JP2024134641A - 亀裂の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属構造物の壁面に発生した亀裂を、前面からの加工のみによって強固に補修することができる亀裂の補修方法を提供する。
【解決手段】本発明は、金属構造物の壁面１０に発生した亀裂１１の補修方法である。亀裂１１が発生した壁面１０を工具で削ることにより、両端部１４が幅広になったボルト挿入穴１２を、亀裂１１を跨ぐように形成する。次に軸部１５の一端又は両端にナットが螺合されたボルト１７を、ナット間の距離を調整したうえ、加熱してこのボルト挿入穴１２の内部に挿入し、その後の降温による熱収縮を利用して亀裂の両側を引き寄せ、亀裂１１を修復する。
【選択図】図３

Description

本発明は、金属構造物の壁面に発生した亀裂の補修方法に関するものである。

圧延機、鍛造機に代表される大型機械などの金属構造物の壁面には、長期間にわたり繰り返し荷重を受けることによって亀裂が発生することがある。一般的には亀裂部を溶接により接続したり、亀裂部を塞ぐように当板をリベットで固定したりすることが行われている。

しかし亀裂部を溶接してもその部分の強度が増加したわけではないため、再び亀裂が発生する可能性がある。また当板をリベットで固定する方法は、リベットを壁面に貫通させる必要があるため、壁面の裏側にスペースがない場合には採用することができない。

なお特許文献１には、鋼構造物の貫通亀裂の背面をシートにより塞ぎ、前面から亀裂の内部に樹脂を注入し、前面に繊維強化樹脂シートを貼る鋼構造物の補修方法が記載されている。しかし補修部の強度は繊維強化樹脂シートに依存するため、再び亀裂が発生する可能性がある。また、背面に作業できるスペースがない場合にはこの方法は採用することができない。

特開２０１０－２５５１９５号公報

従って本発明の目的は上記した従来技術の問題点を解消し、金属構造物の壁面に発生した亀裂を、前面からの加工のみによって強固に補修することができる亀裂の補修方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、金属構造物の壁面に発生した亀裂の補修方法であって、亀裂が発生した壁面を工具で削ることにより、中央部よりも両端部が幅広になったボルト挿入穴を、亀裂を跨ぐように形成し、軸部の一端または両端にナットが螺合されたボルトを、ナット間の距離を調整したうえ、加熱してこのボルト挿入穴の内部に挿入し、その後の降温による熱収縮を利用して亀裂の両側を引き寄せることを特徴とするものである。

なお、前記ナットとして、円形または球形の外周面に、複数の放射状の工具挿入穴を備えたナットを用いることができる。また、前記ボルト挿入穴の両端部のナット接触面の形状を、曲面とすることが好ましい。

本発明によれば、金属構造物の壁面に発生した亀裂を、壁面の背面に手を入れることなく前面のみから補修することができるので、背面に作業スペースがない場合にも補修することができる。また本発明の補修方法はボルトの熱収縮を利用して行うため、亀裂部分に亀裂の伸長を阻止する圧縮応力を加えることができ、単に溶接する方法よりも強固な補修が可能となる。

さらに本発明の亀裂の補修方法は、軸部の一端または両端にナットが螺合されたボルトを用いて行うため、ナットを回転させることにより、ナット間の長さをボルト挿入穴のナット接触面間の距離に合わせて精密かつ自由に調整することができ、常に最適の圧縮応力を生じさせることができる。

壁面に亀裂が発生した状態を示す正面図である。 ボルト挿入穴を形成した状態を示す正面図である。 ボルト挿入穴にボルトを挿入した状態を示す正面図である。 第１の実施形態のボルトとボルト挿入穴の説明図である。 第２の実施形態のボルトとボルト挿入穴の説明図である。 第３の実施形態のボルトとボルト挿入穴の説明図である。 第４の実施形態のボルトとボルト挿入穴の説明図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１に示すように金属構造物の壁面１０に亀裂１１が発生することがある。金属構造物は例えば鍛造機などの大型機械であるが、その種類は特に限定されるものではなく、金属建設物であってもよい。ただし壁面１０には数十ｍｍ以上の厚みが必要であり、肉薄の壁面１０には本発明の補修方法は適用することができない。

次に図２に示すように、亀裂１１を跨ぐ位置にボルト挿入穴１２を形成する。ボルト挿入穴１２は金属構造物の壁面１０を、工具によって表面から削ることによって形成される。ボルト挿入穴１２はボルトに対応する中央部１３と、両端の幅広部１４とからなり、中央部１３が亀裂１１を横断し、両側の幅広部１４は亀裂１１の両側に位置させる。図２には２つの平行なボルト挿入穴１２が示されているが、その個数は亀裂１１の発生状況に応じて１個または複数個とすることができる。

次に図３に示すように、ボルト挿入穴１２の内部に、軸部１５の一端または両端にナットが螺合されたボルト１７を、加熱した高温状態で挿入し、その後の降温によるボルト１７の熱収縮を利用して亀裂の両側を引き寄せる。以下にこのボルト１７の具体的な形状と、ボルト挿入穴１２の詳細を説明する。

図４は第１の実施形態を示す図であり、（Ａ）はボルト１７の外観図、（Ｂ）はボルト挿入穴１２の正面図、（Ｃ）はボルト挿入穴１２にボルト１７を挿入した状態の正面図である。この第１の実施形態では、軸部１５の両端におねじ１８が切られたボルト１７に、２つのナットが螺合されたものが用いられている。第１の実施形態のナットは市販の六角ナット１９であり、ボルト１７も植え込みボルトあるいは両ねじボルトとして市販されているものを利用することができる。本発明では軸部１５の強度が重要であり、この実施形態ではねじの呼び径が２０ｍｍの鋼製の両ねじボルトを用いている。

六角ナット１９の座面２０は軸に対して垂直な平面である。このためボルト挿入穴１２の幅広部１４は、軸部１５が挿入される中央部１３側の内面、すなわち六角ナット１９の座面２０と接触するナット接触面２１が平面となっている。また幅広部１４の幅は、その内部で六角ナット１９をスパナで回転させることができるように、六角ナット１９の外径よりも十分大きく形成されている。なおボルト挿入穴１２の深さは、六角ナット１９が螺合されたボルト１７を挿入しても六角ナット１９が壁面１０から突出しない深さとしておくことが好ましい。

図５は第２の実施形態を示す図である。この第２の実施形態では、軸部１５の両端におねじ１８が切られたボルト１７に螺合されるナットとして、円形ナット２２が用いられている。円形ナット２２の外周面には、複数の放射状の工具挿入穴２３が形成されており、棒状の工具を差し込んで回転させることができるようにしてある。このため第２の実施形態では、第１の実施形態よりもボルト挿入穴１２の幅広部１４を小さくすることができる。なお、円形ナット２２もその座面２４は平面であり、ボルト挿入穴１２の円形ナット２２とのナット接触面２５も平面となっている。

図６は第３の実施形態を示す図であり、（Ａ）にボルトとナットとを分離した状態を示す。第３の実施形態では、ナットとして外周面が球状となった球ナット２６が用いられている。外周面には、複数の放射状の工具挿入穴２７が軸に対して垂直方向に形成されている。このように球ナット２６が用いた場合には、ボルト挿入穴１２の幅広部１４の球ナット２６とのナット接触面２８も球面となり、接触部の応力集中を緩和できる利点がある。

図７は第４の実施形態を示す図であり、軸部１５の片側におねじ１８が切られ、ボルト頭部２８を備えた一般的なボルト１７が用いられている。ナットは市販の六角ナット１９である。ボルト挿入穴１２の形状は第１の実施形態と同様であるが、幅広部１４の片側はナット接触面２５となり、反対側はボルト頭部接触面２９となる。このようにナットを軸部１５の片側だけに螺合させた構造としてもよい。なお、六角ナット１９を円形ナット２２や球ナット２６に置き換えることも可能である。

次に本発明の亀裂の補修方法の手順を説明する。ここでは第１の実施形態に基づいて説明するが、その他の実施形態の場合にも手順は同一である。

先ず図２に示したように、壁面１０の亀裂１１を跨ぐ位置にボルト挿入穴１２を工具により形成する。次にボルト挿入穴１２の内部に、軸部１５の両端に六角ナット１９が螺合されたボルト１７を挿入し、両側又は片側の六角ナット１９を回転させてナットの座面２０をボルト挿入穴１２のナット接触面２１に密着させる。ボルト挿入穴１２は手作業により加工されるので両側のナット接触面２１、２１の間隔に不可避的な加工誤差が生じるが、六角ナット１９を回転させることにより加工誤差の影響をキャンセルすることができる。

次に軸部１５の両端に六角ナット１９が螺合されたボルトをボルト挿入穴１２から取出し、更に六角ナット１９を僅かに回転させて両側の六角ナット１９の座面２０、２０間の間隔をボルト挿入穴１２の両側のナット接触面２１、２１間の間隔よりも僅かに狭くする。このためそのままではボルトをボルト挿入穴１２に挿入することができなくなるが、ボルトを加熱して軸部１５を熱膨張させることにより座面２０、２０間の間隔を大きくし、ボルト挿入穴１２に挿入する。

ボルトを構成する鋼材の熱膨張率αは既知であるから、何度昇温すればどれだけ伸びるかは正確に計算することができる。また軸部１５に切られたおねじ１８のピッチも既知であるから、ナットの回転角度と座面２０、２０間の間隔との関係も正確に計算することができる。そこで、加熱状態ではボルト挿入穴１２に挿入可能であるが、常温ではボルト挿入穴１２に挿入不能な位置までナットを回転させる。この結果、その後の降温に伴って軸部１５は熱収縮し、ナットはボルト挿入穴１２のナット接触面２１に強く密着し、亀裂１１の両側を引き寄せる。

このとき亀裂１１の部分には圧縮応力が生じるので、亀裂１１を進展させる引張応力を緩和するかゼロとすることができ、強固な亀裂修復が可能となる。なお、その反作用としてボルト１７の軸部１５には強い引張応力が加わるので、その後にボルト１７が破断することのないようにナットの回転角度を調整する必要がある。しかしボルトの強度も既知であるから、ナットの最適な回転角度は全て計算により求めることができる。

上記したように、本発明の亀裂の補修方法は壁面１０に形成されたボルト挿入穴１２のナット接触面２１、２１を強く引き寄せるため、その部分に過大な応力集中が生ずると、ナット接触面２１の近傍の壁面１０に別の亀裂が発生する可能性がある。この応力集中を緩和するためには第３の実施形態に示した球ナット２６が最適である。しかしこのような特殊形状の球ナット２６は製造コストが高くなるので、安価な第１又は第４の実施形態の六角ナット１９とするか、第２の実施形態の円形ナット２２とするかは、状況に応じて適宜選択すべきである。

以上に説明した通り、本発明の亀裂の補修方法によれば、金属構造物の壁面１０に発生した亀裂１１を、前面からの加工のみによって強固に補修することができる。

１０ 壁面
１１ 亀裂
１２ ボルト挿入穴
１３ 中央部
１４ 幅広部
１５ 軸部
１７ ボルト
１８ おねじ
１９ 六角ナット
２０ 座面
２１ ナット接触面
２２ 円形ナット
２３ 工具挿入穴
２４ 座面
２５ ナット接触面
２６ 球ナット
２７ 工具挿入穴
２８ ボルト頭部
２９ ボルト頭部接触面

Claims (3)

1. 金属構造物の壁面に発生した亀裂の補修方法であって、
   亀裂が発生した壁面を工具で削ることにより、中央部よりも両端部が幅広になったボルト挿入穴を、亀裂を跨ぐように形成し、
   軸部の一端または両端にナットが螺合されたボルトを、ナット間の距離を調整したうえ、加熱してこのボルト挿入穴の内部に挿入し、
   その後の降温による熱収縮を利用して亀裂の両側を引き寄せることを特徴とする亀裂の補修方法。
2. 前記ナットとして、円形または球形の外周面に、複数の放射状の工具挿入穴を備えたナットを用いることを特徴とする請求項１に記載の亀裂の補修方法。
3. 前記ボルト挿入穴の両端部のナット接触面の形状を、曲面としたことを特徴とする請求項１に記載の亀裂の補修方法。

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