(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部であって、二重鋼管柱（１）と、Ｉ型梁（２）と、仕口連結部材（３）と、内部支持材（４）と、外側環状板（５）と、を備え、
前記二重鋼管柱（１）は、内鋼管（１１）と、外鋼管（１２）と、を備え、前記内鋼管（１１）が前記外鋼管（１２）内に配設され、前記外鋼管（１２）外側の仕口部に近い端に第１連結耳部（１３）が垂直に固設され、
前記仕口連結部材（３）は、連結内管（３１）と、連結用外嵌具（３２）と、を備え、前記連結内管（３１）および前記連結用外嵌具（３２）が両方とも円形鋼管であり、前記連結内管（３１）が前記連結用外嵌具（３２）内に配設され、二者がスティック状の接続具（３３）で接続され、前記連結内管（３１）の両端が前記連結用外嵌具（３２）から延出され、延出部分の外周表面に貫通孔が設けられ、前記連結用外嵌具（３２）の内径が前記外鋼管（１２）の外径よりも大きく、前記連結用外嵌具（３２）の外側の鉛直方向における中間位置に第２連結耳部（３４）が垂直に固設され、前記第２連結耳部（３４）の上下両側の前記連結用外嵌具（３２）に凹溝（３５）が穿設され、
前記内部支持材（４）は、柱状構造であり、両端に円周状に、ボルト穴が均一に配置され、
前記外側環状板（５）は、互いに垂直な水平部（５１）と、環状部（５２）と、を備え、
上下層の前記二重鋼管柱（１）は、前記仕口連結部材（３）および前記内部支持材（４）を介して接合され、前記内部支持材（４）の両端が各々上下の前記内鋼管（１１）に挿入され、上下の２つの前記内鋼管（１１）が各々前記連結内管（３１）に挿入され、上下の２つの前記外鋼管（１２）が各々前記連結用外嵌具（３２）に挿入されることで、前記第１連結耳部（１３）を前記凹溝（３５）に挿入させ、
前記二重鋼管柱（１）および前記Ｉ型梁（２）は、二組の対称的な上下の前記外側環状板（５）で接合され、前記外側環状板の前記環状部（５２）が前記外鋼管（１２）と密着し、ＦＲＰ筋が前記環状部（５２）、前記外鋼管（１２）、前記連結内管（３１）および前記内鋼管（１１）の順に通過した後、前記内部支持材（４）のボルト穴内に固定され、前記Ｉ型梁（２）のウェブが前記第１連結耳部（１３）および前記第２連結耳部（３４）と固結され、前記Ｉ型梁（２）のフランジが前記水平部（５１）と固結される、
ことを特徴とする、ＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項２】
前記Ｉ型梁（２）のウェブは、第１ガセットプレート（５３）を介して前記第１連結耳部（１３）および前記第２連結耳部（３４）と連結され、その間をボルトで固定し、ウェブを連結しながら上下層の前記外鋼管（１２）の連結を補強することを特徴とする、請求項１に記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項３】
前記Ｉ型梁（２）のフランジは、第２ガセットプレート（５４）を介して前記水平部（５１）と連結されることを特徴とする、請求項１に記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項４】
ＦＲＰ筋両端に雄ねじが設けられ、一端は前記内部支持材（４）とねじ込み結合され、他端にナットが取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項５】
前記内部支持材（４）の高さは、前記連結内管（３１）の高さと同じであり、前記内部支持材（４）両端のボルト穴が前記連結内管（３１）両端の貫通孔に対応することを特徴とする、請求項１に記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項６】
前記内部支持材（４）は、両端の円形部材（４１）と、中央の連結杆（４２）と、を備え、両端の前記円形部材（４１）が前記連結杆（４２）を介して連結され、前記円形部材（４１）上に円周状に、ボルト穴が均一に配置されることを特徴とする、請求項５に記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項７】
ＦＲＰ筋が、炭素繊維強化複合材料であることを特徴とする、請求項１に記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項８】
前記二重鋼管柱（１）の取付が完了した後、その内部に打ち込まれたコンクリートは、鋼繊維補強コンクリートであることを特徴とする、請求項１に記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部の取付方法であって、以下のステップ１からステップ７を備えており、すなわち、
ステップ１：前記仕口連結部材（３）を下層二重鋼管柱（１）の上に取り付け、前記内鋼管（１１）を前記連結内管（３１）に挿入させ、前記外鋼管（１２）を前記連結用外嵌具（３２）に挿入させ、前記外鋼管（１２）の前記第１連結耳部（１３）を前記連結用外嵌具（３２）の前記凹溝（３５）に挿入させるステップと、
ステップ２：前記内部支持材（４）の底部を下層二重鋼管の前記内鋼管（１１）に取り付け、ＦＲＰ筋を前記外鋼管（１２）、前記連結内管（３１）、前記内鋼管（１１）の順に通した後、前記内部支持材（４）の下のボルト穴にねじ込むステップと、
ステップ３：上層前記二重鋼管柱（１）を前記仕口連結部材（３）の上に取り付け、前記内部支持材（４）の上端を上の前記内鋼管（１１）に挿入させ、上の前記内鋼管（１１）の下端を前記連結内管（３１）の上端に挿入させ、上の前記外鋼管（１２）を前記連結用外嵌具（３２）の上端に挿入させ、前記外鋼管（１２）の前記第１連結耳部（１３）を前記連結用外嵌具（３２）の前記凹溝（３５）に挿入させ、ＦＲＰ筋を前記外鋼管（１２）、前記連結内管（３１）、前記内鋼管（１１）の順に通した後、前記内部支持材（４）の上のボルト穴にねじ込むステップと、
ステップ４：前記第２連結耳部（３４）を第１ガセットプレート（５３）で上下の２つの前記第１連結耳部（１３）に連結させるステップであって、ここまでで上下層の前記二重鋼管柱（１）の連結が完了するステップと、
ステップ５：前記二重鋼管柱（１）にコンクリートを打ち込むステップと、
ステップ６：二組の対称的な上下の外側環状板（５）を取り付け、外側環状板の前記環状部（５２）と前記外鋼管（１２）は挿入されたＦＲＰ筋で連結され、ＦＲＰ筋端部に上ナットを取り付けるステップと、
ステップ７：前記Ｉ型梁（２）を取り付け、フランジを第２ガセットプレート（５４）で外側環状板の前記水平部（５１）に連結させ、ウェブを前記第１ガセットプレート（５３）に連結させるステップと、
を備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築構造分野に関し、特に、コンクリート充填二重鋼管の柱及び梁の仕口部（節点）およびその取付方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
社会の近代化が推進されるにつれ、建物の構造が高いレベルで進化し続けており、コンクリート充填鋼管柱は優れた構造性能により、高層ビルや超高層ビルに広く使用されている。コンクリート充填二重鋼管柱は、構造物の自重を効果的に軽減するだけでなく、非常に優れた力学的性能を持つため、発展の大きな潜在能力と実用性を有する。
【０００３】
コンクリート充填二重鋼管柱仕口部は、柱と柱、梁と柱の接合の重要部位であり、構造全体の安全性と構造性能にとって非常に重要である。従来の接合方法の多くは、鋼管の直接溶接であり、溶接の現場施工に対する要求が高く、かつ品質管理が十分にできず、溶接の残留応力が大きく、地震の時、鋼管の局部座屈により、接合部の変形が大きすぎて構造破壊が発生する可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来のコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部の接合方法の不足を克服するため、ＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部は、二重鋼管柱と、Ｉ型梁と、仕口連結部材と、内部支持材と、外側環状板と、を備え、
二重鋼管柱は、内鋼管と、外鋼管と、を備え、内鋼管が外鋼管内に配設され、外鋼管外側の仕口部に近い端に第１連結耳部が垂直に固設され、
仕口連結部材は、連結内管と、連結用外嵌具と、を備え、連結内管および連結用外嵌具が両方とも円形鋼管であり、連結内管が連結用外嵌具内に配設され、二者がスティック状の接続具で接続され、連結内管の両端が連結用外嵌具から延出され、延出部分の外周表面に貫通孔が設けられ、連結用外嵌具の内径が外鋼管の外径よりも大きく、連結用外嵌具の外側の鉛直方向における中間位置に第２連結耳部が垂直に固設され、第２連結耳部の上下両側の連結用外嵌具に凹溝が穿設され、
内部支持材は、柱状構造であり、両端に円周状に、ボルト穴が均一に配置され、
外側環状板は、互いに垂直な水平部と、環状部と、を備え、
上下層の二重鋼管柱は、仕口連結部材および内部支持材を介して接合され、内部支持材の両端が各々上下の内鋼管に挿入され、内鋼管が連結内管に挿入され、外鋼管が連結用外嵌具に挿入されることで、第１連結耳部を連結用外嵌具の凹溝に挿入させ、
二重鋼管柱およびＩ型梁は、二組の対称的な上下の外側環状板で接合され、外側環状板の環状部が外鋼管と密着し、ＦＲＰ筋が環状部、外鋼管、連結内管および内鋼管の順を通した後、内部支持材のボルト穴内に固定され、Ｉ型梁のウェブが第１連結耳部および第２連結耳部と固結され、Ｉ型梁のフランジが水平部と固結される。
【０００６】
好ましくは、Ｉ型梁のウェブは、第１ガセットプレート（第一接続板）を介して第１連結耳部および第２連結耳部と連結され、その間をボルトで固定し、ウェブを連結しながら上下層の外鋼管の連結を補強する。
【０００７】
好ましくは、Ｉ型梁のフランジは、第２ガセットプレート（第二接続版）を介して外側環状板の水平部と連結され、その間をボルトで固定する。
【０００８】
好ましくは、ＦＲＰ筋両端に雄ねじが設けられ、一端は内部支持材とねじ込み結合され、他端にナットが取り付けられる。
【０００９】
好ましくは、内部支持材は、両端の円形部材と、中央の連結杆と、を備え、両端の円形部材が連結杆を介して連結され、円形部材上に円周状に、ボルト穴が均一に配置される。
【００１０】
好ましくは、内部支持材の高さは、連結内管の高さと同じであり、内部支持材両端のボルト穴が連結内管両端の貫通孔に対応する。
【００１１】
ＦＲＰは、高品質のプラスチック複合材料であり、好ましくは、ＦＲＰ筋が炭素繊維強化複合材料である。
【００１２】
好ましくは、二重鋼管に打ち込まれたコンクリートは、鋼繊維補強コンクリートである。
【００１３】
本発明の別の目的は、以下のステップ１〜ステップ７を含む上記仕口部の取付方法を提供する。すなわち、
ステップ１：仕口連結部材を下層二重鋼管柱の上に取り付け、内鋼管を連結内管に挿入させ、外鋼管を連結用外嵌具に挿入させ、外鋼管の第１連結耳部を連結用外嵌具の凹溝に挿入させるステップ、
ステップ２：内部支持材の底部を下層二重鋼管の内鋼管に取り付け、ＦＲＰ筋を外鋼管、連結内管、内鋼管の順に通した後、内部支持材の下のボルト穴にねじ込むステップ、
ステップ３：上層二重鋼管柱を仕口連結部材の上に取り付け、内部支持材の上端を上の内鋼管に挿入させ、上の内鋼管の下端を連結内管の上端に挿入させ、上の外鋼管を連結用外嵌具の上端に挿入させ、外鋼管の第１連結耳部を連結用外嵌具の凹溝に挿入させ、ＦＲＰ筋を外鋼管、連結内管、内鋼管の順に通した後、内部支持材の上のボルト穴にねじ込むステップ、
ステップ４：第２連結耳部を第１ガセットプレートで上下の２つの第１連結耳部に連結させるステップ（ここまでで、上下層の二重鋼管柱の連結が完了する）、
ステップ５：二重鋼管柱にコンクリートを打ち込むステップ（打ち込まれたコンクリートはコンクリートのひび割れの発生を遅らせるため、鋼繊維補強コンクリートである）、
ステップ６：二組の対称的な上下の外側環状板を取り付け、外側環状板の環状部と外鋼管は挿入されたＦＲＰ筋で連結され、ＦＲＰ筋端部に上ナットを取り付けるステップ、
ステップ７：Ｉ型梁を取り付け、フランジを第２ガセットプレートで外側環状板の水平部に連結させ、ウェブを第１ガセットプレートに連結させるステップ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以下の有利な効果を有する。
（１）本発明の内部支持材は、仕口部の強度を補強し、仕口部で内部支持を提供し、内部鋼管の座屈を防止し、二重鋼管柱内に「竹の節」効果を形成し、柱の全体的な強度を向上でき、
（２）本発明は、炭素繊維ＦＲＰ筋を介してコンクリートと二重鋼管との連結を補強し、
（３）本発明の連結耳部は、梁と柱の接合を中央の仕口連結部材に分離して連結することはなく、梁ウェブを上下の柱および仕口部と共に連結させ、共に梁端の鉛直荷重に耐え、同時に上下の柱と仕口連結部材を固結させ、柱の上下連結を大幅に増強し、仕口部の一体性および強度を高め、
（４）本発明は、ＦＲＰ筋の優れた引張性能および耐疲労性・耐荷力を利用して、仕口部の耐震エネルギー散逸能力を効果的に向上し、鋼繊維補強コンクリートを使用すると、コンクリートのひび割れの発生を遅らせ、せん断性能を向上し、構造の安全性および支持力を高める。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の構造模式図である。
【図２】二重鋼管柱の構造模式図である。
【図３】仕口連結部材の構造模式図である。
【図４】内部支持材の構造模式図（一）である。
【図５】内部支持材の構造模式図（二）である。
【図６】外側環状板の構造模式図である。
【図７】本発明の構造の立体分解図である。
【図８】本発明の部分的連結を示す模式図（一）である。
【図９】本発明の部分的連結を示す模式図（二）である。
【図１０】取付ステップを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明をさらに説明する。
【００１７】
（実施例１）
図１に示すように、本発明のＦＲＰ筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部は、二重鋼管柱１と、Ｉ型梁２と、仕口連結部材３と、内部支持材４と、外側環状板５と、を備える。
【００１８】
図２に示すように、二重鋼管柱１は、内鋼管１１と、外鋼管１２と、を備え、内鋼管および外鋼管が両方とも円形鋼管であり、外鋼管の仕口部に近い端に第１連結耳部１３が垂直に固設され、すなわち、上層外鋼管の底部と下層外鋼管の頂部の外面に第１連結耳部１３が垂直に固設され、第１連結耳部１３の数が接合に必要なＩ型梁２の数と同じである。本実施例では４つのＩ型梁２の接合を例とし、４つの第１連結耳部１３が円周方向に沿って均一に配置され；上層外鋼管の底部および下層外鋼管の頂部に連結用のＦＲＰ筋貫通孔が設けられる。
【００１９】
図３に示ように、仕口連結部材３は、連結内管３１と、連結用外嵌具３２と、を備え、連結内管および連結用外嵌具が両方とも円形鋼管であり、二者がスティック状の接続具３３で接続され、連結内管３１の両端が連結用外嵌具３２から延出され、延出部分の上に貫通孔が設けられ、連結用外嵌具３２の内径が外鋼管１２の外径よりも大きく、連結用外嵌具３２に第２連結耳部３４が垂直に固設され、第２連結耳部３４の上下両側の連結用外嵌具３２に凹溝３５が穿設される。
【００２０】
図４に示すように、内部支持材４は、柱状構造であり、両端に円周状に、ボルト穴が均一に配置され、材料と重量を減らすため、内部支持材４の外周に凹溝を設けることができる。
【００２１】
内部支持材４の高さは、連結内管３１の高さと同じであり、内部支持材４両端のボルト穴が連結内管３１両端の貫通孔に対応する
【００２２】
図６に示すように、外側環状板５は、互いに垂直な水平部５１と、環状部５２と、を備える。
【００２３】
図７乃至図９に示すように、上下層の二重鋼管柱１は、仕口連結部材３および内部支持材４を介して接合され、内部支持材４が連結内管３１に挿入され、上層内鋼管１１の下端および下層内鋼管１１の上端が両方とも内部支持材４と連結内管３１との間の隙間に挿入され、外鋼管１２が連結用外嵌具３２に挿入されることで、第１連結耳部１３を連結用外嵌具の凹溝３５に挿入させ；二重鋼管柱１およびＩ型梁２は、二組の対称的な上下の外側環状板５で接合され、外側環状板５の環状部が外鋼管１２の外面と密着し、ＦＲＰ筋が外側環状板の環状部５２、外鋼管１２、連結内管３１および内鋼管１１の順を通した後、内部支持材４のボルト穴内に固定され、ＦＲＰ筋両端に雄ねじが設けられ、一端は内部支持材４とねじ込み結合され、他端にナットが取り付けられる。Ｉ型梁２のウェブは、第１ガセットプレート５３を介して第１連結耳部１３および第２連結耳部３４と連結され、第１ガセットプレート５３が各々Ｉ型梁２のウェブ、第１連結耳部および第２連結耳部とボルトで接続され、ウェブを連結しながら上下層の外鋼管の連結を補強し；Ｉ型梁２のフランジは、第２ガセットプレート５４を介して外側環状板の水平部５１と連結され、第２ガセットプレート５４が各々Ｉ型梁のフランジおよび外側環状板の水平部とボルトで接続される。
【００２４】
ＦＲＰ筋は、炭素繊維強化複合材料を用いる。
【００２５】
図１０に示すように、本発明の取付方法は、以下のステップ１〜ステップ７を含む。すなわち、
ステップ１：仕口連結部材３を下層二重鋼管柱１の上に取り付け、内鋼管１１を連結内管３１に挿入させ、外鋼管１２を連結用外嵌具３２に挿入させ、外鋼管１２の第１連結耳部１３を連結用外嵌具３２の凹溝３５に挿入させるステップ、
ステップ２：内部支持材４の底部を下層二重鋼管の内鋼管１１に取り付け、ＦＲＰ筋を外鋼管１２、連結内管３１、内鋼管１１の順に通した後、内部支持材４の下のボルト穴にねじ込むステップ、
ステップ３：上層二重鋼管柱１を仕口連結部材３の上に取り付け、内部支持材４の上端を上の内鋼管１１に挿入させ、上の内鋼管１１の下端を連結内管３１の上端に挿入させ、上の外鋼管１２を連結用外嵌具３２の上端に挿入させ、外鋼管１２の第１連結耳部１３を連結用外嵌具３２の凹溝３５に挿入させ、ＦＲＰ筋を外鋼管１２、連結内管３１、内鋼管１１の順に通した後、内部支持材４の上のボルト穴にねじ込むステップ、
ステップ４：第２連結耳部３４を第１ガセットプレート５３で上下の２つの第１連結耳部１３に連結させるステップ（ここまでで、上下層の二重鋼管柱１の連結が完了する）、
ステップ５：二重鋼管柱１にコンクリートを打ち込むステップ（打ち込まれたコンクリートはコンクリートのひび割れの発生を遅らせるため、鋼繊維補強コンクリートである）、
ステップ６：二組の対称的な上下の外側環状板５を取り付け、外側環状板の環状部５２と外鋼管１２は挿入されたＦＲＰ筋で連結され、ＦＲＰ筋端部に上ナットを取り付けるステップ、
ステップ７：Ｉ型梁を取り付け、フランジを第２ガセットプレート５４で外側環状板の水平部５１に連結させ、ウェブを第１ガセットプレート５３に連結させるステップ。
【００２６】
（実施例２）
図５に示すように、材料と重量を減らすため、内部支持材４をくり抜いて、両端にボルト穴のある部分を残しておくことができる。内部支持材４は、両端の円形部材４１と、中央の連結杆４２と、を備え、両端の円形部材４１が連結杆４２を介して連結され、円形部材４１上に円周状に、ボルト穴が均一に配置される。
【００２７】
その他の部分は、実施例１と同じである。
【００２８】
上記は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定することを意図したものではない。当業者にとって、本発明は、多種多様な変更および変化を有することができる。本発明の精神および原則の範囲内で行われた、あらゆる修正、均等範囲内での置換、改善なども、本発明の保護範囲に網羅されるものとする。
【符号の説明】
【００２９】
１・・・二重鋼管柱
１１・・・内鋼管
１２・・・外鋼管
１３・・・第１連結耳部
２・・・Ｉ型梁
３・・・仕口連結部材
３１・・・連結内管
３２・・・連結用外嵌具
３３・・・スティック状の接続具
３４・・・第２連結耳部
３５・・・凹溝
４・・・内部支持材
４１・・・円形部材
４２・・・連結杆
５・・・外側環状板
５１・・・水平部
５２・・・環状部
５３・・・第１ガセットプレート
５４・・・第２ガセットプレート
【要約】      （修正有）【課題】ＦＲＰ鉄筋接合装置を内蔵したコンクリート充填二重鋼管柱梁仕口部およびその取付方法を提供する。【解決手段】二重鋼管柱１と、Ｉ型梁２と、仕口連結部材３と、内部支持材４と、ふさぎ板５と、を備え、二重鋼管柱1は内鋼管と、外鋼管と、を備え、仕口連結部材３は連結内管と、連結用外嵌円盤と、を備え、連結内管および連結用外嵌円盤が両方とも円形鋼管であり、内部支持材４は柱状構造であり、両端に円周状に、ボルト穴が均一に配置され、ふさぎ板５は互いに垂直な水平部と、環状部と、を備え、上下層の二重鋼管柱１は仕口連結部材３および内部支持材４を介して接合され、内部支持材４の両端が各々上下の内鋼管に挿入され、ＦＲＰ鉄筋が環状部、外鋼管、連結内管および内鋼管の順を通した後、内部支持材４のボルト穴内に固定される。【選択図】図１【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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