JP2002081079A - 支承構造および構造物 - Google Patents
支承構造および構造物Info
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Abstract
より効果的かつ合理的に応力を伝達できるような支承構
造、および、このような支承構造が用いられた構造物を
提供する。 【解決手段】 地盤内に鉛直に打設したPHC杭12の
上端縁に、PHC杭12の中心軸線Va上の一点を曲率
中心O1とした第一の仮想球面Sv1と同一面をなすよ
うな平面視円環状の第一の球面滑り面19を形成した。
そして、上部構造13の下面のうち、PHC杭12の上
端縁に対向する部分に第二の球面滑り面22を形成し、
さらに、これら第一および第二の球面滑り面19,22
同士の当接面を介して、上部構造13とPHC杭12と
の間の応力伝達が行われるようにした。
Description
状部材の端縁部に対向配置された構造部材との間に設置
される支承構造およびこのような支承構造を有する構造
物に関するものである。
材を接合する場合に、両者間の相対変形や相対回転を許
容するために、ピン支承やローラー支承が採用されてい
る。中でもピン支承は接合部において曲げ応力を伝達し
ないで軸力やせん断力を伝達できるために、多くの構造
物で採用されている。
に示すピン支承1においては、基礎杭2の杭頭2aに設
置された端板3上に、球座4が固定される一方、上部構
造5の下面に、球座4と嵌合可能な凹面6が形成され、
球座4および凹面6が凹凸嵌合することにより、これら
球座4および凹面6を介して応力伝達が行われるように
なっている。
では、基礎杭2などの接合される部材断面と比較して、
球座4の頂部4aなどのわずかな接触面積で応力伝達す
るために、この部分に大きな支圧応力が生じることとな
る。また、一般的に、このようなピン支承1は、基礎杭
2の断面の中央位置に配置されるために、図中に示すよ
うに基礎杭2がPHC杭などの管状部材である際に、球
座4と凹面6との接触部において、軸力を外→内に集
め、再び球座4によって基礎杭2の端縁に分散するとい
う非効率な力学メカニズムとなっていた。
する部分においても、断面中央部のわずかな領域のみに
かなりの支圧応力度が発生することになり、鋼材に比較
して許容支圧応力度の小さいコンクリート部材を使用す
ると支圧耐力が不足する場合もあった。そこで、軸力を
支承部で中央1ヶ所に集めて再び部材の外周まで振りま
くといった従来の非効率的なメカニズムを超越した、よ
り効果的な支承のメカニズムが求められていた。
たものであり、PHC杭などの管状部材と他の構造部材
の接合部において、より効果的かつ合理的に応力を伝達
できるような支承構造、および、このような支承構造が
用いられた構造物を提供することを課題とする。
に本発明においては以下の手段を採用した。請求項1記
載の支承構造は、管状部材と、該管状部材の端縁部に対
向配置された構造部材との間に設置される支承構造であ
って、前記管状部材は、鉛直に配置され、前記管状部材
の端縁部は、該管状部材の中心軸線上の一点を曲率中心
とした仮想球面と同一面をなす平面視円環状の第一の球
面滑り面として形成され、前記構造部材のうち前記管状
部材の端縁部に対向する部分に第二の球面滑り面が形成
され、前記第一および第二の球面滑り面同士の当接面を
介して、前記管状部材および前記構造部材の間の応力伝
達が行われることを特徴としている。
いては、円環状の第一の球面滑り面を介して応力伝達が
行われることとなり、管状部材に応力をダイレクトに伝
達することができる。
の支承構造であって、前記第一および第二の球面滑り面
のうち、一方は、凸状に形成され、同他方は凹状に形成
されるとともに、前記一方に比較してその曲率半径が同
一またはそれ以上となるように形成されていることを特
徴としている。
は2記載の支承構造であって、前記管状部材は、前記管
状部材本体と、該管状部材本体と同一の平面形状をなす
とともに、その上端縁に固定される環状部材により形成
されていることを特徴としている。
状部材とを異なる材料により形成することができる。
3のいずれかに記載の支承構造であって、前記第一およ
び第二の球面滑り面のうち、いずれか一方または双方
は、平面視した場合に互いに分離した複数の滑り面によ
って形成されていることを特徴としている。
の支承構造であって、前記第一および第二の球面滑り面
は、それぞれ、前記管状部材の中心軸線上の同一の一点
を曲率中心とした互いに曲率半径の異なる仮想球面と同
一面をなす複数の前記滑り面を組み合わせることにより
形成されていることを特徴としている。
5のいずれかに記載の支承構造であって、前記管状部材
は、基礎杭として形成され、前記構造部材は、前記基礎
杭によって支持される上部構造の下面であることを特徴
としている。
礎杭によって支持された上部構造とを有する構造物であ
って、前記基礎杭は、管状に形成されるとともに、その
上端縁部が該基礎杭の中心軸線上の一点を曲率中心とし
た仮想球面と同一面をなす平面視円環状の第一の球面滑
り面として形成され、前記上部構造のうち前記基礎杭の
上端縁部に対向する部分に第二の球面滑り面が形成さ
れ、前記第一および第二の球面滑り面同士の当接面を介
して、前記基礎杭および上部構造間の応力伝達が行われ
ることを特徴としている。
ては、円環状の第一の球面滑り面を介して、上部構造か
ら基礎杭に対する応力伝達が行われることとなり、した
がって、PHC杭や鋼管杭などの管状の基礎杭に対して
軸力をダイレクトに伝達することができる。
支承構造であって、前記第一および第二の球面滑り面の
うち、一方は、凸状に形成され、同他方は凹状に形成さ
れるとともに、前記一方に比較してその曲率半径が同一
またはそれ以上となるように形成されていることを特徴
としている。
8記載の構造物であって、前記基礎杭は、前記基礎杭本
体と、該基礎杭本体と同一の平面形状をなすとともに、
その上端縁に固定される環状部材により形成されている
ことを特徴としている。
状部材とを異なる材料により形成することができる。
9のいずれかに記載の構造物であって、前記第一および
第二の球面滑り面のうち、いずれか一方または双方は、
平面視した場合に互いに分離した複数の滑り面によって
形成されていることを特徴としている。
載の構造物であって、前記第一および第二の球面滑り面
は、それぞれ、前記管状部材の中心軸線上の同一の一点
を曲率中心とした互いに曲率半径の異なる仮想球面と同
一面をなす複数の前記滑り面を組み合わせることにより
形成されていることを特徴としている。
面に基づいて説明する。図4は、本発明の一実施の形態
を模式的に示す図であり、図中、符号11は、建物(構
造物)を示す。この建物11は、地盤G内に鉛直に打設
されたPHC杭(基礎杭)12と、PHC杭12によっ
て支持された上部構造13とからなるものであり、これ
らPHC杭12および上部構造13の間には、応力の伝
達を行うための支承構造14が備えられた構成となって
いる。
たものである。図中に示すように、支承構造14は、P
HC杭12の上端縁を構成する環状部材15と、上部構
造13の下面に設けられるとともに環状部材15に対向
配置された構造物支持部材16とを互いに当接させるこ
とにより形成されている。
本体17の上端縁17aに設置された端板18の上面に
対して固定されるものであり、図2に示すように、平面
視円環状に形成されている。さらに、図1に示すよう
に、環状部材15は、その上面15aが、PHC杭12
の中心軸線Va上の一点を曲率中心O1とした第一の仮
想球面Sv1と同一面をなす第一の球面滑り面19とし
て形成されている。
ように、その下面16aが、凹状に形成された凹面20
として形成されている。凹面20は、その中心部に形成
された平面部21と、平面部21の外周に形成されると
ともに、構造物支持部材16の中心軸線Va上の一点を
曲率中心O2とした第二の仮想球面Sv2と同一面をな
すような第二の球面滑り面22とを有する構成となって
いる。
の上方に構造物支持部材16を被せるように配置するこ
とによって、凸状に形成された第一の球面滑り面19
と、凹状に形成された第二の球面滑り面22を互いに当
接させ、この当接面を介して上部構造13からPHC杭
12へ軸力が伝達できるようになっている。
C杭12を工場製作する際に、端板18上に環状部材1
5を溶接により取り付けておく、そしてこのようなPH
C杭12を現場に搬入し、地盤G内に打設するととも
に、このPHC杭12の上端縁を構成する環状部材15
の上方に、構造物支持部材16を載置する。さらに、こ
の上に、構造物支持部材16と一体化させて上部構造1
3の基礎コンクリートを打設して、構造物支持部材16
を上部構造13に固定する。さらに、上部構造13の
内、基礎コンクリートより上方の部分を構築することに
より、図4に示したような建物11の構造を得る。な
お、PHC杭12と環状部材15との接合方法として
は、上記の溶接以外にも、端板18にタップネジ山を設
けたり、端板18上にスタッドボルトを打つことによ
り、環状部材15と端板18とをボルト接合する方法が
ある。
ば、軸力が第一および第二の球面滑り面19,22の間
に形成されることとなる円環状の当接面を介して伝達さ
れるために、従来のピン支承が球面の中心で点接触状態
で軸力を伝達していたのに比べて、軸力伝達範囲が広く
なり、支圧応力の分散も容易となる。特にRC系部材に
支承構造14が取り合う場合には、支承構造14に取り
合う部位での支圧応力度が小さくなることから、この部
分を高強度部材としなくてもよくなり、施工コストの削
減を図ることができる。
であるPHC杭12の上端縁に形成されるために、軸力
を負担するPHC杭12の杭本体17に直接的に、か
つ、円滑に軸力を伝達することができ、応力伝達がスム
ーズとなり合理的な接合部を形成することができる。つ
まり、従来のように、支承中央部にいったん軸力を集め
て再度周辺に応力分散する場合には、応力伝達経路が長
くなり、ベースプレート等に過大な応力を生じさせるこ
とになり、コストアップを招く非効率的な断面となって
いたが、本実施の形態によれば、そのようなことがな
い。
第一の球面滑り面19に、球座中央部の接触部分が無い
ため、支承高さを全体として低減することができ、設置
性がよいとともに、設計の自由度を向上させることがで
きる。
比較して接触曲面の形状をわずかに変えただけの単純な
構成であるために、鋳造などで容易に成形することがで
き、ローコストに、かつ、特別な材料や特殊な技能を要
さずに、一般的な鋼材(鋳鋼や鋳鉄等)と通常の加工で
製造することができる。
22における曲率半径を小さくすることで、これらの水
平面に対する傾斜角を大きくとることができ、環状部材
15と構造物支持部材16との間に伝達されるせん断力
の処理を容易化することができる(この水平面からの傾
斜角が小さい場合には、当接面において滑ってしまうこ
ともあり、ピン機構としてのせん断力伝達機能を果たせ
なくなってしまう。)。特に、従来の中央接触型のピン
支承では、せん断力を良好に伝達できるように曲率半径
を小さくすると、支承の高さが大きくなってしまう問題
点があったが、本実施の形態によれば、球座中央に接触
面がないため、このようにしても、支承の高さを低減す
ることができ、支承構造14の設置性や建物11の設計
の自由度を確保することができる。
杭12の杭頭に設けられるために、従来と異なり、杭主
筋のアンカーが不要であり、支承構造14を直接に基礎
と一体化すればよいので、杭と建物の基礎を接合するた
めのフーチングが必要とならず、コストダウンと工期短
縮が図れる。
建物11を施工するにあたって、現場での特殊な道具や
技能を要求されず、熟練技能者でなくても作業できるた
めに、施工コストの削減を図ることができる。
17の上端縁に環状部材15を固定することにより、第
一の球面滑り面19を形成するようにしたために、杭本
体17の材質に関わらず、第一の球面滑り面19に適切
な材料を選択することができ、汎用性が高い。
趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用するようにし
てもよい。例えば、上記実施の形態において、PHC杭
12に代えて、鋼管杭を採用するようにしてもよい、ま
た、支承構造14は、基礎杭の上端に設けられて上部構
造からの軸力を伝達するのみのものでなく、管状の柱
(box柱など)の下端に設けられて、柱の軸力を下部構
造に伝達するためのものであってもよい。この場合、柱
の下端部に環状部材15が設けられ、下部構造の上面に
構造物支持部材16が設けられることとなる。
球面滑り面19が凸面として、第二の球面滑り面22が
凹面として形成されていたが、これに限らず、第一の球
面滑り面19を凹面として、第二の球面滑り面22を凸
面として形成するようにしてもよい。
球面滑り面19および第二の球面滑り面22の曲率半径
は同一であってもよいが、凸状に形成された第一の球面
滑り面19に比較して、凹状に形成された第二の球面滑
り面22の曲率半径がわずかに大きい方が環状部材15
および構造物支持部材16間が良好に滑動することがで
きる。
15および構造物支持部材16の材料は特に限定される
ものでないが、安価に所定形状を形成できるダクタイル
鋳鉄や鋳鋼が好適であると考えられる。また、第一およ
び第二の球面滑り面19,22において、摩擦抵抗を低
減するためにフッ素樹脂を使用することもできるが、実
用的には、鋳鉄の鋳放し(鋳型から取り出したまま使
用)でも十分な性能が得られる。この場合は、支承構造
14は、完全なピン支承とはならず、やや摩擦抵抗によ
る曲げモーメントを負担することとなるが、支承を固定
とした場合と比較すると、発生する応力は桁違いに小さ
く、工学的にはピン支承に近いものとなる。また、詳細
な検討の際には、支承構造14の回転剛性を評価するこ
とで、接合部の挙動を正確に把握することが可能であ
る。
15および構造物支持部材16をボルトにより締結する
ことで、支承構造14に引張力が作用した際に浮き上が
りを抑制することができる。この場合、環状部材15の
内側の孔部24(図1参照)をボルトを配置するために
利用することができる。
HC杭12に固定され、他端が上部構造13に固定され
るとともに、中央部が環状部材15および構造物支持部
材16を貫通するようなアンカー部材を用いるようにし
てもよい。この場合には、アンカー部材自体がシヤーキ
ーとして機能してしまわないように、上部構造13およ
びPHC杭12内における支承構造14の近傍位置にお
いてアンボンド処理を行い、アンカー部材の曲げ剛性が
小さくなるようにする。このように浮き上がり防止を行
った場合、アンカー部材と環状部材15あるいは構造物
支持部材16とを接合しなくてもよいために、施工精度
への対応も容易となる。
持部材16を第二の球面滑り面22のみを残した環状の
形状とするようにしてもよい。このようにすることによ
り、構造物支持部材16を構成する鋼材量を低減するこ
とができ、コストダウンを図ることができる。
よび第二の球面滑り面19,22のいずれか一方または
双方は、必ずしも連続した球面である必要はなく、図5
(a),(b)に示すように平面視した場合に互いに分
離した複数の滑り面25,25,…(26,26,…)
により形成されていてもよい。
25,…の曲率中心O1からの距離(すなわち曲率半
径)は、必ずしも一致している必要はなく、互いに異な
っていてもよい。ただし、この場合には、それぞれの滑
り面25に対して当接することとなる滑り面26は、当
接対象の滑り面25と、その曲率半径が一致しているこ
とが必要である。また、各滑り面25(26)の曲率中
心は、PHC杭12(構造物支持部材16)の中心軸線
Va1上の同一の一点O1(O2)であることが必要で
ある。
べての支承構造14’において、応力を伝達すべき当接
面が、互いに一致する曲率中心O3を有する仮想球面S
v1’,Sv2’,…と同一面をなすような構成を採用
することも可能である。このような構成とすることで、
建物11’を曲率中心O3まわりにロッキング変位させ
ることが可能になる。
い範囲内で他の構成を採用するようにしてもよく、ま
た、上記したような変形例を適宜選択的に組み合わせて
採用するようにしてもよいのは言うまでもない。
軸力が第一および第二の球面滑り面同士の間に形成され
ることとなる平面視円環状の当接面を介して伝達される
ために、従来に比較して、軸力伝達範囲を広くすること
ができ、支圧応力の分散も容易となる。また、軸力を負
担する管状部材(基礎杭)に、直接的に、かつ、円滑に
軸力を伝達することができるので、応力伝達がスムーズ
となり合理的な接合部を形成することができる。これに
より、従来と異なり、支承中央部にいったん軸力を集め
て再度周辺に応力分散するようなことがなく、効率的な
断面を形成してコストアップを防ぐことができる。
り面の一方を凹状に、他方を凸状に形成するとともに、
凹状の滑り面の曲率半径を凸状のものの曲率半径以上と
することにより、優れた滑動性能を得ることが可能とな
る。
端縁に固定される環状部材とにより形成することによっ
て、第一の球面滑り面の材料に適切なものを選択するこ
とができ、汎用性を向上できる。
または双方を複数の滑り面により形成した場合、あるい
は、第一および第二の球面滑り面のそれぞれを、互いに
曲率半径の異なる仮想球面と同一面をなすように形成し
ても、同様の効果を得ることができる。
構造の分解立断面図である。
よび構造物支持部材の分解斜視図である。
た建物の立断面図である。
であって、(a)は、第一および第二の球面滑り面の平
面図、(b)は、同、立面図である。
物の立断面図である。
承の立断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 管状部材と、該管状部材の端縁部に対向
配置された構造部材との間に設置される支承構造であっ
て、 前記管状部材は、鉛直に配置され、 前記管状部材の端縁部は、該管状部材の中心軸線上の一
点を曲率中心とした仮想球面と同一面をなす平面視円環
状の第一の球面滑り面として形成され、 前記構造部材のうち前記管状部材の端縁部に対向する部
分に第二の球面滑り面が形成され、 前記第一および第二の球面滑り面同士の当接面を介し
て、前記管状部材および前記構造部材の間の応力伝達が
行われることを特徴とする支承構造。 - 【請求項2】 請求項1記載の支承構造であって、 前記第一および第二の球面滑り面のうち、一方は、凸状
に形成され、同他方は凹状に形成されるとともに、前記
一方に比較してその曲率半径が同一またはそれ以上とな
るように形成されていることを特徴とする支承構造。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の支承構造であっ
て、 前記管状部材は、前記管状部材本体と、該管状部材本体
と同一の平面形状をなすとともに、その上端縁に固定さ
れる環状部材により形成されていることを特徴とする支
承構造。 - 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の支承
構造であって、 前記第一および第二の球面滑り面のうち、いずれか一方
または双方は、平面視した場合に互いに分離した複数の
滑り面によって形成されていることを特徴とする支承構
造。 - 【請求項5】 請求項4記載の支承構造であって、 前記第一および第二の球面滑り面は、それぞれ、前記管
状部材の中心軸線上の同一の一点を曲率中心とした互い
に曲率半径の異なる仮想球面と同一面をなす複数の前記
滑り面を組み合わせることにより形成されていることを
特徴とする支承構造。 - 【請求項6】 請求項1から5のいずれかに記載の支承
構造であって、 前記管状部材は、基礎杭として形成され、前記構造部材
は、前記基礎杭によって支持される上部構造の下面であ
ることを特徴とする支承構造。 - 【請求項7】 基礎杭と、該基礎杭によって支持された
上部構造とを有する構造物であって、 前記基礎杭は、管状に形成されるとともに、その上端縁
部が該基礎杭の中心軸線上の一点を曲率中心とした仮想
球面と同一面をなす平面視円環状の第一の球面滑り面と
して形成され、 前記上部構造のうち前記基礎杭の上端縁部に対向する部
分に第二の球面滑り面が形成され、 前記第一および第二の球面滑り面同士の当接面を介し
て、前記基礎杭および上部構造間の応力伝達が行われる
ことを特徴とする構造物。 - 【請求項8】 請求項7記載の支承構造であって、 前記第一および第二の球面滑り面のうち、一方は、凸状
に形成され、同他方は凹状に形成されるとともに、前記
一方に比較してその曲率半径が同一またはそれ以上とな
るように形成されていることを特徴とする構造物。 - 【請求項9】 請求項7または8記載の構造物であっ
て、 前記基礎杭は、前記基礎杭本体と、該基礎杭本体と同一
の平面形状をなすとともに、その上端縁に固定される環
状部材により形成されていることを特徴とする構造物。 - 【請求項10】 請求項7から9のいずれかに記載の構
造物であって、 前記第一および第二の球面滑り面のうち、いずれか一方
または双方は、平面視した場合に互いに分離した複数の
滑り面によって形成されていることを特徴とする構造
物。 - 【請求項11】 請求項10記載の構造物であって、 前記第一および第二の球面滑り面は、それぞれ、前記管
状部材の中心軸線上の同一の一点を曲率中心とした互い
に曲率半径の異なる仮想球面と同一面をなす複数の前記
滑り面を組み合わせることにより形成されていることを
特徴とする構造物。
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---|---|---|---|---|
JP7473174B2 (ja) | 2020-06-01 | 2024-04-23 | システム計測株式会社 | 杭の免震構造 |
-
2000
- 2000-09-06 JP JP2000270607A patent/JP4446217B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP7473174B2 (ja) | 2020-06-01 | 2024-04-23 | システム計測株式会社 | 杭の免震構造 |
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