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ISO 16521:2024 コンクリート充填鋼管 (CFST) ハイブリッド構造の設計 | ページ 6

※一部、英文及び仏文を自動翻訳した日本語訳を使用しています。

3 用語と定義

この文書の目的上、次の用語と定義が適用されます。

ISO と IEC は、標準化に使用する用語データベースを次のアドレスで維持しています。

3.1

コンクリート充填鋼管ハイブリッド構造

CFSTハイブリッド構造

コンクリート充填鋼管（CFST）部材を主要部材とし、鋼鉄や鉄筋コンクリートの部材や構成要素と接触し、複合的に作用する構造物で、トラスCFSTハイブリッド構造、コンクリート外装CFSTハイブリッド構造等が含まれます。

注記 1: CFST ハイブリッド構造では、円形の中空鋼管によってコアコンクリートに与えられる閉じ込め効果がより高いため、円形の CFST 部材がより頻繁に使用されます。設計または建設条件が必要な場合は、正方形または長方形の CFST 部材も使用できます。 CFST 部材には、鋼管とコアコンクリート間の完全な複合効果が必要です。剛性を高めるためだけに充填コンクリートを使用する鋼管部材は、この文書の範囲外です。

3.2

トラスコンクリート充填鋼管 (CFST) ハイブリッド構造

トラス型CFSTハイブリッド構造

CFST コードと鋼管、CFST 部材、またはその他の鋼製プロファイルのウェブで構成されるトラス構造

注記 1: 2 弦、3 弦、4 弦および 6 弦のトラス CFST ハイブリッド構造があり (図 1 および 2 を参照)、通常、弦は対称的に配置されます。トラス付き CFST ハイブリッド構造は、一般にトラス桁、橋脚、柱などの主要構造部材として機能します。

注記 2:現場打ちトラス CFST ハイブリッド構造の典型的な建設プロセスでは、まず中空鋼管などの鋼製コンポーネントが組み立てられます。次に、弦のコアコンクリートが配置されます (図 3 を参照)建設条件が許せば、プレハブ CFST 部材をトラス CFST ハイブリッド構造にも使用できます。

注記 3:長方形の CFST 部材を備えたトラス付き CFST ハイブリッド構造の場合、CFST コードは通常、その長方形の断面の強軸がすべてトラス付き CFST ハイブリッドの断面全体の強軸と平行になるように配置されます。構造。

図1 —円形のCFST部材を備えたトラスCFSTハイブリッド構造の断面図

a) ツーコードb) スリーコードc) 4和音d) シックスコード

Key

1CFSTコード
2ウェブ

図2 —正方形または長方形のCFST部材を備えたトラスCFSTハイブリッド構造の断面図

a) ツーコードb) スリーコードc) 4和音d) シックスコード

Key

1CFSTコード
2ウェブ

図 3 —トラス付き CFST ハイブリッド構造の一般的な建設プロセス

a) 中空鋼管構造としてb) トラス状CFSTハイブリッド構造

Key

1中空鋼管弦
2ウェブ
3CFSTコード
4弦にコアコンクリートを配置する

3.3

コンクリートで囲まれたコンクリートで満たされた鋼管のハイブリッド構造

コンクリートで覆われたコンクリート充填鋼管 (CFST) ハイブリッド構造

鉄筋コンクリートの筐体と 1 つ以上の埋め込まれた CFST 部材で構成される構造

注記 1:コンクリートケース入り CFST ハイブリッド構造内のケース入り CFST 部材は、図 4 および図 5 に示すように、単一または複数とすることができ、通常は対称的に配置されます。シングルコードタイプは、断面中央にCFST部材を正方形または長方形のコンクリートで囲い、立体的な断面を形成します。マルチコードタイプの場合、CFST コードは、長方形のコンクリートケースのコーナー (4 コードタイプ) および断面の高さの中央 (6 コードタイプ) に配置されます。鋼管、または CFST またはその他の鋼プロファイルが、CFST コードを接続するためのウェブとして使用されます。自重を軽減するため、内部に八角形や長方形などの中空部が形成されるのが一般的です。マルチコードコンクリートで覆われた CFST ハイブリッド構造は、トラス CFST ハイブリッド構造から派生したもので、一般に柱、橋脚、アーチなどとして使用されます。

図4 —円形のCFST部材を備えたコンクリートで覆われたCFSTハイブリッド構造の断面図

a) 単弦、中実断面b) 内部が空洞になっている 4 つのコードc) 6 コード、内部中空セクションあり

Key

1CFSTメンバー
2コンクリート製のケース
3内部中空部
4ウェブ

図 5 —正方形または長方形の CFST 部材を備えたコンクリートで囲まれた CFST ハイブリッド構造の断面図

a) 単弦、中実断面b) 内部が空洞になっている 4 つのコードc) 6 コード、内部中空セクションあり

Key

1CFSTメンバー
2コンクリート製のケース
3内部中空部
4ウェブ

注記 2:現場打ちコンクリートで覆われた CFST ハイブリッド構造の典型的な建設プロセスは、以下のように、中空鋼管状の弦材とウェブの建設、弦材へのコアコンクリートの配置、鉄筋の設置、およびコンクリート筐体の配置で構成されます。図 6 に示します。プレハブ CFST 部材は、建設条件が許せば、コンクリートで覆われた CFST ハイブリッド構造にも使用できます。

注記 3:長方形の CFST 部材を備えたコンクリートで囲まれた CFST ハイブリッド構造の場合、CFST コードは、一般に、その長方形の断面の強軸がすべてコンクリートの断面全体の強軸と平行になるように配置されます。 CFSTハイブリッド構造を採用。

図6 —コンクリートで覆われたCFSTハイブリッド構造の一般的な建設プロセス

a) 中空鋼管構造としてb) トラス状CFSTハイブリッド構造c) コンクリートで覆われた CFST ハイブリッド構造として

Key

1中空鋼管弦
2ウェブ
3CFSTコード
4コンクリート製のケース
5内部中空部
6弦材へのコアコンクリートの配置
7コンクリートケースの設置

3.4

鋼管の初期応力の限界値

鋼管とCFST部材のコアコンクリートが一緒に作用する前の鋼管の応力レベルの限界値

3.5

鋼管内のコアコンクリート空隙の限界値

CFST部材における周方向空隙の空隙率、または鋼管とそのコアコンクリートとの間の球形キャップ空隙の最大高さの限界値。

注記 1:鋼管とそのコアコンクリートが確実に連携するためには、CFST 部材のコアコンクリートの緻密さが重要です。ただし、コンクリートの収縮と施工上の問題により、垂直部材と水平部材の断面にそれぞれ円周空隙（図 7 a) を参照）と球形キャップ空隙（図 7 b) が発生する可能性があります。空隙が制限値内にある場合、構造抵抗に対する空隙の影響は無視できます。そこで、鋼管内のコアコンクリート空隙の限界値の概念を提案する。

図7CFST部材のコアコンクリート空隙の模式図

a) 円周方向の空隙b) 球状キャップの空隙

Key

1円周方向の空隙
2球状キャップの空洞
3鋼管
4コアコンクリート

3.6

閉じ込め係数

CFST部材における鋼管断面の公称圧縮強度とコアコンクリートの公称圧縮強度との比

注記 1:閉じ込め係数は、CFST 部材の鋼管とコアコンクリートの間の相互作用を反映する代表的なパラメータです。この文書のパラメトリック範囲内では、閉じ込め係数が増加すると、鋼管は荷重中にコア コンクリートへの閉じ込めが強化され、CFST 部材の強度と延性が増加し、その逆も同様です。言い換えれば、閉じ込め係数は鋼管とそのコアコンクリートの間の複合効果の度合いを表します。

3.7

等価細長比

軸方向圧縮における全体安定性を計算する際に、トラス CFST ハイブリッド構造から CFST 部材に換算した細長比

参考文献

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20ISO 10721-1, 鋼構造 - Part 1: 材料と設計
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37ISO 19596, コンクリート混和剤
38ISO 2029, コンクリート用骨材 — 機械的および物理的特性の試験方法
39ISO 20378, 溶接消耗品 — 非合金および耐クリープ鋼のガス溶接用ロッド — 分類
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42ISO 22904, コンクリートに関する追加事項
43ISO 22965-1, コンクリート — Part 1: 指定方法と指定子のガイダンス
44ISO 22965-2, コンクリート — Part 2: 構成材料の仕様、コンクリートの製造、およびコンクリートのコンプライアンス
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46ISO 24598, 溶接消耗品 — 耐クリープ鋼のサブマージ アーク溶接用のソリッド ワイヤ電極、管状芯入り電極、および電極とフラックスの組み合わせ — 分類
47ISO 28842, 鉄筋コンクリート橋の簡易設計に関するガイドライン
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3 Terms and definitions

For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminology databases for use in standardization at the following addresses:

3.1

concrete-filled steel tubular hybrid structure

CFST hybrid structure

structure in which concrete-filled steel tubular (CFST) members serve as its main members, and are in contact with and act compositely with steel or reinforced concrete members or components, including trussed CFST hybrid structure, concrete-encased CFST hybrid structure, etc.

Note 1 to entry: CFST hybrid structures more frequently employ circular CFST members due to the higher confinement effect provided by circular hollow steel tubes to the core concrete; square or rectangular CFST members can also be used when design or construction conditions require. CFST members require full composite effects between steel tubes and the core concrete. Steel tubular members using infilled concrete to only enhance their stiffness are beyond the scope of this document.

3.2

trussed concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structure

trussed CFST hybrid structure

truss structure consisting of CFST chords and webs of steel tubes, CFST members or other steel profiles

Note 1 to entry: There are two-chord, three-chord, four-chord and six-chord trussed CFST hybrid structures (see Figures 1 and 2), and the chords are normally placed symmetrically. Trussed CFST hybrid structures generally serve as main structural members, such as truss girders, bridge piers or columns.

Note 2 to entry: During a typical construction process of cast-in-place trussed CFST hybrid structures, the steel components, such as the hollow steel tubes, are first erected; the core concrete in the chords is then placed (see Figure 3). Prefabricated CFST members can also be used in trussed CFST hybrid structures when construction conditions allow.

Note 3 to entry: For trussed CFST hybrid structure with rectangular CFST members, the CFST chords are generally placed to have the strong axes of their rectangular cross-sections all in parallel with the strong axis of the whole cross-section of the trussed CFST hybrid structure.

Figure 1 — Cross-sections of trussed CFST hybrid structures with circular CFST members

a) Two-chordb) Three-chordc) Four-chordd) Six-chord

Key

1CFST chords
2webs

Figure 2 — Cross-sections of trussed CFST hybrid structures with square or rectangular CFST members

a) Two-chordb) Three-chordc) Four-chordd) Six-chord

Key

1CFST chords
2webs

Figure 3 — Typical construction process of a trussed CFST hybrid structure

a) As hollow steel tubular structureb) As trussed CFST hybrid structure

Key

1hollow steel tubular chords
2webs
3CFST chords
4placement of core concrete in chords

3.3

concrete-encased concrete-filled steel tubular hybrid structure

concrete-encased concrete-filled steel tubular (CFST) hybrid structure

structure consisting of reinforced concrete encasement and one or more embedded CFST members

Note 1 to entry: The encased CFST member(s) in the concrete-encased CFST hybrid structure can be single or multiple, as shown in Figures 4 and 5, and are normally symmetrically placed. For the single-chord type, the CFST member is placed at the centre of the cross-section with a square or rectangular concrete encasement, forming a solid cross-section. For the multi-chord type, CFST chords are placed at the corners (four-chord type) and also mid-height of the cross-section (six-chord type) of the rectangular concrete encasement; steel tubes, or CFST or other steel profiles are used as webs to connect the CFST chords; to reduce self-weight, an internal hollow section, which is octagonal or rectangular, is generally formed. The multi-chord concrete-encased CFST hybrid structures are a derivation of the trussed CFST hybrid structures, and are generally used as columns, bridge piers, arches, etc.

Figure 4 — Cross-sections of concrete-encased CFST hybrid structures with circular CFST members

a) Single-chord, solid cross-sectionb) Four-chord, with an internal hollow sectionc) Six-chord, with an internal hollow section

Key

1CFST members
2concrete encasement
3internal hollow section
4webs

Figure 5 — Cross-sections of concrete-encased CFST hybrid structures with square or rectangular CFST members

a) Single-chord, solid cross-sectionb) Four-chord, with an internal hollow sectionc) Six-chord, with an internal hollow section

Key

1CFST members
2concrete encasement
3internal hollow section
4webs

Note 2 to entry: A typical construction process for cast-in-place concrete-encased CFST hybrid structure consists of erection of hollow steel tubular chords and webs, placement of core concrete in chords, installation of reinforcement, and placement of concrete encasement, as shown in Figure 6. Prefabricated CFST members can also be used in concrete-encased CFST hybrid structures when construction conditions allow.

Note 3 to entry: For concrete-encased CFST hybrid structure with rectangular CFST members, the CFST chords are generally placed to have the strong axes of their rectangular cross-sections all in parallel with the strong axis of the whole cross-section of the concrete-encased CFST hybrid structure.

Figure 6 — Typical construction process of a concrete-encased CFST hybrid structure

a) As hollow steel tubular structureb) As trussed CFST hybrid structurec) As concrete-encased CFST hybrid structure

Key

1hollow steel tubular chords
2webs
3CFST chords
4concrete encasement
5internal hollow section
6placement of core concrete in chords
7placement of concrete encasement

3.4

limiting value of initial stress in the steel tube

limiting value of the stress level in the steel tube before the steel tube and the core concrete in the CFST member can act together

3.5

limiting value of core concrete void in the steel tube

limiting value of the void ratio of the circumferential void, or the maximum height of the spherical-cap void between the steel tube and its core concrete in the CFST member

Note 1 to entry: The compactness of the core concrete in a CFST member is crucial to ensure that the steel tube and its core concrete act together. However, due to concrete shrinkage and construction issues, circumferential void [see Figure 7 a)] and spherical-cap void [see Figure 7 b)] will possibly develop in the cross-sections of vertical members and horizontal members, respectively. When the void is within a limiting value, its influence on the structural resistance is negligible. Therefore, the concept of limiting value of core concrete void in the steel tube is proposed.

Figure 7 — Schematic diagram of core concrete voids in CFST members

a) Circumferential voidb) Spherical-cap void

Key

1circumferential void
2spherical-cap void
3steel tube
4core concrete

3.6

confinement factor

ratio of the nominal compressive strength of cross-section of the steel tube to that of the core concrete in a CFST member

Note 1 to entry: Confinement factor is a representative parameter that reflects the interaction between steel tube and core concrete of the CFST member. Within the parametric ranges in this document, with the increase of the confinement factor, the steel tube provides stronger confinement to its core concrete during loading, and the strength and ductility of the CFST member increases, and vice versa. In other words, the confinement factor represents the degree of composite effects between the steel tube and its core concrete.

3.7

equivalent slenderness ratio

slenderness ratio converted from a trussed CFST hybrid structure to a CFST member when calculating its global stability in axial compression

Bibliography

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