JP3281883B2 - 鋼管コンクリート柱の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸長方向の引張応力を
導入した鋼管の内側に、前記引張応力に釣り合う圧縮応
力を導入したコンクリート製の柱体を一体化させてな
り、建築構造物及び土木構造物において、主として圧縮
力を負担する柱材として用いられる鋼管コンクリート柱
の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンクリート材は、圧縮強度に優れ、ま
た廉価であることから、建築構造物及び土木構造物用の
構造材、特に、主として圧縮力を負担する柱材としての
使用が切望されている反面、引張強度及び靱性に劣り、
内部応力が強度限界に達した場合に瞬時に破砕するとい
う構造材として致命的な欠点を有している。そこで、コ
ンクリート材の内部に多数の鉄筋を埋め込み、この鉄筋
に引張力及び靱性の不足を補完させるようになした鉄筋
コンクリート等、引張強度及び靱性に優れた鋼材とコン
クリート材とを組み合わせ、コンクリート材単独での前
述した欠点の解消を図った構造材が従来から使用されて
いる。

【０００３】この種の構造材の１つとして、コンクリー
ト製の柱体の外側に鋼管を一体的に被着して構成された
鋼管コンクリート柱がある。この鋼管コンクリート柱
は、コンクリート柱の耐力及び靱性の不足が外側の鋼管
のたが作用（コンファインド効果）により補完されると
共に、圧縮に伴う鋼管の部分座屈の発生が内側のコンク
リート柱の拘束作用により抑制されることから、圧縮荷
重の負担状態において作用する曲げ力に対し靱性に富む
変形挙動を示し、優れた耐震性能が得られる利点を有し
ており、特に、耐震性が重要視される高層構造物に適し
た柱材として注目を浴びている。

【０００４】ところが、前記鋼管コンクリート柱を構造
物の柱材として用い、軸長方向の圧縮荷重を負担せしめ
た場合、鋼製の管体とコンクリート製の柱体とが一体的
に縮み、両者には等量の歪が生じることになり、鋼の弾
性係数はコンクリートのそれに比較して大きいため、圧
縮強度が劣る鋼管に内側のコンクリート柱の数倍〜十数
倍にも達する圧縮応力が生じ、該鋼管による前述したコ
ンファインド効果が期待できなくなり、コンクリート製
の柱体に十分な強度的余裕がある段階にて鋼管が降伏
し、コンクリート材の高い圧縮強度を十分に利用し得な
い上、曲げ力に対する弾性変形域が狭くなることから、
本来の耐震性能が得られなくなるという難点が生じる。

【０００５】この難点は、鋼管とコンクリートとの一体
化に際し、軸長方向の引張応力を前者に、またこれに釣
り合う圧縮応力を後者に予め生ぜしめておき、圧縮荷重
の負担に伴い鋼管に生じる圧縮応力を、予め導入された
前記引張応力にて相殺させる構成とした鋼管コンクリー
ト柱、所謂、プリストレスト鋼管コンクリート柱により
解消される。この種の鋼管コンクリート柱は、特開昭62
−170634号及び特開昭62−170635号公報に開示されてお
り、また内側のコンクリートの乾燥収縮及びクリープ変
形の吸収を目的とし、基礎杭としての使用に限定して、
特開昭62-23715号公報に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】さて、特開昭62−1706
34号公報に開示された鋼管コンクリート柱は、柱材とし
て予め構造物に組み込まれた鋼管を、これの上下の横梁
間に介装したジャッキにより伸長させ、この鋼管の内部
にコンクリートを打設し、該コンクリートを養生硬化さ
せてコンクリート柱を形成した後にジャッキを取外し、
鋼管の伸長を解除する手順により得られており、また特
開昭62−170635号に開示された鋼管コンクリート柱は、
内面にアンボンド処理を施された２本の鋼管を柱材とし
て構造物に組み込み、夫々の他側端部を同軸上にて所定
の間隙を隔てて対向させておき、これらの内部にコンク
リートを打設して、該コンクリートの養生硬化により両
者間に連続するコンクリート柱を形成した後、両方の鋼
管の軸長方向に互いに接近する向きの引張力を加え、対
向端部を突き合わせて接続し、前記引張力の印加を停止
する手順により得られている。

【０００７】即ち、これらの鋼管コンクリート柱はいず
れも、構造物の施工現場における構成を前提としてお
り、高層構造物の多数の柱材の夫々に対して前述した方
法を実施することは、多大の手間と時間とを要し実用的
ではない。また、構造物の柱材としての十分な曲げ性能
を確保し、耐震性能の向上を図るには、鋼管コンクリー
ト柱の構成に際し、構造物の柱材として負担すべき圧縮
荷重と同等の引張力を前記鋼管に加える必要があり、特
に高層構造物における下層の柱材として用いられる鋼管
コンクリート柱には多大の引張力を加える必要があり、
このような引張力の付加を前述した方法により行うこと
は難しい。

【０００８】これらに対し特開昭62-23715号に開示され
た鋼管コンクリート柱は、柱材としての単独での構成を
前提としており、筒状の型枠の内部に支持した鋼管の一
端を前記型枠の一側端部に固定する一方、該鋼管の他端
側を前記型枠の他側端面にその脚を支持させた油圧ジャ
ッキにより引っ張り、所定長の伸びを与えた後に型枠に
拘束して、この鋼管の内部にコンクリートを打設し、該
コンクリートの締め固め及び養生を経て前記拘束を解除
する手順により得られており、前述した難点は解消され
る。

【０００９】ところが、油圧ジャッキによる鋼管の引っ
張りに際し、前記鋼管の一側端縁に周囲を固定された連
結盤を用い、この連結板の中央に突設した緊張棒に引張
力を加える方法が採用されており、中央に引張力を受け
る周辺固定の板として変形する前記連結盤の変形挙動の
把握が難しいことから、得られた鋼管コンクリート柱に
おける外側の鋼管及び内側のコンクリート柱の夫々に導
入される初期応力を正確に管理し得ないという難点があ
る。

【００１０】前記初期応力の管理は、高層構造物の柱材
として所定の圧縮荷重を負担すべく用いる鋼管コンクリ
ート柱の製造においては、使用時における応力状態の把
握のために極めて重要であり、特開昭62-23715号公報に
開示された方法により製造された鋼管コンクリート柱で
は、高層構造物の柱材として満足すべき耐震性能を得る
ことはできない。

【００１１】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、外側の鋼管及び内側のコンクリート柱の夫々に
導入される初期応力を高精度に管理でき、使用時におけ
る応力状態の把握が可能であり、耐震性能に優れた鋼管
コンクリート柱が得られる製造方法を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る鋼管コンク
リート柱の製造方法は、型枠の内部に支持した鋼管を軸
長方向に引っ張り、所定の伸びを与えて前記型枠に拘束
し、該鋼管の内部にコンクリートを打設して、該コンク
リートの締め固め及び養生を経た後に前記拘束を解除
し、軸長方向の引張応力が導入された前記鋼管の内側に
前記引張応力に釣り合う圧縮応力が導入されたコンクリ
ート柱を一体化させてなる鋼管コンクリート柱を製造す
る方法において、前記引っ張りに際し、前記鋼管の管壁
の周方向複数か所に各別に連結されて軸長方向に沿う複
数の引張ロッドに、前記型枠を反力体とする油圧ジャッ
キにより一括して引張力を加えることを特徴とする。

【００１３】

【作用】本発明においては、型枠内に支持された鋼管の
管壁の周方向複数か所に夫々の一端を連結され、軸長方
向に沿う複数の引張ロッドを用い、これらの他端を前記
型枠を反力体とする油圧ジャッキにより一括して引っ張
り、前記鋼管を伸長させて拘束して、前記引っ張りに伴
う引張ロッドの単純な変形（軸方向の伸長）を考慮する
ことにより、拘束後の鋼管の伸長量を精度良く把握し、
正確に管理された初期応力を有する鋼管コンクリート柱
を得る。

【００１４】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１〜図５は、本発明に係る鋼管コンクリ
ート柱の製造方法（以下本発明方法という）の実施手順
の説明図である。

【００１５】本発明方法により得られる鋼管コンクリー
ト柱は、図５に示す如く、鋼管１の内側にコンクリート
柱２を一体化させ、所定の引張応力を鋼管１に、またこ
の引張応力に釣り合う圧縮応力をコンクリート柱２に、
夫々の軸長方向に導入せしめた構成となっている。

【００１６】図示の鋼管１は、両端に開口を有するオー
プンパイプであり、この場合、鋼管１及びコンクリート
柱２に導入された引張応力及び圧縮応力は、両者の接触
面での摩擦により保持されるが、導入すべき引張応力及
び圧縮応力が大である場合、鋼管１の内面に突起を設
け、前記摩擦を強化することにより前記保持の確実化を
図り、更には、鋼管１の両端の開口に支圧板を固定し、
これらの支圧作用により前記応力の保持を補助するのが
よい。なお、内面に突起を有する鋼管１は、例えば、し
ま鋼板を用いることにより容易に構成できる。

【００１７】前記鋼管１の軸断面形状は限定されるもの
ではなく、矩形、円形、多角形等、種々の断面のものを
用い得るが、以下の説明は、円形断面を有する鋼管１を
用いた場合について行う。以上の如き鋼管コンクリート
柱を得るべく実施される本発明方法においては、まず、
前記鋼管１を円筒形の型枠３の内部に支持させる。型枠
３は、軸心を含む面内にて２つ割り可能に構成されてお
り、鋼管１の支持は、図１に示す如く鋼管１の外側にて
型枠３を接合し、型枠３の内周面に突設された固定治具
30，30…により、鋼管１の外側を軸長方向の複数か所
（図においては３か所）にて把持して行われており、こ
の支持により鋼管１は半径方向にのみ拘束される。

【００１８】次いで図２に示す如く、型枠３の一側開口
部に油圧ジャッキ４の台座40を固定し、また他側開口部
にアンカープレート５を固定して、これらに鋼管１の両
端部を夫々連結し、油圧ジャッキ４の動作により鋼管１
に引張力を付加する。鋼管１の両端部近傍の外面には、
施工時における自身の引き起こし、及び他の鋼管コンク
リート柱との接続のために利用される各複数のエレクシ
ョンピース10，10…が放射状に突設されており、鋼管１
と油圧ジャッキ４及びアンカープレート５との連結は、
これらのエレクションピース10，10…を利用して行われ
ている。

【００１９】油圧ジャッキ４と鋼管１との連結は、型枠
３の一側開口部に臨ませた厚肉円環状をなす引張リング
６と、同側のエレクションピース10，10…に他側から係
合する係止リング11とを、周方向に等配をなす複数本の
引張ロッド12，12…を介して連結する一方、油圧ジャッ
キ４の出力ロッド41の先端を引張リング６の内側に挿入
し、後述する如く係止リング11の対向面側に係止して行
われ、アンカープレート５と鋼管１との連結は、同側の
エレクションピース10，10…に他側から係合する係止リ
ング11を、これの周方向に等配をなす複数本の連結ロッ
ド13，13…により、アンカープレート５に直接的に連結
して行われている。

【００２０】次いで油圧ジャッキ４を動作させ、出力ロ
ッド41に係止された引張リング６にアンカープレート５
から離反させる向きの引張力を加える。このとき鋼管１
は、アンカープレート５と引張リング６との間におい
て、引張ロッド12，12…及び連結ロッド13，13…を介し
て軸長方向に引っ張られ、型枠３を反力体とするこの引
っ張りにより伸長する。次いで図３に示す如く、型枠３
の端縁と前記引張リング６との間に所定厚さのセットリ
ング７を差し込んだ後、前記引っ張りを解除し、油圧ジ
ャッキ４を取り外して、前記鋼管１を伸長状態のまま拘
束する。この引っ張り及び拘束の手順については後に詳
述する。

【００２１】次に、図４に示す如く、伸長状態にある鋼
管１の内部にコンクリート20を打設し、該鋼管１をこれ
を拘束する型枠３と共に軸心回りに回転させて、内部の
コンクリート20を遠心力により締め固める。なおこのと
き、コンクリート20の打設及び締め固めを可能とするた
め、図中に２点鎖線により示す如く、中央に貫通孔22を
有する蓋板21により前記鋼管１の両端の開口を予め閉塞
しておく。

【００２２】前記蓋板21は、鋼管１の両側開口部からの
コンクリート20の溢出を防止するものであり、薄肉の板
材を鋼管の端面に仮溶接により止着しておけばよく、蓋
板21中央の貫通孔22は、コンクリート20の打設を終了し
た後に、例えば、発泡スチロール製の栓により塞いでお
く。また、前記締め固めに際しての型枠３の回転は、こ
れの外周の複数か所に周設された回転レール31，31…の
夫々に、図中に破線にて示す如く、駆動ローラ32，32…
を転接せしめて行われる。

【００２３】その後、型枠３の内部に鋼管１を拘束した
まま、該鋼管１の内部に充填されたコンクリート20を養
生硬化させ、所定の強度を発現させたコンクリート柱２
を鋼管１の内部に構成する。この養生過程は、所望の強
度が発現するまでの時間を短縮し、また得られる強度の
管理を確実化するため、鋼管１を型枠３と共に蒸気槽中
に配し、例えば、温度65℃、湿度 100％なる条件下に所
定時間保持する蒸気養生により行うのがよい。

【００２４】この養生過程を終了した後、引張ロッド1
2，12…及び連結ロッド13，13…を緩めて鋼管１の拘束
を解除し、アンカープレート５、引張リング６及びセッ
トリング７等と共に型枠３を取り外し、また鋼管１両側
の蓋板21，21を取り外す。これにより、鋼製の鋼管１の
内側にコンクリート柱２が一体化され、拘束時における
伸長の量に相当する引張応力が前者に、この引張応力に
釣り合う圧縮応力が後者に夫々導入された鋼管コンクリ
ート柱が、図５に示す如く得られる。

【００２５】前記養生の過程においてコンクリート柱２
に発現させる強度は、鋼管１の拘束解除により前述の如
く導入される内部応力を両者の接触面において保持し得
ることを前提として設定されるが、導入応力が大きく、
コンクリート20の最終強度を発現させたとしても前記保
持が難しい場合には、前述した如く、鋼管１の内面に設
けた突起、または鋼管１の両端に固定した支圧板により
内部応力の保持を補助する。このとき前記支圧板として
は、コンクリート20の打設に際し鋼管１の両端に固定さ
れる前記蓋板21を利用することができる。即ち、高剛性
を有する蓋板21を強固に固定し、この蓋板21を取り外す
ことなく支圧板とすればよい。

【００２６】なお、前述した引っ張りの過程において、
鋼管１の伸長は、軸長方向両側のエレクションピース1
0，10間のみに生じ、引張力の解除後、鋼管１の端部近
傍には引張応力の非導入部分が発生するが、前記支圧板
を用いた場合、両側の支圧板の間、即ち、鋼管１の全長
に平均化された引張応力が導入されることになり、前記
非導入部分の発生を回避できる。

【００２７】さて、鋼管１の内側に一体化されたコンク
リート柱２は、コンクリート20の打設の後に遠心力によ
る締め固めが行われる結果、図５に示す如く、軸心位置
に空洞2aを有している。この空洞2aは、強度的な無駄部
分であり、またコンクリート柱２に対する鋼管１のコン
ファインド効果を弱める作用をなす虞があることから、
モルタルを充填して塞ぐのが望ましいが、この空洞2aを
残したままでの使用も可能である。

【００２８】本発明方法による鋼管コンクリート柱は、
型枠３からの取り外しの後、必要な場合は前記モルタル
の充填を行い、更に、内側のコンクリート柱２の最終強
度の発現を待って完成する。この最終強度の発現に際し
ては、オートクレーブ養生を実施するのがよい。これ
は、高圧釜中での断熱圧縮により、鋼管コンクリート柱
を高温，高圧下に所定時間保ち、最終強度の早期の発現
と、更なる高強度化とを図るべく行われる養生方法であ
り、高強度が不要である場合には、自然養生により最終
強度を発現させてもよい。

【００２９】さて以上の如く実施される本発明方法は、
コンクリート20の打設前に行われる鋼管１の引っ張りに
特徴を有する。図６は、図２における型枠３の端面への
油圧ジャッキ４の台座40の固定部近傍の拡大断面図であ
り、鋼管１の引っ張り手順及びその後の拘束手順を本図
に従って説明する。

【００３０】図６（ａ）に示す如く、型枠３の一側端面
3aへの油圧ジャッキ４の台座40の固定は、前記端面3aの
内周側を適宜幅余して行われており、この余剰部分にセ
ットリング７を予め載置しておく。セットリング７は、
公知の如く、正規の状態からある程度の拡径が可能に構
成された高剛性の位置決め用リングであり、端面3aへの
載置は拡径状態にて行われ、図示の如くこのとき、台座
４の内周から型枠３の内周との間に収まり得る内外径を
有するものを用いる。

【００３１】一方、型枠３内部の鋼管１に複数本の引張
ロッド12，12…を介して前述の如く連結された引張リン
グ６は、図示の如く、型枠３の内側に適宜の隙間を有し
て遊嵌させてあり、鋼管１の引っ張りは、前記引張リン
グ６の内側に油圧ジャッキ４の出力ロッド41を挿入し、
該出力ロッド41の先端部に放射状に突設された係止爪4
2，42を内周縁に係止せしめた状態で開始される。

【００３２】図７は油圧ジャッキ４の出力ロッド41と引
張リング６との係止方法の説明図である。本図に示す如
く引張リング６は、内周の２か所に切欠き部60，60を有
しており、前記出力ロッド41の挿入は、係止爪42，42の
突設位置を切欠き部60，60に整合させて行われ、その後
の係止は、出力ロッド41を適宜に回転させて実現され
る。なお、図７中の62，62…は、引張ロッド12，12…の
挿通孔である。

【００３３】以上の如き準備を完了した後、図６（ａ）
中に白抜矢符にて示す如く、油圧ジャッキ４の出力ロッ
ド41を退入動作させ、鋼管１を引っ張り伸長させる。こ
のとき油圧ジャッキ４の引張力は、直接的には引張リン
グ６に加えられ、前記鋼管１は、エレクションピース1
0，10…に係止された係止リング11と前記引張リング６
とを連結する複数の引張ロッド12，12…を介して、周方
向に略均等な引張力が付加されて伸長する。

【００３４】鋼管１の引っ張りは、該鋼管１の伸長によ
り引張リング６が型枠３の内側から引き出され、該型枠
３の端面3aとの間に前記セットリング７の挿入が可能と
なるまで継続され、その後図６（ｂ）に示す如く、セッ
トリング７を縮径させつつ、即ち、正規の状態に戻しつ
つ型枠３の端面3aと引張リング６との間に挿入し、鋼管
１を伸長状態のまま拘束する。なお、油圧ジャッキ４の
台座40には、周方向の複数か所に開口する操作窓が設け
てあり、前述したセットリング７の挿入は、前記操作窓
から適宜の操作器具を差し入れて、図６（ｂ）中に白抜
矢符にて示す如く、セットリング７に内向きの力を加え
ることにより達成される。

【００３５】そして、以上の如き拘束状態にある鋼管１
は、型枠３の一側の引張リング６と他側のアンカープレ
ート５との間において、周方向に複数本の引張ロッド1
2，12…及び連結ロッド13，13…による軸長方向への引
っ張りにより伸長した状態にあり、このときの鋼管１の
伸長量は、両ロッド12，13の軸方向への引っ張りに伴う
伸長のみを考慮することにより精度良く把握できる。従
って、前記拘束の後に実施されるコンクリート20の打
設、締め固め及び養生を経て得られる鋼管コンクリート
柱においては、外側の鋼管１に導入される引張応力及び
内側のコンクリート柱２に導入される圧縮応力を正確に
管理することが可能となる。

【００３６】図８及び図９は、本発明方法の他の実施例
を示す説明図である。図８においては、型枠３の端面3a
に他側のアンカープレート５と同様のアンカープレート
８を固定する一方、引張ロッド12の一端を鋼管１のエレ
クションピース10に直接連結し、この引張ロッド12の他
端を前記アンカープレート８に固定した各別の油圧ジャ
ッキ4aにて各別に引っ張ることにより、周方向を複数か
所での鋼管１の一括的な引っ張りを実現しており、更
に、夫々の引張ロッド12の中途に螺合する固定ナット 1
2aをアンカープレート８に締め付けることにより、伸長
状態での拘束を実現している。

【００３７】また図９においては、鋼管１の引っ張りに
エレクションピース10を利用せず、鋼管１の端部近傍の
内外周に係止突起14及び15を夫々周設する一方、両端に
係止爪を備えた引張ロッド16，17を用い、これらの係止
爪を引張リング６に設けた係止孔の端縁と係止突起14，
15とに夫々係合させ、引張リング６に油圧ジャッキ４の
引張力を加えることにより、引張ロッド16，17を介して
鋼管１を引っ張る構成となっている。この構成によれ
ば、エレクションピース10よりも端部寄りの部分にも引
張力が付加され、鋼管１の略全長に亘る伸長が実現され
て、引張力の解除後、鋼管１の略全長に平均化された引
張応力を導入することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明方法において
は、型枠内に支持された鋼管に前記型枠を反力体とする
油圧ジャッキにより引張力を付加するに際し、前記鋼管
の管壁の周方向複数か所に夫々の一端を連結され、軸長
方向に沿う複数の引張ロッドを用い、これらの他端を一
括して引っ張るから、引張ロッドの単純な変形を考慮す
ることにより鋼管の伸長量を精度良く把握でき、該鋼管
及びこれの内部に一体化されるコンクリート柱に導入さ
れる初期応力の正確な管理が可能となり、使用時におけ
る応力状態を確実に把握でき、耐震性能に優れた鋼管コ
ンクリート柱が得られる等、本発明は優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施手順の説明図である。

【図２】本発明方法の実施手順の説明図である。

【図３】本発明方法の実施手順の説明図である。

【図４】本発明方法の実施手順の説明図である。

【図５】本発明方法の実施手順の説明図である。

【図６】本発明方法の要部である鋼管の引っ張り及び拘
束手順の説明図である。

【図７】油圧ジャッキの出力ロッドと引張リングとの係
止方法の説明図である。

【図８】本発明方法の他の実施例を示す説明図である。

【図９】本発明方法の他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 鋼管 ２ コンクリート柱 ３ 型枠 ４ 油圧ジャッキ ５ アンカープレート ６ 引張リング ７ セットリング 10 エレクションピース 11 係止リング 12 引張ロッド 13 連結ロッド 20 コンクリート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 向井 久夫 大阪府大阪市中央区本町四丁目１番13号 株式会社竹中工務店 大阪本店内 (72)発明者 松原 範幸 東京都港区新橋１丁目８番３号 日本コ ンクリート工業株式会社内 (72)発明者 半田 健二 東京都港区新橋１丁目８番３号 日本コ ンクリート工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−110105（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B28B 23/00 - 23/22 E04C 3/36

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 型枠の内部に支持した鋼管を軸長方向に
   引っ張り、所定の伸びを与えて前記型枠に拘束し、該鋼
   管の内部にコンクリートを打設して、該コンクリートの
   締め固め及び養生を経た後に前記拘束を解除し、軸長方
   向の引張応力が導入された前記鋼管の内側に前記引張応
   力に釣り合う圧縮応力が導入されたコンクリート柱を一
   体化させてなる鋼管コンクリート柱を製造する方法にお
   いて、前記引っ張りに際し、前記鋼管の管壁の周方向複
   数か所に各別に連結されて軸長方向に沿う複数の引張ロ
   ッドに、前記型枠を反力体とする油圧ジャッキにより一
   括して引張力を加えることを特徴とする鋼管コンクリー
   ト柱の製造方法。