JP2002061422A

JP2002061422A - 鋼管柱基部構造体

Info

Publication number: JP2002061422A
Application number: JP2000246256A
Authority: JP
Inventors: Susumu Mizukami; 進水上; Tadanori Kodera; 惟敬小寺; Hisanao Nakahara; 久直中原; Yoshiharu Iwashita; 義春岩下
Original assignee: Kawatetsu Techno Research Corp; Kawatetsu Steel Pipe Co Ltd
Current assignee: JFE Techno Research Corp; JFE Steel Pipe Co Ltd
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2002-02-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】立設する鋼管柱の基部を構成する鋼管柱基部
構造体に関し、鋼管柱の基部における破断・折損を防止
する。【解決手段】鋼管柱基部構造体が、鋼管柱１と、該鋼
管柱１を支持し、かつ、所要数のアンカー取付穴６を有
するベースプレート５と、該ベースプレート５に直立
し、前記鋼管柱１の円周方向に少なくとも４箇所以上設
けられ、前記鋼管柱１を補強する縦リブ４と、該縦リブ
４の少なくとも上端部近傍において、前記鋼管柱に巻着
してなる外装管１０と、から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立設する鋼管柱の
基部構造体に関し、特に街路や高架道路などの道路の路
傍、または、公園などに設置し、照明用および標識用や
カメラ、マイクロフォン、スピーカ等の設備設置用等と
して適用される鋼管柱の基部構造体に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管柱の基部には、風力、交通振動など
によって横方向への繰り返しの応力が加えられる。その
応力に対抗して鋼管柱の倒壊を防ぐため、補強材として
所要数の縦リブが設けられている。鋼管柱は、数メート
ルの高さ位置に照明灯や標識等の比較的軽量の設備を保
持するものであり、その外径は概ね５〜50cm程度とされ
る。

【０００３】また、鋼管柱は、一般用の建築用構造部材
とは異なり、上方からの大きな荷重が掛からないため、
たとえば（社）建設電気技術協会の道路照明器材仕様書
等の基準に定められるように、肉厚３〜６mm程度のもの
が使用されている。一般に、鋼管柱は風雨に曝される場
所で使用されるため、風力や交通振動などによって横方
向への荷重が掛かったときに、その基部において折損し
倒壊することのないように十分な強度を保持できる設計
がなされている。また、一般的に、鋼管柱の外径は１／
100 〜１／75程度のテーパが設けられ、先端を先細りと
したテーパ管とされている。

【０００４】従来の鋼管柱の基部構造体の代表的な例を
図６に示す。図６に示すように、鋼管柱１の底部には、
鋼管柱１を支持するベースプレート５が設けられる。こ
こで、鋼管柱１は、例えば、ベースプレート５に穿設さ
れた穴に嵌挿され、2bで示す箇所を円周方向に溶接して
接合される。ただし、鋼管柱１とベースプレート５の接
合方法としては、鋼管柱１の底部とベースプレート５の
上面を溶接接合するようにしてもよいことは言うまでも
ない。

【０００５】また、ベースプレート５には、設置・固定
のため所要数のアンカー取付穴６が穿設されている。さ
らに、ベースプレート５から鋼管柱１の下端部にかけて
は、縦方向に所要数の縦リブ４が配設されている。この
縦リブ４は、鋼管柱１にかかる四方からの荷重に耐える
構造とする必要があることから、鋼管柱の円周方向等間
隔に少なくとも４個、場合によっては６ないし８個設け
られる。なお、縦リブ４と、鋼管柱１およびベースプレ
ート５とは、溶接接合されるのが一般的である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、風力や
交通振動などによって常時、繰り返してかかる横荷重の
ため、長年の使用によって、特に縦リブの上端溶接部
（図６に示す2aの位置）に疲労に基づく亀裂が発生する
可能性が高いという問題があった。これは、鋼管柱に横
荷重がかかると、それによって発生する応力が、この上
端の溶接部2aに集中し、縦リブ上端部の隅肉溶接止端部
である溶接部2aが応力集中部３となってしまうためであ
る。

【０００７】本発明は、鋼管柱の基部に設けた縦リブ近
傍に発生する応力集中を緩和し、疲労等に基づく亀裂の
発生を防止し、鋼管柱の耐久性向上を可能とした鋼管柱
基部構造体の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋼管柱の
基部に設けた縦リブ近傍に発生する応力について、ＦＥ
Ｍ（有限要素法）を用いた数値解析を実施した。その結
果、縦リブ上端部には、縦リブのない場合に比べて約４
倍程度の応力集中が発生することが明らかとなった。

【０００９】しかも、このような縦リブ上端部は、通
常、溶接部でもあるため、上記の応力集中が発生し、溶
接欠陥がある場合には、その応力集中に起因して亀裂が
発生しやすくなる。また、溶接欠陥が無い場合であって
も、応力が繰り返しかかる結果、疲労破壊が生じる可能
性が高くなるのである。このような応力集中は、すでに
説明したように鋼管柱基部の構造に由来することが知ら
れている。

【００１０】本発明者らは、鋼管柱基部構造体の補強構
造を工夫することで、応力集中を緩和して疲労破壊の発
生を大幅に低減できることを見いだした。また、溶接部
に応力集中が発生しないように、溶接部と応力集中部の
位置をずらせることが好適であることを見いだした。す
なわち、本発明は、立設する鋼管柱の基部を構成する鋼
管柱基部構造体であって、鋼管柱と、該鋼管柱を支持
し、かつ、所要数のアンカー取付穴を有するベースプレ
ートと、該ベースプレートに直立し、前記鋼管柱の円周
方向に少なくとも４箇所以上設けられ、前記鋼管柱を補
強する縦リブと、該縦リブの少なくとも上端部近傍にお
いて、前記鋼管柱に巻着してなる外装管と、から構成さ
れていることを特徴とする鋼管柱基部構造体とすること
で上記課題を解決したのである。

【００１１】ここで、前記外装管の肉厚は、鋼管柱の肉
厚をｔとして、0.5 〜2.0 ｔの範囲とすることを好適と
する。すなわち、外装管と鋼管柱の肉厚を合わせると、
1.5〜3.0 ｔとすることを好適とする。また、前記外装
管の長さとしては、少なくとも縦リブ上端部位置から上
方に15ｔ、下方に５ｔの範囲とすることを好適とする。
ただし、外装管の下端がベースプレート上まで延伸され
てもよいことは言うまでもない。

【００１２】さらに、前記縦リブは、ベースプレートに
溶接接合されるとともに、鋼管柱に溶接接合される構造
とすることを好適とする。この場合、鋼管柱に巻着した
外装管には切り欠き部を設けておき、その切り欠き部に
縦リブ上端部を位置させるとともに、該縦リブ上端部の
切り欠き部に位置する部分であって、縦リブの上端位置
から所定長部分について、縦リブの高さを外装管の厚み
と等しくし、それよりも下方の高さを徐々に高くするこ
とを好適とする（図３を参照）。図３に示すように、こ
のように外装管10と縦リブ４を配設することで、縦リブ
４の上端部の隅肉溶接止端部である溶接部2aと、実際の
応力集中部3aの位置をずらせることが可能となる。

【００１３】なお、前記縦リブを鋼管柱に接合するので
はなく、あらかじめ鋼管柱に巻着して接合しておいた外
装管に接合するようにしてもよいものであることは言う
までもない。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の鋼管柱基部構造体の好適
な実施の形態を、図１から図３のそれぞれに基づいて説
明する。図１は、鋼管柱１に外装管10を巻着し、その外
装管10の外面に縦リブ４を付設した構造の鋼管柱基部構
造体を示す部分断面図である。ここで、図の左半分を断
面図として示している（以下、図３まで同じ。）。

【００１５】外装管10は、ベースプレート５に穿設され
た穴部に嵌着され、2c箇所で円周方向に溶接接合されて
いる。そして、鋼管柱１と外装管10とは、2d、2e箇所で
円周方向に溶接接合されている。縦リブ４と外装管10お
よびベースプレート５は所要の箇所が溶接接合されてい
るが、後の説明に必要となる縦リブ上端部の溶接箇所2a
のみを記載し、他の溶接箇所についての符号の記載は省
略している（以下、図３まで同じ。）。

【００１６】なお、本記載では、各部材の接合方法を溶
接接合として説明しているが、これに限定されるもので
はなく、ボルト接合など他の接合方式を用いて接合して
もよいことは言うまでもない。本発明では、図１に示す
ように、外装管10を適用することで縦リブ４上端部近傍
における鋼管柱１の肉厚を相対的に厚くすることができ
る。その結果、縦リブ４上端部に発生する応力集中部３
での応力の軽減および応力集中の緩和が可能となるので
ある。

【００１７】ここで、鋼管柱の外面に外装管を巻着し、
見かけ上鋼管柱の肉厚を厚くすることをダブリングと呼
ぶ。このダブリングの方式としては種々の方式があり、
図２の場合は、鋼管柱１とベースプレート５とを2b部で
接合し、さらに、鋼管柱１とベースプレート５に所要数
の縦リブ４を接合して補強を行い、その縦リブ４の上端
部近傍に外装管10を巻着しダブリングすることも行われ
る。鋼管柱１と外装管10とは、2e、2f箇所で溶接接合さ
れている。

【００１８】このようにしてダブリングを行うことで、
縦リブ４上端部の溶接箇所2a、すなわち、応力集中部３
に集中する応力を分散して緩和することとなり、破断の
防止が実現できる。ダブリングは、応力集中部である縦
リブ上端部位置の近傍に形成することを好適とし、ダブ
リング後の肉厚は、元の鋼管柱の肉厚ｔに対し、1.5 ｔ
〜3.0 ｔとすることを好適とする。

【００１９】ここで、ダブリング後の肉厚が1.5 ｔ未満
では、まだ応力集中が２倍以上あり、あまり応力集中緩
和の効果がでない。また、ダブリング後の肉厚を3.0 ｔ
を超えた肉厚としても、応力集中緩和の効果にほとんど
変化が認められなくなり、材料コストの面から不利とな
る。一方、ダブリングの高さ方向上端部は、縦リブ上端
部位置から上方へ15ｔ〜50ｔ程度の範囲内で形成するこ
とが好ましい。15ｔ未満では応力集中部での応力集中が
２倍以上となり、応力集中緩和の効果があまり認められ
ない。また、上方に50ｔを超えてダブリングを形成して
も応力集中緩和の効果があまり変化しないため、材料コ
ストの面で不利となるからである。

【００２０】ダブリングの高さ方向下端部は、縦リブ上
端部位置から下方へ５ｔ以上とすることを好適とする。
５ｔ未満とすると、応力集中部での応力集中が２倍以上
となり、応力集中緩和の効果があまり認められないから
である。なお、ダブリングの下端部は、鋼管柱の下端ま
で延伸し、ベースプレートと接合するようにしても良い
ことは言うまでもない。

【００２１】次に、図３の場合について説明する。図３
は、図２に対し、縦リブ４の形状に特徴がある。すなわ
ち、縦リブ４の上端部の鋼管柱１外面からの高さを、上
端位置から所定長は外装管10の厚さに等しくし、それよ
りも下方で徐々に高さを高くするようにしている。この
ように縦リブ４を構成すると、縦リブ上端の溶接部2aに
は応力が集中しなくなり、外装管10よりも縦リブ４の高
さが高くなる部分（すなわち、図３の3a部）に応力が集
中し、応力集中部となるのである。

【００２２】そのため、縦リブ４の上端部溶接箇所2aと
応力集中部3aとをずらせることができ、比較的弱い部分
である溶接部に応力を集中させないという特段の効果を
得ることができる。以上で説明した本発明の鋼管柱基部
構造体は、図４と図５に示すような各構造に分類するこ
とができる。

【００２３】図４は、鋼管柱１の外面に外装管10をダブ
リングし、その外側に縦リブ４を配設する構造である。
ここで、図４（ａ）は、外装管10がベースプレート５ま
で延伸され、ベースプレートに接合した構造であり、図
４（ｂ）は、外装管10がベースプレート５まで延伸しな
い場合の構造である。なお、図４（ｂ）の場合、ダブリ
ングの下端部が鋼管柱下端までないため、縦リブと鋼管
柱とが接合されない部分が生じる。しかしながら、鋼管
柱と外装管、外装管と縦リブがそれぞれ接合されていれ
ば、鋼管柱基部構造体の強度として特に問題となること
はない。

【００２４】一方、図５は、鋼管柱１の外面に縦リブ４
を接合して配設し、その後、外装管10を用いてダブリン
グを行った構造である。ここで、図５（ａ）は、外装管
10がベースプレート５まで延伸され、ベースプレートに
接合した構造であり、図５（ｂ）は、外装管10がベース
プレート５まで延伸しない場合の構造である。以上、い
ずれのダブリング構造においても同様の効果を得ること
ができる。

【００２５】また、以上では、外装管を適用したダブリ
ング構造について説明したが、ダブリングに代えて鋼管
柱の該当部の肉厚を厚くしても同等の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】本発明によって、従来ウィークポイント
であった縦リブ上端部での応力集中を大幅に緩和するこ
とが可能となり、当該部分での破断・折損事故を激減す
ることができた。これにより、鋼管柱の耐久性向上を可
能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鋼管柱基部構造体の一例を示す部分断
面図である。

【図２】本発明の鋼管柱基部構造体の一例を示す部分断
面図である。

【図３】本発明の鋼管柱基部構造体の一例を示す部分断
面図である。

【図４】縦リブが外装管に接合されている場合の本発明
の実施の形態を模式的に示す部分断面図である。

【図５】縦リブが鋼管柱に接合されている場合の本発明
の実施の形態を模式的に示す部分断面図である。

【図６】従来の鋼管柱基部構造体の模式図である。

【符号の説明】

１鋼管柱 2a〜2f 溶接部３、3a 応力集中部４縦リブ５ベースプレート６アンカー取付穴 10 外装管（補強リング）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小寺惟敬千葉県千葉市中央区新浜町１番地川鉄鋼管株式会社内 (72)発明者中原久直千葉県千葉市中央区川崎町１番地川鉄テクノリサーチ株式会社内 (72)発明者岩下義春千葉県千葉市中央区川崎町１番地川鉄テクノリサーチ株式会社内Ｆターム(参考） 2E125 AA04 AB17 AC16 AG03 AG31 AG32 AG43 BB08 BB30 BD01 BE08 BF01 CA04 EA00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立設する鋼管柱の基部を構成する鋼管柱
基部構造体であって、鋼管柱と、該鋼管柱を支持し、か
つ、所要数のアンカー取付穴を有するベースプレート
と、該ベースプレートに直立し、前記鋼管柱の円周方向
に少なくとも４箇所以上設けられ、前記鋼管柱を補強す
る縦リブと、該縦リブの少なくとも上端部近傍におい
て、前記鋼管柱に巻着してなる外装管と、から構成され
ていることを特徴とする鋼管柱基部構造体。