JP2003147864A - コンクリート充填鋼管の接合構造及び仕口部の補強構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑な補剛構造を簡略化又は省略して施工
性、景観性を向上させ、また、力学特性を向上させるコ
ンクリート充填鋼管の接合構造を提供する。 【解決手段】 コンクリートを充填した鋼管柱１の継手
部に、（孔開き）ジベル２及びダイヤフラム３を介在さ
せてコンクリートを充填するようにした。このようにす
ることで、補剛構造の簡略化が図れると共に力学特性の
向上化が図れ、また、外面溶接箇所を減らすことで品質
管理が容易でコスト的に有利となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリートを充
填した鋼管における継手部や仕口部の接合構造であっ
て、複雑な補剛構造を簡略化又は省略して現場施工性を
向上させると共に力学特性の向上させることができるコ
ンクリート充填鋼管の接合構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から塔状構造物における鋼管構造と
して、鋼管内にコンクリートを充填した鋼管コンクリー
ト構造（以下、コンクリート充填鋼管と記す）が採用さ
れている。このコンクリート充填鋼管の柱部の接合は、
現場作業によるフランジ継手（引張りボルト継手）や溶
接継手によって行われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンク
リート充填鋼管の接合部にフランジ継手を使用する場
合、図５に示すように、鋼管２０外面を補剛するために
多数のリブ２１を配置する必要があり、補剛構造が複雑
となると共に、鋼管２０内部に充填したコンクリートか
ら鋼管２０への応力伝達がないために多数の高張力ボル
ト（ＨＴＢ：High Tensile Bolt ）が必要となってい
た。

【０００４】また、コンクリート充填鋼管の接合部に溶
接継手を使用する場合、現場にて溶接を行うために、品
質管理が困難であると共にコスト的にも不利である。さ
らに、これらフランジ継手及び溶接継手では、補剛構造
の溶接箇所に疲労亀裂が生じる可能性が高い。また、コ
ンクリート充填鋼管自体については、コンクリート部分
での引張領域の抵抗が期待できない。

【０００５】一方、コンクリート充填鋼管の仕口部で
は、図５に示すように斜材２２の取付部であるガセット
２３の両端にリングプレート２４を溶接して補剛してい
るが、この仕口部においても、鋼管内部に充填したコン
クリートから鋼管２０への応力伝達がないため、前記ガ
セット２３にもリングプレート２４を溶接する必要が生
じる。

【０００６】本発明は、上記の問題を解決するものであ
り、複雑な補剛構造を簡略化又は省略して施工性、景観
性を向上させ、また、力学特性を向上させるコンクリー
ト充填鋼管の接合構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、コンクリート充填鋼管の継手部や仕口
部における鋼管内に、孔開きジベル及びダイヤフラムを
介在させてコンクリートを充填するようにしたので、補
剛構造の簡略化が図れると共に力学特性の向上化が図
れ、また、外面溶接箇所を減らすことで品質管理が容易
でコスト的に有利となる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明は、コンクリート充填鋼管
の継手部の接合構造であって、鋼管柱同士の継手部にお
ける各々の鋼管柱の内面所定位置にダイヤフラムを、ま
た、ダイヤフラムより管端側に孔開きジベルを外方へ突
出するように溶接し、これらそれぞれの鋼管柱の孔開き
ジベルを相手側の鋼管柱に嵌入して仮止めした後、少な
くとも一方の鋼管柱の継手部に設けた貫通孔からダイヤ
フラム間にコンクリートを充填したものである。

【０００９】上記構成によれば、現場据付前に、接合す
る鋼管柱のそれぞれの継手部にダイヤフラム、ジベルの
溶接を行い、少なくとも一方の鋼管柱のダイヤフラムの
接合部側にコンクリート貫通孔を設ける。このとき、ジ
ベルの数は、鋼管柱の大きさ、強度の検討結果により決
定する。また、ジベルの溶接位置は、鋼管柱の接合時に
互いに相手方の鋼管柱内に嵌入するジベル同士が干渉し
ない位置、例えば９０°間隔で各４個ずつ設ければよ
い。仮止めは、例えば固定位置調整用ピースを溶接し
て、据付現場にて、鋼管をバーとボルト・ナットを用い
て行えばよい。

【００１０】また、上記した本発明のコンクリート充填
鋼管の接合構造に構成において、両鋼管柱端部にリング
プレートを溶接し、リングプレート同士をボルトで締結
することにより仮止めと本接合を行ってもよい。すなわ
ち、上記した現場据付前の加工に加え、ボルト孔を設け
たリングプレートを接合部に溶接する。よって据付現場
にて、リングプレート同士をボルトにより仮固定を行っ
た後、貫通孔よりコンクリートを注入し、ボルトにより
リングプレートを本締結する。

【００１１】このように、引張り領域の抵抗が期待でき
ないコンクリート部分について、孔開きジベルを利用す
ることにより、剪断による曲げ及び軸方向の引張力を伝
達することができるようになる。このためフランジ接合
部のボルト本数を減らすことができ、又はフランジ継手
部が不要となる。さらに、フランジ継手部を設けた場合
にも、充填されたコンクリートの補剛効果により継手部
のリブが不要となる。

【００１２】この結果、品質管理が困難でコスト的に不
利な現場溶接ではなく、管理の容易な高張力ボルト（本
数は従来に較べて少なくできる）を用いることにより、
高品質な継手を提供できる。また、本発明のコンクリー
ト充填鋼管の接合構造であれば、高張力ボルトと孔開き
ジベルの応力分担を最適に調整することにより、高品質
化と低コスト化が図れ、軸力や曲げを断面全体で伝達で
き、応力の流れが円滑化され、局部的な応力集中が回避
できる。

【００１３】また、本発明のコンクリート充填鋼管の仕
口部の接合構造は、鋼管柱における斜材鋼管との仕口部
のガセットに斜材鋼管の取付管を溶接する一方、斜材鋼
管の内面にダイヤフラムを溶接すると共に、このダイヤ
フラムの接合端部側に孔開きジベルを外方に突出するよ
うに溶接し、斜材鋼管の接合端部に予めコンクリートを
打設したうえで、この斜材鋼管の孔開きジベルを取付管
内に嵌入した後、この取付管に設けた貫通孔からコンク
リートを充填したものである。

【００１４】このようにすれば、仕口部においても上記
した継手構造と同等の作用効果が得られ、また、この場
合、プレキャストコンクリートとすることができるの
で、つまり作業環境が変化する現場での作業を減らすこ
とにより高品質かつ均質なものとすることができる。

【００１５】また、本発明のコンクリート充填鋼管の仕
口部の補剛構造は、鋼管柱における斜材鋼管との仕口部
のガセット取り付き位置の鋼管柱内面両側にダイヤフラ
ムを、また、これらダイヤフラム間に孔開きジベルを溶
接し、前記鋼管柱の仕口部に設けた貫通孔からダイヤフ
ラム間にコンクリートを充填したものである。

【００１６】上記構成によれば、現場据付前に、ガセッ
トの取り付き位置の仕口部両端の鋼管柱内にダイヤフラ
ムを溶接し、鋼管内面に孔開きジベルを溶接し、貫通孔
からダイヤフラムで区画された鋼管内部にコンクリート
を注入する。このようにすれば、仕口部の強度が向上す
る。

【００１７】また、上記した仕口部の接合構造におい
て、上記した仕口部の補剛構造を採用することで、仕口
部自体の強度の向上と、仕口部におけるコンクリート充
填鋼管の接合構造の強度の向上とを図ることができる。

【００１８】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図１〜図４
を参照して説明する。図１及び図２は、本発明のコンク
リート充填鋼管の継手部の接合構造を示す。図３及び図
４は、本発明のコンクリート充填鋼管の仕口部の接合構
造及び補剛構造を示す。

【００１９】図１及び図２に示す継手部は、以下の構造
とされている。１は、円形鋼管柱（以下、鋼管柱とい
う）である。２は、例えば複数の孔が列をなして形成さ
れたジベルである。このジベル２は、本実施例では例え
ば９０°間隔で４個を、孔の配列方向の一部が他方（図
１には図示していない）鋼管柱１側に突出するように、
一方の鋼管柱１の内面に溶接している。

【００２０】そして、他方の鋼管柱１側では、一方の鋼
管柱１において溶接したジベル２の位置から４５°ずら
して、他方の鋼管柱１側においては９０°間隔で４個の
ジベル２を一方の鋼管柱１と同様にして他方の鋼管柱１
の管端部より一部が突出した状態で設けている（図１
（ｂ）二点鎖線参照）。なお、これら鋼管柱１，１に各
々取り付けたジベル２の突出長さは、後述するダイヤフ
ラム３に当接しない長さであることは言うまでもない。

【００２１】３は、一方の鋼管柱１及び他方の鋼管柱１
の内面に溶接したダイヤフラムである。４は、例えば一
方の鋼管柱１において、ダイヤフラム３より管端側の内
外面を貫通したコンクリート貫通孔（以下、貫通孔４と
いう）である。５は、リングプレートである。

【００２２】図１に示す継手部の構造では、次のように
して鋼管柱１同士を接合する。一方の鋼管柱１と他方の
鋼管柱１を突き合わせる。このとき、一方の鋼管柱１と
他方の鋼管柱１に各々溶接されたジベル２の位置が、本
実施例では互いに４５°間隔となるように位置合わせを
行う。その後、リングプレート５同士をボルトで締結し
て、貫通孔４からコンクリートを注入することで、コン
クリート充填鋼管の継手部が完成する。

【００２３】なお、図１では、リングプレート５を用い
た例を示したが、リングプレート５を用いない場合は、
図２に示すように、一方の鋼管柱１と他方の鋼管柱１と
を突き合わせたときに、固定位置調整用ピースＰを一方
の鋼管柱１と他方の鋼管柱１間に亘って溶接して位置合
わせを行う。

【００２４】このように、一方の鋼管柱１と他方の鋼管
柱２との間に複数の孔が列をなして形成されたジベル２
を設けているので、引張り領域の抵抗が期待できない鋼
管柱１内のコンクリート部分について剪断による曲げ及
び軸方向の引張力を伝達することができるようになる。
したがってリングプレート５で使用するボルト本数を減
らすことができると共に、充填されたコンクリートの補
剛効果により補剛用のリブを設けなくてもよくなり、ま
た、図２に示すようにリングプレート５を省略すること
も可能となる。

【００２５】図３及び図４に示す仕口部は、以下の構造
とされている。図３及び図４において、１１は、鋼管柱
である。１２は、鋼管柱１１の仕口部に溶接したガセッ
トである。１３は、複数の孔が列をなして形成されたジ
ベルであり、このジベル１３は、ガセット１２の取り付
き位置における鋼管柱１１内面の軸方向に孔が列をなす
ように溶接されている。１４は、鋼管柱１１内の仕口部
両端に溶接されたダイヤフラムである。１５は、鋼管柱
１１に形成した内外面を貫通するコンクリート貫通孔
（以下、貫通孔１５という）である。

【００２６】さらに、１６は、ガセット１２における斜
材鋼管１０の取付管である。１７は、複数の孔が列をな
して形成されたジベルである。このジベル１７は、斜材
鋼管１０の内面に、取付管１６に嵌入するように外方に
突出させるように一端側が溶接されている。１８は、斜
材鋼管１０の内面に溶接されたダイヤフラムである。

【００２７】以上の構成において、図３及び図４では、
仕口部の鋼管柱１１においてガセット１２の取り付き位
置の内面にジベル１３を溶接して、ダイヤフラム１４間
で区画された仕口部にコンクリートを注入するので、鋼
管内部に充填したコンクリートから鋼管柱１１に応力が
伝達されることとなり、剪断による曲げ及び軸方向の引
張力を伝達することができるようになる。

【００２８】また、図３及び図４では、ジベル１７を用
いているので、斜材鋼管１０と取付管１６では上記した
図１に示すような継手部構造とされる。このようにジベ
ル１７，１３及びダイヤフラム１４を用いることによ
り、図５に示すように従来ガセット両端に溶接して補剛
していたリングプレート２４を省略することができるよ
うになる。また、斜材鋼管１０内にジベル１７を溶接し
たうえで、鋼管柱１１内と斜材鋼管１０内に予めコンク
リートを注入し、そのうえで現場にてジベル１７に挿入
して取付管１６内のみにコンクリートを注入するので、
施工時間が短縮され、また現場作業が少なくなるので品
質が向上する。

【００２９】なお、本実施例では、円形鋼管柱について
説明したが、角型鋼管柱において採用しても上記と同等
の作用効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明のコンクリート充
填鋼管の接合構造は、継手部では鋼管柱内のそれぞれ
に、また、仕口部では鋼管柱内に、又は斜材鋼管と取付
管との間に複数の孔が列をなして形成された孔開きジベ
ル及びダイヤフラムを介在させた。これにより、継手部
では、品質管理が困難でコスト的に不利な現場溶接では
なく、管理の容易な高張力ボルト（本数は従来に較べて
少なくできる）を用いて高品質化が図れ、高張力ボルト
とジベルの応力分担を最適に調整することにより、さら
なる高品質化と低コスト化が図れ、軸力や曲げを断面全
体で伝達でき、応力の流れが円滑化され、局部的な応力
集中が回避できる。

【００３１】また、仕口部においても、上記同様に、軸
力や曲げを断面全体で伝達でき、応力の流れが円滑化さ
れ、局部的な応力集中が回避できると共に、特に斜材鋼
管と鋼管柱に予めコンクリートを注入しておくことで、
施工時間を大幅に短縮することが可能となる。

【００３２】また、スタッドジベルや鉄筋の配筋を必要
とせず、鋼管内が簡易な構造となり、製作が容易とな
り、管径の小さいコンクリート充填構造にも適用でき、
さらに、溶接部を減らすことができるので、疲労亀裂の
可能性が低くなる。なお、継手部においては、フランジ
継手の複雑な補剛構造を簡略又は省略できるため、現場
溶接に匹敵する良好な景観性を得ることができ、さらに
フランジ継手と併用した場合は、据付時に位置をボルト
で仮固定できるので、調整が容易となり施工性がよくな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンクリート充填鋼管の接合構造にお
ける継手部を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は管端方向
から見た図、である。

【図２】本発明のコンクリート充填鋼管の接合構造の他
の例を示す図である。

【図３】本発明のコンクリート充填鋼管の接合構造にお
ける仕口部を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は管端方向
から見た図、である。

【図４】本発明のコンクリート充填鋼管の接合構造にお
ける仕口部を側面方向から示した図である。

【図５】従来のコンクリート充填鋼管の接合構造におけ
る仕口部を側面方向から示した図である。

【符号の説明】

１ 鋼管柱 ２ ジベル ３ ダイヤフラム ４ 貫通孔 ５ リングプレート １０ 斜材鋼管 １１ 鋼管柱 １２ ガセット １３ ジベル １４ ダイヤフラム １６ 取付管 １７ ジベル １８ ダイヤフラム Ｐ 固定位置調整用ピース

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2E125 AA02 AA12 AA32 AA35 AB10 AB13 AB17 AC01 AC16 AG03 AG04 AG12 AG43 AG57 BB09 BB22 BD01 BE08 BF05 CA05 CA13 CA14 EA31 EA33 3J039 AA01 BB01 LA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コンクリート充填鋼管の継手部の接合構
   造であって、鋼管柱同士の継手部における各々の鋼管柱
   の内面所定位置にダイヤフラムを、また、ダイヤフラム
   より管端側に孔開きジベルを外方へ突出するように溶接
   し、これらそれぞれの鋼管柱の孔開きジベルを相手側の
   鋼管柱に嵌入して仮止めした後、少なくとも一方の鋼管
   柱の継手部に設けた貫通孔から前記ダイヤフラム間にコ
   ンクリートを充填したことを特徴とするコンクリート充
   填鋼管の接合構造。
2. 【請求項２】 両鋼管柱端部にリングプレートを溶接
   し、リングプレート同士をボルトで締結することにより
   仮止めと本接合を行うことを特徴とする請求項１記載の
   コンクリート充填鋼管の接合構造。
3. 【請求項３】 コンクリート充填鋼管の仕口部の接合構
   造であって、鋼管柱における斜材鋼管との仕口部のガセ
   ットに斜材鋼管の取付管を溶接する一方、斜材鋼管の内
   面にダイヤフラムを溶接すると共に、このダイヤフラム
   の接合端部側に孔開きジベルを外方に突出するように溶
   接し、斜材鋼管の接合端部に予めコンクリートを打設し
   たうえで、この斜材鋼管の孔開きジベルを前記取付管内
   に嵌入した後、この取付管に設けた貫通孔からコンクリ
   ートを充填したことを特徴とするコンクリート充填鋼管
   の接合構造。
4. 【請求項４】 コンクリート充填鋼管の仕口部の補剛構
   造であって、鋼管柱における斜材鋼管との仕口部のガセ
   ット取り付き位置の鋼管柱内面両側にダイヤフラムを、
   また、これらダイヤフラム間に孔開きジベルを溶接し、
   前記鋼管柱の仕口部に設けた貫通孔からダイヤフラム間
   にコンクリートを充填したことを特徴とするコンクリー
   ト充填鋼管の仕口部の補剛構造。
5. 【請求項５】 請求項３の仕口部の接合構造に、請求項
   ４の補剛構造を採用したことを特徴とするコンクリート
   充填鋼管の接合構造。