JP2024000565A - 鋼管杭の接手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼管杭の結合に使用され、一対の接手をピン結合する接手構造の連結作業を容易にする。【解決手段】第１鋼管杭の端部に接続された第１接手１０と、第２鋼管杭の端部に接続された第２接手２０と、ピンＰとを備え、第１接手１０と第２接手２０とをピンＰで連結する鋼管杭の接手構造であって、第１接手１０は小径部と第１嵌合部とを備え、該第１嵌合部は第１凹部及び第１凸部を備え、第２接手２０は大径部と第２嵌合部とを備え、該第２嵌合部は第２凹部及び第２凸部とを備え、第１接手１０を第２接手２０へ挿入した状態で、第１凸部と第２凹部及び第１凹部と第２凸部とが嵌合状態になり、第１ピン孔と第２ピン孔へ外径Ｌ２の第１ピンが挿入され、内径Ｌ１と外径Ｌ２との間には、０．１～３．０ｍｍの第１隙間が形成され、嵌合状態の第１嵌合部と第２嵌合部の対向面間にも、０．１～３．０ｍｍの第２隙間が形成され、第１隙間と第２隙間の長さが等しい。【選択図】図３

Description

本発明は鋼管杭の接手構造の改良に関する。

建築土木工事用の鋼管杭は地盤の状態に応じて継ぎ足されて所望の深さまで打ち込まれる。
鋼管杭を連結する方策として種々提案されているが、その一態様として、下側の鋼管杭の上端と上側の鋼管杭の下端にそれぞれ接手を接続し、両者をピンで連結する構造がある。
鋼管杭に回転力が加えられる場合、回転駆動源側である上側鋼管杭の回転力を下側の鋼管杭へ確実に伝えるべく、凹凸の嵌合構造とした接手構造が提案されている（特許文献１）。
かかる接手構造では、上側接手と下側接手にそれぞれ周方向の凹凸が形成され、上側の凸部が下側の凹部に、上側の凹部が下側の凸部にそれぞれ嵌合する。ここに、下側接手には大径部がありその内周側に上記の凹凸が形成され、上側接手には小径部がありその外周側に上記の凹凸が形成される。
凹部と凸部において対向する側面が当接することで回転力が確実に伝達される。
凹凸を嵌合した状態で、凸部に形成されたピン孔は大径部と小径部に形成されたピン孔と連通し、連通されたピン孔に連結ピンが挿入される。これにより、上側の接手と下側の接手が機械的に連結される。

実特昭６２－４４９９６号公報

特許文献１に開示の接手構造では、上側接手と下側接手にそれぞれ嵌合される凹凸が形成されている。
かかる接手構造では、各凹凸が確実に嵌合するように、各凹凸には正確な寸法合わせが求められていた。
また、同様に、凸部に形成されるピン孔と大径部及び小径部に形成されるピン孔にも正確な位置合わせが要求される。それとともに、各ピン孔の内径もピンの外径とできる限り一致させることが求められていた。
凹部と凸部が隙間なく嵌合されたとき、ピン孔とピンとの間に隙間があると、鋼管杭を打ち込むときの衝撃でピンに不規則な負荷がかかり、その耐久性を低下させるおそれがある。その一方、ピン孔の内径とピンの外径を過剰に一致させると、ピンの挿入作業性が低下する。
現場的には、ピン孔へピンを打ち込むときピン孔が変形し、ピン孔とピンとの間に隙間ができることがあった。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、凹部と凸部との嵌合及びピン孔の内径とピンの外径と間に、ともに隙間を設けることに気が付いた。
即ち、この発明の第１局面は次のように規定される。
第１鋼管杭の端部に接続された内側の第１接手と、第２鋼管杭の端部に接続された外側の第２接手と、ピンとを備え、前記第１接手と前記第２接手とを前記ピンで連結する鋼管杭の接手構造であって、
前記内側の第１接手は小径部と該小径部の外側に形成される第１嵌合部とを備え、該第１嵌合部は第１凹部及び第１凸部を備え、前記外側の第２接手は大径部と該大径部の内側に形成される第２嵌合部とを備え、該第２嵌合部は第２凹部及び第２凸部を備え、
前記第１接手を前記第２接手へ挿入した状態で、前記第１凸部と前記第２凹部及び前記第１凹部と前記第２凸部とが嵌合状態になり、前記第１凸部及び前記第２凸部の第１ピン孔と前記小径部及び前記大径部に形成された第２ピン孔とが内径Ｌ１を有するとともに連通し、
前記第１ピン孔と前記第２ピン孔へ外径Ｌ２の第１ピンが挿入され、前記内径Ｌ１と前記外径Ｌ２との間には、０．１～３．０ｍｍの第１隙間が形成され、
嵌合状態の前記第１嵌合部と前記第２嵌合部との対向面間にも、０．１～３．０ｍｍの第２隙間が形成され、
前記第１隙間と前記第２隙間の長さが等しい、
接手構造。

第１接手と第２接手との間に荷重（軸方向や周方向）が掛けられたとき、凹部及び凸部は荷重のかけられた方向先にある面で当接する、同様にピンもまた荷重のかけられた方向先のピン孔の内周面に当接する。第１隙間と第２隙間の距離が等しいので、第１嵌合部と第２嵌合部の間の対向面及びピン孔の内周面とピンの対向面間において、隙間が出来ることは無く、全て当接する。これにより、上記の各当接面には、均等な荷重が掛けられる。この当接の状態は、凹部及び凸部が隙間なく嵌合されかつピンがピン孔へ隙間なく挿入された状態での各当接面の状態と実質的に等しい。
よって、第１接手と第２接手とを嵌合した状態で一方の鋼管杭へ荷重をかけたとき、第１隙間や第２隙間に起因するピンや接手自体の機械的強度に対する悪影響は何ら生じない。即ち、ピンの耐力（せん断耐力、抜け耐力）及び上側接手と下側接手間の耐力（ねじり耐力、圧縮耐力）など、基本的に隙間を排除した従来設計の接手と何ら機械的強度に変わりがない。
隙間や隙間の長さや、両者に許容される誤差は、接手の材質や用途（加えられる荷重）等に応じて任意に選択できる。

この発明の第２の局面は次のように規定される。
第１局面の接手構造において、前記第２隙間は、前記嵌合部と第２嵌合部との間において、軸方向に対向する面間及び周方向に対向する面間の距離である。

このように規定される第２局面の接手構造によれば、第１嵌合部と第２嵌合部との軸方向の対向面間と周方向の対向面間に、第１隙間と同じ長さの第２隙間が形成されるので、接手へ軸方向の荷重が掛けられたとき、又は（同時に）周方向の荷重が掛けられたとき、第１嵌合部と第２嵌合部の対向面が接触しかつピン孔の内周面とピンとの対向面間も接触する。よって、第１隙間及び第２隙間に起因する接手構造の機械的強度に対する悪影響は何ら生じない。

上記において、凹凸部を嵌合させる構造の接手構造について説明してきた。
接手構造の中には、凹凸部を備えないものもある。かかる構造の接手構造においては、上記の説明から敷衍して、その軸方向のみに既述の第２隙間を設ければよいことがわかる。この第2隙間は第1接手の第2接手において軸方向の対向面間の隙間を指す。
例えば、上側の鋼管に接続される第1接手を下側の鋼管に接続される第2接手へ挿入して嵌合する構造の接手構造において、第1接手と第2接手は共に筒状の部材であるとき（凹凸部が存在しないとき）、第1接手の上縁にフランジを設け、このフランジに第2接手の上縁が当接される。
かかる接手構造において、フランジの下面と第2接手の上縁との設計上の距離が第2隙間となる。
よって、この発明の第３の局面は次のように規定される。
第１鋼管杭の端部に接続された内側の第１接手と、第２鋼管杭の端部に接続された外側の第２接手と、ピンとを備え、前記第１接手と前記第２接手とを前記ピンで連結する鋼管杭の接手構造であって、
前記内側の第１接手の一部又は全部が前記外側の第２接手へ一部又は全部へ挿入され、
前記第１接手と前記第２接手は内径Ｌ１のピン孔を備え、
該ピン孔へ外径Ｌ２のピンが挿入され、
前記内径Ｌ１と前記外径Ｌ２との間には０．１～３．０ｍｍの第１隙間が形成され、
嵌合状態の前記第１接手と前記第２接手において軸方に対向する面間にも、０．１～３．０ｍｍの第２隙間が形成され、
前記第１隙間と前記第２隙間の長さが等しい、
接手構造。

この発明は、また、次のように規定することもできる。
第１鋼管杭の端部に接続された内側の第１接手と、第２鋼管杭の端部に接続された外側の第２接手と、ピンとを備え、前記第１接手と前記第２接手とを前記ピンで連結する鋼管杭の接手構造を用いた杭打ち工法であって、
前記接手構造は、前記内側の第１接手の一部又は全部が前記外側の第２接手の一部又は全部へ挿入され、
前記第１接手と前記第２接手は内径Ｌ１のピン孔を備え、
該ピン孔へ外径Ｌ２のピンが挿入され、
前記内径Ｌ１と前記外径Ｌ２との間には第１隙間が形成され、
嵌合状態の前記第１接手と前記第２接手において対向する面間にも第２隙間が形成される、接手構造を用い、
前記第１鋼管又は前記第２鋼管へ荷重をかけたとき、荷重をかけた方向先において前記前記ピン孔の内径と前記ピンの外径とを当接させ、かつ、前記第１接手と前記第２接手の対向する面間も当接させる、杭打ち工法。

図１はこの発明の接手構造の第１接手を示し、図１Ａは正面図、図１Ｂは横断面図、図１Ｃは縦断面図である。 図２はこの発明の接手構造の第２接手を示し、図１Ａは正面図、図１Ｂは横断面図、図１Ｃは縦断面図である。 図３は第１接手を第２接手へ挿入し、両者をピンで固定した状態を示し、図Ｂはその横断面図、図Ｃはその縦断面図である。 図４Ａは第１接手の第２リング（第１嵌合部）と第２接手の第２リング（第２嵌合部）の嵌合状態（無負荷状態）を示す展開図であり、図４Ｂは図面下方向への荷重がかけられたときのピンとピン孔の当接状態を示し、図４Ｃは図面左方向への荷重が掛けられたときのピンとピン孔の当接状態を示し、図４Ｄは図面下方向かつ左方向へ荷重が掛けられたときのピンとピン孔の当接状態と第１リングと第２リングとの当接状態を示す。

図１は第１接手１０を示し、図１Ａは正面図、図１Ｂは横断面図、図１Ｃは縦断面図である。
第１接手１０は筒状の第１リング１１とその外側の第２リング１２とを備える。第１リング１１は小径部を構成し、その中腹に周方向均等にピン孔１１－１（第２ピン孔）が穿設されている。
第２リング１２は第１嵌合部を構成し、その上縁１６を残して、くし状に切り欠かれて、凸部１３と凹部１５が形成されている。凸部１３にはピン孔１３－１が形成されて、このピン孔１３－１は第１リング１１のピン孔１１－１と同径であり、連通する（中心が一致する）。

第１リング１１と第２リング１２とは鋼材で形成されており、ｗの位置で溶接により結合されている。第１リング１１及び／又は第２リング１２の上縁に上側の鋼管杭Ａの下縁が溶接される。
第１リング１１や第２リング１２の径や長さ、及びその材質は鋼管杭の用途に応じて任意に設計される。

図２は第２接手２０を示し、図２Ａは正面図、図２Ｂは横断面図、図２Ｃは縦断面図である。
第２接手２０は筒状の第１リング２１とその内側の第２リング２２とを備える。第１リング２１は大径部を構成し、その中腹に周方向均等にピン孔２１－１（第２ピン孔）が穿設されている。
第２リング２２は第２嵌合部を構成し、その下縁２６を残して、くし状に切り欠かれて、凸部２３と凹部２５が形成されている。凸部２３にはピン孔２３－１が形成されて、このピン孔２３－１は第１リングのピン孔２１－１と同径であり、連通する（中心が一致する）。

第１リング２１と第２リング２２とは鋼材で形成されており、ｗの位置で溶接により結合されている。第１リング及び／又は第２リングの下縁に下側の鋼管杭Ｂの上縁が溶接される。
第１リング２１や第２リング２２の径や長さ、及びその材質は鋼管杭の用途に応じて任意に設計される。
第２接手のピン孔２１－１及び２３－１は第１接手のピン孔１１－１及び１３－１とも同径であり、かつ連通する。

図３は第１接手１０を第２接手２０へ挿入し、両者をピンＰで固定した状態を示す。
小径な第１接手１０は第２接手２０へ挿入されて、その第２リング１２の凸部１３の下縁が第２接手２０の第２リング２２の下縁２６へ当接する。
他方、第２接手２０の凸部２３の上縁が第１接手１０の第２リング１２の上縁１６へ当接する。

第１接手１０と第２接手２０とを嵌合させた状態で、それぞれのピン孔１１－１、１３－１、２１－１及び２３―１は連通し、そこにピンＰが挿入される。
このピンＰの先端にばね鋼からなるフックＰ１を備える。このフックＰ１は無負荷状態でピンＰより突出し、ピン孔１１－１の周縁に係合して抜け止めの役目をする。ピン孔へ挿入する際にはこのフックＰ１は縮径する。
各ピン孔の内径Ｌ１とピンＰの本体部の外径Ｌ２とに差を設けたので（Ｌ１＞Ｌ２）、フックＰ１の打ち込み作業時にフックＰ１は縮径しやすく、当該打ち込み作業が容易になる。

図４は第１接手１０の第２リング１２と第２接手２０の第２リング２２の嵌合状態を示す展開図である。
図４Ａは無負荷状態での嵌合状態を示す。ピンＰの外径（直径）とピン孔１３－１及びピン孔２３－１と内径（直径）との間には２Ｓ１の差（隙間）が存在する。また、第２リング１２と第２リング２２との周方向に隣り合う面間、同じく軸方向の隣り合う一対の面間にも２Ｓ２の隙間がある。即ち、第１凸部１３の側縁とこれを挟む一対の第２凸部２３の側縁との間にそれぞれＳ２の隙間がある。同じく、第１凸部１３の下縁と第２凹部２５の下縁２６との間にＳ２の隙間があり、第２凸部２３の上縁と第１凹部１５の上縁１６の間にＳ２の隙間がある。
第１接手１０と第２接手２０とに下方への軸方の荷重が掛けられると、図４Ｂに示すとおり、ピン孔２３－１に挿入されたピンＰはピン孔２３－１の内周面下縁に当接する。他方、ピン孔１３－１に挿入されたピンＰはピン孔１３－１の内周面上縁に当接する。
図４Bには第1凸部１３と第2凸部２３に形成されたピン孔１３－１、２３－１が示されている。これらピン孔１３－１、２３－１は、図３Bに示すとおり、それぞれ同径の第1リング１２と第2リング２１のピン孔１１－１、２１－１と連通している。第1接手１０と第2接手２０とが設計通りに嵌合されたとき、連通するピン孔の内周面は面一になる。他方、第1接手１０及び第２接手２０が変形したり、その作製に誤差が生じたりすることがある。その場合、連通するピン孔の内周面が面一にならず、いずれか１つのピン孔の内周面のみにピンPが当接することとなる。かかる場合を想定して、ピン孔の周囲を補強しておくことが好ましい。補強の方策として、ピン孔の周りに肉盛りをしたり、機械的な剛性の高い筒状の別部材をピン孔に打ち込んだりすることができる。筒状の部材の内周面を１．０～３．０ｍｍとする。

第１接手１０と第２接手２０とに周方向（図中左方向）の荷重が掛けられると、図４Ｃに示すとおり、ピン孔２３－１に挿入されたピンＰはピン孔２３－１の内周面右縁に当接する。同様に、ピン孔１３－１に挿入されたピンＰもピン孔１３－１の内周面右縁に当接する。

図４Ｄには、第１接手１０と第２接手２０へ軸方向かつ周方向の荷重が掛けられたときの状態を示す。
第１凸部１３は第２リングの下縁２６に当接し、第１リング１１の各凸部１３の図示左側の側縁と第２リング２２の各の凸部２３の右側の側縁とが当接する。
ピンＰはピン孔１３－１、２３－１の内周面において右斜め下方の縁に当接する。
この状態は、第１接手１０と第２接手２０へ荷重かけられている間維持されるので、接手構造として機械的強度において悪影響がでることはない。

上記において、ピンとピン孔の内周との隙間Ｓ１は０．１ｍｍ～３．０ｍｍとすることが好ましい。更に好ましくは０．５ｍｍ程度である。
同じく、第１接手１０の要素（図の例では凸部１３等）において第２接手の要素（図の例では下縁２６等）と対向する縁の間の隙間Ｓ２も１ｍｍ～３．０ｍｍとすることが好ましい。更に好ましくは０．５ｍｍ程度である。
かかる隙間２Ｓ１と２Ｓ２とを同じ長さとすることが好ましい。これにより、全てのピンがピン孔の内周面に当接し、全ての凸部１３、２３もその相手部材に当接する。

以上のように本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で適宜変更可能である。

１０ 第１接手
１１－１、１３－１、２１－１、２３－１ ピン孔
１３ 第１凸部
１５ 第１凹部
２０ 第２接手
２３ 第２凸部
２５ 第２凹部
Ａ、B 鋼管杭
Ｂ 鋼管杭
Ｐ ピン
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 隙間

Claims (4)

1. 第１鋼管杭の端部に接続された内側の第１接手と、第２鋼管杭の端部に接続された外側の第２接手と、ピンとを備え、前記第１接手と前記第２接手とを前記ピンで連結する鋼管杭の接手構造であって、
   前記内側の第１接手は小径部と該小径部の外側に形成される第１嵌合部とを備え、該第１嵌合部は第１凹部及び第１凸部を備え、前記外側の第２接手は大径部と該大径部の内側に形成される第２嵌合部とを備え、該第２嵌合部は第２凹部及び第２凸部を備え、
   前記第１接手を前記第２接手へ挿入した状態で、前記第１凸部と前記第２凹部及び前記第１凹部と前記第２凸部とが嵌合状態になり、前記第１凸部及び前記第２凸部の第１ピン孔と前記小径部及び前記大径部に形成された第２ピン孔とが内径Ｌ１を有するとともに連通し、
   前記第１ピン孔と前記第２ピン孔へ外径Ｌ２の第１ピンが挿入され、前記内径Ｌ１と前記外径Ｌ２との間には、０．１～３．０ｍｍの第１隙間が形成され、
   嵌合状態の前記第１嵌合部と前記第２嵌合部との対向面間にも、０．１～３．０ｍｍの第２隙間が形成され、
   前記第１隙間と前記第２隙間の長さが等しい、
   接手構造。
2. 前記第２隙間は、前記第１嵌合部と前記第２嵌合部との間において、軸方向に対向する面間及び周方向に対向する面間の距離である請求項１に記載の接手構造。
3. 第１鋼管杭の端部に接続された内側の第１接手と、第２鋼管杭の端部に接続された外側の第２接手と、ピンとを備え、前記第１接手と前記第２接手とを前記ピンで連結する鋼管杭の接手構造であって、
   前記内側の第１接手の一部又は全部が前記外側の第２接手へ一部又は全部へ挿入され、
   前記第１接手と前記第２接手は内径Ｌ１のピン孔を備え、
   該ピン孔へ外径Ｌ２のピンが挿入され、
   前記内径Ｌ１と前記外径Ｌ２との間には０．１～３．０ｍｍの第１隙間が形成され、
   嵌合状態の前記第１接手と前記第２接手において軸方向に対向する面間にも、０．１～３．０ｍｍの第２隙間が形成され、
   前記第１隙間と前記第２隙間の長さが等しい、
   接手構造。
4. 第１鋼管杭の端部に接続された内側の第１接手と、第２鋼管杭の端部に接続された外側の第２接手と、ピンとを備え、前記第１接手と前記第２接手とを前記ピンで連結する鋼管杭の接手構造を用いた杭打ち工法であって、
   前記接手構造は、前記内側の第１接手の一部又は全部が前記外側の第２接手へ一部又は全部へ挿入され、
   前記第１接手と前記第２接手は内径Ｌ１のピン孔を備え、
   該ピン孔へ外径Ｌ２のピンが挿入され、
   前記内径Ｌ１と前記外径Ｌ２との間には第１隙間が形成され、
   嵌合状態の前記第１接手と前記第２接手において軸方向及び／又は周方向に対向する面間にも第２隙間が形成される、接手構造を用い、
   前記第１鋼管又は前記第２鋼管へ荷重をかけたとき、荷重をかけた方向先において前記前記ピン孔の内径と前記ピンの外径とを当接させ、かつ、前記第１接手と前記第２接手の対向する面間も当接させる、杭打ち工法。