鋼管の継手構造
【課題】
現場溶接が不要であり、施工性に優れ、製造コストが安価であるにも関わらず、要求される継手強度を十分に確保可能な鋼管の継手構造を提供すること。
【解決手段】
本発明の鋼管の継手構造は、二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造において、軸方向の端部における接合端面が互いに突き合わせられた二つの鋼管に跨って、これらの鋼管の内周面に嵌合される継手部材と、前期二つの鋼管の外周面において、その周方向に設けられる取付治具と、前記鋼管の軸方向を複数往復するように前記二つの鋼管における複数の取付治具に張り渡されて、前記二つの鋼管に巻き付けられる索状体とを備えることを特徴としている。
現場溶接が不要であり、施工性に優れ、製造コストが安価であるにも関わらず、要求される継手強度を十分に確保可能な鋼管の継手構造を提供すること。
【解決手段】
本発明の鋼管の継手構造は、二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造において、軸方向の端部における接合端面が互いに突き合わせられた二つの鋼管に跨って、これらの鋼管の内周面に嵌合される継手部材と、前期二つの鋼管の外周面において、その周方向に設けられる取付治具と、前記鋼管の軸方向を複数往復するように前記二つの鋼管における複数の取付治具に張り渡されて、前記二つの鋼管に巻き付けられる索状体とを備えることを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭等として使用する複数の鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼管杭のような杭分野において、二つの鋼管をその軸方向に接続するための技術としては、大別すると、現場溶接による方法と機械式継手による方法との二つが提案されている。このうち、機械式継手による方法をタイプ別に分類すると、「ねじ込みによる継手構造」、「ボルト接合による継手構造」、「嵌め合わせによる継手構造」と分類できる。
【０００３】
ここでいうねじ込みによる継手構造とは、例えば特許文献１に示すように、接続しようとする一方の鋼管の端部外周面にねじ切りされた雄ねじ部を設け、他方の鋼管の内周面にねじ切りされた雌ねじ部を設け、それぞれの鋼管がねじ結合することにより接続可能とする構造のことをいう。
【０００４】
ボルト接合による継手構造とは、例えば特許文献２、特許文献３に示すように、接続しようとする二つの鋼管の端部を跨るように連結用金具を配置し、この連結用金具と二つの鋼管とを貫通するボルトにより、それぞれの鋼管をボルト接合する構造のことをいう。
【０００５】
嵌め合わせによる継手構造とは、例えば特許文献４、特許文献５に示すように、接続しようとする二つの鋼管内に、これら鋼管の内径と略同一の外径からなる鋼管のような接続用部材を嵌合させることによって、二つの鋼管を接続可能とする構造のことをいう。
【０００６】
因みに、特許文献４においては、下側の鋼管に径方向外方に突出する突起部を設け、この突起部を上側の鋼管に設けられた係入凹部に挿入させた後に、両鋼管を回転移動させて、係入凹部に更に設けられた係合部にこの突起部を係合させることによって、二つの鋼管を接続可能とする継手構造が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２５６５４９号公報
【特許文献２】特開平９−１２５３７６号公報
【特許文献３】特開２００１−２７９６６５号公報
【特許文献４】特開平１１−２１８８２号公報
【特許文献５】特開２００３−９００３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、現場溶接により鋼管を接続する場合、その問題点としては、溶接時間が長いこと、天候に左右されること等による施工期間、施工費用が増大し易いこと、更には溶接の品質に個人差があり、信頼性の確保が難しいことが挙げられる。
【０００９】
また、ねじ込みよる継手構造の場合、雄ねじ部、雌ねじ部をねじ切り加工する際に高い精度が要求される上、他の継手構造と比較して製造コストが増大し易いという問題点が挙げられる。また、雄ねじ部や雌ねじ部に泥等が付着してしまうとこれを取り除いてから接合作業を行なう必要が生じてしまい、鋼管の保管管理が面倒なものとなってしまうという問題点もある。また、雄ねじ部、雌ねじ部が設けられた二つの鋼管を正確に位置合わせしつつ接続作業をする必要があり、施工性の観点から好ましくないという問題点もある。
【００１０】
また、ボルト接合による継手構造の場合、ボルトの雄ねじに螺合させるための雌ねじ構造を設ける必要があるところ、このような雌ねじ構造を設けようとすると特許文献２のように、その構造が複雑なものとなり易く、製造コストが増大し易いという問題点がある。また、雌ねじ構造を設けずに、特許文献３に示すように、ワンサイドボルトを用いるという手法も考えられるが、高価なワンサイドボルトを複数用いることとすると結局施工コストが高騰してしまうという問題点がある。また、ボルト穴の位置や角度によっては現場でのボルトナットの締結作業が困難となる場合があり、施工性の点から好ましくないという問題点がある。
【００１１】
また、嵌め合わせによる継手構造の場合、現場溶接による接合や他の継手構造と比較して構成が簡単であり、施工性、施工コスト、製造コストの観点から優れているというメリットがある。しかしながら、嵌め合わせによる継手構造の場合、例えば特許文献４や特許文献５に開示された技術のように、一方の鋼管に設けた突起を他方の鋼管に設けた溝内に嵌入させるという構造をとるため、大径化された鋼管にこれら技術を適用する場合に溝の加工精度が低下しやすく、鋼管接続後にズレが生じやすく、所定の継手強度を確保しにくいという問題点が挙げられる。また、例えば、特許文献４に開示された技術では、回転したり負荷する方向が変化したりすると抜けやすいことが予測され、適用範囲が杭分野の中でも負荷される方向がほとんど変化しない小径な地滑り防止杭に限定されており、支持杭のような杭基礎としては使えないという問題点がある。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、現場溶接が不要であり、施工性に優れ、製造コストが安価であるにも拘わらず、要求される継手強度を十分に確保可能な鋼管の継手構造を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の研究の末、下記の鋼管の継手構造を発明した。
【００１４】
本願請求項１に係る鋼管の継手構造は、二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造において、軸方向の端部における接合端面が互いに突き合わせられた前記二つの鋼管に跨って、これらの鋼管の内周面に嵌合される継手部材と、前記二つの鋼管の外周面において、その周方向に複数設けられる取付治具と、前記鋼管の軸方向を複数往復するように前記二つの鋼管における複数の取付治具に張り渡されて、当該二つの鋼管に巻き付けられる索状体とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本願請求項２に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１に係る発明において、前記継手部材は、前記一方の鋼管の端部に固定されて設けられるとともに、前記他方の鋼管の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本願請求項３に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１又は２に係る発明において、前記継手部材は、前期一方の鋼管の端部から突出される長さが前記鋼管の外径の１．０倍以上であることを特徴とする。
【００１７】
本願請求項４に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１〜３の何れか１項に係る発明において、前記継手部材は、円筒状に形成されているとともに、前記鋼管の周方向に複数に分割されていることを特徴とする。
【００１８】
本願請求項５に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、前記取付治具は、前記鋼管の外周面がなす円周を等分するように間隔を空けて設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本願請求項６に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１〜５の何れか１項に係る発明において、前記索状体は、その両端に設けられた雄ねじ部が前記取付治具に設けられた挿通孔内に挿通されるとともに、雌ねじを有する定着部材がその両端の雄ねじ部に螺合されることによって前記取付治具に対して定着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本願請求項１に係る鋼管の継手構造によれば、接続された二つの鋼管に対して引張圧縮、軸ねじり、曲げの何れの方向に荷重が作用した場合においても、継手部材、索状体によって抵抗することができ、これにより、要求される継手強度を十分に確保可能となっている。
【００２１】
また、本発明における鋼管の継手構造では、二つの鋼管の接続作業時において、何れか一方の鋼管を継手部材に差し込み、これら鋼管に索状体を張り渡して緊張させるのみの簡単な作業によって接続作業を完了させることができ、作業者の技量に負うことがなく、迅速な施工が可能となり、施工性の観点から非常に優れている。また、接続作業時において、接続すべき二つの鋼管の間での取付治具の位置関係が多少ずれている場合であっても、容易に索状体を張り渡して巻きつけることができるため、二つの鋼管の周方向の位置合わせ作業を厳密にする必要がなく、施工能率を向上させることが可能となっている。
【００２２】
また、本発明における鋼管の継手構造では、ボルト接合による継手構造と比較して材料個数が少なく、施工コスト、製造コストの低減を図ることが可能となっている。また、接続すべき二つの鋼管の間での取付治具の位置関係を厳密にする必要がないため、製造段階において取付治具を取り付ける位置についても許容誤差範囲を広くとれる構造となっており、製造精度の点で負担を軽減可能となっている。
【００２３】
また、本願請求項２に係る鋼管の継手構造によれば、継手部材が、一方の鋼管の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されているため、上側鋼管の内周面の全周に亘ってその外周面が接触した状態で嵌合され、下側鋼管と上側鋼管との接続部において高い断面剛性が得られることになる。また、継手部材を一方の鋼管の端部に固定して設ける構成としているので、継手部材を機械加工等することなく溶接接合により取り付けることができ、従来からの他の継手構造と比較して、製造コストの低減を図ることが可能となっている。
【００２４】
また、本願請求項３に係る鋼管の継手構造によれば、曲げ引張り荷重が接続される二つの鋼管に作用した場合に、継手部材と二つの鋼管との間でテコの原理が作用し、二つの鋼管の接続部に要求される継手強度を十分に得ることができる。
【００２５】
また、本願請求項４に係る鋼管の継手構造によれば、継手部材を分割して形成された分割片を、一つずつ鋼管の内周面に取り付けることができ、加工性を向上させることができる
【００２６】
また、本願請求項５に係る鋼管の継手構造によれば、二つの鋼管に張り渡される索状体から取付治具に作用する力が均等になり、継手強度が安定して発揮されることになる。
【００２７】
また、本願請求項６に係る鋼管の継手構造によれば、索状体を定着させる作業や索状体に引張荷重を導入する作業を容易に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態として、二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造について、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１〜図４は、本発明を適用した鋼管の継手構造１により、上下に間隔を空けて垂直に配置された二つの鋼管３、４を接続する前後の状態の一例を示す図である。図１は、接続すべき二つの鋼管３、４の接続前の状態を示す斜視図であり、図２は、図１の縦断側面図である。また、図３は、接続すべき二つの鋼管３、４の接続後の状態を示す斜視図であり、図４は、図３の縦断側面図である。
【００３０】
接続すべき二つの鋼管３、４は、略同径の外径からなる鋼管とされている。一方の鋼管３は、図２に示すように、図示しない軸方向の一方の下端部が地中に埋設されており、軸方向の他方の上端部３ａにおける接合端面３ｂの上側に、他方の鋼管２の下端部４ａにおける接合端面４ｂが突き合わされて配置されている。二つの鋼管３、４を接続した後には、図４に示すように、互いに突き合わされている接合端面３ｂ、４ｂが接触した状態で配置される。
【００３１】
これら鋼管３、４は、鋼管杭として用いられるものである。以下、下側に配置されている鋼管３を下側鋼管３、上側に配置されている鋼管４を上側鋼管４という。
【００３２】
本発明における継手構造１は、図３、図４に示すように、継手部材５と、取付治具７と、索状体９とを備えている。
【００３３】
継手部材５は、図１に示すように、下側鋼管３の上端部３ａから上側に突出されている。継手部材５は、円筒状の鋼管から構成されている。継手部材５を構成する鋼管は、その外径が下側鋼管３、上側鋼管４の内周面の内径と略同一径とされている。これにより、継手部材５は、下側鋼管３、上側鋼管４の内周面の全周に亘ってその外周面が接触した状態で、下側鋼管３、上側鋼管４の内周面に嵌合可能とされている。継手部材５は、その下端側が下側鋼管３の内周面に差し込まれることによって嵌合されて設けられている。継手部材５は、図２に示すように、製造の段階において、その軸方向の一端側の外周縁５ａに沿って下側鋼管３の内周面に対して溶接接合され、更に、下側鋼管３の端部３ａの内周縁３ｃに沿ってその外周面が溶接接合されている。
【００３４】
継手部材５は、下側鋼管３、上側鋼管４の接続後において、図３に示すように、その上端側が上側鋼管４の下端部４ａの内周面に差し込まれることによって嵌合されて設けられており、これによって、下側鋼管３、上側鋼管４に跨って、これらの鋼管３、４の内周面に嵌合されることになる。これにより、継手部材５は、下側鋼管３、上側鋼管４の径方向のずれ動きを拘束し、下側鋼管３、上側鋼管４の芯ずれを防止することになる。
【００３５】
取付治具７は、図１に示すように、下側鋼管３の上端部３ａ、上側鋼管４の下端部４ａ近傍の外周面に、周方向に間隔を空けて複数個に亘って設けられている。図５（ａ）は、取付治具７の構成を示す拡大断面図である。取付治具７は、図３、図５（ａ）に示すように、索状体９を引っ掛けて取り付けるために設けられている。取付治具７は、下側鋼管３、上側鋼管４の外周面から外側に突出するように設けられている。取付治具７は、本実施の形態において、所定の厚みの鋼板から構成されており、その板厚方向に貫通する挿通孔７１が形成されている。取付治具７は、溶接により下側鋼管３、上側鋼管４に接合されている。
【００３６】
図６は、取付治具７の下側鋼管３、上側鋼管４に対する配置状態を示す下側鋼管３の平面図である。取付治具７は、図６に示すように、下側鋼管３、上側鋼管４の外周面がなす円を等分するように間隔を空けて配置されている。本実施の形態において取付治具７は、鋼管の外周面がなす円周を８等分するように間隔を空けて配置されており、４５°ピッチで８個配置されている。
【００３７】
図７は、索状体９の両端の取付治具７に対する定着状態を示す下側鋼管３、上側鋼管４の側面図である。索状体９は、本実施の形態において、軸方向の両端に加工を施すことにより、図７に示すような、ねじ切りされた雄ねじ部９１が設けられたワイヤーロープから構成されている。索状体９は、図３に示すように、下側鋼管３、上側鋼管４の軸方向を複数回に亘って往復するようにして、下側鋼管３、上側鋼管４に設けられた複数の取付治具７に張り渡されながら、下側鋼管３、上側鋼管４の周方向に巻き付けられている。本実施の形態において、索状体９は、複数の取付治具７に対して挿通孔７１に挿通された状態で取り付けられている。索状体９は、図７に示すように、その軸方向の両端の雄ねじ部９１が取付治具７の挿通孔７１に挿通されたうえで、雄ねじ部９１に対して螺合可能な雌ねじを有するナットのような定着部材９３が螺合されることによって、下側鋼管３、上側鋼管４の取付治具７に定着されている。索状体９は、その両側の定着部材９３のうちの何れか一方又は両方の定着部材９３を強固に締め付けることにより所定の引張荷重が導入されており、これによって、下側鋼管３、上側鋼管４に作用する引き抜き力や回転移動させようとする力に対して抵抗可能となっている。
【００３８】
本実施の形態において、索状体９は、図３に示すように、４５°ピッチで下側鋼管３、上側鋼管４の取付治具７に対して交互に張り渡されており、二つの鋼管３、４の接合端面３ｂ、４ｂで面対称となるように、二本の索状体９が設けられている。
【００３９】
次に、上述のような鋼管の継手構造１により、二つの鋼管をその軸方向に接続するための施工手順の一例について説明する。
【００４０】
施工手順としては、まず、アースオーガ等で先行して掘削しながら鋼管杭を地中に埋め込む中掘り工法によって下側鋼管３を所定深さにまで打設する。この後、下側鋼管３の上端部３ａと上側鋼管４の下端部４ａとが突き合わされるように配置し、下側鋼管３の上端部３ａから突出されている継手部材５を上側鋼管４の下端部４ａの内周面に差し込んで嵌合させる。
【００４１】
この後に、索状体９の一端の雄ねじ部９１を適当な取付治具７の挿通孔７１に挿通させて、これに定着部材９３を螺合させて取付治具７に対して仮止めする。この後に、図３に示すように、索状体９を、下側鋼管１と上側鋼管２の軸方向を複数回に亘って往復するようにして、下側鋼管３、上側鋼管４に設けられた複数の取付治具７に張り渡しながら、下側鋼管３、上側鋼管４の周方向に巻きつける。この後、索状体９の他端の雄ねじ部９１を取付治具７の挿通孔７１に挿通させて、これに定着部材９３を螺合させて索状体９の両端を定着し、索状体９の両側の何れか一方の定着部材９３を強固に締め付けることで、索状体９に引張り荷重を導入して索状体９を緊張させる。これによって、下側鋼管１と上側鋼管２が接続されて、接続作業が完了する。なお、本発明は、中堀り工法以外にもプレボーリング工法等の埋め込み工法全般に対応することができる。
【００４２】
次に、このような構成からなる鋼管の継手構造１の作用効果について説明する。
【００４３】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、本発明における鋼管の継手構造１により接続された二つの鋼管３、４を示す概略正面図である。本発明における鋼管の継手構造１では、一方の鋼管３の端部から突出されている継手部材５を他方の鋼管４に嵌合させたうえで、鋼管３、４の軸方向を複数往復するように、それぞれの鋼管３、４における複数の取付治具７に索状体９を張り渡して、二つの鋼管３、４に巻き付ける構造をとっている。これにより、図８（ａ）に示すような、接続された二つの鋼管３、４を引き離すような方向Ａに引張り荷重が作用した場合や、図８（ｂ）に示すような、二つの鋼管３、４を回転移動させるような方向Ｂに荷重が作用した場合には、索状体９によって抵抗可能となる。また、図８（ｃ）に示すような、継手構造上、最も問題となる方向Ｃに曲げ引張り荷重が作用した場合には、継手部材５、索状体９によって抵抗可能となる。即ち、本発明により、図８に示すような、方向Ａ、方向Ｂ、方向Ｃの何れの方向に荷重が作用した場合においても、継手部材５、索状体９によって抵抗することができ、これにより、要求される継手強度を十分に確保可能となっている。
【００４４】
また、本発明における鋼管の継手構造１では、二つの鋼管３、４の接続作業時において、何れか一方の鋼管を継手部材５に差し込み、これら鋼管３、４に索状体９を張り渡して緊張させるのみの簡単な作業によって接続作業を完了させることができ、作業者の技量に負うことがなく、迅速な施工が可能となり、施工性の観点から非常に優れている。また、接続作業時において、接続すべき二つの鋼管３、４の間での取付治具７の位置関係が多少ずれている場合であっても、容易に索状体９を張り渡して巻きつけることができるため、二つの鋼管３、４の周方向の位置合わせ作業を厳密にする必要がなく、施工能率を向上させることが可能となっている。
【００４５】
また、本発明における鋼管の継手構造１では、ボルト接合による継手構造と比較して材料個数が少なく、施工コスト、製造コストの低減を図ることが可能となっている。また、接続すべき二つの鋼管３、４の間での取付治具７の位置関係を厳密にする必要がないため、製造段階において取付治具を取り付ける位置についても許容誤差範囲を広くとれる構造となっており、製造精度の点で負担を軽減可能となっている。
【００４６】
因みに、接続された二つの鋼管３、４は、互いに突き合わされている接合端面３ｂ、４ｂが接触した状態で配置されている。このため、二つの鋼管３、４の軸方向に作用する軸方向荷重をスムーズに伝達可能となっている。
【００４７】
また、本発明における継手部材５が、一方の鋼管４の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されている場合、上側鋼管４の内周面の全周に亘ってその外周面が接触した状態で嵌合され、下側鋼管３と上側鋼管４との接続部において高い断面剛性が得られることになる。また、継手部材５を一方の鋼管４の端部に固定して設ける構成とする場合、継手部材５は、機械加工等することなく溶接接合により取り付ける構造とできるので、従来からの他の継手構造と比較して、製造コストの低減を図ることが可能となっている。
【００４８】
本発明における鋼管の継手構造１に用いられる各構成要素は、以下のように構成されていてもよい。
【００４９】
本発明の適用の対象となる、軸方向に接続されるべき鋼管３、４は、例えば、構造物の基礎として用いられる支持杭、摩擦杭のような基礎杭の他、地滑り防止杭として用いられていてもよく、特にその用途について限定するものではない。
【００５０】
継手部材５は、円筒状の鋼管から構成される場合に限定するものではないが、上述のように、その外径が二つの鋼管３、４の内周面の内径と略同一径とされて、二つの鋼管３、４に跨って嵌合されるような円筒状の鋼管であることが好ましい。継手部材５の材質は、鋼製に限らず、鉄系金属、非鉄系金属の何れから構成されていてもよい。
【００５１】
継手部材５は、図２に示すような、下側鋼管３の端部３ａにおける接合端面３ｂから突出されている長手方向長さＬ１を、鋼管３の外径Ｄの１．０倍以上とすることが好ましい。この理由について説明する。
【００５２】
図８（ｃ）に示す方向Ｃのような曲げ引張り荷重が接続される二つの鋼管３、４に作用した場合、二つの鋼管３、４の接続部２に作用する応力は、下側鋼管３に嵌合されている側の継手部材５の一端側５ｂと、上側鋼管４に嵌合されている側の継手部材５の他端側５ｃとを介して、二つの鋼管３、４の接続部２から離れた箇所にまで伝達される。ここで、継手部材５の一端側５ｂを支点、他端側５ｃを作用点とすると、テコの原理により、継手部材５の他端側５ｂの長さが長いほど、二つの鋼管３、４の接続部２に作用する応力が軽減されて上側鋼管４に伝達されることになる。本願発明者は、二つの鋼管３、４の接続部２に要求される継手強度を十分に得ることのできる継手部材５の他端側５ｂの長さ、即ち、下側鋼管３の端部３ａから突出されている長手方向長さＬ１について鋭意研究を重ねた結果、長さＬ１が１．０倍以上であれば、継手に要求される耐荷重を満足することを見出した。従って、継手部材５の長さＬ１は、鋼管３の外径Ｄの１．０倍以上とすることが好ましい。
【００５３】
なお、図２に示すような、継手部材５が下側鋼管３に嵌合されている長手方向長さＬ２は、下側鋼管３の端部３ａにおける接合端面３ｂからの長さＬ１と特に対応していなくとも上記のような効果が発揮される。このため、継手部材５の長さＬ２は、特に限定するものではないが、例えば、鋼管３の外径Ｄの０．５倍以上とされていてもよい。
【００５４】
図９は、継手部材５の他の構成について示す斜視図である。継手部材５は、円筒状の鋼管から構成される場合、この図９に示すように、周方向に複数に亘って適宜分割されてもよい。この場合、継手部材５を分割して形成された分割片５１を、一つずつ鋼管１の内周面に取り付けることができ、加工性を向上させることができる。また、継手部材５３は、その突出された端部付近の内部に、鉄筋を周方向に亘って取り付けてもよく、これによって、継手部材３の断面剛性を向上させることができる。
【００５５】
取付治具７を配置する個数は、下側鋼管３、上側鋼管４の径によるが、特に限定するものではなく、索状体９を巻きつけ定着する状況に応じて適宜、間隔を決めてもよい。また、取付治具７を配置する箇所は、鋼管３、４の端部の近傍であることが好ましいが、特にこれに限定するものではない。また、取付治具７は、接続すべき鋼管３、４の外周面がなす円周を等分するように配置する必要はなく、適当な間隔をあけて配置するようにしても、本発明所期の効果が発揮される。なお、取付治具７が鋼管３、４の外周面がなす円周を等分するように配置されている場合、二つの鋼管３、４に張り渡される索状体９から取付治具７に作用する力が均等になり、継手強度が安定して発揮されることになる。また、取付治具７の材質は、鋼製に限らず、鉄系金属、非鉄系金属の何れかから構成されていてもよい。
【００５６】
取付治具７は、少なくとも索状体９を引っ掛けて取り付けることができれば、その形状について特に限定するものではない。取付治具７の取り得る形状の一例としては、例えば図５（ａ）に示すような、任意の形状の部材に索状体９を挿通させるための挿通孔７１を有するものが挙げられる。この形状の場合、挿通孔７１に挿通しさえすれば索状体９が抜け出ることがないので、索状体９の取り付け作業を確実に行なうことが可能となる。
【００５７】
図５（ｂ）は、取付治具７の他の構成を示す拡大断面図である。取付治具７は、この図５（ｂ）に示すように、鋼管３、４の外周面から突出される係合部７５と、一端側が係合部７５に固定され、係合部７５に引っ掛けられた索状体９よりも鋼管３、４の外周側に設けられる抜け止め部７７とからＬ字状に形成された取付治具７３から構成されていてもよい。抜け止め部７７の他端側と鋼管１、２の外周面との間には開口部７９が形成されている。このような構成の場合、索状体９の取り付け作業時に、開口部７９を通して係合部７５に索状体９を引っ掛けるのみによって、迅速に取り付け作業を完了させることが可能となる。
【００５８】
索状体９は、変形の自由度が大きく、所定の引張荷重を作用させた場合に破断しない程度の強度を有するものであることが好ましく、例えば、金属線、天然繊維、合成繊維等の単線、より線のような索状のものが挙げられ、具体例としては、ワイヤーロープ、ＰＣ(Prestressed Concrete)鋼線、ＰＣ鋼より線等が挙げられる。
【００５９】
索状体９を用いる本数は、特に限定するものではなく、一本のみであっても、三本以上であってもよいし、鋼管３、４に対して巻きつけられる周回数についても、二周以上であってもよく特に限定するものではない。また、索状体９は、二つの鋼管３、４の取付治具７に対して交互に張り渡されている必要はなく、任意の条件下で鋼管１、２の軸方向に複数往復するように張り渡されていてもよい。
【００６０】
索状体９は、所定の引張荷重が導入された状態で、その両端が取付治具７のような部材を介して鋼管３、４に定着されていれば、その両端を鋼管３、４に定着する構造については特に限定しない。しかし、索状体９を定着させる作業や索状体９に引張荷重を導入する作業を容易に行う観点からは、上述のように、その両端に雄ねじ部９１が設けられた索状体９を用い、これを取付治具７の挿通孔７１に挿通させて、これに定着部材９３を螺合させる構成とすることが好ましい。なお、取付治具として図５（ｂ）に示すような取付治具７３を用いることによってナットのような定着部材９３の取り付けが困難となる場合においては、図５（ｂ）に示す取付治具７３に加えて、索状体９の雄ねじ部９１を定着容易とするために図５（ａ）に示す取付治具７を設けることとしてもよいのは勿論である。
【実施例】
【００６１】
本実施例においては、本発明の継手強度を照査するため、解析コードMARCを用いて、数値解析を行った。図１０（ａ）は、本発明における鋼管の継手構造１により、左右に水平に配置された二つの鋼管３、４を接続した状態を示す図であり、図１０（ｂ）は、左右に間隔を空けて配置された鋼管３、４に対する継手部材５の長さＬ１、Ｌ２について示す図である。本実施例においては、図１０（ａ）に示すように、全長８ｍの鋼管３、４の軸方向の端部を、本発明における継手構造１により接続したモデルを組んだ。モデル化に用いた値は下表１の通りである。索状体９としてはワイヤーロープを採用した。また、取付治具７は、二つの鋼管３、４の端部の近傍に、周方向に４５°の間隔を空けてそれぞれの鋼管３、４につき８個配置することとした。索状体９としてのワイヤーロープは、４５°ピッチで二つの鋼管３、４の取付治具７に対して交互に張り渡されており、二つ鋼管３、４の接合端面３ｂ、４ｂで面対称となるように、二本設けることとした。なお、継手部材５の外周面に接する鋼管３、４の内周面の摩擦係数は０．２とした。このようなモデルを組んで、図１０（ａ）に示すように、各鋼管３、４の軸方向の中間部に矢印で示すような方向に荷重を作用させ、四点載荷によって二つの鋼管３、４の接続部２に純曲げ荷重を作用させた。
【００６２】
【表１】
【００６３】
上記のモデルで、図１０（ｂ）に示すような、一方の鋼管３の端部３ａからの継手部材５の突出長さＬ１を、鋼管３、４の外径Ｄに対して０．５Ｄ、１．０Ｄ、１．５Ｄの三通りに変化させ、継手強度を検証した。なお、継手部材５の一方の鋼管３に嵌合されている長さＬ２は、０．５Ｄとした。
【００６４】
継手強度は、二つの鋼管３、４の接続部２に作用させた曲げ荷重に対する接続部２の管径方向の変位を測定することによって評価することとした。図１１は、測定により得られた解析結果を示す。なお、図１１における降伏荷重とは、鋼材の降伏応力をモーメント換算した値であり、許容荷重とは、鋼材の許容応力をモーメント換算した値であり、設計耐荷重とは、降伏荷重の１／３の数値で、継手に要求される要求性能である。また、図１１において鋼管と示され、黒丸で記載したデータは、図１０（ａ）に示される二本の鋼管３、４を本発明に係る継手構造１で接続することに代えて、全長１６ｍの一本の鋼管に対して上記と同様の条件下で曲げ荷重を作用させて、この鋼管の中間部である両端から８ｍの位置の管径方向の変位をプロットしたものである。この一本の鋼管の降伏応力、許容応力、外径等は表１に示される条件と同様である。
【００６５】
図１１の解析結果より、継手部材５の突出長さＬ１が０．５Ｄの場合、設計耐荷重に対してやや継手強度が低めであることが確認された。また、継手部材５の突出長さＬ１が１．０Ｄの場合、設計耐荷重より高い継手強度が得られ、継手に要求される曲げ設計耐荷重を満たすものであることが確認された。また、継手部材５の突出長さＬ１が１．５Ｄの場合、鋼管３、４の降伏荷重とほぼ同一になり、高い継手強度を発揮することが確認された。この結果から、継手部材５の突出長さＬ１を１．０Ｄ以上確保すれば、二つの鋼管３、４と継手部材５との間でテコの原理が働き、継手に要求される曲げ設計耐荷重を満足することが確認された。
【００６６】
なお、継手部材５の突出長さＬ１を１．５Ｄより長くすると継手部の曲げ荷重に対する強度はさらに向上すると予測されるが、継手部の強度が鋼管３、４の強度を上回る必要性はなく、このモデルの場合、適切な継手部材５の突出長さＬ１の上限は約１．５Ｄである。また、継手部材５と索状体９（ワイヤーロープ）の曲げ引張り荷重の分担は、継手部材５の突出長さＬ１が０．５Ｄの場合、継手部材：索状体（ワイヤーロープ）＝７：３となり、継手部材５の突出長さＬ１が１．０Ｄの場合、継手部材：索状体（ワイヤーロープ）＝８：２となり、継手部材５の突出長さＬ１が１．５Ｄの場合、継手部材：索状体（ワイヤーロープ）＝９：１となり、継手部材５の長さが長くなるほど継手部材５の荷重負担の割合が増大する結果となった。
【００６７】
特許文献４に記載の開示技術もテコの原理が作用することで、本発明と同等の継手強度を発揮する可能性はある。しかしながら、実施例と同サイズで特許文献１の継手構造を製造した場合、継手強度を満足させるためには連結用の突起部の個数を増やすことが想定され、製造面において加工数の増加や加工精度の低下により、加工上の負担が重くなる。また、施工面においても、連結用の突起部が増加することで現場での位置決めが困難になることや、加工精度の低下によりガタツキが生じることが考えられる。それに対して、本発明は二つの鋼管３、４の連結材として索状体９を用いており、現場での施工において、上下の鋼管３、４の連結位置を厳密に決める必要がなく、施工能率を向上させることができる。また、施工面においても比較的、許容誤差範囲を広く取れる構造であり、製造精度の点において負担を軽減できるという効果がある。
【００６８】
なお、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。本発明における継手構造は、例えば、上述の実施形態において説明した、上下に垂直に配置される二つの鋼管を接続する継手として用いる場合のみではなく、上述の実施例において説明した、左右に水平に配置される二つの鋼管を接続する継手として用いることとしてもよい。即ち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】接続すべき二つの鋼管の接続前の状態を示す斜視図である。
【図２】接続すべき二つの鋼管の接続前の状態を示す縦断側面図である。
【図３】接続すべき二つの鋼管を接続した後の状態を示す斜視図である。
【図４】接続すべき二つの鋼管を接続した後の状態を示す縦断側面図である。
【図５】取付治具の形状の一例を示す拡大断面図である。
【図６】取付治具の配置状態を説明するための鋼管の平面図である。
【図７】索状体の両端の取付治具に対する定着状態を説明するための鋼管の側面図である。
【図８】本発明の作用効果について説明するための概略正面図である。
【図９】継手部材を分割した状態を説明するための斜視図である。
【図１０】継手部材の突出長さと継手強度との関係を説明するために用いた解析モデルについて説明するための図である。
【図１１】継手部材の突出長さＬ１と継手強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 継手構造
２ 接続部
３ 下側鋼管
３ａ 端部
３ｂ 接合端面
３ｃ 内周縁
４ 上側鋼管
４ａ 端部
４ｂ 接合端面
５ 継手部材
５ａ 外周縁
５ｂ 一端部
５ｃ 他端部
７ 取付治具
９ 索状体
５１ 分割片
７１ 挿通孔
７５ 係合部
７７ 抜け止め部
７９ 開口部
９１ 雄ねじ部
９３ 定着部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管杭等として使用する複数の鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼管杭のような杭分野において、二つの鋼管をその軸方向に接続するための技術としては、大別すると、現場溶接による方法と機械式継手による方法との二つが提案されている。このうち、機械式継手による方法をタイプ別に分類すると、「ねじ込みによる継手構造」、「ボルト接合による継手構造」、「嵌め合わせによる継手構造」と分類できる。
【０００３】
ここでいうねじ込みによる継手構造とは、例えば特許文献１に示すように、接続しようとする一方の鋼管の端部外周面にねじ切りされた雄ねじ部を設け、他方の鋼管の内周面にねじ切りされた雌ねじ部を設け、それぞれの鋼管がねじ結合することにより接続可能とする構造のことをいう。
【０００４】
ボルト接合による継手構造とは、例えば特許文献２、特許文献３に示すように、接続しようとする二つの鋼管の端部を跨るように連結用金具を配置し、この連結用金具と二つの鋼管とを貫通するボルトにより、それぞれの鋼管をボルト接合する構造のことをいう。
【０００５】
嵌め合わせによる継手構造とは、例えば特許文献４、特許文献５に示すように、接続しようとする二つの鋼管内に、これら鋼管の内径と略同一の外径からなる鋼管のような接続用部材を嵌合させることによって、二つの鋼管を接続可能とする構造のことをいう。
【０００６】
因みに、特許文献４においては、下側の鋼管に径方向外方に突出する突起部を設け、この突起部を上側の鋼管に設けられた係入凹部に挿入させた後に、両鋼管を回転移動させて、係入凹部に更に設けられた係合部にこの突起部を係合させることによって、二つの鋼管を接続可能とする継手構造が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２５６５４９号公報
【特許文献２】特開平９−１２５３７６号公報
【特許文献３】特開２００１−２７９６６５号公報
【特許文献４】特開平１１−２１８８２号公報
【特許文献５】特開２００３−９００３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、現場溶接により鋼管を接続する場合、その問題点としては、溶接時間が長いこと、天候に左右されること等による施工期間、施工費用が増大し易いこと、更には溶接の品質に個人差があり、信頼性の確保が難しいことが挙げられる。
【０００９】
また、ねじ込みよる継手構造の場合、雄ねじ部、雌ねじ部をねじ切り加工する際に高い精度が要求される上、他の継手構造と比較して製造コストが増大し易いという問題点が挙げられる。また、雄ねじ部や雌ねじ部に泥等が付着してしまうとこれを取り除いてから接合作業を行なう必要が生じてしまい、鋼管の保管管理が面倒なものとなってしまうという問題点もある。また、雄ねじ部、雌ねじ部が設けられた二つの鋼管を正確に位置合わせしつつ接続作業をする必要があり、施工性の観点から好ましくないという問題点もある。
【００１０】
また、ボルト接合による継手構造の場合、ボルトの雄ねじに螺合させるための雌ねじ構造を設ける必要があるところ、このような雌ねじ構造を設けようとすると特許文献２のように、その構造が複雑なものとなり易く、製造コストが増大し易いという問題点がある。また、雌ねじ構造を設けずに、特許文献３に示すように、ワンサイドボルトを用いるという手法も考えられるが、高価なワンサイドボルトを複数用いることとすると結局施工コストが高騰してしまうという問題点がある。また、ボルト穴の位置や角度によっては現場でのボルトナットの締結作業が困難となる場合があり、施工性の点から好ましくないという問題点がある。
【００１１】
また、嵌め合わせによる継手構造の場合、現場溶接による接合や他の継手構造と比較して構成が簡単であり、施工性、施工コスト、製造コストの観点から優れているというメリットがある。しかしながら、嵌め合わせによる継手構造の場合、例えば特許文献４や特許文献５に開示された技術のように、一方の鋼管に設けた突起を他方の鋼管に設けた溝内に嵌入させるという構造をとるため、大径化された鋼管にこれら技術を適用する場合に溝の加工精度が低下しやすく、鋼管接続後にズレが生じやすく、所定の継手強度を確保しにくいという問題点が挙げられる。また、例えば、特許文献４に開示された技術では、回転したり負荷する方向が変化したりすると抜けやすいことが予測され、適用範囲が杭分野の中でも負荷される方向がほとんど変化しない小径な地滑り防止杭に限定されており、支持杭のような杭基礎としては使えないという問題点がある。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、現場溶接が不要であり、施工性に優れ、製造コストが安価であるにも拘わらず、要求される継手強度を十分に確保可能な鋼管の継手構造を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願発明者は、上述した課題を解決するために、鋭意検討の研究の末、下記の鋼管の継手構造を発明した。
【００１４】
本願請求項１に係る鋼管の継手構造は、二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造において、軸方向の端部における接合端面が互いに突き合わせられた前記二つの鋼管に跨って、これらの鋼管の内周面に嵌合される継手部材と、前記二つの鋼管の外周面において、その周方向に複数設けられる取付治具と、前記鋼管の軸方向を複数往復するように前記二つの鋼管における複数の取付治具に張り渡されて、当該二つの鋼管に巻き付けられる索状体とを備えることを特徴とする。
【００１５】
本願請求項２に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１に係る発明において、前記継手部材は、前記一方の鋼管の端部に固定されて設けられるとともに、前記他方の鋼管の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本願請求項３に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１又は２に係る発明において、前記継手部材は、前期一方の鋼管の端部から突出される長さが前記鋼管の外径の１．０倍以上であることを特徴とする。
【００１７】
本願請求項４に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１〜３の何れか１項に係る発明において、前記継手部材は、円筒状に形成されているとともに、前記鋼管の周方向に複数に分割されていることを特徴とする。
【００１８】
本願請求項５に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１〜４の何れか１項に係る発明において、前記取付治具は、前記鋼管の外周面がなす円周を等分するように間隔を空けて設けられていることを特徴とする。
【００１９】
本願請求項６に係る鋼管の継手構造は、本願請求項１〜５の何れか１項に係る発明において、前記索状体は、その両端に設けられた雄ねじ部が前記取付治具に設けられた挿通孔内に挿通されるとともに、雌ねじを有する定着部材がその両端の雄ねじ部に螺合されることによって前記取付治具に対して定着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本願請求項１に係る鋼管の継手構造によれば、接続された二つの鋼管に対して引張圧縮、軸ねじり、曲げの何れの方向に荷重が作用した場合においても、継手部材、索状体によって抵抗することができ、これにより、要求される継手強度を十分に確保可能となっている。
【００２１】
また、本発明における鋼管の継手構造では、二つの鋼管の接続作業時において、何れか一方の鋼管を継手部材に差し込み、これら鋼管に索状体を張り渡して緊張させるのみの簡単な作業によって接続作業を完了させることができ、作業者の技量に負うことがなく、迅速な施工が可能となり、施工性の観点から非常に優れている。また、接続作業時において、接続すべき二つの鋼管の間での取付治具の位置関係が多少ずれている場合であっても、容易に索状体を張り渡して巻きつけることができるため、二つの鋼管の周方向の位置合わせ作業を厳密にする必要がなく、施工能率を向上させることが可能となっている。
【００２２】
また、本発明における鋼管の継手構造では、ボルト接合による継手構造と比較して材料個数が少なく、施工コスト、製造コストの低減を図ることが可能となっている。また、接続すべき二つの鋼管の間での取付治具の位置関係を厳密にする必要がないため、製造段階において取付治具を取り付ける位置についても許容誤差範囲を広くとれる構造となっており、製造精度の点で負担を軽減可能となっている。
【００２３】
また、本願請求項２に係る鋼管の継手構造によれば、継手部材が、一方の鋼管の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されているため、上側鋼管の内周面の全周に亘ってその外周面が接触した状態で嵌合され、下側鋼管と上側鋼管との接続部において高い断面剛性が得られることになる。また、継手部材を一方の鋼管の端部に固定して設ける構成としているので、継手部材を機械加工等することなく溶接接合により取り付けることができ、従来からの他の継手構造と比較して、製造コストの低減を図ることが可能となっている。
【００２４】
また、本願請求項３に係る鋼管の継手構造によれば、曲げ引張り荷重が接続される二つの鋼管に作用した場合に、継手部材と二つの鋼管との間でテコの原理が作用し、二つの鋼管の接続部に要求される継手強度を十分に得ることができる。
【００２５】
また、本願請求項４に係る鋼管の継手構造によれば、継手部材を分割して形成された分割片を、一つずつ鋼管の内周面に取り付けることができ、加工性を向上させることができる
【００２６】
また、本願請求項５に係る鋼管の継手構造によれば、二つの鋼管に張り渡される索状体から取付治具に作用する力が均等になり、継手強度が安定して発揮されることになる。
【００２７】
また、本願請求項６に係る鋼管の継手構造によれば、索状体を定着させる作業や索状体に引張荷重を導入する作業を容易に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための形態として、二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造について、図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１〜図４は、本発明を適用した鋼管の継手構造１により、上下に間隔を空けて垂直に配置された二つの鋼管３、４を接続する前後の状態の一例を示す図である。図１は、接続すべき二つの鋼管３、４の接続前の状態を示す斜視図であり、図２は、図１の縦断側面図である。また、図３は、接続すべき二つの鋼管３、４の接続後の状態を示す斜視図であり、図４は、図３の縦断側面図である。
【００３０】
接続すべき二つの鋼管３、４は、略同径の外径からなる鋼管とされている。一方の鋼管３は、図２に示すように、図示しない軸方向の一方の下端部が地中に埋設されており、軸方向の他方の上端部３ａにおける接合端面３ｂの上側に、他方の鋼管２の下端部４ａにおける接合端面４ｂが突き合わされて配置されている。二つの鋼管３、４を接続した後には、図４に示すように、互いに突き合わされている接合端面３ｂ、４ｂが接触した状態で配置される。
【００３１】
これら鋼管３、４は、鋼管杭として用いられるものである。以下、下側に配置されている鋼管３を下側鋼管３、上側に配置されている鋼管４を上側鋼管４という。
【００３２】
本発明における継手構造１は、図３、図４に示すように、継手部材５と、取付治具７と、索状体９とを備えている。
【００３３】
継手部材５は、図１に示すように、下側鋼管３の上端部３ａから上側に突出されている。継手部材５は、円筒状の鋼管から構成されている。継手部材５を構成する鋼管は、その外径が下側鋼管３、上側鋼管４の内周面の内径と略同一径とされている。これにより、継手部材５は、下側鋼管３、上側鋼管４の内周面の全周に亘ってその外周面が接触した状態で、下側鋼管３、上側鋼管４の内周面に嵌合可能とされている。継手部材５は、その下端側が下側鋼管３の内周面に差し込まれることによって嵌合されて設けられている。継手部材５は、図２に示すように、製造の段階において、その軸方向の一端側の外周縁５ａに沿って下側鋼管３の内周面に対して溶接接合され、更に、下側鋼管３の端部３ａの内周縁３ｃに沿ってその外周面が溶接接合されている。
【００３４】
継手部材５は、下側鋼管３、上側鋼管４の接続後において、図３に示すように、その上端側が上側鋼管４の下端部４ａの内周面に差し込まれることによって嵌合されて設けられており、これによって、下側鋼管３、上側鋼管４に跨って、これらの鋼管３、４の内周面に嵌合されることになる。これにより、継手部材５は、下側鋼管３、上側鋼管４の径方向のずれ動きを拘束し、下側鋼管３、上側鋼管４の芯ずれを防止することになる。
【００３５】
取付治具７は、図１に示すように、下側鋼管３の上端部３ａ、上側鋼管４の下端部４ａ近傍の外周面に、周方向に間隔を空けて複数個に亘って設けられている。図５（ａ）は、取付治具７の構成を示す拡大断面図である。取付治具７は、図３、図５（ａ）に示すように、索状体９を引っ掛けて取り付けるために設けられている。取付治具７は、下側鋼管３、上側鋼管４の外周面から外側に突出するように設けられている。取付治具７は、本実施の形態において、所定の厚みの鋼板から構成されており、その板厚方向に貫通する挿通孔７１が形成されている。取付治具７は、溶接により下側鋼管３、上側鋼管４に接合されている。
【００３６】
図６は、取付治具７の下側鋼管３、上側鋼管４に対する配置状態を示す下側鋼管３の平面図である。取付治具７は、図６に示すように、下側鋼管３、上側鋼管４の外周面がなす円を等分するように間隔を空けて配置されている。本実施の形態において取付治具７は、鋼管の外周面がなす円周を８等分するように間隔を空けて配置されており、４５°ピッチで８個配置されている。
【００３７】
図７は、索状体９の両端の取付治具７に対する定着状態を示す下側鋼管３、上側鋼管４の側面図である。索状体９は、本実施の形態において、軸方向の両端に加工を施すことにより、図７に示すような、ねじ切りされた雄ねじ部９１が設けられたワイヤーロープから構成されている。索状体９は、図３に示すように、下側鋼管３、上側鋼管４の軸方向を複数回に亘って往復するようにして、下側鋼管３、上側鋼管４に設けられた複数の取付治具７に張り渡されながら、下側鋼管３、上側鋼管４の周方向に巻き付けられている。本実施の形態において、索状体９は、複数の取付治具７に対して挿通孔７１に挿通された状態で取り付けられている。索状体９は、図７に示すように、その軸方向の両端の雄ねじ部９１が取付治具７の挿通孔７１に挿通されたうえで、雄ねじ部９１に対して螺合可能な雌ねじを有するナットのような定着部材９３が螺合されることによって、下側鋼管３、上側鋼管４の取付治具７に定着されている。索状体９は、その両側の定着部材９３のうちの何れか一方又は両方の定着部材９３を強固に締め付けることにより所定の引張荷重が導入されており、これによって、下側鋼管３、上側鋼管４に作用する引き抜き力や回転移動させようとする力に対して抵抗可能となっている。
【００３８】
本実施の形態において、索状体９は、図３に示すように、４５°ピッチで下側鋼管３、上側鋼管４の取付治具７に対して交互に張り渡されており、二つの鋼管３、４の接合端面３ｂ、４ｂで面対称となるように、二本の索状体９が設けられている。
【００３９】
次に、上述のような鋼管の継手構造１により、二つの鋼管をその軸方向に接続するための施工手順の一例について説明する。
【００４０】
施工手順としては、まず、アースオーガ等で先行して掘削しながら鋼管杭を地中に埋め込む中掘り工法によって下側鋼管３を所定深さにまで打設する。この後、下側鋼管３の上端部３ａと上側鋼管４の下端部４ａとが突き合わされるように配置し、下側鋼管３の上端部３ａから突出されている継手部材５を上側鋼管４の下端部４ａの内周面に差し込んで嵌合させる。
【００４１】
この後に、索状体９の一端の雄ねじ部９１を適当な取付治具７の挿通孔７１に挿通させて、これに定着部材９３を螺合させて取付治具７に対して仮止めする。この後に、図３に示すように、索状体９を、下側鋼管１と上側鋼管２の軸方向を複数回に亘って往復するようにして、下側鋼管３、上側鋼管４に設けられた複数の取付治具７に張り渡しながら、下側鋼管３、上側鋼管４の周方向に巻きつける。この後、索状体９の他端の雄ねじ部９１を取付治具７の挿通孔７１に挿通させて、これに定着部材９３を螺合させて索状体９の両端を定着し、索状体９の両側の何れか一方の定着部材９３を強固に締め付けることで、索状体９に引張り荷重を導入して索状体９を緊張させる。これによって、下側鋼管１と上側鋼管２が接続されて、接続作業が完了する。なお、本発明は、中堀り工法以外にもプレボーリング工法等の埋め込み工法全般に対応することができる。
【００４２】
次に、このような構成からなる鋼管の継手構造１の作用効果について説明する。
【００４３】
図８（ａ）〜図８（ｃ）は、本発明における鋼管の継手構造１により接続された二つの鋼管３、４を示す概略正面図である。本発明における鋼管の継手構造１では、一方の鋼管３の端部から突出されている継手部材５を他方の鋼管４に嵌合させたうえで、鋼管３、４の軸方向を複数往復するように、それぞれの鋼管３、４における複数の取付治具７に索状体９を張り渡して、二つの鋼管３、４に巻き付ける構造をとっている。これにより、図８（ａ）に示すような、接続された二つの鋼管３、４を引き離すような方向Ａに引張り荷重が作用した場合や、図８（ｂ）に示すような、二つの鋼管３、４を回転移動させるような方向Ｂに荷重が作用した場合には、索状体９によって抵抗可能となる。また、図８（ｃ）に示すような、継手構造上、最も問題となる方向Ｃに曲げ引張り荷重が作用した場合には、継手部材５、索状体９によって抵抗可能となる。即ち、本発明により、図８に示すような、方向Ａ、方向Ｂ、方向Ｃの何れの方向に荷重が作用した場合においても、継手部材５、索状体９によって抵抗することができ、これにより、要求される継手強度を十分に確保可能となっている。
【００４４】
また、本発明における鋼管の継手構造１では、二つの鋼管３、４の接続作業時において、何れか一方の鋼管を継手部材５に差し込み、これら鋼管３、４に索状体９を張り渡して緊張させるのみの簡単な作業によって接続作業を完了させることができ、作業者の技量に負うことがなく、迅速な施工が可能となり、施工性の観点から非常に優れている。また、接続作業時において、接続すべき二つの鋼管３、４の間での取付治具７の位置関係が多少ずれている場合であっても、容易に索状体９を張り渡して巻きつけることができるため、二つの鋼管３、４の周方向の位置合わせ作業を厳密にする必要がなく、施工能率を向上させることが可能となっている。
【００４５】
また、本発明における鋼管の継手構造１では、ボルト接合による継手構造と比較して材料個数が少なく、施工コスト、製造コストの低減を図ることが可能となっている。また、接続すべき二つの鋼管３、４の間での取付治具７の位置関係を厳密にする必要がないため、製造段階において取付治具を取り付ける位置についても許容誤差範囲を広くとれる構造となっており、製造精度の点で負担を軽減可能となっている。
【００４６】
因みに、接続された二つの鋼管３、４は、互いに突き合わされている接合端面３ｂ、４ｂが接触した状態で配置されている。このため、二つの鋼管３、４の軸方向に作用する軸方向荷重をスムーズに伝達可能となっている。
【００４７】
また、本発明における継手部材５が、一方の鋼管４の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されている場合、上側鋼管４の内周面の全周に亘ってその外周面が接触した状態で嵌合され、下側鋼管３と上側鋼管４との接続部において高い断面剛性が得られることになる。また、継手部材５を一方の鋼管４の端部に固定して設ける構成とする場合、継手部材５は、機械加工等することなく溶接接合により取り付ける構造とできるので、従来からの他の継手構造と比較して、製造コストの低減を図ることが可能となっている。
【００４８】
本発明における鋼管の継手構造１に用いられる各構成要素は、以下のように構成されていてもよい。
【００４９】
本発明の適用の対象となる、軸方向に接続されるべき鋼管３、４は、例えば、構造物の基礎として用いられる支持杭、摩擦杭のような基礎杭の他、地滑り防止杭として用いられていてもよく、特にその用途について限定するものではない。
【００５０】
継手部材５は、円筒状の鋼管から構成される場合に限定するものではないが、上述のように、その外径が二つの鋼管３、４の内周面の内径と略同一径とされて、二つの鋼管３、４に跨って嵌合されるような円筒状の鋼管であることが好ましい。継手部材５の材質は、鋼製に限らず、鉄系金属、非鉄系金属の何れから構成されていてもよい。
【００５１】
継手部材５は、図２に示すような、下側鋼管３の端部３ａにおける接合端面３ｂから突出されている長手方向長さＬ１を、鋼管３の外径Ｄの１．０倍以上とすることが好ましい。この理由について説明する。
【００５２】
図８（ｃ）に示す方向Ｃのような曲げ引張り荷重が接続される二つの鋼管３、４に作用した場合、二つの鋼管３、４の接続部２に作用する応力は、下側鋼管３に嵌合されている側の継手部材５の一端側５ｂと、上側鋼管４に嵌合されている側の継手部材５の他端側５ｃとを介して、二つの鋼管３、４の接続部２から離れた箇所にまで伝達される。ここで、継手部材５の一端側５ｂを支点、他端側５ｃを作用点とすると、テコの原理により、継手部材５の他端側５ｂの長さが長いほど、二つの鋼管３、４の接続部２に作用する応力が軽減されて上側鋼管４に伝達されることになる。本願発明者は、二つの鋼管３、４の接続部２に要求される継手強度を十分に得ることのできる継手部材５の他端側５ｂの長さ、即ち、下側鋼管３の端部３ａから突出されている長手方向長さＬ１について鋭意研究を重ねた結果、長さＬ１が１．０倍以上であれば、継手に要求される耐荷重を満足することを見出した。従って、継手部材５の長さＬ１は、鋼管３の外径Ｄの１．０倍以上とすることが好ましい。
【００５３】
なお、図２に示すような、継手部材５が下側鋼管３に嵌合されている長手方向長さＬ２は、下側鋼管３の端部３ａにおける接合端面３ｂからの長さＬ１と特に対応していなくとも上記のような効果が発揮される。このため、継手部材５の長さＬ２は、特に限定するものではないが、例えば、鋼管３の外径Ｄの０．５倍以上とされていてもよい。
【００５４】
図９は、継手部材５の他の構成について示す斜視図である。継手部材５は、円筒状の鋼管から構成される場合、この図９に示すように、周方向に複数に亘って適宜分割されてもよい。この場合、継手部材５を分割して形成された分割片５１を、一つずつ鋼管１の内周面に取り付けることができ、加工性を向上させることができる。また、継手部材５３は、その突出された端部付近の内部に、鉄筋を周方向に亘って取り付けてもよく、これによって、継手部材３の断面剛性を向上させることができる。
【００５５】
取付治具７を配置する個数は、下側鋼管３、上側鋼管４の径によるが、特に限定するものではなく、索状体９を巻きつけ定着する状況に応じて適宜、間隔を決めてもよい。また、取付治具７を配置する箇所は、鋼管３、４の端部の近傍であることが好ましいが、特にこれに限定するものではない。また、取付治具７は、接続すべき鋼管３、４の外周面がなす円周を等分するように配置する必要はなく、適当な間隔をあけて配置するようにしても、本発明所期の効果が発揮される。なお、取付治具７が鋼管３、４の外周面がなす円周を等分するように配置されている場合、二つの鋼管３、４に張り渡される索状体９から取付治具７に作用する力が均等になり、継手強度が安定して発揮されることになる。また、取付治具７の材質は、鋼製に限らず、鉄系金属、非鉄系金属の何れかから構成されていてもよい。
【００５６】
取付治具７は、少なくとも索状体９を引っ掛けて取り付けることができれば、その形状について特に限定するものではない。取付治具７の取り得る形状の一例としては、例えば図５（ａ）に示すような、任意の形状の部材に索状体９を挿通させるための挿通孔７１を有するものが挙げられる。この形状の場合、挿通孔７１に挿通しさえすれば索状体９が抜け出ることがないので、索状体９の取り付け作業を確実に行なうことが可能となる。
【００５７】
図５（ｂ）は、取付治具７の他の構成を示す拡大断面図である。取付治具７は、この図５（ｂ）に示すように、鋼管３、４の外周面から突出される係合部７５と、一端側が係合部７５に固定され、係合部７５に引っ掛けられた索状体９よりも鋼管３、４の外周側に設けられる抜け止め部７７とからＬ字状に形成された取付治具７３から構成されていてもよい。抜け止め部７７の他端側と鋼管１、２の外周面との間には開口部７９が形成されている。このような構成の場合、索状体９の取り付け作業時に、開口部７９を通して係合部７５に索状体９を引っ掛けるのみによって、迅速に取り付け作業を完了させることが可能となる。
【００５８】
索状体９は、変形の自由度が大きく、所定の引張荷重を作用させた場合に破断しない程度の強度を有するものであることが好ましく、例えば、金属線、天然繊維、合成繊維等の単線、より線のような索状のものが挙げられ、具体例としては、ワイヤーロープ、ＰＣ(Prestressed Concrete)鋼線、ＰＣ鋼より線等が挙げられる。
【００５９】
索状体９を用いる本数は、特に限定するものではなく、一本のみであっても、三本以上であってもよいし、鋼管３、４に対して巻きつけられる周回数についても、二周以上であってもよく特に限定するものではない。また、索状体９は、二つの鋼管３、４の取付治具７に対して交互に張り渡されている必要はなく、任意の条件下で鋼管１、２の軸方向に複数往復するように張り渡されていてもよい。
【００６０】
索状体９は、所定の引張荷重が導入された状態で、その両端が取付治具７のような部材を介して鋼管３、４に定着されていれば、その両端を鋼管３、４に定着する構造については特に限定しない。しかし、索状体９を定着させる作業や索状体９に引張荷重を導入する作業を容易に行う観点からは、上述のように、その両端に雄ねじ部９１が設けられた索状体９を用い、これを取付治具７の挿通孔７１に挿通させて、これに定着部材９３を螺合させる構成とすることが好ましい。なお、取付治具として図５（ｂ）に示すような取付治具７３を用いることによってナットのような定着部材９３の取り付けが困難となる場合においては、図５（ｂ）に示す取付治具７３に加えて、索状体９の雄ねじ部９１を定着容易とするために図５（ａ）に示す取付治具７を設けることとしてもよいのは勿論である。
【実施例】
【００６１】
本実施例においては、本発明の継手強度を照査するため、解析コードMARCを用いて、数値解析を行った。図１０（ａ）は、本発明における鋼管の継手構造１により、左右に水平に配置された二つの鋼管３、４を接続した状態を示す図であり、図１０（ｂ）は、左右に間隔を空けて配置された鋼管３、４に対する継手部材５の長さＬ１、Ｌ２について示す図である。本実施例においては、図１０（ａ）に示すように、全長８ｍの鋼管３、４の軸方向の端部を、本発明における継手構造１により接続したモデルを組んだ。モデル化に用いた値は下表１の通りである。索状体９としてはワイヤーロープを採用した。また、取付治具７は、二つの鋼管３、４の端部の近傍に、周方向に４５°の間隔を空けてそれぞれの鋼管３、４につき８個配置することとした。索状体９としてのワイヤーロープは、４５°ピッチで二つの鋼管３、４の取付治具７に対して交互に張り渡されており、二つ鋼管３、４の接合端面３ｂ、４ｂで面対称となるように、二本設けることとした。なお、継手部材５の外周面に接する鋼管３、４の内周面の摩擦係数は０．２とした。このようなモデルを組んで、図１０（ａ）に示すように、各鋼管３、４の軸方向の中間部に矢印で示すような方向に荷重を作用させ、四点載荷によって二つの鋼管３、４の接続部２に純曲げ荷重を作用させた。
【００６２】
【表１】
【００６３】
上記のモデルで、図１０（ｂ）に示すような、一方の鋼管３の端部３ａからの継手部材５の突出長さＬ１を、鋼管３、４の外径Ｄに対して０．５Ｄ、１．０Ｄ、１．５Ｄの三通りに変化させ、継手強度を検証した。なお、継手部材５の一方の鋼管３に嵌合されている長さＬ２は、０．５Ｄとした。
【００６４】
継手強度は、二つの鋼管３、４の接続部２に作用させた曲げ荷重に対する接続部２の管径方向の変位を測定することによって評価することとした。図１１は、測定により得られた解析結果を示す。なお、図１１における降伏荷重とは、鋼材の降伏応力をモーメント換算した値であり、許容荷重とは、鋼材の許容応力をモーメント換算した値であり、設計耐荷重とは、降伏荷重の１／３の数値で、継手に要求される要求性能である。また、図１１において鋼管と示され、黒丸で記載したデータは、図１０（ａ）に示される二本の鋼管３、４を本発明に係る継手構造１で接続することに代えて、全長１６ｍの一本の鋼管に対して上記と同様の条件下で曲げ荷重を作用させて、この鋼管の中間部である両端から８ｍの位置の管径方向の変位をプロットしたものである。この一本の鋼管の降伏応力、許容応力、外径等は表１に示される条件と同様である。
【００６５】
図１１の解析結果より、継手部材５の突出長さＬ１が０．５Ｄの場合、設計耐荷重に対してやや継手強度が低めであることが確認された。また、継手部材５の突出長さＬ１が１．０Ｄの場合、設計耐荷重より高い継手強度が得られ、継手に要求される曲げ設計耐荷重を満たすものであることが確認された。また、継手部材５の突出長さＬ１が１．５Ｄの場合、鋼管３、４の降伏荷重とほぼ同一になり、高い継手強度を発揮することが確認された。この結果から、継手部材５の突出長さＬ１を１．０Ｄ以上確保すれば、二つの鋼管３、４と継手部材５との間でテコの原理が働き、継手に要求される曲げ設計耐荷重を満足することが確認された。
【００６６】
なお、継手部材５の突出長さＬ１を１．５Ｄより長くすると継手部の曲げ荷重に対する強度はさらに向上すると予測されるが、継手部の強度が鋼管３、４の強度を上回る必要性はなく、このモデルの場合、適切な継手部材５の突出長さＬ１の上限は約１．５Ｄである。また、継手部材５と索状体９（ワイヤーロープ）の曲げ引張り荷重の分担は、継手部材５の突出長さＬ１が０．５Ｄの場合、継手部材：索状体（ワイヤーロープ）＝７：３となり、継手部材５の突出長さＬ１が１．０Ｄの場合、継手部材：索状体（ワイヤーロープ）＝８：２となり、継手部材５の突出長さＬ１が１．５Ｄの場合、継手部材：索状体（ワイヤーロープ）＝９：１となり、継手部材５の長さが長くなるほど継手部材５の荷重負担の割合が増大する結果となった。
【００６７】
特許文献４に記載の開示技術もテコの原理が作用することで、本発明と同等の継手強度を発揮する可能性はある。しかしながら、実施例と同サイズで特許文献１の継手構造を製造した場合、継手強度を満足させるためには連結用の突起部の個数を増やすことが想定され、製造面において加工数の増加や加工精度の低下により、加工上の負担が重くなる。また、施工面においても、連結用の突起部が増加することで現場での位置決めが困難になることや、加工精度の低下によりガタツキが生じることが考えられる。それに対して、本発明は二つの鋼管３、４の連結材として索状体９を用いており、現場での施工において、上下の鋼管３、４の連結位置を厳密に決める必要がなく、施工能率を向上させることができる。また、施工面においても比較的、許容誤差範囲を広く取れる構造であり、製造精度の点において負担を軽減できるという効果がある。
【００６８】
なお、前述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。本発明における継手構造は、例えば、上述の実施形態において説明した、上下に垂直に配置される二つの鋼管を接続する継手として用いる場合のみではなく、上述の実施例において説明した、左右に水平に配置される二つの鋼管を接続する継手として用いることとしてもよい。即ち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】接続すべき二つの鋼管の接続前の状態を示す斜視図である。
【図２】接続すべき二つの鋼管の接続前の状態を示す縦断側面図である。
【図３】接続すべき二つの鋼管を接続した後の状態を示す斜視図である。
【図４】接続すべき二つの鋼管を接続した後の状態を示す縦断側面図である。
【図５】取付治具の形状の一例を示す拡大断面図である。
【図６】取付治具の配置状態を説明するための鋼管の平面図である。
【図７】索状体の両端の取付治具に対する定着状態を説明するための鋼管の側面図である。
【図８】本発明の作用効果について説明するための概略正面図である。
【図９】継手部材を分割した状態を説明するための斜視図である。
【図１０】継手部材の突出長さと継手強度との関係を説明するために用いた解析モデルについて説明するための図である。
【図１１】継手部材の突出長さＬ１と継手強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７０】
１ 継手構造
２ 接続部
３ 下側鋼管
３ａ 端部
３ｂ 接合端面
３ｃ 内周縁
４ 上側鋼管
４ａ 端部
４ｂ 接合端面
５ 継手部材
５ａ 外周縁
５ｂ 一端部
５ｃ 他端部
７ 取付治具
９ 索状体
５１ 分割片
７１ 挿通孔
７５ 係合部
７７ 抜け止め部
７９ 開口部
９１ 雄ねじ部
９３ 定着部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造において、
軸方向の端部における接合端面が互いに突き合わせられた前記二つの鋼管に跨って、これらの鋼管の内周面に嵌合される継手部材と、
前記二つの鋼管の外周面において、その周方向に複数設けられる取付治具と、
前記鋼管の軸方向を複数往復するように前記二つの鋼管における複数の取付治具に張り渡されて、当該二つの鋼管に巻き付けられる索状体とを備えること
を特徴とする鋼管の継手構造。
【請求項２】
前記継手部材は、前記一方の鋼管の端部に固定されて設けられるとともに、前記他方の鋼管の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の鋼管の継手構造。
【請求項３】
前記継手部材は、前記一方の鋼管の端部から突出される長さが前記鋼管の外径の１．０倍以上であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管の継手構造。
【請求項４】
前記継手部材は、円筒状に形成されているとともに、前記鋼管の周方向に複数に分割されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鋼管の継手構造。
【請求項５】
前記取付治具は、前記鋼管の外周面がなす円周を等分するように間隔を空けて設けられていること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の鋼管の継手構造。
【請求項６】
前記索状体は、その両端に設けられた雄ねじ部が前記取付治具に設けられた挿通孔内に挿通されるとともに、雌ねじを有する定着部材がその両端の雄ねじ部に螺合されることによって前記取付治具に対して定着されていること
を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の鋼管の継手構造。
【請求項１】
二つの鋼管をその軸方向に接続可能とする鋼管の継手構造において、
軸方向の端部における接合端面が互いに突き合わせられた前記二つの鋼管に跨って、これらの鋼管の内周面に嵌合される継手部材と、
前記二つの鋼管の外周面において、その周方向に複数設けられる取付治具と、
前記鋼管の軸方向を複数往復するように前記二つの鋼管における複数の取付治具に張り渡されて、当該二つの鋼管に巻き付けられる索状体とを備えること
を特徴とする鋼管の継手構造。
【請求項２】
前記継手部材は、前記一方の鋼管の端部に固定されて設けられるとともに、前記他方の鋼管の内径と略同一径の外径からなる円筒状に形成されていること
を特徴とする請求項１に記載の鋼管の継手構造。
【請求項３】
前記継手部材は、前記一方の鋼管の端部から突出される長さが前記鋼管の外径の１．０倍以上であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の鋼管の継手構造。
【請求項４】
前記継手部材は、円筒状に形成されているとともに、前記鋼管の周方向に複数に分割されていること
を特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鋼管の継手構造。
【請求項５】
前記取付治具は、前記鋼管の外周面がなす円周を等分するように間隔を空けて設けられていること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の鋼管の継手構造。
【請求項６】
前記索状体は、その両端に設けられた雄ねじ部が前記取付治具に設けられた挿通孔内に挿通されるとともに、雌ねじを有する定着部材がその両端の雄ねじ部に螺合されることによって前記取付治具に対して定着されていること
を特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の鋼管の継手構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２８７３５７（Ｐ２００９−２８７３５７Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４４０７０（Ｐ２００８−１４４０７０）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]