JP6551298B2 - 鋼管柱の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管柱の補強構造に関し、特に、水平面とのなす角が変化する屈曲位置の補強に好適に適用可能な鋼管柱の補強構造に関する。

図９に示すような断面形状（鉛直面で切断した断面の形状）を持つ鋼管柱３００のように、水平面とのなす角が変化する屈曲位置を有する鋼管柱においては、その屈曲位置において溶接がなされていることが多い。鋼管柱３００は屈曲位置３００Ａ、３００Ｂを有している。図１０は、鋼管柱３００の屈曲位置３００Ａを拡大して示す拡大断面図である。屈曲位置３００Ａには溶接がなされており、溶接箇所３０２が形成されている。

屈曲位置３００Ａ、３００Ｂは、管径変化に伴う水平分力と局部曲げによる応力集中の影響を受けるため、補強が必要となることが多い。

図１０に示す屈曲位置３００Ａの補強を行うためには、補強用の鋼材（例えば、水平分力に対処するためのダイヤフラム）を、溶接箇所３０２が形成された屈曲位置３００Ａに溶接で取り付けることが考えられる。しかし、このような補強では溶接線が重なってしまう。溶接線が重なると溶接欠陥が生じる危険性があり、溶接の品質確保が難しくなる。

このため、鋼管柱３００のように水平面とのなす角が変化する屈曲位置を有する鋼管柱においては、図１１および図１２に示すように、補強用のダイヤフラム３０４を、溶接箇所のある屈曲位置３００Ａ、３００Ｂからある程度の距離（例えば、５０〜１００ｍｍ程度）だけずらした位置に溶接で取り付けて補強を行うことが多い（例えば、非特許文献１（４９ページ）参照）。この溶接の際に生じる溶接箇所を溶接箇所３０６として図１２に示している。

" RP-C203: Fatigue design of offshore steel structures "、 RECOMMENDED PRACTICE、DNVGL-RP-0005:2014-06、p.49、[online]、２０１６年３月３０日検索、インターネット＜URL : https://www2.unece.org/wiki/download/attachments/26902968/R55_11_03-C203_DNVGL-RP-0005_2014-06.pdf?api=v2＞

しかしながら、水平面とのなす角が変化する屈曲位置は応力的に特に厳しい箇所であり、屈曲位置からずらした位置に補強用の鋼材（例えば、水平分力に対処するためのダイヤフラム３０４（図１１および図１２参照））を取り付けても、局部曲げ応力度が残るため、補強効果は減ぜられてしまう。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであって、水平面とのなす角が変化する屈曲位置を有する鋼管柱において、応力的に特に厳しい箇所である屈曲位置を、溶接線の重なりを少なく抑えつつ、効果的に補強することができる鋼管柱の補強構造を提供することを課題とする。

本発明は、以下の鋼管柱の補強構造により、前記課題を解決したものである。

即ち、本発明に係る鋼管柱の補強構造は、水平面とのなす角が変化する屈曲位置を有する鋼管柱の補強構造であって、前記鋼管柱の前記屈曲位置における内面の少なくとも一部と接するように、かつ、前記鋼管柱の内面の延びる方向に沿うように配置されていて、前記鋼管柱の内面に溶接により取り付けられているリブと、前記鋼管柱の内側に配置されていて、上端部は前記屈曲位置よりも上方に位置し、下端部が前記屈曲位置よりも下方に位置し、下端部が支持基盤に埋め込まれている内部鋼管と、長手方向が略水平方向に配置されていて前記リブと前記内部鋼管とを連結する連結鋼材と、を備え、前記鋼管柱の内側には、少なくとも前記屈曲位置よりも上方までコンクリートが充填されていることを特徴とする鋼管柱の補強構造である。

鋼管柱の内面の延びる方向とは、鋼管柱の内面における任意の点における微小な平面（鋼管柱の内面の一部）と平行な単位方向ベクトルの鉛直成分が最大となる方向のことである。この方向は、前記微小な平面と平行な方向であるので、鋼管柱の内面に沿う方向である。

また、鋼管柱の外面の延びる方向とは、鋼管柱の外面における任意の点における微小な平面（鋼管柱の外面の一部）と平行な単位方向ベクトルの鉛直成分が最大となる方向のことである。

また、支持基盤とは、対象とする鋼管柱を安定的に支持可能な基盤のことであり、具体的には、例えば、ケーソンや支持地盤等のことである。

前記リブには、前記鋼管柱の内面と接触している側とは反対側に、フランジが取り付けられていることが好ましい。

前記連結鋼材の一端部は前記フランジにボルト接合により取り付けられており、前記連結鋼材の他端部は前記内部鋼管にボルト接合により取り付けられていることが好ましい。

前記リブは、前記リブの上端部から一定の範囲では上端部に近づくにつれて幅が狭くなっており、かつ、前記リブの下端部から一定の範囲では下端部に近づくにつれて幅が狭くなっていることが好ましい。

ここで、リブの幅とは、鋼管柱の内面に取り付けられているリブが鋼管柱の内側に突出している水平方向の幅のことである。

前記鋼管柱の内面には、複数のスタッドが取り付けられており、該複数のスタッドは前記コンクリートに埋め込まれていることが好ましい。

なお、本願において、スタッドとは、大型の部材の表面に突出するように取り付けられた小型の棒状の部材のことをいう。

前記コンクリートの内部には、前記鋼管柱の内面から所定の間隔を開けて、かつ、該内面の延びる方向と略平行な方向および前記鋼管柱の略周方向に、それぞれ鉄筋が配置されていることが好ましい。

ここで、鋼管柱の略周方向とは、鋼管柱の内面と水平面との交線におおよそ沿う方向のことである。

前記コンクリートの内部には、前記鋼管柱の内面からの距離が、前記鋼管柱の内面から、該内面に取り付けられた前記複数のスタッドのうちの少なくとも１つのスタッドの先端までの距離以内となるように、かつ、前記鋼管柱の内面の延びる方向と略平行な方向および前記鋼管柱の略周方向に、それぞれ鉄筋が配置されていることが好ましい。

前記リブは複数あってお互いに対向するように略同一の高さ位置に配置されており、かつ、前記コンクリートの内部には、略長方形状に閉じた帯鉄筋が配置されており、前記帯鉄筋の長辺の延びる方向は略水平方向であり、前記帯鉄筋の短辺の延びる方向は略鉛直方向であり、さらに、前記帯鉄筋の２つの前記短辺はどちらも、対向する前記リブのそれぞれの少なくとも一部の部位よりも、前記鋼管柱の内面に近い位置に配置されていることが好ましい。

本発明によれば、水平面とのなす角が変化する屈曲位置を有する鋼管柱において、応力的に特に厳しい箇所である屈曲位置を、溶接線の重なりを少なく抑えつつ、効果的に補強することができる。

本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０を適用した風力発電用の洋上風車２００の正面図 本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０の鉛直断面図 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図 図２における鋼管柱の補強構造１０の部位を拡大して示す拡大断面図 図４のＶ−Ｖ線断面図 図４のＶＩ−ＶＩ線断面図 本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造３０の鉛直断面図 図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図 水平面とのなす角が変化する屈曲位置を有する鋼管柱３００の鉛直断面図 鋼管柱３００の屈曲位置３００Ａを拡大して示す拡大断面図 鋼管柱３００に対する従来の補強後の鉛直断面図 従来の補強後の鋼管柱３００の屈曲位置３００Ａを拡大して示す拡大断面図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０を適用した風力発電用の洋上風車２００の正面図である。

風力発電用の洋上風車２００は、鋼管柱１００と、風車タワー本体２０２と、ケーソン部２０４と、ハブ２０６と、ブレード２０８とを有してなる。ケーソン部２０４は、それ以外の洋上風車２００の全体を支持する支持基盤である。鋼管柱１００は、風車タワー本体２０２とケーソン部２０４との間に位置し、風車タワー本体２０２に加わる外力をケーソン部２０４に伝達する。この洋上風車２００において、特に応力的に厳しい箇所は、鋼管柱１００とケーソン部２０４との連結部２１０である。

本第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０は、この応力的に特に厳しい箇所である連結部２１０に対しても、好適に適用することができる。

以下では、洋上風車２００の鋼管柱１００に対して本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０を適用した場合を例に取り上げて説明する。しかし、本発明の適用対象は、風力発電用風車に用いられる鋼管柱に限定されるわけではない。本発明に係る鋼管柱の補強構造は、鋼管柱を用いた構造物であれば広く適用可能であり、例えば道路橋や鉄道橋等において鋼管柱を用いた橋脚に対しても適用可能である。

図２は本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０の鉛直断面図であり、図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図であり、図４は図２における鋼管柱の補強構造１０の部位を拡大して示す拡大断面図であり、図５は図４のＶ−Ｖ線断面図であり、図６は図４のＶＩ−ＶＩ線断面図である。

本第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０の適用対象である鋼管柱１００は、本体部１００Ａと、傾斜部１００Ｂと、下端部１００Ｃとを有している。本体部１００Ａは、上方にいくにしたがって、わずかに管径が小さくなっており、本体部１００Ａの外面および内面の延びる方向は、鉛直方向に対して極めてわずかに傾斜している。傾斜部１００Ｂは、その上端が本体部１００Ａの下端と溶接により連結している。傾斜部１００Ｂにおいては、下方にいくにしたがって、管径が大きくなっている。傾斜部１００Ｂの外面および内面の延びる方向は、鉛直方向に対して１５°〜４０°程度傾斜している。傾斜部１００Ｂの下端には、管径が略一定の下端部１００Ｃが溶接により連結されている。

なお、前述したように、鋼管柱１００の本体部１００Ａは、上方にいくにしたがって、わずかに管径が小さくなっているが、本発明に係る鋼管柱の補強構造は、鋼管柱１００の本体部１００Ａの管径が高さ位置に関わらず一定の場合であっても、適用可能である。

本第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０は、本体部１００Ａと傾斜部１００Ｂとが連結して形成されている屈曲位置１００Ｄを補強している。なお、鋼管柱１００においては、傾斜部１００Ｂと下端部１００Ｃとが連結している箇所にも屈曲位置が形成されているが、この屈曲位置においては鋼管柱１００の管径が大きくなっているため、補強は不要となっている。

本第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０は、リブ１２と、内部鋼管１４と、連結鋼材１６と、コンクリート１８とを有してなる。

リブ１２は、鋼管柱１００の屈曲位置１００Ｄにおける内面の少なくとも一部と接するように、鋼管柱１００の内面の延びる方向に沿うように配置されていて、鋼管柱１００の内面に溶接により取り付けられている鋼板であり、屈曲位置１００Ｄを直接的に補強する役割を有する。リブ１２はその幅方向が、鋼管柱１００の内側の中心軸に向かう方向となるように配置されており、かつ、鋼管柱１００の内面の延びる方向に沿う方向のリブ１２の上端および下端の中間位置付近に屈曲位置１００Ｄが位置するように配置されている。

また、リブ１２は、図３に示すように、複数あってお互いに対向するように略同一の高さ位置に配置されている。

リブ１２をその面と平行な水平方向から見ると、リブ１２の長手方向と屈曲位置１００Ｄが連なってなる線とは略直交している。したがって、リブ１２を鋼管柱１００の内面に取り付けるための溶接線と、屈曲位置１００Ｄにもともと存在した円周方向の溶接線とは、点で重なることになる。したがって、本第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０では、溶接線が重なる領域を最小限に抑えることができる。

リブ１２が応力を分担することにより、屈曲位置１００Ｄに生じる応力度を緩和することができる。

リブ１２の鋼管柱１００の内面と接触している側とは反対側には、フランジ１２Ａが取り付けられている。フランジ１２Ａはリブ１２と溶接により一体化されており、リブ１２の補強効果（屈曲位置１００Ｄに生じる応力度を緩和する効果）を更に高める役割を有する。フランジ１２Ａはリブ１２を構成する一部材である。フランジ１２Ａとリブ１２との連結をさらに強固にするため、フランジ１２Ａとリブ１２との間には補強板１２Ｂが溶接されて取り付けられている。また、フランジ１２Ａには貫通孔１２Ｃが設けられている。この貫通孔１２Ｃには後述する連結鋼材１６が挿通されており、ナット１６Ａ、１６Ｂによって、フランジ１２Ａと連結鋼材１６とはボルト接合されている。溶接ではなくボルト接合で連結することにより、この接合は疲労に対して強くなっている。

また、リブ１２は、図４に示すように、リブ１２の上端部から一定の範囲では上端部に近づくにつれて幅が狭くなっており、かつ、リブ１２の下端部から一定の範囲では下端部に近づくにつれて幅が狭くなっている。換言すれば、リブ１２の上端部および下端部は、鋼管柱１００の内面に滑らかにすり付ける形状となっている。このため、屈曲位置１００Ｄに加わる水平分力を鋼管柱１００からリブ１２に円滑に伝達できるようになっている。本第１実施形態では、図４に示すように、リブ１２の上端部又は下端部に近づくにつれてリブ１２の幅が狭くなるような曲線形状にしたが、曲線形状ではなく、例えば、直線形状で幅が狭くなるようにしてもよい。

内部鋼管１４は、鋼管柱１００の内側に配置されていて、その中心軸が鋼管柱１００の中心軸と略一致するように配置されている鋼管であり、上端部は屈曲位置１００Ｄよりも上方に位置し、下端部は屈曲位置１００Ｄよりも下方に位置している。さらに、下端部はケーソン部２０４に埋め込まれている。

また、内部鋼管１４は、連結鋼材１６を介してリブ１２のフランジ１２Ａと連結されている。このため、内部鋼管１４は、屈曲位置１００Ｄに加わる水平分力を、連結鋼材１６を介して受け取ることができ、受け取った水平分力をケーソン部２０４に伝達する役割を果たすことができる。

また、鋼管柱１００の内部には、内部鋼管１４の上端の上方までコンクリート１８が充填されており、内部鋼管１４の内面および外面はコンクリート１８で覆われている。したがって、屈曲位置１００Ｄに加わる水平分力は、コンクリート１８を介しても内部鋼管１４に伝達される。

内部鋼管１４には、連結鋼材１６が挿通する貫通孔（図示せず）が設けられていて、該貫通孔を連結鋼材１６が挿通しており、ナット１６Ｃによって、内部鋼管１４と連結鋼材１６とはボルト接合されている。溶接ではなくボルト接合で連結することにより、この接合は疲労に対して強くなっている。

連結鋼材１６は、長手方向が略水平方向に配置されている棒状の鋼材であり、リブ１２のフランジ１２Ａと内部鋼管１４とを連結する役割を有する。フランジ１２Ａはリブ１２を構成する一部材であるので、連結鋼材１６は、リブ１２と内部鋼管１４とを連結する役割を有する。

連結鋼材１６の両端部はねじが切られており、フランジ１２Ａの貫通孔１２Ｃを挿通した連結鋼材１６は、ナット１６Ａ、１６Ｂによってフランジ１２Ａとボルト接合されており、また、内部鋼管１４の図示せぬ貫通孔を挿通した連結鋼材１６は、ナット１６Ｃによって内部鋼管１４とボルト接合されている。溶接ではなくボルト接合で連結することにより、これらの接合は疲労に対して強くなっている。

また、図２〜図４に示すように、１つのリブ１２のフランジ１２Ａあたり、上下２本左右２本の合計４本の連結鋼材１６が配置されている。また、図３に示すように、本第１実施形態では、リブ１２が鋼管柱１００の内面の円周方向に沿って多数設けられており、また、連結鋼材１６はリブ１２のフランジ１２Ａに直交しているので、連結鋼材１６は略放射状に配置されている。

連結鋼材１６は、必要な応力伝達をなすことができるのであれば材質や形状は特には限定されず、例えば棒鋼や形鋼を用いることができ、また、例えばＰＣ鋼棒や鉄筋を用いることができる。

コンクリート１８は、鋼管柱１００の内部に充填されており、内部鋼管１４の上端よりも高い位置まで充填されている。コンクリート１８には、鋼管柱１００を構成している鋼板の面外変形を抑える働きがある。また、前述したように、コンクリート１８は、屈曲位置１００Ｄに加わる水平分力を内部鋼管１４に伝達する働きもする。

本第１実施形態では、コンクリート１８は、内部鋼管１４の上端よりも高い位置まで充填するようにしたが、少なくとも屈曲位置１００Ｄよりも高い位置まで充填すれば、前述したコンクリート１８の働きを一定程度発揮することができる。ただし、コンクリート１８の前記働きを十分に発揮できるようにする点で、コンクリート１８は、連結鋼材１６よりも高い位置まで充填されていることが好ましく、さらには本実施形態のように内部鋼管１４の上端よりも高い位置まで充填されていることがより好ましい。

図７は、本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造３０を示す鉛直断面図である。第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造３０は、第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０にさらにスタッドや鉄筋等を加えて、屈曲位置１００Ｄに対する補強効果をさらに向上させた実施形態である。したがって、図７は、図２の鉛直断面図にさらにスタッドや鉄筋等を追記した鉛直断面図となっている。なお、図７の左半分と右半分は同一の構造であるが、右半分については記載を簡略にしており、かつ、記載を省略した部材もいくつか存在する。

図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図であるが、図示の都合上、鋼管柱１００の内面および内部鋼管１４の内外面に取り付けたスタッドのみを表示している。

図７および図８を用いて本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造３０を説明するが、第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０と同一の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。

本第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造３０は、第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０に、頭付きスタッド３２、３４、５２、５４、異形棒鋼３６、鉄筋３８、４０、周方向鉄筋４２、帯鉄筋４４、コの字鉄筋４６、表面筋４８を追加した補強構造である。

頭付きスタッド３２は、鋼管柱１００の本体部１００Ａの内面に溶接により取り付けられていてコンクリート１８の中に埋め込まれており、コンクリート１８と鋼管柱１００の本体部１００Ａの内面との連結を良好にするとともに、本体部１００Ａの内面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。なお、頭付きスタッド３２に替えて、スタッド鉄筋またはねじ付きスタッド・高ナット・異形棒鋼の組み合わせ等を用いてもよい。

頭付きスタッド３４は、鋼管柱１００の傾斜部１００Ｂの内面に溶接により取り付けられていてコンクリート１８の中に埋め込まれており、コンクリート１８と鋼管柱１００の傾斜部１００Ｂの内面との連結を良好にするとともに、傾斜部１００Ｂの内面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。なお、頭付きスタッド３４に替えて、スタッド鉄筋またはねじ付きスタッド・高ナット・異形棒鋼の組み合わせ等を用いてもよい。

異形棒鋼３６は、鋼管柱１００の本体部１００Ａおよび傾斜部１００Ｂの内面に溶接により取り付けられていてコンクリート１８の中に埋め込まれており、コンクリート１８と鋼管柱１００の本体部１００Ａおよび傾斜部１００Ｂの内面との連結を良好にするとともに、本体部１００Ａおよび傾斜部１００Ｂの内面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。また、異形棒鋼３６は、リブ１２の上端部および下端部近傍に設けられており、リブ１２の端部における剛性の不連続に起因するコンクリートの歪みを低減することにも寄与する。異形棒鋼３６に替えて、スタッド鉄筋または頭付きスタッドを用いてもよい。また、異形棒鋼３６に、ねじ付きスタッドや高ナットを組み合わせて用いてもよい。なお、前述したように、本願においてスタッドとは、大型の部材の表面に突出するように取り付けられた小型の棒状の部材のことをいうので、異形棒鋼３６も本願におけるスタッドの範疇に入る。

鉄筋３８は、鋼管柱１００の本体部１００Ａの内面が延びる方向と略平行な方向に配置されており、鋼管柱１００の本体部１００Ａの内面に沿うように２列で配置されている。２列に配置された鉄筋３８のうち、鋼管柱１００の本体部１００Ａの内面に近い方の鉄筋３８は、鋼管柱１００の本体部１００Ａの内面から所定の短い間隔（例えば、５０〜２００ｍｍ）だけ開けて配置されている。このため、鉄筋３８は、本体部１００Ａの内面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。また、鉄筋３８は、リブ１２の両端部近傍を含む鋼管柱１００の本体部１００Ａの内面近傍を、その内面に沿うように配置されている。このため、鉄筋３８は、リブ１２の端部における剛性の不連続に起因するコンクリートの歪みを低減することにも寄与する。

鉄筋４０は、鋼管柱１００の傾斜部１００Ｂの内面が延びる方向と略平行な方向に配置されており、鋼管柱１００の傾斜部１００Ｂの内面に沿うように２列で配置されている。２列に配置された鉄筋４０のうち、鋼管柱１００の傾斜部１００Ｂの内面に近い方の鉄筋４０は、鋼管柱１００の傾斜部１００Ｂの内面から所定の短い間隔（例えば、５０〜２００ｍｍ）だけ開けて配置されている。このため、鉄筋４０は、傾斜部１００Ｂの内面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。また、鉄筋４０は、リブ１２の両端部近傍を含む鋼管柱１００の傾斜部１００Ｂの内面近傍を、その内面に沿うように配置されている。このため、鉄筋４０は、リブ１２の端部における剛性の不連続に起因するコンクリートの歪みを低減することにも寄与する。

周方向鉄筋４２は、鋼管柱１００の内面の周方向に沿って配置された円状に加工された鉄筋であり、鉄筋３８、４０の近傍に配置されている。周方向鉄筋４２は、重ね継手等の鉄筋継手を用いることにより構成することができる。もちろん１本の鉄筋で周方向鉄筋４２を構成するようにしてもよい。周方向鉄筋４２は、鋼管柱１００の内面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。

鉄筋３８、４０および周方向鉄筋４２の位置よりも鋼管柱１００の内面から離れた位置に、頭付きスタッド３２、３４および異形棒鋼３６のうちのいずれかの先端が達していた場合（鉄筋３８、４０および周方向鉄筋４２の鋼管柱１００の内面からの距離が、鋼管柱１００の内面から、該内面に取り付けられた頭付きスタッド３２、３４および異形棒鋼３６のうちの少なくとも１つのスタッドの先端までの距離以内となる場合）には、その先端よりも鋼管柱１００の内面寄りに位置するコンクリート１８は、鉄筋３８、４０および周方向鉄筋４２による拘束に加えて、頭付きスタッド３２、３４および異形棒鋼３６のうちのいずれかの拘束も受けるので、過大なひび割れがより発生しにくくなり好ましい。

帯鉄筋４４は、図７に示すように、略長方形状に閉じており、また、略長方形状に閉じた帯鉄筋４４の長辺の延びる方向は略水平方向であり、帯鉄筋４４の短辺の延びる方向は略鉛直方向である。なお、帯鉄筋４４は、図７に示すように、端部にフックのある複数の鉄筋および重ね継手等の鉄筋継手を組み合わせて構成することができる。もちろん１本の鉄筋で帯鉄筋４４を構成するようにしてもよい。なお、内部鋼管１４には、帯鉄筋４４を構成する、端部にフックのある鉄筋の該フックが挿通することができる長孔（図示せず）が設けられている。

また、図７に示すように、帯鉄筋４４の２つの略鉛直方向の短辺はどちらも、対向するリブ１２のそれぞれの少なくとも一部の部位よりも、鋼管柱１００の内面に近い位置に配置されている。

帯鉄筋４４に囲まれたコンクリート１８の領域は、帯鉄筋４４に拘束された仮想的なＲＣ構造とみなすこともできるので、本第２実施形態では、この領域をＲＣ仮想梁５０と称することとする。帯鉄筋４４を設けることにより形成されるＲＣ仮想梁５０の領域は、対向するリブ１２のそれぞれの少なくとも一部の部位を含む領域であるので、ＲＣ仮想梁５０は、屈曲位置１００Ｄに加わる水平分力を、リブ１２から効果的に内部鋼管１４に伝達することができる。

コの字鉄筋４６は、コの字状に加工された鉄筋であり、コの字の中央部分を帯鉄筋４４に引っ掛けるように配置して、コの字の端部部分が略鉛直下向きになるように配置されている。コの字鉄筋４６の端部部分は、傾斜部１００Ｂと同一高さ位置のコンクリート１８まで伸びており、傾斜部１００Ｂと同一高さ位置のコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止して、傾斜部１００Ｂにおいて局所的に応力度が上昇することを防止する。

表面筋４８は、細径の鉄筋（例えばＤ１３）を縦横にメッシュ状に組み合わせてなる鉄筋であり、コンクリート１８の上端の表面付近に配置されている。表面筋４８は、コンクリート１８の上端の表面にひび割れが発生することを防止して、コンクリート１８の内部の鋼材の腐食を防ぐことに寄与する。

頭付きスタッド５２は、内部鋼管１４の外面に溶接により取り付けられており、コンクリート１８と内部鋼管１４の外面との連結を良好にするとともに、内部鋼管１４の外面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。

頭付きスタッド５４は、内部鋼管１４の内面に溶接により取り付けられており、コンクリート１８と内部鋼管１４の内面との連結を良好にするとともに、内部鋼管１４の内面近傍でコンクリート１８に過大なひび割れが発生することを防止することに寄与する。コンクリート１８に過大なひび割れが発生すると、過大なひび割れの近傍の鋼材は局所的に応力度が大きくなるおそれがある。

以上説明したように、本第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造３０は、第１実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０に、頭付きスタッド３２、３４、５２、５４、異形棒鋼３６、鉄筋３８、４０、周方向鉄筋４２、帯鉄筋４４、コの字鉄筋４６、表面筋４８を追加した補強構造であるが、追加する鉄筋はコンクリート１８内の一部の領域に限られており、使用する鉄筋量が抑えられているので、経済性にも優れる。

なお、本発明の第１、第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０、３０を適用した鋼管柱１００は水平断面が円形の鋼管柱であったが、本発明に係る鋼管柱の補強構造の適用対象は、水平断面が円形の鋼管柱に限定されず、本発明に係る鋼管柱の補強構造は、例えば水平断面が矩形（多角形）の鋼管柱に対しても適用可能である。

また、本発明の第１、第２実施形態に係る鋼管柱の補強構造１０、３０において用いた内部鋼管１４は、水平断面が円形の鋼管であったが、本発明に係る鋼管柱の補強構造においては、水平断面が円形以外の鋼管であっても内部鋼管として用いることができ、例えば水平断面が矩形（多角形）の鋼管も内部鋼管として用いることができる。

１０、３０…鋼管柱の補強構造
１２…リブ
１２Ａ…フランジ
１２Ｂ…補強板
１２Ｃ…貫通孔
１４…内部鋼管
１６…連結鋼材
１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ…ナット
１８…コンクリート
３２、３４、５２、５４…頭付きスタッド
３６…異形棒鋼
３８、４０…鉄筋
４２…周方向鉄筋
４４…帯鉄筋
４６…コの字鉄筋
４８…表面筋
５０…ＲＣ仮想梁
１００、３００…鋼管柱
１００Ａ…本体部
１００Ｂ…傾斜部
１００Ｃ…下端部
１００Ｄ、３００Ａ、３００Ｂ…屈曲位置
２００…洋上風車
２０２…風車タワー本体
２０４…ケーソン部（支持基盤）
２１０…連結部
３０２、３０６…溶接箇所
３０４…ダイヤフラム

Claims (8)

1. 水平面とのなす角が変化する屈曲位置を有する鋼管柱の補強構造であって、
   前記鋼管柱の前記屈曲位置における内面の少なくとも一部と接するように、かつ、前記鋼管柱の内面の延びる方向に沿うように配置されていて、前記鋼管柱の内面に溶接により取り付けられているリブと、
   前記鋼管柱の内側に配置されていて、上端部は前記屈曲位置よりも上方に位置し、下端部が前記屈曲位置よりも下方に位置し、下端部が支持基盤に埋め込まれている内部鋼管と、
   長手方向が略水平方向に配置されていて前記リブと前記内部鋼管とを連結する連結鋼材と、
   を備え、
   前記鋼管柱の内側には、少なくとも前記屈曲位置よりも上方までコンクリートが充填されていることを特徴とする鋼管柱の補強構造。
2. 前記リブには、前記鋼管柱の内面と接触している側とは反対側に、フランジが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管柱の補強構造。
3. 前記連結鋼材の一端部は前記フランジにボルト接合により取り付けられており、前記連結鋼材の他端部は前記内部鋼管にボルト接合により取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の鋼管柱の補強構造。
4. 前記リブは、前記リブの上端部から一定の範囲では上端部に近づくにつれて幅が狭くなっており、かつ、前記リブの下端部から一定の範囲では下端部に近づくにつれて幅が狭くなっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼管柱の補強構造。
5. 前記鋼管柱の内面には、複数のスタッドが取り付けられており、該複数のスタッドは前記コンクリートに埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管柱の補強構造。
6. 前記コンクリートの内部には、前記鋼管柱の内面から所定の間隔を開けて、かつ、該内面の延びる方向と略平行な方向および前記鋼管柱の略周方向に、それぞれ鉄筋が配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼管柱の補強構造。
7. 前記コンクリートの内部には、前記鋼管柱の内面からの距離が、前記鋼管柱の内面から、該内面に取り付けられた前記複数のスタッドのうちの少なくとも１つのスタッドの先端までの距離以内となるように、かつ、前記鋼管柱の内面の延びる方向と略平行な方向および前記鋼管柱の略周方向に、それぞれ鉄筋が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の鋼管柱の補強構造。
8. 前記リブは複数あってお互いに対向するように略同一の高さ位置に配置されており、
   かつ、前記コンクリートの内部には、略長方形状に閉じた帯鉄筋が配置されており、
   前記帯鉄筋の長辺の延びる方向は略水平方向であり、前記帯鉄筋の短辺の延びる方向は略鉛直方向であり、
   さらに、前記帯鉄筋の２つの前記短辺はどちらも、対向する前記リブのそれぞれの少なくとも一部の部位よりも、前記鋼管柱の内面に近い位置に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の鋼管柱の補強構造。

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