JP4544618B2 - 開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造および施工法 - Google Patents

Description

本発明は、開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造および施工法に関する。

異形棒鋼は数十年にわたり、節とリブのみ成形された形状で使用されてきたが、周辺技術の著しい進歩に伴い、コンクリートとの付着性能だけでなく、鋼材等との溶接性能も求められる現状にあって、溶接性を改善する為に、異形棒鋼の一部に別工程で鍛造等により開先を二次加工して、鋼管杭および鋼管を巻いたコンクリート杭とその上部に構築する基礎スラブとの接合などに使用されている。

しかしながら、前記従来の技術には、次のような問題点があった。

異形棒鋼は表面に節およびリブなどの突起のみ成形されたものしかなく、所定のコンクリートとの付着性能は確保されるが、節により、鋼管との溶接において溶接部表面に不整および過度のルートギャップを生じる為、溶接部の精度および溶接部の形状において欠陥を有したものであり、不良溶接部の発生の恐れのある溶接に適合しない棒鋼として扱われている。

異形棒鋼の溶接性を高める為に、異形棒鋼の一部に別工程で開先を鍛造等で成形する二次加工は、杭頭接合に使用する異形棒鋼の一般形状が長さ１．４〜１．７ｍ、重量９〜１６ｋｇ／本と長くて重い事から自動化が難しく、一本々手作業になる為、多大な加工コストと加工時間を必要とする。

異形棒鋼の一部に開先を鍛造もしくは開先を成形した金物を摩擦圧接した二次加工材は、アプセット加工および摩擦熱による１０００℃以上の加熱により、鍛造部および圧接部近傍の結晶粒が粗大化し、強度が低下して脆くなる事が顕微鏡組織およびシャルピー衝撃試験等で確認されているように、全長にわたり均一であった異形棒鋼の機械的性質を一部において著しく低下させたものであり、加工境界部で衝撃に弱く、脆性的な破断をする危険性がある。又、断面の形状および節の配置が異形棒鋼部と加工部で異なる為、一様な付着力の発現も期待出来ない。

異形棒鋼の一部に成形した一定長の開先では、溶接部の設計、鋼管の材質に伴う溶接部強度の相違および溶接施工上の理由等による溶接長の変更に対応する事が出来ない。

棒鋼を杭頭側面に溶接する方法は、異形棒鋼の形状によって、その数値は異なるが、必ず、鋼管と棒鋼との溶接部に偏心に伴う面外曲げモーメントを発生する事となり、接合材が引張り性能を十分に発揮出来ないばかりでなく、鋼管が外部に曲げ破壊したり、杭頭側面部の基礎スラブが破壊する事もある。

開先付き異形棒鋼と鋼管の側面の溶接は立向の溶接姿勢となる為、開先付き異形棒鋼の下端の溶接外端は完全な溶接が不可能である。

本発明では、開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造および施工法を開発したことにより、前記問題点を解決するものである。
鋼材側面に溶接する開先付き異形棒鋼としては、鋼材側面に接触する面を棒鋼の長手方向に成形した面としかつその接触する面の両側にＪ形又はレ形の開先を棒鋼の長手方向の全長にわたって加工しさらにその棒鋼の周面に同一円周面にある前記Ｊ形又はレ形の開先を除いて長手方向に予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたる節を設けた開先付き異形棒鋼、もしくは前記構成の開先に凹凸を持たせて加工した開先付き異形棒鋼であって、前記棒鋼に設けるＪ形又はレ形の開先および前記節を一様にロール成型して形成したものを提案する。
鋼材側面に接触する面は、棒鋼の長手方向に成形した面である。
杭と基礎スラブとの接合構造としては、鋼管杭又は鋼管を巻いたコンクリート杭とその上部に構築する基礎スラブとの接合において、前記記載の開先付き異形棒鋼を、前記杭の鋼管側面に前記棒鋼の長手方向に成形した面を接触させて、立向の姿勢で多数本溶接してあることを特徴とする杭と基礎スラブとの接合構造を提案する。
又、前記記載の開先付き異形棒鋼と、鋼管杭又は鋼管を巻いたコンクリート杭の鋼管側面との溶接において、前記杭の鋼管側面に前記開先付き異形棒鋼の開先を覆う幅を有したリング形状の金物を溶接し、かつ、このリング形状の金物の上端に前記開先付き異形棒鋼の下端を接触させると共に前記杭の鋼管側面に前記開先付き異形棒鋼の長手方向に成形した面を接触させて、開先付き異形棒鋼を前記杭の鋼管側面に多数本溶接することを特徴とする施工法も提案する。

本発明に係わる開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造および施工法には、次の様な特有の効果がある。

節と溶接基準に適合する開先を、棒鋼の同一円周面に、かつ、棒鋼の長手方向に予め定めた間隔で一様に、精度良く成形できる為、信頼性の高い溶接と棒鋼の全長にわたり一様な付着力の発現が可能となる。

異形棒鋼部のロールの孔型に開先部のロールをセットする事で、回転するロールの間に材料を通し、断面を小さくすると共に節と開先を具備する開先付き異形棒鋼を一工程で成形出来る為、著しい生産効率の向上とコストダウンが図られる。

鋼材が本来保有している、全長にわたって均一で緻密な組織からなる、靭性に富んだ高い機械的性質が得られる。

開先は、棒鋼の長手方向に一様に成形されている為、溶接部の設計、鋼管の材質に伴う溶接部強度の相違および溶接施工上の理由等による溶接長の変更に全て対応する事が出来る。

鋼管側面に溶接したリング形状の金物は、鋼管と棒鋼との偏心に伴う面外曲げモーメントを、金物の円周方向の引張力として処理出来る為、鋼管と棒鋼との溶接部に偏心に伴う面外曲げモーメントを発生させず、偏心曲げモーメントに伴う接合材の性能低下ならびに鋼管および周辺基礎スラブの破壊を防止する事が可能である。

鋼管側面に溶接したリング形状の金物は、エンドタブの機能も果たす事が出来る為、立向の溶接姿勢であっても、開先付き異形棒鋼の下端の溶接外端から上端に至る溶接部を確実に溶接する事が可能である。

ここで、本発明の開先付き異形棒鋼とその杭頭接合構造および施工法の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、請求項１、２および３の発明に係わる開先付き異形棒鋼６の立面図である。開先付き異形棒鋼６は、節７とＪ形開先８とリブ９を全長にわたって連続して成形した構成の例を示しているが、ロールに掘る溝の形状およびピッチを変える事により、節７と開先８を、棒鋼の長手方向に予め定めた間隔で、断続的にロール成型する事も可能である。節７は円周方向に平行に配置した例を、又、リブ９は長手方向の両側に配置した例を示しているが、規則性があり一様である形状および本数であれば全て成形可能である。

第２図は、第１図のＢ−Ｂ線による開先付き異形棒鋼６の断面詳細図である。Ｊ形開先８は、開先付き異形棒鋼６の断面視では、直線と円弧を組み合わせてアルファベットのＪに似た開先形状で、側面視では棒鋼の両側に設けた長手方向に続く面である開先の事である。
開先付き異形棒鋼６のＪ形の開先８を、その棒鋼の両側に設け、そのＪ形開先８は長手方向に続く面として形成している。
Ｊ形開先８とＪ形開先８の間は、鋼管２に接触するように長手方向に成形した面である。
Ｊ形の開先８の形状は、レ形も選択出来る。
尚、一般に開先は溶着金属の溶け込みを良くする為に滑らかに仕上げる事を原則とするが、製作上等の理由から、Ｊ形開先８表面に１．０ｍｍ程度の開先寸法許容差以内の凹凸を持たせて加工する事もある。

第３図は、第１図のＣ線による開先付き異形棒鋼６の立面図である。開先８と開先８の間は鋼管２に接触するように成形した面１１であり、この実施例では長手方向に節７と窪み１０を断続的に形成した例を示しているが、必要とされる付着性能に応じて、連続的に節７を成形したり、又、節７が全く無い面にする事もある。
この節７と窪み１０を鋼管２と接触する面１１から突出させず成形する為に、面１１の孔型を予め、節７の高さ分突出させて加工しておき、その後、節７を成形する溝を孔型に面１１の位置まで掘り下げて行っている。

第４図は、開先付き異形棒鋼６を鋼管杭１の鋼管２の側面に取り付けた状態の平面図である。
鋼管杭１は外側の鋼管２と鋼管２の側面に溶接されたリング形状の金物１２と内部に打設されたコンクリート３から構成され、開先付き異形棒鋼６は外側の鋼管２の側面に均等に６本溶接した例を示している。
リング形状の金物１２は、前記開先付き異形棒鋼の開先を覆う幅を有している。

第５図は、第４図のＡ−Ａ線による縦断面図であり、開先付き異形棒鋼６を、鋼管２の側面に溶接したリング形状の金物１２の上端に、開先付き異形棒鋼６の下端を接触させて、開先付き異形棒鋼６を杭１の鋼管２の側面に多数本溶接した状態の例を示している。尚、開先付き異形棒鋼６は本実施例以外に、Ｈ形などの形鋼との溶接ならびに開先付き異形棒鋼６同士の溶接などあらゆる鋼材との溶接に適用可能である。

第１図は、請求項１、２および３の発明に係わる開先付き異形棒鋼の立面図である。 第２図は、第１図のＢ−Ｂ線による開先付き異形棒鋼の断面詳細図である。 第３図は、第１図のＣ線による開先付き異形棒鋼の立面図である。 第４図は、開先付き異形棒鋼６を鋼管杭１の鋼管２の側面に取り付けた状態の平面図である。 第５図は、第４図のＡ−Ａ線による縦断面図である。

１ 鋼管杭
２ 鋼管
３ 鋼管杭内のコンクリート
４ 基礎スラブ
５ 杭と開先付き異形棒鋼との溶接部
６ 開先付き異形棒鋼
７ 開先付き異形棒鋼に設けられた節
８ 開先付き異形棒鋼に設けられたＪ形開先
９ 開先付き異形棒鋼に設けられたリブ
１０ 開先付き異形棒鋼に設けられた節と節の間の窪み
１１ 開先と開先の間の鋼管と接触する面（棒鋼の長手方向に成形した面）
１２ 鋼管側面に取り付けるリング形状の金物

Claims (3)

1. 鋼材側面に溶接する開先付き異形棒鋼において、鋼材側面に接触する面を棒鋼の長手方向に成形した面としかつその接触する面の両側にＪ形又はレ形の開先を棒鋼の長手方向の全長にわたって加工しさらにその棒鋼の周面に同一円周面にある前記Ｊ形又はレ形の開先を除いて長手方向に予め定めた間隔でかつ長手方向の全長にわたる節を設けた開先付き異形棒鋼、もしくは前記構成の開先に凹凸を持たせて加工した開先付き異形棒鋼であって、前記棒鋼に設けるＪ形又はレ形の開先および前記節を一様にロール成型して形成したことを特徴とする開先付き異形棒鋼。
2. 鋼管杭又は鋼管を巻いたコンクリート杭とその上部に構築する基礎スラブとの接合において、請求項1記載の開先付き異形棒鋼を、前記杭の鋼管側面に前記開先付き異形棒鋼の長手方向に成形した面を接触させて、立向の姿勢で多数本溶接してあることを特徴とする杭と基礎スラブとの接合構造。
3. 請求項１記載の開先付き異形棒鋼と、鋼管杭又は鋼管を巻いたコンクリート杭の鋼管側面との溶接において、前記杭の鋼管側面に前記開先付き異形棒鋼の開先を覆う幅を有したリング形状の金物を溶接し、かつ、このリング形状の金物の上端に前記開先付き異形棒鋼の下端を接触させると共に前記杭の鋼管側面に前記開先付き異形棒鋼の長手方向に成形した面を接触させて、開先付き異形棒鋼を前記杭の鋼管側面に多数本溶接することを特徴とする施工法。

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