(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲げモーメント５０００Ｎ・ｍ以上の応力を支柱基部に受ける側壁に開口部を有する鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱であって、開口部断面の実肉部の壁厚を開口部以外の断面の実肉部の壁厚よりも厚くすることによって、補強部材を用いることなく、支柱開口部の存在による曲げ応力度の増加が抑制されていることを特徴とする鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱。
【請求項２】
曲げモーメント５０００Ｎ・ｍ以上の応力を支柱基部に受ける側壁に開口部を有する鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱であって、開口部断面の実肉部の外径を開口部以外の断面の実肉部の外径よりも大きくすることによって、補強部材を用いることなく、支柱開口部の存在による曲げ応力度の増加が抑制されていることを特徴とする鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱。
【請求項３】
支柱開口部に蓋が取り付けてあることを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、道路照明用ポール、交通信号用ポール及び電光式道路標識用ポールなどに用いられる、耐曲げ応力性に優れた鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱に関する。
【従来の技術】
【０００２】
上記のようなポールなどに用いられる鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱は、横風により曲げ応力を受けるので、支柱に用いられる金属材料の許容曲げ応力を超えると、倒壊に至る。
【０００３】
特に、支柱の基部近傍には、安定器やジョイントボックスなどの電気機器を取り付ける必要があるので、これらを支柱の内部に収納するために、支柱の基部近傍の側壁に開口部が形成され、その上に蓋が設置される。この開口部は、その分だけ、鋼管又はステンレス鋼管からなる柱から金属実肉部が切り欠きの状態となり、このため、支柱開口部の存在によって曲げ応力度が増加する。
【０００４】
ここで、許容曲げ応力度は、社団法人 日本照明器具工業会規格「照明用ポール強度計算基準」(JIL 1003：2003)にみるように、金属管支柱に用いられる金属材料の種類により一義的に定められている。
【０００５】
そして、曲げ応力度σは支柱が受ける曲げモーメントＭを断面係数Ｚで除したものであり、σ＝Ｍ／Ｚの関係にある。この曲げモーメントＭは、横からの風荷重を受けて支柱に発生するものであり、支柱の投影面積、すなわち、支柱を正面あるいは側面から見たときの面積に依存する。許容曲げ応力度を算定するときの風速は６０m/secと設定されている。また、断面係数Ｚは支柱の横断面積に依存する。
【０００６】
したがって、金属管支柱の形状、高さ、外径及び肉厚は、支柱の金属材料毎に定められている許容曲げ応力度を下回るように、設計されている。
【０００７】
ところが、支柱に開口部があると、支柱から金属実肉部が切り欠きの状態となるので、その分、開口部の断面係数が低下し、開口部下端における曲げ応力度σが増加するので、そのままでは、許容曲げ応力度σのより大きい金属材料を用いなければならないことになる。
【０００８】
この開口部の存在による曲げ応力度の増加を抑制するために、開口部を覆う外付け型の補強部材を設置して、開口部を補強した後、蓋を設置することが行われている。
【０００９】
非特許文献１には、矩形状の開口部の外面に、断面コの字形の枠体を隅肉溶接し、支柱開口部の変形を防止する、外付け型の補強部材が記載されている。
【００１０】
図３(a)は、鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱について、外付け型の補強部材による開口部の補強を示す従来例の正面図である。そして、図３(b)は図３(a)の開口部２のＡ−Ａ面における断面図であり、図３(c)は図３(a)の開口部上端から上に離れた部分にあるＢ−Ｂ面の断面図である。
【００１１】
外径Ｄ０かつ肉厚ｔ０の管１の一部を中心角θで長さＬだけ短冊状に切り欠いて、開口部２が形成されている。したがって、図３(b)にみるように、開口部断面は中心角が３６０°−θの実肉部が存在している。その開口部の外周の外面には、断面コの字形の枠体５が隅肉部１１において溶接されている。この枠体は、ボルト穴１２を有し、安定器やジョイントボックスなどの電気機器を開口部を通して、支柱の内部に収納した後に、蓋（図示せず）が取り付けられ、ボルト９により固定される。
図３(c)にみるように、開口部上端から上に離れた部分には補強枠体は設置されていない。管１は、開口部上端から上に離れた部分においても、支柱基部から支柱先端部まで同一の外径と肉厚で形成される直管柱の場合は、外径Ｄ０かつ肉厚ｔ０である。
【００１２】
【非特許文献１】
「道路・トンネル照明器材仕様書」p.2-10、平成13年4月発行、社団法人建設電気技術協会
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前述の従来例の鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱の開口部の、外付け型の補強部材は、枠体や蓋が支柱の外面に突出しているため、支柱の近傍を通る歩行者の障害となる恐れがある。
【００１４】
また、外付け型の補強部材は鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱の外周に溶接をする必要があるので、そのための作業の手間がかかるという問題がある。
【００１５】
本発明は上記した従来の問題点を解決するものであり、曲げモーメント５０００Ｎ・ｍ以上の応力を支柱基部に受ける側壁に開口部を有する鋼管又はステンレス鋼管であって、補強部材を用いることなく、支柱の基部近傍の側壁に形成される開口部の存在による曲げ応力度の増加が抑制されている鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱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】
【００１６】
本発明者は、曲げモーメント５０００Ｎ・ｍ以上の応力を支柱の基部に受ける場合には、支柱開口部の存在によって曲げ応力度が増加するが、外付け型の補強部材は、前記の欠点を有することから、補強部材に代わる補強手段を検討した。その結果、鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱の開口部断面の実肉部を強化することによって、補強部材を設けなくても、曲げ応力度の増加を抑制できるとの着想を得た。本発明は、この着想に基づき完成されたものである。
【００１７】
本発明の鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱は、曲げモーメント５０００Ｎ・ｍ以上の応力を支柱基部に受ける側壁に開口部を有する支柱であって、支柱開口部の存在による曲げ応力度の増加を、補強部材を用いることなく、次の(1)又は(2)の手段により抑制することを特徴とする。
(1) 開口部断面の実肉部の壁厚を、開口部以外の断面の実肉部の壁厚より厚くする。
(2) 開口部断面の実肉部の外径を、開口部以外の断面の実肉部の外径より大きくする。
【００１８】
そして、このように、(1)又は(2)の手段が施された鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱は、安定器やジョイントボックスなどの電気機器を開口部を通して、支柱の内部に収納した後に、開口部の上に蓋が設置される。蓋は、ボルトナット等により固定することができるので、電気設備等のメンテナンスの際には容易に取り外すことができる。
【００１９】
ここで、「開口部断面の実肉部」とは、「鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱の一部を、長さＬ×中心角度θの大きさの短冊状に切り欠いて、開口部を形成したときの残りの、長さＬ×中心角度360°−θの実肉部」を意味する。本発明においては、支柱開口部断面の実肉部のみに、上記(1)又は(2)の手段を施せば足りる。
【００２０】
本発明に係る鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱は、直管柱であってもよいし、テーパー管柱であってもよい。また、途中に段差を有するものでもよい。
【００２１】
次に、本発明に係る鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱のポール先端部分には、道路照明灯、交通信号、道路標識等が取り付けられるが、その取り付け部分のポール先端部分の形状には、特に制約はない。すなわち、直線形、円弧形、折線形、Ｙ形、逆Ｌ形、アーチ形など、いずれの形状のものであってもよい。
【００２２】
また、本発明に係る鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱に形成される開口部形状は、特に制約はないが、長円形又は隅角部に丸みを持たせた矩形状が好ましい。
【００２３】
なお、鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱に用いる管の断面形状には、特に制約はなく、円形、四角形、六角形、八角形など、種々の形状のものを用いることができる。円形状の管が、作業性の点から、好ましい。
【発明の実施の形態】
【００２４】
以下に、本発明の好ましい実施形態を示す。
【００２５】
図１(a)は、本発明の上記(1)の手段、すなわち、開口部断面の実肉部の壁厚を、開口部以外の断面の実肉部の壁厚より厚くしたときの支柱開口部の正面図である。そして、図１(b)は、図１(a)の開口部２のＡ−Ａ面における断面図であり、図１(c)は図１(a)の開口部上端から上に離れた部分にあるＢ−Ｂ面の断面図である。
【００２６】
管１の一部を中心角θで長さＬだけ短冊状に切り欠いて、開口部２が形成されているが、補強部材は設けられていない。補強部材を設ける代わりに、ここでは、開口部の部分の壁は、外径はＤ０と変わらないが、肉厚がｔ１と、開口部以外の部分の厚みｔ０よりも厚くなっている。したがって、図１(b)にみるように、開口部断面は、中心角が３６０°−θであって、厚さｔ１の実肉部が存在している。
【００２７】
そして、開口部上端から上に離れた部分では、図１(c)にみるものを直管柱に適用した場合には、管１は外径Ｄ０かつ肉厚ｔ０のままである。
【００２８】
管の壁厚を、開口部の部分だけ厚くする方法としては、スピニング加工方法が代表的であるが、その他の加工方法を用いてもよい。その壁厚を厚くする方向は、図１(b)のように、管の内側方向へ厚くしてもよいし、図１(b)とは反対に、管の外側方向に厚くしてもよい。管の内側方向と外側方向の両方に厚くしてもよい。
【００２９】
また、その壁厚も開口部の部分のみ厚くして開口部以外の部分は薄くなるように段差を付けてもよいし、徐々に薄くなるようにテーパーを付けてもよい。なお、開口部の下端より下の部分は、厚肉加工の作業の都合上、開口部の壁厚と同じ厚みを、地面近傍までそのまま延長してもよい。
【００３０】
この支柱は、安定器やジョイントボックスなどの電気機器を開口部を通して、支柱の内部に収納した後に、開口部の上に蓋（図示せず）がボルト等によって取り付けられて道路照明用ポールなどに用いられる。
【００３１】
図２(a)は、本発明の上記(2)の手段、すなわち、開口部断面の実肉部の外径を、開口部以外の断面の実肉部の外径より大きくしたときの支柱開口部の正面図である。そして、図２(b)は、図２(a)の開口部２のＡ−Ａ面における断面図であり、図２(c)は図１(a)の開口部上端から上に離れた部分にあるＢ−Ｂ面の断面図である。
【００３２】
管１の一部を中心角θで長さＬだけ短冊状に切り欠いて、開口部２を形成されているが、補強部材は設けられていない。補強部材を設ける代わりに、ここでは、開口部の部分の壁は、壁厚はｔ０と変わらないが、外径がＤ３と、開口部以外の部分の外径Ｄ０よりも大きくなっている。したがって、図２(b)にみるように、開口部断面は、中心角が３６０°−θ、厚さｔ０であって、最大外径Ｄ３の実肉部が存在している。
【００３３】
そして、開口部上端から上に離れた部分では、図２(c)にみるものを直管柱に適用した場合には、管１は外径Ｄ０かつ肉厚ｔ０のままである。
【００３４】
管の外径を、開口部の部分だけ拡径する方法としては、スピニング加工方法が代表的であるが、その他の加工方法を用いてもよい。開口部の部分以外の壁厚は図２（ｂ）のように、同じ厚みでもよいが、厚くしてもよい。そして、充分な拡径がなされた場合には、その壁厚を薄くすることも可能である。
【００３５】
また、その径も開口部部分のみ拡径して開口部以外の部分は拡径しないように段差を付けてもよいし、徐々に縮径していくようにテーパーを付けてもよい。なお、開口部下端から下の部分は、拡径加工の作業の都合上、開口部の径と同じ径を、地面近傍までそのまま延長してもよい。
この支柱は、安定器やジョイントボックスなどの電気機器を開口部を通して、支柱の内部に収納した後に、開口部の上に蓋（図示せず）がボルト等によって取り付けられて道路照明用ポールなどに用いられる。
【実施例】
【００３６】
ここで、ポール先端が直線形の高さ８ｍの直管支柱を例にとって、本発明の支柱の開口部の部分を厚くする、すなわち、開口部断面の実肉部の壁厚を厚くすることによって、開口部における曲げ応力度の増加の抑制の度合いを挙げる。
【００３７】
順に、(1)何ら補強しなかった場合、(2)従来の外付け型の補強部材（図３）を設けた場合、(3)本発明の開口部断面の実肉部の壁厚を厚くした場合（図１）について検証した。
【００３８】
高さ８ｍの支柱の場合には、通常、外径は１６１ｍｍ、肉厚４．２ｍｍのものが用いられる。開口部は、通常、長さＬが６００ｍｍであって、開口部中心は支柱の基部から７５０ｍｍの位置に形成される。支柱としては、規格ＳＳ４００の鋼管支柱を用いた。この鋼管支柱の許容断面応力度は２３５Ｎ／ｍｍ２である。
【００３９】
なお、もしも、支柱が開口部を有しなければ、断面係数Ｚは７９ｃｍ３、曲げ応力度σは９３．３Ｎ／ｍｍ２となる。
【００４０】
(1)何ら補強しなかった場合
断面係数Ｚ＝２７．３ｃｍ３
曲げ応力度σ＝２７０Ｎ／ｍｍ２
(2)従来の外付け型の補強部材（図３）を設けた場合
（従来例の外付け型の補強部材は、枠体５の寸法は、 枠厚ｔｅ＝３．２ｍｍ、 外幅ａ＝１５０ｍｍ、 内幅ｂ＝１３０ｍｍ、 管柱までの深さｃ＝５５ｍｍとした。）
断面係数Ｚ＝５０．４ｃｍ３
曲げ応力度σ＝１４６Ｎ／ｍｍ２
(3)本発明の開口部断面の実肉部の壁厚を厚くした場合（図１）
(a)開口部の断面の実肉部の厚みを５．０ｍｍとしたとき
断面係数Ｚ＝３１．４ｃｍ３
曲げ応力度σ＝２３５Ｎ／ｍｍ２
(b)開口部の断面の実肉部の厚みを１１．２ｍｍとしたとき
断面係数Ｚ＝５０．４ｃｍ３
曲げ応力度σ＝１４６Ｎ／ｍｍ２
この結果から、開口部を有することによって、曲げ応力度σが１７６．７Ｎ／ｍｍ２増加して、２７０Ｎ／ｍｍ２になるところを、本発明では、(a)の厚み５．０ｍｍのときで曲げ応力度σが２３５Ｎ／ｍｍ２に抑制され、(b)の厚み１１．２ｍｍのときで曲げ応力度σが１４６Ｎ／ｍｍ２に抑制される。
【００４１】
したがって、いずれも、規格ＳＳ４００の鋼管支柱の許容断面応力度２３５Ｎ／ｍｍ２以下であるので、補強部材を用いなくても、社団法人 日本照明器具工業会規格「照明用ポール強度計算基準」(JIL 1003：2003）をクリアでき、倒壊に至ることがない。
【００４２】
なお、従来の外付け型の補強部材では、曲げ応力度σ＝１４６Ｎ／ｍｍ２に抑制できているが、これは、オーバースペックであって、必要以上に曲げ応力度が抑制されていることが、理解できる。
【００４３】
同様に、支柱先端が垂直形状の高さ１０ｍの鋼管支柱を例にとって、本発明の支柱の開口部の部分を厚くする、すなわち、開口部断面の実肉部の壁厚を厚くすることによって、開口部における曲げ応力度の増加の抑制の度合いを挙げる。
【００４４】
順に、(1)何ら補強しなかった場合、(2)従来の外付け型の補強部材（図３）を設けた場合、(3)本発明の開口部断面の実肉部の壁厚を厚くした場合（図１）について検証した。
【００４５】
高さ１０ｍの支柱の場合には、通常、外径は１７１ｍｍ、肉厚４．２ｍｍのものが用いられる。開口部は、通常、長さＬが６００ｍｍであって、開口部中心は支柱の基部から７５０ｍｍの位置に形成される。支柱としては、規格ＳＳ４００の鋼管支柱を用いた。この鋼管支柱の許容断面応力度は２３５Ｎ／ｍｍ２である。
【００４６】
なお、もしも、支柱が開口部を有しなければ、断面係数Ｚは８９．６ｃｍ３、曲げ応力度σは１１９Ｎ／ｍｍ２となる。
【００４７】
(1)何ら補強しなかった場合
断面係数Ｚ＝３４．７ｃｍ３
曲げ応力度σ＝３０８Ｎ／ｍｍ２
(2)従来の外付け型の補強部材（図３）を設けた場合
（従来例の外付け型の補強部材は、枠体５の寸法は、 枠厚ｔｅ＝３．２ｍｍ、 外幅ａ＝１５０ｍｍ、 内幅ｂ＝１３０ｍｍ、 管柱までの深さｃ＝５５ｍｍとした。）
断面係数Ｚ＝５９．５ｃｍ３
曲げ応力度σ＝１８０Ｎ／ｍｍ２
(3)本発明の開口部断面の実肉部の壁厚を厚くした場合（図１）
(a)開口部の断面の実肉部の厚みを５．９ｍｍとしたとき
断面係数Ｚ＝４５．８ｃｍ３
曲げ応力度σ＝２３４Ｎ／ｍｍ２
(b)開口部の断面の実肉部の厚みを８．５ｍｍとしたとき
断面係数Ｚ＝５９．７ｃｍ３
曲げ応力度σ＝１７９Ｎ／ｍｍ２
この結果から、開口部を有することによって、曲げ応力度σが１８９Ｎ／ｍｍ２増加して、３０８Ｎ／ｍｍ２になるところを、本発明では、(a)の厚み５．９ｍｍのときで曲げ応力度σが２３４Ｎ／ｍｍ２に抑制され、(b)の厚み８．５ｍｍのときで曲げ応力度σが１７９Ｎ／ｍｍ２に抑制される。
【００４８】
したがって、いずれも、規格ＳＳ４００の鋼管支柱の許容断面応力度２３５Ｎ／ｍｍ２以下であるので、補強部材を用いなくても、社団法人 日本照明器具工業会規格「照明用ポール強度計算基準」(JIL 1003：2003）をクリアでき、倒壊に至ることがない。
【００４９】
なお、従来の外付け型の補強部材では、曲げ応力度σ＝１８０Ｎ／ｍｍ２に抑制できているが、これは、これは、オーバースペックであって、必要以上に曲げ応力度が抑制されていることが、理解できる。
【発明の効果】
【００５０】
本発明の鋼管又はステンレス鋼管からなる支柱は、曲げモーメント５０００Ｎ・ｍ以上の応力を支柱基部に受けるにもかかわらず、基部の側壁に形成される支柱開口部の存在による曲げ応力度の増加を、開口部の補強部材を用いなくても抑制することができる。したがって、外面に突出する補強部材を設ける必要がないので、歩行者の障害となることはなく、また補強部材を取り付けるために溶接をする必要もないのでその分、作業性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】  図１(a)は、開口部断面の実肉部の壁厚を厚くしたときの支柱開口部の正面図であり、図１(b)は、図１(a)の開口部２のＡ−Ａ面における断面図である。図１(c)は図１(a)の開口部上端から上に離れた部分にあるＢ−Ｂ面の断面図である。
【図２】  図２(a)は、開口部断面の実肉部の外径を大きくしたときの支柱開口部の正面図であり、図２(b)は、図２(a)の開口部２のＡ−Ａ面における断面図である。図２(c)は図２(a)の開口部上端から上に離れた部分にあるＢ−Ｂ面の断面図である。
【図３】  図３(a)は、支柱の開口部の外付け型の補強部材を示す従来例の正面図であり、図３(b)は、図３(a)の開口部２のＡ−Ａ面における断面図である。図３(c)は図３(a)の開口部上端から上に離れた部分にあるＢ−Ｂ面の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１  管
２  開口部
５  枠体
９  ボルト
１１  隅肉部
１２  ボルト穴
【図１】
0004094500.tif 000002
【図２】
0004094500.tif 000003
【図３】
0004094500.tif 000004