JP3859502B2

JP3859502B2 - Metal tube column base structure

Info

Publication number: JP3859502B2
Application number: JP2001378301A
Authority: JP
Inventors: 進水上; 惟敬小寺
Original assignee: 水島ゼネラルサービス株式会社
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2001-12-12
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2021-12-12
Also published as: JP2003049561A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立設する金属管柱の基部構造体に関し、特に街路や高架道路などの道路の路傍、または、公園などに設置し、照明用および標識用やカメラ、マイクロフォン、スピーカ等の設備設置用等として適用される金属管柱の基部構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属管柱の基部には、風力、交通振動などによって横方向への繰り返しの応力が加えられる。その応力に対抗して金属管柱の倒壊を防ぐため、補強材として所要数の縦リブが設けられている。
金属管柱は、数メートルの高さ位置に照明灯や標識等の比較的軽量の設備を保持するものであり、その外径は概ね５〜50cm程度とされる。
【０００３】
また、金属管柱は、一般用の建築用構造部材とは異なり、上方からの大きな荷重が掛からないため、たとえば鋼管柱の場合、（社）建設電気技術協会の道路照明器材仕様書等の基準に定められるように、肉厚３〜９mm程度のものが使用されている。
一般に、金属管柱は風雨に曝される場所で使用されるため、風力や交通振動などによって横方向への荷重が掛かったときに、その基部において折損し倒壊することのないように十分な強度を保持できる設計がなされている。また、金属管柱の外径は、一般的に１／100 〜１／75程度のテーパが設けられており、先端が先細りとなったテーパ管とされている。
【０００４】
従来の金属管柱の基部構造体の代表的な例を図４に示す。
図４に示すように、金属管柱１の下端部には、金属管柱１を支持するベースプレート５が係設して接合されている。ここで、金属管柱１は、例えば、ベースプレート５に穿設された穴に嵌挿され、2bで示す箇所を円周方向に溶接して接合される。ただし、金属管柱１とベースプレート５の接合方法としては、金属管柱１の下端部とベースプレート５の上面部とを溶接接合するようにしているものもある。
【０００５】
また、ベースプレート５には、設置・固定のため所要数のアンカー取付穴６が穿設されている。
さらに、ベースプレート５から金属管柱１の下部にかけては、縦方向に所要数の縦リブ４が配設されている。この縦リブ４は、金属管柱１にかかる四方からの荷重に耐える構造とする必要があることから、金属管柱の円周方向等間隔に少なくとも４個、場合によっては６ないし８個設けられる。なお、縦リブ４と、金属管柱１およびベースプレート５とは、溶接接合されるのが一般的である。
【０００６】
このような金属管柱としては、一般に鋼管柱が使用されるが、用途や設置環境に応じてアルミ管柱等の種々の金属管柱が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、風力や交通振動などによって常時、繰り返してかかる横荷重のため、長年の使用によって、特に縦リブの上端溶接部（図４に示す2aの位置）に疲労に基づく亀裂が発生する可能性が高いという問題があった。これは、金属管柱に横荷重がかかると、それによって発生する応力が、この上端の溶接部2aに集中し、縦リブ上端部の隅肉溶接止端部である溶接部2aが応力集中部３ともなってしまうためである。
【０００８】
本発明は、金属管柱の基部に設けた縦リブ近傍に発生する応力集中を緩和し、疲労等に基づく亀裂の発生を防止し、金属管柱の耐久性向上を可能とした金属管柱基部構造体の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋼管柱を例として、金属管柱の基部に設けた縦リブ近傍に発生する応力について、ＦＥＭ（有限要素法）を用いた数値解析を実施した。
その結果、縦リブ上端部には、縦リブのない場合に比べて約４倍程度の応力集中が発生することが明らかとなった。
【００１０】
しかも、縦リブ上端部は、通常、溶接されているため、溶接欠陥がある場合には、上記の応力集中が発生すると、その応力集中に起因して亀裂が発生しやすくなる。また、溶接欠陥が無い場合であっても、応力が繰り返しかかる結果、疲労破壊が生じる可能性が高くなる。
このような応力集中は、すでに説明したように鋼管柱基部の構造に由来することが知られている。すなわち、一般に金属管柱基部において同様の応力集中が生じる。
【００１１】
本発明者らは、金属管柱基部構造体の補強構造を工夫することで、応力集中を緩和して疲労破壊の発生を大幅に低減できることを見いだした。
すなわち、本発明は、下記各項記載の金属管柱基部構造体によって上記課題を解決したのである。
（１）金属管柱と、該金属管柱の下部に嵌装され、該金属管柱を拘持する外装支持管と、を有する金属管柱基部構造体における前記金属管柱の内面側に、前記外装支持管が外装する範囲の少なくとも一部に対応して重なる内装支持管を密接固定するとともに、
前記内装支持管の上端部に、前記金属管柱の内面側に接触しない内挿延長管部を具備したことを特徴とする金属管柱基部構造体。
（２）金属管柱と、該金属管柱の下部を嵌挿する内外装支持管一体型ベースプレートと、該内外装支持管一体型ベースプレートの嵌挿部に挟挿して前記金属管柱を固定するくさびと、を有するとともに、前記内外装支持管一体型ベースプレートの内装支持管側の上端部に、前記金属管柱の内面側に接触しない内挿延長管部を具備したことを特徴とする金属管柱基部構造体。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の金属管柱基部構造体の好適な実施の形態を、鋼管柱を例として、図１、図２に示す部分断面図に基づいて説明する。ここで、図１、図２ではそれぞれ左半分を断面図として示している。
まず、図１に基づき説明する。
【００１３】
鋼管柱１の下部には外装支持管10が嵌装されている。また、外装支持管10の外面には所要数の縦リブ４を付設して接合している。一方、鋼管柱１の下端部はベースプレート５の上に溶接接合されずに載置されている。
縦リブ４は、円周方向等間隔に少なくとも４箇所以上設けられるが、４〜８箇所に設けることを好適とする。なお、８箇所を超える個数の縦リブ４を設置しても機能的には問題ないものの、コスト的には不利となる。
【００１４】
また、壁面に支持をとって鋼管柱を設置するような場合にはベースプレートは壁面に取付け可能な縦型のプレートと、このプレートと外装管とを結合して支持する支持部材とを有する形態が取られる。図11はその例であり、外装管外面に支持部材を高さ方向２ヶ所以上設けて鋼管柱を立設させている。なお、図11において、41は（側壁用）外装管支持部材、42は（側壁用）プレート、43は締結用のボルト、44は側壁部である。
【００１５】
さらに、この場合、外装管は下端に図示しないエンドプレートを鋼管柱下端に溶接しておくことで鋼管柱の支持がより安定化する。
図１の例においては、外装支持管10に付設した縦リブ４とベースプレート５を溶接接合することと、鋼管柱１の下端はベースプレート５の上に溶接接合されずに載置されていることを特徴とする。そして、外装支持管10は、鋼管柱１に焼きばめ、あるいは、圧入して嵌装し、摩擦接合によって保持することを特徴とする。尚、圧入の際、鋼管柱１の内面側に座屈防止として内装管を設けてもよい。又、摩擦接合力を増すため、更にボルト等による固定を加えても、また、図12に示すようにクサビ17等を用いて固定してもよい。図１における各部材の溶接部を、図３（ａ）に×印で模式的に示す。
【００１６】
このように外装支持管と鋼管柱とを溶接接合せずに摩擦接合とすることで、鋼管柱基部の応力の高い部分での溶接を避けることができ、また、鋼管柱１に加わる応力が外装支持管10全周の広い範囲に均等に伝わり、その力を分散することができるのである。
外装支持管10の高さは、鋼管柱１の下端部の外径をＤとして、１Ｄ〜４Ｄとすることを好適とする。１Ｄ未満であると、横方向の応力がかかったときに、外装支持管上端部に相当する鋼管柱の位置に応力が集中することになり、この部位での亀裂、破断が起きる可能性があるからである。また、４Ｄを超える高さまで外装支持管を設置することについては、応力集中緩和の効果は認められるものの、その効果は４Ｄ相当の場合と大差なく、外装支持管の材料費を考慮すると、４Ｄ程度の高さまでで十分である。
【００１７】
又、外装支持管の板厚は、鋼管柱の板厚（ｔ）に対し1.5 〜３ｔ位とし、外装支持管にかかる応力そのものを低くする。
次に、図２に基づき、本発明の他の実施の形態について説明する。
図２では、外装支持管10の下端側とベースプレート５の間に間隙を設けたことが特徴である。図２に示す実施の形態における溶接部の位置を図３（ｂ）に模式的に示す。
【００１８】
この場合は、鋼管柱１の下端部とベースプレート５、および、縦リブ４下部とベースプレート５を溶接接合し、一方、外装支持管10は、鋼管柱１に焼きばめ、あるいは、圧入して嵌装し、摩擦接合によって保持することを特徴とする。また、縦リブ４の側部と鋼管柱１との間にも間隙を設けておき、両者は接合しない。
以上説明したように、本発明によって、縦リブにかかっていた応力集中を分散させることができるようになり、鋼管柱の折損事故につながる恐れのある鋼管柱の亀裂を大幅に低減することができるようになった。
【００１９】
なお、ここでは、各部材の接合を、最も一般的に行われている溶接接合として説明したが、これに限定されるものではなく、リベット、ボルト等を用いての接合であっても良いことは言うまでもない。
また、外装支持管と縦リブを一体構造として成形するようにしてもよい。
図５は、外装支持管とベースプレート、および、内装支持管を鋳鋼等で一体的に形成した内外装支持管一体型ベースプレート15を適用した例を示す。この例では、内外装支持管一体型ベースプレート15の内部に鋼管柱１の基部を嵌挿し載置する座を形成しておき、鋼管柱１をその内部に差込み、くさび16で固定することで鋼管柱１を固定する。くさび16は、SS400 相当の鋼材を使用することを好適とし、くさびの上端に抜け止めのボルト（図示せず）等を設けることもできる。
【００２０】
図６は、鋼管柱１の内面側の外装支持管10と対応する位置に、鋼管柱１の内面と接触するように内装支持管20を設けた例を示す。内装支持管20は、外装支持管10が鋼管柱１を外側から拘持し、さらに好適には、摩擦力で支持するのに対して、鋼管柱１の内面側からも支持することで鋼管柱１を内外面から挟み込んで固定するものである。内装支持管20は、その下部を溶接部21として鋼管柱１の内面と溶接接合して固定することが好適である。このように、内装支持管20を設けることで、鋼管柱１の応力伝達部での溶接を解消できるうえ、さらに、鋼管柱基部の断面を厚くすることができ、強度の向上を図ることができる。
【００２１】
なお、内装支持管20の取付位置は、外装支持管10の位置と少なくとも一部が対応していなければならない。好適には、鋼管柱１の最下端の外径をＤとして、内装支持管20と外装支持管10の対応が１Ｄ以上となるようにする。内装支持管20の材質は、普通鋼等、適宜選択することができ、特に限定しない。 SS400相当の鋼材の場合、鋼管柱の厚さをｔとして、 1.5ｔ〜３ｔ程度の厚さとすれば十分である。
【００２２】
さらに、図７、図８に示すように、内装支持管20の上部に、鋼管柱１の内面側に接触しない小径のパイプである内挿延長管部20a を繋合して内包させることを好適とする。こうすることで、鋼管柱基部の応力集中部等で万一亀裂が生じた場合に、鋼管柱自体が倒壊することを防止可能となる。すなわち、鋼管柱の亀裂部位よりも上部が倒れようとしても、内包されている内挿延長管部に支えられ、直ちに倒壊することを防止することができる。そのため、完全に倒壊する前に、亀裂の入った鋼管柱を撤去し、交換することができ、鋼管柱の倒壊事故を大幅に減少することができる。この完全倒壊を防止するには、内挿延長管部の長さを１Ｄ以上とすることが好適である。
【００２３】
なお、内装支持管20と内挿延長管部20a の繋合位置は、図７に示すように外装管10の上端部よりも上側としても良く、また、図８に示すように、外装管10の上端部よりも下側としても良い。
また、図９に示すように、図５で説明した内外装支持管一体型ベースプレート15の内装支持管側に内挿延長管部15a を繋合しても同様の機能を発揮することができる。
【００２４】
図13は、鋼管柱１の下部内面を密着支持する内装支持管20を設けるとともに、鋼管柱１下部外面に縦リブ４を設けた鋼管柱基部構造を示す。この構造では、内装支持管20により鋼管柱１を密着させることで、摩擦接合により鋼管柱１と内装支持管20とを一体として外力に対抗させることができ、鋼管柱本体にかかる応力が板厚の増加分だけ減少させることができる。そのため、鋼管柱下部外面に縦リブを溶接しても、溶接部分が強度上のネックポイントにならないように設計できる。
【００２５】
上記効果を得るためには、内装支持管は、鋼管柱下部の直径をＤとしたときに、鋼管柱外面に設ける縦リブの上端の溶接止端部に対応する位置を含めて、上下方向にＤの範囲を含むように設けることが好ましい。この範囲に内装支持管を密着支持させることで、縦リブの上端に発生する応力集中を効果的に低減できる。従って、図13では、内装支持管を鋼管柱の下部内面に溶接して固定した例を示しているが、必ずしも内装支持管を溶接する必要はなく、摩擦力で十分に保持することができる。
【００２６】
なお、内装支持管やベースプレートの板厚を増すなどすることで、金属管柱下部外面の縦リブを使用せず、金属管柱と内装支持管のみの構造とすることも可能である。このような構造とすることで、外観をリブのないすっきりとした形状とすることができて、デザインのバリエーションを多様にできるという利点がある。
【００２７】
また、内装支持管の厚さは、鋼管柱下部の厚さをｔとしたときに、1.5 ｔ〜３ｔ程度とすれば良い。1.5 ｔ未満であると、鋼管柱本体にかかる応力を低減する効果が小さくなる。また、３ｔを超えて内装支持管の厚さを大きくしても材料コストの増加に対する応力低減の効果が小さくなるためである。
以上の説明では、金属管柱として鋼管柱を用いた例を示したが、金属管柱にかかる応力は、金属管柱下部の基部構造に依存するところが大きいため、鋼管のみならず、アルミ管等の金属管からなる柱体の基部構造について共通している。なお、本発明の金属管柱基部構造体においては、金属管柱を形成する金属と、外装支持管、内装支持管等の金属は同じものとすることを好適とするが、異種金属で構成することも可能であることは言うまでもない。
【００２８】
【実施例】
本発明の金属管柱基部構造体の性能を検証するため、図10に示す疲労試験機を用いた疲労試験を実施した。なお、金属管としては、鋼管を適用した。
図10の疲労試験機で実施した試験の概要について説明する。
まず、試験を行う鋼管柱基部構造体、すなわち、試験体30を横にし、その底部を反力壁31に固設する。なお、図10に示す試験体30は、リブを鋼管柱に直付けした従来の鋼管柱基部構造体である。
【００２９】
次に、試験体30の頂部を加振治具35で保持し、加振治具35に連結した50ｔ油圧サーボ式の油圧加振機34で振動を与えて疲労試験を行う。
ここで、試験体30の応力集中点である着目箇所Ｓには、図示しない応力集中ゲージを貼付する。この応力集中ゲージは、２mmピッチの５素子の歪みゲージから構成され、各歪みゲージの測定値から応力集中値を計測するものである。
【００３０】
また、試験体30には、着目箇所Ｓの位置から20mmの上下位置に計測用歪みゲージ32を貼付し、また、100mm の上下位置に制御用歪みゲージ33を貼付する。
そして、まず、100mm の位置の歪ゲージの値をモニタしながら、油圧加振機34で試験体30に圧力を加え、そのモニタ値が、例えば、200 ＭPaとなる時の制御用歪みゲージ33の値を基準値として記録する。この時の制御用歪みゲージの応力値（ここでは、200 ＭPaとしている）を加振振幅応力とよぶ。
【００３１】
次に、この制御用歪みゲージ33の値を入力として、所定の加振振幅応力となるように加振を行なう。ここで、加振周期は、0.5 〜３Hz程度である。
以上の疲労試験では、計測用歪みゲージ32の値を継続してモニタし、その計測値が所定値となった時点の加振回数を求めることで疲労強度の推定を行う。
一般に、継手などの疲労強度を評価する際には、疲労試験で亀裂が発生する位置、すなわち、応力集中部の位置でのノミナル応力を使用する。この場合のノミナル応力とは、その位置で応力集中がなかった場合にかかる応力のことで、実際の疲労試験では、応力集中の影響のない位置の応力を測定し、その値を応力集中部（亀裂発生位置）の位置に換算した値をノミナル応力値として使用する。
【００３２】
本実施例では、試験開始時の95％時点での加振回数をベースとし、別途求めておいたＳ−Ｎ曲線上でフィッティングを行い、200 万回加振時点での推定疲労強度を算出している。なお、ここでは、Ｓ−Ｎ曲線についての説明は省略する。
ここで、試験は、リブを鋼管柱に直付けした従来の鋼管柱基部構造の試験体（従来例）と、外装管を鋼管柱外面に摩擦接合した外装管方式の鋼管柱基部構造の試験体（本発明例）について実施した。その結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
従来例では、ノミナル応力値 168ＭPaで８万回の加振を行った時点で、計測用歪みゲージ32の応力値が試験開始時の95％となった。また、この時点で、応力集中点に亀裂が認められた。これをＳ−Ｎ曲線状でフィッティングすることで、 200万回時点推定疲労強度として34ＭPaの値をえた。なお、従来例での鋼管柱の径は 188mmφである。
【００３５】
一方、上記従来例と同径の 188mmφの鋼管柱を用いた本発明例において、ノミナル応力値を 259ＭPaとした場合、加振回数 148万回で計測用歪みゲージ32の応力値が試験開始時の95％となった。このデータを基にＳ−Ｎ曲線状でのフィッティングを行い、 200万回時点推定疲労強度の算出を行った結果、 234ＭPaの値を得た。
【００３６】
表１の結果から、本発明例と従来例との推定疲労寿命の比較をした結果を表２に示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
一般に、鋼構造物の疲労設計に使用されている日本鋼構造協会の「鋼構造物の疲労設計指針」によると、応力と疲労寿命の関係として、疲労寿命は（疲労強度／振幅応力）の３乗に比例するといわれている。このことから、前記試験結果を基に従来例に対する本発明例の鋼管柱基部構造は疲労強度で 6.9倍であることから、疲労寿命で 300倍以上であることが推定できる。
【００３９】
すなわち、本発明により、鋼管柱基部構造の著しい耐久性向上を達成した。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によって、従来ウィークポイントであった金属管柱基部に縦リブを設けた際の縦リブ上端部での応力集中を大幅に緩和することが可能となり、金属管柱基部での破断・折損事故を激減することが可能となった。又、外装支持管部を有する構成では、応力集中部に金属管柱自身の溶接部がないため、溶接による金属管柱の組織の変化、硬度の増加、残留応力等がなく、金属管柱の耐久性を大幅に向上させることができた。
【００４１】
更に、内装支持管を利用することで、金属管柱外面に縦リブを溶接しても板厚増加の効果で応力集中を緩和でき、金属管柱の耐久性を大幅に向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施の形態を示す部分断面図である。
【図２】本発明の他の好適な実施の形態を示す部分断面図である。
【図３】本発明における溶接接合箇所を示す模式断面図であり、（ａ）は図１、（ｂ）は図２に対応する。
【図４】従来の金属管柱基部構造体の模式図である。
【図５】本発明の更に他の好適な実施の形態を示す部分断面図である。
【図６】図１に示す本発明例に、更に内挿管を挿入した例を示す部分断面図である。
【図７】図６の例に、更に延長部を具備させた例を示す部分断面図である。
【図８】図７の変形例を示す部分断面図である。
【図９】図５の例に、更に延長部を具備させた例を示す部分断面図である。
【図１０】本発明の検証に用いた疲労試験機の模式図である。
【図１１】壁面に支持をとった場合の本発明の金属管柱基部構造体の例を示す斜視図である。
【図１２】外装支持管による摩擦接合力を増すためにくさびを用いた例を示す部分断面図である。
【図１３】本発明の他の好適な実施の形態として、内装支持管と縦リブを用いた金属管柱基部構造体を例示する部分断面図である。
【符号の説明】
１金属管柱（鋼管柱）
2a、2b 溶接部
３応力集中部
４縦リブ
５ベースプレート
６アンカー取付穴
10 外装支持管
15 内外装支持管一体型ベースプレート
15a （内挿）延長管部
16、17 くさび
20 内挿管
20a （内挿）延長管部
21 溶接部
30 （金属管柱基部構造体の）試験体
31 反力壁
32 計測用歪みゲージ
33 制御用歪みゲージ
34 油圧加振機（アクチュエータ）
35 加振治具
40 （側壁用）外装管
41 （側壁用）外装管支持部材
42 （側壁用）プレート
43 ボルト
44 側壁部
Ｓ応力集中点（着目箇所）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a base structure of a metal pipe column to be erected, and particularly, installed on the side of a road such as a street or an elevated road, or in a park, for installation of equipment for lighting, signs, cameras, microphones, speakers, etc. The present invention relates to a base structure of a metal tube column that is applied as an object.
[0002]
[Prior art]
Repeated lateral stress is applied to the base of the metal tube column due to wind, traffic vibration, and the like. In order to prevent the collapse of the metal tube column against the stress, a required number of vertical ribs are provided as a reinforcing material.
The metal tube pillar holds relatively light equipment such as an illuminating lamp and a sign at a height of several meters, and its outer diameter is about 5 to 50 cm.
[0003]
Also, unlike general structural members for construction, metal pipe columns do not receive a large load from above. For example, in the case of steel pipe columns, standards for road lighting equipment specifications of the Japan Construction Electrical Engineering Association The thickness is about 3 to 9 mm.
In general, metal tube columns are used in locations exposed to wind and rain, so that when the load is applied in the horizontal direction due to wind force or traffic vibration, it is strong enough not to break or collapse at the base. Designed to hold Further, the outer diameter of the metal tube column is generally provided with a taper of about 1/100 to 1/75, and is a tapered tube with a tapered tip.
[0004]
A typical example of a conventional base structure of a metal tube column is shown in FIG.
As shown in FIG. 4, a base plate 5 that supports the metal tube column 1 is erected and joined to the lower end portion of the metal tube column 1. Here, the metal tube pillar 1 is inserted into, for example, a hole formed in the base plate 5 and joined by welding a portion indicated by 2b in the circumferential direction. However, as a method for joining the metal tube column 1 and the base plate 5, there is a method in which the lower end portion of the metal tube column 1 and the upper surface portion of the base plate 5 are joined by welding.
[0005]
The base plate 5 is provided with a required number of anchor mounting holes 6 for installation and fixing.
Furthermore, a required number of vertical ribs 4 are arranged in the vertical direction from the base plate 5 to the lower part of the metal tube pillar 1. Since the vertical ribs 4 are required to have a structure that can withstand loads from the four directions on the metal tube column 1, at least four, and in some cases, six to eight are provided at equal intervals in the circumferential direction of the metal tube column. . In general, the vertical rib 4, the metal tube pillar 1, and the base plate 5 are joined by welding.
[0006]
As such a metal tube column, a steel tube column is generally used, but various metal tube columns such as an aluminum tube column are used depending on the application and installation environment.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, because of the lateral load that is constantly and repeatedly applied by wind and traffic vibrations, there is a possibility that cracks based on fatigue may occur due to long-term use, particularly at the upper end weld of the vertical rib (position 2a shown in FIG. 4). There was a problem of being expensive. This is because when a lateral load is applied to the metal tube column, the stress generated thereby concentrates on the welded portion 2a at the upper end, and the welded portion 2a, which is the fillet weld toe at the upper end of the vertical rib, This is because it becomes 3 as well.
[0008]
The present invention provides a metal tube column base that relaxes stress concentration generated in the vicinity of vertical ribs provided at the base of the metal tube column, prevents cracks due to fatigue and the like, and improves the durability of the metal tube column The purpose is to provide a structure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors conducted numerical analysis using FEM (finite element method) for stress generated in the vicinity of a longitudinal rib provided at the base of a metal tube column, taking a steel tube column as an example.
As a result, it has been clarified that a stress concentration about four times as high as that in the case where there is no vertical rib occurs at the upper end of the vertical rib.
[0010]
Moreover, since the upper end portion of the vertical rib is usually welded, if there is a weld defect, if the above stress concentration occurs, cracks are likely to occur due to the stress concentration. Moreover, even when there is no weld defect, the possibility of fatigue failure increases as a result of repeated stress.
It is known that such stress concentration is derived from the structure of the steel pipe column base as already described. That is, in general, the same stress concentration occurs at the metal tube column base.
[0011]
The present inventors have found that by devising the reinforcing structure of the metal tube column base structure, the stress concentration can be reduced and the occurrence of fatigue failure can be greatly reduced.
That is, this invention solved the said subject with the metal pipe pillar base structure described in each following item.
(1) and the metal tube pillars, is fitted to the lower portion of the metal tube columns, our Keru the metal tube pillars Rukin Shokukanhashira base structure Yusuke an exterior support tube which Jisuru contracture the metal tube pillars, the The inner support pipe that overlaps corresponding to at least a part of the range covered by the outer support pipe is closely fixed to the inner surface side of
The interior to the upper end of the support tube, characterized and to Rukin Shokukanhashira base structure by comprising the挿延length pipe section in less contact with the inner surface side of the metal pipe columns.
Fixing (2) and metals tube columns, and interior and exterior support tube integral baseplate interpolating fitting the lower portion of the metal tube column, the metal pipe pillars are inserted clamping the fitting portion of the inner sheath support tube integral base plate a wedge which, together with a, an upper end portion of the interior support tube side of the interior and exterior support tube integral base plate, characterized by comprising the挿延length pipe section in less contact with the inner surface side of the metal pipe pillar gold Shokukanhashira base structure.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the metal pipe column base structure according to the present invention will be described based on partial cross-sectional views shown in FIGS. 1 and 2, taking a steel tube column as an example. Here, in FIG. 1 and FIG. 2, the left half is shown as a sectional view.
First, it demonstrates based on FIG.
[0013]
An outer support pipe 10 is fitted to the lower part of the steel pipe column 1. Further, a required number of vertical ribs 4 are attached to the outer surface of the exterior support tube 10 and joined. On the other hand, the lower end portion of the steel pipe column 1 is placed on the base plate 5 without being welded.
The vertical ribs 4 are provided at least at four or more locations at equal intervals in the circumferential direction, but are preferably provided at 4 to 8 locations. In addition, although there is no functional problem even if the number of the vertical ribs 4 exceeding eight places is provided, it is disadvantageous in terms of cost.
[0014]
In the case where a steel pipe column is installed with support on the wall surface, the base plate has a vertical plate that can be attached to the wall surface, and a support member that supports the plate and the outer tube by combining them. Taken. FIG. 11 shows an example of this, in which two or more support members are provided in the height direction on the outer surface of the outer tube so that the steel pipe columns are erected. In FIG. 11, reference numeral 41 denotes an outer tube support member (for side walls), 42 denotes a plate (for side walls), 43 denotes a fastening bolt, and 44 denotes a side wall portion.
[0015]
Further, in this case, the support of the steel pipe column is further stabilized by welding an end plate (not shown) to the lower end of the outer tube to the lower end of the steel pipe column.
In the example of FIG. 1, the longitudinal rib 4 attached to the outer support pipe 10 and the base plate 5 are joined by welding, and the lower end of the steel pipe column 1 is placed on the base plate 5 without being welded. Features. The exterior support tube 10 is characterized in that it is shrink fitted or press fitted into the steel tube column 1 and is held by friction bonding. In addition, you may provide an interior pipe | tube as a buckling prevention in the inner surface side of the steel pipe pillar 1 in the case of press-fit. Further, in order to increase the frictional joining force, fixing with bolts or the like may be further added, or fixing may be performed using a wedge 17 or the like as shown in FIG. The welded part of each member in FIG. 1 is schematically shown by a cross in FIG.
[0016]
In this way, welding at the high stress portion of the steel pipe column base can be avoided by making friction bonding without welding the outer support tube and the steel pipe column, and the stress applied to the steel pipe column 1 is applied to the outer package. It is transmitted evenly over a wide range of the entire circumference of the support tube 10, and the force can be distributed.
The height of the exterior support tube 10 is preferably 1D to 4D, where D is the outer diameter of the lower end of the steel tube column 1. If the stress is less than 1D, when a lateral stress is applied, the stress is concentrated at the position of the steel pipe column corresponding to the upper end portion of the exterior support pipe, and there is a possibility that a crack or fracture occurs in this part. Because. In addition, regarding the installation of the exterior support pipe up to a height exceeding 4D, although the effect of stress concentration relaxation is recognized, the effect is not much different from the case of 4D equivalent, and considering the material cost of the exterior support pipe, it is about 4D A height of up to is sufficient.
[0017]
The plate thickness of the outer support tube is set to about 1.5 to 3 t with respect to the plate thickness (t) of the steel pipe column, and the stress applied to the outer tube is reduced.
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 2 is characterized in that a gap is provided between the lower end side of the exterior support tube 10 and the base plate 5. The position of the welded portion in the embodiment shown in FIG. 2 is schematically shown in FIG.
[0018]
In this case, the lower end portion of the steel pipe column 1 and the base plate 5 and the lower portion of the vertical rib 4 and the base plate 5 are welded and joined, while the exterior support pipe 10 is fitted into the steel pipe column 1 by shrink fitting or press fitting. And is held by friction bonding. Further, a gap is also provided between the side portion of the vertical rib 4 and the steel pipe column 1, and the two are not joined.
As described above, according to the present invention, the stress concentration applied to the longitudinal ribs can be dispersed, and the cracks in the steel pipe column that can lead to the breakage of the steel pipe column can be greatly reduced. It became so.
[0019]
In addition, although the joining of each member was demonstrated here as the welding generally performed, it is not limited to this, You may join using a rivet, a bolt, etc. Needless to say.
Moreover, you may make it shape | mold an exterior support tube and a vertical rib as an integral structure.
FIG. 5 shows an example in which an exterior support tube and base plate, and an interior / exterior support tube integrated base plate 15 in which the interior support tube is integrally formed of cast steel or the like are applied. In this example, a seat for inserting and mounting the base portion of the steel pipe column 1 is formed inside the base plate 15 integrated with the inner and outer support pipes, and the steel pipe column 1 is inserted into the inside and fixed with a wedge 16 to fix the steel pipe. Fix the pillar 1. The wedge 16 is preferably made of steel material equivalent to SS400, and a retaining bolt (not shown) or the like can be provided at the upper end of the wedge.
[0020]
FIG. 6 shows an example in which an interior support tube 20 is provided at a position corresponding to the exterior support tube 10 on the inner surface side of the steel tube column 1 so as to be in contact with the inner surface of the steel tube column 1. The interior support pipe 20 holds the steel pipe column 1 from the outside by the exterior support pipe 10 and more preferably supports the steel pipe column 1 by a frictional force. 1 is inserted and fixed from the inner and outer surfaces. The interior support pipe 20 is preferably fixed by welding the lower part of the inner support pipe 20 to the inner surface of the steel pipe column 1 with the welded part 21. Thus, by providing the interior support tube 20, welding at the stress transmission portion of the steel pipe column 1 can be eliminated, and further, the cross section of the steel tube column base can be increased, and the strength can be improved. .
[0021]
It should be noted that the mounting position of the interior support tube 20 must at least partially correspond to the position of the exterior support tube 10. Preferably, the outer diameter of the lowermost end of the steel pipe column 1 is D, and the correspondence between the interior support pipe 20 and the exterior support pipe 10 is 1D or more. The material of the interior support tube 20 can be selected as appropriate, such as plain steel, and is not particularly limited. In the case of a steel material equivalent to SS400, it is sufficient to set the thickness of the steel pipe column to about 1.5 to 3 t, where t is the thickness of the steel pipe column.
[0022]
Furthermore, as shown in FIGS. 7 and 8, it is preferable that an insertion extension pipe portion 20 a that is a small diameter pipe that is not in contact with the inner surface side of the steel pipe column 1 is joined and contained in the upper part of the interior support pipe 20. And By doing so, it is possible to prevent the steel pipe column itself from collapsing if a crack occurs in the stress concentration portion of the steel pipe column base. That is, even if the upper part of the steel pipe column is to be tilted more than the cracked part, it is supported by the internal insertion extension pipe part and can be prevented from being collapsed immediately. Therefore, the cracked steel pipe column can be removed and replaced before it completely collapses, and the accident of collapse of the steel pipe column can be greatly reduced. In order to prevent this complete collapse, it is preferable that the length of the insertion extension tube portion is 1D or more.
[0023]
The connecting position between the interior support tube 20 and the insertion extension tube portion 20a may be higher than the upper end portion of the exterior tube 10 as shown in FIG. 7, and as shown in FIG. It is good also as a lower side than the upper end part.
Further, as shown in FIG. 9, the same function can be exhibited even when the insertion extension tube portion 15 a is connected to the interior support tube side of the interior / exterior support tube integrated base plate 15 described in FIG. 5.
[0024]
FIG. 13 shows a steel tube column base structure in which an interior support tube 20 that closely supports the lower inner surface of the steel tube column 1 is provided, and vertical ribs 4 are provided on the outer surface of the lower portion of the steel tube column 1. In this structure, the steel pipe column 1 is brought into close contact with the interior support tube 20 so that the steel tube column 1 and the interior support tube 20 can be opposed to external force by friction welding, and the stress applied to the steel tube column main body is reduced by the plate thickness. Can be reduced by an increase of. Therefore, even if a vertical rib is welded to the outer surface of the lower part of the steel pipe column, it can be designed so that the welded portion does not become a neck point in strength.
[0025]
In order to obtain the above-mentioned effect, the interior support pipe is vertically arranged including the position corresponding to the weld toe at the upper end of the vertical rib provided on the outer surface of the steel pipe column when the diameter of the steel pipe column lower part is D. It is preferable to provide so as to include the range of D. By tightly supporting the interior support pipe within this range, stress concentration generated at the upper end of the vertical rib can be effectively reduced. Therefore, FIG. 13 shows an example in which the interior support tube is welded and fixed to the lower inner surface of the steel pipe column, but the interior support tube is not necessarily welded and can be sufficiently held by frictional force.
[0026]
In addition, by increasing the plate thickness of the interior support tube and the base plate, it is possible to use only the metal tube column and the interior support tube without using the vertical ribs on the lower outer surface of the metal tube column. With such a structure, there is an advantage that the appearance can be made into a clean shape without ribs and design variations can be varied.
[0027]
Moreover, what is necessary is just to let the thickness of an interior support pipe | tube be about 1.5 t-3t, when the thickness of a steel pipe pillar lower part is set to t. If it is less than 1.5 t, the effect of reducing the stress applied to the steel pipe column main body becomes small. Further, even if the thickness of the interior support pipe is increased beyond 3t, the effect of reducing the stress with respect to the increase in material cost is reduced.
In the above description, an example in which a steel pipe column is used as a metal pipe column has been shown. However, since the stress applied to the metal tube column largely depends on the base structure of the lower part of the metal tube column, not only a steel pipe but also an aluminum pipe, etc. This is common to the base structure of the column made of metal pipes. In the metal tube column base structure of the present invention, it is preferable that the metal forming the metal tube column and the metal such as the exterior support tube and the interior support tube are the same, but are composed of different metals. It goes without saying that it is possible.
[0028]
【Example】
In order to verify the performance of the metal tube column base structure of the present invention, a fatigue test using a fatigue tester shown in FIG. 10 was performed. In addition, the steel pipe was applied as a metal pipe.
The outline of the test conducted with the fatigue testing machine of FIG. 10 will be described.
First, the steel pipe column base structure to be tested, that is, the test body 30 is laid sideways and the bottom thereof is fixed to the reaction wall 31. A test body 30 shown in FIG. 10 is a conventional steel pipe column base structure in which ribs are directly attached to a steel pipe column.
[0029]
Next, a fatigue test is performed by holding the top of the test body 30 with a vibration jig 35 and applying vibration with a 50-t hydraulic servo-type hydraulic shaker 34 connected to the vibration jig 35.
Here, a stress concentration gauge (not shown) is attached to the point of interest S which is the stress concentration point of the test body 30. This stress concentration gauge is composed of five strain gauges with a pitch of 2 mm, and measures the stress concentration value from the measurement values of each strain gauge.
[0030]
In addition, a measurement strain gauge 32 is attached to the test body 30 at an upper and lower position of 20 mm from the position of the point of interest S, and a control strain gauge 33 is attached to an upper and lower position of 100 mm.
First, while monitoring the value of the strain gauge at the position of 100 mm, pressure is applied to the test body 30 with the hydraulic vibration exciter 34, and when the monitored value becomes 200 MPa, for example, the control strain gauge 33 Record the value as the reference value. The stress value of the control strain gauge at this time (here, 200 MPa) is referred to as the excitation amplitude stress.
[0031]
Next, using the value of the control strain gauge 33 as an input, vibration is performed so that a predetermined vibration amplitude stress is obtained. Here, the excitation cycle is about 0.5 to 3 Hz.
In the above fatigue test, the value of the strain gauge for measurement 32 is continuously monitored, and the fatigue strength is estimated by obtaining the number of times of vibration when the measured value becomes a predetermined value.
Generally, when evaluating the fatigue strength of a joint or the like, a nominal stress at a position where a crack occurs in a fatigue test, that is, a position of a stress concentration portion is used. The nominal stress in this case is the stress applied when there is no stress concentration at that position. In an actual fatigue test, the stress at a position where there is no effect of stress concentration is measured, and the value is taken as the stress concentration part ( The value converted into the position of the crack occurrence position) is used as the nominal stress value.
[0032]
In this example, based on the number of vibrations at the time of 95% at the start of the test, fitting was performed on the SN curve obtained separately to calculate the estimated fatigue strength at the time of 2 million vibrations. ing. Here, description of the SN curve is omitted.
Here, the test consists of a test body with a conventional steel pipe column base structure with ribs attached directly to the steel pipe column (conventional example) and a test body with a steel pipe column base structure with an outer tube method in which the outer pipe is frictionally bonded to the outer surface of the steel pipe column. The present invention was carried out. The results are shown in Table 1.
[0033]
[Table 1]

[0034]
In the conventional example, when the vibration was applied 80,000 times at a nominal stress value of 168 MPa, the stress value of the measurement strain gauge 32 became 95% at the start of the test. At this point, cracks were observed at the stress concentration points. By fitting this with an SN curve, a value of 34 MPa was obtained as the estimated fatigue strength at 2 million times. The diameter of the steel pipe column in the conventional example is 188mmφ.
[0035]
On the other hand, in the example of the present invention using the 188 mmφ steel pipe column having the same diameter as the above conventional example, when the nominal stress value is 259 MPa, the stress value of the strain gauge 32 for measurement is 1.48 million times of excitation and the stress value at the start of the test. 95%. Based on this data, fitting in the form of SN curve was performed, and as a result of calculating the estimated fatigue strength at 2 million times, a value of 234 MPa was obtained.
[0036]
From the results in Table 1, Table 2 shows the results of comparing the estimated fatigue lives of the inventive example and the conventional example.
[0037]
[Table 2]

[0038]
In general, according to the Japan Steel Structure Association's “Fatigue Design Guidelines for Steel Structures” used for fatigue design of steel structures, the fatigue life is expressed as (fatigue strength / amplitude stress) as the relationship between stress and fatigue life. It is said to be proportional to the power. From this, it can be estimated that the steel pipe column base structure of the present invention example is 6.9 times the fatigue strength based on the test results, and the fatigue life is 300 times or more.
[0039]
That is, according to the present invention, a remarkable improvement in durability of the steel pipe column base structure was achieved.
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, it becomes possible to greatly relieve stress concentration at the upper end of the vertical rib when the vertical rib is provided at the base of the metal tube column, which was a weak point in the past, and the fracture / breakage accident at the base of the metal tube column Can be drastically reduced. Further, in the configuration having the exterior support pipe portion, there is no welded portion of the metal tube column itself in the stress concentration portion, so there is no change in the structure of the metal tube column due to welding, no increase in hardness, residual stress, etc. Durability was greatly improved.
[0041]
Furthermore, by using the interior support tube, stress concentration can be relaxed by the effect of increasing the plate thickness even if the vertical rib is welded to the outer surface of the metal tube column, and the durability of the metal tube column can be greatly improved. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial sectional view showing a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing another preferred embodiment of the present invention.
FIGS. 3A and 3B are schematic cross-sectional views showing welded joints in the present invention, wherein FIG. 3A corresponds to FIG. 1 and FIG.
FIG. 4 is a schematic view of a conventional metal tube column base structure.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing still another preferred embodiment of the present invention.
6 is a partial sectional view showing an example in which an intubation tube is further inserted into the example of the present invention shown in FIG. 1. FIG.
7 is a partial cross-sectional view showing an example in which an extension is further provided in the example of FIG.
8 is a partial cross-sectional view showing a modification of FIG.
FIG. 9 is a partial cross-sectional view showing an example in which an extension is further provided in the example of FIG.
FIG. 10 is a schematic diagram of a fatigue testing machine used for verification of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view showing an example of the metal tube column base structure of the present invention when the wall surface is supported.
FIG. 12 is a partial cross-sectional view showing an example in which a wedge is used to increase the frictional joining force by the exterior support tube.
FIG. 13 is a partial cross-sectional view illustrating a metal tube column base structure using an interior support tube and vertical ribs as another preferred embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Metal pipe column (steel pipe column)
2a, 2b Welded part 3 Stress concentrated part 4 Vertical rib 5 Base plate 6 Anchor mounting hole
10 Exterior support tube
15 Base plate with internal / external support tube
15a (Interpolation) Extension pipe
16, 17 wedge
20 Intubation
20a (Interpolation) Extension pipe
21 Welded part
30 Specimen (metal tube column base structure)
31 reaction wall
32 Strain gauge for measurement
33 Strain gauge for control
34 Hydraulic shaker (actuator)
35 Excitation jig
40 (Side wall) outer tube
41 (Sidewall) Exterior tube support member
42 (side wall) plate
43 bolts
44 Side wall S Stress concentration point (point of interest)

Claims

A metal tube column, is fitted to the lower portion of the metal tube columns, an exterior support tube which Jisuru contracture the metal tube columns, on the inner surface side of your Keru the metal tube column into the metal tube columnar base structure having the The internal support pipe that overlaps corresponding to at least a part of the range covered by the external support pipe is closely fixed, and an insertion extension pipe part that does not contact the inner surface side of the metal pipe column is provided at the upper end part of the internal support pipe. A metal tube pillar base structure characterized by comprising .

A metal tube column, an inner / outer support tube integrated base plate into which a lower portion of the metal tube column is inserted, and a wedge for fixing the metal tube column by being inserted into an insertion portion of the inner / outer support tube integrated base plate; And a metal tube column base structure comprising an insertion extension tube portion that does not contact the inner surface side of the metal tube column at the upper end portion on the interior support tube side of the base plate integrated with the interior / exterior support tube body.