JP2010196816A

JP2010196816A - 曲管の接合構造

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Publication number: JP2010196816A
Application number: JP2009042851A
Authority: JP
Inventors: Takaiku Yoshii; 孝育吉井
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2009-02-25
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP5238545B2

Abstract

【課題】曲管の破壊や積層材の剥離などを防止することでコンクリート防護工の施工を必要とすることがなく、二つの管部材を確実に位置決めして有効長や曲げ角度の品質を確保して接続する。
【解決手段】二つの管部材２，３のうち、一方の管部材２の背側の端面および腹側の端面にそれぞれ設定角度範囲２θにわたって切欠部４が形成されるとともに、二つの管部材２，３の管頂側の端面および管底側の端面が互いに突き合わされ、さらに、二つの管部材２，３の突き合わせ部の内外周面にそれぞれ積層材６が積層されて接続される。
【選択図】図１

Description

この発明は、曲管の接合構造に関するものである。

従来より、繊維強化プラスチックによって形成されたＦＲＰ管や、樹脂モルタル層の内周面および外周面にＦＲＰ内層およびＦＲＰ外層をそれぞれ一体に積層して形成されたＦＲＰＭ管の曲管１００は、図６および図７に示すように、原管１０１を管軸に対して斜めに切断して二つの直管状の管部材１０２，１０３を形成し、管部材１０２，１０３を相対的に軸心回りに１８０度切断線１０４に沿って回転させて突き合わせ、突き合わせ部１０５の内外周面に樹脂を含浸した積層材１０６、例えば、ガラス繊維からなるチョップドストランドマットやロービングクロスなどを積層して接着し、接続することにより製造されている。

このようにして製造された曲管１００が管軸方向をほぼ水平面上に位置するように地中に埋設された場合、埋戻土の土圧が作用するとともに、走行車輌の荷重が負荷されることにより、曲管１００が鉛直方向に撓み、水平方向に膨らんで変形する（図８参照）。このとき、曲管１００を上方より見て、管部材１０２，１０３の突き合わせ部１０５の外周側となる背側では管部材１０２，１０３の端面が互いに離れていくことにより大きな引張応力が発生し、内周側となる腹側では管部材１０２，１０３の端面が互いに接近していくことにより局部的な圧縮応力が発生する（図９参照）。このため、比較的小さな変形で曲管１００が突き合わせ部１０５において互いに干渉して破壊したり、積層材１０６が破断するおそれがある。

このような曲管の変形を防止するため、曲管の周囲に防護コンクリートを打設し、曲管を保護するようにしているが、曲管毎に防護コンクリートを打設する手間が必要になるとともに、施工に時間を要するという問題がある。

そこで、図１０に示すように、一方の管部材１０２の端面と他方の管部材１０３の端面との間に弾性体１０７を配設して突き合わせ、これらの突き合わせ部の内外周面に積層材１０６を積層して接続し、曲管１１０を製造することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、図１１および図１２に示すように、一方の管部材１０２の腹側の端面および他方の管部材１０３の腹側の端面をそれぞれ管軸方向へ切り込んで切込部１０８を形成し、接続時に腹側の端面間の隙間を背側の端面間の隙間よりも広く確保するとともに、一方の管部材１０２の端面と他方の管部材１０３の端面との間に弾性体１０７を配設して突き合わせ、これらの突き合わせ部の内外周面に積層材（図示せず）を積層して接続し、曲管１２０を製造することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、詳細には図示しないが、一方の管部材の腹側の端面および他方の管部材の腹側の端面間に間隙を形成するように切断し、一方の管部材の端面と他方の管部材の端面とを突き合わせ、これらの突き合わせ部の外周面に積層材を積層して接続し、曲管を製造することも提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−２９１８６４号公報特開２００５−１２１０６３号公報特開２００６−２８３９３２号公報

しかしながら、特許文献１の発明においては、曲管の変形に対する弾性体の追従性に限界があり、弾性体の限界以上の変形量が発生した場合には、腹側の端面同士が接近しすぎて破損するおそれがある。特に、大口径管となるほど変形量も大きくなるので端面同士の干渉を起こし易い。このため、安全策として曲管の周囲を防護コンクリートによって防護せざるを得ない場合が多いものとなっていた。また、二つの管部材の端面間に一定の隙間を確保して配置するとともに、隙間に弾性体を介在させて積層材を積層することから、二つの管部材の管軸方向の位置決めが困難である。

また、特許文献２の発明においては、二つの管部材の端面間に一定の隙間を確保して配置するとともに、隙間に弾性体を介在させて積層材を積層することから、二つの管部材の管軸方向の位置決めが困難である。このため、二つの管部材の突き合わせ部の内外周面に積層材を積層して接続する際、二つの管部材の端面の位置や曲げ角度が変化して曲管の有効長や曲げ角度にばらつきが発生し易く、曲管の品質を確保することが難しいという問題があった。

さらに、特許文献３の発明においては、二つの管部材の背側の端面同士が突き合わされており、土圧などが作用した場合、二つの管部材の突き合わせ部の背側の端面が互いに離れていくことになり、二つの管部材の突き合わせ部にわたって積層された積層材には、大きな引張力が作用する。ここで、積層材と管部材とが一体化していると仮定すると、二つの管部材の突き合わせ端面部分に積層された積層材の管端同士の間隙にある部分の長さは限りなく０に近く、その０に近い長さの積層材が、二つの管部材の突き合わせ部の背側においては、二つの管部材の端面同士が離間した長さだけ延びる必要があり、過大な歪みが発生するものとなる。これにより、特許文献１の発明と同様に、二つの管部材の突き合わせ部の背側において、積層材が破断するおそれがある。特に、土圧が大きく、管の撓みが大きくなる場合、あるいは、曲げ角度が大きい場合に、この傾向が顕著となる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、曲管の破壊や積層材の破断などを防止することでコンクリート防護工の施工を必要とすることがなく、二つの管部材を確実に位置決めして有効長や曲げ角度の品質を確保して接続することのできる曲管の接合構造を提供するものである。

本発明は、二つの管部材が管軸を曲折させて接続された曲管であって、二つの管部材のうちの少なくとも一方の管部材の背側の端面および腹側の端面にそれぞれ設定された角度範囲にわたって切欠部が形成されるとともに、二つの管部材の管頂側の端面および管底側の端面が互いに突き合わされ、さらに、二つの管部材の突き合わせ部の内周面および外周面の少なくとも一方に積層材が積層されることを特徴とするものである。

本発明によれば、二つの管部材の管頂側の端面および管底側の端面を互いに面接触して突き合わせることにより、二つの管部材は、軸線方向に位置決めされる。したがって、二つの管部材の突き合わせ部に積層材を積層する際、二つの管部材の端面位置や曲げ角度が変化することはなく、有効長や曲げ角度のばらつきを抑えて設定された品質の曲管を製造することができる。また、曲管が地中に埋設された際、土圧などが作用して曲管が鉛直方向に撓み、水平方向に膨らんで変形するとき、変形量が最大となる腹側の端面間および背側の端面間に設定された角度範囲にわたって切欠部が形成されていることにより、腹側においては端面同士の接近する方向の許容される変形量を大きくして変形追従性を向上させることができ、また、背側においては積層材に作用する歪みを緩和することができる。これにより、曲管の破壊や積層材の破断などを防止することができ、曲管を防護するコンクリート防護工の施工が不要となり、コストを削減することができるとともに、工期を短縮することができる。

本発明は、二つの管部材が管軸を曲折させて接続された曲管であって、二つの管部材のうちのいずれか一方の管部材の背側の端面および他方の管部材の腹側の端面にそれぞれ設定された角度範囲にわたって切欠部が形成されるとともに、二つの管部材の管頂側の端面および管底側の端面が互いに突き合わされ、さらに、二つの管部材の突き合わせ部の内周面および外周面の少なくとも一方に積層材が積層されることを特徴とするものである。

本発明によれば、二つの管部材の管頂側の端面および管底側の端面を互いに面接触して突き合わせることにより、二つの管部材は、軸線方向に位置決めされる。したがって、二つの管部材の突き合わせ部に積層材を積層する際、二つの管部材の端面位置や曲げ角度が変化することはなく、有効長や曲げ角度のばらつきを抑えて設定された品質の曲管を製造することができる。また、曲管が地中に埋設された際、土圧などが作用して曲管が鉛直方向に撓み、水平方向に膨らんで変形するとき、変形量が最大となる腹側の端面間および背側の端面間に設定された角度範囲にわたって切欠部が形成されていることにより、腹側においては端面同士の接近する方向の許容される変形量を大きくして変形追従性を向上させることができ、また、背側においては積層材に作用する歪みを緩和することができる。これにより、曲管の破壊や積層材の剥離などを防止することができ、曲管を防護するコンクリート防護工の施工が不要となり、コストを削減することができるとともに、工期を短縮することができる。

本発明において、前記切欠部に積層される積層材の厚みが切欠部以外に積層される積層材の厚みよりも厚いことが好ましい。すなわち、曲管が土圧などを受けて撓んだ場合、腹側および背側で変形量が最大となることから、管頂側および管底側における積層材の厚みよりも切欠部が形成された腹側および背側における積層材の厚みを厚く積層することにより、腹側および背側の強度を高めて変形に対抗することができる。

本発明において、前記切欠部に積層される積層材の一部または全部が炭素繊維またはアラミド繊維であり、切欠部以外に積層される積層材がガラス繊維であることが好ましい。すなわち、曲管が土圧などを受けて撓んだ場合、腹側および背側で変形量が最大となることから、管頂側および管底側における積層材としてガラス繊維を積層するとき、切欠部が形成された腹側および背側における積層材の一部または全部としてガラス繊維よりも引張強度の大きな炭素繊維またはアラミド繊維を積層することにより、腹側および背側の強度を高めて変形に対抗することができる。

本発明において、前記管部材が、ＦＲＰ内層の外周面に中間層としての樹脂モルタル層を、樹脂モルタル層の外周面にＦＲＰ外層をそれぞれ一体に積層して形成されたＦＲＰＭ管であり、前記ＦＲＰ内外層が端面に向けて厚みが漸減するテーパー面に形成され、二つの管部材のＦＲＰ内外層のテーパー面にわたってそれぞれ積層材が積層されることが好ましい。

本発明において、前記切欠部に弾性体が充填されることが好ましい。これにより、積層材を二つの管部材の突き合わせ部に積層する際、切欠部に積層材を落とし込むことなく容易に積層することができる。

本発明において、前記切欠部の角度範囲が中心角２θ＝６０〜１６０°であることが好ましい。中心角２θが６０°未満であると、二つの管部材の突き合わせ部における腹側の干渉や背側の離間を防止する効果が期待できない。また、中心角２θが１６０°を超えると、製作時の位置合わせに支障が生じる可能性がある他、管頂側端面間および管底側端面間の接触面積が減少し、例えば、曲管の両端が支持されて土圧が負荷し、管軸方向に曲げモーメントが作用した場合、管頂、管底の断面係数が不足し、横方向から見て管頂側が接近し、管底側が離隔して逆ハ字状に折れ曲がるおそれが高まる。

本発明によれば、曲管の破壊や積層材の剥離などを防止することでコンクリート防護工の施工を必要とすることがなく、二つの管部材を確実に位置決めして有効長や曲げ角度の品質を確保して接続することができる。

本発明の曲管の接合構造の一実施形態を示す横断面図および一方の管部材の端面を管軸方向から見た正面図である。本発明の曲管の接合構造の他の実施形態の突き合わせ部を一部省略して示す拡大横断面図である。図１の曲管の製造工程を説明する工程図および一方の管部材の端面を管軸方向から見た正面図である。図１の曲管の製造工程を説明する工程図およびその側面図である。他の実施形態の曲管の製造工程を説明する工程図およびその左右側面図である。従来の曲管を説明する平面図である。従来の曲管を示す平面図である。従来の曲管に作用する土圧による変形を模式的に示す正面図である。従来の曲管に作用する土圧による変形を模式的に示す横断面図である。改良された従来の曲管に作用する土圧による変形を模式的に示す横断面図である。さらに改良された従来の曲管を示す側面図である。図１１の曲管の平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明の曲管の接合構造の一実施形態が示されている。

この曲管１は、前述したように、ＦＲＰＭ管製あるいはＦＲＰ製の原管を斜めに切断し、切断して得られた直管状の二つの管部材２，３の切断端面同士を切断端面に沿って互いに軸心回りに１８０度回転させて突き合わせ、接続する。

そして、一方の管部材２の腹側の端面および背側の端面には、それぞれ軸線を通る水平面から上方および下方にそれぞれ角度θの範囲にわたって段差状の切欠部４を形成するとともに、これらの切欠部４には弾性体５を充填し、さらに、二つの管部材２，３の突き合わせ部の内周面および外周面にそれぞれ樹脂を含浸したガラス繊維などの積層材６を積層して接着し、接続するものである。

ここで、切欠部４の周方向の長さ（中心角２θ）は、曲管１の径、すなわち、設定される撓み量によっても異なるが、中心角２θ＝６０〜１６０°程度である。

切欠部４の形状としては、段差状以外に、管軸方向に向かって背側および腹側で最大となり、管頂側および管底側に向かって漸減する三角形状や略楕円状に湾曲した形状であっても構わない。

また、一方の管部材２の腹側の端面および背側の端面に切欠部４を形成した場合を説明したが、他方の管部材３の腹側の端面および背側の端面にも切欠部４を形成してもよく、さらには、二つの管部材２，３のうちの一方の管部材２，３の腹側の端面および他方の管部材２，３の背側の端面にそれぞれ切欠部４を形成してもよい（図５参照）。

また、弾性体５は、積層材６を積層して接着する際に、積層材６が切欠部４に落ち込むことを防止して容易に積層するために充填され、不飽和ポリエステル樹脂、シリコン樹脂、ウレタン樹脂、スチレン・ブタジエンゴムやクロロプレンゴムやエチレン・プロピレンゴムなどの各種ゴム、発泡ゴムなどを採用することができる。

なお、弾性体５の表面は積層材６との界面強度を確保するため、プライマー塗布などの表面処理を施すことが望ましい。

積層材６としては、繊維状強化材料として使用されているものならば限定されず、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などを挙げることができ、ＦＲＰ内外層やＦＲＰの樹脂に対応した樹脂を含浸させて使用される。

積層する積層材６の厚みとしては、曲管１が撓んだ場合、管側部で変形量が最大となるため、管頂側および管底側における積層材６の厚みよりも切欠部４が形成された腹側および背側における積層材６の厚みを厚く積層し、強度を高めて変形に対抗させることが好ましい。

同様の理由から、腹側および背側に積層する積層材６として、管頂側および管底側に積層する積層材６よりも引張強度の大きな積層材６を採用することが好ましい。例えば、管頂側および管底側に積層する積層材６としてガラス繊維を採用するとき、切欠部４が形成された腹側および背側に積層する積層材６としてガラス繊維よりも引張強度が大きな炭素繊維やアラミド繊維を採用する。

なお、切欠部４が形成された腹側および背側に積層する積層材６として、管頂側および管底側における積層材６よりも引張強度の大きな積層材６を採用するとともに、その厚みを管頂側および管底側における積層材６の厚みよりも厚く積層することを妨げるものではない。

また、積層材６を二つの管部材２，３の突き合わせ部に積層するに際して、管部材２，３の端面側端部の内周面および外周面を端面に向かって厚みが薄くなるテーパー面に形成し、二つの管部材２，３のテーパー面にわたってそれぞれ積層材６を積層するようにしてもよい。例えば、管部材２，３がＦＲＰＭ管の場合には、図２に示すように、中間層である樹脂モルタル層１１の内周面および外周面にそれぞれ一体に積層されたＦＲＰ内層１２およびＦＲＰ外層１３の端面側端部を端面に向けて厚みが漸減するテーパー面１２ａ，１３ａに形成し、二つの管部材２，３のＦＲＰ内層１２のテーパー面１２ａおよびＦＲＰ外層１３のテーパー面１３ａにわたってそれぞれ積層材６を積層すればよい。

さらに、積層材６は、二つの管部材２，３の管径によっては、突き合わせ部の内周面および外周面のいずれか一方にのみ積層するようにしてもよい。

この結果、このような曲管１においては、二つの管部材２，３を突き合わせた場合、切欠部４を除く管頂側および管底側において端面同士が面接触し、軸線方向に位置決めされるものとなる。したがって、例えば、二つの管部材２，３を回転させながら積層材６を積層して接着する際、常に突き合わせ面は一定の位置にあることから、二つの管部材２，３の端面位置や曲げ角度が変化することはなく、有効長や曲げ角度にばらつきを発生させることなく、すなわち、品質を確保して曲管１を製造することができる。

また、曲管１が地中に埋設された際に、土圧などが作用して曲管１が鉛直方向に撓み、水平方向に膨らんで変形するとき、変形量が最大ととなる腹側の端面および背側の端面に切欠部４が形成されていることにより、腹側においては、端面同士の接近する方向の許容される変形量を大きくして変形追従性を向上させることができ、また、背側においては、積層材６が管軸方向の切欠部４の深さに相当する長さを予め有することにより、積層材６に作用する引張力による歪みを緩和することができる。このため、曲管１の破壊や積層材６の破断などを防止することができ、曲管１を防護するコンクリート防護工の施工が不要となり、コストを削減することができるとともに、工期を短縮することができる。

さらに、曲管１は、管頂側の端面および管底側の端面が面接触して突き合わされていることから、曲管１が地中に埋設されて土圧などが作用した際、二つの管部材２，３は、管頂側の端面同士が互いに突き合わされて水平に維持するように互いに支持することから、二つの管部材２，３の端面間に隙間を形成し、この隙間の全周にわたって弾性体を介在させる場合に比較して、横方向から見て管頂側が接近するとともに管底部が離隔するといった逆ハ字状に折れ曲がるおそれもないものである。

次に、先に例示した曲管１の一実施形態の実施例の製造方法について説明する。

まず、直径７００ｍｍのＦＲＰＭ管の場合では、このＦＲＰＭ管製原管を曲げ角度１１°に対応して斜めに切断した後、切断して得られた直管状の二つの管部材２，３のうち、一方の管部材２の腹側の端面および背側の端面を管軸方向の深さ２０ｍｍ、中心角２θ＝１６０°にわたって切除し、段差状の切欠部４を形成する（図３参照）。

また、直径１６５０ｍｍのＦＲＰＭ管の場合では、例えば、原管を曲げ角度３０°に対応して斜めに切断して形成する。

次いで、二つの管部材２，３を突き合わせた状態で切断端面に沿って互いに管軸回りに１８０度回転させた後、二つの管部材２，３を突き合わせて形成される切欠部４による穴にスチレン・ブタジエンゴム製の弾性体５を充填し（図４参照）、二つの管部材２，３の突き合わせ部の外周面および内周面にそれぞれ積層材６として樹脂を含浸したガラス繊維を積層し、接着して接続する（図１参照）。この場合、弾性体５の表面には積層材６との界面強度を良好とすることを目的にプライマーを塗布して表面処理を行う。

具体的には、不飽和ポリエステル樹脂を含浸したガラス繊維からなるチョップドストランドマットおよびロービングクロスを設定枚数積層して接着することにより、二つの管部材２，３を接続して曲管１を製造するものである。この際、切欠部４に対応する腹側および背側の内周面に積層するガラス繊維の枚数を管頂側および管底側の内周面に積層するガラス繊維の枚数よりも若干多く積層する。

１曲管
２，３管部材
４切欠部
５弾性体
６積層材

Claims

二つの管部材が管軸を曲折させて接続された曲管であって、二つの管部材のうちの少なくとも一方の管部材の背側の端面および腹側の端面にそれぞれ設定された角度範囲にわたって切欠部が形成されるとともに、二つの管部材の管頂側の端面および管底側の端面が互いに突き合わされ、さらに、二つの管部材の突き合わせ部の内周面および外周面の少なくとも一方に積層材が積層されることを特徴とする曲管の接合構造。
二つの管部材が管軸を曲折させて接続された曲管であって、二つの管部材のうちのいずれか一方の管部材の背側の端面および他方の管部材の腹側の端面にそれぞれ設定された角度範囲にわたって切欠部が形成されるとともに、二つの管部材の管頂側の端面および管底側の端面が互いに突き合わされ、さらに、二つの管部材の突き合わせ部の内周面および外周面の少なくとも一方に積層材が積層されることを特徴とする曲管の接合構造。
請求項１または２記載の曲管の接合構造において、前記切欠部に積層される積層材の厚みが切欠部以外に積層される積層材の厚みよりも厚いことを特徴とする曲管の接合構造。
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の曲管の接合構造において、前記切欠部に積層される積層材の一部または全部が炭化繊維またはアラミド繊維であり、切欠部以外に積層される積層材がガラス繊維であることを特徴とする曲管の接合構造。
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の曲管の接合構造において、前記管部材が、ＦＲＰ内層の外周面に中間層としての樹脂モルタル層を、樹脂モルタル層の外周面にＦＲＰ外層をそれぞれ一体に積層して形成されたＦＲＰＭ管であり、前記ＦＲＰ内外層が端面に向けて厚みが漸減するテーパー面に形成され、二つの管部材のＦＲＰ内外層のテーパー面にわたってそれぞれ積層材が積層されることを特徴とする曲管の接合構造。
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の曲管の接合構造において、前記切欠部に弾性体が充填されることを特徴とする曲管の接合構造。
請求項１乃至６のいずれか一つに記載の曲管の接合構造において、前記切欠部の角度範囲が中心角２θ＝６０〜１６０°であることを特徴とする曲管の接合構造。