JP2004132092A

JP2004132092A - 継手構造

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Publication number: JP2004132092A
Application number: JP2002299096A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Miya; 宮　清; Yuzo Yamamoto; 山本　裕三; Fumiyuki Yokomizo; 横溝　文行; Kimihiro Yoshida; 吉田　公宏; Munetaka Ozeki; 大関　宗孝; Hirohide Hashimoto; 橋本　博英; Takashi Kunito; 國藤　崇; Yoshitomo Ueura; 植浦　歓共; Masanori Goto; 後藤　正徳; Hisashi Nanba; 南波　壽
Original assignee: SHIZUOKA KEISOZAI KK; Obayashi Corp; Ishikawajima Kenzai Kogyo Co Ltd; Ishikawajima Construction Materials Co Ltd
Current assignee: SHIZUOKA KEISOZAI KK; Obayashi Corp; Ishikawajima Kenzai Kogyo Co Ltd; Ishikawajima Construction Materials Co Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2004-04-30
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP3798358B2

Abstract

【課題】接合の作業性が向上され、低コストでの製作が可能となる継手構造を提供する。
【解決手段】セグメント１には、接合面１ａの内側に窪ませて受け穴１ｂを設け、その底部中心に軸状の雄型継手３を固設し、受け穴１ｂに適度な弾性を備えるフィン２ｅを介して挿着される外形を備え、内部には弾性可撓体とされた爪状部材を備える雌型継手４が両端側からねじ嵌合された継手ユニット２を、それぞれのセグメント１の間に介して、継手を係合し、継手ユニット２には接合面にまたがる板状部２ｂとそこから両端へ延設された円筒部２ｃを設けて外荷重を効率的に負荷するように構成された手段を用いる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雌雄継手による継手構造、特に自動結合が容易となり、とりわけトンネルのセグメントブロックの接合に好適な継手構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル施工において、鋼、鉄筋コンクリートなどで製作されたセグメントを円筒状に接合して覆工を形成することが行われている。図６はその組立の様子の概要を示すものである。
【０００３】
符号３１はセグメントであり、円周方向に隣接させられるとともに、既設のセグメント３１の接合面３１ａに矢印方向から接合されて接合方向に延ばされ、セグメントリング３０を形成する。
【０００４】
このような接合面３１ａにおける接合方式には、例えば、特許文献１に記載されているように、接合面同士をボルト・ナットで締結する方式、接合面に穴を設けピン部材を嵌合させて接着により固定する方式があった。また、特許文献２に記載されているように、三角錐状のガイドピンを同じく三角錐状の穴に密着させて嵌合させる方式があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２３８７８９号公報（第２−４頁、図１−４、図９）
【特許文献２】
特開平１０−１６９３８０号公報（第２−４頁、図１−２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来の継手構造には、以下の問題があった。
特許文献１に記載のボルト・ナット締結では、セグメントを対向させて支持した状態でトンネル内側から締結を行うため、非常に手間のかかる作業になるという問題があった。
また特許文献１、２に記載のピン部材を用いる方式は、いずれの方式も、ピン部材を密着するように嵌合させるため、ピン部材と嵌合穴の間に高精度の位置精度が必要になるので、セグメントの製作コストが高くつき、接合作業時の位置合わせにも手間がかかって作業性が悪いという問題があった。また、ピン部材は一方のセグメントに嵌合されると固定されるので、他方のセグメントを押し込む際、わずかでも位置がずれるだけで、互いを損傷してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、接合の作業性が向上され、低コストでの製作が可能となる継手構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、それぞれの接合面に底部を有する形成された受け穴を備え該受け穴の底部中心に雄型継手が固設された被接合部材の相互間に、前記雄型継手に係止可能とされた雌型継手を両側に設けた継手ユニットを介して接合する継手構造であって、前記継手ユニットが、両端の開口した筒状ハウジングの両端に、前記雌型継手が着脱可能に係合された構成を用いる。
そのため、固定や押えのための別部品を必要とせず、それだけ部品点数を少なく構成できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の継手構造において、前記筒状ハウジングへの前記雌型継手の係合をねじにより行う構成を用いる。
そのため、容易に組み立てることができて、しかも高強度な係合を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、請求項１または２に記載の継手構造において、前記雄型継手が、軸状部材の先端に、先端側にテーパを備える係合突条を設けた構成とされ、前記雌型継手が、前記筒状ハウジングの端部側の内周面から、該筒状ハウジング奥側の中心部に向けて斜めに延ばされた複数の爪状部材を備え、該爪状部材が弾性可撓体とされた構成を用いる。
そのため、雄型継手を継手ユニットの開口に押し込むだけで係合できる。また係合後も中心部に斜めに延ばされた爪状部材が係合突条および軸状部材に弾性的に押圧されるので、引き抜き力が生じても係合が確実に維持される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なおすべての図面を通して、同一または相当する部材は、同一の符号を付している。
図１は、本発明に係る継手構造の実施の形態を示す、セグメントの厚さ方向の断面図である。
【００１２】
セグメント１、１（被接合部材）の接合面１ａ、１ａには、それぞれの内側に窪ませられた受け穴１ｂ、１ｂが互いに対向する位置に設けられており、それぞれの底部中心には、接合面１ａの法線方向に向けて雄型継手３が固設されている。本例では、セグメント１、１は鉄筋コンクリート製であり、受け穴１ｂを避けて鉄筋６が埋め込まれている。
【００１３】
雄型継手３は、例えば引張強度が大きく比較的小断面積で構成できる軟鋼などの金属の棒状部材からなり、コンクリートに埋め込まれている部分には抜け止め突条３ｃ…が設けられ、受け穴１ｂの内部に突出された先端部の外周には、接合面１ａ側にテーパ３ｂを備え、その反対側に接合面１ａと平行な端面が備えられて、外周方向に突出された係合突条３ａが設けられている。
【００１４】
それぞれのセグメント１、１は、雄型継手３の係合突条３ａにテーパ３ｂとは反対側から係止可能とされた雌型継手４を両端に備える継手ユニット２によって係合される。
【００１５】
次に図２〜４を参照して、継手ユニット２の詳細を説明する。継手ユニット２は、両端に開口を備えるハウジング２ａ（筒状ハウジング）に、両端から雌型継手４を螺合して直接に取り付けたものである。
【００１６】
まず、図２を参照して、ハウジング２ａの構成を説明する。図２（ａ）はハウジング２ａの斜視図を、図２（ｂ）はその側面を示す部分断面図である。
ハウジング２ａは、図２（ｂ）に示したように、その中央部に円板状の板状部２ｂが設けられ、そこから垂直方向両端側に円筒部２ｃが延設されている。円筒部２ｃの外部側には、軸方向に適宜間隔を設けてそれぞれ周方向に延ばされた薄板状のフィン２ｅ…が設けられている。それぞれのフィン２ｅ…の先端をつなぐ包落面は、受け穴１ｂの内面よりわずかに大きい円錐台状とされている。フィン２ｅの間は軸方向に連続するリブ２ｆ…が設けられている。リブ２ｆ…の先端は受け穴１ｂの内面よりわずかに小さい寸法とされており、リブ２ｆ…の配設間隔は、フィン２ｅ…が軸方向にたわんで適度の弾性を備えることを妨げない程度に明けられている。リブ２ｆ…およびフィン２ｅ…は、その先端およびその包落面によって挿着部２ｄ、２ｄを構成している。
【００１７】
円筒部２ｃの内部は、その両端部に雌型継手４をねじによって固定するための雌ねじ部２ｇが設けられ、内部側は雌型継手４を納めるための空間が形成されている。
【００１８】
なお、板状部２ｂの大きさは、それぞれのセグメント１の接合面１ａにまたがり、受け穴１ｂの接合面１ａでの開口径に近接する大きさとされている。また、円筒部２ｃの長さは、受け穴１ｂの深さの２倍よりもわずかに短い長さとされている。また、円筒部２ｃの内部は、雌型継手４を避ける形状であればよく、円筒部２ｃの圧縮強度を高めるために適宜厚肉化やリブ補強を行ってもよく、正確に円筒形状にする必要はない。
【００１９】
次に、図３を参照して、雌型継手４の構成を説明する。図３（ａ）は雌型継手４の左側面図を、図３（ｂ）はＡ−Ａ断面図を、図３（ｃ）は右側面図である。
雌型継手４は、大きくは、ハウジング２ａの雌ねじ部２ｇに螺合可能とされた雄ねじを外周に設けた雄ねじリング部４ｂと、その端面にリング内周面からリング中心部に向けて斜めに突き出された係止爪部４ａ…からなり、係止爪部４ａ…と雄ねじリング部４ｂは、ヒンジ部４ｇによって雄ねじリング部４ｂのリング内周面との間で弾性的に接続されている。このため、係止爪部４ａ…は、継手が係合されていない単独状態では、その先端の内周側に形成された円弧面４ｃ…が雄型継手３の軸径より小さな円径をなしてすぼまり、その先端のリング軸方向に係止平面４ｄ…がそろう状態で、それぞれ整列するよう構成されている。
【００２０】
係止爪部４ａは、係止平面４ｄからリング軸方向に所定荷重を受けても座屈しない強度を備えるように、例えば厚さなどの諸元が設計されるものである。できるだけ少ない材料で所定の座屈強度を満足するため、リング軸方向に対する係止爪部４ａの傾斜角度は浅く設定することが好ましい。
【００２１】
雄ねじリング部４ｂの内径は、雄型継手３の係合突条３ａが貫通可能な大きさとされ、雌型継手４のリング軸方向の全長は、受け穴１ｂに固設された雄型継手３の底部から係合突条３ａに至るまでの軸長さよりわずかに短くされている。
【００２２】
ヒンジ部４ｇは、例えば、図４に示したような断面を備え、中心部側に屈曲可能とされ、適切な弾性を有するものである。したがって、図示矢印のように係止爪部４ａがリング軸径方向に可撓とされ、たわんだ方向と反対側に弾性復元力を付勢するよう構成されている。
【００２３】
なお、係止爪部４ａは、図示では一例として４個で構成する例を挙げたが、４個に限るものではない。より多くすれば、ヒンジ部４ｇの幅が狭くなり、より直線的になるから、弾性を持たせることが一層容易となる。
【００２４】
また、図示では係止爪部４ａ同士が比較的狭い隙間を空けて整列するように描かれているが、継手強度が保てれば、より大きな隙間を設けてもよいことは言うまでもない。
【００２５】
上記構成において、ハウジング２ａおよび雌型継手４の材質は、エンジニアリングプラスチック、スーパーエンジニアリングプラスチックなどの単体、アロイ、または強化繊維入りなどの合成樹脂を採用することができる。必要強度に応じてこのような材質のうちどのような材質を用いてもよく、また、それぞれの部材に用いる材質は互いに異なっていてもよい。例えば、ハウジング２ａは高強度を備えるようガラス繊維や炭素繊維などの強化フィラーを混ぜた強化樹脂で構成し、雌型継手４は、可撓性と弾性を備えるよう非強化樹脂または低強化樹脂材料によって構成するというように、材質を使い分けてもよい。
【００２６】
またこのような構成によれば、爪状部材などの複雑な構造が必要となる雌型継手４がハウジング２ａと別体とされるので、成形型の製作が容易になる利点がある。
【００２７】
なお、上記の構成において、雌ねじ部２ｇおよび雄ねじリング部４ｂのねじ部同士は、それぞれの材料定数に応じて所定の螺合強度を満足するように、ねじピッチ・有効ねじ長さなどが設定されることは言うまでもない。また、このように係合をねじによって行うと、組み付けが容易になるばかりでなく、強度条件の設計変更にも容易に対応できるという利点がある。
【００２８】
次に、本発明に係る継手構造の作用を説明する。まず、継手同士が係合され、セグメント１同士が接合される過程から説明する。図５は、一方のセグメント１に継手ユニット２が係合される様子を、順を追って描いた説明図である。
【００２９】
継手ユニット２と雄型継手３との係合は、継手ユニット２を雄型継手３の軸方向に押し込んでいくだけで自動的に行われる。まず、図５（ａ）のように、継手ユニット２を受け穴１ｂに納まるような位置で押し込んでいく。挿着部２ｄは受け穴１ｂの内径よりわずかに小さい形状とされているので、中央からずれていても、押し込むにしたがって、挿着部２ｄが受け穴１ｂに沿う方向に案内されて、中央位置に戻される。ある程度押し込むと、係合突条３ａの先端のテーパ３ｂが雄ねじリング部４ｂの内周部に貫入する（図５（ｂ））。
【００３０】
継手ユニット２がさらに押し込まれると、係合突条３ａが係止爪部４ａ…を外側に押し開いていく（図５（ｃ））。そして、係合突条３ａが係止爪部４ａ…よりも飛び出ると、係止爪部４ａ…の弾性復元力が働いて、係止爪部４ａ…は元の状態に戻ろうとし、係合突条３ａの付け根に係止爪部４ａ…の先端を食い込ませる形で、弾性的に係合される（図５（ｄ））。すなわち、継手ユニット２の引き抜き方向には係止平面４ｄ…（図３）と係合突条３ａが突き当てられていることにより、同じく引き抜き方向と直角の接合面方向には円弧面４ｃ…（図３）により雄型継手３の軸部に弾性復元力が付勢されることにより、それぞれその方向の移動が規制されている。
【００３１】
なお係止爪部４ａと雄ねじリング部４ｂの間は、単独状態では、ヒンジ部４ｇを設けた隙間があるが（図３（ｂ）、図４）、上記の係合状態となって、リング軸方向に圧縮力が加わると、ヒンジ部４ｇがリング中心側に屈曲して弾性変形し、隙間が埋まって係止爪部４ａと雄ねじリング部４ｂは当接され、圧縮力が伝達されるものである。そのため、ヒンジ部４ｇは圧縮力を担荷する必要がない。
【００３２】
この場合、雄ねじリング部４ｂは少なくとも係合突条３ａを通過させる内径とされているので係合突条３ａ通過後はスペースに余裕があるから、ヒンジ部４ｇをリング内周部に設けリング中心部に向かって屈曲させることは、省スペースとなり、きわめて好都合である。
【００３３】
また図５（ｄ）の状態では、挿着部２ｄからわずかに飛び出されたフィン２ｅ…が受け穴１ｂに当接し、押し込み方向と逆方向に弾性変形されている。そのため、継手ユニット２はフィン２ｅ…を介して受け穴１ｂに対して浮動的に支持されている。すなわち、継手ユニット２は、フィン２ｅ…の弾性力に抗する外力が加えられると挿着部２ｄと受け穴１ｂの隙間の範囲で移動が可能となり、外力が消失すると元の状態に復帰するごとく支持されている。
【００３４】
次に、このようにして一方のセグメント１に継手ユニット２が係合されて、接合面１ａに雌型継手４が形成された状態となるので、受け穴１ｂ内に雄型継手３を備える他方のセグメント１を対向させて係合することにより、それぞれのセグメント１同士の接合が完成される。図６はその接合の様子を示す説明図である。
【００３５】
なお、継手同士の係合の過程は、上記の一方のセグメント１が、すでに固定された側であるか、これから接合しようとする側かによって、押し込まれるのが雄型継手３を備える他方のセグメント１であるか、雌型継手４を突出させた一方のセグメント１であるかの違いがあるだけで、相対的な動作は上記とまったく同様である。
【００３６】
いずれにしても継手ユニット２を単独でセグメント１に押し込む場合とは異なり、セグメント１自体を押し込んでいくために、受け穴１ｂや雄型継手３の位置を確認しにくくなるものである。しかしながら本発明によれば、継手ユニット２の先端が受け穴１ｂ内に入る位置で押し込めば、あとは受け穴１ｂや雄型継手３に沿って案内されて自動的に係合できるという上記に説明した作用があるので、きわめて容易に確実な接合を行うことができる（図６）。
【００３７】
その際、一方のセグメント１にすでに係合された継手ユニット２が受け穴１ｂに対して浮動的に支持されているために、位置ずれが大きい継手ユニット２は外力を受ける方向に逃げることができるから、こじるなどして押し込みの抵抗となることがなく円滑に係合が行える。
【００３８】
次に、図１を参照して接合完了後の作用を説明する。
本発明に係る継手ユニット２は、剛体とみなし得るセグメント１に埋め込まれている。そこで、継手ユニット２がセグメント１から受ける外力は、主に、セグメント１同士が接合面１ａ内でずれを起こす際に生じる接合面方向のせん断力と、セグメント１、１が離間しようとする際に生じる引張力とに分けて考えることができる。
【００３９】
まず、せん断力は、接合面１ａの近傍でそれぞれのセグメント１にまたがる板状部２ｂを設けることによって主に担荷可能となっている。板状部２ｂは、受け穴１ｂの接合面１ａでの開口径に近接する大きさとされているので、効率よくせん断力に抗することができるものである。
【００４０】
また引張力は、係合突条３ａ、係止爪部４ａを介して円筒部２ｃに伝達される。雄型継手３に対して係止爪部４ｂの傾斜を比較的浅くしているので、係止爪部４ａにかかる圧縮力による弾性変形を抑制することが可能となっている。さらに、係止爪部４ａを弾性可撓体とするためにヒンジ部４ｇを設けているので、圧縮力を担荷するために係止爪部４ａを厚くすることができる。そのため、引き抜きに伴う大きな圧縮力を担荷することができる利点がある。
【００４１】
また円筒部２ｃを、雄型継手３を取り巻くように設けることによって、荷重を受ける断面面積を比較的大きく取ることが可能となっている。
【００４２】
本発明では上記のように、構成を工夫することにより、主要な荷重成分に効率的な部材配置を行うことができるようになった。そのため、材料の使用量を減らすことができるとともに、特に、樹脂成形によって製作するのに好都合な形状とすることができるという利点が生じることになった。
【００４３】
また、板状部２ｂが受け穴１ｂの内面に近接する大きさの円板とされているので、外力が働いて接合面がずれを起こす場合には、板状部２ｂが受け穴１ｂに当接し、板状部２ｂが破壊されない限りそれ以上のずれを阻止できるという利点もある。
【００４４】
なお、上記の説明では、係止爪部４ａを弾性可撓体とするため、係止爪部４ａと雄ねじリング部４ｂの間にヒンジ部４ｇを設けた例で説明したが、係止爪部４ａの材質と形状を適宜選ぶことによりヒンジ部４ｇを設けなくてもよい。例えば、係止爪部４ａの付け根の幅を狭くして撓みやすくしてもよいし、係止爪部４ａ全体を適度の厚さとして、係止爪部４ａ全体で弾性可撓体をなすように形成してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上に述べたように、請求項１に記載の発明では、固定や押えのための別部品を必要とせず、それだけ部品点数を少なく構成でき、低コストの継手ユニットを提供することができるという効果を奏する。
【００４６】
請求項２に記載の発明では、筒状ハウジングと雌型継手を螺合によって係合するため、容易に組み立てることができて、しかも高強度な係合を行うことができるから、低コストの継手ユニットを提供することができるという効果を奏する。
【００４７】
請求項３に記載の発明では、雄型継手を継手ユニットの開口に押し込むだけで係合できるから、接合作業の作業性が向上するという効果を奏する。
また係合後も中心部に斜めに延ばされた爪状部材が係合突条および軸状部材に弾性的に押圧されるので、引き抜き力が生じても係合が確実に維持されるという効果を奏する。
またその結果、自動組付けにも好適となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る継手構造の実施の形態を示す、セグメントの厚さ方向の断面図である。
【図２】本発明に係る筒状ハウジングの一例を示す斜視図および断面図である。
【図３】本発明に係る雌型継手の一例を示す左側面図、軸方向断面図、および右側面図である。
【図４】本発明に係る雌型継手のヒンジ部の一例を説明するための断面図である。
【図５】本発明に係る継手ユニットをセグメントに係合する様子を示す説明図である。
【図６】本発明に係るセグメント同士の接合の様子を示す断面図である。
【図７】セグメントの組立の様子を示す説明図である。
【符号の説明】
１　セグメント（被接合部材）
１ａ　接合面
１ｂ　受け穴
２　継手ユニット
２ａ　ハウジング（筒状ハウジング）
２ｂ　板状部
２ｃ　円筒部
２ｄ　挿着部
２ｅ　フィン
２ｆ　リブ
２ｇ　雌ねじ部
３　雄型継手
３ａ　係合突条
３ｂ　テーパ
３ｃ　抜け止め突条
４　雌型継手
４ａ　係止爪部（爪状部材）
４ｂ　雄ねじリング部
４ｃ　円弧面
４ｄ　係止平面
４ｇ　ヒンジ部

Claims

それぞれの接合面に底部を有する形成された受け穴を備え該受け穴の底部中心に雄型継手が固設された被接合部材の相互間に、前記雄型継手に係止可能とされた雌型継手を両側に設けた継手ユニットを介して接合する継手構造であって、
前記継手ユニットが、
両端の開口した筒状ハウジングの両端に、前記雌型継手が着脱可能に係合されたことを特徴とする継手構造。
請求項１に記載の継手構造において、
前記筒状ハウジングへの前記雌型継手の係合をねじにより行うことを特徴とする継手構造。
請求項１または２に記載の継手構造において、
前記雄型継手が、軸状部材の先端に、先端側にテーパを備える係合突条を設けた構成とされ、
前記雌型継手が、前記筒状ハウジングの端部側の内周面から、該筒状ハウジング奥側の中心部に向けて斜めに延ばされた複数の爪状部材を備え、
該爪状部材が弾性可撓体として構成されたことを特徴とする継手構造。