JPH0762792A - コンクリート造構造部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 閉鎖断面形状の拘束部材とコンクリートから
なるコンクリート造構造部材を引張材や圧縮材としての
他、曲げ材として利用する。 【構成】 閉鎖断面形状の拘束部材２と、拘束部材２内
に充填されるコンクリート３と、拘束部材２に包囲され
たコンクリート３の軸方向の両端面に密着し、コンクリ
ート３を挟み込む支圧板４，４と、支圧板４，４を貫通
してコンクリート３中に軸方向に配置される引張材５と
から構成され、コンクリート３と拘束部材２、及びコン
クリート３と引張材５とが互いに絶縁されることにより
引張材や圧縮材として使用され、コンクリート３に軸方
向にプレストレスが導入されることによりコンクリート
３の圧縮耐力と靱性が高まり、曲げ材として使用される
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はコンクリートとそれを
周囲から拘束する閉鎖断面部材とから構成されるコンク
リート造構造部材に関するものである。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】鋼管や角
形鋼管内にコンクリートを充填して構成される鋼管コン
クリート部材は鋼管によるコンクリートの拘束効果によ
ってコンクリート単独の場合より高い圧縮耐力と靱性を
保有することから、高層建物の下層階柱等、圧縮力を負
担する構造部材としての利用価値が高い。

【０００３】これに対し、出願人は特開平２-20743号に
おいて鋼管とコンクリートを分離材で絶縁し、引張材を
コンクリート中に絶縁させて配置することにより引張力
を引張材と鋼管に、圧縮力をコンクリートに分担させ、
軸方向の正負の荷重を負担する構造部材を提案してい
る。

【０００４】これは鋼管とコンクリート及び引張材を互
いに絶縁することによりそれぞれの機能を分離し、引張
力に対しては引張材と鋼管に、圧縮力に対してはコンク
リートに負担させるものであるが、引張材と鋼管に引張
力を２段階に伝達する目的から、支圧板を直接コンクリ
ートに密着させていないため圧縮力に対する応力伝達機
構の明快さに欠ける。

【０００５】この発明は上記特開平２-20743号の鋼管コ
ンクリート造構造部材を発展させたもので、圧縮力に対
する抵抗機構が明快で、引張材や圧縮材としての他、曲
げ材としても利用可能なコンクリート造構造部材を提案
しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では周囲を閉鎖断
面形状の拘束部材で拘束されたコンクリートを軸方向両
側から支圧板で挟み込み、引張材を緊張してコンクリー
トに軸方向にプレストレスを導入することによりコンク
リートの圧縮耐力と靱性を高め、複合構造のコンクリー
ト造構造部材に曲げ材としての利用可能性を付与する。

【０００７】構造部材は閉鎖断面形状の拘束部材と、拘
束部材内に充填されるコンクリートと、コンクリートの
両端面に密着し、コンクリートを挟み込む支圧板と、両
支圧板を貫通してコンクリート中に軸方向に配置される
引張材とから構成され、引張材とコンクリート間の境界
面、及びコンクリートと拘束部材間の境界面が互いに絶
縁されることによりコンクリートと拘束部材及び引張材
の機能が分離する。

【０００８】引張力は引張材，または引張材と拘束部材
が負担し、圧縮力は支圧板から直接コンクリートに伝達
されてコンクリートが負担し、引張材や圧縮材として利
用される場合の応力伝達機構が明快になる。構造部材が
引張材や圧縮材として使用される場合、コンクリートに
は必ずしもプレストレスは導入されない。

【０００９】コンクリートは拘束部材によって周囲から
拘束されると同時に、引張材の緊張によるプレストレス
の導入によって支圧板から全断面，またはそれに近い断
面に対して軸方向両側から拘束を受けることにより３軸
圧縮状態となって圧縮耐力と靱性が上昇し、曲げを受け
る場合にはコンクリートから絶縁された拘束部材が引張
力を負担することにより曲げ材としての高い荷重支持能
力を持つ。併せて靱性の向上によって降伏耐力後の塑性
変形能力も高まり、エネルギー吸収能力を保有する。

【００１０】構造部材が曲げ材として使用される場合、
プレストレスは引張側では引張力を相殺する働きもする
が、本発明ではプレストレスはコンクリートの全断面，
またはそれに近い断面に対して与えられることにより主
としてコンクリートの３軸圧縮状態を得るのに働く。

【００１１】拘束部材は多重に複数個配置されることに
よりコンクリートを多層に区分し、この区分された多層
のコンクリートの内の、少なくともいずれかの層のコン
クリートの両端面に支圧板が配置され、支圧板間に引張
材が挿通する。この場合、支圧板が配置された層のコン
クリートの外周に位置する拘束部材はその回りのコンク
リートと共に圧縮力を負担するコンクリートを周囲から
拘束し、その靱性を上げる役目を持つ。

【００１２】コンクリートが複数層に区分された場合、
機能の分離上、少なくとも、引張材とそれを包囲するコ
ンクリート間の境界面、及び引張材を包囲するコンクリ
ートとその周囲の拘束部材間の境界面が互いに絶縁され
る。

【００１３】

【実施例】以下本発明を一実施例を示す図面に基づいて
説明する。

【００１４】この発明の構造部材１は図１，図２に示す
ように閉鎖断面形状の拘束部材２と、拘束部材２内に充
填されるコンクリート３と、コンクリート３の両端面に
密着し、コンクリート３を挟み込む支圧板４，４と、両
支圧板４，４を貫通してコンクリート３中に軸方向に配
置される引張材５とから構成され、引張材５と拘束部材
２が引張力を、コンクリート３が圧縮力をそれぞれ独立
して負担することにより引張材や圧縮材として、または
曲げ材として使用されるものである。

【００１５】引張材５，または引張材５と拘束部材２は
コンクリート３との境界面に塗布される分離材６によっ
てコンクリート３から絶縁されることにより引張力のみ
を負担し、コンクリート３は圧縮力のみを負担する。

【００１６】図面では拘束部材２を２重に配置し、コン
クリート３を２層に区分した場合の実施例を示している
が、拘束部材２の数とそれに伴うコンクリート３の層数
は問われない。実施例のように複数個の拘束部材２が配
置された場合、区分された複数層のコンクリート３の少
なくともいずれかの層に支圧板４が配置され、支圧板
４，４間に引張材５が挿通する。実施例は内周側の拘束
部材２に包囲されたコンクリート３の端面に支圧板４を
配置した場合であるが、後述するように引張力を引張材
５と外周側の拘束部材２に２段階に抵抗させるために、
支圧板４を外周側の拘束部材２に、引張力の作用方向に
クリアランスをおいて係合させている。拘束部材２には
通常の鋼管や角形鋼管の他、これらと同等の強度を持
つ、炭素繊維等の強化繊維によって補強された繊維強化
プラスチック製の閉鎖断面部材が使用される。

【００１７】また図１は構造部材１を引張材や圧縮材と
して使用する場合の製作例であることから、図２に示す
ように支圧板４の平面上の中心に１本の引張材５を挿通
しているが、引張材５の挿通位置や本数は構造部材１の
設定耐力や設置部位に応じて決められる。引張材５は引
張力を負担することに加え、緊張されて支圧板４にナッ
ト７等により定着されることにより支圧板４が配置され
たコンクリート３の層に軸方向にプレストレスを与え、
そのコンクリート３の圧縮耐力を高め、あるいは剛性を
上げる働きをする。

【００１８】構造部材１を構成する拘束部材２が１重の
場合は上記の通り、引張材５とコンクリート３及び拘束
部材２をそれぞれ独立して挙動させるために、引張材５
とコンクリート３間の境界面と、コンクリート３と拘束
部材２間の境界面が分離材６によって互いに絶縁される
が、構造部材１が複数重の拘束部材２で構成される場合
には、少なくとも、引張材５とそれを包囲するコンクリ
ート３間の境界面、及び引張材５を包囲するコンクリー
ト３とその周囲の拘束部材２間の境界面が互いに絶縁さ
れる。

【００１９】図１に示す実施例の場合は引張材５とコン
クリート３間の境界面、及びコンクリート３とその周囲
の拘束部材２間の境界面が互いに分離材６によって絶縁
される他、外周側の拘束部材２が引張力を負担すること
から、この外周側の拘束部材２とコンクリート３間の境
界面も絶縁される。内周側の拘束部材２の回りに充填さ
れるコンクリート３は、内周側の拘束部材２内に充填さ
れるコンクリート３が圧縮力を負担するときにこのコン
クリート３を拘束する役目を持つことから、内周側の拘
束部材２とその回りのコンクリート３間の境界面を絶縁
しない場合もあるが、実施例では内周側のコンクリート
３が圧縮力を負担することに伴う拘束部材２の半径方向
の変形量と、これを拘束する外周側のコンクリート３と
の変形量の差による、境界面における付着の影響を低減
するために、この両者間の境界面も絶縁している。

【００２０】図１は後述のように柱・梁のフレーム内の
ブレースや、トラスの弦材，または斜材等の、引張力と
圧縮力が作用する箇所に設置される構造部材１の製作例
であるが、構造部材１が軸力を負担する場合、支圧板４
は内周側の拘束部材２に内接して配置され、拘束部材２
とは互いに軸方向に摺動して相対移動可能に低摩擦材８
を介して接触する。支圧板４の外周には外周側の拘束部
材２に引張力の作用方向に、一定量の相対移動後に係合
する係合部91が突設され、拘束部材２の内周には係合部
91が係合する被係合部21が突設される。

【００２１】支圧板４にはキャップ９がボルトにより一
体化し、係合部91はこのキャップ９に形成される。キャ
ップ９の係合部91と外周側の拘束部材２の被係合部21は
図３，図４に示すように平面上、位相差が付けられ、キ
ャップ９と支圧板４は拘束部材２内に落とし込まれ、引
張材５回りに45°回転することにより所定位置に設置さ
れる。支圧板４の設置後、支圧板４からコンクリート３
に軸方向圧縮力を与えたとき、コンクリート３は半径方
向の変形を生じようとするが、コンクリート３の端面と
支圧板４間が付着していることによるコンクリート３の
変形の拘束を回避し、コンクリート３の全断面に均等に
変形を生じさせるために、支圧板４の底面とコンクリー
ト３との間にも低摩擦材８が挟み込まれる。

【００２２】図１に示す構造部材１に引張力が作用した
場合、引張力はまず引張材５が負担し、係合部91と被係
合部21間のクリアランス分だけ伸び変形した後に外周側
の拘束部材２と共に引張力に抵抗する。圧縮力はキャッ
プ９から支圧板４に直接作用し、支圧板４から内周側の
コンクリート３に伝達され、コンクリート３が負担す
る。内周側と外周側の両拘束部材２，２間に充填された
コンクリート３は内周側の拘束部材２と共に、圧縮力を
負担するコンクリート３を外周側から拘束することによ
りコンクリート３の圧縮耐力を高める働きを持つ。引張
材５には、その引張力負担時の初期剛性を上げ、変形量
を低減するために予め張力を導入する場合もある。

【００２３】図５は拘束部材２が１重の構造部材１の、
ブレースとしての使用例を、図６はその詳細を示すが、
構造部材１は引張材５の端部がフレーム10に固定された
ブラケット11に、軸方向の移動を拘束された状態に接続
されることによりフレーム10内に架設され、簡単な納ま
りで引張力と圧縮力のいずれにも抵抗する。ここでは引
張材５の、ナット７より先端側の端部に定着板12が挿通
し、これが先端側からナット13で引張材５に定着され、
定着板12がブラケット11に固定されることにより引張力
が引張材５に伝達される。また定着板12を両面側からナ
ット13，13で挟み込み、定着板12と支圧板４間に無収縮
モルタル14を充填し、支圧板４側のナット７と定着板12
側のナット13間の空隙を埋めることにより圧縮力が定着
板12からナット７及び支圧板４を経てコンクリート３に
伝達される。

【００２４】図７〜図13は拘束部材２が２重に配置され
る場合に、外周側のコンクリート３中に、内周側の拘束
部材２を周回するフープやスパイラル筋等のせん断補強
筋15を配筋し、またはスタッドボルト16等を内周側の拘
束部材２の外周面に突設することにより外周側のコンク
リート３を、内周側のコンクリート３が圧縮力を負担す
ることに伴う半径方向外向きの応力に対して補強し、内
周側のコンクリート３の拘束効果を高める場合の製作例
を示している。

【００２５】図14，図15は曲げ材として使用される場合
の構造部材１の基本的な製作例を示したものである。こ
の場合、引張材５には張力が与えられ、コンクリート３
には支圧板４，４からプレストレスが導入される。

【００２６】構造部材１は支圧板４，４から軸方向両側
から全断面にプレストレスが導入されることにより周囲
を拘束する拘束部材２と併せて３軸圧縮状態となり、プ
レストレスの導入がない場合より圧縮耐力と靱性が上昇
する。曲げを受けることによる引張力は拘束部材２と引
張材５が負担し、コンクリート３は圧縮力を負担する。
曲げ材として使用される場合も拘束部材２とコンクリー
ト３の役割を分担させるためにコンクリート３と拘束部
材２とは絶縁され、引張材５はコンクリート３にプレス
トレスを与えるために緊張され、使用状態では引張力を
負担することから、引張材５とコンクリート３間も絶縁
される。

【００２７】図16は曲げ材として使用する場合に、拘束
部材２の中心に荷重の作用方向にウェブプレート22を入
れ、構造部材１が接続する柱へのせん断力の伝達を容易
にする場合の製作例を示したものである。

【００２８】構造部材１はまた、プレストレスの導入に
よる靱性の向上によって降伏耐力後の塑性変形能力も高
まるため、弾塑性履歴エネルギー吸収能力を保有し、例
えば図17〜図20に示すように柱・梁の接合部等、降伏ヒ
ンジが形成される箇所に設置されることにより構造物に
入力する振動エネルギーを吸収するエネルギー吸収装置
としても使用される。

【００２９】図17は構造部材１によって鋼管コンクリー
ト造の柱17と鉄筋コンクリート造の梁18を接続した場合
であるが、この場合、２重構造の拘束部材２は柱17と梁
18の対向する各面に突き合わせられて配置され、引張材
５は柱17と梁18の端部を貫通し、それぞれの定着面に定
着板12とナット13によって定着される。ここでは柱17の
鋼管171 と梁18の端部の端部プレート19が支圧板４の役
目を持つ。梁18からの引張力は引張材５と拘束部材２に
よって、圧縮力は拘束部材２内のコンクリート３によっ
て柱17へ伝達される。柱17の鋼管171 と梁18の端部プレ
ート19からはせん断力の伝達のためのガセットプレート
20，20が突設され、互いに接続される。

【００３０】図中、23は鋼管を補剛するためのダイヤフ
ラムを示す。構造部材１は拘束部材２が圧縮力によって
降伏することにより、そのときの塑性変形能力によって
エネルギーを吸収する。

【００３１】

【発明の効果】この発明は以上の通りであり、閉鎖断面
形状の拘束部材と、拘束部材内に充填されるコンクリー
トと、コンクリートの両端面に密着し、コンクリートを
挟み込む支圧板と、コンクリート中に軸方向に配置さ
れ、支圧板を貫通する引張材とから構成され、コンクリ
ートと拘束部材、及びコンクリートと引張材を互いに絶
縁したものであるため、コンクリートと拘束部材及び引
張材の機能が分離し、引張材や圧縮材として利用される
場合の応力の伝達機構が明快になることに加え、周囲を
閉鎖断面形状の拘束部材で拘束されたコンクリートを軸
方向両側から支圧板で挟み込み、コンクリートに軸方向
にプレストレスを導入することによりコンクリートの圧
縮耐力と靱性が高まり、曲げ材として利用することがで
きる。

【００３２】また構造部材はコンクリートが拘束部材に
よって周囲から拘束され、引張材の緊張によるプレスト
レスの導入によって支圧板から軸方向両側から拘束を受
けることにより３軸圧縮状態となって圧縮耐力と靱性が
上昇するため最大耐力後の塑性変形能力も高まり、エネ
ルギー吸収能力を保有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】拘束部材が２重に配置される場合の構造部材を
示した縦断面図である。

【図２】図１の横断面図である。

【図３】図１に示す構造部材に使用されるキャップを示
した平面図である。

【図４】図１に示す構造部材の外周側の拘束部材を示し
た平面図である。

【図５】図１に示す構造部材のフレーム内への設置例を
示した立面図である。

【図６】図５の一部拡大図である。

【図７】外周側のコンクリート中にスパイラル筋を配筋
した場合の製作例を示した横断面図である。

【図８】図７の縦断面図である。

【図９】内周側の拘束部材の外周にスタッドボルトを突
設した場合の製作例を示した横断面図である。

【図１０】図９の縦断面図である。

【図１１】図７の変形例を示した横断面図である。

【図１２】図７の他の変形例を示した横断面図である。

【図１３】図９の変形例を示した横断面図である。

【図１４】曲げ材として使用される構造部材を示した立
面図である。

【図１５】図14の横断面図である。

【図１６】拘束部材にウェブプレートを配置した場合の
構造部材を示した横断面図である。

【図１７】構造部材をエネルギー吸収装置として使用し
た場合の設置例を示した立面図である。

【図１８】図17の横断面図である。

【図１９】図17のｘ−ｘ線断面図である。

【図２０】図17のｙ−ｙ線断面図である。

【符号の説明】

１……構造部材、２……拘束部材、21……係合部、22…
…ウェブプレート、３……コンクリート、４……支圧
板、５……引張材、６……ナット、７……分離材、８…
…低摩擦材、９……キャップ、10……フレーム、11……
ブラケット、12……定着板、13……ナット、14……無収
縮モルタル、15……せん断補強筋、16……スタッドボル
ト、17……柱、171 ……鋼管、18……梁、19……端部プ
レート、20……ガセットプレート、23……ダイヤフラ
ム。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 閉鎖断面形状の拘束部材と、拘束部材内
   に充填されるコンクリートと、コンクリートの軸方向の
   両端面に密着し、コンクリートを挟み込む支圧板と、両
   支圧板を貫通してコンクリート中に軸方向に配置される
   引張材とから構成され、引張材とコンクリート間の境界
   面、及びコンクリートと拘束部材間の境界面は互いに絶
   縁されていることを特徴とするコンクリート造構造部
   材。
2. 【請求項２】 拘束部材は多重に複数個配置され、コン
   クリートは多層に区分され、この区分された多層のコン
   クリートの内の、少なくともいずれかの層のコンクリー
   トの両端面に支圧板が配置され、支圧板間に引張材が挿
   通し、少なくとも、引張材とそれを包囲するコンクリー
   ト間の境界面、及び引張材を包囲するコンクリートとそ
   の周囲の拘束部材間の境界面は互いに絶縁されているこ
   とを特徴とする請求項１記載のコンクリート造構造部
   材。
3. 【請求項３】 引張材が緊張され、支圧板からコンクリ
   ートに軸方向にプレストレスが導入されていることを特
   徴とする請求項１，または請求項２記載のコンクリート
   造構造部材。