JP7538788B2 - コンクリート柱 - Google Patents

Description

本発明は、一および他の柱体を継手管により上下に接続するコンクリート柱に関する。

従来、コンクリート柱は、主としてＰＣ構造であり、全長に亘り配筋された主鉄筋である緊張鋼材（ＰＣ鋼材）によりコンクリートにプレストレスが掛けられ、また全長もしくは一部分に配筋された非緊張鋼材や組立筋により、要求性能を満足する設計耐力を有するように形成される。

コンクリート柱の要求性能は、自重に基づく鉛直荷重、風荷重に基づく水平荷重、およびそれらの荷重が道路附属物の支柱に関して偏心して作用することに起因するモーメントに対し、地上部が耐えられる構造に設計されている（例えば、特許文献１および２参照。）。

実開昭５４－８３２３１号公報 特開２００５－１５５１４４号公報

コンクリート柱は、その使用上、地際部に大きな応力が発生する場合が多いため、過大な応力によって地際部で破壊する場合が多く、また、破壊形態はコンクリートの圧縮破壊となり、脆性的である。

コンクリート柱が地際部で折損したとき、折損箇所より上部が倒れて道路を塞いだり、倒壊部が周辺の家屋などに衝撃を与える二次災害が生じたりするおそれがある。

さらに、災害復旧時は、クレーンやクラッシャなどの設備が必要であり、また、これらの設備を用いて撤去する際には、コンクリート破片が飛散するため、撤去しづらい。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、折損時の周辺被害を抑制できるとともに、折損後の撤去が容易なコンクリート柱を提供することを目的とする。

請求項１記載のコンクリート柱は、コンクリートにて形成されたコンクリート部を有する一および他の柱体と、これら一および他の柱体を上下に接続する円筒状に形成された金属製の継手管と、を備え、前記継手管に、予め設定されるモーメントに関する所定の要求性能を満たし、かつ、この要求性能に対する余裕度が前記一および他の柱体の各部よりも小さい弱点部が形成され、前記弱点部は、地際部から上方に離れて位置し、地上部の全長の中央部を含む範囲にあるものである。

請求項２記載のコンクリート柱は、請求項１記載のコンクリート柱において、一および他の柱体は、コンクリート部の互いに対向する端部に仕切り板を有し、継手管は、前記仕切り板にそれぞれ固定されることで前記一および他の柱体を接続しているものである。

請求項３記載のコンクリート柱は、請求項２記載のコンクリート柱において、継手管は、一および他の柱体のコンクリート部の端部の外面に一体的に位置するものである。

請求項４記載のコンクリート柱は、請求項２記載のコンクリート柱において、一および他の柱体は、コンクリート部に埋設され仕切り板に端部が保持される緊張材を有し、継手管は、緊張材よりも内側にて仕切り板間に位置するものである。

請求項５記載のコンクリート柱は、請求項１記載のコンクリート柱において、一および他の柱体は、コンクリート部に埋設された緊張材を有し、継手管は、前記緊張材の端部をそれぞれ保持して前記コンクリート部の端部に一体的に配置される保持部を有して前記一および他の柱体間に位置するものである。

請求項６記載のコンクリート柱は、請求項２記載のコンクリート柱において、継手管は、一および他の柱体の仕切り板間に位置するものである。

請求項７記載のコンクリート柱は、請求項５記載のコンクリート柱において、継手管は、仕切り板に対して固定部材により固定される被固定部を有するものである。

請求項８記載のコンクリート柱は、請求項１記載のコンクリート柱において、一および他の柱体は、継手管に内挿され、前記継手管と前記一および他の柱体との間に充填されて前記継手管と前記一および他の柱体とを接合する充填材を備えるものである。

請求項９記載のコンクリート柱は、請求項１ないし８いずれか一記載のコンクリート柱において、継手管は、弱点部を形成するスリットを有するものである。

請求項１０記載のコンクリート柱は、請求項１ないし９いずれか一記載のコンクリート柱において、継手管は、蛇腹状に形成されているものである。

本発明によれば、折損時の周辺被害を抑制できるとともに、折損後の撤去が容易になる。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態のコンクリート柱を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の曲げモーメント図である。 同上コンクリート柱の一部を示す断面図である。 本発明の第２の実施の形態のコンクリート柱の一部を示す断面図である。 本発明の第３の実施の形態のコンクリート柱の一部を示す断面図である。 本発明の第４の実施の形態のコンクリート柱の一部を示す断面図である。 本発明の第５の実施の形態のコンクリート柱の一部を示す断面図である。 本発明の第６の実施の形態のコンクリート柱の一部を示す断面図である。 本発明の第７の実施の形態のコンクリート柱の継手管を示す斜視図である。 本発明の第８の実施の形態のコンクリート柱の継手管を示す斜視図である。

以下、本発明の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１（ａ）において、１はコンクリート柱である。コンクリート柱１は、コンクリート製の一の柱体２とコンクリート製の他の柱体３とが継手管４を介して接続されて構成される。本実施の形態において、コンクリート柱１は、プレストレストコンクリート柱である。

一の柱体２は、本実施の形態では下柱である。一の柱体２は、円筒状に形成されたコンクリート部５を有する。コンクリート部５は、コンクリート柱１の元口である下端部が設置部６に埋め込まれ、他の柱体３に対向する上端部側が設置部６から上方に露出している。コンクリート部５は、コンクリート柱１の元口である下端部から先端部へと、徐々に縮径されるテーパ形状に形成されている。これに限らず、コンクリート部５には、径寸法が一定となるストレート部が少なくとも一部に形成されていてもよい。コンクリート部５には、緊張材７が軸方向に沿って埋設されている。緊張材７により、一の柱体２（コンクリート部５）には、緊張力（プレストレス）が付与されている。なお。コンクリート部５には、その他に、非緊張材および／または螺旋筋などが埋設されていてもよい。本実施の形態において、緊張材７は、仕切り板８に保持されている。仕切り板８は、コンクリート部５の両端部に一体的に配置されている。仕切り板８は、コンクリート部５の両端部と同径または略同径の円環状または円板状に形成されている。仕切り板８に緊張材７の端部が係止されている。

他の柱体３は、本実施の形態では上柱である。他の柱体３は、円筒状に形成されたコンクリート部１０を有する。コンクリート部１０は、全体が設置部６から上方に露出している。コンクリート部１０は、一の柱体２に対向する下端部からコンクリート柱１の末口となる先端部へと、徐々に縮径されるテーパ形状に形成されている。これに限らず、コンクリート部１０には、径寸法が一定となるストレート部が少なくとも一部に形成されていてもよい。コンクリート部１０には、緊張材１１が軸方向に沿って埋設されている。緊張材１１により、他の柱体３（コンクリート部１０）には、緊張力（プレストレス）が付与されている。なお。コンクリート部１０には、その他に、非緊張材および／または螺旋筋などが埋設されていてもよい。本実施の形態において、緊張材１１は、仕切り板１２に保持されている。仕切り板１２は、コンクリート部１０の両端部に一体的に配置されている。仕切り板１２は、コンクリート部１０の両端部と同径または略同径の円環状または円板状に形成されている。仕切り板１２に緊張材１１の端部が係止されている。

継手管４は、円筒状に形成されている。継手管４は、金属により形成された管体である。継手管４は、径寸法が一定または略一定のストレート形状でもよいし、下端部から上端部へと徐々に縮径されるテーパ形状でもよい。

本実施の形態において、図２に示されるように、継手管４は、一の柱体２および他の柱体３と一体的に成形される。継手管４は、一端側である下端部に一の柱体２の上端部が内挿され、他端側である上端部に他の柱体３の下端部が内挿される。図示される例では、継手管４は、コンクリート部５，１０の外面に沿って、継手管４の下端部および上端部がコンクリート部５，１０に埋め込まれて一体化されている。また、継手管４は、仕切り板８，１２に溶接などにより固定されている。つまり、継手管４の内周面に仕切り板８，１２の外周縁が一体的に固定されている。

継手管４内において、一の柱体２と他の柱体３とは上下に離れて位置する。そのため、コンクリート柱１には、継手管４の下端部と上端部との間に、弱点部１４が設定されている。したがって、弱点部１４は、一の柱体２と他の柱体３との間に位置し、コンクリート柱１の地上部において、地際部よりも上方の位置にある。図示される例では、弱点部１４は、コンクリート柱１の軸方向の中央部付近に位置する。本実施の形態において、弱点部１４は、コンクリート、緊張材、非緊張材、および、螺旋筋などの補強部材が配置されていない部位、つまり継手管４のみが存在する部位である。

弱点部１４の強度は、継手管４の材質、および、肉厚に応じて設定可能である。弱点部１４は、予め設定されるモーメント（曲げモーメント）に関する所定の要求性能を満たすように設定されている。このモーメントは、コンクリート柱１の自重に基づく鉛直荷重、風荷重に基づく水平荷重、およびそれらの荷重が道路附属物の支柱に関して偏心して作用することに起因し、コンクリート柱１の末口から地際部へと、末口からの距離に直線状に比例して徐々に大きくなるように設定されている。図１（ｂ）に示されるように、このモーメントに所定の安全率、例えば２倍を掛けたものを要求性能（最大モーメント２Ｍ）として、コンクリート柱１は、弱点部１４も含めて、全体として各々の横断面において耐え得る曲げモーメントＭｕが要求性能を上回ることができるように各部の強度が設定されている。弱点部１４は、この要求性能に対する余裕度（Ｍｕ／２Ｍ）が、一および他の柱体２，３の各部よりも小さく設定されており、コンクリート柱１中の各部の中で最小となっている。一例として、図１（ｂ）には、長さ１２ｍ、ひび割れ試験荷重３．５ｋＮ（＝Ｍ）、末口である先端部から４．５～５．０ｍの位置を継手管４とし、全長に沿ってテーパ（直径増加係数）が１／１６０～１／７５を有するコンクリート柱１が示されている。

次に、第１の実施の形態のコンクリート柱１の製造方法を説明する。

継手管４と仕切り板８，１２とを溶接などにより固定し、仕切り板８，８に緊張材７の両端部を係止し、仕切り板１２，１２間に緊張材１１の両端部を係止して、それらを型枠にセットし、型枠内にコンクリートを流し込み、仕切り板８，１２を引っ張って緊張材７，１１を緊張させつつ、コンクリート部５，１０を遠心成形する。このときに、継手管４の内部にコンクリートが回り込まないようにする。

コンクリート部５，１０が硬化した後、緊張材７，１１に作用している緊張力を解放することで、緊張材７，１１に付与した緊張力に応じてコンクリート部５，１０に所定のプレストレスを導入し、コンクリート柱１を型枠から脱型する。

そして、製造されたコンクリート柱１は、一および他の柱体２，３を上下に接続する金属製の継手管４に、予め設定されるモーメントに関する所定の要求性能を満たし、かつ、この要求性能に対する余裕度が一および他の柱体２，３の各部よりも小さい弱点部１４が形成されている。

そのため、地震などによって過大な応力が加わったとき、コンクリート部５，１０が破損する前に、要求性能に対する余裕度が最も小さい継手管４の弱点部１４の位置での座屈が先行し（図１（ａ）の二点鎖線に示す）、コンクリート柱１の急激な折損を回避する。したがって、弱点部１４の位置を任意の位置に設定することにより、破壊部位を制御でき、倒壊範囲を小さくできるので、折損箇所より上部が倒れて道路を塞いだり、倒壊部が周辺の家屋などに衝撃を与える二次災害が生じたりするなどの、折損時の周辺被害を抑制できる。また、コンクリート部５，１０の圧縮破壊が抑制されるので、コンクリート破片の飛散や落下による二次災害を抑制できるとともに、撤去作業も容易となる。しかも、折損状況によっては、屈曲した弱点部１４よりも下方に位置する一の柱体２の再利用も可能となる。

また、一および他の柱体２，３のコンクリート部５，１０の互いに対向する端部に配置された仕切り板８，１２に継手管４をそれぞれ固定することで一および他の柱体２，３を接続するため、一および他の柱体２，３を継手管４によって容易に接続できる。

本実施の形態では、継手管４を、一および他の柱体２，３のコンクリート部５，１０の端部の外面に一体的に配置することで、一および他の柱体２，３の成形によってこれら一および他の柱体２，３を継手管４で接続できるので、コンクリート柱１の設置現場での一および他の柱体２，３の接続作業が不要となり、工期の短縮を図ることができる。

次に、第２の実施の形態について、図３を参照して説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のコンクリート柱１は、一および他の柱体２，３と継手管４とが一体的に形成される一体型のものであって、継手管４が緊張材７，１１よりも内側にて仕切り板８，１２間に位置するものである。継手管４は、仕切り板８，１２の内径側に溶接などにより固定されている。つまり、継手管４の外周面に仕切り板８，１２の内周縁が一体的に固定されている。

このコンクリート柱１を製造する際には、継手管４と仕切り板８，１２とを溶接などにより固定し、これら仕切り板８，１２に挿通した緊張材を両端部の仕切り板８，１２に係止し、それらを型枠にセットし、型枠内にコンクリートを流し込み、仕切り板８，１２を引っ張って緊張材を緊張させつつ、コンクリート部５，１０を遠心成形する。

コンクリート部５，１０が硬化した後、コンクリート柱１を型枠から脱型し、継手管４の外部に露出する緊張材（図３の二点鎖線に示す）をカットして緊張力を解放し、コンクリート部５，１０に所定のプレストレスを導入する。カットにより生じた緊張材７，１１の端部には、防錆処理を施す。

このように、継手管４を緊張材７，１１よりも内側にて仕切り板８，１２間に配置することで、一および他の柱体２，３の成形用の型枠において、コンクリートが流し込まれる部位の外側に継手管４を配置することが可能となるため、コンクリートが継手管４の内部に流れ込まず、製造が容易となる。

なお、第２の実施の形態において、一の柱体２の上端部の仕切り板８および他の柱体３の下端部の仕切り板１２に代えて、図４に示される第３の実施の形態のように、継手管４の両端部にフランジ状の保持部１６，１７を形成し、第２の実施の形態と同様に、保持部１６，１７に緊張材７，１１を係止して一および他の柱体２，３間に継手管４を位置させてもよい。この場合には、継手管４を溶接などにより固定する工程が不要となり、製造性がより良好になる。

次に、第４の実施の形態について、図５を参照して説明する。なお、各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のコンクリート柱１は、組み立て式のコンクリート柱であり、一および他の柱体２，３を成形した後に、継手管４を接合させるものである。

継手管４は、遠心成形などにより成形された一の柱体２の上端部の仕切り板８と他の柱体３の下端部の仕切り板１２との間に溶接などにより固定される。

このように、継手管４を一および他の柱体２，３の仕切り板８，１２間に配置して一および他の柱体２，３を継手管４で接続することにより、一般的なコンクリート柱の生産工程で容易に製造した一の柱体２および他の柱体３を使用してコンクリート柱１を容易に構成できる。

次に、第５の実施の形態について、図６を参照して説明する。なお、各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のコンクリート柱１は、組み立て式のコンクリート柱であり、一および他の柱体２，３を成形した後に、継手管４を一および他の柱体２，３に固定部材１８，１９により固定するものである。

継手管４は、円筒状の継手管本体部２０と、継手管本体部２０の両端部にフランジ状に形成された被固定部２１，２２と、を一体的に有する。被固定部２１，２２は、板状に形成され、継手管本体部２０の軸方向と直交または略直交する方向に沿っている。

本実施の形態において、固定部材１８は、ボルトであり、固定部材１９は、ナットである。その他、リベットなどの固定部材により継手管４を一および他の柱体２，３に固定する構成としてもよい。

そして、コンクリート柱１を組み立てるには、予め遠心成形などにより成形された一の柱体２を設置し、一の柱体２の上端部に位置する仕切り板８に継手管４の被固定部２１を載置し、仕切り板８と被固定部２１とを固定部材１８，１９により締結し固定する。

次いで、予め遠心成形などにより成形された他の柱体３の下端部に位置する仕切り板１２を継手管４の被固定部２２に載置し、仕切り板８と被固定部２２とを固定部材１８，１９により締結し固定する。この結果、一の柱体２と他の柱体３とが継手管４を介して接続され、コンクリート柱１が組み立てられる。

このように、継手管４の被固定部２１，２２を仕切り板８，１２に対して固定部材１８，１９により固定することで、継手管４によって一および他の柱体２，３を容易に接続できる。

次に、第６の実施の形態について、図７を参照して説明する。なお、各実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。

本実施の形態のコンクリート柱１は、組み立て式のコンクリート柱であり、一および他の柱体２，３を成形した後に、継手管４に一および他の柱体２，３を内挿して接続するものである。

継手管４は、少なくとも一および他の柱体２，３が挿入される部分の内径寸法が、一および他の柱体２，３（コンクリート部５，１０）の外径寸法よりも僅かに大きく形成されている。

継手管４に内挿される一および他の柱体２，３のコンクリート部５，１０の端部には、座板部２５，２６が配置されている。座板部２５，２６は、円環状または円板状に形成されている。座板部２５は、一の柱体２（コンクリート部５）の上端部の外径寸法と等しいまたは略等しい、または、一の柱体２（コンクリート部５）の上端部の外径寸法より小さい外径寸法を有する。同様に、座板部２６は他の柱体３（コンクリート部１０）の上端部の外径寸法と等しいまたは他の柱体３（コンクリート部１０）の上端部の外径寸法よりも大きい外径寸法を有する。

座板部２５，２６は、継手管４の内部に位置する状態で、継手管４の軸方向と直交または略直交する方向に沿っている。座板部２５，２６は、継手管４の内部で継手管４の軸方向すなわち上下方向に互いに離れて位置し、外周面が継手管４の内周面と当接することで一および他の柱体２，３の継手管４への挿入位置を規制する。継手管４の内周面と一および他の柱体２，３（コンクリート部５，１０）の外周面との隙間に、充填材２７，２８が充填されて、一および他の柱体２，３が継手管４に対して固定されている。

充填材２７，２８は、予め円筒状などに成形された合成樹脂製などのスペーサなどが用いられる。

そして、コンクリート柱１を組み立てるには、予め遠心成形などにより成形された一の柱体２を設置し、一の柱体２の上端部に充填材２７を取り付ける。充填材２７は、接着剤などにより一の柱体２に固定されてもよい。また、充填材２７の外周側に接着剤などが塗布されてもよい。

次いで、充填材２７を取り付けた一の柱体２の上端部を、別途予め形成された継手管４に嵌挿する。

さらに、予め遠心成形などにより成形された他の柱体３の下端部に充填材２８を取り付ける。充填材２８は、接着剤などにより他の柱体３の下端部に固定されてもよい。また、充填材２８の外周側に接着剤などが塗布されてもよい。

そして、充填材２８を取り付けた他の柱体３の下端部を、継手管４に上方から嵌挿する。この結果、一の柱体２と他の柱体３とが継手管４を介して接続され、コンクリート柱１が組み立てられる。

このように、一および他の柱体２，３のコンクリート部５，１０の互いに対向する端部を継手管４に挿入することによって一および他の柱体２，３を継手管４で容易に接続できるため、コンクリート部５，１０の端部に特別な加工を必要とせず、一般的なコンクリート柱の生産工程で容易に製造した一の柱体２および他の柱体３を使用できる。また、完成したコンクリート柱１の高さにばらつきが生じにくい。

なお、充填材２７，２８の少なくともいずれかは、樹脂モルタル、あるいは接着剤などの流体状の固定液を固化させたものでもよい。この場合、コンクリート柱１の製造方法としては、充填材２７，２８を取り付ける工程に代えて、固定液を塗布する工程を用いることで、同様にコンクリート柱１を製造できる。

なお、上記の各実施の形態において、図８に示される第７の実施の形態のように、継手管４にスリット３０を形成し、このスリット３０により弱点部１４を構成するようにしてもよいし、図９に示される第８の実施の形態のように、継手管４を、複数の段差部３１を有する蛇腹状に形成し、その段差部３１により弱点部１４を構成するようにしてもよいし、これらを組み合わせてもよい。これらの構成により、狙った位置に容易に弱点部１４を設定でき、過大な応力に対しコンクリート柱１を所望の位置から折損させることができる。

また、上記の各実施の形態において、弱点部１４は、緊張材、非緊張材、および、螺旋筋などが配置されていない部位としたが、これに限らず、モーメントに関する所定の要求性能を満たし、かつ、この要求性能に対する余裕度が一および他の柱体２，３の各部よりも小さく形成できれば、緊張材、非緊張材、および、螺旋筋などの補強部材が配置されていてもよい。

１ コンクリート柱
２ 一の柱体
３ 他の柱体
４ 継手管
５，１０ コンクリート部
７，１１ 緊張材
８，１２ 仕切り板
１４ 弱点部
１６，１７ 保持部
１８，１９ 固定部材
２１，２２ 被固定部
２７，２８ 充填材
３０ スリット

Claims (10)

1. コンクリートにて形成されたコンクリート部を有する一および他の柱体と、
   これら一および他の柱体を上下に接続する円筒状に形成された金属製の継手管と、を備え、
   前記継手管に、予め設定されるモーメントに関する所定の要求性能を満たし、かつ、この要求性能に対する余裕度が前記一および他の柱体の各部よりも小さい弱点部が形成され、
   前記弱点部は、地際部から上方に離れて位置し、地上部の全長の中央部を含む範囲にある
   ことを特徴とするコンクリート柱。
2. 一および他の柱体は、コンクリート部の互いに対向する端部に仕切り板を有し、
   継手管は、前記仕切り板にそれぞれ固定されることで前記一および他の柱体を接続している
   ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート柱。
3. 継手管は、一および他の柱体のコンクリート部の端部の外面に一体的に位置する
   ことを特徴とする請求項２記載のコンクリート柱。
4. 一および他の柱体は、コンクリート部に埋設され仕切り板に端部が保持される緊張材を有し、
   継手管は、前記緊張材よりも内側にて仕切り板間に位置する
   ことを特徴とする請求項２記載のコンクリート柱。
5. 一および他の柱体は、コンクリート部に埋設された緊張材を有し、
   継手管は、前記緊張材の端部をそれぞれ保持して前記コンクリート部の端部に一体的に配置される保持部を有して前記一および他の柱体間に位置する
   ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート柱。
6. 継手管は、一および他の柱体の仕切り板間に位置する
   ことを特徴とする請求項２記載のコンクリート柱。
7. 継手管は、仕切り板に対して固定部材により固定される被固定部を有する
   ことを特徴とする請求項５記載のコンクリート柱。
8. 一および他の柱体は、継手管に内挿され、
   前記継手管と前記一および他の柱体との間に充填されて前記継手管と前記一および他の柱体とを接合する充填材を備える
   ことを特徴とする請求項１記載のコンクリート柱。
9. 継手管は、弱点部を形成するスリットを有する
   ことを特徴とする請求項１ないし８いずれか一記載のコンクリート柱。
10. 継手管は、蛇腹状に形成されている
    ことを特徴とする請求項１ないし９いずれか一記載のコンクリート柱。

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