(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート充填鋼管材を形鋼に取り付けてなる複合梁材であって、
コンクリート充填鋼管材が、横向きの鋼管と、鋼管の両端部を閉塞する閉塞板と、鋼管内に充填された充填コンクリートとによって構成され、
閉塞板には、鋼管内部において鋼管の他端側へ向かって突出し、周囲の充填コンクリートと係合して、鋼管の長手方向への充填コンクリートのずれを拘束できる形状の定着具が固定され、
硬化した充填コンクリートの両端部が、鋼管内部において閉塞板の定着具と一体化することにより、閉塞板を介して鋼管に拘束されていることを特徴とする複合梁材。
【請求項２】
定着具が、孔あき鋼板ジベル、又は、寸切りボルトであることを特徴とする、請求項１に記載の複合梁材。
【請求項３】
定着具の突出寸法が、１５０〜２５０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の複合梁材。
【請求項４】
横向きの鋼管の上面に、内部にコンクリートを充填するためのコンクリート充填口が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の複合梁材。
【請求項５】
請求項４に記載の複合梁材を製造する方法であって、
鋼管の両端部に閉塞板を溶接して固定し、
コンクリート充填口から鋼管内部にコンクリートを充填して硬化させ、
充填コンクリートの両端部を、鋼管内部において閉塞板の定着具と一体化させることにより、閉塞板を介して鋼管に拘束させることを特徴とする複合梁材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物やその他の構造物において、構造材として使用することができるコンクリート充填鋼管材に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼材とコンクリートを組み合わせた複合構造材の一つとして、鋼管内にコンクリートを充填することによって構成された「コンクリート充填鋼管材」という構造材が知られている。コンクリート充填鋼管材は、従来は主に構造物の柱材として利用されていたが、最近では、梁材への適用も検討されている（特許文献１等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−０８２０４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される複合梁材（合成構造部材）は、内側面に多数の突起（拘束手段）が形成された鋼殻部（図６の鋼管２’）内にコンクリートを配置し、突起によってコンクリートを鋼殻部に拘束させ、強固に結合させることにより、極めて高い曲げ剛性を得ようとするものである。
【０００５】
しかしながら、図６に示すような鋼管２’は、調達が容易でないという問題がある。具体的には、内側面に多数の突起が形成された鋼管２’（縞鋼管）は、既製品として流通していないため、調達可能な材料を加工して製造する必要がある。例えば、平鋼管の内側面に多数の突起を溶接するという方法や、既製品として流通している縞鋼板（図６に示すような「なまこ型」の突起２５が、一方の面に多数形成された鋼板）を四枚用意し、突起が内側となる向きで角筒状に組み、隣接する縞鋼板の長手側縁同士を溶接するという方法等によって製造することが考えられるが、いずれの方法も非常に手間がかかり、また、製造コスト或いは加工コストが大幅に嵩んでしまうという問題がある。
【０００６】
更に、平鋼管の内側面に多数の突起を溶接するという方法は、溶接作業者が進入できない径の鋼管に対しては適用することができない、という問題もある。また、既製品として現在流通している縞鋼板のＦ値は３２５Ｎ／ｍｍ２程度であり、高強度（例えば４００Ｎ／ｍｍ２以上）の縞鋼板は製造されていないため、既製品の縞鋼板を使用する場合、高強度の縞鋼管を得ることは困難である。
【０００７】
更に、公共施設の建設に使用される構造用鋼材は、ＪＩＳ認定が必要になるところ、現在流通している縞鋼板は、構造用鋼材としてＪＩＳ認定されていないため、現時点では、縞鋼板を使用して製造した鋼管２’、及び、これを使用したコンクリート充填鋼管材は、公共施設利用の段階には至っていない。
【０００８】
本発明は、このような従来技術における問題を解決しようとするものであって、極めて安価なコストで製造することができ、溶接作業者が進入できない径の鋼管に対しても問題なく適用することができ、かつ、高い引張応力度を得ることができるコンクリート充填鋼管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】
【０００９】
本発明に係るコンクリート充填鋼管材は、鋼管と、鋼管の両端部を閉塞する閉塞板と、鋼管内に充填された充填コンクリートとによって構成され、閉塞板には、鋼管内部において鋼管の他端側へ向かって突出し、周囲の充填コンクリートと係合して、鋼管の長手方向への充填コンクリートのずれを拘束できる形状の定着具が固定され、硬化した充填コンクリートの両端部が、鋼管内部において閉塞板の定着具と一体化することにより、閉塞板を介して鋼管に拘束されていることを特徴としている。
【００１０】
尚、定着具は、孔あき鋼板ジベル、又は、寸切りボルトとすることができ、また、定着具の突出寸法は、１５０〜２５０ｍｍであることが好ましい。更に、鋼管の上面に、内部にコンクリートを充填するためのコンクリート充填口が形成されていることが好ましい。
【００１１】
本発明に係るコンクリート充填鋼管材の製造方法は、鋼管の両端部に閉塞板を溶接して固定し、コンクリート充填口から鋼管内部にコンクリートを充填して硬化させ、充填コンクリートの両端部を、鋼管内部において閉塞板の定着具と一体化させることにより、閉塞板を介して鋼管に拘束させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るコンクリート充填鋼管材は、充填コンクリートの両端部が閉塞板を介して鋼管に拘束されることにより、充填コンクリートの引張抵抗力が鋼管に作用して、高い引張応力度を得ることができ、平鋼管をそのまま使用することができるため、極めて安価なコストで製造することができる。また、溶接作業者が進入できない径の鋼管に対しても、問題なく適用することができる。更に、平鋼管を採用することにより、高強度の鋼管を調達することができ、また、ＪＩＳ認定された平鋼管を使用することにより、公共施設の構造物においても、問題なく利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第一実施形態に係るコンクリート充填鋼管材１の断面斜視図である。
【図２】図２は、図１に示すコンクリート充填鋼管材１の閉塞板３の斜視図である。
【図３】図３は、図１に示すコンクリート充填鋼管材１をＩ型断面の形鋼５に取り付けて構成した複合梁材６の垂直断面図である。
【図４】図４は、図３に示す複合梁材６の側面図（一部切欠）である。
【図５】図５は、本発明のコンクリート充填鋼管材１において使用できる閉塞板３の他の構成例の水平断面図である。
【図６】図６は、従来のコンクリート充填鋼管材における鋼管２’の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面に沿って本発明に係るコンクリート充填鋼管材の実施形態について説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係るコンクリート充填鋼管材１の断面斜視図である。図示されているように、このコンクリート充填鋼管材１は、鋼管２、閉塞板３、及び、充填コンクリート４によって構成されている。
【００１５】
鋼管２は、外面及び内面に突起等が形成されていない平鋼管（普通鋼管）であり、上面には、内部にコンクリートを充填するためのコンクリート充填口２１が形成されており、このコンクリート充填口２１の周囲には、補強板２２が取り付けられている。また、鋼管２の端部２３近傍の上面には、コンクリートの充填時に鋼管２内の空気を排出するための空気抜き孔２４が形成されている。鋼管２の両端部（図１に示す端部２３、及び、図示しない反対側の端部）は、閉塞板３が装着（溶接）されることによって閉じられている。
【００１６】
図２（図１に示す閉塞板３の拡大斜視図）に示すように、閉塞板３の内側面３１には、二枚の孔あき鋼板ジベル３２（定着具）が固定されている。これらの孔あき鋼板ジベル３２は、閉塞板３を鋼管２の端部２３に装着した際に、閉塞板３の内側面３１から鋼管２の他端側へ向かって突出するように形成されている。
【００１７】
本実施形態のコンクリート充填鋼管材１は、両端部が閉塞板３によって閉塞された鋼管２の内部に、コンクリート充填口２１からコンクリートを充填し、鋼管２の内部で硬化させることによって製造することができる。硬化した充填コンクリート４の両端部は、鋼管２の内部において孔あき鋼板ジベル３２と一体化することになり、その結果、充填コンクリート４が両端部において、閉塞板３を介して鋼管２に拘束される。
【００１８】
このコンクリート充填鋼管材１は、引張力や曲げ引張力が作用する構造部分において構造材（或いは、構造材の構成要素）として使用した場合に、高い引張応力を発揮することができ、コンクリートが充填されていない鋼管材を使用した場合、及び、充填コンクリートが鋼管に拘束されていないコンクリート充填鋼管材を使用した場合よりも、高い引張応力度を得ることができる。
【００１９】
例えば、図３に示すように、このコンクリート充填鋼管材１をＩ型断面の形鋼５に取り付けて、複合梁材６として構成した場合において、図４に示すように、複合梁材６（及びコンクリート充填鋼管材１）の両端部に引張力、或いは、曲げ引張力が作用した際に、両端部が鋼管２に拘束された充填コンクリート４の引張抵抗力（３．０Ｎ／ｍｍ２）が、鋼管２及び複合梁材６に作用する引張力（又は曲げ引張力）に抵抗することになるため、その分だけ鋼管２及び複合梁材６の引張応力度を増加させることができる。
【００２０】
このような充填コンクリート４の両端部が鋼管２に拘束されることによって期待することができる「引張応力度の増加」という効果は、例えば図６に示す鋼管２’（内側面に突起２５が多数形成されている鋼管２’）内にコンクリートを充填して形成したコンクリート充填鋼管材（特許文献１に記載の合成構造部材）においても期待することができる。
【００２１】
より具体的には、図６の鋼管２’内にコンクリートを充填してコンクリート充填鋼管材を形成した場合、充填コンクリートが、多数の突起２５によって鋼管２’に拘束されることになり、充填コンクリートの引張抵抗力の分だけ、鋼管２’の引張応力度が増加する。（尚、突起２５が、鋼管２’の両端部のみならず、長手方向の全体にわたって形成されている場合には、充填コンクリートは、両端部のみならず、長手方向の全体にわたって鋼管２’に拘束されることになる。）
【００２２】
しかしながら、図６に示すような内側面に突起２５が多数形成されている鋼管２’は、上述したように、製造コスト或いは加工コストが、平鋼管を使用する場合と比較して大幅に増加してしまうという問題がある。また、平鋼管の内側面に多数の突起を溶接することによって鋼管２’を製造するという方法は、溶接作業者が進入できない径の鋼管に対しては適用することができない、という問題もある。
【００２３】
更に、公共施設の建設に使用される構造用鋼材は、ＪＩＳ認定が必要になるところ、現在流通している縞鋼板は、構造用鋼材としてＪＩＳ認定されていないため、現時点では、縞鋼板を使用して製造した鋼管２’、及び、これを使用したコンクリート充填鋼管材は、公共施設利用の段階には至っていない。
【００２４】
これに対して本実施形態のコンクリート充填鋼管材１は、鋼管２として平鋼管をそのまま使用することができ、閉塞板３の内側面３１に、定着具として孔あき鋼板ジベル３２を溶接するとともに、この閉塞板３を鋼管２の両端部に溶接して固定し、鋼管２の内部にコンクリートを充填するだけで、極めて安価なコストで製造することができる。また、溶接作業者が進入できない径の鋼管２に対しても、問題なく適用することができる。
【００２５】
更に、鋼管２として、平鋼管を使用することにより、現在流通している縞鋼板を使用して製造した鋼管２’よりも高強度（例えば、Ｆ値：４００Ｎ／ｍｍ２）の鋼管を調達することができる。また、構造用鋼材としてＪＩＳ認定された平鋼管を使用することにより、公共施設の構造物においても、問題なく利用することができる。
【００２６】
尚、本実施形態においては、充填コンクリート４を拘束するための定着具として、二枚の孔あき鋼板ジベル３２が内側面３１に固定された閉塞板３が使用されているが、充填コンクリート４を拘束する定着具は、孔あき鋼板ジベル３２には限定されず、硬化した周囲の充填コンクリート４と噛み合って係合し、鋼管２の長手方向（一端側から他端側へ向かう方向）へのずれを拘束できる形状であれば、どのようなものでも採用することができる。例えば図５（閉塞板３の他の構成例の水平断面図）に示すように、外周面にねじ山が形成された寸切りボルト３３（長ねじ）を貫通させて、内側面３１から突出するように構成した閉塞板３を使用することもできる。
【００２７】
この場合も、図２に示す閉塞板３を使用した場合と同様に、鋼管２内で硬化した充填コンクリート４が、鋼管２内の両端部において、ねじ溝と噛み合った状態で寸切りボルト３３と一体化することになり、その結果、充填コンクリート４を両端部において鋼管２に対して拘束することができる。
【００２８】
尚、閉塞板３における定着具（図２に示す孔あき鋼板ジベル３２、図５に示す寸切りボルト３３等）は、硬化した充填コンクリート４に対して十分な拘束力を発揮できるように、少なくとも１５０ｍｍの突出寸法（閉塞板３を鋼管２の端部２３に装着した際に、閉塞板３の内側面３１から鋼管２の他端側へ向かって突出する寸法）を有していることが必要であり、また、突出寸法が２５０ｍｍを超えた場合でも、期待できる引張応力度の増加分は殆ど変わらないため、定着具の突出寸法は、１５０〜２５０ｍｍ（より好ましくは２００ｍｍ）とすることが好適である。
【符号の説明】
【００２９】
１：コンクリート充填鋼管材、
２，２’：鋼管、
３：閉塞板、
４：充填コンクリート、
５：形鋼、
６：複合梁材、
２１：コンクリート充填口、
２２：補強板、
２３：端部、
２４：空気抜き孔、
２５：突起
３１：内側面、
３２：孔あき鋼板ジベル、
３３：寸切りボルト
【図１】
0006950011.tif 000002
【図２】
0006950011.tif 000003
【図３】
0006950011.tif 000004
【図４】
0006950011.tif 000005
【図５】
0006950011.tif 000006
【図６】
0006950011.tif 000007