JP6006366B1 - 複合開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートとの付着機能と共に鋼材との溶接機能に優れた複合開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造を提供する。【解決手段】開先角度が溶接開先標準の許容値内で、かつ、溶接開先標準に準拠した小さなルート半径のＪ形開先面１５と大きなルート半径のＪ形開先面１６を交互に根本を一致させて配置することにより、段差がある境界面の開先角度およびルート半径も溶接開先標準の許容値内で形成した複合開先付き異形棒鋼とし、それを用いた杭頭接合構造とする。【選択図】図１

Description

本発明は、複合開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造に関するものである。

近年、異形棒鋼は、新材料および新工法の開発に伴い、基礎フーチングと鋼管杭との接合など、鉄筋コンクリートと鉄骨との境界構造に適用される状況において、本来のコンクリートとの付着機能と共に鋼材との溶接機能も求められている。

しかしながら、これまで異形棒鋼の基本形状とされてきた節は、溶接品質の保証および適切な溶着金属量も考慮して標準とされている開先形状に適合しない粗い溶接面を形成することとなり、初層の溶け込み不良などの溶接欠陥を発生する恐れがある。
このような状況に鑑み、溶接性を高めるため、溶接に適したＪ形開先などの開先を節と共に棒鋼の長手方向の全長にわたって成型した、開先付き異形棒鋼が使用されている。

特許第４５４４６１８号公報

しかしながら、前記従来の技術には、さらに付着強度を高め、さらに溶接安定性を求める要請がある。
特許第４５４４６１８号は、本件出願人会社の開発技術であり、この特許に基づく製品は、甚大な信頼を得て施工されている。

開先は、溶接開先標準に定められたルート半径、開先角度および開先深さの形状規定に基づき、異形棒鋼の表面にある節を削除して滑らかに加工するため、異形棒鋼が本来保有しているコンクリートとの付着性能を低下させる可能性がないわけではない。

Ｊ形開先面は、開先形状の円弧部を決定するルート半径とこの円弧部に接続する直線部の角度を決定する開先角度が溶接開先標準で規定されており、寸法精度許容差以内の微小な凹凸であれば問題ないが、節などの開先面から突出する段差を原則として成型することはできない。

なお、一般社団法人日本鋼構造協会などの溶接開先標準では、一般にルート半径の許容値をｒ＝9±2mmおよび開先角度の許容値をθ＝45±5°と一定の許容差を持たせて定めている。

本発明では、複合開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造を開発したことにより、前記付着強度と溶接安定性をさらに向上させるものである。
ここに本発明は、鋼材側面に溶接する開先付き異形棒鋼において、鋼材側面に接触する面を棒鋼の長手方向に成形した面としかつその接触する面の両側に異なる形状のＪ形又は異なる形状のレ形の開先を棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に加工し、この開先は、小さなルート半径の開先面と、大きなルート半径の開先面の、異なる形状の開先面を交互に開先の根本を一致もしくは小さなルート半径の根本を大きなルート半径の根本より少し上にして成型することにより、段差がある境界面を形成し、さらにその棒鋼の周面に同一円周面にある前記Ｊ形又はレ形の開先を除いて長手方向に予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたる節を設けた複合開先付き異形棒鋼であって、前記棒鋼に設けるＪ形又はレ形の開先および前記節をロール成型したことを特徴とする複合開先付き異形棒鋼を提案する。
鋼材側面に溶接する複合開先付き異形棒鋼は、鋼材側面に接触する面を棒鋼の長手方向に成形した面としかつその接触する面の両側に、溶接開先標準に規定されたルート半径、開先角度および開先深さの一つまたは二つ以上が異なるＪ形又はレ形の開先を棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に成型している。

そして、その棒鋼の周面に同一円周面にある前記Ｊ形又はレ形の開先を除いて長手方向に予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたる節を設けた構成であって、前記棒鋼に設けるＪ形又はレ形の開先および前記節を一様にロール成型している。

杭と基礎フーチングとの接合構造としては、鋼管杭又は鋼管を巻いたコンクリート杭とその上部に構築する基礎フーチングとの接合において、請求項1記載の複合開先付き異形棒鋼を、前記杭の鋼管側面に前記複合開先付き異形棒鋼の長手方向に成形した面を接触させて、主に立向の姿勢で多数本溶接してあることを特徴とする杭と基礎フーチングとの接合構造を提案する。

本発明に係わる複合開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造には、次の様な特有の技術的効果がある。

複合開先付き異形棒鋼は、小さなルート半径のＪ形開先面と大きなルート半径のＪ形開先面を交互に根本を一致させて成型することにより、段差がある境界面を形成出来る。
この異なるルート半径のＪ形開先面が境界面に形成する段差は、前記従来の技術と同等以上の溶接安定性と付着強度を確保出来る。
同等以上とは、段差によって形成される溶接面積の拡大と段差によって形成される空間への溶接材およびコンクリートの安定接合が、さらに溶接および付着安定性を高めているために、溶接安定性と付着強度が向上できる程度を意味する。

複合Ｊ形開先面は、開先角度が溶接開先標準の許容値内で、かつ、成型する小さなルート半径を溶接開先標準に規定された最小値以上にする共に大きなルート半径を溶接開先標準に規定された最大値以下にすることにより、段差がある境界面の開先角度およびルート半径も溶接開先標準の許容値内で形成されるため、どの切断面においても溶接開先標準に適合させることが可能である。

複合開先付き異形棒鋼は、異形棒鋼が本来有している付着性能を保持すると共に健全な溶接を可能ならしめる。

図１は、本発明の実施例で、請求項１および請求項２の発明に係わる複合開先付き異形棒鋼の断面図である。 図２は、同じく図１のＡ線による複合開先付き異形棒鋼の側面図である。 図３は、図２のＢ線による複合開先付き異形棒鋼の開先側の平面図である。 図４は、図３のＣ−Ｃ線による複合開先付き異形棒鋼の複合Ｊ形開先面の断面図である。 図５は、複合開先付き異形棒鋼を鋼管巻きコンクリート杭の鋼管の側面に溶接した杭頭接合部の立面図である。 図６は、図５のＤ線による複合開先付き異形棒鋼を鋼管巻きコンクリート杭の鋼管の側面に溶接した杭頭接合部の平面図である。 図７は、図５の杭頭接合部の立面図の一部拡大説明図である。Ｅ−Ｅ線は、実施例における節と小さなルート半径のＪ形開先面が、水平位置にあることを示している。

ここで、本発明の複合開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造の一実施例を図面に基づいて説明する。

図1〜図７は、本発明に係る複合開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造の同じ実施例１を示すものである。
図１は、請求項１および請求項２の発明に係わる複合開先付き異形棒鋼６の断面図である。
複合開先付き異形棒鋼６は、横臥した状態で説明すると、上部に節７、中央の両側にリブ９および下部の両側に複合Ｊ形開先８ならびに開先面８と開先面８の間に鋼管と接触する面１０を成型した構成である。
複合Ｊ開先８は、開先面１６を例に説明するとルート半径１４で形成される円弧部２１と開先角度２０で形成される直線部２２を組み合わせてできる形状を上面視でみて、アルファベットのＪに似た開先形状のことである。

この複合Ｊ形開先８は、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５と、大きなルート半径１４のＪ形開先面１６の、異なる形状の開先面を交互に開先の根本２３を一致させて成型することにより、段差１８がある境界面１７を形成している。

段差１８は、溶接開先標準に適合させつつ、鋼管との溶接安定性を向上させるとともに、コンクリートとの付着においても滑らかに切削加工された開先面とは異なって、異形棒鋼とコンクリートの付着性能を相当程度向上させる。
なお、付着強度は、主に鉄筋サイズ（異形棒鋼諸元表呼び名：Ｄ２５〜Ｄ３８）に応じた段差１８および小さなルート半径１３のＪ形開先面１５の間隔により、理論値で２０〜３０％程度向上できる。
この複合Ｊ形開先面８は、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５を上縁とする段差１８がある境界面１７を有する突条を形成していることになり、その突条は間隔をおいて成型されているかたちである。

なお、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５は、ロール成型する金型の加工などの理由から、根本２３より少し上の根本２４から成型することがある。
ただし、製造上の根本２４から成型される小さなルート半径１３のＪ形開先面１５は、根本２３で成型する開先面を包含しており、溶接開先標準の規定を満足するので問題ない。

また、境界面１７は開先面１５と開先面１６に連続するほぼ４５°の傾斜面で成型されるため、傾斜面の位置に応じてルート半径は小さなルート半径１３と大きなルート半径１４の範囲内で変化する事となる。
従って、複合Ｊ形開先８は、開先角度２０が溶接開先標準に規定された許容値内（θ＝45±5°）で、かつ、成型する小さなルート半径１３を溶接開先標準に規定された最小値以上にすると共に大きなルート半径１４を溶接開先標準に規定された最大値以下にすることにより、形成される段差１８がある境界面１７のルート半径も許容値内（ｒ＝9±2mm）になり、どの切断面においても溶接開先標準に適合することになる。

また、段差１８は交互に成型する異なる開先面のルート半径の差および開先角度の差に応じて、1,4mm〜3mm程度まで大きくすることが可能である。
なお、この複合Ｊ形開先８はルート半径だけが異なる実施例を示しているが、ルート半径と開先角度２０の二つ以上の寸法が異なる成型も可能である。

また、複合Ｊ形開先８の形状は、レ形も選択出来るが、複合レ形開先の段差１８は開先角度２０と開先深さ１９だけで決定されるため、開先の根本２３をずらした開先深さ１９が異なるレ形開先を交互に成型して形成できる。

両側に異なる形状のＪ形又は異なる形状のレ形の開先とは、ルート半径、開先角度２０および開先深さ１９の一つまたは二つ以上が異なる形状の開先が、少なくとも２面あって、その各面で段差１８を形成し、かつそれを連続形状にしている形態を指す。
２面ともＪ形開先であるがそのＪ形が異なる形状の２面であるものや、２面ともレ形開先であるがそのレ形が異なる形状で、全体として観た開先にレ形開先が２面あるものになる。

段差１８によって溶接面積および付着面積が拡大され、段差１８によって形成される空間への溶接材およびコンクリートとの安定接合が可能になる。
なお、杭頭鋼管に接触する面１０の中間には、鋼管２の円形表面に隙間なく接触するように窪み１１を設け、かつ、節１２を配置した例を示している。

複合開先付き異形棒鋼６の開先深さ１９は、開先の根本２３からリブ９までの距離となる。

図２は、図１のＡ線による複合開先付き異形棒鋼６の側面図である。
複合開先付き異形棒鋼６は、リブ９および鋼材側面に接触する面１０を棒鋼の長手方向に成形した面としかつその接触する面１０の両側に小さなルート半径１３のＪ形開先面１５および大きなルート半径１４のＪ形開先面１６ならびに前記Ｊ形開先面１５および１６が形成する境界面１７を棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に成型している。

さらにその棒鋼の周面に同一円周面にある前記複合Ｊ形開先８を除いて長手方向に予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたる節７を設けた構成である。
節７は円周方向に平行に配置した例を、又、リブ９は長手方向の両側に配置した例を示しているが、規則性があり一様である形状および本数であれば全て成型可能である。

図３は、図２のＢ線による複合開先付き異形棒鋼６の開先側の平面図である。複合Ｊ形開先面８の相互間には鋼管２に接触する面１０が成型されており、面１０の長手方向に窪み１１を成型し、かつ、節１２を連続的に配置した例を示している。

ただし、必要とされる付着性能に応じて、断続的に節１２を成型したり、又、節１２を全く配置しない事もある。

複合Ｊ形開先８には、前記の面１０の両側に小さなルート半径１３のＪ形開先面１５および大きなルート半径１４のＪ形開先面１６ならびにＪ形開先面１５および１６が形成する境界面１７が棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に加工されている。

なお、複合開先付き異形棒鋼６の開先深さ１９は、開先の根本２３からリブ９までの距離となり、溶接個所の高さになる。

図４は、図３のＣ−Ｃ線による複合開先付き異形棒鋼６の複合Ｊ形開先面８の断面図である。
複合Ｊ形開先面８には、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５および大きなルート半径１４のＪ形開先面１６ならびにＪ形開先面１５およびＪ形開先面１６が形成する段差１８を有する境界面１７が棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に成型されている。

複合Ｊ形開先面８は、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５を上縁とする段差１８がある境界面１７を有する突条を形成している。
この境界面１７は開先面１５と開先面１６に連続するほぼ４５°の傾斜面で成型されるため、傾斜面の位置に応じてルート半径は小さなルート半径１３と大きなルート半径１４の範囲内で変化する事となる。

図５は、複合開先付き異形棒鋼６を、鋼管巻きコンクリート杭１の鋼管２の側面に多数本溶接した杭頭接合部の立面図を例として示している。
尚、複合開先付き異形棒鋼６は本実施例以外に、鋼管杭、埋込み柱脚の鋼管および鉄骨造を構成するＨ形鋼などとの溶接ならびに複合開先付き異形棒鋼６同士の溶接などあらゆる鋼材との溶接に適用可能である。

図６は、図５のＤ線による複合開先付き異形棒鋼６を鋼管巻きコンクリート杭１の鋼管２の側面に溶接した杭頭接合部の平面図である。
鋼管巻きコンクリート杭１は外側の鋼管２と鋼管２の内部に打設されたコンクリート３から構成され、複合開先付き異形棒鋼６は外側の鋼管２の側面に均等に４本溶接した施工の実施例を示している。

図７は、図５の杭頭接合部の立面図の一部拡大説明図で、複合開先付き異形棒鋼６の立設姿勢である。
Ｅ−Ｅ線は、複合開先付き異形棒鋼６において節と小さなルート半径１３のＪ形開先面１５が、水平位置にある実施例を示している。
なお、小さなルート半径１３のＪ形開先面１５の間隔は、適度に狭くすることにより、コンクリートとの付着強度をさらに高めることが出来る。

１ 鋼管巻きコンクリート杭
２ 鋼管
３ 鋼管内のコンクリート
４ 基礎フーチング
５ 杭と複合開先付き異形棒鋼との溶接部
６ 複合開先付き異形棒鋼
７ 複合開先付き異形棒鋼に成型された節
８ 複合開先付き異形棒鋼に成型された複合Ｊ形開先面
９ 複合開先付き異形棒鋼に成型されたリブ
１０ 開先面と開先面の間の鋼管と接触する面（棒鋼の長手方向に成形した面）
１１ 開先面と開先面の間の鋼管と接触する面に設けた窪み
１２ 開先面と開先面の間の窪みに設けた節
１３ 小さなルート半径
１４ 大きなルート半径
１５ 小さなルート半径のＪ形開先面
１６ 大きなルート半径のＪ形開先面
１７ 異なるルート半径のＪ形開先面が形成する境界面
１８ 異なるルート半径のＪ形開先面が形成する境界面の段差
１９ 開先深さ
２０ 開先角度
２１ 開先面を形成する円弧部
２２ 開先面を形成する直線部
２３ 開先面の根本
２４ 小さなルート半径のＪ形開先面の製造上の根本

Claims (2)

1. 鋼材側面に溶接する開先付き異形棒鋼において、鋼材側面に接触する面を棒鋼の長手方向に成形した面としかつその接触する面の両側に異なる形状のＪ形又は異なる形状のレ形の開先を棒鋼の長手方向の全長にわたって交互に加工し、この開先は、小さなルート半径の開先面と、大きなルート半径の開先面の、異なる形状の開先面を交互に開先の根本を一致もしくは小さなルート半径の根本を大きなルート半径の根本より少し上にして成型することにより、段差がある境界面を形成し、さらにその棒鋼の周面に同一円周面にある前記Ｊ形又はレ形の開先を除いて長手方向に予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたる節を設けた複合開先付き異形棒鋼であって、前記棒鋼に設けるＪ形又はレ形の開先および前記節をロール成型したことを特徴とする複合開先付き異形棒鋼。
2. 鋼管杭又は鋼管を巻いたコンクリート杭とその上部に構築する基礎フーチングとの接合において、請求項1記載の複合開先付き異形棒鋼を、前記杭の鋼管側面に前記複合開先付き異形棒鋼の長手方向に成形した面を接触させて、多数本溶接してあることを特徴とする杭と基礎フーチングとの接合構造。