JPS60228108A - 鋼管コンクリ−ト複合中空パイルの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は鋼管コンクリート複合中空パイルに関するも
のである。

そして、この発明の目的は耐震パイルとしての機能を充
分かつ合理的に備えた曲げ抵抗の大きい鋼管、コンクリ
ート複合中空パイルを製造することにある。

従来パイルに要求される性能に打込に際してその打撃力
に耐え、かつ上部構造物の荷重に耐えることであった。

そしてパイルに曲げ力が作用する場合にはその径の大き
いものを使用するか、あるいは鋼管パイルを多数本使用
していて経済的でなかった。ところで、近年構造物の大
型化や軟弱地盤での建設が多くなるにつれて、地震時に
は、構造物の転倒しようとする力により相当大きな曲げ
力がパイルに作用する点が問題となり、鋼管パイルより
も大きい曲げ耐力を有し、かつ安価なものが要求される
に至った。

ところで、従来使用されているＰＣパイル、ｐｃパイル
およびＡＣパイルの曲げ耐力を大きくするには鉄筋量を
多くすればよいが、鉄筋間隔が狭隘となりコンクリート
の充填性が悪く実用化が困難である。そこで従来施工例
は少ないがまま実施されてきた鋼管コンクリート複合体
とすることが発想され、それ・を曲げ力に対して最も効
果的なパイルとするためには次の二要素が不可欠と考察
された。すなわち鋼管とフンクリートとは完全に一体と
なった挙動をすること、および曲げ力を受けたときに十
分曲げ圧縮力ζこ耐えるコンクリートの強度と厚さを有
することが必要である０ この発明の製法は前記二要素を満たすため、鋼管内にコ
ンクリートを投入し、遠心力成形してコンクリートの一
定厚さを確保し、かつ高温高圧蒸気養生によってコンク
リートを高強度化してコンクリートの強さを確保し、さ
らに膨張性混和材を添加することによりコンクリートを
膨張させ、鋼管とコンクリートとの一体性を確保した。

そして、それらの相乗効果によって従来のパイル類に比
較して著しく性能を向上し、さらに地震時にパイル１本
当りに作用する力は構造物が転倒しようとする力による
曲げ力のみでなく、構造物重量による軸方向圧縮力も同
時に繰返し作用するが、それに対して最も効果的に曲げ
力および軸力に対処できるようにしたパイルを提供する
ことに成功したものである。

以下、その詳細について説明する。

この発明の製法によってえられる鋼管コンクリート複合
中空パイルは図面に示すように円環状断面で外層が鋼管
１、内層が膨張性混和剤を含むコンクリート原料を遠心
成形ののちオートクレーブ養生した圧縮強度がＢＯＯＫ
ｙ／ｃｍ２以上の無筋コンクリート層２であり、鋼管１
とコンクリート層２とは密着して一体化されている。そ
して鋼管１の外径が６００〜６００朋であり、鋼管１の
厚さが４．５〜１６．０　ｍｍ、肉厚（鋼管厚さとコン
クリート厚さを加えたもの）が６０〜９　Ｑ　Ｉｌｌで
ある。

また図において３は継手端板である。

ところで前記コンクリートの成分は、セメント２００〜
６００部（以下例れも重量部）骨材１６００〜２１００
部膨張性混和剤２０〜１００部および水からなる０骨材
の内組骨材は砕石であることが経済的であり、また性能
の優れたパイルが得られる。

膨張性混和剤としては死焼マグネシア、死焼ドロマイト
、カルシウムスルホアルミネート系鉱物およびこれらを
主体とするものの微粉砕物が使用される。

オートクレーブ養生としては温度約１８０℃、蒸気圧約
１０Ｋｇ／Ｃｒｎ２、養生時間８〜１０時間である。

そして混入した膨張性混和剤はオートクレーブ養生によ
って膨張作用を示し、コンクリートの膨張が鋼管によっ
て拘束され完全一体化し圧縮強度が８００Ｋｇ／ｃｍ２
以上となる。

さらにこの発明の製法においてえられるパイルの鋼管の
外径、厚さ、およびパイルの肉厚は次の理由により決定
された。

すなわちこの鋼管とコンクリートを合成して製造したパ
イルは、その使用目的として上載荷重を支えるとともに
、地震力や傾斜地に建てた構築物の横移動時にくいに掛
る横力を支える必要がある場合、これら両方向の力を支
えるために開発された。ちなみに上載荷重のみを支える
場合には従来のＰＣパイルや高温高圧蒸気養生されたコ
ンクリートパイルでよい。この理由は横力が掛るとパイ
ルには曲げ力となって力が発生ずるが上記ＰＣパイル等
では曲げ力に非常に弱いパイルで、使用に供さない。

しかしこの発明の製法によってえられるパイルは、この
曲げ力を強化する目的で開発されたものである。すなわ
ち、曲げ力が掛るとパイル内部にはパイル長手方向軸を
中心に、相対する面で圧縮力と引張力となって力が発生
している。

コンクリートの特性をみると圧縮力１に対し、引張力１
／１０〜１／１３と、引張力が非常に弱い特性をもって
いるのでこの弱い部分を補強すればよく、このために外
殻を鋼管で覆うことで解決している。すなわちパイルに
はいずれの方向から横力が掛るか判らず、方向性のない
形状すなわち円であり、方向性のない補強すなわち鋼管
被覆が必要である。では、この補強する目的で決められ
る外殻鋼管の仕様となると、パイルに期待する曲げ力に
匹敵する量すなわち厚さを決めればよい。パイルには前
、記の通り、上載荷重と横力が同時に作用する条件を考
え、またコンクリートと鋼の許容応力度を決めれば設定
できる０ここで一つの制約条件としてパイルの肉厚の規
制がある。

すなわち、この発明の製法によってえられるパイルは単
独で使用される場合とパイルが長尺化した場合、経済性
を考慮し、在来の安価なコンクリートパイルとジヨイン
トして使用される場合があるが、特に後者の場合が多く
、これらを考えると施工時打込まれる場合等、荷重伝達
の滑かさを計るため、あるいはこのパイルのみ肉厚を増
しても、コンクリートパイル肉厚以上は不必要であるこ
とから、仕様もコンクリートパイルなみの肉厚とする必
要がある。そこでその鋼管の外径を３００１Ｒ〜６００
朋とした。この中で、鋼管が有効に働く厚みを設定すれ
ばよい。

前記の条件の内、パイルに掛る曲げ力を考えた場合、地
震力の多発地帯で、しかも相当大きな地震が発生する場
合等を考え、日本建築学会では建築基礎構造設計規準を
設定し、その曲げ力の算定方法や大きさを決め、設定に
反映されるよう規準を決めている。これらによると通常
上載荷重１に対し、横力は０．２程度発生するとなって
いるが地盤条件、上部構築物の形状等により、０．１〜
０．４程度の割合でパイルに力が発生することになる。

今、各パイル径の１本当りの標準的載荷重を示すと次の
ようになり、横力も下記のとおりとなる。

パイル外径　上載荷重（Ｗ）　横力（ｗｘＯ，１〜０．
４）３００ｍｉ　４０ｔｏｎ　４〜１　６ｔｏｎ４００
ｍｍ　７０ｔＯｎ　７〜２８ｔＯｎ５００ｍｍ　１００
ｔｏｎ　１．０〜４　Ｑ　ｔｏｎ６００ｍｍ　１３０ｔ
ｏｎ　１３〜５２ｔｏｎこれら横力がパイルに作用した
とき、パイルに発生する曲げ力は前記学会規準等による
と下記のような式がある。

βは地盤性状により決る定数である。

前記のパイルに掛る横力を上式に算入すると曲げ力が計
算でき、これがパイルに発生する曲げ力であり、これに
抵抗でき得るパイルでなければならない。必要な曲げ抵
抗が決れば、あとはパイル本体の設計すなわち鋼管厚を
決めればよい。

ところで実用品については鋼管の腐食を考える必要があ
る。すなわちパイルは通常８０年耐用を考え、この間に
腐食してなくなる量（大体２　Ｉｌｌ　）を加算してお
く必要がある。

以上を考慮し、第６図、第４図に示す曲げ力と上載荷重
が同時に作用したときのグラフ（許容Ｍ−Ｎ図）より鋼
管厚は４．５龍〜１６．０ｉｉｚが必要とされ、それ以
外のものは設計上必要がないことになる。

第５図は同径（φ５０　ｇ　ｘｘ　）のパイルにおける
従来例とこの発明の製法によってえられたパイル（鋼管
肉厚ｔ＝９１１．コンクリート肉厚７１ｍｍ）の許容Ｍ
−Ｎ図である。ところで、パイルに作用する力は常時に
あっては軸力だけを問題にすれば足りるが、地震時には
軸力に加えて横力が作用して曲げモーメントが生ずる。

また地震時には、常時軸力を「１」とすると「０〜２」
の範囲で軸力が変動するとされている。そして５００朋
の径のパイルは軸力として設計上１００ｔまで認められ
るところより、パイル１本に１００ｔの軸力が作用する
。そして地震時に線分Ｘに示される常時軸力の０〜２倍
の範囲すなわち０〜２００ｔの間を変動し、曲げモーメ
ントは略３０ＴＭが作用する。したがって、５００朋の
径のパイルに軸力１００ｔを負担させてよいかどうかは
線分Ｘが、図の三角形内に納まるかどうかをみればよい
が、鋼管パイルの場合厚さｔ＝１２ｍｇでも圧縮力に耐
えられないのに対して、この発明の製法によってえられ
るパイルは三角形の頂点が理想的な位置にあり、パイル
の能力を目一杯に活用できる。すなわち曲げ力と軸力の
同時の作用に対して最も効果的に対処できる。

また、第６図は径が４００ＩＩｍにおけるこの発明の製
法によってえられるパイルと従来のパイルとのＭ−たわ
み図である。そ、してこのパイルは原点から立上る直線
の勾配で示される弾性率また曲線の右方へ伸びることで
示される１ねぼり”と曲げ耐力の何れにおいても格段の
性能を示している。

さらにこの発明の製法によれば鋼管とコンクリートを一
体化させているので繰返し荷重が作用しても剛性の低下
がない。すなわち鋼管とコンクリートが一体化されてな
いと鋼管の曲げｌこよってコンクリート層の外表面に鋼
管内面が部分的、例えば線接触に近い状態で圧接され、
コンクリート、層に亀裂が蓄積されて順次剛性、曲げ耐
力が低下するのに対してこの発明のものはそのような恐
れがない。

ところで、この発明は遠心力成型および高温高圧蒸気養
生工程を経て製作されるコンクリートの配合はセメント
２００〜６００重量部、細骨材および粗骨材１６００〜
２１００重量部、および水からなる配合が最適である０
セメント２００重量部以下では十分なコンクリート強度
は確保しにくいし、セメント６００重量部以上添加して
もコンクリート強度はわずかじか増加しないので大変不
経済である。また細骨および粗骨材１６００重量部以下
では不経済であり、２１００重量部以上では遠心力型に
よる成型性が良好でなく従って強度も低下する。

また上記粗骨材としては主として河川砂利と砕石とがあ
るが河川砂利よりも砕石を用いた方がコンクリート強度
は高くなる。

またこの発明の製法によってえられるパイルは、コンク
リート層の鉄筋がなくて十分耐震パイルの性能をもたら
したので、鉄筋のコスト低減だけでなく、製造工程上あ
るいは製品であるパイルの施工上、幾多の利点をもたら
すことができる。すなわち、製造工程上は鉄筋篭の編成
、鉄筋篭の鋼管内への挿入、鉄筋の緊張等の工程を省略
できる。さらに、鉄筋が存在する場合には遠心成形に際
し、鉄筋の裏側に空隙部を生じる恐れがあり、強度的に
好ましくないが、この発明では鉄筋を用いないので、コ
ンクリート層に空隙を生ぜず、しかも理想的な締め固め
が可能となり、膨張力の逃げ場がないので力を有効に活
用でき、鋼管とコンクリートが強固に一体化される。

また、製品の施工上は、この発明の製法によってえられ
るパイルは鉄筋を省いたので、くい頭処理が大変容易と
なった。くい頭を切り揃える場合、有筋であれば、鋼管
を２ケ所以上切断して鋼管をはがし、コンクリート表面
を出したのち、コンクリートを破壊して取り除き、鉄筋
だけを残したのちさらに軸筋を切断するという工程をと
らざるをえないが、この発明の製法は鉄筋を省略できた
ので、鋼管をガス溶断したのち折り曲げるだけで簡単に
くい頭を切り揃えることができる。

鋼管コンクリートパイルにおいて、このように鉄筋の省
略が可能となったのは、この発明が膨張材を用い、これ
が高温高圧蒸気養生等信の技術的要素と相俟つことによ
るものである。

以上の通り、この発明は鋼管とコンクリートの一体化、
十分なコンクリートの圧縮強度とコンクリートの厚さの
確保ζこよって従来例の何れのパイルよりも勝れた性能
向上をなすとともに、特に曲げモーメントに加えてその
値を変動する軸力が作用する場合に、それのＭ−Ｎ図が
パイルの能力を目一杯、すなわち合理的に活用できる。

さらに繰返し荷重にも耐え耐震パイルとして完成された
性能をもたらすことができた。

この発明は以上の構成からなり、引張力に著しく強い鋼
と、圧縮力に著しく強いコンクリートとの両者の長所を
そのまま取入れたものとなり、かつ前記数値限定の結果
所謂１既製ぐい”としては完成された性能のパイルであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明によってえられる鋼管コンク
リート複合中空パイルの横断面図と一部断面で示した正
面図、第５図はパイル径が３００１ｇの許容Ｍ−Ｎ図、
第４図はパイル径が６００１ｍの許容Ｍ−、−Ｎ図、第
５図、第６図は従来例との比較を示したＭ−Ｎ図および
Ｍ−たわみ図である。 １・・鋼管、２・・コンクリート層、３・・継手端板。 第　５　図 曲げモーメ／ト 第　６　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　円環状断面で、外層が鋼管であり、内層をセメ
   ント２００〜６００重量部、粗骨材としての砕石を含む
   骨材１６００〜２１００重量部および膨張性混和剤を含
   むコンクリート原料を遠心成形ののちオートクレーブ養
   生して圧縮強度が８　ｏ　ｏ　Ｋ１７ｃｍ２以上の無筋
   コンクリート層とし、かつ鋼管とコンクリートとを密着
   して一体化することを特徴とする鋼管コンクリート複合
   中空パイルの製法。