耐荷材
【課題】曲げモーメントに対する耐力の高い耐荷材を提供する。
【解決手段】断面円形の金属製外管２と、この外管２内に配置された断面円形の複数の内部鋼管３，３Ａとを備え、外管２の内面21と内部鋼管３，３Ａの外面との間に硬化型充填材５を充填した耐荷材において、外管２の中心に内部鋼管３を配置し、この中心の内部鋼管３を囲んで複数の内部鋼管３Ａを配置し、これら周囲の内部鋼管３Ａの内部に硬化型充填材５を充填する。複数の内部鋼管３，３Ａにより耐力が向上し、しかも、周囲の内部鋼管３Ａに充填された充填材５は、外管２より小径な内部鋼管３Ａにより拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部鋼管３Ａに拘束された充填材５が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【解決手段】断面円形の金属製外管２と、この外管２内に配置された断面円形の複数の内部鋼管３，３Ａとを備え、外管２の内面21と内部鋼管３，３Ａの外面との間に硬化型充填材５を充填した耐荷材において、外管２の中心に内部鋼管３を配置し、この中心の内部鋼管３を囲んで複数の内部鋼管３Ａを配置し、これら周囲の内部鋼管３Ａの内部に硬化型充填材５を充填する。複数の内部鋼管３，３Ａにより耐力が向上し、しかも、周囲の内部鋼管３Ａに充填された充填材５は、外管２より小径な内部鋼管３Ａにより拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部鋼管３Ａに拘束された充填材５が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐荷材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の耐荷材を用いるものとして防護構造物が知られており、この防護構造物として、落石，雪崩，崩壊土砂等の防護構造物などでは、所定の間隔で支柱を設け、各支柱の間に水平ロープ材を設け、各支柱間を水平ロープ材に掛止させたワイヤ製のネットで遮蔽した防護柵（例えば特許文献１）や、各支柱間にコンクリート製や金属製などからなる横杆を多段に設けた防護柵や、斜面に所定の間隔を隔てて立設され、防護ネットを張り巡らす防護柵用支柱において、支柱の下端が斜面に載置され、斜面に設けたアンカーと前記支柱の下部の間が据付用ロープで接続されて位置決めされている支柱を用いる防護柵（例えば特許文献２）や、前記アンカーと支柱の上部及び下部との間を据付用ロープで接続した吊柵式の防護柵（例えば特許文献３）などが知られており、前記支柱には鋼管が用いられている。
【０００３】
また、斜面に形成した擁壁と、前記擁壁を貫通して地山に挿入し、擁壁から突出する部位を片持式に支持する主構部材と、前記擁壁から張り出た主構部材間に設けた床版とにより構成した防護構造物（例えば特許文献４）があり、前記主構造材には鋼管が用いられている。
【０００４】
上記のように防護構造物の部材には、鋼管が用いられており、さらに、落石防止柵の支柱において、シース材で被覆されたアンポンドタイプのＰＣ鋼材を配置すると共に、鋼管内にコンクリートを充填して製作したもの（例えば特許文献５）や、二重鋼管の内部にそれぞれ充填材を充填し、その充填材としてセメントミルクやモルタルなどを用いたもの（例えば特許文献６）などが知られている。
【０００５】
さらに、超高層建物などの建築物の柱として、外部鋼管と内部鋼管の隙間及び内部鋼管の内部にコンクリートを充填した充填鋼管構造（例えば特許文献７）や、外側鋼管と内側鋼管との間および内側鋼管内にコンクリートを充填して形成したコンクリート重点鋼管柱（例えば特許文献８）などが知られている。
【０００６】
上記特許文献のように、内部にコンクリートなどの充填材を充填した充填鋼管では、中空の鋼管に比べて、剛性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７３２２１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４８５１５号公報（段落００１３段）
【特許文献３】特開平８−１８４０１４号公報
【特許文献４】特開２００１−３２３４１６号公報
【特許文献５】特開平６−１４６２２５号公報
【特許文献６】特開平９−２０３０３６号公報
【特許文献７】特開２００３−３１３９５０号公報
【特許文献８】特開２００２−２２７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような充填鋼管が衝撃力などの荷重を受け、曲げモーメントにより歪みが発生すると、断面における変形が起こり難く、圧縮力が発生する断面側では、その圧縮力に対して圧縮応力の高いコンクリートが対抗して強度を確保している。しかし、従来のように外部鋼管と内部鋼管とからなる二重鋼管において、外部鋼管と内部鋼管の隙間及び内部鋼管の内部にコンクリートを充填しただけでは、コンクリートの圧縮強度を耐荷材の耐力向上のために十分に利用しているとは言えず、コンクリートなどの充填材の充填により曲げモーメントの耐力を効果的に向上する構造が望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、曲げモーメントに対する耐力の高い耐荷材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、断面円形の金属製外管と、この外管内に配置された断面円形の複数の金属製内部管とを備え、前記外管の内面と前記内部管の外面との間に硬化型充填材を充填した耐荷材において、前記外管の中心に内部管を配置し、この中心の内部管を囲んで複数の内部管を配置し、これら周囲の内部管の内部に硬化型充填材を充填したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、複数の内部管により耐力が向上し、しかも、周囲の内部管に充填された充填材は、外管より小径な内部管により拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部管に拘束された充填材が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力が向上する。
【００１２】
（２）また、本発明は、前記中心の内部管の周囲に複数の内部管を同心円状に配置したことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、断面円形の外管と、中心の内部管と、中心の内部管の周囲に同心円状に配置した周囲の内部管との組み合わせにより、全方向において略均等な強度を有するものとなる。
【００１４】
（３）また、本発明は、前記中心の内部管より前記周囲の内部管の引張強度が高いことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、引張領域側の内部管が対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上できる。また、周囲の内部管によるコンクリートの拘束力を高めることができる。
【００１６】
（４）また、本発明は、前記中心の内部管より前記周囲の内部管が肉厚であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、周囲の内部管の引張強度を向上することができる。
【００１８】
（５）また、本発明は、前記中心の内部管より前記周囲の内部管に充填した硬化型充填材の圧縮強度が高いことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、内部管内の硬化型充填材が圧縮領域側において対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【００２０】
（６）また、本発明は、前記中心の内部管が前記周囲の内部管より大径であることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、大径の外管において、中心の内部管を大径にすることにより、周囲の内部鋼管を引張応力と圧縮応力の高い断面の外管側に配置し、それら応力に対抗することができる。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成によれば、複数の内部管により耐力が向上し、しかも、周囲の内部管に充填された充填材は、外管より小径な内部管により拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部管に拘束された充填材が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力の高い耐荷材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１の断面図である。
【図２】同上、実施品の曲げモーメントと曲率の関係を示すグラフ図である。
【図３】同上、比較品の曲げモーメントと曲率の関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施例２の断面図である。
【図５】本発明の実施例３の断面図である。
【図６】本発明の実施例４の断面図である。
【図７】本発明の実施例５の断面図である。
【図８】本発明の実施例６の断面図である。
【図９】本発明の実施例７の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な耐荷材を採用することにより、従来にない耐荷材が得られ、その耐荷材について記述する。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の実施例１について、図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、耐荷材１は、鋼管からなる外管２と、この外管２内に配置された複数の金属製内部管たる内部鋼管３，３Ａ…と、内部に充填された硬化型充填材５とを備える。前記内部鋼管３は外管２の中心に配置され、この中心の内部鋼管３の周囲を囲むように複数の前記周囲の内部鋼管３Ａ…を配置し、この例では、前記周囲の内部鋼管３Ａ…は同心円状に配置され、図１に示す断面がその略全長に形成されている。尚、同心円状とは、複数の内部鋼管３Ａ…の中心を結ぶ仮想円と、中心の内部鋼管３とが同心円をなすことを意味する。
【００２６】
尚、この例では、内部鋼管３，３Ａ…はいずれも同一構成の鋼管であって、一般的に前記外管２より肉厚が薄い。また、前記外管内において前記内部鋼管３，３Ａ…は前記スペーサ（図示せず）などの位置決め手段により位置決めされている。
【００２７】
前記中心の内部鋼管３は断面が円形で、中空状をなし、複数の前記周囲の内部鋼管３Ａ…を近接して略六角形のハニカム状に配置し、それら周方向に隣合う内部鋼管３Ａ，３Ａ…同士の外面31が接すると共に、中心の内部鋼管３に周囲の内部鋼管３が接するように配置している。具体的には、前記外管２の中心に、１本の内部鋼管３を配置し、この中心の内部鋼管３Ａの外面31に接するように６本（偶数本）の内部鋼管３Ａ，３Ａ…を配置し、これら６本の内部鋼管３Ａ，３Ａ…同士は隣り合うもの同士が接し、耐荷材１の断面は点対称なす。したがって、中心の内部鋼管３は、６本の周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…と接し、これら６本の周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…に囲まれた範囲内に、前記中心の内部鋼管３が位置する。
【００２８】
また、周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…の外面31と外管２の内面21との間には10mm以下の隙間が設けられ、周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…の外面31と外管２の内面21とは非接触状態となっている。
【００２９】
前記中心の内部鋼管３の内部を除いて前記耐荷材１の内部には、充填後経時的に硬化する前記硬化型充填材５が充填されている。すなわち、外嵌２の内面21と内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…の外面31の間の第１充填空間６と、内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…の間の第２充填空間７と、前記周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…の内部に充填材５を充填し、前記中心の内部鋼管３の内部には、充填材５は充填していない。前記充填材５としては、セメント系の充填材が例示され、例えば、無収縮モルタル，コンクリートなどが用いられ、その他に、経時的に固化あるいは形状が決まる充填材であれば各種のものを用いることができる。
【００３０】
この場合、中心の内部鋼管３は、耐荷材１に曲げ応力が発生した場合の中立軸にあるから、強度を上げる面からは内部に硬化型充填材５を充填する必要はなく、材料費の削減が可能となる。勿論、中心の内部鋼管３に硬化型充填材５を充填してもよく、或いは非硬化型充填材を充填してもよい。
【００３１】
次に、実施例に基く実施品と比較品の耐力について説明する。計算に用いた材料について説明すると、図１に示した実施品は、外管２は外径２１６．３ミリ，肉厚１０．３ミリの鋼管であり、内部鋼管３，３Ａは外径６０．５ミリ，肉厚３．８ミリであり、充填材はモルタルである。比較品は、周囲の内部鋼管３Ａに充填材５を充填しない以外、実施品と同一なものである。尚、鋼管はいずれもＳＴＫ４００（一般構造用炭素鋼鋼管）を用いた。
【００３２】
支柱断面耐力の計算は、断面分割法により耐力を算出した。実施品において、内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…で囲まれた空間の数（第２充填空間７の数）は６個、充填材５の平均厚さは６７．６ｍｍ、充填材５の半径方向の分割数は１０分割である。また、比較品において、内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…で囲まれた空間の数は６個、充填材５の平均厚さは１６．０７ｍｍ、充填材５の半径方向の分割数は２分割である。尚、実施品及び比較品とも、長さ４．５メートルと仮定し、中央に荷重が加わる載荷点とした。
【００３３】
設計に用いた基準曲げ耐力は、実験による変形状態から定めた終局曲げ耐力の９０％値と、鋼管の歪から決定される塑性率εa／εy＜５を比較し、小さい値を採用する。ここで、鋼管の許容歪εaは５８７５μ、鋼管の降伏歪εyは１１７５μである。
【００３４】
計算により得られた実施品と比較品の結果を図２と図３にそれぞれ示し、これら図２及び図３は、いずれも縦軸に曲げモーメント、横軸に耐荷材の曲率を採ったグラフであり、実施品は比例範囲が大きく、耐力が高いことが分かる。また、実施品は、最大曲げモーメントが２５０ｋＮ-ｍ程度であるのに対して、比較品は、１６５ｋＮ-ｍ程度であり、６本の内部鋼管３Ａに充填材５を入れるだけで、最大曲げモーメントが１．５倍となった。
【００３５】
このように本実施例では、断面円形の金属製外管２と、この外管２内に配置された断面円形の複数の金属製内部管たる内部鋼管３，３Ａとを備え、外管２の内面21と内部鋼管３，３Ａの外面との間に硬化型充填材５を充填した耐荷材において、外管２の中心に内部鋼管３を配置し、この中心の内部鋼管３を囲んで複数の内部鋼管３Ａを配置し、これら周囲の内部鋼管３Ａの内部に硬化型充填材５を充填したから、複数の内部鋼管３，３Ａにより耐力が向上し、しかも、周囲の内部鋼管３Ａに充填された充填材５は、外管２より小径な内部鋼管３Ａにより拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部鋼管３Ａに拘束された充填材５が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【００３６】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３の周囲に複数の内部管たる内部鋼管３Ａを同心円状に配置したから、断面円形の外管２と、中心の内部鋼管３と、中心の内部鋼管３の周囲に同心円状に配置した周囲の内部鋼管３Ａとの組み合わせにより、全方向において略均等な強度を有するものとなる。
【００３７】
また、実施例上の効果として、曲げ応力が発生した場合の中立軸に位置する中心の内部鋼管３は、硬化型充填材５を充填しないから、材料費を削減することができる。
【実施例２】
【００３８】
図４は本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、中心の内部鋼管３に比べて６本の周囲の内部鋼管３Ａの厚さを厚く設定しており、内部鋼管３，３Ａは同一材質からなるから、周囲の内部鋼管３Ａが中央の内部鋼管３より強度が高く、引張強度も高い。特に、モルタル等の硬化型充填材５に比べて鋼管は引張強度が高いから、耐荷材１の引張領域における耐力を向上できる。
【００３９】
このように本実施例では、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。
【００４０】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３より周囲の内部管たる内部鋼管３Ａの引張強度が高いから、引張領域側の内部鋼管３Ａが対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上でき、また、周囲の内部鋼管３Ａによるコンクリートの拘束力を高めることができ、これにより圧縮力に対する耐力を向上できる。
【００４１】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３Ａより周囲の内部管たる内部鋼管３Ａが肉厚であるから、周囲の内部鋼管３Ａの引張強度を向上することができる。
【実施例３】
【００４２】
図５は本発明の実施例３を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、前記第１及び第２充填空間６，７の充填材５に比べて圧縮強度の高い充填材５Ａを、周囲の内部鋼管３Ａ内に充填している。
【００４３】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００４４】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３に充填した硬化型充填材５の圧縮強度より周囲の内部管たる内部鋼管３Ａに充填した硬化型充填材５Ａの圧縮強度が高いから、内部鋼管３Ａ内の硬化型充填材５Ａが圧縮領域側において対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【００４５】
また、前記実施例２において、前記第１及び第２充填空間６，７の充填材５に比べて圧縮強度の高い充填材５Ａを、周囲の内部鋼管３内に充填してもよく、この場合、一層、耐荷材１の耐力を向上することができる。
【実施例４】
【００４６】
中心の内部鋼管が周囲より大径 強度には触れない。
図６は本発明の実施例４を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、実施例１より外管２が大径であって、中心の内部鋼管３Ｂの直径が周囲の内部鋼管３Ａの直径より大きく、中心の内部鋼管３Ｂの同心円上に前記周囲の内部鋼管３Ａを配置している。また、中心の内部鋼管３Ｂには充填材を充填していない。即ち、外管２の内面21と周囲の内管３Ａの外面31の間の第４の充填空間６Ａと、周囲の内管３Ａの外面31と中心の内部鋼管３Ｂの外面との間の第５の充填空間７Ａと、周囲の内部鋼管３Ａの内部とに充填材５を充填している。
【００４７】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００４８】
また、このように本実施例では、前記中心の内部管たる内部鋼管３Ｂが周囲の内部管たる内部鋼管３Ａより大径であるから、大径の外管２において、中心の内部鋼管を大径にすることにより、周囲の内部鋼管３Ａを引張応力と圧縮応力の高い断面の外管２側に配置し、それら応力に対抗することができる。
【００４９】
また、実施例上の効果として、中心の内部鋼管３Ｂに充填材を充填しないから、材料費を削減することができる。さらに、内部鋼管３Ｂの外径が外管２の外径の１/２以上であるから、周囲の内部鋼管３Ａが引張応力と圧縮応力の高い断面の外管２側に配置され、曲げモーメントへの耐力を向上することができる。
【実施例５】
【００５０】
図７は本発明の実施例５を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例５において、前記第４及び第５充填空間６Ａ，７Ａの充填材５に比べて圧縮強度の高い充填材５Ａを、周囲の内部鋼管３Ａ内に充填している。
【００５１】
また、実施例１と同様に、中心の内部鋼管３Ｂ内の部に硬化型充填材５を充填する必要はなく、材料費の削減が可能となる。勿論、中心の内部鋼管３に硬化型充填材５を充填してもよく、或いは非硬化型充填材を充填してもよい。
【００５２】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００５３】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３に充填した硬化型充填材５より周囲の内部管たる内部鋼管３Ａに充填した硬化型充填材５Ａの圧縮強度が高いから、内部鋼管３Ａ内の硬化型充填材５Ａが圧縮領域側において対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【実施例６】
【００５４】
図８は本発明の実施例６を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、大径な前記中心の内部鋼管３Ｂの内部に、前記小径な内部鋼管３を配置し、これら内部鋼管３，３Ｂの間が第３充填空間８であり、この第３充填空間８にも充填材５を充填している。
【００５５】
したがって、同心円をなす中心の内部鋼管３と内部鋼管３Ｂと外管２とにより三重鋼管を構成し、内部鋼管３Ｂと外管２との間に内部鋼管３Ａを配置している。
【００５６】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００５７】
また、このように本実施例では、第３充填空間８に充填した充填材５により、耐力が向上し、特に曲げモーメントにより生じる圧縮応力に対する耐力がさらに向上する。
【００５８】
また、実施例上の効果として、周囲の内部鋼管３Ａに充填する充填材５Ａの圧縮強度を、他の充填材５の圧縮強度より高くすれば、内部鋼管３Ａ内の充填材５Ａが圧縮力に対抗して曲げ耐力を向上することができる。
【実施例７】
【００５９】
図９は本発明の実施例７を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例６において、前記内部鋼管３，３Ｂの間に周囲の内部鋼管３Ａを配置している。
【００６０】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏し、また、この例では、外管２及び内部鋼管３Ｂの間に配置した周囲の内部鋼管３Ａ…と、内部鋼管３Ｂ，３の間に配置した周囲の内部鋼管３Ａ…と、充填材５とにより、曲げ耐力に優れた耐荷材１を提供することができる。
【００６１】
また、実施例上の効果として、大径な内部鋼管３Ｂの周囲の内部鋼管３Ａに、他より圧縮強度の高い充填材５Ａを充填したり、大径な内部鋼管３Ｂの周囲の内部鋼管３Ａ及び中心の内部鋼管３の周囲の内部鋼管３Ａに、他より圧縮強度の高い充填材５Ａを充填したりすれば、圧縮強度の高い充填材５Ａが内部鋼管３Ａにより拘束されることにより、圧縮力に対する耐力の高い耐荷材１を提供することができる。
【００６２】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、実施例では、外管及び内部管に鋼管を用いた例を示したが、外管及び内部管は鉄以外でも、アルミニウム，ステンレスまたはこれらの合金であってもよく、各種金属製のものを用いることができる。また、外管の外面は必ずしも露出している必要はなく、例えば二重鋼管の内側の鋼管に本発明の耐荷材を用いてもよい。さらに、本発明の耐荷材は、背景技術で説明した落石，雪崩，崩壊土砂等の防護構造物の支柱は梁部材以外でも、各種の構造物の材料として使用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 耐荷材
２ 外管
21 内面
３ 内部鋼管（中心の内部管）
３Ａ 内部鋼管
31 外面
３Ｂ 大径な内部鋼管
５ 硬化型充填材
５Ａ 硬化型充填材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐荷材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の耐荷材を用いるものとして防護構造物が知られており、この防護構造物として、落石，雪崩，崩壊土砂等の防護構造物などでは、所定の間隔で支柱を設け、各支柱の間に水平ロープ材を設け、各支柱間を水平ロープ材に掛止させたワイヤ製のネットで遮蔽した防護柵（例えば特許文献１）や、各支柱間にコンクリート製や金属製などからなる横杆を多段に設けた防護柵や、斜面に所定の間隔を隔てて立設され、防護ネットを張り巡らす防護柵用支柱において、支柱の下端が斜面に載置され、斜面に設けたアンカーと前記支柱の下部の間が据付用ロープで接続されて位置決めされている支柱を用いる防護柵（例えば特許文献２）や、前記アンカーと支柱の上部及び下部との間を据付用ロープで接続した吊柵式の防護柵（例えば特許文献３）などが知られており、前記支柱には鋼管が用いられている。
【０００３】
また、斜面に形成した擁壁と、前記擁壁を貫通して地山に挿入し、擁壁から突出する部位を片持式に支持する主構部材と、前記擁壁から張り出た主構部材間に設けた床版とにより構成した防護構造物（例えば特許文献４）があり、前記主構造材には鋼管が用いられている。
【０００４】
上記のように防護構造物の部材には、鋼管が用いられており、さらに、落石防止柵の支柱において、シース材で被覆されたアンポンドタイプのＰＣ鋼材を配置すると共に、鋼管内にコンクリートを充填して製作したもの（例えば特許文献５）や、二重鋼管の内部にそれぞれ充填材を充填し、その充填材としてセメントミルクやモルタルなどを用いたもの（例えば特許文献６）などが知られている。
【０００５】
さらに、超高層建物などの建築物の柱として、外部鋼管と内部鋼管の隙間及び内部鋼管の内部にコンクリートを充填した充填鋼管構造（例えば特許文献７）や、外側鋼管と内側鋼管との間および内側鋼管内にコンクリートを充填して形成したコンクリート重点鋼管柱（例えば特許文献８）などが知られている。
【０００６】
上記特許文献のように、内部にコンクリートなどの充填材を充填した充填鋼管では、中空の鋼管に比べて、剛性を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１７３２２１号公報
【特許文献２】特開２０００−２４８５１５号公報（段落００１３段）
【特許文献３】特開平８−１８４０１４号公報
【特許文献４】特開２００１−３２３４１６号公報
【特許文献５】特開平６−１４６２２５号公報
【特許文献６】特開平９−２０３０３６号公報
【特許文献７】特開２００３−３１３９５０号公報
【特許文献８】特開２００２−２２７３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような充填鋼管が衝撃力などの荷重を受け、曲げモーメントにより歪みが発生すると、断面における変形が起こり難く、圧縮力が発生する断面側では、その圧縮力に対して圧縮応力の高いコンクリートが対抗して強度を確保している。しかし、従来のように外部鋼管と内部鋼管とからなる二重鋼管において、外部鋼管と内部鋼管の隙間及び内部鋼管の内部にコンクリートを充填しただけでは、コンクリートの圧縮強度を耐荷材の耐力向上のために十分に利用しているとは言えず、コンクリートなどの充填材の充填により曲げモーメントの耐力を効果的に向上する構造が望まれている。
【０００９】
そこで、本発明は、曲げモーメントに対する耐力の高い耐荷材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、断面円形の金属製外管と、この外管内に配置された断面円形の複数の金属製内部管とを備え、前記外管の内面と前記内部管の外面との間に硬化型充填材を充填した耐荷材において、前記外管の中心に内部管を配置し、この中心の内部管を囲んで複数の内部管を配置し、これら周囲の内部管の内部に硬化型充填材を充填したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、複数の内部管により耐力が向上し、しかも、周囲の内部管に充填された充填材は、外管より小径な内部管により拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部管に拘束された充填材が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力が向上する。
【００１２】
（２）また、本発明は、前記中心の内部管の周囲に複数の内部管を同心円状に配置したことを特徴とする。
【００１３】
上記構成によれば、断面円形の外管と、中心の内部管と、中心の内部管の周囲に同心円状に配置した周囲の内部管との組み合わせにより、全方向において略均等な強度を有するものとなる。
【００１４】
（３）また、本発明は、前記中心の内部管より前記周囲の内部管の引張強度が高いことを特徴とする。
【００１５】
上記構成によれば、引張領域側の内部管が対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上できる。また、周囲の内部管によるコンクリートの拘束力を高めることができる。
【００１６】
（４）また、本発明は、前記中心の内部管より前記周囲の内部管が肉厚であることを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、周囲の内部管の引張強度を向上することができる。
【００１８】
（５）また、本発明は、前記中心の内部管より前記周囲の内部管に充填した硬化型充填材の圧縮強度が高いことを特徴とする。
【００１９】
上記構成によれば、内部管内の硬化型充填材が圧縮領域側において対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【００２０】
（６）また、本発明は、前記中心の内部管が前記周囲の内部管より大径であることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、大径の外管において、中心の内部管を大径にすることにより、周囲の内部鋼管を引張応力と圧縮応力の高い断面の外管側に配置し、それら応力に対抗することができる。
【発明の効果】
【００２２】
上記構成によれば、複数の内部管により耐力が向上し、しかも、周囲の内部管に充填された充填材は、外管より小径な内部管により拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部管に拘束された充填材が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力の高い耐荷材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１の断面図である。
【図２】同上、実施品の曲げモーメントと曲率の関係を示すグラフ図である。
【図３】同上、比較品の曲げモーメントと曲率の関係を示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施例２の断面図である。
【図５】本発明の実施例３の断面図である。
【図６】本発明の実施例４の断面図である。
【図７】本発明の実施例５の断面図である。
【図８】本発明の実施例６の断面図である。
【図９】本発明の実施例７の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。各実施例では、従来とは異なる新規な耐荷材を採用することにより、従来にない耐荷材が得られ、その耐荷材について記述する。
【実施例１】
【００２５】
以下、本発明の実施例１について、図１〜図３を参照して説明する。図１に示すように、耐荷材１は、鋼管からなる外管２と、この外管２内に配置された複数の金属製内部管たる内部鋼管３，３Ａ…と、内部に充填された硬化型充填材５とを備える。前記内部鋼管３は外管２の中心に配置され、この中心の内部鋼管３の周囲を囲むように複数の前記周囲の内部鋼管３Ａ…を配置し、この例では、前記周囲の内部鋼管３Ａ…は同心円状に配置され、図１に示す断面がその略全長に形成されている。尚、同心円状とは、複数の内部鋼管３Ａ…の中心を結ぶ仮想円と、中心の内部鋼管３とが同心円をなすことを意味する。
【００２６】
尚、この例では、内部鋼管３，３Ａ…はいずれも同一構成の鋼管であって、一般的に前記外管２より肉厚が薄い。また、前記外管内において前記内部鋼管３，３Ａ…は前記スペーサ（図示せず）などの位置決め手段により位置決めされている。
【００２７】
前記中心の内部鋼管３は断面が円形で、中空状をなし、複数の前記周囲の内部鋼管３Ａ…を近接して略六角形のハニカム状に配置し、それら周方向に隣合う内部鋼管３Ａ，３Ａ…同士の外面31が接すると共に、中心の内部鋼管３に周囲の内部鋼管３が接するように配置している。具体的には、前記外管２の中心に、１本の内部鋼管３を配置し、この中心の内部鋼管３Ａの外面31に接するように６本（偶数本）の内部鋼管３Ａ，３Ａ…を配置し、これら６本の内部鋼管３Ａ，３Ａ…同士は隣り合うもの同士が接し、耐荷材１の断面は点対称なす。したがって、中心の内部鋼管３は、６本の周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…と接し、これら６本の周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…に囲まれた範囲内に、前記中心の内部鋼管３が位置する。
【００２８】
また、周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…の外面31と外管２の内面21との間には10mm以下の隙間が設けられ、周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…の外面31と外管２の内面21とは非接触状態となっている。
【００２９】
前記中心の内部鋼管３の内部を除いて前記耐荷材１の内部には、充填後経時的に硬化する前記硬化型充填材５が充填されている。すなわち、外嵌２の内面21と内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…の外面31の間の第１充填空間６と、内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…の間の第２充填空間７と、前記周囲の内部鋼管３Ａ，３Ａ…の内部に充填材５を充填し、前記中心の内部鋼管３の内部には、充填材５は充填していない。前記充填材５としては、セメント系の充填材が例示され、例えば、無収縮モルタル，コンクリートなどが用いられ、その他に、経時的に固化あるいは形状が決まる充填材であれば各種のものを用いることができる。
【００３０】
この場合、中心の内部鋼管３は、耐荷材１に曲げ応力が発生した場合の中立軸にあるから、強度を上げる面からは内部に硬化型充填材５を充填する必要はなく、材料費の削減が可能となる。勿論、中心の内部鋼管３に硬化型充填材５を充填してもよく、或いは非硬化型充填材を充填してもよい。
【００３１】
次に、実施例に基く実施品と比較品の耐力について説明する。計算に用いた材料について説明すると、図１に示した実施品は、外管２は外径２１６．３ミリ，肉厚１０．３ミリの鋼管であり、内部鋼管３，３Ａは外径６０．５ミリ，肉厚３．８ミリであり、充填材はモルタルである。比較品は、周囲の内部鋼管３Ａに充填材５を充填しない以外、実施品と同一なものである。尚、鋼管はいずれもＳＴＫ４００（一般構造用炭素鋼鋼管）を用いた。
【００３２】
支柱断面耐力の計算は、断面分割法により耐力を算出した。実施品において、内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…で囲まれた空間の数（第２充填空間７の数）は６個、充填材５の平均厚さは６７．６ｍｍ、充填材５の半径方向の分割数は１０分割である。また、比較品において、内部鋼管３，３Ａ，３Ａ…で囲まれた空間の数は６個、充填材５の平均厚さは１６．０７ｍｍ、充填材５の半径方向の分割数は２分割である。尚、実施品及び比較品とも、長さ４．５メートルと仮定し、中央に荷重が加わる載荷点とした。
【００３３】
設計に用いた基準曲げ耐力は、実験による変形状態から定めた終局曲げ耐力の９０％値と、鋼管の歪から決定される塑性率εa／εy＜５を比較し、小さい値を採用する。ここで、鋼管の許容歪εaは５８７５μ、鋼管の降伏歪εyは１１７５μである。
【００３４】
計算により得られた実施品と比較品の結果を図２と図３にそれぞれ示し、これら図２及び図３は、いずれも縦軸に曲げモーメント、横軸に耐荷材の曲率を採ったグラフであり、実施品は比例範囲が大きく、耐力が高いことが分かる。また、実施品は、最大曲げモーメントが２５０ｋＮ-ｍ程度であるのに対して、比較品は、１６５ｋＮ-ｍ程度であり、６本の内部鋼管３Ａに充填材５を入れるだけで、最大曲げモーメントが１．５倍となった。
【００３５】
このように本実施例では、断面円形の金属製外管２と、この外管２内に配置された断面円形の複数の金属製内部管たる内部鋼管３，３Ａとを備え、外管２の内面21と内部鋼管３，３Ａの外面との間に硬化型充填材５を充填した耐荷材において、外管２の中心に内部鋼管３を配置し、この中心の内部鋼管３を囲んで複数の内部鋼管３Ａを配置し、これら周囲の内部鋼管３Ａの内部に硬化型充填材５を充填したから、複数の内部鋼管３，３Ａにより耐力が向上し、しかも、周囲の内部鋼管３Ａに充填された充填材５は、外管２より小径な内部鋼管３Ａにより拘束されているため、荷重を受けて曲げモーメントが発生し、断面圧縮領域に圧縮力が加わると、この圧縮力に対して周囲の内部鋼管３Ａに拘束された充填材５が対抗することにより、曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【００３６】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３の周囲に複数の内部管たる内部鋼管３Ａを同心円状に配置したから、断面円形の外管２と、中心の内部鋼管３と、中心の内部鋼管３の周囲に同心円状に配置した周囲の内部鋼管３Ａとの組み合わせにより、全方向において略均等な強度を有するものとなる。
【００３７】
また、実施例上の効果として、曲げ応力が発生した場合の中立軸に位置する中心の内部鋼管３は、硬化型充填材５を充填しないから、材料費を削減することができる。
【実施例２】
【００３８】
図４は本発明の実施例２を示し、上記実施例１と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、中心の内部鋼管３に比べて６本の周囲の内部鋼管３Ａの厚さを厚く設定しており、内部鋼管３，３Ａは同一材質からなるから、周囲の内部鋼管３Ａが中央の内部鋼管３より強度が高く、引張強度も高い。特に、モルタル等の硬化型充填材５に比べて鋼管は引張強度が高いから、耐荷材１の引張領域における耐力を向上できる。
【００３９】
このように本実施例では、上記実施例１と同様な作用・効果を奏する。
【００４０】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３より周囲の内部管たる内部鋼管３Ａの引張強度が高いから、引張領域側の内部鋼管３Ａが対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上でき、また、周囲の内部鋼管３Ａによるコンクリートの拘束力を高めることができ、これにより圧縮力に対する耐力を向上できる。
【００４１】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３Ａより周囲の内部管たる内部鋼管３Ａが肉厚であるから、周囲の内部鋼管３Ａの引張強度を向上することができる。
【実施例３】
【００４２】
図５は本発明の実施例３を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、前記第１及び第２充填空間６，７の充填材５に比べて圧縮強度の高い充填材５Ａを、周囲の内部鋼管３Ａ内に充填している。
【００４３】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００４４】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３に充填した硬化型充填材５の圧縮強度より周囲の内部管たる内部鋼管３Ａに充填した硬化型充填材５Ａの圧縮強度が高いから、内部鋼管３Ａ内の硬化型充填材５Ａが圧縮領域側において対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【００４５】
また、前記実施例２において、前記第１及び第２充填空間６，７の充填材５に比べて圧縮強度の高い充填材５Ａを、周囲の内部鋼管３内に充填してもよく、この場合、一層、耐荷材１の耐力を向上することができる。
【実施例４】
【００４６】
中心の内部鋼管が周囲より大径 強度には触れない。
図６は本発明の実施例４を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、実施例１より外管２が大径であって、中心の内部鋼管３Ｂの直径が周囲の内部鋼管３Ａの直径より大きく、中心の内部鋼管３Ｂの同心円上に前記周囲の内部鋼管３Ａを配置している。また、中心の内部鋼管３Ｂには充填材を充填していない。即ち、外管２の内面21と周囲の内管３Ａの外面31の間の第４の充填空間６Ａと、周囲の内管３Ａの外面31と中心の内部鋼管３Ｂの外面との間の第５の充填空間７Ａと、周囲の内部鋼管３Ａの内部とに充填材５を充填している。
【００４７】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００４８】
また、このように本実施例では、前記中心の内部管たる内部鋼管３Ｂが周囲の内部管たる内部鋼管３Ａより大径であるから、大径の外管２において、中心の内部鋼管を大径にすることにより、周囲の内部鋼管３Ａを引張応力と圧縮応力の高い断面の外管２側に配置し、それら応力に対抗することができる。
【００４９】
また、実施例上の効果として、中心の内部鋼管３Ｂに充填材を充填しないから、材料費を削減することができる。さらに、内部鋼管３Ｂの外径が外管２の外径の１/２以上であるから、周囲の内部鋼管３Ａが引張応力と圧縮応力の高い断面の外管２側に配置され、曲げモーメントへの耐力を向上することができる。
【実施例５】
【００５０】
図７は本発明の実施例５を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例５において、前記第４及び第５充填空間６Ａ，７Ａの充填材５に比べて圧縮強度の高い充填材５Ａを、周囲の内部鋼管３Ａ内に充填している。
【００５１】
また、実施例１と同様に、中心の内部鋼管３Ｂ内の部に硬化型充填材５を充填する必要はなく、材料費の削減が可能となる。勿論、中心の内部鋼管３に硬化型充填材５を充填してもよく、或いは非硬化型充填材を充填してもよい。
【００５２】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００５３】
また、このように本実施例では、中心の内部管たる内部鋼管３に充填した硬化型充填材５より周囲の内部管たる内部鋼管３Ａに充填した硬化型充填材５Ａの圧縮強度が高いから、内部鋼管３Ａ内の硬化型充填材５Ａが圧縮領域側において対抗することにより曲げモーメントに対する耐力を向上することができる。
【実施例６】
【００５４】
図８は本発明の実施例６を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、大径な前記中心の内部鋼管３Ｂの内部に、前記小径な内部鋼管３を配置し、これら内部鋼管３，３Ｂの間が第３充填空間８であり、この第３充填空間８にも充填材５を充填している。
【００５５】
したがって、同心円をなす中心の内部鋼管３と内部鋼管３Ｂと外管２とにより三重鋼管を構成し、内部鋼管３Ｂと外管２との間に内部鋼管３Ａを配置している。
【００５６】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏する。
【００５７】
また、このように本実施例では、第３充填空間８に充填した充填材５により、耐力が向上し、特に曲げモーメントにより生じる圧縮応力に対する耐力がさらに向上する。
【００５８】
また、実施例上の効果として、周囲の内部鋼管３Ａに充填する充填材５Ａの圧縮強度を、他の充填材５の圧縮強度より高くすれば、内部鋼管３Ａ内の充填材５Ａが圧縮力に対抗して曲げ耐力を向上することができる。
【実施例７】
【００５９】
図９は本発明の実施例７を示し、上記各実施例と同一部分に同一符号を付し、その詳細な説明を省略して詳述すると、この例では、上記実施例６において、前記内部鋼管３，３Ｂの間に周囲の内部鋼管３Ａを配置している。
【００６０】
このように本実施例では、上記各実施例と同様な作用・効果を奏し、また、この例では、外管２及び内部鋼管３Ｂの間に配置した周囲の内部鋼管３Ａ…と、内部鋼管３Ｂ，３の間に配置した周囲の内部鋼管３Ａ…と、充填材５とにより、曲げ耐力に優れた耐荷材１を提供することができる。
【００６１】
また、実施例上の効果として、大径な内部鋼管３Ｂの周囲の内部鋼管３Ａに、他より圧縮強度の高い充填材５Ａを充填したり、大径な内部鋼管３Ｂの周囲の内部鋼管３Ａ及び中心の内部鋼管３の周囲の内部鋼管３Ａに、他より圧縮強度の高い充填材５Ａを充填したりすれば、圧縮強度の高い充填材５Ａが内部鋼管３Ａにより拘束されることにより、圧縮力に対する耐力の高い耐荷材１を提供することができる。
【００６２】
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、実施例では、外管及び内部管に鋼管を用いた例を示したが、外管及び内部管は鉄以外でも、アルミニウム，ステンレスまたはこれらの合金であってもよく、各種金属製のものを用いることができる。また、外管の外面は必ずしも露出している必要はなく、例えば二重鋼管の内側の鋼管に本発明の耐荷材を用いてもよい。さらに、本発明の耐荷材は、背景技術で説明した落石，雪崩，崩壊土砂等の防護構造物の支柱は梁部材以外でも、各種の構造物の材料として使用することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 耐荷材
２ 外管
21 内面
３ 内部鋼管（中心の内部管）
３Ａ 内部鋼管
31 外面
３Ｂ 大径な内部鋼管
５ 硬化型充填材
５Ａ 硬化型充填材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形の金属製外管と、この外管内に配置された断面円形の複数の金属製内部管とを備え、前記外管の内面と前記内部管の外面との間に硬化型充填材を充填した耐荷材において、前記外管の中心に内部管を配置し、この中心の内部管を囲んで複数の内部管を配置し、これら周囲の内部管の内部に硬化型充填材を充填したことを特徴とする耐荷材。
【請求項２】
前記中心の内部管の周囲に複数の内部管を同心円状に配置したことを特徴とする請求項１記載の耐荷材。
【請求項３】
前記中心の内部管より前記周囲の内部管の引張強度が高いことを特徴とする請求項１又は２記載の耐荷材。
【請求項４】
前記中心の内部管より前記周囲の内部管が肉厚であることを特徴とする請求項３記載の耐荷材。
【請求項５】
前記中心の内部管より前記周囲の内部管に充填した硬化型充填材の圧縮強度が高いことを特徴とする請求項１又は２記載の耐荷材。
【請求項６】
前記中心の内部管が前記周囲の内部管より大径であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐荷材。
【請求項１】
断面円形の金属製外管と、この外管内に配置された断面円形の複数の金属製内部管とを備え、前記外管の内面と前記内部管の外面との間に硬化型充填材を充填した耐荷材において、前記外管の中心に内部管を配置し、この中心の内部管を囲んで複数の内部管を配置し、これら周囲の内部管の内部に硬化型充填材を充填したことを特徴とする耐荷材。
【請求項２】
前記中心の内部管の周囲に複数の内部管を同心円状に配置したことを特徴とする請求項１記載の耐荷材。
【請求項３】
前記中心の内部管より前記周囲の内部管の引張強度が高いことを特徴とする請求項１又は２記載の耐荷材。
【請求項４】
前記中心の内部管より前記周囲の内部管が肉厚であることを特徴とする請求項３記載の耐荷材。
【請求項５】
前記中心の内部管より前記周囲の内部管に充填した硬化型充填材の圧縮強度が高いことを特徴とする請求項１又は２記載の耐荷材。
【請求項６】
前記中心の内部管が前記周囲の内部管より大径であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の耐荷材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２３９９８（Ｐ２０１３−２３９９８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２５９５（Ｐ２０１１−１６２５９５）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（３９８０５４８４５）株式会社プロテックエンジニアリング (42)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（３９８０５４８４５）株式会社プロテックエンジニアリング (42)
【Ｆターム（参考）】
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