JPH064970B2 - 充填鋼管コンクリ−ト構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、柱、杭等に利用される充填鋼管コンクリート
構造に関するものである。

［従来の技術］ 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。

したがって、周方向応力に余裕があり鋼管によるコンフ
ァインド効果（鋼管の周方向応力により、コンクリート
が膨らもうとするのを締め付ける作用）でコンクリート
の耐力上昇を充分期待できるにも拘わらず、増大した軸
方向応力で鋼管がほとんど降伏に達してしまい、コンフ
ァインド効果を十分発揮できず、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、鋼管によるコンファインド効果を十分に生か
すことができ、圧縮耐力を著しく向上させて、従来のも
のより断面積を小さくすることのできる充填鋼管コンク
リート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、鋼管の長手方向所定箇所に、径方向外方に鋼
管を曲げ変形させることにより形成した膨出部を設け、
この膨出部にて鋼管の軸方向変形を吸収可能に構成し、
前記膨出部の内側に膨出部内部空間にコンクリート等の
水硬性材料が入り込まないように柔性材を配置し、前記
鋼管内に水硬性材料を前記鋼管の内面と非付着状態とな
るように充填したことを特徴としている。なお、前記水
硬性材料の中には、コンクリートの他に、モルタル、そ
の他のグラウト材が含まれる。また、前記鋼管内に充填
された水硬性材料中に、鉄筋やプレストレス鋼材を配し
て部材耐力を増すようにすることは、任意に行ってよ
い。

［作用］ 上記構成の充填鋼管コンクリート構造においては、軸方
向の圧縮力が作用した場合、鋼管は軸方向に自由に変形
でき、その変形は膨出部に吸収される。したがって、鋼
管に生じる軸方向応力が大きくならず、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のコンファイ
ンド効果を十分発揮させることができる。その結果、圧
縮荷重に対する強度を著しく向上させることができ、断
面積を小さくできる。

その場合、鋼管と、その内部に充填された水硬性材料を
非付着状態（アンボンド状態）に保てば、軸方向の圧縮
力を鋼管内の水硬性材料にのみ作用させ、鋼管には全く
作用しないようにすることができる。すなわち、鋼管に
作用する軸方向応力をゼロにすることができる。このた
め、鋼管には、コンファインド効果を与える反作用とし
てのリングテンションのみが作用することになり、上記
の効果を極めて顕著に促進する。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示すもので、図
中１は鋼管である。鋼管１の長手方向所定箇所には、径
方向外方に鋼管を曲げ変形させることにより形成した膨
出部２が形成されている。

この膨出部２は、鉄板の曲げで、鋼管１に生じる軸方向
変形を吸収する。この膨出部２の内側には、膨出部内部
空間３にコンクリートが入り込まないように柔性材４が
詰められ、その状態で鋼管１内にはコンクリート５等の
水硬性材料が充填されている。また、この場合特に、コ
ンクリート５の充填に先立って、鋼管１の内面には、パ
ラフィンやアスファルト等の分離材６が塗布されてお
り、鋼管１、２とコンクリート４とが非付着（アンボン
ド）状態にされている。なお、コンクリート５の中に鉄
筋を入れたり、プレストレス鋼材を配して、コンクリー
トの耐力増強を図ることは任意である。

このような充填鋼管コンクリート構造においては、鋼管
１内のコンクリート４に軸方向の圧縮力が作用して、コ
ンクリート４が圧縮され、それが所定の強度を越える
と、コンクリート４は軸方向の歪を生じるとともに、径
方向の急激な横歪を生じる。

ところが、鋼管１に生じる軸方向の歪は、膨出部２によ
り吸収され、膨出部２の上下間において軸方向応力の伝
達がなくなり、鋼管１にはほとんど軸方向応力が発生し
ない。特に、この実施例の場合は、鋼管１は、充填コン
クリート５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。したがって、
コンクリート５には軸歪が生じるものの、鋼管１には全
く軸歪が生じない。したがって、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のコンファインド
効果を十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、断面積を小さく
することができる。

次に、別の実施例を説明する。

第３図に示す実施例では、膨出部は鋼管の接合部に充て
られ、次のように構成されている。なすわち、２本の鋼
管１１、１２の端部に、径方向外方に突出した鍔部１３
がそれぞ形成されている。そして、両鋼管１１、１２の
鍔部１３、１３が突き合わせられ、鍔部１３の外周部が
溶接１４により接合され、それにより、その両鍔部１
３、１３によって、膨出部１５が形成されている。この
場合、鍔部１３、１３は鋼管１１、１２を突き合わせた
際、鋼管１１、１２の端面間に若干の隙間、たとえば５
mmの隙間ができるようなテーパ状に形成されている。そ
して、膨出部１５の内面にシート状パッキン（本発明の
柔性材に相当）１６が当てられて、コンクリート５が充
填されている。この場合も、鋼管１１、１２の内面には
分離材６が塗布され、鋼管１１、１２とコンクリート５
はアンボンド状態にされている。また、第４図に示すよ
うに、鍔部は、断面Ｌ字状のリング１７、１８で代用
し、これらを組み合わせて膨出部１９を形成するように
してもよい。

なお、上記実施例においては、分離材６としてパラフィ
ン、アスファルトを例示したが、それ以外に、グリス、
ワセリン、オイル等を利用してもよい。

次に、第５図を参照して、このような充填鋼管コンクリ
ート構造を実際の建築物に使用した場合について述べ
る。

この例においては、充填鋼管コンクリート構造が建築物
の柱Ｍとして用いられており、膨出部Ｐは、曲げモーメ
ントの反曲点である各階間中間部に設けられている。こ
のように、各階ごとに、鋼管に生じる変形を吸収する膨
出部Ｐを設けることにより、長尺の柱において、前述の
コンファインド効果を充分に発揮させるようにしている
のである。

［発明の効果］ 本発明によれば、鋼管に生じた軸方向変形が膨出部に吸
収されるので、鋼管には軸方向応力がほとんどかからな
い。したがって、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のコンファインド効果を十分発揮さ
せることができる。その結果、圧縮荷重に対する強度を
著しく向上させることができ、断面積を小さくできる。

さらに、本発明では、鋼管と内部に充填された水硬性材
料とを非付着状態（アンボンド状態）としているので、
上記の効果を一層顕著に促進することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は同横断
面図、第３図、第４図はそれぞれ本発明の他の実施例の
縦断面図で、第５図は本発明の適用例である。 １，１１，１２……鋼管、２，１５，１９……膨出部、
３……空間、４……柔性材、５……コンクリート、６…
…分離材、１３……鍔部、１４……溶接、１６……シー
ト状パッキン（柔性状）、１７，１８……断面Ｌ字状の
リング。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼管の長手方向所定箇所に、径方向外方に
   鋼管を曲げ変形させることにより形成した膨出部を設
   け、この膨出部にて鋼管の軸方向変形を吸収可能に構成
   し、前記膨出部の内側に膨出部内部空間にコンクリート
   等の水硬性材料が入り込まないように柔性材を配置し、
   前記鋼管内に水硬性材料を前記鋼管の内面と非付着状態
   となるように充填したことを特徴とする充填鋼管コンク
   リート構造。
2. 【請求項２】前記鋼管内に充填された水硬性材料中に
   は、鉄筋が配されている特許請求の範囲第１項に記載の
   充填鋼管コンクリート構造。
3. 【請求項３】前記鋼管内に充填された水硬性材料中に
   は、プレストレス鋼材が配されている特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載の充填鋼管コンクリート。