JPH0428067B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、柱や杭等に利用されるアンボンド充
填鋼管構造に関するものである。

「従来の技術」 この種の構造としては、充填鋼管コンクリート
構造が知られているが、従来の充填鋼管コンクリ
ート構造は、型枠を兼ねた単純な直円筒状の鋼管
を鉛直に立て、その内部にコンクリートを充填し
ただけのものであり、鋼管とコンクリートとは接
着状態にあり、力学的に一体に挙動する。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、従来のものでは、軸方向の圧縮力が
作用した場合、鋼管とコンクリートとが一体的に
歪み、大きく歪んだ場合、鋼管はミーゼスの降伏
条件を越えたり、局部的な座屈を発生したりす
る。

したがつて、増大した軸方向応力で鋼管がかな
りの応力レベルに達してしまい、コンフアインド
効果を充分発揮できず、必要以上に大きな断面積
の柱または杭とならざるを得ない。

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、
鋼管によるコンフアインド効果を充分に生かすこ
とにより、圧縮耐力を著しく向上させて、従来の
ものより柱や杭の断面積を小さくすることので
き、かつ、地震等の構造物全体の転倒モーメント
による軸引張荷重に対して、抵抗することのでき
るアンボンド充填鋼管構造を提供することを目的
とする。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、複数の鋼管を軸線を合致させた状態
で連結して立設し、それら一連の鋼管の内部に、
コンクリート等の構造用充填材を鋼管内面に対し
て非付着状態で充填して構造物の柱や杭として用
いるアンボンド充填鋼管構造であつて、互いに連
結される鋼管どうしの間に、鋼管に加わる軸力を
内部の構造用充填材に伝達するための軸力伝達部
を介在させ、その動力伝達部は、基部がいずれか
一方の鋼管の端部に固定されているとともに先端
部が他方の鋼管の端部に摺動自在に挿入された筒
状体と、その筒状体の先端部に鋼管内を上下に仕
切るように設けられた支圧板と、それら鋼管の間
にリング状の間〓を確保した状態で鋼管どうしを
接続するとともに鋼管どうしが接近する方向の変
位は許容するが離反する方向の変位は拘束する接
続具とからなることを特徴とするものである。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第１図及び第２図は、本発明の第１の実施例
を示すものであり、第１図はアンボンド充填鋼管
構造の柱（以下、単に「柱」と略称する）Ｈに数
階分の梁Ｋ，Ｋ，………が接続されているところ
を示す図であり、第２図は第１図の矢視Ａの部分
を拡大した図である。

これらの図において、符号１は鋼管であり、２
は鋼管１の中に充填されたコンクリートである。
本実施例における鋼管１は３階分の高さに相当す
るものとされ、所定位置には梁Ｋが接合されてい
るとともに、それら鋼管１どうしは、階層間のほ
ぼ中間位置（すなわち柱Ｈにかかる曲げモーメン
トの反曲点の位置）において軸力伝達部３を介し
て互いに連結されて立設されている。

軸力伝達部３は、第２図に示すように、筒状体
５と、その筒状体５の先端に鋼管１内を上下に仕
切るように設けられた支圧板６と、上下の鋼管
１，１を接続するための接続具７からなる。

上記の筒状体５は、さらに、リング状鋼管５ａ
と筒状鋼管５ｂからなる。リング状鋼管５ａは上
方の鋼管１の下端に溶接されて固定され、筒状鋼
管５ｂはその基部がリング状鋼管５ａの内周面に
溶接されているとともに先端部（下端部）が下方
の鋼管１の上端部内に摺動自在に挿入されてい
る。なお、筒状鋼管５ｂとそれに嵌め合わされる
鋼管１との間には、それらの摺動を円滑にするた
めの摩擦低減材（例えば四フツ化エチレン樹脂
等）８が設けられており、筒状鋼管５ｂの上端に
は柔性材（ゴム、発泡スチロール、粘土等）８ａ
を付属している。また、支圧板６は内部に孔６ａ
が形成された円板であり、筒状鋼管５ｂの下端部
にほぼ水平に固定されるとともに、鋼管１の内部
に充填されたコンクリート２に内包されている。
なお、支圧板６に孔６ａを形成するかどうかは自
由である。前記接続具７は、下方の鋼管１と上記
リング状鋼管５ａとの間にリング状の間〓４を確
保した状態でそれらを接続することにより、上下
の鋼管１，１をリング状鋼管５ａを介して接続す
るとともに、鋼管１，１どうしの接近する方向の
変位は許容するが、離反する方向の変位は拘束す
るためのものであつて、リング状鋼管５ａの下端
に溶接固定されたフランジ９と、下方の鋼管１の
上端に溶接固定されたフランジ１０と、これらフ
ランジ９とフランジ１０とを互いに接続するボル
ト１１，１１，………及びナツト１１ａ，１１
ａ，………とからなつており、フランジ９の上面
には底部をフランジ９に側部を鋼管１に固定され
たリブ９ａ，９ａ，………が、またフランジ１０
の下面には上部をフランジ１０に側部を鋼管１に
固定されたリブ１０ａ，１０ａ，………が設けら
れている。

また、前記のように構成された鋼管１の内面に
は、鋼管１と充填コンクリートとの付着をなくす
ための分離材（アンボンド処理層）１２が予め塗
布され、その上で、鋼管１内部にコンクリート２
が打設充填されている。分離材１２としては、パ
ラフイン、アスフアルト、オイル、グリス、ワセ
リン等を用い、これを鋼管１の内面に塗布するこ
とによりアンボンド処理層を形成している。

次に、このような柱Ｈの施工例について述べ
る。

(1) まず、工場においてリング状鋼管５ａの内側
に筒状鋼管５ｂを溶接しその下端に支圧板６
を、上端に柔性材８ａを固定するとともにリン
グ状鋼管５ａの下端部にフランジ９とリブ９ａ
を溶接し、そのリング状鋼管５ａの上端を上方
の鋼管１の先端に第２図における符号１３の部
分で溶接する。次に、現場にて前記鋼管１を所
定のリング状間〓４が形成されるように、上端
にフランジ１０とリブ１０ａとが溶接された下
方の鋼管１に建込むとともにフランジ９とフラ
ンジ１０との間にボルト１１及びナツト１１ａ
を装着する。その際、リング状間〓４を保持す
るためにリング状間〓にスペーサ（図示せず）
を介挿させてもよいし、フランジ９，１０のそ
れぞれの両面にナツト（図示せず）を設けダブ
ルナツトとしてもよい。最後に、鋼管１内にコ
ンクリート２を打設するとともにコンクリート
２が硬化した後は前記スペーサを除去したりダ
ブルナツトを解除する。これにより、それ以降
は、連結された鋼管１，１どうしの接近する方
向の変位は許容されるが、離反する方向の変位
は接続具７により拘束される。つまり、上側の
鋼管１は下方に変位することは可能であるが上
方に変位することは不能となり、これによつ
て、連結された一連の鋼管１，１は軸方向の引
張力が曲げ力に対しても剛性と耐力とを有する
ものとなる。

あるいは、他の施工手順として、リング状鋼管
５ａに固定した筒状鋼管５ｂの下端部を既に立設
した下方の鋼管１の上端部に挿入するとともに、
その下方の鋼管１とリング状鋼管５ａとの間に上
記と同様にスペーサやダブルナツトを用いて間〓
４を確保したうえで、リング状鋼管５ａの上端に
上方の鋼管１の下端を溶接して立設するようにし
ても良い。この場合も、以降は上記と同様にして
鋼管１内にコンクリート２を充填し、それが硬化
した後にスペーサやダブルナツトを取り外す。

なお、コンクリートは先に下方の鋼管に所定の
位置まで打設しておき、その上に軸力伝達部３を
設けるとともに上方の鋼管を建込み、次いで上方
の鋼管にコンクリートを打設してもよい。また、
柱Ｈが逐次上方へ構築されるに従い、コンクリー
ト２が圧縮されるとともに鋼管１が下方にずれて
移動しリング状間〓４が狭くなつた場合には、フ
ランジ９，１０の外側のナツト１１ａを締めるこ
とによつてボルト１１を接続させ上下の鋼管に軸
方向の引張に対する剛性と耐力を与える。

次に、前記ような充填鋼管コンクリート構造に
おける作用について説明する。

まず、３階層分の梁Ｋ，Ｋ，Ｋに掛かる剪断力
はそれらが溶接された部分の鋼管１に軸力として
伝達される。ところが、鋼管１と内部のコンクリ
ート２とは、アンボンド処理層１２によつて分離
されており、かつ鋼管１は３階層毎に設けられた
リング状間〓によつて力学的に分割されているた
め、鋼管１に加わつた軸力はその内部のコンクリ
ート２や下方に連結されている他の鋼管１には直
接伝わらず、この鋼管１の下端にもうけられた軸
力伝達部３の支圧板６を介して下方のコンクリー
ト２へ伝達される。次に、下方のコンクリート２
に軸方向の力が伝達されると、コンクリート２は
圧縮され、それが所定の強度を越えると軸方向に
歪を生じる。それに従い鋼管１も下方へずれて移
動するが、軸力伝達部３にはリング状間〓４が形
成されているため上方の鋼管１は、下方の鋼管１
と接触することはなく、確実に梁Ｋ，Ｋ，Ｋから
の剪断力をコンクリート２に伝達する（ここで、
リング状間〓４は上方の鋼管１が移動しても下方
の鋼管１と接触しない程度の寸法とされている）。
また、下方のコンクリート２は、軸方向に歪むと
ともに径方向の急激な横歪が生じる。ところが、
下方の鋼管１は、上方の鋼管１と同様に３階層分
の荷重しか負担しないため、鋼管１に発生する軸
方向の応力は僅かとなる。特に、この場合は、鋼
管１は充填コンクリート２とアンボンド状態にあ
り、鋼管１は軸方向においてコンクリートに全く
拘束されない。したがつて、コンクリート２には
軸歪が生じるものの、鋼管１には殆ど軸歪が生じ
ない。これらの作用は、上方の鋼管１と内部のコ
ンクリート２との間にも同様に生じる。

したがつて、ミーゼスの降伏条件を適用すれば
円周方向応力による鋼管１のコンフアインド効果
を充分発揮させることができ、その結果、圧縮荷
重に対する強度の向上を図ることができ、柱Ｈの
断面積を小さくすることができる。

さらに、この柱Ｈに地震等の短期荷重が作用
し、柱Ｈにモーメントによる引張力が働いた場
合、上下の鋼管は接続具７によつて互いに離反す
る方向の変位は拘束されることから構造的に一体
に挙動し、したがつて、この柱Ｈは圧縮耐力に優
れるのみならず、引張荷重や曲げ荷重に対しても
優れた剛性と耐力とを有するものとなつている。

つぎに、第３図を用いて、本発明の第２の実施
例を説明する。第３図は第１図の矢視Ａの部分を
拡大した図である。図において、前記第１の実施
例と同一の構成要素については同一の符号を付
し、その説明を省略する。

この第２の実施例は、第１の実施例における軸
力伝達部３を次のように構成したものである。筒
状体５は、その下端が下方の鋼管１の上端部に溶
接により固定されたリング状鋼管５ａと、一端が
このリング鋼管５ａの内周面に固定され、他端が
上方の鋼管１と摺動自在に嵌め合わされた筒状鋼
管５ｂとからなつている。また、筒状体５の上部
には支圧板６が固定されており、筒状鋼管５ｂと
それに嵌め合わされる鋼管１との間には、摩擦低
減材８がもうけられるとともに、上端には柔性材
８ａが付属されている。その他の構成について
は、第１の実施例と同様である。

したがつて、本実施例においては、３階層分の
梁Ｋ，Ｋ，Ｋに掛かる剪断力は、それらが溶接さ
れた部分の鋼管１に引張力として作用し、さらに
軸力伝達部３の支圧板６を介して内部のコンクリ
ート２に伝達され、前記第１の実施例と同様の効
果を得ることができるとともに、ミーゼスの降伏
条件及び局部座屈に対して、さらに有利なものと
なる。

なお、上記の実施例においては、鋼管１内にコ
ンクリートを充填したが、モルタル、その他の水
硬性材料、あるいは、土、砂、金属粉粒体、ガラ
ス粉粒体、プラスチツク、粘土等、圧密すれば充
分な圧縮耐力を有する構造用充填材をこれに代え
てもよい。また、コンクリートの中に鉄筋を入れ
たり、プレストレスト鋼材を配して、コンクリー
トの耐力増強を図ることは任意である。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明は、鋼管とその内
部に充填される構造用充填材とを非付着状態とす
るとともに、鋼管どうしの連結部に、筒状体、支
圧板、接続具から構成される軸力伝達部を介在さ
せたので、その軸力伝達部により鋼管に加わる軸
力が鋼管内の構造用充填材にのみ伝達されて他の
鋼管には伝達されることがなく、このため、鋼管
に大きな軸方向応力が生じることが防止され、そ
の結果、鋼管によるコンフアインド効果が確実に
発揮されて所要断面を充分に小さくできる。しか
も、本発明は、接続具によつて鋼管どうしが離反
する方向の変位が拘束される状態で連結されてい
るので、引張荷重や曲げ荷重を受けたときにはそ
れら一連の鋼管が構造的に一体に挙動することに
なり、このため、圧縮耐力のみならず優れた引張
耐力や曲げ耐力をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明の第１の実施例を
示すもので、第１図は実施例の全体を表す柱の一
部断面をした側面図、第２図は同実施例の要部
（第１図の矢視Ａ部）の拡大断面図、第３図は第
２の実施例を示すものであり、第１図の矢視Ａ部
分の拡大断面図である。 １……鋼管、２……コンクリート、３……軸力
伝達部、４……リング状間〓、５……筒状体、６
……支圧板、７……接続具、１２……分離材（ア
ンボンド処理層）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の鋼管を軸線を合致させた状態で連結し
   て立設し、それら一連の鋼管の内部に、コンクリ
   ート等の構造用充填材を鋼管内面に対して非付着
   状態で充填して構造物の柱や杭として用いるアン
   ボンド充填鋼管構造であつて、互いに連結される
   鋼管どうしの間に、鋼管に加わる軸力を内部の構
   造用充填材に伝達するための軸力伝達部を介在さ
   せ、その動力伝達部は、基部がいずれか一方の鋼
   管の端部に固定されているとともに先端部が他方
   の鋼管の端部に摺動自在に挿入された筒状体と、
   その筒状体の先端部に鋼管内を上下に仕切るよう
   に設けられた支圧板と、それら鋼管の間にリング
   状の間〓を確保した状態で鋼管どうしを接続する
   とともに鋼管どうしが接近する方向の変位は許容
   するが離反する方向の変位は拘束する接続具とか
   らなることを特徴とするアンボンド充填鋼管構
   造。