JPH03240504A - 金属管コンクリート柱の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼管等の金属製の管体をコンクリート製の柱
体に被着してなり、建築構造物及び土木構造物において
、主として圧縮力を負担する柱材として用いられる金属
管コンクリート柱の製造方法に関する。

〔従来技術〕

コンクリート材は、高い圧縮強度を有し、また廉価であ
ることから、建築構造物及び土木構造物における構造材
、特に、主として圧縮力をｇｔ担する柱材としての使用
が切望されている。ところがコンクリート材は、引張強
度及び靭性に劣り、内部応力が強度限界に達すると共に
瞬時にして破砕に至るという構造相として致命的な欠点
を有している。そこで、コンクリート材の内部に多数の
鉄筋を埋め込み、この鉄筋に引張力及び靭性の不足を補
完させるようになした鉄筋コンクリート等、引張強度及
び靭性に優れた金属材との組み合わセにより、コンクリ
ート材単独での前述した欠点の解消を図った構造材が従
来から使用されている。

このような構造材の１つとして、鋼管等の金属管をコン
クリート製の柱体の外側に被着してなる金属管コンクリ
ート柱がある。この金属管コンクリート柱は、金属管の
たが作用によりコンクリート柱の耐力及び靭性の不足が
補完されると共に、コンクリート柱の拘束作用により圧
縮に伴う金属管の部分座屈の発生が抑制されるため、圧
縮荷重の負担状態において作用する曲げ力に対しても靭
性に冨んだ変形挙動を示し、優れた耐震性能が得られる
という利点を有しており、特に耐震性が重要視される高
層構造物用の柱材として脚光を浴びている。ところが、
この金属管コンクリート柱を構造物の柱材として用い、
軸長方向の圧縮荷重を負担せしめた場合、金属製の管体
とコンクリート製の柱体とが一体的に縮み、両者には等
量の歪が生じるが、金属の弾性係数はコンクリートのそ
れに比較して大きいため、圧縮強度が劣る金属管にコン
クリート製の柱体の数倍〜十数倍にも達する圧縮応力が
生しることになり、この金属管によるたが作用が期待で
きなくなり、コンクリート製の柱体に十分な強度的余裕
がある段階にて金属管か降伏し、コンクリート材の高い
圧縮強度を十分に利用し得ないという難点があり、更に
、曲げ３乙こ対する弾性変形域が狭くなることから、本
来の耐震性能か得られなくなるという難点が生しる。

この難点は、前記たが作用の確保による耐力補償のみを
目的としてなされた特開昭６２−１７０６３４号公報及
び特開昭６２−１７０６３５号公報、更には、コンクリ
ート柱に生しるクリープ変形の吸収を目的とし、基礎杭
としての使用に限定してなされた特開昭６１．−２．１
２２２０号公報及び特開昭６２−２３７１５号公報等に
開示されている如く、金属製の管体とコンクリ＝１・製
の柱体との一律化に際し、軸長方向の引張応力を前者に
、またこれに釣り合う圧縮応力を後者に予め生ぜしめて
おき、圧縮荷重の負担に伴い前記管体に生しる圧縮応力
を前記引張応力にて相殺させる構成乙、二より解消され
る。

この構成は、前記特開昭６２−１７０６３４号及び特開
昭６１−２４２２２０号においては、内部乙こ複数の支
圧突起を備えた金属管を用い、また特開昭６２−２３７
１５号においては、両端に中抜き円板形をなす支圧板を
固着してなる金属管を用い、軸長方向に所定の引張力を
加えて伸長せしめたこれらの金属管の内部にコンクリー
トを充填して、該コンクリートの硬化によりコンクリー
ト柱を形成した後、前記引張力の印加を停止する手順に
より得られており、また特開昭６２−１７０６３５号に
おいては、−側端部近傍に支圧板を備え内面にアンボン
ド処理を施された２本の金属管を用い、これらを同軸上
に位置させ、夫々の他側端部を所定の間隙を隔てて対向
させておき、これらの内部にコンクリートを充填して、
該コンクリートの硬化により両者間に連続するコンクリ
ート柱を形成した後、両方の金属管の軸長方向に互いに
接近する向きの引張力を加え、対向端部を突き合わせて
接続して、前記引張力の印加を停止する手順にて得られ
ている。

〔発明が解決しようとするｔＩ！！題〕さてこれらの金
属管コンクリート柱においてはいずれも、その製造段階
において金属製の管体−・引張力を加えているが、構造
物の柱材としての使用時において優れた曲げ性能を確保
し、耐震性能の向上を図るためには、この柱材が負担す
る圧縮荷重と同等の引張力の印加が必要であり、特に高
層構造物の下層部におりる柱材として用いられる金属管
コンクリート柱の製造るこ際しては多大の弓張力の印加
が要求される。

前記特開昭６１−２４２２２０号においては、この引張
力の印加方法について言及されておらず、また前記特開
昭６２−１７０６３４号及び特開昭６２−２３７１５号
においては、引張力の−３ロ手段としてジャ、・１・を
用いることが開示されており、更に特開昭６２−１．７
０６３５号においては、２本の金属管の管端に固設され
たフランジ間、又は夫々のフランジと所定の固定部との
間でのボルト、＋ソトの締付けにより引張力を加える方
法が開示されている。どころか前者、即ちジヤツキを用
いる方法においては、このジヤツキを介在させるための
部相を、また後者においては前記フランジを、夫々管体
に固設する必要があって、これらはいずれも製品におい
ては不要な部材であるにも拘わらず前記引張力の反力に
耐え得るだけの強度が要求されるという難点がある。

また特開昭６２−１７０６３４号には、前記ジヤツキを
介在させるための部材として構造物の施］二時におい′
（柱材に固設される梁を用いることが提案されているが
、施工現場において多数の柱材に対しこの方法を実施す
ることは、多大の手間と時間とを要し実用的ではない。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、金属
製の管体への引張応力の付与とコンクリート製の柱体へ
の圧縮応力のイ］与とを、前記管体への引張力の印加を
必要とせずに行え、製造手順の簡略化と不要な部＋４の
削減とを可能とする金属管コンクリート柱の製造方法を
提供することを目的どする。

（課題を解決するための手段〕 本発明に係る金属管コンクリート柱の製造方法は、コン
クリート製の柱体の外側に金属製の管体を被着し、前者
に軸長方向の圧縮応力を（」与し、これに釣り合う引張
応力を後者に付与してなる金属管コンクリート柱の製造
方法において、前記管体の一端側開口部にこれを閉塞す
る支圧部材を固着して、該支圧部材を底板とするこの管
体の内部にコンクリートを充填し、硬化せしめて前記柱
体を形成した後、前記管体を加熱して伸長させ、この管
体の他端側開口部に、同側の前記柱体の端面との間にス
ペーサを介して支圧部材を固着し、前記伸長を解除して
、前記圧縮応力及び前記引張応力を付与することを特徴
とする。

〔作用〕

本発明においては、−側端部を支圧部材にて閉塞しであ
る金属製の管体にコンクリートを充填してコンクリート
製の柱体を得た後、実質的に管体のめを加熱することに
より伸長させ、伸長した管体の他側端部に、同し側の柱
体の端面との間に所定厚さのスペーサを介して支圧部材
を固着し、管体の伸長を、例えば該管体の常温への復帰
により解除して、両支圧部祠間にてスペーサを介して柱
体を圧縮し、該柱体に圧縮応力をイ」写する一力、これ
の反作用により管体に引張応力を付与する。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述する
。第１図〜第５図は、本発明に係る金属管コンクＩＪ　
−１−柱の製造方法（以下本発明方法とい・う）の実施
手順を示す説明図である。

本発明方法により得られる金属管コンクリート柱は、第
５図に示す如く、金属製の管体１　（−船釣には鋼管が
用いられる）をコンクリート製の柱体２の外側に被着し
て、該柱体２に軸長方向の圧縮応力をイ」与し、これに
釣り合う所定の引張応力を前記管体１の軸長方向に付与
せしめた構成となっている。管体１の軸断面形状は限定
されるものではないが、応力分布の単純性、及び市場で
の入手の容易性等を考慮すると、円形断面とするのが望
ましい。

なお、柱体２への圧縮応力の付与は、後述の如く、管体
ｌの両端開口部にこれを閉塞する態様にて夫々固着され
た支圧部材３．３間にて、柱体２を圧縮することにより
なされ、また管体ｌへの引張応力の付与は、前記圧縮の
反作用により管体ｌが支圧部材３，３にて引張られるこ
とによりなされる。従って、これらの応力の合力が作用
する支圧部）４３には高い剛性が要求される。図示の支
圧部材３は、この要求に応える得るものであり、第６図
に一部破断斜視図を示す如く、円板形をなし、管体１の
開口端にこれを閉塞すべく固着される蓋板４と、該蓋板
４の一面上にこれの周縁に沿って周設された筒体５と、
図示の如く、２枚の矩形平板を十字形に組合わせてなり
、筒体５の内側に架設された補強板６とを備えてなる。

筒体５の奥部にお［Ｊる補強板６の端縁ば、蓋板４に突
き当てられてこれに固着してあり、前記合力の作用によ
り蓋板４に生しる撓の変形、及び前記筒体５に生しる拡
張変形は、前記補強板６の作用により拘束される。なお
筒体５は、梁、プレース等の他の構造部材との接続のた
めの仕口部として機能するものであり、該筒体５の外側
には、前記補強板６の架設位置に対応させて、前記接続
に供される接続板７．７・・・が突設させである。

さて本発明方法においては、まず第１図に示す如く、管
体１の一端側聞口部のみに前記支圧部材３を、両者の同
軸性を配慮して固着し、この固着端を下として管体ｌを
直立させ、次いで第２図に示す如く、支圧部材３を底板
とする管体１の内部にコンクリート１０を注入し、該管
体ｌの上側端縁に達するまで充填せしめる。なお前記管
体１は、その内側にいかなる突起物をも有しない単純な
円管であるから、コンクリート１０の充填は、確実にし
かも速やかに行い得る。

このように充填されたコンクリート１０は管体ｌめ内部
において硬化し、第３図に示す如く、該管体１の内側に
これと略等長のコンクリ−Ｉ・製の柱体２が形成される
。この柱体２が形成された後、管体１を加熱して所定長
さだけ伸長させる。このとき、柱体２に対する管体ｌの
伸長量を管理することが重要であり、このためには、管
体１のみが所定温度に至るまで加熱され、柱体２は全く
加熱されないのが望ましい。このような加熱は、例えば
、第４図に示す如（、柱体２が形成された段階で管体１
及び柱体２を誘導コイル１１内に導入し、この誘導コイ
ル１１への高周波電流の通電により交番磁界を生ぜしめ
、電磁誘導によって管体ｌ中を流れる電流により、該管
体１中に発生ずるジュール熱を利用する誘導加熱法を採
用することにより達成できる。電磁誘導による電圧の誘
起は、導電性を有しないコンクリート製の柱体２におい
ては生しないから、柱体２が加熱されることはなく、管
体１のみが加熱されることになる。なお、コンクリート
の比熱は金属のそれよりも一般的に大きく、前記加熱の
目標温度は低い（８０℃〜２００℃程度）ことから、管
体１とこれの内部に形成された柱体２とを、適宜の加熱
手段にて管体ｌの外側から加熱した場合においても、実
質的に管体ｌのみを加熱セしめることは可能である。

前記加熱により管体１を所定長伸長せしめた後、この伸
長状態を維持しつつ、該管体１の上端開口部にこれを閉
塞する態様にて前記支圧部材３を固着する。このとき、
第５図に示す如く、前記柱体２の上端面と、支圧部材３
の下面、即ち蓋板４の下面との間に、前記伸長量に相当
する厚さのスペーサ１２を介在せしめておき、支圧部＋
、１３を固着した後、管体１の伸長を解除する。この解
除は、管体ｌを常温に復帰させることにまり達成され、
常温への復帰は、自然冷却又は強制冷却のいずれによっ
てもよい。これにより柱体２は、管体ｌの両側の支圧部
材３．３間にてスペーサ１２を介して圧縮されることに
なり、該柱体２には軸長方向の圧縮応力が付与される一
方、この圧縮の反作用により管体１は、支圧部材３．３
にて引張られ、該管体ｌには、前記圧縮応力に引張応力
が付与されて所望の金属管コンクリート柱が得られる。

このとき支圧部材３の蓋板４には、柱体２又はスペーサ
１２との接触側にこれの全面に亘る押圧力が作用するが
、この蓋板４の剛性は、前記補強板６にて高められてお
り、前記押圧力による撓み変形量は極めて僅かに保たれ
る。従って、支圧部材３．３間での押圧により柱体２に
付与される圧縮応力は、該柱体２の全断面に亘って略均
等化されることになり、この圧縮応力に釣り合う態様に
て管体ｌにイ１与される引張応力は、前記加熱による管
体１の伸長量に精度良く対応し、この引張応力２ を正しく管理することが可能となる。但し、この管理を
可能とするためには、前述の如く介装されるスペーサ］
２の両面と、柱体２の端面及び支圧部材３の下面との間
に高い密着性が得られていることが必要である。

第７図は、高い密着性を実現するスペーサ１２の形成手
順の説明図である。まず、前記加熱により伸長状態にあ
る管体１の内側全周に、柱体２の周縁に沿わせて、耐熱
性を有するシール＋１１３を敷設し、このシール材１３
にて囲まれた空間内に、例えば高強度のモルタルを充填
した後、これが硬化する前に支圧部材３を固着する。こ
のとき、柱体２の端面と支圧部材３のＭ板４との間にて
押し潰される前記シール材１３により、管体１の周縁か
らの前記モルタルの漏出しは防止され、余剰分のモルタ
ルは、前記蓋体４に開設された小径の排出孔１４を経て
筒体５内に漏出す。これにより、支圧部＋４３の固着が
阻害されることはなく、また蓋体４と柱体２との間の間
隙は前記モルタルにて完全に充填されることになり、こ
のモルタルの硬化により、柱体２ど蓋体４との間に高い
密着性を有するスペサ１２が形成される。

以上の如く得られた金属管コンクリート柱は、長手方向
に複数本が連結されて構造物の柱材として利用される。

この連結は、夫々の一側の支圧部材３における筒体５の
端縁を、同軸」−にて相互に突き合わセ、溶接等により
接続することにより実現される。なおこのとき、筒体５
．５の対応する接続板７．７間に適宜の連結部材を架は
渡し仮の連結状態を得ることにより、前記突き合わせを
容易に行い得る。この接続より一体化された筒体５５の
内部空間には、高強度モルタル又はコンクリ１−が充填
され、この充填物にて夫々の柱体２２は力学的に連結さ
れる。そして、この筒体５５を梁、プレース等の他の構
造相との接続のための仕口部として利用する場合、前記
接続板７．７間に突き合わせのために架Ｕ渡した連結部
材を取外し、これらの接続板７．７に前記構造材を固設
する。

なお本発明方法は、圧縮荷重の負担状態において優れた
弾性挙動をなし、耐震性の向上を目的とする金属管コン
クリート柱の製造に限らず、金属管のたが作用の確保に
よる耐力補償を目的とする前記特開昭６２−１７０６３
４号及び特開昭６２−１７０６３５号公報に開示された
もの、また、コンクリ−Ｉ・社のクリープ変形の吸収を
目的とする前記特開昭６１２４２２２０号及び特開昭６
２−２３７１５号公報に開示されたものの製造において
も適用可能であることは言うまでもない。

〔効果〕

以上詳述した如く本発明方法においては、コンクリート
製の柱体の外側に被着された金属製の管体を力１１熱に
より伸長させ、この管体の端部に柱体との間にスペーサ
を介して支圧部材を固着することにより、前記柱体への
圧紬応力の付与、と前記管体への引張応力の付」とが実
現され、管体に引張力を印加する工程を含まないから、
この印加のための部材が不要であり、製造工程が大幅に
簡略化され、製造コストの削減に寄与し得ると共に、前
記応力を高い情度にて管理ずろことができ、所望の特性
を有する金属管：１ンクリート柱を提供できる等、本発
明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は本発明方法の実施手順の説明図、第６
図は望ましい支圧部材の横取を示ず一部破断斜視図、第
７図しよ望ましいスペーサの形成手順の説明図である。 ■・・・管体　　２・・・柱体　　３・・・支圧部材　
　１２・スペー→ノ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、コンクリート製の柱体の外側に金属製の管体を被着
   し、前者に軸長方向の圧縮応力を付与し、これに釣り合
   う引張応力を後者に付与してなる金属管コンクリート柱
   の製造方法において、 前記管体の一端側開口部にこれを閉塞する 支圧部材を固着して、該支圧部材を底板とするこの管体
   の内部にコンクリートを充填し、硬化せしめて前記柱体
   を形成した後、前記管体を加熱して伸長させ、この管体
   の他端側開口部に、同側の前記柱体の端面との間にスペ
   ーサを介して支圧部材を固着し、前記伸長を解除して、
   前記圧縮応力及び前記引張応力を付与することを特徴と
   する金属管コンクリート柱の製造方法。