JP5060061B2

JP5060061B2 - 金属管支柱及びその製造方法

Info

Publication number: JP5060061B2
Application number: JP2006090815A
Authority: JP
Inventors: 秀範金堂; 進水上
Original assignee: 水島ゼネラルサービス株式会社
Priority date: 2006-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-03-29
Also published as: JP2007262785A

Description

本発明は、たとえばカメラ、マイクロフォン、スピーカなどの設備設置用または照明用または標識用として、街路、高架道路などの道路の路傍や公園などに立設される金属管支柱及びその製造方法に関する。

道路の路傍や公園などに立設される金属管支柱は、照明灯や標識などの比較的軽量の設備を数メートルの高さ位置に支持するものであり、その外径は概ね５〜50cm程度とされている。また、金属管支柱は、一般用の建築用構造部材とは異なり、上方から大きな荷重が加わることがないため、たとえば鋼管支柱の場合、（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３〜９mm程度のものが使用されている。さらに、金属管支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る横方向荷重によって支柱の基部が折損したり倒壊が生じたりし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、金属管支柱の外径は、一般的に１／100〜１／75程度のテーパが設けられており、先端が先細りとなったテーパ管とされている。

従来の金属管支柱の代表的な例を図６に示す。図６に示すように、鋼管などの金属管からなる支柱本体１の下端部には、支柱本体１を支持するベースプレート５が係設して接合されている。ここで、支柱本体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、支柱本体１とベースプレート５の接合方法としては、支柱本体１の下端部とベースプレート５の上面部とを溶接接合するようにしているものもある。

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から支柱本体１の下部にかけては、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、支柱本体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、支柱本体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、支柱本体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。

図６に示した金属管支柱では、風力や交通振動などによる横荷重が長年にわたって繰り返し作用すると、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。これは、金属管支柱に横荷重が加わると、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。

金属管支柱の基部に設けた縦リブ近傍に発生する応力について、ＦＥＭ（有限要素法）を用いて数値解析を実施した結果、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。
しかも、縦リブ上端部は、通常、溶接されているため、溶接欠陥がある場合には、上記の応力集中が発生すると、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、応力が繰り返し加わると、疲労破壊の生じる可能性が高くなる。

そこで、支柱本体の基端部に嵌装された外装管の上端部と支柱本体とを溶接接合せずにフリーな状態にしておき、支柱本体に加わる横荷重を支柱本体と外装管との間に充填された無収縮性セメント、エポキシ樹脂などの充填材を介して外装管からベースプレートに伝えるようにしたもの（特許文献１参照）や、支柱本体の基端部をベースプレートに溶接せずに外装支持管で支持するようにしたもの（特許文献２参照）などが考案されている。
特開２００２−１２９７７８号公報（３頁左欄第４１行−４頁左欄第３４行、図１）特開２００３−４９５６１号公報（３頁右欄第１７−３９行、図１）

しかしながら、上記文献１に示された金属管支柱では、支柱本体と外装管との間に充填材を充填する際に熟練した技能を要する。このため、支柱本体と外装管との間に充填材を効率よく充填することが難しく、充填材の充填作業に多くの時間と手間を要するため、施工コストの上昇を招くという問題がある。
一方、上記文献２に示された金属管支柱では、上述したような問題が生じることはないが、路傍の歩道寄りや公園などに設置すると、外装支持管の周囲に設けられた縦リブに足が引っ掛かることによって転倒事故などの安全上の問題が発生する虞がある。
本発明は上述した問題点に着目してなされたものであり、その目的は、製造コストの上昇を抑制することができるとともに、安全上の問題を発生させることなく道路の路傍や公園などに設置することのできる金属管支柱及びその製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、第１の発明に係る金属管支柱は、先細りの金属管からなる支柱本体と、該支柱本体の基端部と内嵌する管状部を有するベースプレートと、前記支柱本体の基端部と外嵌する外側補強管とを備えてなり、前記管状部の外周面が前記支柱本体の内周面に摩擦接合されているとともに、前記外側補強管の内周面が前記ベースプレートの管状部と重なり合うように前記支柱本体の外周面に摩擦接合されていることを特徴とする。

第２の発明に係る金属管支柱の製造方法は、先細りの金属管からなる支柱本体と、該支柱本体の基端部と内嵌する管状部を有するベースプレートと、前記支柱本体の基端部と外嵌する外側補強管とを備えてなる金属管支柱の接合方法であって、前記支柱本体の基端部に前記外側補強管を圧入して前記外側補強管の内周面を前記支柱本体の外周面とを摩擦接合すると共に前記支柱本体の内周面と前記管状部の外周面とを摩擦接合することを特徴とする。

本発明によれば、応力集中による疲労破壊の発生を抑えるために、支柱本体と外側補強管との間に無収縮セメントやエポキシ樹脂などの充填材を充填する必要がないので、製造コストの上昇を抑制することができる。また、ベースプレート上に複数のリブを立設する必要がないので、安全上の問題を発生させることなく道路の路傍や公園などに設置することができる。さらに、支柱本体の基端部がベースプレートの管状部に溶接以外の方法で接合されているため、応力集中による亀裂の発生を低減することができる。さらにまた、外側補強管の内周面がベースプレートの管状部と重なり合うように支柱本体の外周面に摩擦接合されているため、繰り返し応力による疲労破壊の発生も低減することができる。

以下、本発明に係る金属管支柱を図面に基づいて説明する。
第１の発明に係る金属管支柱の一実施形態を図１に示す。同図に示されるように、金属管支柱１０は、先細りの金属管（例えば１／100〜１／75程度のテーパを有する鋼管）からなる支柱本体１１と、この支柱本体１１の基端部と外嵌する管状部１２ａを有する金属製のベースプレート１２とを備えており、管状部１２ａの内周面は支柱本体１１の基端部の外周面に摩擦接合されている。また、金属管支柱１０は支柱本体１１の基端部と内嵌する金属製の内側補強部１３を備えており、内側補強管１３の外周面はベースプレート１２の管状部１２ａと重なり合うように支柱本体１１の基端部の内周面に摩擦接合されている。

図１に示した金属管支柱を製造する方法の一例を図２に示す。同図に示されるように、図１に示した金属管支柱を製造する場合は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、先ず、ベースプレート１２の管状部１２ａ内に支柱本体１１を先端側から挿入し、支柱本体１１の基端部の外周面を管状部１２ａの内周面に嵌合させる。次に、図２（ｃ）及び（ｄ）に示すように、管状部１２ａの上端をストッパ１４で押え、この状態で支柱本体１１の基端部内に内側補強管１３を油圧シリンダ１５の油圧力で圧入する。そうすると、内側補強管１３の外周面が支柱本体１１の基端部の内周面に圧着（摩擦接合）すると共にベースプレート１２の管状部１２ａの内周面が支柱本体１１の基端部の外周面に圧着（摩擦接合）する。

上記のように構成される金属管支柱１０では、応力集中による疲労破壊の発生を抑えるために、支柱本体１１とベースプレート１２の管状部１２ａとの間に無収縮セメントやエポキシ樹脂などの充填材を充填する必要がないので、製造コストの上昇を抑制することができる。また、ベースプレート１２上に複数のリブを立設する必要がないので、安全上の問題を発生させることなく道路の路傍や公園などに設置することができる。さらに、支柱本体１１の基端部がベースプレート１２の管状部１２ａに溶接以外の方法で接合されているため、応力集中による亀裂の発生を低減することができる。さらにまた、内側補強管１３の外周面がベースプレート１２の管状部１２ａと重なり合うように支柱本体１１の内周面に摩擦接合されているため、支柱本体１１の基端部とベースプレート１２の管状部１２ａとの接合部を内側補強管１３によって強固に補強でき、これにより、繰り返し応力による疲労破壊の発生も低減することができる。

なお、摩擦接合は支柱本体１１の基端部内周面と基端部外周面とで同時に行われるため、支柱本体１１の基端部が外径方向に拡がったり内径方向に絞られたりするような変形や座屈などを支柱本体１１の基端部に与えることなく金属管支柱の製造を行うことできるので、支柱本体１１の強度に悪影響を及ぼすことがない。

次に、第２の発明に係る金属管支柱の一実施形態を図３に示す。同図に示されるように、金属管支柱２０は、先細りの金属管（例えば１／100〜１／75程度のテーパを有する鋼管）からなる支柱本体２１と、この支柱本体２１の基端部と内嵌する管状部２２ａを有する金属製のベースプレート２２とを備えており、管状部２２ａの外周面は支柱本体２１の基端部の内周面に摩擦接合されている。また、金属管支柱２０は支柱本体２１の基端部と外嵌する金属製の外側補強部２３を備えており、外側補強管２３の外周面はベースプレート２２の管状部２２ａと重なり合うように支柱本体２１の基端部の外周面に摩擦接合されている。

図３に示した金属管支柱を製造する方法の一例を図４に示す。図３に示した金属管支柱を製造する場合は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、先ず、支柱本体２１の基端部の外周面をベースプレート２２の管状部２２の内周面に嵌入する。次に、図４（ｃ）に示すように、外側補強管２３を支柱本体２１の先端側から挿入した後、図４（ｄ）及び（ｅ）に示すように、ベースプレート２２の下面部をストッパ２４で支持した状態で外側補強管２３を支柱本体２１の基端部外周に支柱本体２１の先端側から油圧シリンダ２５の油圧力で押し込む。そうすると、外側補強管２３の内周面が支柱本体２１の基端部の外周面に圧着（摩擦接合）すると共に支柱本体２１の基端部の内周面がベースプレート２２の管状部２２ａの外周面に圧着（摩擦接合）する。

上記のように構成される金属管支柱２０では、応力集中による疲労破壊の発生を抑えるために、支柱本体２１と外側補強管２３との間に無収縮セメントやエポキシ樹脂などの充填材を充填する必要がないので、製造コストの上昇を抑制することができる。また、ベースプレート２２上に複数のリブを立設する必要がないので、安全上の問題を発生させることなく道路の路傍や公園などに設置することができる。さらに、支柱本体２１の基端部がベースプレート２２の管状部２２ａに溶接以外の方法で接合されているため、応力集中による亀裂の発生を低減することができる。さらにまた、外側補強管２３の内周面がベースプレート２２の管状部２２ａと重なり合うように支柱本体２１の外周面に摩擦接合されているため、繰り返し応力による疲労破壊の発生も低減することができる。さらに、図２に示した例と同様に、支柱本体２１の強度に悪影響を及ぼすことなく摩擦接合が行われるため、安定した品質の金属管支柱を得ることができる。

上述した実施形態では、ベースプレート２２の下面部をストッパ２４で支持しながら外側補強管２３を支柱本体２１の基端部外周に油圧シリンダ２５の油圧力で押し込んで金属管支柱２０を製造するようにしたが、図５に示すように、外側補強管２３内に支柱本体２１を先端側から挿入した後、外側補強管２３の上端をストッパ２４で押えながら支柱本体１１の基端部内にベースプレート１２の管状部１２ａを油圧シリンダ２５の油圧力で圧入してもよい。

図６に示した金属管支柱（溶接接合タイプ）と図１及び図３に示した金属管支柱（摩擦接合タイプ）の疲労試験を下記の試験条件で実施した結果を表１に示す。
［疲労試験条件］
（１）試験方法
（ａ）使用試験機器：50トン電気油圧式サーボ型疲労試験機
（ｂ）両振り（引張−圧縮）載荷とし、２本同時載荷方法で変位制御した。
（ｃ）繰り返し載荷に先立ち、静的載荷試験を実施し、最大級応力の発生する上下面の応力集中部近傍の応力分布を測定すると共に、疲労試験開始後、適宜静的載荷試験を行い、繰り返しに伴う同部の応力分布の変化を測定記録した。

（２）試験体寸法
金属管支柱：外径188ｍｍ（内径172ｍｍ）×厚さ６ｍｍ×長さ1630ｍｍ、２本（黒管品）：No.１〜２試験体
金属管支柱：外径188ｍｍ（内径174ｍｍ）×厚さ８ｍｍ×長さ1630ｍｍ、２本（溶融亜鉛メッキ品）：No.３〜４試験体
支柱本体材質：SS400（１／100テーパ管）、内・外補強管材質：STM13A
（３）疲労寿命
初期応力値より95％（５％ダウン時）を疲労寿命とする。

表１に示される疲労試験結果から、従来タイプ（溶接接合タイプ）の金属管支柱では、83ＭＰａの応力振幅で試験回数が1.31×10^４に達した時点で縦リブの溶接部に亀裂が発生した。これに対し、摩擦接合タイプの金属管支柱では、203ＭＰａの応力振幅で試験回数が2.19×10^６に達しても亀裂が発生しないことが判明し、これにより、疲労強度の向上を図れることが確認できた。

第１の発明に係る金属管支柱の一実施形態を示す断面図である。図１に示す金属管支柱の製造方法の一例を示す図である。第２の発明に係る金属管支柱の一実施形態を示す断面図である。図２に示す金属管支柱の製造方法の一例を示す図である。図２に示す金属管支柱の製造方法の他の例を示す図である。従来の金属管支柱を示す半断面図である。

符号の説明

１１，２１支柱本体
１２，２２ベースプレート
１２ａ，２２ａ管状部
１３内側補強管
２３外側補強管

Claims

先細りの金属管からなる支柱本体と、該支柱本体の基端部と内嵌する管状部を有するベースプレートと、前記支柱本体の基端部と外嵌する外側補強管とを備えてなり、前記管状部の外周面が前記支柱本体の内周面に摩擦接合されているとともに、前記外側補強管の内周面が前記ベースプレートの管状部と重なり合うように前記支柱本体の外周面に摩擦接合されていることを特徴とする金属管支柱。
先細りの金属管からなる支柱本体と、該支柱本体の基端部と内嵌する管状部を有するベースプレートと、前記支柱本体の基端部と外嵌する外側補強管とを備えてなる金属管支柱の接合方法であって、前記支柱本体の基端部に前記外側補強管を圧入して前記外側補強管の内周面を前記支柱本体の外周面とを摩擦接合すると共に前記支柱本体の内周面と前記管状部の外周面とを摩擦接合することを特徴とする金属管支柱の製造方法。