JP2007205094A - 鋼管、鋼管杭、およびコンクリート補強用鋼材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼鈑を円筒形に成形した後に溶接接合し、圧延ロールで螺旋状に連続又は螺旋状かつ断続的に連続する凹凸を内外周両面の全長に渡って設けた鋼管を製造する。接合は、鋼管P同士の接合手段として凹凸(凹部P1および凸部P2)に螺合する機械式の継手部材4を利用することができ、溶接接合と比較して、接合作業の手間や時間が軽減され、施工コストを大幅に低減させることができる。
【選択図】図2
Description
特許文献1に記載された節付き鋼管杭は、拡径ブロックや拡径ブロックを径方向外側に押し出す油圧シリンダ等からなり鋼管の内部に挿入される拡径機構と、拡径ブロックを鋼管の長手方向に進退移動させる進退機構とを備えた拡径装置を用い、局部拡径加工を冷間で実施して製造されるものである。このような節付き鋼管杭では、地盤に埋設された状態において、節状突起部と地盤との間の摩擦抵抗を増大させることで、大きな支持力が期待できるようになっている。
このような構成によれば、熱間圧延により凹凸を形成することで、従来のように冷間で節状突起部を加工したり切削によりねじを加工したりする場合と比較して、鋼管の製造工程を簡略化かつ短縮化することができるとともに、凹凸部分の肉厚が薄くなることが防止できて鋼管の強度を確保することができる。
このような構成によれば、コイル状に巻き取った鋼管(Pipe In Coil)とすることで、超長尺(例えば、最大長さ1000メートル)の鋼管を製造して運搬することができ、継手部材による接合箇所を少なくしたり省略したりすることができ、当該鋼管を流体循環用の配管として利用する場合に、施工手間や施工時間を大幅に削減することが可能になる。
ここで、熱媒としては、液体(水や油、各種有機熱媒)や、気体(空気や水蒸気、各種ガス)などが例示でき、この熱媒を採熱用、放熱用あるいは採放熱用のいずれであってもよい。そして、熱パイプとしては、地中熱利用のヒートポンプシステムにおける地中熱交換器として地中あるいは杭の内部に配設する配管や、道路融雪設備における融雪機として道路面下方に配設する配管、スケートリンクの製氷装置としてリンク面下方に配設する配管、さらには冷蔵(冷凍)倉庫等の冷蔵(冷凍)機としての配管や、温水機としての配管、建物のセントラル空調設備における冷暖房機(熱交換器)としての配管として利用可能である。
このような構成によれば、接合箇所が少ないあるいは接合箇所がない超長尺の鋼管を熱パイプとして用いることで、大規模な施設において長距離に渡って連続して熱パイプを配設する際の施工手間と時間を削減し、施工コストを大幅に低減することができる。
このような本発明によれば、回転貫入工法により施工される鋼管杭において、上下に連結される鋼管同士の接合手段として凹凸に螺合する機械式継手を利用することができ、従来の鋼管杭のように溶接接合するものと比較して、接合作業の手間や時間が軽減されるとともに、熟練した溶接技能者がいなくても施工可能になり、施工コストを大幅に低減させることができる。そして、溶接による接合が不要になることから、溶接の火が使えない施工現場においても施工可能になり、鋼管杭の適用範囲を拡大させることができる。
さらに、鋼管に螺旋状の凹凸が形成されているため、地盤に回転貫入する際の回転方向を凹凸の螺旋方向に合わせることで、小さな力で容易に貫入させることができ、小型の杭打ち機を用いかつ騒音や振動を防止した施工が実現できるとともに、外周面の凹凸によって地盤との周面摩擦抵抗を増大させることができ、大きな支持力が期待できる。さらに、鋼管を回転させるための杭打ち機のカップリングにねじを形成しておき、このカップリングを鋼管の凹凸に螺合させて回転貫入するように構成すれば、カップリングと係合する係合コマのような突起を鋼管の上部に取り付けておく必要がなくなり、この点でも鋼管の製造コストや施工コストを低減させることができる。
このような構成によれば、継手部材を用いて上下一対の杭本体を接合することで、容易かつ簡便に接合作業を実施することができる。すなわち、鋼管の外周面の凹凸同士に跨って螺合される継手部材を用いる場合には、上または下の鋼管に継手部材を螺合させておき、下の鋼管の上に上の鋼管をセットしてから継手部材を回転させて上下の鋼管に跨るように移動させることで、外観を目視で確認しながら接合作業が実施できる。一方、鋼管の内周面の凹凸同士に跨って螺合される継手部材を用いる場合には、上下いずれか一方の鋼管に継手部材を螺合させておき、上の鋼管を回転させながら他方の鋼管に継手部材を螺合させることで接合作業が実施でき、継手部材が鋼管内に配置されて外側に大きく突出しないので、継手位置における貫入抵抗の増大を防止して鋼管杭の施工作業を円滑に実施することができる。
このような構成によれば、鋼管杭の先端に回転推進用の鍔部を設ける場合において、この鍔部を有した先端部材を杭本体とは別体で製造しておき、この先端部材と杭本体とを互いの鋼管の凹凸に螺合する継手部材で連結することで、長尺の鋼管からなる杭本体側に鍔部を形成する必要がなくなるため、杭本体を運搬したり吊り込んだりする作業が円滑に実施でき、施工性を向上させることができる。
このような本発明によれば、鉄筋コンクリート造(RC造)における鋼棒(鉄筋)に替えて前述したような鋼管を用いることで、鋼管同士の接合が容易になって施工性が向上するとともに、中実な鋼棒に比べて中空な鋼管を用いることで軽量化も実現することができる。
このような本発明によれば、コンクリート杭における主筋やせん断補強筋として前述の鋼管を用いることで、鋼管の内外周面に形成された凹凸とコンクリートとの高い付着力が期待でき、コンクリート杭の曲げ強度やせん断強度を向上させることができる。
なお、第2実施形態以降において、次の第1実施形態で説明する構成部材と同じ構成部材、および同様な機能を有する構成部材には、第1実施形態の構成部材と同じ符号を付し、それらの説明を省略または簡略化する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る鋼管Pを用いた鋼管杭1を示す側面図である。図2は、鋼管杭1の接合構造を示す断面図である。
図1、図2において、鋼管杭1は、各々全体長尺円筒状の鋼管Pから形成されて互いに連結される杭本体2(上杭2A、中杭2B、下杭2C)と、下杭2Cの先端(下端)に連結される先端部材3とを有して構成されている。先端部材3は、鋼管Pを短尺状に切断した先端部材本体3Aと、この先端部材本体3Aの下端部をフレア加工して径方向外側に突出させた鍔部3Bとを有して形成されている。そして、杭本体2同士、および下杭2Cと先端部材3の先端部材本体3Aとは、それぞれ継手部材4によって機械的に接合されて連結されている。
鋼管Pの製造手順としては、炉Fから出された800℃〜1400℃の鋼板を熱間で圧延するもので、先ず、製造手順(1)で鋼板を円筒形に成形した後に、製造手順(2)で溶接接合して円筒形に一体化する。その後、製造手順(3)〜(10)において、圧延ロールR1を用いた円形絞りを繰り返し行った後に、製造手順(11)において、圧延ロールR2を用いた扁平圧延を行い、図3(C)中、上下に延びて扁平となるように圧延し、続いて製造手順(12)において、ねじ型を有した圧延ロールR3を用いたねじ形圧延を行い、鋼管Pの内外周両面に凹凸を形成する。そして、製造手順(13),(14)において、圧延ロールR2を用いた扁平圧延と、圧延ロールR3を用いたねじ形圧延を再度行うことで、鋼管Pの内外周両面のうち、図3(D)中の上下位置に凹凸が形成されるようになっている。
なお、鋼管Pの内外周両面の凹凸は、断続的に連続して形成されたものに限らず、鋼管Pの長手方向に沿って螺旋状に連続して形成されてものでもよく、その場合には、圧延ロールR2,R3の構成や形態を適宜選択して製造すればよい。
すなわち、図4に示す継手部材5は、略円筒状の継手本体部5Aと、継手本体部5Aの内周面から径方向内側に突出して螺旋状に連続するねじ部5Bとを有して形成されている。そして、継手部材5は、ねじ部5Bを鋼管Pの外周面の凸部P3に沿わせて回転させることで、ねじ部5Bが鋼管Pの外周面の凹凸(凸部P3、凹部P4)に螺合されるようになっている。このような継手部材5を用いて鋼管P同士を接合する場合には、一方の鋼管Pに継手部材5を螺合させておき、一方の鋼管Pの端部に他方の鋼管Pの端部をセットしてから継手部材5を回転させて両方の鋼管Pに跨るように移動させればよい。
(1)すなわち、上下に連結される鋼管P同士の接合手段として凹凸(凹部P1および凸部P2、または凸部P3および凹部P4)に螺合する機械式の継手部材4,5を利用することができ、溶接接合と比較して、接合作業の手間や時間が軽減されるとともに、熟練した溶接技能者がいなくても施工可能になり、施工コストを大幅に低減させることができる。そして、溶接による接合が不要になることから、溶接の火が使えない施工現場においても施工可能になり、鋼管杭1の適用範囲を拡大させることができる。
次に、本発明の第2実施形態に係る鋼管Pを用いた鉄筋コンクリート部材6について、図5に基づいて説明する。
図5は、本実施形態の鉄筋コンクリート部材6を示す斜視図である。
鉄筋コンクリート部材6は、前記第1実施形態と同様の鋼管Pを備えたものであって、この鋼管PをコンクリートC中に配設して当該コンクリートCを補強するためのコンクリート補強用鋼材として利用した点が第1実施形態と相違している。すなわち、鋼管Pは、一般的な鉄筋コンクリート造(RC造)における柱や梁の主筋としての鋼棒(鉄筋)に替えて利用されている。そして、鋼管Pは、前記第1実施形態と同様の継手部材5によって接合され、本実施形態では、継手部材5の両端においてナット5Cを鋼管Pに螺合することで、継手部材5と鋼管Pとの緩み防止が図られている。
(5)すなわち、中実な鋼棒に比べて軽量な鋼管Pを用いることで鉄筋コンクリート部材6の軽量化を実現することができる。そして、鋼管Pの内外周面に形成された凹凸とコンクリートとの高い付着力が期待できることから、コンクリート部材の曲げ強度やせん断強度を向上させることができる。
次に、本発明の第3実施形態に係る鋼管Pを用いた道路融雪設備7について、図6および図7に基づいて説明する。
図6は、本実施形態の道路融雪設備7を示す概略構成図である。図7は、道路融雪設備7に用いる鋼管Pを示す図である。
道路融雪設備7は、地盤G中に埋設された地中熱交換機8と、この地中熱交換機8に接続されたヒートポンプ9と、このヒートポンプ9に接続されて道路面下方に配設された融雪装置10とを備えて構成され、地中熱交換機8とヒートポンプ9とを接続して水または不凍液等の熱媒水を循環させる一次側配管(熱パイプ)8A、およびヒートポンプ9と融雪装置10とを接続して熱媒水を循環させる二次側配管(熱パイプ)10Aとして、前記第1実施形態と略同様の鋼管Pが利用されているものである。そして、道路融雪設備7は、地中熱交換機8から一次側の熱媒水を介して採熱した地中熱を利用し、ヒートポンプ9により二次側の熱媒水を昇温し、二次側の熱媒水を介して融雪装置10により道路上の融雪を実施するものである。
ヒートポンプ9は、冷媒等を循環させる冷媒配管9Aと、冷媒配管9A中の冷媒を圧縮する圧縮機9Bと、冷媒配管9A中の冷媒を膨張させる膨張弁9Cと、一次側配管8Aの熱媒水を用いて冷媒配管9A中の冷媒を蒸発させる一次蒸発器9Dと、二次側配管10Aの熱媒水を用いて冷媒配管9A中の冷媒を凝縮させる二次凝縮器9Eとを備えて構成されている。
また、一次側および二次側の配管8A,10Aには、熱媒水を循環させる循環ポンプおよび開閉弁がそれぞれ設けられている。
(6)すなわち、一次側および二次側の配管8A,10Aとして超長尺の鋼管Pを利用したことで、継手部材5による接合箇所を少なくしたり省略したりすることができ、配管の配設に係る施工手間や施工時間を大幅に削減することが可能になる。従って、大規模な施設において長距離に渡って連続して熱パイプを配設する際の施工コストを大幅に低減することができる。
従って、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
Claims (9)
- 全体長尺円筒状に形成されるとともに、その長手方向に沿って螺旋状に連続するか、または長手方向に沿って螺旋状かつ断続的に連続する凹凸が内外周両面の全長に渡って設けられたことを特徴とする鋼管。
- 請求項1に記載の鋼管において、
熱間圧延により前記凹凸が螺旋状かつ断続的に連続して形成され、外周面の凹凸における凹部と内周面の凹凸における凸部とが表裏対向し、外周面の凹凸における凸部と内周面の凹凸における凹部とが表裏対向して形成されていることを特徴とする鋼管。 - 請求項1または請求項2に記載の鋼管において、
前記凹凸が熱間圧延により形成された後にコイル状に巻き取られて製造されることを特徴とする鋼管。 - 請求項3に記載の鋼管において、
内部に熱媒を循環させる熱パイプとして用いられることを特徴とする鋼管。 - 請求項1または請求項2に記載の鋼管を回転させて地盤に貫入することにより構築されることを特徴とする鋼管杭。
- 請求項5に記載の鋼管杭において、
前記鋼管からなる少なくとも上下一対の杭本体を備えて構成され、
前記一対の杭本体同士は、前記鋼管の外周面に形成された凹凸同士に跨って螺合される継手部材、および当該鋼管の内周面に形成された凹凸同士に跨って螺合される継手部材のうち、少なくともいずれかの継手部材を介して連結されることを特徴とする鋼管杭。 - 請求項5または請求項6に記載の鋼管杭において、
前記鋼管が短尺状に切断されるとともに一端側に鍔部が形成された先端部材と、前記鋼管からなる杭本体とを備えて構成され、
前記先端部材と前記杭本体とは、前記鋼管の外周面に形成された凹凸同士に跨って螺合される継手部材、および当該鋼管の内周面に形成された凹凸同士に跨って螺合される継手部材のうち、少なくともいずれかの継手部材を介して連結されることを特徴とする鋼管杭。 - 請求項1または請求項2に記載の鋼管をコンクリート中に配設して当該コンクリートを補強するためのコンクリート補強用鋼材であって、
前記鋼管の外周面に形成された凹凸同士に跨って螺合される継手部材、および当該鋼管の内周面に形成された凹凸同士に跨って螺合される継手部材のうち、少なくともいずれかの継手部材を介して連結されることを特徴とするコンクリート補強用鋼材。 - 請求項1または請求項2に記載の鋼管をコンクリート杭中に配設して当該コンクリート杭を補強するためのコンクリート補強用鋼材であって、
前記コンクリート杭の長手方向に沿った主筋、および前記コンクリート杭の周方向に沿ったせん断補強筋のうちの少なくとも一方として利用されることを特徴とするコンクリート補強用鋼材。
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