JP2016014317A - 鋼管連結構造及び鋼管連結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管杭の建て込み施工時に、前記鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するために前記両鋼管の継ぎ目に跨設された回転抑止キーを固定するボルトが緩んで脱落したり、破断したりしても、前記回転抑止キーが脱落することない信頼性の高い鋼管連結構造及び鋼管連結方法を提供する。
【解決手段】上側鋼管１０Ａの下端部の周縁に周方向に沿って形成され、下端部から上方に回転抑止キー５０を挿入可能な上側切欠部４０Ａと、下側鋼管１０Ｂの上端部の周縁に周方向に沿って、かつ、上側切欠部４０Ａに対応する位置に形成され、上端部から下方に回転抑止キー５０を挿入可能な下側切欠部４０Ｂとが協働してキー配設部４０を構成するとともに、回転抑止キー５０の側面及びキー配設部４０の側面に、回転抑止キー５０がキー配設部４０から脱落することを抑止する脱落防止機構を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の継ぎ目に回転抑止キーを跨設することで前記両鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するように構成された鋼管連結構造及び鋼管連結方法に関する。

従来、橋梁、港湾構造物、建築構造物などの基礎構造として鋼管杭が広く用いられている。

このような鋼管杭は、軟弱な地盤より下にある硬い地盤である支持層まで到達するように、数十メートルもの長さを地中に建て込む必要があるが、資材搬入や建て込みの都合から、工場製作された数メートル程度の定尺の鋼管を現場で地中に建て込みながら順次接続することで所定の長さを確保している。

鋼管連結構造に関して、特許文献１には、施工の省力化、工期短縮の観点から施工現場での鋼管杭の継杭作業の効率化を図るために機械式継手が開示されている。
機械式継手は、上側鋼管の下端部に溶接された雌型のボックス継手と、下側鋼管の上端部に溶接された雄型のピン継手とを互いに嵌合させ、ボックス継手内のキー溝に内蔵した荷重伝達キーをボルトを用いてピン継手側の溝に押出し、固定する構造となっている。そして、前記両鋼管が互いに軸周りに相対回転するのを抑止するために、前記両鋼管の継ぎ目に跨るように回転抑止キーがボルトで固定されている。

特開２０００−３１９８７４号公報

このような鋼管杭は、油圧ハンマ等による打撃によって地中に設置する打撃工法、バイブロハンマによって振動を付与しつつ地中に設置する振動工法、杭体の中空部を掘削しながら地中に設置する中堀工法、先端部に羽根を取り付け回転させながら地盤に圧入する回転圧入工法などにより地中に建て込み施工される。

鋼管杭の建て込み施工時には、鋼管杭の継ぎ目には施工する際に打撃や振動等が作用するため、回転抑止キーを固定している前記ボルトが緩んで脱落したり、破断したりして、回転抑止キーが脱落する虞があり、特に回転圧入工法では、前記上側鋼管の回転が前記下側鋼管に伝達されずに、施工が不能となる虞があった。

本発明の課題は、鋼管杭の建て込み施工時に、前記鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するために前記両鋼管の継ぎ目に跨設された回転抑止キーを固定するボルトが緩んで脱落したり、破断したりしても、前記回転抑止キーが脱落することない信頼性の高い鋼管連結構造及び鋼管連結方法を提供することにある。

本発明に係る鋼管連結構造の特徴構成は、鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の継ぎ目に回転抑止キーを跨設することで前記両鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するように構成された鋼管連結構造であって、上側鋼管の下端部の周縁に周方向に沿って形成され、
前記下端部から前記上側鋼管の軸方向に沿って上方に前記回転抑止キーを挿入可能な上側切欠部と、下側鋼管の上端部の周縁に周方向に沿って、かつ、前記上側切欠部に対応する位置に形成され、前記上端部から前記下側鋼管の軸方向に沿って下方に前記回転抑止キーを挿入可能な下側切欠部とが協働することで構成される、前記回転抑止キーを配設するためのキー配設部と、前記回転抑止キーの側面及び前記キー配設部の側面に、前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落することを抑止する脱落防止機構とを備えている点にあり、脱落防止機構によって前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落する虞がなくなる。

前記脱落防止機構が、前記回転抑止キーに備えられた係合部と、前記キー配設部に備えられた被係合部で構成され、前記係合部は、径方向の外方を向いた第一当接面を備え、前記被係合部は、前記径方向の内方を向き、かつ前記第一当接面に対向する第二当接面を備えることで、第一当接面と第二当接面の物理的な当接という簡単な構成で回転抑止キーがキー配設部から脱落する虞が確実に抑止される。

また、前記脱落防止機構が、前記回転抑止キーの側面と前記キー配設部の側面に形成された逆テーパー部によって構成されてもよく、逆テーパー状の構成により、回転抑止キーがキー配設部から脱落する虞が確実に抑止される。なお、前記逆テーパー部を構成する面が、平面または曲面のいずれであってもよい。

前記回転抑止キーにボルトを挿通するための孔が穿設され、前記回転抑止キーはボルトによって、前記下側鋼管に対して固定されているので、前記回転抑止キーを前記下側鋼管に対して固定できるため、前記キー配設部に配設した前記回転抑止キーのがたつきが防止される。

本発明に係る鋼管の連結方法の特徴構成は、上述した特徴構成を備えた鋼管連結構造を備えた上下に配設された鋼管の鋼管連結方法であって、地面に立て込まれた下側鋼管の下側切欠部に回転抑止キーを配設した後に、上側鋼管を、前記回転抑止キーが上側切欠部に配設されるように前記下側鋼管の上に吊り下ろす点にあり、上下の前記鋼管を連結すると同時に、脱落防止機構によって前記回転抑止キーは前記キー配設部から脱落することが抑止される。

本発明に係る鋼管連結構造の特徴構成は、鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の継ぎ目に回転抑止キーを跨設することで前記両鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するように構成された鋼管連結構造であって、上側鋼管の下端部の周縁に周方向に沿って形成された上側切欠部と、下側鋼管の上端部の周縁に周方向に沿って、かつ、前記上側切欠部に対応する位置に形成された下側切欠部とが協働することで構成される、前記回転抑止キーを配設するためのキー配設部と、前記回転抑止キーの外側面に備えられた係合部と、前記回転抑止キーの正面視で前記係合部の外幅より短い内幅に設定され、前記キー配設部の内側面に備えられた、前記係合部と係合可能な被係合部とで構成される脱落防止機構と、少なくとも前記回転抑止キーまたは前記キー配設部のいずれかに前記外幅の長さが前記内幅の長さより相対的に短くなるように弾性的に変形可能な変形部とを有する点にある。この構成によると、前記回転抑止キーまたは前記キー配設部を弾性的に変形させることで、幅狭の前記キー配設部に対して、幅広の前記回転抑止キーを嵌入することができる。前記キー配設部に前記回転抑止キーを配設した後は、前記係合部と前記被係合部とが係合することで、前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落することが抑止される。

さらに、前記係合部が、径方向の外方を向いた第一当接面を備え、前記被係合部が、前記径方向の内方を向き、かつ前記第一当接面に対向する第二当接面を備え、前記第一当接面の裏面に、前記第二当接面の裏面に当接する傾斜面を備えていることで、前記係合部は、前記傾斜面が前記第二当接面の裏面に案内されながら、前記キー配設部に円滑に嵌入さ
れる。このとき、前記第二当接面の裏面から前記傾斜面に作用する押圧力によって前記回転抑止キーの変形が促される。

また、前記変形部は、前記回転抑止キーの正面に外幅方向と直行する方向に形成された溝部を備えていることで、前記キー配設部に前記回転抑止キーを嵌入するときに、前記溝部を基点として前記回転抑止キーを弾性的に屈曲させることができる。

本発明に係る鋼管の連結方法の特徴構成は、上述した特徴構成を備えた鋼管連結構造を備えた上下に配設された鋼管の鋼管連結方法であって、地面に立て込まれた下側鋼管の上に上側鋼管を、前記下側鋼管の下側切欠部に前記上側鋼管の上側切欠部が対応するように吊り下ろし、前記上側切欠部及び前記下側切欠部によって構成されるキー配設部に、回転抑止キーを弾性的に変形させて嵌入する点にあり、前記回転抑止キーまたは前記キー配設部を弾性的に変形させることで、幅狭の前記キー配設部に対して、幅広の前記回転抑止キーを嵌入することができ、上下に配設された前記鋼管の継ぎ目に備えられた前記キー配設部に前記回転抑止キーが配設された後は、前記係合部と前記被係合部とが係合することで、前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落することが抑止される。

本発明によれば、鋼管杭の建て込み施工時に、前記鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するために前記両鋼管の継ぎ目に跨設された回転抑止キーを固定するボルトが緩んで脱落したり、破断したりしても、前記回転抑止キーが脱落することない信頼性の高い鋼管連結構造及び鋼管連結方法を提供することができる。

本発明の第一の態様による第一の実施形態の鋼管連結構造を備えた鋼管の斜視図である。 図１に示す鋼管連結構造の要部を、全周のうち一部を切り欠いて示した斜視図であって、（ａ）は上下の鋼管の連結前の状態を示す図、（ｂ）は上下の鋼管の連結後の状態を示す図である。 第一の態様による第一の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の斜視図である。 第一の態様による第一の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第二の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第一の態様による第二の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第三の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第一の態様による第三の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第四の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第一の態様による第四の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第五の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第一の態様による第五の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第六の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第七の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第八の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第一の態様による第九の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 本発明の第二の態様による第一の実施形態の鋼管連結構造を備えた鋼管の斜視である。 図１７に示す鋼管連結構造の要部を、全周のうち一部を切り欠いて示した斜視図であって、（ａ）は上下の鋼管の連結前の状態を示す図、（ｂ）は上下の鋼管の連結後の状態を示す図である。 第二の態様による第一の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第二の態様による第一の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図であって、（ａ）はキー配設部に回転抑止キーを嵌入する前の状態を示す図、（ｂ）はキー配設部に回転抑止キーを嵌入しているところを示す状態を示す図、（ｃ）はキー配設部に回転抑止キーを嵌入した後の状態を示す図である。 第二の態様による第二の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第二の態様による第二の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第二の態様による第三の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第二の態様による第三の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。 第二の態様による第四の実施形態の回転抑止キーの斜視図である。 第二の態様による第四の実施形態の回転抑止キーとキー配設部の断面図である。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照しながら説明する。各図において、同一の部分または対応する部分には、同一符号を付してある。

図１には、本発明の第一の態様による第一の実施形態の鋼管連結構造を備える鋼管１０が示されている。
鋼管１０の上端には雄型のピン継手２０が、工場において溶接部１２で溶接されて取り付けられ、下端には雌型のボックス継手３０が、工場において溶接部１３で溶接されて取り付けられている。

鋼管杭はこのような鋼管１０が上下に連結されて構成されるが、上下に連結された鋼管１０同士の鋼管連結構造は全ての連結箇所において同一の構成となっている。
以下の説明では、上下関係にある特定の上側鋼管と下側鋼管とに着目して、鋼管１０の鋼管連結構造を説明する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、本発明に係る「上下に配設された鋼管」のうち、相対的に上側に位置する鋼管を上側鋼管１０Ａ、相対的に下側に位置する鋼管を下側鋼管１０Ｂと呼び分けている。

上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂは、上側鋼管１０Ａのボックス継手３０に下側鋼管１０Ｂのピン継手２０が挿入され、ボックス継手３０に内蔵されている荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）をピン継手２０のキー溝２１にはめ込むことで垂直方向へ相対移動が不可能に結合されている。ピン継手２０及びボックス継手３０との継ぎ目１４に回転抑止キー５０を跨設することで、軸心周りの相対回転が不可能に結合される構成となっている。

ピン継手２０は筒状に形成され、下側鋼管１０Ｂの外径とほぼ同径の筒部２２Ｂに連続して、筒部２２Ｂよりも小径の嵌挿部２２Ａが延設されている。
嵌挿部２２Ａの外周の基端部には、ボックス継手３０の下端部に全周にわたって設けられた係合凸部３３が挿入される係合凹部２３が全周にわたって設けられている。
嵌挿部２２Ａの上端部には、ボックス継手３０の内周の基端部に全周にわたって設けられた係合凹部３４に挿入するための係合凸部２４が全周にわたって設けられている。
さらに、嵌挿部２２Ａの外周には、上下二段の荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）がはめ込まれるキー溝２１（２１Ａ，２１Ｂ）が、全周にわたって上下に二本設けられている。

ボックス継手３０は、上側鋼管１０Ａの外径とほぼ同径の外径を有する筒状に形成されている。ボックス継手３０の内周は、ピン継手２０の嵌挿部２２Ａの非嵌挿部となっていて、係合凸部３３が、ピン継手２０の係合凹部２３に挿入される。また、ボックス継手３０の基端側の内周には、ピン継手２０の係合凸部２４が挿入される係合凹部３４が、全周にわたって設けられている。

ボックス継手３０の内周には、周方向に二本のキー溝３５（３５Ａ，３５Ｂ）が形成されている。キー溝３５（３５Ａ，３５Ｂ）には、全周にわたって適宜分割された円弧状の荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）が配設されている。

ボックス継手３０の外周には、キー溝３５（３５Ａ，３５Ｂ）に連通するボルト穴３２（３２Ａ，３２Ｂ）が、周方向に沿って間隔をおいて複数穿孔されている。そして、ボルト穴３２には、六角孔付き植え込みボルト等で構成されたセットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）を螺合させてあり、セットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）はボックス継手３０の外側からの締め込み操作によって、径方向内側に螺進可能である。

セットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）の締め込み操作によって、セットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）の先端部に配設された荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）はキー溝３５（３５Ａ，３５Ｂ）から径方向内側に突出可能である。キー溝２１（２１Ａ，２１Ｂ）の深さよりも荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）の厚さを大きくすることで、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）はボックス継手３０とピン継手２０の両方に跨って配置される。

このように、キー溝３５（３５Ａ，３５Ｂ）から径方向内側に突出した荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）が、ピン継手２０の外周に形成されたキー溝２１（２１Ａ，２１Ｂ）にはめ込まれることにより、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）を介してボックス継手３０とピン継手２０とが垂直方向へ相対移動が不可能なように機械的に結合される。

なお、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）は、二段に限らず、一段であったり、三段以上の複数であったりしてもよい。荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）の個数や、さらにはその厚みや幅も、上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂの連結に要求される垂直方向の結合の強さに応じて適宜設計される。

一方、ピン継手２０とボックス継手３０との軸心周りの相対回転は、ピン継手とボックス継手３０の継ぎ目１４に跨るように備えられたキー配設部４０に配設された回転抑止キー５０によって抑止される。本実施形態では、キー配設部４０は、継ぎ目１４の周方向に沿って等間隔で８箇所に配設され、各キー配設部４０に回転抑止キー５０が配設される。

まず、回転抑止キー５０について説明する。
図３に示すように、回転抑止キー５０は、正面視及び断面視矩形状の平板状部材からなるキー本体５１を備えている。

キー本体５１には、キー本体５１の正面視で両側面に上下方向に沿って外方に延出するようにフランジ部５２が一体的に形成されている。フランジ部５２は、側面視でキー本体５１の背面と面一に備えられている。

さらに、キー本体５１には、平面視円形の座繰り穴５３が形成されている。座繰り穴５３には、回転抑止キー５０を鋼管１０に固定するボルト１５用の貫通孔が穿設されている。座繰り穴５３の平面形状は、ボルト１５の頭部よりも大きく、座繰り穴５３の断面形状は、ボルト１５の頭部の回転軸線方向の厚みと、ボルト１５用の座金の厚みを加えた厚みよりも深く形成されている。つまり、ボルト１５を鋼管１０に締め付けたときに、ボルト１５の頭部がキー本体５１の表面から外方に突出しない。

座繰り穴５３は、キー本体５１がピン継手２０とボックス継手３０を跨いだ状態で、ボルト１５が前記貫通孔を挿通してピン継手２０に形成されたボルト穴１６に螺着されるように、キー本体５１の上下方向中央よりも、ピン継手２０側に寄った位置に設けられている。

なお、ボルト１５は、キー配設部４０に配設した回転抑止キー５０のがたつきを防止する観点で設けることが好ましいが、上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂの軸心周りの相対回転を抑止する観点では必須の構成ではない。ボルト１５を設けない場合は、座繰り穴５３や前記貫通孔をキー本体５１に形成する必要はない。

次に、キー配設部４０について説明する。
ピン継手２０には、係合凹部２３の外方で、継ぎ目１４を構成する下側接合面２７の周縁に、周方向に沿って下側切欠部４０Ｂが形成されている。下側切欠部４０Ｂは、下側鋼管１０Ｂの上端部の下側接合面２７の周縁に周方向に沿って、下側接合面２７から下側鋼管１０Ｂの軸方向に沿って下方に回転抑止キー５０を挿入可能に構成されている。

ボックス継手３０には、係合凸部３３の外方で、継ぎ目１４を構成する上側接合面３７の周縁に、周方向に沿って、かつボックス継手３０にピン継手２０を挿入したときに下側切欠部４０Ｂに対応する位置に上側切欠部４０Ａが形成されている。上側切欠部４０は、上側鋼管１０Ａの下端部の上側接合面３７の周縁に周方向に沿って形成され、上側接合面３７から上側鋼管１０Ａの軸方向に沿って上方に回転抑止キー５０を挿入可能に構成されている。

下側切欠部４０Ｂの周方向の長さと、上側切欠部４０Ａの周方向の長さとは互いに一致させてある。また、下側切欠部４０Ｂの垂直方向長さと、上側切欠部４０Ａの垂直方向長さとについても互いに一致させてある。

ボックス継手３０にピン継手２０を挿入したとき、下側切欠部４０Ｂと上側切欠部４０Ａとが協働して正面視及び断面視矩形状の一つのキー配設部４０を構成する。なお、キー配設部４０の内寸は、内部に配設される回転抑止キー５０の外寸より僅かに大きい形状となっている。

ボックス継手３０とピン継手２０との継ぎ目１４に、ボックス継手３０とピン継手２０の両方を跨ぐキー配設部４０が形成され、このキー配設部４０に、回転抑止キー５０が配設されることで、連結されたボックス継手３０とピン継手２０、即ち上側鋼管１０Ａ及び下側鋼管１０Ｂ同士が相対的に回転することが抑止される。

さらに、上側切欠部４０Ａ及び下側切欠部４０Ｂの正面視両側面には、回転抑止キー５０のフランジ部５２に対応するように、フランジ部５２の厚みより若干大きい幅の係合溝
４２が形成されている。

図４に示すように、キー配設部４０に配設された回転抑止キー５０のフランジ部５２の外方面５２Ａと、キー配設部４０の係合溝４２の内方面４２Ａとが当接することで、回転抑止キー５０がキー配設部４０から脱落することが抑止される。

なお、ここでは、下側切欠部４０Ｂについてのみ説明したが、上側切欠部４０Ａにおいても、フランジ部５２の外方面５２Ａが係合溝４２の内方面４２Ａに当接する。

つまり、フランジ部５２が、回転抑止キー５０に備えられた係合部を構成し、フランジ部５２の外方面５２Ａが鋼管１０の径方向の外方を向いた第一当接面を構成する。
係合溝４２が、キー配設部４０に備えられた被係合部を構成し、係合溝４２の内方面４２Ａが鋼管１０の径方向の内方を向き、かつ前記第一当接面に対向する第二当接面を構成する。
すなわち、回転抑止キー５０に備えられた係合部としてのフランジ部５２と、キー配設部４０に備えられた被係合部としての係合溝４２とで脱落防止機構が構成される。

なお、回転抑止キー５０及びキー配設部４０の大きさ、数、配置箇所等は、鋼管杭の直径や、建て込み工法等に基づいて設計によって適正に定めることができる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）を参照しながら、上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂの連結方法について説明する。
地面に対して、鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）を建て込んでいき、鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）がある程度地面に立て込まれたら、鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）の上側切欠部４０Ａに、回転抑止キー５０を配設し、ボルト１５を用いて鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）に固定する。

次に、別の鋼管１０（上側鋼管１０Ａ）をクレーンで吊り上げ、既に地中に立て込まれた鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）の直上に運んで、回転抑止キー５０が鋼管１０（上側鋼管１０Ａ）の下端のボックス継手３０の上側切欠部４０Ａに合うように鋼管１０（上側鋼管１０Ａ）を回転調整しつつ、吊り下ろし、鋼管１０（上側鋼管１０Ａ）のボックス継手３０に、鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）のピン継手２０を挿入させていく。
ボックス継手３０の係合凸部３３とピン継手２０の係合凹部２３、ピン継手２０の係合凸部２４とボックス継手３０の係合凹部３４を、それぞれ付き合わせることにより、ボックス継手３０とピン継手２０とが縦方向に位置決めされるとともに、回転抑止キー５０が上側切欠部４０Ａに配設される。これにより、上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂは、回転抑止キー５０を介して、軸心周りの相対回転が不可能に結合される。

次に、ボルト穴３２（３２Ａ，３２Ｂ）の外側から六角レンチでセットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）を正方向に回すことにより、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）がセットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）の軸線に沿って前進し、キー溝２１（２１Ａ，２１Ｂ）に入っていく。上側鋼管と下側鋼管は、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）を介して、垂直方向へ相対移動が不可能に結合される。

セットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）をねじ込んだ後は、ボックス継手３０の外側から、深さゲージ等で、セットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）の埋め込み深さを測定し、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）が確実にキー溝２１（２１Ａ，２１Ｂ）にはめ込まれていることを確認する。
こうして、ボックス継手３０とピン継手２０との連結が完了する。この作業を鋼管杭が所定の長さとなるまで繰り返すことで、複数の鋼管１０が上下に連結された鋼管杭が構成
される。

上述の鋼管連結構造によって、鋼管１０の径や板厚にかかわらず、溶接による接合に比べて、鋼管１０の作業時間の大幅な短縮が可能な鋼管連結方法が実現できるようになった。さらに、鋼管杭の建て込み施工時に、前記鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管１０の軸心周りの相対回転を抑止するために前記両鋼管１０の継ぎ目１４に配設された回転抑止キー５０を固定するボルト１５が緩んで脱落したり、破断したりしても、回転抑止キー５０は、キー配設部４０から脱落する虞もない。

本発明の第一の態様による鋼管連結構造の別実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、上述した第一の実施形態と対応する構成については同じ符号を付して説明する。

第二の実施形態による鋼管連結構造では、上側切欠部４０Ａ及び下側切欠部４０Ｂの両方に係合溝４２を備えておらず、一方にのみ備えている。そして、回転抑止キー５０は、係合溝４２に対応する部分にのみフランジ部５２を備えている。フランジ部５２は、側面視でキー本体５１の背面と面一ではなく、側面視でキー本体５１の厚み方向中央に備えられている。

つまり、図５及び図６に示すように、回転抑止キー５０は、キー本体５１の正面視で両側面に上下方向に沿って中央より下方のみに外方に延出するようにフランジ部５２が一体的に形成され、フランジ部５２は、側面視でキー本体５１の厚み方向の中央に備えられて構成されている。そして、下側切欠部４０Ｂにのみ、フランジ部４２に対応する位置に係合溝４２が備えられる。

第二の実施形態による鋼管連結構造であっても、キー配設部４０に配設された回転抑止キー５０のフランジ部５２の外方面５２Ａと、キー配設部４０の係合溝４２の内方面４２Ａとが当接することで、回転抑止キー５０が鋼管１０の径方向の外側に移動することが抑止される。

第三の実施形態による鋼管連結構造では、上側切欠部４０Ａ及び下側切欠部４０Ｂの一方にフランジ部４４を備えている。そして、回転抑止キー５０は、フランジ部４４に対応する部分にのみ係合溝５４を備えている。

つまり、図７及び図８に示すように、回転抑止キー５０は、キー本体５１の正面視で両側面に上下方向に沿って中央より上方のみに内側に引退するように係合溝５４が一体的に形成され、係合溝５４は、側面視でキー本体５１の厚み方向の中央に備えられて構成されている。そして、上側切欠部４０Ａにのみ、係合溝５４に対応する位置にフランジ部４４が備えられる。

第三の実施形態による鋼管連結構造であっても、キー配設部４０に配設された回転抑止キー５０の係合溝５４の外方面５４Ａと、キー配設部４０のフランジ部４４の内方面４４Ａとが当接することで、回転抑止キー５０がキー配設部４０から脱落することが抑止される。

第四の実施形態による鋼管連結構造では、図９及び図１０に示すように、回転抑止キー５０は、キー本体５１の正面視で天面と底面の両方に左右方向に沿って外方に延出するようにフランジ部５２が一体的に形成されている。フランジ部５２は、側面視でキー本体５１の背面と面一に備えられている。そして、上側切欠部４０Ａ及び下側切欠部４０Ｂの両方に、回転抑止キー５０のフランジ部５２に対応する位置に係合溝４２を備えている。

第四の実施形態による鋼管連結構造であっても、キー配設部４０に配設された回転抑止キー５０のフランジ部５２の外方面５２Ａと、キー配設部４０の係合溝４２の内方面４２Ａとが当接することで、回転抑止キー５０がキー配設部４０から脱落することが抑止される。

第一の実施形態では、脱落防止機構が回転抑止キー５０に備えられた係合部としてのフランジ部５２と、キー配設部４０に備えられた被係合部としての係合溝４２とで構成されていたが、第五の実施形態による鋼管連結構造では、脱落防止機構が回転抑止キー５０の側面とキー配設部４０の側面に形成された逆テーパー部によって構成される。

つまり、図１１及び図１２に示すように、回転抑止キー５０は、キー本体５１の正面視で両側面に、平面視で台形となるような第一傾斜面５５を備えている。
一方、下側切欠部４０Ｂには、第一傾斜面５５に対向するような第二傾斜面４５が備えられている。

第五の実施形態による鋼管連結構造であっても、キー配設部４０に配設された回転抑止キー５０の第一傾斜面５５と、キー配設部４０の第二傾斜面４５とが逆テーパー状に当接することで、回転抑止キー５０がキー配設部４０から脱落することが抑止される。

なお、回転抑止キー５０に備えられる第一傾斜面５５は、回転抑止キー５０の厚み方向全体にわたって備えられる構成に限らず、厚み方向のどこかに備えられていればよい。

例えば、図１３に示すように、第一傾斜面５５は、回転抑止キー５０の厚み方向の中央より鋼管１０の径方向外側のみに備えてもよいし、図１４に示すように、回転抑止キー５０の厚み方向の中央より鋼管１０の径方向内側のみに備えてもよい。

さらに、図１５及び図１６に示すように、第一傾斜面５５及び第二傾斜面４５を、平面ではなく曲面で構成することもできる。

以上説明のとおり、本発明の第一の態様による鋼管連結構造は上述したいずれかの脱落防止機構を備えることによって、回転抑止キー５０がキー配設部４０から脱落することが抑止される。

次に、本発明の第二の態様による鋼管連結構造について説明する。
図１７には、本発明の第二の態様による第一の実施形態の鋼管連結構造を備える鋼管１０が示されている。
該鋼管１０は、第二の態様による鋼管連結構造を除いて、図１に示す鋼管１０と同様の構成であるため、同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

第二の態様による第一の実施形態の鋼管連結構造について説明する。
まず、回転抑止キー２５０について説明する。
図１９に示すように、回転抑止キー２５０は、正面視及び断面視矩形状の平板状部材からなるキー本体２５１を備えている。

キー本体２５１には、キー本体２５１の正面視で両側面に上下方向に沿って外方に延出するようにフランジ部２５２が一体的に形成されている。
フランジ部２５２は、鋼管１０の径方向の外方を向いた外方面２５２Ａを備え、外方面２５２Ａの裏面に、外方面２５２Ａの先端からキー本体部２５１の側面に連なる傾斜面２５２Ｂを備えている。フランジ部２５２の外方面２５２Ａは、側面視でキー本体２５１の
正面と面一に備えられている。

さらに、キー本体２５１には、平面視円形の座繰り穴２５３が形成されている。座繰り穴２５３には、回転抑止キー２５０を鋼管１０に固定するボルト１５用の貫通孔が穿設されている。座繰り穴２５３の平面形状は、ボルト１５の頭部よりも大きく、座繰り穴２５３の断面形状は、ボルト１５の頭部の回転軸線方向の厚みと、ボルト１５用の座金の厚みを加えた厚みよりも深く形成されている。つまり、ボルト１５を鋼管１０に締め付けたときに、ボルト１５の頭部がキー本体２５１の表面から外方に突出しない。

座繰り穴２５３は、キー本体２５１がピン継手２０とボックス継手３０を跨いだ状態で、ボルト１５が前記貫通孔を挿通してピン継手２０に形成されたボルト穴１６に螺着されるように、キー本体２５１の上下方向中央よりも、ピン継手２０側に寄った位置に設けられている。

なお、ボルト１５は、キー配設部２４０に配設した回転抑止キー２５０のがたつきを防止する観点で設けることが好ましいが、上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂの軸心周りの相対回転を抑止する観点では必須の構成ではない。ボルト１５を設けない場合は、座繰り穴２５３や前記貫通孔をキー本体２５１に形成する必要はない。

次に、キー配設部２４０について説明する。
ピン継手２０には、係合凹部２３の外方で、継ぎ目１４を構成する下側接合面２７の周縁に、周方向に沿って下側切欠部２４０Ｂが形成されている。
ボックス継手３０には、係合凸部３３の外方で、継ぎ目１４を構成する上側接合面３７の周縁に、周方向に沿って、かつボックス継手３０にピン継手２０を挿入したときに下側切欠部２４０Ｂに対応する位置に上側切欠部２４０Ａが形成されている。
下側切欠部２４０Ｂの周方向の長さと、上側切欠部２４０Ａの周方向の長さとは互いに一致させてある。また、下側切欠部２４０Ｂの垂直方向長さと、上側切欠部２４０Ａの垂直方向長さとについても互いに一致させてある。

上側切欠部２４０Ａ及び下側切欠部２４０Ｂの夫々には、上側切欠部２４０Ａ及び下側切欠部２４０Ｂの正面視で両側面に上下方向に沿って内方に延出した突出縁部が一体的に形成されている。

ボックス継手３０にピン継手２０を挿入したとき、下側切欠部２４０Ｂと上側切欠部２４０Ａとが協働して正面視及び断面視矩形状の一つのキー配設部２４０を構成する。このとき、前記両突出縁部が一体的に連なってフランジ部２４２を形成を構成する。

キー配設部２４０のフランジ部２４２の最小内幅は、回転抑止キー２５０のフランジ部２５２の最大外幅より狭く設定されている。なお、キー配設部２４０の内寸は、内部に配設される回転抑止キー２５０の最大外幅より僅かに大きい形状となっている。

図２０（ａ）に示すように、ボックス継手３０とピン継手２０との継ぎ目１４に、ボックス継手３０とピン継手２０の両方を跨ぐキー配設部２４０が形成される。
図２０（ｂ）に示すように、このキー配設部２４０に対して、回転抑止キー２５０を外から嵌入する。このとき、フランジ部２５２の裏面の傾斜面２５２Ｂが、フランジ部２４２によって押圧され、フランジ部２５２は弾性的に変形する。つまり、フランジ部２５２が変形部となる。
図２０（ｃ）に示すように、キー配設部２４０内に回転抑止キー２５０が配設されると、連結されたボックス継手３０とピン継手２０、即ち上側鋼管１０Ａ及び下側鋼管１０Ｂ同士が相対的に回転することが抑止される。このとき、キー配設部２４０に配設された回
転抑止キー２５０のフランジ部２５２の外方面５２２Ａと、キー配設部２４０のフランジ部２４２の内方面２４２Ａとが当接することで、回転抑止キー２５０がキー配設部２４０から脱落することが抑止される。

つまり、フランジ部２５２が、回転抑止キー２５０の外側面に備えられた係合部を構成し、フランジ部２５２の外方面２５２Ａが鋼管１０の径方向の外方を向いた第一当接面を構成する。
フランジ部２４２が、キー配設部２４０の内側面に備えられた被係合部を構成し、フランジ部２４２の内方面２４２Ａが鋼管１０の径方向の内方を向き、かつ前記第一当接面に対向する第二当接面を構成する。
すなわち、回転抑止キー２５０に備えられた係合部としてのフランジ部２５２と、キー配設部２４０に備えられた被係合部としてのフランジ部２４２とで脱落防止機構が構成される。

なお、回転抑止キー２５０及びキー配設部２４０の大きさ、数、配置箇所等は、鋼管杭の直径や、建て込み工法等に基づいて設計によって適正に定めることができる。

図１８（ａ）及び図１８（ｂ）を参照しながら、上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂの連結方法について説明する。
地面に対して、鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）を建て込んでいき、鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）がある程度地面に立て込まれたら、別の鋼管１０（上側鋼管１０Ａ）をクレーンで吊り上げ、既に地中に立て込まれた鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）の直上に運んで、上側切欠部２４０Ａが下側切欠部２４０Ｂに合うように鋼管１０（上側鋼管１０Ａ）を回転調整しつつ、吊り下ろし、鋼管１０（上側鋼管１０Ａ）のボックス継手３０に、鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）のピン継手２０を挿入させていく。

次に、ボックス継手３０の係合凸部３３とピン継手２０の係合凹部２３、ピン継手２０の係合凸部２４とボックス継手３０の係合凹部３４を、それぞれ付き合わせることにより、ボックス継手３０とピン継手２０とが縦方向に位置決めされる。

次に、ボルト穴３２（３２Ａ，３２Ｂ）の外側から六角レンチでセットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）を正方向に回すことにより、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）がセットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）の軸線に沿って前進し、キー溝２１（２１Ａ，２１Ｂ）に入っていく。上側鋼管と下側鋼管は、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）を介して、垂直方向へ相対移動が不可能に結合される。

セットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）をねじ込んだ後は、ボックス継手３０の外側から、深さゲージ等で、セットボルト３６（３６Ａ，３６Ｂ）の埋め込み深さを測定し、荷重伝達キー３１（３１Ａ，３１Ｂ）が確実にキー溝２１（２１Ａ，２１Ｂ）にはめ込まれていることを確認する。

セットボルト３６の操作に前後して、上側切欠部２４０Ａと下側切欠部２４０Ｂによって構成されたキー配設部２４０に、回転抑止キー２５０を弾性変形させて嵌入し、ボルト１５を用いて鋼管１０（下側鋼管１０Ｂ）に固定する。これにより、上側鋼管１０Ａと下側鋼管１０Ｂは、回転抑止キー２５０を介して、軸心周りの相対回転が不可能に結合される。こうして、ボックス継手３０とピン継手２０との連結が完了する。この作業を鋼管杭が所定の長さとなるまで繰り返すことで、複数の鋼管１０が上下に連結された鋼管杭が構成される。

上述の鋼管連結構造によって、鋼管１０の径や板厚にかかわらず、溶接による接合に比
べて、鋼管１０の作業時間の大幅な短縮が可能な鋼管連結方法が実現できるようになった。さらに、鋼管杭の建て込み施工時に、前記鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管１０の軸心周りの相対回転を抑止するために前記両鋼管１０の継ぎ目１４に配設された回転抑止キー２５０を固定するボルト１５が緩んで脱落したり、破断したりしても、回転抑止キー５０は、キー配設部２４０から脱落する虞もない。

本発明に係る鋼管連結構造の別実施形態について説明する。
なお、以下の説明では、上述した第一の実施形態と対応する構成については同じ符号を付して説明する。

第二の実施形態による鋼管連結構造では、図２１に示すように、回転抑止キー２５０のフランジ部２５２は、キー本体２５１の上下方向中央部にのみ形成されている。なお、キー配設部２４２には、少なくともフランジ部２５２に対応する位置にのみフランジ部２４２を備えていればよい。

第二の実施形態では、フランジ部２５２の全長が短いため、フランジ部２５２は、キー配設部２４０への嵌入時に円滑に弾性的に変形することができる。このようなフランジ部２５２であっても、キー配設部２４０に嵌入した後は、フランジ部２５２の外方面２５２Ａとキー配設部２４０のフランジ部２４２の内方面２４２Ａとが当接することで、回転抑止キー２５０がキー配設部２４０から脱落することが抑止される。

第三の実施形態による鋼管連結構造では、図２２に示すように、回転抑止キー２５０のフランジ部２５２は、断面視でキー本体２５１の正面と面一ではなく、キー本体２５１の厚み方向の中央付近に備えられている。

第三の実施形態による鋼管連結構造であっても、キー配設部２４０に配設された回転抑止キー２５０のフランジ部２５２の外方面２５２Ａと、キー配設部２４０のフランジ部２４２の内方面２４２Ａとが当接することで、回転抑止キー２５０がキー配設部２４０から脱落することが抑止される。また、回転抑止キー２５０をキー配設部２４０に嵌入した後に、回転抑止キー２５０の正面を、鋼管杭（ボックス継手２０）の外周面に面一にできるため、鋼管杭の外周面を滑らかにすることができる。

第四の実施形態による鋼管連結構造では、図２３に示すように、回転抑止キー２５０のキー本体２５１に断面Ｖ字状の溝部６０が備えられている。溝部６０は、回転抑止キー２５０の正面にフランジ部２５２の最大外幅方向と直行する方向に、すなわちキー本体２５１の上下方向に沿って形成されている。なお、この場合、ボルト１５用の座繰り穴２５３や貫通孔はＶ字状の溝部６０の内部に備えられてもよいし、備えなくてもよい。
溝部６０を備えることによって、キー配設部２４０に回転抑止キー２５０を嵌入するときに、溝部６０を基点として回転抑止キー２５０を弾性的に屈曲させることができる。

第四の実施形態による鋼管連結構造であっても、図２４に示すように、キー配設部２４０に配設された回転抑止キー２５０のフランジ部２５２の外方面２５２Ａと、キー配設部２４０のフランジ部２４２の内方面２４２Ａとが当接することで、回転抑止キー２５０がキー配設部２４０から脱落することが抑止される。

第五の実施形態による鋼管連結構造では、図２５及び図２６に示すように、回転抑止キー２５０は、キー本体２５１の正面視で天面と底面の両方に左右方向に沿って外方に延出するようにフランジ部２５２が一体的に形成されている。フランジ部２５２は、側面視でキー本体２５１の正面と面一に備えられている。さらに、回転抑止キー２５０のキー本体２５１に断面Ｖ字状の溝部６０が備えられている。溝部６０は、回転抑止キー２５０の正
面にフランジ部２５２の最大外幅方向と直行する方向に、すなわちキー本体２５１の左右方向に沿って形成されている。

そして、上側切欠部２４０Ａ及び下側切欠部２４０Ｂの両方に、回転抑止キー２５０のフランジ部２５２に対応する位置にフランジ部２４２を備えている。

第五の実施形態による鋼管連結構造であっても、キー配設部２４０に配設された回転抑止キー２５０のフランジ部２５２の外方面２５２Ａと、キー配設部２４０のフランジ部２４２の内方面２４２Ａとが当接することで、回転抑止キー２５０がキー配設部２４０から脱落することが抑止される。

上述したいずれの実施形態においても、回転抑止キー２５０のフランジ部２５２が弾性的に変形する場合について説明したが、変形部の構成はこれに限らない。例えば、キー配設部２４０のフランジ部２４２が、回転抑止キー２５０の嵌入時に、フランジ部２５２によって押圧されることで、弾性的に変形するような構成であってもよい。この場合、フランジ部２４２の正面に傾斜面を備えると、フランジ部２４２の変形が円滑に行われる。

以上説明のとおり、本発明の第二の態様による鋼管連結構造は上述したいずれかの脱落防止機構を備えることによって、回転抑止キー２５０がキー配設部２４０から脱落することが抑止される。

上述した実施形態は、いずれも本発明の一例であり、該記載により本発明が限定されるものではなく、各部の具体的構成は本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能である。

１０ 鋼管
１０Ａ 上側鋼管
１０Ｂ 下側鋼管
１３ 継ぎ目
１５ ボルト
４０ キー配設部
４０Ａ 上側切欠部
４０Ｂ 下側切欠部
４２ 係合溝（被係合部）
４２Ａ 内方面（第二当接面）
５０ 回転抑止キー
５２ フランジ部（係合部）
５２Ａ 外方面（第一当接面）
６０ 溝部
２４０ キー配設部
２４０Ａ 上側切欠部
２４０Ｂ 下側切欠部
２４２ フランジ部（被係合部）
２４２Ａ 内方面（第二当接面）
２５０ 回転抑止キー
２５２ フランジ部（係合部）
２５２Ａ 外方面（第一当接面）

Claims (10)

1. 鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の継ぎ目に回転抑止キーを跨設することで前記両鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するように構成された鋼管連結構造であって、
   上側鋼管の下端部の周縁に周方向に沿って形成され、前記下端部から前記上側鋼管の軸方向に沿って上方に前記回転抑止キーを挿入可能な上側切欠部と、下側鋼管の上端部の周縁に周方向に沿って、かつ、前記上側切欠部に対応する位置に形成され、前記上端部から前記下側鋼管の軸方向に沿って下方に前記回転抑止キーを挿入可能な下側切欠部とが協働することで構成される、前記回転抑止キーを配設するためのキー配設部と、前記回転抑止キーの側面及び前記キー配設部の側面に、前記回転抑止キーが前記キー配設部から脱落することを抑止する脱落防止機構とを備えていることを特徴とする鋼管連結構造。
2. 前記脱落防止機構が、
   前記回転抑止キーに備えられた係合部と、
   前記キー配設部に備えられた被係合部で構成され、
   前記係合部は、径方向の外方を向いた第一当接面を備え、
   前記被係合部は、前記径方向の内方を向き、かつ前記第一当接面に対向する第二当接面を備える請求項１に記載の鋼管連結構造。
3. 前記脱落防止機構が、
   前記回転抑止キーの側面と前記キー配設部の側面に形成された逆テーパー部によって構成される請求項１に記載の鋼管連結構造。
4. 前記逆テーパー部を構成する面が、平面または曲面である請求項３に記載の鋼管連結構造。
5. 前記回転抑止キーにボルトを挿通するための孔が穿設され、
   前記回転抑止キーはボルトによって、前記下側鋼管に対して固定される請求項１から４のいずれか一項に記載の鋼管連結構造。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の鋼管連結構造を備えた上下に配設された鋼管の鋼管連結方法であって
   地面に立て込まれた下側鋼管の下側切欠部に回転抑止キーを配設した後に、
   上側鋼管を、前記回転抑止キーが上側切欠部に配設されるように前記下側鋼管の上に吊り下ろすことを特徴とする鋼管連結方法。
7. 鋼管杭を構成する上下に配設された鋼管の継ぎ目に回転抑止キーを跨設することで前記両鋼管の軸心周りの相対回転を抑止するように構成された鋼管連結構造であって、
   上側鋼管の下端部の周縁に周方向に沿って形成された上側切欠部と、下側鋼管の上端部の周縁に周方向に沿って、かつ、前記上側切欠部に対応する位置に形成された下側切欠部とが協働することで構成される、前記回転抑止キーを配設するためのキー配設部と、
   前記回転抑止キーの外側面に備えられた係合部と、前記回転抑止キーの正面視で前記係合部の外幅より短い内幅に設定され、前記キー配設部の内側面に備えられた、前記係合部と係合可能な被係合部とで構成される脱落防止機構と、
   少なくとも前記回転抑止キーまたは前記キー配設部のいずれかに前記外幅の長さが前記内幅の長さより相対的に短くなるように弾性的に変形可能な変形部とを有することを特徴とする鋼管連結構造。
8. 前記係合部が、径方向の外方を向いた第一当接面を備え、
   前記被係合部が、前記径方向の内方を向き、かつ前記第一当接面に対向する第二当接面
   を備え、
   前記第一当接面の裏面に、前記第二当接面の裏面に当接する傾斜面を備えている請求項７に記載の鋼管連結構造。
9. 前記変形部は、前記回転抑止キーの正面に外幅方向と直行する方向に形成された溝部を備えている請求項７または８に記載の鋼管連結構造。
10. 請求項７から９のいずれか一項に記載の鋼管連結構造を備えた上下に配設された鋼管の鋼管連結方法であって
    地面に立て込まれた下側鋼管の上に上側鋼管を、前記下側鋼管の下側切欠部に前記上側鋼管の上側切欠部が対応するように吊り下ろし、
    前記上側切欠部及び前記下側切欠部によって構成されるキー配設部に、回転抑止キーを弾性的に変形させて嵌入することを特徴とする鋼管連結方法。

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