JP2021195860A - 鋼管継手構造、予防若しくは防護施設、鋼管杭の施工方法、鋼管、支柱、及び、鋼管杭 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管自体が有する曲げ耐力を低下させることを抑止した継手構造である鋼管継手構造の提供。【解決手段】鋼管（１１、１２）を相互に接続するための鋼管継手構造１００であって、一方の鋼管１１の端部付近の鋼管自体の外周面上に形成された第１凸部１１１と、他方の鋼管１２の端部付近の鋼管自体の外周面上に形成された第２凸部１２１と、第１凸部１１１と第２凸部１２１の、鋼管の軸線方向の相対距離を保持する保持部１３と、を備えることを特徴とする鋼管継手構造１００。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼管の継手構造に関し、また、これを利用した予防若しくは防護施設、鋼管杭の施工方法、鋼管、支柱、及び、鋼管杭に関する。

近年、法面防災分野において、落石や崩壊土砂、雪のせり出しなどの対策で鋼管杭と支柱を一体化した鋼管杭式防護柵が主流である。しかしながら、必要な柵の高さが非常に高いとき、作用荷重が大きいとき、地盤条件が悪いとき等、杭と支柱の一体長さが非常に長くなるため、製作、現場搬入、施工性が悪くなり、結果として対策適用範囲が狭められるという問題がある。
このような問題に対し、継手構造を用いて鋼管を現場で継ぐことができるようにすることで、適用範囲を広めることが考えられる。なお、継手構造を用いて接続可能な鋼管は、法面防災分野に限らず、各種の構造物に利用することが可能である。
このような鋼管の継手に関する従来技術が特許文献１〜４によって開示されている。

特開２０１７−１８６７４４号公報 特開２０１７−１８６７９５号公報 特開２０１９−２１０６９０号公報 特開２０２０−０２０２１６号公報

特許文献１で開示される継手構造は、短筒状の継手３に、鋼管の端部を挿入し、これらを貫通するネジ穴にボルト８を締結させるものである。この継手構造では、ネジ穴等の加工を要する点でコスト高になり、また、鋼管や継手にネジ穴等を形成する点で、その箇所の強度が低下する傾向になるものである。加えて、鋼管の内部にボルトが横断して配置されるため、鋼管の内部に掘削ビットを挿通させる工法を利用できなくなるものであった。また、鋼管の内部にセメントなどを充填する場合において、内部にボルトが横断していると、その近傍でセメントのまわりが阻害され、充填したセメントに小さな空洞ができるおそれがあるものであった。
特許文献２、３、４で開示される継手構造は、何れも鋼管の先端の端面に連結用の継手部材を溶接しているものである。この場合、継手部材自体の強度が高くても、鋼管と継手部材の接合部分で強度が低下する恐れがある。即ち、鋼管と継手部材の溶接において、溶接部分の境目に生じるヒケや、溶接時に生じるス（空気）等の影響によって、鋼管と継手部材の接合部分において、鋼管自体が有する曲げ耐力よりも曲げ耐力が低下してしまうおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑み、鋼管自体が有する曲げ耐力を低下させることを抑止した継手構造である鋼管継手構造を提供することを目的とする。

（構成１）
鋼管を相互に接続するための鋼管継手構造であって、一方の鋼管の端部付近の鋼管自体の外周面上に形成された第１凸部と、他方の鋼管の端部付近の鋼管自体の外周面上に形成された第２凸部と、前記第１凸部と前記第２凸部の、前記鋼管の軸線方向の相対距離を保持する保持部と、を備えることを特徴とする鋼管継手構造。

（構成２）
前記保持部が、前記鋼管の端部を内部に挿通させる管状部材であり、当該管状部材の内部に、前記第１凸部と前記第２凸部にそれぞれ係合する第１内面凸部と第２内面凸部が形成されていることを特徴とする構成１に記載の鋼管継手構造。

（構成３）
前記管状部材の内周面に形成された前記第１内面凸部の周方向の配置が、前記第１凸部の周方向の配置に対して、相互に互い違いとなるように配され、前記管状部材の内周面に形成された前記第２内面凸部の周方向の配置が、前記第２凸部の周方向の配置に対して、相互に互い違いとなるように配されており、前記管状部材に前記一方の鋼管を所定位置まで挿入させた際に、前記第１内面凸部が、前記第１凸部を前記軸線方向に超えて位置し、且つ、前記管状部材に前記他方の鋼管を所定位置まで挿入させた際に、前記第２内面凸部が、前記第２凸部を前記軸線方向に超えて位置するように構成され、前記一方及び他方の鋼管を、前記管状部材に所定位置まで挿入した状態で、前記一方及び他方の鋼管に対して前記管状部材を相対的に回転させることで、前記第１凸部と前記第２凸部に対して、前記第１内面凸部及び前記第２内面凸部が前記軸線方向に係合していることを特徴とする構成２に記載の鋼管継手構造。

（構成４）
前記一方の鋼管及び前記他方の鋼管に対する前記管状部材の回転を抑止するための係合部材を備えることを特徴とする構成３に記載の鋼管継手構造。

（構成５）
前記係合部材が、前記一方の鋼管又は前記他方の鋼管と、前記保持部と、の間の空間を埋める部材であることを特徴とする構成４に記載の鋼管継手構造。

（構成６）
前記第１凸部又は前記第２凸部が、前記軸線方向に複数形成されていることを特徴とする構成２から５の何れかに記載の鋼管継手構造。

（構成７）
前記第１内面凸部又は前記第２内面凸部が、前記軸線方向に複数形成されていることを特徴とする構成６に記載の鋼管継手構造。

（構成８）
前記第１凸部又は前記第２凸部が、周方向に９０度毎に４か所設けられていることを特徴とする構成２から７の何れかに記載の鋼管継手構造。

（構成９）
前記第１内面凸部又は前記第２内面凸部が、周方向に９０度毎に４か所設けられていることを特徴とする構成８に記載の鋼管継手構造。

（構成１０）
前記第１凸部又は前記第２凸部が、略矩形であることを特徴とする構成２から９の何れかに記載の鋼管継手構造。

（構成１１）
前記第１内面凸部又は前記第２内面凸部が、略矩形であることを特徴とする構成１０に記載の鋼管継手構造。

（構成１２）
前記一方の鋼管又は前記他方の鋼管の何れかが、前記管状部材に対する前記一方の鋼管又は前記他方の鋼管の挿入位置を規定するストッパ部材を備えることを特徴とする構成２から１１の何れかに記載の鋼管継手構造。

（構成１３）
構成１から１２の何れかに記載の鋼管継手構造を有する鋼管杭を用いた予防若しくは防護施設。

（構成１４）
前記鋼管杭の断面視において、前記鋼管杭にかかることが想定される荷重の方向に沿って、当該鋼管杭の中心部から最も離れた箇所に、前記第１凸部と前記第２凸部が位置するように配されていることを特徴とする構成１３に記載の予防若しくは防護施設。

（構成１５）
構成２から１２の何れかに記載の鋼管継手構造を有する鋼管杭の施工方法であって、前記一方の鋼管を打設する工程と、前記一方の鋼管に前記保持部を挿通する工程と、前記保持部に前記他方の鋼管を挿通する工程と、前記一方及び他方の鋼管に対して前記管状部材を相対的に回転させることで、前記第１凸部と前記第２凸部に対して、前記第１内面凸部及び前記第２内面凸部を前記軸線方向に係合させる工程と、を有することを特徴とする鋼管杭の施工方法。

（構成１６）
前記鋼管杭の断面視において、前記鋼管杭にかかることが想定される荷重の方向に沿って、当該鋼管杭の中心部から最も離れた箇所に、前記第１凸部と前記第２凸部が位置するようにする工程を有することを特徴とする構成１５に記載の鋼管杭の施工方法。

（構成１７）
構成１から１２の何れかに記載の鋼管継手構造を有することを特徴とする鋼管。

（構成１８）
構成１７の鋼管によって形成されたことを特徴とする支柱。

（構成１９）
構成１７の鋼管によって形成されたことを特徴とする鋼管杭。

本発明の鋼管継手構造によれば、継手部分において鋼管自体が有する曲げ耐力を下回ることを抑止することができる。

本発明に係る実施形態の鋼管継手構造を示す概略図。 上側の鋼管の端部付近を示す概略図 下側の鋼管の端部付近を示す概略図 保持部を示す概略図 鋼管の継手の施工について説明する説明図 係合部材の別の例を示す概略図 実施形態の鋼管継手構造の曲げ耐力試験に関する図 比較対象となる鋼管（継手なし）の曲げ耐力試験結果を示す図 実施形態の鋼管継手構造を有する鋼管の曲げ耐力試験結果を示す図 曲げ耐力試験の実施状態を示す写真 鋼管継手構造を有する鋼管と、継手なしの鋼管の曲げ耐力試験結果の比較を示す図 “凸部”や“内面凸部”の別の一例の概略を示す図 “凸部”や“内面凸部”の別の一例の概略を示す図 “凸部”や“内面凸部”の別の一例の概略を示す図 予防柵若しくは防護柵の鋼管杭として施工した状態を示す例 予防柵若しくは防護柵として施工した状態を示す例

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。

図１は、本実施形態の鋼管継手構造を示す概略図であり、図１（ａ）は、鋼管継手構造１００部分を示す側面図、図１（ｂ）は上面図である。
鋼管継手構造１００は、鋼管を相互に接続するためのであって、本実施形態では上部鋼管１１（一方の鋼管）、下部鋼管１２（他方の鋼管）、ジョイント管１３（保持部）、係合部材１４によって構成される。なお、上部鋼管１１と下部鋼管１２について、何れを“一方の鋼管”又は“他方の鋼管”とするかは、本発明の概念としての相違をもたらすものではない。

図２は、上部鋼管１１の下端付近を示す図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は底面図である。
上部鋼管１１の下端付近には、鋼管自体の外周面上に凸部１１１（第１凸部）が形成されている。本実施形態では、凸部１１１が周方向に９０度毎に４か所設けられており、これが鋼管の軸線方向（以下単に「軸線方向」という）に２列（複数）形成されている。即ち、合計で８個の凸部１１１が形成されている。本実施形態の凸部１１１は側面視で（軸線方向に直交する方向から見て）上下方向が約４２ｍｍ、幅方向（左右方向）が約５０ｍｍの略矩形の形状を有しており、厚さは約９ｍｍである。図２（ｂ）に示されるように、一つの凸部１１１が作る中心角αは、略４５度（４５度より少し小さい角度）であり、隣り合う凸部１１１の間隔が作る中心角βは略４５度（４５度より少し大きい角度）である。また、上段側と下段側の軸線方向の間隔は、約３８ｍｍである。各凸部１１１は碁盤目状の配置となっていて、各凸部１１１の間に、以下で説明するジョイント管１３の内周面に形成された内面凸部１３１（第１内面凸部）が、少しのクリアランスをもって入り込むことができるような配置となっている。
凸部１１１は、略矩形の湾曲した板状の部材（上部鋼管１１の外周に沿う湾曲した鋼板）が、上部鋼管１１の外周面上に溶接等によって固着されることによって形成される。

図３は、下部鋼管１２の上端付近を示す図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は側面図、図３（ｃ）は底面図である。
下部鋼管１２の上端付近には、鋼管自体の外周面上に凸部１２１（第２凸部）が形成されている。凸部１２１の形状や配置等は、上部鋼管１１の凸部１１１と同様（上下が逆であるだけ）なので、説明を省略する。なお、上部鋼管１１と下部鋼管１２は同じ仕様の鋼管である。
下部鋼管１２には、ジョイント管１３（管状の部材）に対する挿入位置を規定するストッパ部材１２２が備えられる。本実施形態のストッパ部材１２２は、図３（ｃ）に示されるように、リング状の部材が、下部鋼管１２に溶接等によって固着されることによって構成されている。なお、ここではストッパ部材１２２の例として、リング状の部材を例としているが、ジョイント管１３に突き当たって、ジョイント管１３の位置を規定できるものであれば、任意の形状の部材を使用することができる。

図４は、ジョイント管１３を示す図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ線の断面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のＢ−Ｂ線の断面図である。
ジョイント管１３は、上部鋼管１１の凸部１１１（第１凸部）と、下部鋼管１２の凸部１２１（第２凸部）の、軸線方向の相対距離を保持する保持部として機能するものであり、本実施形態では、上部鋼管１１、下部鋼管１２の端部を内部に挿通させる管状の部材である。管状の部材の内部には、凸部１１１と凸部１２１にそれぞれ係合する内面凸部１３１（第１内面凸部）と、内面凸部１３２（第２内面凸部）が形成されている。
内面凸部１３１、内面凸部１３２は、上下方向が約３５ｍｍ、幅方向（左右方向）が約４６ｍｍの大きさの略矩形の形状を有し、凸部１１１、凸部１２１と同様に、碁盤目状の配置となっている。即ち、内面凸部１３１、内面凸部１３２の何れについても、それぞれ、ジョイント管１３の内面に周方向に９０度毎に４か所設けられており、これが軸線方向に２列（複数）形成されている。
また、ジョイント管１３の軸方向の中央付近の外周面には、図４（ｃ）に示されるように、９０度おきに凸部１３３が形成されている。凸部１３３は、ジョイント管１３を回転させる際の工具やジグとの係合部として、又は、例えば支柱として利用される際にワイヤロープ等を係止するためのブラケット材の下端を指示するストッパ等として機能する。
なお、本実施形態のジョイント管１３は鋳造によって一体的に形成されている。

上記構成により、ジョイント管１３（管状の部材）の内周面に形成された内面凸部１３１（第１内面凸部）の周方向の配置が、上部鋼管１１の凸部１１１（第１凸部）の周方向の配置に対して、相互に互い違いとなるように配され、内面凸部１３２（第２内面凸部）の周方向の配置が、下部鋼管１２の凸部１２１（第２凸部）の周方向の配置に対して、相互に互い違いとなるように配されるものである。
また、ジョイント管１３（管状の部材）に上部鋼管１１を所定位置まで挿入させた際に、ジョイント管１３の内面凸部１３１（第１内面凸部）が、上部鋼管１１の凸部１１１（第１凸部）を軸線方向に超えて位置し、且つ、ジョイント管１３（管状の部材）に下部鋼管１２を所定位置まで挿入させた際に、ジョイント管１３の内面凸部１３２（第２内面凸部）が、下部鋼管１２の凸部１２１（第２凸部）を軸線方向に超えて位置するように構成されるものである。なお、本実施形態では、凸部１１１（若しくは凸部１２１）、内面凸部１３１（若しくは内面凸部１３２）が、それぞれ軸線方向に２列形成されるものであり、従って、“内面凸部１３１（第１内面凸部）が、凸部１１１（第１凸部）を軸線方向に超えて位置し”とは、相互に対応する列の位置関係をいうものである。例えば、“下の列の”内面凸部１３２が、“下の列の”凸部１２１を、軸線方向に超えて位置するものであり、“上の列の”内面凸部１３２が、“下の列の”凸部１２１を、軸線方向に超えるものではない。
そして、上部鋼管１１及び下部鋼管１２を、ジョイント管１３に所定位置まで挿入した状態で、上部鋼管１１及び下部鋼管１２に対してジョイント管１３を相対的に回転（本実施形態では略４５°回転）させることで、凸部１１１（第１凸部）と凸部１２１（第２凸部）に対して、内面凸部１３１（第１内面凸部）と内面凸部１３２（第２内面凸部）が軸線方向に係合するものである。

図５は、鋼管継手構造１００を用いた鋼管の接続方法（鋼管杭（支柱）として用いる施工方法）に関する説明図である。
先ず、下部鋼管１２を打設する（図５（ａ））。鋼管の地面への打設の方法は、従来の各種の工法を利用することができる。

次に、下部鋼管１２に対して、ジョイント管１３を挿通する（図５（ｂ））。下部鋼管１２の凸部１２１と、ジョイント管１３の内面凸部１３２が、周方向に互い違いとなる状態でジョイント管１３を下部鋼管１２に挿通するものである。ジョイント管１３の下部鋼管１２への挿通により、ジョイント管１３の内面凸部１３２が、下部鋼管１２の凸部１２１を軸線方向（下）に超えて位置し、ジョイント管１３がストッパ部材１２２に突き当たることで上下方向の位置決めがされる。この際、下部鋼管１２の凸部１２１とジョイント管１３の内面凸部１３２が、市松模様状の配置となる。

次に、ジョイント管１３に対して、上部鋼管１１を挿通する（図５（ｃ））。上部鋼管１１の凸部１１１と、ジョイント管１３の内面凸部１３１が、周方向に互い違いとなる状態で上部鋼管１１をジョイント管１３に挿通するものである。上部鋼管１１のジョイント管１３への挿通により、ジョイント管１３の内面凸部１３１が、上部鋼管１１の凸部１１１を軸線方向（上）に超えて位置し、上部鋼管１１が下部鋼管１２に突き当たることで上下方向の位置決めがされる。この際、上部鋼管１１の凸部１１１とジョイント管１３の内面凸部１３１が、市松模様状の配置となる。

次に、上部鋼管１１及び下部鋼管１２に対してジョイント管１３を相対的に回転（本実施形態では略４５°回転）させることで、上部鋼管１１の凸部１１１及び下部鋼管１２の凸部１２１に対して、ジョイント管１３の内面凸部１３１及び内面凸部１３２が、軸線方向に一列にならび、相互に係合する（図５（ｄ））。
これにより、上部鋼管１１・下部鋼管１２と、ジョイント管１３との間に、軸線方向に貫通する空間ｓが、４か所形成される。
ジョイント管１３を回転させるために工具やジグを使用する場合には、ジョイント管１３の外周に形成されている凸部１３３に係合させるとよい。なお、工具やジグを使用せずとも、凸部１３３を手掛かりとすること等により、手でジョイント管１３を回転させることもできる（以下で説明する曲げ試験で使用した鋼管継手構造では、難なく手で回すことができた）。

最後に、４か所の空間ｓにそれぞれ係合部材１４を挿通させる。係合部材１４は、本実施形態では複数の丸鋼によって構成され、１か所の空間Ｓに対して５本の丸鋼を挿入している。それぞれの空間ｓに丸鋼を挿入し、これがストッパ部材１２２に突き当たることで、保持される（図５（ｅ）、（ｆ））。
係合部材１４が挿入されることで、ジョイント管１３の回転が防止（＝凸部１１１及び凸部１２１に対する、内面凸部１３１及び内面凸部１３２の係合がズレることが防止）されると共に、上部鋼管１１又は下部鋼管１２と、ジョイント管１３と、の間の空間が埋められ、構造体としての剛性が向上する。
ここでは、係合部材１４が複数の丸鋼によって構成される場合を例としたが、係合部材１４は、空間ｓに入ってジョイント管１３の回転を防止させるもの、若しくは、空間ｓを埋めるものであればよい。例えば、空間ｓに嵌る形状を有する湾曲プレートを用いるようにしてもよい。図６は、湾曲プレートにて構成した係合部材１４´を示す図であり、図６（ａ）は側面図、図６（ｂ）は断面図である。係合部材１４´は、上部鋼管１１及び下部鋼管１２の外周に沿う湾曲をした板状の部材（鋼板）であり、長手方向はジョイント管１３と略同一の長さを有し、短手方向は内面凸部１３１や内面凸部１３２の幅と略同一の長さである。
なお、ここでは係合部材として、鋼管とジョイント管の間の空間Sを埋めるものを例としているが、これに限られるものではなく、鋼管に対するジョイント管の回転を抑止することができるものであればよい。例えば、鋼管とジョイント管をボルト止めするようなものであってもよい。ボルト締結用の穴を形成すると、鋼管の強度に影響が生じ得るため、凸部１３１や凸部１３２の部分（肉厚が厚くなっており強度が高い部分）に形成するとよい。

なお、鋼管としては任意のものを用いることができる。例えば、鋼管内にセメントミルク等を充填するようにしてもよいし、２重鋼管を用いる等してもよい。
鋼管内にセメントミルクを充填する場合には、図５（ｆ）の状態において、ジョイント管１３の下端部分における下部鋼管１２との隙間の防水処理を行った上で、上部鋼管１１の上端から内部へセメントミルクの充填を行う。防水処理の方法は、配管補修テープを巻き付けることやコーキングを行う等、適宜選択すればよい。
セメントミルクが下部鋼管１２と上部鋼管１１の境目まで上がってくると、下部鋼管１２と上部鋼管１１の間の隙間から、ジョイント管１３内へセメントミルクが漏れ出し、ジョイント管１３と下部鋼管１２及び上部鋼管１１との間の隙間にもセメントミルクが充填される。
セメントミルクがジョイント管１３の上端付近まで上がってきたら、ジョイント管１３の上端部分における上部鋼管１１との隙間もシールし、上部鋼管１１の上端までセメントミルクの充填を行う。
上記により、下部鋼管１２と上部鋼管１１の内部、及び、ジョイント管１３と下部鋼管１２及び上部鋼管１１との間の隙間に、セメントミルクが充填される。
なお、上記では上部鋼管１１と下部鋼管１２の間に隙間があることを前提としたものを例としているが、例えばガスケットを設けること等によって上部鋼管１１と下部鋼管１２の間をシールし、上部鋼管１１と下部鋼管１２の内部にセメントミルクを充填するようにしてもよい。この際、ジョイント管１３と上部鋼管１１及び下部鋼管１２との間にもセメントミルクを充填したい場合には、ジョイント管１３の下端部分における下部鋼管１２との隙間をシールした上で、ジョイント管１３と上部鋼管１１及び下部鋼管１２の隙間の上部からセメントミルクを流し込むようにすればよい。一方、ジョイント管１３と上部鋼管１１及び下部鋼管１２との間にもセメントミルクを充填しない状態にしておけば、後で鋼管継手構造１００を外すことも可能である。

図１５は、予防柵若しくは防護柵の鋼管杭（支柱）としての施工状態を示した概略図である。図１５（ａ）に示されるように、ここの例では、下部鋼管１２が地中に打設されて杭として機能し、上部鋼管１１が支柱として機能する。
上部鋼管１１には、所定間隔でストッパ１１２が設けられており、これによって下端側を支持されるブラケット材１５１が取り付けられる。また、ジョイント管１３の凸部１３３に下端側を支持されるブラケット材１５２が取り付けられる。
ブラケット材１５１やブラケット材１５２によって金網やワイヤロープ等を保持させること等により、予防柵若しくは防護柵となる。
以下でも説明するが、図１５（ｂ）に示されるように、荷重がかかることが想定される方向（道路側−山側に沿った方向）に、凸部１１１及び凸部１２１と内面凸部１３１及び内面凸部１３２が係合している部分が、配されるようにすることが好ましい。

上記構成を有する鋼管継手構造１００は、軸方向に相互に係合する、上部鋼管１１の凸部１１１及び下部鋼管１２の凸部１２１と、ジョイント管１３の内面凸部１３１及び内面凸部１３２が、せん断キーとして機能するため、高い曲げ剛性を得ることができる。即ち、“曲げ”が生じる際には、鋼管中立軸を境に内側には曲げ圧縮応力、外側には曲げ引張応力が生じるが、せん断キーである凸部１１１及び凸部１２１と、内面凸部１３１及び内面凸部１３２によって、圧縮や引張り応力が抑制される（軸線方向の相対距離が保持される）ため、高い曲げ剛性を得ることができるものである。

図１６は、予防柵若しくは防護柵の一例として、道路や家屋等を落石等から保護するために、保護対象である道路や家屋等より斜面側に設けられる落石防護柵としての施工状態を示した概略図である。
落石防護柵２００は、図１５で示した鋼管杭（支柱）が複数打設され、これを支柱として網体（金網）２０１や索体（ワイヤロープ）２０２が張られることで、斜面上から落ちてきた落石等を受け止める落石防護柵として構成されるものである。
落石防護柵２００は、鋼管継手構造１００を有する複数の支柱と、各支柱の間において設けられる網体２０１と、各支柱の間において設けられる複数の索体２０２と、各支柱の間において設けられるサポート材２０５と、を備えている。
なお、ここでは受け部材として網体２０１と索体２０２を備えているものを例としているが、予防柵若しくは防護柵の用途に応じて、何れか一方または、別の受け部材（例えば梁状の部材など）を有するものであってもよい。また、用途によってはサポート材は必須のものではない。

鋼管継手構造１００を有する各支柱は、柵の両端部において立設される端末支柱と、端末支柱の間に設けられる１本若しくは複数の中間支柱とを有する。
端末支柱は、図１５で示した鋼管杭（支柱）であり、上記説明したブラケット材１５１やブラケット材１５２を備えている。また、サポート材２０５を取り付けるためのサポート用ブラケット材１５３も有している。ブラケット材１５１やブラケット材１５２は、下端を保持されているが支柱に対して遊嵌的に挿通されており、支柱に対して回転や摺動が可能に構成されている。
中間支柱には、索体支持フック２０６と、サポート材２０５を取り付けるためのサポート用ブラケット材１５４が備えられる。鋼管継手構造１００を有する支柱である点は、端末支柱と同様である。索体支持フック２０６は、各索体２０２が挿通されてこれを摺動可能に支持するためのものであり、Ｕ字状のフックが支柱に溶接などによって固着されることで形成される。

網体２０１は、金網であり、図１６では、図の見易さの観点から、網体２０１を部分的にのみ表示しているが、網体２０１は落石防護柵２００に全面的に設けられるものである。網体２０１は、その上端側において、サポート材２０５に吊リング２０８によって保持される吊板２０９によって吊られ、且つ、その両端部において、各ブラケット材１５１、１５２に設けられるＵ字フックに挿通される丸棒２１０に取り付けられる。これによって、網体２０１は落石防護柵２００に全面的に設けられ、比較的小さな落石なども捕捉するものである。
各索体２０２は、巻付グリップ２０３とターンバックル２０４を介して、端末支柱の各ブラケット材１５１、１５２に接続される。また、各索体２０２は中間支柱の各索体支持フック２０６に摺動可能に挿通され、各支柱間において、間隔保持材２０７が取り付けられる。これらにより、各索体２０２が各支柱（端末支柱、中間支柱）に支持され、各索体２０２間の間隔が間隔保持材２０７によって保持される。
サポート材２０５は、各支柱（端末支柱、中間支柱）の間隔を保持するものであり、ここの例では鋼管によって形成される。サポート材２０５は、その両端がサポート用ブラケット材１５３若しくはサポート用ブラケット材１５４によって固定されて、各支柱の間隔を保持する。

なお、ここでは、予防柵若しくは防護柵の一例として落石防護柵を示したが、鋼管継手構造１００を有する杭や支柱は、例えば、斜面上に積もった雪が落ちてこないように抑える雪崩予防柵、斜面上に積もった雪が落ちてきた雪崩を受け止める雪崩防護柵、斜面地表部から発生した崩壊土砂を受け止める崩壊土砂防護柵など、任意の予防柵若しくは防護柵に対して利用することができる。またこれらの予防柵若しくは防護柵の他、法面防災分野の各種の構築物に利用することができる。
また、ここでは、鋼管継手構造１００が１本の支柱に対して１箇所であるものを示しているが、これに限られるものではなく、１本の支柱に複数の鋼管継手構造１００があってもよい（３本以上の複数の鋼管が鋼管継手構造１００によって継がれて１本の杭若しくは支柱を構成するものであってもよい）。
また、鋼管継手構造１００は杭や支柱としての利用に限定されるものではなく、例えば、上記説明したサポート材に鋼管継手構造１００が用いられるもの等であってもよい。

次に、鋼管継手構造１００について行った曲げ耐力試験について説明する。
図７（ａ）は試験装置を示す写真であり、図７（ｂ）は試験に用いた供試体の仕様を示す表である。

曲げ耐力試験は、供試体を梁状に保持し、その中間部に荷重を加えることによって行った。
より具体的には、図７（ａ）に示されるように、２箇所の鋼製架台とその等間隔の位置にジャッキ、ロードセル、加力ジグをセットした。鋼製架台の供試体と接触する箇所にはあらかじめ受け材を取付けた。供試体の中央に加力ジグが来るように、鋼製架台に支持ジグを介して供試体をセットした。油圧ポンプによりジャッキのストロークを押し上げることによって、供試体中央に荷重を与えた。計測については、ジャッキの下部にロードセルを設置し載荷荷重を、加力ジグに巻取り式変位計を取付けて供試体の変位を計測した。いずれもデータロガーに接続して同期させた。

供試体としては、比較対象となるＣａｓｅ１と、鋼管継手構造１００を有するＣａｓｅ２を用意した。
図７（ｂ）に示されるように、Ｃａｓｅ１は、１３９．８Φ×ｔ６．０の外管と１１４．３Φ×ｔ８．０の内管を有する二重管であり、セメント充填がされたものを３本用意した。
一方Ｃａｓｅ２は、鋼管としてはＣａｓｅ１と同じ仕様のものを用い、これを上記説明した鋼管継手構造１００を用いて継いだものを２本用意した。この２本に対して、図７（ｂ）の表中の“支柱断面”で示される方向で荷重を与えた。即ち、せん断キーである凸部１１１及び凸部１２１と、内面凸部１３１及び内面凸部１３２が形成されている箇所との関係で、荷重を加える方向を変えて試験を行った。

図８は、Ｃａｓｅ１の３本（Ｃａｓｅ１−１〜１−３）についての試験結果を示すグラフであり、図８（ａ）は荷重−変位曲線、図８（ｂ）は曲げモーメント−変位曲線である。同様に図９は、Ｃａｓｅ２の２本（Ｃａｓｅ２−１〜２−２）についての試験結果を示すグラフであり、図９（ａ）は荷重−変位曲線、図９（ｂ）は曲げモーメント−変位曲線である。
図１０（ａ）には、Ｃａｓｅ１−１の最大変形状態の写真、図１０（ｂ）には、Ｃａｓｅ２−１の最大変形状態の写真を示した。
図１１は、Ｃａｓｅ１−１と、Ｃａｓｅ２−１を比較するものであり、図１１（ａ）は荷重−変位曲線、図１１（ｂ）は曲げモーメントと回転角の関係を示すグラフである。なお、“回転角”は、図１１（ｂ）に示されるように、鋼管に生じた曲げ角度である。
また、以下に、試験結果を表１として示す。

Ｃａｓｅ１（３本）では、最大荷重２１０~２２０ｋＮ程度で変位２５０ｍｍに達した。何れにおいても、加力部の供試体断面において極度の扁平状態となるような変形は見られず、充填したセメントミルクの押し出し状況は見られなかった。また、何れにおいても、荷重は変位に対して持続する傾向を示した。

Ｃａｓｅ２（２本）では、最大荷重２７０~２８０ｋＮ程度で変位２５０ｍｍに達した。何れにおいても、加力部の供試体継手部における割れや変形は見られず、充填したセメントミルクの押し出し状況は見られなかった。また、何れにおいても、荷重は変位に対して持続する傾向を示した。
せん断キーとの関係で、荷重を加える方向を変えても、同等の耐荷重が得られる傾向が示された。

鋼管継手構造１００の継手有り（Ｃａｓｅ２）と継手無し（Ｃａｓｅ１）の荷重波形を比べると、最大荷重に達するまでの傾きに差が見られ、鋼管継手構造１００の継手有り（Ｃａｓｅ２）の方が、高い耐荷重となっている。即ち、鋼管継手構造１００において母材以上の強度を有している（継手部分において鋼管自体が有する曲げ耐力を下回ることがない）ことが確かめられた。

以上のごとく、本実施形態の鋼管継手構造１００によれば、比較的シンプルな構成にて、鋼管自体が有する曲げ耐力を低下させることなく、鋼管を接続することができる。鋼管継手構造１００を適切な形状により複数相互のせん断キーが嵌合することで、鋼管自体が有する曲げ耐力以上を得ることができる。
本実施形態の鋼管継手構造１００は、比較的シンプルな構成であり切削加工やネジ穴加工等も必要ないため、低コストで、施工性もよい。各凸部を形成した上で上部鋼管や下部鋼管全体としてメッキ加工をすること等により、耐食性にも優れている（ネジ溝等の細かい構造がないため、メッキ不良も起きにくい）。

本実施形態では、凸部１１１や凸部１２１（及びこれらと係合する内面凸部１３１や内面凸部１３２）が、周方向に９０°おきに４か所配置されるものを例としているが、本発明をこれに限るものではない。
例えば、周方向に１２０°おきに３か所配置するものや１８０°おきに２か所配置するものの他、周方向に１か所だけ配置するようなものであっても構わない。逆に５か所以上配置するものであっても構わない。
あまり多く配置すると、凸部等の作成にコストがかかり、また、部材間のかみ合わせがシビアになる傾向となるため、施工性の面でも劣るおそれがある。
一方で、配置が少なすぎると、曲げ耐力の強さに方向性が生じる場合がある。例えば、１８０°おきに２か所配置した場合、これと直交する方向に荷重が加わると、せん断キーとしての機能があまり発揮されない可能性がある。このような場合には、せん断キーの配置と、荷重の係る方向を合わせるようにすることが望まれる。即ち、鋼管の断面視において、鋼管にかかることが想定される荷重の方向に沿って、当該鋼管の中心部から最も離れた箇所に、せん断キー（上部鋼管１１の凸部１１１及び下部鋼管１２の凸部１２１と、ジョイント管１３の内面凸部１３１及び内面凸部１３２）が位置するようにするとよい。例えば、落石や崩壊土砂、雪のせり出しなどの対策で用いられる鋼管杭式防護柵（予防若しくは防護施設）における支柱に係る荷重は、基本的には決まった方向となる。このような場合、想定される荷重の方向に沿ってせん断キーが存在するように施工するとよい。
本実施形態の鋼管継手構造１００によれば、周方向に９０°おきに４か所配置していることにより、上記の試験結果からも、何れの方向の荷重に対しても同様の曲げ耐力が得られると考えられ、より好適なものである。

本実施形態では、上部鋼管１１の凸部１１１（第１凸部）と下部鋼管１２の凸部１２１（第２凸部）の、軸線方向の相対距離を保持する保持部として、管状の部材であるジョイント管１３を例としているが、本発明をこれに限るものではなく、“第１凸部と第２凸部の軸線方向の相対距離を保持する”ことができるものであればよい。即ち、必要な剛性を有して、第１凸部と第２凸部に係合することができる任意の部材であってよい。

本実施形態では、上部鋼管１１と下部鋼管１２が同じ仕様のものを例としているが、本発明をこれに限るものではない。例えば、実施形態で説明したジョイント管１３によって、外径が同一で、厚さ等の仕様が異なる鋼管を継ぐことができる。また、上部側と下部側で内径が異なるジョイント管を用いること等により、外径（及び厚さ等のその他の仕様）が異なる鋼管を継ぐこともできる。

本実施形態では、せん断キー（各凸部）として、軸線方向に直交する方向から見て略矩形（長方形）であるものを例としているが、本発明をこれに限るものではなく、例えば正方形の他、多様な形状を用いることができる。図１２にはこのようなものの一例として、せん断キーを三角形（略正三角形）とした場合の概念図を示した。鋼管側の凸部１２１´に対して、ジョイント管側の内面凸部１３２´を図１２のように形成して相互に係合するようにすればよい。三角形の斜辺が係合する形になるため、荷重がかかった際に、相互の係合が外れる方向にモーメントが生じやすくなってしまうが、係合部材１４を用いることで、相互の係合が外れることが防止されるため問題は無い。実施形態の鋼管継手構造１００では、係合部材１４は必須の部材という訳では無いが、図１２のような構成の場合には、係合部材１４は必要である。
せん断キー（各凸部）を図１２のような三角形状とした場合、鋼管とジョイント管の上下方向の位置決めがラフであっても、三角形の斜辺によって誘導されて相互にかみ合うため、施工性が向上するという点で有利である。これに基づき、実施形態の鋼管継手構造１００の凸部１１１や凸部１２１（及びこれらと係合する内面凸部１３１や内面凸部１３２）の形状の一部に、斜辺を取り入れるようにしてもよい。
また、せん断キー（各凸部）は、その断面形状としても、必要な強度を得ることができる任意の形状とすることができる。

また、図１３には、せん断キーの別の形状の一例を示した。
図１３の例では、ジョイント管を回転させて、せん断キーを係合させる際に、回転のストッパとなる突き当たり部材１２１１´´を有している。これにより、せん断キーを係合させるためにジョイント管を回転させる際に、突き当たるまで回転させればよく、施工性に優れるものである。突き当たり部材１２１１´´は、上部鋼管、下部鋼管、ジョイント管の何れかに設ければよい（１か所設けるものであっても複数設けるものであっても構わない）。

本実施形態では、凸部１１１や凸部１２１、及びこれらと係合する内面凸部１３１や内面凸部１３２のいずれも、軸線方向に２列分形成されているものを例としているが、本発明をこれに限るものではなく、凸部１１１や凸部１２１、及びこれらと係合する内面凸部１３１や内面凸部１３２のいずれか、又は任意の組み合わせで、軸線方向に１列分であったり、軸線方向に３列分以上形成されるようなものであって構わない。
せん断キーとして、必要な強度を有して“軸線方向の相対距離を保持”し得るものであればよいものである。

本実施形態では、各凸部が板材によって形成されるものを例としたが、本発明をこれに限るものではなく、任意の部材によって形成されるものであってよい。例えば、図１４に一例を示したように、丸鋼を複数並べて配置することで、凸部１２１´´´を形成するようにしてもよい。

本実施形態では、“上部鋼管”、“下部鋼管”として、基本的に杭や支柱として用いられることを対象として説明したが、本発明をこれに限るものではなく、例えば梁材として用いられるものであってもよいことは勿論である。

上記説明では、本発明に係る鋼管継手構造を利用したものの例として、予防柵若しくは防護柵を示したが、本発明をこれに限るものではない。
本発明に係る鋼管継手構造は、比較的シンプルな構成でありながら鋼管自体が有する曲げ耐力を低下させることを抑止した継手構造であり、このような継手構造は、法面防災分野に限らず、各種の構造物に利用することが可能である。例えば各種の構築物や建築物、各種の機械設備、列車や車両、船、飛行機等の移動体、等、種々の構造物に利用することができる。また、これらの比較的大型の構造物に限らず、小さな構造物においても利用することができる。

１００．．．鋼管継手構造
１１．．．上部鋼管（一方の鋼管）
１１１．．．凸部（第１凸部）
１２．．．下部鋼管（他方の鋼管）
１２１．．．凸部（第２凸部）
１２２．．．ストッパ部材
１３．．．ジョイント管（保持部）
１３１．．．内面凸部（第１内面凸部）
１３２．．．内面凸部（第２内面凸部）
１４．．．係合部材

Claims (19)

1. 鋼管を相互に接続するための鋼管継手構造であって、
   一方の鋼管の端部付近の鋼管自体の外周面上に形成された第１凸部と、
   他方の鋼管の端部付近の鋼管自体の外周面上に形成された第２凸部と、
   前記第１凸部と前記第２凸部の、前記鋼管の軸線方向の相対距離を保持する保持部と、
   を備えることを特徴とする鋼管継手構造。
2. 前記保持部が、前記鋼管の端部を内部に挿通させる管状部材であり、当該管状部材の内部に、前記第１凸部と前記第２凸部にそれぞれ係合する第１内面凸部と第２内面凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管継手構造。
3. 前記管状部材の内周面に形成された前記第１内面凸部の周方向の配置が、前記第１凸部の周方向の配置に対して、相互に互い違いとなるように配され、前記管状部材の内周面に形成された前記第２内面凸部の周方向の配置が、前記第２凸部の周方向の配置に対して、相互に互い違いとなるように配されており、
   前記管状部材に前記一方の鋼管を所定位置まで挿入させた際に、前記第１内面凸部が、前記第１凸部を前記軸線方向に超えて位置し、且つ、前記管状部材に前記他方の鋼管を所定位置まで挿入させた際に、前記第２内面凸部が、前記第２凸部を前記軸線方向に超えて位置するように構成され、
   前記一方及び他方の鋼管を、前記管状部材に所定位置まで挿入した状態で、前記一方及び他方の鋼管に対して前記管状部材を相対的に回転させることで、前記第１凸部と前記第２凸部に対して、前記第１内面凸部及び前記第２内面凸部が前記軸線方向に係合していることを特徴とする請求項２に記載の鋼管継手構造。
4. 前記一方の鋼管及び前記他方の鋼管に対する前記管状部材の回転を抑止するための係合部材を備えることを特徴とする請求項３に記載の鋼管継手構造。
5. 前記係合部材が、前記一方の鋼管又は前記他方の鋼管と、前記保持部と、の間の空間を埋める部材であることを特徴とする請求項４に記載の鋼管継手構造。
6. 前記第１凸部又は前記第２凸部が、前記軸線方向に複数形成されていることを特徴とする請求項２から５の何れかに記載の鋼管継手構造。
7. 前記第１内面凸部又は前記第２内面凸部が、前記軸線方向に複数形成されていることを特徴とする請求項６に記載の鋼管継手構造。
8. 前記第１凸部又は前記第２凸部が、周方向に９０度毎に４か所設けられていることを特徴とする請求項２から７の何れかに記載の鋼管継手構造。
9. 前記第１内面凸部又は前記第２内面凸部が、周方向に９０度毎に４か所設けられていることを特徴とする請求項８に記載の鋼管継手構造。
10. 前記第１凸部又は前記第２凸部が、略矩形であることを特徴とする請求項２から９の何れかに記載の鋼管継手構造。
11. 前記第１内面凸部又は前記第２内面凸部が、略矩形であることを特徴とする請求項１０に記載の鋼管継手構造。
12. 前記一方の鋼管又は前記他方の鋼管の何れかが、前記管状部材に対する前記一方の鋼管又は前記他方の鋼管の挿入位置を規定するストッパ部材を備えることを特徴とする請求項２から１１の何れかに記載の鋼管継手構造。
13. 請求項１から１２の何れかに記載の鋼管継手構造を有する鋼管杭を用いた予防若しくは防護施設。
14. 前記鋼管杭の断面視において、前記鋼管杭にかかることが想定される荷重の方向に沿って、当該鋼管杭の中心部から最も離れた箇所に、前記第１凸部と前記第２凸部が位置するように配されていることを特徴とする請求項１３に記載の予防若しくは防護施設。
15. 請求項２から１２の何れかに記載の鋼管継手構造を有する鋼管杭の施工方法であって、
    前記一方の鋼管を打設する工程と、
    前記一方の鋼管に前記保持部を挿通する工程と、
    前記保持部に前記他方の鋼管を挿通する工程と、
    前記一方及び他方の鋼管に対して前記管状部材を相対的に回転させることで、前記第１凸部と前記第２凸部に対して、前記第１内面凸部及び前記第２内面凸部を前記軸線方向に係合させる工程と、
    を有することを特徴とする鋼管杭の施工方法。
16. 前記鋼管杭の断面視において、前記鋼管杭にかかることが想定される荷重の方向に沿って、当該鋼管杭の中心部から最も離れた箇所に、前記第１凸部と前記第２凸部が位置するようにする工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の鋼管杭の施工方法。
17. 請求項１から１２の何れかに記載の鋼管継手構造を有することを特徴とする鋼管。
18. 請求項１７の鋼管によって形成されたことを特徴とする支柱。
19. 請求項１７の鋼管によって形成されたことを特徴とする鋼管杭。

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