JP2016121486A

JP2016121486A - ネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法

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Publication number: JP2016121486A
Application number: JP2014261927A
Authority: JP
Inventors: 眞弘佐藤; Shinko Sato; 実水本; Minoru Mizumoto; 鈴木　剛; Takeshi Suzuki; 鈴木　　剛; 文生矢部; Fumio Yabe; 和臣市川; Kazuomi Ichikawa; 和仁辻本; Kazuhito Tsujimoto
Original assignee: JFE Steel Corp; Obayashi Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; Obayashi Corp
Priority date: 2014-12-25
Filing date: 2014-12-25
Publication date: 2016-07-07
Anticipated expiration: 2034-12-25
Also published as: JP6438762B2

Abstract

【課題】鋼管柱のネジ式機械式継手による接合の管理を高い精度で実施する。
【解決手段】ネジ式機械式継手１０による鋼管柱の接合を管理する方法であって、ネジ式機械式継手１０への導入トルクを増大させながら、ネジ式機械式継手１０に生じるひずみを計測し、導入トルクの値とひずみの値との関係を確認し、当該関係に基づいて、導入トルクの管理値Ｔ０を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法に関する。

鋼管柱の施工の際に上下の鋼管柱を接合する方法として、ネジ式機械式継手により接合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、鋼管杭の施工の際に上下の鋼管をネジ式機械式継手により接合する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の鋼管杭の接合方法では、ネジ式機械式継手に導入するトルクを管理することが開示されている。

特開２０１３−１７４０８８号公報特開平１１−１０７２７２号公報

ところで、鋼管杭は地盤により拘束されていることから、鋼管杭のネジ式機械式継手のガタツキや緩みは低減されるのに対して、鋼管柱のネジ式機械式継手の周囲にはガタツキや緩みを抑えるものは存在しない。よって、鋼管柱のネジ式機械式継手による接合の管理は、鋼管杭のそれよりも高い精度を要求される。

ここで、特許文献２に記載の管理方法では、ネジ式機械式継手に導入するトルクを管理しているところ、雄ネジと雌ネジとが傾きなく螺合されればトルクの値が回転角に比例して上昇するのに対して、雄ネジと雌ネジとが傾いて螺合されればトルクの値が回転角に比例せずに過大に上昇することが考えられる。かかる場合には、ネジ式機械式継手に実際に導入されたトルクの大きさが設定値未満になる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋼管柱のネジ式機械式継手による接合の管理を高い精度で実施することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係るネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法は、前記ネジ式機械式継手への導入トルクを増大させながら、前記ネジ式機械式継手に生じるひずみを計測し、前記導入トルクと前記ひずみとの関係に基づいて、前記導入トルクの管理値を設定することを特徴とする。

前記ネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法において、前記導入トルクと前記ひずみとの関係が非線形の関係から線形の関係に変わる点における前記導入トルクの値以上に、前記導入トルクの管理値を設定してもよい。

前記ネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法において、雄ネジの内周面における基端側から１段目のネジ溝の位置に生じる前記ひずみを計測してもよい。

本発明によれば、鋼管柱のネジ式機械式継手による接合の管理を高い精度で実施できる。

一実施形態に係るコンクリート充填鋼管柱を示す立面図（部分断面図）である。ネジ式機械式継手を示す断面図である。実験装置の概略を示す図である。 φ５００ｍｍの試験体のネジ式機械式継手を示す図である。 φ６００ｍｍの試験体のネジ式機械式継手を示す図である。導入したトルクと雄ネジ５´に生じるひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。導入したトルクと雄ネジ５´に生じるひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。本実験で使用したφ８００ｍｍの試験体のネジ式機械式継手を示す立断面図である。本実験で使用したφ８００ｍｍの試験体のネジ式機械式継手を示す平断面図である。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る鋼管柱２を示す立面図（部分断面図）である。この図に示すように、鋼管柱２は、坑７内に建て込まれた逆打ち支柱であり、複数の鋼管柱１がネジ式機械式継手１０により接合されて杭３に達する長さとなっている。

ネジ式機械式継手１０は、互いに螺合する雄ネジ５と雌ネジ６とを備える。雄ネジ５は、各鋼管柱１の下端に設けられ、雌ネジ６は、各鋼管柱１の上端に設けられており、雄ネジ５と雌ネジ６とが締結されることにより、上下の鋼管柱１が接合されている。

図２は、ネジ式機械式継手１０を示す断面図である。この図に示すように、ネジ式機械式継手１０の雄ネジ５は、鋼管柱１の下端に溶接等により固定され、雌ネジ６は、鋼管柱１の上端に溶接等により固定されている。ここで、雄ネジ５と雌ネジ６とは、ショルダー面５Ａ、６Ａが接触すると共にロード面５Ｂ、６Ｂが接触した状態で締結されている。これにより、ロード面５Ｂ、６Ｂにおいて雄ネジ５と雌ネジ６との間での引張力の伝達が行われると共に、ショルダー面５Ａ、６Ａにおいて雄ネジ５と雌ネジ６との間での圧縮力の伝達が行われる。

ところで、ネジ式機械式継手１０にガタツキや緩みが生じないように、ネジ式機械式継手１０を締結する際には、所定値以上のトルクを導入する必要があるところ、本実施形態に係る接合管理方法では、まず、導入したトルクと雄ネジ５に生じるひずみとの関係を確認する実験を実施し、その実験結果に基づいてトルクの管理値Ｔ０を設定する。以下、導入トルクと雄ネジ５に生じるひずみとの関係を確認する実験について説明する。

図３は、実験装置１００の概略を示す図である。この図に示すように、雄ネジ５´を一端側に溶接した鋼管１Ａと、雌ネジ６´を一端側に溶接した鋼管１Ｂとを試験体として作製し、雄ネジ５´と雌ネジ６´とを螺合させて鋼管１Ａと鋼管１Ｂとを接合し、下型の鋼管１Ｂを回り止めした状態で台座に固定する。この状態で、ネジ式機械式継手１０´にトルクを導入する。

本実験では、直径がφ５００ｍｍ、φ６００ｍｍの試験体を作製した。図４は、φ５００ｍｍの試験体のネジ式機械式継手を示す図であり、図５は、φ６００ｍｍの試験体のネジ式機械式継手を示す図である。本実験で用いるネジ式機械式継手は、差込式の４条の平行ネジの無溶接継手であり、引張強さ８０キロ級高張力鋼を使用して作製されている。

本実験では、雄ネジ５´の内周面にひずみゲージ１２を取り付けて、雄ネジ５´の内周面に生じるひずみを計測する。ここで、ひずみゲージ１２の取付位置は、雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の内周面における基端側から１段目のネジ溝５Ｃ´の位置に設定されており、ひずみゲージ１２は、当該位置のひずみを計測して測定値を出力する。なお、平行ネジの条数に合わせて４個のひずみゲージ１２を９０°間隔で雄ネジ５´の内周面に取付けている。ここで、平行ネジの条数とひずみゲージ１２の数とを一致させることは必須ではなく、適宜設定すればよい。

本実験では、ネジ式機械式継手への導入トルクを増加させながらトルク値とひずみゲージ１２の計測値とを記録する。図６及び図７は、導入したトルクＴ（ｋＮ・ｍ）と雄ネジ５´に生じるひずみ（μ）との関係についての実験結果をまとめたグラフである。図６は、φ５００ｍｍの試験体についての実験結果を示し、図７は、φ６００ｍｍの試験体についての実験結果を示している。なお、ひずみ（μ）は、４個のひずみゲージ１２の計測値の平均値である。

図６及び図７のグラフに示すように、φ５００ｍｍ、φ６００ｍｍの何れの試験体においても、雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の内周面における基端側から１段目のネジ溝５Ｃ´の位置でのひずみ値（μ）は、−の値となった。即ち、雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の内周面における基端側から１段目のネジ溝５Ｃ´の位置では、圧縮ひずみが生じることが本実験で確認された。

さらに、φ５００ｍｍ、φ６００ｍｍの何れの試験体においても、グラフ中に太線で示すように、トルクＴ（ｋＮ・ｍ）を導入した初期段階では、トルクＴ（ｋＮ・ｍ）とひずみ値（μ）との関係が非線形の関係になり、トルクＴ（ｋＮ・ｍ）の増加に対してひずみ値（μ）が不規則に増加する。一方、トルクＴ（ｋＮ・ｍ）が所定値Ｔ１（φ５００ｍｍでは２．７ＫＮｍ程度、φ６００ｍｍでは４．７ｋＮ・ｍ程度）以上になると、トルクＴ（ｋＮ・ｍ）とひずみ値（μ）との関係が線形の関係になり、トルクＴ（ｋＮ・ｍ）の増加に比例してひずみ値（μ）が増加する。

ここで、本実験では、ひずみゲージ１２を雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の内周面における基端側から１段目のネジ溝５Ｃ´の位置に取付けて当該位置のひずみを計測したが、ネジ式機械式継手の他の位置のひずみの変化を確認する実験を行ったので、以下説明する。

図８は、本実験で使用したφ８００ｍｍの試験体のネジ式機械式継手を示す図である。この図に示すように、本実験では、ひずみゲージ１２を雄ネジ５´及び雌ネジ６´の複数箇所に取付けて各所で生じるひずみを計測した。ひずみゲージ１２は、雄ネジ５´の内周面の図中Ｉ１、Ｉ２、Ｉ５で示す各位置と、雄ネジ５´の外周面の図中Ｏ１で示す位置と、雌ネジ６´の外周面の図中Ｏ１´、Ｏ２、Ｏ５、Ｏ６で示す位置とに９０°間隔で取り付けた（図９参照）。

取付位置Ｉ１は、雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の基端の位置に設定され、取付位置Ｉ２は、ネジ部５Ｄ´の基端から１段目のネジ溝５Ｃ´の位置に設定され、取付位置Ｉ５は、雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の先端から１段目のネジ溝５Ｃ´の位置に設定されている。ここで、取付位置Ｉ２は、上述の実験でひずみを計測した位置と一致する。

取付位置Ｏ１は、雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の基端の位置に設定されている。また、取付位置Ｏ１´は、雌ネジ６´のネジ部６Ｄ´の先端の位置に設定され、取付位置Ｏ２は、ネジ部６Ｄ´の先端から１段目のネジ溝６Ｃ´の位置に設定され、取付位置Ｏ５は、ネジ部６Ｄ´の基端側から１段目のネジ溝６Ｃ´の位置に設定され、取付位置Ｏ６は、ネジ部６Ｄ´の基端の位置に設定されている。

図１０〜図１７は、ネジ式機械式継手の各所でのトルクとひずみとの関係についての実験結果をまとめたグラフである。なお、ネジ式機械式継手の周方向の各位置を、ＥＩ１、ＳＩ１、ＷＩ１、ＮＩ１と称している。

これらの図に示すように、取付位置Ｉ２におけるトルク（ｋＮ・ｍ）とひずみ（μ）との関係（図１１）が、その他の取付位置におけるトルク（ｋＮ・ｍ）とひずみ（μ）との関係に比して、バラツキが少なく、かつひずみ（μ）の値も大きいことが確認された。また、図１０に示すように、取付位置Ｉ１（雄ネジ５´のネジ部５Ｄ´の基端の位置）においても、取付位置Ｉ２と同様、トルク（ｋＮｍ）の増加に応じて−のひずみ（μ）が増加すること、及び、トルク（ｋＮｍ）とひずみ（μ）との関係が線形の関係から非線形の関係に変わる点が存在することが確認された。

以上の実験結果に鑑み、本実施形態に係る接合管理方法では、トルク（ｋＮ・ｍ）とひずみ（μ）との関係が非線形から線形に変わる点でのトルクＴ１（φ５００ｍｍでは２．７ＫＮｍ程度、φ６００ｍｍでは４．７ｋＮｍ程度）に所定の安全率α（＞１）を乗じた値Ｔ０を、ネジ式機械式継手１０に導入するトルクの管理値として設定する。このトルクの管理値Ｔ０は、雄ネジ５及び雌ネジ６に塑性変形を生じさせるような過大な大きさにならないように設定する。

以上説明したように、本実施形態に係る接合管理方法では、ネジ式機械式継手１０への導入トルクを増大させながら、ネジ式機械式継手１０の雄ネジ５に生じるひずみを計測し、導入トルクとひずみとの関係を確認し、当該関係に基づいて、導入トルクの管理値Ｔ０を設定する。具体的には、上記実験で確認されたように、ネジ式機械式継手１０にトルクを導入すると雄ネジ５の所定位置Ｉ２に圧縮側のひずみが生じるところ、トルクの増加と圧縮側のひずみの増加との関係が非線形の関係であれば、ネジ式機械式継手１０の締結が完了していないと判定し、トルクの増加と圧縮側のひずみの増加との関係が非線形の関係から線形の関係に変われば、ネジ式機械式継手１０の締結が完了したと判定し、そして、ネジ式機械式継手１０に導入するトルクＴ０を、トルクの増加と圧縮側のひずみの増加との関係が非線形から線形に変わる点でのトルクＴ１以上に設定する。

ここで、雄ネジ５と雌ネジ６とが傾いて螺合された場合には、トルクの値が回転角に比例せずに過大に上昇する。そのため、回転角とトルクの増加との関係に基づいてトルクの管理値を設定する場合には、必要なトルク値を正確に確認できないことが考えられる。それに対して、雄ネジ５のネジ部５Ｄの内周面の基端部に生じる圧縮側のひずみが、トルクの増加に比例して増加する状態では、雄ネジ５と雌ネジ６とが、ショルダー面５Ａ、６Ａが接触すると共にロード面５Ｂ、６Ｂが接触した状態で締結されていると考えられるので、トルクの増加と圧縮側のひずみの増加との関係に基づいてトルクの管理値を設定することにより、雄ネジ５と雌ネジ６との相対的な傾きに起因するトルクの管理値の誤設定を防止できる。

また、雄ネジ５のネジ部５Ｄの内周面の基端側に圧縮側のひずみが生じるところ、上述したように、ネジ部の内周面における基端側から１段目のネジ溝の位置（上記取付位置Ｉ２）におけるトルクとひずみとの関係（図１０）が、その他の位置におけるトルクとひずみとの関係に比して、バラツキが少なく、かつひずみの値も大きくなる。

そこで、本実施形態に係る接合管理方法では、雄ネジ５のネジ部の内周面における基端側から１段目のネジ溝の位置に生じる圧縮側のひずみを計測する。これによって、より一層正確にトルクの管理値を設定することができる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、逆打ち支柱を例に挙げて本発明を説明したが、本発明は他種の柱にも適用できる。また、本実施形態では、雄ネジ５のネジ部５Ｄの内周面の基端側から１段目の位置におけるひずみを計測したが、１段目の近傍におけるひずみを計測してもよい。

１鋼管柱、１Ａ鋼管、１Ｂ鋼管、１Ｃアーム部材、２鋼管柱、３杭、５雄ネジ、５´ 雄ネジ、５Ａショルダー面、５Ｂロード面、５Ｃ´ ネジ溝、５Ｄ´ ネジ部、６雌ネジ、６´ 雌ネジ、６Ａショルダー面、６Ｂロード面、６Ｃ´ ネジ溝、６Ｄ´ ネジ部、７坑、１０ネジ式機械式継手、１０´ ネジ式機械式継手、１２ひずみゲージ、１００実験装置

Claims

ネジ式機械式継手による鋼管柱の接合を管理する方法であって、
前記ネジ式機械式継手への導入トルクを増大させながら、前記ネジ式機械式継手に生じるひずみを計測し、前記導入トルクと前記ひずみとの関係に基づいて、前記導入トルクの管理値を設定する、ネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法。
前記導入トルクと前記ひずみとの関係が非線形の関係から線形の関係に変わる点における前記導入トルクの値以上に、前記導入トルクの管理値を設定する請求項１に記載のネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法。
雄ネジの内周面における基端側から１段目のネジ溝の位置に生じる前記ひずみを計測する請求項１又は請求項２に記載のネジ式機械式継手による鋼管柱の接合の管理方法。