JPH0450740Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は、柱、杭等に利用されるアンボンド
充填鋼管構造に関するものである。

「従来の技術」 一般に、この種の構造としては、充填鋼管構造
が知られている。この充填鋼管構造は、型枠を兼
ねた単純な直円筒状の鋼管の内部に構造用充填材
としてコンクリートを充填したような構造であ
り、鋼管とコンクリートが接着状態にあるため、
これら鋼管とコンクリートは力学的に一体に挙動
する。

ここで、この充填鋼管構造物に軸方向の圧縮力
が作用した時、鋼管とコンクリートは一体に歪
み、この歪が大きい場合、鋼管はミーゼスの降伏
条件を越えたり、局部的な座屈を発生したりす
る。従つて、前記充填鋼管構造は、周方向応力に
余裕があり、鋼管によるコンフアインド効果（鋼
管の周方向応力により、コンクリートが膨らもう
とするのを締め付ける作用）でコンクリートの耐
力上昇を十分期待できる構造であるにも拘わら
ず、増大した軸方向応力で鋼管がほとんど降伏に
達してしまうため、コンフアインド効果を十分発
揮できず、これを解決するために充填鋼管構造の
柱や杭は、必要以上に断面積の大きな構造になら
ざるを得なかつた。

そこで、出願人は先に、鋼管によるコンフアイ
ンド効果を十分に生かすことができ、圧縮耐力を
著しく向上させて、従来のものより断面積を小さ
くすることのできる充填鋼管構造を提供する目的
で、アンボンド充填鋼管構造と呼ばれる構造を提
案した。

第３図ないし第４図は、このアンボンド充填鋼
管構造が適用された柱を示す図である。第３図な
いし第４図において、符号Ｐは柱であり、この柱
Ｐの外殻は鋼管２により構成されている。鋼管２
の軸方向所定箇所には、鋼管２の周方向に延在す
るスリツト３，３，…が、鋼管２の周方向に沿つ
て複数列形成されている。ここで、隣接する列の
スリツト３，３は、互いに周方向にずれた位置に
配置されている。これらスリツト３，３，…は、
全体として変形吸収部４を構成している。

鋼管２の内面には、鋼管２と構造用充填材とし
てのコンクリートとの付着をなくすための分離材
（アンボンド処理層）５が予め塗布され、その上
で鋼管２の内部にコンクリート６が打設充填され
ている。ここで、分離材５としては、パラフイ
ン、アスフアルト、オイル、グリース、ワセリン
等を用い、これを鋼管２の内面に塗布することに
より、アンボンド処理層を形成している。鋼管２
の上端部には、グラウト用の空間部７が形成さ
れ、この鋼管２に他の鋼管を接続する際に、この
空間部７にコンクリートやモルタルがグラウトさ
れる。

以上のような構成のアンボンド充填鋼管構造の
柱Ｐが建て込まれた後、この柱Ｐには、図示され
ない梁よりコンクリート６断面に軸方向の圧縮力
が作用して、コンクリート６が圧縮され、それが
所定の強度を越えると、このコンクリート６は軸
方向の歪を生じると共に、径方向の急激な横歪を
生じる。

ところが、鋼管２に生じる軸方向の歪は、変形
吸収部４のスリツト３，３，…が軸方向に圧縮変
形することによりほとんど吸収され、よつて変形
吸収部４の上下間において軸方向圧縮応力の伝達
が無くなり、鋼管２にほとんど軸方向圧縮応力が
発生されなくなる。特に、この鋼管２は、コンク
リート６とアンボンド状態にあり、鋼管２が軸方
向においてコンクリート６に全く拘束されない構
造となつている。従つて、コンクリート６には軸
方向の歪が生じるものの、鋼管２には全く軸方向
の歪が生じない。つまり、前記ミーゼスの降伏条
件を適用すれば、周方向応力による鋼管２のコン
フアインド効果を十分発揮させることができ、こ
の結果、圧縮耐力を著しく向上させ、断面積を小
さくすることのできる充填鋼管構造を実現するこ
とができる。

「考案が解決しようとする問題点」 ところで、前記アンボンド充填鋼管構造が適用
された建築物に、例えば地震力による転倒モーメ
ントが生じ、この結果柱Ｐに軸方向の引張力が作
用するような場合、コンクリート６はその引張耐
力が弱いため、鋼管２によりこれを補強する必要
がある。しかし、鋼管２には、その一部に変形吸
収部４が設けられており、この変形吸収部４は、
軸方向の圧縮力を自身の変形により吸収するよう
な構造であるので、この鋼管２に軸方向の大きな
引張力が作用すると、変形吸収部４が前記状態と
同様に変形するため、鋼管２が本来有する引張耐
力を十分発揮することができない、という更に解
決すべき問題点があつた。

前記問題点を解決するために、鋼管２の内部に
その軸方向に延在する補強鉄筋をコンクリート６
充填前に配設する方法が考えられる。しかし、こ
の補強鉄筋の存在により、鋼管２内部へのコンク
リートの充填性が悪化したり、また鋼管２が長大
である場合、補強鉄筋の上下方向への結合方法及
びその時期を決定することが困難である、という
問題点があり、その実現が難しかつた。

この考案は、軸方向への大きな引張力が作用し
ても、それに十分対抗することのできるアンボン
ド充填鋼管構造を如何にして実現するかを問題に
している。

「問題点を解決するための手段」 この考案は、コンクリート等の構造用充填材を
鋼管の内部に充填し、前記構造用充填材と鋼管と
の境界面に該構造用充填材の鋼管への付着をなく
すためのアンボンド処理層を設けると共に、前記
鋼管の少なくともその一部に、該鋼管の軸方向に
加えられた一定値以上の圧縮力により該圧縮方向
に変形する変形吸収部を設け、さらに前記鋼管の
長さ方向に沿つた前記変形吸収部を挟む位置に、
前記鋼管の延び方向の歪みを拘束して該変形吸収
部の引張耐力を高める補強機構を前記鋼管に設け
たようなアンボンド充填鋼管構造を構成して、前
記問題点を解決している。

「作用」 この考案では、アンボンド充填鋼管構造に設け
られた引張力に比較的弱い変形吸収部を、補強機
構によりその引張耐力を高めることでその変形を
抑え、よつて鋼管の軸方向引張変形に対する補強
をすることができる。

「実施例」 以下、この考案の実施例について図面を参照し
て説明する。

第１図ないし第２図は、この考案の一実施例で
あるアンボンド充填鋼管構造が適用された建築物
を示す図である。第１図ないし第２図において、
符号Ａはアンボンド充填鋼管構造が適用された建
築物であり、この建築物Ａは、鋼管よりなる柱Ｐ
及びＨ形鋼よりなる梁Ｂをダイヤフラム９を介し
て接合して、概略構成されている。

柱Ｐは、前記柱Ｐと同様の構造を有している。
従つて、同一の構成要素には同一の符号を付し、
その説明を省略する。

建築物Ａには、その柱Ｐの軸方向に沿つて延在
し、かつ鋼管２の変形吸収部４の側方を通過する
ように、PS（プレストレス）鋼線１０，１０が２
本配設されている。このPS鋼線１０は、ダイヤ
フラム９の上部に固定された定着具１１によりそ
の両端が固定されている。以上の構成において、
PS鋼線１０及び定着具１１は補強機構１２を構
成している。PS鋼線１０は、その両端が緊張さ
れた後に定着具１１により固定されることで、変
形吸収部４を含む鋼管２に圧縮力が作用されるよ
うなプレストレスを、鋼管２に導入している。こ
れにより、鋼管２の変形吸収部４は、その引張耐
力が高められている。

次に、このようなアンボンド充填鋼管構造が適
用された柱Ｐの構築方法について説明する。

変形吸収部４が設けられた鋼管は、例えば、軸
方向全長に亙つて多数のスリツト３，３，…が形
成された穴付鋼管を適宜長さに切断して構成され
る変形吸収部４に、その両開口端に長尺の鋼管を
溶接して形成される。また、当然のことながら、
短尺の鋼管に穴あけ加工をして、変形吸収部４を
構成しても良い。ここで、穴付鋼管は、遠心鋳鋼
法により鋳造して、あるいは、ウオータージエツ
ト、高速カツタ、ガス切断等適宜手段により管壁
に穴あけ加工をして形成される。そして、別の短
尺の鋼管の外面にダイヤフラム９を溶接し、この
鋼管の両開口端に前記変形吸収部４が設けられた
鋼管を溶接して、よつて、第１図ないし第２図に
示す鋼管２が組み立てられる。

この後、ダイヤフラム９に梁Ｂ，Ｂ，…が接合
され、これにより建築物Ａの建方が行なわれる。
ここで、アンボンド処理用の分離材５を塗布する
のは、コンクリート６打設以前であれば、いつ行
つても良い。そして、鋼管２の内部にトレミー管
等によりコンクリート６を充填打設して、よつて
以上の方法によりアンボンド充填鋼管構造が適用
された柱Ｐが構築されたことになる。

以上のような構成のアンボンド充填鋼管構造の
柱Ｐが構築された後、この柱Ｐには、梁Ｂ，Ｂ，
…よりコンクリート６断面及び鋼管２に軸方向の
圧縮力が作用する。ところが、前記の如く、鋼管
２に生じる軸方向の歪は、鋼管２に設けられた変
形吸収部４のスリツト３，３，…が軸方向に圧縮
変形することによりほとんど吸収され、よつて変
形吸収部４の上下間において軸方向圧縮応力の伝
達が無くなり、鋼管２にはほとんど軸方向圧縮応
力が発生しなくなる。特に、この鋼管２は、コン
クリート６とアンボンド状態にあり、鋼管２が軸
方向においてコンクリート６に全く拘束されない
構造となつている。従つて、コンクリート６には
軸方向の歪が生じると共に、所定の強度を越える
と径方向の急激な横歪を生じるのに対して、鋼管
２には全く軸方向の歪が生じない。つまり、前記
ミーゼスの降伏条件を適用すれば、周方向応力に
よる鋼管２のコンフアインド効果を十分発揮させ
ることができ、この結果、圧縮耐力を著しく向上
させ、断面積を小さくすることのできる充填鋼管
構造を実現することができる。

そして、例えば、この建築物Ａに地震力による
転倒モーメントが生じ、この結果柱Ｐに軸方向の
引張力が作用するような場合でも、変形吸収部４
の引張耐力を高めるための補強機構１２が鋼管２
に設けられているため、変形吸収部４に引張力が
作用することによつてスリツト３，３，…自身が
引つ張られて変形するのを、可能な限り最小限に
抑えることができる。よつて、アンボンド充填鋼
管構造が適用された柱Ｐにおいて、その鋼管２の
軸方向の引張変形に対する補強をすることができ
る。特に、この実施例においては、補強機構１２
のPS鋼線１０により、鋼管２にプレストレスが
導入されているため、想定される引張力に対抗す
るだけの引張耐力を変形吸収部４や鋼管２に与え
る適正なプレストレスがこの変形吸収部４や鋼管
２に導入されるようにPS鋼線１０を緊張し、定
着具１１により固定することにより、鋼管２の軸
方向引張変形に対する補強がより強化される。従
つて、以上の構成により、軸方向への大きな引張
力が作用しても、それに十分対抗することのでき
るアンボンド充填鋼管構造を実現することができ
る。

なお、この考案によるアンボンド充填鋼管構造
は、前記実施例に限定されるものではない。例え
ば、前記実施例においては、補強機構をPS鋼線
１０と定着具１１との組み合わせにより構成した
が、前記PS鋼線１０に代えてPS鋼撚線やPS鋼棒
を用いても当然良く、またシース管内にPS鋼線
１０等を配設し、更に防錆・潤滑材を充填した、
言わゆるアンボンドPS鋼線であつても良く、更
に言えば、炭素繊維（カーボンフアイバー）、ア
ラミド繊維、ガラス繊維、セラミツク繊維等引張
強度の大きい部材をPS鋼線１０に代えて使用し
ても良い。または、補強機構を、例えば、前記
PS鋼線１０に代えて、自身の長さ方向に退縮は
自在であるが伸張は規制されるいわゆるロツドア
ンテナ状の部材を設け、これにより鋼管２に作用
する引張力を押し止めるような構成にしても良
い。更に、この変形吸収部４も前記実施例に限定
されず、鋼管２の周面にその周方向に延在する線
状の切欠を多数形成し、この鋼管２を軸方向に引
つ張つて線状スリツトを構成したような変形吸収
部４や、また鋼管２の内面もしくは外面に周方向
のリング状溝を形成したような変形吸収部であつ
ても良い。そして、前記実施例においては、鋼管
２内にコンクリートを充填打設したが、モルタ
ル、その他の水硬化性材料、あるいは土、砂、金
属粉粒体、ガラス粉粒体、プラスチツク、粘土等
の圧密すれば圧縮耐力が大きくなる構造用充填材
をこれに代えても良い。

「考案の効果」 以上詳細に説明したように、この考案によれば
コンクリート等の構造用充填材を鋼管の内部に充
填し、前記構造用充填材と鋼管との境界面に該構
造用充填材の鋼管への付着をなくすためのアンボ
ンド処理層を設けると共に、前記鋼管の少なくと
もその一部に、該鋼管の軸方向に加えられた一定
値以上の圧縮力により該圧縮方向に変形する変形
吸収部を設け、さらに前記鋼管の長さ方向に沿つ
た前記変形吸収部を挟む位置に、前記鋼管の延び
方向の歪みを拘束して該変形吸収部の引張耐力を
高める補強機構を前記鋼管に設けたようなアンボ
ンド充填鋼管構造を構成したので、鋼管に生じた
軸方向圧縮力が前記変形吸収部の変形により吸収
され、鋼管に軸方向圧縮応力がほとんどかからな
い。従つて、ミーゼスの降伏条件を適用すれば、
周方向応力による鋼管のコンフアインド効果を十
分発揮させることができ、この結果、圧縮耐力を
著しく向上させることができ、断面積を小さくす
ることができるアンボンド充填鋼管構造を実現す
ることができる。また同時に、前記変形吸収部の
引張耐力を高めるための補強機構を前記鋼管に設
けてあるので、鋼管に軸方向引張力が作用した際
に、この変形吸収部の変形を小さく抑えることが
でき、鋼管の軸方向引張変形に対する補強を行う
ことができる。従つて、本考案によれば、上述の
如き鋼管に加わる圧縮力を吸収・消滅する作用に
より小断面化を実現しながら、鋼管に加わる大き
な引張力にも充分に対抗することのできるアンボ
ンド充填鋼管構造を実現でき、特に、圧縮および
引張の双方の力を担う構造物の柱等に適用して多
大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例であるアンボンド
充填鋼管構造が適用された建築物を示す正面図、
第２図は同平面図、第３図は前記従来のアンボン
ド充填鋼管構造による柱を示す要部を断面視した
正面図、第４図は同平面図である。 ２……鋼管、４……変形吸収部、５……分離材
（アンボンド処理層）、６……コンクリート（構造
用充填材）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. コンクリート等の構造用充填材を鋼管の内部に
   充填し、前記構造用充填材と鋼管との境界面に該
   構造用充填材の鋼管への付着をなくすためのアン
   ボンド処理層を設けると共に、前記鋼管の少なく
   ともその一部に、該鋼管の軸方向に加えられた一
   定値以上の圧縮力により該圧縮方向に変形する変
   形吸収部を設け、さらに前記鋼管の長さ方向に沿
   つた前記変形吸収部を挟む位置に、前記鋼管の延
   び方向の歪を拘束して該変形吸収部の引張耐力を
   高める補強機構を前記鋼管に設けてなるアンボン
   ド充填鋼管構造。