JP5536619B2 - 耐荷構造物用の支柱 - Google Patents

Description

本発明は落石、崩落土砂、雪崩等の衝撃を吸収する衝撃吸収柵や衝撃吸収堤体（以下「耐荷構造物」という）の支柱に関する。

所定の間隔を隔てて立設した支柱と、支柱間に横架した防護ネットとよりなる衝撃吸収柵は広く知られている。
従来の衝撃吸収柵のエネルギー吸収量は、基本的に防護ネット及び支柱の変形量に比例する。
その一方で、道路や鉄道等の交通路線の脇に衝撃吸収柵を設置する場合は、支柱の変形量を小さく抑制することが求められる。そのために、鋼管にモルタル等のセメント系固化材を充填して曲げ強度を増強したＣＦＴ構造の支柱が用いられる（特許文献１）。

特開２００９−２４４７９号公報

従来の支柱にはつぎのような問題点がある。
（１）支柱の変形量を小さく抑制するためには、径を大きくして支柱の断面係数を大きくする必要がある。
支柱の断面係数を大きくすると、支柱の重量が重たくなって運搬や設置等の取扱いが不便になるだけでなく、支柱コストも嵩む問題がある。
（２）鋼管内にモルタルを充填して現場で支柱を構築する場合には、養生期間を要するため全体工期が延びて施工的に支障がでる。
（３）受撃に伴い支柱が変形すると、屈曲変形箇所のセメント系固化材が鋼管内で砕けて強度が極端に低下し、初期の支柱強度を持続することができない。
そのため、衝撃が繰り返し作用すると、二回目以降は初期の支柱強度を維持できずに衝撃吸収柵としての機能を喪失する。
（４）支柱が変形したときは新たな支柱と交換しているが、撤去した支柱は鋼管と内部のセメント系固化材が一体化しているため、支柱を構成する素材のリサイクルやリユースを図ることが不可能である。

本発明は以上の点に鑑みて成されたもので、その目的とするところは少なくともつぎのひとつの衝撃吸収柵の支柱を提供することにある。
（１）支柱の強度と靭性が大幅に向上すること。
（２）支柱を構成する素材のリサイクルやリユースが図れること。
（３）現場での取扱い性に優れ、施工がし易く、低コスト化を図ること。

本願の第１発明は、耐荷構造物用の支柱であって、中空の支柱本体と、支柱本体内に充填した非圧縮性の中詰粒体と、支柱本体の端部開口に摺動可能に装着し、該端部開口を閉鎖して中詰粒体を加圧する栓蓋と、栓蓋に端部を定着し、栓蓋を介して中詰粒体へ加圧力を与える引張材とを具備し、前記引張材を緊張して中詰粒体を締め固めて形成した硬質塊体と、該硬質塊体を拘束する支柱本体とを一体化して合成構造としたことを特徴とする。
本願の第２発明は、前記第１発明において、前記栓蓋が支柱本体の端部開口に内挿可能な小径部と、支柱本体の端部開口に内挿不能な大径部とを具備することを特徴とする。
本願の第３発明は、前記第１発明において、前記栓蓋が支柱本体の端部開口に内挿可能な小径部を具備し、前記支柱本体の曲げ変形に伴って該栓蓋が中詰粒体を加圧することを特徴とする。
本願の第４発明は、前記第１乃至第３発明の何れかにおいて、中詰粒体が細骨材、鋼球、廃棄物の固化粒体群の何れかひとつであることを特徴とする。
本願の第５発明は、前記第１乃至第４発明の何れかにおいて、耐荷構造物が衝撃吸収柵であることを特徴とする。

本発明はつぎの効果を得ることができる。
（１）本発明に係る支柱は引張材を緊張して中詰粒体を締め固めて形成した硬質塊体と、硬質塊体を拘束する支柱本体とを一体化して合成構造としたものであるだけでなく、プレストレスが作用している。
そのため、従来のモルタル充填鋼管と比較して、格段に高い曲げ強度と靭性を発揮することができる。
（２）引張材に導入した緊張力を解放すると、中詰粒体の結合が解けて柱状の硬質塊体を解体できる。そのため、支柱を構成する支柱本体と中詰粒体を分離回収してリユースやリサイクルが図れる。
（３）支柱本体には特別な追加加工を一切施す必要がなく、市販の鋼管をそのまま使用できる。
そのため、支柱のコストを削減できるだけでなく、支柱の組立て時間とコストも削減することができる。

本発明の実施例１に係る中間を省略した支柱のモデル図 支柱の平面図 図１におけるIII−IIIの断面図 支柱の製造方法の説明図 支柱の製造方法の説明図 本発明の実施例２に係る中間を省略した支柱のモデル図 支柱の変形時における支柱上部の説明図

以下図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。

（１）支柱の概要
図１〜図４に本発明に係る支柱１０の一例を示す。
支柱１０は中空の支柱本体１１と、支柱本体１１の端部の開口を閉鎖する栓蓋２０と、支柱本体１１内に充填した非圧縮性の中詰粒体３０と、栓蓋２０を介して中詰粒体３０に圧縮力を与える引張材４０とを具備する。
栓蓋２０が支柱本体１１の端部開口に摺動可能に装着して中詰粒体３０を封入し、引張材４０がその端部を栓蓋２０に定着し、栓蓋２０を介して中詰粒体３０を加圧している。
本発明に係る支柱１０は、引張材４０を緊張して中詰粒体３０を締め固めて形成した硬質塊体３１と、該硬質塊体３１を拘束する支柱本体１１とを一体化して合成構造としたものである。

（２）支柱本体
支柱本体１１は鋼管等の中空管で、衝撃吸収柵等の耐荷構造物の設置高さに応じて適宜の長さに設定されている。
支柱本体１１の断面形状は性能的には円形が望ましいが、その他に楕円形、または多角形であってもよい。

支柱本体１１を簡略化できることに伴い、支柱本体１１の外面に各種の化粧材を被覆したり着色する等して装飾化が可能である。例えば支柱本体１１の外面に擬木化した装飾を施すと、衝撃吸収柵を周辺環境と調和させることができる。

（３）栓蓋
栓蓋２０は支柱本体１１内の中詰粒体３０を封入する蓋材としての機能と、封入した中詰粒体３０を加圧する機能を併有した部材である。本例の栓蓋２０は、異径の短柱体で小径部２１と大径部２２とを有し、その軸心に貫通した透孔２３を有する。

中詰粒体３０を加圧する小径部２１は、支柱本体１１の端部開口の径と同径または僅かに小径に形成してあって、支柱本体１１の端部開口に内挿可能である。

大径部２２は小径部２１より大径で、支柱本体１１の端部開口に内挿不能な径に形成されている。小径部２１と大径部２２の段差部が支柱本体１１の開口端部に当接することで栓蓋２０の挿入深さが制限される。

（４）中詰粒体
本発明では支柱１０の強度と靭性を高めるため、支柱本体１１内に中詰粒体３０を圧密状態で封入するものである。

中詰粒体３０は非圧縮性の粒体で、例えば単粒度砕石や砂等の細骨材、鋼球、或いは各種廃棄物を固化した硬質粒体を使用できる。
中詰粒体３０の粒径については特に制約がない。また中詰粒体３０は単粒度だけで構成する場合もあるが、粒径の異なる複数種類の粒体の混合物を使用してもよい。

セメント系固化材に代えて非圧縮性の中詰粒体３０を用いるのは、支柱本体１１の変形時に中詰粒体３０の変位を許容して支柱１０の靭性を向上させるためと、環境に配慮して支柱１０のリサイクル及びリユースを可能にするためである。

（５）引張材
栓蓋２０を介して中詰粒体３０に圧縮力を与える引張材４０には、引張耐力に優れた公知のＰＣ鋼棒、鉄筋等の棒体の他にＰＣストランド、高強度繊維等のロープを使用できる。

引張材４０の端部を定着する定着具４１は、引張材４０の種類に応じて適宜選択するものとし、例えば引張材４０がおねじを形成した棒体の場合は棒体に螺合可能なナットを適用でき、また引張材４０がロープ材の場合はロープ材を把持可能な把持具を適用する。

引張材４０に緊張力を付与する方法は、定着具４１を回転操作して栓蓋２０を締付けるか、或いは図示しない緊張用ジャッキを使用して引張材４０を緊張して栓蓋２０を締付けた後、栓蓋２０から突出する引張材４０の露出端部に定着具４１を装着して固定する方法を採用できる。

また本例では支柱１０に引張材４０を１本配置した場合について示すが、引張材４０の配置数は複数であってもよく、また引張材４０の配置位置も支柱１０の軸心に限定されず、支柱１０の軸心から偏倚した位置や同心上に配置してもよく、支柱１０の使途や支柱１０に対する外力の作用方向等を考慮して引張材４０の設置数や配置位置を適宜選択する。

図４，５に基づいて支柱１０の製造方法について説明する。

（１）中詰粒体の充填
図４は下端を栓蓋２０で閉鎖して縦置きした支柱本体１１の上口から中詰粒体３０を充填する工程を示している。
支柱本体１１内には引張材４０を配置しておき、支柱本体１１内のほぼ全域に中詰粒体３０を充填する。
中詰粒体３０の充填に当たっては支柱本体１１又は中詰粒体３０に振動を与える等して中詰粒体３０相互間の間隙をできるだけ小さくしておくことが望ましい。

（２）中詰粒体の加圧
図５は引張材４０を緊張して支柱本体１１内の中詰粒体３０を加圧する工程を示している。
支柱本体１１の上部から突出する引張材４０に透孔２３を通じて別途の栓蓋２０を被せるともに、栓蓋２０の小径部２１を支柱本体１１の上端開口に挿入する。
つづいて、引張材４０を所定の力で緊張した後、引張材４０の端部を定着具４１で定着して引張材４０に所定の緊張力を導入する。

図５の矢印は栓蓋２０を通じて中詰粒体３０を加圧する加圧力を示している。
栓蓋２０が無数の中詰粒体３０を圧縮することで、粗かった中詰粒体３０間の隙間が密実へと変化する。
非圧縮材である中詰粒体３０は、その周囲を支柱本体１１で拘束されて逃げ場がない。そのため、引張材４０の緊張力に比例して中詰粒体３０の拘束圧力が増加する。
中詰粒体３０の拘束圧力は、支柱本体１１への中詰粒体３０の充填量と、引張材４０の緊張力等により求められる。

（３）中詰粒体の塊体化
図１は引張材４０に所定の緊張力を導入して製作した支柱１０の完成品を示している。
中詰粒体３０は非圧縮性の粒体であるから粒体そのものは変形せずに、加圧力を相互に伝達し合い、粒体相互間の間隙が限界まで小さくなっている。
加圧前の中詰粒体３０群は相互に結合する関係にはなかったが、支柱本体１１で拘束した状態で加圧されることで、中詰粒体３０相互間に結合力が生じ、無数の中詰粒体３０群が硬質塊体３１へと変化する。

このようにして支柱本体１１と、支柱本体１１の内部で中詰粒体３０を締め固めて形成した柱状の硬質塊体３１とにより合成構造の支柱１０を得る。

支柱１０は環境の整った工場で製造することの他に、支柱１０を構成する各資材を搬入して支柱１０の設置現場で製造してもよい。

（４）支柱の特性について
上記したように本発明に係る支柱１０は、支柱本体１１と、支柱本体１１の内部で中詰粒体３０を締め固めて形成した柱状の硬質塊体３１とによる合成構造体である。
さらに引張材４０に導入した緊張力が支柱本体１１へプレストレスとして作用している。
そのため、本発明に係る支柱１０は従来のモルタル充填鋼管と比較して、格段に高い曲げ強度と靭性を発揮することができる。
以下に詳しく説明する。

支柱本体１１内に封入された無数の中詰粒体３０は、セメント系固化材と異なり固化していない。無数の中詰粒体３０はそれぞれが分離独立しており、外力の要因により一体化しているだけである。
そのため、支柱１０に曲げ力が加わると、その力は中詰粒体３０の全体へ伝達され、支柱本体１１の拘束効果により支柱１０全体で支持される。

また、支柱１０の強度以上の曲げ力が作用すると、支柱本体１１が曲げ変形するが、内部の中詰粒体３０は損壊せずに変位しながら支柱本体１１の曲げ変形を許容する。
支柱１０が曲げ変形をしている間も無数の中詰粒体３０が柱状の硬質塊体３１を維持し、さらに引張材４０に導入した緊張力も維持されるので、支柱１０の初期強度を略そのまま持続することが可能となる。

このように、本発明に係る支柱１０は、過大な曲げ力が作用しても支柱１０の強度が急激に低下するのを回避できて支柱１０の強度及び靭性が大幅に向上する。

さらに本発明に係る支柱１０はセメント系固化材を用いずに合成構造として高い強度を発揮できるから、従来の支柱と比べて径を小さく低コストに製作できる。
そのため、支柱１０の現場での取扱い性に優れ、施工がし易い。

（５）支柱のリサイクルとリユース
支柱１０が変形したときは新たな支柱１０と交換する。
撤去した変形した支柱１０は、引張材４０に導入した緊張力を解放し、支柱本体１１から栓蓋２０を取り外すと、中詰粒体３０の結合が解けて柱状の硬質塊体３１が解体される。
このように引張材４０の緊張力を解放することで、支柱本体１１から中詰粒体３０を容易に取り出せるから、支柱本体１１と内部の中詰粒体３０を分離回収することができる。
回収した中詰粒体３０は別の支柱１０にリユースでき、また回収した支柱本体１１はリサイクルすることができる。

図６，７に実施例２に係る支柱１０について説明するが、その説明に際し、前記した実施例１と同一の部位は同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

（１）支柱
本実施例では、中空の支柱本体１１と、支柱本体１１の端部の開口を閉鎖する栓蓋と、支柱本体１１内に充填した中詰粒体３０と、栓蓋を介して中詰粒体３０に圧縮力を与える引張材４０とより支柱１０を構成することは先の実施例１と同様であるが、小径部２１のみで構成した栓蓋２５を用いて支柱本体１１の端部開口を閉鎖し、支柱１０が曲げ変形を生じたときに、栓蓋２５による中詰粒体３０の圧縮力を増すようにしたものである。

図６は引張材４０に所定の緊張力を導入して製作した支柱１０の完成品を示している。
支柱本体１１内に充填した無数の中詰粒体３０は、支柱本体１１の他方（下位）に装着した異形の栓蓋２０と、支柱本体１１の一方（上位）に装着した栓蓋２５とにより圧縮されて柱状の硬質塊体３１を形成している。

図６の符号４２は地中に定着したアンカー４３と引張材４０の下端を連結するジョイント具であり、ジョイント具４２を介して支柱１０の下端がアンカー４３に接続されている。

支柱１０の立設手段はアンカー４３と接続する方法の他に支柱１０の下部を埋設して立設してもよい。

（２）栓蓋
栓蓋２５は短柱状の小径部２１からなり、その軸心に透孔２３を有する。
小径部２１は、支柱本体１１の端部開口の径と同径または僅かに小径に形成してあって、支柱本体１１の端部開口に内挿可能である。
本例では支柱本体１１の一方（上位）の端部開口に栓蓋２５を装着し、支柱本体１１の他方（下位）の端部開口に挿入深さの制限がある異形の栓蓋２０を装着した形態を示すが、支柱本体１１の両方の端部開口に栓蓋２５を装着してもよいことは勿論である。

（３）支柱の特性について
本実施例における支柱１０の基本的な特性は既述した実施例１と同じであるが、支柱１０が曲げ変形をしたときに、以下に説明する動栓蓋２５の加圧動作によって中詰粒体３０の圧縮力が増加する。

支柱１０が曲げ変形すると引張材４０の引張力が増し、引張材４０の引張力は両端に係止した栓蓋２０，２５へ伝えられる。
引張材４０の下端に係止した異径の栓蓋２０は、その小径部２１と大径部２２の段差部が支柱本体１１の開口端部に当接して、それ以上の挿入が制限されている。
引張材４０の上端に係止した栓蓋２５では、支柱本体１１の開口端部に当接する段差が存在しない。そのため、支柱１０の曲げ変形量に比例して引張材４０の引張力が増すと、栓蓋２５が支柱本体１１の内部へ入り込んで、中詰粒体３０に対する加圧力が増す。

このように本実施例にあっては、支柱本体１１の一方または両方に摺動可能な栓蓋２０を装着するだけで、実施例１と比べて支柱１０が曲げ変形するときの曲げ強度と靭性がさらに高くなるといった利点が得られる。

１０・・・・支柱
１１・・・・支柱本体
２０，２５・・・栓蓋
２１・・・・小径部
２２・・・・大径部
２３・・・・透孔
３０・・・・中詰粒体
３１・・・・硬質塊体
４０・・・・引張材
４１・・・・定着具

Claims (5)

1. 耐荷構造物用の支柱であって、
   中空の支柱本体と、
   支柱本体内に充填した非圧縮性の中詰粒体と、
   支柱本体の端部開口に摺動可能に装着し、該端部開口を閉鎖して中詰粒体を加圧する栓蓋と、
   栓蓋に端部を定着し、栓蓋を介して中詰粒体へ加圧力を与える引張材とを具備し、
   前記引張材を緊張して中詰粒体を締め固めて形成した硬質塊体と、該硬質塊体を拘束する支柱本体とを一体化して合成構造としたことを特徴とする、
   耐荷構造物用の支柱。
2. 請求項１において、前記栓蓋が支柱本体の端部開口に内挿可能な小径部と、支柱本体の端部開口に内挿不能な大径部とを具備することを特徴とする、耐荷構造物用の支柱。
3. 請求項１において、前記栓蓋が支柱本体の端部開口に内挿可能な小径部を具備し、前記支柱本体の曲げ変形に伴って該栓蓋が中詰粒体を加圧することを特徴とする、耐荷構造物用の支柱。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか１項において、中詰粒体が細骨材、鋼球、廃棄物の固化粒体群の何れかひとつであることを特徴とする、耐荷構造物用の支柱。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか１項において、耐荷構造物が衝撃吸収柵であることを特徴とする、耐荷構造物用の支柱。

Images