KR101564820B1 - 오목부가 형성된 강관 및 복합 말뚝 - Google Patents

오목부가 형성된 강관 및 복합 말뚝 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외주면에 복수의 오목부가 강관 축 방향을 따라서 열을 이루도록 형성된 오목부가 형성된 강관이며, 상기 각 오목부 각각의 내부에, 이들 오목부의 저면보다 더 깊게 오목한 동시에 상기 강관 축 방향을 따르는 기둥 형상 오목부가 형성되고, 상기 각 오목부 내에 있어서의 평균 비커스 경도 HA와, 상기 강관 축 방향으로 서로 인접하는 이들 오목부 사이 부분에 있어서의 비커스 경도 HB의 비가, 0.95≤HA/HB≤1.05를 만족시키고, 상기 외주면에 열간 스케일 표면이 부여되어 있는 오목부가 형성된 강관을 제공한다.

Description

오목부가 형성된 강관 및 복합 말뚝 {STEEL PIPE WITH CONCAVITIES, AND COMPOSITE PILE}
본 발명은 토목 건축 구조물을 구축하는 경우에 사용되는 오목부가 형성된 강관 및 복합 말뚝에 관한 것이다.
본원은 2011년 2월 22일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-035535호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
토목 건축 구조물의 기초로서 사용되는 말뚝의 지지력은 선단 지지력과 주위면 마찰력에 의해 발휘된다. 선단 지지력은 견고한 지반에 근입됨으로써 큰 지지력을 발휘하는 말뚝 선단부에 의한 지압 저항이다. 주위면 마찰력은 말뚝과 지반 사이에 발생하는 마찰력에 의해 발현된다. 일반적으로, 강관 말뚝과 지반의 주위면 마찰력은 작다.
이로 인해, 높은 지지력을 발휘시키기 위해서는, 견고한 지지층까지 지지 말뚝을 도달시키는 방법, 혹은 장척 또는 대경의 말뚝을 사용함으로써 주위면의 마찰 면적을 증대시키는 방법이 사용된다. 따라서, 연약한 지반 혹은 지지층이 깊은 경우에는 말뚝이 대형화되므로 비경제적인 설계가 되어 버린다.
따라서, 견고한 지지층까지 도달시키는 구성이나, 강관을 필요 이상으로 장척 또는 대경으로 하지 않아도 되는 오목부가 형성된 강관 및 복합 말뚝이, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되어 있다. 이 오목부가 형성된 강관 및 복합 말뚝은 강관에 오목부를 부여함으로써, 지반이나 고화 부재(콘크리트, 시멘트, 소일 시멘트 등)에 대한 부착력을 증대시켜 일체화하여, 큰 지지력을 발휘시킨다.
또한, 예를 들어 특허문헌 2에는 암반 등을 고결시키기 위해, 암반 등에 형성된 구멍에, 오목부가 형성된 강관을 삽입하여, 강관을 팽창시키는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 출원 공개 제2008-175055호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-245714호 공보
상기 특허문헌 1에 기재된 강관 및 복합 말뚝에 있어서는, 오목부에 의해 고화 부재에 대한 충분한 부착력이 확보된다.
그러나, 강관 주위면에 형성된 오목부에 의해, 강관 자신의 압축 강도가 저하되어 버릴 우려가 있었다. 즉, 복합 말뚝의 강도는 강관의 강도와 고화 부재 등의 지반 개량부의 강도를 서로 합하여 평가되므로, 강관 자신의 압축 강도의 저하에 의해, 복합 말뚝의 지지력이 충분히 발휘되지 않는 것이 우려되었다.
또한, 상기 특허문헌 2에 기재된 기술은, 암반 등에 삽입한 강관을 팽창시킴으로써 그 암반과 강관을 밀착시키는 기술이며, 강관과 지반, 고화 부재 등과의 마찰력의 증가는 예상할 수 있다.
그러나, 최종적인 강관의 형상은 컨트롤할 수 없어, 인발 하중은 증대되지만, 말뚝에서 중요한 압축 하중의 증대를 보증하는 것은 아니다.
따라서, 상기 사정을 감안하여, 본 발명의 목적은, 고화 부재 등에 대한 부착력을 증대시키면서 강관 자신의 강도 저하를 억제함으로써, 우수한 부착력과 압축 강도를 발휘할 수 있는 오목부가 형성된 강관을 제공하는 것 및 이 오목부가 형성된 강관을 사용하여, 충분한 지지력이 확보되는 복합 말뚝을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 이루어진 본 발명의 형태는 하기와 같다.
(1) 본 발명의 제1 형태는, 외주면에 복수의 오목부가 강관 축 방향을 따라서 열을 이루도록 형성된 오목부가 형성된 강관이며, 상기 각 오목부 각각의 내부에, 이들 오목부의 저면보다 더 깊게 오목한 동시에 상기 강관 축 방향을 따르는 기둥 형상 오목부가 형성되고, 상기 각 오목부 내에 있어서의 평균 비커스 경도 HA와, 상기 강관 축 방향으로 서로 인접하는 이들 오목부 사이 부분에 있어서의 비커스 경도 HB의 비가, 0.95≤HA/HB≤1.05를 만족시키고, 상기 외주면에 열간 스케일 표면이 부여되어 있는 오목부가 형성된 강관이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 강관 축을 따른 어떤 위치에 있어서도, 이 오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 상기 각 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율이 50％ 이하여도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 오목부의 열이 4열 이상, 병렬되어 형성되어도 된다.
(4) 상기 (3)에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 오목부의 열 중, 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열끼리가 서로 강관 축 방향으로 위상차를 갖고 형성되고, 상기 위상차가, 상기 강관 축 방향으로 인접하는 상기 오목부의 중심 사이 거리의 1/8 이상 또한 1/2 이하여도 된다.
(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 오목부의 열이 6열 이상, 병렬되어 형성되어도 된다.
(6) 상기 (5)에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 오목부의 열 중, 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열끼리가 서로 강관 축 방향으로 위상차를 갖고 형성되고, 상기 위상차가, 상기 강관 축 방향으로 인접하는 상기 오목부의 중심 사이 거리의 1/8 이상 또한 1/2 이하여도 된다.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 각 오목부가, 상기 강관 축 방향에 평행한 장축을 갖는 타원 형상을 가져도 된다.
(8) 상기 (1) 내지 (7) 중 어느 한 항에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 각 오목부가, 표면에 돌기부를 갖는 강관 조형용 롤을 사용한 열간 롤 성형에 의해 형성되어도 된다.
(9) 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 오목부가 형성된 강관에서는, 상기 열간 스케일 표면 상에, 도금층 및 수지층의 적어도 1종이 형성되어도 된다.
(10) 본 발명의 제2 형태는, 고화 부재 중에 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 오목부가 형성된 강관을 매립하여 일체화시킨 복합 말뚝이다.
상기 (1)에 기재된 발명에 따르면, 강관의 외주면에 복수의 오목부가 강관 축 방향을 따라서 열을 이루도록 형성됨으로써, 강관의 외주면에 부착되는 고화 부재의 부착 면적이 증가한다. 따라서, 고화 부재에 대한 부착력을 증대시킬 수 있다. 또한, 오목부의 내부에는 기둥 형상 오목부가 형성됨으로써, 강관의 외주면에 부착되는 고화 부재의 부착 면적이 증가하고, 또한 기둥 형상 오목부에 들어간 고화 부재와 주위의 고화 부재 사이의 계면에서의 마찰력 혹은 전단력이 발휘되어, 기둥 형상 오목부가 슬립 방지 부재로서 기능하므로, 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 따라서, 강관 자체의 압축 강도를 높게 유지하면서, 고화 부재에 대한 부착력을 향상시킬 수 있다. 또한, 오목부가 형성된 강관에 있어서 경도가 급격하게 상승하는 개소가 존재하는 경우, 인성 또는 연성이 열화되는 당해 개소로부터 발생하는 크랙을 기점으로 하여 파괴가 진전되기 쉬우므로 압축 강도를 저하시켜 버릴 우려가 있지만, 0.95≤HA/HB≤1.05를 만족시키도록 HA와 HB가 설정됨으로써, 이와 같은 압축 강도의 저하를 회피할 수 있다. 즉, 강관 전체에 있어서의 경도가 균일한 것에 의해, 우수한 압축 강도를 실현할 수 있다. 또한, 오목부와 기둥 형상 오목부가 부여된 오목부가 형성된 강관의 표면에 열간 스케일 표면을 부여함으로써, 고화 부재에 대한 부착력을 상승적으로 증대시킬 수 있다.
상기 (2)에 기재된 구성에 따르면, 강관 축을 따른 어떤 위치에 있어서도, 오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율이 50％ 이하로 됨으로써, 강관 축 방향의 특정 위치에 있어서 집중적으로 오목부가 형성되는 것을 회피할 수 있다. 강관 축 방향의 특정 위치에 있어서, 강관 둘레 방향에 다수의 오목부가 집중적으로 형성되는 경우에는, 이 부위로부터의 버클링이 발생하기 쉬워져 버리지만, 이 구성에 따르면 이와 같은 버클링의 발생을 회피할 수 있다. 따라서, 오목부 형성에 의한 압축 강도의 저감을 확실하게 억제할 수 있으므로, 우수한 부착력 및 압축 강도를 발휘할 수 있다.
상기 (3)에 기재된 구성에 따르면, 오목부의 열이 4열 이상, 병렬되어 형성되므로, 우수한 부착력 및 압축 강도를 강관 둘레 방향에 있어서 균등하게 얻을 수 있다.
상기 (4)에 기재된 구성에 따르면, 강관 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열이, 서로 1/8 이상 1/2 이하의 위상차를 갖도록 형성되므로, 강관 축 방향의 특정 위치에 있어서 집중적으로 오목부가 형성되는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 우수한 부착력 및 압축 강도를 확실하게 얻을 수 있다.
상기 (5)에 기재된 구성에 따르면, 오목부의 열이 6열 이상, 병렬되어 형성되므로, 우수한 부착력 및 압축 강도를 강관 둘레 방향에 있어서 균등하게 얻을 수 있다.
상기 (6)에 기재된 구성에 따르면, 강관 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열이, 서로 1/8 이상 1/2 이하의 위상차를 갖도록 형성되므로, 강관 축 방향의 특정 위치에 있어서 집중적으로 오목부가 형성되는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 우수한 부착력 및 압축 강도를 확실하게 얻을 수 있다.
상기 (7)에 기재된 구성에 따르면, 오목부가, 강관 축 방향에 평행한 장축을 갖는 타원 형상을 가지므로, 연직 방향으로 가해지는 하중에 대한 지지력을 증대시킬 수 있다.
상기 (8)에 기재된 구성에 따르면, 오목부가, 표면에 돌기부를 갖는 강관 조형용 롤을 사용한 열간 롤 성형에 의해 형성되므로, 강관 축 방향을 따라서 소정의 간격으로 오목부를 형성할 수 있다. 또한, 강관의 표면에 균질의 열간 스케일 표면을 부여할 수 있다. 따라서, 고화 부재에 대한 부착력과 압축 강도의 향상 효과를 확실하게 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 효과는 상기 (9)에 기재된 구성과 같이 도금층이나 수지층을 부여한 경우라도 손상되지 않는다.
또한, 상기 (10)에 기재된 구성과 같이, 고화 부재 중에 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 오목부가 형성된 강관을 매립하여 일체화시켜 복합 말뚝으로 함으로써, 고화 부재와의 부착력을 증대시키면서, 강관 자신의 강도 저하를 억제함으로써 충분한 지지력이 확보되는 복합 말뚝이 제공된다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1의 부분 정면도이다.
도 1b는 도 1a의 A1-A1선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
도 1c는 도 1a의 A2-A2선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
도 1d는 도 1b의 a부 확대도이다.
도 2a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2의 부분 정면도이다.
도 2b는 도 2a의 B-B선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 3의 부분 정면도이다.
도 3b는 도 3a의 C-C선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4의 부분 정면도이다.
도 4b는 도 4a의 D-D선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 5의 부분 정면도이다.
도 5b는 도 5a의 E-E선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
도 6a는 본 발명의 제6 실시 형태에 관한 복합 말뚝의 단면도이다.
도 6b는 도 6a의 F-F선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
도 7은 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율을 변화시킨 경우의 오목부가 형성된 강관의 압축 강도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 3종류의 복합 말뚝의 부착 강도를 계측한 계측 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략하는 경우가 있다.
(제1 실시 형태)
이하, 도 1a 내지 도 1d를 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1에 대해 설명한다.
도 1a는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1의 부분 정면도이다. 오목부가 형성된 강관 1은 강관 축 방향으로 소정의 길이만큼 신장하고 있지만, 도 1a에서는 설명을 위해 그 일부를 도시하고 있다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1은 대략 원통 형상의 강관 본체(10)에 의해 구성된다. 이 강관 본체(10)의 외주면에는 복수의 오목부(11)가 형성된다. 또한, 각각의 오목부(11)의 중앙에는 기둥 형상 오목부(12)가 형성되어 있다.
도 1a에 도시한 바와 같이, 복수의 오목부(11)는 강관 축 방향을 따라서 소정의 간격을 갖도록 형성됨으로써, 오목부의 열을 구성한다. 따라서, 오목부가 형성된 강관 1은, 도 1b 및 도 1c에 도시한 바와 같이 오목부(11)의 강관 둘레 방향 길이가 가장 큰 강관 축 방향 위치의 단면과, 오목부(11)가 형성되어 있지 않은 강관 축 방향 위치의 단면을 갖는다. 또한, 도 1b는 도 1a에 있어서의 A1-A1선을 따라서 얻어지는 단면도이고, 도 1c는 도 1a에 있어서의 A2-A2선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1은 이 오목부의 열을 1열만 갖는다. 오목부(11)는 강관 축 중심 방향, 즉 강관 내측을 향해 돌출되도록 형성된다. 이들 오목부(11)가 형성됨으로써, 콘크리트, 시멘트, 소일 시멘트 등의 고화 부재가 오목부(11) 내에 들어가므로, 부착력을 증대시킬 수 있다.
오목부(11)는, 도 1a에 도시한 바와 같이 강관 축 방향에 평행한 긴 직경을 갖는 타원형으로 형성됨으로써, 오목부(11)의 강관 둘레 방향 길이를 작게 유지하면서 부착력을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다. 타원형의 긴 직경 방향이 강관 축 방향에 일치하고 있는 경우에는, 오목부(11)의 강관 둘레 방향 길이를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 오목부(11)를 형성하는 것에 의한 압축 강도의 저감을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 오목부(11)의 형상은 강관 축 방향에 평행한 긴 직경을 갖는 타원형인 것이 바람직하다. 오목부(11)의 형상은 원형 또는 대략 직사각형이어도 된다.
또한, 오목부(11)의 강관 둘레 방향 길이 L은 오목부가 형성된 강관 1의 전체 둘레 길이 R의 50％ 이하, 바람직하게는 40％ 이하, 더욱 바람직하게는 30％ 이하로 해도 된다. 즉, 강관 축 방향의 어떤 위치에 있어서도, 오목부가 형성된 강관 1의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부(11)의 강관 둘레 방향 길이 L의 비율이 50％ 이하, 바람직하게는 40％ 이하, 더욱 바람직하게는 30％ 이하이면 된다. 이 경우, 오목부 형성에 기인하는 강관 자신의 강도 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 「오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 비율」이 최대가 되는 강관 축 방향 위치에 있어서의 하한값은 0％ 초과이면 되지만, 필요로 하는 부착력에 따라서, 10％ 이상, 또는 20％ 이상으로 해도 된다.
또한, 도 1d는 도 1b의 a부 확대도이다. 이 도 1d에 도시한 바와 같이, 본 명세서에 있어서의 「오목부의 강관 둘레 방향 길이」라고 함은, 오목부의 강관 둘레 방향의 양단부의 공통 접선의 접점(P, P) 사이를 연결하는 직선 거리 L이다. 또한, 「오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이」라고 함은, 오목부가 형성되어 있지 않은 강관 축 방향의 위치(즉, B-B선), 혹은 오목부의 형성이 가장 적은 강관 축 방향의 위치에 있어서의, 강관 외주면을 따른 거리 R이다.
이하, 강관 축 방향의 어떤 위치에 있어서도, 오목부가 형성된 강관 1의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부(11)의 강관 둘레 방향 길이 L(제2 내지 제5 실시 형태에 관해서는, 특정한 강관 축 방향 위치에 있어서의 합계)의 비율이 50％ 이하인 것이 바람직한 이유에 대해 설명한다.
본 발명자들이 예의 검토한 바, 예를 들어 소일 시멘트 기둥의 중심에 오목부가 형성된 강관을 배치한 경우(5％ 정도의 강도 저하이면), 강관 직경의 10배 정도의 소일 시멘트 기둥과 동등한 강도를 확보할 수 있어, 강관을 배치하지 않은 소일 시멘트 기둥(개량체)과 비교하여, 동등한 강도를 확보할 때에 오목부가 형성된 강관을 배치한 효과에 의해, 소일 시멘트 기둥 사이즈를 1/5까지 삭감할 수 있는 것이 판명되었다. 이 기둥 사이즈는 소일 시멘트와 강관의 부착 강도로부터 결정되는 경우가 많고, 강관의 강도 저하가 5％ 이하여도, 강관을 포함시킨 소일 시멘트 기둥의 전체 강도에의 저하는 거의 없어 영향은 근소하다. 강도를 확보하면서 기둥 사이즈가 작아짐으로써, 시공 수량이 대폭으로 감소한다. 기둥 직경이 1/5이라고 하는 것은, 소일 시멘트 기둥의 체적이 1/25로 감소하므로, 자재가 대폭으로 감소하는 동시에, 하루에 시공할 수 있는 소일 시멘트 기둥 개수가 대폭으로 증가한다. 반대로, 강관의 강도 저하가 5％를 크게 초과해 오면, 기둥 사이즈의 증대를 초래하여, 이 효과가 감소해 가는 것이 판명되었다. 반대로, 강관의 강도 저하가 5％를 초과하면, 기둥 사이즈의 증대를 초래하여, 이 효과가 감소해 가는 것이 판명되었다. 이것으로부터, 허용되는 강관 강도(특히, 압축 강도)의 저하율은 5％ 이하인 것을 알 수 있었다. 따라서, 허용되는 강관 강도의 저하율인 5％ 이하가 실현되는 조건을 고려하면, L/R≤0.5인 것이 바람직한 것이 된다. 또한, 후술하는 실시예에 있어서, 강관 강도의 저하율이 5％ 이하가 되는 조건에 대해 그래프를 사용하여 설명한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1에 있어서는, 오목부가 형성된 강관 1의 강관 축 방향의 전체 길이 M1 중, 오목부(11)의 강관 축 방향 길이의 합계 M2가 차지하는 비율을 50％ 이하로 해도 된다. 오목부(11)의 강관 축 방향 길이의 합계 M2가 오목부가 형성된 강관 1의 강관 축 방향의 전체 길이 M1의 50％를 초과하는 경우, 오목부가 형성된 강관 1의 압축 강도가 저하되는 경향이 있기 때문이다.
또한, 「오목부의 강관 축 방향 길이」라고 함은, 오목부의 강관 축 방향의 양단부의 공통 접선의 접점 사이의 직선 거리를 의미한다.
또한, 각각의 오목부(11)의 중앙에는 오목부(11)의 저면보다 더 깊게 오목한 동시에 강관 축 방향을 따르는 기둥 형상 오목부(12)가 형성된다. 이들 기둥 형상 오목부(12)에 고화 부재가 더 들어감으로써, 기둥 형상 오목부(12)에 들어간 고화 부재와 주위의 고화 부재 사이의 계면에서의 마찰력 혹은 전단력이 발휘되어, 기둥 형상 오목부(12)가 슬립 방지 부재로서 기능하므로, 오목부(11)에 있어서의 부착력에 추가하여, 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 고화 부재와 강관의 축 방향으로의 상대 이동이 제한됨으로써(걸림 효과), 부착력을 증대시킬 수 있다.
기둥 형상 오목부(12)의 깊이 H는 오목부가 형성된 강관 1의 외경을 D로 한 경우에 0.005D 이상 0.2D 이하의 범위이면 된다. 여기서, 깊이 H라 함은, 도 1d에 도시한 바와 같이, 오목부(11)의 강관 둘레 방향의 양단부에 있어서의 공통 접선으로부터의 최고 깊이 거리이다. 깊이 H를 0.005D 이상으로 함으로써, 강관의 주위면과 지반 혹은 고화 부재의 마찰력을 얻을 수 있다. 한편, 깊이 H를 0.2D 초과로 해도, 마찰력 향상의 효과가 포화되어 버린다.
상술한 바와 같이, 오목부(11)의 중앙부에 있어서 기둥 형상 오목부를 형성함으로써, 우수한 부착력과 압축 강도를 발휘하는 것이 가능하다. 그러나, 오목부(11) 및 기둥 형상 오목부(12)를 냉간 가공 등에 의해 형성하는 경우, 오목부(11) 또는 기둥 형상 오목부(12)의 경도가, 강관 축 방향으로 인접하는 오목부(11, 11)의 중간 위치[오목부(11)나 기둥 형상 오목부(12)가 형성되어 있지 않은 부위]에 있어서의 경도에 대해 현저하게 증가해 버린다. 이 경우, 오목부가 형성된 강관 1이 강한 하중을 받았을 때에, 인성 또는 연성이 열화되는 당해 개소로부터 발생하는 크랙을 기점으로 하여 파괴가 진전되기 쉬우므로 압축 강도를 저하시켜 버릴 우려가 있었다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1은 열간 가공에 의해 오목부(11) 및 기둥 형상 오목부(12)를 형성함으로써, 오목부(11)에 있어서의 평균 비커스 경도 HA와, 상기 강관 축 방향으로 인접하는 상기 오목부(11, 11)의 중간 위치에 있어서의 비커스 경도 HB가, 0.95≤HA/HB≤1.05를 만족시키도록 제조된다.
HA/HB가 상기의 범위를 만족시킴으로써, 강관 전체에 있어서 경도가 급격하게 변화되는 위치가 존재하지 않으므로, 이와 같은 압축 강도의 저하를 회피할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1의 표면에는 열간 스케일 표면이 부여되어 있다. 열간 스케일 표면이 오목부 및 기둥 형상 오목부에도 부여됨으로써, 오목부가 형성된 강관 1의 고화 부재에 대한 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 열간 스케일 표면은 오목부가 형성된 강관 1의 외주면의 95％ 이상의 면적에 부여되어 있으면 된다.
또한, 상기 열간 스케일 표면 상에는 도금층 및 수지층의 적어도 1종이 형성되어도 된다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1은, 예를 들어, (1) 성형 단접 롤 유닛에 있어서, 가열된 강판을 둥글게 하여 관 형상으로 성형하는 동시에 강판의 단부끼리를 접합함으로써 강관을 성형하고, (2) 계속해서, 600℃ 내지 1350℃ 정도의 조건 하에서, 오목부(11) 및 기둥 형상 오목부(12)에 대응하는 형상의 돌기부를 표면에 갖는 강관 조형용 롤을 강관의 외표면에 압박함으로써 오목부(11) 및 기둥 형상 오목부(12)를 축 방향으로 균등하게 부여함으로써 제조된다.
이에 의해, 오목부(11) 및 기둥 형상 오목부(12)를 강관 축 방향으로 균일한 간격으로 형성할 수 있어, 경도 분포를 균일하게 부여할 수 있고, 열간 스케일 표면을 부여할 수 있다.
(제2 실시 형태)
이하, 도 2a, 도 2b를 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2는 오목부의 열을 4열 갖는 점에서 상기 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1과 상이하다.
도 2a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2의 부분 정면도이다. 오목부가 형성된 강관 2는 강관 축 방향으로 소정의 길이만큼 신장하고 있지만, 도 2a에서는 설명을 위해 그 일부를 도시하고 있다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2는 대략 원통 형상의 강관 본체(20)에 의해 구성된다. 이 강관 본체의 외주면에는 복수의 오목부[21(21A 내지 21D)]가 형성된다. 또한, 각각의 오목부[21(21A 내지 21D)]의 중앙에는 기둥 형상 오목부[22(22A 내지 22D)]가 각각 형성되어 있다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 복수의 오목부[21(21A 내지 21D)]는 강관 축 방향을 따라서 소정의 간격을 갖도록 형성됨으로써, 오목부의 열을 4열 구성한다. 따라서, 오목부가 형성된 강관 2는, 도 2b에 도시한 바와 같이 오목부(21)의 강관 둘레 방향 길이의 합계가 가장 큰 강관 축 방향 위치의 단면과, 오목부가 형성되어 있지 않은 강관 축 방향 위치의 단면을 갖는다. 또한, 도 2b는 도 2a에 있어서의 B-B선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
오목부[21(21A 내지 21D)]는 강관 축 중심 방향, 즉 강관 내측을 향해 돌출되도록 형성된다. 이들 오목부[21(21A 내지 21D)]가 형성됨으로써, 콘크리트, 시멘트, 소일 시멘트 등의 고화 부재가 오목부[21(21A 내지 21D)] 내에 들어가므로, 부착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2는 이 오목부의 열을 4열 가짐으로써, 우수한 부착력 및 압축 강도를 강관 둘레 방향으로 균등하게 얻을 수 있다. 이 효과를 보다 적합하게 얻기 위해서는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 강관 둘레 방향으로 균등하게 오목부의 열을 설치하는 것이 바람직하다. 단, 반드시 균등하게 오목부의 열을 설치하지 않아도 되고, 예를 들어, 오목부가 형성된 강관 2의 설치 장소에 따라서 4열의 오목부의 열 중 인접하는 2열의 오목부의 열을 근접시키고, 또한 그 강관 축 대칭 위치에 있어서 나머지의 인접하는 2열의 오목부의 열을 근접시킨 구성으로 해도 된다.
오목부[21(21A 내지 21D)]는, 도 2a에 도시한 바와 같이 강관 축 방향에 평행한 긴 직경을 갖는 타원형으로 형성됨으로써, 오목부[21(21A 내지 21D)]의 강관 둘레 방향 길이를 작게 유지하면서 부착력을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다. 타원형의 긴 직경 방향이 강관 축 방향에 일치하고 있는 경우에는, 오목부[21(21A 내지 21D)]의 강관 둘레 방향 길이의 합계를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 오목부[21(21A 내지 21D)]를 형성하는 것에 의한 압축 강도의 저감을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 오목부[21(21A 내지 21D)]의 형상은 강관 축 방향에 평행한 긴 직경을 갖는 타원형인 것이 바람직하다. 오목부[21(21A 내지 21D)]의 형상은 원형 또는 대략 직사각형이어도 된다.
또한, 오목부[21(21A 내지 21D)]의 강관 둘레 방향 길이는 강관 축 방향의 어떤 위치에 있어서도, 오목부가 형성된 강관 2의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부[21(21A 내지 21D)]의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L4의 합계 LTotal의 비율이 50％ 이하, 바람직하게는 40％ 이하, 더욱 바람직하게는 30％ 이하로 되도록 설정해도 된다. 즉, LTotal/R의 값이 0.50 이하, 바람직하게는 40％, 더욱 바람직하게는 30％이면 된다. 「0.50 이하」가 바람직한 이유는, 상술한 제1 실시 형태에 있어서의 설명과 중복되므로 생략한다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2의 경우, 오목부[21(21A 내지 21D)]의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L4의 합계 LTotal이 가장 커지는 위치는, 도 2a의 B-B선, 즉, 오목부[21(21A 내지 21D)]의 강관 축 방향 중심 위치이다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2의 경우, 도 2b에 도시한 바와 같이 오목부[21(21A 내지 21D)]의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L4의 합계 LTotal이, 오목부가 형성된 강관 2의 전체 둘레 길이 R의 50％ 이하이면 된다. 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L4의 합계 LTotal이, 오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이 R의 50％ 이하인 경우에는, 오목부 형성에 기인하는 강관 자신의 강도 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
따라서, 강관 축 방향의 어떤 위치에 있어서도, 오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L4의 합계 LTotal의 비율이 50％ 이하이면 된다.
또한, 「오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L4의 합계 LTotal의 비율」이 최대가 되는 강관 축 방향 위치에 있어서의 하한값은 0％ 초과이면 되지만, 필요로 하는 부착력에 따라서, 10％ 이상, 또는 20％ 이상으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2에 있어서는, 오목부의 열의 각각에 관하여, 오목부가 형성된 강관 2의 강관 축 방향의 전체 길이 M1 중, 오목부(21)의 강관 축 방향 길이의 합계 M2가 차지하는 비율을 50％ 이하로 해도 된다. 오목부(21)의 강관 축 방향 길이의 합계 M2가 오목부가 형성괸 강관 2의 강관 축 방향의 전체 길이 M1의 50％를 초과하는 경우, 오목부가 형성된 강관 2의 압축 강도가 저하되는 경향이 있기 때문이다.
또한, 각각의 오목부[21(21A 내지 21D)]의 중앙에는 오목부(21)의 저면보다 더 깊게 오목한 동시에 강관 축 방향을 따르는 기둥 형상 오목부[22(22A 내지 22D)]가 형성된다. 이들 기둥 형상 오목부[22(22A 내지 22D)] 내에 고화 부재가 더 들어감으로써, 기둥 형상 오목부[22(22A 내지 22D)]에 들어간 고화 부재와 주위의 고화 부재 사이의 계면에서의 마찰력 혹은 전단력이 발휘되어, 기둥 형상 오목부(22)가 슬립 방지 부재로서 기능하므로, 오목부(21)에 있어서의 부착력에 추가하여, 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 고화 부재와 강관의 축 방향으로의 상대 이동이 제한됨으로써(걸림 효과), 부착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 기둥 형상 오목부[22(22A 내지 22D)]의 깊이 H는 오목부가 형성된 강관 2의 외경을 D로 한 경우에 0.005D 이상 0.2D 이하의 범위이면 된다. 깊이 H를 0.005D 이상으로 함으로써, 강관의 주위면과 지반 혹은 고화 부재의 마찰력을 얻을 수 있다. 한편, 깊이 H를 0.2D 초과로 해도, 마찰력 향상의 효과가 포화되어 버린다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2에 있어서도, 제1 실시 형태에 있어서의 설명과 마찬가지로, 오목부(21)에 있어서의 평균 비커스 경도 HA와, 상기 강관 축 방향으로 인접하는 상기 오목부(21, 21)의 중간 위치에 있어서의 비커스 경도 HB가, 0.95≤HA/HB≤1.05를 만족시킴으로써, 강관 전체에 있어서 경도가 급격하게 변화되는 위치가 존재하지 않으므로, 압축 강도의 저하를 회피하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2의 표면에는 열간 스케일 표면이 부여되어 있다. 열간 스케일 표면이 오목부 및 기둥 형상 오목부에도 부여됨으로써, 오목부가 형성된 강관의 고화 부재에 대한 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 열간 스케일 표면은 오목부가 형성된 강관 1의 외주면의 95％ 이상의 면적에 부여되어 있으면 된다.
또한, 상기 열간 스케일 표면 상에는 도금층 및 수지층의 적어도 1종이 형성되어도 좋다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2는, 예를 들어 (1) 성형 단접 롤 유닛에 있어서, 가열된 강판을 둥글게 하여 관 형상으로 성형하는 동시에 강판의 단부끼리를 접합함으로써 강관을 성형하고, (2) 계속해서, 600℃ 내지 1350℃ 정도의 조건 하에서, 오목부(21) 및 기둥 형상 오목부(22)에 대응하는 형상의 돌기부를 표면에 갖는 4개의 강관 조형용 롤을 강관의 외표면에 압박함으로써 오목부(21) 및 기둥 형상 오목부(22)를 축 방향으로 균등하게 부여함으로써 제조된다.
이에 의해, 오목부[21(21A 내지 21D)] 및 기둥 형상 오목부[22(22A 내지 22D)]를 강관 축 방향으로 균일한 간격으로 형성할 수 있어, 경도 분포를 균일하게 부여할 수 있고, 열간 스케일 표면을 부여할 수 있다.
(제3 실시 형태)
이하, 도 3a, 도 3b를 참조하여, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 3에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 3은 강관 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열이 강관 축 방향으로 위상차를 갖는 점에서 상기 제2 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2와 상이하다. 그 밖에, 중복되는 설명에 관해서는 생략한다.
도 3a는 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 3의 부분 정면도이다. 오목부가 형성된 강관 3은 강관 축 방향으로 소정의 길이만큼 신장하고 있지만, 도 3a에서는 설명을 위해 그 일부를 도시하고 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 3은 복수의 오목부[31(31A 내지 31D)]와, 그 중앙에 각각 형성된 기둥 형상 오목부[32(32A 내지 32D)]를 갖는 대략 원통 형상의 강관 본체(30)에 의해 구성된다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 복수의 오목부[31(31A 내지 31D)]는 강관 축 방향을 따라서 소정의 간격을 갖도록 형성됨으로써 오목부의 열을 4열 구성한다. 그리고 또한, 제3 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 3은 제2 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2와 달리, 강관 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열이 1/2의 위상차를 갖도록 오목부[31(31A 내지 31D)]가 형성된다. 따라서, 오목부가 형성된 강관 3은 오목부[31(31A 내지 31D)]의 강관 둘레 방향 길이의 합계가 가장 큰 강관 축 방향 위치의 단면(즉, 도 3b)과, 오목부[31(31A 내지 31D)]의 강관 둘레 방향 길이의 합계가 가장 작은 강관 축 방향 위치의 단면을 갖는다. 또한, 도 3b는 도 3a에 있어서의 C-C선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
본 명세서에 있어서, 「오목부의 열이 위상차를 갖는다」라고 함은, 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열끼리가, 서로 강관 축 방향으로 어긋나 있는 상태를 의미한다. 또한, 예를 들어 「1/2의 위상차」라고 함은, 강관 축 방향으로 인접하는 오목부의 중심 사이 거리의 1/2의 거리만큼, 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열끼리가, 강관 축 방향으로 어긋나 있는 상태를 의미한다.
이와 같이 위상차를 형성하는 경우, 도 3b에 도시한 바와 같이, LTotal이 최대가 되는 강관 축 방향 위치에 있어서의 LTotal을, L1과 L3의 합계만으로 억제할 수 있다. 따라서, LTotal/R의 값을 50％ 이하로 억제하면서 오목부[31(31A 내지 31D)]의 강관 둘레 방향 길이나 깊이를 크게 하기 쉬우므로, 상술한 제2 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 2와 동일 레벨의 부착력을 발휘하면서도, 더욱 우수한 압축 강도를 발휘할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 3에서는 인접하는 오목부의 열을 1/2의 위상차로 배치하고 있지만, 1/2보다도 작은 위상차, 예를 들어 1/4, 1/6, 1/8의 위상차로 해도 된다. 단, 1/8보다도 작은 위상차를 부여해도, 위상차를 부여하는 효과는 작다. 이로 인해, 위상차를 부여하는 경우에는, 1/8 이상 1/2 이하의 범위에서 위상차를 부여하는 것이 바람직하다. 또한, 4개의 오목부의 열 전체에 위상차를 부여하지 않고, 1열만을 다른 3열에 대해 위상차를 갖도록 배치해도 된다.
(제4 실시 형태)
이하, 도 4a, 도 4b를 참조하여, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4는 오목부의 열을 6열 갖는 점에서 상기 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1과 상이하다.
도 4a는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4의 부분 정면도이다. 오목부가 형성된 강관 4는 강관 축 방향으로 소정의 길이만큼 신장하고 있지만, 도 4a에서는 설명을 위해 그 일부를 도시하고 있다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4는 대략 원통 형상의 강관 본체(20)에 의해 구성된다. 이 강관 본체의 외주면에는 복수의 오목부[41(41A 내지 41F)]가 형성된다. 또한, 각각의 오목부[41(41A 내지 41F)]의 중앙에는 기둥 형상 오목부[42(42A 내지 42F)]가 각각 형성되어 있다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 복수의 오목부[41(41A 내지 41D)]는 강관 축 방향을 따라서 소정의 간격을 갖도록 형성됨으로써, 오목부의 열을 6열 구성한다. 따라서, 오목부가 형성된 강관 4는, 도 4b에 도시한 바와 같이 오목부(41)의 강관 둘레 방향 길이의 합계가 가장 큰 강관 축 방향 위치의 단면과, 오목부가 형성되어 있지 않은 강관 축 방향 위치의 단면을 갖는다. 또한, 도 4b는 도 4a에 있어서의 D-D선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
오목부[41(41A 내지 41F)]는 강관 축 중심 방향, 즉 강관 내측을 향해 돌출되도록 형성된다. 이들 오목부[41(41A 내지 41F)]가 형성됨으로써, 콘크리트, 시멘트, 소일 시멘트 등의 고화 부재가 오목부[41(41A 내지 41F)] 내에 들어가므로, 부착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4는 이 오목부의 열을 6열 가짐으로써, 우수한 부착력 및 압축 강도를 강관 둘레 방향으로 균등하게 얻을 수 있다. 이 효과를 보다 적합하게 얻기 위해서는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 강관 둘레 방향으로 균등하게 오목부의 열을 형성하는 것이 바람직하다. 단, 반드시 균등하게 오목부의 열을 형성하지 않아도 되고, 예를 들어 오목부가 형성된 강관 4의 설치 장소에 따라서 6열의 오목부의 열 중 인접하는 3열의 오목부의 열을 근접시키고, 또한 그 강관 축 대칭 위치에 있어서 나머지의 인접하는 3열의 오목부의 열을 근접시킨 구성으로 해도 된다.
오목부[41(41A 내지 41F)]는, 도 4a에 도시한 바와 같이 강관 축 방향에 평행한 긴 직경을 갖는 타원형으로 형성됨으로써, 오목부[41(41A 내지 41F)]의 강관 둘레 방향 길이를 작게 유지하면서 부착력을 증대시키는 효과를 얻을 수 있다. 타원형의 긴 직경 방향이 강관 축 방향에 일치하고 있는 경우에는, 오목부[41(41A 내지 41F)]의 강관 둘레 방향 길이의 합계를 최소한으로 억제할 수 있으므로, 오목부[41(41A 내지 41F)]를 형성하는 것에 의한 압축 강도의 저감을 최소한으로 억제할 수 있다. 따라서, 오목부[41(41A 내지 41F)]의 형상은 강관 축 방향에 평행한 긴 직경을 갖는 타원형인 것이 바람직하다. 오목부[41(41A 내지 41F)]의 형상은 원형 또는 대략 직사각형이어도 된다.
또한, 오목부[41(41A 내지 41F)]의 강관 둘레 방향 길이는 강관 축 방향의 어떤 위치에 있어서도, 오목부가 형성된 강관 4의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부[41(41A 내지 41F)]의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L6의 합계 LTotal의 비율이 50％ 이하, 바람직하게는 40％ 이하, 더욱 바람직하게는 30％ 이하로 되도록 설정해도 된다. 즉, LTotal/R의 값이 0.50 이하, 바람직하게는 40％, 더욱 바람직하게는 30％이면 된다. 「0.50 이하」가 바람직한 이유는 상술한 제1 실시 형태에 있어서의 설명과 중복되므로 생략한다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4의 경우, 오목부[41(41A 내지 41F)]의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L6의 합계 LTotal이 가장 커지는 위치는, 도 4a의 D-D선, 즉, 오목부[41(21A 내지 21F)]의 강관 축 방향 중심 위치이다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4의 경우, 도 4b에 도시한 바와 같이 오목부[41(41A 내지 41F)]의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L6의 합계 LTotal이, 오목부가 형성된 강관 4의 전체 둘레 길이 R의 50％ 이하이면 된다.
강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L6의 합계 LTotal이 오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이 R의 50％ 이하인 경우에는, 오목부 형성에 기인하는 강관 자신의 강도 저하를 억제하는 것이 가능해진다. 따라서, 강관 축 방향의 어떤 위치에 있어서도, 오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L6의 합계 LTotal의 비율이 50％ 이하이면 된다.
또한, 「오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이 R에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이 L1 내지 L6의 합계 LTotal의 비율」이 최대가 되는 강관 축 방향 위치에 있어서의 하한값은 0％ 초과이면 되지만, 필요로 하는 부착력에 따라서, 10％ 이상, 또는 20％ 이상으로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4에 있어서는, 오목부의 열의 각각에 관하여, 오목부가 형성된 강관 4의 강관 축 방향의 전체 길이 M1 중, 오목부(41)의 강관 축 방향 길이의 합계 M2가 차지하는 비율을 50％ 이하로 해도 된다. 오목부(41)의 강관 축 방향 길이의 합계 M2가 오목부가 형성된 강관 4의 강관 축 방향의 전체 길이 M1의 50％를 초과하는 경우, 오목부가 형성된 강관 4의 압축 강도가 저하되는 경향이 있기 때문이다.
또한, 각각의 오목부[41(41A 내지 41F)]의 중앙에는 오목부(41)의 저면보다 더 깊게 오목한 동시에 강관 축 방향을 따르는 기둥 형상 오목부[42(42A 내지 42F)]가 형성된다. 이들 기둥 형상 오목부[42(42A 내지 42F)] 내에 고화 부재가 더 들어감으로써, 기둥 형상 오목부[42(42A 내지 42F)]에 들어간 고화 부재와 주위의 고화 부재 사이의 계면에서의 마찰력 혹은 전단력이 발휘되어, 기둥 형상 오목부(42)가 슬립 방지 부재로서 기능하므로, 오목부(41)에 있어서의 부착력에 추가하여, 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 즉, 고화 부재와 강관의 축 방향으로의 상대 이동이 제한됨으로써(걸림 효과), 부착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 기둥 형상 오목부[42(42A 내지 42F)]의 깊이 H는 오목부가 형성된 강관 4의 외경을 D로 한 경우에 0.005D 이상 0.2D 이하의 범위이면 된다. 깊이 H를 0.005D 이상으로 함으로써, 강관의 주위면과 지반 혹은 고화 부재의 마찰력을 얻을 수 있다. 한편, 깊이 H를 0.2D 초과로 해도, 마찰력 향상의 효과가 포화되어 버린다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4에 있어서도, 제1 실시 형태에 있어서의 설명과 마찬가지로, 오목부(41)에 있어서의 평균 비커스 경도 HA와, 상기 강관 축 방향으로 인접하는 상기 오목부(41, 41)의 중간 위치에 있어서의 비커스 경도 HB가, 0.95≤HA/HB≤1.05를 만족시킴으로써, 강관 전체에 있어서 경도가 급격하게 변화되는 위치가 존재하지 않으므로, 압축 강도의 저하를 회피하는 것이 가능해진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4의 표면에는 열간 스케일 표면이 부여되어 있다. 열간 스케일 표면이 오목부 및 기둥 형상 오목부에도 부여됨으로써, 오목부가 형성된 강관의 고화 부재에 대한 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다. 열간 스케일 표면은 오목부가 형성된 강관 1의 외주면의 95％ 이상의 면적에 부여되어 있으면 된다.
또한, 상기 열간 스케일 표면 상에는 도금층 및 수지층의 적어도 1종이 형성되어도 된다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4는, 예를 들어,
(1) 성형 단접 롤 유닛에 있어서, 가열된 강판을 둥글게 하여 관 형상으로 성형하는 동시에 강판의 단부끼리를 접합함으로써 강관을 성형하고,
(2) 계속해서, 오목부(41) 및 기둥 형상 오목부(42)에 대응하는 형상의 돌기부를 표면에 갖는 6개의 강관 조형용 롤을 강관의 외표면에 압박함으로써 오목부(41) 및 기둥 형상 오목부(42)를 축 방향으로 균등하게 부여함으로써 제조된다.
이에 의해, 오목부[41(41A 내지 41F)] 및 기둥 형상 오목부[42(42A 내지 42F)]를 강관 축 방향으로 균일한 간격으로 형성할 수 있어, 경도 분포를 균일하게 부여할 수 있고, 열간 스케일 표면을 부여할 수 있다.
(제5 실시 형태)
이하, 도 5a, 도 5B를 참조하여, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 5에 대해 설명한다. 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 5는 강관 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열이 강관 축 방향으로 위상차를 갖는 점에서 상기 제4 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4와 상이하다. 그 밖에, 중복되는 설명에 관해서는 생략한다.
도 5a는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 5의 부분 정면도이다. 오목부가 형성된 강관 5는 강관 축 방향으로 소정의 길이만큼 신장하고 있지만, 도 5a에서는 설명을 위해 그 일부를 도시하고 있다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 5는 복수의 오목부[51(51A 내지 51F)]와, 그 중앙에 각각 형성된 기둥 형상 오목부[52(52A 내지 52D)]를 갖는 대략 원통 형상의 강관 본체(50)에 의해 구성된다.
도 5a에 도시한 바와 같이, 복수의 오목부[51(51A 내지 51F)]는 강관 축 방향을 따라서 소정의 간격을 갖도록 형성됨으로써 오목부의 열을 6열 구성한다. 그리고 또한, 제5 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 5는 제4 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4와 달리, 강관 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열이 1/6의 위상차를 갖도록 오목부[51(51A 내지 51F)]가 형성된다. 따라서, 오목부가 형성된 강관 5는 오목부[51(51A 내지 51F)]의 강관 둘레 방향 길이의 합계가 가장 큰 강관 축 방향 위치의 단면(즉, 도 5B)과, 오목부[51(51A 내지 51F)]의 강관 둘레 방향 길이의 합계가 가장 작은 강관 축 방향 위치의 단면을 갖는다. 또한, 도 5B는 도 5a에 있어서의 E-E선을 따라서 얻어지는 단면도이다.
이와 같이 위상차를 형성하는 경우, 도 5B에 도시한 바와 같이, LTotal이 최대가 되는 강관 축 방향 위치에 있어서의 LTotal을 억제할 수 있다. 따라서, LTotal/R의 값을 50％ 이하로 억제하면서 오목부[51(51A 내지 51F)]의 강관 둘레 방향 길이나 깊이를 크게 하기 쉬우므로, 상술한 제4 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 4와 동일 레벨의 부착력을 발휘하면서도, 더 우수한 압축 강도를 발휘할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 5에서는 인접하는 오목부의 열을 1/6의 위상차로 배치하고 있지만, 예를 들어 1/2, 1/4, 1/8의 위상차여도 된다. 단, 1/8보다도 작은 위상차를 부여해도, 위상차를 부여하는 효과는 작다. 이로 인해, 위상차를 부여하는 경우에는, 1/8 이상 1/2 이하의 범위에서 위상차를 부여하는 것이 바람직하다. 또한, 6열의 오목부의 열 전체에 위상차를 부여하지 않고, 1열만을 다른 5열에 대해 위상차를 갖도록 배치해도 된다.
(제6 실시 형태)
상술한 제1 실시 형태 내지 제5 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1 내지 5는 콘크리트, 시멘트, 소일 시멘트 등의 고화 부재 중에 매립하여 일체화시킴으로써, 주로 토목 건축 구조물을 구축하는 경우에 사용되는 복합 말뚝을 구축할 수 있다. 이하, 상기 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1을 사용한 경우의 복합 말뚝(100)을 예로 들어 설명한다.
도 6a, 도 6B는 제1 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1을 고화 부재로서의 소일 시멘트 S 중에 매립하여 일체화시켜 얻어진 복합 말뚝(100)을 도시한다. 도 6a는 복합 말뚝(100)의 개략 측면 단면도, 도 6B는 복합 말뚝(100)의 개략 평면 단면도이다.
도 6a, 도 6B에 도시한 바와 같이, 복합 말뚝(100)은 땅속 G에 설치된 외측 프레임(110) 내의 소일 시멘트 S에 오목부가 형성된 강관 1을 투입하고, 소일 시멘트 S를 굳힘으로써 구성된다.
또한, 복합 말뚝(100)에 있어서는, 충분한 강도를 얻기 위해, 오목부가 형성된 강관 1과, 소일 시멘트 S 사이의 부착 강도가 충분히 확보될 필요가 있다.
복합 말뚝(100)에 있어서의 부착 강도는 동일한 소일 시멘트 S를 사용한 경우, 투입하는 강관의 형상에 따라서 좌우되지만, 본 실시 형태에 관한 오목부가 형성된 강관 1을 사용한 경우, 충분한 크기의 부착 강도가 확보된다.
이상 도면을 참조하여 설명한 오목부가 형성된 강관 1을 사용함으로써, 강관과 고화 부재의 부착력을 증대시키는 동시에, 강관 자신의 강도 저하를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 이 오목부가 형성된 강관 1을 사용함으로써, 강관 자신의 강도 저하를 억제하는 동시에 부착 강도가 충분히 확보된 복합 말뚝(100)이 실현된다.
즉, 강도가 확보된 오목부가 형성된 강관 1이 얻어짐으로써, 부착 강도(부착력)를 확보하면서, 강도 저하를 최소한으로 억제한 복합 말뚝을 구성 가능하게 되어, 토목 건축 구조물의 구축을 경제적으로 행할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태의 예를 설명하였지만, 본 발명은 도시의 형태로 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 설명에 있어서는 오목부의 열이 1열, 4열, 6열이지만, 2열, 3열, 5열, 또는 7열 이상이어도 된다.
당업자라면 특허청구의 범위에 기재된 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 그들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.
[실시예]
(실시예 1)
4.5㎜ 두께의 강판으로부터 직경(외경) 76.3㎜, 강관 축 방향 길이 300㎜의 강관 1 내지 14를 작성하였다.
구체적으로는, 본 발명예인 강관 1은 성형 단접 롤 유닛에 있어서, 가열된 강판을 둥글게 하여 관 형상으로 성형하는 동시에 강판의 단부끼리를 접합함으로써 강관을 성형하고, 계속해서, 약 800℃의 온도 조건 하에서, 오목부 및 기둥 형상 오목부에 대응하는 형상의 돌기부를 표면에 갖는 강관 조형용 롤을 강관의 외표면에 압박함으로써 오목부 및 기둥 형상 오목부를 축 방향으로 균등하게 부여함으로써 제조하였다.
비교예인 강관 2는 성형 단접 롤 유닛에 있어서, 가열된 강판을 둥글게 하여 관 형상으로 성형하는 동시에 강판의 단부끼리를 접합함으로써 강관을 성형하고, 방냉 후, 냉간 가공에 의해 오목부를 형성함으로써 제조하였다.
비교예인 강관 3은 성형 단접 롤 유닛에 있어서, 가열된 강판을 둥글게 하여 관 형상으로 성형하는 동시에 강판의 단부끼리를 접합함으로써 강관을 성형함으로써 제조하였다.
비교예인 강관 4는 성형 단접 롤 유닛에 있어서, 가열된 강판을 둥글게 하여 관 형상으로 성형하는 동시에 강판의 단부끼리를 접합함으로써 강관을 성형하고, 계속해서, 약 800℃의 온도 조건 하에서, 오목부에 대응하는 형상의 돌기물만을 갖는 롤을 강관의 외표면에 압박함으로써 오목부만을 축 방향으로 균등하게 부여함으로써 제조하였다.
강관 4 내지 12는 강관 1의 제조 조건을 변경하여 제조한 본 발명예이다.
강관 1 내지 14의 구체적인 제조 조건을 표 1, 표 2에 나타낸다.
Figure 112013073753496-pct00001
Figure 112013073753496-pct00002
강관 1 내지 14에 대해, 「오목부의 평균 경도 HA」, 「강관 축 방향으로 인접하는 오목부의 중간 위치에 있어서의 경도 HB」, 「HA/HB」, 「열간 스케일 표면의 유무」, 「압축 강도」 및 「부착력」을 측정하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
Figure 112013073753496-pct00003
「오목부의 평균 경도 HA」 및 「강관 축 방향으로 인접하는 오목부의 중간 위치에 있어서의 경도 HB」는 대상 강관의 오목부를 포함하는 범위를 잘라내어, 샘플을 작성한 후, 판 두께 중심에 있어서 경도계를 사용하여 측정하였다. 측정 데이터는 5점의 평균값을 취하여 대표 데이터로 하고 있다. 판정 데이터를 10점 이상 채취하고, 그 데이터를 사용하여, 평균 경도 및 그 편차를 판정하였다.
「열간 스케일 표면의 유무」는 육안에 의한 관측 결과이다.
「압축 강도」의 측정에는, 대상 강관의 외경의 2배의 길이로 잘라내어, 단부면 가공한 공시체를 준비하였다. 시험은 압축 시험기에 의해 강관 단면에 동등하게 하중이 작용하도록 주의하면서, 정적 하중을 작용시켜 행하고 있다. 각 대상 강관에 대해 3체의 시험을 실시하고, 그 계측한 하중 이력에 있어서의 최대값의 평균값에 의해 압축 강도를 판정하였다.
「부착력」의 측정에는 대상 강관을 중심으로 하여 배치한 주위에, 강관의 강관 직경의 약 3배 직경을 갖고, 3.5배의 길이를 갖는 소일 시멘트 기둥을 준비하였다. 강관 상부는 소일 시멘트 기둥보다 50㎜ 정도 돌출되어 있고, 강관에만 압입 하중을 작용시킬 수 있다. 소일 시멘트 기둥의 하부는 받침대에 지지하고 있지만, 강관 하부는 지지하고 있지 않아, 연직 하향 하중이 작용한 경우, 강관만이 변위 가능한 상태로 하고 있다. 강관, 소일 시멘트 기둥을 상기와 같은 상태에서 준비한 후, 소일 시멘트 고화에 필요한 일수로서 28일의 양생 기간을 확보한 후에 강관 상부에 하향의 정적 압입 하중을 작용시키는 재하 시험을 실시하였다. 계측한 압축 하중을 강관이 소일 시멘트에 접하고 있던 외주 면적으로 제산함으로써, 부착력을 산정하고 있다. 시험은 소일 시멘트 강도 2 수준에 대해, 각 3체 실시하여, 부착력의 판정을 행하였다.
강관 1에서는, 본 발명의 필수의 요건을 모두 만족시킴으로써, 우수한 압축 강도와 부착력을 발휘할 수 있었다.
강관 2에서는 오목부를 냉간 가공에 의해 형성한 것에 의해, 오목부의 평균 경도 HA가 과대로 되는 개소가 발생하고, 이에 기인하여, 강관 1에 비해 압축 강도가 대폭으로 저하되었다.
강관 3에서는 오목부 및 기둥 형상 오목부를 형성하지 않았던 것에 의해, 강관 1에 비해 부착력이 대폭으로 저하되었다.
강관 4에서는 오목부만을 형성하고 기둥 형상 오목부를 형성하지 않았던 것에 의해, 강관 1에 비해 부착력이 저하되었다.
또한, 강관 1의 다양한 조건을 변경하여 제조한 강관 5 내지 12에서는 우수한 압축 강도와 부착력을 발휘할 수 있었다.
(실시예 2)
본 발명의 실시예 2로서, 오목부가 형성된 강관에 있어서, 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율을 변화시킨 경우에, 오목부가 형성된 강관의 압축 항복 강도가 어느 정도 변화되는 것인지를 측정하였다.
도 7은 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율을 변화시킨 경우의 오목부가 형성된 강관의 압축 강도를 나타내는 그래프이다. 종축은 강관의 압축 항복 강도를 스트레이트 강관(직관)의 보증 항복점 하중으로 무차원화한 값을 나타내고, 횡축은 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율을 나타내고 있다.
도 7로부터 명백한 바와 같이, 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율이 증가함과 함께 강관의 압축 항복 강도는 저하된다.
특히, 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율이 0.5보다 커지는, 즉 강관의 전체 둘레 길이의 50％보다 긴 부분이 오목부로 된 경우, 강관의 압축 항복 강도의 저하가 현저해지는 것을 알 수 있었다.
상기 실시 형태에 있어서도 서술한 바와 같이, 일반적인 강관에 있어서, 허용되는 강관 강도(특히, 압축 항복 강도)의 저하율은 5％ 이하이다.
도 7에 나타내는 그래프로부터, 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율이 50％보다 길어지면, 강관의 압축 항복 강도가 0.95 미만으로 되어 버리는 것이 명백하므로, 전체 둘레 길이에 차지하는 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계가 50％ 이하인 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
또한, 실시예 3으로서, 오목부가 형성된 강관을 사용하여 복합 말뚝을 구성한 경우의 부착 강도의 우위성을 확인하기 위해,
(1) 스트레이트 강관,
(2) 스트레이트 강관의 표면을 냉간 가공에 의해 절삭하여 오목부를 형성함으로써 도 2a, 도 2b에 도시하는 오목부가 형성된 강관의 형상으로 된 표면 절삭 강관 및
(3) 본 발명에 관한, 도 2a, 도 2b에 도시하는 오목부가 형성된 강관
의 3종류의 강관을 사용하여, 각각 소일 시멘트와의 복합 말뚝을 제작하였다.
또한, 제작된 복합 말뚝의 구성은, 도 6a, 도 6B에 도시한 바와 같은 구성이다.
도 8은 상기 3종류의 강관(스트레이트 강관, 표면 절삭 강관 및 오목부가 형성된 강관)을 각각 소일 시멘트 중에 매립하여 복합 말뚝을 제작하고, 그들 복합 말뚝의 부착 강도를 계측한 계측 결과를 나타내는 그래프이다.
또한, 도 8의 종축은 강관과 소일 시멘트의 부착력 fs(kN/m)를 나타내고, 횡축은 소일 시멘트의 1축 압축 강도 qu(㎫)를 나타내고 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 3종류의 강관(스트레이트 강관, 표면 절삭 강관 및 오목부가 형성된 강관)을 사용하여 복합 말뚝을 제작하여, 부착 강도를 계측한 경우, 오목부가 형성된 강관(도 8 중에서는 롤 오목부 강관이라고 표기)을 사용하여 구성되는 복합 말뚝의 부착 강도가 가장 큰 것이 확인되었다.
본 발명은 토목 건축 구조물을 구축하는 경우에 사용되는 오목부가 형성된 강관 및 복합 말뚝에 적용할 수 있다.
1, 2, 3, 4, 5 : 오목부가 형성된 강관
10, 20, 30, 40, 50 : 강관 본체
11, 21, 31, 41, 51 : 오목부
12, 22, 32, 42, 52 : 기둥 형상 오목부
100 : 복합 말뚝
110 : 외측 프레임
R : 강관의 전체 둘레 길이
H : 기둥 형상 오목부의 최고 깊이부 깊이
D : 강관의 외경
S : 소일 시멘트(고화 부재)
L : 오목부의 강관 둘레 방향 길이
LTotal : 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계

Claims (10)

  1. 외주면에 복수의 오목부가 강관 축 방향을 따라서 열을 이루도록 형성된 오목부가 형성된 강관이며,
    상기 각 오목부 각각의 내부에, 이들 오목부의 저면보다 더 깊게 오목한 동시에 상기 강관 축 방향을 따르는 기둥 형상 오목부가 형성되고,
    상기 각 오목부 내에 있어서의 평균 비커스 경도 HA와, 상기 강관 축 방향으로 서로 인접하는 이들 오목부 사이 부분에 있어서의 비커스 경도 HB의 비가, 0.95≤HA/HB≤1.05를 만족시키고,
    상기 외주면에 열간 스케일 표면이 부여되어 있는 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강관 축을 따른 어떤 위치에 있어서도, 이 오목부가 형성된 강관의 전체 둘레 길이에 차지하는 상기 각 오목부의 강관 둘레 방향 길이의 합계의 비율이 50％ 이하인 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오목부의 열이 4열 이상, 병렬되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  4. 제3항에 있어서, 상기 오목부의 열 중, 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열끼리가 서로 강관 축 방향으로 위상차를 갖고 형성되고,
    상기 위상차가, 상기 강관 축 방향으로 인접하는 상기 오목부의 중심 사이 거리의 1/8 이상 또한 1/2 이하인 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  5. 제1항에 있어서, 상기 오목부의 열이 6열 이상, 병렬되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  6. 제5항에 있어서, 상기 오목부의 열 중, 둘레 방향으로 인접하는 오목부의 열끼리가 서로 강관 축 방향으로 위상차를 갖고 형성되고,
    상기 위상차가, 상기 강관 축 방향으로 인접하는 상기 오목부의 중심 사이 거리의 1/8 이상 또한 1/2 이하인 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  7. 제1항에 있어서, 상기 각 오목부가, 상기 강관 축 방향에 평행한 장축을 갖는 타원 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  8. 제1항에 있어서, 상기 각 오목부가, 표면에 돌기부를 갖는 강관 조형용 롤을 사용한 열간 롤 성형에 의해 형성된 것인 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  9. 제1항에 있어서, 상기 열간 스케일 표면의 위에 도금층 및 수지층의 적어도 하나가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 오목부가 형성된 강관.
  10. 고화 부재 중에, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 오목부가 형성된 강관을 매립하여 일체화시킨 것을 특징으로 하는, 복합 말뚝.
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