JP6428290B2 - 突起構造 - Google Patents

Description

本発明は、固化部材のずれ止めとして鋼管に設けられる突起構造に関する。

従来から、コンクリートが充填される鋼管柱において、鋼管柱の内面とコンクリートとの間に高い付着力を付与することを目的として、例えば、特許文献１、２に開示される内面突起付鋼管柱等が提案されている。

特許文献１に開示された内面突起付鋼管柱は、片側表面のみに肉盛溶接ビードの突起を形成した鋼板と、それ以外の部分の突起のない通常の鋼板とを溶接接合することで、複数の突起を形成した片側表面を内側とする閉断面の管状体を成形する。

特許文献２に開示された内面突起付鋼管柱は、鋼管内周部に溶接ワイヤーを用いて、所定の溶接電流、溶接電圧、溶接速度及び溶接入熱とした溶接条件の下にＣＯ₂溶接を行って、鋼管内周部に所定のビード高さ及び立ち上がり角度からなる肉盛溶接ビードを形成する。

特許文献３に開示された基礎杭の支持構造は、先端部外周に高さが６mm以上の突起を設けた鋼管杭と、地盤中の支持層あるいは支持層を含む区間に形成されているとともに、前記鋼管杭の先端部が挿入され、一体化されてなる根固め柱とを有することを特徴とする。

特開平６−１３６８８０号公報 特開平９−１９５４４３号公報 特開２００２−３５６８４７号公報

しかし、特許文献１、２に開示された内面突起付鋼管柱は、鋼管内周部に複数の突起を形成するものであるが、鋼管柱の軸方向で複数段に亘って設けられた複数の突起が、鋼管柱の内面から突出する高さを互いに同一とするものである。

このとき、特許文献１、２に開示された内面突起付鋼管柱は、複数の突起が突出する高さを同一とすることから、鋼管柱の内面とコンクリートとの間の付着力を向上させるために、全ての突起で突出する高さを大きくするか、複数の突起を多段に亘って設けることが必要となる。

このため、特許文献１、２に開示された内面突起付鋼管柱は、鋼管柱の内面とコンクリートとの間の付着力を向上させるために、肉盛溶接ビードの高さや数量を増大させることが必要となることから、肉盛溶接ビードの施工コストや材料コストが増大するという問題点があった。

また、特許文献３に開示された基礎杭の支持構造は、鋼管杭にさほど大きな翼を設けなくても、高い先端支持力を得られるものとするために、鋼管杭の先端部外周に突起が設けられて、根固め柱に突起から力を分散させるものであって、鋼管杭の先端部と根固め柱とのずれ止めとすることを目的として突起が設けられるものとなっていない。

さらに、特許文献３に開示された基礎杭の支持構造は、鋼管杭の先端部外周で、根固め柱が無筋コンクリートとして構成されており、鋼管や鉄筋等で根固め柱が拘束されるものとなっていないことから、鋼管杭の先端部外周の突起からの押圧力により、無筋コンクリートの根固め柱に亀裂が発生して、根固め柱とのずれ止め効果が不十分となるという問題点があった。

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、複数の突起部を所定の突出高さで鋼管に設けることで、モルタル等の固化部材の効率的なずれ止めを実現することのできる突起構造を提供することにある。

第１発明に係る突起構造は、固化部材のずれ止めとして鋼管に設けられる突起構造であって、鋼管の内周面及び外周面の何れか一方又は両方から、鋼管又は鉄筋で拘束された固化部材に向けて突出させた複数の突起部を備え、複数の前記突起部は、鋼管に対して固化部材がずれようとするときの管軸方向の始端側から終端側まで、前記管軸方向で複数段に亘って設けられて、前記管軸方向の始端側より終端側で、前記管軸方向に隣り合う前記突起部の先端の突出高さが大きいものとなることを特徴とする。

第２発明に係る突起構造は、第１発明において、複数の前記突起部は、前記管軸方向の始端側より終端側で、前記突起部の先端の突出高さが大きくなる増加率が、前記管軸方向に隣り合う前記突起部の先端の突出高さの差を、前記管軸方向に隣り合う前記突起部を離間させた離間距離で除した値として、０．６７％以上、４．５％以下となることを特徴とする。

第３発明に係る突起構造は、第１発明又は第２発明において、複数の前記突起部は、前記管軸方向の始端側に設けられる始端側突起部と、前記管軸方向の終端側に設けられる終端側突起部と、前記管軸方向で前記始端側突起部及び前記終端側突起部の中間に設けられる中間突起部とを有し、前記始端側突起部、前記中間突起部及び前記終端側突起部の先端の突出高さが、前記管軸方向の始端側から終端側まで順次大きいものとなることを特徴とする。

第４発明に係る突起構造は、第３発明において、複数の前記突起部は、前記始端側突起部の先端から前記終端側突起部の先端まで略直線状に連続する仮想線上に前記中間突起部の先端が配置されるものとして、前記始端側突起部、前記中間突起部及び前記終端側突起部の先端の突出高さが、前記管軸方向の始端側から終端側まで略直線状に順次大きいものとなることを特徴とする。

第５発明に係る突起構造は、第１発明又は第２発明において、前記突起構造部は、前記管軸方向の始端側に設けられる始端側突起部と、前記管軸方向の終端側に設けられる終端側突起部とを有する突起部群を、前記管軸方向に複数有し、前記突起部群は、第１突起部群と、前記第１突起部群に対して前記管軸方向の終端側で隣り合う第２突起部群とを有し、前記第１突起部群の前記終端側突起部における突出高さは、前記第２突起部群の前記始端側突起部における突出高さよりも大きいことを特徴とする。

第１発明〜第５発明によれば、複数の突起部の管軸方向の段数や、複数の突起部の合計の突出高さを増大させることなく、鋼管の側面と固化部材との付着力を向上させることができるため、複数の突起部を設けるときの溶接作業等の施工コストや材料コストを低減させて、鋼管と固化部材との効率的なずれ止めを実現することが可能となる。

第１発明〜第５発明によれば、所定の引張荷重が作用したときの固化部材の破断面が、管軸方向で断続的に形成されるため、鋼管の側面と固化部材との境界で固化部材の破断面が連続的に形成されることを防止して、鋼管の側面と固化部材との付着力の急激な低下を抑制することが可能となる。

第１発明〜第５発明によれば、鋼管又は鉄筋で固化部材が拘束されるため、鋼管の管周方向に設けられた突起部が、鋼管又は鉄筋で取り囲まれて、管軸直交方向の外側に向けて作用する押圧力に対する抵抗力を発揮するものとなることで、無筋コンクリートのような放射状の亀裂の発生を防止することが可能となる。

特に、第２発明によれば、管軸方向の始端側より終端側で、管軸方向に隣り合う突起部の先端の突出高さが大きくなる増加率が、０．６７％以上、４．５％以下とされることで、所定の相対変位量となる時点の引張荷重が５％〜１０％以上上昇するものとなり、鋼管の側面と固化部材との付着力を確実に向上させることが可能となる。

本発明を適用した突起構造が用いられる二重鋼管を示す斜視図である。 本発明を適用した突起構造が用いられる二重鋼管を示す正面図である。 本発明を適用した突起構造で鋼管の内周面及び外周面に形成された複数の突起部を示す正面図である。 本発明を適用した突起構造で２段に亘って設けられた複数の突起部を示す正面図である。 本発明を適用した突起構造で５段に亘って設けられた複数の突起部を示す正面図である。 （ａ）は、本発明を適用した突起構造で所定の引張荷重を負荷した鋼管のＦＥＭ解析モデルを示す正面図であり、（ｂ）は、従来の内面突起付鋼管柱のＦＥＭ解析モデルを示す正面図である。 本発明を適用した突起構造のＦＥＭ解析結果で引張荷重と相対変位量との関係を従来の内面突起付鋼管柱と比較するグラフである。 本発明を適用した突起構造で所定荷重が載荷された内側鋼管のＦＥＭ解析モデルを示す正面図である。 本発明を適用した突起構造のＦＥＭ解析結果で抵抗力比率と増加率との関係を示すグラフである。 （ａ）は、本発明を適用した突起構造の断続的な破断面を示す正面図であり、（ｂ）は、従来の内面突起付鋼管柱の連続的な破断面を示す正面図である。 本発明を適用した突起構造で複数段に亘って設けられた始端側突起部と終端側突起部との組み合わせを示す正面図である。 本発明を適用した突起構造の引抜試験結果で引張荷重と相対変位量との関係を従来の内面突起付鋼管柱と比較するグラフである。 本発明を適用した突起構造が用いられるフーチング基礎の鋼管杭を示す正面図である。 （ａ）は、無筋コンクリートの固化部材を示す平面図であり、（ｂ）は、鋼管で拘束された固化部材を示す平面図であり、（ｃ）は、鉄筋で拘束された固化部材を示す平面図である。

以下、本発明を適用した突起構造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。

本発明を適用した突起構造１は、図１に示すように、鋼管杭又は鋼管柱等として用いられる鋼管２の側面２１と、鋼管２の内部２０に充填等した固化部材４とのずれ止めとして、断面略円形状等に形成された鋼管２に設けられる。

本発明を適用した突起構造１は、鋼管２の内周面２１ａ及び外周面２１ｂの何れか一方又は両方から、鋼管又は鉄筋で拘束された固化部材４に向けて管軸直交方向Ｘに突出させて、鋼管２の管軸方向Ｙの複数段に亘って、鋼管２の管周方向Ｗに延びて設けられた複数の突起部５を備える。

本発明を適用した突起構造１は、図２に示すように、例えば、鋼管杭として用いられる内側鋼管３１等の鋼管２と、鋼管柱として用いられる外側鋼管３２等の鋼管２とを組み合わせて、外側鋼管３２に内側鋼管３１を挿通させた二重鋼管３の杭頭部や柱接合部等に設けられる。

本発明を適用した突起構造１は、例えば、内側鋼管３１等の鋼管２の外径Ｄ１＝１００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度、外側鋼管３２等の鋼管２の外径Ｄ２＝２００ｍｍ〜１６００ｍｍ程度とする。鋼管２は、板厚ｔ＝１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度として、略中空状に形成された内部２０にモルタル等の固化部材４が設けられる。なお、鋼管２の外径Ｄ及び板厚ｔは、例えば、ｔ／Ｄ＝０．０１〜０．１の範囲で用いられる。

鋼管２は、外側鋼管３２等の鋼管２の内部２０で、モルタル、グラウト、樹脂又はコンクリート等の所定時間の経過により硬化する経時硬化性材料を充填、硬化させることで、外側鋼管３２等の鋼管２の内周面２１ａと、内側鋼管３１等の鋼管２の外周面２１ｂとの間に固化部材４が設けられる。

鋼管２は、外側鋼管３２等の鋼管２の内部２０で、経時硬化性材料を充填、硬化させることで、外側鋼管３２等の鋼管２の内周面２１ａや、内側鋼管３１等の鋼管２の外周面２１ｂに、モルタル等の経時硬化性材料を硬化させた固化部材４が当接される。

鋼管２は、図３に示すように、内側鋼管３１等の鋼管２が地盤８に埋め込まれて、外側鋼管３２等の鋼管２の下端２ｂに、地盤面８ａから突出させた内側鋼管３１等の鋼管２の上端２ａを挿通させたときに、内側鋼管３１及び外側鋼管３２に所定の管軸方向Ｙの軸力が作用する。

鋼管２は、管軸方向Ｙの下方に向けた軸力Ｐ１が外側鋼管３２に作用して、また、管軸方向Ｙの上方に向けた軸力Ｐ２が内側鋼管３１に作用することで、内側鋼管３１又は外側鋼管３２となる鋼管２に対して固化部材４が管軸方向Ｙに相対移動してずれようとするものとなる。

鋼管２は、外側鋼管３２の鋼管２に対して固化部材４が管軸方向Ｙに相対移動してずれようとすることで、外側鋼管３２等の鋼管２の内周面２１ａの近傍において、管軸方向Ｙの上方に向けた荷重方向Ｓに、固化部材４に対する軸方向荷重Ｑ１が作用する。

鋼管２は、内側鋼管３１の鋼管２に対して固化部材４が管軸方向Ｙに相対移動してずれようとすることで、内側鋼管３１等の鋼管２の外周面２１ｂの近傍において、管軸方向Ｙの下方に向けた荷重方向Ｓに、固化部材４に対する軸方向荷重Ｑ２が作用する。

鋼管２は、外側鋼管３２の鋼管２の内周面２１ａや内側鋼管３１の鋼管２の外周面２１ｂに複数の突起部５が設けられて、鋼管２の側面２１から固化部材４に向けて突起部５が突出することで、鋼管２に対して固化部材４が相対移動してずれようとするときに、各々の突起部５が固化部材４に係止されるものとなる。

固化部材４は、外側鋼管３２の内部２０で、外側鋼管３２の内周面２１ａと内側鋼管３１の外周面２１ｂとの間に設けられることで、管軸直交方向Ｘに押し拡げられることのないように、外側鋼管３２の内周面２１ａに取り囲まれて、鋼管２で拘束されるものとなる。なお、固化部材４は、内側鋼管３１の内部２０に経時硬化性材料を充填、硬化させて設けられた場合に、内側鋼管３１の内周面２１ａに取り囲まれて、鋼管２で拘束されるものとなる。

複数の突起部５は、図４、図５に示すように、鋼管２に対して固化部材４がずれようとするときの荷重方向Ｓで、軸方向荷重の起点となる始端側Ａから、軸方向荷重の終点となる終端側Ｂまで、荷重方向Ｓで２段以上の複数段に亘って、鋼管２の側面２１に設けられる。

複数の突起部５は、図４に示すように、鋼管２の管周方向Ｗに連続して鋼管２の側面２１に溶接金属を溶接することで、鋼管２の側面２１から管軸直交方向Ｘに突出させたビードにより各々の突起部５が形成される。複数の突起部５は、これに限らず、鋼管２の管周方向Ｗに連続して鋼管２の側面２１に丸鋼、異形鉄筋又は平鋼等を溶接することで、各々の突起部５が形成されてもよい。この際、突起部５の断面形状は、矩形、丸型、楕円形又は丸型と矩形とを組み合わせた形状になる。突起部５は、必ずしも鋼管２の管周方向Ｗの全周に亘って連続的に取り付けられる必要はなく、取付作業に必要な不連続部が管周方向Ｗの一部に設けられてもよい。突起部５は、必ずしも鋼管２の管軸方向Ｙと直交する水平方向に延びる必要はなく、水平方向に対して１０°〜３０°程度の角度を持って略螺旋状等に設けられて、鋼管２の管周方向Ｗで一周する毎に、各々の突起部５の先端５ａの突出高さｈが異なるように形成されてもよい。

複数の突起部５は、鋼管２の側面２１から管軸直交方向Ｘにビード等を突出させることで、鋼管２の側面２１から各々の突起部５の先端５ａまで、管軸直交方向Ｘに所定の突出高さｈを各々の突起部５が有するものとなる。複数の突起部５は、荷重方向Ｓの始端側Ａより終端側Ｂで、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５の先端５ａの突出高さｈが大きいものとなり、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５が互いに所定の離間距離ｄで離間して形成される。離間距離ｄは、突起部５の管軸方向Ｙの長さｌに対して、十分な長さを持っており、例えば、ｌ／ｄ＝１／５〜１／５０の範囲で用いられる。

複数の突起部５は、荷重方向Ｓの始端側Ａより終端側Ｂで、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５の先端５ａの突出高さｈが所定の差αだけ大きいものとなり、例えば、突起部５の先端５ａの突出高さｈが大きくなる増加率ｅ（＝α／ｄ×１００％）が、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５の先端５ａの突出高さｈの差αを、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５を離間させた離間距離ｄで除した値として、０．６７％以上、４．５％以下となる。

複数の突起部５は、荷重方向Ｓで２段以上の複数段に亘って設けられて、荷重方向Ｓの始端側Ａに設けられる始端側突起部５１と、荷重方向Ｓの終端側Ｂに設けられる終端側突起部５２とを有する。複数の突起部５は、特に、荷重方向Ｓで３段以上に亘って設けられるとき、図５に示すように、始端側突起部５１と、終端側突起部５２と、さらに、荷重方向Ｓで始端側突起部５１及び終端側突起部５２の中間に設けられる１又は複数の中間突起部６とを有する。

複数の突起部５は、例えば、荷重方向Ｓで５段に亘って設けられるとき、荷重方向Ｓで始端側突起部５１及び終端側突起部５２の中間に、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、順次第１中間突起部６１、第２中間突起部６２及び第３中間突起部６３を有する。複数の突起部５は、始端側突起部５１と第１中間突起部６１との間で離間距離ｄ１、第１中間突起部６１と第２中間突起部６２との間で離間距離ｄ２、第２中間突起部６２と第３中間突起部６３との間で離間距離ｄ３、第３中間突起部６３と終端側突起部５２との間で離間距離ｄ４となる。

複数の突起部５は、鋼管２の側面２１から管軸直交方向Ｘにビード等を突出させることで、始端側突起部５１の先端５１ａで管軸直交方向Ｘに所定の突出高さｈ１を有して、終端側突起部５２の先端５２ａで管軸直交方向Ｘに所定の突出高さｈ２を有する。また、複数の突起部５は、第１中間突起部６１の先端６１ａで管軸直交方向Ｘに所定の突出高さｈ３を有して、第２中間突起部６２の先端６２ａで管軸直交方向Ｘに所定の突出高さｈ４を有するとともに、第３中間突起部６３の先端６３ａで管軸直交方向Ｘに所定の突出高さｈ５を有する。

複数の突起部５は、終端側突起部５２の突出高さｈ２が、始端側突起部５１の突出高さｈ１より大きいものとなる（ｈ１＜ｈ２）。また、複数の突起部５は、第１中間突起部６１の突出高さｈ３が、始端側突起部５１の突出高さｈ１より大きく、第２中間突起部６２の突出高さｈ４が、第１中間突起部６１の突出高さｈ３より大きく、第３中間突起部６３の突出高さｈ５が、第２中間突起部６２の突出高さｈ４より大きく、終端側突起部５２の突出高さｈ２が、第３中間突起部６３の突出高さｈ５より大きいものとなる（ｈ１＜ｈ３＜ｈ４＜ｈ５＜ｈ２）。

複数の突起部５は、始端側突起部５１の先端５１ａの突出高さｈ１、第１中間突起部６１の先端６１ａの突出高さｈ３、第２中間突起部６２の先端６２ａの突出高さｈ４、第３中間突起部６３の先端６３ａの突出高さｈ５、及び、終端側突起部５２の先端５２ａの突出高さｈ２が、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで順次大きいものとなる。

なお、荷重方向Ｓとは、設計上考慮する必要がある主な荷重の作用方向をいうものであり、杭頭部や柱接合部等で鋼管２を用いる場合に、例えば、鉛直下方向が常時作用する主な荷重の作用方向となる。荷重方向Ｓは、杭頭部や柱接合部等で鋼管２を用いる場合に、鉛直下方向が常時作用する主な荷重の作用方向となるが、地震や風等により杭頭部や柱接合部の一端に極端な水平力が作用した場合に、瞬間的に鉛直上方向が主な荷重の作用方向となって、鉛直下方向に向けた荷重の作用方向だけでなく、鉛直上方向に向けた荷重の作用方向も、設計上考慮する必要があるものとなる。このとき、複数の突起部５は、例えば、鋼管２の管周方向Ｗの半分側においてのみで、荷重方向Ｓを鉛直下方向として、管軸方向Ｙの下方側に向けて突出高さｈを順次大きいものとするとともに、鋼管２の管周方向Ｗの残りの半分側において、荷重方向Ｓを鉛直上方向として、管軸方向Ｙの上方側に向けて突出高さｈを順次大きいものとしてもよい。

複数の突起部５は、ｈ１＜ｈ３＜ｈ４＜ｈ５＜ｈ２となる範囲内において、第１中間突起部６１の先端６１ａの突出高さｈ３、第２中間突起部６２の先端６２ａの突出高さｈ４、及び、第３中間突起部６３の先端６３ａの突出高さｈ５が、如何なる大きさのものとされてもよい。

複数の突起部５は、特に、始端側突起部５１の先端５１ａから終端側突起部５２の先端５２ａまで略直線状に連続する仮想線Ｖ上に、第１中間突起部６１の先端６１ａ、第２中間突起部６２の先端６２ａ、及び、第３中間突起部６３の先端６３ａが配置されるものとして、始端側突起部５１の先端５１ａの突出高さｈ１、第１中間突起部６１の先端６１ａの突出高さｈ３、第２中間突起部６２の先端６２ａの突出高さｈ４、第３中間突起部６３の先端６３ａの突出高さｈ５、及び、終端側突起部５２の先端５２ａの突出高さｈ２が、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで略直線状に順次大きいものとなる。

複数の突起部５は、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、略直線状に順次大きいものとしたとき、第１中間突起部６１の突出高さｈ３が、始端側突起部５１の突出高さｈ１より所定の差αだけ大きく（ｈ３＝ｈ１＋α）、第２中間突起部６２の突出高さｈ４が、第１中間突起部６１の突出高さｈ３より所定の差αだけ大きく（ｈ４＝ｈ３＋α）、第３中間突起部６３の突出高さｈ５が、第２中間突起部６２の突出高さｈ４より所定の差αだけ大きく（ｈ５＝ｈ４＋α）、終端側突起部５２の突出高さｈ２が、第３中間突起部６３の突出高さｈ５より所定の差αだけ大きいものとなる（ｈ２＝ｈ５＋α）。

図６は、鋼管２の側面２１から固化部材４に向けて複数の突起部５が突出した状態で、半径ｒ＝１０ｃｍの鋼管２に、所定の引張荷重Ｔを負荷するＦＥＭ解析モデルを示すものである。

ここで、本発明を適用した突起構造１は、図６（ａ）に示すように、各々の突起部５の荷重方向Ｓの幅ｗ＝１０ｍｍ、各々の突起部５を荷重方向Ｓに離間させた離間距離ｄ＝１５０ｍｍとする。本発明を適用した突起構造１は、始端側突起部５１の突出高さｈ１＝５ｍｍ、終端側突起部５２の突出高さｈ２＝１５ｍｍ、第１中間突起部６１の突出高さｈ３＝１０ｍｍとして、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、複数の突起部５の突出高さｈが順次大きくなる。

これに対して、従来の内面突起付鋼管柱９は、図６（ｂ）に示すように、各々の突起９０の荷重方向Ｓの幅ｗ＝１０ｍｍ、各々の突起９０を荷重方向Ｓに離間させた離間距離ｄ＝１５０ｍｍとして、各々の突起９０の突出高さｈ＝１０ｍｍとされることで、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、複数の突起９０の突出高さｈが同一の大きさとなる。

このとき、本発明を適用した突起構造１は、図７に示すように、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、複数の突起部５の突出高さｈが順次大きくなることで、鋼管２と固化部材４との相対変位量が１０ｍｍとなる時点の引張荷重Ｔ＝２５１０ｋＮとなるのに対して、従来の内面突起付鋼管柱９は、複数の突起９０の突出高さｈが同一の大きさとなるものであり、鋼管２と固化部材４との相対変位量が１０ｍｍとなる時点の引張荷重Ｔ＝２３００ｋＮとなる。

本発明を適用した突起構造１は、複数の突起９０の突出高さｈが同一の大きさとなる従来の内面突起付鋼管柱９と比較して、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、複数の突起部５の突出高さｈが順次大きくなることで、鋼管２と固化部材４とが所定の相対変位量となる時点の引張荷重Ｔが１０％程度上昇して、鋼管２の側面２１と固化部材４との付着力が向上するものとなる。

これにより、本発明を適用した突起構造１は、突起部５の荷重方向Ｓの段数や、複数の突起部５の合計の突出高さｈを増大させることなく、鋼管２の側面２１と固化部材４との付着力を向上させることができるため、複数の突起部５を設けるときの溶接作業等の施工コストや材料コストを低減させて、鋼管２の側面２１と固化部材４との効率的なずれ止めを実現することが可能となる。

図８は、本発明を適用した突起構造１において、内側鋼管３１及び外側鋼管３２の鋼管２の側面２１から固化部材４に向けて複数の突起部５を突出させて、鋼管２の板厚ｔ＝１０ｍｍ、鋼管２の延長Ｌ＝９００ｍｍとして、内側鋼管３１の外径Ｄ１＝１６０ｍｍ、外側鋼管３２の外径Ｄ２＝３８０ｍｍ、固化部材４の厚さＣ＝１００ｍｍとしたとき、固化部材４の荷重方向Ｓに対する抵抗力として、所定荷重が載荷されるＦＥＭ解析モデルを示すものである。

ここで、本発明を適用した突起構造１は、各々の突起部５の荷重方向Ｓの幅ｗ＝１０ｍｍとする。本発明を適用した突起構造１は、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、所定の差αで複数の突起部５を略直線状に順次大きくさせて、第２中間突起部６２の突出高さｈ４＝１０ｍｍとしたときに、始端側突起部５１の突出高さｈ１＝１０ｍｍ−２α、第１中間突起部６１の突出高さｈ３＝１０ｍｍ−α、第３中間突起部６３の突出高さｈ５＝１０ｍｍ＋α、終端側突起部５２の突出高さｈ２＝１０ｍｍ＋２αとなる。

図９は、本発明を適用した突起構造１において、内側鋼管３１と外側鋼管３２との荷重方向Ｓの相対変位量が１８ｍｍとなる時点の抵抗力を、複数の突起９０の突出高さｈを同一とした従来の内面突起付鋼管柱９と比較するものである。図９では、突出高さｈ＝１０ｍｍ、α＝０とした従来の内面突起付鋼管柱９の抵抗力に対して、本発明を適用した突起構造１の抵抗力の割合が、抵抗力比率として縦軸に示されて、また、突起部５の先端５ａの突出高さｈが大きくなる増加率ｅ（＝α／ｄ×１００％）が横軸に示される。

本発明を適用した突起構造１は、図９に示すように、増加率ｅの領域Ｒ１において、各々の突起部５を荷重方向Ｓに離間させた離間距離ｄ＝１５０ｍｍに固定して、突出高さｈの差αを増大させることで、増加率ｅの増大に伴って抵抗力比率が増大するものとなる。本発明を適用した突起構造１は、増加率ｅを０．６７％以上、３．３３％以下とした領域Ｒ１において、抵抗力比率が１０５％以上となる。

本発明を適用した突起構造１は、特に、増加率ｅを１．３３％以上とした領域Ｒ１において、抵抗力比率が１１０％以上となり、増加率ｅを３．００％としたとき、抵抗力比率が最大となる。なお、本発明を適用した突起構造１は、増加率ｅが３．３３％となるとき、突出高さｈの差α＝５ｍｍとなり、始端側突起部５１の突出高さｈ１＝１０ｍｍ−２α＝０となる。

本発明を適用した突起構造１は、増加率ｅの領域Ｒ２において、突出高さｈの差α＝４．５ｍｍに固定して、各々の突起部５を荷重方向Ｓに離間させた離間距離ｄが減少するとき、増加率ｅが増大するものとなる。本発明を適用した突起構造１は、増加率ｅの増大に伴って抵抗力比率が減少するものとなり、特に、増加率ｅを３．３３％以上、４．５％以下とした領域Ｒ２において、抵抗力比率が１１０％以上となる。

これにより、本発明を適用した突起構造１は、荷重方向Ｓの始端側Ａより終端側Ｂで、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５の先端５ａの突出高さｈが大きくなる増加率ｅ（＝α／ｄ×１００％）が、０．６７％以上、４．５％以下とされることで、所定の相対変位量となる時点の抵抗力が５％〜１０％以上上昇するものとなり、鋼管２の側面２１と固化部材４との付着力を確実に向上させることが可能となる。

本発明を適用した突起構造１は、図１０に示すように、荷重方向Ｓの始端側Ａより終端側Ｂで、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５の突出高さｈが大きいものとなるのに対して、従来の内面突起付鋼管柱９は、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、複数の突起９０の突出高さｈが同一の大きさとなる。このとき、本発明を適用した突起構造１は、図１０（ａ）に示すように、引張荷重Ｔが作用したときの固化部材４の破断面Ｕが、荷重方向Ｓで断続的に形成されるのに対して、従来の内面突起付鋼管柱９は、図１０（ｂ）に示すように、固化部材９１の破断面Ｕが荷重方向Ｓで連続的に形成されるものとなる。

これにより、本発明を適用した突起構造１は、所定の引張荷重Ｔが作用したときの固化部材４の破断面Ｕが、荷重方向Ｓで断続的に形成されるため、鋼管２の側面２１と固化部材４との境界で固化部材４の破断面Ｕが連続的に形成されることを防止して、鋼管２の側面２１と固化部材４との付着力の急激な低下を抑制することが可能となる。

本発明を適用した突起構造１は、図１１に示すように、荷重方向Ｓの始端側Ａより終端側Ｂで、荷重方向Ｓに隣り合う突起部５の先端５ａの突出高さｈを大きくした始端側突起部５１と終端側突起部５２との組み合わせを、荷重方向Ｓで複数段に亘って設けることで、突出高さｈが小さい突起部５と突出高さｈが大きい突起部５とが、荷重方向Ｓで交互に形成されるものとすることもできる。

図１２は、板厚ｔ＝５０ｍｍ、奥行寸法６０ｍｍの鋼板の側面２１に、突出高さｈが小さい突起部５及び突出高さｈが大きい突起部５が交互に形成されるｃａｓｅ１（本発明を適用した突起構造１）と、複数の突起９０の突出高さｈが荷重方向Ｓで同一の大きさとなるｃａｓｅ２（従来の内面突起付鋼管柱９）とで、鋼板の側面２１と固化部材４との相対変位量が１０ｍｍとなる時点の引張荷重Ｔを比較する引抜試験の結果を示すものである。

ここで、ｃａｓｅ１（実線）においては、小さい突起部５の突出高さｈ１＝４ｍｍ、小さい突起部５の幅ｗ＝４ｍｍ、大きい突起部５の突出高さｈ２＝９ｍｍ、大きい突起部５の幅ｗ＝９ｍｍ、離間距離ｄ＝８４ｍｍとするとともに、ｃａｓｅ２（破線）においては、突起９０のｗ＝７ｍｍ、突出高さｈ＝７ｍｍ、離間距離ｄ＝８４ｍｍとする。

このとき、本発明を適用した突起構造１は、荷重方向Ｓの始端側Ａから終端側Ｂまで、突出高さｈの小さい突起部５と、突出高さｈの大きい突起部５とが交互に形成されるため、鋼板の側面２１と固化部材４との相対変位量が１０ｍｍとなる時点の引張荷重Ｔ＝４４２ｋＮとなるのに対して、従来の内面突起付鋼管柱９は、複数の突起９０の突出高さｈが同一の大きさとされるため、鋼板の側面２１と固化部材４との相対変位量が１０ｍｍとなる時点の引張荷重Ｔ＝４０５ｋＮとなる。

これにより、本発明を適用した突起構造１は、突出高さｈの小さい突起部５と、突出高さｈの大きい突起部５とが荷重方向Ｓで交互に形成される場合であっても、突起部５の荷重方向Ｓの段数や、複数の突起部５の合計の突出高さｈを増大させることなく、鋼板の側面２１と固化部材４とが所定の相対変位量となる時点の引張荷重Ｔが１０％程度上昇して、鋼板の側面２１と固化部材４との付着力を向上させることが、実際の引抜試験の結果からも認定できる。

本発明を適用した突起構造１は、図２に示すように、内側鋼管３１と外側鋼管３２とを組み合わせた二重鋼管３等に設けられるものであるが、これに限らず、図１３に示すように、鋼管２の内部２０にモルタル等の固化部材４が充填されて、鋼管２を地盤８に埋め込んだ鋼管杭等の側面２１で、管軸方向Ｙの全長の一部又は全部に設けられるものとされてもよい。

本発明を適用した突起構造１は、さらに、鋼管２の上端２ａにコンクリート等のフーチング４０を設けるものとして、鋼管２の内部２０の固化部材４とのずれ止めとして、複数の突起部５が鋼管２の内周面２１ａに設けられるだけでなく、フーチング４０等の固化部材４とのずれ止めとして、複数の突起部５が鋼管２の外周面２１ｂに設けられるものとなる。

このとき、固化部材４は、鋼管２の内部２０に充填して設けられて、鋼管２の内周面２１ａに取り囲まれて拘束されるものとなる。また、固化部材４は、フーチング４０に鉄筋７が配筋されるものとすることで、管軸直交方向Ｘに押し拡げる荷重が作用しても、突起部５と固化部材４との間で生じる付着力が低下することのないように、鉄筋７に取り囲まれて拘束されるものとなる。

固化部材４は、鉄筋７が配筋されていない無筋コンクリート等が用いられる場合に、図１４（ａ）に示すように、鋼管２の管周方向Ｗに設けられた突起部５が楔として機能して、突起部５から管軸直交方向Ｘの外側に向けて押し拡げられるように押圧力Ｐが作用するものとなり、無筋コンクリートに放射状の亀裂４５が発生するおそれがある。

これに対して、固化部材４は、図１４（ｂ）に示すように、外側鋼管３２等の鋼管２で拘束されて、又は、図１４（ｃ）に示すように、鉄筋７で拘束される場合に、鋼管２の管周方向Ｗに設けられた突起部５が、鋼管２又は鉄筋７で取り囲まれたものとなって、管軸直交方向Ｘの外側に向けて作用する押圧力Ｐに対する抵抗力を発揮して、無筋コンクリートのような放射状の亀裂４５の発生を防止する。また、固化部材４は、たとえ放射状の亀裂４５が発生しても、外側鋼管３２や鉄筋７が固化部材４の管周方向Ｗの変形を拘束するため、突起部５と固化部材４との間で生じる付着力を低下させないものとすることが可能となる。

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。

１ ：突起構造
２ ：鋼管
２ａ ：上端
２ｂ ：下端
２０ ：内部
２１ ：側面
２１ａ ：内周面
２１ｂ ：外周面
３ ：二重鋼管
３１ ：内側鋼管
３２ ：外側鋼管
４ ：固化部材
４０ ：フーチング
４５ ：亀裂
５ ：突起部
５１ ：始端側突起部
５２ ：終端側突起部
６ ：中間突起部
６１ ：第１中間突起部
６２ ：第２中間突起部
６３ ：第３中間突起部
７ ：鉄筋
８ ：地盤
８ａ ：地盤面
Ａ ：始端側
Ｂ ：終端側
Ｗ ：管周方向
Ｘ ：管軸直交方向
Ｙ ：管軸方向

Claims (5)

1. 固化部材のずれ止めとして鋼管に設けられる突起構造であって、
   鋼管の内周面及び外周面の何れか一方又は両方から、鋼管又は鉄筋で拘束された固化部材に向けて突出させた複数の突起部を備え、
   複数の前記突起部は、鋼管に対して固化部材がずれようとするときの管軸方向の始端側から終端側まで、前記管軸方向で複数段に亘って設けられて、前記管軸方向の始端側より終端側で、前記管軸方向に隣り合う前記突起部の先端の突出高さが大きいものとなること
   を特徴とする突起構造。
2. 複数の前記突起部は、前記管軸方向の始端側より終端側で、前記突起部の先端の突出高さが大きくなる増加率が、前記管軸方向に隣り合う前記突起部の先端の突出高さの差を、前記管軸方向に隣り合う前記突起部を離間させた離間距離で除した値として、０．６７％以上、４．５％以下となること
   を特徴とする請求項１記載の突起構造。
3. 複数の前記突起部は、前記管軸方向の始端側に設けられる始端側突起部と、前記管軸方向の終端側に設けられる終端側突起部と、前記管軸方向で前記始端側突起部及び前記終端側突起部の中間に設けられる中間突起部とを有し、前記始端側突起部、前記中間突起部及び前記終端側突起部の先端の突出高さが、前記管軸方向の始端側から終端側まで順次大きいものとなること
   を特徴とする請求項１又は２記載の突起構造。
4. 複数の前記突起部は、前記始端側突起部の先端から前記終端側突起部の先端まで略直線状に連続する仮想線上に前記中間突起部の先端が配置されるものとして、前記始端側突起部、前記中間突起部及び前記終端側突起部の先端の突出高さが、前記管軸方向の始端側から終端側まで略直線状に順次大きいものとなること
   を特徴とする請求項３記載の突起構造。
5. 前記突起構造は、前記管軸方向の始端側に設けられる始端側突起部と、前記管軸方向の終端側に設けられる終端側突起部とを有する突起部群を、前記管軸方向に複数有し、
   前記突起部群は、第１突起部群と、前記第１突起部群に対して前記管軸方向の終端側で隣り合う第２突起部群とを有し、
   前記第１突起部群の前記終端側突起部における突出高さは、前記第２突起部群の前記始端側突起部における突出高さよりも大きいこと
   を特徴とする請求項１又は２記載の突起構造。

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