JP2021055398A - 継手材及び杭の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】中空の上杭と下杭とを容易に接続させることができるうえに、杭軸方向の荷重伝達性能に優れた継手材を提供する。【解決手段】中空の上杭と下杭とを接続させるための継手材１である。そして、上杭の内空に挿入される上半部２と、下杭の内空に挿入される下半部３と、上半部と下半部との間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部４とを備えている。また、上半部及び下半部は四角筒状に形成されるとともに、フランジ部は四角筒状の各側面から各辺部４３，・・・が張り出された構成となる。さらに、上半部及び下半部の側面には、杭軸直交方向に連結材を挿入するための貫通穴２１，２２，３１，３２が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、中空の上杭と下杭とを接続させるための継手材及びそれを用いた杭の継手構造に関するものである。

鋼管杭などの既製杭を地盤に打設することで杭基礎を構築する場合、特許文献１に開示されているように、単位長さに形成された鋼管などを必要な杭長になるまで順次、連結しながら打ち込んでいくことになる。

特許文献１には、下杭の上端に設けられた受け部に対して、上杭の下端に設けられた挿し込み部を挿入して、ボルトを杭軸直交方向に通すことで連結を行う杭継手構造が開示されている。

さらに、特許文献１の杭継手構造では、受け部の内径面が六角形断面となる雌形伝達部が形成されるとともに、挿し込み部にも六角形断面の外径面となる雄形伝達部が形成されている。要するに、雌形伝達部に雄形伝達部を係合させることで、杭打設時の回転トルクの伝達が効率的に行われるようにしている。

特開２０１１−３２７８３号公報

しかしながら、このような雌形伝達部を備えた受け部や雄形伝達部を備えた挿し込み部は、金属の切削加工によって形成しなければならないため、製作に手間がかかる。また、回転トルクの伝達が効率的に行われるようにするためには、精度の高い切削加工が必要になり、コストが増加する原因になる。また、杭の打設現場において、下杭の受け部への上杭の挿し込み部の挿入がスムーズにいかないこともあり、施工が長引く原因にもなる。

そこで、本発明は、中空の上杭と下杭とを容易に接続させることができるうえに、杭軸方向の荷重伝達性能に優れた継手材及び杭の継手構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の継手材は、中空の上杭と下杭とを接続させるための継手材であって、前記上杭の内空に挿入される上半部と、前記下杭の内空に挿入される下半部と、前記上半部と前記下半部との間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部とを備えていることを特徴とする。

ここで、前記上半部及び下半部は四角筒状に形成されるとともに、前記フランジ部は前記四角筒状の各側面から張り出される構成とすることができる。また、前記上半部及び下半部は円筒形状に形成される構成であってもよい。

さらに、前記上半部及び下半部の側面には、前記杭軸直交方向に連結材を挿入するための貫通穴が形成されている構成とすることができる。そして、前記上半部、フランジ部及び下半部は連続した一枚の鋼板によって形成することができる。

また、杭の継手構造の発明は、上記いずれかに記載の継手材を用いた杭の継手構造であって、前記上杭の下部に前記上半部が挿入されるとともに前記下杭の上部に前記下半部が挿入され、前記上杭の下端面が前記フランジ部の上面に接触しているとともに前記下杭の上端面が前記フランジ部の下面に接触していることを特徴とする。

このように構成された本発明の継手材及び杭の継手構造は、上杭の内空に挿入される上半部と、下杭の内空に挿入される下半部と、それらの間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部とを備えている。

このため、中空の上杭と下杭とにそれぞれ上半部と下半部とを挿入するだけで、両者を容易に接続させることができる。また、上杭の下端面はフランジ部の上面に接触し、下杭の上端面はフランジ部の下面に接触することになるので、フランジ部を介して上杭と下杭との間で確実に杭軸方向の荷重を伝達させることができる。

また、上半部及び下半部が四角筒状に形成されてフランジ部が各側面から張り出される構成であれば、連結材が無くても回転力に抵抗させることができる。一方、円筒形の鋼管杭用に円筒形状の継手材にすることもできる。

さらに、上半部及び下半部の側面に杭軸直交方向に連結材を挿入するための貫通穴が穿孔されていれば、連結材をそれぞれに挿入することで、上杭と下杭とが離隔する方向の力や回転力に対しても抵抗させることができるようになる。

そして、このようなフランジ部は、一枚の鋼板の中央をプレスによって変形させることで容易に製作することができる。

本実施の形態の継手材の構成を説明する斜視図である。 本実施の形態の杭の継手構造を説明する断面図である。 継手材を上から見た平面図である。 実施例１の杭の継手構造を説明する斜視図である。 実施例１の別の形態の杭の継手構造を説明する斜視図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施の形態の継手材１及び杭の継手構造１０を説明するための斜視図と断面図である。

本実施の形態の杭の継手構造１０が設けられる杭は、四角筒状の角形鋼管によって形成される鋼管杭である。円筒形の鋼管杭に適用する場合については、実施例１において後述する。

図２に示した上杭Ｐ１と下杭Ｐ２とは、構成が同じ角形鋼管によって形成される。角形鋼管は断面が略正方形で、１辺（幅）が50mm−150mm程度のものが使用される。また、鋼管の肉厚は、2mm−12mm程度のものが使用される。また、角形鋼管の上部や下部には、必要に応じて後述するような連結材を挿入するための貫通穴が穿孔される。

本実施の形態の継手材１は、このような中空の角形鋼管同士を接続させるために用いられる。地盤に埋設される基礎杭として下側に配置される角形鋼管が下杭Ｐ２となり、上側に配置される角形鋼管が上杭Ｐ１となる。因みに上杭Ｐ１は、次に接続される角形鋼管の下杭になる。

継手材１は、図１に示すように、上杭Ｐ１の内空に挿入される上半部２と、下杭Ｐ２の内空に挿入される下半部３と、上半部２と下半部３との間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部４とを備えている。

上半部２及び下半部３は、接続させる角形鋼管の内形より一回り小さい外形の四角筒状に形成される。角形鋼管とその内空に挿入される上半部２又は下半部３との隙間が狭い方が、連結強度を高めることができる。

一方、この隙間が広くなると、上半部２又は下半部３を角形鋼管に対して挿入しやすくなる。このように隙間が広くなっても、角形鋼管の端面がフランジ部４の上面４１又は下面４２に接触していれば、杭軸方向の荷重伝達性能を確保することができる。また、装着された角形鋼管のガタツキも抑えることができるようになる。

四角筒状に形成される上半部２及び下半部３は、４つの略長方形の側面を備えている。杭軸直交方向に連結材を挿入するための貫通穴を設ける場合は、対向する側面の同じ高さに、杭軸直交方向に投影可能な形状で穿孔される。貫通穴はまったく設けなくてもよいが、一対又は二対を設けることもできる。

例えば上半部２の上端に近い高さに、対向する側面のそれぞれに一対の貫通穴２１，２１を穿孔する。また、二対目の貫通穴を設ける場合は、それぞれに挿入されるボルトなどの連結材が干渉しないように、高さ位置を変えて穿孔される。

例えば上半部２の上端に近い高さに一対の貫通穴２１，２１を形成した場合は、二対目の貫通穴２２，２２は、貫通穴２１，２１を通すように挿入された棒状の連結材と干渉しないフランジ部４に近い高さに形成される。

さらに、貫通穴２１，２１を設ける対向する側面と貫通穴２２，２２を設ける対向する側面とは直交している（図３参照）。要するに、貫通穴２１，２１に挿入された連結材と貫通穴２２，２２に挿入された連結材とは、平面視で十字状に交差することになる。

同様に、下半部３の下端に近い高さに、対向する側面のそれぞれに一対の貫通穴３１，３１を穿孔する。また、二対目の貫通穴３２，３２は、貫通穴３１，３１を通すように挿入された棒状の連結材と干渉しないフランジ部４に近い高さに形成される。

さらに、貫通穴３１，３１を設ける対向する側面と貫通穴３２，３２を設ける対向する側面とは直交している。要するに、貫通穴３１，３１に挿入された連結材と貫通穴３２，３２に挿入された連結材とは、平面視で十字状に交差することになる。

フランジ部４は、継手材１の高さ方向の略中央に設けられる。詳細にはフランジ部４は、四角筒の各側面からそれぞれ張り出される４つの各辺部４３，・・・によって構成される。この各辺部４３の張出量は、上杭Ｐ１及び下杭Ｐ２の肉厚以上に設定される。

図３は、継手材１を上から見た平面図である。この図に示すように、各辺部４３は、平面視略正方形の上半部２の各側面からそれぞれ張り出される。また、隅角部においては、隣接する各辺部４３，４３間は連続しておらず、切欠部４４が形成される。

そして、図２に示すように、フランジ部４の上面４１と下面４２には、それぞれ上杭Ｐ１と下杭Ｐ２の端面（Ｐ１２，Ｐ２２）を接触させる。詳細には、上杭Ｐ１の下部Ｐ１１に継手材１の上半部２を挿入するとともに、上杭Ｐ１の下端面Ｐ１２をフランジ部４の上面４１に接触させる。さらに、下杭Ｐ２の上部Ｐ２１に継手材１の下半部３を挿入するとともに、下杭Ｐ２の上端面Ｐ２２をフランジ部４の下面４２に接触させる。

このようにして継手材１を装着することで上杭Ｐ１と下杭Ｐ２とを接続させる際には、継手材１の貫通穴２１，２２の位置に上杭Ｐ１の貫通穴Ｐ１３の位置が重なるような向きにするとともに、継手材１の貫通穴３１，３２の位置に下杭Ｐ２の貫通穴Ｐ２３の位置が重なるような向きにする。

このような継手材１は、高さが80mm−235mm程度となるように製作される。また、継手材１は、１枚の鋼板を加工することによって簡単に製作することができる。すなわち図１に示すように、フランジ部４（各辺部４３）は、上半部２の側面と下半部３の側面との間を襞状に折り曲げることによって形成することができる（図２の折目１２参照）。

例えば、上半部２の側面と下半部３の側面とが互いに押し合うように圧縮プレスをかけることで、簡単に側面から張り出される各辺部４３を形成することができる。また、１枚の鋼板を周方向に折り曲げて四角筒状に形成できるように、各辺部４３，４３間には切欠部４４を設ける。１枚の鋼板を折り曲げ加工することによって製作された継手材１には、一つの隅角部に杭軸方向に延びる継目１１が形成される（図１，３参照）。

次に、本実施の形態の継手材１及び杭の継手構造１０の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の継手材１は、上杭Ｐ１の内空に挿入される上半部２と、下杭Ｐ２の内空に挿入される下半部３と、それらの間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部４とを備えている。

このため、中空の上杭Ｐ１と下杭Ｐ２とにそれぞれ上半部２と下半部３とを挿入するだけで、両者を容易に接続させることができる。すなわち、上杭Ｐ１や下杭Ｐ２の直方体状の内空に直方体状の上半部２や下半部３を挿し込むだけなので、装着が簡単にできる。

また、後述する理由により、上杭Ｐ１や下杭Ｐ２の内形と上半部２や下半部３の外形との間に隙間ができてもよいので、継手材１の製作精度は高精度にしなくてもよく、短時間で簡単に製作することができる。

すなわち、上杭Ｐ１の下端面Ｐ１２をフランジ部４の上面４１に接触させ、下杭Ｐ２の上端面Ｐ２２をフランジ部４の下面４２に接触させるので、上記した隙間が発生する状態でも、フランジ部４を介して上杭Ｐ１と下杭Ｐ２との間で確実に杭軸方向の荷重を伝達させることができる。

さらに、上下の杭の端面同士を直接接触させる場合は、部分的な接触による応力集中が起きやすくなるが、広い面積のフランジ部４の上面４１や下面４２に上杭Ｐ１の下端面Ｐ１２や下杭Ｐ２の上端面Ｐ２２を接触させる構成であれば、下端面Ｐ１２や上端面Ｐ２２に応力集中を起こすことなく、確実に上杭Ｐ１と下杭Ｐ２との間で荷重を伝達させることができるようになる。

また、上杭Ｐ１の下端面Ｐ１２はフランジ部４の上面４１に載せられ、下杭Ｐ２の上端面Ｐ２２はフランジ部４の下面４２に押さえ付けられた状態になるので、上記した隙間が発生する状態でも、上杭Ｐ１や下杭Ｐ２は傾かず、ガタツキの発生も抑えることができる。

また、上半部２及び下半部３の側面に杭軸直交方向に連結材を挿入するための貫通穴２１，２２，３１，３２が穿孔されていれば、連結材をそれぞれに挿入することで、上杭Ｐ１と下杭Ｐ２とが離隔する方向の力や回転力に対しても抵抗させることができるようになる。

例えば、杭に鉛直下向きの力しか作用しない場合は、連結材を取り付ける必要はないが、仮設の杭などで後で引き抜く必要がある場合や、地震荷重などによって上向きの力が作用する杭の場合は、上杭Ｐ１と下杭Ｐ２とを継手材１及び連結材によって連結しておくことで、このような上向きの力が作用した場合でも上杭Ｐ１と下杭Ｐ２とを一体化しておくことができる。さらに回転力を上杭Ｐ１と下杭Ｐ２との間で伝達させたい場合にも、連結材による連結は、効果を発揮することになる。

一方、上半部２及び下半部３が四角筒状に形成されてフランジ部４が各側面から張り出された本実施の形態の継手材１は、連結材が無くても隅角部の接触により回転力に抵抗させることができる。

さらに、四角筒状の継手材１は、一枚の鋼板の中央をプレスによって変形させてフランジ部４を形成し、必要に応じて貫通穴２１，２２，３１，３２を穿孔し、隅角部となる位置に切欠部４４を設けて折り曲げ加工することで、容易に製作することができる。

以下、前記した実施の形態の継手材１及び杭の継手構造１０とは別の形態の継手材１Ａ及び杭の継手構造１０Ａについて、図４を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

この実施例１で説明する継手材１Ａ及び杭の継手構造１０Ａは、円筒形の鋼管を使用する場合に適用される。図４に示した上杭Ｐ３と下杭Ｐ４とは、構成が同じ円筒形の鋼管によって形成される。また、上杭Ｐ３や下杭Ｐ４となる鋼管の上部や下部には、必要に応じて連結材を挿入するための貫通穴Ｐ３３，Ｐ４３が穿孔される。

本実施例１の継手材１Ａは、このような中空の円筒形の鋼管同士を接続させるために用いられる。継手材１Ａは、上杭Ｐ３の内空に挿入される上半部２Ａと、下杭Ｐ４の内空に挿入される下半部３Ａと、上半部２Ａと下半部３Ａとの間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部４Ａとを備えている。

フランジ部４Ａには、必要に応じて、周方向に間隔を置いて切欠部４４Ａが形成される。すなわち、フランジ部４Ａが連続していない箇所を設ける。例えば、１枚の鋼板に圧縮プレスをかけてフランジ部４Ａを形成する場合は、切欠部４４Ａを設けることによって、継手材１Ａを円筒形状に成形することができるようになる。

上半部２Ａ及び下半部３Ａは、接続させる円筒形の鋼管の内形より一回り小さい外形の円筒形に形成される。ここで、本実施例１の杭の継手構造１０Ａは、円筒形の上杭Ｐ３や下杭Ｐ４と円筒形の上半部２Ａや下半部３Ａとの組み合わせになるので、相対的な回転を抑えることはできない。

このため、上杭Ｐ３と下杭Ｐ４との間で回転力を伝達させたい場合は、継手材１Ａの貫通穴２１Ａ，３１Ａと上杭Ｐ３や下杭Ｐ４の貫通穴Ｐ３３，Ｐ４３に連結材を通すことで、上杭Ｐ３と下杭Ｐ４とを一体化させる必要がある。

このように構成された本実施例１の継手材１Ａは、上杭Ｐ３の内空に挿入される上半部２Ａと、下杭Ｐ４の内空に挿入される下半部３Ａと、それらの間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部４Ａとを備えている。

このため、中空の上杭Ｐ３と下杭Ｐ４とにそれぞれ上半部２Ａと下半部３Ａとを挿入するだけで、両者を容易に接続させることができる。また、上杭Ｐ３や下杭Ｐ４の内形と上半部２Ａや下半部３Ａの外形との間に隙間ができてもよいので、継手材１Ａの製作精度は高精度にしなくてもよく、短時間で簡単に製作することができる。

さらに、上向きの力が作用する杭や回転力が作用する杭の場合に、上杭Ｐ３と下杭Ｐ４とを継手材１Ａ及び連結材によって連結しておくことで、上向きの力や回転力が作用した場合でも上杭Ｐ３と下杭Ｐ４との一体化を維持することができる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例１を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例１に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例１では、杭として鋼管杭を例に説明したが、これに限定されるものではなく、既製のコンクリート杭やプレストレスト杭（ＰＣ杭，ＰＨＣ杭（プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭））の継手材１，１Ａとしても適用することができる。

また、前記実施の形態及び実施例１では、圧縮プレスによってフランジ部４，４Ａを設ける場合について説明したが、これに限定されるものではなく、別の加工方法によってもフランジ部を形成することができる。例えば、切削加工や鋳造であれば、図５に示すような切欠部のない周方向に連続したフランジ部４Ｂを有する継手材１Ｂを製作することもできる。

さらに、前記実施の形態及び実施例１では、二対又は一対の貫通穴２１，２２，３１，３２，２１Ａ，３１Ａが穿孔された継手材１，１Ａを例に説明したが、これに限定されるものではなく、連結材による連結が不要の場合は継手材に貫通穴を設けなくてもよい。

１０ ：杭の継手構造
１ ：継手材
２ ：上半部
２１，２２：貫通穴
３ ：下半部
３１，３２：貫通穴
４ ：フランジ部
４１ ：上面
４２ ：下面
Ｐ１ ：上杭
Ｐ１１ ：下部
Ｐ１２ ：下端面
Ｐ２ ：下杭
Ｐ２１ ：上部
Ｐ２２ ：上端面
１０Ａ ：杭の継手構造
１Ａ ：継手材
２Ａ ：上半部
２１Ａ ：貫通穴
３Ａ ：下半部
３１Ａ ：貫通穴
４Ａ ：フランジ部
１Ｂ ：継手材
４Ｂ ：フランジ部
Ｐ３ ：上杭
Ｐ４ ：下杭

Claims (6)

1. 中空の上杭と下杭とを接続させるための継手材であって、
   前記上杭の内空に挿入される上半部と、
   前記下杭の内空に挿入される下半部と、
   前記上半部と前記下半部との間に設けられて杭軸直交方向に突出されるフランジ部とを備えていることを特徴とする継手材。
2. 前記上半部及び下半部は四角筒状に形成されるとともに、前記フランジ部は前記四角筒状の各側面から張り出されることを特徴とする請求項１に記載の継手材。
3. 前記上半部及び下半部は円筒形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の継手材。
4. 前記上半部及び下半部の側面には、前記杭軸直交方向に連結材を挿入するための貫通穴が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の継手材。
5. 前記上半部、フランジ部及び下半部は連続した一枚の鋼板によって形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の継手材。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の継手材を用いた杭の継手構造であって、
   前記上杭の下部に前記上半部が挿入されるとともに前記下杭の上部に前記下半部が挿入され、前記上杭の下端面が前記フランジ部の上面に接触しているとともに前記下杭の上端面が前記フランジ部の下面に接触していることを特徴とする杭の継手構造。

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