特許 5915425 コンクリート充填鋼管構造体および施工構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5915425

(24)【登録日】2016年4月15日

(45)【発行日】2016年5月11日

(54)【発明の名称】コンクリート充填鋼管構造体および施工構造

(51)【国際特許分類】

   E04H 12/16 20060101AFI20160422BHJP

   E04C 3/34 20060101ALI20160422BHJP

【ＦＩ】

   E04H12/16

   E04C3/34

【請求項の数】5

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-154080(P2012-154080)

(22)【出願日】2012年7月9日

(65)【公開番号】特開2014-15773(P2014-15773A)

(43)【公開日】2014年1月30日

【審査請求日】2014年8月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100108578

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 詔男

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100129403

【弁理士】

【氏名又は名称】増井 裕士

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(72)【発明者】

【氏名】冨永 知徳

(72)【発明者】

【氏名】寺田 好男

(72)【発明者】

【氏名】山本 洋司

【審査官】 新井 夕起子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２４２４８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１６０３３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｈ １２／００ − １２／３４

Ｅ０４Ｂ １／１８ − １／３０

Ｅ０４Ｂ １／５８

Ｅ０４Ｃ ３／００ − ３／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

雄型継手と、該雄型継手に管軸方向に挿入される雌型継手と、による嵌合構造を有する接合部を、少なくとも１以上管軸方向に有する鋼管部材と、
該鋼管部材の内部に充填されたコンクリートと、
該コンクリートに管軸方向のプレストレスを付与するＰＣ部材と、
を備えたコンクリート充填鋼管構造体であって、
前記ＰＣ部材の緊張により付与される軸力により、
前記鋼管部材の接合部では、前記鋼管部材に、前記雄型継手と雌型継手同士の嵌合接合力に応じた低いプレストレスが、また、前記コンクリートに、前記嵌合接合力を超える高いプレストレスがそれぞれ導入されており、
前記接合部以外では、前記コンクリートと前記鋼管部材とが一体化された合成構造体としてプレストレスが導入されていることを特徴とするコンクリート充填鋼管構造体。

【請求項2】

前記接合部は、前記雌型継手がテーパ状に拡径され、前記雄型継手がテーパ状に縮径されていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート充填鋼管構造体。

【請求項3】

前記雄型継手の継手端部には、管軸方向に向けて突出する圧縮可能部材が設けられ、
該圧縮可能部材は、前記ＰＣ部材により付与されるプレストレスによって圧縮されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート充填鋼管構造体。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコンクリート充填鋼管構造体を用いたことを特徴とする施工構造。

【請求項5】

前記接合部は、前記コンクリート充填鋼管構造体における管軸方向のうち、剛性を高めたい部分に選択的に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の施工構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート充填鋼管構造体および施工構造に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、強度・剛性を高めるために鋼管にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）が知られている。しかし、ＣＦＴは軸力の無い場合、中立軸の引っ張り側にあるコンクリートが強度・剛性に寄与しない。その場合、コンクリートを有効に作用させるためには、管軸方向にプレストレスを導入することが容易に考えられる。しかし、このようなコンクリート充填鋼管では、鋼管と内部に充填されるコンクリートとが、合成化しており、鋼管がプレストレスの抵抗となってプレストレスの導入効率が低下することから、プレストレス構造とすることが不適とされている。

【0003】

ところで、鋼管とコンクリートとが合成化されていない構造として、アンボンドブレースが知られている。このアンボンドブレースは、軸力を負担する中心鋼材を鋼管とモルタルで拘束し、中心鋼材とモルタルとの間がアンボンド材によってアンボンド処理され、座屈拘束材となる鋼管とモルタルに軸力が加わらない構成となっている。

【0004】

また、上述したアンボンドブレースと同様に、鋼管とコンクリートとの間をアンボンド処理した鋼管構造が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１には、鋼管内にコンクリートを充填して構成される鋼管部材において、硬化したコンクリートに対して、鋼管の内周面にエポキシ系樹脂等の所定時間潤滑効果を有する経時硬化性のアンボンド剤を塗布し、充填したコンクリートが硬化して鋼管と一体化する前に鋼管の外側に設けられたＰＣ鋼棒またはＰＣケーブルによって軸方向のプレストレスを付与する構成について記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１−２６２５６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

すなわち、従来の構造のうち、プレストレスの導入が不適とされる従来のコンクリート充填鋼管に対して、上記アンボンドブレースの構造を適用して非合成化構造とすると、軸方向にプレストレスを導入する際、鋼管とコンクリートとが一体化されていないので、コンクリートのみに軸力を負担させることができる。しかしながら、鋼管とコンクリートとが合成化されていないので、単なる重ね梁の構造となり、コンクリート充填鋼管としての十分な剛性が得られないという問題があった。

【0007】

また、特許文献１の鋼管の場合、アンボンド剤が経時硬化性であり、時効により硬化し、鋼管と鋼管部材とが合成化してしまう。そのため、硬化後にプレストレスを導入すると、鋼管がプレストレスの抵抗となるため、プレストレスの導入効率が低下することとなり、上述したコンクリート充填鋼管にプレストレスを導入する場合と同様に、プレストレス構造とするのが不適となる。
そのため、鋼管とコンクリートとの合成化を図りつつ、コンクリートに効率よくプレストレスを導入することをバランスよく達成できる構成が求められており、その点で改良の余地があった。

【0008】

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、鋼管部材とコンクリートとの合成化を図りつつ、コンクリートに効率よくプレストレスを導入することで、鋼管全体の剛性と強度を効果的に高めることができるコンクリート充填鋼管構造体および施工構造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】

上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリート充填鋼管構造体では、雄型継手と、雄型継手に管軸方向に挿入される雌型継手と、による嵌合構造を有する接合部を、少なくとも１以上管軸方向に有する鋼管部材と、鋼管部材の内部に充填されたコンクリートと、コンクリートに管軸方向のプレストレスを付与するＰＣ部材と、を備えたコンクリート充填鋼管構造体であって、ＰＣ部材の緊張により付与される軸力により、鋼管部材の接合部では、鋼管部材に、雄型継手と雌型継手同士の嵌合接合力に応じた低いプレストレスが、また、コンクリートに、嵌合接合力を超える高いプレストレスがそれぞれ導入されており、接合部以外では、コンクリートと鋼管部材とが一体化された合成構造体としてプレストレスが導入されていることを特徴としている。

【0010】

また、本発明に係る施工構造では、上述したコンクリート充填鋼管構造体を用いたことを特徴としている。

【0011】

本発明では、鋼管部材の内部に充填したコンクリートが硬化してから、ＰＣ部材を緊張してコンクリートに所定の軸力を与えてプレストレスを付与することができ、コンクリートと合成化された鋼管部材に対して管軸方向の圧縮応力（軸力）が作用する。このとき、これら鋼管部材の接合部が管軸方向に挿入による嵌合構造となっているので、与えられた軸力が接合部を構成する雄型継手と雌型継手同士の嵌合接合力を超えると、ＰＣ部材の緊張とともに双方の鋼管部材同士が管軸方向に相対的に移動する。そのことによって、鋼管部材に入った軸力は増えずに、コンクリートに入る軸力のみが増加することになる。そして、プレストレスがある程度まで導入されると、コンクリートが管軸方向に直交する径方向に膨張し、鋼管部材とコンクリートとの間の摩擦力が大きくなるので、鋼管部材とコンクリートとをより強固に合成化させることができる。しかも、プレストレスの導入によって接合部における雌型継手と雄型継手の間に働く面圧が増大するので、管軸回りの回転に対する耐力を向上させることができる。

【0012】

また、鋼管部材がコンクリートに付与される前記圧縮応力の抵抗となるのを抑えることができ、鋼管部材とコンクリートに与えられる緊張力（軸力）の合計の増大を抑えることが可能となるので、硬化したコンクリートに対して効率よくプレストレスを導入することができ、鋼管部材の接合部における剛性を高めることができる。このように、本発明では、鋼管部材とコンクリートとの合成化を維持した状態で、プレストレスの効率化と、鋼管部材とコンクリートとの高剛性化と、を同時に達成することができる。

【0013】

また、従来のようにアンボンド処理により鋼管部材とコンクリートとを一体化させない構成ではないので、高価なアンボンド材が不要となり、コストの増大を抑えることができる。しかも、アンボンド材を使用しないことにより、複雑で手間のかかる施工が不要になるという利点がある。

【0014】

なお、鋼管部材の断面形状は閉断面でありさえすれば必ずしも円形である必要はなく、雌型継手を有する雌管の中に雄型継手を有する雄管が挿入することができれば、角型鋼管や溶接による箱型断面であっても、前記雌管と雄管との間に軸方向のずれを生じさせることができればよい。

【0015】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管構造体では、接合部は、雌型継手がテーパ状に拡径され、雄型継手がテーパ状に縮径されていることが好ましい。

【0016】

この場合、雄型継手と雌型継手とがそれぞれのテーパ面同士の嵌合により支圧接合となるので、管軸方向の接合力が大きくなるとともに、プレストレス導入時のように所定以上の軸力が与えられた場合には、互いのテーパ面で滑り作用が生じ、双方の鋼管部材同士を管軸方向に相対移動させることができる。

【0017】

また、雌型継手および雄型継手がテーパ状になることにより、鋼管部材の雌管と雄管の一般部における管径を同一にすることが可能になる。

【0018】

また、本発明に係るコンクリート充填鋼管構造体では、雄型継手の継手端部には、管軸方向に向けて突出する圧縮可能部材が設けられ、圧縮可能部材は、ＰＣ部材により付与されるプレストレスによって圧縮される構成とすることも可能である。

【0019】

この場合には、コンクリートの充填圧力よりも大きく、その硬化したコンクリート強度よりも小さく、且つプレストレスの導入時の圧縮応力よりも小さい強度からなる圧縮可能部材を雄型継手の継手端部に設けておくことで、鋼管部材の内部に充填されたコンクリートにプレストレスを付与すると、圧縮可能部材が管軸方向に圧縮されて押し潰されるので、鋼管部材同士の管軸方向に相対的に移動し易くなり、効率よくプレストレスを導入することができる。また、圧縮可能部材の厚みや硬さを適宜設定することで、鋼管部材同士の移動量（変位量）を調整することができる。

【0020】

また、本発明に係る施工構造では、接合部は、コンクリート充填鋼管構造体における管軸方向のうち、剛性を高めたい部分に選択的に配置されていることが好ましい。

【0021】

この場合には、コンクリート充填鋼管構造体における最大曲げモーメントが加わる部分にプレストレスにより剛性を高められる接合部を配置することで、効果的に剛性の高い施工構造を設けることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明のコンクリート充填鋼管構造体および施工構造によれば、鋼管部材とコンクリートとの合成化を図りつつ、コンクリートに効率よくプレストレスを導入することで、鋼管全体の剛性と強度を効果的に高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施の形態による鋼管構造体の構成を示す側面図である。

【図2】図１の鋼管構造体の要部を示す縦断面図である。

【図3】鋼管部材の接合部を示す縦断面図であって、接合前の状態を示す図である。

【図4】図１に示すＡ−Ａ線断面図である。

【図5】鋼管部材の接合状態を示す縦断面図であって、（ａ）はプレストレス導入前の状態を示す図、（ｂ）はプレストレス導入後の状態を示す図である。

【図6】実施例による検討結果を示す図である。

【図7】本実施の形態の変形例による接合部の状態を示す縦断面図であって、（ａ）はプレストレス導入前の状態を示す図、（ｂ）はプレストレス導入後の状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施の形態によるコンクリート充填鋼管構造体および施工構造について、図面に基づいて説明する。

【0025】

図１に示すように、本実施の形態によるコンクリート充填鋼管構造体（以下、単に鋼管構造体１という）は、１箇所の接合部Ｔを有する鋼管部材２と、鋼管部材２の内部に充填されたコンクリート３と、コンクリート３に管軸Ｏ方向のプレストレスを付与するＰＣ鋼材（ＰＣ部材）４と、を備えている。鋼管部材２の接合部Ｔは、雄型継手２１Ａと、この雄型継手２１Ａに対して管軸Ｏ方向に沿って挿入される雌型継手２２Ａと、による嵌合構造となっている。

【0026】

ここで、上述した管軸Ｏは鋼管構造体１の中心軸であり、この管軸Ｏに直交する方向を径方向とする。また、本実施の形態では、鋼管構造体１の管軸Ｏが上下方向に向けて配置され、鋼管部材２の接合部Ｔにおいて、雄型継手２１Ａを有する鋼管が管軸Ｏに沿って下側に設けられ、雌型継手２２Ａを有する鋼管が管軸Ｏに沿って上側に設けられている。

【0027】

図２に示すように、鋼管部材２は、管軸Ｏ方向の上端２１ａ側部分において下方から上端２１ａに向かうに従い漸次縮径されるテーパ状の前記雄型継手２１Ａを有する雄側鋼管２１と、管軸Ｏ方向の下端２２ｂ側部分において上方から下端２２ｂに向かうに従い漸次拡径されるテーパ状の前記雌型継手２２Ａを有する雌側鋼管２２と、を備えている（図３参照）。雄側鋼管２１および雌側鋼管２２は、それぞれ中空の円形断面鋼管であり、雄型継手２１Ａを雌型継手２２Ａに挿嵌させて上下方向に沿って直列に配置されている（図４参照）。接合部Ｔは、それぞれの雄型継手２１Ａの外周テーパ面２１ｃと雌型継手２２Ａの内周テーパ面２２ｃ同士が互いに支圧されることにより接合されている。
なお、雄型継手２１Ａおよび雌型継手２２Ａとして、例えばスリップジョイント（ヨシモトポール社製）などを採用することができる。

【0028】

ＰＣ鋼材４は、本実施の形態では両端４ａ、４ｂに雄ねじが形成されているＰＣ鋼棒を使用し、鋼管断面の略中心において長手方向を上下方向に向けて配置されている。なお、ＰＣ鋼材４としては、ＰＣ鋼棒の他に、例えば鋼線、鋼より線などを採用することも可能である。
そして、ＰＣ鋼材４は、鋼管部材２内に管軸Ｏと同軸に配置されたシース管５１内に挿通されるとともに、上下端のうち上端４ａが雌側鋼管２２の上端２２ａに上側定着部５Ａによって定着され、下端４ｂが雄側鋼管２１の下端２１ｂに下側定着部５Ｂによって定着されている。なお、本実施の形態では、下側定着部５Ｂは雄側鋼管２１に固定され、上側定着部５Ａのみでプレストレスを導入する作業が行われる。

【0029】

上側定着部５Ａは、シース管５１の上端５１ａに固定されており、ＰＣ鋼材４を挿通可能な第１支圧板５２Ａと、ＰＣ鋼材４の上端４ａに介挿板５４を介して螺合される第１ナット５３Ａと、を備えている。第１支圧板５２Ａは、外径が雌側鋼管２２の上端２２ａにおける内径寸法よりも小さい円盤形状をなし、雌側鋼管２２に対して非固定状態で設けられている。

【0030】

下側定着部５Ｂは、シース管５１の下端５１ｂに固定されており、ＰＣ鋼材４を挿通可能な第２支圧板５２Ｂと、ＰＣ鋼材４の下端４ｂに介挿板５４を介して螺合される第２ナット５３Ｂと、を備えている。第２支圧板５２Ｂは、外径が雄側鋼管２１の下端２１ｂの外径寸法と同等の円盤形状をなし、雄側鋼管２１に対して溶接などにより固定されている。

【0031】

ただし、第２支圧板５２Ｂは、必ずしも雄側鋼管２１に対して固定される必要性はない。施工や設計の必要に応じて、第１支圧板５２Ａと同様、雄側鋼管２１の内径よりも小さくして、コンクリートのみを押圧する構造にしてもよい。

【0032】

鋼管構造体１では、上側定着部５Ａにおいて、ＰＣ鋼材４を管軸Ｏ方向の上方に向けて引っ張って緊張力を与えた状態で第１ナット５３Ａを締め付けることで、第２支圧板５２Ｂがコンクリート３の端部（下端）を拘束しているため、ＰＣ鋼材４の緊張力が第１ナット５３Ａ、介挿板５４、および第１支圧板５２Ａを介してコンクリート３に伝達され、そのコンクリート３に圧縮応力（プレストレス）が付与されることになる。

【0033】

次に、上述した鋼管構造体１を略下半分を地中に埋設される施工構造の施工方法と、鋼管構造体にプレストレスを導入する方法について、図面に基づいて説明する。
先ず、施工箇所の地盤において、図１に示す鋼管構造体１の略下半分が埋まるように地中に掘削穴（図示省略）を掘削しておく。

【0034】

そして、図２に示すように、雄側鋼管２１と雌側鋼管２２を接合する。具体的には、雄側鋼管２１の雄型継手２１Ａを雌側鋼管２２の雌型継手２２Ａに挿入させる、或いは雄型継手２１Ａに対して雌型継手２２Ａを嵌入させることにより両鋼管２１、２２を管軸Ｏ方向に接合する。このとき、雄側鋼管２１の上端２１ａおよび雌側鋼管２２の下端２２ｂの少なくともいずれかを例えばハンマー等で打ち込むことにより嵌合させ、双方の継手２１Ａ、２２Ｂそれぞれのテーパ面２１ｃ、２２ｃ同士が当接し、管軸Ｏ方向に支圧接合された状態となる。なお、雄側鋼管２１および雌側鋼管２２は、後述するプレストレスに伴う移動量、すなわち移動変位Ｐ（図５（ａ）、（ｂ）参照）を残した状態で接合される。

【0035】

その後、第２支圧板５２Ｂを雄側鋼管２１の下端２１ｂに固定するとともに、その第２支圧板５２Ｂにシース管５１の下端５１ｂを固定し、そのシース管５１を鋼管部材２の中空部に配設する。そして、シース管５１の上端５１ａに第１支圧板５２Ａを固定した後、シース管５１内にＰＣ鋼材４を挿通させ、ＰＣ鋼材４の上端４ａおよび下端４ｂそれぞれの雄ねじに介挿板５４を介してナット５３Ａ、５３Ｂを螺合させて締め付け、これにより上側定着部５Ａと下側定着部５Ｂとが鋼管部材２にセットされる。なお、このセット作業は、施工箇所で行うことに限らず、例えば工場など施工箇所と離れた場所で組み立てた状態で施工箇所に搬入させるようにしてもよい。

【0036】

次に、図１に示すように、施工箇所において、ＰＣ鋼材４がセットされた中空の鋼管部材２を、上側定着部５Ａを上向きにした状態で予め施工しておいた前記掘削穴に埋設する。このとき、雄側鋼管２１と雌側鋼管２２との接合部Ｔは、本施工構造に最大の曲げモーメントが作用する地表面（図１に示す符号Ｇ）付近に位置されている。なお、本実施の形態の施工構造では、雄側鋼管２１と雌側鋼管２２との接合部Ｔが鋼管構造体１における管軸Ｏ方向のうち、剛性を高めたい部分に選択的に配置させることができ、鋼管構造体１における最大曲げモーメントが加わる部分にプレストレスにより剛性を高められる接合部Ｔを配置することで、効果的に剛性の高い施工構造を設けることができる。

【0037】

次いで、図２に示すように、第１支圧板５２Ａの厚さ方向に貫通する図示しない注入孔より鋼管部材２内にコンクリート３を充填することで、鋼管部材２（雄側鋼管２１および雌側鋼管２２）と硬化したコンクリート３とを一体化させる。なお、コンクリート３の注入箇所は、第１支圧板５２Ａに設けられる前記注入孔に限定されず、適宜な位置を選定することができ、例えば第１支圧板５２Ａの外周部と雌側鋼管２２の上端２２ａとの間の隙間を使用して注入しても良い。

【0038】

次に、充填したコンクリート３が硬化した後、上側定着部５Ａにおいて、図示しないセンターホールジャッキを用い、そのセンターホールジャッキを伸長させ、ＰＣ鋼材４を緊張し、上側定着部５Ａの第１ナット５３Ａをさらに締め付けることで、第１支圧板５２Ａおよび第２支圧板５２Ｂが硬化したコンクリート３を押圧して圧縮応力を与えることとなり、そのコンクリート３にプレストレスを導入することができる（図５（ａ）、（ｂ）参照）。

【0039】

このとき、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、圧縮応力を受けるコンクリート３と一体化された雄側鋼管２１および雌側鋼管２２にも管軸Ｏ方向の圧縮応力（軸力）が作用するが、これら雄側鋼管２１および雌側鋼管２２が管軸Ｏ方向に挿入による嵌合構造となっているので、上側に位置する雌側鋼管２２は、図２に示すＰＣ鋼材４の緊張とともに管軸Ｏ方向で雄側鋼管２１側（矢印Ｅ方向の下方）に向けて移動変位Ｐをもって移動する。そのため、鋼管部材２自体がコンクリート３に付与される前記圧縮応力の抵抗となるのを抑制することができ、効率よくプレストレスを導入することができる。

【0040】

なお，施工順序としては、ＰＣ鋼線４とシース管５１を備えた雄側鋼管２１を地中に埋設した後、ＰＣ鋼線４とシース管５１を雌側鋼管２２内に挿通させ、挿通した状態で雌側鋼管２２を雄側鋼管２１の上に乗せる形で、雌側鋼管２２に雌側鋼管２１を挿入した後、コンクリート３を打設することもできる。

【0041】

次に、上述したコンクリート充填鋼管構造体および施工構造の作用について図面を用いて詳細に説明する。
図２に示すように、本実施の形態では、鋼管部材２の内部に充填したコンクリート３が硬化してから、ＰＣ鋼材４を緊張してコンクリート３に所定の軸力を与えてプレストレスを付与することができ、コンクリート３と合成化された鋼管部材２に対して管軸Ｏ方向の圧縮応力（軸力）が作用する。このとき、これら鋼管部材２の接合部Ｔが管軸Ｏ方向に挿入による嵌合構造となっているので、与えられた軸力が接合部Ｔを構成する雄型継手２１Ａと雌型継手２２Ａ同士の嵌合接合力を超えると、ＰＣ鋼材４の緊張とともに双方の雄側鋼管２１と雌側鋼管２２同士が管軸Ｏ方向に相対的に移動する。そのことによって、鋼管部材２に入った軸力は増えずに、コンクリート３に入る軸力のみが増加することになる。

【0042】

そして、プレストレスがある程度まで導入されると、コンクリート３が径方向に膨張し、鋼管部材２とコンクリート３との間の摩擦力が大きくなるので、鋼管部材２とコンクリート３とをより強固に合成化させることができる。しかも、プレストレスの導入によって接合部Ｔにおける軸力が増大し、それに伴って雌側鋼管２２と雄側鋼管２１の間の面圧が増大するので、管軸Ｏ回りの回転に対する耐力を向上させることができる。

【0043】

また、鋼管部材２がコンクリート３に付与される前記圧縮応力の抵抗となるのを抑えることができ、鋼管部材２とコンクリート３に与えられる緊張力（軸力）の合計の増大を抑えることが可能となるので、硬化したコンクリート３に対して効率よくプレストレスを導入することができ、鋼管部材２の接合部Ｔにおける剛性を高めることができる。
このように、本実施の形態では、鋼管部材２とコンクリート３との合成化を維持した状態で、プレストレスの効率化と、鋼管部材２とコンクリート３との高剛性化と、を同時に達成することができる。

【0044】

また、従来のようにアンボンド処理により鋼管部材２とコンクリート３とを一体化させない構成ではないので、高価なアンボンド材が不要となり、コストの増大を抑えることができる。しかも、アンボンド材を使用しないことにより、複雑で手間のかかる施工が不要になるという利点がある。

【0045】

また、鋼管部材２の、雌型継手２２Ａがテーパ状に拡径され、雄型継手２１Ａがテーパ状に縮径されており、雄型継手２１Ａと雌型継手２２Ａとがそれぞれのテーパ面２１ｃ、２２ｃ同士の嵌合により支圧接合となるので、管軸Ｏ方向の接合力が大きくなるとともに、プレストレス導入時のように所定以上の軸力が与えられた場合には、互いの上記テーパ面２１ｃ、２２ｃで滑り作用が生じ、双方の雄側鋼管２１と雌側鋼管２２同士を管軸Ｏ方向に相対移動させることができる。

【0046】

上述した本実施の形態によるコンクリート充填鋼管構造体および施工構造では、鋼管部材２とコンクリート３との合成化を図りつつ、コンクリート３に効率よくプレストレスを導入することで、鋼管全体の剛性と強度を効果的に高めることができる。

【0047】

次に、上述した実施の形態によるコンクリート充填鋼管構造体および施工構造の効果を裏付けるための実施例について以下説明する。

【0048】

（実施例）
図６に示すように、実施例は、本実施の形態の図２に示す接合部Ｔ（雄型継手２１Ａおよび雌型継手２２Ａによる嵌合構造）を有するプレストレスを導入した鋼管構造体１であり、比較例１はコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）であり、比較例２はＣＦＴにプレストレスを導入したものである。比較例１、２および実施例のそれぞれの鋼管部材には、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｇ ３４４４、一般構造用炭素鋼鋼管）のＳＫＴ５４０で、外径が２６７．４ｍｍ、肉厚が９．５ｍｍの寸法のものを用いた。

【0049】

そして、図６には、比較例１、２および実施例のそれぞれにおいて、断面内ひずみ分布、鋼管断面の応力分布、コンクリート断面の応力分布を示している。ここで、比較例１では、断面内ひずみε、鋼管断面の応力σ_Ｓ、およびコンクリート断面の応力σ_Ｃには、それぞれ圧縮側に「１ａ」を、引張側に「２ａ」の符号を付けている。また、比較例２では、断面内ひずみε、鋼管断面の応力σ_Ｓ、およびコンクリート断面の応力σ_Ｃには、それぞれ圧縮側に「１ｂ」を、引張側に「２ｂ」の符号を付けている。また、実施例では、断面内ひずみε、鋼管断面の応力σ_Ｓ、およびコンクリート断面の応力σ_Ｃには、それぞれ圧縮側に「１ｃ」を、引張側に「２ｃ」の符号を付けている。

【0050】

図６に示すように、鋼管断面の圧縮側の応力を比較すると、σ_Ｓ１ｃ（実施例）＜σ_Ｓ１ｂ（比較例２）＜σ_Ｓ１ａ（比較例１）となり、本実施の形態の接合部Ｔを有する鋼管部材２の内側に充填したコンクリート３にプレストレスを導入した構成のものが、最も鋼管に作用する応力が小さくなっている。

【0051】

また、表１は、導入軸力Ｎを比較例１で０ｋＮとし、比較例２と実施例それぞれにおいて１０００ｋＮとしたときの、断面二次モーメントＩ（ｍｍ^４）と、降伏曲げモーメントＭｙ（ｋＮ・ｍ）を示している。なお、比較例２の場合には鋼管とコンクリートとの両方に軸力が作用し、実施例の場合にはコンクリートのみに軸力が作用するものとして検討した。なお、簡単のためＰＣ鋼材による耐力・剛性への寄与度は無視している。
この結果、降伏曲げモーメントＭｙは、比較例１で１２９ｋＮ・ｍ、比較例２で１６６ｋＮ・ｍ、実施例で１７７ｋＮ・ｍとなり、実施例が最も大きくなることが確認できた。また、剛性についても、実施例は比較例１よりも大きくなっている。

【0052】

【表1】

【0053】

次に、上述した本発明のコンクリート充填鋼管構造体および施工構造による実施の形態の変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図７（ａ）に示すように、本実施の形態の変形例による鋼管構造体１Ａ（コンクリート充填鋼管構造体）では、雄型継手２１Ａの継手端部（上端２１ａ）に、管軸Ｏ方向に向けて突出するスペーサ６（圧縮可能部材）が設けられている。このスペーサ６は、例えば発泡スチロールなどでＰＣ鋼材４（図２参照）により付与されるプレストレスによって圧縮可能な部材であって、コンクリート３の充填圧力よりも大きく、その硬化したコンクリート３のコンクリート強度よりも小さく、且つプレストレスの導入時の圧縮応力よりも小さい強度からなる部材から形成されている。

【0054】

本変形例による鋼管構造体１Ａでは、図７（ｂ）に示すように、スペーサ６を雄型継手２１Ａの上端２１ａに設けておくことで、鋼管部材２の内部に充填されたコンクリート３にプレストレスを付与すると、スペーサ６が管軸Ｏ方向に圧縮されて押し潰されるので、雄側鋼管２１と雌側鋼管２２同士の管軸Ｏ方向に相対的に移動し易くなり、効率よくプレストレスを導入することができる。また、スペーサ６の厚みや硬さを適宜設定することで、雄側鋼管２１と雌側鋼管２２同士の移動量（移動変位Ｐ）を調整することができる。

【0055】

以上、本発明によるコンクリート充填鋼管構造体および施工構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では鋼管部材２の雄型継手２１Ａと雌型継手２２Ａとからなる接合部Ｔを１箇所としているが、１箇所であることに限定されることはなく、複数箇所の接合部Ｔを備えた鋼管部材２、３本以上の鋼管を管軸Ｏ方向に直列に接合する鋼管構造体であってもよい。なお、複数箇所に接合部Ｔを設ける場合も、３本以上の鋼管同士を雄型継手２１Ａと雌型継手２２Ａによって嵌合により接合し、これら鋼管に共通に連通するＰＣ鋼材４を緊張することで内部に充填されるコンクリート３にプレストレスを付与することができる。

【0056】

また、本実施の形態では、雌側鋼管２２を上側にし、雄側鋼管２１を下側に配置しているが、これら鋼管２１、２２の順序を上下逆に配置することも可能である。また、本実施例では、管軸Ｏを上下方向に向けて鋼管構造体１を配置しているが、これに限らず、管軸Ｏを横方向（水平方向など）に向けて配置しても良い。

【0057】

さらに、本実施の形態では、雄型継手２１Ａおよび雌型継手２２Ａのそれぞれが縮径、拡径されたテーパ形状をなし、それらテーパ面同士を嵌合させることにより、支圧接合する接合構造としているが、このような嵌合に制限されることはない。例えば継手部は、テーパ形状でなく互いに挿入により嵌合するストレート形状とすることも可能である。

【0058】

また、鋼管部材２の内部に配置されるＰＣ鋼材４の本数も、本実施の形態のように１本であることに限定されず、複数本を配置するようにしてもかまわない。そして、ＰＣ鋼材４を鋼管部材２に定着するための定着部（本実施の形態の上側定着部５Ａ、および下側定着部５Ｂ）の構成においても、本実施の形態に限定されることはなく、鋼管部材２の外径、長さ、施工条件などに応じて、適宜な構造のものを採用することができる。また、本実施の形態のシース管５１に代えて、コンクリートの付着を防止する油剤をＰＣ鋼材に塗布するようにすることも可能である。

【0059】

さらに、本実施の形態では、鋼管構造体１を用いた施工構造として、下側に配置される雄側鋼管２１を管軸Ｏを上下方向に向けて地中に埋設させた構造としているが、これに限定されるものではない。本発明の施工構造として、落石防止工、防風柵、防雪柵、防音柵、スノーシェッド、ロックシェッド等の柱材、或いは建築物の梁、柱、トラス等、その他に架線柱など単独で剛性強度が必要な構造体に適用可能である。

【0060】

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

【符号の説明】

【0061】

１ 鋼管構造体（コンクリート充填鋼管構造体）
２ 鋼管部材
３ コンクリート
４ ＰＣ鋼材（ＰＣ部材）
５Ａ 上側定着部
５Ｂ 下側定着部
６ スペーサ（圧縮可能部材）
２１ 雄側鋼管
２１Ａ 雄型継手
２２ 雌側鋼管
２２Ａ 雌型継手
５１ シース管
５２Ａ 第１支圧板
５２Ｂ 第２支圧板
５３Ａ 第１ナット
５３Ｂ 第２ナット
Ｏ 管軸
Ｐ 移動変位
Ｔ 接合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】