JPWO2014021297A1 - ピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材 - Google Patents

Abstract

【課題】ピン接合形式の構造材であって、軸力管ならびに補剛管からなる二重鋼管座屈拘束構造材が圧縮軸力下で安定した挙動を示す二重鋼管製構造材を提供すること。【解決手段】軸力管１に軸力が作用することにより補強体４が軸力管１の軸線に対して傾いた時点で、補強体の反クレビス側端４ｂでの補剛管内面接触力とクレビス側端４ａでの補剛管内面接触力との比（Ｐc2／Ｐc1）が０．４０ないし０．６５となるように、補剛管２の補強体に対する隙間が確保される。加えて、補剛管２と補強体とが重なり合っている長さが、補強体の重なり合い部における外径の少なくとも１．１倍は確保されるようにしておく。【選択図】図１

Description

本発明はピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材に係り、詳しくは、二重管構造をなす鋼製構造材の軸力管両端部にピン支持形式のクレビスが装備されており、内管をなす軸力管とそれを覆って曲げ抵抗を発揮する外管をなす補剛管からなる二重管構造材や、外管をなす軸力管とそれに覆われて曲げ抵抗を発揮する内管をなす補剛管からなる二重管構造材にあって、とりわけ軸力管端部を補強し構造材としての座屈耐力向上を図るために取りつけられた補強体に関するものである。

長尺な構造材は各端支持構造部にモーメントが作用しないようにしておくことができるピン接合式と、支持構造部にモーメントが作用する固定接合式とがある。後者は原則として材端でのたわみ角が０であるが、前者ではたわみ角が０となることはない。これは軸力管とそれを覆う補剛管からなる二重鋼管製構造材の場合の内管でも、軸力管とそれに内包される補剛管からなる二重鋼管製構造材の場合の外管でも同じである。特開平４−１４９３４５号公報には、後者の例が記載されている。

ところで、曲げ座屈を拘束しておくことができるようにしようとする二重鋼管製構造材においては、圧縮軸力下で座屈することなく安定した挙動を示すことが課せられる。それを達成するため鋼構造座屈設計指針には幾つかの条件が規定されるが、その一つに「部材端部での損傷防止」がある。この現象を抑止する目的で以下に説明する口金式の補強体や芯金式の補強体が採用される。

二重鋼管製構造材が例えばすじかいとして柱梁の軸組に導入された場合を例にする。地震などにより横力を受けた軸組の左右の柱は同方向に傾斜し上下の梁は相対的に横ずれする。平行四辺形と化した軸組は、揺れ戻しによって逆傾斜の平行四辺形となる。その間にすじかいには圧縮・引張の軸力が交互に作用するが、すじかいが二重管の場合、その軸力を受けるのは軸力管であって、脱落防止の図られた補剛管はいずれか一箇所のみの固定とされ、軸力が及ぶことのないように配慮されている。軸力管の座屈に対して曲げ抵抗管として機能させるために、補剛管を真直に維持させておく必要があるからである。

このことから分かるように、十字継手などを使用した両端固定支持の二重管（例えば特開２００７−１８６８９４）では軸力管の端部の軸線が補剛管のそれと交差することはないが、ピン支持構造では軸力管端部の軸線は補剛管のそれと交差することになる。補剛管が外管である場合の例で言えば、変形が進むと、軸力管端部は補剛管の内面に接触する。軸力管と補剛管との隙間が小さければ、軸力管端部は補剛管内面に僅かな曲げを呈した時点で当接し、曲げが大きくなるにつれて軸力管端部が補剛管からの反力によって変形を余儀なくされるか、補剛管が軸力管端部からの押圧によって変形を余儀なくされる。

ちなみに、二重管をピン接合できるようにしておくためには、特開平１１−１９３６３９号公報にあるようにクレビス継手が採用され、各クレビスを口金に左右逆ねじとして螺着させれば、ピン間距離に応じて軸力管の長さすなわちクレビスアイ間距離を微調節しておくことができる。また、オーバー回転させればプレストレスしておくこともできる。

補剛管としては軸力管の曲げを抑えられるような鋼管が採用されるが、軸力管は補剛管の恩恵を受ける以前にその端部で損傷することがある。これを防止して構造材の変形を抑える観点から、軸力管端部に補強を施すべく管状の補強体が取りつけられる。補剛管が内管とされる場合には、軸力管の端部口金の反クレビス側に補剛管の端部開口に嵌挿される芯金が設けられ、この芯金でもって補強体が形成される。

補剛管が外管である場合の内管端に取りつけられた補強体にしても（例えば特開平８−６８１１０号公報を参照）、補剛管が内管である場合の外管端に取りつけられた補強体にしても（特開平６−９３６５４号公報を参照）、補強管と補剛管との隙間、芯金と補剛管との隙間のそれぞれの寸法は、少なくとも外管に補強管付き内管を挿入することができるように、もしくは内管に芯金を挿入することができる程度に確保されねばならない。

一方、その隙間が大きすぎると、軸力管が曲げを呈しているにもかかわらず接触のない時点では、補剛管は曲げ抵抗管としての機能を発揮し得ない。また補強管や芯金は長いに越したことはないが、構造材の過剰な重量増加を招来することを考慮しなければならず、短か過ぎると補剛管による座屈拘束効果は弱まる。

特開平４−１４９３４５号公報 特開２００７−１８６８９４ 特開平１１−１９３６３９号公報 特開平８−６８１１０号公報 特開平６−９３６５４号公報

このようなことから、補剛管は補強体に対して適度の隙間を残して覆うべきものであるが、軸力管が圧縮軸力を受けて縮むだけでなくその圧縮力が大きくなると座屈を起こし、補強体が補剛管の開口部位を拡径させたり、亀裂を生じさせたりする。補剛管による曲げ抵抗作用は急激に低下し、補強体の回転角度が大きくなるとすなわち軸力管に対する傾き角が大きくなると、もはや補剛管は座屈拘束体として機能しなくなる。

なお、補強体が口金としての補強管であれ、口金に連なる芯金であれ、それと補剛管との隙間や、補強体の長さについての定量的な研究は現在まで無いに等しく、経験や勘に基づて適宜選択されているにすぎない。結局のところ、低耐力値設定にとどめざるを得ないか、安全を見越しての過大な寸法の導入を許容せざるをえない。軸力管の座屈拘束時の補強体の挙動が把握されるに至っていないからであり、精度の高い解析等による信頼性の向上した構造材設計を可能にする首折れ回避基準の創出が望まれる。

本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ピン接合形式の構造材であって、軸力管ならびに補剛管からなる二重鋼管座屈拘束構造材が圧縮軸力下で座屈しないか僅かにとどめておくことにより、軸力管の降伏耐力を超えて、構造材として安定した挙動を示すことができるようにしたピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材を提供することである。

軸圧縮力が作用したときの部材端変形を抑制する補強体が同芯状に取りつけられた軸力管と、その軸力管とで二重管を形成するとともに軸力管の曲がりの増大を抑止するため補強体にも外嵌して軸方向に相対変位可能な補剛管とを備え、軸力管の両端部にはピン支持形式のクレビスが装備されている二重鋼管製長尺構造材に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、軸力管１に軸力が作用することにより補強体４が軸力管１の軸線に対して傾いた際に、補強体の反クレビス側端４ｂでの補剛管内面接触力Ｐ_c2とクレビス側端４ａでの補剛管内面接触力Ｐ_c1との比（Ｐ_c2／Ｐ_c1）が０．４０ないし０．６５となるように、補剛管２の補強体４に対する隙間ｅ_k が確保される。そして、補剛管２と補強体４が重なり合う長さＬ_inは、補強体の重なり合い部外径Ｄ_r の少なくとも１．１倍確保されていることである。

補強体は二重管のうちの内管に取りつけられた厚肉円筒状の口金７Ｌとしての補強管４であり、補剛管２はその補強管４を被覆する薄肉円筒の外管としておく。

図７を参照して、補強体は二重管のうちの外管に取りつけられた厚肉円筒体の口金１１の反クレビス側で軸方向へ突出する小径の芯金１２であり、補剛管２はその芯金を被覆している円筒１３を内管としたものとすることもできる。

軸力管１の外径は１００ないし５００ミリメートルであって、補剛管２と補強体とが重なり合っている長さが、補強体の重なり合い部における外径の１．２ないし１．６倍とされる。補剛管２と補強体とが重なり合っている箇所における補剛管２の補強体に対する隙間とその補強体における重なり合い部の長さとの比（ｅ_k ／Ｌ_in）は、軸力管１が普通鋼の場合０．０１ないし０．０２とされる。軸力管１が低降伏点鋼の場合は０．００５ないし０．０１とされる。なお、図８に示すように、補剛管２には少なくとも補強体４と重なり合う箇所に厚肉部１４を形成させておいてもよい。

本発明によれば、補強体が軸力管に対して傾いたとき、補強体の反クレビス側端での補剛管内面接触力とクレビス側端での補剛管内面接触力との比が０．４０ないし０．６５となるように、補剛管の補強体に対する隙間が確保され、補剛管と補強体とが重なり合っている長さが、補強体の重なり合い部外径の少なくとも１．１倍は確保されるので、二重鋼管製構造材の設計用軸力を軸力管の降伏軸力の１．３倍超としておくことができる。

補強体は二重管のうちの内管に取りつけられた厚肉円筒状の口金とする場合には、補剛管はその口金を被覆する薄肉円筒の外管としておくことができる。もしくは、補強体は二重管のうちの外管に取りつけられた厚肉円筒体の口金の反クレビス側で軸方向へ突出する小径の芯金としておく場合には、補剛管はその芯金を被覆している薄肉円筒の内管としておけばよい。

軸力管の外径が１００ないし５００ミリメートルであって、補剛管と補強体とが重なり合う長さが補強体の重なり合い部における外径の１．２ないし１．６倍とされると、補強体の早期の傾きはなくなるとともに重量増加をきたす長寸化の回避も図られる。

補剛管と補強体とが重なり合った箇所における補剛管の補強体に対する隙間とその補強体における重なり合い部の長さとの比（ｅ_k ／Ｌ_in）を０．０１ないし０．０２とするなら、これを普通鋼製軸力管に適用することができる。０．００５ないし０．０１とするなら、低降伏点鋼製軸力管に適用することができる。

補剛管には少なくとも補強体と重なり合う箇所に厚肉部が設けられていれば、補剛管による補剛効果はさらに増強される。

本発明が適用される二重鋼管製構造材の一例の要部であって、補強管のクレビス側端での補剛管内面接触力および反クレビス側端での補剛管内面接触力の作用説明図。 補剛管内で補強管が首折れする挙動の誇張した説明図。 二重管における補強管長さや隙間の大小による変形の定性的説明図。 修正貫入比に対する無次元化最大軸力の計算結果を示すグラフ。 二重鋼管製構造材の設計用軸力が軸力管の降伏軸力の１．３倍を超えていることを示した計算例。 補強管外径に対する軸力管外径の異なる例における構造図。 内管が補剛管となっている例の二重鋼管製構造材の内部構造図、およびその変形状態説明図。 開口部すなわち補強体との重なり部における補剛管の補強形態説明図。

以下に、本発明に係るピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材を、図面に基づいて詳細に説明する。適用例としての構造材は、長さを誇張して短く描かれた図２の（ａ）に示すように、内管としての軸力管１、外管としての補剛管２からなり、ピン接合形式の二重管３となっている。

詳しく述べれば、軸力管１の一端部には、圧縮の軸力作用時座屈を抑制する補強管４が同芯状に取りつけられている。補剛管２は補強管４を軸方向に沿って覆うことにより軸力管１の曲がりの増大を抑止するもので、補強管４に対して軸方向へ相対変位可能に外嵌している。軸力管１は薄肉の鋼管であるが、補強管４は厚肉であって軸力管に比べて変形は無視できるほど剛強なものである。補剛管２は径厚比が比較的大きく、軽量化しやすい薄肉の鋼管である。

軸力管１の両端には、ピン支持形式の接合用アイ５を備えたクレビス６が装備される。各クレビスはそれぞれの口金７Ｌ，７Ｒに左ねじ、右ねじといったように逆ねじ構成で螺着され、軸組側のピン孔間隔に応じてクレビスアイ間距離をターンバックル的に微調節することができる。上記の補剛管２は右側の口金７Ｒの外周にリング状ビード８で溶接されるだけであって軸力が導入されることはなく、したがって曲げを呈することもない。ちなみに、左側のクレビス６Ｌは正面視を示し、右側のクレビス６Ｒは平面視を示している。符号の９は支持ピンである。

少し補足する。補剛管２は，口金７Ｒで溶接により固定されているから、口金７Ｌの側では非拘束状態となっている。それゆえ、軸力が作用すると、図２の（ｂ）の左部に示すように補剛管を固定していない側で局部座屈が早期に発生することになる。これを防止するために上記した補強管４が、この例では口金７Ｌを兼ねて導入されている。

ここで、二重管３の挙動を定性的に述べる。軸力管１に降伏軸力を超えない圧縮力が作用している間は補剛管２の中で弾性的に縮むだけであるが、降伏軸力を越えて作用すれば座屈して弓なりに曲がる。変形したり損傷を受けやすいのは材端部であるから、この部分を補強する目的で上記した補強管４が溶接等によって取りつけられる。補強管４は軸力管１より剛性の大きいものが採用されるので、補強管はほとんど変形しない。降伏軸力を超える圧縮力を受けると変形するのは、補強管４と軸力管１との繋ぎ部１０となる。繋ぎ部が折れ曲がると、曲がりを誇張して描いた図２の（ｂ）のように補強管４は傾く。図１に示すように、補強管４のクレビス側端４ａおよび反クレビス側端４ｂが補剛管２の内面に接触すれば、補剛管２は差しあたり補強管４のそれ以上の傾きや軸力管１の変形を抑止しようとする。

図３を参照して、まず、中央の（ａ）に着目する。補剛管２の内径Ｈと補強管４の外径Ｄ_r との差、すなわち隙間ｅ_k が（ｂ）のように小さいと（Ｈ₁ ＜Ｈ）、補剛管２による補剛作用が早期に発現し、（ｃ）や（ｄ）のように大きいと（Ｈ＜Ｈ₂ ）、補剛管２による補剛作用が発生しないか遅れる。一方、補強管４が短いと（Ｌ₁ ＜Ｌ）、（ｅ）のように首折れが酷くなりやすく、（ｆ）のように長いと（Ｌ＜Ｌ₂ ）、傾き角θがθ₄ と小さい時点で補剛作用を受けて曲がりは軽減される利点はあるものの、重量増をきたした補強管となってしまう。ちなみに、（ｇ）は、補強管４の傾きが大きくなって、補剛管２の端部が拡径したような変形をきたしている様子を示している。

ところで、二重鋼管製構造材の軸力管１や補剛管２には、その外径が１００ないし５００ミリメートル、長さが３，５００ないし５，５００ミリメートル、肉厚は６ないし１６ミリメートルといった程度のものが採用される。このような寸法を前提にするとともに、補剛管２と補強管４との隙間は４ないし２５ミリメートルとして、両端ピン支持形式の二重管モデルを対象にＦＥＭ解析した。詳細は省くが、二重鋼管製構造材の設計用軸力が軸力管の降伏軸力の１．３倍を超える耐力が安定的に発揮される条件を調査した。

図１に戻って、補強体４の反クレビス側端４ｂでの補剛管内面接触力Ｐ_c2とクレビス側端４ａでの補剛管内面接触力Ｐ_c1との比（＝Ｐ_c2／Ｐ_c1）が、０．４０ないし０．６５に納まる値の接触力バランスを生じさせる隙間ｅ_k を、補剛管２と補強管４の間に与えておくことが重要であるとの知見を得た。補強管４と補剛管２との重なりが長くなると、すなわち、補強管４の補剛管２に対する貫入量Ｌ_inが大きくなりすぎると、Ｐ_c2のＰ_c1に対する割合が低下する。Ｐ_c1がＰ_c2より大きいと外管（補剛管）の端部変形は酷くなり、例えばＰ_c2／Ｐ_c1＝０．６などでは、接触面積が広がって耐力上昇に寄与すると考えられる。このとき、貫入量Ｌ_inが補強管４の重なり合い部外径（補強管全体の外径が同一の場合は単に外径であり、図示しないが補強管の一部が補剛管外にあってその外径が重なり合い部径より大きいときは、補強管の重なり合い部の方の外径を指す）の少なくとも１．１倍確保されていることも要件となることが見い出された。

さらなる解析によると、貫入量Ｌ_inは補強管外径の１．２倍あれば、二重鋼管製構造材の耐力につき軸力管１の降伏軸力の１．３倍超えを達成するに十分と判明した。一方、上限としては１．６倍であることが突きとめられた。これによって、無用に長く重い補強管の採用は避けられることになる。ちなみに、補剛管２と補強管４とが重なり合っている箇所における補剛管２の補強管４に対する隙間ｅ_k と補強管４における重なり合い部の長さとの比（ｅ_k ／Ｌ_in）を、軸力管が普通鋼の場合０．０１ないし０．０２としておけばさらに耐力増強は万全なものとなり、軸力管が低降伏点鋼の場合は０．００５ないし０．０１としておけば耐力増強効果が顕著となる。

言い換えれば、普通鋼の場合は０．５７ないし１．１５度となる補強管の傾き角θが得られるような隙間ｅ_k を与え、低降伏点鋼の場合には０．２９ないし０．５７度の傾き角が得られるような隙間ｅ_k を与えておくことになる。前者の場合、貫入量Ｌ_inが２５０ミリメートルなら２．５ないし５．０ミリメートルとなる。内管を外管に挿通させるため操作上必要な隙間が４ミリメートルであるとすれば、４ないし５ミリメートルの範囲での選定となる。貫入量Ｌ_inが３５０ミリメートルなら３．５ないし７．０ミリメートルとなるから、４ないし７ミリメートルの選定となる。なお、低降伏点鋼の場合のｅ_k ／Ｌ_inが普通鋼の場合の概ね半分となっているのは、座屈が酷くなりやすいことから補剛作用の発生が早められていると捉えることができる。

いずれの範囲も、それを外れると補強管４の反クレビス側端での補剛管内面接触力とクレビス側端での補剛管内面接触力との比が０．４０ないし０．６５を満たしたものとはならず、したがって、二重管構造材の設計用軸力が軸力管の降伏軸力の１．３倍を超える耐力が安定的に発揮されなくなる。

解析によれば、貫入比（貫入量を補強管の外径で除した値：Ｌ_in／Ｄ_r ）と無次元化最大軸力（二重管の座屈限界強度を内管の降伏軸力で除した値：Ｎ／Ｎ_y ）の計算結果が求まるが、これには寸法の影響が残るので、貫入比に断面積比（外管の断面積を内管の断面積で除した値：Ａ_O ／Ａ_I ）を乗じた「修正貫入量」なる概念の導入でもって相関性をよくすることにし、それが図４に表されている。これによれば、無次元化最大軸力は次の式（１）のように表される。なお、グラフ中のＮｏ．１，Ｎｏ．２などの表示は、計算対象の二重管サンプルの番号である。

但し、ξＬ_O は補強管端からクレビスアイ中心までの長さ

この式は、軸力管の肉厚を増やすことなく補剛管で座屈抑制し、その補剛管を薄肉管として重量増加を抑えた二重鋼管製構造材の諸元選定に供することができる。これを満たす限りは、軸力管も補剛管も端部折れを発生させない状態で、二重鋼管製構造材を軸力管の降伏耐力を大きく超えた領域でも弾性挙動においておくことができる。すなわち、この式（１）を満たすかぎりは、Ｐ_c2／Ｐ_c1が０．４０ないし０．６５を達成していることを意味し、設計用軸力が軸力管の降伏軸力の１．３倍を超える耐力の発生を保証することにもなる。

図５は補強管４の傾き角θに対する無次元化軸力の変化を表したものであり、二重鋼管製構造材の設計用軸力が軸力管の降伏軸力の１．３倍を超えていることを示したサンプル計算例である。なお、図４および図５における各サンプル番号の寸法構成は割愛する。ちなみに、図１等においては補強管４の外径が軸力管１のそれより大きく描かれているが、図２の（ａ）を再掲した図６の（ａ）に対比して描かれた同図（ｂ）のごとく、軸力管１の外径が補強管４のそれに等しい場合も上記の式は成立するものであり、したがって、軸力管の外径Ｍは補強管４との関係においては規制されるものでない（Ｍ₂ より大きくなければよい）。

以上は、補強管４が二重管のうちの内管に取りつけられた厚肉円筒状の口金７Ｌとした補強体であり、補剛管２はこの口金７Ｌの全体を被覆している薄肉円筒の外管としている例であった。本発明の思想はそのような形態に限らず、図７の（ａ）に示すように、補強体は二重管のうちの外管の軸力管１に取りつけられた厚肉円筒体の口金１１の反クレビス側で軸方向へ突出する小径の芯金１２であり、補剛管２がこの芯金１２の大部分を被覆している円筒１３を内管とする構成の場合にも適用することができる。

すなわち、芯金１２が先の例の補強管４に相当し、円筒１３が補剛管２に当たる。芯金の傾きに着目すれば、先の例と変わるところはない。式（１）においてのξＬ_O は、芯金１２のつけ根（基部）からクレビスアイ中心までの長さとなる。図７の（ｂ）に示すように、芯金１２の反クレビス側端４ｂでの補剛管内面接触力Ｐ_c2とクレビス側端４ａでの補剛管内面接触力Ｐ_c1との比が０．４０ないし０．６５となる接触力バランスを生じさせる隙間ｅ_k を円筒１３と芯金１２の間に与えておくことについても同じである。このとき、貫入量Ｌ_inが円筒１３の重なり合い部外径の少なくとも１．１倍確保されていることも要件となる。

ちなみに、図８の（ａ）のように、補剛管２には、開口部位およびその近傍に少なくとも補強管４と重なり合う箇所で厚肉部１４が設けられてもよい。この場合には補剛管自体も増強され、先に触れた補剛管内面接触力Ｐ_c1，Ｐ_c2の絶対値の増大化を可能にすることができる。この厚肉部は厚肉管（図示せず）で形成できるが、補剛管２の端部に薄肉管１５を外嵌させてフープ作用を発揮させたようにしてもよい。芯金１２を補強体とする二重管の場合は同図の（ｂ）に示されている。この例ではリング１６が重なり部の長さより短いものにとどめられている。

図１も図７の場合も、軸圧縮力が作用したときの部材端変形を抑制する補強体４，１２が同芯状に取りつけられた軸力管１と、その軸力管とで二重管を形成するとともに軸力管の曲がりの増大を抑止するため補強体にも外嵌して軸方向に相対変位可能な補剛管２とを備えており、軸力管の両端部にはピン支持形式のクレビスが装備されている二重鋼管製長尺構造材である。そして、いずれにも、本発明が適用できることは上述のとおりである。幾つかを例をもとにして本発明の趣旨を述べたが、これによって鋼構造座屈設計指針における設計条件の一つである「部材端部での損傷防止」が、二重鋼管製構造材において普遍的に図られることになる。

１…軸力管、２…補剛管、３…二重管、４…補強体（補強管）、４ａ…クレビス側端、４ｂ…反クレビス側端、６Ｌ，６Ｒ…クレビス、７Ｌ，７Ｒ…口金、１１…口金、１２…補強体（芯金）、１３…円筒、ｅ_k …隙間、θ…補強管（補強体）の傾き角、Ｐ_c1…クレビス側端での補剛管内面接触力、Ｐ_c2…反クレビス側端での補剛管内面接触力、Ｌ_in…貫入量（補強管と補剛管とが重なり合っている長さ）、Ｄ_r …補強管４の外径、Ａ_O ／Ａ_I …外管の断面積を内管の断面積で除した値）、Ｎ_max ／Ｎ_y …無次元化最大軸力（座屈限界強度を内管の降伏軸力で除した値）。

軸圧縮力が作用したときの部材端変形を抑制する補強体が同芯状に取りつけられた軸力管と、その軸力管とで二重管を形成するとともに軸力管の曲がりの増大を抑止するため補強体にも外嵌して軸方向に相対変位可能な補剛管とを備え、軸力管の両端部にはピン支持形式のクレビスが装備されている二重鋼管製長尺構造材に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、軸力管１に軸力が作用することにより補強体４が軸力管１の軸線に対して傾いた際に、補強体の反クレビス側端４ｂでの補剛管内面接触力Ｐ_c2とクレビス側端４ａでの補剛管内面接触力Ｐ_c1との比（Ｐ_c2／Ｐ_c1）が０．４０ないし０．６５となるように、補剛管２の補強体４に対する隙間ｅ_k が確保される。そして、補剛管２と補強体４が重なり合う長さＬ_inは、補強体の重なり合い部外径Ｄ_r の１．１ないし１．６倍とされていることである。

本発明によれば、補強体が軸力管に対して傾いたとき、補強体の反クレビス側端での補剛管内面接触力とクレビス側端での補剛管内面接触力との比が０．４０ないし０．６５となるように、補剛管の補強体に対する隙間が確保され、補剛管と補強体とが重なり合っている長さが、補強体の重なり合い部外径の１．１ないし１．６倍とされるので、二重鋼管製構造材の設計用軸力を軸力管の降伏軸力の１．３倍超としておくことができる。

Claims (7)

1. 軸圧縮力が作用したときの部材端変形を抑制する補強体が同芯状に取りつけられた軸力管と、該軸力管とで二重管を形成するとともに軸力管の曲がりの増大を抑止するため前記補強体にも外嵌して軸方向に相対変位可能な補剛管とを備え、前記軸力管の両端部にはピン支持形式のクレビスが装備されている二重鋼管製長尺構造材において、
   軸力管に軸力が作用することにより前記補強体が軸力管に対して傾いた際に、補強体の反クレビス側端での補剛管内面接触力とクレビス側端での補剛管内面接触力との比が０．４０ないし０．６５となるように、補剛管の補強体に対する隙間が確保され、
   前記補剛管と補強体が重なり合う長さは、補強体の重なり合い部外径の少なくとも１．１倍確保されていることを特徴とするピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材。
2. 前記補強体は二重管のうちの内管に取りつけられた厚肉円筒状の口金としての補強管であり、前記補剛管は該補強管を被覆している薄肉円筒の外管であることを特徴とする請求項１に記載されたピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材。
3. 前記補強体は二重管のうちの外管に取りつけられた厚肉円筒体の口金の反クレビス側で軸方向へ突出する小径の芯金であり、前記補剛管は該芯金を被覆している薄肉円筒の内管であることを特徴とする請求項１に記載されたピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材。
4. 前記軸力管の外径は１００ないし５００ミリメートルであって、前記補剛管と補強体とが重なり合っている長さが、補強体の重なり合い部における外径の１．２ないし１．６倍とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載されたピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材。
5. 前記軸力管の外径は１００ないし５００ミリメートルであって、前記補剛管と補強体とが重なり合っている箇所における補剛管の補強体に対する隙間と該補強体における重なり合い部の長さとの比は、軸力管が普通鋼の場合０．０１ないし０．０２とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載されたピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材。
6. 前記軸力管の外径は１００ないし５００ミリメートルであって、前記補剛管と補強体とが重なり合っている箇所における補剛管の補強体に対する隙間と該補強体における重なり合い部の長さとの比は、軸力管が低降伏点鋼の場合０．００５ないし０．０１とされていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載されたピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材。
7. 前記補剛管には少なくとも前記補強体と重なり合う箇所に厚肉部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載されたピン接合形式二重鋼管座屈拘束構造材。

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