支柱とその製造方法
【課題】 単一の断面形状，太さの支柱部材であっても、複数の断面強度を設定可能な支柱を提供すること。
【解決手段】 支柱１として用いる鋼管11の内部に補強部材12，13を挿填したこと。
【解決手段】 支柱１として用いる鋼管11の内部に補強部材12，13を挿填したこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は単一断面形状の鋼管を用いて、複数の断面強度を有するように形成した支柱とその支柱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
街路照明用支柱や落石防止柵，防護柵（ガイドレールを含む），フェンスなどの支柱は、その用途や設置現場における風荷重，衝突荷重，雪圧などの諸条件を勘案して検討した上で、使用する支柱に求められる各種荷重などに応じて、角形鋼管，丸鋼管，Ｈ型鋼などの中から使用する支柱部材の種類を選択すると共に、選択した支柱部材に必要な諸元（口径，肉厚，寸法など）を求めた上で使用する支柱を決定している。
【０００３】
上記のように支柱は、その使用目的や用途、或は、設置場所などの諸条件に応じて多種多様に設定された仕様の支柱を個々に製作する一方、製作した個々の支柱に適合する部品を、別途、予め数多く準備しなければならない煩しさがある。
【０００４】
しかし乍ら、単一断面形状，大きさの支柱部材に工夫を施して、複数の断面強度が任意に設定された支柱があれば、その支柱に対して使用される部品を共通化，標準化できるのみならず、所望の耐水平荷重に整えられた単一断面形状の支柱を提供することができるので、上述した様々な仕様の支柱を使用している分野においてきわめて有用であると考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明が課題とするところは、単一の断面形状，太さの支柱部材であっても、複数の断面強度を設定可能な支柱を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明支柱の構成は、支柱として用いる鋼管の内部に補強部材を挿填したことを特徴とするものである。本発明において、鋼管内部に挿填する補強部材は、モルタル、又は、モルタルと補強鉄筋である。
【０００７】
本発明支柱は、内部に挿填するモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、所要部位の断面強度を所望の強度に増強した単一断面形状で同じ大きさの支柱を形成することができる。
【０００８】
本発明支柱に用いる鋼管は、丸形，角形のいずれであってもよく、また、鋼管の種類も一般構造用角形鋼管を始めとし、各種用途用の炭素鋼管やステンレス鋼管であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明支柱は、支柱として用いる鋼管の内部に補強部材を挿填した構造としたので、単一断面形状，大きさの鋼管製の中空支柱の断面強度を所望の大きさに増大させることができるのみならず、補強部材の挿填深さを適宜選択することによって、必要な断面強度に増強する部位（高さ）を任意に設定することができる。従って、支柱の用途や設置場所の条件などが変っても、単一の断面形状，太さで内部に補強部材を装填した本発明支柱を用意するだけで足りるから、従来のように用途や設置条件によって断面形状や太さの異なる支柱部材の中から所要の支柱を選択する煩しさが解消され、また、支柱に使用される様々な部品を、単一形態化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明支柱の実施の形態例について図に拠り説明する。図１は補強部材としてモルタルを支柱内部に挿填した本発明支柱の一例の断面図、図２は図１の支柱の要部を切開した拡大斜視図、図３は補強部材として鉄筋とモルタルを内部に挿填した本発明支柱の別例の断面図、図４は図３の支柱に挿填する補強鉄筋の一例の要部の斜視図、図５は図３の支柱の要部を切開した拡大斜視図、図６は本発明支柱の強度測定を説明する試験体の側面図、図７は本発明支柱の荷重-たわみ曲線を表したグラフである。
【００１１】
図１，図２において、Ｇは本発明支柱１を立設すべき地山で、本発明支柱１は、ここでは地山Ｇに埋設したコンクリート製の基礎２に立設されている。
【００１２】
図１，図２の本発明支柱１は、ここでは、一例として下部の約350mmの長さを基礎２の中に埋設した地上高さ（長さ）が約1500mmの一般構造用角形鋼管を支柱部材11として使用した。そして、この支柱部材11の内部に下端から任意の高さ（Ｘcm）までモルタル12を充填した。モルタル12の充填深さＸcmは、この支柱１の用途や設置場所の条件（例えば豪雪地帯であるか否かなどによる）などを勘案して設定すればよい。11aは支柱部材11の上端に被せたキャップである。
【００１３】
図３〜図５に例示した本発明支柱１の別例では、上記例のモルタル12の充填に加え、図４に例示したような補強鉄筋13をモルタル充填前の支柱部材11の内部に挿填してモルタル12を充填する構造とした。図４の補強鉄筋13は、一例としてJIS G3122 D６の主筋13aを矩形状の隅に４本立て、この４本の主筋13aに、JIS G3532の2.6φのフープ筋13bを一例として螺旋状に巻付けた形態とした。上記補強鉄筋13の高さ（Ｘcm）も、支柱部材11に充填するモルタル12の深さとの兼合いにより、その高さを決めればよい。
【００１４】
上記の補強鉄筋13において、主筋13aやフープ筋13bは、鉄筋コンクリート用棒鋼や鉄線に限られるものではなく、引張り強度が所要値以上であればどのような棒鋼，鉄線であっても構わない。
また、主筋13aの使用本数や太さ，外形も、モルタル12の充填を阻害せず、かつ、そのモルタル12との密着性が得られるものであれば足りる。従って、充填するモルタル12は、ミルクセメントや各種のコンクリートで代替してもよい。前記のコンクリートに配合する骨材は、粒子の小さいものが好ましい。支柱部材11の内部や補強鉄筋13の間に空隙が生じない充填が望まれるからである。
【００１５】
上述した本発明支柱１は、工場で製作することもできるが、支柱１を設置する現地においても製作可能である。また、本発明は、既設のフェンス等において使用されている中空支柱にも適用可能である。なお、補強鉄筋13は予め工場で製作しておき現地で支柱の内部に挿填することになるが、本発明はこれに限られるものではない。補強鉄筋13の現場製作もあるのである。
【００１６】
本発明による支柱１の強度が増強されることを確認するため、図６に例示したように長さ1850mmの一般構造用角形鋼管（60×60×2.3mm） STKR400（JIS G 3466）の３本を用意し、各鋼管（支柱部材）の下部350mmの長さ部分を根入れ部として基礎に相当する固定治具21によって地上に固定し、１本目はそのまま（内部中空のまま、試験体Ａ）、２本目は全長に亘りモルタルを充填したもの（試験体Ｂ）、３本目は一辺が略45mmの四角形の隅に配した長さ1700mmの４本の主筋（SD295A D6［JIS G 3112］）に、約40mmピッチでフープ筋（SWM−Ｐφ2.6［JIS G 3532］）を螺旋状に巻付けて形成した補強鉄筋を挿入して配し、この状態の鋼管内部にモルタルを充填したもの（試験体Ｃ）に形成した。
【００１７】
上記３本の支柱（試験体Ａ，Ｂ，Ｃ）のそれぞれの上端部近くに、荷重ＰkNの水平荷重を繰返しかけてたわみ量と座屈荷重を測定したところ、図７の荷重−たわみ曲線のグラフに示す結果が得られた。
【００１８】
図７に示す結果から判ることは、試験体Ａでは支柱脚部の局部座屈が、荷重2.8kNでたわみ量106.4mmのとき発生しているが、試験体Ｂ（モルタル充填）では、荷重3.8kNでたわみ量が148.2mmのとき生じ、試験体Ｃ（モルタル＋鉄筋）では荷重4.5kNでたわみ量179.0mmのとき生じていることである。つまり、補強部材を充填した支柱（試験体Ｂ，Ｃ）が中空のまま支柱（試験体Ａ）よりも、耐横荷重性能が高くなっていること、即ち、同じ横荷重においては、試験体Ｂ，Ｃのたわみ量が試験体Ａよりも小さく、また、試験体Ａが座屈してしまう荷重でも、試験体Ｂ，Ｃは単にたわみが生じるのみで局部座屈の兆候すら見られないことが明確に判る。
【００１９】
次に、上記と同様の全長Ｌ＝1850mmの一般構造用角形鋼管（STKR400、口径60×60，t23mm）に、根入れ部及び地上から高さ（深さ又は長さ）Ｙcmまで補強鉄筋とモルタルによる補強部材を充填した試験体支柱の上端部に水平荷重Ｐをかけて、本発明支柱における補強部材の深さ（長さ）Ｙと、当該鋼管の補強部材が充填されない部分Ｘ（＝Ｌ−Ｙ）の強度と、水平荷重Ｐとの関係を求めたところ、次の表のとおりであった。
【００２０】
【表１】
【００２１】
(1) ここで、Ｌ（1850mm）＝Ｘ＋Ｙ
(2) 補強部材の充填深さ（長さ）Ｙは、Ｙ＝1850mm−Ｘmm。
(3) 上記鋼管の断面係数9.44cm3×許容応力度4,000kgf/cm2
＝当該鋼管の補充部材が充填されない長さＸcm×水平荷重Ｐ
ここでＸ・Ｐ＝9.44×4,000であるから、Ｘ＝37.760kgf/Ｐとなる。
上記表から、充填部材の充填深さ（長さ）Ｙが約100cmの支柱では458kgfの水平荷重Ｐに耐え、Ｙが約90cm（支柱の半分長）の支柱でも400kgfの水平荷重Ｐに耐えたが、Ｙが350cm（即ち、地上部に補強部材の充填なし）の裸の支柱では約250kgf未満の水平荷重Ｐにしか耐えられなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は以上の通りであって、街路照明灯用支柱や落石防止柵，防護柵（ガイドレールを含む），フェンスなどの支柱を、支柱の内部にモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋を充填すると共に、充填するモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、単一の断面形状，太さの鋼管を、断面強度が種々異なる支柱に形成することがができるので、水平荷重が種々異なる分野でも単一形態の支柱を使用することができ、産業上きわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】補強部材としてモルタルを支柱内部に挿填した本発明支柱の一例の断面図。
【図２】図１の支柱の要部を切開した拡大斜視図。
【図３】補強部材として鉄筋とモルタルを内部に挿填した本発明支柱の別例の断面図。
【図４】図３の支柱に挿填する補強鉄筋の一例の要部の斜視図。
【図５】図３の支柱の要部を切開した拡大斜視図。
【図６】本発明支柱の強度測定を説明する試験体の側面図。
【図７】本発明支柱の荷重-たわみ曲線を表したグラフ。
【符号の説明】
【００２４】
１ 本発明支柱
11 支柱部材
12 モルタル
13 補強鉄筋
13a 主筋
13b フープ筋
２ 基礎
【技術分野】
【０００１】
本発明は単一断面形状の鋼管を用いて、複数の断面強度を有するように形成した支柱とその支柱の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
街路照明用支柱や落石防止柵，防護柵（ガイドレールを含む），フェンスなどの支柱は、その用途や設置現場における風荷重，衝突荷重，雪圧などの諸条件を勘案して検討した上で、使用する支柱に求められる各種荷重などに応じて、角形鋼管，丸鋼管，Ｈ型鋼などの中から使用する支柱部材の種類を選択すると共に、選択した支柱部材に必要な諸元（口径，肉厚，寸法など）を求めた上で使用する支柱を決定している。
【０００３】
上記のように支柱は、その使用目的や用途、或は、設置場所などの諸条件に応じて多種多様に設定された仕様の支柱を個々に製作する一方、製作した個々の支柱に適合する部品を、別途、予め数多く準備しなければならない煩しさがある。
【０００４】
しかし乍ら、単一断面形状，大きさの支柱部材に工夫を施して、複数の断面強度が任意に設定された支柱があれば、その支柱に対して使用される部品を共通化，標準化できるのみならず、所望の耐水平荷重に整えられた単一断面形状の支柱を提供することができるので、上述した様々な仕様の支柱を使用している分野においてきわめて有用であると考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで本発明が課題とするところは、単一の断面形状，太さの支柱部材であっても、複数の断面強度を設定可能な支柱を提供することを、その課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明支柱の構成は、支柱として用いる鋼管の内部に補強部材を挿填したことを特徴とするものである。本発明において、鋼管内部に挿填する補強部材は、モルタル、又は、モルタルと補強鉄筋である。
【０００７】
本発明支柱は、内部に挿填するモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、所要部位の断面強度を所望の強度に増強した単一断面形状で同じ大きさの支柱を形成することができる。
【０００８】
本発明支柱に用いる鋼管は、丸形，角形のいずれであってもよく、また、鋼管の種類も一般構造用角形鋼管を始めとし、各種用途用の炭素鋼管やステンレス鋼管であってもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明支柱は、支柱として用いる鋼管の内部に補強部材を挿填した構造としたので、単一断面形状，大きさの鋼管製の中空支柱の断面強度を所望の大きさに増大させることができるのみならず、補強部材の挿填深さを適宜選択することによって、必要な断面強度に増強する部位（高さ）を任意に設定することができる。従って、支柱の用途や設置場所の条件などが変っても、単一の断面形状，太さで内部に補強部材を装填した本発明支柱を用意するだけで足りるから、従来のように用途や設置条件によって断面形状や太さの異なる支柱部材の中から所要の支柱を選択する煩しさが解消され、また、支柱に使用される様々な部品を、単一形態化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に本発明支柱の実施の形態例について図に拠り説明する。図１は補強部材としてモルタルを支柱内部に挿填した本発明支柱の一例の断面図、図２は図１の支柱の要部を切開した拡大斜視図、図３は補強部材として鉄筋とモルタルを内部に挿填した本発明支柱の別例の断面図、図４は図３の支柱に挿填する補強鉄筋の一例の要部の斜視図、図５は図３の支柱の要部を切開した拡大斜視図、図６は本発明支柱の強度測定を説明する試験体の側面図、図７は本発明支柱の荷重-たわみ曲線を表したグラフである。
【００１１】
図１，図２において、Ｇは本発明支柱１を立設すべき地山で、本発明支柱１は、ここでは地山Ｇに埋設したコンクリート製の基礎２に立設されている。
【００１２】
図１，図２の本発明支柱１は、ここでは、一例として下部の約350mmの長さを基礎２の中に埋設した地上高さ（長さ）が約1500mmの一般構造用角形鋼管を支柱部材11として使用した。そして、この支柱部材11の内部に下端から任意の高さ（Ｘcm）までモルタル12を充填した。モルタル12の充填深さＸcmは、この支柱１の用途や設置場所の条件（例えば豪雪地帯であるか否かなどによる）などを勘案して設定すればよい。11aは支柱部材11の上端に被せたキャップである。
【００１３】
図３〜図５に例示した本発明支柱１の別例では、上記例のモルタル12の充填に加え、図４に例示したような補強鉄筋13をモルタル充填前の支柱部材11の内部に挿填してモルタル12を充填する構造とした。図４の補強鉄筋13は、一例としてJIS G3122 D６の主筋13aを矩形状の隅に４本立て、この４本の主筋13aに、JIS G3532の2.6φのフープ筋13bを一例として螺旋状に巻付けた形態とした。上記補強鉄筋13の高さ（Ｘcm）も、支柱部材11に充填するモルタル12の深さとの兼合いにより、その高さを決めればよい。
【００１４】
上記の補強鉄筋13において、主筋13aやフープ筋13bは、鉄筋コンクリート用棒鋼や鉄線に限られるものではなく、引張り強度が所要値以上であればどのような棒鋼，鉄線であっても構わない。
また、主筋13aの使用本数や太さ，外形も、モルタル12の充填を阻害せず、かつ、そのモルタル12との密着性が得られるものであれば足りる。従って、充填するモルタル12は、ミルクセメントや各種のコンクリートで代替してもよい。前記のコンクリートに配合する骨材は、粒子の小さいものが好ましい。支柱部材11の内部や補強鉄筋13の間に空隙が生じない充填が望まれるからである。
【００１５】
上述した本発明支柱１は、工場で製作することもできるが、支柱１を設置する現地においても製作可能である。また、本発明は、既設のフェンス等において使用されている中空支柱にも適用可能である。なお、補強鉄筋13は予め工場で製作しておき現地で支柱の内部に挿填することになるが、本発明はこれに限られるものではない。補強鉄筋13の現場製作もあるのである。
【００１６】
本発明による支柱１の強度が増強されることを確認するため、図６に例示したように長さ1850mmの一般構造用角形鋼管（60×60×2.3mm） STKR400（JIS G 3466）の３本を用意し、各鋼管（支柱部材）の下部350mmの長さ部分を根入れ部として基礎に相当する固定治具21によって地上に固定し、１本目はそのまま（内部中空のまま、試験体Ａ）、２本目は全長に亘りモルタルを充填したもの（試験体Ｂ）、３本目は一辺が略45mmの四角形の隅に配した長さ1700mmの４本の主筋（SD295A D6［JIS G 3112］）に、約40mmピッチでフープ筋（SWM−Ｐφ2.6［JIS G 3532］）を螺旋状に巻付けて形成した補強鉄筋を挿入して配し、この状態の鋼管内部にモルタルを充填したもの（試験体Ｃ）に形成した。
【００１７】
上記３本の支柱（試験体Ａ，Ｂ，Ｃ）のそれぞれの上端部近くに、荷重ＰkNの水平荷重を繰返しかけてたわみ量と座屈荷重を測定したところ、図７の荷重−たわみ曲線のグラフに示す結果が得られた。
【００１８】
図７に示す結果から判ることは、試験体Ａでは支柱脚部の局部座屈が、荷重2.8kNでたわみ量106.4mmのとき発生しているが、試験体Ｂ（モルタル充填）では、荷重3.8kNでたわみ量が148.2mmのとき生じ、試験体Ｃ（モルタル＋鉄筋）では荷重4.5kNでたわみ量179.0mmのとき生じていることである。つまり、補強部材を充填した支柱（試験体Ｂ，Ｃ）が中空のまま支柱（試験体Ａ）よりも、耐横荷重性能が高くなっていること、即ち、同じ横荷重においては、試験体Ｂ，Ｃのたわみ量が試験体Ａよりも小さく、また、試験体Ａが座屈してしまう荷重でも、試験体Ｂ，Ｃは単にたわみが生じるのみで局部座屈の兆候すら見られないことが明確に判る。
【００１９】
次に、上記と同様の全長Ｌ＝1850mmの一般構造用角形鋼管（STKR400、口径60×60，t23mm）に、根入れ部及び地上から高さ（深さ又は長さ）Ｙcmまで補強鉄筋とモルタルによる補強部材を充填した試験体支柱の上端部に水平荷重Ｐをかけて、本発明支柱における補強部材の深さ（長さ）Ｙと、当該鋼管の補強部材が充填されない部分Ｘ（＝Ｌ−Ｙ）の強度と、水平荷重Ｐとの関係を求めたところ、次の表のとおりであった。
【００２０】
【表１】
【００２１】
(1) ここで、Ｌ（1850mm）＝Ｘ＋Ｙ
(2) 補強部材の充填深さ（長さ）Ｙは、Ｙ＝1850mm−Ｘmm。
(3) 上記鋼管の断面係数9.44cm3×許容応力度4,000kgf/cm2
＝当該鋼管の補充部材が充填されない長さＸcm×水平荷重Ｐ
ここでＸ・Ｐ＝9.44×4,000であるから、Ｘ＝37.760kgf/Ｐとなる。
上記表から、充填部材の充填深さ（長さ）Ｙが約100cmの支柱では458kgfの水平荷重Ｐに耐え、Ｙが約90cm（支柱の半分長）の支柱でも400kgfの水平荷重Ｐに耐えたが、Ｙが350cm（即ち、地上部に補強部材の充填なし）の裸の支柱では約250kgf未満の水平荷重Ｐにしか耐えられなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明は以上の通りであって、街路照明灯用支柱や落石防止柵，防護柵（ガイドレールを含む），フェンスなどの支柱を、支柱の内部にモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋を充填すると共に、充填するモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、単一の断面形状，太さの鋼管を、断面強度が種々異なる支柱に形成することがができるので、水平荷重が種々異なる分野でも単一形態の支柱を使用することができ、産業上きわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】補強部材としてモルタルを支柱内部に挿填した本発明支柱の一例の断面図。
【図２】図１の支柱の要部を切開した拡大斜視図。
【図３】補強部材として鉄筋とモルタルを内部に挿填した本発明支柱の別例の断面図。
【図４】図３の支柱に挿填する補強鉄筋の一例の要部の斜視図。
【図５】図３の支柱の要部を切開した拡大斜視図。
【図６】本発明支柱の強度測定を説明する試験体の側面図。
【図７】本発明支柱の荷重-たわみ曲線を表したグラフ。
【符号の説明】
【００２４】
１ 本発明支柱
11 支柱部材
12 モルタル
13 補強鉄筋
13a 主筋
13b フープ筋
２ 基礎
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支柱として用いる鋼管の内部に補強部材を挿填したことを特徴とする支柱。
【請求項２】
補強部材は、モルタル、又は、モルタルと補強鉄筋である請求項１の支柱。
【請求項３】
支柱の内部に挿填するモルタルの支柱長に対する深さを加減することにより、所要部位の断面強度を調整して増強した請求項１又は２の支柱。
【請求項４】
支柱の内部に挿填するモルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、所要部位の断面強度を調整して増強した請求項１又は２の支柱。
【請求項５】
支柱の内部にモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋を挿填すると共に、前記モルタル、又は、モルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、所要部位の断面強度を調整して増強する支柱の製造方法。
【請求項１】
支柱として用いる鋼管の内部に補強部材を挿填したことを特徴とする支柱。
【請求項２】
補強部材は、モルタル、又は、モルタルと補強鉄筋である請求項１の支柱。
【請求項３】
支柱の内部に挿填するモルタルの支柱長に対する深さを加減することにより、所要部位の断面強度を調整して増強した請求項１又は２の支柱。
【請求項４】
支柱の内部に挿填するモルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、所要部位の断面強度を調整して増強した請求項１又は２の支柱。
【請求項５】
支柱の内部にモルタル、又は、モルタルと補強鉄筋を挿填すると共に、前記モルタル、又は、モルタルと補強鉄筋の支柱長に対する深さ又は長さを加減することにより、所要部位の断面強度を調整して増強する支柱の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−３１６４１４（Ｐ２００６−３１６４１４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３７０６１（Ｐ２００５−１３７０６１）
【出願日】平成１７年５月１０日（２００５．５．１０）
【出願人】（３９５００５４０２）株式会社小財スチール (4)
【出願人】（５９９０５９１８４）株式会社ラグ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月１０日（２００５．５．１０）
【出願人】（３９５００５４０２）株式会社小財スチール (4)
【出願人】（５９９０５９１８４）株式会社ラグ (1)
【Ｆターム（参考）】
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