説明

形鋼を用いた柱状構造体、橋脚又は基礎杭及び、その製作方法

【課題】経済的で施工性が良く、しかも終局状態に至るまで合成断面として,曲げモーメントに抵抗できる柱状構造物あるいは橋脚柱あるいは構真柱等の基礎杭、及び、その製作方法を提供する。
【解決手段】柱の断面が小さい場合、内リブH形鋼30をウエブ中央で切断してT形断面形状になったもの30’を、内リブH形鋼のウエブ中央両側に溶接し、これをコンクリート34で被覆する。橋脚柱のように断面が大きい場合、内リブH形鋼30の片側のフランジ端部を、H形鋼の軸方向に沿って隣り合う内リブH形鋼の片側のフランジ端部に溶接してフランジで閉じた多角形断面Aを形成し、その周囲に帯鉄筋32を巻き付け、これらをコンクリート34で被覆する。ここで、周囲に帯鉄筋を巻き付ける代わりに、隣り合う内リブH形鋼30のもう一方のフランジ同士を鋼板36を介して溶接によって繋ぐこともできる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本究明は、形鋼を用いた柱状構造体あるいは橋脚柱あるいは基礎杭の構造、及び、その製作方法に関する。
【背景技術】
【0002】
本発明に関する先行技術として、非特許文献1のビームスラブ式ラーメン橋の橋脚構造が知られている。又、ビル等の建築構造物に用いられている従来の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造が、特許文献1で知られている。
【0003】
前者は、図11に示す如く、H形鋼をウェブ中央で切断してT形断面形状になったもの12を、同寸法のH形鋼10のウェブ中央両側に溶接し、これをコンクリート14で被覆してなるもので、鋼断面とコンクリート断面とは、合成しない、即ち一体化しない重ね梁構造として設計されている。図において16は柱の主鉄筋、17は柱の帯鉄筋、18は梁の主鉄筋、19は梁のスターラップである。
【0004】
後者は、図12(特許文献1の図5に対応)に示す如く、鉄骨梁22と鉄筋コンクリート柱20との結合を強化するために、部分的に鉄筋コンクリート柱内で用いられる構造であり、鉄骨梁22が鉄筋コンクリート柱20に埋設される部分に、柱の一方の外面から他方の外面まで鉄骨梁22の上下面に鉄骨長手方向リブ24を突出して取り付け、これを鉄筋コンクリート柱内に埋設する構造である。図において、26は補強板、28は主筋、29はフープ筋である。
【0005】
又、H形鋼の内面にリブを付けた内リブH形綱の合成効果については、非特許文献2が知られており、H形鋼の内面に突起を付けた場合、コンクリートと高い合成劫果が得られることが解析的及び実験的に確認されている。ここで、リブは突起を意味し、H形鋼においては通常、矩形乃至三角形の鋼材をフランジの内側に溶接して取り付けるか、H形鋼の圧延の際に一体で成形して形成される。
【0006】
又、建築構造物等の基礎に用いられる構真柱建て込み工法では、場所打ち杭の杭体の中に上部構造の鉄骨支柱を挿入し、杭と上部の柱を一体の構造物として施工するが、鉄骨支柱部は形鋼あるいは鋼板を十字断面や箱形断面に溶接で組み立てられ、先端に数多くのスタッドジベル等のずれ止め材を設けることにより場所打ちコンクリートと鉄骨支柱との一体化を確実なものとしている。
【0007】
【特許文献1】特開平8−27894号公報
【非特許文献1】「SRC構造ディテール集」(財団法人鉄道総合技術研究所、1987年2月)
【非特許文献2】「SC合成地中連続壁の基礎的曲げ性状」(土木学会第58回年次学術講演会V−244、487〜488頁、2003年9月)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところが、上記した柱構造では、鋼断面とコンクリート断面とは、合成しない、即ち一体化しない重ね梁構造として設計しているため、柱の曲げ強度が、合成断面として設計する合成構造に比べて低く、変形もし易い。又、断面形状が2軸対称でない場合、鋼断面の中立抽の位置とコンクリート断面の中立軸の位置とがずれるため、設計曲げ強度の精度が低くなる。更に、橋脚柱のように柱の断面寸法が大きい場合、適用できない等の問題点を有する。
【0009】
又、構真柱では、鉄骨支柱部先端に数多くのスタッドジベル等のずれ止め材を設け、鋼断面とコンクリート断面を一体化し剛性の高い杭体としているが、スタッドジベル等取り付け加工の工数が増加する上、これらずれ止めの高さ分掘削土量が増え、不経済となる問題点を有する。
【0010】
本発明は、上記のような問題点を解決するために成されたもので、経済的で施工性がよく、しかも終局状態に至るまで合成断面として曲げモーメントに抵抗できる柱状構造体あるいは橋脚あるいは構真柱等の基礎杭の構造、及び、その製作方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明においては、柱の断面が小さい場合、請求項1や8に記載したように、内側にリブ等の突起を付けたH形鋼をウエブで切断してT形断面形状になったものを、内側にリブ等の突起を付けたH形鋼のウエブ両側に接合し、これをコンクリートで被覆する(第1発明)。ここで、リブ等の突起は、H形鋼のフランジ、ウエブのどちらか一方または両方に付けることができる。
【0012】
一方、橋脚柱のように断面が大きい場合、請求項2や9に記載したように、内側に突起を付けたH形鋼の片側のフランジ端部を、H形鋼の軸方向に沿って隣り合う、内側に突起を付けたH形鋼の片側のフランジ端部に溶接して、フランジで閉じた多角形断面(例えばH形鋼が4本の場合は四角形)を形成し、その周囲に帯状筋(例えば帯鉄筋)を巻き付け、これらをコンクリートで被覆する(第2発明)。
【0013】
ここで、周囲に帯状筋を巻き付ける代わりに、請求項3や10に記載したように、燐り合う内側に突起を付けたH形綱のもう一方のフランジ同士を鋼板を介して溶接によって繋くこともできる(第3発明)。
【0014】
これらの発明によれば、柱が合成断面として挙動するため、SRC構造に比べて高い曲げ強度、及び剛性が得られる。又、断面形状が2軸対称でない場合も、鋼断面の中立軸の位置とコンクリート断面の中立軸の位置とが一致するため、設計曲げ強度の精度が高い。
【0015】
更に、橋脚柱のように柱の断面寸法が大きい場合でも、第2発明及び第3発明の適用が可能である。
【0016】
加えて、第1発明の場合、突起の軸方向間隔を内側に突起を付けたH形鋼のウェブ高さの1/2の1/2乗以下、第2、第3発明の場合、突起の軸方向間隔を内側に突起を付けたH形鋼のウェブ高さの2分の1乗以下にすれば、柱内のコンクリートには、図10に示すように、軸方向にも圧縮応力cが作用し、H形鋼S、H形鋼と帯鉄筋、あるいはH形鋼と鋼板によって断面方向に拘束されている結果発生する断面方向の2軸圧縮力と合わせ3軸圧縮応力状態が形成される。このとき、突起(図では内リブ)Rは、H形鋼Sのフランジの面外変形を抑制するため、断面方向の2軸圧縮力を上昇させる効果も有している。この3軸圧縮応力状態の形成によって、コンクリートの圧縮強度が上昇し、柱の曲げ強度が上昇する。
【0017】
最後に、第3発明の場合、地震時、2重鋼管の合成柱と同様、軸方向圧縮力を断面中央部の鋼材とコンクリートとが受け持ち、曲げ力を外側の鋼材が受け持ち、軸方向に縮み難い構造となっているため高い耐震性を有している。
【0018】
なお、第2、第3発明におけるH形鋼の本数は4本に限定されず、3本又は5本以上であっても良い。
【0019】
又、第2発明における帯状筋も帯鉄筋に限定されず、例えばガラス繊維や炭素繊維を用いた繊維筋であっても良い。
【発明の効果】
【0020】
本発明の効果を以下に示す。
【0021】
(1)柱が合成断面として挙動するため、SRC構造に比べて高い曲げ強度、及び剛性が得られる。
【0022】
(2)断面形状が2軸対称でない場合も、鋼断面の中立軸の位置とコンクリート断面の中立軸の位置が一致するため、設計曲げ強度の精度が高い。
【0023】
(3)橋脚柱のように柱の断面寸法が大きい場合でも、第2及び第3発明の適用が可能である。
【0024】
(4)第1発明の場合、H形鋼内側の突起の軸方向間隔を該H形鋼のウエブ高さの1/2の1/2乗以下、第2及び第3発明の場合、H形鋼内側の突起の軸方向間隔を該H形鋼のウエブ高さの2分の1乗以下にすれば、3軸圧縮応力状態の形成によって、コンクリートの圧縮強度が上昇し、柱の曲げ強度が上昇する。
【0025】
(5)H形鋼内側の突起は、H形鋼のフランジの面外変形を抑制するため、断面方向の2軸圧縮力を上昇させる効果を有している。
【0026】
(6)内側に突起を付けたH形鋼を用いれば、スタッド等のずれ止めを設置しなくても合成効果が得られるため、ずれ止め溶接費が削減でき、経済的である。
【0027】
(7)第3発明の場合、地震時、2重鋼管の合成柱と同様、軸方向圧縮力を断面中央部の鋼材とコンクリートとが受け持ち、曲げ力を外側の鋼材が受け持ち、軸方向に縮み難い構造となっているため、高い耐震性を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【0028】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【0029】
図1は、本発明の実施形態を具備する橋梁構造であり、Pは、本発明が適用される橋脚、Bは、同じく横梁、Dは床版、Fはフーチング、Gは地盤である。
【0030】
図2は、本発明の実施形態において用いる内リブH形鋼30の構造であり、30aはフランジ、30bはウエブ、30cは内リブ(突起)である。
【0031】
図3は、第1発明で用いる内リブH形鋼30を、例えばウェブ中央で切断してT形断面形状になったもの30’にするための切断方法である。
【0032】
図5は、第1発明に係わる第1実施形態を具備する形鋼を用いた柱であり、図4は、図5のコンクリート打設前状態である。即ち、内リブH形鋼30を例えばウェブ30b中央で切断してT形断面形状になったもの30’を、内リブH形鋼30の例えばウェブ30b中央両側に溶接し、これをコンクリート34で被覆して成る。図において、Wは溶接線である。
【0033】
図7は、第2発明に係わる第2実施形態を具備する形鋼を用いた柱であり、図6は、図7のコンクリート打設前の状態である。即ち、内リブH形鋼30の片側のフランジ30a端部を、H形鋼30の軸方向に沿って隣り合う内リブH形鋼30の片側のフランジ30a端部に溶接して、フランジ30aで閉じた四角形閉断面Aを形成する。その後、周囲に帯鉄筋32を巻き付け、これらをコンクリート34で被覆して成る。
【0034】
図9は、第3発明に係わる第3実施形態を具備する形鋼を用いた柱であり、図8は、図9のコンクリート打設前の状態である。即ち、内リブH形鋼30の片側のフランジ30a端部を、H形鋼30の軸方向に沿って隣り合う内リブH形鋼30の片側のフランジ30a端部に溶接して、フランジ30aで閉じた四角形断面Aを形成する。その後、内リブH形鋼30の隣り合うもう一方のフランジ30a同士を、L形状に加工した鋼板36を介して溶接によって繋いだ後、鋼断面の内側にコンクリート34を充填して成る。
【0035】
本発明を構真柱等の基礎杭に用いる場合には、場所打ち杭の芯材として杭径に応じて第1発明から第3発明に述べた断面構成の鉄骨支柱を用い、現場打ちコンクリートで被覆することにより掘削土量を必要以上に大きくすることなく施工が可能となる。
【0036】
なお、突起はリブに限定されず、ウエブの切断位置や、ウエブ両側への接合位置も、ウエブ中央に限定されない。
【実施例】
【0037】
本実施の形態に係る橋梁の諸元については、柱の断面形状や大きさに応じて種々異なるが、図9の第3実施形態の構成における寸法の一例を示せば、次の通りである。
【0038】
内リブH形鋼30の断面寸法は600mmx300mmx12mmx25mmで、長さは12mである。内リブ30cの寸法は、高さが2mm以上50mm以下であり、幅が高さの1倍から5倍である。内リブ30cの間隔は幅の4倍以下である。併設する内リブH形鋼30の間隔は600mmである。L形状に加工した鋼板36の板厚は25mmである。従って、柱の断面は、1.5m×1.5mとなる。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】本発明の実施形態を具備する橋梁構造を示す斜視図
【図2】本発明の実施形態において用いる内リブH形鋼の構造を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図3】第1発明による第1実施形態で用いる内リブH形鋼の切断方法を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図4】第1実施形態の形鋼を用いた柱のコンクリート打設前の状態を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図5】図4のコンクリート打設後の状態を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図6】第2発明による第2実施形態の形鋼を用いた柱のコンクリート打設前の状態を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図7】図6のコンクリート打設後の状態を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図8】第3発明による第3実施形態の形鋼を用いた柱のコンクリート打設前の状態を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図9】図8のコンクリート打設後の状態を示す、(a)正面図及び(b)斜視図
【図10】本発明の形鋼を用いた柱におけるコンクリートに発生する圧縮応力を示す斜視図
【図11】従来の形鋼を用いた柱の一例を示す水平断面図
【図12】従来の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造の一例を示す斜視図
【符号の説明】
【0040】
D…床版
B…梁
P…形鋼を用いた橋脚(柱)
F…フーチング
G…地盤
S…形鋼
R…リブ
c…圧縮応力方向
30…内リブH形鋼
30’…内リブH形鋼を切断してT形断面形状になったもの
30a…フランジ
30b…ウエブ
30c…内リブ
32…帯鉄筋
34…コンクリート
36…鋼板
W…溶接線
A…閉断面

【特許請求の範囲】
【請求項1】
内側に突起を付けたH形鋼と、そのウェブ両側に接合された、内側に突起を付けたH形鋼がウェブで切断されてT形断面形になったものと、これらを被覆するコンクリートと、を備えたことを特徴とする、形鋼を用いた柱状構造体。
【請求項2】
互いに接合されたフランジで閉じた矩形断面が形成されるよう、隣り合う片側のフランジ端部同士が接合された、内側に突起を付けた3本以上のH形鋼と、その周囲に巻きつけられた帯状筋と、これらを被覆するコンクリートと、を備えたことを特徴とする、形鋼を用いた柱状構造体。
【請求項3】
互いに接合されたフランジで閉じた矩形断面が形成されるよう、隣り合う片側のフランジ端部同士が接合された、内側に突起を付けた3本以上のH形鋼と、該H形鋼の隣り合うもう一方のフランジ同士を繋ぐ鋼板と、これらによって形成される鋼断面の内側に充填されたコンクリートと、を備えたことを特徴とする、形鋼を用いた柱状構造体。
【請求項4】
H形鋼のウェブ高さをd1、H形鋼をウェブで切断してT形断面形状になったもののウェブ高さをd2としたとき、突起の軸方向間隔が((d1/2)+d2)の1/2乗以下であることを特徴とする請求項1記載の形鋼を用いた柱状構造体。
【請求項5】
断面強軸方向に配置するH形鋼のウェブ高さをd1、断面弱軸方向に配置するH形綱のウェブ高さをd2としたとき、突起の軸方向間隔が(d1+d2)の1/2乗以下であることを特徴とする請求項2又は3記載の形鋼を用いた柱状構造体。
【請求項6】
請求項1乃至5のいずれかに記載の柱を備えたことを特徴とする橋脚。
【請求項7】
請求項1乃至5のいずれかに記載の柱を用いたことを特徴とする、構真柱を含む基礎杭。
【請求項8】
フランジ内側に突起を付けたH形鋼をウェブで切断してT形断面形状とし、これを、フランジ内側に突起を付けたH形鋼のウェブ中央両側に溶接し、これらをコンクリートで被覆することを特徴とする、形鋼を用いた柱又は橋脚又は基礎杭の製作方法。
【請求項9】
フランジの内側に突起を付けたH形鋼の片側のフランジ端部を、H形鋼の軸方向に沿って隣り合うフランジ内側に突起を付けたH形鋼の片側のフランジ端部に溶接して、フランジで閉じた矩形断面を形成し、その周囲に帯状筋を巻き付け、これらをコンクリートで被覆することを特徴とする、形鋼を用いた柱又は橋脚又は基礎杭の製作方法。
【請求項10】
フランジ内側に突起を付けたH形鋼の片側のフランジ端部を、H形鋼の軸方向に沿って隣り合うフランジ内側に突起を付けたH形鋼の片側のフランジ端部に溶接して、フランジで閉じた矩形断面を形成し、
前記H形鋼の隣り合うもう一方のフランジ同士を鋼板を介して溶接によって繋いだ後、これらによって形成される鋼断面の内側にコンクリートを充填することを特徴とする、形鋼を用いた柱状構造体又は橋脚又は基礎杭の製作方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【図12】
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【公開番号】特開2007−23712(P2007−23712A)
【公開日】平成19年2月1日(2007.2.1)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−211151(P2005−211151)
【出願日】平成17年7月21日(2005.7.21)
【出願人】(000004123)JFEエンジニアリング株式会社 (1,044)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【出願人】(000000549)株式会社大林組 (1,758)
【Fターム(参考)】