(57)【要約】【課題】従来の充填型鋼管コンクリート柱は、鋼管製柱状体内部の全体に渡ってコンクリートを充填することにより高強度化を図ってきたが、本発明では、必要な強度を確保すると共に軽量化を図り、より安価な充填型鋼管コンクリート柱の製造方法を提供する。【解決手段】鋼管製柱状体内部を補強するために、必要最小限の補強領域を設定し、この補強領域をカバーするように、軽量化及び安価な充填型鋼管コンクリート柱を製造する。この補強領域の設定は、最初に、鋼管製柱状体の荷重作用点の高さ及びそこに加わる荷重より、必要曲げモーメントを算出し、次に、鋼管製柱状体のみの強度（降伏曲げモーメント）を算出する。そして、必要曲げモーメントと降伏曲げモーメントとを比較することにより、不足曲げモーメントを算出して必要最小限の補強領域を設定する。そして、その領域から得られる高さで、コンクリートを充填し鋼棒を埋設する。【選択図】図７
2008115646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管製柱状体の内部にコンクリートを充填する充填型鋼管コンクリート柱の製造方法において、
地際部からの所定の高さの荷重作用点に加わる荷重により、地際部からの高さにおける必要曲げモーメントを求め、
前記鋼管製柱状体に使用される鋼材の降伏強度、及び前記鋼管の地際部における断面係数により、降伏曲げモーメントを求め、
前記必要曲げモーメントが降伏曲げモーメントよりも大きい、地際部からの高さに対する必要曲げモーメントの領域を補強領域とし、
該補強領域を補強の必要な領域としてコンクリートを充填することを特徴とする充填型鋼管コンクリート柱の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の充填型鋼管コンクリート柱の製造方法において、
前記補強領域を補強の必要な領域として、鋼管製柱状体の内部にコンクリートを充填すると共に鋼棒を埋設することを特徴とする充填型鋼管コンクリート柱の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の充填型鋼管コンクリート柱の製造方法において、
前記地際部からｈの高さの荷重作用点に加わる荷重をＴ、地際部からｙの高さにおける必要曲げモーメントをｍ（ｙ）＝Ｔ（ｈ−ｙ）、鋼管製柱状体に使用される鋼材の降伏強度をσ、鋼管の地際部における断面係数をＺ、降伏曲げモーメントをｍｙ＝σＺとした場合に、
前記補強領域をｙ＜ｈｃ＝ｈ−ｍｙ／Ｔとし、
少なくとも前記ｈｃの高さで、請求項１におけるコンクリートを充填し、請求項２における鋼棒を埋設することを特徴とする充填型鋼管コンクリート柱の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管製柱状体の内部にコンクリートを充填して補強する充填型鋼管コンクリート柱に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の充填型鋼管コンクリート柱の横断面図（ａ）及び縦断面図（ｂ）である。この充填型鋼管コンクリート柱１は、鋼管４内部の軸線方向全体に渡って充填コンクリート２が充填され、充填コンクリート２の中心部かつ軸線方向にほぼ全長に及ぶ長さで１本のまたは複数本を束ねた太径の異形鉄筋５が、直角４方向に水平なスペーサ６で鋼管柱状体の中心部に位置を固定して埋設され、この異形鉄筋５が軸力の一部を負担する構成となっている。また、充填型鋼管コンクリート柱１の上部には塞ぎ板３が設けられている（特許文献１を参照）。
【０００３】
図２は、一般的なコンクリート製電柱の断面図（ａ）及び鋼管製電柱の断面図（ｂ）である。図２（ａ）において、コンクリート製電柱１１は、円周上の所定の間隔で設けられた鉄筋１２、及び当該鉄筋１２を覆うように円柱状に形成されたコンクリート１３により構成されている。このコンクリート製電柱１１の高強度化は、外径を太くしたり、鉄筋１２の量を増加したり、または、コンクリート１３の肉厚を厚くしたりすることによって実現される。
【０００４】
また、図２（ｂ）において、鋼管製電柱２１は、所定の外径及び内径の肉厚を有する円柱状の鋼管２２により構成されている。この鋼管製電柱２１の高強度化は、鋼管２２の外形を太くしたり、その肉厚を厚くしたりすることによって実現される。
【０００５】
また、充填型鋼管コンクリート柱の例として、鋼管内の仕切りによって、充填したコンクリートの間に中空領域を設け、使用目的にあった十分な強度を実現すると共に、コンクリートの使用量を少なくして軽量化及び低コスト化を図るものが知られている（特許文献２を参照）。さらに、既設の鋼管柱の強度を容易にかつ経済的に増加させることを可能とする鋼管柱の補強方法も知られている（特許文献３を参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３２１４０２号公報
【特許文献２】特開平５−０５１９９９号公報
【特許文献３】特開２００５−６０９９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、図１に示した充填型鋼管コンクリート柱１では、塞ぎ板３が設けられている上層部（天端部分）まで充填コンクリート２を充填する必要がある。このため、充填型鋼管コンクリート柱１全体として重量が重くなり、運搬が困難になって作業性が悪くなるという問題があった。
【０００８】
また、図２（ａ）に示したコンクリート製電柱１１では、高強度化の実現に際して必要荷重を満足するために、鉄筋１２の量を増加したり、コンクリート１３の肉厚を厚くしたりする必要がある。このため、コンクリート製電柱１１全体として重量が重くなり、運搬が困難になって作業性が悪くなるという、図１の充填型鋼管コンクリート柱１と同様の問題があった。
【０００９】
また、図２（ｂ）に示した鋼管製電柱２１では、図２（ａ）のコンクリート製電柱１１と同程度の強度を有するように、コンクリート製電柱１１よりも軽くかつ細く形成することができる。このため、コンクリート製電柱１１よりも運搬が困難にならないから、作業の困難性を低減することができる。しかしながら、高強度化の実現に際して必要荷重を満足するためには、鋼管２２の外径を太くしなければならないから、鋼管製電柱２１を狭除道路や住宅地等に設置する場合に、設置スペースや美観を配慮する必要があった。
【００１０】
そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、必要な強度を満足すると共に、軽量化及びコスト低減を図ることが可能な充填型鋼管コンクリート柱の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
一般に、電柱のケーブル架渉位置は、法令等の制約により地際部から概ね６ｍの高さであり、その高さの箇所（荷重作用点）に荷重が加わる。そこで、本発明では、実際の必要曲げモーメントを考慮して、従来のように電柱全長に渡ってコンクリートを充填する必要がないことに着目した。つまり、本発明は、必要な強度を満足する高さを求め、その高さを参照して、必要最小限のコンクリートにより補強を行うことを特徴とする。これにより、必要荷重が大きい地際部付近を補強すると共に、コンクリートが充填された上部については鋼管が持つ強度で対応することができる。つまり、必要な強度を満足すると共にコンクリートの使用量を少なくでき、軽量化及びコスト低減化を実現することができる。
【００１２】
すなわち、本発明による充填型鋼管コンクリート柱の製造方法は、鋼管製柱状体の内部にコンクリートを充填する充填型鋼管コンクリート柱の製造方法において、地際部からの所定の高さの荷重作用点に加わる荷重により、地際部からの高さにおける必要曲げモーメントを求め、前記鋼管製柱状体に使用される鋼材の降伏強度、及び前記鋼管の地際部における断面係数により、降伏曲げモーメントを求め、前記必要曲げモーメントが降伏曲げモーメントよりも大きい、地際部からの高さに対する必要曲げモーメントの領域を補強領域とし、該補強領域を補強の必要な領域としてコンクリートを充填することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による充填型鋼管コンクリート柱の製造方法は、前記補強領域を補強の必要な領域として、鋼管製柱状体の内部にコンクリートを充填すると共に鋼棒を埋設することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による充填型鋼管コンクリート柱の製造方法は、前記地際部からｈの高さの荷重作用点に加わる荷重をＴ、地際部からｙの高さにおける必要曲げモーメントをｍ（ｙ）＝Ｔ（ｈ−ｙ）、鋼管製柱状体に使用される鋼材の降伏強度をσ、鋼管の地際部における断面係数をＺ、降伏曲げモーメントをｍｙ＝σＺとした場合に、前記補強領域をｙ＜ｈｃ＝ｈ−ｍｙ／Ｔとし、少なくとも前記ｈｃの高さで、請求項１におけるコンクリートを充填し、請求項２における鋼棒を埋設することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
以上のように、本発明によれば、必要な強度を満足すると共に、軽量化及びコスト低減を図ることが可能な充填型鋼管コンクリート柱の製造方法を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図３は、電柱の荷重作用点に加わる荷重Ｔ及び地際部における最大の必要曲げモーメントｍを説明する図である。図３において、充填型鋼管コンクリート柱１００である電柱には、ケーブル架渉により、斜線部分に示す電柱と地面との境界部分である地際部から垂直の高さｈの位置を荷重作用点として、その荷重作用点に荷重Ｔが加わっている。
【００１７】
ここで、地際部における必要曲げモーメントｍ（０）を、以下の式により算出する。
ｍ（０）＝ｍ＝Ｔ×ｈ                                        ・・・（１）
このとき、地際部から高さｙにおける必要曲げモーメントｍ（ｙ）を、以下の式により算出する。
ｍ（ｙ）＝ｍ（０）×（１−ｙ／ｈ）＝Ｔ×（ｈ−ｙ）          ・・・（２）
ここで、必要曲げモーメントｍ（ｙ）とは、高さｈの荷重作用点に荷重Ｔが加わることに伴う、高さｙのモーメントをいう。
【００１８】
図４は、電柱の地際部からの高さと必要曲げモーメントとの関係を示す図である。図４において、ｘ軸は必要曲げモーメントｍ、ｙ軸は地際部からの高さｙを示す。また、点Ｈは、高さｈの荷重作用点を示し、点Ｍは、点Ｈからの垂線と地際部との交点を示す。このｘ，ｙ軸上の直線は（２）式により表され、ｘ＝ｍ（ｙ）としたときの式となる。
【００１９】
図５は、鋼管製電柱の断面係数を説明する図である。鋼管１０１の内径をｄ１、外径をｄ２とすると、断面係数Ｚは図５に示す式で表される。また、この鋼管製電柱に使用される鋼材で規定された降伏強度をσとして、降伏曲げモーメントｍｙを、以下の式により算出する。
ｍｙ＝σ×Ｚ                                                  ・・・（３）
ここで、降伏曲げモーメントｍｙとは、無補強時における鋼管製電柱に破壊が生じるモーメントをいう。
【００２０】
また、（２）式の必要曲げモーメントｍ（ｙ）と、（３）式の降伏曲げモーメントｍｙとを比較し、以下の式により不足曲げモーメントを算出する。
ｍ（ｙ）−ｍｙ                                                ・・・（４）
そして、この値が正となるｙの領域を求める。そして、この領域を、コンクリートの充填高さ及び鋼棒（図１における異形鉄筋５に相当する）の埋設長さを求めるための、必要最小限の補強領域として設定する。すなわち、正の不足曲げモーメントの領域を補強領域として設定する。ここで、コンクリートの充填高さ及び鋼棒の埋設長さは、図３において、地際部からの高さに相当する大きさをいう。コンクリートをその高さに充填する場合、実際は、その高さに加えて地中にもコンクリートが充填される。鋼棒を埋設する場合についても同様である。
【００２１】
そして、必要強度を満足するように、補強領域から得られるコンクリートの充填高さ及び鋼棒の埋設高さになるように、コンクリートを充填し、鋼棒を埋設する。このように、設定された補強領域から得られる高さを参照して、コンクリート等の充填材及び補強材による補強を行う。
【００２２】
次に、補強領域について具体的に説明する。図６は、荷重作用点及び必要曲げモーメントを考慮した補強領域を説明する図である。図４と同様に、ｘ軸は必要曲げモーメントｍを示し、ｙ軸は地際部からの高さｙを示し、右下がりの直線ｌは必要曲げモーメントｍと高さｙとの関係を示している。この直線ｌが示された図を「地際部からの高さ（ｈ）−必要曲げモーメント（ｍ）」図（ＨＭ図）という。
【００２３】
図６に示したＨＭ図において、直線ｌは、以下の式で表される。
ｙ＝ｈ−ｈｘ／ｍ（０）＝ｈ−ｘ／Ｔ                            ・・・（５）
ここで、直線ｌとｙ軸との交点が点Ｈであり、ｘ軸との交点が点Ｍである。
【００２４】
次に、鋼管製電柱の降伏曲げモーメントｍｙ（ｘ＝ｍｙ）である直線ａをＨＭ図に引き、この直線ａと直線ｌとの交点を点Ａとする。そして、直線ｌ及び直線ａが引かれたＨＭ図において、直線ａと直線ｌとｘ軸とにより囲まれた領域を、必要強度を満足するための必要最小限の補強領域として設定する。
【００２５】
このように設定された補強領域をカバーするための、すなわち必要強度を満足するためのコンクリートの充填高さ及び鋼棒の埋設長さを示すｈｃは、以下の式で表される。
ｈｃ＝ｈ−ｍy／Ｔ                                              ・・・（６）
となる。
【００２６】
このように、必要強度を満足するための必要最小限の補強領域をカバーする高さｈｃでコンクリートが充填され、鋼棒が埋設された充填型鋼管コンクリート柱１００は、必要最小限の充填コンクリートの充填高さ及び鋼棒の埋設長さに設定された電柱モデルになる。
【００２７】
次に、本発明の実施の形態による充填型鋼管コンクリート柱１００の製造方法について説明する。図７は、その製造方法を示すフロー図である。まず、荷重作用点の高さｈを決定し（ステップＳ７１）、その荷重作用点に加わる荷重Ｔを決定する（ステップＳ７２）。そして、必要曲げモーメントｍ（ｙ）を（２）式により算出する（ステップＳ７３）。これらのステップ７１から７３までが、充填型鋼管コンクリート柱１００の製造工程における条件設定部である。
【００２８】
そして、充填型鋼管コンクリート柱１００を構成する鋼管製電柱の降伏曲げモーメントｍｙを（３）式により算出し（ステップＳ７４）、ステップ７３における必要曲げモーメントｍ（ｙ）とステップ７４における降伏曲げモーメントｍｙとから、不足曲げモーメントを式（４）により算出する（ステップＳ７５）。そして、補強領域を設定し、この補強領域をカバーするための高さｈｃを（６）式により算出し、ステップ７５において算出した不足曲げモーメントを補強領域として鋼管製電柱を補強し、充填型鋼管コンクリート柱１００を形成する（ステップＳ７６）。すなわち、この補強領域をカバーする高さｈｃでコンクリートを充填し、鋼棒を埋設する。これらのステップ７４から７６までが、充填型鋼管コンクリート柱１００の製造工程における解析処理部である。
【００２９】
以上のように、本発明の実施の形態によれば、必要曲げモーメントと降伏曲げモーメントとから不足曲げモーメントを算出し、この不足曲げモーメントによる補強領域から得られる高さに、鋼管製電柱の鋼管内にコンクリートを充填するようにした。これにより、充填型鋼管コンクリート柱１００としての必要強度を満足することができる。
【００３０】
また、本発明の実施の形態によれば、前述した不足曲げモーメントによる補強領域から得られる高さにコンクリートを充填することに加えて、鋼管内に鋼棒を１本または複数本埋設するようにした。これにより、さらに引張荷重にも十分耐え得る強度を満足することができる。また、埋設する鋼棒は引張に強いから、鋼管製電柱の外側への座屈止め効果を高めることができる。
【００３１】
また、本発明の実施の形態によれば、鋼管製電柱の降伏強度σ、鋼管の外径及び内径または肉厚が決定すれば、降伏曲げモーメントｍｙを算出することができ、そして、不足曲げモーメントを算出することにより、コンクリート及び鋼棒の必要補強量を求めることができる。これにより、図１に示した充填型鋼管コンクリート柱１のような全長に渡ってコンクリートを充填するものに比べて、コンクリートを部分的に充填すれば済むから、コンクリートの使用量を大幅に削減することができ、軽量化が図れ、安価になる。さらに、必要曲げモーメントが最大である地際部分の必要強度を満足することができる。この結果、過剰品質を避け、使用目的にあった経済的な電柱構造を実現することができる。
【００３２】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、補強材として鋼棒の例を示したが、この鋼材は１本の鉄筋であってもよいし、複数本の鉄筋であってもよい。また、鋼棒は、必ずしも図１に示すような異形鉄筋５である必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）は従来の充填型鋼管コンクリート柱の横断面図であり、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】（ａ）は一般的なコンクリート製電柱の断面図であり、（ｂ）は鋼管製電柱の断面図である。
【図３】電柱の荷重作用点に加わる荷重Ｔ及び地際部における最大の必要曲げモーメントｍを説明する図である。
【図４】電柱の地際部からの高さと必要曲げモーメントとの関係を示す図である。
【図５】鋼管製電柱の断面係数を説明する図である。
【図６】荷重作用点及び必要曲げモーメントを考慮した補強領域を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る充填型鋼管コンクリート柱の製造方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，１００  充填型鋼管コンクリート柱
２  充填コンクリート
３  塞ぎ板
４  鋼管
５  異形鉄筋
６  スペーサ
１１  コンクリート製電柱
１２  鉄筋
１３  コンクリート
２１  鋼管製電柱
２２，１０１  鋼管
【図１】
2008115646.tif 000003
【図２】
2008115646.tif 000004
【図３】
2008115646.tif 000005
【図４】
2008115646.tif 000006
【図５】
2008115646.tif 000007
【図６】
2008115646.tif 000008
【図７】
2008115646.tif 000009