JP2022181742A - 鋼管継手構造および継手部材 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管に開口を形成することなく、簡易かつ高品質に施工することができる鋼管継手構造およびこれに使用する鋼管継手構造および継手部材を提案する。
【解決手段】第一鋼管２の端部に固定された第一枠５の端面と、第二鋼管３の端部に固定された第二枠６の端面とを突き合せた状態で、連結プレート７を介して第一枠５および第二枠６を連結する。連結プレート７は、一端部が第一枠５に固定されていて、他端部が第二枠６の内面に添接される。そして、第二枠６に形成された貫通孔６２を貫通したボルト８を連結プレート７に螺着することにより、連結プレート７を介して第一枠５と第二枠６とが固定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管同士を連結するための鋼管継手構造およびこれに使用する継手部材に関する。

鋼管杭、鋼管矢板の施工や、鉄骨構造の構造物の施工などでは、鋼管同士を軸方向に連結する場合がある。鋼管同士の接合では、鋼管の端面同士を突き合せた状態で、溶接するのが一般的である。しかしながら、現地での溶接作業には、作業環境の確保、品質検査等により手間と時間がかかる。また、品質を確保するためには、熟練した技術が必要となる。

一方、特許文献１には、端面同士が突き合わされた一対の鋼管の外面と内面に跨って板材を添設し、両板材および鋼管を貫通させた高力ボルトを締結することにより、鋼管同士を連結する継手構造が開示されている。

特開２００２－１２９６５８号公報

特許文献１の継手構造では、両鋼管に対してボルトを利用して板材を固定するため、多数のボルトを締結する作業に手間がかかる。また、鋼管の内部への板材の添接時やボルト締結時に鋼管の内側に腕を通すための開口を鋼管に設けておく必要があるため、鋼管の強度低下が懸念される。さらに、鋼管には、ボルトを挿通するための貫通孔を形成するが、施工誤差等により生じるズレを吸収できるように、ボルトの軸径に対して大きな内径の貫通孔を形成するのが一般的である。一方、複数の鋼管を継ぎ足して所定の長さの構造物を形成する場合には、蓄積されたズレが大きくなることが懸念される。

本発明は、鋼管に開口を形成することなく、簡易かつ高品質に施工することができる鋼管継手構造およびこれに使用する鋼管継手構造および継手部材を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の鋼管継手構造は、一方の鋼管の端部に固定された第一枠の端面と、他方の鋼管の端部に固定された第二枠の端面とを突き合せた状態で、連結プレートを介して前記第一枠および前記第二枠を連結したものである。前記連結プレートは、一端部が第一枠に固定されていて、他端部が前記前記第二枠の内面に添接されており、前記第二枠に形成された貫通孔を貫通したボルトを前記連結プレートに螺着することにより、前記連結プレートを前記第二枠に固定する。

また、本発明の継手部材は、端面同士を突き合せた状態で連結される一対の枠体（第一枠および第二枠）と、一方の前記枠体（第一枠）に一端部が固定されているとともに、他方の前記枠体（第二枠）の内面に他端部が添接される複数の連結プレートと、他方の前記枠体を貫通して前記連結プレートに螺合されるボルトとを備えている。

かかる鋼管継手構造および継手部材によれば、ボルトの連結プレートに螺着するため、鋼管に開口を形成する必要がない。また、鋼管にボルト用の貫通孔を形成する必要がなく、鋼管に断面欠損が生じない。そのため、鋼管の強度が低下することもない。また、連結プレートは、予め第一枠に固定されているため、ボルトは、連結プレートと第二枠との接合のみに使用するため、現地で作業の手間を低減することができる。第一枠、第二枠および連結プレートは、工場などにおいて形成されたものを鋼管に固定するため、所望の品質が確保されている。

ボルトを螺着する前記連結プレートには、前記第二枠の貫通孔の位置に対応して雌ネジ加工が施されたボルト孔が形成されていてもよいし、前記第二枠の貫通孔の位置に対応して第二貫通孔が形成されているとともに前記第二貫通孔と連通するナットが固定されていてもよい。

前記第二枠に、支圧プレートを溶接して一体化しておくことで、前記第二枠の貫通孔の厚さを割り増しすることができ、ボルトの孔支圧力を大きくすることができる。この支圧プレートの前記枠体側の面は、前記枠体の内面形状に応じた曲面であり、前記支圧プレートの前記枠体と反対側の面は平面であるのが望ましい。こうすることで、支圧プレートを介してボルトの締結力を枠体に面で伝達することができ、より安定性が向上する。

前記枠体の他の枠体と反対側の端部に溶接開先用の加工を施すのが望ましい。

前記ボルトは、頭部と、軸部とを備えており、前記軸部は、前記頭部側に設けられた基部と、外面にネジが形成された前記基部よりも細い外径の雄ネジ部と、前記基部と前記雄ネジ部との間に形成されて前記雄ネジ部に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有するテーパー部とを備えているのが望ましい。

前記ボルトを使用すれば、貫通孔とネジ孔との間に位置（中心軸）のズレがあっても、テーパー部が貫通孔又はネジ孔の縁に当接することによって生じる横力によって、剪断変形部が剪断変形しながらボルトが孔に挿入される。そのため、貫通孔とボルトとのクリアランス（余裕度、公差）を小さくできるので、部材同士の間にズレが生じ難い。

本発明の鋼管継手構造および継手部材によれば、鋼管に開口を形成することなく、簡易かつ高品質に鋼管同士を連結することが可能となる。

第一実施形態の鋼管接合構造を示す断面図である。 第一実施形態の継手部材を示す図であって、（ａ）はIIA拡大断面図、（ｂ）は鋼管の内面側から望む正面図である。 第一実施形態の継手部材の横断図であって、上半分が図２のIIIB断面、下半分が図２のIIIA断面である。 第一実施形態のボルトを示す側面図である。 第二実施形態の鋼管接合構造を示す断面図である。 第二実施形態の継手部材を示す図であって、（ａ）は拡大断面図、（ｂ）は鋼管の内面側から望む正面図である。 （ａ）は第一枠のVIIA横断図、（ｂ）は第二枠のVIIB横断図である。 第二実施形態のボルトを示す側面図である。

＜第一実施形態＞
第一実施形態では、鋼管同士を連結する鋼管継手構造１について説明する。図１に示すように、本実施形態の鋼管継手構造１は、上下に配設された同じ外径寸法の円形断面の鋼管（第一鋼管２および第二鋼管３）同士を継手部材４により一体に接合するものである。図２（ａ）に示すように、継手部材４は、一対の枠体（第一枠５および第二枠６）と、連結プレート７と、ボルト８とを備えている。

一方の枠体である第一枠５は、第一鋼管２の端部に固定されている。第一枠５は、断面円形の鋼管により構成されている。本実施形態の第一枠５は、第一鋼管２と同等の内径で、同等以上の肉厚を有している。また、第一枠５の内面には、図２（ｂ）および図３に示すように、複数の連結プレート７の一端部が、周方向に間隔をあけて固定されている。

図２（ａ）に示すように、第一枠５の第一鋼管２側の端部が、外径が第一鋼管２側に行くにしたがって縮径している溶接開先用の加工が施されており、第一枠５の端部を第一鋼管２の端部に突き合せた状態で、第一枠５と第一鋼管２との間に溝が形成される。第一枠５を第一鋼管２に溶接する際には、この溝を溶接開先として利用する。なお、必要に応じて裏当金５１を第一枠５または第一鋼管２に取り付けて溶接するとよい。

他方の枠体である第二枠６は、第二鋼管３の端部に固定されている。第二枠６は、断面円形の鋼管により構成されている。本実施形態の第二枠６は、第二鋼管３と同等の内径で、同等以上の肉厚を有している。すなわち、第二枠６は、第一枠５と同じ断面形状の鋼管からなる。

第二枠６の第二鋼管３側の端部の外径が、第二鋼管３側に行くにしたがって縮径しており、第二枠６の端部を第二鋼管３の端部に突き合せた状態で、第二枠６と第二鋼管３との間に溝が形成される。第二枠６を第二鋼管３に溶接する際には、この溝を溶接用の開先として利用する。なお、必要に応じて裏当金６１を第二枠６または第二鋼管３に取り付けて溶接するとよい。

第一枠５と第二枠６（一対の枠体）は、互いの端面同士を突き合せた状態で連結プレート７を介して連結される。第一枠５と第二枠６の端面同士を突き合せると、第二枠６の内面に複数の連結プレート７の他端部が添接される。図２（ａ）および図３に示すように第二枠６には、連結プレート７の位置に対応して、複数の貫通孔６２が形成されている。本実施形態では、各連結プレート７に対応して、上下２段の貫通孔６２，６２が形成されている。貫通孔６２は、ボルト８を挿通可能な内径を有している。また、第二枠６の外面には、図２（ａ）に示すように、貫通孔６２の周囲に凹部（ザグリ）６３が形成されている。本実施形態の凹部６３は、ボルト８の頭部８１よりも大きな径の平面視（正面視）円形である。凹部６３の底面は、ボルト８の頭部８１下面（軸部８２側の面）が面接触するように、平らである。

図２（ｂ）に示すように、本実施形態の連結プレート７には、第二枠６の貫通孔６２の位置に対応してボルト孔７１が形成されている。ボルト孔７１の内面には、ボルト８を螺合するための雌ネジ加工が施されている。図２（ａ）に示すように、第二枠６に形成された貫通孔６２を貫通したボルト８を連結プレート７のボルト孔７１に螺着することにより、連結プレート７と第二枠６とが固定される。

図４に示すように、ボルト８は、頭部８１と、軸部８２とを備えている。
軸部８２は、頭部８１側に設けられた基部８３と、外面にネジが形成された基部８３よりも細い外径の雄ネジ部８４と、雄ネジ部８４と頭部８１との間に形成された剪断変形部８５と、基部８３と剪断変形部８５との間に形成されたテーパー部８６とを備えている。剪断変形部８５は、雄ネジ部８４の谷径よりも小さい外径を有している。テーパー部８６は、剪断変形部８５に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有している。本実施形態では、基部８３の長さが、第二枠６の厚さから凹部６３の深さを差し引いた値（貫通孔６２の長さ）と同等である。また、ボルト孔７１の第二枠６側の端部に、テーパー部８６の係合するテーパーを設けて置く。なお、基部８３の長さにテーパー部８６の長さを加えた値が貫通孔６２の長さと同等としてもよい。この場合には、ボルト孔７１のテーパーは省略する。

ボルト８は、図２（ａ）および図３に示すように、貫通孔６２を貫通して雄ネジ部８４をボルト孔に螺合することで、第二枠６と連結プレート７とを連結する。こうすることで、第一枠５と第二枠６とが連結され、その結果、第一鋼管２と第二鋼管３とが継手部材４を介して連結される。ボルト８の頭部８１と凹部６３との間には、緩み止めとしてバネ座金を介設する。

第一枠５および第二枠６は、現場搬入前の第一鋼管２または第二鋼管３に予め固定しておく。本実施形態では、第一鋼管２および第二鋼管３の製造工場において、第一枠５および第二枠６をそれぞれ第一鋼管２および第二鋼管３に固定（溶接）する。

まず、第二枠６にボルト８を介して連結プレート７を仮止めする。
次に、第一枠５の端面と第二枠６の端面とを突き合せる。このとき、連結プレート７の一端部を、第一枠５の内空に挿入し、第一枠５の内面に添接させる。
第一枠５の端面と第二枠６の端面とを突き合せたら、連結プレート７の一端部を第一枠５の内面に溶接する。このとき、第二枠６の貫通孔６２と連結プレート７（ボルト孔７１）の配置についてマークをつけておく。

所定の数の連結プレート７を第一枠５に固定したら、ボルト８を取り外して、第一枠５と第二枠６を分離する。
第一鋼管２および第二鋼管３の製造工場において、連結プレート７が固定された第一枠５を第一鋼管２に固定（溶接）するとともに、第二枠６を第二鋼管３に固定（溶接）する。３本以上の鋼管を連結する場合には、上端および下端に配設される鋼管以外の鋼管の一端に第一枠５を固定し他端に第二枠６を固定する。

第一枠５および第二枠６を固定したら、鋼管（第一鋼管２、第二鋼管３）を現場に搬入する。
現場では、貫通孔６２と連結プレート７のマークを合わせて、第一鋼管２と第二鋼管３を上下に配設して、第一枠５と第二枠６とをボルト８により連結し、第一鋼管２と第二鋼管３とを連結する。

本実施形態の鋼管継手構造１および継手部材４によれば、第一鋼管２および第二鋼管３にボルト用の貫通孔を形成する必要がなく、第一鋼管２および第二鋼管３に断面欠損が生じない。そのため、鋼管の強度が低下することもない。また、ボルト接合時に鋼管の内空側に腕を差し込む必要がなく鋼管に開口を形成する必要がない。

また、連結プレート７は、予め第一枠５に固定されているため、ボルト締めは連結プレート７と第二枠６との接合のみに行えばよい。そのため、現地での作業の手間を低減できるとともに、工期短縮化を図ることができる。

第一枠５および第二枠６は、工場などにおいて第一鋼管２または第二鋼管３に固定するため、所望の品質が確保されている。すなわち、固定時の歪みの発生や誤差が生じることを抑制し、高品質に固定できる。その結果、現場において、第一枠５と第二枠６とを連結する際の貫通孔６２とボルト孔７１の位置のずれが生じ難く、現場作業を効率的に実施できる。また、鋼管に対して継手部材４を高品質に取り付けられるため、ボルト８と貫通孔６２またはボルト孔７１とのクリアランスが小さい場合であっても、現場での施工を可能としている。

各枠体（第一枠５および第二枠６）の他の枠体と反対側の端部に、溶接開先用の加工（テーパー加工）が施されているため、溶接開先を利用して溶接することで、枠体を鋼管に一体に固定できる。

ボルト８がテーパー部８６を備えているため、貫通孔６２とボルト孔７１との間に位置（中心軸）のズレがあっても、テーパー部８６が貫通孔６２又はボルト孔７１の縁に当接して摺動することによって、ズレを修正できる。

また、ボルト８は、剪断変形部８５を有しているため、テーパー部８６が貫通孔６２又はボルト孔７１の縁に当接することによって生じる横力によって、剪断変形部８５が剪断変形しながらボルト８が挿入される。すなわち、ボルト８は、貫通孔６２とボルト孔７１との間に位置（中心軸）のズレがあっても、第二枠６と連結プレート７との螺着を可能としている。また、貫通孔６２とボルト８とのクリアランス（余裕度、公差）が小さい場合であっても、ボルト８を挿通できるため、継手部材４の製造段階において、貫通孔６２とボルト８とのクリアランスを小さくできるので、部材同士の間にズレが生じ難い。

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、第一実施形態と同様に、鋼管同士を連結する鋼管継手構造１について説明する。図５に示すように、本実施形態の鋼管継手構造１は、上下に配設された同じ外径寸法の円形断面の鋼管（第一鋼管２および第二鋼管３）同士を継手部材４により一体に接合するものである。図６（ａ）に示すように、継手部材４は、一対の枠体（第一枠５および第二枠６）と、連結プレート７と、ボルト８とを備えている。

一方の枠体である第一枠５は、第一鋼管２の端部に固定されている。第一枠５は、断面円形の鋼管により構成されている。本実施形態の第一枠５は、第一鋼管２と同等の外径で同等以上の肉厚を有している。また、第一枠５の内面には、図６（ｂ）および図７（ａ）に示すように、複数の連結プレート７の一端部が、周方向に間隔をあけて固定されている。

第一枠５は、第一鋼管２と端面同士を突き合せた状態で溶接することで、第一鋼管２に固定されている。本実施形態では、第一枠５の第一鋼管２側の端部が、第一鋼管２側に行くにしたがって外径が縮径しており、第一枠５の端部を第一鋼管２の端部に突き合せた状態で、第一枠５と第一鋼管２との間に溝が形成される。第一枠５を第一鋼管２に溶接する際には、この溝を溶接用の開先として利用する。

他方の枠体である第二枠６は、第二鋼管３の端部に固定されている。第二枠６は、断面円形の鋼管により構成されている。本実施形態の第二枠６は、第二鋼管３と同等の外径で同等以上の肉厚を有している。すなわち、第二枠６は、第一枠５と同じ断面形状の鋼管からなる。

第二枠６は、第二鋼管３と端面同士を突き合せた状態で溶接することで、第二鋼管３に固定されている。本実施形態では、第二枠６の第二鋼管３側の端部の外径が、第二鋼管３側に行くにしたがって縮径している溶接開先用の加工が施されており、第二枠６の端部を第二鋼管３の端部に突き合せた状態で、第二枠６と第二鋼管３との間に溝が形成される。第二枠６を第二鋼管３に溶接する際には、この溝を溶接開先として利用する。

図６（ａ）に示すように、第一枠５と第二枠６（一対の枠体）は、互いの端面同士を突き合せた状態で連結プレート７を介して連結される。第一枠５と第二枠６の端面同士を突き合せると、第二枠６の内面に複数の連結プレート７の他端部が添接される。図６（ａ）および図７（ｂ）に示すように、第二枠６には、連結プレート７の位置に対応して、複数の貫通孔６２が形成されている。本実施形態では、各連結プレート７に対応して、上下２段の貫通孔６２，６２が形成されている。貫通孔６２は、ボルト８を挿通可能な内径を有している。また、第二枠６の外面には、貫通孔６２の周囲に凹部（ザグリ）が形成されている。凹部は、ボルト８の頭部８１よりも大きな径の平面視（正面視）円形である。また、凹部の底面は、ボルト８の頭部８１下面（軸部８２側の面）が面接触するように、平らである。

本実施形態では、図６（ａ）に示すように、第二枠６に支圧プレートを溶接して一体化しておく。これにより凹部（ザグリ）により孔断面の厚さが薄くなる分を補強する。なお、支圧プレート９の外面（第二枠６側の面）は第二枠６の内面と同等の曲面であり、支圧プレート９の内面（連結プレート７側の面）は連結プレート７の板面に応じて平面である。すなわち、支圧プレート９は、第二枠６の内面と連結プレート７の外面に密着する。

図６（ａ）に示すように、本実施形態の連結プレート７には、第二枠６の貫通孔６２の位置に対応して第二貫通孔７２が形成されている。また、連結プレート７の内面（第二枠６と反対側の面）には、ボルト８を螺合するためのナット７３が、第二貫通孔７２と連通するように固定されている。第二枠６に形成された貫通孔６２を貫通したボルト８をナット７３に螺着することにより、連結プレート７と第二枠６とが固定される。

図８に示すように、ボルト８は、頭部８１と、軸部８２とを備えている。
軸部８２は、頭部８１側に設けられた基部８３と、外面にネジが形成された基部８３よりも細い外径の雄ネジ部８４と、雄ネジ部８４と頭部８１との間に形成されたテーパー部８６とを備えている。テーパー部８６は、剪断変形部８５に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有している。本実施形態では、基部８３の基端（頭部８１と軸部８２との境界）からテーパー部８６の先端（テーパー部８６と雄ネジ部８４との境界）までの長さが、第二枠６、支圧プレート９および連結プレート７の厚さを合計した値と同等である。

ボルト８は、図６（ａ）および図７（ｂ）に示すように、貫通孔６２を貫通して雄ネジ部８４をナット７３に螺合することで、第二枠６と連結プレート７とを連結する。こうすることで、第一枠５と第二枠６とが連結され、その結果、第一鋼管２と第二鋼管３とが継手部材４を介して連結される。ボルト８の頭部８１と凹部との間には、緩み止めとしてバネ座金を介設する。

本実施形態の鋼管継手構造１および継手部材４によれば、径が比較的小さい鋼管同士を接合する場合であっても、第一実施形態の鋼管継手構造１および継手部材４と同様の作用効果を得ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、円形断面の鋼管同士を連結する場合について説明したが、鋼管の断面形状は限定されるものではなく、例えば、角鋼管であってもよい。
また、連結プレート７の数および連結プレート７同士の間隔は、適宜決定すればよい。
連結プレート７は、第一枠５や第二枠６の形状に応じて曲面を有していてもよい。
また、第二枠６の貫通孔６２の数および配置は、適宜決定すればよい。

１ 鋼管継手構造
２ 第一鋼管
３ 第二鋼管
４ 継手部材
５ 第一枠（枠体）
５１ 裏当金
６ 第二枠（枠体）
６１ 裏当金
６２ 貫通孔
６３ 凹部
７ 連結プレート
７１ ボルト孔
８ ボルト
８１ 頭部
８２ 軸部
８３ 基部
８４ 雄ネジ部
８５ 剪断変形部
８６ テーパー部
９ 支圧プレート

Claims (11)

1. 一方の鋼管の端部に固定された第一枠の端面と、他方の鋼管の端部に固定された第二枠の端面とを突き合せた状態で、連結プレートを介して前記第一枠および前記第二枠が連結された鋼管継手構造であって、
   前記連結プレートは、一端部が第一枠に固定されていて、他端部が前記第二枠の内面に添接されており、
   前記第二枠に形成された貫通孔を貫通したボルトを前記連結プレートに螺着することにより、前記連結プレートが前記第二枠に固定されていることを特徴とする、鋼管継手構造。
2. 前記連結プレートには、前記第二枠の貫通孔の位置に対応してボルト孔が形成されており、
   前記ボルト孔の内面には、雌ネジ加工が施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. 前記連結プレートには、前記第二枠の貫通孔の位置に対応して第二貫通孔が形成されているとともに、前記第二貫通孔と連通するナットが固定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。
4. 前記第二枠に、支圧プレートが溶接されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の鋼管継手構造。
5. 前記ボルトは、頭部と、軸部とを備えており、
   前記軸部は、前記頭部側に設けられた基部と、
   外面にネジが形成された前記基部よりも細い外径の雄ネジ部と、
   前記基部と前記雄ネジ部との間に形成されて前記雄ネジ部に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有するテーパー部と、を備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の鋼管継手構造。
6. 端面同士を突き合せた状態で連結される一対の枠体と、
   一方の前記枠体に一端部が固定されているとともに、他方の前記枠体の内面に他端部が添接される複数の連結プレートと、
   他方の前記枠体を貫通して前記連結プレートに螺合されるボルトと、を備えていることを特徴とする、継手部材。
7. 前記連結プレートに、前記ボルトが螺合されるボルト孔が形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の継手部材。
8. 前記連結プレートに、前記ボルトが挿通される貫通孔が形成されているとともに、前記貫通孔と連通するナットが前記連結プレートの内面に固定されていることを特徴とする、請求項６に記載の継手部材。
9. 前記枠体の他の枠体と反対側の端部に溶接開先用の加工が施されていることを特徴とする、請求項６乃至請求項８のいずれか１項に記載の継手部材。
10. 他方の前記枠体に溶接した支圧プレートをさらに備えており、
    前記支圧プレートの前記枠体側の面は、前記枠体の内面形状に応じた曲面であり、
    前記支圧プレートの前記枠体と反対側の面は、平面であることを特徴とする、請求項６乃至請求項９のいずれか１項に記載の継手部材。
11. 前記ボルトは、頭部と、軸部とを備えており、
    前記軸部は、前記頭部側に設けられた基部と、
    外面にネジが形成された前記基部よりも細い外径の雄ネジ部と、
    前記基部と前記雄ネジ部との間に形成されて前記雄ネジ部に近付くにしたがって縮径する傾斜面を有するテーパー部と、を備えていることを特徴とする、請求項６乃至請求項１０のいずれか１項に記載の継手部材。

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