修することが出来る。
【００１３】
また、本発明では、亀裂にレーザ光を照射する際に、所定のスポット径のレーザ光を照射することで、施工裕度が向上し、容易且つ確実に亀裂にレーザ光を照射することが出来、容易且つ確実に亀裂を消去することが出来る。
【００１４】
更に、本発明では、亀裂を溶融させて消去する際に、亀裂の一端部に形成された第一貫通孔からレーザ光の照射を開始することで、容易且つ確実に亀裂を消去することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した亀裂の補修方法で補修する亀裂を示した斜視図である。
【図２】本発明を適用した亀裂の補修方法で補修する亀裂を示しており、（Ａ）は、側面図であり、（Ｂ）は、正面図である。
【図３】レーザ亀裂補修装置を概略的に示した模式図である。
【図４】レーザ光の焦点を腹板の内部に位置するように設けた状態を示した正面図である。
【図５】本発明を適用した亀裂の補修方法の工程図である。
【図６】本発明を適用した亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、補修前の亀裂の状態を模式的に示した側面図であり、（Ｂ）は、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図７】一端部にストップホールが形成された亀裂の補修方法を示しており、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図８】他端部にストップホールが形成された亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、補修前の亀裂の状態を模式的に示した側面図であり、（Ｂ）は、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図９】両端部にストップホールが形成された亀裂の補修方法を示しており、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図１０】腹板の両側からレーザ光を照射して亀裂を補修する亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、腹板の一主面側からレーザ光を照射する状態を示した正面図であり、（Ｂ）は、腹板の他主面側からレーザ光を照射する状態を示した正面図である。
【図１１】亀裂と共に減肉部がある場合の亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、亀裂を補修する状態を示した正面図であり、（Ｂ）は、減肉部を補修する状態を示した正面図である。
【図１２】比較例１の補修後の状態を示した図である。
【図１３】比較例２の補修後の状態を示した図である。
【図１４】実施例１の補修後の状態を示した図である。
【図１５】実施例２の補修後の状態を示した図である。
【図１６】実施例３の補修後の状態を示した図である。
【図１７】従来の亀裂の補修方法を示した側面図であり、（Ａ）は、ストップホールを形成した状態を示し、（Ｂ）は、当て板を取り付けた状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した亀裂の補修方法について図面を参照して、次の順に沿って説明する。
【００１７】
１．概要
２．レーザ亀裂補修装置
３．亀裂の補修方法
【００１８】
［１．概要］
本発明を適用した亀裂の補修方法は、橋梁、建築物及び建造物等の既設鋼構造物の鋼材に、経年劣化や疲労等によって発生した亀裂をレーザ光によって補修する亀裂の補修方法である。以下、図１及び図２に示すように、橋梁１の主桁２に用いられているＩ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５を補修する場合を例に説明していく。
【００１９】
なお、本発明を適用した亀裂の補修方法は、橋梁１の主桁２に用いられているＩ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５を補修する以外にも、主桁２の他の部位や、例えば、図１に示すような橋梁１の鋼床版デッキ６に発生した亀裂５を補修する場合にも適用することが出来る。更に、本発明を適用した亀裂の補修方法は、橋梁１以外にも、既設鋼構造物であるその他の建築物及び建造物等の鋼材に発生した亀裂５を補修する場合にも適用することが出来る。
【００２０】
［２．レーザ亀裂補修装置］
先ず、本発明を適用した亀裂の補修方法を実施するレーザ亀裂補修装置１０について説明する。図３に示すように、本発明を適用した亀裂の補修方法を行うレーザ亀裂補修装置１０は、亀裂５にレーザ光１１を照射するレーザ発生機構１２を有している。このレーザ発生機構１２は、レーザ光１１を発振するレーザ発振器１３と、集光光学系１４が内蔵されたレーザートーチ１５と、レーザ発振器１３から発振されたレーザ光１１をレーザートーチ１５へ導く光ファイバ１６とを備えている。このようなレーザ発生機構１２は、レーザ発振器１３から発振されて光ファイバ１６を介してレーザートーチ１５に導かれたレーザ光１１を、集光光学系１４によって所要の位置で集光させて、腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射する。ここでは、レーザ光１１の焦点１７は、腹板４の外部に位置するように設けられている。レーザ亀裂補修装置１０は、レーザートーチ１５が腹板４に対して距離が一定となるように固定手段によって固定されている。これにより、レーザ亀裂補修装置１０は、亀裂５の周辺の腹板４を溶融するエネルギのレーザ光を安定して照射することが出来る。
【００２１】
なお、亀裂５の部分を溶融するエネルギが一定でレーザ光１１を照射するものであればレーザ光のフォーカス位置は特に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、レーザ発生機構１２は、レーザ光１１の焦点１７が腹板４の内部に位置するようにして、腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射するようにしても良い。この際、レーザ発生機構１２は、レーザートーチ１５自体を腹板４側に移動させることで、レーザ光１１の焦点１７が腹板４の内部に位置するようにしても良く、集光光学系１４を腹板４に対して近接又は離間するように上下移動させる焦点調整部（不図示）によって腹板４に対して近接するように移動させて、レーザ光１１の焦点１７が腹板４の内部に位置するようにしても良い。
【００２２】
更に、レーザ発生機構１２は、レーザ光１１を所定のスポット径で腹板４の亀裂５に照射するものであれば、レーザ光１１をデフォーカス状態で腹板４の亀裂５に照射することに限定されるものではなく、レーザ光１１をフォーカス状態で腹板４の亀裂５に照射するようにしても良い。更に、レーザ発生機構１２は、集光光学系１４とは異なる光学系によってレーザ光１１を平行光の状態で腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射するようにしても良い。更に、レーザ発生機構１２は、レーザ発振器１３から直接的にレーザ光１１を平行光の状態で腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射するようにしても良い。
【００２３】
以上のような構成を有するレーザ亀裂補修装置１０は、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５に、所定のスポット径のレーザ光１１を照射することで、亀裂５を溶融させて消去することが出来、亀裂５を補修することが出来る。
【００２４】
更に、レーザ亀裂補修装置１０は、レーザ光１１を亀裂５に照射する際に、所定のスポット径のレーザ光を照射することで、施工裕度が向上し、橋梁１が建設された現場において施工するような状況にあっても、容易且つ確実に亀裂５にレーザ光１１を照射することが出来、容易且つ確実に亀裂５を消去することが出来る。
【００２５】
［３．亀裂の補修方法］
次に、レーザ亀裂補修装置１０を用いて亀裂５の補修を行う亀裂の補修方法について、図５の工程図を参照して説明する。
【００２６】
先ず、ステップＳ１では、図６（Ａ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａに、図６（Ｂ）に示すように、亀裂５の幅よりも大きな円形状の第一貫通孔となるスタートホール２０を形成する。このスタートホール２０は、レーザ光１１を照射する開始点となる。
【００２７】
次いで、ステップＳ２では、図３に示すように、腹板４の厚さ方向の片側（一方の面）から、レーザ亀裂補修装置１０のレーザ発生機構１２によって所定のスポット径のレーザ光１１を照射する。この際、レーザ光は、図６（Ｂ）中の矢印Ｘに示すように、第一貫通孔となるスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂまで、亀裂５に沿って照射される。これにより、亀裂５は溶融され消去される。ここでのレーザ光１１のスポット径は、亀裂５の幅よりも大きくスタートホール２０よりも小さく設定されている。具体的に、スポット径は、３〜７ｍｍに設定されている。以上のようにして、Ｉ形鋼３の腹板４の亀裂５を補修する。
【００２８】
本発明を適用した亀裂の補修方法では、亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成し、このスタートホール２０から、亀裂５の幅よりも大きくスタートホール２０よりも小さなスポット径のレーザ光１１の照射を開始することで、照射が開始されると、レーザ光１１がスタートホール２０に挿通され、スタートホール２０に挿通されたレーザ光１１によって、スタートホール２０に繋がった亀裂５の基端部が腹板４の厚さ方向において全体が略均等に加熱される。ここで、例えば、スタートホール２０を形成せずに、レーザ光１１の照射が開始された際に、レーザ光１１によって腹板４の一主面に照射された場合では、腹板４の一主面だけが加熱されるので、腹板４の厚さ方向において温度が異なり、腹板４の厚さ方向において均等に溶融させることは難しく、過小入熱状態となって亀裂が残存する虞や、過小及び／又は過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちする虞がある。本発明を適用した亀裂の補修方法では、上述したようにして亀裂５が腹板４の厚さ方向において略均等に加熱されるので、レーザ光１１によって腹板４の一主面だけが加熱される場合よりも、容易且つ確実に亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させることが出来る。
【００２９】
なお、レーザ光１１のスポット径は、スタートホール２０よりも小さく設けることに限定されるものではなく、スタートホール２０よりも大きく設けても良い。
【００３０】
ここで、従来から、Ｉ形鋼３のような鋼材に亀裂５が発生した場合に、亀裂５の応力の集中を緩和して亀裂５の進行を防ぐ為に、亀裂５の端部５ａ，５ｂの少なくとも一方に、貫通孔から成るストップホール２１を形成することが知られている。
【００３１】
本発明を適用した亀裂の補修方法では、例えば、図７に示すように、亀裂５の一端部５ａに第一貫通孔となるストップホール２１が形成された後に亀裂５の補修作業を行う場合、このストップホール２１をスタートホール２０として用いて、レーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのストップホール２１から亀裂５の他端部５ｂまで亀裂５に沿って照射して、亀裂５を溶融させて消去するようにしても良い。
【００３２】
また、本発明を適用した亀裂の補修方法では、例えば、図８（Ａ）に示すように、亀裂５の他端部５ｂに第二貫通孔となるストップホール２１が形成された後に亀裂５の補修作業を行う場合、図８（Ｂ）に示すように、亀裂５の一端部５ａに第一貫通孔となるスタートホール２０を形成し、レーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂのストップホール２１まで亀裂５に沿って照射して、亀裂５を溶融させて消去するようにしても良い。
【００３３】
更に、本発明を適用した亀裂の補修方法では、例えば、図９に示すように、亀裂５の両端部５ａ，５ｂにストップホール２１，２１が形成された後に亀裂５の補修作業を行う場合、第一貫通孔となる亀裂５の一端部５ａのストップホール２１をスタートホール２０として用いて、レーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのストップホール２１から第二貫通孔となる亀裂５の他端部５ｂのストップホール２１まで亀裂５に沿って照射して、亀裂５を溶融させて消去するようにしても良い。
【００３４】
更に、本発明を適用した亀裂の補修方法では、レーザ光１１を、腹板４の片側から照射することに限定されるものではなく、腹板４の両側から照射するようにしても良い。具体的には、図１０（Ａ）に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂ又はストップホール２１まで亀裂５に沿って照射し、亀裂５を腹板４の板厚の１／２以上溶融させて亀裂５の一部を消去する。次いで、図１０（Ｂ）に示すように、腹板４の一主面４ａとは反対側の他主面４ｂ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂ又はストップホール２１まで亀裂５に沿って照射し、亀裂５を腹板４の板厚の１／２以上溶融させて、残りの亀裂５を消去する。以上のようにして、腹板４の亀裂５を補修するようにしても良い。
【００３５】
更に、図１１（Ａ）に示すように、腹板４には、亀裂５と共に、腐食により減肉された減肉部７を有する場合がある。このような場合、本発明を適用した亀裂の補修方法では、先ず、減肉部７の汚れや錆を除去してグラインダー研磨する等の下地処理を行い、図１１（Ａ）に示すように、上述したような亀裂の補修方法によって亀裂５の補修を行った後に、図１１（Ｂ）に示すように、減肉部７に肉盛溶接を行い、減肉部７を肉盛部８で埋めて、減肉部７を補修するようにしても良い。
【００３６】
例えば、減肉部７を補修する肉盛溶接は、レーザホットワイヤ溶接によって行われる。レーザホットワイヤ溶接を行う場合、レーザ亀裂補修装置１０は、図１１（Ｂ）に示すように、腹板４の亀裂５にレーザ光１１をデフォーカス状態で照射して亀裂５を溶融消去する上述したレーザ発生機構１２に加え、レーザ発生機構１２から照射されるレーザ光１１の照射部位に、融点近い温度まで加熱されたフィラーワイヤ３１を供給するフィラーワイヤ供給機構３０を備えるようにする。
【００３７】
フィラーワイヤ供給機構３０は、ワイヤドラム３２と、ワイヤ矯正機３３と、ワイヤホルダ３４とを有している。ワイヤドラム３２から送出されたフィラーワイヤ３１は、ワイヤ矯正機３３で巻癖が矯正されてワイヤホルダ３４に送出される。ワイヤホルダ３４は、フィラーワイヤ３１に対する給電部となっており、ワイヤホルダ３４と溶接部材の腹板４との間の電源部３５によってフィラーワイヤ３１に加熱用の電流が供給されている。フィラーワイヤ３１に電流が供給されることで、ジュール熱により、フィラーワイヤ３１は、先端が溶融池に接触した時点で溶融する程度に加熱される。そして、ワイヤホルダ３４から送出されたフィラーワイヤ３１は、レーザ光１１の照射部位に供給される。以上のようにして、レーザ亀裂補修装置１０によって、腹板４の減肉部７に肉盛溶接が行われ、減肉部７を補修するようにしても良い。
【００３８】
なお、本発明を適用した亀裂の補修方法では、レーザホットワイヤ溶接によって肉盛溶接を行って減肉部７を補修することに限定されるものではなく、その他の従来公知の肉盛溶接で行うようにしても良い。
【００３９】
更に、本発明を適用した亀裂の補修方法では、亀裂５を補修した後に、レーザ亀裂補修装置１０によって肉盛溶接を行って、スタートホール２０及びストップホール２１を埋めるようにしても良い。更に、肉盛溶接以外に、パテ等によってスタートホール２０及びストップホール２１を埋めるようにしても良い。なお、本発明を適用した亀裂の補修方法は、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更をしてもよい。
【００４０】
次に、発明者らは、本発明を適用した亀裂の補修方法についての効果確認を行った。
【００４１】
＜比較例１＞
比較例１では、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５にスタートホール２０及び／又はストップホール２１を形成せずに、図３に示すように、亀裂５に、腹板４の一主面４ａ側から所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００４２】
比較例１において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が６ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．３０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ５ｍｍとなるように設定した。
【００４３】
このような比較例１では、図１２に示すように、過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちてしまった。
【００４４】
＜比較例２＞
比較例２では、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５にスタートホール２０及び／又はストップホール２１を形成せずに、図３に示すように、亀裂５に、腹板４の一主面４ａ側から所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００４５】
比較例２において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が６ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．５０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ５ｍｍとなるように設定した。
【００４６】
このような比較例２では、図１３に示すように、過小入熱状態となって亀裂が残存してしまった。
【００４７】
＜実施例１＞
実施例１では、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成して、このスタートホール２０から亀裂５に沿って亀裂５の他端部５ｂまで、図３に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００４８】
実施例１において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が６ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．３２ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ５ｍｍとなるように設定した。
【００４９】
このような実施例１では、図１４に示すように、過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちすることなく、過小入熱状態となって亀裂が残存することなく、亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させて消去することが出来た。
【００５０】
＜実施例２＞
実施例２では、実施例１と同様に、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成して、このスタートホール２０から亀裂５に沿って亀裂５の他端部５ｂまで、図３に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００５１】
実施例２において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が１２ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．４０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ３ｍｍとなるように設定した。
【００５２】
このような実施例２では、図１５に示すように、過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちすることなく、過小入熱状態となって亀裂が残存することなく、亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させて消去することが出来た。
【００５３】
＜実施例３＞
実施例３では、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成して、このスタートホール２０から亀裂５に沿って亀裂５の他端部５ｂまで、図１０（Ａ）に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射した後に、図１０（Ｂ）に示すように、腹板４の他主面４ｂ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００５４】
実施例３において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が１２ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が１．００ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ３ｍｍとなるように設定した。
【００５５】
実施例３では、図１６に示すように、過小入熱状態となって亀裂が残存することなく、亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させて消去することが出来た。
【００５６】
なお、本発明を適用した亀裂の補修方法では、上述したような施工条件に限定されるものではなく、例えば、レーザ光１１は、レーザ出力が１ｋＷ〜２０ｋＷ、トーチ移動速度が０．２ｍ／ｍｉｎ〜１．０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ０．２ｍｍ〜φ１０ｍｍの範囲内で設定するようにすれば良い。更に、亀裂５の補修が行われる鋼材は、比較例及び実施例１〜４で挙げた他に、板厚が３．２ｍｍ〜３０ｍｍ、材質が炭素鋼（ＳＳ、ＳＭ）、高強度炭素鋼（ＨＴ６９０、ＨＴ７８０、ＨＴ９８０）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等であっても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１ 橋梁、２ 主桁、３ Ｉ形鋼、４ 腹板、４ａ 一主面、４ｂ 他主面、５ 亀裂、５ａ 一端部、５ｂ 他端部、６ 鋼床版デッキ、７ 減肉部、８ 肉盛部、１０ レーザ亀裂補修装置、１１ レーザ光、１２ レーザ発生機構、１３ レーザ発振器、１４ 集光光学系、１５ レーザートーチ、１６ 光ファイバ、１７ 焦点、２０ スタートホール、２１ ストップホール、３０ フィラーワイヤ供給機構、３１ フィラーワイヤ、３２ ワイヤドラム、３３ ワイヤ矯正機、３４ ワイヤホルダ、３５ 電源部、１００ 当て板、１０１ 締結部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を補修する亀裂の補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、橋梁、建築物及び建造物等の既設鋼構造物の鋼材に、経年劣化や疲労等によって亀裂が発生した場合には、次のような亀裂の補修方法によって、亀裂を補修していた。例えば、図１及び図２に示すように、橋梁１の主桁２などに用いられるＩ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５を補修する場合には、先ず、図１７（Ａ）に示すように、亀裂５の応力の集中を緩和して亀裂５の進行を防ぐ為に、亀裂５の端部５ａ，５ｂの少なくとも一方又はその近傍に、貫通孔から成るストップホール２１を形成する。次いで、図１７（Ｂ）に示すように、腹板４には、補強の為に、腹板４の表裏面の両側から亀裂を覆うように一対の当て板１００，１００が配設されて、これら一対の当て板１００，１００が複数個のボルト及びナット等の締結部材１０１によって取り付けられる。以上のようにして、従来は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を補修している（特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、このような亀裂の補修方法では、当て板１００や締結部材１０１を追加する分、以前よりも重くなってしまう。また、このような亀裂の補修方法では、補修作業現場において、腹板４に、予め当て板１００に形成されたボルトを挿通するための複数個の挿通孔に対応するように、挿通孔を形成する必要があり、煩雑且つ作業性が悪い。更に、このような亀裂の補修方法では、当て板１００を取り付けるので、美観を損なう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６１３２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を、容易且つ確実に補修することが出来る亀裂の補修方法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】
【０００６】
本発明に係る亀裂の補修方法は、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂の一端部にこの亀裂の一端部の幅よりも大きい直径の円形の第一貫通孔を貫穿し、この第一貫通孔から亀裂の他端部まで、所定のスポット径のレーザ光を亀裂に沿って照射し、亀裂を溶融させて消去する。勿論、第一貫通孔は、予め穿設されたものであってもよい。
【０００７】
更に、鋼材には、亀裂の他端部に第二貫通孔が形成されるようにしても良い。
【０００８】
更に、レーザ光のスポット径は、亀裂の幅よりも大きく設定することが好ましい。更に、レーザ光のスポット径は、第一貫通孔及び第二貫通孔よりも小さくても良い。或いは、レーザ光のスポット径は、第一貫通孔及び第二貫通孔よりも大きくても良い。具体的に、レーザ光のスポット径は、３〜７ｍｍに設定することが好ましい。
【０００９】
更に、レーザ光の焦点は、鋼材の外部に位置するようにしても良い。或いは、レーザ光の焦点は、鋼材の内部に位置するようにしても良い。
【００１０】
更に、レーザ光は、鋼材の厚さ方向の片側から照射するようにしても良い。また、レーザ光は、鋼材の厚さ方向の両側から照射するようにしても良い。更に、レーザ光を鋼材の厚さ方向の両側から照射する場合、レーザ光は、一回の照射で鋼材の厚さの１／２以上を溶融するようにすることが好ましい。
【００１１】
更に、亀裂を補修した後に、減肉部、第一貫通孔、第二貫通孔などに、肉盛り溶接を行うようにしても良い。また、この場合、肉盛り溶接は、レーザホットワイヤ溶接であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂の一端部に形成された第一貫通孔から亀裂の他端部まで、所定のスポット径のレーザ光を亀裂に沿って照射し、亀裂を溶融させて消去することで、既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂を補修することが出来る。
【００１３】
また、本発明では、亀裂にレーザ光を照射する際に、所定のスポット径のレーザ光を照射することで、施工裕度が向上し、容易且つ確実に亀裂にレーザ光を照射することが出来、容易且つ確実に亀裂を消去することが出来る。
【００１４】
更に、本発明では、亀裂を溶融させて消去する際に、亀裂の一端部に形成された第一貫通孔からレーザ光の照射を開始することで、容易且つ確実に亀裂を消去することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用した亀裂の補修方法で補修する亀裂を示した斜視図である。
【図２】本発明を適用した亀裂の補修方法で補修する亀裂を示しており、（Ａ）は、側面図であり、（Ｂ）は、正面図である。
【図３】レーザ亀裂補修装置を概略的に示した模式図である。
【図４】レーザ光の焦点を腹板の内部に位置するように設けた状態を示した正面図である。
【図５】本発明を適用した亀裂の補修方法の工程図である。
【図６】本発明を適用した亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、補修前の亀裂の状態を模式的に示した側面図であり、（Ｂ）は、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図７】一端部にストップホールが形成された亀裂の補修方法を示しており、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図８】他端部にストップホールが形成された亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、補修前の亀裂の状態を模式的に示した側面図であり、（Ｂ）は、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図９】両端部にストップホールが形成された亀裂の補修方法を示しており、補修中の亀裂の状態を模式的に示した側面図である。
【図１０】腹板の両側からレーザ光を照射して亀裂を補修する亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、腹板の一主面側からレーザ光を照射する状態を示した正面図であり、（Ｂ）は、腹板の他主面側からレーザ光を照射する状態を示した正面図である。
【図１１】亀裂と共に減肉部がある場合の亀裂の補修方法を示しており、（Ａ）は、亀裂を補修する状態を示した正面図であり、（Ｂ）は、減肉部を補修する状態を示した正面図である。
【図１２】比較例１の補修後の状態を示した図である。
【図１３】比較例２の補修後の状態を示した図である。
【図１４】実施例１の補修後の状態を示した図である。
【図１５】実施例２の補修後の状態を示した図である。
【図１６】実施例３の補修後の状態を示した図である。
【図１７】従来の亀裂の補修方法を示した側面図であり、（Ａ）は、ストップホールを形成した状態を示し、（Ｂ）は、当て板を取り付けた状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した亀裂の補修方法について図面を参照して、次の順に沿って説明する。
【００１７】
１．概要
２．レーザ亀裂補修装置
３．亀裂の補修方法
【００１８】
［１．概要］
本発明を適用した亀裂の補修方法は、橋梁、建築物及び建造物等の既設鋼構造物の鋼材に、経年劣化や疲労等によって発生した亀裂をレーザ光によって補修する亀裂の補修方法である。以下、図１及び図２に示すように、橋梁１の主桁２に用いられているＩ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５を補修する場合を例に説明していく。
【００１９】
なお、本発明を適用した亀裂の補修方法は、橋梁１の主桁２に用いられているＩ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５を補修する以外にも、主桁２の他の部位や、例えば、図１に示すような橋梁１の鋼床版デッキ６に発生した亀裂５を補修する場合にも適用することが出来る。更に、本発明を適用した亀裂の補修方法は、橋梁１以外にも、既設鋼構造物であるその他の建築物及び建造物等の鋼材に発生した亀裂５を補修する場合にも適用することが出来る。
【００２０】
［２．レーザ亀裂補修装置］
先ず、本発明を適用した亀裂の補修方法を実施するレーザ亀裂補修装置１０について説明する。図３に示すように、本発明を適用した亀裂の補修方法を行うレーザ亀裂補修装置１０は、亀裂５にレーザ光１１を照射するレーザ発生機構１２を有している。このレーザ発生機構１２は、レーザ光１１を発振するレーザ発振器１３と、集光光学系１４が内蔵されたレーザートーチ１５と、レーザ発振器１３から発振されたレーザ光１１をレーザートーチ１５へ導く光ファイバ１６とを備えている。このようなレーザ発生機構１２は、レーザ発振器１３から発振されて光ファイバ１６を介してレーザートーチ１５に導かれたレーザ光１１を、集光光学系１４によって所要の位置で集光させて、腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射する。ここでは、レーザ光１１の焦点１７は、腹板４の外部に位置するように設けられている。レーザ亀裂補修装置１０は、レーザートーチ１５が腹板４に対して距離が一定となるように固定手段によって固定されている。これにより、レーザ亀裂補修装置１０は、亀裂５の周辺の腹板４を溶融するエネルギのレーザ光を安定して照射することが出来る。
【００２１】
なお、亀裂５の部分を溶融するエネルギが一定でレーザ光１１を照射するものであればレーザ光のフォーカス位置は特に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、レーザ発生機構１２は、レーザ光１１の焦点１７が腹板４の内部に位置するようにして、腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射するようにしても良い。この際、レーザ発生機構１２は、レーザートーチ１５自体を腹板４側に移動させることで、レーザ光１１の焦点１７が腹板４の内部に位置するようにしても良く、集光光学系１４を腹板４に対して近接又は離間するように上下移動させる焦点調整部（不図示）によって腹板４に対して近接するように移動させて、レーザ光１１の焦点１７が腹板４の内部に位置するようにしても良い。
【００２２】
更に、レーザ発生機構１２は、レーザ光１１を所定のスポット径で腹板４の亀裂５に照射するものであれば、レーザ光１１をデフォーカス状態で腹板４の亀裂５に照射することに限定されるものではなく、レーザ光１１をフォーカス状態で腹板４の亀裂５に照射するようにしても良い。更に、レーザ発生機構１２は、集光光学系１４とは異なる光学系によってレーザ光１１を平行光の状態で腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射するようにしても良い。更に、レーザ発生機構１２は、レーザ発振器１３から直接的にレーザ光１１を平行光の状態で腹板４の亀裂５に所定のスポット径で照射するようにしても良い。
【００２３】
以上のような構成を有するレーザ亀裂補修装置１０は、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５に、所定のスポット径のレーザ光１１を照射することで、亀裂５を溶融させて消去することが出来、亀裂５を補修することが出来る。
【００２４】
更に、レーザ亀裂補修装置１０は、レーザ光１１を亀裂５に照射する際に、所定のスポット径のレーザ光を照射することで、施工裕度が向上し、橋梁１が建設された現場において施工するような状況にあっても、容易且つ確実に亀裂５にレーザ光１１を照射することが出来、容易且つ確実に亀裂５を消去することが出来る。
【００２５】
［３．亀裂の補修方法］
次に、レーザ亀裂補修装置１０を用いて亀裂５の補修を行う亀裂の補修方法について、図５の工程図を参照して説明する。
【００２６】
先ず、ステップＳ１では、図６（Ａ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａに、図６（Ｂ）に示すように、亀裂５の幅よりも大きな円形状の第一貫通孔となるスタートホール２０を形成する。このスタートホール２０は、レーザ光１１を照射する開始点となる。
【００２７】
次いで、ステップＳ２では、図３に示すように、腹板４の厚さ方向の片側（一方の面）から、レーザ亀裂補修装置１０のレーザ発生機構１２によって所定のスポット径のレーザ光１１を照射する。この際、レーザ光は、図６（Ｂ）中の矢印Ｘに示すように、第一貫通孔となるスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂまで、亀裂５に沿って照射される。これにより、亀裂５は溶融され消去される。ここでのレーザ光１１のスポット径は、亀裂５の幅よりも大きくスタートホール２０よりも小さく設定されている。具体的に、スポット径は、３〜７ｍｍに設定されている。以上のようにして、Ｉ形鋼３の腹板４の亀裂５を補修する。
【００２８】
本発明を適用した亀裂の補修方法では、亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成し、このスタートホール２０から、亀裂５の幅よりも大きくスタートホール２０よりも小さなスポット径のレーザ光１１の照射を開始することで、照射が開始されると、レーザ光１１がスタートホール２０に挿通され、スタートホール２０に挿通されたレーザ光１１によって、スタートホール２０に繋がった亀裂５の基端部が腹板４の厚さ方向において全体が略均等に加熱される。ここで、例えば、スタートホール２０を形成せずに、レーザ光１１の照射が開始された際に、レーザ光１１によって腹板４の一主面に照射された場合では、腹板４の一主面だけが加熱されるので、腹板４の厚さ方向において温度が異なり、腹板４の厚さ方向において均等に溶融させることは難しく、過小入熱状態となって亀裂が残存する虞や、過小及び／又は過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちする虞がある。本発明を適用した亀裂の補修方法では、上述したようにして亀裂５が腹板４の厚さ方向において略均等に加熱されるので、レーザ光１１によって腹板４の一主面だけが加熱される場合よりも、容易且つ確実に亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させることが出来る。
【００２９】
なお、レーザ光１１のスポット径は、スタートホール２０よりも小さく設けることに限定されるものではなく、スタートホール２０よりも大きく設けても良い。
【００３０】
ここで、従来から、Ｉ形鋼３のような鋼材に亀裂５が発生した場合に、亀裂５の応力の集中を緩和して亀裂５の進行を防ぐ為に、亀裂５の端部５ａ，５ｂの少なくとも一方に、貫通孔から成るストップホール２１を形成することが知られている。
【００３１】
本発明を適用した亀裂の補修方法では、例えば、図７に示すように、亀裂５の一端部５ａに第一貫通孔となるストップホール２１が形成された後に亀裂５の補修作業を行う場合、このストップホール２１をスタートホール２０として用いて、レーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのストップホール２１から亀裂５の他端部５ｂまで亀裂５に沿って照射して、亀裂５を溶融させて消去するようにしても良い。
【００３２】
また、本発明を適用した亀裂の補修方法では、例えば、図８（Ａ）に示すように、亀裂５の他端部５ｂに第二貫通孔となるストップホール２１が形成された後に亀裂５の補修作業を行う場合、図８（Ｂ）に示すように、亀裂５の一端部５ａに第一貫通孔となるスタートホール２０を形成し、レーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂのストップホール２１まで亀裂５に沿って照射して、亀裂５を溶融させて消去するようにしても良い。
【００３３】
更に、本発明を適用した亀裂の補修方法では、例えば、図９に示すように、亀裂５の両端部５ａ，５ｂにストップホール２１，２１が形成された後に亀裂５の補修作業を行う場合、第一貫通孔となる亀裂５の一端部５ａのストップホール２１をスタートホール２０として用いて、レーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのストップホール２１から第二貫通孔となる亀裂５の他端部５ｂのストップホール２１まで亀裂５に沿って照射して、亀裂５を溶融させて消去するようにしても良い。
【００３４】
更に、本発明を適用した亀裂の補修方法では、レーザ光１１を、腹板４の片側から照射することに限定されるものではなく、腹板４の両側から照射するようにしても良い。具体的には、図１０（Ａ）に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂ又はストップホール２１まで亀裂５に沿って照射し、亀裂５を腹板４の板厚の１／２以上溶融させて亀裂５の一部を消去する。次いで、図１０（Ｂ）に示すように、腹板４の一主面４ａとは反対側の他主面４ｂ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を、亀裂５の一端部５ａのスタートホール２０から亀裂５の他端部５ｂ又はストップホール２１まで亀裂５に沿って照射し、亀裂５を腹板４の板厚の１／２以上溶融させて、残りの亀裂５を消去する。以上のようにして、腹板４の亀裂５を補修するようにしても良い。
【００３５】
更に、図１１（Ａ）に示すように、腹板４には、亀裂５と共に、腐食により減肉された減肉部７を有する場合がある。このような場合、本発明を適用した亀裂の補修方法では、先ず、減肉部７の汚れや錆を除去してグラインダー研磨する等の下地処理を行い、図１１（Ａ）に示すように、上述したような亀裂の補修方法によって亀裂５の補修を行った後に、図１１（Ｂ）に示すように、減肉部７に肉盛溶接を行い、減肉部７を肉盛部８で埋めて、減肉部７を補修するようにしても良い。
【００３６】
例えば、減肉部７を補修する肉盛溶接は、レーザホットワイヤ溶接によって行われる。レーザホットワイヤ溶接を行う場合、レーザ亀裂補修装置１０は、図１１（Ｂ）に示すように、腹板４の亀裂５にレーザ光１１をデフォーカス状態で照射して亀裂５を溶融消去する上述したレーザ発生機構１２に加え、レーザ発生機構１２から照射されるレーザ光１１の照射部位に、融点近い温度まで加熱されたフィラーワイヤ３１を供給するフィラーワイヤ供給機構３０を備えるようにする。
【００３７】
フィラーワイヤ供給機構３０は、ワイヤドラム３２と、ワイヤ矯正機３３と、ワイヤホルダ３４とを有している。ワイヤドラム３２から送出されたフィラーワイヤ３１は、ワイヤ矯正機３３で巻癖が矯正されてワイヤホルダ３４に送出される。ワイヤホルダ３４は、フィラーワイヤ３１に対する給電部となっており、ワイヤホルダ３４と溶接部材の腹板４との間の電源部３５によってフィラーワイヤ３１に加熱用の電流が供給されている。フィラーワイヤ３１に電流が供給されることで、ジュール熱により、フィラーワイヤ３１は、先端が溶融池に接触した時点で溶融する程度に加熱される。そして、ワイヤホルダ３４から送出されたフィラーワイヤ３１は、レーザ光１１の照射部位に供給される。以上のようにして、レーザ亀裂補修装置１０によって、腹板４の減肉部７に肉盛溶接が行われ、減肉部７を補修するようにしても良い。
【００３８】
なお、本発明を適用した亀裂の補修方法では、レーザホットワイヤ溶接によって肉盛溶接を行って減肉部７を補修することに限定されるものではなく、その他の従来公知の肉盛溶接で行うようにしても良い。
【００３９】
更に、本発明を適用した亀裂の補修方法では、亀裂５を補修した後に、レーザ亀裂補修装置１０によって肉盛溶接を行って、スタートホール２０及びストップホール２１を埋めるようにしても良い。更に、肉盛溶接以外に、パテ等によってスタートホール２０及びストップホール２１を埋めるようにしても良い。なお、本発明を適用した亀裂の補修方法は、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更をしてもよい。
【００４０】
次に、発明者らは、本発明を適用した亀裂の補修方法についての効果確認を行った。
【００４１】
＜比較例１＞
比較例１では、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５にスタートホール２０及び／又はストップホール２１を形成せずに、図３に示すように、亀裂５に、腹板４の一主面４ａ側から所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００４２】
比較例１において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が６ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．３０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ５ｍｍとなるように設定した。
【００４３】
このような比較例１では、図１２に示すように、過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちてしまった。
【００４４】
＜比較例２＞
比較例２では、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５にスタートホール２０及び／又はストップホール２１を形成せずに、図３に示すように、亀裂５に、腹板４の一主面４ａ側から所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００４５】
比較例２において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が６ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．５０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ５ｍｍとなるように設定した。
【００４６】
このような比較例２では、図１３に示すように、過小入熱状態となって亀裂が残存してしまった。
【００４７】
＜実施例１＞
実施例１では、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成して、このスタートホール２０から亀裂５に沿って亀裂５の他端部５ｂまで、図３に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００４８】
実施例１において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が６ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．３２ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ５ｍｍとなるように設定した。
【００４９】
このような実施例１では、図１４に示すように、過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちすることなく、過小入熱状態となって亀裂が残存することなく、亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させて消去することが出来た。
【００５０】
＜実施例２＞
実施例２では、実施例１と同様に、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成して、このスタートホール２０から亀裂５に沿って亀裂５の他端部５ｂまで、図３に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００５１】
実施例２において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が１２ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が０．４０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ３ｍｍとなるように設定した。
【００５２】
このような実施例２では、図１５に示すように、過大入熱状態となって亀裂の周辺が垂れ落ちすることなく、過小入熱状態となって亀裂が残存することなく、亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させて消去することが出来た。
【００５３】
＜実施例３＞
実施例３では、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように、Ｉ形鋼３の腹板４に発生した亀裂５の一端部５ａにスタートホール２０を形成して、このスタートホール２０から亀裂５に沿って亀裂５の他端部５ｂまで、図１０（Ａ）に示すように、腹板４の一主面４ａ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射した後に、図１０（Ｂ）に示すように、腹板４の他主面４ｂ側から、所定のスポット径のレーザ光１１を照射して、亀裂５を補修した。
【００５４】
実施例３において、Ｉ形鋼３の腹板４は、材質が炭素鋼（ＳＭ４００）で、板厚が１２ｍｍのものを使用した。更に、レーザ光１１は、レーザ出力が１０ｋＷ、トーチ移動速度が１．００ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ３ｍｍとなるように設定した。
【００５５】
実施例３では、図１６に示すように、過小入熱状態となって亀裂が残存することなく、亀裂５を腹板４の厚さ方向において均等に溶融させて消去することが出来た。
【００５６】
なお、本発明を適用した亀裂の補修方法では、上述したような施工条件に限定されるものではなく、例えば、レーザ光１１は、レーザ出力が１ｋＷ〜２０ｋＷ、トーチ移動速度が０．２ｍ／ｍｉｎ〜１．０ｍ／ｍｉｎ、スポット径がφ０．２ｍｍ〜φ１０ｍｍの範囲内で設定するようにすれば良い。更に、亀裂５の補修が行われる鋼材は、比較例及び実施例１〜４で挙げた他に、板厚が３．２ｍｍ〜３０ｍｍ、材質が炭素鋼（ＳＳ、ＳＭ）、高強度炭素鋼（ＨＴ６９０、ＨＴ７８０、ＨＴ９８０）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等であっても良い。
【符号の説明】
【００５７】
１ 橋梁、２ 主桁、３ Ｉ形鋼、４ 腹板、４ａ 一主面、４ｂ 他主面、５ 亀裂、５ａ 一端部、５ｂ 他端部、６ 鋼床版デッキ、７ 減肉部、８ 肉盛部、１０ レーザ亀裂補修装置、１１ レーザ光、１２ レーザ発生機構、１３ レーザ発振器、１４ 集光光学系、１５ レーザートーチ、１６ 光ファイバ、１７ 焦点、２０ スタートホール、２１ ストップホール、３０ フィラーワイヤ供給機構、３１ フィラーワイヤ、３２ ワイヤドラム、３３ ワイヤ矯正機、３４ ワイヤホルダ、３５ 電源部、１００ 当て板、１０１ 締結部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂の一端部に形成された第一貫通孔から該亀裂の他端部まで、所定のスポット径のレーザ光を該亀裂に沿って照射し、該亀裂を溶融させて消去することを特徴とする亀裂の補修方法。
【請求項２】
前記第一貫通孔は、前記亀裂の幅よりも大きな直径の円形に貫設されるものであることを特徴とする請求項１に記載の亀裂の補修方法。
【請求項３】
前記鋼材には、前記亀裂の他端部に第二貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の亀裂の補修方法。
【請求項４】
前記レーザ光のスポット径は、前記亀裂の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１−３の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項５】
前記レーザ光のスポット径は、前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔よりも小さいことを特徴とする請求項１−４の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項６】
前記レーザ光のスポット径は、前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔よりも大きいことを特徴とする請求項１−４の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項７】
前記レーザ光のスポット径は、３〜７ｍｍであることを特徴とする請求項１−６の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項８】
前記レーザ光の焦点は、前記鋼材の外部に位置することを特徴とする請求項１−７の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項９】
前記レーザ光の焦点は、前記鋼材の内部に位置することを特徴とする請求項１−７の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１０】
前記レーザ光は、前記鋼材の厚さ方向の片側から照射することを特徴とする請求項１−９の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１１】
前記レーザ光は、前記鋼材の厚さ方向の両側から照射することを特徴とする請求項１−９の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１２】
前記レーザ光は、１回の照射で前記鋼材の厚さの１／２以上を溶融することを特徴とする請求項１１に記載の亀裂の補修方法。
【請求項１３】
前記亀裂を補修した後に、肉盛り溶接を行うことを特徴とする請求項１−１２の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１４】
前記肉盛り溶接は、レーザホットワイヤ溶接であることを特徴とする請求項１３に記載の亀裂の補修方法。
【請求項１】
既設鋼構造物の鋼材に発生した亀裂の一端部に形成された第一貫通孔から該亀裂の他端部まで、所定のスポット径のレーザ光を該亀裂に沿って照射し、該亀裂を溶融させて消去することを特徴とする亀裂の補修方法。
【請求項２】
前記第一貫通孔は、前記亀裂の幅よりも大きな直径の円形に貫設されるものであることを特徴とする請求項１に記載の亀裂の補修方法。
【請求項３】
前記鋼材には、前記亀裂の他端部に第二貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の亀裂の補修方法。
【請求項４】
前記レーザ光のスポット径は、前記亀裂の幅よりも大きいことを特徴とする請求項１−３の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項５】
前記レーザ光のスポット径は、前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔よりも小さいことを特徴とする請求項１−４の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項６】
前記レーザ光のスポット径は、前記第一貫通孔及び前記第二貫通孔よりも大きいことを特徴とする請求項１−４の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項７】
前記レーザ光のスポット径は、３〜７ｍｍであることを特徴とする請求項１−６の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項８】
前記レーザ光の焦点は、前記鋼材の外部に位置することを特徴とする請求項１−７の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項９】
前記レーザ光の焦点は、前記鋼材の内部に位置することを特徴とする請求項１−７の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１０】
前記レーザ光は、前記鋼材の厚さ方向の片側から照射することを特徴とする請求項１−９の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１１】
前記レーザ光は、前記鋼材の厚さ方向の両側から照射することを特徴とする請求項１−９の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１２】
前記レーザ光は、１回の照射で前記鋼材の厚さの１／２以上を溶融することを特徴とする請求項１１に記載の亀裂の補修方法。
【請求項１３】
前記亀裂を補修した後に、肉盛り溶接を行うことを特徴とする請求項１−１２の何れかに記載の亀裂の補修方法。
【請求項１４】
前記肉盛り溶接は、レーザホットワイヤ溶接であることを特徴とする請求項１３に記載の亀裂の補修方法。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−８６１６３（Ｐ２０１３−８６１６３Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１３０３（Ｐ２０１１−２３１３０３）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５０９３３８９９４）株式会社ＩＨＩインフラシステム (104)
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（５０９３３８９９４）株式会社ＩＨＩインフラシステム (104)
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
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