特開 2024-90679 合成構造部材、複合梁材、及び、その製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024090679

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】合成構造部材、複合梁材、及び、その製造方法

(51)【国際特許分類】

   E04C 3/26 20060101AFI20240627BHJP

   E01D 1/00 20060101ALI20240627BHJP

   E04C 3/293 20060101ALI20240627BHJP

   E01D 2/04 20060101ALN20240627BHJP

【ＦＩ】

E04C3/26

E01D1/00 G

E04C3/293

E01D2/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022206723

(22)【出願日】2022-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】000200367

【氏名又は名称】川田工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107375

【弁理士】

【氏名又は名称】武田 明広

(72)【発明者】

【氏名】栗山 浩

(72)【発明者】

【氏名】年代 翔一

(72)【発明者】

【氏名】岩田 龍也

(72)【発明者】

【氏名】藤林 博明

(72)【発明者】

【氏名】大野 克紀

【テーマコード（参考）】

2D059

2E163

【Ｆターム（参考）】

2D059AA11

2D059GG61

2E163FA12

2E163FF12

(57)【要約】

【課題】プレストレスを均等に導入することができ、また、コンクリートの充填作業も容易に実施することができる合成構造部材、複合梁材、及び、それらの製造方法を提供する。
【解決手段】底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部２と、鋼殻部２内に配置され、ＰＣ鋼材３１によってプレストレスが導入されたコンクリート部３とによって構成され、鋼殻部２は、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された複数の開断面部と、左右一対のストラット２２が、左右の側部から内側へ向かってそれぞれ突出し、隙間を置いて対向するように配置された複数のストラット部とを有し、ストラット部において鋼殻部２の左右の側部同士が連結され、鋼殻部２とコンクリート部３とが一体化されていることを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部と、鋼殻部内に配置され、ＰＣ鋼材によってプレストレスが導入されたコンクリート部とによって構成され、
鋼殻部は、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有し、
ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士が連結され、
鋼殻部とコンクリート部とが一体化されていることを特徴とする合成構造部材。

【請求項2】

鋼殻部が、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部を有していることを特徴とする、請求項１に記載の合成構造部材。

【請求項3】

コンクリート部の内部に埋設されたＰＣ鋼材が、鋼殻部の両端部に配置されたエンドプレートに対して定着され、
鋼殻部の左右の側部同士の連結、及び、ＰＣ鋼材の定着によって、鋼殻部とコンクリート部とが一体化されていることを特徴とする、請求項１に記載の合成構造部材。

【請求項4】

ストラット部において、左右一対のストラットが、鋼殻部の左右の側部から内側へ向かってそれぞれ突出し、隙間を置いて対向するように形成されるとともに、それらのストラット同士が連結されることにより、鋼殻部の左右の側部同士が連結されていることを特徴とする、請求項１に記載の合成構造部材。

【請求項5】

底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部の内側へコンクリートを打設して、鋼殻部とコンクリート部とからなる合成構造部材を製造する方法であって、
鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布し、
鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、
鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、遅延硬化性樹脂が硬化する前に、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、
ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することを特徴とする合成構造部材の製造方法。

【請求項6】

ストラット部において、左右一対のストラットが、鋼殻部の左右の側部から内側へ向かってそれぞれ突出し、隙間を置いて対向するように形成され、それらのストラット同士を連結することによって、鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することを特徴とする、請求項５に記載の合成構造部材の製造方法。

【請求項7】

遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、開断面部の底部の上面、ストラット部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布することを特徴とする、請求項５又は６に記載の合成構造部材の製造方法。

【請求項8】

鋼殻部の内面に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行った後、遅延硬化性樹脂の塗布を行うことを特徴とする、請求項５又は６のいずれかに記載の合成構造部材の製造方法。

【請求項9】

コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理として、鋼殻部の内面にエッチングプライマーを塗布することを特徴とする、請求項８に記載の合成構造部材の製造方法。

【請求項10】

底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部の内側へコンクリートを打設して、鋼殻部とコンクリート部とからなる合成構造部材を製造する方法であって、
鋼殻部の内面に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行い、
鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、
鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、閉断面端部に対して加温処理を行い、＋１１．８℃以上の温度差を与えて鋼殻部にひずみを生じさせ、閉断面端部におけるコンクリート部と鋼殻部の接触圧力を低下させ、
その後、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、
ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することを特徴とする合成構造部材の製造方法。

【請求項11】

鋼殻部の内面に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行った後、コンクリートを打設する前に、鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布することを特徴とする、請求項１０に記載の合成構造部材の製造方法。

【請求項12】

遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、開断面部の底部の上面、ストラット部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布することを特徴とする、請求項１１に記載の合成構造部材の製造方法。

【請求項13】

請求項１～４のいずれかに記載の合成構造部材が、鋼材に固定されていることを特徴とする複合梁材。

【請求項14】

鋼材と、合成構造部材とからなる複合梁材を製造する方法であって、
底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部を鋼材に接合し、
鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布し、
鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、
鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、遅延硬化性樹脂が硬化する前に、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、
ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することを特徴とする複合梁材の製造方法。

【請求項15】

底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に、鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を塗布し、
鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、
鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、遅延硬化性樹脂が硬化する前に、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、
ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化させて合成構造部材を製造し、
この合成構造部材を鋼材に接合す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、建造物の梁材、橋梁の桁部材等として用いられる構造部材に関し、特に、鋼材とコンクリートとによって構成される合成構造部材、及び、これを利用した複合梁材（橋梁の桁部材を含む）、並びに、それらの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

鋼材とコンクリートを組み合わせた合成構造部材の一つとして、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が知られている。コンクリート充填鋼管材は、従来、主として構造物の柱材として利用されていたが、近年では梁材への適用も検討されている（特許文献１、２等）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－０８２０４１号公報

【特許文献2】特開２０２１－１１３４８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

コンクリート充填鋼管材を梁材に応用する場合、高い曲げ剛性が得られるように、合成断面として、鋼管、及び、鋼管内のコンクリート部（鋼管内にコンクリートを充填し、硬化させて形成したコンクリート部分）の双方にプレストレスを導入することが望ましい。しかしながら、配置できる限られたＰＣ鋼材では、鋼管とコンクリート部の双方に高いプレストレスを導入することは困難である。このため、コンクリート部のみにプレストレスを導入することが現実的であると考えられるが、そのためには、導入に際し、鋼管内においてコンクリート部の長手方向へのずれが許容される必要がある。但し、コンクリート部のみを対象とするプレストレスの導入に際しては、次のような問題がある。

【0005】

例えば、ＰＣ鋼材を使用したプレテンション方式によってコンクリート部にプレストレスを導入する場合、まず、鋼管内に挿通したＰＣ鋼材を引っ張って緊張させ、この状態で鋼管内にコンクリートを充填し、硬化後にＰＣ鋼材の緊張力を解放してコンクリート部に圧縮力を導入することになるが、コンクリート部は、周囲（角鋼管の場合、上面、下面、及び、両側面の４面）が鋼管に密に包囲されているため、ポアソン効果により、及び、コンクリート部と鋼管の付着により、コンクリート部と鋼管との長手方向へのずれが拘束され、プレストレスを長手方向の全体にわたって均等に導入することができないという問題がある。

【0006】

また、鋼管内へのコンクリートの充填作業は、ＰＣ鋼材を緊張させる設備との関係で、鋼管を横向きに寝かせた状態で行う必要があるが、鋼管内は、細長い閉鎖空間であるため、鋼管内の隅々までコンクリートを確実に充填することが難しいという問題がある。

【0007】

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、プレストレスを均等に導入することができ、また、コンクリートの充填作業も容易に実施することができる合成構造部材、複合梁材、及び、それらの製造方法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】

【0008】

本発明に係る合成構造部材は、底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部と、鋼殻部内に配置され、ＰＣ鋼材によってプレストレスが導入されたコンクリート部とによって構成され、鋼殻部は、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有し、ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士が連結され、鋼殻部とコンクリート部とが一体化されていることを特徴としている。

【0009】

尚、この合成構造部材においては、鋼殻部が、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部を有していることが好ましい。また、コンクリート部の内部に埋設されたＰＣ鋼材が、鋼殻部の両端部に配置されたエンドプレートに対して定着され、鋼殻部の左右の側部同士の連結、及び、ＰＣ鋼材の定着によって、鋼殻部とコンクリート部とが一体化されていることが好ましい。

【0010】

更に、この合成構造部材においては、ストラット部において、左右一対のストラットが、鋼殻部の左右の側部から内側へ向かってそれぞれ突出し、隙間を置いて対向するように形成されるとともに、それらのストラット同士が連結されることにより、鋼殻部の左右の側部同士が連結されていることが好ましい。

【0011】

本発明に係る合成構造部材の製造方法は、底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部の内側へコンクリートを打設して、鋼殻部とコンクリート部とからなる合成構造部材を製造する方法であって、鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布し、鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、遅延硬化性樹脂が硬化する前に、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することを特徴としている。

【0012】

尚、この合成構造部材の製造方法においては、ストラット部において、左右一対のストラットが、鋼殻部の左右の側部から内側へ向かってそれぞれ突出し、隙間を置いて対向するように形成され、それらのストラット同士を連結することによって、鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することが好ましい。

【0013】

また、遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、開断面部の底部の上面、ストラット部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布することが好ましく、更に、鋼殻部の内面に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行った後、遅延硬化性樹脂の塗布を行うことが好ましい。尚、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理として、鋼殻部の内面にエッチングプライマーを塗布することが好ましい。

【0014】

本発明に係るもう一つの合成構造部材の製造方法は、底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部の内側へコンクリートを打設して、鋼殻部とコンクリート部とからなる合成構造部材を製造する方法であって、鋼殻部の内面に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行い、鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、閉断面端部に対して加温処理を行い、＋１１．８℃以上の温度差を与えて鋼殻部にひずみを生じさせ、閉断面端部におけるコンクリート部と鋼殻部の接触圧力を低下させ、その後、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することを特徴としている。

【0015】

この合成構造部材の製造方法においては、鋼殻部の内面に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行った後、コンクリートを打設する前に、鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布することが好ましい。尚、遅延硬化性樹脂は、開断面部の底部の上面、ストラット部の底部の上面にも塗布することができる。

【0016】

本発明に係る複合梁材は、上述の合成構造部材が、鋼材に固定されていることを特徴としている。

【0017】

本発明に係る複合梁材の製造方法は、底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部を鋼材に接合し、鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を、鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に塗布し、鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、遅延硬化性樹脂が硬化する前に、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化することを特徴としている。

【0018】

本発明に係るもう一つの複合梁材の製造方法は、底部と左右の側部とからなる断面がＵ字形又はＣ字形の鋼殻部であって、閉断面となるように左右の側部を連結する天板が配置された閉断面端部と、上方が開放された開断面部と、一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するストラットが配置されたストラット部とを有する鋼殻部の閉断面端部の底部の上面、及び、閉断面端部の両側部の内側面に、鋼殻部に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を塗布し、鋼殻部の内側に挿通させたＰＣ鋼材を緊張させた状態で、開断面部の上方から鋼殻部の内側へコンクリートを打設し、鋼殻部内においてコンクリートが硬化した後、遅延硬化性樹脂が硬化する前に、ＰＣ鋼材の緊張力を開放し、コンクリート部に圧縮力を導入し、ストラット部において鋼殻部の左右の側部同士を連結して、コンクリート部と鋼殻部とを一体化させて合成構造部材を製造し、この合成構造部材を鋼材に接合することを特徴としている。

【発明の効果】

【0019】

本発明に係る合成構造部材は、コンクリート部が、ストラット等によって鋼殻部と一体化されているため、高い曲げ剛性を期待することができる。また、鋼殻部は、上方が広く開放された構造となっているため、コンクリートの充填作業を容易に実施することができる。

【0020】

本発明に係る合成構造部材の製造方法によれば、コンクリート部に対する鋼殻部の拘束力を低減でき、かつ、圧縮力導入時のポアソン効果によって拘束力が増加することを好適に回避することができる。更に、コンクリート部と鋼殻部とのせん断付着強度を低減できる。その結果、コンクリート部に対してプレストレスを均等に導入することができる。

【0021】

また、本発明に係る合成構造部材の製造方法によって製造した合成構造部材は、両端部（閉断面端部）が管状に形成されているため、プレストレスを導入する際に、両端部のコンクリートにおいて縦方向（長手方向）に沿ってひび割れが発生することを好適に防止することができる。

【0022】

更に、本発明に係る合成構造部材の製造方法によって製造した合成構造部材は、鋼殻部内においてコンクリート部が、ストラット等によって拘束され、また、閉断面端部等に塗布された遅延硬化性樹脂の硬化後においては、高い圧縮強度が発現し、コンクリート部と鋼殻部とが一体化されるため、長手方向の全体にわたって高い曲げ剛性を期待することができる。

【0023】

また、本発明に係る複合梁材は、鋼殻部内にコンクリートが充填されているため、耐火性能に優れており、また、鋼材（形鋼、溶接鋼）のみによって構成される梁材と比較して、高い曲げ剛性を有しているため、振動数が低減し、防振、防音性能の向上を期待することができる。また、靱性が向上し、高い耐震性能を期待することができる。更に、鋼材のみによって構成される梁材よりも、桁高を小さく設計することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の第１実施形態に係る合成構造部材１の平面図である。

【図2】図２は、図１に示すＡ－Ａ線による合成構造部材１（開断面部２ｂ）の断面図である。

【図3】図３は、図１に示すＢ－Ｂ線による合成構造部材１（ストラット部２ｃ）の断面図である。

【図4】図４は、本発明の第１実施形態の合成構造部材１に用いられる鋼殻部２の端部付近の斜視図である。

【図5】図５は、本発明の第２実施形態の合成構造部材１に用いられる鋼殻部２の端部付近の斜視図である。

【図6】図６は、本発明の第２実施形態に係る合成構造部材１（開断面部）の平面図である。

【図7】図７は、本発明の第２実施形態に係る合成構造部材１（ストラット部）の平面図である。

【図8】図８は、本発明の第３実施形態に係る合成構造部材の製造方法の説明図である。

【図9】図９は、本発明の第６実施形態に係る複合梁材４の垂直断面図である。

【図10】図１０は、本発明の第７実施形態に係る複合梁材４の製造方法において使用される鋼殻部２のストラット部の斜視図、及び、垂直断面図である。

【図11】図１１は、本発明の第７実施形態に係る複合梁材４の製造方法の説明図であって、鋼殻部２及びウェブ５１の部分的な垂直断面図である。

【図12】図１２は、本発明の第７実施形態に係る複合梁材４の製造方法の説明図であって、鋼殻部２及びウェブ５１の部分的な垂直断面図である。

【図13】図１３は、本発明の第８実施形態に係る複合梁材４を構成する鋼殻部２及びウェブ５１の部分的な垂直断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明は、「合成構造部材」として実施することができるほか（第１～２実施形態）、「合成構造部材の製造方法」として実施することができる（第３～５実施形態）。また、この合成構造部材を用いた「複合梁材」、及び、「複合梁材の製造方法」として実施することができる（第６～８実施形態）。以下、添付図面に沿って、本発明の各実施形態について説明する。

【0026】

（第１実施形態：合成構造部材）
図１は、本発明の第１実施形態に係る合成構造部材１の平面図、図２は、図１に示すＡ－Ａ線による合成構造部材１（開断面部２ｂ）の断面図、図３は、図１に示すＢ－Ｂ線による合成構造部材１（ストラット部２ｃ）の断面図である。これらの図に示すように、本実施形態の合成構造部材１は、長尺の鋼殻部２と、コンクリート部３とによって構成されている。

【0027】

鋼殻部２は、鋼板をプレス加工することにより（又は、三枚の鋼板を溶接することにより）、長手方向と直交する断面がＵ字形となるように形成されており、コンクリート部３は、鋼殻部２の内側に配置され、鋼殻部２と一体化されている。尚、コンクリート部３の内部には、ＰＣ鋼材３１が埋設され、これらのＰＣ鋼材３１によって、コンクリート部３にプレストレスが導入されている。

【0028】

図４は、本実施形態の合成構造部材１に用いられる鋼殻部２の端部付近の斜視図である。上述した通り鋼殻部２は、基本的には断面がＵ字形となるように形成されている（水平な底部と左右の垂直な側部とによって構成されている）が、両端部（図４に示す手前側の端部、及び、図示しない反対側の端部）には天板２１（長さ２００～５００ｍｍ）が配置されており（左右の側部を連結するように鋼板が溶接されており）、閉断面となるように（部分的に管状となるように）構成されている（閉断面端部２ａ）。両端部以外の部分は、上方が広く開放された状態となっているが（開断面部２ｂ）、長手方向へ所定の間隔（１５００～３０００ｍｍ）を置いて、左右一対のストラット２２（鋼板の小片）が配置されている（ストラット部２ｃ）。

【0029】

各ストラット部２ｃにおけるストラット２２は、天板２１と同じ高さ位置において、鋼殻部２の左右の各側部からそれぞれ反対側の側部へ向かって突出するように（左右の側部からそれぞれ内側へ向かって）突出するように形成されている。尚、合成構造部材１の製造前においては、左右のストラット２２同士は、図４に示すように一定の隙間を置いて非接触で対向する構造となっているが、合成構造部材１の製造に際し、鋼殻部２内にコンクリート部３が形成された後、図１～図３に示すように、添接板２３（継手）が装着され、ストラット２２同士、及び、鋼殻部２の左右の側部同士が連結される。

【0030】

尚、本実施形態では、各ストラット部２ｃにおいて、左右一対のストラット２２が対向するように配置されているが、鋼殻部２の一方の側部のみにストラット２２を固定（溶接）し、添接板、その他の継手、又は、他の連結手段によって、ストラット２２と反対側の側部とを（即ち、鋼殻部２の左右の側部同士を）直接、又は、間接的に連結できるように構成してもよい。

【0031】

鋼殻部２内に配置されたコンクリート部３は、鋼殻部２によって両側部及び底部が保持されるとともに、鋼殻部２の両端部（閉断面端部２ａ）においては、天板２１によって上部が保持され、更に、添接板２３によって連結されたストラット２２により、上部の一部が保持されている。また、図１に示すように、コンクリート部３の内部に埋設されたＰＣ鋼材３１が、鋼殻部２の両端部のエンドプレート２７に対し、定着具３２によって定着されている。このように、本実施形態の合成構造部材１は、天板２１、ストラット２２、及び、鋼殻部２の両端部に定着したＰＣ鋼材３１等により、コンクリート部３が鋼殻部２に拘束され、一体化されているため、高い曲げ剛性を期待することができる。

【0032】

また、鋼殻部２は、上方が広く開放された構造（鋼殻部２の平面投影面積の８０％以上が開放された構造）となっているため、コンクリートの充填作業を容易に実施することができる。この点について具体的に説明すると、鋼管のような細長い閉鎖空間内にコンクリートを充填する場合、隅々にまで確実にコンクリートを送り込むためにポンプ圧送が必要となるほか、バイブレータによる締固め作業も、内部へのアクセスが困難であるため、非常に煩雑で手間がかかるが、本実施形態の合成構造部材１は、開断面部２ｂの上方から、シュート打設等によって簡単かつ確実に充填することができ、また、締固め作業も容易に実施することができる。

【0033】

（第２実施形態：合成構造部材）
図５は、本発明の第２実施形態の合成構造部材１に用いられる鋼殻部２の端部付近の斜視図である。第１実施形態においては、鋼板をプレス加工することによって断面がＵ字形となるように形成された鋼殻部２が用いられているが、本実施形態においては、角鋼管の上面（角鋼管を長手方向が水平となるように載置した場合に上方となる面）を加工した鋼殻部２、より具体的には、両端部に天板２１（長さ２００～５００ｍｍ）が残存し、図４の鋼殻部２と同様のストラット２２が形成されるように、角鋼管の上面を切り欠いて、上方が大きく開放された、断面がＣ字形となるように形成された鋼殻部２が用いられている。

【0034】

図６は、本実施形態に係る合成構造部材１（開断面部）の断面図、図７は、本実施形態に係る合成構造部材１（ストラット部）の断面図である。本実施形態においても、第１実施形態と同様に、鋼殻部２内にコンクリート部３が形成された後、図６、図７に示すように、左右のストラット２２が添接板２３によって連結されており、コンクリート部３が鋼殻部２に拘束され、一体化されているため、高い曲げ剛性を期待することができる。また、鋼殻部２は、上面が広く開放された構造となっているため、コンクリートの充填作業を容易に実施することができる。

【0035】

（第３実施形態：合成構造部材の製造方法）
第１実施形態として説明した合成構造部材１（図１～図４参照）は、次のような方法によって製造することができる。まず、図４に示す鋼殻部２の内面の全面（底部の上面２４、両側部の内側面２５、天板２１の下側面、ストラット２２の下側面）に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行う。本実施形態においては、この表面処理方法として、エッチングプライマー（長ばく形エッチングプライマー等）を塗布する。これにより、コンクリートのせん断付着強度を０．１Ｎ／ｍｍ^２程度に低減することができる。

【0036】

尚、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理として、他の塗料（例えば、長油性フタル酸樹脂塗料、変性エポキシ樹脂塗料、合成樹脂調合ペイント、落書き防止・貼紙防止塗料等）、或いは、型枠剥離剤を塗布することもできる。また、塗料等を塗布する前に、鋼殻部２の内面に対して研掃材を吹き付けて、鋼殻部２と塗料等との付着性を確保するための処理（スウィープブラスト処理）を行ってもよい。

【0037】

塗布したエッチングプライマーが乾いたら、底部の上面２４（閉断面端部２ａ、開断面部２ｂ、及び、ストラット部２ｃの底部の上面２４）と、閉断面端部２ａの両側部の内側面に遅延硬化性樹脂を塗布する。

【0038】

遅延硬化性樹脂としては、例えば、常温硬化型のエポキシ樹脂等を使用することができる。この遅延硬化性樹脂は、未硬化時にはゲル状に維持される。また、硬化剤の添加量を加減することによって、硬化時間を適宜調整することができる。本実施形態においては、硬化時間が、鋼殻部２に充填するコンクリートよりも長くなるように設定した遅延硬化性樹脂を使用する。

【0039】

次に、図８に示すように、鋼殻部２の内側にＰＣ鋼材３１を挿通し、鋼殻部２の外側においてＰＣ鋼材３１の両端部を強く引っ張って緊張させる。この状態で鋼殻部２の開断面部２ｂの上方から、鋼殻部２の内側へコンクリートを打設する。尚、鋼殻部２の両端には、ＰＣ鋼材３１を通過させることができる穴を有するエンドプレート２７を予め配置して、端部開口部２８（図４参照）を閉鎖した状態でコンクリートを打設する。

【0040】

鋼殻部２内においてコンクリートが硬化して、コンクリート部３（図１～図３参照）が形成されたら、ＰＣ鋼材３１の緊張力を開放し、コンクリート部３に圧縮力を導入する。次に、エンドプレート２７の外側において、ＰＣ鋼材３１を、定着具３２（図１参照）を用いてエンドプレート２７に定着させ、コンクリート部３と鋼殻部２とを一体化させる。尚、ＰＣ鋼材３１の余剰部分については、切断して除去する。

【0041】

次に、図３に示すように、各ストラット２２の上面に溶接されているスタッドボルト２９を利用して、左右のストラット２２の隙間を跨ぐように添接板２３を取り付けて（各スタッドボルト２９を添接板２３の貫通孔に挿通させて）、ナットを締めつけて左右のストラット２２同士を連結し、鋼殻部２の左右の側部同士を連結する。

【0042】

尚、ストラット２２と添接板２３の間には、必要に応じて（例えば、スタッドボルト２９の溶接ビードを回避するため）フィラープレート２６を配置する。

【0043】

本実施形態に係る方法によって合成構造部材１を製造した場合、コンクリート部３に導入されるプレストレスを好適に均等化することができる。この点について具体的に説明すると、閉断面の鋼管内に充填したコンクリートに対し、ＰＣ鋼材によってプレストレスを導入する場合において、鋼管内で硬化したコンクリートが鋼管内面に付着してしまうと、コンクリート部と鋼管とのずれが拘束されてしまい、プレストレスを均等に導入することができないという問題がある。

【0044】

コンクリートを打設する前に、鋼管内面に対し、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理（エッチングプライマーの塗布等）を予め行った場合には、表面処理を行わなかった場合と比較して、コンクリート部に対する鋼管の拘束力を低減できることになるが、鋼管内で硬化したコンクリートは、周囲（角鋼管の場合、上面、下面、及び、両側面の４面）が密に包囲されているため、圧縮力導入時に、ポアソン効果によって膨張しようとするコンクリートと、それを許容しない鋼管との間で、依然として大きな拘束力が作用することになり、その結果、導入されるプレストレスを均等化することが困難となってしまう。

【0045】

本実施形態においては、図４に示すように、コンクリートを充填する鋼殻部２として、基本的に断面がＵ字形となるように形成されたものが使用されており、開断面部２ｂにおいては上方が広く開放され、また、ストラット部２ｃにおいては、左右のストラット２２同士が隙間を置いて非接触で対向する構造となっているため、コンクリート部３に対して圧縮力を導入する際に、ポアソン効果によるコンクリート部３の膨張を許容することができる。

【0046】

より詳細には、上方が開放されている開断面部２ｂにおいては、コンクリート部３の上方への膨張が許容されるとともに、鋼殻部２の両側部が外向きに変形することによって、側方への膨張も許容される。また、ストラット部２ｃにおいても、左右のストラット２２が上方へ変形することにより、また、鋼殻部２の両側部が外側へ変形することによって、コンクリート部３の膨張が許容される。このため、コンクリート部３に対する鋼殻部２の拘束力が、圧縮力導入時のポアソン効果によって増加するという事態を好適に回避することができる。

【0047】

また、底部の上面２４、及び、閉断面端部２ａの両側部の内側面２５に、鋼殻部２に充填するコンクリートよりも硬化時間が長くなるように設定された遅延硬化性樹脂が塗布されており、この遅延硬化性樹脂は、未硬化時にはゲル状に維持されるため、塗布された部位において、コンクリート部３に対する拘束力を低減することができる。

【0048】

このように、本実施形態に係る方法によれば、コンクリート部３に対する鋼殻部２の拘束力を低減でき、かつ、ポアソン効果によって拘束力が増加することを好適に回避することができる。その結果、コンクリート部３に対してプレストレスを均等に導入することができる。

【0049】

尚、図４に示すような天板２１が配置されていない鋼殻部（図示せず）を使用して合成構造部材を製造した場合、プレストレスを導入する際に、両端部のコンクリートにおいて縦方向（長手方向）に沿ってひび割れが発生する可能性があるが、図４に示すように天板２１が配置され、両端部が管状（閉断面）に形成された鋼殻部２を使用することにより、そのようなひび割れの発生を防止することができる。

【0050】

また、本実施形態に係る方法によって製造した合成構造部材１は、コンクリート部３が、天板２１、及び、添接板２３によって連結されたストラット２２等によって鋼殻部２内にしっかりと拘束され、また、閉断面端部２ａ等に塗布された遅延硬化性樹脂の硬化後においては、高い圧縮強度が発現し、コンクリート部３と鋼殻部２とが一体化されるため、長手方向の全体にわたって高い曲げ剛性を期待することができる。更に、鋼殻部２は、上方が広く開放された構造となっているため、コンクリートの充填作業を容易に実施することができる。

【0051】

（第４実施形態：合成構造部材の製造方法）
第３実施形態においては、遅延硬化性樹脂を、鋼殻部２の底部の上面２４の全面（閉断面端部２ａ、開断面部２ｂ、及び、ストラット部２ｃにおける底部の上面２４）、及び、閉断面端部２ａの両側部の内側面２５に塗布しているが、開断面部２ｂ及びストラット部２ｃにおける遅延硬化性樹脂の塗布を省略し、閉断面端部２ａ（底部の上面２４、及び、両側部の内側面２５）のみにおいて遅延硬化性樹脂を塗布するようにしても良い。

【0052】

（第５実施形態：合成構造部材の製造方法）
第３実施形態及び第４実施形態においては、図４に示す鋼殻部２の閉断面端部２ａの底部の上面２４、及び、両側部の内側面２５に遅延硬化性樹脂を塗布することにより、コンクリート部３に対する鋼殻部２の拘束力を低減させているが、本実施形態においては、遅延硬化性樹脂を塗布する代わりに、閉断面端部２ａに対して加温処理を行う。

【0053】

具体的には、鋼殻部２内にコンクリートを充填し、コンクリートが硬化した後、プレストレスの導入前に、閉断面端部２ａの外側をヒーター（例えば、面状発熱体、ラバーヒーター等）で覆って閉断面端部２ａを加温する。本発明の発明者らが行った実験によると、鋼殻部２を加温することにより、＋１１．８℃以上の温度差を与えることができれば、鋼殻部２に生じるひずみ（膨張）により、閉断面端部２ａにおけるコンクリート部３と鋼殻部２の接触圧力を低下できることが確認されている。

【0054】

この加温処理を行うことにより、閉断面端部２ａにおいて、コンクリート部３に対する鋼殻部２の拘束力を低減でき、コンクリート部３に対し、プレストレスを均等に導入することができる。尚、内面に遅延硬化性樹脂を塗布した閉断面端部２ａに対して加温処理を行うこともできる。この場合、拘束力をより効果的に低減することができる。

【0055】

（第６実施形態：複合梁材、及び、その製造方法）
図９は、本発明の第６実施形態に係る複合梁材４の垂直断面図である。図示されているようにこの複合梁材４は、Ｉ形断面の鋼材５と、二つの合成構造部材１（第１実施形態の合成構造部材１）とによって構成されている。尚、本発明を適用することができる鋼材５は、断面がＩ形のものには限定されず、Ｈ型、或いは、Ｔ型の断面を有するものを適用することもでき、また、形鋼及び溶接鋼のいずれであっても適用することができる。

【0056】

本実施形態において使用される鋼材５は、垂直なウェブ５１と、その上下にそれぞれ形成された水平な上フランジ５２及び下フランジ５３とによって構成され、二つの合成構造部材１は、ウェブ５１の左右両側において、下フランジ５３の上方位置（ウェブ５１と下フランジ５３との入隅部）にそれぞれ配置され、合成構造部材１の各鋼殻部２の下側面と下フランジ５３とが接合（溶接）されるとともに、各鋼殻部２の側面とウェブ５１とが接合（溶接）されることにより、鋼材５に対して固定されている。

【0057】

この複合梁材４は、鋼材５に対して、図４に示す鋼殻部２を接合した後、鋼材５に接合された状態の鋼殻部２に対して、第３実施形態に係る方法を適用することによって製造することができる。また、第３実施形態に係る方法を実施して予め製造した合成構造部材１を、鋼材５に接合することによって製造することもできる。

【0058】

本実施形態に係る複合梁材４は、鋼殻部２内にコンクリートが充填されているため、耐火性能に優れており、また、鋼材５のみによって構成される梁材と比較して、高い曲げ剛性を有しているため、振動数が低減し、防振、防音性能の向上を期待することができる。また、靱性が向上し、高い耐震性能を期待することができる。更に、鋼材５のみによって構成される梁材よりも、桁高を小さく設計することができる。

【0059】

（第７実施形態：複合梁材の製造方法）
図１０は、本発明の第７実施形態に係る複合梁材４の製造方法において使用される鋼殻部２のストラット部の斜視図、及び、垂直断面図である。本実施形態においては、図示されているような形状のストラット２２を有する鋼殻部２が使用される。具体的には、鋼殻部２は、第１実施形態と同様に、長手方向と直交する断面がＵ字形となるように形成されているが、ストラット２２は、第１実施形態とは異なり、水平部２２ａと垂直部２２ｂとを有するＬ字形に形成されている。

【0060】

このストラット２２は、水平部２２ａの先端部２２ｃが、鋼殻部２の一方の側部の内側面２５に溶接され、水平部２２ａが、当該一方の側部から反対側の側部へ向かって突出するように、かつ、垂直部２２ｂが、当該反対側の側部の近傍位置から上方へ向かって突出するように構成されている。尚、垂直部２２ｂには、ボルト孔２２ｄが形成されている。

【0061】

本実施形態に係る複合梁材４の製造方法においては、まず、図１１に示すように、鋼材５のウェブ５１の左右両側において、下フランジ５３の上方位置（ウェブ５１と下フランジ５３との入隅部）に、図１０に示す鋼殻部２を、ストラット２２の垂直部２２ｂがウェブ５１に近接する向きで（先端部２２ｃが外側となる向きで）それぞれ配置し、各鋼殻部２の下側面と下フランジ５３とを接合（溶接）するとともに、各鋼殻部２の側面とウェブ５１とを接合（溶接）して、鋼殻部２を鋼材５に固定する。尚、ウェブ５１には、左右の垂直部２２ｂのボルト孔２２ｄと重なる位置に、予めボルト孔５１ａを形成しておく。

【0062】

次に、第３実施形態と同様に、鋼殻部２の内面に対して、コンクリートのせん断付着強度を低減する表面処理を行い、更に、底部の上面２４等に対する遅延硬化性樹脂の塗布を行った後、鋼殻部２の内側にＰＣ鋼材３１（図８参照）を挿通し、鋼殻部２の外側においてＰＣ鋼材３１の両端部を強く引っ張って緊張させ、この状態で鋼殻部２の開断面部２ｂ（図８参照）の上方から、鋼殻部２の内側へコンクリートを打設する。

【0063】

図１２に示すように、鋼殻部２内においてコンクリートが硬化して、コンクリート部３が形成されたら、ＰＣ鋼材３１の緊張力を開放し、コンクリート部３に圧縮力を導入し、ＰＣ鋼材３１を、定着具３２（図８参照）を用いてエンドプレート２７（図８参照）に定着させ、コンクリート部３と鋼殻部２とを一体化させる。

【0064】

最後に、ウェブ５１の左右の垂直部２２ｂのボルト孔２２ｄ、及び、ウェブ５１のボルト孔５１ａに、高力ボルト５４を挿通し、ナットを締めつけて、ウェブ５１に対して垂直部２２ｂを添接する。このようにして、ストラット２２により、鋼殻部２の左右の側部同士を間接的に（ウェブ５１を介して）連結する。尚、垂直部２２ｂとウェブ５１との間には、適切な厚さ寸法を有するフィラープレート５５を配置することが好ましい。

【0065】

（第８実施形態：複合梁材）
図１３は、本発明の第８実施形態に係る複合梁材４を構成する鋼殻部２及びウェブ５１の部分的な垂直断面図である。図９及び図１２に示す複合梁材４は、一つの鋼材５に対し二つの鋼殻部２を接合することによって形成されているが、本実施形態に係る複合梁材４は、一つの鋼材５に対し一つの鋼殻部２を接合することによって形成されている。

【0066】

より詳細には、この複合梁材４は、図９及び図１２に示す鋼殻部２の約２倍の幅寸法を有する一つの鋼殻部２の底部の上面２４の中央に、鋼材５の下フランジ５３を接合（溶接）し、鋼殻部２内にコンクリートを打設して、ウェブ５１の左右両側にコンクリート部３を形成し、鋼殻部２の一方の側部２ｄとウェブ５１とをＬ字形のストラット２２により連結するとともに、反対側の側部２ｅとウェブ５１とを、もう一つのストラット２２によって連結する（鋼殻部２の左右の側部２ｄ，２ｅを、ウェブ５１を介して間接的に連結する）ことによって形成されている。

【0067】

図１２に示す複合梁材４（第７実施形態）、及び、図１３に示す複合梁材４（第８実施形態）も、図９に示す複合梁材４（第６実施形態）と同様に、耐火性能に優れ、また、鋼材５のみによって構成される梁材と比較して、高い曲げ剛性を有し、更に、鋼材５のみによって構成される梁材よりも、桁高を小さく設計できるという効果を期待することができる。

【符号の説明】

【0068】

１：合成構造部材、
２：鋼殻部、
２ａ：閉断面端部、
２ｂ：開断面部、
２ｃ：ストラット部、
２ｄ，２ｅ：側部、
３：コンクリート部、
４：複合梁材、
５：鋼材、
２１：天板、
２２：ストラット、
２２ａ：水平部、
２２ｂ：垂直部、
２２ｃ：先端部、
２２ｄ：ボルト孔、
２３：添接板、
２４：底部の上面、
２５：側部の内側面、
２６：フィラープレート、
２７：エンドプレート、
２８：端部開口部、
２９：スタッドボルト、
３１：ＰＣ鋼材、
３２：定着具、
５１：ウェブ、
５１ａ：ボルト孔、
５２：上フランジ、
５３：下フランジ、
５４：高力ボルト、
５５：フィラープレート、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】