JP2008175055A - 窪み付き鋼管杭及びその鋼管杭を使用した複合鋼管杭 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼管の周方向に凹部を有する窪み付き鋼管杭であって、鋼管肉厚2mm以上、鋼管外径(D)50mm以上、凹部の深さが0.005D〜0.2D、凹部の幅が0.015D〜2Dで、凹部の幅を(B)、凹部の深さを(H)としたときに
(1)凹断面形状が三角形状の時、B/H=3〜20
(2)凹断面形状が四角形状の時、B/H=4〜20
(3)凹断面形状が半円状、台形状の時、B/H=3〜20
である窪み付き鋼管杭。
【選択図】図3
Description
(1)特許文献1に記載されているような網状の突起を有した鋼板を螺旋状に成形し、溶接し、スパイラル鋼管とする鋼管杭
(2)特許文献2に開示されているような、鋼管を内部から局部拡径し、外周に複数の節上突起部を形成した節つき鋼管杭
などがある。
(1)鋼管の周方向に凹部を有する窪み付き鋼管杭であって、鋼管肉厚2mm以上、鋼管
外径(D)50mm以上、凹部の深さが0.005D〜0.2D、凹部の幅が0.015D〜2Dで、凹部の幅を(B)、凹部の深さを(H)としたときに
(1)凹断面形状が三角形状の時、B/H=3〜20
(2)凹断面形状が四角形状の時、B/H=4〜20
(3)凹断面形状が半円状、台形状の時、B/H=3〜20
であることを特徴とする窪み付き鋼管杭。
(2)前記凹部が、鋼管の同一円周上に複数設けたことを特徴とする前記(1)記載の稿付き鋼管杭。
(3)前記凹部が、円周方向に複数設けられ、少なくとも向かい合う凹部が同一円周上に存在しないことを特徴とする前記(1)記載の窪み付き鋼管杭。
(4)前記凹部が、鋼管軸に対し、斜め方向に複数設けたことを特徴とする(1)記載の窪み付き鋼管杭。
(5)前記凹部が、鋼管軸に対し、平行に複数設けたことを特徴とする(1)記載の窪み付き鋼管杭。
(6)前記凹部が、スポット状に複数設けたことを特徴とする(1)記載の窪み付き鋼管杭。
(7)前記鋼管杭の表面にめっき、あるいは、樹脂被覆を施したことを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれか1項記載の窪み付き鋼管杭。
(8)コンクリート、セメント、あるいはソイルセメントの中に前記(1)〜(7)のいずれか1項記載の窪み付き鋼管杭を埋め込んだことを特徴とする複合鋼管杭。
(a)(b)(c)は、いずれの鋼管杭も円周方向に凹部2を有し、該凹部2が軸方向に一定間隔で複数形成されている。図1(a)の鋼管杭1Aでは、凹部2は鋼管の同一円周上に複数(図では対向して2個)設けた例であり、(b)は、凹部を圧延ロールではなく、鋼管に対し、近接、退避可能な往復式の押圧装置により形成したもので、凹部が円周上でほぼ同一の深さとなっている。(c)の鋼管杭1Bでは、凹部2は鋼管の円周方向に複数設けられ、これらのうち少なくとも向かい合う凹部2が同一円周上には存在しない例である。
図1(c)の鋼管杭1Bのように、向かい合う凹部2が同一円周上に存在しないように千鳥配置としたのは、(a)の鋼管杭に比べて凹部位置の強度を向上させるためであり、特にこの部分の強度がより高く要求される場合に適応するに適している。なお、凹部の千鳥配置の例では、対向する凹部部分の全幅ががラップしないように形成することが望ましい。
(d)〜(g)は、鋼管軸に対し斜め方向に長辺を有する凹部を形成した鋼管を示した図、(h)(i)は、鋼管軸に平行な方向に長辺を有する凹部を形成した鋼管を示した図、(j)(k)は、丸いスポット状の凹部を形成した鋼管を示した図である。スポット状の凹部形状は、形成し易さなどから楕円や多角形などから自由に選択できる。また、凹部を同一円周上に配置するかあるいは交互に千鳥状に配置するかなども自由に選択できる。
従って、本発明の鋼管杭においては、肉厚2mm以上、外径50mm以上の厚肉・大径の鋼管が素材となるが、その使用に際しては地盤中あるいはコンクリート等中に埋設施工されることから、十分な強度を保持する必要がある。特に、本発明の鋼管杭では、円周上に凹部を設けているため、その位置での強度低下を最小限に抑えることが要求される。
更に、上記の前提のもとで、更に、凹部形状の最適化を図る上で、下記の事項を規定することが重要である。すなわち、
(1)凹断面形状が三角形状の時、B/H=3〜20
(2)凹断面形状が四角形状の時、B/H=4〜20
(3)凹断面形状が半円状、台形状の時、B/H=3〜20
である。
その結果、最適形状においては、支圧強度を与える支圧力Pとせん断強度を与えるせん断力Sは、以下の式(1)のつりあい条件式を満たすことが求められる。
S=Pcosθ (1)
ただし、θ:鋼管表面と凹部入側面のなす角度
S=τ・B・π・D (2)
一方、支圧力は、支圧応力に作用する面積を乗じたものとして以下のように定式化される。
P=H・σb・cosθ・π・D (3)
τ:せん断応力、D:鋼管外径、σb:支圧力(支圧応力、力/面積の次元)
式(1)に式(2)、(3)を代入して整理すると、以下の式が導かれる。
τ・B=(H・σb・cosθ)cosθ (4)
∴B/H=σb・cos2θ/τ (4′)
θ=90°(凹部が四角)とすると、
B/H=σb/τ (5)
例えば、ソイルセメントの支圧強度σb=1N/mm2、せん断強度τ=0.1N/mm2を(5)式に代入すると、B/H=10(凹部の幅が高さの10倍)となり、凹部形状は長辺10H、高さHの長方形となる。
一方、最終的な凹部形状が三角形状で、更にその三角形が二等辺三角形とすると、B、H、θには下記の関係式が成立する。
tanθ=2・H/B (6)
これを式(4′)に代入すると、
2/(sinθ・cosθ)=σb/τ (7)
これに、ソイルセメントの支圧強度σb=1N/mm2、せん断強度τ=0.1N/mm2を代入すると、
sinθ・cosθ=1/5 (8)
sin2θ=2/5=0.4 (8′)
∴θ=11.8
1/20≦τ/σb≦2/9
とすると(通常はτ/σb=1/10程度)、
(a)凹部形状が四角形の場合、凹部の幅Bと深さHの関係は式(5)により
4.5≦B/H≦20.0
(b)凹部形状が三角形の場合、適正なθの範囲は式(7)により
5.8≦θ≦31.4
このとき、凹部の幅Bと深さHの関係は式(6)により
3.3≦B/H≦19.8
となる。
ここで、図1(d)〜(k)に示したような鋼管軸方向に斜め、平行、あるいはスポット状の凹部形状の場合についても、(d)のA−A断面、(h)のB−B断面、(j)のC−C断面について前記式を適用すればよい。
以上のことから、本発明においては、B/Hを下記の如く規定した。
(1)凹断面形状が三角形状の時、B/H=3〜20
(2)凹断面形状が四角形状の時、B/H=4〜20
(3)凹断面形状が半円状、台形状の時、B/H=3〜20
本発明においては、以下のa),b),c),d)のいずれかの工程でも適用可能であるが、鍛接鋼管の製造ラインを代表例として本発明を説明する。
a)電縫鋼管製造ラインにおいて、電縫溶接後、当該鋼管を加熱し、押圧手段によりその表面を押圧すること。
b)熱間あるいは温間溶接鋼管製造ラインにおいて、溶接後、押圧手段によりその表面を押圧すること。
c)鍛接鋼管製造ラインにおいて、衝合後、押圧手段によりその表面を押圧すること。
d)シームレス鋼管製造ラインにおいて、造管後、押圧手段によりその表面を押圧する。
所望の幅にスリットされた鋼帯を#1ロールで断面円形状に成形し、#2ロールでその両端部を高熱に加熱し、圧接し、衝合する。衝合された管をそれ以降のロールにより所定の寸法に縮径するために絞り込み、そして切断機により所定の長さに切断し、以降のロールで形状を整えて鍛接管が製造される。
従来の製造ラインに対して、切断機前の絞りロールの最終ロールのみを変更している。当該ロールは、図6のようにロール周面にロール軸方向に1箇所あるいは複数箇所に凸部を設け、これを押圧手段としている。この凸部を設けたロールを上下両方あるいは片側に使用する。なお、図では、上下2基のロールで示しているが、1組が3基以上のロールでも構わない。
ここで、鋼管上の凹部の高さ、幅、ピッチを変更したい場合は、ロールの凸部の形状やピッチを変更すれば良い。また、上下ロール両方に凸部を設け、鋼管上の凹部位置を同じ
位置で形成したい場合は、上下ロールの凸部位置を初期に合せておき、例えば上下ロールを一つの駆動源およびユニバーサルジョイントなどを介して連結し、同期させて上下ロールを駆動すれば良い。
本例では、絞りロールと切断機との間に、専用の鋼管への加圧装置(押圧手段)を設けた例である。加圧装置としては、前述の凸部を有したロールでも良く、また、上下から挟み込む形で鋼管に加圧するタイプのものでも良い。そしてこの加圧装置は、鋼管に対して進退、あるいは鋼管の進行方向に進退可能な機構を有することが望ましい。
鋼管に対して近接、退避可能なことにより、鋼管の任意の位置に凹部を形成することができ、また凹部のピッチを変更したいときでもロールの交換などしなくても良い。更に、この機能により、予め鋼管の切断位置を制御部が認識しておき、この切断位置に凹部が位置しないように制御することも可能となる。鋼管端部に凹部がくると鋼管毎に端面の径や形状が異なり、例えば鋼管同士の接続が困難となるからである。
また、鋼管の進行方向に移動可能とすることにより鋼管の進行と同調して縮径部形成装置を移動することができ、そのことにより、前述したようなロールの中心部と端部の周速の差による鋼管への無用な歪などが発生せずに凹部の形状も自由に形成できる。
このように、造管方法は、電縫による造管方法、熱間あるいは温間で溶接する造管方法、鍛接による造管方法、シームレス造管方法のいずれでも良。造管まま、あるいは造管後加熱などし、温間あるいは熱間の状態で押圧手段でその造管された表面を押圧すれば良く、オンラインでの窪み付き鋼管杭の製造が可能である。
そして、これらの製造方法で製造された鍛接鋼管は、熱間で凹部を形成するので鋼管の肉厚が2mm以上でも容易に製造可能であり、厚肉なので鋼管杭として例えば地盤に回転させながら打ち込む際に、鋼管にねじれ力が作用し、屈曲したり、先端が潰れたりすることがない。また、鋼管杭として実用可能な外径50mm以上のものも容易に製造できる。しかも生産能率は、通常の鍛接鋼管を製造する際と同じである。
また、前記最終ロールについて、上下各ロールの凸部の回転タイミングを調整し、それぞれのロールの凸部が鋼管に交互に当たるように調整し、鋼管に形成される凹部が交互に
付与された窪み付き鋼管も問題なく製造できた。
Claims (8)
- 鋼管の周方向に凹部を有する窪み付き鋼管杭であって、鋼管肉厚2mm以上、鋼管外径(D)50mm以上、凹部の深さが0.005D〜0.2D、凹部の幅が0.015D〜2Dで、凹部の幅を(B)、凹部の深さを(H)としたときに
(1)凹断面形状が三角形状の時、B/H=3〜20
(2)凹断面形状が四角形状の時、B/H=4〜20
(3)凹断面形状が半円状、台形状の時、B/H=3〜20
であることを特徴とする窪み付き鋼管杭。 - 前記凹部を、鋼管の同一円周上に複数設けたことを特徴とする請求項1記載の窪み付き鋼管杭。
- 前記凹部が、円周方向に複数設けられ、少なくとも向かい合う凹部が同一円周上に存在しないことを特徴とする請求項1記載の窪み付き鋼管杭。
- 前記凹部が、鋼管軸に対し、斜め方向に複数設けたことを特徴とする請求項1記載の窪み付き鋼管杭。
- 前記凹部が、鋼管軸に対し、平行に複数設けたことを特徴とする請求項1記載の窪み付き鋼管杭。
- 前記凹部が、スポット状に複数設けたことを特徴とする請求項1記載の窪み付き鋼管杭。
- 前記鋼管杭の表面にめっき、あるいは、樹脂被覆を施したことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の窪み付き鋼管杭。
- コンクリート、セメント、あるいはソイルセメントの中に請求項1〜7のいずれか1項記載の窪み付き鋼管杭を埋め込んだことを特徴とする複合鋼管杭。
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