JP2004238942A

JP2004238942A - 鋼管杭用ねじ継手及び締結方法

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Publication number: JP2004238942A
Application number: JP2003029871A
Authority: JP
Inventors: Eiji Tsuru; 英司津留; Tetsumi Kondo; 哲己近藤; Kenjiro Oka; 憲二郎岡; Toru Haneuma; 徹羽馬; Haruyuki Nagayoshi; 治之永吉; Hideki Tomita; 秀樹冨田
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyo Construction Co Ltd; KFC Ltd; Nippon Tubular Products Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toray Engineering Co Ltd; Nippon Steel Precision Machining Co Ltd; KFC Ltd
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-06
Also published as: JP4049682B2

Abstract

【課題】安価で曲げ強度に優れ、人力で締結できる鋼管杭用ねじ継手を提供する。
【解決手段】少なくとも一端に台形ねじをテーパー状に配列した２本の鋼管杭と、両側に台形ねじをテーパー状に配列し、該鋼管杭を螺合したカプラーからなるねじ継手において、鋼管杭ねじ部の先端同士が衝接していることを特徴とする鋼管杭用ねじ継手。第１の鋼管杭とカプラーの片側の螺合部のねじ山とねじ底が接触し、第２の鋼管杭とカプラーの他の片側の螺合部のねじ山とねじ底及び圧縮荷重面に間隙を有し、かつ引張荷重面が接触していることが好ましい。第２の鋼管杭とカプラーの他の片側の台形ねじのピッチ径の差の絶対値が、鋼管杭とカプラーの台形ねじのピッチ径公差の和以上であり、ねじ山有効嵌合高さが鋼管杭の直径の０．３％以上であることが好ましい。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は橋梁柱、建築物等の基礎補強及び地盤改良等に用いる鋼管杭並びに地すべり抑止杭等を安価で迅速に接合し得る鋼管杭用ねじ継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟弱地盤の改良、基礎補強のために、橋梁柱、鉄塔の基礎杭として、外径８０ｍｍ〜３００ｍｍ程度の鋼管杭が用いられてきた。これらの杭長は十数メートルに及ぶ場合もあるが、輸送、施工性の観点から３〜９ｍの短尺杭を施工現場で接合しながら孔中に降下させ、その後、ミルクセメントなどを充填し、補強する方法が採られてきた。
【０００３】
鋼管杭の接合には、溶接、ねじ継手等が用いられるが、効率性からねじ継手が主流になりつつある。鋼管杭のねじ継手には、管体と同等の引張及び圧縮強度に加え、重要な性能として曲げ強度も要求される。鋼管杭用ねじ継手は、少数の継手を締結後、場所を移動しながら複数個所で順次、あるいは同時に締結するものである。この鋼管杭用ねじ継ぎ手は、通常、人力によって締結される。従って、良好な施工性と人力による締結でも引張、圧縮、曲げ性能が発揮でき、尚かつ、安価な継手が要求されてきた。
【０００４】
このような鋼管杭を締結するねじ継手として、特許文献１及び特許文献２に地すべり抑止杭が開示されている。これらは、施工性の観点からテーパーねじを採用し、継手外径を管体と同等に抑えている。しかし、管体以上の曲げ強度の要求に対して、管体よりも高強度のねじ継手を溶接しなければならないため、ねじ継手の杭本体への溶接費用が大きく、安価な供給ができない。
【０００５】
これに対して、ねじ継手の杭本体への溶接を伴わず、カプラーにより杭同士を締結する方法が、特許文献３及び特許文献４に開示されている。しかし、これらの方法は、カプラー中央部に鋼管杭の先端と接触するショルダー部と呼ばれる突起を設けて、ねじ継ぎ手の曲げ強度を確保するものである。カプラー内面又は外面にショルダー部を設けることで曲げ強度を向上させることをできるが、ショルダー部の作製により製造コストが上昇し、更にカプラー素管全体が厚肉化するため、素管コスト及びねじ切削費用の著しい上昇を招く。
【０００６】
また、特許文献５、特許文献６及び特許文献７には、カプラー中央部でピン先端同士が衝接するねじ継手が開示されている。しかし、これらは油井管用ねじ継手であり、同一の孔中に数百個もの継手を使用し、かつ継手の気密性が要求される。そのため、油井管用ねじ継手は、カプラーと鋼管のねじが確実に嵌合していることが要求されるものであり、締結時の摩擦力による抵抗が大きく、鋼管杭とは異なり、機械による締結が行われている。
【０００７】
油井管用ねじ継手においても、締結時の摩擦力を低下させるために、特許文献８には、引張荷重面のみが接触する不完全ねじ部を設ける方法が、特許文献９には、締結時に螺合部の引張荷重面のみが接触し、ねじ山とねじ谷間及び圧縮荷重面に間隙を設ける方法が開示されている。しかし、特許文献８の油井管用ねじ継手は、ねじ山とねじ谷間が接触する完全ねじ部が必要であり、特許文献９による方法は、締結終了時には引張荷重面間と圧縮荷重面間の両方が接触することが必要であるため、何れも人力による締結は不可能である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０７−８２７３８号公報
【特許文献２】
特開平０７−１０２５５５号公報
【特許文献３】
特開平０６−１９３０５５号公報
【特許文献４】
特開２００２−６１１７５号公報
【特許文献５】
特開平０６−１２３３８６号公報
【特許文献６】
特開平０８−３０３６５７号公報
【特許文献７】
特開平１１−１０８２６４号公報
【特許文献８】
特開２００２−２９５７４７号公報
【特許文献９】
特開２００２−６１７７９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ねじ継手を鋼管杭本体に溶接することなく、鋼管杭に必要な引張、圧縮、曲げ強度を確保し得る、人力による締結が可能な、鋼管杭用ねじ継手を安価に提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、カプラー製造コスト削減のために、カプラーにショルダーを設けずに、鋼管杭の継手の曲げ強度を向上させ、人力による締結を可能とする方法について詳細に検討した。その結果、曲げ強度の向上には、鋼管杭のねじ部とカプラーのねじの螺合部において、鋼管杭のねじ部の先端同士を衝接させることが有効であり、更に、鋼管杭のねじ部の台形ねじとカプラーの台形ねじの接触部位を少なくすることにより、締結時の摩擦力の低減が可能であるという知見を得た。そのためには、鋼管杭のねじ部の台形ねじ及びカプラーの台形ねじのピッチ径を最適化し、台形ねじ同士の接触長であるねじ山勘合高さを確保することが重要であることを見出した。
【００１１】
本発明は、このような知見に基づき、鋼管杭用ねじ継手の要求性能、施工特性、加工特性を総合的に分析することによって、初めて完成できたものであり、ショルダーのないカプラーを用いて、カプラーのほぼ中央部で２つの鋼管杭のねじ部の先端同士を衝接させた、人力による締結が可能な鋼管杭用ねじ継手であり、その要旨は以下のとおりである。
【００１２】
（１）少なくとも一端に台形ねじをテーパー状に配列した２本の鋼管杭と、両側に台形ねじをテーパー状に配列し、該鋼管杭を螺合したカプラーからなるねじ継手において、２本の鋼管杭ねじ部の先端同士が衝接していることを特徴とする鋼管杭用ねじ継手。
【００１３】
（２）第１の鋼管杭とカプラーの片側の螺合部の該鋼管杭のねじ部のねじ山と該カプラーのねじ底及び／又は該鋼管杭のねじ部のねじ底と該カプラーのねじ山が接触し、第２の鋼管杭とカプラーの他の片側の螺合部のねじ山及びねじ谷間、及び圧縮荷重面に間隙を有し、かつ引張荷重面が接触していることを特徴とする（１）記載の鋼管杭用ねじ継手。
【００１４】
（３）第２の鋼管杭の台形ねじのピッチ径とカプラーの他の片側の台形ねじのピッチ径の差の絶対値が、該鋼管杭の台形ねじのピッチ径公差と該カプラーの台形ねじのピッチ径公差の和以上であり、該鋼管杭のねじ部の台形ねじと該カプラーの台形ねじの接触長であるねじ山有効嵌合高さが鋼管杭の直径の０．３％以上であることを特徴とする（２）記載の鋼管杭用ねじ継手。
【００１５】
（４）第１の鋼管杭のねじ部のねじ山とカプラーの片側のねじ底及び／又は該鋼管杭のねじ部のねじ底と該カプラーのねじ山を接触させるように螺合した後、第２の鋼管杭とカプラーの他の片側のねじ山及びねじ谷間並びに圧縮荷重面に間隙を有し、かつ引張荷重面を接触させるように螺合することを特徴とする（１）〜（３）の何れか１項に記載の鋼管杭用ねじ継手の締結方法。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一例であり、カプラーの両側に１本ずつ鋼管杭を締結した鋼管杭用ねじ継手の螺合部を示したものである。カプラーの両側の内面にテーパーねじ１（雌ねじ１という）を刻設し、ねじ形状は台形ねじ５を呈する。カプラーの片側の雌ねじは、第１の鋼管杭の端部の外面にテーパーねじを刻設した部位である鋼管杭のねじ部（雄ねじ２という）と螺合している。更にカプラーの他の片側は、第２の鋼管杭の端部の外面にテーパーねじを刻設した部位である鋼管杭のねじ部（雄ねじ３という）と螺合している。
【００１７】
更に、この鋼管杭用ねじ継手の螺合部は、先行して締結した鋼管杭の雄ねじ２の先端と後行して締結した雄ねじ３の先端が、雄ねじ先端６で衝接している。この構造により、カプラーにショルダー部を設けなくても先行して締結した第１の鋼管杭の雄ねじ２の先端が、その後締結した、第２の鋼管杭の雄ねじ３を締結する際にショルダーの役割を果たし、衝接した雄ねじ先端６により、曲げ強度が著しく向上する。
【００１８】
本発明により曲げ強度が改善できるメカニズムを図２によって説明する。鋼管杭に曲げ荷重が負荷され、図２のねじ継手の両端に上向きの曲げモーメントが加わると、雄ねじ２と雄ねじ３が衝接していない従来技術の場合、雄ねじ２から雌ねじ１へ、雌ねじ１から雄ねじ３へ圧縮応力が伝達される。継手設計において鋼管杭本体とカプラー材に強度が同等である材料を使用する場合は、例えば雄ねじ３と雌ねじ１の螺合部において、雄ねじ３の先端のカプラー危険断面での断面係数を少なくとも管体の断面係数以上に設計することでカプラーからの破断を防止できる。
【００１９】
これに対し、雄ねじ２と雄ねじ３が衝接している本発明では、曲げ荷重により発生する圧縮応力は、従来技術と同様のねじ部からの伝達に加え、雄ねじ先端６において雄ねじ２から雄ねじ３に直接伝達される。その結果、従来技術と同様の、雄ねじ２，３と雌ねじ１を介して伝達する力が軽減する。更に、従来技術に比較して、雄ねじ２，３を雌ねじ１に、より深く螺合しているため、同じ形状のテーパーねじを有するカプラーを用いた場合、カプラー危険断面でのカプラーの肉厚が大きくなり、断面係数を増大させることができる。従って、ショルダーを有しないテーパーねじを形成したカプラーを用いたねじ継手においても、鋼管杭のねじ部の先端同士を衝接させることによって、曲げ強度を確保することが可能になる。
【００２０】
なお、鋼管杭の雄ねじの長さは、完全ねじ山長さで鋼管杭の直径の２０〜４０％であることが好ましく、カプラーの長さは、雄ねじの長さの２倍程度であることが好ましい。更に、鋼管杭の強度は４００〜８００ＭＰａ、カプラー強度の強度は５００〜１０００ＭＰａであることが好ましく、鋼管杭の強度とカプラー強度を継手性能の観点から適宜、組み合わせることが好ましい。
【００２１】
次に本発明をテーパーねじに特定した理由について説明する。平行ねじの場合、ねじの締結を開始する際に、軸合わせを精度良く行うことが必要であり、更に迅速に締結するには、ねじリードを大きくすることが唯一の方法である。これに対してテーパーねじでは、テーパーによって軸合わせが容易になり、締結性はねじリードに加え、ねじ列テーパーとねじ山高さにも依存し、平行ねじよりも速く締結できることが、多くの研究から実証されている。
【００２２】
通常、テーパーねじにおいて、ねじの形状が角ねじや台形ねじである場合は締め付けによるねじ山とねじ底の半径方向の干渉により、ねじ継手を自立させることができる。一方、ねじの形状が三角ねじや丸山ねじである場合は圧縮荷重や引張荷重を受け持つフランク面の干渉により、ねじ継手を自立させることができる。しかし、人力による締結を行う場合、ねじ部の先端同士を衝接させ、尚かつ、ねじを自立させるにはねじ山とねじ底の半径方向の干渉と、圧縮荷重面及び引張荷重面の干渉が同時に生じると達成できないことがわかった。
【００２３】
また、鋼管杭のねじ部の先端同士を衝接させることは、機械を用いた締結の場合は容易であるが、人力によって締結する場合には、カプラー及び鋼管杭のねじの形状を最適化することが好ましい。即ち、ねじの形状の最適化により、先行の鋼管杭の雄ねじの先端がカプラーの中央部に達する前に、摩擦力が大きくなり過ぎて、後行の鋼管杭の雄ねじの先端が先行の鋼管杭の雄ねじの先端まで届かないという問題や、鋼管杭の雄ねじの先端同士は接触しても、継手のねじ山の嵌合が不十分で、継手が抜け落ちるという問題を回避することができる。そこで工業生産上、十分な加工公差を有し、人力による締結でも雄ねじ先端同士を確実に衝接し得る方法について検討を行った。
【００２４】
図３は、雄ねじ先端６が接触した図１と同様の構成であり、更に好ましい鋼管杭の雄ねじとカプラーの雌ねじの螺合部の特徴を示したものである。第１の鋼管杭のねじ部とカプラーの片側の螺合部の例として、第１の鋼管杭のねじ部のねじ山とカプラーの片側のねじ底の間隙７（雄ねじ山−雌ねじ底間隙７という）及び第１の鋼管杭のねじ部のねじ底とカプラーの片側のねじ山の接触８（雄ねじ底−雌ねじ山接触８という）を示している。また、第２の鋼管杭のねじ部とカプラーの他の片側の螺合部は、第２の鋼管杭のねじ部のねじ底とカプラーの他の片側のねじ山との間隙９（雄ねじ底−雌ねじ山間隙９という）、第２の鋼管杭のねじ部のねじ山とカプラーの他の片側のねじ底との間隙１０（雄ねじ山−雌ねじ底間隙１０という）、圧縮荷重面間隙１１を有し、引張荷重面１２が接触している。
【００２５】
本発明により、人力により確実な締結が可能になるメカニズムについて、カプラーの雌ねじ１の片側と第１の鋼管杭の雄ねじ２を先に締結し、後からカプラーの雌ねじ１の他の片側と第２の鋼管杭の雄ねじ３を締結する場合を例として説明する。まず、カプラーの雌ねじ１の片側に鋼管杭の雄ねじ２を螺合する際、テーパーねじの場合は螺合が進むと、雌ねじ１の特定の部位においては雄ねじ２の外径が次第に広がる。鋼管杭ねじ部の先端がカプラーの中央付近に到達するまで雌ねじと雄ねじの螺合進み、雄ねじのねじ底と雌ねじのねじ山が接触し、雄ねじ底−雌ねじ山接触８を形成すると、締結のトルクが増加し、人力による締結は限界に至る。
【００２６】
このとき、雄ねじと雌ねじは、台形ねじの引張荷重面の嵌合により、十分に固定されており、雄ねじ先端が実質上のショルダー部を形成している。続いてカプラー１の他の片側に雄ねじ３を螺合し、鋼管杭ねじ部の先端同士を接触させると、雄ねじは互いに反力を受けて、ねじの引張荷重面が接触し、カプラーと雄ねじが固定される。この際、カプラー１の他の片側と雄ねじ３の螺合部において、雄ねじの先端同士が接触するまで、雄ねじ底−雌ねじ山間隙９、雄ねじ山−雌ねじ底間隙１０が形成されていれば、雄ねじ先端同士の衝接以前にトルクの急激な増加は起こらない。更に、圧縮荷重面にも圧縮荷重面間隙１１が形成されていれば、圧縮荷重面と引張荷重面が同時に接触しないため、雄ねじ先端が接触する以前の締め付けトルクの急激な増加を抑制することができる。
【００２７】
なお、図３では、雄ねじ山−雌ねじ底間隙７、雄ねじ底−雌ねじ山接触８を有する例を説明したが、雄ねじ山−雌ねじ底が接触して、雄ねじ底−雌ねじ山に間隙を有しても良く、雄ねじ山−雌ねじ底と雄ねじ底−雌ねじ山が共に接触しても良い。
【００２８】
本発明による継手は図４に示すように通常、工場出荷時に搬送、あるいは不測の衝撃などによりカプラーが緩まない程度に手締め、又は機械により締結されるが、施工現場では人力による締結が標準となる。従って、工場出荷時に第１の鋼管杭のねじ部を、例えば雄ねじ山−雌ねじ底間隙７、雄ねじ底−雌ねじ山接触を形成するようにカプラーの片側と締結し、その後、施工現場では人力で、第２の鋼管杭のねじ部を、雄ねじ底−雌ねじ山間隙９、雄ねじ山−雌ねじ底間隙１０及び圧縮荷重面間隙１１を形成し、引張荷重面１２が接触する状態でカプラーの他の片側に螺合する。
【００２９】
次に、人力でカプラーと鋼管杭を締結する際、安定してカプラー中央部で鋼管杭ねじ部の先端同士を衝接させる方法について検討を行った。カプラー中央部にショルダーを有する継手では、鋼管杭ねじ部の先端がショルダーに接触すると締結が完了するため、鋼管杭ねじ部の先端同士は接触せず、相互に影響を及ぼすことはない。しかし、本発明はカプラー中央部のショルダーを省略するため、締結が終了した際に、鋼管杭ねじ部の先端の位置がカプラー中央部付近の適切な範囲に入ることが極めて重要である。これには、雌ねじと雄ねじのピッチ径の差を適切な範囲にすることが重要である。
【００３０】
本発明者らは、第１の鋼管杭の雄ねじのピッチ径公差とカプラーの片側の雌ねじのピッチ径公差によって生じる、締結後の鋼管杭の雄ねじの先端の位置の変動を、図５に示すようにカプラーの他の片側の台形ねじのピッチ径１４（雌ねじピッチ径１４という）と第２の鋼管杭のねじ部のピッチ径１５（雄ねじピッチ径１５という）との差の絶対値を、カプラーの他の片側の台形ねじのピッチ径の公差（雌ねじピッチ径公差という）と第２の鋼管杭のねじ部の台形ねじのピッチ径の公差（雄ねじピッチ径公差という）との和よりも小さくすることによって吸収する方法を指向した。
【００３１】
図５において下側の雄ねじ３と雌ねじ１が螺合している。雌ねじピッチ径１４は、雌ねじ１の台形ねじのねじ高さの中央部を結ぶ直線であり、雄ねじピッチ径１５は雄ねじ３の台形ねじのねじ高さの中央部を結ぶ直線である。この雌ねじピッチ径と雄ねじピッチ径の差の絶対値を、雌ねじピッチ径公差と雄ねじピッチ径公差の和以上にすれば、安定的に雄ねじ先端がカプラーのほぼ中央で衝接する。
【００３２】
雌ねじ及び雄ねじのピッチ径はスタンドオフゲージと呼ばれる円錐状の計測器を用いて測定することができる。また、雌ねじ及び雄ねじのピッチ径公差は、スタンドオフゲージの入り具合、即ち、軸方向の移動長さとして測定することができる。
【００３３】
雄ねじ先端同士の衝接を優先すると、ねじ山の嵌合が甘くなる場合があり、特に引張軸力に対して十分な強度を得られず、継手がジャンプアウト（抜け落ち）することがある。これを防止するには、引張荷重面における雄ねじと雌ねじのねじ山の接触長である、ねじ山有効嵌合高さ１６を直径比の０．３％以上とすることが必要である。これにより、引張強度、圧縮強度に代表される継手性能も確保できる。ねじ山有効嵌合高さの上限は、鋼管杭の外径、台形ねじのねじ山高さ、雄ねじ底−雌ねじ山間隙９及び雄ねじ山−雌ねじ底間隙１０によって決まるものであり、特に規定しない。ねじ山有効嵌合高さを高くすればピッチ径公差を大きく取れる反面、カプラーの危険断面を補うために、カプラー外径を大きくすることが必要になる。
【００３４】
ねじ山有効嵌合高さは、鋼管杭ねじ部とカプラーを締結した際の断面形状から計測することができる。テーパーとピッチ径から図６に示したような図面を作成して測定することも可能である。
【００３５】
また、台形ねじのねじ山高さは、鋼管杭外径にも左右されるが、外径２００ｍｍ以下の鋼管杭では、ねじ山高さ１〜２ｍｍ、２００ｍｍ以上では１．３〜３ｍｍ程度とすることにより、継手の要求性能を満足し、製造コストを抑えることができる。台形ねじの形状については、具体的にはＡＰＩスタンダード５Ｂのバットレスねじ、ＥＬケーシングねじなどが好ましい。また、鋼管杭のねじ部及びカプラーのねじテーパーは特に規定しないが、加工効率及びコスト面から１／８〜１／１６の範囲とすることが好ましい。
【００３６】
なお、本発明は、カプラー中央部にショルダー部を有さず、先行して螺合し、締結した雄ねじ先端を実質的にショルダーとして作用させるために、図３のように、雄ねじ２を、雄ねじ山−雌ねじ底間隙７、雄ねじ底−雌ねじ山接触８を形成するように、カプラーの片側の雌ねじ１に締結し、その後、雄ねじ３を、雄ねじ底−雌ねじ山間隙９、雄ねじ山−雌ねじ底間隙１０及び圧縮荷重面間隙１１を有し、引張荷重面１２が接触するように、カプラーの他の片側の雌ねじと締結し、雄ねじ２と雄ねじ３の先端同士を衝接させることが好ましい。
【００３７】
以上の説明は、カプラーを雌ねじ、鋼管杭のねじ部を雄ねじとした例であるが、鋼管杭の端部の内面に雌ねじを刻設し、カプラーの外面に雄ねじを刻設しても良い。この場合は、図１及び図３において、図の下側が外面、図の上側が内面になる。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
外径１１４ｍｍの鋼管杭の雄ねじのピッチ径及びピッチ径公差並びに内径が鋼管杭と同程度のカプラーの雌ねじのピッチ径及びピッチ径公差をＡＰＩスタンダード５Ｂに示されるスタンドオフゲージによって測定した。鋼管杭及びカプラーのピッチ径公差は、ともに０．０７５ｍｍであった。即ち、鋼管杭のピッチ公差とカプラーのピッチ径公差の和は０．１２５ｍｍである。
【００３９】
第１の鋼管杭をカプラーの片側に締結し、第２の鋼管杭をカプラーの他の片側に締結した。螺合した継手の雄ねじ先端同士の衝接の有無を目視により確認した。また、継手の螺合部のねじ山有効嵌合高さをスタンドオフ値より求めた。
鋼管杭の雄ねじとカプラーの雌ねじのピッチ径差、ねじ山有効嵌合高さ及び雄ねじ先端同士の衝接の有無を表１に示す。ここで雄ねじと雌ねじのピッチ径差が大きくなるほど、雄ねじ先端同士の衝接サンプル数は増加し、雄ねじと雌ねじのピッチ公差の和を超えると未衝接サンプルは皆無となった。
【００４０】
【表１】

【００４１】
（実施例２）
外径２４４ｍｍの鋼管杭の雄ねじのピッチ径及びピッチ径公差並びに内径が鋼管杭と同程度のカプラーの雌ねじのピッチ径及びピッチ径公差を実施例１と同様にして測定した。鋼管杭及びカプラーのピッチ径公差は、ともに０．１２５ｍｍであった。即ち、鋼管杭のピッチ公差とカプラーのピッチ径公差の和は０．２５０ｍｍである。第１の鋼管杭をカプラーの片側に締結し、第２の鋼管杭をカプラーの他の片側に締結した。螺合した継手の雄ねじ先端同士の衝接の有無を目視により確認し、継手の螺合部のねじ山有効嵌合高さを、実施例１と同様にして測定した。
【００４２】
鋼管杭の雄ねじとカプラーの雌ねじのピッチ径差、ねじ山有効嵌合高さ及び雄ねじ先端同士の衝接の有無を表２に示す。ここで雄ねじと雌ねじのピッチ径差が大きくなるほど、雄ねじ先端同士の衝接サンプル数は増加し、雄ねじと雌ねじのピッチ公差の和を超えると未衝接サンプルは皆無となった。
【００４３】
【表２】

【００４４】
（実施例３）
外径８０ｍｍ〜２７３ｍｍの鋼管杭の雄ねじを内径が鋼管杭と同程度のカプラーの雌ねじの両側に螺合した。この際、第１の鋼管杭をカプラーの片側に人力により締結した後、第２の鋼管杭をカプラーの他の片側に人力により締結した。螺合した継手の雄ねじ先端同士の衝接の有無を目視により確認し、更に、第２の鋼管杭とカプラーの他の片側のねじ継手の螺合部において、雄ねじ山−雌ねじ谷間隙、雄ねじ底−雌ねじ山間隙、圧縮荷重面間隙及び引張荷重面間隙を求めた。
【００４５】
雄ねじ山−雌ねじ谷間隙、雄ねじ底−雌ねじ山間隙、圧縮荷重面間隙及び引張荷重面間隙は、スタンドオフゲージによるピッチ径及びピッチ径公差の値から予測した値とした。なお、この予測値が実測値と同等であることを以下のようにして確認している。まず雄ねじ及び雌ねじのスタンドオフ値を測定して間隙の値を予測した。次にこの雄ねじと雌ねじを螺合し、螺合部を軸方向に切断し、螺合後の断面写真からねじ間隙を測定した。更にこの実測した間隙の値と予測した間隙の値が同等であることを確認した。
【００４６】
表３に、ねじ山とねじ底の間隙の最小値を山谷最小間隙として示し、更に圧縮荷重面間隙及び雄ねじ先端同士の衝接の有無も示した。表３において、山谷最小間隙は、締め込み完了時点の雄ねじ山−雌ねじ谷間隙と雄ねじ底−雌ねじ山間隙の何れか小さい方の間隙である。また、ＡサイドとＢサイドとはカプラー両側のねじを区別したものであり、先行して締結した第１の鋼管杭のねじ部とカプラーの片側とのねじ継手をＡサイド、後行して締結した第２の鋼管杭のねじ部とカプラーの他の片側とのねじ継手をＢサイドとした。引張荷重面間はいずれも接触していた。
【００４７】
比較例１３，１５，１８、２０，２１，２２はＡ，Ｂ両サイドとも山谷間が接触しているため、雄ねじ先端の衝接が得られなかった。比較例１４、１６、１９は何れか片側のねじに山谷間隙を有しているが、山谷間隙を有している側の圧縮荷重面が接触しているため、雄ねじ先端の衝接が得られなかった。比較例１７，１８、２３は両側のねじに山谷間隙を有しているが、いずれのねじも圧縮荷重面が接触しているため、雄ねじ先端の衝接が得られなかった。
【００４８】
実施例１２，１８，１９はＡサイドに山谷間と圧縮荷重面に同時に間隙を有し、締め込み完了時点で雄ねじ先端の衝接が得られた。実施例１０，１１，１３、１４、１５，１６、１７はＢサイドに山谷間と圧縮荷重面に同時に間隙を有し、締め込み完了時点で雄ねじ先端の衝接が得られた。
【００４９】
【表３】

【００５０】
（実施例４）
表４に示した外径、肉厚及び鋼種の鋼管杭の雄ねじを、同じ鋼種で内径及び肉厚が鋼管杭と同じ程度であるカプラーの雌ねじの両側に、実施例３と同様に螺合した。２本の鋼管杭の雄ねじ及びカプラーの雌ねじのピッチ径並びにピッチ径公差を実施例１と同様にして求めた。
【００５１】
螺合した継手の雄ねじ先端同士の衝接の有無を目視により確認し、更に、ねじ継手の螺合部において、雄ねじ山−雌ねじ谷間隙、雄ねじ底−雌ねじ山間隙、圧縮荷重面間隙及び引張荷重面間隙間を実施例３と同様に測定した。また、継手の螺合部のねじ山有効嵌合高さを、実施例１と同様にして測定した。
【００５２】
曲げ試験は継手部を中央に配置した４点曲げ試験とし、曲げ強度は最大負荷荷重時の荷重を曲げモーメントに換算した。また、引張、圧縮試験では試験期間中の最大荷重を示す。
【００５３】
表４に、先行して締結したねじ継手をＡサイド、後行のねじ継手をＢサイドとして、山谷最小間隙、圧縮荷重面間隙、雄ねじ先端同士の衝接の有無、ねじ山有効嵌合高さ、継手性能を示した。表４において、山谷最小間隙として、締め込み完了時点の雄ねじ山−雌ねじ谷間隙と雄ねじ底−雌ねじ山間隙の何れか小さい方の間隙を示した。また、引張荷重面間はいずれも接触していた。
【００５４】
比較例２４，２５、２７，２８、３０，３１はいずれも締め込み終了時点で雄ねじ先端が衝接していないため、ねじ山有効嵌合高さは十分にあるものの、継手曲げ強度が雄ねじ先端が衝接している継手に比較して明らかに劣った。比較例２６、２９、３２は締め込み終了時点で雄ねじ先端は衝接しているものの、ねじ山有効嵌合高さが管径比で０．３％に満たないため、特に継手引張試験でジャンプアウトが多発し、継手強度自身もねじ山有効嵌合高さが管径比で０．３％以上あるものに比較して劣った。
【００５５】
一方、いずれの実施例も雄ねじ先端が衝接し、ねじ山有効嵌合高さが管径比で０．３％以上あるため、曲げ強度、引張強度とも高位に安定した。圧縮強度は雄ねじ先端の衝接の有無、ねじ山有効嵌合高さの大小に関わらず、ほぼ一定の値を示した。これは短柱圧縮試験では圧縮荷重が管体降伏強度を超えた付近から管体部で座屈現象が起きるためである。
【００５６】
【表４】

【００５７】
【発明の効果】
本発明により、人力による締結が可能であり、曲げ強度、引張強度が改善された鋼管杭用ねじ継手を提供することができ、産業上の貢献が極めて高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による鋼管杭用ねじ継手の構成図。
【図２】曲げ負荷時の本発明による効果を説明する図。
【図３】本発明による継手のねじ間隙を示す図。
【図４】本発明によるねじ締結例を示す図。
【図５】本発明におけるねじ間隙とピッチ径を示す図。
【符号の説明】
１…カプラーの両側の内面のテーパーねじ１
２…第１の鋼管杭のねじ部
３…第２の鋼管杭のねじ部
４…第１の鋼管杭とカプラーの片側の螺合
５…台形ねじ
６…鋼管杭のねじ部の先端の衝接
７…第１の鋼管杭のねじ部のねじ山とカプラーの片側のねじ底の間隙
８…第１の鋼管杭のねじ部のねじ底とカプラーの片側のねじ山との接触
９…第２の鋼管杭のねじ部のねじ底とカプラーの他の片側のねじ山との間隙
１０…第２の鋼管杭のねじ部のねじ山とカプラーの他の片側のねじ底との間隙
１１…圧縮荷重面間隙
１２…引張荷重面
１３…圧縮荷重面
１４…カプラーの他の片側の台形ねじのピッチ径
１５…第２の鋼管杭のねじ部の台形のピッチ径
１６…ねじ山有効嵌合高さ

Claims

少なくとも一端に台形ねじをテーパー状に配列した２本の鋼管杭と、両側に台形ねじをテーパー状に配列し、該鋼管杭を螺合したカプラーからなるねじ継手において、２本の鋼管杭ねじ部の先端同士が衝接していることを特徴とする鋼管杭用ねじ継手。
第１の鋼管杭とカプラーの片側の螺合部の該鋼管杭のねじ部のねじ山と該カプラーのねじ底及び／又は該鋼管杭のねじ部のねじ底と該カプラーのねじ山が接触し、第２の鋼管杭とカプラーの他の片側の螺合部のねじ山及びねじ谷間、及び圧縮荷重面に間隙を有し、かつ引張荷重面が接触していることを特徴とする請求項１記載の鋼管杭用ねじ継手。
第２の鋼管杭の台形ねじのピッチ径とカプラーの他の片側の台形ねじのピッチ径の差の絶対値が、該鋼管杭の台形ねじのピッチ径公差と該カプラーの台形ねじのピッチ径公差の和以上であり、該鋼管杭のねじ部の台形ねじと該カプラーの台形ねじの接触長であるねじ山有効嵌合高さが鋼管杭の直径の０．３％以上であることを特徴とする請求項２記載の鋼管杭用ねじ継手。
第１の鋼管杭のねじ部のねじ山とカプラーの片側のねじ底及び／又は該鋼管杭のねじ部のねじ底と該カプラーのねじ山を接触させるように螺合した後、第２の鋼管杭とカプラーの他の片側のねじ山及びねじ谷間並びに圧縮荷重面に間隙を有し、かつ引張荷重面を接触させるように螺合することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の鋼管杭用ねじ継手の締結方法。