JPH05311746A - コンクリート充填鋼管構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、接合部における十分な耐力が
得られ、施工性やコストの面でも優れ、軸組材としても
耐力的に優れた信頼性の高いコンクリート充填鋼管構造
を提供する。 【構成】 柱としての上下の中空外筒管１内に、格点と
しての中空内筒管２の端部を所定長挿入し、内部にコン
クリート３を充填して、中空外筒管１と中空内筒管２と
を接合する。中空内筒管２の中間部には、予めダイアフ
ラム４及び断面Ｈ形の梁接合部５を設けておき、スプラ
イスプレート７を用いて梁６をボルト８で接合する。中
空内筒管１の外面にはスタッドジベルを溶植する等して
突起を設け、コンクリート３との一体化を図る。中空外
筒管１の内面とコンクリート３との間にアンボンド処理
を施せば、中空外筒管１の局部座屈を防ぐことができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、構造物におけるコンク
リート充填鋼管構造（後述するように鋼管に限定されな
い）、特に軸組材どうしの接合部の構造に関するもの
で、建物架構、あるいは港湾、海洋構造物としての桟
橋、石油掘削用リグ等のパイプ構造物等に利用される。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート充填鋼管構造は、複合部材
として、強度や耐久性に優れているため、大型の構造物
や重要構造物等における構造部材に適する構造と言え
る。しかし、閉断面の鋼管内にコンクリートを充填した
構造であり、軸組材として用いる場合、仕口部における
接合が必ずしも容易ではなく、強度的に信頼性の高い構
造物を得るためには仕口部における接合構造等が重要と
なる。従来、コンクリート充填鋼管構造に適用可能な接
合方法としては、コンクリート充填鋼管構造を構成する
鋼管の端部どうしを突き合わせて溶接する方式や、鋼管
の端部にフランジを形成し、フランジどうしをボルト接
合する方式等があり、鋼管を接合した状態でコンクリー
トを充填することができる。また、建物架構における柱
と梁の接合部では、Ｈ形鋼梁等の上下フランジの高さに
ダイアフラムを設け、ダイアフラムに対し梁をボルト接
合あるいは溶接する構造や、例えば特開昭６３−２５１
５４０号公報に記載されているようなボルト孔を有する
内挿ダイアフラムを鋼管柱内に挿入し、鋼梁の端部に設
けた端板をボルト接合する構造等が知られている。さら
に、コンクリート充填鋼管構造を道路橋等の橋脚に適用
したものとしては、例えば特公平３−５４７２４号公報
に記載のものがある。この公報に記載された発明では、
鋼管と鋼管内部に充填されたコンクリートとの間をアン
ボンド状態とするとともに、鋼管上端と橋脚の上梁との
間に隙間を設けることで、鋼管に作用する圧縮力を低減
し、鋼管の座屈等に伴って、充填コンクリートに対する
拘束効果が損なわれるのを防止し、軸方向の圧縮荷重に
対する強度向上と、断面の縮小を可能としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】突き合わせ溶接により
鋼管どうしを接合する方式は、現場溶接の信頼性の問
題、溶接部の劣化の問題、さらに熟練した溶接工を要す
るといった問題がある。また、端部のフランジを利用し
てボルト接合する方式は、ボルト接合のための加工が必
要である他、精度が悪い場合、現場におけるボルト接合
が困難となるといった問題や、長尺の軸部材の端部にフ
ランジを設けた場合、フランジ部が運搬に際して支障と
なるといった問題がある。また、何れの方式も鋼管を直
線的に接合するのは、それ程困難でないとしても、パイ
プ構造物や柱梁架構において軸部材どうしが接合される
格点については、そのまま適用することができない。梁
のフランジ高さにダイアフラムを設ける方式では、柱等
を構成する鋼管を梁高さで分割し、ダイアフラムを挟み
込んだ形で溶接することになるが、パネルゾーンとして
応力伝達上重要な位置であることから、補強等、複雑な
構造となる場合が多い。また、鋼管内にコンクリートを
打設する際、ダイアフラムがコンクリートの充填に支障
となったり、ダイアフラムの内側突出部下面等でコンク
リートの回り込み不足となる恐れがある。内挿ダイアフ
ラムは、ある程度パネルゾーンの補強を兼ねたものであ
るが、内装ダイアフラムに雌ねじを形成する必要がある
他、鋼管にもボルト挿通孔を穿設しなければならず、ま
た高い寸法精度を要する等、加工にコストがかかるとい
う問題がある。また、主として角形鋼管を対象としたも
のであり、円形鋼管に適用するためにはさらに加工が困
難となる。

【０００４】さらに、建物架構、桟橋、石油掘削用リ
グ、その他のパイプ構造物を考えた場合、構造部材とし
ての鋼管等の管表面には、通常、耐候性を確保する等の
目的で、厚膜型の重防食塗装を施したり、あるいは亜鉛
めっき、アルミニュウムめっき等のめっきによる表面処
理を行う必要がある。その場合、現場での塗装作業等を
少なくするためには、予め表面処理を施した状態の部材
を搬入し、組み立てることが望ましい。しかし、現場溶
接やボルト接合が必要な構造では、表面処理を施した管
が使用できなかったり、使用できても接合部が現場溶接
やボルト接合部の加工で損傷することにより、接合後、
再度、塗装等の表面処理部の補修が必要となるため、そ
の部分の品質不良から腐食が多発するといった問題があ
る。本発明は、上述のような従来の技術における問題点
の解決を図ったもので、簡単な構造で、接合部における
十分な耐力が得られ、かつ施工性やコストの面でも優
れ、さらに建物架構やパイプ構造物として用いた場合
に、軸組材等としても耐力的に優れた信頼性の高いコン
クリート充填鋼管構造を提供することを目的としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のコンクリート充
填鋼管構造は、主として建物架構、桟橋、石油掘削用リ
グ等のパイプ構造物等への適用を目的としたもので、格
点を構成する中空内筒管２と、軸組材を構成する中空外
筒管１とを用い、中空内筒管２をより径の大きい中空外
筒管１内に所定長挿入し、中空内筒管２及び中空外筒管
１内にコンクリート３を充填することで、中空内筒管２
と中空外筒管１とを結合一体化している。ここで言う中
空内筒管２及び中空外筒管１は、通常、鋼管であるが、
例えばステンレス管やその他、コンクリートを充填して
構造部材として用いうる管であれば、鋼管に限定するこ
となく適用することができる。また丸管、角管等の断面
形状も限定されない。格点を構成する中空内筒管２は、
中空外筒管１の端部において中空内筒管２の内外のコン
クリート３によって拘束を受けるが、応力の伝達を確実
なものとするためには、中空内筒管２の外面の前記コン
クリート３と接する部分に、スタッドジベル等の突起を
設けることが望ましい。突起により中空内筒管２の外面
とコンクリート３との接触面における剥離あるいはすべ
りが防止され、コンクリート３との付着力に加え、突起
部分での支圧力での形で軸方向の応力がスムーズに伝達
される。また、中空内筒管２の内面にも突起を設けるこ
とも考えられる。突起はスタッドジベルを溶植したもの
の他、中空内筒管２を突起付鋼板で形成したり、中空内
筒管２の管接合部について、鉄筋を円環状又は螺旋条に
溶接すること等により得ることができる。中空外筒管１
については、その内面にアスファルト、グリース等を塗
布する等してアンボンド処理を施し、非付着状態とする
ことが考えられる。すなわち、内部に充填したコンクリ
ート３は、外側が中空外筒管１で拘束されていることで
管軸方向について高い圧縮耐力を発揮するが、非付着状
態とすることで、管軸方向の圧縮力による中空外筒管１
の降伏や局部座屈が防止され、コンクリート拘束効果が
維持されるため、管軸方向の圧縮力に対し大きな耐力を
発揮し、断面の縮小が可能となる。

【０００６】また、中空外筒管１について、構造的に局
部座屈等の可能性が少ない場合には、逆に、中空外筒管
１についても内面のコンクリート３と接する部分に、突
起を設けることで、コンクリートと中空外筒管１との間
の応力伝達をスムーズに行う構造とする場合もあり得
る。建物架構あるいはパイプ構造物等において、中空外
筒管１が柱を構成する場合、格点の中空内筒管２の外面
に予め梁等の横架材あるいはブレース等をボルト接合ま
たは溶接可能な横架材接合部を一体的に設けておけば、
現場における施工が容易となる。また、中空内筒管２及
び中空外筒管１として、表面に予め厚膜型の重防食塗
装、あるいは亜鉛めっき、アルミニュウムめっき等の表
面処理を施した鋼管等を用いることができる。すなわ
ち、本発明では、中空内筒管２と中空外筒管１との接合
を、継ぎ目部分を含めた管内へのコンクリート３の充填
により行っているため、予め表面処理を施した管をその
まま使用することができ、表面処理効果を損なうことな
く接合を行うことができ、溶接やボルト接合の場合のよ
うな現場における表面処理損傷部の補修作業を必要とし
ない。

【０００７】

【実施例】次に、図示した実施例について説明する。図
１は本発明のコンクリート充填鋼管構造の概要を示した
もので、柱と梁の接合部に相当する。接合部において柱
を構成する上下の中空外筒管１内に、格点（仕口部）を
構成する中空内筒管２の端部が所定長挿入され、これら
の管１，２内にコンクリート３を充填することで、コン
クリート充填鋼管構造を構成している。中空内筒管２
は、その内部及び中空外筒管１の内面と中空内筒管２の
外面との間に充填したコンクリート３によって、両端部
が拘束されて固定される。また、図示した例では、中空
内筒管２の中間部に、ダイアフラム４及び断面Ｈ形の梁
接合部５を設け、スプライスプレート７を介してＨ形鋼
からなる梁６をボルト８で接合している。本実施例では
梁６をＨ形鋼としているが、鋼管構造あるいはコンクリ
ート充填鋼管構造の梁でもよい。

【０００８】図２は本発明の一実施例における格点部分
の鉛直断面を示したもので、中空内筒管２の外面のう
ち、中空外筒管１内に挿入される部分に多数のスタッド
ジベル９を溶植してある（図７参照）。スタッドジベル
９は、中空内筒管２の外面と中空外筒管１内（中空外筒
管１の内面と中空内筒管２の外面との間）に充填された
コンクリート３との付着面における剥離を防止するとと
もに、付着力を高め、管軸方向の応力の伝達がスムーズ
となるようにしたものである。スタッドジベル９を溶植
する代わりに、図６に示すように鉄筋１２を螺旋状また
は円環状に溶接したり、あるいは中空内筒管２として突
起付鋼板からなる鋼管を用いても、付着力の向上が期待
できる。また、中空内筒管２の内面にも、スタッドジベ
ル、鉄筋、あるいは突起付鋼管による突起を設ければ、
中空内筒管２とその中空内筒管２内のコンクリート３と
の一体性を高めることができる。

【０００９】一方、本実施例において、中空外筒管１の
内面にはアスファルトを塗布する等してアンボンド処理
層１０を形成し、内部に充填したコンクリート３との付
着を防止している。図３はその場合の作用を示したもの
（管１，２以外は省略して示している）で、中空外筒管
１は内部のコンクリートと非付着状態となっているの
で、中空内筒管２から受ける軸力Ｎは内部の充填コンク
リートのみが受け持ち、曲げモーメントＭは中空外筒管
１のみが受け持つ。この場合、中空外筒管１に作用する
軸方向応力は曲げモーメント成分のみとなり、座屈し難
くなる。従って、中空外筒管１のコンクリート３に対す
る径方向内側への拘束は損なわれることがなく、充填コ
ンクリート３は高い圧縮強度を維持することができる。

【００１０】図４は本発明の他の実施例における格点部
分の鉛直断面を示したもので、図２の実施例では中空外
筒管１とコンクリート３を非付着状態としていたのに対
し、本実施例では、中空外筒管１の内面にスタッドジベ
ル９を溶植し、逆にコンクリート３と付着力を高めてい
る。中空外筒管１の座屈等の心配がない場合は、このよ
うに突起により付着力を高めることで、中空外筒管１、
中空内筒管２及び充填コンクリート３の一体性を高める
ことができる。

【００１１】図５は本発明をパイプ構造物等に適用した
場合の概要を示したもので、格点に用いた中空内筒管２
と軸組材として用いた中空外筒管１とを充填コンクリー
トを介して接合し、格点間を横架材としての梁６やブレ
ース１１で連結することで、軸組を形成したものであ
る。以上の実施例においては、中空外筒管１と中空内筒
管２を上下方向に用い、上下方向に接合しているが、必
要に応じ水平方向の接合も同様に行うことができ、ま
た、格点を構成する中空内筒管２に分岐を設け、多方向
に接合することも可能である。さらにまた、中空外筒管
１の外面に、厚膜型の重防食塗装あるいは亜鉛めっき、
アルミニュウムめっきによる表面処理を施してもよい。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば下記の効果を奏する。 格点位置において、格点を構成する中空内筒管２
と、軸組材としての中空外筒管１とを、所定長オーバー
ラップさせ、それらの間に充填したコンクリート３を介
して接合する構造であるので、接合部の構造が簡単にな
る。 中空外筒管１と中空内筒管２との接合に関しては、
現場溶接やボルト接合のための加工が不要であり、鋼管
等をそのまま使用することができる。また中空外筒管１
および中空内筒管２の歩留りについてはそれほど高い精
度を必要としない。 中空外筒管１と中空内筒管２との接合を継ぎ目部分
へのコンクリート３の充填により行っており、現場溶接
やボルト接合を必要としないため、予め塗装やめっき等
の表面処理を施した管を用いることができる。また、溶
接やボルト接合部の加工に伴う表面処理損傷部に対する
現場補修作業が省略でき、現場作業の簡略化が図れる。 管内部へのコンクリートの充填に関し、ダイアフラ
ム等、管内側にはコンクリートの充填の妨げとなるもの
がないので、コンクリート充填作業が容易で、欠陥のな
いコンクリート充填鋼管構造が得られる。 中空外筒管１の内面と充填コンクリート３との間を
アンボンド処理により非付着状態とすれば、内部の充填
コンクリートが高い圧縮耐力を発揮し、部材断面の縮小
が可能となる。 格点が別部材として構成され、中空外筒管１の端部
は特に加工の必要がなく、突出物もないため、運搬性が
良い。また、格点の中空内筒管２は短尺であり、予め多
方向の軸組材との取り合い部等を形成しておくことで、
現場作業が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例における接合部の概要を示す斜
視図である。

【図２】本発明の一実施例における接合部の鉛直断面図
である。

【図３】図２の実施例における応力の伝達を示す説明図
である。

【図４】本発明の他の実施例における接合部の鉛直断面
図である。

【図５】本発明をパイプ構造物に適用した場合の概要を
示す正面図である。

【図６】突起として螺旋状に溶接した鉄筋を用いた場合
の鋼管端部の正面図である。

【図７】突起としてスタッドジベルを用いた場合の鋼管
端部の正面図である。

【符号の説明】

１ 中空外筒管 ２ 中空内筒管 ３ コンクリート ４ ダイアフラム ５ 梁接合部 ６ 梁 ７ スプライスプレート ８ ボルト ９ スタッドジベル １０ アンボンド処理層 １１ ブレース １２ 鉄筋

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 格点を構成する中空内筒管２を、軸組材
   を構成する中空外筒管１内に所定長挿入し、前記中空内
   筒管２及び前記中空外筒管１内にコンクリートを充填し
   て、前記中空内筒管２と前記中空外筒管１とを結合して
   一体化したことを特徴とするコンクリート充填鋼管構
   造。
2. 【請求項２】 前記中空内筒管２の外面の前記コンクリ
   ート３と接する部分には突起が設けられている請求項１
   のコンクリート充填鋼管構造。
3. 【請求項３】 前記中空外筒管１の内面と該中空外筒管
   １内に充填したコンクリート３との間にはアンボンド処
   理が施されている請求項１または２のコンクリート充填
   鋼管構造。
4. 【請求項４】 前記中空外筒管１の前記コンクリート３
   と接する部分には突起が設けられている請求項１または
   ２のコンクリート充填鋼管構造。
5. 【請求項５】 前記中空外筒管１は軸組材として柱を構
   成し、前記中空内筒管２の外面には軸組材としての横架
   材をボルト接合または溶接するための横架材接合部が設
   けられている請求項１、２、３または４のコンクリート
   充填鋼管構造。
6. 【請求項６】 前記中空外筒管１の外面には、予め表面
   処理が施されている請求項１、２、３、４または５のコ
   ンクリート充填鋼管構造。