JP2024053866A - 鋼管接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】接合対象物に対して、鋼管を簡易に接合することが可能な鋼管接合構造を提案する。【解決手段】鋼管１と接合対象物２とを接合する鋼管接合構造であって、鋼管１の端部に固定されたエンドプレート４と、鋼管１に固定されたロックプレート５と、接合対象物に突設された接合ピン３とを備えている。エンドプレート４には、接合ピン３を挿通可能な貫通孔４１が形成されており、ロックプレート５には、貫通孔４１を挿通した接合ピン３と嵌合可能な嵌合部５３が形成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、鋼管接合構造に関する。

鋼管を基礎や他の鋼管などの接合対象物に接合する際には、突き合せ面において溶接したり、接合部に設けられた治具（例えば、複数のボルト）により接合するのが一般的である。ところが、溶接による鋼管接合は、作業に手間がかかる。また、火器を使用するため、狭隘空間に設けられる鋼管の接合においては、作業を慎重に行う必要がある。また、治具による接合は、鋼管を保持した状態で、多数のボルトを締め付ける必要があるため、作業に手間がかかる。

また、特許文献１には、端部同士を突き合せた状態で鋼管同士を接合する鋼管継手構造として、鋼管の端部に形成されたフランジ同士を重ね合わせた状態で、両フランジを貫通するボルトにナットを螺合する鋼管継手構造が開示されている。

さらに、特許文献２には、鋼管の端部から突設された応力伝達部材同士を突き合せた状態で、両応力伝達部材に跨って配設された鋼板をボルトにより応力伝達部材に固定することで応力伝達部材同士を連結する鋼管継手が開示されている。

特開２０１７－０４００７３号公報 特開２０２２－０６６７３４号公報

特許文献１の鋼管継手構造は、フランジが鋼管から張り出すため、柱などに使用した場合には、居住空間を狭めてしまう。また、複数のボルトを使用する必要があり、作業に手間がかかる。

また、特許文献２の鋼管継手も、複数のボルトを使用する必要があり、作業に手間がかかる。また、応力伝達部材は、鋼管の内部において鋼管に固定するため、応力伝達部材の固定時の作業にも手間がかかる。

本発明は、接合対象物に対して、鋼管を簡易に接合することが可能な鋼管接合構造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は、鋼管と接合対象物とを接合する鋼管接合構造であって、前記鋼管の端部に固定されたエンドプレートと、前記鋼管に固定されたロックプレートと、接合対象物に突設された接合ピンとを備え、前記エンドプレートには前記接合ピンを挿通可能な貫通孔が形成されており、前記ロックプレートには前記貫通孔を挿通した前記接合ピンと嵌合可能な嵌合部が形成されている。

かかる鋼管接合構造によれば、接合ピンがエンドプレートを挿通した状態で、ロックプレートに嵌合することで、鋼管と接合対象物との接合が完了するため、ボルト接合や溶接などに比べて、作業性に優れている。すなわち、鋼管の端部に形成されたエンドプレートに、他の鋼管や基礎等の接合対象物に形成された接合ピンを挿通させた状態で、鋼管を接合対象物に当接させるのみで、接合が完了する。また、鋼管や接合対象物に対して、複雑な加工を要することもない。

前記ロックプレートは、前記エンドプレートに固定されていてもよいし、前記鋼管の内部に形成されたダイヤフラムに固定されていてもよい。ロックプレートがダイヤフラムに固定されている場合には、前記ダイヤフラムに前記貫通孔と同心の接合ピンを挿通可能な孔を形成しておく。

前記嵌合部は、前記ロックプレートに形成された前記貫通孔と同心の孔と、前記孔の周囲に形成された複数のスリットとからなるものにすることができる。このとき、前記接合ピンは、前記嵌合部を挿通可能な頭部と、前記貫通孔に係止可能な係止部と、前記接合対象物に固定される固定部とを備えているのが望ましい。前記係止部が前記頭部に向かうに従って縮径するテーパー部を有していれば、テーパー部によって係止部の中心軸と貫通孔との中心軸とを一致させることが可能となり、その結果、位置決めが容易となる。また、前記頭部と前記係止部との境界における前記係止部の外径が前記嵌合部の内径以下で、前記境界における前記頭部の外径が前記嵌合部の外径以上であれば、頭部が嵌合部の挿通することで、接合ピンが嵌合部に係止される。

前記接合対象物の端部に第二エンドプレートが固定されている場合には、前記固定部は、前記第二エンドプレートを挿通したボルトとし、ナットを介して前記第二エンドプレートに固定すればよい。また、前記固定部が前記接合対象物に埋め込まれたボルトである場合には、前記頭部および前記係止部は、前記固定部に螺着された中空部材にすればよい。なお、前記固定部は、前記接合対象物に埋設された主筋に固定されていてもよい。

本発明の鋼管接合構造によれば、接合対象物に対して、鋼管の端部を突き合せるのみで、簡易に鋼管を接合できる。

第一実施形態に係る鋼管接合構造を示す断面図である。 第一実施形態の接合対象物を示す断面図である。 第一実施形態の接合ピンを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 鋼管の下端部を示す図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 第一実施形態の鋼管接合状況を示す断面図である。 第二実施形態に係る鋼管接合構造を示す断面図である。 第二実施形態の接合対象物を示す断面図である。 第二実施形態の接合ピンを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 第二実施形態の鋼管接合状況を示す断面図である。 第三実施形態の接合対象物を示す断面図である。 第三実施形態の接合ピンを示す図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 第三実施形態の鋼管接合状況を示す断面図である。

＜第一実施形態＞
第一実施形態では、図１に示すように、接合対象物（既設の柱部材）２に鋼管（新設の柱部材）１を接合する場合について説明する。本実施形態では、複数の接合対象物２が並設されている。

接合対象物（既設柱部材）２は、下階の柱部材であって、角鋼管により構成されている。図２に示すように、接合対象物２の上端には、エンドプレート（第二エンドプレート６）が固定されている。第二エンドプレート６の中央部には、貫通孔６１が形成されている。接合対象物２には、第二エンドプレート６に、鋼管１側に突出する接合ピン３が固定されている。

接合ピン３は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、頭部３１と係止部３２と軸部３３と固定部３４とを備えている。
頭部３１は、先端（図３（ａ）において上端）に行くに従って縮径する円錐台状を呈している。頭部３１には、上面において開口する平面視六角形状の凹部３５が形成されていて、工具（例えば、六角レンチ）の挿入が可能である。

係止部３２は、頭部３１に接続されていて、頭部３１に向かうに従って縮径するテーパー部３２ａを有している。また、係止部３２の先端部（上端部）には、頭部３１の基端（係止部３２側の端部）の外径よりも小さい外径の係止溝３２ｂが形成されている。すなわち、頭部３１と係止部３２との境界部では、段差が形成されている。また、係止部３２の下部（固定部３４側の部分）には、外径が一定のストレート部分３２ｃが形成されている。

軸部３３は、係止部３２と固定部３４との間に形成された部分であって、外径が一定のストレート部分３３ａと、固定部３４に近づくに従って縮径するテーパー部分３３ｂとを備えている。
ストレート部分３３ａは、接合対象物２（第二エンドプレート６）に設置した際に、第二エンドプレート６の貫通孔６１の内面に外面が接する外径を有しているである。
テーパー部分３３ｂは、ストレート部分３３ａの固定部３４側に形成されていて、図２に示すように、接合ピン３を第二エンドプレート６に設置する際に、接合ピン３の中心軸が貫通孔６１の中心と一致するように、誘導する部分である。

固定部３４は、外面にネジ加工が施されたボルトである。固定部３４の外径は、第二エンドプレート６の貫通孔６１の内径よりも小さい。接合ピン３は、図２に示すように、固定部３４が第二エンドプレート６の貫通孔６１を挿通した状態で、ナット３６を固定部３４に螺合することで、第二エンドプレート６に固定されている。

本実施形態では、隣り合う接合対象物２同士の間に、連結用プレート７が横架されている。連結用プレート７は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。連結用プレート７には、第二エンドプレート６の貫通孔６１の位置に応じて、貫通孔６１と同等の内径の貫通孔７１が形成されている。接合ピン３は、連結用プレート７を貫通して、第二エンドプレート６に固定されている。連結用プレート７は、第二エンドプレート６に接合ピン３を固定する際に、テーパー部分３３ｂと貫通孔７１とが接することで、位置修正がなされる。なお、本実施形態では、連結用プレート７と接合ピン３の係止部３２との間に緩み止め用ワッシャ７２を介設する。緩み止め用ワッシャ７２の外径は、係止部３２のストレート部分３２ｃの外径より小さい。

鋼管（上段柱部材）１は、接合対象物２と同じ断面形状の角鋼管からなる。鋼管１の下端には、図４（ａ）に示すように、エンドプレート４が固定されている。図４（ｂ）に示すように、エンドプレート４の中央部には、接合ピン３の頭部３１および係止部３２を挿通可能な内径の貫通孔４１が形成されている。貫通孔４１の内径は、係止部３２のストレート部分３２ｃの外径と同等である。

また、エンドプレート４には、ロックプレート５が固定されている。ロックプレート５は、金属製で、エンドプレート４から離れるに従って縮径するように、円錐台状（すり鉢状）を呈した本体部５１と、エンドプレート４に当接する接合部５２とを有している。本体部５１には、エンドプレート４の貫通孔４１を挿通した接合ピン３と嵌合可能な嵌合部５３が形成されている。接合部５２は、ロックプレート５の周縁部分を構成する板状部分であって、エンドプレート４に重ねた状態で、エンドプレート４に溶接されている。

嵌合部５３は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、エンドプレート４に形成された貫通孔４１と同心の孔であって、嵌合部５３の周囲には、スリット５４が形成されている。嵌合部５３は、接合ピン３の頭部３１を挿通可能で、かつ係止部３２に係止可能である。嵌合部５３の内径は、頭部３１の基端部（係止部３２との境界部）の外径よりも小さく、係止部３２の係止溝３２ｂ（頭部３１との境界部）の外径と同等以下である。嵌合部５３は、周囲にスリット５４が形成されているため、頭部３１と押し込んだ際に拡径し、頭部３１を挿通可能である。

接合対象物２に鋼管１を接合する際には、図５に示すように、接合対象物２の上方から鋼管１を下降させて、エンドプレート４と第二エンドプレート６とを突き合せることにより行う。
このとき、接合ピン３の頭部３１をエンドプレート４の貫通孔４１に挿通させる。貫通孔４１を挿通した頭部３１は、図５に示すように、ロックプレート５の本体部５１と当接するとともに、エンドプレート４の貫通孔４１の縁と係止部３２の外面とが当接する。頭部３１の外面に沿って、ロックプレート５の本体部５１が摺動することで、鋼管１と接合対象物２の軸心とが一致する方向に、鋼管１が移動する（図１参照）。

鋼管１の軸心と接合対象物２の軸心とが一致すると、図１に示すように、エンドプレート同士が重ね合わされる。このとき、ロックプレート５の嵌合部５３を接合ピン３の頭部３１が貫通して、係止部３２と嵌合部５３とが嵌合される。

係止部３２と嵌合部５３とが嵌合すると、すり鉢状の本体部５１の先端が、頭部３１の下面と係止部３２の角部（段差部）に対して斜めに当接するとともに、係止部３２のストレート部分３２ｃの外周面が、貫通孔４１の内周面に当接する。このとき、緩み止め用ワッシャ７２は、貫通孔４１内に配置される。

本実施形態の鋼管接合構造によれば、鋼管１と接合対象物２との端面同士を突き合せることで、接合ピン３がエンドプレート４を挿通した状態で、ロックプレート５に嵌合して、鋼管１と接合対象物２との接合が完了する。そのため、ボルト接合や溶接などに比べて、作業性に優れている。すなわち、鋼管１の端部に形成されたエンドプレート４に接合対象物２固定された接合ピン３を挿通させた状態で、鋼管１を接合対象物２に当接させるのみで、接合が完了する。
また、鋼管１や接合対象物２に対して、複雑な加工を要することもないため、経済的である。

また、接合ピン３とロックプレート５とが嵌合されると、エンドプレート４の貫通孔４１の内周面と接合ピン３の係止部３２のストレート部分３２ｃとが当接するとともに、軸部３３のストレート部分３３ａが第二エンドプレート６の貫通孔６１と当接するため、鋼管１と接合対象物２との間でのせん断力の伝達が可能となる。
また、ロックプレート５が接合ピン３に対して斜めに当接するため、鋼管１に引き抜き力（回転モーメント）が作用した際に、大きな抵抗力を発現し、接合ピン３がロックプレート５から抜け出すことがない。

＜第二実施形態＞
第二実施形態では、図６に示すように、接合対象物（基礎）２の上面に鋼管（柱部材）を立設する場合について説明する。
接合対象物（基礎）２は、コンクリート基礎であって、図７に示すように、上面に接合ピン３が突設されている。

接合ピン３は、頭部３１と係止部３２と固定部３４とを備えている。図８（ａ）および（ｂ）に示すように、頭部３１および係止部３２は、一体に形成された中空部材からなる。
頭部３１は、先端（図８（ａ）において上端）に行くに従って縮径する円錐台状を呈している。頭部３１の上端には、平面視六角形状の孔３７が形成されていて、工具（例えば、六角レンチ）の挿入が可能である。

係止部３２は、頭部３１に接続されていて、頭部３１に向かうに従って縮径するテーパー部３２ａを有している。また、係止部３２の先端部（上端部）には、頭部３１の基端（係止部３２側の端部）の外径よりも小さい外径の係止溝３２ｂが形成されている。すなわち、頭部３１と係止部３２との境界部では、段差が形成されている。また、係止部３２の下部（固定部３４側の部分）には、外径が一定のストレート部分３２ｃが形成されている。

固定部３４は、図７に示すように、接合対象物２に埋め込まれたボルトである。固定部３４は、所定の定着吊を確保した状態で、接合対象物２に埋設されており、また、固定部３４の上端部は、接合対象物２の上面から突出している。頭部３１および係止部３２は、固定部３４の接合対象物２から突出している部分に所定トルクで螺着されていることで、接合対象物２の上面に固定されている。

鋼管（上段柱部材）１は、角鋼管からなる（図４参照）。鋼管１の下端には、エンドプレート４が固定されている。また、エンドプレート４には、ロックプレート５が固定されている。なお、エンドプレート４およびロックプレート５の詳細は、第一実施形態のエンドプレート４と同様なため、詳細な説明は省略する。

接合対象物（基礎）２に鋼管（鋼管柱）１を接合する際には、図９に示すように、接合対象物２の上方から鋼管１を下降させて、図６に示すように、エンドプレート４を接合対象物２の上面に当接させることにより行う。このとき、接合ピン３の頭部３１をエンドプレート４の貫通孔４１に挿通させる。
本実施形態の接合対象物２に鋼管１を接合する際の作用および効果は、第一実施形態の鋼管接合構造と同様なため、詳細な説明は省略する。

＜第三実施形態＞
第三実施形態では、図１０に示すように、接合対象物（基礎）２の上面に鋼管（柱部材）を立設する場合について説明する。接合対象物（基礎）２は、コンクリート基礎であって、上面に接合ピン３が立設されている。

接合ピン３は、図１１（ａ）に示すように、頭部３１と係止部３２と軸部３３と固定部３４とを備えている。
頭部３１は、先端（図１１（ａ）において上端）に行くに従って縮径する円錐台状を呈している。

係止部３２は、頭部３１に接続されていて、頭部３１に向かうに従って縮径するテーパー部３２ａを有している。また、係止部３２の先端部（上端部）には、頭部３１の基端（係止部３２側の端部）の外径よりも小さい外径の係止溝３２ｂが形成されている。すなわち、頭部３１と係止部３２との境界部では、段差が形成されている。また、係止部３２の下部（固定部３４側の部分）には、外径が一定のストレート部分３２ｃが形成されている。

軸部３３は、係止部３２と固定部３４との間に形成された部分であって、固定部３４に近づくに従って拡径するテーパー部分３３ｂと、外径が一定のストレート部分３３ａとを備えている。
テーパー部分３３ｂは、図１１（ａ）に示すように、鋼管１を設置する際に、接合ピン３の中心軸が貫通孔４１の中心と一致するように、誘導する部分である。
ストレート部分３３ａは、テーパー部分３３ｂの固定部３４側に形成されていて、鋼管１を設置した際に、エンドプレート４の貫通孔４１の内面に外面が接する外径を有している。

固定部３４は、接合対象物２に埋設された主筋２１に固定されている。本実施形態では、図１１（ｂ）に示すように、４本の主筋が固定部３４に固定（溶接）されている。なお、固定部３４と主筋21との固定方法は限定されるものではない。また、固定部３４に固定する主筋２１の本数及び配置は限定されるものではない。

鋼管（上段柱部材）１は、角鋼管からなる。図１０に示すように、鋼管１の下端には、エンドプレート４が固定されている。エンドプレート４の中央部には、接合ピン３の固定部３４の突出部を挿通可能な内径の貫通孔４１が形成されている。貫通孔４１の内径は、接合ピン３の突出部の下側のストレート部の外径と同等である。

また、鋼管１の内部には、エンドプレート４の上方に所定の間隔をあけてダイヤフラム８が固定されている。ダイヤフラム８の中央部には、エンドプレート４の貫通孔４１と同心の貫通孔８１が形成されている。貫通孔８１の内径は、接合ピンの突出部の上側のストレート部の外径と同等のである。

ダイヤフラム８には、ロックプレート５が固定されている。ロックプレート５は、金属製で、ダイヤフラム８から離れるに従って縮径するように、円錐台状（すり鉢状）を呈した本体部５１と、ダイヤフラム８に当接する接合部５２とを有している。この他のロックプレート５の詳細は、第一実施形態のロックプレート５と同様なため、詳細な説明は省略する。

接合対象物（基礎）２に鋼管（鋼管柱）１を接合する際には、図１２に示すように、接合対象物２の上方から鋼管１を下降させて、エンドプレート４を接合対象物２の上面に当接させることにより行う（図１０参照）。このとき、接合ピン３の突出部（頭部３１、係止部３２および軸部３３）をエンドプレート４の貫通孔４１に挿通させる。

貫通孔４１に突出部を挿通させると、貫通孔４１の内面がテーパー部分３３ｂに沿って摺動し、接合ピン３の頭部３１がダイヤフラム８の貫通孔８１に挿入されるように、鋼管１が所定の位置に誘導される。

さらに、鋼管１を下降させると、頭部３１がダイヤフラム８の貫通孔８１に挿入される。貫通孔８１を挿通した頭部３１は、ロックプレート５の本体部５１と当接するとともに、エンドプレート４の貫通孔４１の縁と係止部３２の外面とが当接する。頭部３１の外面に沿って、ロックプレート５の本体部５１が摺動することで、鋼管１と接合対象物２の軸心とが一致する方向に、鋼管１が移動する。

鋼管１の軸心と接合対象物２の軸心とが一致した状態で鋼管１が下降させると、ロックプレート５の嵌合部５３を接合ピン３の頭部３１が貫通して、係止部３２と嵌合部５３とが嵌合される。

係止部３２と嵌合部５３とが嵌合すると、すり鉢状の嵌合部５３の先端が、頭部３１の下面と係止部３２の角部に対して斜めに当接する。また、係止部３２のストレート部分３３ｃの外面と、軸部３３のストレート部分３３ａの外面が、それぞれダイヤフラム８の貫通孔８１の内周面およびエンドプレート４の貫通孔４１の内周面に当接する。

本実施形態の鋼管接合構造によれば、鋼管１を接合対象物２の上面で立設させることで、接合ピン３がエンドプレート４を挿通した状態で、ロックプレート５に嵌合して、鋼管１と接合対象物２との接合が完了する。そのため、ボルト接合や溶接などに比べて、作業性に優れている。すなわち、鋼管１の端部に形成されたエンドプレート４に接合対象物２固定された接合ピン３を挿通させた状態で、鋼管１を接合対象物２に当接させるのみで、接合が完了する。

接合ピン３をエンドプレート４の貫通孔４１に挿通させた状態で、鋼管１の接合対象物２に近づけるのみで、鋼管１の位置決めと固定が完了するため、作業性に優れている。
また、鋼管１や接合対象物２に対して、複雑な加工を要することもないため、経済的である。

ロックプレート５が接合ピン３に対して斜めに当接するため、鋼管１に引き抜き力が作用した際に、大きな抵抗力を発現し、接合ピン３がロックプレート５から抜け出すことがない。
圧縮力に対しては、エンドプレート４を介して接合対象物（基礎）２に支圧伝達される。
また、せん断力に対しては、接合ピン３の下側のストレート部分３３ａとエンドプレート４の貫通孔４１との支圧で伝達される。
さらに、曲げ力に対しては、接合ピン先端側のストレート部分３２ｃからダイヤフラム８に、接合ピン基端側のストレート部分３３ａからエンドプレート４にそれぞれ偶力が伝達され、接合ピン３を介して主筋２１に曲げ力が伝達される。

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。
前記実施形態では、鋼管１が柱の場合について説明したが、鋼管１の用途は限定されるものではない。

１ 鋼管
２ 接合対象物
２１ 主筋
３ 接合ピン
３１ 頭部
３２ 係止部
３４ 固定部
３６ ナット
４ エンドプレート
４１ 貫通孔
５ ロックプレート
５３ 嵌合部
５４ スリット
６ 第二エンドプレート
８ ダイヤフラム
８１ 貫通孔（孔）

Claims (9)

1. 鋼管と接合対象物とを接合する鋼管接合構造であって、
   前記鋼管の端部に固定されたエンドプレートと、
   前記鋼管に固定されたロックプレートと、
   接合対象物に突設された接合ピンと、を備え、
   前記エンドプレートには、前記接合ピンを挿通可能な貫通孔が形成されており、
   前記ロックプレートには、前記貫通孔を挿通した前記接合ピンと嵌合可能な嵌合部が形成されていることを特徴とする、鋼管接合構造。
2. 前記ロックプレートは、前記エンドプレートに固定されていることを特徴とする、請求項１に記載の鋼管接合構造。
3. 前記ロックプレートは、前記鋼管の内部に形成されたダイヤフラムに固定されており、
   前記ダイヤフラムには、前記貫通孔と同心の孔が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の鋼管接合構造。
4. 前記嵌合部は、前記ロックプレートに形成された前記貫通孔と同心の孔と、前記孔の周囲に形成された複数のスリットと、からなることを特徴とする、請求項請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の鋼管接合構造。
5. 前記ロックプレートは、エンドプレートから離れるに従って縮径するように円錐台状を呈した本体部を有し、
   前記孔および前記スリットは、前記本体部に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の鋼管接合構造。
6. 前記接合ピンは、前記嵌合部を挿通可能な頭部と、前記貫通孔に係止可能な係止部と、前記接合対象物に固定される固定部と、を備えており、
   前記係止部は、前記頭部に向かうに従って縮径するテーパー部を有し、
   前記頭部と前記係止部との境界における前記係止部の外径は、前記嵌合部の内径以下で、前記境界における前記頭部の外径は、前記嵌合部の外径以上であることを特徴とする、請求項４に記載の鋼管接合構造。
7. 前記接合対象物の端部に第二エンドプレートが固定されており、
   前記固定部は、前記第二エンドプレートを挿通したボルトであって、ナットを介して前記第二エンドプレートに固定されていることを特徴とする、請求項６に記載の鋼管接合構造。
8. 前記固定部は、前記接合対象物に埋め込まれたボルトであり、
   前記頭部および前記係止部は、前記固定部に螺着された中空部材であることを特徴とする、請求項６に記載の鋼管接合構造。
9. 前記固定部は、前記接合対象物に埋設された主筋に固定されていることを特徴とする、請求項６に記載の鋼管接合構造。

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