JP2009133172A - プレキャスト部材の継手および該継手を備えたプレキャスト部材 - Google Patents

Abstract

【課題】小口径のトンネル覆工用セグメント等の小型のプレキャスト部材の小型の継手においても、環状溝と環状スプリングによる雌継手の製作が可能となり、安価で小型の継手を量産することが可能となるプレキャスト部材の継手およびプレキャスト部材を提供する。
【解決手段】雌継手２１を円板状の頭体３１と棒状のアンカー体３２に分割し、それぞれを別々に製作した後、組み合わせて雌継手２１とする。頭体３１には拡大孔３３を設け、この拡大孔３３により切削加工の環状溝２４を浅くし、刃先の短い刃物で切削加工可能とすることで溝幅の小さい小型の雌継手２１を量産可能とすると共に、この拡大孔３３をアンカー体３２の取付孔として利用し、拡大孔３３にアンカー体３２の端部を挿入して溶接やねじで一体化することで、頭体３１の浅い底部溝２４ａとアンカー体３２の先端面２４ｂとにより、溝幅が小さく溝深さの深い環状溝２４を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル覆工用セグメント、覆工版、舗装版、あるいは貯槽用壁体等のプレキャスト部材について、接合作業の効率化、作業性の向上、プレキャスト部材表面の無欠損化および経済化を図った継手の構造および該継手を備えたプレキャスト部材に関するものであり、特に小口径のトンネル覆工用セグメント等の小型のプレキャスト部材に有効に適用される。

従来、シールド工法に用いるセグメントの連結方法はボルトによる結合が多い。そのため、ボルトの芯合わせに手間がかかる、ボルトの締結作業が必要である、金物が露出しているため防錆処理が必要である、セグメント内面が平滑でない（内面側に継手ボックス等が開口している）ため、２次覆工が必要である等の欠点がある。

これに対し、継手がセグメント本体に埋設され、内面を平滑にして２次覆工を省略可能とすると共に、ボルト接合を不要とし、組立ての自動化、省力化を図った継手構造が種々開発されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

しかし、これらの埋設タイプの継手構造でも種々の解決すべき課題があるため、これらの課題を解決できるプレキャスト部材の継手が開発されている（特許文献４参照）。この特許文献４の発明によれば、埋設タイプの継手構造において、寸法制約性のないコンパクトな構造としながらも、製作誤差や組立誤差に容易に対処でき、かつ、雌雄の継手を確実に係合させて継手面における引抜き力、せん断力に十分抵抗できる施工性、経済性に優れたプレキャスト部材の継手が得られる。

図５(a）に示すのは、特許文献４の発明の基本構造の一例であり、雄継手１１は、プレキャスト部材に埋設される異形棒鋼等のアンカー部１２と、プレキャスト部材の継手面から突出する棒状の突出部１３とからなり、突出部１３の外周面には１段ないし２段の縮径部１４が形成されている。雌継手２１は、プレキャスト部材に埋設されるアンカー部２２と頭部２３からなり、頭部２３には、プレキャスト部材の継手面に開口し、雄継手１１の突出部１３が嵌合される中空部２８が形成されている。また、頭部２３の内面には、突出部１３が進入嵌合した状態で縮径部１４と対応する位置に環状溝２４が形成されており、この環状溝２４には、収縮状態での内径が突出部１３の外径より小さく、径方向に弾性的に拡縮可能な環状弾性部材としての環状スプリング２５が装着されている。

雌継手２１に雄継手１１を挿入していく際、基本的には突出部１３が環状スプリング２５を押し広げながら進入し、さらに進入していくことで縮径部１４に環状スプリング２５が嵌まり込み、環状スプリング２５が環状溝２４と縮径部１４に跨る形で、継手部に作用する引き抜き力に抵抗する。なお、環状スプリング２５の内径側に装着した拡径保持具２７により予め環状スプリング２５を拡径状態に保持しておくこともできる。

特開２０００−２４８８９８号公報 特開平８−２９６３９６号公報 特開２００１−９０４８５号公報 特開２００３−１５５８９６号公報

前述の特許文献４の継手構造を小口径のトンネル覆工用セグメント等のように小型のプレキャスト部材に適用しようとする場合、雄継手・雌継手も小型のものとなるため、図５(b)に示すように、雌継手２１に設けられる環状溝２４の幅が小さくなることから、この溝の切削加工には刃先が細長い刃物(中ぐり溝削りバイト)Ｈを使用しなければならず、刃物が折れるなどの破損が生じる危険性が高く、製品を量産する場合に大きな障害となるなどの課題が生じた。

本発明は、前述のような課題の解決を図ったものであり、小口径のトンネル覆工用セグメント等の小型のプレキャスト部材の小型の継手においても、環状溝と環状スプリングによる雌継手の製作が可能となると共に、安価で小型の継手を量産することが可能となるプレキャスト部材の継手および該継手を備えたプレキャスト部材を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係るプレキャスト部材の継手は、接合しようとする一方のプレキャスト部材の継手位置に設けた雄継手を、他方のプレキャスト部材に設けた雌継手に嵌合して接合するプレキャスト部材の継手であって、前記雄継手は前記一方のプレキャスト部材の継手面から突出する棒状の突出部を有し、前記突出部の外周面には縮径部が形成されており、前記雌継手は前記他方のプレキャスト部材の継手面に開口し、前記雄継手の前記突出部が内側の中空部に嵌合される筒状の頭部を有し、前記頭部の内面には前記雄継手の突出部が嵌合された状態における前記縮径部と対応する位置に環状溝が形成されており、前記環状溝には収縮状態での内径が前記雄継手の突出部の外径より小さく、径方向に弾性的に拡縮可能な環状弾性部材が装着されているプレキャスト部材の継手において、
前記雌継手は、前記環状溝が設けられる筒状の頭体と、前記頭体に接続される棒状のアンカー体とに分割され、前記頭体には、環状溝を挟んで継手面側に中空部孔（中空部の入口部分）が形成され、反対側に孔径が前記中空部孔の孔径より大きく環状溝の孔径より小さい拡大孔が形成されており、前記アンカー体の頭体側の端部には中空部孔（中空部の内部部分）が形成されており、頭体の前記拡大孔にアンカー体の頭体側の端部を挿入して頭体とアンカー体を一体化することにより、頭体とアンカー体により中空部と環状溝が形成されていることを特徴とするプレキャスト部材の継手である。

本発明は、図１、図２に例示するように、埋設タイプで環状溝・環状スプリング方式の継手構造の雌継手を２つの部材に分割し、これらを組み合わせ接合して雌継手を構成するものである。また、環状溝を有する筒状の頭体と、棒状のアンカー体とに分割し、頭体には環状溝のアンカー体側に拡大孔を設け、この拡大孔により切削加工の環状溝を浅くすると共に、この拡大孔をアンカー体の取付孔として利用し、頭体とアンカー体の一対化により所定深さの環状溝を形成するものである。

頭体の製作に際しては、中空部孔および拡大孔を切削加工した後、拡大孔の底部に環状溝を切削加工するが、拡大孔により環状溝の深さが浅くなっているため、環状溝の切削加工に刃先の短い刃物（中ぐり溝削りバイト）を使用することができ（図２参照）、刃物破損の危険性が大幅に低下し、溝幅の小さい小型の雌継手の量産化が可能となる。

頭体の拡大孔にアンカー体の端部を嵌合し、頭体とアンカー体とを頭体端面とアンカー体外周面との間の隅肉溶接で接合する(図１(a)参照)。あるいは、拡大孔に雌ねじを切り、アンカー体の端部に雄ねじを切り、ねじで接合する(図１(b)参照)。その他、接着剤による接合でもよい。一体化した頭体の浅い底部溝とアンカー体の先端面により深い環状溝が形成され、頭体の中空部孔とアンカー体の中空部孔により雄継手の突出部が挿入される中空部が形成される。なお、頭体とアンカー体には、鋳造や鍛造による金属製の他、強化プラスチックやセラミックス等が用いられる。

本発明の請求項２に係るプレキャスト部材の継手は、請求項１に記載のプレキャスト部材の継手において、アンカー体の頭体側の端部の外周面には、拡大孔の長さに一致する長さの縮径軸部が形成され、前記拡大孔に前記縮径軸部が挿入され、軸径軸部の頭体側の端面で環状溝の片側の側壁面が構成されていることを特徴とするプレキャスト部材の継手である。

アンカー体の端部に設けた縮径軸部の段部が頭体の端面に係止されることにより、縮径軸部の先端面により環状溝の片側の側壁面を簡単に形成することができる。ここで、頭体の係止端面に、頭体の製作誤差の吸収代としての座ぐりを設けることにより、環状溝を精度良く形成することができる。

本発明の請求項３に係るプレキャスト部材の継手は、請求項１または請求項２のいずれかに記載のプレキャスト部材の継手において、雌継手のアンカー体は異形棒鋼であることを特徴とするプレキャスト部材の継手である。異形棒鋼の端部に拡大孔への取付部を加工するだけでアンカー体が得られ、安価で小型の雌継手が得られる。

本発明の請求項４に係るプレキャスト部材の継手は、請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のプレキャスト部材の継手において、雄継手は、異形棒鋼からなるアンカー部の先端に棒状の突出部が設けられていることを特徴とするプレキャスト部材の継手である。安価で小型の雄継手が得られる。

本発明の請求項５に係るプレキャスト部材は、請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の雌継手が継手面に複数設置されていることを特徴とするプレキャスト部材である。

比較的小型のトンネル覆工用セグメント、覆工版、舗装版、あるいは貯槽用壁体等のプレキャスト部材に、埋設タイプで環状溝・環状スプリング方式の雌継手を適用することが可能となる。比較的小型のプレキャスト部材の継手において、接合作業の効率化、作業性の向上、プレキャスト部材表面の無欠損化および経済化が図られる。

(1) 埋設タイプで環状溝・環状スプリング方式の継手構造の雌継手を頭体とアンカー体の２つの部材に分割し、頭体には環状溝のアンカー体側に拡大孔を設け、この拡大孔により環状溝を浅くするようにしているため、環状溝の切削加工に刃先の短い刃物を使用することができ、刃物破損の危険性が大幅に低下し、溝幅の小さい小型の雌継手の量産化が可能となる。

(2) 頭体の拡大孔をアンカー体の取付孔として利用することができ、小型の雌継手を低コストで製作することができる。

(3) 比較的小型のプレキャスト部材に、埋設タイプで環状溝・環状スプリング方式の雌継手を使用することができ、接合作業の効率化、作業性の向上、プレキャスト部材表面の無欠損化および経済化を図ることができる。

以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。図１は本発明の雌継手の例を示す部分断面図である。図２は本発明の雌継手の各部品の一例を示す断面図等である。図３は本発明の雌継手と雄継手の嵌合動作の例を示す斜視図である。図４は本発明の雌継手と雄継手によるプレキャスト部材の接合動作を順に示す断面図である。

図１、図３に示すように、プレキャスト部材の継手は、雄継手１１と雌継手２１からなる。図３に示すように、雄継手１１はアンカー部１２の先端に突出部１３が形成され、図１に示すように、雌継手２１は、基本的に、アンカー部２２と頭部２３からなり、頭部２３には環状溝２４と中空部２８が形成される。図４に示すように、雄継手１１は突出部１３がプレキャスト部材の継手面から突出するようにプレキャスト部材に埋設され、雌継手２１は頭部２３の前面がプレキャスト部材の継手面と面一となるようにプレキャスト部材に埋設される。

(1) 本発明の構造
本発明では、図１、図２に示すように、雌継手２１を円板状の頭体３１と棒状のアンカー体３２に分割し、それぞれを別々に製作した後、組み合わせて雌継手２１とする。頭体３１とアンカー体３２の接合端部とにより頭部２３が構成される。また、後に詳述するように、頭体３１には拡大孔３３を設け、この拡大孔３３により切削加工の環状溝２４を浅くすると共に、この拡大孔３３をアンカー体３２の取付孔として利用し、頭体３１の浅い底部溝２４ａとアンカー体３２の先端面２４ｂとにより、溝幅が小さく溝深さの深い環状溝２４を形成する。なお、頭体３１およびアンカー体３２は、鋳造、鍛造による金属製の他、強化プラスチックやセラミックスなどを用いることもできる。

(2) 雌継手の頭体とアンカー体
図１、図２に示すように、頭体３１には、軸方向のほぼ中央に環状溝２４を形成し、継手面側に中空部２８の継手面側の入口部分を構成する中空部孔２８ａを形成し、反継手面側（アンカー体側）に孔径が中空部孔２８ａの孔径より大きく環状溝２４の孔径より小さい拡大孔３３を形成する。

この頭体３１の製作に際しては、例えば、図２(a)に示すように、所定厚の円板を片側から中ぐり加工して中空部孔２８ａを形成し、反対側から中空部孔２８ａまで中ぐり加工して拡大孔３３を形成し、次いで拡大孔３３の底部を中ぐり溝削り加工して環状溝２４の底部溝２４ａを形成する。拡大孔３３により底部溝２４ａは浅くなっているため、刃先の短い中ぐり溝削りバイトＨを使用することができ、刃物の破損の危険性が大幅に低下し、環状溝２４の幅が小さい小型の雌継手の量産化が可能となる。図示例では、最終的に溝幅4〜5ｍｍ程度、溝深さ8〜9ｍｍ程度の、断面が半長円形状の環状溝２４が得られる。

アンカー体３２は、図示例では異形棒鋼を用いており、図２(a)に示すように、その継手面側（頭体側）の端部に、中空部２８の反継手面側の内部部分を構成する有底の中空部孔２８ｂを形成する。図１に示すように、頭体３１とアンカー体３２を組み合わせた時に、環状溝２４を挟んで位置する頭体の中空部孔２８ａとアンカー体の中空部孔２８ｂとにより中空部２８が形成されるように構成する。なお、中空部孔２８ｂの底部には型枠固定用ねじ孔３４が形成されている。

さらに、図２(a)に示すように、アンカー体３２の継手面側の端部における外周面には、拡大孔３３の孔径よりも若干小さく、アンカー体３２の外径よりも小さい外径の縮径軸部３５を形成し、この縮径軸部３５を拡大孔３３に嵌め込み、またはねじ込み、あるいは接着することによりアンカー体３２を頭体３１に組み付ける。縮径軸部３５の長さは、拡大孔３３の長さに一致させ、図１に示すように、段部３５ａが頭体３１の後面に係止めされた時に、アンカー体３２の先端面が環状溝２４の片側の側壁面２４ｂを構成するようにする。

また、図２(b)に示すように、頭体３１の後面には座ぐり３６を形成し、この座ぐり３６により頭体３１の製作誤差を吸収し、寸法Ａ、Ｂ、Ｃの全ての寸法が精度良く加工できるようにしている。

図１(a)では、頭体３１の後面とアンカー体３２の外周面とを隅肉溶接４０で接合して、頭体３１とアンカー体３２を一体化する。これにより、雌継手２１の頭部２３に、雄継手１１の突出部１３が嵌合挿入される中空部２８と、環状弾性部材としての環状スプリング２５が装着される環状溝２４が形成される。

図１(b)に示すように、縮径軸部３５に雄ねじを切り、拡大孔３３には雌ねじを切り、ねじ接合で一体化することもできる。また、その他、接着剤による接合などでもよい。

(3) 雄継手
雄継手１１は、図３に示すように、アンカー部１２には例えば異形棒鋼が用いられ、棒状の突出部１３には縮径部１４が形成されている。また、突出部１３の先端は芯合わせ等がスムーズに行われるようにテーパー形状に加工されている。縮径部１４と環状溝２４は中空部２８内に突出部１３が進入嵌合した状態で一致するようにされている。

なお、雄継手のアンカー部１２および雌継手のアンカー体３２には、異形棒鋼を用い、そのふし部によりコンクリートとの付着力を増大させることで、引き抜き抵抗力を確保しているが、これに限らず、丸棒部材の後端部に膨大部を設けるなどして引き抜き抵抗力を確保することもできる。

(4) 環状スプリング
環状スプリング２５は、図２(c) に示すように、例えばコイルスプリングをリング状として端部同士を接続し、必要に応じてコイル断面内に芯材２６を内蔵して構成される。図示例では、環状スプリング２５は、ばね用ステンレス鋼線のコイルスプリングを用いて横断面形状が長円形に形成され、内部に横断面形状が長円形で平面形状が扇形の炭素鋼からなる芯材２６が４個配置されている。

このような環状スプリング２５は、径方向に弾性的に拡縮可能であり、収縮状態において、内径が雄継手の突出部１３の外径より小さく縮径部１４の外径にほぼ等しく、外径が中空部２８の孔径より大きく雌継手の環状溝２４の孔径より小さく形成されている。また、環状スプリング２５の幅は、縮径部１４および環状溝２４の溝幅より少し小さく形成されている。

従って、雄継手の突出部１３が環状スプリング２５を押し広げながら進入していくとき、環状スプリング２５は環状溝２４内において外径を拡大し、さらに進入していくと、縮径部１４に環状スプリング２５が縮径により嵌まり込み、環状スプリング２５が環状溝２４と縮径部１４に跨る形で、継手部に作用する引き抜き力に抵抗する。

芯材２６は、継手部に引き抜き力が作用したときに、環状スプリング２５が大きく変形して雌継手の環状溝２４からずれたり外れたりするのを防止する部材である。この芯材２６は、環状スプリング２５の円周に沿って数分割することにより、環状スプリング２５の拡径、縮径に伴う伸縮を拘束しないようにすることができる。

なお、環状スプリング２５および芯材２６の横断面形状は、図示例の長円形に限らず、円形、楕円形、矩形などでもよい。また、材質も種々のものを用いることができる。

ここで、雄継手が環状スプリング２５を径方向に押し広げる際、環状スプリング２５が環状溝２４から外れる恐れがある。この場合には、図３に示すように、環状スプリング２５を予め拡径した状態に保持しておく拡径保持具５０を用いる。図示例の拡径保持具５０は、円筒形のものを環状スプリング２５に孔に貫通配置するタイプであり、雄継手の突出部１３の先端により中空部２８の底部に押し出され、環状スプリング２５が拡径保持具５０から解放され、雄継手の縮径部１４に入り込む。

以上のような継手において、図４に示すように、接合すべき一対のトンネル覆工用セグメント部材等のプレキャスト部材１、１の接合部に雄継手１１、雌継手２１がそれぞれ埋設されており、雄継手側のプレキャスト部材１をジャッキ等で押圧することで、雄継手１１の突出部１３が雌継手２１の中空部２８内に進入していき、拡径保持具５０を中空部２８の底部に押し出し、環状スプリング２５が突出部１３の縮径部１４に入り込む。一対のプレキャスと部材１、１の継手面が当接した状態で、環状スプリング２５が環状溝２４と縮径部１４に跨り、継手部に作用する引き抜き力に抵抗する。

なお、本発明は以上のような図示例に限定されないことは言うまでもない。また、比較的小型のトンネル覆工用セグメント、覆工版、舗装版、あるいは貯槽用壁体等のプレキャスト部材に有効に適用される。

図１は本発明の雌継手の例を示す部分断面図であり、(a)は溶接接合の場合、(b)はねじ接合の場合である。 本発明の雌継手の各部品の一例であり、(a)は雌継手の分解断面図、(b)は雌継手の頭体の断面図、(c)は環状スプリングの断面図と平面図および芯材の平面図と端面図である。 本発明の雌継手と雄継手の嵌合動作の例を示す斜視図である。 本発明の雌継手と雄継手によるプレキャスト部材の接合動作を順に示す断面図である。 従来の継手の一例であり、(a)は斜視図、(b)は雌継手と溝加工用の刃物を示す断面図である。

符号の説明

１…プレキャスト部材
１１…雄継手
１２…アンカー部
１３…突出部
１４…縮径部
２１…雌継手
２２…アンカー部
２３…頭部
２４…環状溝
２４ａ…底部溝
２４ｂ…側壁面
２５…環状スプリング
２６…芯材
２７…拡径保持具
２８…中空部
２８ａ…中空部孔（入口部分）
２８ｂ…中空部孔（内部部分）
３１…頭体
３２…アンカー体
３３…拡大孔
３４…型枠固定用ねじ孔
３５…縮径軸部
３５ａ…段部
３６…座ぐり
４０…隅肉溶接
５０…拡径保持具

Claims (5)

1. 接合しようとする一方のプレキャスト部材の継手位置に設けた雄継手を、他方のプレキャスト部材に設けた雌継手に嵌合して接合するプレキャスト部材の継手であって、前記雄継手は前記一方のプレキャスト部材の継手面から突出する棒状の突出部を有し、前記突出部の外周面には縮径部が形成されており、前記雌継手は前記他方のプレキャスト部材の継手面に開口し、前記雄継手の前記突出部が内側の中空部に嵌合される筒状の頭部を有し、前記頭部の内面には前記雄継手の突出部が嵌合された状態における前記縮径部と対応する位置に環状溝が形成されており、前記環状溝には収縮状態での内径が前記雄継手の突出部の外径より小さく、径方向に弾性的に拡縮可能な環状弾性部材が装着されているプレキャスト部材の継手において、
   前記雌継手は、前記環状溝が設けられる筒状の頭体と、前記頭体に接続される棒状のアンカー体とに分割され、前記頭体には、環状溝を挟んで継手面側に中空部孔が形成され、反対側に孔径が前記中空部孔の孔径より大きく環状溝の孔径より小さい拡大孔が形成されており、前記アンカー体の頭体側の端部には中空部孔が形成されており、頭体の前記拡大孔にアンカー体の頭体側の端部を挿入して頭体とアンカー体を一体化することにより、頭体とアンカー体により中空部と環状溝が形成されていることを特徴とするプレキャスト部材の継手。
2. 請求項１に記載のプレキャスト部材の継手において、アンカー体の頭体側の端部の外周面には、拡大孔の長さに一致する長さの縮径軸部が形成され、前記拡大孔に前記縮径軸部が挿入され、軸径軸部の頭体側の端面で環状溝の片側の側壁面が構成されていることを特徴とするプレキャスト部材の継手。
3. 請求項１または請求項２のいずれかに記載のプレキャスト部材の継手において、雌継手のアンカー体は異形棒鋼であることを特徴とするプレキャスト部材の継手。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のプレキャスト部材の継手において、雄継手は、異形棒鋼からなるアンカー部の先端に棒状の突出部が設けられていることを特徴とするプレキャスト部材の継手。
5. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載の雌継手が継手面に複数設置されていることを特徴とするプレキャスト部材。

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