JP6330478B2

JP6330478B2 - 鋼管

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Publication number: JP6330478B2
Application number: JP2014105849A
Authority: JP
Inventors: 妙中　真治; 真治妙中; 寺田　好男; 好男寺田; 秀秋木村; 精二石橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-05-22
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: JP2015221965A

Description

本発明は、鋼管外周面に窪み部が形成された鋼管に関するものであり、例えば、地盤内に埋め込まれて基礎杭や地盤補強等として設けられる。

従来から、鋼管の周方向に凹部を有する窪み付き鋼管杭や、外周面に複数の窪み部が鋼管軸方向に沿って列をなすように形成された窪み付き鋼管杭として、特許文献１、２に開示される鋼管杭が提案されている。

特許文献１に開示された鋼管杭は、鋼管肉厚２ｍｍ以上、鋼管外径（Ｄ）５０ｍｍ以上、凹部の深さを０．００５Ｄ〜０．２Ｄ、凹部の幅を０．０１５Ｄ〜２Ｄとしたときに、凹部の幅（Ｂ）と、凹部の深さ（Ｈ）との関係を、Ｂ／Ｈ＝３〜２０として、凹部の幅及び凹部の深さの比率を規定するものである。

特許文献２に開示された鋼管杭は、各々の窪み部の内部に、窪み部の底面よりもさらに深く凹ませるとともに鋼管軸方向に沿う柱状凹部が形成されるものであり、鋼管軸に沿った何れの位置においても、鋼管全周長に占める各々の窪み部の鋼管周方向の長さの合計の割合が、５０％以下に設定されるものである。

特開２００８−１７５０５５号公報特許第５０８５８０９号公報

特許文献１、２に開示された鋼管杭は、地盤中又はコンクリート中に窪み付き鋼管杭が埋設施工されて、地盤内の土砂やコンクリート等と窪み付き鋼管杭とを一体化させるものである。このとき、特許文献１、２に開示された鋼管杭は、地盤内の土砂やコンクリート等を鋼管杭の凹部や窪み部で抵抗させて、窪み付き鋼管杭に所定の付着強度を付与することで、地盤中又はコンクリート中で十分な付着性能を保持することが必要となる。

このため、特許文献１に開示された鋼管杭は、凹部の幅及び凹部の深さの比率を所定のものとすることで、鋼管杭の凹部とコンクリート等との付着性能を高めることを目的としたものとなっている。しかし、特許文献１に開示された鋼管杭は、鋼管杭の外周面に凹部が形成されることで、鋼管杭の鋼管軸方向の剛性が低下するおそれがあるにもかかわらず、鋼管杭の鋼管軸方向に作用する圧縮荷重に抵抗するための圧縮性能が考慮されていないものとなっている。

これに対して、特許文献２に開示された鋼管杭は、鋼管全周長に占める各々の窪み部の鋼管周方向の長さの合計の割合が５０％以下に設定されることで、複数の窪み部が形成されることによって鋼管杭の圧縮性能が低下することを回避することができるものとなっている。しかし、特許文献２に開示された鋼管杭は、鋼管全周長に占める各々の窪み部の鋼管周方向の長さの合計の割合に５０％という上限が設定されて、鋼管全周長に対する窪み部が形成される範囲が非常に限定されるものとなり、コンクリート等との付着性能が自ずと低下するおそれがある。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、地盤内の土砂やコンクリート等との付着性能の低下を回避すると同時に、管軸方向の圧縮性能を低下させない窪み仕様を有した鋼管を提供することにある。

第１発明に係る鋼管は、鋼管外周面に窪み部が形成された鋼管であって、管軸方向に延びて略直管状に形成された直管部と、管軸直交方向の内側に向けて凹状に形成された窪み部とを備え、前記窪み部は、前記直管部と略同一の板厚を有するとともに、前記直管部の直管外周面よりも凹状に形成された窪み深さが、鋼管外径及び鋼管板厚との関係で、下記（１）式により規定される関係を満足し、前記窪み部は、管周方向の鋼管全周長に対して占める割合が５０％を超えるように、管周方向に一又は複数形成され、前記鋼管外径は、４８．２ｍｍ以上１６５．２ｍｍ以下であることを特徴とする。

ここで、ａ_max：前記窪み部の窪み深さの最大値、Ｄ：鋼管外径、ｔ：鋼管板厚とする。

第２発明に係る鋼管は、第１発明において、前記窪み部は、管周方向の鋼管全周長に対する一部のみで管周方向に延びて形成されることを特徴とする。

第３発明に係る鋼管は、第１発明又は第２発明において、前記窪み部は、管軸方向に所定の間隔を空けて断続的に複数形成されることを特徴とする。

第４発明に係る鋼管は、第１発明〜第３発明の何れかにおいて、前記窪み部は、前記直管部の直管内周面よりも凸状に形成された窪み高さが、鋼管外径及び鋼管板厚との関係で、下記（２）式により規定される関係を満足することを特徴とする。

ここで、ｂ_max：前記窪み部の窪み高さの最大値、Ｄ：鋼管外径、ｔ：鋼管板厚とする。

第１発明〜第４発明によれば、窪み部の窪み深さａが、上記（１）式により規定される関係を満足するときに、鋼管の圧縮耐力を低下させることなく、鋼管外側の固結材等との間で所定の付着性能を確保することが可能となる。また、第１発明〜第４発明によれば、窪み部の窪み高さｂが、上記（２）式により規定される関係を満足するときに、鋼管の圧縮耐力を低下させることなく、鋼管内側の固結材や定着材等との間で所定の付着性能を確保することが可能となる。

第１発明〜第４発明によれば、窪み比率λが５０％を超えるように設定されることで、管周方向に延びた窪み部の窪み延長を十分に長くして、固結材や定着材等との付着性能を向上させることが可能となる。

これにより、第１発明〜第４発明によれば、地盤内の土砂や経時硬化性材料等との付着性能の低下を回避すると同時に、鋼管の圧縮耐力を低下させることなく、管軸方向の圧縮性能を低下させない窪み仕様を有する鋼管を提供することが可能となる。

本発明を適用した鋼管を示す斜視図である。（ａ）は、本発明を適用した鋼管を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図である。（ａ）は、窪みなしの通常鋼管を示す一部破断拡大正面図であり、（ｂ）は、本発明を適用した鋼管を示す一部破断拡大正面図である。（ａ）は、本発明を適用した鋼管を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、そのＦ−Ｆ線縦断面図である。（ａ）は、図４に示す本発明を適用した鋼管のＧ−Ｇ線横断面図であり、（ｂ）は、そのＨ−Ｈ線横断面図である。（ａ）は、本発明を適用した鋼管に窪み部が３箇所に形成された状態を示す横断面図であり、（ｂ）は、その窪み部が１箇所に形成された状態を示す横断面図である。（ａ）は、本発明を適用した鋼管に縦長の窪み部が形成された状態を示す拡大正面図であり、（ｂ）は、そのＧ−Ｇ線横断面図である。（ａ）は、本発明を適用した鋼管の窪み部の窪み深さを示す横断面図であり、（ｂ）は、その窪み部の窪み高さを示す横断面図である。（ａ）は、本発明を適用した鋼管の窪み部を示す拡大縦断面図であり、（ｂ）は、その蛇腹状に潰れる崩壊モードに基づいたモデル図である。本発明を適用した鋼管の計算結果の圧縮耐力と実験結果の圧縮耐力との比率を示すグラフである。（ａ）は、本発明を適用した鋼管の鋼管外側に固結材が設けられた状態を示す縦断面図であり、（ｂ）は、その鋼管内側に固結材が設けられた状態を示す縦断面図である。

以下、本発明を適用した鋼管１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用した鋼管１は、軟弱地盤への基礎工法、地盤改良工法、又は、斜面、トンネルを対象とした補強工法等に使用されるものである。本発明を適用した鋼管１は、例えば、鋼管外径Ｄが２０ｍｍ〜３５０ｍｍ程度となる中小径鋼管に適用されるものである。

本発明を適用した鋼管１は、例えば、地盤内に埋め込まれて基礎杭等として設けられるものであり、図１に示すように、所定の範囲で地盤７を掘削して形成された掘削孔７０や地盤改良範囲に埋設されて、経時硬化性材料等の固結材６や定着材等が地盤７の掘削孔７０に充填作業等により設けられる。

固結材６は、例えば、モルタル、コンクリート等のセメント系材料等の経時硬化性材料や、ウレタン系材料等の経時硬化性材料が用いられて、鋼管１の鋼管外周面１ａと地盤７の掘削孔７０との間に隙間が形成される鋼管外側Ｏや、鋼管１の鋼管内周面１ｂによって囲まれて形成される鋼管内側Ｉに、これらの経時硬化性材料を充填して硬化させることで設けられる。

本発明を適用した鋼管１は、図２に示すように、鋼管外周面１ａに一又は複数の窪み部２が形成される。本発明を適用した鋼管１は、鋼管外周面１ａが略円形状に形成されて、管軸直交方向Ｘに所定の鋼管外径Ｄを有するものとなる。また、本発明を適用した鋼管１は、鋼管外周面１ａと鋼管内周面１ｂとの間で、管軸直交方向Ｘに所定の鋼管板厚ｔを有するものとなる。

本発明を適用した鋼管１は、図３（ａ）に示すように、鋼管外周面１ａが略同一面上に連続して形成された管軸方向Ｙに延びる略直管状の通常鋼管５に、所定の温度以上で熱間加工することで製造されるものである。本発明を適用した鋼管１は、略直管状の通常鋼管５をロールで押圧等することで、図３（ｂ）に示すように、鋼管外周面１ａに複数の窪み部２が形成された窪み付きの鋼管として製造される。なお、本発明を適用した鋼管１は、鋼管外周面１ａに窪み部２を成形しながら、熱間圧延によって窪み付きの鋼管が製造されるものであってもよい。また、本発明を適用した鋼管１は、通常鋼管５に対して切削加工するものでなければ、例えば、窪み部２が冷間成形で形成されるものであってもよい。

本発明を適用した鋼管１は、図４、図５に示すように、管軸方向Ｙに延びて略直管状に形成された直管部３と、管軸直交方向Ｘの鋼管内側Ｉに向けて熱間加工で凹状に形成された窪み部２とを備える。

直管部３は、図４（ａ）に示すように、鋼管１の鋼管外径Ｄと略同一の直管外径Ｄ１で形成されて、鋼管外周面１ａを管軸直交方向Ｘに凹凸させることなく、管軸方向Ｙで略同一面上に直管外周面３ａが連続することで、管軸方向Ｙに延びる略直管状に形成される。また、直管部３は、図４（ｂ）に示すように、鋼管１の鋼管板厚ｔと略同一の直管板厚ｔ１で形成される。

窪み部２は、管軸方向Ｙの複数箇所で鋼管外周面１ａを凹状に形成することで、管軸方向Ｙに所定の間隔を空けて複数形成される。管軸方向Ｙに形成された複数の窪み部２は、管軸方向Ｙで直管部３と交互に形成されて、複数箇所の窪み部２を管軸方向Ｙに連続させることなく、複数箇所の窪み部２が管軸方向Ｙに所定の間隔を空けて断続的に形成される。

窪み部２は、鋼管外周面１ａを管軸直交方向Ｘの鋼管内側Ｉに向けて凹状に湾曲させて形成される。なお、窪み部２は、鋼管外周面１ａを湾曲させることで形成されるものに限られず、鋼管外周面１ａを屈曲等させることで形成されてもよい。窪み部２は、鋼管１の鋼管板厚ｔと略同一の窪み板厚ｔ２で形成されることで、直管部３の直管板厚ｔ１と略同一の窪み板厚ｔ２を有するものとなる。

ここで、窪み部２は、鋼管１の鋼管外周面１ａを押圧等して形成されることから、鋼管１の鋼管板厚ｔと比べて窪み板厚ｔ２に多少の増減が見込まれるものの、この窪み板厚ｔ２に多少の増減がある場合であっても、直管部３の直管板厚ｔ１と略同一の板厚を有するように、窪み板厚ｔ２が形成されるものとする。

窪み部２は、鋼管外周面１ａが管軸直交方向Ｘの鋼管内側Ｉに向けて凹状に形成されることで、窪み外周面２ａが直管部３の直管外周面３ａよりも鋼管内側Ｉに配置されて、直管部３の直管外周面３ａよりも管軸直交方向Ｘで凹状に所定の窪み深さａとなるように形成される。

このとき、窪み部２は、直管部３の直管板厚ｔ１と略同一の窪み板厚ｔ２を有するとともに、鋼管外周面１ａが管軸直交方向Ｘの鋼管内側Ｉに向けて凹状に形成されることにより、鋼管内周面１ｂが管軸直交方向Ｘの鋼管内側Ｉに向けて凸状に形成されるものとなる。

窪み部２は、鋼管内周面１ｂが管軸直交方向Ｘの鋼管内側Ｉに向けて凸状に形成されることで、窪み内周面２ｂが直管部３の直管内周面３ｂよりも鋼管内側Ｉに配置されて、直管部３の直管内周面３ｂよりも管軸直交方向Ｘで凸状に所定の窪み高さｂとなるように形成される。

窪み部２は、図５に示すように、鋼管１の管周方向Ｗで所定の窪み延長Ｅｎとなるように、管周方向Ｗに略円弧状に延びて形成される。窪み部２は、鋼管１の管周方向Ｗの鋼管全周長Ｅに対する一部のみで、鋼管１の管周方向Ｗに連続させることなく、管周方向Ｗで断続的に形成される。このとき、窪み部２は、鋼管１の管周方向Ｗの鋼管全周長Ｅに対する一部のみで形成されることで、窪み部２の管周方向Ｗの両端部２０の間に、鋼管１の鋼管外周面１ａで窪み部２が形成されていないリブ部４を形成させるものとなる。

リブ部４は、鋼管１の管周方向Ｗで熱間加工による押圧がなされていない箇所に形成されるものとなる。このとき、リブ部４は、鋼管外周面１ａを管軸直交方向Ｘに凹凸させることなく、鋼管１の鋼管板厚ｔと略同一のリブ板厚ｔ３で形成されることで、管軸方向Ｙで直管部３の直管外周面３ａ及び直管内周面３ｂと略同一面上に連続して、リブ外周面４ａ及びリブ内周面４ｂが形成されるものとなる。

窪み部２は、図５、図６に示すように、鋼管１の管周方向Ｗに一又は複数形成される。窪み部２は、図５（ａ）に示すように、管周方向Ｗの２箇所で第１窪み部２１と第２窪み部２２とが形成されることで、管周方向Ｗの２箇所でリブ部４が形成される。第１窪み部２１は、鋼管１の管周方向Ｗで所定の窪み延長Ｅ１となるとともに、第２窪み部２２は、鋼管１の管周方向Ｗで所定の窪み延長Ｅ２となる。

窪み部２は、図６（ａ）に示すように、管周方向Ｗの３箇所で第１窪み部２１、第２窪み部２２及び第３窪み部２３が形成されることで、管周方向Ｗの３箇所でリブ部４が形成される。第１窪み部２１は、鋼管１の管周方向Ｗで所定の窪み延長Ｅ１となって、第２窪み部２２は、鋼管１の管周方向Ｗで所定の窪み延長Ｅ２となるとともに、第３窪み部２３は、鋼管１の管周方向Ｗで所定の窪み延長Ｅ３となる。また、窪み部２は、図６（ｂ）に示すように、管周方向Ｗの１箇所のみで、鋼管１の管周方向Ｗで所定の窪み延長Ｅ１となる第１窪み部２１が形成されることで、管周方向Ｗの１箇所でリブ部４が形成されるものとなる。

窪み部２は、管周方向Ｗの４箇所以上に形成されるものであってもよく、例えば、図７に示すように、各々の窪み部２が管軸方向Ｙに延びる略楕円形状等に形成されて、管周方向Ｗで３〜９程度の箇所で、鋼管１の管軸方向Ｙに沿って縦長に形成されるものとすることもできる。窪み部２は、図５〜図７に示すように、鋼管１の管周方向Ｗに所定の数量ｎで形成されることで、各々の窪み部２の窪み延長Ｅｎの合計ΣＥｎが設定されるものとなる。

窪み部２は、鋼管１の管周方向Ｗの鋼管全周長Ｅに対する一部のみで形成されて、鋼管１の管周方向Ｗの鋼管全周長Ｅに対して各々の窪み部２の窪み延長Ｅｎの合計ΣＥｎが占める割合を窪み比率λと定義すると、この窪み比率λが所定の範囲となるように設定されるものとなる。このとき、窪み部２は、鋼管１の管軸方向Ｙで窪み部２が形成される複数の部位１０の全部又は一部で、管周方向Ｗの鋼管全周長Ｅに対する各々の窪み部２の窪み延長Ｅｎの合計ΣＥｎの占める割合として、窪み比率λが５０％以上、９５％以下となるように設定される。

窪み部２は、図８（ａ）に示すように、直管部３の直管外周面３ａよりも凹状に形成された窪み深さａが、鋼管外径Ｄ及び鋼管板厚ｔとの関係で、下記（１）式により規定される関係を満足する。

ここで、ａ_max：窪み部２の窪み深さａの最大値、Ｄ：鋼管外径、ｔ：鋼管板厚とする。

また、窪み部２は、図８（ｂ）に示すように、直管部３の直管内周面３ｂよりも凸状に形成された窪み高さｂが、鋼管外径Ｄ及び鋼管板厚ｔとの関係で、下記（２）式により規定される関係を満足する。

ここで、ｂ_max：窪み部２の窪み高さｂの最大値、Ｄ：鋼管外径、ｔ：鋼管板厚とする。

窪み部２は、例えば、窪み部２の管周方向Ｗの略中央２５で管軸直交方向Ｘに最も深く凹状に形成されて、窪み部２の窪み深さａの最大値ａ_maxを有するものとなる。また、窪み部２は、管周方向Ｗの略中央２５から両端部２０にかけて窪み部２の窪み深さａが漸減して、管周方向Ｗの各部ｍで所定の窪み深さａｍを有するものとなり、窪み部２の管周方向Ｗの両端部２０で、窪み部２の窪み深さａの最小値ａ_minを有するものとなる。

このため、窪み部２は、管周方向Ｗの各部ｍにおける窪み深さａｍの平均値ａ_aveを窪み部２の窪み深さａとして、管周方向Ｗの各部ｍにおける窪み深さａｍの平均値ａ_aveが窪み深さａの最大値ａ_maxの半分程度になるものとすることで、窪み部２の窪み深さａが、窪み深さａの最大値ａ_maxとの関係で、下記（３）式により規定される関係を満足するものとして近似される。なお、窪み部２の窪み深さａは、窪み深さａの最大値ａ_maxとの関係で、下記（３）式により近似するものであるため、実際の製品において、管周方向Ｗの各部ｍにおける窪み深さａｍの平均値ａ_aveを測定等することで算出されてもよいものとする。

また、窪み部２は、窪み深さａと同様に、窪み部２の管周方向Ｗの略中央２５で、窪み部２の窪み高さｂの最大値ｂ_maxを有して、管周方向Ｗの各部ｍで所定の窪み高さｂｍを有するものとなり、窪み部２の管周方向Ｗの両端部２０で、窪み部２の窪み高さｂの最小値ｂ_minを有するものとなる。

このため、窪み部２は、管周方向Ｗの各部ｍにおける窪み高さｂｍの平均値ｂ_aveを窪み部２の窪み高さｂとして、管周方向Ｗの各部ｍにおける窪み高さｂｍの平均値ｂ_aveが窪み高さｂの最大値ｂ_maxの半分程度になるものとすることで、窪み部２の窪み高さｂが、窪み高さｂの最大値ｂ_maxとの関係で、下記（４）式により規定される関係を満足するものとして近似される。なお、窪み部２の窪み高さｂは、窪み高さｂの最大値ｂ_maxとの関係で、下記（４）式により近似するものであるため、実際の製品において、管周方向Ｗの各部ｍにおける窪み高さｂｍの平均値ｂ_aveを測定等することで算出されてもよいものとする。

ここで、本発明を適用した鋼管１は、その崩壊モードが、図９（ａ）に示すように、鋼管１の管軸方向Ｙに圧縮荷重Ｐが作用することで、窪み部２が管軸方向Ｙに潰れるように変形しようとするものとなることを、類似する窪み形状の圧縮実験結果の分析から、鋭意検討の末に、見い出されるものとなった。鋼管１は、管周方向Ｗの鋼管全周長Ｅに対する全部に窪み部２が形成されて、窪み比率λを１００％とした場合に、管軸方向Ｙに作用する圧縮荷重Ｐに抵抗する鋼管１の軸圧縮耐力ｐが、下記（５）、（６）式により算出されるものとなる。

ここで、π：円周率、Ｒ：鋼管半径（Ｄ／２）、σ_y：鋼管降伏強度とする。

上記（５）、（６）式は、窪み比率λが１００％の鋼管１の管軸方向Ｙに圧縮荷重Ｐが作用した場合を想定して、図９（ｂ）に示すように、鋼管１が蛇腹状に潰れる崩壊モードに基づくモデルを設定することで、鋭意検討の末に、この崩壊モードに基づくモデルから極限解析により導かれたものである。

この極限解析は、鋼管１が蛇腹状に潰れたときの変形により回転モーメントＭｐが卓越することで、窪み部２の山部頂点８ａ及び谷部底点８ｂの各々に塑性ヒンジ８が形成されるものと仮定するものである。各々の塑性ヒンジ８は、回転方向ｒに回転角θで回転変形することで、塑性ヒンジ８の回転モーメントＭｐと回転角θとの積（Ｍｐ×θ）から、各々の塑性ヒンジ８の内部仕事が算出される。このとき、各々の塑性ヒンジ８による内部仕事の和は、回転角θが４箇所に形成されることによって４×Ｍｐ×θとなる。これにより、鋼管１の軸圧縮耐力ｐは、各々の塑性ヒンジ８がなす内部仕事の和（回転モーメントＭｐの抵抗がなす仕事）と、圧縮荷重Ｐが鋼管１を変形させるときの外力がなす外部仕事の和（圧縮荷重Ｐがなす仕事の和）とのつり合いから、上記（５）、（６）式のように算出されるものとなる。

本発明を適用した鋼管１は、窪み比率λが５０％以上、９５％以下となるように設定されて、鋼管１の管周方向Ｗで窪み部２が形成される箇所と、窪み部２が形成されない箇所とが形成される。また、窪み部２の窪み深さａは、窪み深さａの最大値ａ_maxとの関係で、上記（３）式により規定される関係を満足するとともに、窪み部２の窪み高さｂは、窪み高さｂの最大値ｂ_maxとの関係で、上記（４）式により規定される関係を満足する。

このため、本発明を適用した鋼管１は、鋼管１の管周方向Ｗで窪み部２が形成される箇所の圧縮耐力ｐ１が、上記（３）〜（６）式より、下記（７）、（８）式により規定される関係を満足するものとなる。

ここで、鋼管外周面１ａに窪み部２が形成されない略直管状の通常鋼管５（窪み比率λが０％）においては、管軸方向Ｙの長尺座屈を生じさせない範囲の圧縮耐力ｐ３が、鋼管断面積Ａに依存するもとして、下記（９）式により規定される関係を満足するものとなる。

ここで、Ａ：鋼管断面積とする。

このため、本発明を適用した鋼管１は、鋼管１の管周方向Ｗで窪み部２が形成されない箇所となるリブ部４の圧縮耐力ｐ２が、通常鋼管５の鋼管断面積Ａに対して窪み部２が形成される割合を控除することで、上記（９）式と窪み比率λとの関係から、下記（１０）式により規定される関係を満足するものとなる。

したがって、本発明を適用した鋼管１は、鋼管１の管周方向Ｗで窪み部２が形成される箇所の圧縮耐力ｐ１と、鋼管１の管周方向Ｗで窪み部２が形成されない箇所の圧縮耐力ｐ２との和が、鋼管外周面１ａに窪み部２が形成されない略直管状の通常鋼管５の圧縮耐力ｐ３との関係で、下記（１１）〜（１３）式により規定される関係を満足することで、通常鋼管５と略同等以上の圧縮耐力を確保したものとなる。

ここで、本発明を適用した鋼管１は、直管部３の直管板厚ｔ１と窪み部２の窪み板厚ｔ２とが略同一であることから、図５（ａ）に示すように、鋼管１の管軸方向Ｙで窪み部２とリブ部４とが形成される部位１０においても、図５（ｂ）に示すように、鋼管１の管軸方向Ｙで直管部３が形成される部位１１と同様に、鋼管断面積Ａが下記（１４）式により規定される関係を満足するものとして近似される。

以上より、本発明を適用した鋼管１は、上記（１２）、（１３）式に上記（１４）式を代入することで、窪み部２の窪み深さａが、上記（１）式により規定される関係を満足するとともに、窪み部２の窪み高さｂが、上記（２）式により規定される関係を満足するものとして算出されるものとなる。なお、本発明を適用した鋼管１は、上記（１４）式で鋼管断面積Ａを近似したことから、実際の製品において、上記（１）、（２）式におけるｔ／ａ_max、ｔ／ｂ_maxが、（Ｄ−ｔ）／Ｄを５％程度下回るものとなってもよいものとする。

下記表１は、比較例１〜６と本発明例１〜３とを比較して、本発明例１〜３の圧縮耐力（ｐ１＋ｐ２）が、通常鋼管５の圧縮耐力ｐ３よりも大きくなることを、実験結果より表すものである。本発明例１〜３は、ｔ／ａ_maxが（Ｄ−ｔ）／Ｄ以上となることで、窪み部２の窪み深さａが上記（１）式により規定される関係を満足するものであり、これに対して、比較例１〜６は、ｔ／ａ_maxが（Ｄ−ｔ）／Ｄ未満となるため、窪み部２の窪み深さａが上記（１）式により規定される関係を満足しないものとなる。ここで、本発明例１〜３は、何れも、鋼管１の管周方向Ｗの鋼管全周長Ｅに対する各々の窪み部２の窪み延長Ｅｎの合計ΣＥｎが占める割合（ΣＥｎ／Ｅ）が９割を超えて、窪み比率λが９０％以上に設定されたものである。

図１０は、比較例及び本発明例の圧縮耐力をプロットしたものであり、「実験結果と計算結果とが一致する場合」を破線にて示し、「実験結果と計算結果の直線近似式」を直線で示している。この破線と直線とが概ね一致することは、発明者が提案する耐力評価式によって算出された窪み付きの鋼管１の圧縮耐力（ｐ１＋ｐ２）が、実際の窪み付きの鋼管１の圧縮耐力（ｐ１＋ｐ２）を高い精度で推定するものであることを、実験結果との検証から明らかにするものである。この実験的な検証研究により、発明者が提案する耐力評価式にて実際の窪み付きの鋼管１の圧縮耐力（ｐ１＋ｐ２）が精度良く推測できるとともに、この耐力評価式をもとに導き出した上記（１）、（２）式の妥当性を示すものである。

本発明を適用した鋼管１は、図１１に示すように、窪み部２の窪み深さａが、上記（１）式により規定される関係を満足するときに、鋼管１の圧縮耐力（ｐ１＋ｐ２）を低下させることなく、鋼管外側Ｏの固結材６や定着材等との間で所定の付着性能を確保することができる。また、本発明を適用した鋼管１は、窪み部２の窪み高さｂが、上記（２）式により規定される関係を満足するときに、鋼管１の圧縮耐力（ｐ１＋ｐ２）を低下させることなく、鋼管内側Ｉの固結材６や定着材等との間で所定の付着性能を確保することができる。

特に、本発明を適用した鋼管１は、窪み比率λが５０％以上、９５％以下となるように設定されることで、管周方向Ｗに延びた各々の窪み部２の窪み延長Ｅｎの合計ΣＥｎを十分に長くして、固結材６や定着材等との付着性能を向上させることができるものとなる。なお、本発明を適用した鋼管１は、鋼管外側Ｏ又は鋼管内側Ｉに、経時硬化性材料の固結材６が設けられるものに限られず、埋設された地盤内の土砂等との間で所定の付着性能を確保するものとされてもよい。

これにより、本発明を適用した鋼管１は、地盤内の土砂や経時硬化性材料等との付着性能の低下を回避すると同時に、鋼管１の圧縮耐力（ｐ１＋ｐ２）を低下させることなく、管軸方向Ｙの圧縮性能を低下させない窪み仕様を有する鋼管１を提供することが可能となる。

なお、本発明を適用した鋼管１は、図２に示すように、管軸方向Ｙに並べられて設けられる複数のリブ部４が、管軸方向Ｙで略一列となるように形成されるものであるが、これに限らず、管周方向Ｗの位置を互いに異ならせて設けられて、管軸方向Ｙで略千鳥状等となるように形成されてもよい。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。

例えば、本発明を適用した鋼管１は、上述した中小径鋼管に適用されるものに限らず、鋼管外径Ｄが３５０ｍｍ〜３０００ｍｍ程度となる大径鋼管に適用されてもよい。なお、本発明を適用した鋼管１は、窪み部２の管軸方向Ｙの長さＢが、窪み部２の窪み深さａに対して、３〜２０倍程度に設定されることが望ましい。

１：鋼管
１ａ：鋼管外周面
１ｂ：鋼管内周面
１０：窪み部とリブ部とが形成される部位
１１：直管部が形成される部位
２：窪み部
２ａ：窪み外周面
２ｂ：窪み内周面
２０：窪み部の両端部
２１：第１窪み部
２２：第２窪み部
２３：第３窪み部
２５：窪み部の略中央
３：直管部
３ａ：直管外周面
３ｂ：直管内周面
４：リブ部
４ａ：リブ外周面
４ｂ：リブ内周面
５：通常鋼管
６：固結材
７：地盤
７０：掘削孔又は地盤改良範囲
８：塑性ヒンジ
８ａ：山部頂点
８ｂ：谷部底点
Ｗ：管周方向
Ｘ：管軸直交方向
Ｙ：管軸方向

Claims

鋼管外周面に窪み部が形成された鋼管であって、
管軸方向に延びて略直管状に形成された直管部と、管軸直交方向の内側に向けて凹状に形成された窪み部とを備え、
前記窪み部は、前記直管部と略同一の板厚を有するとともに、前記直管部の直管外周面よりも凹状に形成された窪み深さが、鋼管外径及び鋼管板厚との関係で、下記（１）式により規定される関係を満足し、
前記窪み部は、管周方向の鋼管全周長に対して占める割合が５０％を超えるように、管周方向に一又は複数形成され、
前記鋼管外径は、４８．２ｍｍ以上１６５．２ｍｍ以下であること
を特徴とする鋼管。
ここで、ａ_max：前記窪み部の窪み深さの最大値、Ｄ：鋼管外径、ｔ：鋼管板厚とする。
前記窪み部は、管周方向の鋼管全周長に対する一部のみで管周方向に延びて形成されること
を特徴とする請求項１記載の鋼管。
前記窪み部は、管軸方向に所定の間隔を空けて断続的に複数形成されること
を特徴とする請求項１又は２記載の鋼管。
前記窪み部は、前記直管部の直管内周面よりも凸状に形成された窪み高さが、鋼管外径及び鋼管板厚との関係で、下記（２）式により規定される関係を満足すること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の鋼管。
ここで、ｂ_max：前記窪み部の窪み高さの最大値、Ｄ：鋼管外径、ｔ：鋼管板厚とする。