JPH07324440A

JPH07324440A - 高強度コア部材及びその製造方法

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Publication number: JPH07324440A
Application number: JP11721794A
Authority: JP
Inventors: Narashimuhamaashii Suridohara Bennii; ベンニー・ナラシムハマーシー・スリドハラ
Original assignee: Tube Investments of India Ltd
Current assignee: Tube Investments of India Ltd
Priority date: 1994-05-30
Filing date: 1994-05-30
Publication date: 1995-12-12

Abstract

(57)【要約】【目的】座屈強度の大きな高強度コア部材を提供す
る。【構成】高強度コア部材は、高強度材料から形成さ
れ、圧縮荷重を受けるようになされた少なくとも１つの
コアＣを備える。コアＣはハウジングＨによって包囲さ
れる。ハウジングＨの内壁とコアＣとの間のスペースに
は、コアＣを側方から拘束するグラウトＧの如き内部充
填物が設けられる。ハウジングＨは、コア部材の極限荷
重を含む総ての荷重段階においてコアよりも短い。従っ
て、圧縮荷重はコア部材にだけ付与され、極限荷重を含
む総ての荷重段階において、コア部材と内部充填物との
間の接合が生じない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸方向の圧縮荷重を両
端部に受けた際の座屈に対する耐久性が改善された収容
された高強度コア部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧縮部材は、圧縮荷重を受けるようにな
されており、種々の土木構造及び機械構造に使用され
る。例えば、上述の如き収容されたコアは、ビルディン
グの柱、通信タワー、沖合のプラットフォームの脚部、
橋、ジオデシックドーム、足場の支柱、油圧ジャッキ、
及び、両端部に荷重を受ける他の多くの用途に使用する
ことができる。圧縮部材が圧縮荷重を支持する能力は、
その降伏強度並びにその座屈強度に依存することは確立
された事実である。降伏強度は、材料の機械的な性質で
あるが、圧縮部材の座屈強度は、幾何学的な性質であ
り、断面の最小慣性モーメント、並びに、圧縮部材の非
支持長さに依存する。オイラーの等式は、ピン端部を有
する圧縮部材に対する限界荷重を以下の通り示してい
る。

【０００３】Ｐｃｒ＝ λ²ＥＩ／Ｌ² 上式において、Ｐｃｒは、圧縮部材が座屈する限界荷重
であり、Ｅは、圧縮部材の材料の弾性係数であり、Ｌ
は、圧縮部材の長さであり、Ｉは、断面の最小慣性モー
メントである。従って、座屈が生ずる荷重は、部材の剛
性に依存する。通常の圧縮部材の場合には、必要とされ
る曲げ剛さ並びに必要とされる断面積は共に、与えられ
る軸方向荷重に抵抗する部材の断面によって与えられ
る。高強度材料は、高い強度対コスト比を有しており、
従って、その材料の性質を完全に利用した場合には、圧
縮部材として使用すると経済的である。短い長さを有す
る通常の圧縮部材の場合には、そのような高強度材料を
使用すると断面積が非常に小さくなる。曲げ剛さの要件
は、その領域の位置を中立軸から十分に離し、これによ
り、非常に小さなシェル厚さを有する大きな直径の管す
なわちチューブを生ずる。これは実際的ではなく、その
理由は、そのチューブは、該チューブの座屈荷重又は降
伏荷重よりもかなり小さい荷重で壁面座屈することによ
り、局部的に破壊することがあるからである。しかしな
がら、より長いコアの場合には、座屈強度は材料の降伏
強度よりも小さい。従って、通常の圧縮部材の場合に
は、高張力鋼を経済的に使用することは困難である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ハウ
ジングの内側に設けられる高い強度のコア部材であっ
て、上記ハウジングと当該コアとの間の空間に設けられ
る内部充填物を介してハウジングにより連続的又は不連
続的に側方から支持されたコア部材を提供することであ
る。これにより、コアの座屈強度を大幅に改善すること
ができる。

【０００５】また、本発明の別の目的は、荷重支持構造
／装置の建造コストを低減すると共に取り扱いを容易に
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、少な
くとも１つのコアをその内部に有するハウジングによっ
て曲げ剛さが与えられ、上記コアは断面積を提供する。
上記コアとハウジングとの間のギャップは内部充填物に
よって充填される。

【０００７】上記コアと内部充填物との間にはギャップ
が存在し、コアとハウジングとの間には接合剤は存在し
ない。圧縮荷重は、コア部材にだけ作用する。内部充填
物を有するハウジングは、圧縮荷重を受けない。従っ
て、コア部材だけが軸方向荷重を受ける。しかしなが
ら、必要とされる曲げ剛さは、ハウジングによってコア
に与えられる。

【０００８】本発明はまた、軸方向荷重を支持し、ハウ
ジングよりも短い高強度コア部材であって、上記ハウジ
ングが上述のように曲げ剛さをもたらす高強度コア部材
を形成する方法を提供する。

【０００９】本発明の独特な特徴は以下の通りである。

【００１０】（Ａ）高強度コア部材は、側方から連続
的／不連続的に支持され、これにより、その座屈強度を
大幅に高める。これにより、コア部材によって支持され
る荷重は、コア材料の降伏強度に等しくなる。従って、
高い強度対コスト比を有する高強度材料の利点が完全に
実現される。

【００１１】（Ｂ）コア部材は連続的／不連続的に支
持され、従って、コア部材に不完全性が最初に存在して
も、その荷重支持能力に悪影響を与えない。これによ
り、耐久荷重がその降伏強度に近づく（図１０）。

【００１２】（Ｃ）どのような偶発的な偏心荷重も、
系の荷重支持能力に悪影響を与えず、耐久荷重はコア材
料の降伏荷重に近づく。

【００１３】（Ｄ）コア部材とハウジングとの間のギ
ャップは、軸方向荷重を受けることによりコアが側方へ
膨張した後でも、コア部材とハウジングとの間が接触し
ないようになされている。例えば、硬質ゴムをコアとし
て使用し、極限荷重が系に作用した場合には、ゴムのコ
アの長さが短くなってその全周が直径方向に膨張した場
合でも、コアと内部充填物との間には依然としてギャッ
プが存在し、与えられた荷重はコア部材によってのみ直
接支持される。

【００１４】（Ｅ）極限荷重を受けてコア部材の長さ
が縮んだ場合でも、コアは依然としてハウジングを越え
て伸長してハウジングを越えて若干突出し、これによ
り、極限荷重は依然としてコアだけにより支持される。

【００１５】（Ｆ）ハウジングは、高い剛性を有する
材料から形成することができる。

【００１６】（Ｇ）荷重支持部材は、本発明に基づ
き、高強度コア（Ｃ）に摺動ラグ（ＳＬ）を介して圧縮
力を与え、また、クランプ（Ｋ）によって圧縮した状態
でラグ部材をハウジングに固定し、その後、上記圧縮荷
重を解放することにより、外側ハウジング（Ｈ）が予張
力を受けるように設計することができる。そのような予
張力を受けたハウジングは、圧縮されたコアと共に、外
部から与えられた軸方向荷重を効率的に支持することが
できる。この場合には、高強度コア及びハウジングから
成る材料の能力を十分に利用される。この特徴は、外側
ハウジングに予張力を与える方法に関して顕著である
（図１１）。

【００１７】以下に本明細書で使用する用語について説
明する。

【００１８】「コア」は、高強度部材であり、スチー
ル、炭素繊維、ケブラー（ｋｅｖｌａｒ）等の如き材料
から形成することができる。

【００１９】「ハウジング」は、中空の断面を有し、ス
チール、アルミニウム、ＦＲＰんの如き高剛性材料から
形成することができる。

【００２０】「内部充填物」は、（ａ）グラウト及び
（ｂ）スペーサとすることができる。

【００２１】「グラウト」は、セメントスラリ、セメン
トモルタル、セメントコンクリート、気泡コンクリー
ト、焼き石膏、エポキシ、フライアッシュ、並びに、同
様な種々の材料とすることができる。

【００２２】「スペーサ」は、スチール又は他の材料と
することができ、緊密に隔置される。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して以下に説明
する。

【００２４】本発明の第１の実施例においては、コアＣ
を側方から拘束するための内部充填物が、コア部材とハ
ウジングＨの内壁との間のスペースに設けられ、上記内
部充填物は、グラウトＧの如き不活性材料とすることが
できる（図１）。内部充填物は、コア部材を緊密に包囲
する内側ハウジングＩＨを形成することもでき、該内側
ハウジングの外壁と外側ハウジングの内壁との間のスペ
ースには、グラウトＧの如き不活性材料が充填される
（図２）。コアとグラウトとの間の接合を防止するため
に、潤滑オイル又は他の耐摩擦性の材料でコアを被覆す
ることができる。グラウトが固化する前に、コアとグラ
ウトとの間の接合を分離することもできる（図１）。

【００２５】本発明の第２の実施例においては、上記内
部充填物は、コアを緊密に包囲する内側ハウジングＩＨ
の形態とすることができ、該内側ハウジングには、ハウ
ジングの長さに沿ってスペーサＴが設けられる（図
３）。上記スペーサは、内側ハウジングの外側面に堅固
に接続され、外側ハウジングの内側面に接触する。外側
ハウジング、並びに、スペーサを有する内側ハウジング
は、コア部材に必要とされる曲げ剛さをもたらす。コア
を緊密に包囲する１つのハウジング、並びに、複数の同
心円状のハウジングから内側ハウジングＩＨを形成する
ことにより、内部充填物でコアを側方から拘束すること
ができ、上記複数のハウジングの各々は、ハウジングの
長手方向に沿って伸長し且つ外側ハウジングに接触する
スペーサＴによって接続される（図４）。

【００２６】本発明の第３の実施例においては、圧縮部
材は、共通のハウジングＨの中に設けられた複数のコア
部材Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３を備えることができる。コア部材
とハウジングの内壁との間のスペースには、コア部材を
側方から拘束する内部充填物としてのグラウトが充填さ
れる。この実施例においても、第１及び第２の実施例を
適用することができる。

【００２７】本発明の第４の実施例は、３、４又はそれ
以上のハウジングＨ１、Ｈ２、Ｈ３を備えており、これ
らハウジングは、互いにブレース結合されてタワーを形
成し、各々のハウジングは、本発明並びに上述の実施例
の通りとすることができる（図６）。

【００２８】本発明の第５の実施例においては、コアＣ
は、単一のハウジングＨ又は第４の実施例のタワーの中
でランダムにすなわちジグザグ式に配列されて分離され
た複数の別個の部材を有することができる（図７）。

【００２９】本発明の第６の実施例においては、コア部
材は、ハウジングを越えて突出する代わりに、与えられ
る荷重をコア部材だけが支持するように、ハウジングよ
りも短くすることができ、また、摺動ラグによってのみ
コア部材に荷重が伝達されるようにすることができる
（図５のＳＬ）。この実施例にも第１乃至第６の実施例
を適用することができる。

【００３０】本発明の第７の実施例においては、ハウジ
ングは円形のチューブにする必要はなく、方形で中空の
断面、矩形で中空の断面、楕円形で中空の断面、三角形
で中空の断面の如き他の断面とすることができる（図
８）。

【００３１】本発明の第８の実施例においては、コア部
材とハウジングとの間のギャップは、コア部材にその降
伏強度を越える荷重が作用した場合に、直径方向に膨張
するが上記ギャップが充填されないようになされる。こ
の実施例は、ひずみ硬化の後にコア部材が塑性段階に入
って安定化し、従って、その降伏強度を改善することを
可能とする。

【００３２】本発明の第９の実施例においては、コア部
材も軟鋼から形成することができ、その用途は、支持す
べき荷重が上述の実施例の場合のように大きくない場合
である。

【００３３】本発明の第１０の実施例においては、上記
コア部材は、中実の円形、中空の円形、中実の方形、又
は中空の方形の如きどのような断面形状とすることもで
きる（図９）。

【００３４】本発明の収容された高強度コア部材は、沖
合の掘削プラットフォーム、送信タワー、クレーンのブ
ーム、油圧シリンダ／ジャッキ、ピストン、機械器具の
圧縮部材、自転車、鉄道の客車、鉄道の貨車、自動車、
テレビ塔、ビルディングの構造体、ジオデシックドー
ム、タワー、橋、足場の支柱、航空機の構造等において
効果的且つ経済的に使用することができる。

【００３５】本発明は上述の実施例にのみ限定されるも
のではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者
が上記実施例に種々の変形及び変更を加えることができ
ることを理解する必要がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（Ａ）は、ハウジング（Ｈ）の中に設けら
れ、内部充填物としてのグラウト（Ｇ）を有する高強度
コア部材（Ｃ）の長手方向断面図であり、図１（Ｂ）
は、図１（Ａ）の高強度コア部材の横断面図である。

【図２】図２（Ａ）は、内側ハウジング（ＩＨ）によっ
て緊密に包囲されると共にハウジング（Ｈ）の内側に設
けられ、上記内側ハウジングの外側面と上記ハウジング
の内側面との間のスペースがグラウト（Ｇ）によって充
填されている高強度コア部材（Ｃ）の長手方向断面図で
あり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の高強度コア部材の横
断面図である。

【図３】図３（Ａ）は、内側ハウジング（ＩＨ）によっ
て緊密に包囲されると共にハウジング（Ｈ）の内側に設
けられ、上記内側ハウジングの外側面と上記ハウジング
の内側面とがスペーサ（Ｔ）によって接続されている高
強度コア部材（Ｃ）の長手方向断面図であり、図３
（Ｂ）は、図３（Ａ）の高強度コア部材の横断面図であ
る。

【図４】図４（Ａ）は、一連の内側ハウジング（ＩＨ）
によって包囲されると共にハウジング（Ｈ）の内側に設
けられ、上記ハウジングと内側ハウジングとの間の内部
スペースがスペーサ（Ｔ）によって接続されているコア
部材（Ｃ）の長手方向断面図であり、図４（Ｂ）は、図
４（Ａ）のコア部材の横断面図である。

【図５】図５（Ａ）は、ハウジング（Ｈ）の内側に設け
られた複数の高強度コア部材Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３であっ
て、ハウジングと高強度コア部材との間にグラウトが充
填されている高強度コア部材を示す長手方向断面図であ
って、摺動ラグ（ＳＬ）によって短いコア部材に荷重が
与えられている状態を示しており、図５（Ｂ）は、図５
（Ａ）の高強度コア部材の横断面図である。

【図６】図６（Ａ）は、ブレース部材によって互いにブ
レース結合されてタワーを形成するハウジングＨ１、Ｈ
２、Ｈ３の長手方向断面図であって、各々のハウジング
が、上述の実施例の内部充填物を有する高強度コア部材
を収容している状態を示しており、図６（Ｂ）は、図６
（Ａ）のタワーの平面図であり、図６（Ｃ）は、図６
（Ａ）のタワーの一部を拡大して示す長手方向断面図で
あり、図６（Ｄ）は、図６（Ａ）のタワーの拡大平面図
である。

【図７】図７（Ａ）は、ハウジング（Ｈ）の内側にジグ
ザグ式に設けられた別個のコア部材を示す長手方向断面
図であって、コア（Ｃ）とハウジング（Ｈ）との間のス
ペースがグラウトで充填されている状態を示しており、
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）のコア部材の横断面図であ
る。

【図８】図８は、上記ハウジングの種々の断面形状を示
している。

【図９】図９は、コア部材の種々の断面形状を示してい
る。

【図１０】図１０（Ａ）は、グラウト（Ｇ）を介して外
側ハウジング（Ｈ）によって連続的に支持されたコア部
材を示す長手方向断面図であり、図１０（Ｂ）は、図１
０（Ａ）のコア部材の横断面図であり、図１０（Ｃ）
は、コア部材の非支持長さを示す概略図である。

【図１１】図１１は、有効非支持長さを減少させること
により、図１０のコア部材が降伏荷重を支持できること
を示すグラフであり、曲線Ａは、コア部材の実際の破壊
荷重を示し、直線Ｂは、降伏荷重の大きさを示し、曲線
Ｐは座屈荷重を示しており、曲線Ａは、領域Ｑの非常に
小さな有効長さにわたって降伏直線Ｂに合致している。

【符号の説明】

Ｃ高強度コア部材ＧグラウトＨハウジングＩＨ内側ハウジングＴスペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高強度材料から形成され、圧縮荷重を受
けるようになされた少なくとも１つのコアを備える収容
型の高強度コア部材において、前記コアはハウジングに
よって包囲され、該ハウジングの内壁と前記コアとの間
のスペースには、当該コア部材を側方から拘束する内部
充填物が設けられ、前記ハウジングは、コア部材の極限
荷重を含む総ての荷重段階において前記コアよりも短
く、これにより、圧縮荷重は前記コア部材にだけ付与さ
れ、極限荷重を含む総ての荷重段階において、前記コア
部材と前記内部充填物との間の接合が生じないことを特
徴とする高強度コア部材。
【請求項２】請求項１のコア部材において、前記内部
充填物は、前記コアを側方から拘束するグラウトの如き
不活性材料であることを特徴とするコア部材。
【請求項３】請求項１のコア部材において、前記内部
充填物は、スペーサによって間隔をおいて外側ハウジン
グに接続される一連の同心円状のハウジングから成る内
側ハウジングの形態を取ることを特徴とするコア部材。
【請求項４】収容型の高強度コア部材を製造するため
の方法において、高強度材料から成る少なくとも１つの
コア、並びに、該コアよりも短いハウジングを準備する
工程と、前記ハウジングの内壁と前記コアとの間のスペ
ースに内部充填物を設ける工程と、前記コアと前記内部
充填物との間の接合を防止する工程とを備えることを特
徴とする方法。
【請求項５】請求項４の方法において、前記コアと前
記ハウジングとの間のスペースの内部充填物が、グラウ
トの如き不活性材料であることを特徴とする方法。